CN101767856A

CN101767856A - 咖啡因生产工艺过程中水及其它资源直接循环利用技术

Info

Publication number: CN101767856A
Application number: CN200910076413A
Authority: CN
Inventors: 李保山; 李利芳
Original assignee: Beijing University of Chemical Technology
Current assignee: Beijing University of Chemical Technology
Priority date: 2009-01-07
Filing date: 2009-01-07
Publication date: 2010-07-07

Abstract

本发明是一种咖啡因生产工艺过程中水处理及其它资源循环利用技术。本发明通过处理各工序中高浓度无机盐废水中的SO₄ ^2-，把处理后的水重新利用在咖啡因生产所对应的工序中，提高了生产原料的利用率，实现了水及其它资源的循环利用。生产过程设备简单，投资小，操作安全可靠，充分、有效利用化工资源，处理过程无二次污染，基本实现了生产过程的“零排放”，有利于降耗减排，不仅运行成本低廉，而且可以实现一定的经济效益，社会效益巨大。

Description

咖啡因生产工艺过程中水及其它资源直接循环利用技术

一、技术领域

本发明涉及咖啡因生产工艺过程中水及其它资源的循环利用技术，属于水及化工资源有效利用技术领域。

二、背景技术

咖啡因(1，3，7-三甲基黄嘌呤)为中枢神经兴奋药物，常用于解热镇痛药。咖啡因作为兴奋剂，苦味剂，香料，主要供可乐型饮料及含咖啡饮料使用。化学合成是咖啡因主要的生产来源，但化学合成过程中需要消耗大量的水资源，产生大量的高盐废水，盐含量高达220g/L以上，各阶段废水中有很高的COD值，最高达至70000～80000mg/L，较低也有15000～20000mg/L。这类高浓度无机盐和有机污染物废水很难处理。目前，关于咖啡因废水处理国内外鲜有报道，郭士元等(工业水处理，2007，27(1)：34-36)采用“ABR+SBR”工艺及EMO复合菌微生物技术处理咖啡因生产废水，但由于废水中盐分高，茶碱等成分难以降解，可生化性差，使废水的CODcr值难以降低。同时，EMO菌类培养限制了该技术的应用。朱兆友等(青岛科技大学学报(自然科学版)，2008，29(3)：217-230)采用Fenton试剂催化氧化法深度处理咖啡因亚硝化废水，但该工艺中利用H₂O₂为氧化剂，增加了废水处理成本。目前报道和使用的处理技术均采用末端治理，处理成本高，也不能实现资源的有效利用，不利于降耗减排，且很难达到理想的处理效果，急需研究一种切实可行的处理技术。

三、发明内容

1、发明目的：本发明提供了一种新型咖啡因合成工艺中水资源循环利用技术，其目的在于解决传统末端废水处理方法中难处理和费用高的问题，实现资源的循环利用。

2、技术方案

在咖啡因合成过程中，“废水”来源主要是亚硝化反应工序、闭环反应工序、甲基化反应工序，分别为水洗原母液、茶钠废母液、甲化废母液。本发明是通过以下技术方案来实现的。

(1)水洗原母液的处理：在该废水液中含有硫酸钠、醋酸钠、氯化钠、亚硝酸钠，基于各自含量及对咖啡因合成过程中环合反应和亚硝化反应有影响的主要是SO₄ ^2-。添加一定量的生石灰、熟石灰、氢氧化钡和电石渣中的一种或几种，以去除大量的SO₄ ^2-，处理后的水作为水资源重新利用在咖啡因合成过程的环合反应和亚硝化反应中，实现水及其它资源的循环利用。在多次循环利用后，水中可能会积累一定量的对生产不利的有机物，可以利用吸附剂(活性炭或分子筛)将其去除，去除后的水可继续循环利用。

(2)茶钠废母液的处理：在该废水液中含有硫酸钠和甲酸钠，基于各自含量及对咖啡因合成过程中酰化反应和闭环反应的影响，主要是SO₄ ^2-去除。添加一定量的生石灰、熟石灰、氢氧化钡和电石渣中的一种或几种，以去除大量的SO₄ ^2-，处理后的水作为水资源重新利用在咖啡因合成过程的酰化反应和闭环反应中，实现水资源及部分原料(如NaOH和HCOOH)的多次循环利用。

(3)甲化废母液的处理：在该废水液中含有硫酸钠和甲基硫酸钠，基于各自含量及对咖啡因合成过程中甲基化反应的影响，主要是SO₄ ^2-去除。添加一定量的生石灰、熟石灰、氢氧化钡和电石渣中的一种或几种，以去除大量的SO₄ ^2-，处理后的水作为水资源重新利用在咖啡因合成过程的甲基化反应中，实现水及其它资源的多次循环利用。

3、优点及效果

通过本发明技术方案的实施，能够很好地实现生产用水的资源化、节省原材料和提高产量。本发明考虑到各类废水中所含的部分无机物及有机物对咖啡因生产过程有很好的促进作用，采用过程处理而非末端处理技术，将处理后的水直接返回相应的生产工序，从而实现了水及其它资源的循环利用，大大降低了废水处理难度，提高了资源的利用率，是一种绿色化工工艺过程。

本发明采用工业上常用的原料作为反应物，而且所需要的设备简单，工艺路线短，操作方便，投资小，不仅不增加运行成本，而且还可以实现一定的经济效益，社会效益显著。

四、附图说明

图1.是实施例中无循环水时沉淀物的液相色谱图。

图2.是实施例1沉淀物①的液相色谱图。

图3.是实施例2沉淀物②的液相色谱图。

图4.是本发明的水及其它资源循环利用的工艺流程图。

五、具体实施方式

下面通过实施例对本发明的内容作进一步详细说明。

本发明实施例中所用的去除SO₄ ^2-物质为生石灰(粉状)，吸附剂为活性炭，以水洗原母液处理后水资源多次循环利用为例。

实施例1：

取200ml水洗原母液，加入7.0204g生石灰，搅拌1小时后抽滤得所需循环液，对沉淀物进行洗涤和干燥。

在小于70℃水浴中，取50ml二甲基氰乙酰脲(PH＝2.0～2.5)，搅拌过程中加入170ml上述所得滤液后PH＝8～9，加入3ml的10％NaOH后PH＝9.3～9.7，将温度升高至88～90℃，在此温度下保温30min，保温过程中每10min复测PH值一次，保持PH值在9.3～9.7之间，反应后将物料冷却降温至48～52℃，实现咖啡因合成工艺中的环合反应。

室温下，取3.5035g亚硝酸钠溶于上述冷却溶液中，缓慢加入含有18ml的31％H₂SO₄三口瓶中后PH＝3.0～3.5，然后将淀粉碘化钾试液滴在比色板上，用测试棒取三口瓶中的溶液滴在比色板中的淀粉碘化钾试液中，颜色呈微蓝色，将水浴温度由室温升至40～45℃，保温40min，反应后抽滤得所需的一次循环液，对沉淀物进行洗涤和干燥。实现咖啡因合成工艺中的亚硝化反应，所得沉淀物①量为4.9246g。

实施例2：

重复实施例1的反应5次后，取200ml所得六次循环液，加入7.0208g生石灰，搅拌1小时后抽滤得所需循环液，对沉淀物进行洗涤和干燥。

在小于70℃水浴中，取50ml二甲基氰乙酰脲(PH＝2.0～2.5)，搅拌过程中加入170ml上述所得滤液后PH＝7～8，加入7.5ml的10％NaOH后PH＝9.3～9.7，将温度升高至88～90℃，在此温度下保温30min，保温过程中每10min复测PH值一次，保持PH值在9.3～9.7之间，反应后将物料冷却降温至48～52℃，实现咖啡因合成工艺中的环合反应。

室温下，取3.5096g亚硝酸钠溶于上述冷却溶液中，缓慢加入含有18ml的31％H₂SO₄三口瓶中后PH＝3.0～3.5，然后将淀粉碘化钾试液滴在比色板上，用测试棒取三口瓶中的溶液滴在比色板中的淀粉碘化钾试液中，颜色呈微蓝色，将水浴温度由室温升至40～45℃，保温40min，反应后抽滤得所需的七次循环液，对沉淀物进行洗涤和干燥。实现咖啡因合成工艺中的亚硝化反应，所得沉淀物②量为6.2112g。

实施例3：

取200ml水洗原母，加入3.5142生石灰，搅拌1小时后抽滤得所需循环液，对沉淀物进行洗涤和干燥。

在小于70℃水浴中，取50ml二甲基氰乙酰脲(PH＝2.0～2.5)，搅拌过程中加入170ml上述所得滤液后PH＝6～7，加入10ml的10％NaOH后PH＝9.3～9.7，将温度升高至88～90℃，在此温度下保温30min，保温过程中每10min复测PH值一次，保持PH值在9.3～9.7之间，反应后将物料冷却降温至48～52℃，实现咖啡因合成工艺中的环合反应。

室温下，取3.5044g亚硝酸钠溶于上述冷却溶液中，缓慢加入含有18ml的31％H₂SO₄三口瓶中后PH＝3.0～3.5，然后将淀粉碘化钾试液滴在比色板上，用测试棒取三口瓶中的溶液滴在比色板中的淀粉碘化钾试液中，颜色呈微蓝色，将水浴温度由室温升至40～45℃，保温40min，反应后抽滤得所需的一次循环液，对沉淀物进行洗涤和干燥。实现咖啡因合成工艺中的亚硝化反应，所得沉淀物③量为4.8949g。

实施例4：

取200ml水洗原母液，加入9.0157g生石灰，搅拌1小时后抽滤得所需循环液，对沉淀物进行洗涤和干燥。

在小于70℃水浴中，取50ml二甲基氰乙酰脲(PH＝2.0～2.5)，搅拌过程中加入170ml上述所得滤液后PH＝8～9，加入1ml的10％NaOH后PH＝9.3～9.7，将温度升高至88～90℃，在此温度下保温30min，保温过程中每10min复测PH值一次，保持PH值在9.3～9.7之间，反应后将物料冷却降温至48～52℃，实现咖啡因合成工艺中的环合反应。

室温下，取3.5166g亚硝酸钠溶于上述冷却溶液中，缓慢加入含有18ml的31％H₂SO₄三口瓶中后PH＝3.0～3.5，然后将淀粉碘化钾试液滴在比色板上，用测试棒取三口瓶中的溶液滴在比色板中的淀粉碘化钾试液中，颜色呈微蓝色，将水浴温度由室温升至40～45℃，保温40min，反应后抽滤得所需的一次循环液，对沉淀物进行洗涤和干燥。实现咖啡因合成工艺中的亚硝化反应，所得沉淀物④量为4.9365g。

Claims

1.咖啡因生产工艺过程中水及其它资源直接循环利用技术，该工艺技术的主要特征为采用过程处理技术而不是末端处理技术，即各工序废水单独处理，脱除对生产过程不利的硫酸根，将其转化为副产品，同时有效利用各工序段“废水”中的残余有效成分，节约资源及原料，提高产率，实现水及其它资源的循环再利用。

2.根据权利要求1所述，其特征在于采用较经济的生石灰、熟石灰、氢氧化钡或电石渣中的一种或几种为原料去除咖啡因生产工艺过程“废水”中含量较高的SO₄ ^2-，生产副产品石膏，同时生成生产原料之一NaOH溶液。

3.根据权利要求1所述，其特征在于废水处理过程只脱除其中的SO₄ ^2-，而水中其他成分循环利用，节约资源及原料，提高产率，提高经济效益。

4.根据权利要求1所述，其特征在于采用较常见的活性炭、分子筛中的一种或几种作为吸附剂，在必要时去除咖啡因各类废水中所含的对生产过程不利的有机物。