CN211445569U - 一种长链二元酸的提取系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型一实施方式提供了一种长链二元酸的提取系统，包括一级膜过滤单元、第一酸化结晶单元、第一分离单元、二级膜过滤单元、第二酸化结晶单元、第二分离单元、结晶单元以及第三分离单元。本实用新型一实施方式的长链二元酸的提取系统，结构简单，可降低所得长链二元酸产品的杂质含量。

Description

一种长链二元酸的提取系统

技术领域

本实用新型涉及涉及长链二元酸，具体为一种生物发酵法生产的长链二元酸的提取系统。

背景技术

长链二元酸(Long chain dicarboxylic acids，LCDA，简称DCn，n＝9～18)是一种重要的有机中间体，被广泛应用于化工、轻工、农药、医药、新材料等领域。长链二元酸在自然界中并不存在，一般可以通过化学合成法和生物发酵法制备得到。化学合成方法合成路线长，反应条件严格，以化学法合成的长链二元酸品种较少，只有十二碳二元酸等少数品种。目前，最为常规的长链二元酸制备方法是通过长碳链的烷烃、脂肪酸、脂肪酸酯或脂肪酸盐在特定菌种下经生物发酵获得。长链二元酸的提取和纯化技术也影响最终工业化生产的二元酸的质量和成本。

现有的发酵液精制长链二元酸过程中，发酵底物烷烃通常难以采用常规的过滤或离心方式去除，原因在于发酵液中残留的烷烃以液态形式存在，分子尺度与长链二元酸接近，有时与体系中的复杂组分形成乳化液滴，或与其中的固形物发生吸附等，使得利用离心等常规手段难以去除。

若长链二元酸产品中灰分、含氮化合物、烷烃、有机溶剂、杂酸等杂质含量高，则在以其为原料制备聚酰胺的过程中，这些杂质会影响二元酸与二元胺的聚合，进而影响所制得的聚酰胺的性能；例如，杂酸(如一元酸)含量高时，所制得聚酰胺的聚合度会达不到理论值，聚酰胺树脂的分子量、粘数、流动性偏离预期；又如，由于二元酸与二元胺的聚合过程是在高温高压条件下进行，含氮化合物的存在容易导致发生副反应，产生有色基团，进而使聚酰胺产品变色。

综上所述，现有的从发酵液中提纯长链二元酸的方法/系统，大多存在工艺/结构复杂的问题，且二元酸产品杂质含量高，有烷烃、溶剂残留，会影响到二元酸制备的聚酰胺产品的性能。

实用新型内容

本实用新型的一个主要目的在提供一种长链二元酸的提取系统，包括一级膜过滤单元、第一酸化结晶单元、第一分离单元、二级膜过滤单元、第二酸化结晶单元、第二分离单元、结晶单元以及第三分离单元；其中，所述一级膜过滤单元用于长链二元酸发酵液的第一膜过滤；所述第一酸化结晶单元用于对所述第一膜过滤后所得的第一滤液进行酸化结晶，得到第一固液混合物；所述第一分离单元用于将所述第一固液混合物进行固液分离；所述二级膜过滤单元用于将所述第一分离单元分离的固体形成溶液，并进行第二膜过滤；所述第二酸化结晶单元用于对所述第二膜过滤后所得的第二滤液进行酸化结晶，得到第二固液混合物；所述第二分离单元用于将所述第二固液混合物进行固液分离；所述结晶单元用于将所述第二分离单元分离的固体形成溶液，并进行保温、结晶处理，得到第三固液混合物；所述第三分离单元用于将所述第三固液混合物进行固液分离。

根据本实用新型一实施方式，在所述一级膜过滤单元中设置有微滤膜或超滤膜。

根据本实用新型一实施方式，所述微滤膜的孔径为0.01～1微米；所述超滤膜的截留分子量为1000～200000Da。

根据本实用新型一实施方式，在所述二级膜过滤单元中设置有溶解罐和超滤膜。

根据本实用新型一实施方式，在所述一级膜过滤单元和所述第一酸化结晶单元之间设置有第一脱色单元，以对所述第一滤液进行脱色处理。

根据本实用新型一实施方式，在所述二级膜过滤单元和所述第二酸化结晶单元之间设置有第二脱色单元，以对所述第二滤液进行脱色处理。

根据本实用新型一实施方式，在所述第一脱色单元、所述第二脱色单元、所述二级膜过滤单元以及所述结晶单元中均设置有加热装置。

根据本实用新型一实施方式，于所述第二脱色单元和所述第二酸化结晶单元之间设置有三级膜过滤单元，以对脱色后的液体进行膜过滤。

根据本实用新型一实施方式，所述第一酸化结晶单元和所述第二酸化结晶单元均包括酸化罐，所述第一分离单元、所述第二分离单元和所述第三分离单元均包括过滤分离机或离心分离机，所述结晶单元包括结晶罐。

根据本实用新型一实施方式，所述提取系统包括干燥单元，以将所述第三分离单元分离的固体进行干燥，得到长链二元酸产品。

本实用新型一实施方式的长链二元酸的提取系统，结构简单，可降低所得长链二元酸产品的杂质含量。

附图说明

图1为本实用新型一实施方式的长链二元酸的提取系统的示意图。

具体实施方式

体现本实用新型特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本实用新型能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本实用新型的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本实用新型。其中，“一级”、“二级”、“三级”“第一”“第二”“第三”等用于对多个相同名称的工艺或产品进行区分，并非其进行限定。

本实用新型一实施方式提供了一种长链二元酸的提取系统，用于从长链二元酸发酵液中提取长链二元酸。长链二元酸发酵液可以是通过以烷烃、脂肪酸及其衍生物为底物，利用微生物发酵的方法得到的发酵液；其中的微生物用以通过氧化将烷烃、脂肪酸、脂肪酸衍生物的末端甲基转化为羧基，从而生成长链二元酸。

于一实施方法中，长链二元酸发酵液可以如专利文献CN1570124A公开的发酵方法制得。

于一实施方式中，长链二元酸为C₉～C₁₈的二元羧酸。

于一实施方式中，长链二元酸为直链饱和或不饱和的二元羧酸；所述长链二元酸两端具有羧基。

于一实施方式中，长链二元酸可以是壬二酸、癸二酸、十一碳二元酸、十二碳二元酸、十三碳二元酸、十四碳二元酸、十五碳二元酸、十六碳二元酸、十七碳二元酸、十八碳二元酸、9-烯-十八碳二酸中的一种或多种。

如图1所示，本实用新型一实施方式的长链二元酸的提取系统，包括一级膜过滤单元、第一酸化结晶单元、第一分离单元、二级膜过滤单元、第二酸化结晶单元、第二分离单元、结晶单元和第三分离单元。

于一实施方式中，一级膜过滤单元用于长链二元酸发酵液的第一膜过滤，在一级膜过滤单元中可设置过滤膜，例如微滤膜或超滤膜，通过一级膜过滤，可去除发酵液中大部分的烷烃、发酵微生物的细胞组织、色素等杂质。

于一实施方式中，提取系统包括发酵液储罐，发酵液储罐可与一级膜过滤单元相连，用于盛放长链二元酸发酵液。

于一实施方式中，提取系统包括用于发酵液储罐加热的加热装置，以使长链二元酸发酵液于一定温度下，例如50～100℃，进行一级膜过滤。

于一实施方式中，长链二元酸发酵液在一级膜过滤单元经膜过滤处理后，得到滤液(第一滤液)，第一酸化结晶单元用于第一滤液的酸化结晶。

于一实施方式中，第一酸化结晶单元包括酸化罐，第一滤液可在酸化罐中进行酸化结晶，得到固液混合物。

于一实施方式中，在一级膜过滤单元和第一酸化结晶单元之间还可设置第一脱色单元，以对第一滤液进行脱色处理之后再进行酸化结晶。

于一实施方式中，第一脱色单元可以包括脱色罐和板框过滤板；脱色罐用于将待脱色的液体与固体脱色剂进行固液混合脱色；脱色完成后可通过板框过滤板去除固体脱色剂。

于一实施方式中，第一脱色单元包括用于脱色罐加热的加热装置，以使脱色处理于一定温度下(例如50～100℃)进行。

于一实施方式中，第一分离单元用以将第一酸化结晶单元中的固液混合物进行固液分离。

于一实施方式中，第一分离单元可包括过滤分离机或离心分离机。

于一实施方式中，经第一分离单元分离后的固体进入二级膜过滤单元进行进一步的溶解、膜过滤处理。

于一实施方式中，二级膜过滤单元包括溶解罐和超滤膜，通过溶解罐可将第一分离单元所得固体溶于水中，以重新形成溶液，所形成的溶液可通过超滤膜进行第二膜过滤，得到滤液(第二滤液)。

于一实施方式中，二级膜过滤单元包括用于溶解罐加热的加热装置，以使溶解罐中的溶液于一定温度下，例如20～100℃，进行二级膜过滤。

于一实施方式中，一级膜过滤单元中的微滤膜的孔径可以为0.01～1微米，进一步可以为0.01～0.2微米，再进一步可以为0.05～0.1微米。

于一实施方式中，一级膜过滤单元或二级膜过滤单元中的超滤膜的截留分子量可以为1000～200000Da，进一步可以为2000～100000Da，再进一步可以为2000～20000Da。

于一实施方式中，超滤膜包括但不限于陶瓷膜、聚丙烯膜、聚砜膜、聚醚砜膜等。

于一实施方式中，第二酸化结晶单元用于第二滤液的酸化结晶。

于一实施方式中，第二酸化结晶单元包括酸化罐，第二滤液可在酸化罐中进行酸化结晶，得到固液混合物。

于一实施方式中，在二级膜过滤单元和第二酸化结晶单元之间还可设置第二脱色单元，以对第二滤液进行脱色处理。

于一实施方式中，第二脱色单元可以与第一脱色单元相同。

于一实施方式中，可于脱色单元与第二酸化结晶单元之间设置三级膜过滤单元，以对脱色后的液体进行膜过滤；其中，在三级膜过滤单元中可设置超滤膜。

于一实施方式中，第二分离单元用以将第二酸化结晶单元中的固液混合物进行固液分离。

于一实施方式中，第二分离单元可包括过滤分离机或离心分离机。

于一实施方式中，经第二分离单元分离后的固体进入结晶单元进行保温结晶处理。

于一实施方式中，结晶单元包括结晶罐，通过结晶罐可将第二分离单元分离的固体与水混合形成混合物，并将所得混合物进行保温处理之后降温、结晶，得到固液混合物。

于一实施方式中，结晶单元包括用于结晶罐加热的加热装置，以使结晶罐中的混合物于一定温度下，例如105～150℃，进行保温处理。

于一实施方式中，第三分离单元用于将结晶单元的固液混合物进行固液分离。

于一实施方式中，第三分离单元可包括过滤分离机或离心分离机。

于一实施方式中，可进一步包括干燥单元，以将第三分离单元分离的固体进行干燥，得到长链二元酸产品。

于一实施方式中，干燥单元包括干燥机。

本实用新型中，酸化罐、脱色罐、溶解罐、结晶罐、加热装置等均可以为现有的装置。

本实用新型一实施方式的长链二元酸的提取系统，作业时，将长链二元酸发酵液加进发酵液储罐中，通过发酵液储罐将发酵液送入一级膜过滤单元进行膜过滤处理，得到滤液；将滤液通入脱色单元进行脱色处理，得到脱色液；将脱色液通入第一酸化结晶单元进行加酸调pH值的酸化处理后结晶，得到固液混合物；将该固液混合物通入第一分离单元进行固液分离，得固体(长链二元酸粗品)，对滤液可进行回收无机盐的处理，以用于发酵二元酸过程的培养基；将第一分离单元所得固体溶于二级膜过滤单元的溶解罐中，以重新形成溶液，并进行膜过滤处理，得到滤液；将滤液通入脱色单元进行脱色处理，得到脱色液；将脱色液通入第二酸化结晶单元进行加酸调pH值的酸化处理后结晶，得到固液混合物；将第二酸化结晶单元的固液混合物通入第二分离单元进行固液分离，得固体(长链二元酸粗品)，对滤液可进行回收无机盐的处理，以用于发酵二元酸过程的培养基；将第二分离单元所得固体溶于结晶单元的结晶罐中，以重新形成溶液，将所得溶液保温一段时间之后降温、结晶，得到固液混合物；将结晶单元的固液混合物通入第三分离单元进行固液分离，将所得固体经干燥单元干燥，得长链二元酸产品。

以下，通过具体实施例对本实用新型一实施方式的长链二元酸的提取系统进行进一步说明。其中，所使用的原料，如无特别说明，均为市售获得，所采用的测试方法如下：

1.长链二元酸气相色谱检测

采用标准长链二元酸样品作为对照，参考GB5413.27-2010婴幼儿食品和乳品中脂肪酸的测定。

2.灰分检测

取待测样品在坩埚内灼烧，然后在700～800℃马弗炉内灼烧2小时，降温恒重后测定重量，计算得到百分重量。

3.总氮测定

采用凯氏定氮法。

4.烷烃残留量检测

4.1仪器

GC-14C气相色谱仪，色谱柱：SPB-1701 30m x 0.25mm x 0.25um。

4.2检测过程

4.2.1甲酯化处理

称取0.75g样品至反应管中,加入5ml甲醇和1ml 6mol/L盐酸甲醇溶液，密闭，于100℃加热30min后，冷却至室温。加入固体碳酸氢钠3克反应至溶液无气泡冒出，静置得到澄清液，然后缓慢加入碳酸氢钠中和至溶液不产生CO₂气体。

4.2.2烷烃残留检测

用0.45um的针筒过滤器取1ml甲酯化处理后的样品，注入GC-14C气相色谱仪。采用面积归一化法计算烷烃残留。

5.透光率测试：

利用物质颜色不同，在一定波长下透光率、吸收性质的不同，用二元酸样品25％的二甲基亚砜溶液在440、550nm处的透光率的来表示二元酸产品颜色。

实施例

按照专利文献CN1570124A实施例4的发酵方法，得到十二碳二元酸发酵液。

将长链二元酸发酵液加进发酵液储罐中，通过发酵液储罐将发酵液送入一级膜过滤单元，调节发酵液pH值为9.7，加热至90℃，发酵液在90℃经陶瓷微滤膜过滤，得到十二碳二元酸滤液；其中，陶瓷微滤膜孔径为0.05um，膜两侧压力差为0.3MPa；

将一级膜过滤单元所得滤液通入脱色单元，控制滤液的浓度为5.7wt％，用2.5wt％的活性炭在90℃保温脱色25分钟，过滤，得到得到脱色液；

将脱色液通入第一酸化结晶单元，用硫酸调节pH至3.0进行酸化结晶，得到第一固液混合物；

将第一固液混合物通入第一分离单元进行固液分离，得固体(长链二元酸粗品)，对所得滤液进行回收无机盐的处理，以用于发酵二元酸过程的培养基；

将第一分离单元所得固体溶于二级膜过滤单元的溶解罐中重新形成溶液，并加入氢氧化钠促进固体溶解，用超滤膜过滤，过滤温度为35℃，超滤膜的截留分子量为3000Da，得到滤液；

将二级膜过滤单元所得滤液通入脱色单元，以十二碳二元酸计，控制滤液的浓度为5.7wt％，将滤液使用2.5wt％的活性炭在90℃脱色25分钟，经过板框过滤，得到脱色液；

将脱色液通入第二酸化结晶单元，用硫酸调节pH值至2.8进行酸化结晶，得到第二固液混合物；

将第二酸化结晶单元的固液混合物通入第二分离单元进行过滤，得到第二固体(长链二元酸粗品)，对滤液可进行回收无机盐的处理，以用于发酵二元酸过程的培养基；

将第二固体溶于结晶单元的结晶罐中，重新形成水溶液，第二固体和水的质量比为1:10，在120℃保温60分钟后，经4小时降温到100℃，再经2小时降温到90℃，进一步经4小时降温到40℃，析晶，得到第三固液混合物；

将第三固液混合物通入第三分离单元进行过滤，将所得固体进一步经干燥单元干燥，得十二碳二元酸产品，将所得产品进行相关性能测试，测试数据参见下表。

除非特别限定，本实用新型所用术语均为本领域技术人员通常理解的含义。

本实用新型所描述的实施方式仅出于示例性目的，并非用以限制本实用新型的保护范围，本领域技术人员可在本实用新型的范围内作出各种其他替换、改变和改进，因而，本实用新型不限于上述实施方式，而仅由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种长链二元酸的提取系统，其特征在于，包括：

一级膜过滤单元，用于长链二元酸发酵液的第一膜过滤；

第一酸化结晶单元，用于对所述第一膜过滤后所得的第一滤液进行酸化结晶，得到第一固液混合物；

第一分离单元，用于将所述第一固液混合物进行固液分离；

二级膜过滤单元，用于将所述第一分离单元分离的固体形成溶液，并进行第二膜过滤；

第二酸化结晶单元，用于对所述第二膜过滤后所得的第二滤液进行酸化结晶，得到第二固液混合物；

第二分离单元，用于将所述第二固液混合物进行固液分离；以及

结晶单元，用于将所述第二分离单元分离的固体与水混合形成混合物，并对所述混合物进行保温、降温结晶，得到第三固液混合物；以及

第三分离单元，用于将所述第三固液混合物进行固液分离。

2.根据权利要求1所述的提取系统，其特征在于，在所述一级膜过滤单元中设置有微滤膜或超滤膜。

3.根据权利要求2所述的提取系统，其特征在于，所述微滤膜的孔径为0.01～1微米；所述超滤膜的截留分子量为1000～200000Da。

4.根据权利要求1所述的提取系统，其特征在于，在所述二级膜过滤单元中设置有溶解罐和超滤膜。

5.根据权利要求1所述的提取系统，其特征在于，在所述一级膜过滤单元和所述第一酸化结晶单元之间设置有第一脱色单元，以对所述第一滤液进行脱色处理。

6.根据权利要求5所述的提取系统，其特征在于，在所述二级膜过滤单元和所述第二酸化结晶单元之间设置有第二脱色单元，以对所述第二滤液进行脱色处理。

7.根据权利要求6所述的提取系统，其特征在于，在所述第一脱色单元、所述第二脱色单元、所述二级膜过滤单元以及所述结晶单元中均设置有加热装置。

8.根据权利要求6所述的提取系统，其特征在于，于所述第二脱色单元和所述第二酸化结晶单元之间设置有三级膜过滤单元，以对脱色后的液体进行膜过滤。

9.根据权利要求1所述的提取系统，其特征在于，所述第一酸化结晶单元和所述第二酸化结晶单元均包括酸化罐，所述第一分离单元、所述第二分离单元和所述第三分离单元均包括过滤分离机或离心分离机，所述结晶单元包括结晶罐。

10.根据权利要求1所述的提取系统，其特征在于，包括干燥单元，以将所述第三分离单元分离的固体进行干燥，得到长链二元酸产品。

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