一种使用丁二酸发酵液制备四氢呋喃的方法

摘要

一种使用丁二酸发酵液制备四氢呋喃的方法，属于生物化工技术领域。本发明方法直接从含有丁二酸的发酵液中进行酯化、氢化和精制制备四氢呋喃，避免以高代价得到丁二酸固体后再进行后续反应的工艺过程；使用双极膜电渗析对经过过滤处理的丁二酸发酵液进行脱除钠离子，以降低对于后续工段中酯化催化剂的寿命的影响；并通过精馏除去发酵液中的色素，避免使用活性炭进行脱色。本发明方法的有益效果是避免取得丁二酸固体，降低过程需要耗费的大量蒸汽，大大降低了成本；简化脱钠工艺，同时避免引入杂阴离子；实现四氢呋喃精制的同时，通过精馏分离的方法脱除色素。

主权项

一种使用丁二酸发酵液制备四氢呋喃的方法，其特征在于直接从含有丁二酸的发酵液中进行酯化、氢化和精制制备四氢呋喃，避免以高代价得到丁二酸固体后再进行后续反应的工艺过程；使用双极膜电渗析对经过过滤处理的丁二酸发酵液进行脱除钠离子，以降低对于后续工段中酯化催化剂的寿命的影响；并通过精馏除去发酵液中的色素，避免使用活性炭进行脱色；步骤为：（1）发酵液分离菌体：丁二酸发酵液经过离心机进行菌体分离，离心机为碟片式，转速1000～5000rpm，得到澄清透明的液体； （2）使用双极膜电渗析进行脱钠：使用双极膜电渗析装置对步骤（1）所得液体进行脱钠，同时调整体系pH值为2；双极膜电渗析装置的主要部件为膜堆，配以淡化室、浓缩室、极室、循环泵、管路、压力表、流量计、直流电源；其中，膜堆由双极膜和阳离子交换膜、隔板组成，隔板与膜之间构成的隔室为液体流经过的通道；澄清后的发酵液放置于淡化室，接收迁移盐分的自来水放置在浓缩室；                    在直流电场的作用下，双极膜将水离解成为氢离子和氢氧根离子，进入不同的分隔室中；体系中的阳离子，主要是钠离子，通过阳离子膜与氢氧根离子结合，生成强碱水溶液；而氢离子与停留在体系中的丁二酸根结合生成分子态的丁二酸，此时，体系pH值控制为2；此时，检测体系中钠离子含量低于0.05%；（3）五效蒸发处理：步骤（2）所得液体由泵打入五效蒸发系统，控制出口水分含量不超过70%，第五效的绝对压力为15～30kPa，温度控制在60～80℃；（4）酯化：经过步骤（3）五效蒸发的浓缩液通过泵进入酯化塔预热器中，将浓缩液温度提高到150～180℃，压力控制在0.8～1MPa；此时，对应丁二酸摩尔数2.1～2.2倍的甲醇在酯化塔预热器进口处与浓缩液会合，加热后进入酯化塔；酯化塔的反应温度为150～180℃，体系压力控制在0.8～1MPa，进料量控制为100L/小时，酯化塔内的停留时间控制在4～6小时；酯化塔中的阳离子交换树脂为罗门哈斯A16树脂；（5）再次五效蒸发处理：经过步骤（4）通过酯化塔的反应液重新返回五效蒸发器进料泵的进口，经过五效蒸发器去除掉酯化反应增加的水分，控制水分含量不超过70%；酯化反应液进行内循环，直至出口酯化率达到99.5%，出口液的90%仍旧进行循环，仅出口液的10%进入到下一级的加氢工段；在连续进出料的条件下，至加氢工段的进料量与循环量的体积比为1︰9；（6）加氢：加氢工段主要由储罐、泵、预热器、固定床反应器、冷却器和气液分离器构成；加氢催化剂为市售，盘锦南方化学辽河催化剂有限公司生产，型号为lft‑95型；加氢催化剂安装在固定床反应器中，进料量控制为10L/小时，催化剂添加体积为单位时间进料体积的0.2～0.4倍，加氢反应温度为200～240℃；反应压力为3～6MPa；预热器作用为提升丁二酸二甲酯水溶液的温度，并实现氢气和液体的充分混合；冷却器和气液分离器的作用是将不可凝气体与液体完全分离；来自于酯化塔的丁二酸二甲酯水溶液与氢气混合并升温升压后进入固定床反应器，氢气用量为氢酯摩尔比为200～250；分离器气相部分加压后返回氢气储罐，液体部分为反应产物进入四氢呋喃与丁二醇精馏工段；（7）精馏：四氢呋喃与丁二醇精馏工段为通用的精馏塔，使用板式或填料塔；所述精馏塔为常压塔，塔板数25～45块，回流比为4︰1～6︰1；塔顶产品为纯净的四氢呋喃和水的共沸物，塔底为丁二醇、色素及无机盐类；塔底物返回酯化塔进口；四氢呋喃和水的共沸物中四氢呋喃含量为88%，如需得到低水或无水四氢呋喃可以使用共沸精馏或分子筛吸附的方式进行脱水，得到纯度99.99%的四氢呋喃；所述两种脱水方式均为通用的化工工艺过程。