本发明为一种半胱胺盐酸盐的制备方法，属于精细化工领域，具体为一种半胱胺盐酸盐的制备方法。
背景技术：
半胱胺盐酸盐是以单乙醇胺、二硫化碳为主要原料，经酯化、环合、水解等反应生成的。半胱胺盐酸盐(c2h8clns)是一种重要的化工原料和医药中间体，它在化妆品、动物饲料添加剂、医药等领域有着广泛的应用。
在水解工艺中，2-巯基噻唑与盐酸发生水解反应，生成半胱胺盐酸盐粗品。在水解工艺中，足够浓度的盐酸是保证反应生成半胱胺盐酸盐的关键。而反应过程中消耗的盐酸以及浓盐酸酸雾的逸出会降低反应液内的盐酸浓度，常规工艺中，一般是在水解反应开始时通入部分35％浓盐酸，反应5天后再通入部分35％浓盐酸，继续反应5-7天后再通入最后部分35％浓盐酸，再反应4-5天。总反应时间在15-17天左右。反应过程中，因盐酸的消耗会降低反应速率，导致反应时间加长，且不停有浓度约12％的hcl气体产生而无法利用成为有害气体。
综上所述，现有技术半胱胺盐酸盐的生产工艺存在着反应时间较长、生产成本高、同时生产过程中有废气废物的排出，不仅污染空气，且造成资源的浪费。因此，需要提供一种半胱胺盐酸盐的制备方法解决现有技术的缺陷。
技术实现要素：
为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种有效加快半胱胺盐酸盐的反应速度、缩短生产时间、降低能耗的半胱胺盐酸盐的制备方法及其反应装置。
一种半胱胺盐酸盐的制备方法，包括以下步骤：
(1)将单乙醇胺和浓硫酸置入第一反应装置内，并充分混合；单乙醇胺和浓硫酸发生酯化反应，生成氨基乙醇硫酸酯；
(2)在第一反应装置内加入30％氢氧化钠溶液和二硫化碳，氨基乙醇硫酸酯与二硫化碳发生环合反应，生成2-巯基噻唑及硫酸钠溶液；
(3)将所述步骤(2)中制得的2-巯基噻唑通过离心分离法进行分离，环合反应中生成的硫酸钠溶液通过三效蒸发浓缩结晶生成固体硫酸钠；
(4)将35％盐酸置入第二反应装置中，2-巯基噻唑与盐酸发生水解反应生成半胱胺盐酸盐，冷凝回流制得半胱胺盐酸盐粗品；
(5)在第三反应装置内加入乙醇溶液，使得半胱胺盐酸盐完全溶解于乙醇溶液中；将反应釜内的温度冷却，使得半胱胺盐酸盐溶解度下降晶体析出；过滤分离得出半胱胺盐酸盐及乙醇结晶体，加热蒸馏出乙醇后，即制得成品半胱胺盐酸盐晶体。
优选地，所述步骤(1)中单乙醇胺和浓硫酸的摩尔比为1.2∶1，酯化反应的温度为110℃。
优选地，所述步骤(2)中环合反应的温度为80-90℃。
优选地，所述步骤(4)中盐酸与2-巯基噻唑的摩尔比为5∶1，水解反应的温度为105-110℃。
优选地，所述步骤(4)中第二反应装置包括盐酸发生罐、第一浓硫酸罐、第二浓硫酸罐、反应釜及管路，其特征在于，所述盐酸发生罐上设有第一排气口、第一进液口及第一出料口，所述第一出料口设有第一出料阀；所述第一浓硫酸罐设置在盐酸发生罐的上方，所述第一浓硫酸罐上设有第一滴加口、第二排气口及第一进气口，所述第一滴加口设有第一滴加阀，所述第二排气口处设有第一排气阀，所述第一进气口处设有第一进气阀；所述第二浓硫酸罐设置在盐酸发生罐的上方，所述第二浓硫酸罐上设有第二滴加口、第三排气口及第二进气口，所述第二滴加口处设有第二滴加阀，所述第三排气口处设有第二排气阀，所述第二进气口处设有第二进气阀；所述反应釜设置在盐酸发生罐的一侧，所述反应釜上设有第二出料口、第四排气口及第三进气口，所述第二出料口处设有第二出料阀，所述第四排气口处设有第四排气阀，所述第三进气口处设有第三进气阀，所述反应釜的上方设有冷凝管；所述第一浓硫酸罐的第一滴加口与第二浓硫酸罐的第二滴加口通过管路与盐酸发生罐的第一进液口相连通；所述第一浓硫酸罐的第一进气口与第二浓硫酸罐的第二进气口通过管路与盐酸发生罐的第一排气口相连通；所述第一浓硫酸罐的第二排气口与第二浓硫酸罐的第三排气口通过管路与反应釜的第三进气口相连通。
优选地，所述第二反应装置还包括气体缓冲罐，所述气体缓冲罐设置在连接第二浓硫酸罐的第三排气口与反应釜的第三进气口的管路上。
优选地，所述第二反应装置还包括降膜吸收器，所述降膜吸收器设置在反应釜的冷凝管上方，所述降膜吸收器通过管路与反应釜相连通。
优选地，所述气体缓冲罐的出气口设有第三排气阀。
优选地，所述气体缓冲罐的出气口设有流量计，用于控制hcl气体的流量。
优选地，所述气体缓冲罐上设有压力表，用于监控气体缓冲罐内压力，防止罐体破损、泄漏。
本发明的有益效果：
(1)本发明的半胱胺盐酸盐的制备方法，相对于传统的制备方法，能有效提高反应速度，简化步骤工艺，可提高生产效率。本发明的水解环节中，采用的第二反应装置包括盐酸发生罐、第一浓硫酸罐、第二浓硫酸罐、反应釜及管路；设计两个浓硫酸罐，其中一个浓硫酸罐用于滴加硫酸，另一个浓硫酸罐用于干燥生成的hcl气体，循环往复，有效补充了水解反应中消耗的hcl气体，从而保证了反应溶液中的hcl一直保持在较高浓度，减少了水解反应过程中添加浓盐酸的次数，简化了生产步骤，循环利用hcl气体，节能环保。
(2)本发明的半胱胺盐酸盐的制备方法，通过对水解环节的改进使得反应时间从原来的15-20天缩短到8-10天，大大缩短的反应时间，提高了生产效率，同时，半胱胺盐酸盐在整体的反应过程中的蒸气消耗量明显降低，单位产量的能耗从原来的3300元/吨降低到2000元/吨。显而易见地，当反应时间缩短，则单位时间内的半胱胺盐酸盐产量相应的提高。
(3)本发明的半胱胺盐酸盐的制备方法，反应釜内最终产生的废气为hcl酸雾、h2s和co2混合气体，用过降膜吸收器吸收hcl酸雾，然后h2s和co2混合气体燃烧生成so2和co2，so2通过液碱吸收生成亚硫酸钠溶液，二氧化碳排出空气中，避免了废气逸出对空气造成污染，循环利用hcl气体，节能环保。同时，环合反应中生成的硫酸钠溶液通过三效蒸发浓缩结晶生成固体硫酸钠，作为副产品，有效避免了资源浪费，降低了企业生存的成本。
(4)本发明的半胱胺盐酸盐的制备方法，浓盐酸在盐酸发生罐内产生，并通过管路输送至反应釜内，避免了hcl气体的逸出，对空气造成污染、对设备的腐蚀。大大降低了腐蚀性液体对人体造成损害的危险。同时，改变了传统人工多次添加浓盐酸的方式，省时省力，提高了加料效率，减少了人工操作的强度，大大降低了腐蚀性液体对人体造成损害的危险。
附图说明
图1是本发明的半胱胺盐酸盐的制备方法所采用的反应装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行阐述，本发明的实施方向以图1的方向为标准。
一种半胱胺盐酸盐的制备方法，包括以下步骤：
(1)将单乙醇胺和浓硫酸置入第一反应装置内，并充分混合；单乙醇胺和浓硫酸发生酯化反应，生成氨基乙醇硫酸酯；其中，单乙醇胺和浓硫酸的摩尔比为1.2∶1，酯化反应的温度为110℃；
(2)在第一反应装置内加入30％氢氧化钠溶液和二硫化碳，控制反应釜内的温度为80-90℃，氨基乙醇硫酸酯与二硫化碳发生环合反应，生成2-巯基噻唑及硫酸钠溶液；
(3)将步骤(2)中制得的2-巯基噻唑通过离心分离法进行分离，环合反应中生成的硫酸钠溶液通过三效蒸发浓缩结晶生成固体硫酸钠，作为副产品；
(4)将35％盐酸置入第二反应装置中，控制第二反应装置内的温度为105-110℃，2-巯基噻唑与盐酸发生水解反应生成半胱胺盐酸盐，冷凝回流制得半胱胺盐酸盐粗品；其中，盐酸与2-巯基噻唑的摩尔比为5∶1；
(5)在第三反应装置内加入乙醇溶液，控制第三反应釜内的温度控制在70-80℃，使得半胱胺盐酸盐完全溶解于乙醇溶液中；将第三反应装置内的温度冷却至30℃以下，使得半胱胺盐酸盐溶解度下降晶体析出；过滤分离得出半胱胺盐酸盐及乙醇结晶体，加热蒸馏出乙醇后，即制得成品半胱胺盐酸盐晶体，其中，乙醇可回收再利用。
如图1所示，本发明的半胱胺盐酸盐的制备方法步骤(4)中采用的第二反应装置，包括盐酸发生罐1、第一浓硫酸罐2、第二浓硫酸罐3、反应釜4、降膜吸收器5、管路6及气体缓冲罐7，其中：
盐酸发生罐1用于盛装氯化钠晶体，为hcl气体的发生提供反应空间，盐酸发生罐1的上端设有第一排气口11及第一进液口12，盐酸发生罐1的下端设有第一出料口13；其中，第一出料口13设有第一出料阀110。
第一浓硫酸罐2用于盛装浓硫酸液体，向盐酸发生罐1内滴加硫酸或对hcl气体进行干燥；第一浓硫酸罐2设置在盐酸发生罐1的上方。第一浓硫酸罐2的下端设有第一滴加口21，第一浓硫酸罐2的上端设有第二排气口22，第一浓硫酸罐2的侧壁上设有第一进气口23；其中，第一滴加口21设有第一滴加阀210，第二排气口22处设有第一排气阀220，第一进气口23处设有第一进气阀230。
第二浓硫酸罐3用于盛装浓硫酸液体，对hcl气体进行干燥或向盐酸发生罐1内滴加硫酸；第二浓硫酸罐3设置在盐酸发生罐1的上方，且第二浓硫酸罐3与第一浓硫酸罐2位于同一水平面上。第二浓硫酸罐3的下端设有第二滴加口31，第二浓硫酸罐3的上端第三排气口32，第二浓硫酸罐3的侧壁上第二进气口33；其中，第二滴加口31处设有第二滴加阀310，第三排气口32处设有第二排气阀320，第二进气口33处设有第二进气阀330。
反应釜4用于盛装反应溶液，并为2-巯基噻唑与盐酸发生水解反应提供发生空间，反应釜4设置在盐酸发生罐1的一侧。反应釜4的下端设有第二出料口41，反应釜4的上端设有第四排气口42，反应釜4的侧壁上设有第三进气口43；其中，第二出料口41处设有第二出料阀410，第四排气口42处设有第四排气阀420，第三进气口43处设有第三进气阀430。反应釜4的上方设有冷凝管44，用于将反应过程中反应釜4内生成的气体遇冷后液化。
降膜吸收器5设置在反应釜4的冷凝管44上方，通过管路6与反应釜4相连通；降膜吸收器5用于吸收反应过程中产生的多余hcl酸雾。
其中，第一浓硫酸罐2的第一滴加口21与第二浓硫酸罐3的第二滴加口31通过管路6与盐酸发生罐1的第一进液口12相连通；第一浓硫酸罐2的第一进气口23与第二浓硫酸罐3的第二进气口33通过管路6与盐酸发生罐1的第一排气口11相连通；第一浓硫酸罐2的第二排气口22与第二浓硫酸罐3的第三排气口32通过管路6与反应釜4的第三进气口43相连通。
气体缓冲罐7用于稳定管路6及反应釜4内的压力，并二次干燥即将进入反应釜4内的hcl气体。气体缓冲罐7设置在连接第二浓硫酸罐3上端的第三排气口32与反应釜4的第三进气口43的管路6上，气体缓冲罐7的出气口设有第三排气阀710。进一步地，气体缓冲罐7的出气口设有流量计，用于根据实际生产情况控制hcl气体的流量；更进一步地，气体缓冲罐7上设有压力表，用于监控气体缓冲罐内压力，防止罐体内压力过大造成破损，泄漏等情况的发生。
工作原理：在水解反应中，先打开第一滴加阀210，使得第一浓硫酸罐2中的硫酸滴加在盐酸发生罐1内，与氯化钠反应产生盐酸；再打开第二浓硫酸罐3的第二进气阀330，使得盐酸发生罐内浓盐酸挥发形成的湿的hcl气体，从盐酸发生罐1的第一排气口11通过管路进入第二浓硫酸罐3内进行干燥；再打开第二浓硫酸罐3的第二排气阀320及反应釜4的第三进气阀430，使得经浓硫酸干燥后的hcl气体进入反应釜中，与2-巯基噻唑发生水解反应。
当第二浓硫酸罐不停吸收hcl气体中的水分后，浓度逐渐降低，干燥能力不断降低，此时打开第二浓硫酸罐3的第二滴加阀31，使得第二浓硫酸罐3内的稀硫酸滴加在盐酸发生罐1内，与氯化钠反应产生盐酸；再打开第一浓硫酸罐2的第一进气阀230，使得盐酸发生罐内浓盐酸挥发形成的湿的hcl气体，从盐酸发生罐1的第一排气口11通过管路进入第一浓硫酸罐2内进行干燥；再打开第一浓硫酸罐2的第一排气阀220及反应釜4的第三进气阀430，使得经浓硫酸干燥后的hcl气体进入反应釜4中，与2-巯基噻唑发生水解反应；更进一步地，经浓硫酸干燥后的hcl气体，在进入反应釜4前经过气体缓冲罐7的二次干燥，缓冲，有利于保持管路6及反应釜4内的气压稳定，hcl气体的浓度高反应更加充分。反应釜4内最终产生的废气为hcl酸雾、h2s和co2混合气体，用过降膜吸收器吸收hcl酸雾，然后h2s和co2混合气体燃烧生成so2和co2气体，so2气体通过液碱吸收生成亚硫酸钠溶液，co2气体排出空气中。反应釜4内生产的半胱胺盐酸盐通过第二出料口41排出；盐酸发生罐1内生成的硫酸钠溶液通过第一出料口13排出，通过三效蒸发浓缩结晶产生硫酸钠晶体，作为副产品。
本发明的技术方案中，盐酸发生罐主要用于补充水解反应过程中盐酸的消耗，以维持反应釜内盐酸保持在较高的浓度，保证反应速度。为方便操作，设计两个浓硫酸罐，当其中一个浓硫酸罐不停吸收湿的hcl气体中的水分后，浓度逐渐降低，最终干燥能力下降，此时该浓硫酸罐中的浓硫酸已经变成稀硫酸，用于滴加到盐酸发生罐内与氯化钠晶体发生反应生成足够浓度的盐酸，浓盐酸挥发形成湿的hcl气体，而另一个浓硫酸罐则开启作为干燥罐使用，如此循环。经浓硫酸干燥后形成的干燥的hcl气体重新投入到反应釜中，从而保证反应釜中盐酸保持在较高浓度条件下，以提高水解反应的速度，将原来的反应时间从15-17天缩短到8-10天，有效降低了能耗。同时，传统工艺中需要多次添加浓盐酸以维持反应釜内盐酸的浓度，多次加料使得工艺劳动强度高，且浓盐酸具有挥发性、腐蚀性，不仅对厂房内空气造成污染，且浓盐酸飞溅对人体健康造成损害以及设备腐蚀。本发明的技术方案无需多次人工添加浓盐酸，使得劳动强度降低，且大大提高了安全性高。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明并不局限于上述实施方式，在实施过程中可能存在局部微小的结构改动，如果对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，且属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。