CN207727001U - 山梨醇的生产装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了山梨醇的生产装置，包括：加氢反应釜，用于对淀粉糖化液进行加氢反应；分离膜，连接于加氢反应釜，用于对反应产物进行膜分离，使山梨醇透过分离膜，多糖醇被分离膜截留。本实用新型优点：采用膜分离技术对山梨醇液分离提纯，分离所得山梨醇滤清液纯度高、品质好，经再脱色、离交后得到超高纯度得的山梨醇液，膜浓缩液可作麦芽糖醇产品直接出售，实现原料的100%利用。

Description

山梨醇的生产装置

技术领域

本实用新型涉及制糖醇的生产领域，是一种山梨醇的生产装置。

背景技术

山梨醇是用途广泛的精细化学品，广泛应用于医药、食品、化妆品、烟草等诸多行业中，不同行业对山梨醇品质要求标准不同。目前山梨醇的生产制备方法有催化加氢法、电解还原法、生物发酵法。对制备要求纯度不高的工业级产品山梨醇来说，催化加氢法有制备法方法简单、成本低的优势，但是催化加氢法催化剂种类的使用受到局限，产物的纯度有待提高。

在实用新型专利CN10515447A中，实用新型人将淀粉依次经液化、糖化、除杂、脱色脱盐、纳滤提纯、膜浓缩、蒸发浓缩、氢化、连续离子膜脱盐浓缩等工序浓缩结晶得山梨醇，这种生产方法工艺过程复杂、设备投资成本高、对设备技术要求高，能源的经济利用不合理，难以普遍实现工业化生产。

实用新型内容

为提高山梨醇纯度且降低生产成本、简化工艺操作，本实用新型采用膜分离技术分离单糖醇和多糖醇，进而生产超高纯度山梨醇；加氢催化后的醇液经膜系统分离后，可得95%～97%山梨醇滤清液；清液再经膜脱色、离交工序后可制得超高纯度的山梨醇；膜截留液可作高附加值麦芽糖醇出售，实现原料100%利用。

本实用新型的目的是提供超高纯度山梨醇的生产方法，生产超高纯度山梨醇，解决用催化加氢传统方法产品品质差、纯度低的问题。膜浓缩液还可作为另一种高附加值的麦芽糖醇产品。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下方案：

本实用新型的第一个方面，提供了：

山梨醇的生产方法，包括如下步骤：

第1步，对淀粉糖化液进行加氢催化反应，制备得到山梨醇反应液；

第2步，对山梨醇反应液采用膜分离的方法处理，使山梨醇透过分离膜，多糖被分离膜截留。

在一个实施例中，膜分离的方法中采用的是截留分子量为200～5000Da的分离膜。

在一个实施例中，分离膜是有机膜。

在一个实施例中，膜分离的方法中料液温度15～55℃，优选40～50℃。

在一个实施例中，膜分离的方法中过滤压力1～3MPa，膜通量7～25.5L/h•m²。

在一个实施例中，膜分离的方法中透过液中山梨醇浓度95～97%。

在一个实施例中，在第2步进行膜分离之前，要对山梨醇反应液进行预过滤。

在一个实施例中，预过滤采用的过滤器的平均孔径小于5μm。

在一个实施例中，在预过滤之前，要将山梨醇反应液的温度冷却至15～55℃，优选40～50℃。

在一个实施例中，在第1步的加氢催化之前，需要对糖化液进行脱色和脱盐处理。

在一个实施例中，脱色步骤是采用活性炭脱色，脱色温度在60～80℃，脱色过程料液pH4.0～4.2，脱色次数是1～2次；脱色后料液透光率≥99%。

在一个实施例中，脱盐步骤是采用阳柱交换树脂和/或阴离子柱交换树脂进行脱盐。

在一个实施例中，脱盐步骤中淀粉糖化液进时的pH4.2～4.4，温度40～50℃，浓度葡萄糖浓度45～50%。

在一个实施例中，加氢催化反应的反应温度120～140℃，压力10～14Mpa。

在一个实施例中，第2步中得到的分离膜的山梨醇透过液经过脱色处理。

在一个实施例中，脱色处理是采用活性炭脱色，脱色温度在60～80℃，脱色过程料液pH4.0～4.2，脱色次数是1～2次。

在一个实施例中，脱色处理后的山梨醇透过液需要经过浓缩处理。

在一个实施例中，所述的浓缩处理选自膜浓缩、喷雾干燥、减压浓缩中的一种。

在一个实施例中，山梨醇透过液浓缩处理后山梨醇的纯度98～99.5%。

本实用新型的第二个方面，提供了：

山梨醇的生产装置，包括：

加氢反应釜，用于对淀粉糖化液进行加氢反应；

分离膜，连接于加氢反应釜，用于对反应产物进行膜分离，使山梨醇透过分离膜，多糖被分离膜截留。

在一个实施例中，分离膜的截留分子量为200～5000Da。

在一个实施例中，分离膜是有机膜。

在一个实施例中，还包括第一脱色反应釜，用于对淀粉糖化液进行脱色处理；还包括离子交换树脂柱，淀粉糖化液进行脱盐处理；第一脱色反应釜的料液出口通过离子交换树脂柱连接于加氢反应釜的料液进口。

在一个实施例中，还包括预过滤器，连接于加氢反应釜，用于对进入分离膜的反应产物进行预过滤。

在一个实施例中，还包括第一浓缩装置和第二浓缩装置；第一浓缩装置连接于分离膜的截留侧，用于对截留液进行浓缩处理；第二浓缩装置连接于分离膜的渗透侧，用于对渗透液进行浓缩处理。

在一个实施例中，还包括第二脱色反应釜，连接于分离膜的渗透侧，用于对渗透液进行浓缩处理。

在一个实施例中，所述的第一浓缩装置和第二浓缩装置选自蒸发浓缩装置、膜浓缩装置或者喷雾干燥装置中的一种。

在一个实施例中，第一脱色反应釜和第二脱色反应釜上设置活性炭投加部件。

有益效果

本实用新型所述工艺有如下优点：

（1）过膜系统后分离出的山梨醇滤清液，纯度达95～97%，经脱色离交后得到超高纯度山梨醇，原料利用率高，损失少，山梨醇产出率高。

（2）膜浓缩得到的浓缩液麦芽糖醇纯度高，可作麦芽糖醇产品利用。

（3）用膜分离法生产超高纯度山梨醇，大大提高了产品纯度，降低能耗和生产成本。

附图说明

图1是本实用新型提供的山梨醇生产方法流程图；

图2是本实用新型提供的山梨醇生产方法装置图；

其中，1、第一脱色反应釜；2、离子交换树脂柱；3、加氢反应釜；4、预过滤器；5、分离膜；6、第一浓缩装置；7、第二脱色反应釜；8、第二浓缩装置。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型作进一步详细说明。但本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本实用新型，而不应视为限定本实用新型的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件( 例如参考徐南平等著的《无机膜分离技术与应用》，化学工业出版社，2003) 或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

本文使用的近似语在整个说明书和权利要求书中可用于修饰任何数量表述，其可在不导致其相关的基本功能发生变化的条件下准许进行改变。因此，由诸如“约”的术语修饰的值并不局限于所指定的精确值。在至少一些情况下，近似语可与用于测量该值的仪器的精度相对应。除非上下文或语句中另有指出，否则范围界限可以进行组合和/或互换，并且这种范围被确定为且包括本文中所包括的所有子范围。除了在操作实施例中或其他地方中指明之外，说明书和权利要求书中所使用的所有表示成分的量、反应条件等等的数字或表达在所有情况下都应被理解为受到词语“约”的修饰。本实用新型中所述的百分比在无特别说明的情况下都是指质量百分比。

本实用新型提供了一种生产山梨醇的方法及装置，具有较高的产物纯度。

本实用新型所采用的原料是淀粉糖化液。

本实用新型中，术语“淀粉”是指任何由植物的复杂多糖碳水化合物组成的物质，包括具有通式(C₆H₁₀O₅)x的直链淀粉和支链淀粉，其中x可以是任意数值。淀粉的来源包括谷物和/或包含颗粒淀粉的植物材料。植物材料可获自的植物，包括但不限于小麦、玉米、黑麦、高粱（蜀黍）、稻、粟、大麦、黑小麦、木薯（树薯）、马铃薯、红薯、甜菜、甘蔗和诸如大豆和豌豆的豆类。本实用新型可用的植物材料包括玉米、大麦、小麦、稻、高粱和上述的组合。植物材料可包括杂交变种和遗传修饰变种（如包含异源基因的转基因玉米、大麦或大豆）。植物的任何部分都可用于提供底物，包括但不限于植物部分，例如叶、茎、外皮、外壳、块茎、玉米穗轴、谷粒等等。在一些实施方式中，可以使用基本上整个植株，例如，可使用完整玉米秸秆。在一些实施方式中，完整谷粒可用作颗粒淀粉的来源。完整谷粒包括玉米、小麦、黑麦、大麦、高梁、及上述的组合。在其它实施方式中，颗粒淀粉可获自分级分离的谷类颗粒，包括纤维、胚乳和/或胚芽成分。在一些实施方式中，不同来源的淀粉可混合在一起以得到本实用新型方法中用到的原料（如玉米和蜀黍或玉米和大麦）。

在一些实施方式中，淀粉是由植物材料通过粉碎等方式制备。例如通过研磨（锤磨或辊磨）、乳化技术、旋转脉动、分馏等方式获得合适的淀粉的粒度。

接下来，需要对淀粉制备为浆料，“干固体含量”是将浆料中的总固体（以%表示），基于干重量来计算。在一些实施方式中，用水和颗粒淀粉相互混合成为浆料，浆料中可以包括约10%～55%干固体含量，或者约25%～45%干固体含量，或者约30%～35%干固体含量。

在获得了淀粉浆料之后，需要对其进行液化，液化的作用是使淀粉浆料发生部分水解，暴露出更多可被糖化酶作用的非还愿性末端，同时粘度下降，流动性增强，为糖化酶的作用提供有利条件。所述淀粉浆料的液化方法依据水解动力的不同可以分为酸法或者酶法，依据生产工艺的不同可以分为间歇式、半连续式或者连续式，依据液化设备的不同可以分为管式、罐式或者喷射式。实际应用中种类方法存在交叉现象，如间歇升温液化法、连续喷射液化法等。

在得到了液体淀粉浆料之后，可以通过常规的方式对其中的α-淀粉酶进行灭酶处理，例如在100～150℃的高温下处理。在得到了液化淀粉之后，需要加入糖化酶将其进一步地进行水解，本实用新型中，“糖化酶”和“葡糖淀粉酶”指淀粉葡糖苷酶类的酶（E.C.3.2.1.3，葡糖淀粉酶，α-1,4-D-葡聚糖葡糖水解酶）。这些是外切作用的酶，其从直链淀粉和支链淀粉分子的非还原末端释放葡糖残基，这些酶也会以较低的速率水解α-1,6键和α-1,3键。糖化酶一般选用：真菌淀粉酶、β-淀粉酶、葡萄糖转苷酶等。糖化过程一般可以持续6～120小时，本实用新型中优选12～72小时，通常的糖化温度在30～65℃的温度和pH4.0～5.0下进行。

另外在液化和糖化的过程中，加入的酶中也可以可任选地包含其它酶。其它酶可包括但不限于：纤维素酶、半纤维素酶、木聚糖酶、蛋白酶、植酸酶、支链淀粉酶、p-淀粉酶、脂肪酶、角质酶、果胶酶、D．葡聚糖酶、p-葡糖苷酶、半乳糖苷酶、酯酶、环糊精转糖基转移酶中的一种或者几种的组合。

在一个实施方式中，在得到了淀粉糖化液之后，可以采用常规的脱色方法对其进行脱色处理，这里优选采用活性炭脱色，通常可以采用在料液中加入活性炭，在一定温度下进行加热反应进行脱色，这里活性炭的加入量可以是淀粉糖化液重量的1～30%，例如是5%、10%、15%、20%、25%；反应温度可以是15～85℃，例如：20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃。脱色次数可以为1～5次，脱色处理后，料液的透光率可以达到≥99%。

在一个实施方式中，在对淀粉糖化液脱色之后，可以采用离子交换树脂对其进行脱盐处理。这里的离子交换树脂(例如阳离子交换树脂和阴离子交换树脂)作为柱填充材料可以进行实现糖化液的盐分的去除。阳离子交换树脂包括强酸阳离子交换树脂和弱酸阳离子交换树脂。强酸阳离子交换树脂可以是单价或多价金属阳离子形式，例如H⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Sr²⁺或Zn²⁺形式。强酸阳离子交换树脂通常具有苯乙烯骨架，其优选与3～8%，优选5～6.5%的二乙烯基苯交联。弱酸阳离子交换树脂可以是一价或多价金属阳离子形式，例如H⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Sr²⁺形式或Na⁺形式。

在得到了脱盐处理后的淀粉糖化液之后，可以通过加氢催化的方式将其转化为山梨醇，这里的加氢催化过程反应温度120～140℃，压力10～14Mpa。

在加氢反应之后，可以粗过滤的方式对料液中的较大的颗粒杂质进行去除，作为过滤方式，可以例示带式过滤机、压带机、螺杆压机、预涂过滤器、压滤机，采用的预过滤器的过滤介质的平均孔径优选小于5μm。

在进行了预过滤之后，采用有机分离膜对料液进行过滤处理，由于经过反应之后的料液中除了含有山梨醇之外，还含有一些多糖（主要是麦芽糖），本实用新型发现采用截留分子量为200～5000Da的分离膜可以有效地使山梨醇透过膜层得到主要含有山梨醇的透过液，并且可以使麦芽糖醇被截留，进而实现了对山梨醇和麦芽糖醇的分离，能够得到纯度较高的山梨醇，同时截留液中的麦芽糖醇也可以再次回收利用。分离膜的材料可以使用乙酸纤维素系聚合物、聚酰胺、磺化聚砜、聚丙烯腈、聚酯、聚酰亚胺和乙烯基聚合物等高分子材料。

在得到了山梨醇透过液之后，同样可以采用活性炭脱色的方法对其进行脱色处理。

对于透过液和浓缩液，可以采用浓缩的方式使产物得到浓缩。

在一些优选的工艺参数中，本实用新型所述工艺，步骤（6）所述的膜为截留分子量为200～5000Da的有机膜，膜过滤压力为1～3MPa，山梨醇液入膜温度为40～42℃，膜设备温度计显示过滤温度：40～50℃。在未往浓缩液加水稀释之前，膜通量在4～7L/h•m²内逐渐降低，当浓缩倍数达5倍之后，膜通量在6～14L/h•m²区间内逐渐增大。实用新型人发现，原料纯度在79～89%之间，在膜浓缩5倍后滤出液山梨醇纯度在95%～97%之间；浓缩液干燥后其中山梨醇纯度在50～60%之间，麦芽糖纯度在20～25%之间；浓缩5倍后，往浓缩液加一倍体积水稀释时，最终的浓液干燥后山梨醇纯度降到50%左右；加入约2倍体积水时，最终浓液山梨醇纯度降到40%左右；加入约3倍浓液体积时山梨醇纯度降到30%左右，麦芽糖醇纯度在45%左右。

基于上述的方法，本实用新型提供的装置如图2所示。

山梨醇的生产装置，包括：

加氢反应釜3，用于对淀粉糖化液进行加氢反应；

分离膜5，连接于加氢反应釜3，用于对反应产物进行膜分离，使山梨醇透过分离膜，多糖被分离膜截留。

在一个实施例中，分离膜5的截留分子量为200～5000Da。

在一个实施例中，分离膜5是有机膜。

在一个实施例中，还包括第一脱色反应釜1，用于对淀粉糖化液进行脱色处理；还包括离子交换树脂柱2，淀粉糖化液进行脱盐处理；第一脱色反应釜1的料液出口通过离子交换树脂柱2连接于加氢反应釜3的料液进口。

在一个实施例中，还包括预过滤器4，连接于加氢反应釜3，用于对进入分离膜5的反应产物进行预过滤。

在一个实施例中，还包括第一浓缩装置6和第二浓缩装置8；第一浓缩装置6连接于分离膜5的截留侧，用于对截留液进行浓缩处理；第二浓缩装置8连接于分离膜5的渗透侧，用于对渗透液进行浓缩处理。

在一个实施例中，还包括第二脱色反应釜7，连接于分离膜5的渗透侧，用于对渗透液进行浓缩处理。

在一个实施例中，所述的第一浓缩装置6和第二浓缩装置8选自蒸发浓缩装置、膜浓缩装置或者喷雾干燥装置中的一种。

在一个实施例中，第一脱色反应釜1和第二脱色反应釜7上设置活性炭投加部件。

实施例1

超高纯度山梨醇的生产方法，包括如下步骤：

（1）脱色：将淀粉糖化液用活性炭脱色，在70℃，pH4.0～4.2经二次脱色得到脱色糖液，透光率≥99%。

（2）离交：将步骤（1）所得脱色糖液依次用阳、阴离子柱交换脱盐，得到离交精制糖液；糖液进柱pH4.2～4.4，温度45℃，浓度46%。

（3）加氢催化：将步骤（2）所得的精制糖液进行氢化反应，反应温度130℃，压力12.0MPa，得山梨醇液。

（4）冷却：步骤（3）所得山梨醇液降温至40℃～42℃。

（5）粗滤：用粗滤器对步骤（4）所得冷却后山梨醇液进行粗滤，得到粗滤液，粗滤过滤器为孔径为小于5μm的过滤器。

（6）膜过滤分离：将步骤（5）得的粗滤液送入截留分子量为800Da的有机膜系统进行膜分离提纯，得到山梨醇滤清液和膜浓缩液。入膜温度为40～42℃，过滤压力：2MPa，过滤温度44℃，浓缩5倍后，加入浓缩液一定体积倍数的水进行稀释，稀释倍数是指加水体积量/浓缩液体积量；

（7）脱色：将步骤（6）所得山梨醇液进行脱色后得到超高纯度的山梨醇液。

（8）浓缩：步骤（7）所得超高纯度的山梨醇液经浓缩、干燥后得超高纯度山梨醇。

（9）膜浓缩液利用：步骤（6）所得膜浓缩液干燥后作副产品麦芽糖醇利用。

从上表可以看出，本实用新型提供的方法可以制备出超高纯度的山梨醇。

实施例2

超高纯度山梨醇的生产方法，包括如下步骤：

（1）脱色：将淀粉糖化液用活性炭脱色，在80℃，pH4.0～4.2经一次脱色得到脱色糖液，透光率≥99%。

（2）离交：将步骤（1）所得脱色糖液用两组阳、阴离子柱交换脱盐，得到离交精制糖液；糖液进柱pH4.2～4.4，温度40℃，浓度50%。

（3）加氢催化：将步骤（2）所得的精制糖液进行氢化反应，反应温度120℃，压力12.0MPa，得山梨醇液。

（4）冷却：步骤（3）所得山梨醇液降温至40℃～42℃。

（5）粗滤：用粗滤器对步骤（4）所得冷却后山梨醇液采用孔径为小于5μm的过滤器粗滤，得到粗滤液。

（6）膜过滤分离：将步骤（5）得的粗滤液送入截留分子量为2000Da的有机膜进行膜分离提纯，得到山梨醇滤清液和膜浓缩液，入膜温度为40～42℃，过滤温度40℃，浓缩5倍后，加入浓缩液3体积倍数的水进行稀释，稀释倍数是指加水体积量/浓缩液体积量；

（7）脱色：将步骤（6）所得山梨醇液进行脱色后得到超高纯度的山梨醇液。

（8）浓缩：步骤（7）所得超高纯度的山梨醇液经浓缩后得超高纯度山梨醇。

（9）膜浓缩液利用：步骤（6）所得膜浓缩液作副产品利用。

从上表可以看出，本实用新型提供的方法可以制备出超高纯度的山梨醇。

实施例3

超高纯度山梨醇的生产方法，包括如下步骤：

（1）脱色：将淀粉糖化液用活性炭脱色，在60℃，pH4.0～4.2经二次脱色得到脱色糖液，透光率≥99%。

（2）离交：将步骤（1）所得脱色糖液用两组阳、阴离子柱交换脱盐，得到离交精制糖液；糖液进柱pH4.2～4.4，温度40℃，浓度45%。

（3）加氢催化：将步骤（2）所得的精制糖液进行氢化反应，反应温度110℃，压力11.0MPa，得山梨醇液。

（4）冷却：步骤（3）所得山梨醇液降温至40℃～42℃。

（5）粗滤：用粗滤器对步骤（4）所得冷却后山梨醇液采用孔径为小于5μm的过滤器粗滤，得到粗滤液。

（6）膜过滤分离：将步骤（5）得的粗滤液送入有机膜进行膜分离提纯，得到山梨醇滤清液和膜浓缩液，入膜温度为40～42℃，过滤压力2MPa，过滤温度40℃，浓缩5倍后，加入浓缩液3体积倍数的水进行稀释，稀释倍数是指加水体积量/浓缩液体积量；

（7）脱色：将步骤（6）所得山梨醇液进行脱色后得到超高纯度的山梨醇液。

（8）浓缩：步骤（7）所得超高纯度的山梨醇液经浓缩后得超高纯度山梨醇。

（9）膜浓缩液利用：步骤（6）所得膜浓缩液作副产品利用。

从上表可以看出，本实用新型提供的方法可以制备出超高纯度的山梨醇。

Claims (10)

1.山梨醇的生产装置，其特征在于，包括：

加氢反应釜（3），用于对淀粉糖化液进行加氢反应；

分离膜（5），连接于加氢反应釜（3），用于对反应产物进行膜分离，使山梨醇透过分离膜，多糖醇被分离膜截留。

2.根据权利要求1所述的山梨醇的生产装置，其特征在于，分离膜（5）的截留分子量为200～5000Da。

3.根据权利要求1所述的山梨醇的生产装置，其特征在于，分离膜（5）是有机膜。

4.根据权利要求1所述的山梨醇的生产装置，其特征在于，还包括第一脱色反应釜（1），用于对淀粉糖化液进行脱色处理。

5.根据权利要求4所述的山梨醇的生产装置，其特征在于，还包括离子交换树脂柱（2），淀粉糖化液进行脱盐处理。

6.根据权利要求5所述的山梨醇的生产装置，其特征在于，第一脱色反应釜（1）的料液出口通过离子交换树脂柱（2）连接于加氢反应釜（3）的料液进口。

7.根据权利要求1所述的山梨醇的生产装置，其特征在于，还包括预过滤器（4），连接于加氢反应釜（3），用于对进入分离膜（5）的反应产物进行预过滤。

8.根据权利要求1所述的山梨醇的生产装置，其特征在于，还包括第一浓缩装置（6）和第二浓缩装置（8）；第一浓缩装置（6）连接于分离膜（5）的截留侧，用于对截留液进行浓缩处理；第二浓缩装置（8）连接于分离膜（5）的渗透侧，用于对渗透液进行浓缩处理。

9.根据权利要求1所述的山梨醇的生产装置，其特征在于，还包括第二脱色反应釜（7），连接于分离膜（5）的渗透侧，用于对渗透液进行浓缩处理。

10.根据权利要求8所述的山梨醇的生产装置，其特征在于，所述的第一浓缩装置（6）和第二浓缩装置（8）选自蒸发浓缩装置、膜浓缩装置或者喷雾干燥装置中的一种；第一脱色反应釜（1）和第二脱色反应釜（7）上设置活性炭投加部件。