畢生雷，喬建援，劉 鉞，杜風(fēng)光

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

2，3-丁二醇(2，3-butanedioil，2，3-BD)是一種應(yīng)用廣泛的化工原料，所涉及的領(lǐng)域有化工、食品、航空航天等，有著廣泛的應(yīng)用前景［1-3］，其生產(chǎn)方法主要有化學(xué)合成法和微生物轉(zhuǎn)化法［4-7］。由于2，3-BD的性質(zhì)特殊，即高沸點(diǎn)、高黏度、高親水性及發(fā)酵液固有的特性，從發(fā)酵液中對(duì)其進(jìn)行分離純化較為困難，成為了制約生物法制備2，3-BD工業(yè)化生產(chǎn)的瓶頸之一［8］。

天冠集團(tuán)使用和清華大學(xué)聯(lián)合開發(fā)的發(fā)酵法生產(chǎn)1，3-丙二醇(以下簡(jiǎn)稱1，3-PDO)技術(shù)建設(shè)了千噸線生產(chǎn)線［10］，2，3-BD是其發(fā)酵過(guò)程中的副產(chǎn)物，其產(chǎn)物含量大約是1，3-PDO的1/4～1/3。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［11］、電滲析方法脫鹽［12-13］、蒸餾脫水和精餾分離1，3-PDO、2，3-BD。由于 1，3-PDO、2，3-BD 各理化性質(zhì)接近難以分離，因此減壓精餾的效果直接決定了2，3-BD產(chǎn)品的純度和質(zhì)量。因此，筆者從生產(chǎn)實(shí)踐出發(fā)探討減壓精餾分離2，3-BD的工藝參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 材料 原料為提取過(guò)1，3-PDO后的物料，2，3-BD含量為10% ～15%，其他成分主要為1，3-PDO、C2H6O。精餾塔，依據(jù)天冠發(fā)明專利CN100355475C自行制造，屬于填料塔，直徑500 mm、填料高度1 000 mm、塔高20 m，分別在塔釜、塔中12 m、塔頂設(shè)置排料口和進(jìn)料口。

1.2 2，3-丁二醇的測(cè)定分析方法及成品的標(biāo)準(zhǔn) 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。成品的標(biāo)準(zhǔn)是2，3-BD含量＞90%。

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)塔釜中的原料進(jìn)行加熱。達(dá)到試驗(yàn)溫度后開啟全回流并穩(wěn)定2～3 h后，開始進(jìn)料。進(jìn)料采用真空自吸，在一定的操作條件下考察溫度、回流比等對(duì)精餾過(guò)程以及對(duì)2，3-BD產(chǎn)品純度的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同反應(yīng)段溫度對(duì)2，3-BD含量的影響 固定在塔頂進(jìn)料，使用2，3-BD含量在50%左右、溫度在30℃左右的物料，回流比10∶1，出料位置在第25個(gè)塔板處，考察反應(yīng)段溫度對(duì)2，3-BD精餾過(guò)程的影響。

從圖1中可以看出，隨著反應(yīng)溫度的降低，再沸器的負(fù)荷明顯下降，但是隨之而來(lái)的是出料中的2，3-BD含量也有較大的下降，說(shuō)明節(jié)能與2，3-BD得率不能兼顧，只能找一個(gè)平衡點(diǎn)。經(jīng)過(guò)分析認(rèn)為，應(yīng)當(dāng)選取反應(yīng)段溫度為95℃。

圖1 不同反應(yīng)段溫度對(duì)2，3-BD含量的影響

2.2 不同原料濃度對(duì)2，3-BD含量的影響 固定在塔頂進(jìn)料，使用溫度在57℃左右的物料，反應(yīng)段溫度95℃，出料位置在第24個(gè)塔板處，考察原料濃度對(duì)2，3-BD精餾過(guò)程的影響。

由于發(fā)酵液中2，3-BD含量為1% ～3%，而且發(fā)酵液中含有大量的酒精、水與2，3-BD沸點(diǎn)接近，難以分離。因此，在進(jìn)行減壓精餾前需要先提高2，3-BD濃度。從圖2中可以看出，如果原料中2，3-BD濃度較高，那雖然單位時(shí)間內(nèi)消耗的能量較少，最終得到的產(chǎn)品中的2，3-BD含量也比較高，接近100%。但是隨著原料中2，3-BD濃度的降低，由于1，3-PDO的存在，使得最終產(chǎn)品中2，3-BD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)疑是增加了精餾成本。結(jié)合再沸器的負(fù)荷，認(rèn)為原料的2，3-BD濃度為28%最好。

圖2 不同原料濃度對(duì)2，3-BD含量的影響

2.3 出料位置對(duì)2，3-BD含量的影響 固定在塔頂進(jìn)料，使用原料2，3-BD的濃度為28%、溫度在57℃左右的物料，反應(yīng)段溫度95℃，考察出料位置對(duì)2，3-BD精餾過(guò)程的影響。

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，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。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。從圖3可以看出，出料位置增高，成品中2，3-BD的含量就越高。結(jié)合再沸器的負(fù)荷選擇24個(gè)塔板位置出料。

圖3 不同出料位置對(duì)2，3-BD含量的影響

2.4 進(jìn)料溫度對(duì)2，3-BD含量的影響 固定在塔頂進(jìn)料，使用原料2，3-BD的濃度為28%、反應(yīng)段溫度95℃，考察出料位置對(duì)2，3-BD精餾過(guò)程的影響。

進(jìn)料溫度是精餾過(guò)程中的一個(gè)關(guān)鍵因素。一般地，在進(jìn)原料時(shí)候要保證釜溫低于50℃，而且升溫不能太快，否則會(huì)引起暴沸或者泛塔［14］。從圖4可以看出，進(jìn)料溫度越高，再沸器負(fù)荷就越小，同樣成品中的2，3-BD含量就越高，就越容易達(dá)到銷售的要求。結(jié)合再沸器的負(fù)荷，認(rèn)為原料應(yīng)當(dāng)達(dá)到57℃的溫度再開始進(jìn)料。

圖4 不同進(jìn)料溫度對(duì)2，3-BD含量的影響

2.5 回流比對(duì)2，3-BD含量的影響 固定在塔頂進(jìn)料，使用2，3-BD含量在28%左右、溫度在57℃左右的物料，反應(yīng)段溫度95℃，出料位置在第24個(gè)塔板處，考察回流比對(duì)2，3-BD精餾過(guò)程的影響。

回流起到內(nèi)冷卻的作用，有利于高沸點(diǎn)物質(zhì)如2，3-BD的純化?；亓髁康脑黾訒?huì)暫時(shí)引起內(nèi)冷卻效果良好，而較小的回流比會(huì)導(dǎo)致有大量未冷卻的2，3-BD，回到塔中，表現(xiàn)在流量計(jì)不斷的脈沖。從圖5中可以看出，隨著回流比的減少，成品中的2，3-BD含量在降低，結(jié)合再沸器的負(fù)荷認(rèn)為應(yīng)當(dāng)先擇回流比6∶1。

圖5 不同回流比對(duì)2，3-BD含量的影響

3 結(jié)論

在2，3-BD精餾中，人們應(yīng)當(dāng)使用2，3-BD含量在28%左右、溫度在57℃左右的物料，其出料位置在第24個(gè)塔板處，回流比6∶1。此時(shí)，得到產(chǎn)品的2，3-BD濃度可以達(dá)到95%以上。

［1］李琰君，朱家文，吳艷陽(yáng)，等.2，3-丁二醇分離純化中反應(yīng)精餾工藝［J］.化學(xué)工程，2012，40(12):70-74.

［2］秦加陽(yáng)，肖梓軍，張兆斌，等.一種簡(jiǎn)單的高產(chǎn)2，3-丁二醇的發(fā)酵生產(chǎn)方法［J］.生物加工過(guò)程，2005，3(4):71-73.

［3］紀(jì)曉軍，朱建國(guó)，高振，等.微生物發(fā)酵法生產(chǎn)2，3-丁二醇的研究進(jìn)展［J］.現(xiàn)代化工，2006，26(8):23-26.

［4］劉佳嫻，朱家文，吳艷陽(yáng)，等.2，3-丁二醇分離純化中反應(yīng)精餾的實(shí)驗(yàn)和模擬［J］.化學(xué)反應(yīng)工程與工藝，2012，28(2):104-110.

［5］FAVERI P，TORRE F，MOLINARI P，et al.Carbon material balances and bioenergetics of 2，3-butanediol bio-oxidation by acetobacter hansenii［J］.Enzyme Microb Technol，2003，33:708-719.

［6］VAN HAVEREN J，SCOTT E L，SANDERS J.Bulk chemicals from biomass［J］.Biofuels Bioprod Bioref，2008，2:41-57.

［7］蔣麗群，郭峰，方真，等.微生物發(fā)酵法生產(chǎn)2，3-丁二醇的研究［J］.化學(xué)與生物工程，2011，2 8(6):25-28.

［8］吳艷陽(yáng)，朱家文，陳葵，等.2，3-丁二醇萃取—精餾耦合工藝開發(fā)研究［J］.化學(xué)工程，2011，39(8):90-102.

［10］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.

［11］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.

［12］唐宇，龔燕，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.

［13］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.

［14］虞江明.1，4-丁二醇的精餾［J］.合成纖維工業(yè)，1990，13(4):15-20.