減壓精餾分離1，3—丙二醇的研究

鄭 彬 劉 燕 喬建援 齊笑飛 畢生雷 杜風(fēng)光

（河南天冠企業(yè)集團(tuán)有限公司，河南 南陽(yáng) 473000）

減壓精餾分離1，3—丙二醇的研究

鄭 彬 劉 燕 喬建援 齊笑飛 畢生雷 杜風(fēng)光

（河南天冠企業(yè)集團(tuán)有限公司，河南 南陽(yáng) 473000）

本文探討了精餾過(guò)程中的一些影響因素，通過(guò)研究我們認(rèn)為在PDO精餾中，我們應(yīng)當(dāng)使用PDO含量在90%左右、溫度在80℃左右的物料，其進(jìn)料位置在第20個(gè)塔板處，出料位置在第15個(gè)塔板處，回流比為5：1。此時(shí)，得到產(chǎn)品的PDO濃度可以達(dá)到99.5%。

PDO；精餾

1，3一丙二醇（本文簡(jiǎn)稱PDO）是一種重要的化工原料，可用于油墨、印染、涂料、藥物、潤(rùn)滑劑、抗凍劑，還可以作聚酯和聚氨酯的單體來(lái)生產(chǎn)多醇聚酯以及作為碳鏈延伸劑[1-2]。天冠集團(tuán)使用和清華大學(xué)聯(lián)合開(kāi)發(fā)的發(fā)酵法生產(chǎn)PDO技術(shù)建設(shè)了千噸線生產(chǎn)線，在發(fā)酵結(jié)束后，發(fā)酵液采用金屬膜過(guò)濾方法除蛋白[3]、電滲析方法脫鹽[4]、蒸餾脫水和分離PDO。經(jīng)過(guò)上述工序處理后的發(fā)酵液，成分主要包括酒精、乙酸鹽、乳酸鹽、丁二酸鹽、2，3-丁二醇（本文簡(jiǎn)稱BD）、PDO等物質(zhì)。減壓精餾的效果直接決定了

PDO產(chǎn)品的純度的質(zhì)量。本文從生產(chǎn)實(shí)踐出發(fā)探討減壓精餾分離PDO的工藝參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 材料

原料（除蛋白、脫鹽、脫水后的發(fā)酵液），精餾塔（依據(jù)天冠發(fā)明專利CN100355475C自行研制）。

1.2 1，3一丙二醇的測(cè)定分析方法

采用高效液相色譜儀測(cè)定色譜柱為Aminexres-in-based 87H，柱溫65℃流動(dòng)相為0.005 mol／L硫酸水溶液，流速0.8 mL／min，檢測(cè)器為CTO-10VP折光示差檢測(cè)器[5]。

1.3 操作方法

將原料通過(guò)離心泵壓到精餾塔釜中，使用導(dǎo)熱油爐對(duì)再沸器中的原料進(jìn)行加熱，進(jìn)料采用真空自吸，在一定的操作條件下考察溫度、回流比、出料量等對(duì)精餾過(guò)程以及對(duì)1，3-丙二醇產(chǎn)品純度的影響。

2 結(jié)果與討論

2.1 原料

一般在減壓蒸餾前需要先將發(fā)酵液中的蛋白、鹽、水分去除，否則會(huì)造成膠狀物質(zhì)在釜內(nèi)沉積、泛塔等不良后果。正常情況下，發(fā)酵液經(jīng)過(guò)上述處理后，所得到的精餾塔原料中PDO濃度為40%～70%，從圖1中我們可以看出，如果原料中PDO濃度較高，那么雖然單位時(shí)間內(nèi)消耗的能量較多，但是其處理時(shí)間較短，最終得到的產(chǎn)品中的PDO含量也比較高，接近100%。但是隨著原料中PDO濃度的降低，由于BD、酒精、水、乙酸等物質(zhì)的存在，使得最終產(chǎn)品中PDO含量也逐漸降低，達(dá)不到銷售的要求，還需要返回重新進(jìn)行二次精餾除雜，這無(wú)疑增加了精餾成本。所以我們認(rèn)為原料的PDO濃度越高越好。

2.2 進(jìn)料位置

進(jìn)料相當(dāng)于在精餾塔中又多了一個(gè)熱交換過(guò)程。進(jìn)補(bǔ)位置的選擇同樣會(huì)影響到精餾的正常運(yùn)行。從圖2我們可以看出，進(jìn)料位置的不同對(duì)成品中PDO%影響也比較大，如果選擇在塔頂進(jìn)料，那么得到的成品中低沸點(diǎn)較多，如果在塔釜進(jìn)料，那么會(huì)引起暴沸，也會(huì)造成成品中雜質(zhì)增加，并且會(huì)對(duì)精餾過(guò)程產(chǎn)生不利的影響。相應(yīng)的，如果進(jìn)料位置增高相當(dāng)于增加了回流量，會(huì)引起再沸器負(fù)荷增加。所以我們選擇在塔中進(jìn)料。

圖1 不同原料濃度中PDO含量的影響

圖 2 不同進(jìn)料位置的影響

2.3 出料位置

在精餾體系中，在不同的塔板位置，各組分的含量是不同的。通常的，在塔頂由于溫度相對(duì)較低，所以出料中低沸點(diǎn)物質(zhì)會(huì)一直存在，PDO的含量不會(huì)達(dá)到95%以上。在塔釜位置，由于溫度較高，內(nèi)冷卻不足，所以出料中會(huì)有一些高沸點(diǎn)物質(zhì)存在，也會(huì)影響PDO的純度。從圖3我們可以看出，出料位置的增高，雖然會(huì)引起再沸器負(fù)荷減小，但是同樣會(huì)導(dǎo)致成品中雜質(zhì)的增加，從而導(dǎo)致成品中PDO含量較少。出料位置減少會(huì)引起再沸器負(fù)荷增加，而且由于內(nèi)冷卻不足，所以也會(huì)有部分BD出現(xiàn)在物料中，影響成品的PDO含量。所以我們選擇在塔中出料。

2.4 進(jìn)料溫度

進(jìn)料溫度是精餾過(guò)程中的一個(gè)關(guān)鍵因素。進(jìn)料溫度較低，會(huì)引起暴沸、泛塔，進(jìn)料溫度較高則不會(huì)破壞精餾系統(tǒng)的運(yùn)行。從圖4我們可以看出，進(jìn)料溫度越高，那么再沸器負(fù)荷就越小，同樣的成品中的PDO含量就越高，就越容易達(dá)到銷售的要求。所以我們認(rèn)為原料應(yīng)當(dāng)達(dá)到較高的溫度再開(kāi)始精餾過(guò)程。

圖 3 不同出料位置的影響

圖 4 不同進(jìn)料溫度的影響

2.5 回流比

回流起到內(nèi)冷卻的作用，有利于高沸點(diǎn)物質(zhì)如BD、PDO的純化。回流量的增加會(huì)暫時(shí)引起內(nèi)冷卻效果良好，但是隨著時(shí)間的推移，較大的回流量會(huì)導(dǎo)致冷卻系統(tǒng)負(fù)荷增加甚至越過(guò)冷卻系統(tǒng)的能力。而較小的回流比會(huì)導(dǎo)致有大量未冷卻的PDO、BD甚至是一些低沸點(diǎn)物質(zhì)進(jìn)入冷卻器，回到塔中。回流溫度的增加直接破壞整個(gè)精餾系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。從圖5中我們可以看出，隨著回流比的減少，成品中的PDO含量在降低，再沸器的負(fù)荷也增加了，所以我們認(rèn)為應(yīng)當(dāng)選擇較大的回流比。

圖 5 不同回流比的影響

3 結(jié)論

在PDO精餾中，我們應(yīng)當(dāng)使用PDO含量在90%左右、溫度在80℃左右的物料，其進(jìn)料位置在第20個(gè)塔板處，出料位置在第15個(gè)塔板處，回流比為5：1。此時(shí)，得到產(chǎn)品的PDO濃度可以達(dá)到99.5%。

[1]Wittu，Muler R—J，Widdecke H，et a1.Syntheses，properties and biodegradability of polyesters based on 1，3-propanediol[J].Micromole Chem Phys，1994，195：793—802.

[2]畢生雷，杜玉超，銀會(huì)娟，等.1，3-丙二醇的生產(chǎn)和市場(chǎng)分析[J].河南化工，2009，26（10）：26-28.

[3]畢生雷，杜平，王珂.對(duì)1，3-丙二醇發(fā)酵液用金屬納濾膜過(guò)濾的研究[J].河南化工，2010，27（7）：39-41.

[4]唐宇，劉德華，等.1，3-丙二醇發(fā)酵液電滲析脫鹽的中試研究[J].化工進(jìn)展，2004，23（1）：84-87.

[5]邱健，劉德華.1，3-丙二醇發(fā)酵液電滲析法膜[J].過(guò)程工程學(xué)報(bào)，2005，5（1）：36-39.

TQ028.13

A

1671-0037（2014）04-64-2

鄭彬（1983.1-），男，本科，助理工程師，研究方向：1，3-丙二醇研究，參與了國(guó)家863計(jì)劃“1，3-丙二醇的生物煉制”課題。