本发明属于医药化工领域，涉及肉碱的绿色制备工艺，具体为一种肉碱的制备工艺。
背景技术：
肉碱是一种类氨基酸，属于季铵阳离子复合物，可以透过生物合成方法从赖氨酸及蛋氨酸两种氨基酸合成产生，在体内与脂肪代谢成能量有关。
在过去肉碱的制备主要采用如美国专利3151149报道的使用d-(+)-樟脑-10-磺酸进行拆分，但此方法要使用agno3以除去cl-，因而成本高，收率低(小于50％)，纯度低，生产条件苛刻。随着技术的发展，现采用左旋肉碱比较经典的化学拆分法是先合成肉碱消旋体然后再进行拆分，主要是以环氧氯丙烷为起始原料，经胺化、腈化、水解而得到肉碱消旋体。此法的优点是避开了有毒的氰化物等有毒物质，且无需离子交换树脂，操作简单安全，但合成步骤多、收率不高。同时此过程中需要消耗较多的盐酸、氨气等，成本高，且反应后的液体需要处理才能进行排放，增加劳动成本。
技术实现要素：
本发明提供一种肉碱的制备工艺，其改进现有化学合成肉碱的制备工艺，充分回收利用氨气与盐酸，有效提高肉碱收率并降低反应成本。
为实现上述技术目的，本发明采取的具体技术手段为，一种肉碱的制备工艺，包括如下步骤，步骤一，3-氰基-2-羟丙基三甲基氯化铵为原料，采用盐酸对原料中氰基进行回流水解；盐酸的浓度为4-7m；
步骤二，对步骤一中反应后的液体进行升温浓缩，回收反应后的盐酸，并得到肉碱、肉碱盐酸盐与氯化铵的混合物溶液；
步骤三，对步骤二中回收的盐酸进行电渗析得到水与质量浓度为10-15%的盐酸；
步骤四，向步骤二中得到肉碱、肉碱盐酸盐与氯化铵的混合物溶液加入浓氨水调节等电点，得到肉碱与氯化铵溶液；浓氨水质量浓度为22-28%；
步骤五，对肉碱与氯化铵溶液进行电渗析得到肉碱溶液与氯化铵溶液；
步骤六，对步骤五中得到的肉碱溶液进行喷雾干燥，得到肉碱成品；
步骤七，对步骤五中得到的氯化铵溶液采用双极膜电渗析，得到氨水与盐酸。
作为本发明改进的技术方案，步骤一中3-氰基-2-羟丙基三甲基氯化铵是3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵与氰化氢反应制备而成。
作为本发明改进的技术方案，步骤3-氰基-2-羟丙基三甲基氯化铵制备中3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵与氰化氢反应用装置，包括nacn溶液高位槽、h2so4溶液高位槽、naoh溶液高位槽、反应釜、第一储液罐、第二储液罐与喷雾吸收室；nacn溶液高位槽与h2so4溶液高位槽分别能连通于反应釜的入口；喷雾吸收室一端能连通于反应釜的入口，另一端能连通于第二储液罐；naoh溶液高位槽设于喷雾吸收室的上方，并能向喷雾吸收室喷洒naoh溶液；喷雾吸收室通过第二管道连通于第二储液罐；第一储液罐的一端通过第一输液泵后能连通于nacn溶液高位槽；第一储液罐的另一端连通于第二储液罐的一端；第二储液罐的另一端通过第二输液泵后能连通于naoh溶液高位槽；第二储液罐上还设有真空口与控制真空口开启的真空阀。
作为本发明改进的技术方案，步骤一中，3-氰基-2-羟丙基三甲基氯化铵与盐酸用量的摩尔比为1：（2-5）。
作为本发明改进的技术方案，步骤一中盐酸的浓度为5-6m。
作为本发明改进的技术方案，回流水解的温度为80-90℃。
作为本发明改进的技术方案，步骤二中升温浓缩温度为75-90℃。
作为本发明改进的技术方案，步骤六的喷雾干燥的温度为75-90℃。
有益效果：
本发明的制备工艺中采用盐酸回流水解3-氰基-2-羟丙基三甲基氯化铵得到肉碱，其反应用盐酸以及反应产物氨水均可回收，且回收的盐酸在补加市场销售的12m盐酸后能得到回流水解用浓度的盐酸。得到的氨水可补加市售的浓氨水得到步骤四中用调节等电点的氨水。综上，本申请的制备工艺中不会产生废渣或者废液，所有产物均可以进行循环。
综上，本申请的制备工艺无废液废渣产生，且有效控制原料成本。
附图说明
图13-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵与氰化氢反应制备3-氰基-2-羟丙基三甲基氯化铵用装置；
图中，1、nacn溶液高位槽；2、h2so4溶液高位槽；3、加料阀；4、电机；5、第一高位槽阀；6、第二高位槽阀；7、套用阀；8、蒸汽或冷凝水出口；9、蒸汽或冷凝水出口；10、第一夹套；11、温度探头；12、搅拌桨；13、ph计；14、底阀；15、防护罩；16、过滤装置；17、第一放液阀；18、第一储液罐；19、第一输液泵；20、废液阀；21、蒸馏阀；22、naoh溶液高位槽；23、喷淋头；24、循环使用阀；25、喷雾吸收室；26、冷凝水入口；27、冷凝水出口；28、第二夹套；29、真空阀；30、第二储液罐；31、第二放液阀；32、第二输液泵。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
实施例1：
一种肉碱的制备工艺，包括如下步骤，步骤一，3-氰基-2-羟丙基三甲基氯化铵为原料，采用盐酸对原料中氰基进行回流水解；盐酸的浓度为4-7m，优选为6m；3-氰基-2-羟丙基三甲基氯化铵与盐酸用量的摩尔比为1：2；回流水解的温度为80℃；
步骤二，对步骤一中反应后的液体进行升温浓缩，回收反应后的盐酸，并得到肉碱、肉碱盐酸盐与氯化铵的混合物溶液；升温浓缩温度为75℃；
步骤三，对步骤二中回收的盐酸进行电渗析得到水与10%的盐酸；
步骤四，向步骤二中得到肉碱、肉碱盐酸盐与氯化铵的混合物溶液加入浓氨水调节等电点，得到肉碱与氯化铵溶液；浓氨水质量浓度为22%；
步骤五，对肉碱与氯化铵溶液进行电渗析得到肉碱溶液与氯化铵溶液；
步骤六，对步骤五中得到的肉碱溶液进行喷雾干燥，得到肉碱成品；喷雾干燥的温度为75℃；
步骤七，对步骤五中得到的氯化铵溶液采用双极膜电渗析，得到氨水与盐酸。
实施例2：
一种肉碱的制备工艺，包括如下步骤，步骤一，3-氰基-2-羟丙基三甲基氯化铵为原料，采用盐酸对原料中氰基进行回流水解；盐酸的浓度为4m；3-氰基-2-羟丙基三甲基氯化铵与盐酸用量的摩尔比为1：5；回流水解的温度为90℃；
步骤二，对步骤一中反应后的液体进行升温浓缩，回收反应后的盐酸，并得到肉碱、肉碱盐酸盐与氯化铵的混合物溶液；升温浓缩温度为90℃；
步骤三，对步骤二中回收的盐酸进行电渗析得到水与15%的盐酸；
步骤四，向步骤二中得到肉碱、肉碱盐酸盐与氯化铵的混合物溶液加入浓氨水调节等电点，得到肉碱与氯化铵溶液；浓氨水质量浓度为28%；
步骤五，对肉碱与氯化铵溶液进行电渗析得到肉碱溶液与氯化铵溶液；
步骤六，对步骤五中得到的肉碱溶液进行喷雾干燥，得到肉碱成品；喷雾干燥的温度为90℃；
步骤七，对步骤五中得到的氯化铵溶液采用双极膜电渗析，得到氨水与盐酸。
实施例3：
一种肉碱的制备工艺，包括如下步骤，步骤一，3-氰基-2-羟丙基三甲基氯化铵为原料，采用盐酸对原料中氰基进行回流水解；盐酸的浓度为5m；3-氰基-2-羟丙基三甲基氯化铵与盐酸用量的摩尔比为1：3；回流水解的温度为85℃；
步骤二，对步骤一中反应后的液体进行升温浓缩，回收反应后的盐酸，并得到肉碱、肉碱盐酸盐与氯化铵的混合物溶液；升温浓缩温度为80℃；
步骤三，对步骤二中回收的盐酸进行电渗析得到水与13%的盐酸；
步骤四，向步骤二中得到肉碱、肉碱盐酸盐与氯化铵的混合物溶液加入浓氨水调节等电点，得到肉碱与氯化铵溶液；浓氨水质量浓度为25%；
步骤五，对肉碱与氯化铵溶液进行电渗析得到肉碱溶液与氯化铵溶液；
步骤六，对步骤五中得到的肉碱溶液进行喷雾干燥，得到肉碱成品；喷雾干燥的温度为80℃；
步骤七，对步骤五中得到的氯化铵溶液采用双极膜电渗析，得到氨水与盐酸。
实施例4：
一种肉碱的制备工艺，包括如下步骤，步骤一，3-氰基-2-羟丙基三甲基氯化铵为原料，采用盐酸对原料中氰基进行回流水解；盐酸的浓度为7m；3-氰基-2-羟丙基三甲基氯化铵与盐酸用量的摩尔比为1：3；回流水解的温度为87℃；
步骤二，对步骤一中反应后的液体进行升温浓缩，回收反应后的盐酸，并得到肉碱、肉碱盐酸盐与氯化铵的混合物溶液；升温浓缩温度为80℃；
步骤三，对步骤二中回收的盐酸进行电渗析得到水与12%的盐酸；
步骤四，向步骤二中得到肉碱、肉碱盐酸盐与氯化铵的混合物溶液加入浓氨水调节等电点，得到肉碱与氯化铵溶液；浓氨水质量浓度为27%；
步骤五，对肉碱与氯化铵溶液进行电渗析得到肉碱溶液与氯化铵溶液；
步骤六，对步骤五中得到的肉碱溶液进行喷雾干燥，得到肉碱成品；喷雾干燥的温度为77℃；
步骤七，对步骤五中得到的氯化铵溶液采用双极膜电渗析，得到氨水与盐酸。
实施例5：
一种肉碱的制备工艺，包括如下步骤，步骤一，3-氰基-2-羟丙基三甲基氯化铵为原料，采用盐酸对原料中氰基进行回流水解；盐酸的浓度为5m；3-氰基-2-羟丙基三甲基氯化铵与盐酸用量的摩尔比为1：3；回流水解的温度为90℃；
步骤二，对步骤一中反应后的液体进行升温浓缩，回收反应后的盐酸，并得到肉碱、肉碱盐酸盐与氯化铵的混合物溶液；升温浓缩温度为75℃；
步骤三，对步骤二中回收的盐酸进行电渗析得到水与10%的盐酸；
步骤四，向步骤二中得到肉碱、肉碱盐酸盐与氯化铵的混合物溶液加入浓氨水调节等电点，得到肉碱与氯化铵溶液；浓氨水质量浓度为26%；
步骤五，对肉碱与氯化铵溶液进行电渗析得到肉碱溶液与氯化铵溶液；
步骤六，对步骤五中得到的肉碱溶液进行喷雾干燥，得到肉碱成品；喷雾干燥的温度为81℃；
步骤七，对步骤五中得到的氯化铵溶液采用双极膜电渗析，得到氨水与盐酸。
具体应用：以消旋或手性的3-氰基-2-羟丙基三甲基氯化铵为原料，使用6m的盐酸对氰基进行回流水解，得到肉碱、肉碱盐酸盐，产生的氨气和盐酸反应得到氯化铵，并有大量盐酸剩余。通过对反应进行升温浓缩，可以回收稀盐酸，并得到肉碱、肉碱盐酸盐和氯化铵的浓溶液。稀盐酸通过常规电渗析，得到浓盐酸及水，水可以重复使用，而得到的浓盐酸的浓度有10%-15%左右，可以用于制备6m的盐酸。肉碱、肉碱盐酸盐和氯化铵的浓溶液使用浓氨水调节其等电点，从而得到肉碱及氯化铵的溶液。对于肉碱及氯化铵溶液进行常规电渗析，可以得到肉碱溶液和氯化铵溶液。肉碱溶液通过喷雾干燥得到肉碱成品。氯化铵溶液通过双极膜电渗析，可以转化为稀氨水及稀盐酸。稀盐酸通过补加12m市售盐酸可以得到6m盐酸。而稀氨水通过补加市售浓氨水，可以用来调节肉碱的等电点。这样在这个工艺中就没有废渣或废液的产生，所有产物均可以进行循环，是一种真正意义上的肉碱制备的绿色化工艺。
优选地，在本实施例中3-氰基-2-羟丙基三甲基氯化铵是3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵与氰化氢反应制备而成。
具体的，3-氰基-2-羟丙基三甲基氯化铵制备中3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵与氰化氢反应用装置（如图1所示），包括nacn溶液高位槽1、h2so4溶液高位槽2、naoh溶液高位槽22、反应釜、第一储液罐18、第二储液罐30与喷雾吸收室25。
反应釜，反应釜上设有加料口，加里口通过加料阀3后连通于氯代原料储备仓；反应釜的外围设有第一夹套10，第一夹套10的端部设有两个及以上蒸汽或冷凝水出口8（9）；反应釜中插设有温度探头11与ph计13；还包括搅拌桨12，搅拌桨12的一端设于反应釜中，另一端连接于设于反应釜顶端的电机4。
nacn溶液高位槽1通过管道连通于反应釜的入口，该管道上设有第一高位槽阀5；h2so4溶液高位槽2通过管道连通于反应釜的入口，该管道上设有第二高位槽阀6；喷雾吸收室25一端通过管道连通于反应釜的入口，该管道上设有蒸馏阀21；喷雾吸收室25另一端通过第二管道连通于第二储液罐30，第二管道上设有第二夹套28，第二夹套28的一端设有冷凝水入口26，另一端设有冷凝水出口27；冷凝水通过冷凝水入口26流入第二夹套28，并通过冷凝水出口27流出，并且冷凝水的流向与喷雾吸收室25释放的蒸汽流动方向相反，实现蒸汽的逆向冷凝。naoh溶液高位槽22设于喷雾吸收室25的上方，并能向喷雾吸收室25喷洒naoh溶液，具体为naoh溶液高位槽22的下端通过管道连接有喷淋头23，喷淋头23置于喷雾吸收室中，naoh溶液高位槽22通过喷淋头23向喷雾吸收室25中喷淋naoh。第一储液罐18的一端通过管道连通于nacn溶液高位槽1，该管道上设有第一输液泵19与套用阀7；第一储液罐18的另一端通过管道连通于第二储液罐30的一端，该管道上设有第二放液阀31；同时第一储液罐18的上还设有废液出口，废液出口处设有废液阀20；第二储液罐30的另一端通过管道连通于naoh溶液高位槽22，该管道上设有第二输液泵与循环使用阀24，循环使用阀24设于临近naoh溶液高位槽22处。第二储液罐30上还设有真空口与控制真空口开启的真空阀29。还包括过滤装置16，过滤装置16设于反应釜与第一储液罐18之间，并且过滤装置16的入口连通于反应釜的出口，过滤装置16的出口连通于第一储液罐18，过滤装置16的入口与反应釜的出口间设有底阀14；过滤装置16的出口与第一储液罐18的入口间还设有第一放液阀17。在过滤过程中，里面残留的少量溶剂会挥发出来，对操作过滤装置的工人会有危害，且任其飘入空气中，也不环保。采用在过滤装置外加一个防护罩15，可以有效的保护操作者。
具体应用时，先关闭所有阀门，保证所有回路关闭。打开加料阀3，蒸馏阀21和真空阀29，通过真空阀29对反应釜进行抽真空，在真空的带动下，稀释过的氯代原料通过加料阀3进入到反应釜中。关闭所有阀门，开启电机4，对反应釜中的液体进行搅拌，向第一夹套10通入蒸汽，并使用温度探头11对反应液的温度进行监控，达到一定温度后，并保持。开启第一高位槽阀5和第二高位槽阀6，分别滴加氰化钠溶液（nacn溶液）和硫酸（h2so4）溶液，原位产生氰化氢对氯代物进行取代。通过ph计13监控反应液中的ph值，通过调节氰化钠和硫酸溶液的滴加速度，从而使反应液保持一定的ph值。反应完毕后，在第二夹套28中通入冷凝水，在喷雾吸收室25中喷洒浓碱液（naoh溶液），打开蒸馏阀21及真空阀29，对反应液进行蒸馏，一方面浓缩反应液，另一方面使多余的氰化氢进入到喷雾吸收室25中，与浓碱反应，达到吸收的目的。吸收液通过冷凝进入到第二储液罐30中。开启第二输液泵32及循环使用阀24，使碱液能够循环使用。蒸馏完毕后，在第一夹套10中通入冷凝水，对反应液进行降温，开启底阀14及第一放液阀17，将反应液进入到过滤装置16中，产品为滤饼，滤液进入到第一储罐中。开启第二放液阀31将第二储液罐30中的氰化钠吸收液放入到第一储液罐18中。下次投料时，开启套用阀7及第一输液泵19，将滤液和氰化钠溶液重新泵回反应釜中，这样就可在做下一批反应时，滴加少量的氰化钠溶剂即可。滤液经过5次套用后，经过废液阀20进入到废液处理系统中。
以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。