CN103343147B - 一种由木薯原料制备丁二酸二丁酯的方法 - Google Patents
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Abstract
一种由木薯原料制备丁二酸二丁酯的方法，包括如下步骤：木薯块的粉碎；木薯的液化；木薯的糖化；发酵罐和补料罐的灭菌；发酵培养基的制备；发酵培养基的灭菌；培养基的接种发酵；发酵液的过滤和脱色；脱色发酵液的离子交换；丁二酸溶液的蒸发浓缩；丁二酸浓缩液的结晶；丁二酸结晶体的干燥；制备丁二酸二丁酯。本发明选择了合理的工艺步骤，将非粮作物木薯进行前处理，然后选用特定的菌种，对木薯原料液进行发酵，制得丁二酸，再进一步制备成丁二酸二丁酯，制备过程中，糖酸转化率非常高，对木薯的利用比较完全。
Description
技术领域
本发明涉及丁二酸制备技术领域，具体涉及一种由木薯原料制备丁二酸二丁酯的方法。
背景技术
丁二酸是一种很重要的化工原料，主要用于制备琥珀酸酐等五杂环化合物。也用于制备醇酸树脂（由丁二酸生产的醇酸树脂具有良好的曲挠性、弹性和抗水性）、油漆、染料（丁二酸的二苯基酯是染料的中间体，与氨基蒽醌反应后生成蒽醌染料）、食品调味剂（丁二酸还可作食品酸味剂用于酒、饲料、糖果等的调味。）、照相材料等。医药工业中可用它生产磺胺药、维生素A、维生素B等抗痉挛剂、松痰剂、利尿剂和止血药物。作为化学试剂，用作碱量法标准试剂、缓冲剂、气相色谱对比样品。还可用作润滑剂和表面活性剂的原料。
目前丁二酸的生产主要是基于顺酐为原料的石油化工路线。石油价格近年来波动很大，这严重制约了丁二酸生产的可持续性和价格稳定。另一方面，化学合成法工艺复杂且常需高温高压，这大大增加了生产所需的能耗物耗；同时化学合成还会造成严重的环境污染。
也出现了一些利用微生物发酵制备丁二酸的方法，但是使用的原料多为粮食作物，成本高，而且产率非常低，效果不十分理想，这也就导致丁二酸二丁酯的生产成本非常高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种由木薯原料制备丁二酸二丁酯的方法，其成本低，产率高，从而消除上述背景技术中缺陷。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种由木薯原料制备丁二酸二丁酯的方法，包括如下步骤：
A、木薯块的粉碎
选取优质木薯块，用筛片孔径Φ1.5mm粉碎机粉碎，放在反应釜中；
B、木薯的液化
反应釜中加入水，水与木薯块的重量比为2：1～3：1，开启搅拌，转速100～150r/min，开启电源加热至80～100℃；
向反应釜中加入淀粉酶活力为10000U/ml的淀粉酶，淀粉酶与木薯块的重量比为1：200～1：150，保持80～100℃恒温0.5～1.5h；
C、木薯的糖化
a、关闭反应釜加热器，开启降温水，将木薯液化液降至55～65℃，加入糖化酶活力为10000U/ml的糖化酶，糖化酶与木薯块的重量比为1：40～1：60，开启反应釜加热器保持55～65℃恒温1～3h；
b、将木薯糖化液用离心机固液分离，再用100～130目滤布过滤；
c、测出滤液中的葡萄糖质量百分含量，加水稀释至18wt%葡萄糖溶液；
D、发酵罐和补料罐的灭菌
将发酵罐和补料罐放入灭菌锅中进行120～140℃恒温灭菌30～60min；
E、发酵培养基的制备
| 发酵培养基名称 | 含量（g/3L） |
| 木薯葡萄糖液 | 180 |
| 磷酸二氢铵 | 2.75 |
| 磷酸氢二铵 | 0.48 |
| 七水硫酸镁 | 0.85 |
| 氯化钾 | 1.26 |
| 微量金属盐 | 4.5 |
| 补料液 | 含量（kg/5L） |
| 氢氧化钠 | 1.54 |
| 碳酸钠 | 2.19 |
F、发酵培养基的灭菌
将发酵罐培养基放入灭菌锅中进行120～140℃恒温灭菌30～60min；
G、培养基的接种发酵
开启自动控温***，将灭菌后的培养基降至37℃并保持恒温状态；
发酵罐转速调至180～230r/min；
用补料液将培养基pH调至5.6～6.6；
接种大肠杆菌基因工程菌株种子液，种子液与发酵培养基的体积比为1：0～1：110；
开启蠕动泵，自动流加补料液，pH控制在6.0～6.2之间，厌氧发酵72～0h；
发酵液中所产丁二酸是以丁二酸钠盐的形式存在；
H、发酵液的过滤和脱色
将发酵液升温至80～90℃，维持30～60min杀菌；
用陶瓷膜超滤***将发酵液进行膜过滤；
将超滤后的发酵液用活性炭脱色柱进行脱色；
I、脱色发酵液的离子交换
脱色后的发酵液进入阳离子树脂柱进行离子交换，将发酵液中的丁二酸钠转化成丁二酸；
J、丁二酸溶液的蒸发浓缩
将离交后的丁二酸溶液进入真空蒸发浓缩***浓缩至200g/l，溶液温度40～50℃；
K、丁二酸浓缩液的结晶
将丁二酸浓缩液降温至20℃，丁二酸结晶析出；
一次结晶后的母液重新浓缩，进行二次结晶析出；
二次结晶后的母液重新浓缩，进行三次结晶析出；
L、丁二酸结晶体的干燥
将结晶析出的丁二酸晶体进行真空干燥，得到合格丁二酸固体；
M、将制备的丁二酸固体与丁醇按1:2～6的摩尔比及酯化催化剂加入到反应釜中；
N、在反应温度为100～150℃下，使反应釜内的丁二酸与丁醇发生酯化反应，反应时间为3～9h，生成丁二酸丁酯和水；
O、反应釜内反应结束后，釜内产物送入精馏塔中，脱除产物中的水分，塔底的产物为丁二酸酯，包括丁二酸二丁酯与丁二酸单丁酯；
P、精馏塔的塔底产物送入催化精馏塔精馏段，催化精馏塔工艺条件为：压力0.1～0.5MPa，塔釜温度120～180℃，塔顶温度90～120℃，同时催化精馏塔提馏段按精馏段进料丁二酸酯摩尔比1:1～5输入丁醇；
Q、催化精馏塔塔顶出料为丁醇与水，从塔底取出所述丁二酸二丁酯。
作为一种改进，发酵菌种为产丁二酸大肠杆菌基因工程菌株，保藏号为：CGMCC No.4512。
作为一种改进，所述陶瓷膜超滤***中，陶瓷膜孔径是50nm。
作为一种改进，所述阳离子树脂柱中采用732型阳离子交换树脂。
作为一种改进，所述催化精馏塔是一种将酯化反应与精馏耦合在一起的化工设备。也就是说，该催化精馏塔的下部为催化酯化反应塔体，上部耦合有精馏塔。
本发明中，发酵液中所产丁二酸是以丁二酸钠盐的形式存在，分子量为118的丁二酸浓度达到110g/l，糖酸转化率0.95～1.05g/g。
本发明中，发酵培养基是无机盐培养基。
本发明中，补料液是氢氧化钠与碳酸钠的混合溶液，其质量比是0.7:1。
利用本发明生产的成品丁二酸纯度大于99.5%，收率大于92%。
本发明中，所述催化精馏塔塔底取出的丁二酸二丁酯，杂质非常少，丁二酸二丁酯的质量百分含量≥99.5%，丁二酸单丁酯≤0.1%。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明采用了木薯作为原料，木薯不同于玉米、小麦等传统意义上的粮食作物，价格低廉，属于可再生资源，而且木薯中淀粉含量非常高，本发明采用非粮原料利用生物发酵法制备丁二酸，减少了环境污染，更符合国家现有的政策。
本发明中，首先将木薯块粉碎、液化、糖化，粉碎时利用筛片孔径Φ1.5mm粉碎机粉碎，液化时，水与木薯块的重量比为2：1～3：1，开启搅拌，转速100～150r/min，开启电源加热至80～100℃，向反应釜中加入淀粉酶活力为10000U/ml的淀粉酶，淀粉酶与木薯块的重量比为1：200～1：150，保持80～100℃恒温0.5～1.5h；糖化时，将木薯液化液降至55～65℃，加入糖化酶活力为10000U/ml的糖化酶，糖化酶与木薯块的重量比为1：40～1：60，保持55～65℃恒温1～3h，用离心机固液分离，再用100～130目滤布过滤。以上是发明人在经过长期反复的实验后，针对木薯这种特定的非粮原料而制定的工艺步骤，事实上，利用上述步骤对木薯进行处理时，能够将木薯中的淀粉充分糖化，淀粉转化率在98%以上。发明人也尝试过其他传统的方法，例如改变上述工艺中的某些步骤或工艺参数，但是效果均不理想，在实验中，未采用上述工艺时，木薯中淀粉转化率最高达到90%。可见，对木薯的处理时，采用上述步骤，达到了十分显著的效果。
本发明采用了特殊的菌种，为大肠埃希氏菌（Escherichia coli）XZT124，保藏号为CGMCC No.4512，并根据木薯的特点，结合菌种的特性，经过大量反复实验之后，选择了一条更加符合工业化生产的工艺路线。前期的发酵培养基中，含有木薯葡萄糖液、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、七水硫酸镁、氯化钾、微量金属盐，不但能够使菌种前期就可适应木薯原料环境，而且也能够提供足够的无机盐等物质；另外，设计了补料液用来调整培养基的pH，在正式发酵时，接种大肠杆菌基因工程菌株种子液，种子液与发酵培养基的体积比为1：90～1：110，开启蠕动泵，自动流加补料液，pH控制在6.0～6.2之间，厌氧发酵72～80h。得到的发酵液中所产丁二酸是以丁二酸钠盐的形式存在，分子量为118的丁二酸浓度达到110g/l，经过发明人的多次取样测定计算，发现糖酸转化率0.95～1.05g/g（理论最高值为1.12g/g）。也就是说，采用本发明中特定的菌种、特定的工艺，对木薯原料进行发酵，起到了非常显著的效果。
本发明还采用特定的工艺对发酵液进行后处理，以得到合格的丁二酸晶体，首先杀菌，用陶瓷膜超滤***将发酵液进行膜过滤，将超滤后的发酵液用活性炭脱色柱进行脱色，然后进入阳离子树脂柱进行离子交换，采用真空蒸发浓缩***浓缩至200g/l，溶液温度40～50℃，最后采用三次结晶，真空干燥后得到合格丁二酸固体。后处理中，不引入其他的杂质，保证了丁二酸的纯度。
本发明针对利用木薯生产的丁二酸，设计了合理的步骤，采用先预酯化、再精馏、然后进入催化精馏塔进行深度酯化的方法，最终生产的丁二酸二丁酯杂质非常少，丁二酸二丁酯的质量百分含量≥99.5%，丁二酸单丁酯≤0.1%。
总之，本发明的最大意义在于，选择了合理的工艺步骤，将非粮作物-木薯进行前处理，然后选用特定的菌种，对木薯原料液进行发酵，制得丁二酸，而且制备过程中，糖酸转化率非常高，对木薯的利用比较完全。
相比较于玉米、小麦等传统的粮食作物，本发明的成本更低。在糖酸转化率相同的情况下，本发明生产每吨丁二酸成本在6000～7000元，而利用玉米生产每吨丁二酸成本在10000元左右，高40%左右。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例1
一种由木薯原料制备丁二酸二丁酯的方法，采用如下步骤：
A、木薯块的粉碎
选取优质木薯块，用筛片孔径Φ1.5mm粉碎机粉碎，放在反应釜中；
B、木薯的液化
反应釜中加入水，水与木薯块的重量比为2：1，开启搅拌，转速100r/min，开启电源加热至80℃；
向反应釜中加入淀粉酶活力为10000U/ml的淀粉酶，淀粉酶与木薯块的重量比为1：200，保持80℃恒温0.5h；
C、木薯的糖化
a、关闭反应釜加热器，开启降温水，将木薯液化液降至55℃，加入糖化酶活力为10000U/ml的糖化酶，糖化酶与木薯块的重量比为1：40，开启反应釜加热器保持55℃恒温1h；
b、将木薯糖化液用离心机固液分离，再用100目滤布过滤；
c、测出滤液中的葡萄糖质量百分含量，加水稀释至18wt%葡萄糖溶液；
D、发酵罐和补料罐的灭菌
将发酵罐和补料罐放入灭菌锅中进行120～140℃恒温灭菌30～60min；
E、发酵培养基的制备
| 发酵培养基名称 | 含量（g/3L） |
| 木薯葡萄糖液 | 180 |
| 磷酸二氢铵 | 2.75 |
| 磷酸氢二铵 | 0.48 |
| 七水硫酸镁 | 0.85 |
| 氯化钾 | 1.26 |
| 微量金属盐 | 4.5 |
| 补料液 | 含量（kg/5L） |
| 氢氧化钠 | 1.54 |
| 碳酸钠 | 2.19 |
F、发酵培养基的灭菌
将发酵罐培养基放入灭菌锅中进行120℃恒温灭菌30min；
G、培养基的接种发酵
开启自动控温***，将灭菌后的培养基降至37℃并保持恒温状态；
发酵罐转速调至180r/min；
用补料液将培养基pH调至5.6；
采用发酵菌种为产丁二酸大肠杆菌基因工程菌株，保藏号为：CGMCCNo.4512；接种大肠杆菌基因工程菌株种子液，种子液与发酵培养基的体积比为1：90；
开启蠕动泵，自动流加补料液，pH控制在6.0，厌氧发酵72h；
发酵液中所产丁二酸是以丁二酸钠盐的形式存在；分子量为118的丁二酸浓度达到110g/l，糖酸转化率0.95～1.05g/g。
H、发酵液的过滤和脱色
将发酵液升温至80℃，维持30min杀菌；
用陶瓷膜超滤***将发酵液进行膜过滤，所述陶瓷膜超滤***中，陶瓷膜孔径是50nm；
将超滤后的发酵液用活性炭脱色柱进行脱色；
I、脱色发酵液的离子交换
脱色后的发酵液进入阳离子树脂柱进行离子交换，将发酵液中的丁二酸钠转化成丁二酸，所述阳离子树脂柱中采用732型阳离子交换树脂；
J、丁二酸溶液的蒸发浓缩
将离交后的丁二酸溶液进入真空蒸发浓缩***浓缩至200g/l，溶液温度40～50℃；
K、丁二酸浓缩液的结晶
将丁二酸浓缩液降温至20℃，丁二酸结晶析出；
一次结晶后的母液重新浓缩，进行二次结晶析出；
二次结晶后的母液重新浓缩，进行三次结晶析出；
L、丁二酸结晶体的干燥
将结晶析出的丁二酸晶体进行真空干燥，得到合格丁二酸固体；
M、将制备的丁二酸固体与丁醇按1:2的摩尔比及酯化催化剂加入到反应釜中；
N、在反应温度为100℃下，使反应釜内的丁二酸与丁醇发生酯化反应，反应时间为3h，生成丁二酸丁酯和水；
O、反应釜内反应结束后，釜内产物送入精馏塔中，脱除产物中的水分，塔底的产物为丁二酸酯，包括丁二酸二丁酯与丁二酸单丁酯；
P、精馏塔的塔底产物送入催化精馏塔精馏段，催化精馏塔工艺条件为：压力0.1MPa，塔釜温度120℃，塔顶温度90℃，同时催化精馏塔提馏段按精馏段进料丁二酸酯摩尔比1:5输入丁醇；
Q、催化精馏塔塔顶出料为丁醇与水，从塔底取出所述丁二酸二丁酯。
发明人严格按照以上工艺参数，利用1.6吨的木薯原料，制备出1100千克的丁二酸固体，产出比为1:0.69；进而制备出2057kg丁二酸二丁酯，经检测得到丁二酸二丁酯的纯度为99.5%。
实施例2
一种由木薯原料制备丁二酸二丁酯的方法，包括如下步骤：
A、木薯块的粉碎
选取优质木薯块，用筛片孔径Φ1.5mm粉碎机粉碎，放在反应釜中；
B、木薯的液化
反应釜中加入水，水与木薯块的重量比为2.5：1，开启搅拌，转速120r/min，开启电源加热至90℃；
向反应釜中加入淀粉酶活力为10000U/ml的淀粉酶，淀粉酶与木薯块的重量比为1：170，保持90℃恒温1.0h；
C、木薯的糖化
a、关闭反应釜加热器，开启降温水，将木薯液化液降至60℃，加入糖化酶活力为10000U/ml的糖化酶，糖化酶与木薯块的重量比为1：50，开启反应釜加热器保持60℃恒温1～3h；
b、将木薯糖化液用离心机固液分离，再用120目滤布过滤；
c、测出滤液中的葡萄糖质量百分含量，加水稀释至18wt%葡萄糖溶液；
D、发酵罐和补料罐的灭菌
将发酵罐和补料罐放入灭菌锅中进行130℃恒温灭菌45min；
E、发酵培养基的制备
| 发酵培养基名称 | 含量（g/3L） |
| 木薯葡萄糖液 | 180 |
| 磷酸二氢铵 | 2.75 |
| 磷酸氢二铵 | 0.48 |
| 七水硫酸镁 | 0.85 |
| 氯化钾 | 1.26 |
| 微量金属盐 | 4.5 |
| 补料液 | 含量（kg/5L） |
| 氢氧化钠 | 1.54 |
| 碳酸钠 | 2.19 |
F、发酵培养基的灭菌
将发酵罐培养基放入灭菌锅中进行130℃恒温灭菌45min；
G、培养基的接种发酵
开启自动控温***，将灭菌后的培养基降至37℃并保持恒温状态；
发酵罐转速调至200r/min；
用补料液将培养基pH调至6.0；
采用发酵菌种为产丁二酸大肠杆菌基因工程菌株，保藏号为：CGMCCNo.4512；接种大肠杆菌基因工程菌株种子液，种子液与发酵培养基的体积比为1：100；
开启蠕动泵，自动流加补料液，pH控制在6.1，厌氧发酵75h；
发酵液中所产丁二酸是以丁二酸钠盐的形式存在；分子量为118的丁二酸浓度达到110g/l，糖酸转化率1.05g/g。
H、发酵液的过滤和脱色
将发酵液升温至85℃，维持45min杀菌；
用陶瓷膜超滤***将发酵液进行膜过滤，所述陶瓷膜超滤***中，陶瓷膜孔径是50nm；
将超滤后的发酵液用活性炭脱色柱进行脱色；
I、脱色发酵液的离子交换
脱色后的发酵液进入阳离子树脂柱进行离子交换，将发酵液中的丁二酸钠转化成丁二酸，所述阳离子树脂柱中采用732型阳离子交换树脂；
J、丁二酸溶液的蒸发浓缩
将离交后的丁二酸溶液进入真空蒸发浓缩***浓缩至200g/l，溶液温度45℃；
K、丁二酸浓缩液的结晶
将丁二酸浓缩液降温至20℃，丁二酸结晶析出；
一次结晶后的母液重新浓缩，进行二次结晶析出；
二次结晶后的母液重新浓缩，进行三次结晶析出；
L、丁二酸结晶体的干燥
将结晶析出的丁二酸晶体进行真空干燥，得到合格丁二酸固体；
M、将制备的丁二酸固体与丁醇按1:6的摩尔比及酯化催化剂加入到反应釜中；
N、在反应温度为150℃下，使反应釜内的丁二酸与丁醇发生酯化反应，反应时间为9h，生成丁二酸丁酯和水；
O、反应釜内反应结束后，釜内产物送入精馏塔中，脱除产物中的水分，塔底的产物为丁二酸酯，包括丁二酸二丁酯与丁二酸单丁酯；
P、精馏塔的塔底产物送入催化精馏塔精馏段，催化精馏塔工艺条件为：压力0.3MPa，塔釜温度150℃，塔顶温度105℃，同时催化精馏塔提馏段按精馏段进料丁二酸酯摩尔比1:3输入丁醇；
Q、催化精馏塔塔顶出料为丁醇与水，从塔底取出所述丁二酸二丁酯。
发明人严格按照以上工艺参数，利用1.6吨的木薯原料，制备出1200千克的丁二酸固体，产出比为1:0.75；进而制备出2295kg丁二酸二丁酯，检测发现：成品丁二酸纯度为99.8%；丁二酸二丁酯的纯度为99.8%。
实施例3
一种由木薯原料制备丁二酸二丁酯的方法，包括如下步骤：
A、木薯块的粉碎
选取优质木薯块，用筛片孔径Φ1.5mm粉碎机粉碎，放在反应釜中；
B、木薯的液化
反应釜中加入水，水与木薯块的重量比为3：1，开启搅拌，转速150r/min，开启电源加热至100℃；
向反应釜中加入淀粉酶活力为10000U/ml的淀粉酶，淀粉酶与木薯块的重量比为1：150，保持100℃恒温1.5h；
C、木薯的糖化
a、关闭反应釜加热器，开启降温水，将木薯液化液降至65℃，加入糖化酶活力为10000U/ml的糖化酶，糖化酶与木薯块的重量比为1：60，开启反应釜加热器保持65℃恒温3h；
b、将木薯糖化液用离心机固液分离，再用130目滤布过滤；
c、测出滤液中的葡萄糖质量百分含量，加水稀释至18wt%葡萄糖溶液；
D、发酵罐和补料罐的灭菌
将发酵罐和补料罐放入灭菌锅中进行140℃恒温灭菌60min；
E、发酵培养基的制备
| 发酵培养基名称 | 含量（g/3L） |
| 木薯葡萄糖液 | 180 |
| 磷酸二氢铵 | 2.75 |
| 磷酸氢二铵 | 0.48 |
| 七水硫酸镁 | 0.85 |
| 氯化钾 | 1.26 |
| 微量金属盐 | 4.5 |
| 补料液 | 含量（kg/5L） |
| 氢氧化钠 | 1.54 |
| 碳酸钠 | 2.19 |
F、发酵培养基的灭菌
将发酵罐培养基放入灭菌锅中进行140℃恒温灭菌60min；
G、培养基的接种发酵
开启自动控温***，将灭菌后的培养基降至37℃并保持恒温状态；
发酵罐转速调至230r/min；
用补料液将培养基pH调至6.6；
接种大肠杆菌基因工程菌株种子液，种子液与发酵培养基的体积比为1：110；
开启蠕动泵，自动流加补料液，pH控制在6.2，厌氧发酵80h；
发酵液中所产丁二酸是以丁二酸钠盐的形式存在；分子量为118的丁二酸浓度达到110g/l，糖酸转化率0.95～1.05g/g。
H、发酵液的过滤和脱色
将发酵液升温至90℃，维持60min杀菌；
用陶瓷膜超滤***将发酵液进行膜过滤，所述陶瓷膜超滤***中，陶瓷膜孔径是50nm；
将超滤后的发酵液用活性炭脱色柱进行脱色；
I、脱色发酵液的离子交换
脱色后的发酵液进入阳离子树脂柱进行离子交换，将发酵液中的丁二酸钠转化成丁二酸，所述阳离子树脂柱中采用732型阳离子交换树脂；
J、丁二酸溶液的蒸发浓缩
将离交后的丁二酸溶液进入真空蒸发浓缩***浓缩至200g/l，溶液温度50℃；
K、丁二酸浓缩液的结晶
将丁二酸浓缩液降温至20℃，丁二酸结晶析出；
一次结晶后的母液重新浓缩，进行二次结晶析出；
二次结晶后的母液重新浓缩，进行三次结晶析出；
L、丁二酸结晶体的干燥
将结晶析出的丁二酸晶体进行真空干燥，得到合格丁二酸固体；
M、将制备的丁二酸固体与丁醇按1:4的摩尔比及酯化催化剂加入到反应釜中；
N、在反应温度为120℃下，使反应釜内的丁二酸与丁醇发生酯化反应，反应时间为7h，生成丁二酸丁酯和水；
O、反应釜内反应结束后，釜内产物送入精馏塔中，脱除产物中的水分，塔底的产物为丁二酸酯，包括丁二酸二丁酯与丁二酸单丁酯；
P、精馏塔的塔底产物送入催化精馏塔精馏段，催化精馏塔工艺条件为：压力0.5MPa，塔釜温度180℃，塔顶温度120℃，同时催化精馏塔提馏段按精馏段进料丁二酸酯摩尔比1:3输入丁醇；
Q、催化精馏塔塔顶出料为丁醇与水，从塔底取出所述丁二酸二丁酯。
发明人严格按照以上工艺参数，利用1.6吨的木薯原料，制备出1136千克的丁二酸固体，产出比为1:0.7，进而制备出1987kg丁二酸二丁酯，检测发现：成品丁二酸纯度为99.5%；丁二酸二丁酯的纯度为99.6%。
从上述实施例也可以看出，当严格按照实施例2的步骤时，本发明丁二酸固体的产出比最高，明显高于实施例1和实施例3。
对比实施例1
由于目前并没有利用生物发酵法生产丁二酸的详细记载，因此，对比实施例1采用与实施例2相同的步骤。
区别在于，本对比实施例利用粮食作物玉米作为原料，菌种采用传统的天然产丁二酸菌。
结果如下：
原料为100kg玉米，产出的丁二酸固体质量为63kg，产出比为1:0.63；丁二酸固体的纯度为99.5%。
可见，利用玉米作为原料时，相对于以木薯作为原料而言，产出比很低。而且成本非常高。发明人同时对小麦等其他粮食作物进行对比，结果一致。
对比实施例2
以玉米为原料，步骤严格按照实施例2的步骤，菌种采用本发明提供的菌种。
结果如下：
原料为100kg玉米，产出的丁二酸固体质量为64kg，产出比为1:0.64；丁二酸固体的纯度为99.5%。
可见，相对于以木薯作为原料而言，即便采用相同菌种的情况下，利用玉米作为原料时，丁二酸的产出比还是非常低，而且成本非常高。发明人同时对小麦等其他粮食作物进行对比，结果一致。
对比实施例3
以木薯为原料，但是前处理步骤不同于实施例1、2、3，而是采用常规的粉碎、加入酶分解，生成葡萄糖溶液后再严格按照实施例2中的步骤对其葡萄糖溶液进行发酵。
结果如下：
原料为100kg木薯，产出的丁二酸固体质量为64kg，产出比为1:0.64；丁二酸固体的纯度为99.5%。
可见，未采用本发明提供的木薯前处理工艺时，丁二酸的产出比也相应减少。本发明的前处理步骤对后期丁二酸固体的产量影响很大。
对比实施例4
以木薯为原料，严格按照实施例2提供的步骤进行，不同之处是采用了传统的天然产丁二酸菌作为菌种，而且发酵条件选择为该菌种的最优条件。
结果如下：
原料为100kg木薯，产出的丁二酸固体质量为59kg，产出比为1：0.59；丁二酸固体的纯度为99.5%。
可见，未采用本发明提供的木薯前处理工艺时，丁二酸的产出比大大减少。采用木薯为原料时，采用特定的菌种对丁二酸固体的产量影响很大。
对比实施例5
以木薯为原料，步骤严格按照实施例2的步骤，菌种采用本发明提供的菌种。不同之处是，获得丁二酸固体后，采用传统的丁二酸二丁酯制备方法，即将丁二酸固体直接与丁醇反应，两者摩尔比为1：3～6。
结果如下：
原料为100kg木薯，产出的丁二酸固体质量为74kg，产出比为1：0.74；而制得的丁二酸二丁酯质量仅仅为103kg，而且丁二酸二丁酯的纯度仅仅为85.3%，其中丁二酸单丁酯的质量分数高达11.3%，其余为其他杂质。
可见，未采用本发明提供的后续酯化方法，即便按照本发明之前的步骤采用木薯制备出高产率、高纯度的丁二酸固体，后期丁二酸二丁酯的质量也无法得到保障。
本发明不局限于上述具体实施方式，一切基于本发明的技术构思，所作出的结构上的改进，均落入本发明的保护范围之中。
Claims (3)
1.一种由木薯原料制备丁二酸二丁酯的方法，其特征在于：包括如下步骤：
A、木薯块的粉碎
选取优质木薯块，用筛片孔径Φ1.5mm粉碎机粉碎，放在反应釜中；
B、木薯的液化
反应釜中加入水，水与木薯块的重量比为2：1～3：1，开启搅拌，转速100～150r/min，加热至80～100℃；
向反应釜中加入淀粉酶活力为10000U/ml的淀粉酶，淀粉酶与木薯块的重量比为1：200～1：150，保持80～100℃恒温0.5～1.5h；
C、木薯的糖化
a、关闭反应釜加热器，开启降温水，将木薯液化液降至55～65℃，加入糖化酶活力为10000U/ml的糖化酶，糖化酶与木薯块的重量比为1：40～1：60，开启反应釜加热器保持55～65℃恒温1～3h；
b、将木薯糖化液用离心机固液分离，再用100～130目滤布过滤；
c、测出滤液中的葡萄糖质量百分含量，加水稀释至18wt％葡萄糖溶液；
D、发酵罐和补料罐的灭菌
将发酵罐和补料罐放入灭菌锅中进行120～140℃恒温灭菌30～60min；
E、发酵培养基的制备
F、发酵培养基的灭菌
将发酵罐培养基放入灭菌锅中进行120～140℃恒温灭菌30～60min；
G、培养基的接种发酵
开启自动控温***，将灭菌后的培养基降至37℃并保持恒温状态；
发酵罐转速调至180～230r/min；
用补料液将培养基pH调至5.6～6.6；
接种大肠杆菌基因工程菌株种子液，种子液与发酵培养基的体积比为1：90～1：110，所述发酵菌种为产丁二酸大肠杆菌基因工程菌株，保藏号为：CGMCCNo.4512；
开启蠕动泵，自动流加补料液，pH控制在6.0～6.2之间，厌氧发酵72～80h；
H、发酵液的过滤和脱色
将发酵液升温至80～90℃，维持30～60min杀菌；
用陶瓷膜超滤***将发酵液进行膜过滤；
将超滤后的发酵液用活性炭脱色柱进行脱色；
I、脱色发酵液的离子交换
脱色后的发酵液进入阳离子树脂柱进行离子交换，将发酵液中的丁二酸钠转化成丁二酸；
J、丁二酸溶液的蒸发浓缩
将离交后的丁二酸溶液进入真空蒸发浓缩***浓缩至200g/l，溶液温度40～50℃；
K、丁二酸浓缩液的结晶
将丁二酸浓缩液降温至20℃，丁二酸结晶析出；
一次结晶后的母液重新浓缩，进行二次结晶析出；
二次结晶后的母液重新浓缩，进行三次结晶析出；
L、丁二酸结晶体的干燥
将结晶析出的丁二酸晶体进行真空干燥，得到合格丁二酸固体；
M、将制备的丁二酸固体与丁醇按1:2～6的摩尔比及酯化催化剂加入到反应釜中；
N、在反应温度为100～150℃下，使反应釜内的丁二酸与丁醇发生酯化反应，反应时间为3～9h，生成丁二酸丁酯和水；
O、反应釜内反应结束后，釜内产物送入精馏塔中，脱除产物中的水分，塔底的产物为丁二酸酯，包括丁二酸二丁酯与丁二酸单丁酯；
P、精馏塔的塔底产物送入催化精馏塔精馏段，催化精馏塔工艺条件为：压力0.1～0.5MPa，塔釜温度120～180℃，塔顶温度90～120℃，同时催化精馏塔提馏段按精馏段进料丁二酸酯摩尔比1:1～5输入丁醇，所述催化精馏塔是一种将酯化反应与精馏耦合在一起的设备；
Q、催化精馏塔塔顶出料为丁醇与水，从塔底取出所述丁二酸二丁酯。
2.如权利要求1所述的一种由木薯原料制备丁二酸二丁酯的方法，其特征在于：所述陶瓷膜超滤***中，陶瓷膜孔径是50nm。
3.如权利要求1所述的一种由木薯原料制备丁二酸二丁酯的方法，其特征在于：所述阳离子树脂柱中采用732型阳离子交换树脂。
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