книги из ГПНТБ / Химическая промышленность Белгородской области (учебное пособие)
..pdfфильтре 10. Фильтрат охлаждают до 0—5°С в кристаллиза торе 11, барбитуровую кислоту отделяют на центрифуге 8, сушат при 105— 110°С и используют для получения рибо флавина. Спиртовые маточники направляют для извлечения этилового спирта.
Производство рибофлавина. Витамин В2 получают кон денсацией 3,4-диметилфенил-6-фенилазо-Ы-0-рибитиламина с_ барбитуровой кислотой в присутствии уксусной кислоты и спирта при температуре 78—84°С, с выходом 71,8% по сле дующей схеме:
CH.QH |
снгон |
но-с-н |
но-с-н |
Н 0 - 6 - Н |
Н О - С - Н |
но-с-н |
Н О - С - Н |
н5о |
N = N |
- < 0 |
|
3,4-диметилфенил- |
барбитуровая |
рибофлавин, |
|
б-фенилазо-N t)- |
кислота |
витамин В2 |
|
|
рибитиламин |
|
|
В автоклав 1 (рис. 35) загружают этанол, уксусную кис лоту, 3,4-диметилфенил-6-фенилазо-Ы-0-рибитиламин, смесь перемешивают, нагревают до 40—50°С и загружают барби-
K-ma.aiopuSumun- |
чтанм киити, |
боба |
рибофлабин, пер- |
||
опин.барбитчро- |
гидроль,boBQ. |
|
Ьа» к-юа |
|
|
|
рц&ОфлаЬин |
рибофпаЬин |
|
г Н У |
1 7 |
Р и с. 35. Технологическая схема производства рибофлавина
П О
туровую кислоту. Процесс ведут |
под небольшим давлением |
и легком кипении реакционной |
смеси. Затем реакционней |
массу охлаждают водой до 15—25°С, кристаллу техническо го рибофлавина отделяют на центрифуге 2 и подвергают очистке. Для этого 'в реактор 4 загружают воду, соляную кислоту, технический рибофлавин, массу перемешивают. За тем прдливают небольшое количество пергидроля, разбав ленного вдвое водой, для окисления восстановленной формы витамина В2. Очищенный раствор фильтруют на нутч-филь- тре 3. Фильтрат перегружают в кристаллизатор- 8, куда предварительно загружают подогретую до 85—95°С воду. Смесь постепенно охлаждают до 15—25°С, кристаллы рибо флавина отделяют на центрифуге 7, промывают этанолом и сушат при 105— 110°С. Полученный витамин В2 отвечает тре бованиям Государственной фармакопеи. Его просеивают, фасуют в жестяные банки с полиэтиленовыми вкладышами и направляют потребителям.
ПРОИЗВОДСТВО ВИТАМИНА С
L-аскорбиновая кислота, у-лактон 2,3-дегидро-
L-гулоновой кислоты, витамин С
|
|
он |
он |
ОН |
Н |
I |
I |
с = |
Qct. |
||
Н0Н2С — Сч— |
Y |
m |
с |
2 б I 5 |
|
|
|
н |
|
|
|
Белый кристаллический порошок без запаха, кислого вкуса. Легко растворим в воде, растворим в спирте, практи чески нерастворим в эфире, бензоле и хлороформе. Темпера тура плавления 190— 19$° (с разложением).
Молекула L-аскорбиновой кислоты имеет плоскую кон фигурацию, хотя атом С5 находится вне плоскости. Строе ние ее характеризуется наличием у-лактонного кольца и группировки с двумя сопряженными двойными связями
—С= С—С—О, определяющими важное свойство —- обрати-
■ I I |
I |
ОН ОН |
|
мость |
окислительно-восстановительных превращений. Нали- |
111
чне двух |
гидрокислых' |
групп у 2 и 3 углеродных |
атомов |
||
обусловливает кислотный характер соединения. |
|
|
|||
Аскорбиновая кислота |
впервые была |
синтезирована в |
|||
1933 г. Рейхштейном в 'Швейцарии и Гевортом в Англии. |
|||||
Витамин |
С содержится'в продуктах растительного |
про |
|||
исхождения |
(плоды шиповника, черной |
смородины |
и |
др. |
ягоды, капуста, лимоны, фрукты, овощи), несколько меньше его содержится в животных продуктах (печень, мозг, мыш цы).
Аскорбиновая кислота играет важную роль в жизнедея тельности организма, участвуем в регулировании окислитель но-восстановительных процессов, углеводного обмена, в реге нерации тканей, свертываемости крови, в образовании сте роидных гормонов, в нормализации проницаемости капил ляров. Оргапизй человека не способен продуцировать вита мин С и поэтому должен получать его с пищей.
L-аскорбнновая кислота и, содержащие ее препараты применяются в ирофилактичЬскнх и лечебных целях: для профилактики и лечения цинги, при различных кровотече ниях, инфекционных заболеваниях, при усиленном физиче ском труде, умственном напряжении и др. Суточная потреб
ность в витамине |
С составляет |
для’ взрослого |
человека |
|
70 мг; при тяжелом физическом |
труде, большом нервно- |
|||
психическом напряжении |
и при беременности— 100 мг,. для |
|||
Детеш от 30 до 70 мг в за-висимости отщозраста. |
|
|||
Аскорбиновая |
кислота |
находит широкое применение в |
||
пищевой промышленности |
для |
витаминизации |
различных |
продуктов,-а также для консервирования отдельных продук
тов питания.
В промышленно-развитых странах ежегодно производит
ся от 2 до 10 тысяч тонн в |
год L-аскорбиновой |
кислоты. |
Современное промышленное |
производство ее — это |
много |
стадийный химический синтез, осуществляемый по следую
щей схеме:
D-глюкоза —>-D-сорбит.—►L-coj56o3a —►диацетой-L-cop-
боза—<-диацетоН-2-кето-Ь-гулоновая кислота —>- аскорбиновая кислота.
Производство D-сорбита. V i. в. — 182,17. Белый кристал лический порошок, температура плавления 110°, легко раст ворим в воде.
D-сорбит получают каталитическим гидрированием вод ного раствора D-глюкозы в присутствии скелетного никеле-
112
вого катализатора при pH 7,5—7,8, температуре 135— 140°С, давлении 80— 100 кбс/см2 с выходом 97,0% по следующей схеме:
СНоОН |
СН2ОН |
|
I |
|
I * |
НО—С—н |
|
НО—С—н |
I |
|
I |
н о —с — н |
|
н о —с — н |
I . |
|
+ н —с —о н |
Н—С—О Н + 2 Н - |
||
| |
водород |
I |
н о —с —н |
|
но—с—н |
I |
|
СН2ОН |
н —с = о |
|
|
D-глюкоза |
|
D-сорбит |
В смеситель 1 (рис 36) загружают воду, активированный уголь и D-глюкозу. Массу перемешивают и вакуумом перегру жают в растворитель—2. Раствор D-глюкозы нагревают до температуры не выше 85° С, осветляют активированным уг лем и фильтруют на нутч-фильтре 3. Фильтрат собирают в сборник 4, отработанный уголь промывают горячей водой для дополнительного извлечения адсорбированной D-глюкозы.
Рис. 36. Технологическая схема производства D-сорбита
В реакторе 5 смешивают раствор D-глюкозы с содержа нием сухи-*-веществ не ниже 50% и скелетно-никелевый ка-
s. Зак. 1747 |
ИЗ |
талпзатор. При необходимости добавляют аммиачную или известковую воду для установления pH среды 7,5—7,8.' Мас су перегружают в автоклав 6 для гидрирования, который продувают азотом и затем подают водород. Процесс ведут до прекращения поглощения водорода и достижения остаточ ной D-глюкозы в растворе не более 0,04 г/л. По окончании гидри рования катализатор отфильтровывают, промывают водой, а раствор D-сорбита подвергают очистке активированным уг лем от смолистых веществ и других примесей. Для этого в, реактор загружают раствор D-сорбита, разбавляют водой до содержания сухих веществ не менее 25%, добавляют акти вированный уголь в количестве 1—2% от веса D-сорбита. Массу подогревают до 70—80° и фильтруют на нутч-фильтре 8. Фильтрат собирают в сборнике 9 и используют для полу
чения L-сорбозы. |
Ренея) |
Скелетный никелевый катализатор (катализатор |
|
получают из никель-алюминиевого сплава (25—33% |
никеля |
и 67—75% алюминия) обработкой раствором едкого |
натра. |
Производство L-сорбозы. М. в.— 180,16. Белый кристал лический порошок, температура плавления 165° С, хорошо
растворим в воде. |
‘ миркобиологическим |
окислением |
|
L-сорбозу |
получают |
||
раствора D-сорбита с |
помощью уксусно-кислых |
бактерий |
|
Acetobacter |
melanogenum и Acetobacter suboxydans при |
pH 4,5—5,5, температуре 32—34° С и интенсивной аэрации стерильным воздухом с выходом 89,6% по следующей схеме:
СН2ОН |
СН2ОН |
СН2ОН |
|
|
1 |
н о —с —н |
с = о |
н о —с --------- |
НО—С—н |
но—с—н |
но—с—н |
■I |
I |
I |
Н—С—ОН +0 2 |
—УН—С—ОН |
4*= Н—С—он о |
НО—С—II |
н о —с —н |
н о —с —н |
|
1 |
|
СН2ОН |
СН2ОН |
Н2С --------- |
D-сорбит |
L-сорбоза |
|
Исходную культуру уксусно-кислых бактерий—ацетобак- |
||
тер получают из специализированных |
лабораторий научно |
114
исследовательских институтов или искусственным отбором наиболее активных микроорганизмов в процессе ■производ ства. Бактерии культивируют на питательных средах, содер жащих сорбит, азотнокислый аммоний и витамины груп пы В.
Культуру для хранения получают из исходной путем пе ресева на твердую среду. В отличие от рабочей ее не исполь
зуют для посева в производстве и называют «музейной»; |
хра |
нят в лаборатории при +5° в течение 7 дней, после |
чего |
производят пересев с твердой среды на жидкую. Через 3 дня культуру вновь переносят на твердую среду. Проверку активности проводят 1 раз в месяц. Рабочую культуру хра нят на твердых и жидких средах. Для получения рабочей
культуры на твердой среде берут |
1 пробирку |
на жидкой |
среде, выдерживают в термостате |
при 32—34° С |
2—3 суток |
и производят пересев в пробирки с твердой средой. Пробир ки выдерживают в термостате при 32—34° С, через сутки проверяют на чистоту. Пробирки,. зараженные'посторонней микрофлорой, отбраковывают. Чистую культуру уксусно кислых бактерий выращивают в термостате 2 суток и хра нят в течение 7 дней при температуре около + 5°С.
Посевной материал готовят, по схеме: пробирки с твер дой средой—>-пробирки с жидкой средой—>-колбы с жидкой средой—*-бутыли с жидкой средой.
Питательной средой для рабочей культуры служит та же среда, что и для чистой культуры, только вместо кристалли ческого D-сорбита применяют очищенный раствор D-сорби- та. Среду с содержанием сухих веществ 10— 12% разливают в пробирки, колбы, бутыли, стерилизуют'1 час jipn 120° С и давлении 1 кгс/см2, выдерживают в термостатной камере 24 часа и проверяют визуально на стерильность. Готовую для посева среду хранят 7— 10 дней.
Из пробирки с твердой питательной средой делают по сев в пробирку с жидкой питательной средой. Засеянные пробирки выдерживают 36—48 часов при 32—34°С. Пробир ки с хороню развитой пленкой отбирают и пересеивают в колбы со стерильной средой из одной пробирки в одну кол бу. Засеянные колбы выдерживают 36—48 часов при 32—34°. Содержимое колб с хорошо развитой пленкой пересеивают в инокудяторы. Периодически, один раз в месяц проверяют активность культуры. Активной считают культуру, окисляю щую сорбит за 24 часа на 70—75% и за 36 часов на 80—85%.
115
Промышленный процесс биохимического окисления D-сорбита в сорбозу осуществляют по схеме: выращивание посевного .материала в инокуляторах—►выращивание посев ного материала в посевных ферментаторах—►окисление D- сорбита в ферментаторах.
В стерилизатор 2 (рис. 37) загружают водный раствор D-сорбита из мерника 1, азотнокислый аммоний, раститель ное масло и витамины группы В. Массу перемешивают, под кисляют серной кислотой до pH 5,6—6,0, стерилизуют 1 час при 120° С и давлении пара не выше 1,5 кгс/см2. По оконча нии стерилизации среду перегружают избыточным давлени ем по стерильному трубопроводу в предварительно простерилизованцый ииокулятор 3. В ииокуляторе массу при переме шивании охлаждают до 30—36°С. Давление в ииокуляторе 0,2—0,5 кгс/см2 поддерживают стерильным сжатым возду хом. По охлаждении в инокулятор через люк стерильно заг ружают рабочую культуру уксуснокислых бактерий из бу тылей. Культивирование уксуснокислых бактерий ведут
Рис . 37. Технологическая схема производства L-сорбозы
116
12— 18 часов при интенсивной аэрации и перемешивании, при температуре 30—36° С и давлении 0,2—0,5 кгс/см2; про цент окисления D-сорбпта составляет не менее 30. Выращен ную таким образом культуру используют для засева по севных ферментаторов.
Приготовление питательной среды.для посевных фермен таторов ведут в стерилизаторе 4 так же, как и в аппарате 2, затем ее 'Перегружают в посевной ферментатор. Среду Ох лаждают до 30—36°. Давление в посевном ферментаторе 0,2—0,5 кгс/см2 поддерживают стерильным сжатым возду хом. При достижении температуры 30—36° в посевной фер ментатор стерильно перегружают заранее приготовленную в инокуляторе 3 культуру. Культивирование уксуснокислых бактерий ведут при 30—36°С, давлении 0,2—0,5 кгс/см2 и интенсивной аэрации. При окислении D-сорбпта не _менее 40% п полной стерильности посевного материала его исполь
зуют для засева ферментаторов. |
содержанием су |
Приготовление питательной среды (с |
|
хих веществ 19 -25%) для ферментаторов |
проводят в сме |
сителе б так же, как н в аппарате 2. Готовую питательную,
среду из смесителя передают-цадпорный бак 7, |
затем на сте |
рилизационную колонну 8, выдержпватель А п |
через распре |
делительную гребенку в ферментаторы. При |
прохождении |
через стерилизационную колонну среда стерилизуется ост рым паром при температуре 120— 130° С. В ферментаторе среду охлаждают до 30—30°. Давление 0,2—0,5 кгс/см2 под держивают стерильным сжатым воздухом. После охлажде ния среды в ферментатор перегружают посевной материал из посевного ферментатора 5. Процесс ведут при 30—36° С, давлении 0,2—0,5 кгс/см2 и интенсивной аэрации. Содержа
ние сухих веществ. поддерживают не выше |
24%. При окис |
||
лении D-сорбита |
до |
94% и более массу |
подкисляют сер-, |
ной кислотой до |
pH |
3,0—3,5 и выгружают |
в сборник 11, из |
которого ее перегружают в вакуум-выпарной аппарат 12, где упаривают до содержания сухих веществ 88—90%. Упа ренные растворы L-сорбозы кристаллизуют в аппарате 13 сначала при естественном охлаждении, затем при охлажде нии водой до 18—20° С. Кристаллы L-сорбозы отделяют на центрифуге 14 и сушат при 80°С в аэрофонтанной сушилке непрерывного действия 15. Для дополнительного извлечения L-сорбозы из маточных растворов их очищают активирован ным углем от смолистых веществ, упаривают и кристалли зуют.
117 .
Производство диацетон-Ь-сорбозы. М. |
в. — 260,28, |
кри |
||
сталлическое вещество с |
температурой |
плавления |
78°С; |
|
хорошо |
растворимо в воде, |
эфире, бензоле, дихлорэтане и |
||
других |
растворителях. |
|
|
j |
ДиаДетон-Ь-сорбозу получают взаимодействием L-cop- |
||||
бозы с |
ацетоном в присутствии серной |
кислоты (олеума) |
при 20—24° С и последующей нейтрализацией серной кисло
ты едким натром с выходом |
81% |
по следующей схеме: |
||
СН.0Н |
|
|
|
-^ O H |
н о - с — |
|
н5сч |
_ |
а 1 |
но - с-н |
|
|||
|
+ 2 |
|
НХ"С'0-С-Н |
|
н -с -о н о |
с=о — о |
с-оч пн |
||
н о -с -н |
|
|
L------— С-Н |
|
н2с --- |
|
|
|
-Hjp-О^ СН |
L-сорбоза |
|
ацетон |
|
диацетон-Ь-сорбоза |
Ацетонирование L-сорбозы. В ацетонатор 2 (рис. 38) загружают ацетон с влажностью не более 0,5%, охлаждают до температуры минус 2—5°£ из мерника 1 сливают олеум.
Рис. ЗЬ. Технологическая схема производства диацетон-Ь-сорбозы
118
затем загружают L-сорбозу. Процесс ацетонирования ведут по одному из двух температурных режимов: 10— 14°С или 20—24°С и перемешивании до полного’ растворения Ь-сорбо- зы. Затем массу перегружают в аппарат 3, охлаждают до температуры минус 10—20° С и направляют на нейтрализа цию. 1
Нейтрализацию ацетонового раствора ведут едким нат ром или щелочным маточным раствором с .содержанием щелочи 160— 170 г/л. Для этого в нейтрализатор 4 сливают щелочь или щелочной маточник и при необходимости воду до получения концентрации щелочи 160— 170 г/л; массу ох лаждают рассолом до 6—8°С итонкой струей сливают кис лый ацетоновый раствор диацетон-Ь-сорбозы из аппарата 3. Процесс нейтрализации ведут при 8— 10°С и интенсивном пе ремешивании. Нейтрализованный ацетоновый раствор диа цетон-Ь-сорбозы перегружают в аппарат 5 для отгонки ацетона. Процесс ведут при температуре до 80° С без пере мешивания и при 80— 100° С с перемешиванием. Затем мас-
-су охлаждают до 40—45° С, при этом происходит разделение
•слоев: нижний слой — солевой раствор (сернокислый нат
рий, моно- и диацетон-Ь-сорбоза);' верхний слой — сироп диацетон-Ь-сорбозы. Нижний слой направляют в аппарат 8 на экстракцию для дополнительного выделения моно- и диацетон-Ь-сорбозы. Верхний слон направляют в аппарат 9
и отгоняют |
окись •мезитила от диацетон-Ь-сорбозы |
с водя |
ным паром |
под вакуумом 400—600 мм ртутного |
столба. |
Упаренный раствор перегружают в аппарат 10, затем туда же при перемешивании приливают 42—44% раствор едкого натра из мерника. Массу перемешивают, отстаивают и ох лаждают водой. Разделяют слои. Верхний слой — сироп диацетон-Ь-сорбозы — разбавляют горячей водой и ис пользуют в виде слабощелочного раствора для получения натровой соли диацетоп-2-кето-Ь-гулоновой кислоты. Ниж ний слой — щелочной маточный раствор — сливают в рассдаиватель 12 и охлаждают до 20° С. Всплывшую днаце- тон-Ь-сорбозу собирают, растворяют* в горячей воде и про водят очистку раствора диацетон-Ь-сорбозы 42—44% раст вором щелочи по описанной выше технологии. Щелочной маточный раствор используют для нейтрализации ацетоно вых растворов диацетон-Ь-сорбозы.
Экстракцию моно- и диацетон-Ь-сорбозы проводят ацето ном в реакторе 8 из солеворо раствора, предварительно ох лажденного до 20—30° С и нейтрализованного до щелбч-
119