В статье рассматривается одна из промежуточных стадий получения метионина — синтез метилтиопропионового альдегида. Предложен способ совершенствования синтеза АМТП, приводящий к повышению выхода и улучшению качества АМТП.
Ключевые слова: метионин, метилтиопропионовый альдегид (АМТП), акролеин, метилмеркаптан, триэтиламин, уксусная кислота, N-алкилморфолин.
Рынок аминокислот в РФ достаточно стабилен, его емкость с каждым годом растет пропорционально развитию животноводческой отрасли и местного кормопроизводства [1]. Улучшение кормовой базы — залог увеличения продуктивности сельскохозяйственных животных и птиц.
Производство метилтиопропионового альдегида (АМТП) является крупнотоннажным. АМТП используется в качестве полупродукта для получения метионина, являющегося незаменимой аминокислотой. Метионин представляет собой серосодержащую аминокислоту, которую применяют в рационе питания сельскохозяйственных животных и птиц в виде кормовой добавки. Метионин играет важную роль в обмене веществ, принимает участие в синтезе тканевых белков, а также участвует во многих процессах при синтезе витаминов, гормонов и ферментов [2].
Промышленный способ синтеза кормового метионина состоит из ряда стадий. В данной работе исследована одна из промежуточных стадий — синтез метилтиопропионового альдегида. На реализованном производстве способ получения АМТП основывается на взаимодействии акролеина с метилмеркаптаном в присутствие катализатора — смеси триэтиламина с уксусной кислотой, стабилизатора — гидрохинон в метаноле, с последующей стадией ректификации под вакуумом, что позволяет получить продукт с выходом 97,74 %.
Синтез метилтиопропионового альдегида осуществляется по реакции Михаэля:
Этот метод на производственном аналоге протекает с большим количеством выделяемого тепла (62,02 кДж/моль). И несмотря на то, что данная катализаторная смесь дает высокий выход продукта, она в тоже время полностью не защищает от образования побочных продуктов (полимеров АМТП и акролеина). Например:
1. Образование 3-гидрокси-2-метилтиометил-4-пентаналя:
2. Образование 5-метилтио-2-пентаналя:
Данную проблему можно решить с помощью использования катализатора на основе N-алкилморфолина и органической кислоты [3].
Данное усовершенствование не предполагает изменение конструкции основного аппарата, используемого на производстве-аналоге. Реактор представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат со сферическим днищем и каплеотбойником (рис. 1). Статический смеситель (распределительное устройство) играет роль устройства, предназначенное для интенсивного смешения компонентов реакционной смеси. Оптимальный температурный режим реакции синтеза от 28 до 40 °С. Давление в реакторе синтеза поддерживается в пределах от 0,021 до 0,051 МПа.
Рис. 1. Реактор синтеза АМТП: 1 — ввод ММК, 2 — ввод акролеина, 3 — ввод катализатора, 4 — вывод АМТП, 5 — измерение температуры, 6 — статический смеситель, 7 — корпус
Для перемешивания реакционной массы и поддержания температуры в реакторе осуществляется циркуляция реакционной массы насосом через теплообменник.
Для снятия тепла в предложенном способе был рассчитан кожухотрубчатый теплообменник. Температура АМТП на входе t н1 = 40 °С, конечная температура t к1 = 30 °С. Вода подается в теплообменник с начальной температурой t н2 = 13 °С, конечная температура t к2 = 15 °С. Выбираем противоточное направление течения теплоносителей, при этом:
Температура воды:
Тогда средняя температура раствора:
При расчете теплового баланса процесса была найдена тепловая нагрузка на реактор:
Рассчитанный коэффициент теплоотдачи:
Поверхность теплообменника:
Согласно полученной площади выбираем одноходовой аппарат с параметрами [4]: площадь F = 109 м 2 , длина труб = 3 м, число труб n = 465, число ходов z = 1, диаметр корпуса аппарата D = 800 мм, диаметр труб d труб = 25х2 мм.
При этом запас составит:
Вводимое усовершенствование даст ряд положительных результатов: можно достичь выхода продукта превышающего 99 %; заметно снизится время получения АМТП, что таким образом позволяет уменьшить размеры реактора; увеличится производительность реактора; улучшится устойчивость получаемого АМТП при дальнейшем хранении; такие катализаторы предпочтительно применяют на следующей стадии цепочки получения метионина, следовательно, поток продуктов не нужно подвергать дополнительной обработке для отделения каталитической смеси, что будет экономически выгодно.
Литература:
- Бурдаева К. Рынок аминокислот в РФ-2015: новости и тенденции / К. Бурдаева // Ценовик. — 2015. — № 12. — С. 16–25.
- Клименко, А. Корма и кормовые добавки Сравнение источников метионина для производства кормов / А. Клименко, А. Гущева // Ценовик. — 2014. — № 10. — С. 26–57.
- Пат. 2336266 Российская Федерация, МПК C07C 319/18 [и др.] Способ получения 3-метилтиопропаналя / Рей Патрик: заявитель и патентообладатель Адиссео Айленд Лимитед.; заявл. 27.10.2005; опубл. 20.10.2008
- Банных О. П. Основные конструкции и тепловой расчет теплообменников. Учебное пособие. СПбНИУ ИТМО, 2012. — 42 с
