CN107879940A - 一种连续精制戊二胺的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续精制戊二胺的装置和方法，该装置包括原料池、气化釜、精馏塔、冷却釜、连续固液分离器；所述的原料池的出料口与气化釜的进料口相连，气化釜的气体出口与精馏塔的进料口相连，所述的气化釜的出料口与冷却釜的进料口相连、冷却釜的出料口与连续固液分离器的进料口相连。该方法包括将戊二胺原料液气化产生戊二胺与水的共沸气体，将所述共沸气体精馏，得到戊二胺；将气化残余的料液冷却，析出无机盐固体，然后对冷却后的料液连续固液分离，得到无机盐固体和戊二胺水溶液。本发明能够消除溶剂损失，节省能耗，解决传统过程中高盐废水难以处理的难题，并且可实现戊二胺的连续精制，显著提高戊二胺的收率与产品纯度，降低生产成本。

Description

一种连续精制戊二胺的装置和方法

技术领域

本发明属于提纯技术领域，具体涉及一种连续精制戊二胺的装置和方法。

背景技术

1，5-戊二胺是一种广泛存在于生物体中，具有多种生物活性的生物多胺，广泛应用于农业、医疗和工业产品中，特别是用于合成生物基聚酰胺(尼龙)产品，其衍生物在材料、涂料等化工领域也极具应用价值。在上述应用领域中，原料1，5-戊二胺的产品质量(包括产品纯度、产品色泽、含水量)对后续产品的生产过程与产品质量影响巨大。现有报道的生物法合成1，5-戊二胺的方法主要采用直接发酵法或者全细胞催化赖氨酸脱羧法，这些方法生产出的1，5-戊二胺母液中含有大量的杂质(其中包含大量的有机质、无机盐固体等)，无法套用现成的成套分离设备，对获得高纯度的1，5-戊二胺带来巨大的挑战，严重影响了1，5-戊二胺在相关领域的应用。

目前关于戊二胺精制的相关研究报道为数不多：1、CN101981202A采用丁醇等有机溶剂多次萃取后蒸发溶剂获得1，5-戊二胺产品。此类方法在操作过程中不可避免的会产生溶剂挥发造成污染，同时需要进行溶剂回收增加了成本。2、CN200980121108采用膜处理得到1，5-戊二胺的碳酸盐溶液，再通过加热分解的方式获得1，5-戊二胺。该方法仅适用于1，5-戊二胺碳酸盐，同时裂解过程温度高、时间长且不易完全分解，得到的戊二胺品质不稳定。3、CN101970393A采用加碱同时纳滤的方式提高戊二胺的回收率。该方法仅适用于纯的戊二胺水溶液，发酵液或转化液中存在大量的有机质与无机盐固体，高浓度情况下极易造成纳滤膜的堵塞，影响膜的使用寿命。4、CN105777555A采用高沸点溶剂与1，5-戊二胺水溶液混合加热，得到气化的戊二胺与水的混合蒸汽，再进行精馏获得1，5-戊二胺。该方法同样存在需要回收高沸点溶剂的问题，同时在加热过程中由于高沸点溶剂的存在，气化所需要消耗的能量势必大幅提高。5、CN104974046A采用多釜串联的方式分段精馏的以先后除去体系中的水、低沸点溶剂、高沸点溶剂与无机盐固体，从而获得戊二胺产品。该方法中无机盐固体等难溶物会在精馏塔底析出，蒸发过程彻底会导致塔底盐结块，影响传热、不易清洗且腐蚀设备；蒸发过程不彻底又会导致产品收率下降。6、CN107043330A采用加入难溶性碱的方式释放游离戊二胺，生成难溶性的盐，降低体系中的可溶性盐含量，减小精馏工艺难度。该方法仅适用于体系中存在大量硫酸根离子或碳酸根离子的情况，具有一定的局限性。

发明内容

本发明的目的是提供一种连续精制戊二胺的装置，该装置能够克服现有技术中存在的高盐浓度腐蚀设备、高沸溶剂影响成本以及部分方法存在的局限性问题。

本发明的另一个目的是提供一种连续精制戊二胺的方法。

为实现发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种连续精制戊二胺的装置，包括原料池、气化釜、精馏塔、冷却釜、连续固液分离器；所述的原料池的出料口与气化釜的进料口相连，气化釜的气体出口与精馏塔的进料口相连，所述的气化釜的出料口与冷却釜的进料口相连、冷却釜的出料口与连续固液分离器的进料口相连。

所述的原料池用于存放戊二胺原料液；气化釜用于料液加热产生戊二胺与水的共沸气体；精馏塔用于分离戊二胺与水；冷却釜用于对部分气化后的残余的料液进行彻底冷却以析出盐晶体；连续固液分离器用于连续分离结晶出的无机盐固体与戊二胺水溶液。

还包括换热器，原料池的出料口与换热器的低温侧进料口相连，换热器的高温侧出料口于气化釜的进料口相连，气化釜的出料口与换热器的高温侧进料口相连，换热器的低温侧出料口与冷却釜的进料口相连。换热器用于在气化后的残余料液与戊二胺原料液之间进行热量交换，一方面加热戊二胺原料液，另一方面给残余料液降温。

所述的换热器为列管式换热器、板式换热器中的一种或两种的组合。

包括干燥装置，干燥装置的进料口与所述连续固液分离器的固体出口相连，用于干燥从所述连续固液分离器中排出的无机盐固体。

所述的干燥装置为热风干燥设备、真空回转干燥设备、微波干燥设备、带式穿流干燥设备中的一种或多种的组合。

包括除水装置，除水装置的进料口与所述精馏塔的出料口相连，用于去除从所述精馏塔塔底中排出的戊二胺中残留的水。

所述的除水装置为膜设备、分子筛、超重力设备中的任意一种。

包括冷凝器、缓冲罐、真空泵、戊二胺回收装置，精馏塔的气体出口与冷凝器的进口相连，冷凝器的出口与缓冲罐的进口相连，缓冲罐的气体出口与真空泵相连，戊二胺回收装置的进料口与所述缓冲罐的出料口相连。冷凝器用于精馏塔顶水蒸汽的冷凝；缓冲罐用于连接真空泵，为精馏塔与气化釜提供负压环境，降低气化温度；真空泵用于为气化釜与精馏塔提供负压环境；戊二胺回收装置用于吸附分离冷凝水中残留的戊二胺，例如，可以是采用树脂吸附等方式分离回收水中残留的戊二胺。

所述的精馏塔为单个精馏塔或多个串联的精馏塔；所述的精馏塔的进料口位于精馏塔的中部。

所述的气化釜为带搅拌密封加热釜，搅拌桨形制为推进式、叶轮式、框式中的任意一种，加热方式为夹套式、盘管式中的任意一种。

所述的冷却釜为带搅拌密封冷却釜，搅拌桨形制为推进式、叶轮式、框式中的任意一种，冷却方式为夹套式、盘管式中的任意一种。

所述的连续固液分离器为采用螺旋挤压方式进行连续固液分离的装置，优选为带有自动固体淋洗装置的固液分离机。

还包括料泵，所述的料泵设置于原料池和换热器之间、换热器和气化釜之间、冷却釜和连续固液分离器之间，用于各装置间料液的输送，这是本领域技术人员所熟知的。

利用所述的装置连续精制戊二胺的方法，包括将戊二胺原料液气化产生戊二胺与水的共沸气体，将所述共沸气体精馏，得到戊二胺；将气化残余的料液冷却，析出无机盐固体，然后对冷却后的料液连续固液分离，得到无机盐固体和戊二胺水溶液。

将分离得到的无机盐固体干燥，得到工业用盐；将精馏得到的戊二胺去除残留水分；将精馏得到的水冷凝，对冷凝水中的残留戊二胺进行回收。

更具体的包括如下步骤：

将戊二胺原料液在气化釜中气化产生戊二胺与水的共沸气体，将所述共沸气体送入精馏塔中精馏，得到戊二胺；将气化釜中残余的料液送入冷却釜冷却，析出无机盐固体，然后送入连续固液分离器连续分离从所述冷却釜流出的冷却后的料液，得到无机盐固体和戊二胺水溶液。将连续固液分离器分离得到的无机盐固体送入干燥装置干燥，得到工业用盐；将连续固液分离器分离得到的戊二胺水溶液送入原料池。将精馏塔中精馏得到的戊二胺送入除水装置中去除残留水分。将精馏塔中精馏得到的水送入冷凝器冷凝，冷却液流至缓冲罐，将缓冲罐内冷却液定期排至戊二胺回收装置，对冷凝水中的残留戊二胺进行回收；真空泵维持气化釜至精馏塔内恒定负压。

所述的戊二胺原料液是指原始料液经过初步处理后得到的料液，所述的原始料液是指戊二胺发酵液、全细胞催化赖氨酸脱羧的转化液，或者是发酵液或转化液的浓缩液，或者是戊二胺的水溶液，或是含有游离态戊二胺的其他溶液；当原始料液为戊二胺发酵液、全细胞催化赖氨酸脱羧的转化液时，所述的初步处理是指调整原始料液pH至13.5以上，固液分离除去细胞与蛋白质；当原始料液为戊二胺的水溶液，或是含有游离态戊二胺的其他溶液时，所述的初步处理是指调整原始料液pH至13.5以上；戊二胺原料液中戊二胺的质量分数为5％-50％，优选为15％-30％，最优选为20％-25％之间。

气化温度为料液的共沸点温度，气化时的搅拌速度为50-200rpm；冷却温度为10-25℃，优选为10-15℃，更优选为10-12℃，冷却时的搅拌速度为50-200rpm；精馏的塔顶温度维持在水的沸点；气化和精馏时的压力为100-1000mba，优选为100-500mba，更优选为100-200mba。

有益效果：

采用本发明提供的连续精制戊二胺装置与方法，整个过程无需加入其他溶剂，消除了溶剂的损失；采用共沸蒸汽进料的方式避免了高浓度的盐进入精馏系统，大大提高了精馏装置的使用寿命，延长了检修周期，提高了产品收率；采用连续固液分离装置实现除盐过程的连续化，提高了效率；采用换热装置大大节省了原料加热的能耗；采用连续固液分离装置回收料液中的无机盐固体可生产副产物工业用盐，同时解决传统过程中高盐废水难以处理的难题，降低废水处理成本。采用本方法可实现戊二胺的连续精制，显著提高戊二胺的收率与产品纯度，降低生产成本。

附图说明

图1是本发明连续精制戊二胺的装置的结构示意图。

具体实施方式

实施例1：

一种连续精制戊二胺的装置，如图1所示，包括：原料池1，用于存放戊二胺原料液；换热器2，为列管式换热器，用于在气化后的残余料液与戊二胺原料液之间进行热量交换，一方面加热原料液，另一方面给残余料液降温；气化釜3，为带搅拌密封加热釜，搅拌桨形制为推进式桨叶，加热方式为盘管式，用于加热从所述原料池1流出的戊二胺原料液产生戊二胺与水的共沸气体；精馏塔4，用于精馏从所述气化釜3气化出的戊二胺与水的共沸气体，所述的精馏塔4为单个精馏塔，其进料口位于精馏塔4的中部；冷凝器5，用于精馏塔顶水蒸汽的冷凝；缓冲罐6，用于连接真空泵13，为精馏塔与气化釜提供负压环境，降低气化温度；戊二胺回收装置7，用于冷凝水中残留的戊二胺的吸附分离，采用树脂吸附方式分离回收；除水装置8，为分子筛，用于去除从所述精馏塔4塔底中排出的戊二胺中残留的水；冷却釜9，为带搅拌密封冷却釜，搅拌桨形制为推进式桨叶，冷却方式为夹套式，用于冷却从所述气化釜3流出的部分气化后的残余的料液以析出无机盐固体；连续固液分离器10，为带有自动固体淋洗装置的固液分离机，用于连续分离从所述冷却釜9流出的冷却后的料液，得到无机盐固体和戊二胺水溶液；干燥装置11，为带式穿流干燥机，与所述连续固液分离器10相连，用于干燥从所述连续固液分离器10中排出的无机盐固体；料泵12，用于各装置间料液的输送；真空泵13，用于为气化釜与精馏塔提供负压环境。

原料池1的出料口与换热器2的低温侧进料口相连，换热器2的高温侧出料口于气化釜3的进料口相连，气化釜3的出料口与换热器2的高温侧进料口相连，换热器2的低温侧进料口与冷却釜9的进料口相连；气化釜3的气体出口与精馏塔4的进料口相连，精馏塔4的气体出口与冷凝器5的进口相连，冷凝器5的出口与缓冲罐6的进口相连，缓冲罐6的气体出口与真空泵13相连。缓冲罐6的出料口与戊二胺回收装置7的进料口相连。精馏塔4的出料口与除水装置8的进料口相连。冷却釜9的出料口与连续固液分离器10的进料口相连，连续固液分离器10的固体出口与干燥装置11的进料口相连，连续固液分离器10的液体出口与原料池的进口相连。料泵12设置于原料池1和换热器2之间、换热器2和气化釜3之间、冷却釜9和连续固液分离器10之间。

利用上述装置连续精制戊二胺的方法，包括如下步骤：

将pH为13.5除去细胞与蛋白质浓度为25％的戊二胺原料液注入原料池中，通过料泵12经换热器2间隙连续注入气化釜3，气化釜3内的搅拌转速为200rpm，通过导热硅油加热至戊二胺与水共沸，例如常压下加温至130℃。加热料液升温至共沸点后产生戊二胺与水的共沸蒸汽，共沸蒸汽进入精馏塔4。利用塔底再沸器维持塔顶温度至水的沸点以上，例如常压下塔顶温度100℃。塔顶水蒸气经过冷凝器5冷却流至缓冲罐6，缓冲罐6内冷却液定期排至戊二胺回收装置7，戊二胺回收装置7采用树脂吸附冷凝水中残余的戊二胺，对冷凝水中的残留戊二胺进行回收。真空泵13为气化釜3与精馏塔4提供负压环境，根据不同的负压强度精馏塔顶的温度也随之变化，例如负压环境为700mba时，精馏塔顶温度维持在90℃。精馏塔4塔底收集高浓度戊二胺，浓度达到95％。将其注入除水装置8，采用分子筛除去料液中的水分回收得到纯度超过99％的纯品戊二胺。气化釜3釜底利用浆料泵将高盐浓度的气化后残液经换热器2初步降温后输送入冷却釜9，冷却釜9中搅拌转速为200rpm，釜体采用夹套式结构，自来水作为冷却剂。当釜中料液温度降至室温后通过料泵12将含有大量析出无机盐固体的料液输送至连续固液分离器10，连续分离结晶的无机盐与戊二胺水溶液。液相输送回原料池1，固相输送至干燥装置11，将其彻底干燥得到工业用盐。设备连续稳定运行后，戊二胺纯品收率可维持在90％以上。

Claims (10)

1.一种连续精制戊二胺的装置，其特征在于，包括原料池(1)、气化釜(3)、精馏塔(4)、冷却釜(9)、连续固液分离器(10)；所述的原料池(1)的出料口与气化釜(3)的进料口相连，气化釜(3)的气体出口与精馏塔(4)的进料口相连，所述的气化釜(3)的出料口与冷却釜(9)的进料口相连、冷却釜(9)的出料口与连续固液分离器(10)的进料口相连。

2.根据权利要求1所述的连续精制戊二胺的装置，其特征在于，包括换热器(2)，原料池(1)的出料口与换热器(2)的低温侧进料口相连，换热器(2)的高温侧出料口于气化釜(3)的进料口相连，气化釜(3)的出料口与换热器(2)的高温侧进料口相连，换热器(2)的低温侧出料口与冷却釜(9)的进料口相连。

3.根据权利要求1所述的连续精制戊二胺的装置，其特征在于，包括干燥装置(11)，干燥装置(11)的进料口与所述连续固液分离器(10)的固体出口相连。

4.根据权利要求1所述的连续精制戊二胺的装置，其特征在于，包括除水装置(8)，除水装置(8)的进料口与所述精馏塔(4)的出料口相连。

5.根据权利要求1所述的连续精制戊二胺的装置，其特征在于，包括冷凝器(5)、缓冲罐(6)、真空泵(13)、戊二胺回收装置(7)，精馏塔(4)的气体出口与冷凝器(5)的进口相连，冷凝器(5)的出口与缓冲罐(6)的进口相连，缓冲罐(6)的气体出口与真空泵(13)相连，戊二胺回收装置(7)的进料口与所述缓冲罐(6)的出料口相连。

6.根据权利要求1所述的连续精制戊二胺的装置，其特征在于，所述的精馏塔(4)为单个精馏塔或多个串联的精馏塔；所述的精馏塔(4)的进料口位于精馏塔(4)的中部。

7.利用权利要求1～6任意一项所述的装置连续精制戊二胺的方法，其特征在于，包括将戊二胺原料液气化产生戊二胺与水的共沸气体，将所述共沸气体精馏，得到戊二胺；将气化残余的料液冷却，析出无机盐固体，然后对冷却后的料液连续固液分离，得到无机盐固体和戊二胺水溶液。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，将分离得到的无机盐固体干燥，得到工业用盐；将精馏得到的戊二胺去除残留水分；将精馏得到的水冷凝，对冷凝水中的残留戊二胺进行回收。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的戊二胺原料液是指原始料液经过初步处理后得到的料液，所述的原始料液是指戊二胺发酵液、全细胞催化赖氨酸脱羧的转化液，或者是发酵液或转化液的浓缩液，或者是戊二胺的水溶液，或是含有游离态戊二胺的其他溶液；当原始料液为戊二胺发酵液、全细胞催化赖氨酸脱羧的转化液时，所述的初步处理是指调整原始料液pH至13.5以上，固液分离除去细胞与蛋白质；当原始料液为戊二胺的水溶液，或是含有游离态戊二胺的其他溶液时，所述的初步处理是指调整原始料液pH至13.5以上；戊二胺原料液中戊二胺的质量分数为5％-50％。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，气化温度为料液的共沸点温度，冷却温度为10-25℃，精馏的塔顶温度维持在水的沸点，气化和精馏时的压力为100-1000mba。