CN101735012A - 一种分离提取2,3-丁二醇的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分离提取2,3-丁二醇的方法。该方法以2,3-丁二醇发酵液经絮凝、过滤、膜分离等初步分离后所得的溶液为原料,以正丁醇为萃取溶剂,采用萃取与精馏耦合的方法分离纯化2,3-丁二醇;通过萃取-精馏耦合过程,产品中2,3-丁二醇纯度可达98%以上,单次提取率可达74%以上,而萃取余液可返回发酵液的膜分离过程,用于回收残余的2,3-丁二醇。本发明的优点:采用萃取与精馏耦合的方法,实现了相比基本不变、溶剂循环萃取的特点,从而成功地解决了2,3-丁二醇萃取过程中的难点,实现了从发酵滤液中萃取2,3-丁二醇的分离过程,达到了降低能耗、提高效率的目的;该工艺简单实用,回收率高,经济性好,适宜于工业化生产。
Description
【技术领域】
本发明涉及丁二醇技术领域,具体地说,是一种分离提取2,3-丁二醇的方法。
【背景技术】
2,3-丁二醇(2,3-butanediol,简称2,3-BD)作为一种非常有潜力的C4化学品,可以广泛应用于化工、食品、燃料以及航空航天等各个领域。其燃烧值为27198J/g,与甲醇(22081J/g)、乙醇(29005J/g)相接近,是一种极具价值的液体燃料,还可用来制备聚合物、油墨、香水、防冻剂、熏香剂、增湿剂、***以及药物的手性载体等。
2,3-丁二醇的生产方法主要有化学法和微生物发酵法。由于2,3-丁二醇结构的特殊性,化学法生产2,3-丁二醇原料消耗大、工艺路线复杂、建设投资大、对环境污染严重;而生物法制备2,3-丁二醇符合绿色化工和可持续性发展的要求,不过由于2,3-丁二醇的高沸点,高粘度、高亲水性等特点,2,3-丁二醇分离纯化难度较大,该过程一直是生物法制备2,3-丁二醇实现工业化的下游关键技术。
国内外报道的有关2,3-丁二醇的分离纯化方法主要包括:
(1)喷雾干燥法,即将高温惰性气体通入发酵罐,从而使可挥发性气体气化,由此分离2,3-丁二醇;
(2)化学转化法,采用甲醛或丁醛与发酵液中的2,3-丁二醇反应,反应生成物经蒸馏、酸化处理回收2,3-丁二醇;
(3)活性炭吸附法,包括活性炭吸附、丙酮或者二氧六环索氏萃取;
(4)逆流汽提法,包括乙醇逆流汽提、过滤、精馏分离乙醇等过程;
(5)溶剂萃取法,经pH值调节、加热、过滤、三效蒸发浓缩、正丁醇萃取、乙酸丁酯共沸精馏脱水、酯化、中和后得到2,3-丁二醇的二酯形式;
(6)发酵-分离耦合法,包括渗透汽化、膜精馏、真空膜精馏、萃取等过程。
由国内外研究现状可知,目前报道的有关2,3-丁二醇的分离纯化方法,2,3-丁二醇的分离效率和回收率都很低;工艺路线复杂,能耗高,无法实现工业化生产。因此,开发符合从特定发酵液中提取2,3-丁二醇特点的、高效、节能、环保的工业化分离工艺流程尤为重要。
由于2,3-丁二醇沸点高,且发酵液中含有易结焦杂质,直接采用蒸馏的办法提纯不仅能耗高、收率较低,而且纯化困难;同时,2,3-丁二醇具有极强的亲水性,与水精馏分离较为困难,因此需要加入能与水形成共沸物的溶剂精馏分离水;由此,发明人提出选用能与水形成低共沸物的萃取剂,从而可以在萃取后直接通过恒沸精馏分离水,降低后续精馏分离的能耗,简化分离流程。
针对2,3-丁二醇分离提取过程的特点,选用正丁醇作为萃取溶剂,从而可以通过共沸精馏在脱溶剂的同时从产品中脱除水,达到简化流程、降低后续精馏分离的能耗。
对2,3-丁二醇-水-正丁醇三元液-液相平衡进行深入研究发现:正丁醇作为萃取剂时,分配系数较大、相比要求和理论级数较小,但液-液不互溶区域和可操作范围小。
【发明内容】
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种分离提取2,3-丁二醇的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
一种分离提取2,3-丁二醇的方法,包含步骤为,
(1)首先,将发酵原液进行絮凝、过滤、膜分离过程后得到2,3-丁二醇滤液,2,3-丁二醇滤液与正丁醇的质量比为0.5∶1~1.5∶1,优选为0.5∶1~1∶1,在混合槽搅拌,使混合完全;
(2)其次,将步骤(1)混合后得到的料液进入澄清槽中静置分层后,下层萃余液通过泵送回混合槽后继续进行萃取,上层萃取液进入精馏塔;
(3)在精馏塔中萃取溶剂与水形成共沸精馏进入塔顶,塔顶产物一部分回流重新进入精馏塔,产物一部分采用蠕动泵将送回到混合槽中,继续对2,3-丁二醇水溶液进行萃取;
所述的正丁醇既为萃取溶剂,也是后续共沸精馏的脱水溶剂;萃取溶剂和精馏溶剂为正丁醇;
(4)经过不断萃取、精馏,2,3-丁二醇集中于塔釜;
(5)当澄清槽水相中2,3-丁二醇质量浓度为1.6%~1.8%时,停止萃取、精馏循环操作;
(6)最后,将塔釜液继续精馏,得到2,3-丁二醇产品液,2,3-丁二醇单次萃取率可达74%以上。
本发明一种分离提取2,3-丁二醇的方法的积极效果是:
根据本发明,在步骤(1)中,考虑到2,3-丁二醇-水-正丁醇三元液-液相平衡的不互溶区域较小,可变相比范围较窄,选用质量比为0.5∶1~1.5∶1,此质量比位于水-2,3-丁二醇-正丁醇的液-液不互溶区域。
根据本发明,在步骤(3)中,由于2,3-丁二醇的沸点与正丁醇、水共沸精馏的沸点相差很大,因此精馏过程很容易实现。
根据本发明,在步骤(5)中,当澄清槽水相中2,3-丁二醇质量浓度为1.6~1.8%时,萃取很难继续,因此停止萃取循环操作;萃余液可以返回膜分离过程用于顶水,从而回收2,3-丁二醇,因此2,3-丁二醇在此过程中损失很小,不易给环境造成问题。
根据本发明,由于萃取过程中除2,3-丁二醇逐渐聚集在精馏塔塔釜外,其余的水相和溶剂相都在混合、澄清槽中循环,因此既可以实现溶剂循环萃取,又使整个体系相比基本不变,从而特别适合于相比范围较窄的体系;同时,根据本发明人对2,3-丁二醇-水-正丁醇三元体系液-液相平衡研究,2,3-丁二醇在低浓度范围对萃取更为有利,因此采用本发明中的工艺非常理想。
采用萃取与精馏耦合的方法,实现了相比基本不变、溶剂循环萃取的特点,从而成功地解决了2,3-丁二醇萃取过程中的难点,实现了从发酵滤液中萃取2,3-丁二醇的分离过程,达到了降低能耗、提高效率的目的;该工艺简单实用,回收率高,经济性好,适宜于工业化生产。
【附图说明】
图1本发明的流程以及装置图。
图中标号分别为:1、混合槽,2、澄清槽,3、精馏塔,4、冷凝器,5、再沸器。
【具体实施方式】
以下提供本发明一种分离提取2,3-丁二醇的方法的具体实施方式。
实施例1
取2,3-丁二醇含量为12.3%的料液1000g,正丁醇750g,在混合槽中搅拌30min,部分导入澄清槽静置30min,待静置分层,将上层萃取相送入精馏塔,而下层萃余相泵送回混合槽中继续进行萃取。回流比是指精馏操作中,由精馏塔塔顶返回塔内的回流液流量与塔顶产品流量的比值。精馏塔回流比选择为0.5~1.5,塔顶温度为93℃,塔顶馏出物不进行分相,全部泵送回混合槽继续进行萃取。经过一定时间后,将混合槽中的料液全部导入澄清槽,充分搅拌后静置分层,测定澄清槽水层含量,测得澄清槽水相中2,3-丁二醇质量浓度为1.72%,停止萃取循环操作。继续进行精馏分离正丁醇和水,塔釜得到2,3-丁二醇含量为98.3%,该过程2,3-丁二醇的萃取率可达74.96%。而含有1.72%的2,3-丁二醇水相溶液返回膜分离过程,正丁醇相进入下次的萃取、精馏循环操作,因此不会造成2,3-丁二醇的损失。
实施例2
整体过程同实施例1,2,3-丁二醇含量为9.2%的料液1000g,正丁醇750g,选择回流比为0.5~1.5,经过一段时间的萃取、精馏过程后,测得澄清槽水相中2,3-丁二醇质量浓度为1.67%,停止萃取循环操作。继续进行精馏分离正丁醇和水,塔釜得到2,3-丁二醇含量为98.5%,该过程2,3-丁二醇的萃取率可达75.32%。而含有1.67%的2,3-丁二醇水相溶液返回膜分离过程,正丁醇相送入下次的萃取、精馏循环操作,因此不会造成2,3-丁二醇的损失。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。
Claims (2)
1.一种分离提取2,3-丁二醇的方法,其特征在于,包含步骤为:
(1)首先,将发酵原液进行絮凝、过滤、膜分离过程后得到2,3-丁二醇滤液,2,3-丁二醇滤液与正丁醇的质量比为0.5∶1~1.5∶1,在混合槽搅拌,使混合完全;
(2)其次,将步骤(1)混合后得到的料液进入澄清槽中静置分层后,下层萃余液通过泵送回混合槽后继续进行萃取,上层萃取液进入精馏塔;
(3)在精馏塔中萃取溶剂与水形成共沸精馏进入塔顶,塔顶产物一部分回流重新进入精馏塔,产物另一部分采用蠕动泵将送回到混合槽中,继续对2,3-丁二醇水溶液进行萃取;
所述的正丁醇既为萃取溶剂,也是后续共沸精馏的脱水溶剂;萃取溶剂和精馏溶剂为正丁醇;
(4)经过不断萃取、精馏,2,3-丁二醇集中于塔釜;
(5)当澄清槽水相中2,3-丁二醇质量浓度为1.6%~1.8%时,停止萃取、精馏循环操作;
(6)最后,将塔釜液继续精馏,得到2,3-丁二醇产品液,2,3-丁二醇单次萃取率可达74%以上。
2.根据权利要求1所述的一种分离提取2,3-丁二醇的方法,其特征在于,在所述的步骤(1)中,所述的2,3-丁二醇滤液与正丁醇的质量比为优选为0.5∶1~1∶1。
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