CN101735012B - 一种分离提取2,3-丁二醇的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分离提取2，3-丁二醇的方法。该方法以2，3-丁二醇发酵液经絮凝、过滤、膜分离等初步分离后所得的溶液为原料，以正丁醇为萃取溶剂，采用萃取与精馏耦合的方法分离纯化2，3-丁二醇；通过萃取-精馏耦合过程，产品中2，3-丁二醇纯度可达98％以上，单次提取率可达74％以上，而萃取余液可返回发酵液的膜分离过程，用于回收残余的2，3-丁二醇。本发明的优点：采用萃取与精馏耦合的方法，实现了相比基本不变、溶剂循环萃取的特点，从而成功地解决了2，3-丁二醇萃取过程中的难点，实现了从发酵滤液中萃取2，3-丁二醇的分离过程，达到了降低能耗、提高效率的目的；该工艺简单实用，回收率高，经济性好，适宜于工业化生产。

Description

一种分离提取2,3-丁二醇的方法

【技术领域】

本发明涉及丁二醇技术领域，具体地说，是一种分离提取2，3-丁二醇的方法。

【背景技术】

2，3-丁二醇(2，3-butanediol，简称2，3-BD)作为一种非常有潜力的C4化学品，可以广泛应用于化工、食品、燃料以及航空航天等各个领域。其燃烧值为27198J/g，与甲醇(22081J/g)、乙醇(29005J/g)相接近，是一种极具价值的液体燃料，还可用来制备聚合物、油墨、香水、防冻剂、熏香剂、增湿剂、炸药以及药物的手性载体等。

2，3-丁二醇的生产方法主要有化学法和微生物发酵法。由于2，3-丁二醇结构的特殊性，化学法生产2，3-丁二醇原料消耗大、工艺路线复杂、建设投资大、对环境污染严重；而生物法制备2，3-丁二醇符合绿色化工和可持续性发展的要求，不过由于2，3-丁二醇的高沸点，高粘度、高亲水性等特点，2，3-丁二醇分离纯化难度较大，该过程一直是生物法制备2，3-丁二醇实现工业化的下游关键技术。

国内外报道的有关2，3-丁二醇的分离纯化方法主要包括：

(1)喷雾干燥法，即将高温惰性气体通入发酵罐，从而使可挥发性气体气化，由此分离2，3-丁二醇；

(2)化学转化法，采用甲醛或丁醛与发酵液中的2，3-丁二醇反应，反应生成物经蒸馏、酸化处理回收2，3-丁二醇；

(3)活性炭吸附法，包括活性炭吸附、丙酮或者二氧六环索氏萃取；

(4)逆流汽提法，包括乙醇逆流汽提、过滤、精馏分离乙醇等过程；

(5)溶剂萃取法，经pH值调节、加热、过滤、三效蒸发浓缩、正丁醇萃取、乙酸丁酯共沸精馏脱水、酯化、中和后得到2，3-丁二醇的二酯形式；

(6)发酵-分离耦合法，包括渗透汽化、膜精馏、真空膜精馏、萃取等过程。

由国内外研究现状可知，目前报道的有关2，3-丁二醇的分离纯化方法，2，3-丁二醇的分离效率和回收率都很低；工艺路线复杂，能耗高，无法实现工业化生产。因此，开发符合从特定发酵液中提取2，3-丁二醇特点的、高效、节能、环保的工业化分离工艺流程尤为重要。

由于2，3-丁二醇沸点高，且发酵液中含有易结焦杂质，直接采用蒸馏的办法提纯不仅能耗高、收率较低，而且纯化困难；同时，2，3-丁二醇具有极强的亲水性，与水精馏分离较为困难，因此需要加入能与水形成共沸物的溶剂精馏分离水；由此，发明人提出选用能与水形成低共沸物的萃取剂，从而可以在萃取后直接通过恒沸精馏分离水，降低后续精馏分离的能耗，简化分离流程。

针对2，3-丁二醇分离提取过程的特点，选用正丁醇作为萃取溶剂，从而可以通过共沸精馏在脱溶剂的同时从产品中脱除水，达到简化流程、降低后续精馏分离的能耗。

对2，3-丁二醇-水-正丁醇三元液-液相平衡进行深入研究发现：正丁醇作为萃取剂时，分配系数较大、相比要求和理论级数较小，但液-液不互溶区域和可操作范围小。

【发明内容】

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种分离提取2，3-丁二醇的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种分离提取2，3-丁二醇的方法，包含步骤为，

(1)首先，将发酵原液进行絮凝、过滤、膜分离过程后得到2，3-丁二醇滤液，2，3-丁二醇滤液与正丁醇的质量比为0.5∶1～1.5∶1，优选为0.5∶1～1∶1，在混合槽搅拌，使混合完全；

(2)其次，将步骤(1)混合后得到的料液进入澄清槽中静置分层后，下层萃余液通过泵送回混合槽后继续进行萃取，上层萃取液进入精馏塔；

(3)在精馏塔中萃取溶剂与水形成共沸精馏进入塔顶，塔顶产物一部分回流重新进入精馏塔，将产物另一部分采用蠕动泵送回到混合槽中，继续对2，3-丁二醇水溶液进行萃取；

所述的正丁醇既为萃取溶剂，也是后续共沸精馏的脱水溶剂；萃取溶剂和精馏溶剂为正丁醇；

(4)经过不断萃取、精馏，2，3-丁二醇集中于塔釜；

(5)当澄清槽水相中2，3-丁二醇质量浓度为1.6％～1.8％时，停止萃取、精馏循环操作；

(6)最后，将塔釜液继续精馏，得到2，3-丁二醇产品液，2，3-丁二醇单次萃取率可达74％以上。

本发明一种分离提取2，3-丁二醇的方法的积极效果是：

根据本发明，在步骤(1)中，考虑到2，3-丁二醇-水-正丁醇三元液-液相平衡的不互溶区域较小，可变相比范围较窄，选用质量比为0.5∶1～1.5∶1，此质量比位于水-2，3-丁二醇-正丁醇的液-液不互溶区域。

根据本发明，在步骤(3)中，由于2，3-丁二醇的沸点与正丁醇、水共沸精馏的沸点相差很大，因此精馏过程很容易实现。

根据本发明，在步骤(5)中，当澄清槽水相中2，3-丁二醇质量浓度为1.6～1.8％时，萃取很难继续，因此停止萃取循环操作；萃余液可以返回膜分离过程用于顶水，从而回收2，3-丁二醇，因此2，3-丁二醇在此过程中损失很小，不易给环境造成问题。

根据本发明，由于萃取过程中除2，3-丁二醇逐渐聚集在精馏塔塔釜外，其余的水相和溶剂相都在混合、澄清槽中循环，因此既可以实现溶剂循环萃取，又使整个体系相比基本不变，从而特别适合于相比范围较窄的体系；同时，根据本发明人对2，3-丁二醇-水-正丁醇三元体系液-液相平衡研究，2，3-丁二醇在低浓度范围对萃取更为有利，因此采用本发明中的工艺非常理想。

采用萃取与精馏耦合的方法，实现了相比基本不变、溶剂循环萃取的特点，从而成功地解决了2，3-丁二醇萃取过程中的难点，实现了从发酵滤液中萃取2，3-丁二醇的分离过程，达到了降低能耗、提高效率的目的；该工艺简单实用，回收率高，经济性好，适宜于工业化生产。

【附图说明】

图1本发明的流程以及装置图。

图中标号分别为：1、混合槽，2、澄清槽，3、精馏塔，4、冷凝器，5、再沸器。

【具体实施方式】

以下提供本发明一种分离提取2，3-丁二醇的方法的具体实施方式。

实施例1

取2，3-丁二醇含量为12.3％的料液1000g，正丁醇750g，在混合槽中搅拌30min，部分导入澄清槽静置30min，待静置分层，将上层萃取相送入精馏塔，而下层萃余相泵送回混合槽中继续进行萃取。回流比是指精馏操作中，由精馏塔塔顶返回塔内的回流液流量与塔顶产品流量的比值。精馏塔回流比选择为0.5～1.5，塔顶温度为93℃，塔顶馏出物不进行分相，全部泵送回混合槽继续进行萃取。经过一定时间后，将混合槽中的料液全部导入澄清槽，充分搅拌后静置分层，测定澄清槽水层含量，测得澄清槽水相中2，3-丁二醇质量浓度为1.72％，停止萃取循环操作。继续进行精馏分离正丁醇和水，塔釜得到2，3-丁二醇含量为98.3％，该过程2，3-丁二醇的萃取率可达74.96％。而含有1.72％的2，3-丁二醇水相溶液返回膜分离过程，正丁醇相进入下次的萃取、精馏循环操作，因此不会造成2，3-丁二醇的损失。

实施例2

整体过程同实施例1，2，3-丁二醇含量为9.2％的料液1000g，正丁醇750g，选择回流比为0.5～1.5，经过一段时间的萃取、精馏过程后，测得澄清槽水相中2，3-丁二醇质量浓度为1.67％，停止萃取循环操作。继续进行精馏分离正丁醇和水，塔釜得到2，3-丁二醇含量为98.5％，该过程2，3-丁二醇的萃取率可达75.32％。而含有1.67％的2，3-丁二醇水相溶液返回膜分离过程，正丁醇相送入下次的萃取、精馏循环操作，因此不会造成2，3-丁二醇的损失。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种分离提取2，3-丁二醇的方法，其特征在于，包含步骤为：

(1)首先，将发酵原液进行絮凝、过滤、膜分离过程后得到2，3-丁二醇滤液，2，3-丁二醇滤液与正丁醇的质量比为0.5∶1～1.5∶1，在混合槽搅拌，使混合完全；

(2)其次，将步骤(1)混合后得到的料液进入澄清槽中静置分层后，下层萃余液通过泵送回混合槽后继续进行萃取，上层萃取液进入精馏塔；

(3)在精馏塔中萃取溶剂与水形成共沸精馏进入塔顶，塔顶产物一部分回流重新进入精馏塔，将产物另一部分采用蠕动泵送回到混合槽中，继续对2，3-丁二醇水溶液进行萃取；

所述的正丁醇既为萃取溶剂，也是后续共沸精馏的脱水溶剂；萃取溶剂和精馏溶剂为正丁醇；

(4)经过不断萃取、精馏，2，3-丁二醇集中于塔釜；

(5)当澄清槽水相中2，3-丁二醇质量浓度为1.6％～1.8％时，停止萃取、精馏循环操作；

(6)最后，将塔釜液继续精馏，得到2，3-丁二醇产品液，2，3-丁二醇单次萃取率可达74％以上。

2.根据权利要求1所述的一种分离提取2，3-丁二醇的方法，其特征在于，在所述的步骤(1)中，所述的2，3-丁二醇滤液与正丁醇的质量比为优选为0.5∶1～1∶1。

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