CN109096052A - 一种浓缩1,3-丙二醇发酵液的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种浓缩1,3‑丙二醇发酵液的方法，其依次包括：除去菌体等固形物的清澈发酵液，通过多效蒸发蒸去大部分水分浓缩发酵液时，在各效蒸发器后面增加一个吸收塔，回收蒸发过程气相中带出的1,3‑丙二醇，在完成发酵液的浓缩时可大幅降低1,3‑丙二醇的损失率。采用本发明所述技术方案浓缩1,3‑丙二醇发酵液，1,3‑丙二醇的损失率最低可降至0.9%。
Description
技术领域
本发明属于化学工程领域，涉及一种浓缩1,3-丙二醇发酵液的方法，具体地说，涉及一种从发酵液（以甘油为底物经微生物发酵获得）中利用浓缩技术提取1,3-丙二醇的方法。
背景技术
1,3-丙二醇（1,3-PDO）是一种用途广泛的基础化工原料，特别是用于合成性能优良的聚酯产品PTT（聚对苯二甲酸丙二醇酯）。
至今，制备1,3-丙二醇的方法主要分为两大类：其一是化学合成法（如环氧乙烷法和丙烯醛法等），由于化学合成法存在着反应条件苛刻、副反应较多及成本较高等缺陷，从而限制了1,3-丙二醇的规模化生产及应用；其二是生物转化法[ 以甘油或葡萄糖为底物，经克雷伯氏肺炎杆菌（Klebsiella pneumoniae），弗氏柠檬菌(Citrobacterfreundii)或丁酸梭状芽孢杆菌（Clostridiumbutyricum）等菌种发酵获得1,3-丙二醇]，生物转化法以其独具的优势（发酵条件温和对环境友好）以及原料甘油价格因生物柴油的发展而大幅度降低等，正越来越引起人们的重视。
生物法合成1,3-丙二醇的发酵液有以下几个特点：(1) 发酵液中1,3-丙二醇的浓度较低，现有的生物法通过甘油发酵合成1,3-丙二醇的技术中，发酵液中的1,3-丙二醇浓度一般<10%(wt)、即100g/L。(2) 发酵液中有较多的有机酸盐，一般在0.5%～3%左右。(3)发酵液中的蛋白质除了菌体（固形物）外，还有可溶性蛋白质。因此如何高效、低成本地从发酵液中分离提取1,3-丙二醇成为本领域研究热点。
在各种分离方法中，浓缩蒸发、精馏组合的分离技术因过程比较简单，不引入发酵液组分以外的物质，得到了重视。在CN206799473U、CN106748648A、CN101891591A、US5254467，JP2002-155000A中，为了降低能量的消耗，大都采用了多效蒸发的方法蒸发去除1,3-丙二醇发酵液中的大部分水分，达到浓缩发酵液的目的。由于1,3-丙二醇的沸点为210-211℃，不同温度下具有一定的饱和蒸汽压，在多效蒸发操作中，越往后的蒸发器二次蒸汽中1,3-丙二醇的分压越大。根据各效蒸发器操作压力的不同，1,3-丙二醇在传统多效蒸发浓缩过程中的损失量比较大，约7%~15%，大大降低了1,3-丙二醇的分离提取收率。
综上所述，现有多效蒸发浓缩发酵液的分离工艺中，1,3-丙二醇的损失率较大，尚有不足之处，1,3-丙二醇发酵液中的浓缩技术有待进一步提高。
发明内容
本发明目的在于，提供一种浓缩1,3-丙二醇发酵液的方法，大幅减少1,3-丙二醇的损失率，克服现有多效蒸发技术中1,3-丙二醇损失率大的缺点。
发明者通过大量研究发现，多效蒸发的二次蒸汽若通过气液传质设备如吸收塔，用二次蒸汽的冷凝液或水与二次蒸汽进行汽液传质，那么二次蒸汽中夹带的1,3-丙二醇、2,3-丁二醇等就被捕集下来了，回到发酵液液相中，离开吸收塔的二次蒸汽中的1,3-丙二醇就基本上全部没有了，达到了降低1,3-丙二醇损失率的目的。
本发明所说的一种浓缩1,3-丙二醇发酵液的方法，其包括如下步骤：
（1）除去菌体等固形物的清澈发酵液，通过多效蒸发蒸去大部分水分，浓缩1～10倍。
（2）在步骤（1）中的各效蒸发器后面、或者某几个蒸发器后面增加吸收塔，吸收塔内部装有塔内件。
（3）二次蒸汽从吸收塔的下部进入，来自二次蒸汽冷凝液或外部水的吸收液从吸收塔的上部进入，吸收液与二次蒸汽的质量比为0~1。
（4）步骤（3）中的塔釜液体出料与前效蒸发器的液体混合一道进入下一个蒸发器。
（5）最后一效蒸发器产生的二次蒸汽经吸收塔除去其中的1,3-丙二醇、2,3-丁二醇后进入冷凝器中，冷凝水和前面几效蒸发器的二次蒸汽冷凝水返回发酵工序中的发酵罐作配料用水。
（6）从最后一效蒸发器的下部液体中抽出一部分浓缩后的发酵液进入后续的分离提取工序中。
采用上述技术方案所获的1,3-丙二醇浓缩液中1,3-丙二醇的损失率在2%以下，大大降低了原有多效蒸发工艺中1,3-丙二醇的损失率。
附图说明
图1为本发明所说浓缩发酵液方法的流程示意图
其中部分图标说明如下：
1,2,3,4—I~IV效蒸发器，5,6,7,8—吸收塔，9—冷凝器，10,11,12,13—回流循环泵，14,15,16—多效蒸发循环泵，17—浓缩液出料泵。
101-发酵液进料管，102-生蒸汽进料管，103,106,109-二次蒸汽进料管，104,107,110-发酵液循环管，105,108,111,113-吸收塔回流管，115,117,120,123,125-冷凝液出料管，126－发酵液浓缩液出料管，128,131-真空管，129,130－循环冷却水管
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步阐述，其目的仅在于更好理解本发明的内容而非限制本发明的保护范围。
实施例1
经除去菌体的发酵液组成：1,3-丙二醇60g/L，2,3-丁二醇17.5g/L，甘油2g/L，可溶性蛋白质0.5g/L，盐浓度1.7%，pH6.8，流量22644kg/h，采用四效蒸发，I效蒸发器的压力为68kPa、II效蒸发器的压力为43kPa、III效蒸发器的压力为25kPa、IV蒸发器的操作压力为13kPa。在每个蒸发器后面都增加了一个吸收塔，直径1000mm，塔内装有规整填料4m，采用二次蒸汽冷凝液作为吸收液。经过四效蒸发后，浓缩发酵液中的1,3-丙二醇损失率为0.9%。
实施例2
经除去菌体的发酵液组成：1,3-丙二醇60g/L，2,3-丁二醇17.5g/L，甘油2g/L，可溶性蛋白质0.5g/L，盐浓度1.7%，pH6.8，流量22644kg/h，采用四效蒸发，I效蒸发器的压力为68kPa、II效蒸发器的压力为43kPa、III效蒸发器的压力为25kPa、IV蒸发器的操作压力为13kPa。在第IV效蒸发器后面增加了一个吸收塔，直径1000mm，塔内装有规整填料4m，采用二次蒸汽冷凝液作为吸收液。经过四效蒸发后，浓缩发酵液中的1,3-丙二醇损失率为5.1%。
实施例3
经除去菌体的发酵液组成：1,3-丙二醇60g/L，2,3-丁二醇17.5g/L，甘油2g/L，可溶性蛋白质0.5g/L，盐浓度1.7%，pH6.8，流量22644kg/h，采用四效蒸发，I效蒸发器的压力为68kPa、II效蒸发器的压力为43kPa、III效蒸发器的压力为25kPa、IV蒸发器的操作压力为13kPa。在第III、IV效蒸发器后面各增加了一个吸收塔，直径均为1000mm，塔内装有规整填料4m，采用各自的二次蒸汽冷凝液作为吸收液。经过四效蒸发后，浓缩发酵液中的1,3-丙二醇损失率为3.1%。
实施例4
经除去菌体的发酵液组成：1,3-丙二醇60g/L，2,3-丁二醇17.5g/L，甘油2g/L，可溶性蛋白质0.5g/L，盐浓度1.7%，pH6.8，流量22644kg/h，采用四效蒸发，I效蒸发器的压力为68kPa、II效蒸发器的压力为43kPa、III效蒸发器的压力为25kPa、IV蒸发器的操作压力为13kPa。在第II、III、IV效蒸发器后面各增加了一个吸收塔，直径均为1000mm，塔内装有规整填料4m，采用各自的二次蒸汽冷凝液作为吸收液。经过四效蒸发后，浓缩发酵液中的1,3-丙二醇损失率为1.8%。
实施例5
经除去菌体的发酵液组成：1,3-丙二醇60g/L，2,3-丁二醇17.5g/L，甘油2g/L，可溶性蛋白质0.5g/L，盐浓度1.7%，pH6.8，流量22644kg/h，采用四效蒸发，I效蒸发器的压力为68kPa、II效蒸发器的压力为43kPa、III效蒸发器的压力为25kPa、IV蒸发器的操作压力为13kPa。采用常规的多效蒸发流程，蒸发器后面不加吸收塔，经过四效蒸发后，浓缩发酵液中的1,3-丙二醇损失率为8.4%。
Claims (7)
1.一种浓缩1,3-丙二醇发酵液的方法，其特征在于，除去菌体等固形物的清澈1,3-丙二醇发酵液，通过多效蒸发蒸去大部分水分浓缩发酵液时，在蒸发器后面增加一个吸收塔。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的多效蒸发为1~5效。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的在蒸发器后面增加一个吸收塔是指在每一个蒸发器后面增加一个吸收塔；或是在两个蒸发器之间增加一个吸收塔包括四效与五效蒸发器之间、三效与四效蒸发器之间、二效与三效蒸发器之间、一效与二效蒸发器之间；或是在三个蒸发器之间各增加一个吸收塔包括一效二效三效蒸发器之间、二效三效四效蒸发器之间、三效四效五效蒸发器之间；或是在四个蒸发器之间各增加一个吸收塔包括一效至四效蒸发器之间、二效至五效蒸发器之间、以及一效二效蒸发器之间与四效五效蒸发器之间的组合；或是只在最后一个蒸发器和冷凝器之间增加一个吸收塔。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的吸收塔内部装有选自散堆填料、规整填料、塔板中的一种，二种或二种以上所构成的塔内件。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的吸收塔上部安装有吸收液分布器，吸收液从塔的上部往下流动，前一效蒸发器产生的二次蒸汽从吸收塔的下部进入吸收塔，从上部流出吸收塔。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的吸收液为下一效蒸发器的冷凝液、或者多效蒸发器外部的水。
7.如权利要求5、6所述的方法，其特征在于，所述的吸收液与进吸收塔的二次蒸汽的质量比为0～1。
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