CN112266866A - 一种丙烯酰胺生产系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种丙烯酰胺生产系统，包括储存装置、反应釜、过滤装置、除杂装置和收集装置，其中，储存装置用于储存反应所需的微生物菌体。储存装置的出料端通过管路与反应釜的进料端连通，反应釜的出料端通过管路与过滤装置的进料端连通，过滤装置的滤液出料端通过管路与除杂装置的进料端连通，除杂装置的出料端通过管路与收集装置连通。根据本发明的丙烯酰胺生产系统，使得整个生产丙烯酰胺水溶液的流程较为简便，便于生产出高纯度的丙烯酰胺溶液，同时也节省了投入的时间和人力。

Description

一种丙烯酰胺生产系统
技术领域
本发明涉及丙烯酰胺生产设备技术领域，尤其是涉及一种丙烯酰胺生产系统。
背景技术
工业上传统的生产丙烯酰胺的方法是通过用还原状态的铜作为催化剂来对丙烯腈进行水合反应。目前，已经开发出了采用微生物催化剂来生产丙烯酰胺的方法，且该方法已经开始得到实际应用。但采用微生物催化剂来生产丙烯酰胺的方法在工业应用上还不够成熟，整个生产流程还不够简便，使得耗费的人力和时间过多，且生产出的丙烯酰胺水溶液纯度不够高，从而导致后续经过结晶所获得的丙烯酰胺晶体纯度不高。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出了一种丙烯酰胺生产系统，使得丙烯酰胺的整个生产流程比较简便，便于生产出高纯度的丙烯酰胺水溶液。
根据本发明实施例的丙烯酰胺生产系统，包括：储存装置，用于储存反应所需的微生物菌体；反应釜，所述储存装置的出料端通过管路与所述反应釜的进料端连通；过滤装置，所述反应釜的出料端通过管路与所述过滤装置的进料端连通；除杂装置，所述过滤装置的滤液出料端通过管路与所述除杂装置的进料端连通；收集装置，所述除杂装置的出料端通过管路与所述收集装置连通。
根据本发明实施例的丙烯酰胺生产系统，至少具有如下有益效果：将保存在储存装置中的含有腈水合酶的微生物菌体，经过抽料泵传送到反应釜中，再向反应釜中添加丙烯腈和其它所需的材料，在反应釜中进行水合反应，丙烯腈在微生物催化剂的作用下转化为丙烯酰胺，反应结束后，反应液进入过滤装置中，除去反应液中残留的催化剂和其他杂质，再将过滤后的反应液通入除杂装置，去除反应液中的杂质离子，最终便得到高纯度的丙烯酰胺水溶液，并将丙烯酰胺溶液保存在收集装置中。整个生产的流程比较简便，可以节省很多人力和时间，并使得生产出的丙烯酰胺水溶液的纯度较高。
根据本发明的一些实施例，所述储存装置的外侧壁缠绕有盘管，所述盘管的一端设置有进液口，所述盘管的另一端设置有出液口。
根据本发明的一些实施例，所述储存装置的外侧壁设置有测温元件，所述测温元件的测温点设置于所述储存装置的内部。
根据本发明的一些实施例，所述反应釜包括：搅拌杆，所述搅拌杆的一端设置于所述反应釜外并设置有驱动部，所述搅拌杆的另一端延伸进所述反应釜内部并沿延伸方向设置有搅拌部。
根据本发明的一些实施例，所述搅拌部包括若干组搅拌组件，每组所述搅拌组件包括至少两个搅拌桨，每个所述搅拌桨的一端与所述搅拌杆连接，每相邻两组所述搅拌组件沿着所述搅拌杆的延伸方向间隔设置。
根据本发明的一些实施例，所述过滤装置包括：进水管，所述进水管的进水端通过管路与所述反应釜的出料端连通；出水管，所述出水管的出水端通过管路与所述除杂装置的进料端连通；若干个过滤管，每个所述过滤管内部填充有过滤组件；第一支路管，所述第一支路管的第一输入端与所述进水管的第一输出端连通，每个所述过滤管的进料端分别通过管路与所述第一支路管的输出端连通；第二支路管，每个所述过滤管的滤液出料端分别通过管路与所述第二支路管的输入端连通，所述第二支路管的第一输出端与所述出水管的第一输入端连通。
根据本发明的一些实施例，所述过滤装置还包括：第一电磁阀，设于所述进水管的第一输出端与所述第一支路管的第一输入端之间；第二电磁阀，设于所述第一支路管的第二输入端与所述出水管的第二输入端之间；第三电磁阀，设于所述进水管的第二输出端与所述第二支路管的第二输出端之间；第四电磁阀，设于所述第二支路管的第一输出端与所述出水管的第一输入端之间。
根据本发明的一些实施例，所述过滤组件为中空纤维超滤膜。
根据本发明的一些实施例，所述过滤装置还包括：废液出口，每个所述过滤管的废液出料端分别通过管路与所述废液出口连通。
根据本发明的一些实施例，所述除杂装置包括：阳床，所述阳床的进料端与所述过滤装置的滤液出料端连通；阴床，所述阳床的出料端与所述阴床的进料端连通，所述阴床的出料端与所述收集装置连通。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例的丙烯酰胺生产系统的结构示意图；
图2为本发明实施例的储存装置的结构示意图；
图3为本发明实施例的反应釜的结构示意图；
图4为图3示出的反应釜的搅拌部的结构示意图；
图5为本发明实施例的过滤装置的结构示意图；
附图标记：
储存装置100、盘管110、进液口120、出液口130、测温元件140、反应釜200、搅拌杆210、驱动部220、搅拌桨230、投料口240、投料口盖241、透明窗口250、过滤装置300、进水管310、出水管320、过滤管330、第一支路管340、第二支路管350、第一电磁阀360、第二电磁阀370、第三电磁阀380、第四电磁阀390、废液出口391、除杂装置400、阳床410、阴床420、收集装置500。
具体实施方式
本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二、第三、第四只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
如图1所示，根据本发明实施例的丙烯酰胺生产系统，包括储存装置100、反应釜200、过滤装置300、除杂装置400和收集装置500。其中，储存装置100用于储存反应所需的微生物菌体，储存装置100的出料端通过管路与反应釜200的进料端连通，反应釜200的出料端通过管路与过滤装置300的进料端连通，过滤装置300的滤液出料端通过管路与除杂装置400的进料端连通，除杂装置400的出料端通过管路与收集装置500连通。
具体地，储存装置100内部的温度设置为适合微生物保存的温度，所选的微生物应为产生或保有腈水合酶的微生物，例如诺卡氏菌属、棒状杆菌属、芽孢杆菌属或是微球菌属等微生物，微生物作为丙烯腈进行水合反应的催化剂。反应前，先将微生物菌体通过抽料泵传送进反应釜200，再向反应釜200中添加丙烯腈和其它所需要的原料，然后进行水合反应，在微生物催化剂的作用下，丙烯腈转化为丙烯酰胺。反应结束后，反应液通过抽料泵压入过滤装置300中，通过过滤装置300滤去残留的催化剂和其它副产物，得到粗丙烯酰胺溶液。再将粗丙烯酰胺溶液经抽料泵传送到除杂装置400中，除掉溶液中的阳、阴杂质离子，得到高纯度的丙烯酰胺溶液，并将丙烯酰胺溶液保存于收集装置500中。整个生产丙烯酰胺的流程较为便捷，可以省去很多人力和时间，且生产出高纯度的丙烯酰胺溶液。
如图2所示，在本发明的一些实施例中，储存装置100的外侧壁缠绕有盘管110，盘管110的一端设置有进液口120，盘管110的另一端设置有出液口130。其中，进液口120和出液口130可通过循环泵与水箱连通，从而可以往盘管110中通入一定温度的液体，水箱中液体的温度设置为适合微生物菌体保存的温度，从而通过盘管110使得储存装置100内部保持适合微生物菌体保存的温度。
如图2所示，在本发明的一些实施例中，储存装置100的外侧壁设置有测温元件140，测温元件140的测温点设置于储存装置100的内部。其中，测温元件140可以采用温度传感器，利用测温元件140来实时监测储存装置100内部的温度，便于及时通过改变盘管110中循环的液体的温度来调整储存装置100内部的温度。
如图3和图4所示，在本发明的一些实施例中，反应釜200包括：搅拌杆210，搅拌杆210的一端设置于反应釜200外并设置有驱动部220，搅拌杆210的另一端延伸进反应釜200内部并沿延伸方向设置有搅拌部。具体地，驱动部220可以采用电机，电机的输出轴与搅拌杆210连接，通过电机可驱动搅拌杆210进行旋转，搅拌杆210带动搅拌部进行搅拌，使得反应釜200中的物料混合得更充分，从而加快反应速度。
如图4所示，在本发明的进一步实施例中，搅拌部包括若干组搅拌组件，每组搅拌组件包括至少两个搅拌桨230，每个搅拌桨230的一端与搅拌杆210连接，每相邻两组搅拌组件沿着搅拌杆210的延伸方向间隔设置。通过设置多组搅拌组件，可以对处于不同高度的物料同时进行搅拌，搅拌更为充分，从而加快反应速度。
如图3所示，在本发明的一些实施例中，反应釜200的上端设置有投料口240，投料口240上端还设置有可拆卸的投料口盖241，便于从投料口240向反应釜200内部添加反应所需要的物料；反应釜200上端还设置有透明窗口250，便于实时观察反应釜200内部的反应情况。
如图5所示，在本发明的一些具体实施例中，过滤装置300包括：进水管310、出水管320、若干个过滤管330、第一支路管340和第二支路管350。其中，进水管310的进水端通过管路与反应釜200的出料端连通，出水管320的出水端通过管路与除杂装置400的进料端连通；每个过滤管330内部填充有过滤组件，每个过滤管330的进料端分别通过管路与第一支路管340的输出端连通，第一支路管340的第一输入端与进水管310的第一输出端连通，每个过滤管330的滤液出料端分别通过管路与第二支路管350的输入端连通，第二支路管350的第一输出端与出水管320的第一输入端连通。
具体地，反应釜200中反应结束后所获得的反应液经过抽料泵传送进过滤装置300，反应液经过进水管310和第一支路管340后，从过滤管330的进料端进入过滤管330，过滤管330中的过滤组件将反应液中残留的菌体和一些副产物滤去，使得反应液被分为滤液和废液，滤液即为粗丙烯酰胺溶液，粗丙烯酰胺溶液从过滤管330的滤液出料端出来，并经过第二支路管350和出水管320，被传送到除杂装置400中，进行进一步的除杂。
如图5所示，在本发明的进一步实施例中，过滤装置300还包括第一电磁阀360、第二电磁阀370、第三电磁阀380和第四电磁阀390，其中，第一支路管340的第一输入端通过第一电磁阀360与进水管310的第一输出端连通，第一支路管340的第二输入端通过第二电磁阀370与出水管320的第二输入端连通，进水管310的第二输出端通过第三电磁阀380与第二支路管350的第二输出端连通，第二支路管340的第一输出端通过第四电磁阀390与出水管320的第一输入端连通。
具体地，当只打开第一电磁阀360和第四电磁阀390时，反应液从进水管310经过第一电磁阀360进入第一支路管340，再通过过滤管330进行过滤，滤液从过滤管330的滤液出料端出来并进入第二支路管350，再经过第四电磁阀390进入出水管320并被传送到除杂装置400中。过滤管330使用一段时间后，过滤组件上会积累污垢等杂质，影响到过滤效果，因此需要对过滤管330进行反向冲洗。对过滤管330进行反洗时，只打开第二电磁阀370和第三电磁阀380，清水从进水管310进入，然后经过第三电磁阀380进入到第二支路管350中，再经过过滤管330的滤液出料端进入过滤管330中，反向冲洗过滤管330，并从过滤管330的进料端出来并进入第一支路管340，再经过第二电磁阀370从出水管320流出，通过上述操作，便实现了过滤装置300的反洗操作。
在本发明的一些具体实施例中，过滤组件为中空纤维超滤膜。中空纤维管壁上布满微孔，孔径能够截留的物质的分子量比较大，反应液经过过滤管330中的中空纤维超滤膜后，大于膜孔的微粒和大分子等由于筛分作用被截留，而丙烯酰胺溶液则透过中空纤维超滤膜从过滤管330的滤液出料端出来，并被传送到除杂装置400中，被过滤掉的含杂质的废液则从过滤管330的废液出料端出来。
参照图5，在本发明的一些具体实施例中，过滤装置300还包括废液出口391，每个过滤管330的废液出料端分别通过管路与废液出口391连通。其中，在废液出料端与废液出口391还设置有一控制阀门，打开控制阀门，便可以将废液从废液出口391排出。
如图1所示，在本发明的一些具体实施例中，除杂装置400包括阳床410和阴床420，其中，阳床410的进料端与过滤装置300的滤液出料端连通，阳床410的出料端与阴床420的进料端连通，阴床420的出料端与收集装置500连通。具体地，阳床410内部填充有阳离子交换树脂，用于除去溶液中的阳杂质离子，阴床420内部填充有阴离子交换树脂，用于除去溶液中的阴杂质离子。粗丙烯溶液经过阳床410和阴床420后，除掉溶液中的杂质离子，便可以得到高纯度的丙烯酰胺溶液，并将丙烯酰胺溶液保存于收集装置500中。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“进一步实施例”、“一些具体实施例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种丙烯酰胺生产系统，其特征在于，包括：
储存装置，用于储存反应所需的微生物菌体；
反应釜，所述储存装置的出料端通过管路与所述反应釜的进料端连通；
过滤装置，所述反应釜的出料端通过管路与所述过滤装置的进料端连通；
除杂装置，所述过滤装置的滤液出料端通过管路与所述除杂装置的进料端连通；
收集装置，所述除杂装置的出料端通过管路与所述收集装置连通。
2.根据权利要求1所述的丙烯酰胺生产系统，其特征在于，所述储存装置的外侧壁缠绕有盘管，所述盘管的一端设置有进液口，所述盘管的另一端设置有出液口。
3.根据权利要求1或2所述的丙烯酰胺生产系统，其特征在于，所述储存装置的外侧壁设置有测温元件，所述测温元件的测温点设置于所述储存装置的内部。
4.根据权利要求1所述的丙烯酰胺生产系统，其特征在于，所述反应釜包括搅拌杆，所述搅拌杆的一端设置于所述反应釜外并设置有驱动部，所述搅拌杆的另一端延伸进所述反应釜内部并沿延伸方向设置有搅拌部。
5.根据权利要求4所述的丙烯酰胺生产系统，其特征在于，所述搅拌部包括若干组搅拌组件，每组所述搅拌组件包括至少两个搅拌桨，每个所述搅拌桨的一端与所述搅拌杆连接，每相邻两组所述搅拌组件沿着所述搅拌杆的延伸方向间隔设置。
6.根据权利要求1所述的丙烯酰胺生产系统，其特征在于，所述过滤装置包括：
进水管，所述进水管的进水端通过管路与所述反应釜的出料端连通；
出水管，所述出水管的出水端通过管路与所述除杂装置的进料端连通；
若干个过滤管，每个所述过滤管内部填充有过滤组件；
第一支路管，所述第一支路管的第一输入端与所述进水管的第一输出端连通，每个所述过滤管的进料端分别通过管路与所述第一支路管的输出端连通；
第二支路管，每个所述过滤管的滤液出料端分别通过管路与所述第二支路管的输入端连通，所述第二支路管的第一输出端与所述出水管的第一输入端连通。
7.根据权利要求6所述的丙烯酰胺生产系统，其特征在于，所述过滤装置还包括：
第一电磁阀，设于所述进水管的第一输出端与所述第一支路管的第一输入端之间；
第二电磁阀，设于所述第一支路管的第二输入端与所述出水管的第二输入端之间；
第三电磁阀，设于所述进水管的第二输出端与所述第二支路管的第二输出端之间；
第四电磁阀，设于所述第二支路管的第一输出端与所述出水管的第一输入端之间。
8.根据权利要求6或7所述的丙烯酰胺生产系统，其特征在于，所述过滤组件为中空纤维超滤膜。
9.根据权利要求6所述的丙烯酰胺生产系统，其特征在于，所述过滤装置还包括废液出口，每个所述过滤管的废液出料端分别通过管路与所述废液出口连通。
10.根据权利要求1所述的丙烯酰胺生产系统，其特征在于，所述除杂装置包括：
阳床，所述阳床的进料端与所述过滤装置的滤液出料端连通；
阴床，所述阳床的出料端与所述阴床的进料端连通，所述阴床的出料端与所述收集装置连通。
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