CN107854864A - 一种苯甘氨酸生产母液脱色处理工艺 - Google Patents

一种苯甘氨酸生产母液脱色处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种苯甘氨酸生产母液脱色处理工艺,包括步骤:1)将45~55℃的苯甘氨酸生产母液在流速为1~2BV/h条件下通过大孔苯乙烯类吸附树脂的固定床保温吸附柱,得到脱色的苯甘氨酸生产母液;2)用3~4BV、温度为45~55℃的氢氧化钠溶液对固定床保温吸附柱进行淋洗;其中,氢氧化钠的浓度为0.5%~8%;3)排干固定床保温吸附柱中残留的碱液;4)用有机溶剂将固定床吸附柱中的树脂再生;5)重复步骤1)~4),直至完成所有苯甘氨酸生产母液的脱色处理。其采用可再生的大孔苯乙烯类吸附树脂实现苯甘氨酸生产母液脱色,减少了固体废弃物的产生,有助于环保和降低企业生产成本。

Description

一种苯甘氨酸生产母液脱色处理工艺
技术领域
本发明属于化工技术领域,特别涉及一种苯甘氨酸生产母液脱色处理工 艺。
背景技术
苯甘氨酸又名苯基甘氨酸、α-氨基苯乙酸或2-氨基-2-苯基乙酸,苯甘氨酸 分子式为:C8H9NO2,分子量为151.2,白色或类白色结晶性粉末。它是羧酸分 子中α-碳原子上一个氢被氨基取代而成的化合物,故又称为α-苯甘氨酸。由于 其分子中同时含有羧基和氨基,苯甘氨酸具有羧酸羧基的性质(如成盐、成酯、 成酰胺、脱羧、酰氯化等),同时又具有氨基的一切性质(如与盐酸反应、脱氨、 酰基化、烷基化、与HNO2作用等)。所以苯甘氨酸既可与强酸反应生成盐,又 可与强碱反应生成盐。
苯甘氨酸及其衍生物常用于合成氨苄青霉素、头孢氨苄、头孢拉定等β- 内酰胺类抗生素,也用于合成多肽激素和多种农药。目前国内大部分厂家采用 氰化钠法生产苯甘氨酸,此方法是以苯甲醛为主要原料,与氰化钠等反应合成 苯甘氨酸。用此工艺合成的苯甘氨酸,由于醛在碱性条件下副反应多而复杂, 并且溶液中又有催化剂等杂质,单靠调等电点法难以将苯甘氨酸从溶液中分离 出来,即使分离出来,在溶液中由于杂质的存在,使得苯氨基酸的纯度不高。
目前大多采用酸化溶解→活性炭脱色→再结晶的工艺提纯苯甘氨酸。采 用传统的活性炭脱色,脱色效果勉强可以满足产品要求,但是车间工人的操作 环境比较差,活性炭只是一次性吸附、不能脱附,物料损失大、又是间歇性生 产,在早期废活性炭可以通过常规的焚烧处理,随着近几年国家加大对烟气治 理的整治力度,企业的燃煤锅炉基本被全部取缔,废活性炭只能作为危废品处 理,这不仅增加了企业的经济和环保压力,导致企业的生产成本大大增加,已 成为困扰企业的一大难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种苯甘氨酸生产母液脱色处理工艺,其采用可再 生的大孔苯乙烯类吸附树脂实现苯甘氨酸生产母液脱色,减少了固体废弃物的 产生,有助于环保和降低企业生产成本。
本发明是通过以下技术方案来实现:
一种苯甘氨酸生产母液脱色处理工艺,包括步骤:
1)将45~55℃的苯甘氨酸生产母液在流速为1~2BV/h条件下通过大孔苯 乙烯类吸附树脂的固定床保温吸附柱,得到脱色的苯甘氨酸生产母液;
2)用3~4BV、温度为45~55℃的氢氧化钠溶液对固定床保温吸附柱进行 淋洗;其中,氢氧化钠的浓度为0.5%~8%;
3)排干固定床保温吸附柱中残留的氢氧化钠溶液;
4)用有机溶剂将固定床吸附柱中的树脂再生;
5)使用步骤4)中树脂再生后的固定床吸附柱,重复步骤1)~4),直至 完成所有苯甘氨酸生产母液的脱色处理。
优选地,在步骤1)中,苯甘氨酸生产母液的体积为20~30BV。
优选地,在步骤2)中,氢氧化钠的浓度为4%。
优选地,步骤4)具体包括步骤:
4-1)将固定床保温吸附柱中的大孔苯乙烯类吸附树脂用有机溶剂进行脱 附再生;
4-2)排干固定床保温吸附柱中残留的有机溶剂;
4-3)用水淋洗固定床保温吸附柱,至淋洗液中有机溶剂含量小于5%。
优选地,在步骤4-1)中,所述有机溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、甲缩醛中 的一种或多种。
优选地,在步骤4-1)中,有机溶剂的用量为4~5BV;脱附流速为0.5~1BV/h。
优选地,在步骤4-1)中,收集脱附液,脱附液经精馏回收有机溶剂。
优选地,大孔苯乙烯类吸附树脂的技术指标如下表所示:
与现有技术相比,本发明具有以下有益的技术效果:
本发明选取了大孔苯乙烯系吸附树脂,其有针对性的吸附母液中的有机色 素,对苯甘氨酸母液中苯甘氨酸钠基本不吸附或很少吸附;有机色素吸附饱和 后的树脂,用3~4BV 50℃左右的氢氧化钠溶液对树脂进行淋洗后进行再生, 减少了固废物的排放,有助于环保;本发明选取了大孔苯乙烯系吸附树脂进行 脱色处理,强碱性的苯甘氨酸母液不需要进行酸化等预处理,不需要添加任何 化学药剂,脱色时间短,脱色效果显著,使用设备少而简单,可以实现连续24 小时不间断运行,大大提高了生产效率,降低了成本。
进一步地,氢氧化钠的浓度为4%,该浓度的氢氧化钠溶液符合甘氨酸生 产工序的要求,因此洗涤固定床保温吸附柱后的氢氧化钠溶液可以用于后续配 料使用,减少了物料的损伤和污染物的排放。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明,所述是对本发明的 解释而不是限定。
本发明的目的是提供一种新型的苯甘氨酸母液脱色处理工艺,代替传统的 “活性炭脱色”,降低了人工劳动强度,提高企业生产效率,降低企业生产成 本。
本发明的技术方案如下:
一种新型的苯甘氨酸母液脱色处理工艺,它基本由下列步骤组成:
步骤1.将50℃左右的苯甘氨酸生产母液在流速为1~2BV/h条件下通过大 孔苯乙烯类吸附树脂的固定床保温吸附柱(BV为固定床内树脂体积,即床体 积或柱体积),树脂针对性的吸附母液中的有机色素,对母液中苯甘氨酸钠基 本不吸附或很少吸附,吸附后出水调节pH至等电点时苯甘氨酸析出。
当过柱流速控制在1~2BV/h时,1BV的树脂可以处理30BV的苯甘氨酸母 液,达到脱色要求;当过柱流速控制在3BV/h时,1BV可以处理15BV的苯甘 氨酸母液,达到脱色要求,当流速控制在5BV/h时,树脂过柱后的苯甘氨酸母 液,均达不到脱色要求。可见,过柱流速对苯甘氨酸母液脱色影响很大。
其中,现有的技术中,极少采用碱性条件下的树脂脱色处理工艺,业内一 般认为,用大孔苯乙烯类吸附树脂处理碱性液体是不可行的。这是由于,苯甘 氨酸生产母液中的色素绝大部分是呈现若酸性的,这些色素在强碱性的苯甘氨 酸生产母液中主要以离子态存在,而离子化合物在大孔苯乙烯类吸附树脂上的 处理效果不佳。尽管如此,为了解决目前的环保困局和探索更多的可行策略, 发明人进行了尝试并发现大孔苯乙烯类吸附树脂取得了良好的效果。在这个发 现的基础上,发明人对整个工艺进行了探索。
为了探索适宜的大孔树脂,本发明进行了大量筛选,现列举数种树脂的实 验作为说明。
选用了LS-106(苯乙烯系,非极性,不带有官能团),LS-200(苯乙烯系, 极性,带有硝基官能团),LS-109D(苯乙烯系,弱极性,带有胺基官能团)和 LS-93(酚醛系),四种树脂对苯甘氨酸生产母液进行吸附脱色实验,其中LS-106 树脂效果最好,其他三款树脂过柱液颜色明显深于LS-106。将待处理母液通过 未重复使用的树脂后,测定过柱液的吸光度,结果如表1所示:
表1:树脂处理不同体积的母液后的结果
将待处理母液通过重复使用的LS-106树脂后,测定过柱液的吸光度,结 果如表2所示。在表2中,未重复使用的树脂为第一周期,每重复一次,则标 识的周期数增加1。
为了探究LS-106树脂每次处理的母液体积与树脂循环次数之间的关系, 寻找树脂利用度最大化的条件,发明人进行了如下探索。
在一次实验中,将固定体积的待处理母液(处理倍数)过LS-106树脂, 所得过柱液为第1周期过柱液;待树脂再生后在用该固定体积的待处理母液过 LS-106树脂,所得过柱液为第2周期过柱液;如此,直至获得第40周期的过 柱液。测定每个周期的过柱液的吸光度,数据摘要显示在表2中。这些验证结 果表明,大孔苯乙烯类吸附树脂得到了良好的再生,树脂再生后其吸附性能得 到了良好恢复。
表2:处理倍数、树脂循环周期与过柱液吸光度之间的关系
倍数(BV) 第1周期 第10周期 第20周期 第30周期 第40周期
5 0.091 0.081 0.099 0.097 0.083
10 0.111 0.124 0.121 0.101 0.097
15 0.213 0.203 0.197 0.196 0.187
20 0.262 0.257 0.269 0.279 0.248
25 0.312 0.298 0.294 0.286 0.287
30 0.387 0.379 0.391 0.378 0.396
本发明中,所采用的树脂是非极性的大孔苯乙烯类吸附树脂,其指标如表 3所示:
表3:大孔苯乙烯类吸附树脂的技术参数要求
基于如此指标,最终选择的是蓝深LS-106树脂。
步骤2.将吸附有机色素的大孔苯乙烯类吸附树脂,用温度50℃左右的4% 氢氧化钠溶液对树脂进行淋洗,去除树脂孔道中残留母液,收集淋洗液进行后 续配料使用;
淋洗时,分别收集1BV、2BV、3BV的淋洗液,将第1BV的淋洗液,调 节pH至等电点时,有大量的白色晶体析出;第2BV的淋洗液,调节pH至等 电点时,有较多白色晶体析出;第3BV的淋洗液,调节pH至等电点时,淋洗 液略微浑浊,有微量的白色晶体析出;第4BV的淋洗液,调节pH至等电点时, 淋洗液无变化,无晶体析出,可见,用3BV温度为50℃左右的4%氢氧化钠溶 液对树脂进行淋洗,方可淋洗干净。
在实际应用中,采用0.5%~8%的氢氧化钠溶液可以产生类似的效果,强碱 洗涤液可以在淋洗残留的母液。
发明人还发现,降低氢氧化钠的浓度,不会大幅提高氢氧化钠水溶液的用 量。同理,提高氢氧化钠的浓度,也不会降低氢氧化钠水溶液的用量。
由于淋洗液可以收集后用于苯甘氨酸的生产工艺中,因此,直接选择苯甘 氨酸生产中氢氧化钠的应用浓度,作为本步骤中氢氧化钠的浓度。
步骤3.将步骤2所述固定床吸附柱内残留碱液排干;
步骤4.将固定床吸附柱中的树脂用4BV的有机溶剂进行脱附再生,脱附 流速为0.5~1BV/h,收集脱附液,脱附液经精馏回收有机溶剂,精馏后的釜残 为废弃物。
当脱附流速为0~1BV/h时,第4BV的有机溶剂过柱,脱附液近无色,当 脱附流速为2BV/h时,第4的有机溶剂脱附液为黄色,第6BV的有机溶剂脱 附液为近无色,当脱附流速为3BV/h时,第5BV的有机溶剂脱附液为黄色, 第7BV的有机溶剂脱附液为近无色。
发明人在实验中发现,降低脱附流速,可以提高脱附效果并减少有机溶剂 的用量。然而,脱附流速的降低,则会增加整个工艺的时间,提高了生产成本。 在时间成本与物料成本之间进行平衡后,发明人发现当流速为脱附流速为 0.5~1BV/h、有机溶剂用量为4BV时,整体成本最低、脱附效果达到最佳。
在应用中,有机溶剂选择极性且与水互溶或在水中有较大溶解度的小分子 有机溶剂或混合溶剂,如甲醇、乙醇、丙酮、甲缩醛中的一种或多种。
步骤5.将步骤4脱附后的树脂内残留的有机溶剂排干,排出的脱附液一并 收集返回精馏回收溶剂。
步骤6.用温度10~40℃的水对树脂进行淋洗,去除树脂孔道中残留的有 机溶剂,水洗至溶剂含量小于5%,完毕后树脂即可重复使用。
上述的树脂是非极性的后交联大孔苯乙烯吸附树脂,优选蓝深LS-106树 脂;
步骤5中的有机溶剂可以是甲醇、乙醇、丙酮、甲缩醛等。
与现有技术相比,本发明具有以下有益的技术效果:
1.针对苯甘氨酸母液特性,选取了大孔苯乙烯系吸附树脂,有针对性的吸 附母液中的有机色素,对苯甘氨酸母液中苯甘氨酸钠基本不吸附或很少吸附, 有机色素吸附饱和后的树脂,用3BV 50℃左右的4%氢氧化钠溶液对树脂进行 淋洗,回收冲洗液进行后续配料使用,减少了物料的损失。
2.苯甘氨酸母液通过提升泵、管道及填装有大孔吸附树脂的固定床吸附柱, 脱色效果即可满足要求。强碱性的苯甘氨酸母液不需要进行酸化等预处理,不 需要添加任何化学药剂,脱色时间短,脱色效果显著,使用设备少而简单,可 以实现连续24小时不间断运行,大大提高了生产效率,降低了成本。
实施例1
浙江某厂生产苯甘氨酸母液为暗黄色,苯甘氨酸钠浓度为11%,强碱 性,150m3/天,实施步骤如下:
1.1向两个吸附塔(Φ1400*3800mm)内分别装入5m3的LS-106树脂,50℃ 的苯甘氨酸生产母液以1~2BV/h的流速通过树脂床层,吸附出水调节pH至等 电点时,苯甘氨酸析出,烘干,取5克固体苯甘氨酸粉末溶解于100mL的1mol/L 的HCl溶液中,吸光度≤0.4(波长λ=410nm),脱色效果良好,处理倍数可 以达到30倍左右。
1.2吸附树脂吸附出水满足不了要求后,用3BV 50℃左右的4%氢氧化钠 溶液对树脂进行淋洗,回收淋洗液进行后续配料使用;
1.3用压缩空气将固定床吸附柱内残留碱液排干;
1.4用4BV的工业甲醇对吸附树脂进行脱附再生,脱附流速为0.5~1BV/h, 收集脱附液,脱附液经精馏回收甲醇,精馏后的釜残为废弃物。
1.5用压缩空气将脱附后的树脂内残留的甲醇排干,排出的脱附液一并收 集返回精馏回收溶剂。
1.6用温度10~30℃的水对树脂进行淋洗,去除树脂孔道中残留的甲醇, 水洗至甲醇含量小于5%,即可重复使用。
实施例2:河北某厂生产苯甘氨酸母液为暗黄色,苯甘氨酸钠浓度为10%, 强碱性,60m3/天,实施步骤如下:
2.1将60mL的LS-106树脂装入在铁夹固定树脂柱(Φ25ⅹ300mm)内, 50℃的苯甘氨酸母液以1~2BV/h的流速通过树脂床层,吸附出水调节pH至等 电点时,苯甘氨酸析出,烘干,取5克固体苯甘氨酸粉末溶解于100mL的1 摩尔浓度的HCl溶液中,吸光度≤0.4(波长λ=410nm),脱色效果良好,处 理倍数可以达到30倍左右。
2.2吸附树脂吸附出水达不到要求后,用3BV 50℃左右的4%氢氧化钠溶 液对树脂进行淋洗,回收淋洗液进行后续配料使用;
2.3用压缩空气将固定床吸附柱内残留碱液排干;
2.4用240mL的工业甲醇对吸附树脂进行脱附再生,脱附流速为 0.5~1BV/h,收集脱附液,脱附液经精馏回收甲醇,精馏后的釜残为废弃物。
2.5用压缩空气将脱附后的树脂内残留的甲醇排干,排出的脱附液一并收 集返回精馏回收溶剂。
2.6用温度10~30℃的水对树脂进行淋洗,去除树脂孔道中残留的甲醇, 水洗至甲醇含量小于5%,即可重复使用。

Claims (8)

1.一种苯甘氨酸生产母液脱色处理工艺,其特征在于,包括步骤:
1)将45~55℃的苯甘氨酸生产母液在流速为1~2BV/h条件下通过大孔苯乙烯类吸附树脂的固定床保温吸附柱,得到脱色的苯甘氨酸生产母液;
2)用3~4BV、温度为45~55℃的氢氧化钠溶液对固定床保温吸附柱进行淋洗;其中,氢氧化钠的浓度为0.5%~8%;
3)排干固定床保温吸附柱中残留的氢氧化钠溶液;
4)用有机溶剂将固定床吸附柱中的树脂再生;
5)使用步骤4)中树脂再生后的固定床吸附柱,重复步骤1)~4),直至完成所有苯甘氨酸生产母液的脱色处理。
2.如权利要求1所述的苯甘氨酸生产母液脱色处理工艺,其特征在于,在步骤1)中,苯甘氨酸生产母液的体积为20~30BV。
3.如权利要求1所述的苯甘氨酸生产母液脱色处理工艺,其特征在于,在步骤2)中,氢氧化钠的浓度为4%。
4.如权利要求1所述的苯甘氨酸生产母液脱色处理工艺,其特征在于,步骤4)具体包括步骤:
4-1)将固定床保温吸附柱中的大孔苯乙烯类吸附树脂用有机溶剂进行脱附再生;
4-2)排干固定床保温吸附柱中残留的有机溶剂;
4-3)用水淋洗固定床保温吸附柱,至淋洗液中有机溶剂含量小于5%。
5.如权利要求4所述的苯甘氨酸生产母液脱色处理工艺,其特征在于,在步骤4-1)中,所述有机溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、甲缩醛中的一种或多种。
6.如权利要求4所述的苯甘氨酸生产母液脱色处理工艺,其特征在于,在步骤4-1)中,有机溶剂的用量为4~5BV;脱附流速为0.5~1BV/h。
7.如权利要求4所述的苯甘氨酸生产母液脱色处理工艺,其特征在于,在步骤4-1)中,收集脱附液,脱附液经精馏回收有机溶剂。
8.如权利要求1所述的苯甘氨酸生产母液脱色处理工艺,其特征在于,大孔苯乙烯类吸附树脂的技术指标如下表所示:
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