減壓精餾分離2，3-丁二醇的研究

畢生雷，喬建援，劉 鉞，杜風光

(河南天冠企業集團有限公司，河南南陽473000)

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

天冠集團使用和清華大學聯合開發的發酵法生產1，3-丙二醇(以下簡稱1，3-PDO)技術建設了千噸線生產線［10］，2，3-BD是其發酵過程中的副產物，其產物含量大約是1，3-PDO的1/4～1/3。在發酵結束后，發酵液采用金屬膜過濾方法除蛋白［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 各理化性質接近難以分離，因此減壓精餾的效果直接決定了2，3-BD產品的純度和質量。因此，筆者從生產實踐出發探討減壓精餾分離2，3-BD的工藝參數。

1 材料與方法

1.1 材料 原料為提取過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，依據天冠發明專利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、塔頂設置排料口和進料口。

1.2 2，3-丁二醇的測定分析方法及成品的標準 采用高效液相色譜儀測定色譜柱為Aminexres-in-based 87H，柱溫65℃，流動相為0.005 mol/L硫酸水溶液，流速0.8 ml/min。成品的標準是2，3-BD含量＞90%。

1.3 操作方法 將原料通過離心泵壓到精餾塔釜中，使用導熱油爐對塔釜中的原料進行加熱。達到試驗溫度后開啟全回流并穩定2～3 h后，開始進料。進料采用真空自吸，在一定的操作條件下考察溫度、回流比等對精餾過程以及對2，3-BD產品純度的影響。

2 結果與分析

2.1 不同反應段溫度對2，3-BD含量的影響 固定在塔頂進料，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個塔板處，考察反應段溫度對2，3-BD精餾過程的影響。

從圖1中可以看出，隨著反應溫度的降低，再沸器的負荷明顯下降，但是隨之而來的是出料中的2，3-BD含量也有較大的下降，說明節能與2，3-BD得率不能兼顧，只能找一個平衡點。經過分析認為，應當選取反應段溫度為95℃。

圖1 不同反應段溫度對2，3-BD含量的影響

2.2 不同原料濃度對2，3-BD含量的影響 固定在塔頂進料，使用溫度在57℃左右的物料，反應段溫度95℃，出料位置在第24個塔板處，考察原料濃度對2，3-BD精餾過程的影響。

由于發酵液中2，3-BD含量為1% ～3%，而且發酵液中含有大量的酒精、水與2，3-BD沸點接近，難以分離。因此，在進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，那雖然單位時間內消耗的能量較少，最終得到的產品中的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，使得最終產品中2，3-BD含量也逐漸降低，達不到銷售的要求，還需要返回重新進行二次精餾除雜，這無疑是增加了精餾成本。結合再沸器的負荷，認為原料的2，3-BD濃度為28%最好。

圖2 不同原料濃度對2，3-BD含量的影響

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

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較低，所以出料中低沸點物質會一直存在。在塔釜位置，由于溫度較高，內冷卻不足，所以出料中會有一些高沸點物質存在。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。結合再沸器的負荷選擇24個塔板位置出料。

圖3 不同出料位置對2，3-BD含量的影響

2.4 進料溫度對2，3-BD含量的影響 固定在塔頂進料，使用原料2，3-BD的濃度為28%、反應段溫度95℃，考察出料位置對2，3-BD精餾過程的影響。

進料溫度是精餾過程中的一個關鍵因素。一般地，在進原料時候要保證釜溫低于50℃，而且升溫不能太快，否則會引起暴沸或者泛塔［14］。從圖4可以看出，進料溫度越高，再沸器負荷就越小，同樣成品中的2，3-BD含量就越高，就越容易達到銷售的要求。結合再沸器的負荷，認為原料應當達到57℃的溫度再開始進料。

圖4 不同進料溫度對2，3-BD含量的影響

2.5 回流比對2，3-BD含量的影響 固定在塔頂進料，使用2，3-BD含量在28%左右、溫度在57℃左右的物料，反應段溫度95℃，出料位置在第24個塔板處，考察回流比對2，3-BD精餾過程的影響。

回流起到內冷卻的作用，有利于高沸點物質如2，3-BD的純化。回流量的增加會暫時引起內冷卻效果良好，而較小的回流比會導致有大量未冷卻的2，3-BD，回到塔中，表現在流量計不斷的脈沖。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，結合再沸器的負荷認為應當先擇回流比6∶1。

圖5 不同回流比對2，3-BD含量的影響

3 結論

在2，3-BD精餾中，人們應當使用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個塔板處，回流比6∶1。此時，得到產品的2，3-BD濃度可以達到95%以上。

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