CN210560180U - 一种牛磺酸末次母液树脂除杂装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种牛磺酸末次母液树脂除杂装置，用于环氧乙烷法牛磺酸生产工艺中处理牛磺酸末次母液，树脂除杂装置包括阴离子交换树脂柱和母液接收罐，所述阴离子交换树脂柱上方设有母液进料阀门、水洗阀门和再生阀门，下方设有再生出料阀门、洗水放料阀门和物料放料阀门，通过再生阀门控制碱性液体的加入，以再生方式将吸附在所述阴离子交换树脂柱上的有效成分洗脱下来收集至所述母液接收罐。通过该除杂装置，可以有效去除牛磺酸末次母液中有机物及其杂质，实现回收母液套用，其操作简单，运行成本低，能够大大地提高产品收率。

Description

一种牛磺酸末次母液树脂除杂装置

技术领域

本实用新型涉及一种化学合成牛磺酸的生产装置，特别是环氧乙烷法生产牛磺酸时产生的末次母液，对其进行除杂处理以及回收利用的生产装置。

背景技术

牛磺酸化学名2-氨基乙磺酸，是机体细胞内含量最丰富的含硫自由氨基酸。牛磺酸的化学合成工艺路线主要包括环氧乙烷法和乙醇胺法。其中的环氧乙烷法制备包括三个步骤：

(1)以环氧乙烷为起始原料，环氧乙烷和亚硫酸氢钠的加成反应得到羟乙基磺酸钠；

主要反应为：

CH₂CH₂O+NaHSO₃→HOCH₂CH₂SO₃Na

HOCH₂CH₂SO₃Na+NH₃→H₂NCH₂CH₂SO₃Na+H₂O

2H₂NCH₂CH₂SO₃Na+H₂SO₄→2H₂NCH₂CH₂SO₃H+Na₂SO₄

加成副反应：

CH₂CH₂O+H₂O→HOCH₂CH₂OH

(2)氨解羟乙基磺酸钠得到牛磺酸钠；

氨解副反应：

2HOCH₂CH₂SO₃Na+NH₃→HN(CH₂CH₂SO₃Na)₂+2H₂O

3HOCH₂CH₂SO₃Na+NH₃→N(CH₂CH₂SO₃Na)₃+3H₂O

(3)经过酸化得到牛磺酸，例如盐酸，最好是硫酸中和反应，得到牛磺酸和无机盐。

上述加成与合成反应中不可避免会产生副产物，包括已经乙二醇及乙二醇的聚合物等。氨解反应为可逆反应，约有超过20％的羟乙基磺酸钠会随生产系统进入下一道工序，氨解反应完成液经硫酸中和后，分离得到的母液，经过1-3次浓缩分离提取，得到末次母液。末次母液中杂质主要包括牛磺酸、羟乙基磺酸钠、亚氨基二乙磺酸钠、乙二醇和聚乙二醇以及微量金属离子等多种成分，属于高污染排放物。现有生产方法在采用的母液循环套用时，均会出现副产物累积增加的问题，当副产物达到一个阈值，只能通过排放掉部分母液的方法解决，造成浪费和污染。

关于母液的利用，《山东化工》第5期，2015年第44卷中牛磺酸氨解反应工艺研究(作者：刘福明、解利民)，详细写明了牛磺酸反应的过程，以及反应中存在的乙二醇、聚乙二醇等其它有机杂质，也分析了母液套用对收率的影响。反应体系中母液含量越高，产品收率越高。而实际生产过程中母液量不能无限度的增加，随着母液含量的升高反应系统中副产物大量增加，并且生产过程中的末次母液的产出量最高只能满足9.0％(v/v)的套用量。综合考究生产综合成本和产量质量，选择母液含量为6.3％～8.3％(v/v)最为合适。因此除去母液中的杂质是实现母液增加套用的前提，否则套用量增加会使得生产中副产物更多，生产更加不稳定。

综上所述，现行的牛磺酸制备工艺虽然相对较成熟，但在牛磺酸分离提纯及对母液的循环利用仍有诸多不足，亟待寻求一个有效的解决方法。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供去除牛磺酸母液中的有机物及其它杂质的处理装置，以实现末次母液全部套用到合成工段，减少母液排放带来的环境污染问题，提高产品收率。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：

一种牛磺酸末次母液树脂除杂装置，包括阴离子交换树脂柱和母液接收罐，所述阴离子交换树脂柱上方设有母液进料阀门、水洗阀门和再生阀门，下方设有再生出料阀门、洗水放料阀门和物料放料阀门，通过再生阀门控制碱性液体的加入，再生吸附所述阴离子交换树脂柱，所述再生出料阀门与所述母液接收罐连接。

优选的，所述阴离子交换树脂柱设有总进料阀门和总出料阀门，控制物料的进出。

优选的，所述母液进料阀门的进料端通过原料泵与原料罐相连，所述原料泵设有进料阀门、出料阀门和止回阀门。

优选的，所述母液接收罐上方设有进料口和排气口，下方设置有出料阀门。

优选的，所述母液接收罐的出料阀门与转料泵连接。

优选的，所述阴离子交换树脂柱的前端连接阳离子交换树脂柱，所述阳离子交换树脂柱用于降低牛磺酸末次母液的pH值。

优选的，所述阳离子交换树脂柱上方设有母液进料阀门、水洗阀门和再生阀门，下方设有再生出料阀门、洗水放料阀门和物料放料阀门，通过再生阀门控制酸性液体的加入，再生吸附所述阳离子交换树脂柱而除掉杂质；所述阳离子交换树脂柱的物料放料阀门与所述阴离子交换树脂柱的进料口相连。

优选的，所述阳离子交换树脂柱为酸性阳离子交换树脂柱，所述阴离子交换树脂柱为碱性阴离子交换树脂柱

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、牛磺酸生产中，氨解工序产生的牛磺酸母液需经多次浓缩结晶，可以再进行一次或两次浓缩，分别可以得二次或三次粗品，所得牛磺酸末次母液为二次母液或三次母液。该末次母液经由本实用新型提供的树脂除杂装置处理，利用阴离子交换作用，将牛磺酸等有效成分吸附回收，可以更为彻底地去除末次母液中的乙二醇、金属离子和其它有机物等杂质。

2、利用固体酸性质的阳离子交换树脂吸附装置对前工序得到的牛磺酸末次母液进行降酸处理，对牛磺酸末次母液通过阳离子交换树脂调整溶液的pH值，将pH值调整为3.0-6.0，优选3.0-3.5，从而进一步提高回收率，并使得溶液颜色更淡。并且，该阳离子交换树脂柱作为固体酸可以完全替代传统工艺中的硫酸调整母液的pH值。

3、本实用新型的除杂装置结构简单、易于控制操作、运行成本低。

4、经过除杂处理的末次母液可以全部套用到合成工段，减少母液排放带来的环境污染问题，提高产品收率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图逐一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1本实用新型实施应用例中的牛磺酸母液除杂装置的结构示意图；

图2本实用新型实施例应用的环氧乙烷法生产牛磺酸的工艺流程图；

图3本实用新型另一实施应用例中的牛磺酸母液除杂装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本实用新型的具体内容作进一步的详细描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

本实用新型的牛磺酸母液除杂回收装置，将生产过程中经多次浓缩结晶获得的牛磺酸末次母液通过阴离子交换树脂柱进行离子交换；然后用碱性溶液对阴离子交换树脂柱进行洗脱再生，收集出口料液。

如图1所示，阴离子树脂吸附装置包括原料罐1、阴离子交换树脂柱2和接收罐3，原料罐和阴离子交换树脂柱之间连接有原料进料泵16，其中，原料罐1 和接收罐均3为常压设备。

原料罐1上方设有母液进料口17和排气口18，下方设有出料阀门4；原料泵设有进料阀门5、出料止回阀门6和出料阀门7；阴离子交换树脂柱的上方并排设有母液进料阀门8、水洗阀门9和再生阀门10，该三个阀门中的液体由一个总进料阀门11控制物料进入阴离子交换树脂柱2，阴离子交换树脂柱2设有一个总出料阀门12，控制并设的再生出料阀门13、洗水放料阀门14和物料放料阀门15，接收罐上方进料口24与再生出料阀门13的管道相通，排气口19常开，下方设有出料阀门20，与转料泵22的进口阀门21连接，转料泵22设有转料出口阀门23。阴离子交换树脂柱2通过再生进料阀门10控制碱性液体的加入，以再生方式将吸附在所述阴离子交换树脂柱2上的阴离子洗脱下来后收集至母液接收罐3。母液接收罐3的出料口放出的物料，通过转料泵转料出口阀门23控制输送至下一工序。除了上面所述的管路阀门，该装置中还设有一些生产设备必须的阀门和连接部件，均为本领域常见的技术手段，在此不予赘述。

操作时，将末次母液物料通过原料罐进料口17加入到原料罐1中，打开原料罐出料阀门4、原料泵进料阀门5、原料泵出料阀门7、阴离子交换树脂柱原料进料阀门8、阴离子交换树脂柱进料阀门11、阴离子交换树脂柱出料阀门12、阴离子交换树脂柱物料放料阀门15，启动树脂柱原料进料泵16，待物料从阴离子交换树脂柱物料放料阀门15出料后，观察出口pH，检测出口物料含量，当吸附饱和后，停止树脂柱原料进料泵16，关闭阴离子交换树脂柱原料进料阀门8 和阴离子交换树脂柱物料放料阀门15；打开阴离子交换树脂柱洗水放料阀门14 和阴离子交换树脂柱水洗阀门9，清洗至规定时间后，再关闭阴离子交换树脂柱洗水放料阀门14和阴离子交换树脂柱水洗阀门9；打开阴离子交换树脂柱再生出料阀门13和阴离子交换树脂柱再生阀门10，用碱对树脂进行再生，同时将吸附在树脂柱上的母液中的有效成分洗脱下来，洗脱下来的母液从出口回收至母液接收罐3；其中常压设备的排气口为常开状态。

经检测，洗脱下来的母液的主要成分为牛磺酸和羟乙基磺酸钠，乙二醇的含量为0.5％、Fe＜1ppm。

检测数据如下：

项目	牛磺酸末次母液(处理前)	牛磺酸末次母液(处理后)
			乙二醇	6％	0.5％
Fe	10ppm	＜1ppm

上述除杂装置主要应用于环氧乙烷法牛磺酸生产工艺，用于回收利用牛磺酸末次母液。关于牛磺酸末次母液的来源，下面结合图2予以简要说明。

S1.环氧乙烷与亚硫酸氢钠溶液反应得到羟乙基磺酸钠；

S2.将S1得到的羟乙基磺酸钠、处理后母液、氨水混合得反应液，再吸收氨至一定浓度，在催化剂作用下进行氨解反应，蒸发浓缩得牛磺酸钠溶液；

S3.将S2中所得的牛磺酸钠溶液配制为一定浓度，可以采用通过酸性阳离子交换树脂柱，得到牛磺酸的料液，再经浓缩结晶得到牛磺酸粗品与母液；当然，更为常用的，还可以采用通过加入硫酸至pH7.0-8.5，得到牛磺酸结晶液，再降温结晶后得牛磺酸粗品与母液；

S4.将S3收集的母液再经多次浓缩结晶、通过板框等过滤设备分离提取牛磺酸后得牛磺酸末次母液；

将S4收集的牛磺酸末次母液加入本实用新型的除杂装置内进行除杂处理，完成后，将除杂后的牛磺酸末次母液送至S2中，在氨解工序中作为原料使用。当然，根据工艺的需求，还可以进一步将本实用新型的树脂除杂装置与其它除杂装置连接，以去除末次母液中的其他杂质。

如图3所述，本实用新型对上述实施例中的工艺和设备进行了优化，增加阳离子交换树脂柱82。其中，阳离子交换树脂柱82和阴离子交换树脂吸附装置共用原料罐和接收罐，采用固体酸的方式降低处理后的牛磺酸末次母液的pH。该工艺涉及的是两个化学反应，一是酸性树脂与溶液中阳离子交换反应，二是酸与碱性树脂反应。通过分步反应后得到所需物料收集，以此方式进行分离，可以实现完全分离。

上述的阳离子交换树脂柱，优选酸性阳离子交换树脂柱，可以将其作为固体酸使用。使用阳离子交换树所发生的化学反应如下(阳离子仅以Na⁺表示，再生酸仅用H₂SO₄表示)：

RH+Na⁺→RNa+H⁺ (1)

2RNa+H₂SO₄→2RH+Na₂SO₄ (2)

其中RH代表了酸性阳离子交换树脂为氢型状态(即再生好的状态)，RNa为酸性阳离子交换树脂吸钠型状态(即附饱和后的状态)。再生阳离子交换树脂原理是：溶液中的阳离子与树脂上电性相反的基团发生亲和从而保留在树脂上，而树脂中解离出的氢离子释放到溶液与溶液中阴离子结合，反应液可与阳离子树脂进行充分交换，达到降低溶液pH的目的，当吸附至一定程度时，溶液pH达到最低。阳离子交换树脂交换饱和后，再需要使用更高酸性(即化学式(2)中的H₂SO₄的酸性要强于RH酸性)再生溶液将保留到树脂上的阳离子再次交换出来，从而得到RH，同时再生出来产生的Na₂SO₄会以溶液的形式分离出去，这样RH就可以再次提供H⁺，即可以继续供化学式(1)使用。

具体来说，阳离子交换树脂柱82与原料罐1相连，原料罐1和阳离子交换树脂柱82之间连接有原料泵16，同时，阳离子交换树脂柱82与阴离子交换树脂柱2相连，阴离子交换树脂柱2与接收罐3相连，接收罐3通过转料泵22的转料出口阀门23控制输送至后续处理工序。

其中，阳离子交换树脂柱82的上方并设有母液进料阀门88、水洗阀门89 和再生阀门810，该三个阀门中的液体由一个总进料阀门811控制进入阳离子交换树脂柱82，其中母液进料阀门88与原料泵出料阀门7连接，阳离子交换树脂柱82设有一个总出料阀门812，控制并设的物料放料阀门813、洗水放料阀门 814和再生出料阀门815，阴离子交换树脂柱2上方进料口与物料放料阀门813 的管道相通，由母液进料阀门8控制，阴离子交换树脂柱2的结构同上面的实施例，母液接收罐3的出料口放出的物料，通过转料泵转料出口阀门23控制输送至后续工序。

该阳离子交换树脂柱，可实现去除母液中的金属离子等杂质，同时可以在不引入其它阴离子或杂质的情况下将母液pH降低，操作过程简单。将原料罐1为牛磺酸末次母液，打开原料罐出料阀门4、原料泵进料阀门5、原料泵出料阀门 7、阳离子树脂柱原料进料阀门88、阳离子树脂柱进料阀门811、阳离子树脂柱出料阀门812、阳离子树脂柱物料放料阀门813，启动原料进料泵16，待物料从阳离子树脂柱物料放料阀门813出料至阴离子交换树脂柱2，观察出口pH，检测出口物料含量，当出口pH或接收罐3处的pH达到要求值时，原料进料泵16停止，关闭阳离子树脂柱原料进料阀门88和阳离子树脂柱物料放料阀门813；打开阳离子树脂柱洗水放料阀门814和阳离子树脂柱水洗阀门89，清洗至规定时间后，再关闭阳离子树脂柱洗水放料阀门814和阳离子树脂柱水洗阀门89；打开阳离子树脂柱再生出料阀门815和阳离子树脂柱再生阀门810，用酸对阳离子树脂柱进行再生，同时将吸附在阳离子树脂柱上的母液中金属离子再次交换出来，通过阳离子树脂柱再生出料阀门815转至后续处理。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者替换制备反应条件、或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种牛磺酸末次母液树脂除杂装置，其特征在于：包括阴离子交换树脂柱和母液接收罐，所述阴离子交换树脂柱上方设有母液进料阀门、水洗阀门和再生阀门，下方设有再生出料阀门、洗水放料阀门和物料放料阀门，通过再生阀门控制碱性液体的加入，再生吸附所述阴离子交换树脂柱，所述再生出料阀门与所述母液接收罐连接。

2.如权利要求1所述的树脂除杂装置，其特征在于，所述阴离子交换树脂柱设有总进料阀门和总出料阀门，控制物料的进出。

3.如权利要求2所述的树脂除杂装置，其特征在于，所述母液进料阀门的进料端通过原料泵与原料罐相连，所述原料泵设有进料阀门、出料阀门和止回阀门。

4.如权利要求3所述的树脂除杂装置，其特征在于，所述母液接收罐上方设有进料口和排气口，下方设置有出料阀门。

5.如权利要求4所述的树脂除杂装置，其特征在于，所述母液接收罐的出料阀门与转料泵连接。

6.如权利要求1-5中任一所述的树脂除杂装置，其特征在于，所述阴离子交换树脂柱的前端连接阳离子交换树脂柱，所述阳离子交换树脂柱用于降低牛磺酸末次母液的pH值。

7.如权利要求6所述的树脂除杂装置，其特征在于，所述阳离子交换树脂柱上方设有母液进料阀门、水洗阀门和再生阀门，下方设有再生出料阀门、洗水放料阀门和物料放料阀门，通过再生阀门控制酸性液体的加入，再生吸附所述阳离子交换树脂柱而除掉杂质；所述阳离子交换树脂柱的物料放料阀门与所述阴离子交换树脂柱的进料口相连。

8.如权利要求7所述的树脂除杂装置，其特征在于，所述阳离子交换树脂柱为酸性阳离子交换树脂柱，所述阴离子交换树脂柱为碱性阴离子交换树脂柱。

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