维生素B1工艺设计网络资料

维生素B1工艺设计

摘 要

硫胺素（维生素B1）是已经确定的第一个B族维生素。硫胺素依赖酶作为一个与能量代谢有关的几种酶的辅助因子,它是重要的神经递质的合成和生产，减少氧化应激防御中使用的物质，以及用于合成的戊糖核酸的前体.硫胺素脑代谢中起着核心作用。干脚气病，周围神经病变，湿脚气，水肿和乳酸性酸中毒的心肌病，和Wernicke–Korsakoff综合征，其表现包括眼球震颤，眼肌麻痹，共济失调演变成混乱，逆行性遗忘，认知障碍，虚构其不足的结果。严格硫胺素缺乏饮食的患者18天之内显示的严重枯竭的状态。硫胺素缺乏在富裕国家中最常见的原因是不含酒精的病人要么酗酒或营养不良。硫胺素补充治疗是有益的诊断和治疗的。

关键词：硫胺素 维生素B1 脚气 Wernicke-Korsakoff综合征 心肌病 神经病

Abstract

Thiamine (vitamin B1) was the first B vitamin to have been identified. It serves as a cofactor for several enzymes involved in energy metabolism. The thiamine-dependent enzymes are important for the biosynthesis of neurotransmitters and for the production of reducing substances used in oxidant stress defenses, as well as for the synthesis of pentoses used as nucleic acid precursors.Thiamine plays a central role in cerebral metabolism. Its deficiency results in dry beriberi, a peripheral neuropathy, wet beriberi, a car-diomyopathy with edema and lactic acidosis, and Wernicke–Korsakoff syndrome, whose manifestations consist of nystagmus,ophthalmoplegia, and ataxia evolving into confusion, retrograd e amnesia, cognitive impairment, and confabulation. Patients on a strict thiamine-deficient diet display a state of severe deplet ion within 18 days. The most common cause of thiamine deficiency in affluent countries is either alcoholism or malnutrition in nonalcoholic patients. Treatment by thiamine supplementation is beneficial for diagnostic and therapeutic purposes.

Keywords: Thiamine; vitamin B1; beriberi; Wernicke-Korsakoff syndrome; neuropathy;

cardiomyopathy.

第一章 文献综述

维生素是维持机体正常生命活动不可缺少的一类小分子有机化合物，由于体内不

能合成，或合成量不能满足机体的需要,故必须不断从食物中摄取。维生素约有20种，他们的化学结构各异，通常按照溶解性质将维生素分为脂溶性和水溶性两大类，水溶性维生素能溶于水，其中维生素B1就属于水溶性。维生素和其它药物不同,他们不会因为副作用和耐药性而不断被淘汰和更新.同时由于人和动物肌体不能合成或者合成量不能满足机体的需要,所以人和动物对维生素的需求是永无止境的,人们常常将维生素产品称为常青产品或万岁产品,称维生素产业为永远的朝阳产业。

维生素B1又称硫胺素或抗神经炎素，19世纪末荷兰医生艾克曼从米糠中提取制得的，是人们最早发现的一种维生素，由嘧啶环和噻唑环结合而成。为无色结晶体，溶于水，在酸性溶液中很稳定，在碱性溶液中不稳定，易被氧化和受热破坏。维生素B1主要存在于种子的外皮和胚芽中，如米糠和麸皮中含量很丰富，在酵母菌中含量也极丰富。瘦肉、白菜和芹菜中含量也较丰富。目前所用的维生素B1都化学合成的产品。

1.1生产方法 1.1.1 化学合成法

国内外维生素B1工业生产主要有丙二腈氨甲基嘧啶路线、丙烯腈乙酰氨甲基嘧啶路线、丙烯腈甲酰氨甲基嘧啶路线几种。国外常用丙二腈路线，此路线简短，但原料价格贵、成本高。国内采用后两种路线，丙烯腈乙酰氨甲基嘧啶路线条件温和，价格便宜，是国内普遍采用的，但成本较高，而丙烯腈甲酰氨甲基嘧啶路线是近两年国内工业化开发成功的最新路线，虽然路线较长，但成本较低。 维生素B1的主要生产原料

表1-1 主要原辅材料、产品理化性质

名称 邻氯 苯胺

分子式

NH2Cl理化特性 燃烧爆炸性 毒性毒理

琥珀色液体，有氨味，在遇明火、高热或毒害品，LD50：256mg空气中颜色变黑，密度与氧化剂接触，／kg(小鼠经口)。

3

1.2125g/m，沸点有引起燃烧爆炸

208.8℃，不溶于水，溶的危险。受高热于酸和大多数有机溶剂。 分解，产生有毒

的氮氧化物和氯化物气体。

2

甲酸 甲酯

氢氧 化钠

硝酸钠 氨基 丙腈

甲醇纳 C2H4O2 无色液体，具有愉快的香爆炸极限4.5～吸入蒸气会刺激鼻子，

味。沸点31.5℃，熔点23%，闪点-19℃，恶心，中枢神经系统抑-99.8℃，蒸气压自燃点449℃。 制，呼吸困难，严重时585.7mmHg/25℃，相对密可因肺水肿而死亡。食度0.987/15℃/15℃，辛入后会产生严重的酸醇/水分配系数毒症，并导致肾病。LC50logKow=0.03，与醇互溶，大

鼠

吸

入

蒸气相对密度2.07，水中5200mg/m3/4hr，LD50小溶

解

度

鼠经口675mg/kg，大鼠230000mg/L/25℃，嗅阈475mg/kg，皮肤＞值500～6875mg/m3。

4000mg/kg。未被IARC等机构列为致癌物质。

NaOH 分子量：40.01白色不透本品不会燃烧，具有强腐蚀性 明固体，易潮解。易溶于遇水和水蒸气大水、乙醇、甘油，不溶于量放热，形成腐丙酮，熔点：318.4℃ 沸蚀性溶液。与酸点：1390℃；相对密度(水发生中和反应并=1)2.12

放热。

NaNO3 分子量：85.01,无色透明强氧化剂。遇可 急性毒性：或白微带黄色的菱形结燃物着火时，能LD503236mg/kg(大鼠经晶，味微苦，易潮解；易助长火势。与易口) 溶于水、液氨，微溶于乙氧化物、硫黄、醇、甘油；熔点：306.8℃，亚硫酸氢钠、还沸点：380℃(分解) ；相原剂、强酸接触对密度(水=1)2.26

能引起燃烧或爆炸。燃烧分解时，放出有毒的氮氧化物。受高热分解，产生有毒的氮氧化物。

C3H6N2 分子量70.1，无色透明液纯净无水氨基丙无毒

体，略有氨味，呈中性，腈很稳定。 易溶于水和有机溶剂，密度1.011，沸点185℃。

CH3ONa 分子量：54.02，白色无遇水、潮湿空气、本品蒸气、雾或粉尘对

3

定形易流动粉末，无臭；酸类、氧化剂、呼吸道有强烈刺激和溶于甲醇、乙醇；沸高热及明火能引腐蚀性。吸入后，可引点：>450℃；相对密度(水起燃烧。 =1)1.3；相对密度(空气=1)1.1

盐酸

HCl

色有刺激性气味的液体，沸点-84.9℃ 起昏睡、中枢抑制和麻醉。对眼有强烈刺激和腐蚀性，可致失明。 触及氨蒸发会生成白HCl的水溶液，纯品为无熔点-114.8℃，浓盐酸在空气中发烟，

盐酸 乙脒

小苏打

氯化铵

双氧水(35%)

硫酸

工业品略带黄色，相对密度1.187，易溶于水，有强烈的腐蚀性。

C2H6N2HCl 白色或微黄色晶体,易溶

于醇,不溶于丙酮,乙醚。加到碱液中,则游离析出乙脒,呈强碱性,微加热则分解为氨和醋酸

NaHCO3 白色单斜晶系晶体粉末

至结晶性块状物。相对分子量84.01，相对密度是2.16～2.22。微溶于水。

NH4Cl 无色立方晶体或结晶性

粉末。无臭，有清凉感，略有吸湿性。相对分子量53.49，相对密度是1.526．微溶于乙醇和甲醇，溶于水和甘油。

H2O2

无色透明液体。无臭，略有特殊气味。相对分子量34.02，相对密度是1.4649。不溶于石油醚，溶于乙醇和乙醚，与水可任意混溶。

H2SO4

分子量：98.08(3.0℃)；与水混溶。

熔点 ℃

无

无

无

无

色云雾。其气体对动植物有害，是极强的无机酸。

无

本品有毒，多量可引起碱中毒，大鼠口腔注射LD504300mg/kg。

无

无

一级无机酸腐蚀；车间空气中最高容许浓度为2mg/m3，口服浓硫酸1mg即可致死。

164-166

氯代丁内C6H7O3Cl 分子量：162.57淡黄色澄脂

明油状液体，相对密度1.1624，不溶于水，易溶于有机溶剂

5,6-二甲苯 并咪唑 甲醇

C9H10N2 无色针状结晶,能溶于醇

和酸，微溶于热水，分子量146.19。

无 无

熔点 201-206℃

无

CH3OH 无色透明液体。易燃，易 熔点-97.80℃，本品有毒，饮后可致

挥发。有刺激性气味。相沸点64.7℃，闪盲，蒸气刺激眼睛，也对分子量32.04。相对密点16℃、12℃（闭可致盲。口服甲醇度0.7915．折射率为式）。其蒸气与空1g/kg可导致失明。 1.3292。能与水、乙醇、气可形成爆炸混乙醚、丙酮、苯等混溶，合物，爆炸极限也溶于氯仿。

6.0％-36.5％（体积分数）。

无 无

无

二硫化炭 CS2 无色液体，溶于水、乙醇、乙醚等

硫酸铵 （NH4）2SO4 无色斜方晶体。密度

1.769溶于水不溶于乙醇。

维生素B1

易潮解，有微弱的特臭，味苦。熔点248℃（分解）溶于水和甘油。稍溶于乙醇，不溶于乙醚和苯

无 无

1.1.2 微生物合成法

微生物法合成维生素

B1是先分别合成嘧啶环和噻唑环结构后，再经酶反应聚合

而成。如图2-6所示，丙氨酸（VI）与甲硫氨酸（VII）反应生成3-(4-甲基-5-噻唑啉基)丙氨酸（VIII），然后经4-甲基-5-(B-羟乙基)噻唑单磷酸（IX），由此噻唑环部分形成。嘧啶环部分则由氨甲酰磷酸（I）与B-甲基天冬氨酸(II)聚合，形成N-氨甲酰-B甲基天冬氨酸（III），转化为甲基二氢乳清酸（IV）后，经2-甲基-4-氨基-5-羟甲基嘧啶，由ATP转化为单磷酸酯，再转化为焦磷酸酯（V）。最后，噻唑环和嘧啶环两部分在硫胺单磷酸合成酶存在下缩合形成单磷酸硫胺素(X)。

大肠杆菌和啤酒酵母均是维生素B1的产生菌，它们能合成2-甲基-4-氨基-5-羟基嘧啶和4-甲基-5-(B-羟乙基)噻唑。将大肠杆菌腺嘌呤或维生素B1缺陷型菌株移种于含有限量维生素B1的培养基中，在其中生长的细胞即可解除其生物合成维生素B1的阻遏，使维生素B1高产。从啤酒酵母中分离的产生维生素B1突变型菌株，可用于生产富含维生素B1的啤酒。此外，Salmonella typHimerium和Streptomyces carlsberlsbergensis也能产生维生素B1。

1.2世界维生素B1生产的发展现状

应用领域的不断扩大推动着维生素市场的持续增长，竞争激烈，维生素现已成为国际医药与保健品市场的主要大宗产品之一。据有关资料，20世纪末，全世界医药、营养保健品、食品、化妆品、饲料等行业每年消耗的各种维生素原料的市值已达25亿美元。巨大的市场空间，吸引了不少弄潮儿，也酝酿着变幻的风云。维生素用于药品、营养药品、饲料添加剂和食品添加剂，维生素产业的发展设计到医药工业、精细化工、饲料工业和食品工业等多个领域。

几十年来，国际市场对维生素的需求一直在稳定增长，特别是近20多年来，科学研究的深入发展，使维生素的应用领域不断扩大。现在，维生素已经成为人们日常生活中不可缺少的医药和保健产品，世界维生素市场中动物饲料工业所占比重最大（约占50%）,其次是食品添加剂工业（约占20%~25%）和医药工业（约占25%~30%）。据报道，全世界每年维生素的产销量已达30万t;全世界用于药品、营养药品、食品、化妆品和饲料等行业的各种维生素原料每年已达25亿美元。

1.3国内维生素B1生产的发展现状

我国维生素工业起源于50年代末，当时主要以生产医药用原料为目的。进入70

年代，若干种B族维生素已能自行生产，维生素C两步法生产工艺的研究成功在国际上引起震动。80年代，我国已基本形成除生物素以外的各种维生素生产体系，但中间体依赖进口，产量和规模远不能满足市场需求。90年代以来，我国各种维生素及中间体的生产技术相继有了突破性的进展，有效地促进了维生素的发展。维生素价格的大副下降，虽使一些不具成本优势的企业惨遭淘汰，但广济药业（000952）等具有自主知识产权、技术国际领先、成本优势明显的生产企业得却以迅速崛起，不仅抢占了国内市场，还在竞争激烈的国际市场站稳脚跟、进而垄断国际市场。目前我国已成为全球最大的维生素出口国，相当一些产品的生产工艺及产品质量在国际上处于领先地位。

在国际维生素行业重新洗牌中，中国维生素制造商经受了考验，依靠灵活的经营策略、产品的成本优势和技术上的后发优势，在竞争中站稳了脚跟。在2001年维生素H投产成功后，中国已是全球极少数能够生产全部维生素品种的国家之一。中国不少维生素品种产量已位居世界前列。

近年来，我国维生素B1生产呈现快速增长的态势。生产企业主要集中在湖北华中制药厂、东北制药总厂、辽宁巴斯夫维生素公司、天津中津制药厂、上海元森制药有限公司、杭州民生制药厂等。

近年来，我国生产的维生素B1能在国际市场畅销，主要得益于产品质优价廉，市场竞争力不断增强。我国维生素B1的生产工艺经多年改革，已十分成熟，具有一定优势。各种原料和中间体均有配套生产，生产水平不断提高，成本不断降低，具有价格优势。因而在全球市场上具有越来越重要的主导作用。现在国际市场医药原料药的生产正由发达国家向发展中国家转移，今后我国维生素B1生产和出口还会稳步增加，将成为全球主要的生产国和出口国。

第二章 工艺流程设计

2.1工艺流程

2.1.1以丙烯腈为原料的生产

（1）加成、缩合、甲基化、加成

在反应罐内投入苯、金属钠，搅拌，于50摄氏度以下滴加甲醇，加完后，于45-50摄氏度搅拌30分钟，降温至30摄氏度时，滴加甲酸乙酯与丙烯腈的混合液，保温搅拌30-35小时,补加无水甲醇即得钠盐。

将钠盐冷至5摄氏度，快速滴加硫酸二甲酯，然后在48-52摄氏度保温搅拌2小时，调节PH至4-5，过滤，滤液用NaOH调PH7-8，在20-25摄氏度搅拌4小时，静置，分去碱层，滤去醋酸钠，加热蒸尽苯，再减压蒸馏，收集92摄氏度以上馏分，静置分离上层物即为缩醛。 （2）环合、水解、开环

将金属钠加入无水甲醇中，待作用完后，降温至15摄氏度，加一定量甲酸乙酯，然后倒入缩醛及盐酸乙脒，降温至12-15摄氏度，反应3小时，于15-18摄氏度反应3小时；48-50摄氏度反应3小时升温至64摄氏度回流1小时，然后回收甲醇。回收低沸点物，再加入少量NaOH，升温至100摄氏度，回流40分钟，水解，冷至5摄氏度，过滤，结晶烘干即得乙酰嘧啶。

（3）水解、加成、缩合、环合、水解、中和

将NaOH、乙酰嘧啶投入反应罐中，搅拌、加热，反应5小时，然后加入甲醇、二硫化碳及氨水。降温至20摄氏度左右加入Y-氯代-乙酰基丙醇乙酸酯，然后将缩合物悬于水中，加少量盐酸，升温至70摄氏度，保温5分钟，立即降温至60摄氏度，加至柠檬酸钠溶液中，调节至pH3-4，活性炭脱色，过滤，用NaOH中和至pH7,降温至30摄氏度，甩干，得硫羟胺。 （4）氢化

将硫羟胺加入反应罐，搅拌，滴加H2O2，反应完全后，加活性炭脱色，过滤，冷至5摄氏度，离心，滤饼用水洗至无硫酸根，再用乙醇洗，甩干，于50-70摄氏度烘干，得硝酸硫胺。 （5）转化

将硝酸硫胺投入热至40摄氏度的甲醇中，然后快速加入盐酸、氯化钙甲醇溶液，48摄氏度保温5小时，降至10摄氏度静置过夜，离心，滤饼洗涤、干燥、得盐酸硫胺粗品。 （6）精制

将硫胺粗品置于精制罐内加蒸馏水、盐酸和少量氯化钡，加热至50摄氏度，加活性炭脱色，过滤，滤液加入热至65摄氏度的无水乙醇，放置过夜，甩干，干燥得精品。

2.1.2采用氨基丙腈甲酰嘧啶路线

首先，将计量好的氨基丙腈和甲酸甲酯投入预混釜，在低温下滴加28%的液体甲醇钠；然后，将预混液压入中压釜，通入CO，控制工艺条件，反应6h；然后，离心，滤饼进入双锥真空干燥器烘干，得钠代物。将钠代物于常温下加入纯水溶解后，加入邻氯苯胺和盐酸并混匀进行反应，温度40℃左右，时间20小时；缩合反应结束即放料离心并用大量水冲洗至中性，甩干；将离心料烘干，供甲酰嘧啶工序使用。将盐酸乙脒和液体甲醇钠混合，于35℃进行游离反应，反应结束后即放料离心，并用甲醇洗涤氯化钠滤饼。反应时间8小时。将反应物离心、洗涤即得中间体甲酰嘧啶。将γ-氯代-γ-乙酰丁内酯(简称氯酯)投入加有5%左右盐酸的反应釜中，升温至90→95℃水解1小时，水解结束用小苏打中和至pH7.5得氯醇溶液，供硫代硫胺缩合用。在嘧啶水解锅中放入30%的液碱，然后投入甲酰嘧啶,升温至115→120℃水解1小时，水解结束后冷却至70℃，压入已加甲醇和液碱的缩合锅内，并继续冷却至30℃。再向缩合锅内加

氯化铵，调pH为10，关闭缩合锅的所有管口，加入二硫化碳，控温40℃反应2小时后，加入全部氯醇溶液在45℃缩合反应6小时，缩合反应结束后，降温至30℃，放料离心，母液送溶剂回收工序回收甲醇，回收的甲醇部分返回本工序套用，多余部分进入甲醇储罐。硫代硫胺粗品甩干后,用自来水冲洗至清，再甩干得粗品(SB1缩合物)。将一批粗品全部投入稀盐酸中，搅拌30min后，加活性炭脱色过滤，过滤液打入中和锅内用NaOH于30℃中和至中性，冷却后放料离心，料底用大量水洗涤至清，甩干、出料、分析合格后交硝酸硫胺工序使用。在氧化釜中加水，用少量硫酸调pH至5，将硫代硫胺分数次加入釜内，控温约26℃；滴加双氧水进行氧化反应，滴定后保温搅拌3-5小时；保温结束，加入活性炭脱色2小时，离心并用水洗涤、过滤，得氧化母液；将氧化母液放入中和锅中，加入硝酸钠溶液，滴加液碱，温度控制在10℃左右中和完即可放料离心，并用少量无水乙醇洗涤、甩干、烘干即得硝酸B1成品本工序间歇生产，在转化釜中加入无水乙醇和盐酸，开搅拌，加入硝酸硫胺，升温至70℃左右，转化反应2小时左右，降温至20℃左右，放料离心，将离心得到的固体粉状料烘干得盐酸硫胺成品。工艺流程路线如图2-1所示。

2.2工艺流程图

FRC201FRC103FRC302FRC301FRC402FRC407FRC401FRC403FRC405甲酸甲酯FRC101FRC102FRC104FRC202FRC406FRC404MMMMMMMMMFRC103FRC105D405M103去回收工序去回收工序M202M306M404M302M407FRC501FRC408FRC502FRC503FRC601FRC504FRC601图例MMMM主物料线辅助物料线截止阀调节阀电动机FRC流量记录控制系FRC505M411M502M603山东轻工业学院职责设计制图校核审核审定批准签名王玉聪王玉聪日期2012.52012.5化工08-4项目设计项目阶段施工阶段维生素B1合成工艺流程图比例A2第1张共4张

第三章 工艺计算

3.1 物料衡算

3.1.1 盐酸B1（YB1）转化工序

生产工序图如下所示

无水甲醇30%盐酸硝酸硫胺转 化离 心蒸 馏 甲醇图3-1 YB1工序生产工序图

干 燥盐酸硫胺

H3CNNNH2SCNH2+CH2CH2OHNO3-H3CNNNH2SCNH2++HClCH2CH2OHClCH3 .HCl+HNO3CH3

327.38 36.36 337.27

本工序对主反应物NB1（硝酸B1）而言，转化率100%，收率98.47%。 投进去的粗品NB1含量为：NB1为96.15%，杂质0.8%，甲醇2.8%，水0.25% YB1（盐酸B1）产量为500t/a，每年生产300天

500t/a＝500×1000/（300×24）=69.44kg/h＝0.2059kmol/h 则投纯品NB1：0.2059÷98.47％×327.38=0.209kmol/h＝69.45kg/h 换算成粗品NB1：69.45÷96.15％＝72.23kg/h 其中杂质：72.23×0.8%＝0.578kg/h 甲醇：72.23×2.8%＝2.022kg/h 水：72.23×0.25%＝0.1806kg/h 转化反应的转化率100%，收率99.13% 甲醇：NB1（粗品）＝900：250（质量比）

甲醇含量为：甲醇99.5%，水0.5%

900则投甲醇：72.23?＝260.03kg/h

250其中纯甲醇：260.03×99.5%＝258.73kg/h 水：260.03×0.5%＝1.30kg/h HCl（g）：NB1＝5：1（摩尔比）

则进HCl：0.209×5＝1.045kmol/h＝1.045×36.46＝38.108kg/h 进料质量总计：72.23+260.03+38.108＝370.37kg/h 主反应消耗HCl（g）：0.209×2×36.46=15.24 kg/h 剩余HCl（g）：38.108－15.24=22.87 kg/h 其中有98%放空，2%参与副反应并生成杂质 放空HCl（g）：22.87×98%=22.41 kg/h 主反应生成YB1：0.209×99.13%=0.207 kmol/h

=0.207×337.27=69.81kg/h

主反应生成硝酸：0.207×63.03=13.05kg/h

此过程中NB1除了参与主反应外，剩下的和少部分HCl发生不明副反应并生成杂质 杂质：370.37－69.81－260.03－1.4806－13.05－22.87=3.13kg/h 离心母液质量总计：370.37－13.05＝357.32kg/h 离心分离后，粗品YB1：液体＝1：3.5368（质量比） 则粗品YB1：357.32 ×

1=78.73kg/h

1?3.5386其中YB1为91.86%，杂质0.55%，水0.36%，甲醇7.23% YB1：78.73×91.86%＝72.32kg/h 杂质：78.73×0.55%＝0.433kg/h 水：78.73×0.36%＝0.2834kg/h 甲醇：78.73×7.23%＝5.692kg/h 液体质量：357.32-78.73＝278.59kg/h 精品YB1中甲醇和水被烘干，YB1纯度为69.81收率为 ＝96.53%

72.32

表3-1盐酸B1转化工序物料平衡表

NB1

进料 69.45

出料 0

72.32

＝99.4%

72.32+0.433

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/yzq3.html