Совершенствование процесса получения гидантоина в синтезе метионина



Актуальность производства гидантоина обусловлена тем, что он является важным промежуточным звеном в синтезе метионина. Метионин — аминокислота, используемая в качестве кормовой добавки в рационе питания сельскохозяйственных животных и птиц. За счет наличия в метионине метильной группы, участвующей в процессе переметилирования, данная аминокислота способствует уменьшенью отложения в печени нейтральных жиров [1].

Метионат натрия получают путем гидролиза гидантоина, гидантоин в свою очередь синтезируют по методу Бухерера путем воздействия метилтиопропионового альдегида на цианистый натрий в водном растворе аммиака и углекислого газа [1, 2].

Ниже описана схема получения гидантоина по методу Бухерера:

Согласно механизму этой реакции, предложенному Бухерером [2, 3], последовательно образуются циангидрин (I), — аминонитрил (II) и продукт его карбоксилирования (III):

1. 
2. 
3. Для образования циангидрина требуется температура 40–50.

Последний продукт циклизуется и перегруппировывается в гидантоин:

В ходе реакции образуется гидрокарбонат натрия, который раскладывается по следующей реакции:

2NaHCO₃ Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O

Для получения метионата натрия гидантоин направляют на стадию гидролиза, где его обрабатывают водным раствором едкого натра при температуре 175–185 с последующим разложением гидрокарбоната натрия.

Общее уравнение гидролиза гидантоина:

В ходе анализа технологической схемы синтеза гидантоина, были выявлены недостатки на стадии выделения продукта. Стадия выделения представляет собой колонну стриппинга: колонна с шестнадцатью перфорированными тарелками и увеличением объема в верхней части. С помощью колонны стриппинга осуществляется отдувка избытка аммиака и углекислого газа.

В результате проведения анализа патентно-технической литературы было найдено несколько решений по усовершенствованию колонны стриппинга. В большей части из них предлагалось заменить перфорированные тарелки на ситчатые. Как например патент RU 2542265 описывает конструкцию ситчатых тарелок, состоящих из двух скрепленных между собой полотен. Как показали проведенные расчеты, данное проектное решение незначительно увеличивает степень отдувки аммиака и углекислого газа.

В патенте RU 2438748 была описана конструкция ситчатых тарелок с переливным устройством. Установка описываемого переливного устройства позволит увеличить рабочую площадь тарелок на 24 %. За счет увеличения рабочей площади тарелок нам удастся повысить концентрацию гидантоина в конечном растворе с 15 до 16,5 %.

Литература:

1. Постоянный технологический регламент производства гидантоина / АО «Волжский Оргсинтез»
2. Серрей А. Справочник по органическим реакциям. Именные реакции в органической химии. Перевод с английского под ред. и доп. докт. хим. наук Н. С. Вульфсона. Перевод с английского: М. Н. Ефимова, О. Н. Камышан и Э. М. Бамдас. М.: ГХИ, 1962. — 300 с.
3. К. В. Вацуро, Г. Л. Мищенко Именные реакции в органической химии. М., «Химия», 1976.