本發(fā)明屬于生物化工分離中的萃取
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及一種連續(xù)萃取1,5-戊二胺的工藝及其專用設(shè)備。
背景技術(shù)：
：1,5-戊二胺（也稱尸胺）是化學(xué)工業(yè)的重要原料，1,5-戊二胺是合成多聚物的重要單體，例如，廣泛用于聚酰胺和聚胺脂的合成。生物法合成1,5-戊二胺是一種具有潛在競(jìng)爭(zhēng)力的綠色環(huán)保、資源可持續(xù)利用的方法。專利cn205856354報(bào)道：隨著國(guó)內(nèi)外1，5-戊二胺合成及開發(fā)深入研究，目前合成1，5-戊二胺分成化學(xué)合成法和生物發(fā)酵法兩種，化學(xué)法有氰基還原法、羥基氨化法和賴氨酸及其鹽裂解法，生物發(fā)酵法是以含有賴氨酸或其鹽為底物利用賴氨酸脫羧酶直接脫羧而得到。無論哪種工藝合成的1，5-戊二胺都要需要純化處理，目前，針對(duì)1，5-戊二胺進(jìn)行純化處理報(bào)道相對(duì)較少，基本上查不到從1，5-戊二胺的水溶液、有機(jī)溶液或者其混合液中分離純化1，5-戊二胺設(shè)備系統(tǒng)。液-液萃取是一種重要的化工分離技術(shù)，具有分離效率高、物料適用強(qiáng)、能耗低、可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，在生物醫(yī)藥、新材料、新能源、環(huán)境工程、天然產(chǎn)物提取等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。隨著產(chǎn)品的要求不斷提高，分離物料的日趨復(fù)雜，對(duì)萃取工藝和設(shè)備的要求也越來越高。傳統(tǒng)的液-液萃取裝置因具體使用目的的不同，可分為三大類：混合澄清萃取槽、塔式或柱式萃取器、離心萃取器。根據(jù)操作方式的不同，又可以分為兩類：逐級(jí)接觸式萃取設(shè)備和連續(xù)微分接觸式萃取設(shè)備。本發(fā)明結(jié)合生物法制備1，5-戊二胺特殊性，在萃取前用氫氧化鈉調(diào)節(jié)酶轉(zhuǎn)化液的ph為13左右，并在容器中回流5小時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳，同時(shí)所用原料為l-賴氨酸鹽酸鹽，這樣勢(shì)必造成在溫度較低時(shí)有大量的鹽析出，鹽晶體不但堵塞管道，而且影響萃取效果。同時(shí)由于在萃取中因鹽濃度過高，會(huì)使1，5-戊二胺晶體析出，從而影響產(chǎn)品收率。雖然釜式攪拌萃取罐能強(qiáng)化傳質(zhì)和傳熱，但是它只能單釜間隙操作無法連續(xù)操作，這樣設(shè)備利用率小，設(shè)備投資大，占地面積大。另外，離心萃取器雖然能連續(xù)操作，但是傳熱效果較差，也影響萃取效果。因此，針對(duì)現(xiàn)有連續(xù)式萃取器的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)新型反應(yīng)器非常必要。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題在于，在生物法制備1，5-戊二胺過程中，在萃取前用氫氧化鈉調(diào)節(jié)酶轉(zhuǎn)化液的ph為13左右，混合液在容器中回流5小時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳，同時(shí)所用原料為l-賴氨酸鹽酸鹽，這樣勢(shì)必造成在溫度較低時(shí)有大量的鹽析出，鹽晶體不但堵塞管道，而且影響萃取效果。同時(shí)由于在萃取中因鹽濃度過高，會(huì)使1，5-戊二胺晶體析出，從而影響產(chǎn)品收率。為了解決上述問題，本發(fā)明的提供了一種1,5-戊二胺連續(xù)逆流萃取設(shè)備及工藝。具體的，公開了1,5-戊二胺連續(xù)逆流的專用萃取塔，包含萃取塔的自動(dòng)化控制成套設(shè)備，以及1,5-戊二胺連續(xù)逆流萃取工藝。通過本發(fā)明提供的方案，1,5-戊二胺酶轉(zhuǎn)化液經(jīng)過固液分離后，在不銹鋼反應(yīng)罐用氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)ph值為13，在溫度為80℃反應(yīng)5小時(shí)，在反應(yīng)過程中不斷調(diào)整ph值為13，反應(yīng)結(jié)束，冷卻至40℃進(jìn)行萃取，萃取時(shí)始終保持溶液溫度為40℃，酶轉(zhuǎn)化液和正丁醇體積比為5:4，萃取率可達(dá)到97.5%。進(jìn)一步的，本發(fā)明的方案為：一種連續(xù)逆流萃取1,5-戊二胺的萃取塔，其中，該萃取塔含預(yù)混區(qū)、強(qiáng)化區(qū)、穩(wěn)定區(qū)、分離區(qū)四個(gè)區(qū)域，包括排污口（31）、萃取劑進(jìn)口（32）、酶轉(zhuǎn)化液進(jìn)口（33）、蒸汽冷凝水出口和熱水進(jìn)口（34）、蒸汽進(jìn)口和熱水出口（36）、靜態(tài)混合器（35）、萃余液出口（37）、液-液旋風(fēng)分離器進(jìn)口（38）、萃取液出口（39）、不凝氣體出口（40）。本發(fā)明所述的萃取塔，其中，液-液旋風(fēng)分離器（41）設(shè)有切向?qū)Я鞴埽?2）和旋轉(zhuǎn)錐體。混合液在通過切向?qū)Я鞴埽?2）和旋轉(zhuǎn)錐體時(shí)，兩相分離的速度增加。本發(fā)明所述的萃取塔，其中，靜態(tài)混合器（43）里裝有一正一反螺旋切片。在通過靜態(tài)混合器（43）時(shí)，混合液在靜態(tài)混合器中呈一正一反螺旋上升狀態(tài)。本發(fā)明所述的萃取塔，其中，靜態(tài)混合器管為換熱器形式。本方案所述換熱器是指，存在換熱層，可經(jīng)換熱介質(zhì)進(jìn)行熱傳導(dǎo)的換熱器，在一個(gè)優(yōu)選的方案中，為列管式換熱器。一種連續(xù)逆流萃取1,5-戊二胺的成套設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備包含，模塊化的1，5-戊二胺酶轉(zhuǎn)化液料桶（1）、泵（2）、數(shù)控閥（3）、壓力表（4）、流量計(jì)（5）、萃取塔（7）、泵（8）、數(shù)控閥（9）、壓力表（10）、流量計(jì)（11）、萃取塔（16）、泵（17）、數(shù)控閥（18）、壓力表（19）、流量計(jì)（20）、萃取塔（29）；正丁醇料桶（30）、泵（25）、數(shù)控閥（26）、壓力表（28）、流量計(jì)（27）、、泵（21）、數(shù)控閥（22）、壓力表（24）、流量計(jì)（23）、萃取塔（16）、泵（12）、數(shù)控閥（13）、壓力表（15）、流量計(jì)（14）、萃取塔（7）、連接管及自動(dòng)化控制的系統(tǒng)；其中，每臺(tái)萃取塔頂端裝有（6）的安全閥門；本發(fā)明中所屬萃取塔，至少為含預(yù)混區(qū)、強(qiáng)化區(qū)、穩(wěn)定區(qū)、分離區(qū)四個(gè)區(qū)域的萃取塔。本發(fā)明所述的成套設(shè)備，其中，所述自動(dòng)化的控制裝置，包括溫度探頭，該探頭、數(shù)控閥門與控制系統(tǒng)，通過在線檢測(cè)萃取塔（7）、（16）、（29）嚴(yán)格控制萃取料液溫度在目標(biāo)溫度；還包括泵上設(shè)有流量傳感器（5）、（11）、（14）、（20）、（23）、（27）；壓力傳感器（4）、（10）、（15）、（19）、（24）、（28）和控制器（3）、（9）、（13）、（18）、（22）、（26），流量傳感器和壓力傳感器采集泵中進(jìn)出口的壓力和流量數(shù)據(jù)，并傳輸至控制器，控制器中設(shè)有數(shù)據(jù)接收模塊、處理模塊和通信模塊，數(shù)據(jù)接收模塊接收兩個(gè)傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息后傳輸給處理模塊，最后再經(jīng)由通信模塊傳輸至服務(wù)終端；服務(wù)終端接收控制器發(fā)來的數(shù)據(jù)信息，并顯示于其顯示屏。一種1,5-戊二胺連續(xù)逆流萃取工藝，將1,5-戊二胺酶轉(zhuǎn)化液與正丁醇進(jìn)行連續(xù)逆流萃取，其中，該工藝在逆流萃取塔（7）、（16）、（29）中進(jìn)行；其中，酶轉(zhuǎn)化液和正丁醇進(jìn)入萃取塔預(yù)混合區(qū)進(jìn)行預(yù)混，預(yù)混液經(jīng)萃取塔強(qiáng)化傳熱、傳質(zhì)區(qū)進(jìn)入穩(wěn)定區(qū)，最后由穩(wěn)定區(qū)進(jìn)入分離區(qū),并在分離區(qū)進(jìn)行液-液分離。本發(fā)明所述的工藝，其中，酶反應(yīng)液體依次通過酶轉(zhuǎn)化液料罐(1)、泵(2)、（8）、（25），數(shù)控閥門（3）、（13）、（22），流量計(jì)（5）、（11）、（20），壓力表（4）、（10）、（19）逐級(jí)萃取。本發(fā)明所述的工藝，其中，正丁醇依次通過料罐（30）、泵（25）、（21）、（12），數(shù)控閥門（26）、（22）、（13），流量計(jì)（27）、（23）、（14），壓力表（28）、（24）、（15）逐級(jí)反萃取。本發(fā)明所述的工藝，其中，預(yù)混液進(jìn)過裝有一正一反螺旋切片的靜態(tài)混合器，其中，靜態(tài)混合器管為換熱器形式；且混合液經(jīng)過切向?qū)Я鞴埽?2）和旋轉(zhuǎn)錐體進(jìn)行液-液分離。在一個(gè)優(yōu)選的方案中，操作溫度為40℃。所述操作溫度是指整個(gè)工藝中，所保持的目標(biāo)溫度。本發(fā)明的有益效果在于（1）專用設(shè)備操作簡(jiǎn)單可靠，使用性強(qiáng)，大幅度降低了生產(chǎn)成本，容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)放大。（2）本發(fā)明的所有操作進(jìn)行了集成模塊化，通過電腦集中控制，產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定，同時(shí)節(jié)省了人力成本。泵上設(shè)有流量傳感器、壓力傳感器和控制器，流量傳感器和壓力傳感器采集泵中進(jìn)出口的壓力和流量數(shù)據(jù)，并傳輸至控制器，控制器中設(shè)有數(shù)據(jù)接收模塊、處理模塊和通信模塊，數(shù)據(jù)接收模塊接收兩個(gè)傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息后傳輸給處理模塊，最后再經(jīng)由通信模塊傳輸至服務(wù)終端；服務(wù)終端接收控制器發(fā)來的數(shù)據(jù)信息，并顯示于其顯示屏。（3）在優(yōu)選方案中，采用40℃連續(xù)萃取，有效防止溫度較低時(shí)有大量的鹽析出，從而影響萃取效果。同時(shí)，也有效防止因鹽濃度過高，會(huì)使1，5-戊二胺晶體析出，從而影響產(chǎn)品收率。附圖說明圖1:連續(xù)逆流萃取1,5-戊二胺的成套設(shè)備。其中，(1)為酶轉(zhuǎn)化液料罐；（2）、（8）、（25）為酶轉(zhuǎn)化液輸送泵；（3）、（13）、（22）為酶轉(zhuǎn)化液數(shù)控閥門；（5）、（11）、（20）為酶轉(zhuǎn)化液流量計(jì)；（4）、（10）、（19）為酶轉(zhuǎn)化液輸送泵壓力表；（2）為萃取劑正丁醇料罐；（25）、（21）、（12）為正丁醇料罐輸送泵；（26）、（22）、（13）萃取劑正丁醇數(shù)控閥門；（27）、（23）、（14）正丁醇料液流量計(jì)；（28）、（24）、（15）為正丁醇料罐輸送泵壓力表。圖2：1，5-戊二胺專用萃取塔。其中，（31）為排污口；（32）為萃取劑進(jìn)口；（33）為酶轉(zhuǎn)化液進(jìn)口；（34）為蒸汽冷凝水出口和熱水進(jìn)口；（35）為靜態(tài)混合器；（36）為蒸汽進(jìn)口和熱水出口；（37）為萃余液出口；（38）為液-液旋風(fēng)分離器進(jìn)口（39）為萃取液出口；（40）為不凝氣體出口。圖3：1，5-戊二胺萃取專用設(shè)備液-液旋轉(zhuǎn)分離器。其中，（41）為液-液旋轉(zhuǎn)分離器桶體；（42）為液體導(dǎo)流管。圖4：靜態(tài)混合器。其中，（43）為靜態(tài)混合器管；（44）為靜態(tài)混合器一正一反螺旋切片。具體實(shí)施方式實(shí)施例1：本實(shí)施例說明從酶轉(zhuǎn)化液體系中萃取獲取1，5-戊二胺的成套設(shè)備的組成及連接關(guān)系該成套設(shè)備的示意圖如附圖1所示。具體的該設(shè)備含模塊化的1，5-戊二胺酶轉(zhuǎn)化液料桶（1）、泵（2）、數(shù)控閥（3）、壓力表（4）、流量計(jì)（5）、萃取塔（7）、泵（8）、數(shù)控閥（9）、壓力表（10）、流量計(jì)（11）、萃取塔（16）、泵（17）、數(shù)控閥（18）、壓力表（19）、流量計(jì)（20）、萃取塔（29）；正丁醇料桶（30）、泵（25）、數(shù)控閥（26）、壓力表（28）、流量計(jì)（27）、萃取塔（29）、泵（21）、數(shù)控閥（22）、壓力表（24）、流量計(jì)（23）、萃取塔（16）、泵（12）、數(shù)控閥（13）、壓力表（15）、流量計(jì)（14）、萃取塔（7）、連接管及自動(dòng)化控制的系統(tǒng)。萃取塔內(nèi)含液-液分離器（如附圖3所示），液-液分離器設(shè)液-液旋轉(zhuǎn)分離器桶體（41）；液體導(dǎo)流管（42）；萃取塔內(nèi)還包括靜態(tài)混合器，包括靜態(tài)混合器管（43）以及靜態(tài)混合器一正一反螺旋切片（44）。其中，每臺(tái)萃取塔頂端裝有（6）的安全閥門，保證設(shè)備的正常運(yùn)行。自動(dòng)化的控制裝置，包括溫度探頭，該探頭、數(shù)控閥門與控制系統(tǒng)，通過在線檢測(cè)萃取塔（如附圖2所示）（7）、（16）、（29）嚴(yán)格控制萃取料液溫度在特定溫度；還包括泵上設(shè)有流量傳感器（5）、（11）、（14）、（20）、（23）、（27）；壓力傳感器（4）、（10）、（15）、（19）、（24）、（28）和控制器（3）、（9）、（13）、（18）、（22）、（26），流量傳感器和壓力傳感器采集泵中進(jìn)出口的壓力和流量數(shù)據(jù)，并傳輸至控制器，控制器中設(shè)有數(shù)據(jù)接收模塊、處理模塊和通信模塊，數(shù)據(jù)接收模塊接收兩個(gè)傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息后傳輸給處理模塊，最后再經(jīng)由通信模塊傳輸至服務(wù)終端；服務(wù)終端接收控制器發(fā)來的數(shù)據(jù)信息，并顯示于其顯示屏。實(shí)施例2：本實(shí)施例說明從酶轉(zhuǎn)化液體系中萃取1，5-戊二胺的工藝酶轉(zhuǎn)化液經(jīng)過固液分離后，在不銹鋼反應(yīng)罐用氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)ph值為13，在溫度為80℃反應(yīng)5小時(shí)，在反應(yīng)過程中不斷調(diào)整ph值為13，反應(yīng)結(jié)束，冷卻至40℃進(jìn)行萃取，萃取時(shí)始終保持溶液溫度為40℃，酶轉(zhuǎn)化液和正丁醇體積比為6：5，萃取率為97.5%。如表1，說明酶轉(zhuǎn)化液和正丁醇體積比為5：4較合適，萃取劑正丁醇的流量與溶液流量之比為43：50。表1萃取劑與溶液的流量、體積比對(duì)萃取率的影響流量（l/min）萃取液戊二胺含量（g/l）萃余液戊二胺含量（g/l）萃取萃余液體積比萃取率v萃=v溶=100141.1821.3410:790.43%v萃=v溶=200166.3469.737:1062.64%v萃=43v溶=501766.056:597.22%實(shí)施例3：本實(shí)施例說明在實(shí)施例1的設(shè)備中實(shí)施本發(fā)明工藝的情況取500l1，5-戊二胺酶轉(zhuǎn)化液，1，5-戊二胺的濃度為141.18g/l，先在不銹鋼反應(yīng)罐用氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)ph值為13，在溫度為80℃反應(yīng)5小時(shí)，在反應(yīng)過程中不斷調(diào)整ph值為13，反應(yīng)結(jié)束，冷卻至40℃，然后打入料桶（1），并在料桶（30）打入正丁醇，按酶轉(zhuǎn)化液料罐(1)通過泵(2)、（8）、（25），數(shù)控閥門（3）、（13）、（22），流量計(jì)（5）、（11）、（20），壓力表（4）、（10）、（19）依次逐級(jí)萃取，萃取劑正丁醇料罐（30）通過泵（25）、（21）、（12），數(shù)控閥門（26）、（22）、（13），流量計(jì)（27）、（23）、（14），壓力表（28）、（24）、（15）依次逐級(jí)反萃取。在萃取過程中用80℃熱水時(shí)始終保持溶液溫度為40℃，萃取劑正丁醇的流量與溶液流量之比為43：50，酶轉(zhuǎn)化液和正丁醇體積比為5:4，最后得到萃取率為97.22%。實(shí)施例4：本實(shí)施例說明在實(shí)施例1的設(shè)備中實(shí)施本發(fā)明工藝的情況取500l1，5-戊二胺酶轉(zhuǎn)化液，1，5-戊二胺的濃度為166.34g/l，先在不銹鋼反應(yīng)罐用氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)ph值為13，在溫度為80℃反應(yīng)5小時(shí)，在反應(yīng)過程中不斷調(diào)整ph值為13，反應(yīng)結(jié)束，冷卻至40℃，然后打入料桶（1），并在料桶（30）打入正丁醇，按酶轉(zhuǎn)化液料罐(1)通過泵(2)、（8）、（25），數(shù)控閥門（3）、（13）、（22），流量計(jì)（5）、（11）、（20），壓力表（4）、（10）、（19）依次逐級(jí)萃取，萃取劑正丁醇料罐（30）通過泵（25）、（21）、（12），數(shù)控閥門（26）、（22）、（13），流量計(jì)（27）、（23）、（14），壓力表（28）、（24）、（15）依次逐級(jí)反萃取。在萃取過程中用80℃熱水時(shí)始終保持溶液溫度為40℃，萃取劑正丁醇的流量與溶液流量之比為43：50，酶轉(zhuǎn)化液和正丁醇體積比為5：4，最后得到萃取率為97.60%。實(shí)施例5：本實(shí)施例說明在實(shí)施例1的設(shè)備中實(shí)施本發(fā)明工藝的情況取500l1，5-戊二胺酶轉(zhuǎn)化液，1，5-戊二胺的濃度為176.12g/l，先在不銹鋼反應(yīng)罐用氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)ph值為13，在溫度為80℃反應(yīng)5小時(shí)，在反應(yīng)過程中不斷調(diào)整ph值為13，反應(yīng)結(jié)束，冷卻至40℃，然后打入料桶（1），并在料桶（30）打入正丁醇，按酶轉(zhuǎn)化液料罐(1)通過泵(2)、（8）、（25），數(shù)控閥門（3）、（13）、（22），流量計(jì)（5）、（11）、（20），壓力表（4）、（10）、（19）依次逐級(jí)萃取，萃取劑正丁醇料罐（30）通過泵（25）、（21）、（12），數(shù)控閥門（26）、（22）、（13），流量計(jì)（27）、（23）、（14），壓力表（28）、（24）、（15）依次逐級(jí)反萃取。在萃取過程中用80℃熱水時(shí)始終保持溶液溫度為40℃，萃取劑正丁醇的流量與溶液流量之比為43：50，酶轉(zhuǎn)化液和正丁醇體積比為5：4，最后得到萃取率為97.45%。當(dāng)前第1頁(yè)12