超重力技术在6－APA生产过程中的应用研究

郝金恒，邹海魁，刘 健，马文婵，3，纪爱民

（1.石药集团中诺药业（石家庄）有限公司，河北石家庄 050041；2.北京化工大学教育部超重力工程研究中心，北京 100029；3.河北工业大学化工学院，天津 300130）

超重力技术由英国帝国化学公司（ICI）的Colin Ramshaw博士等人于1979年首先提出，之后相关专利引起学术界和工业界对超重力技术的浓厚兴趣［1－9］，相关的基础研究和应用研究也随之展开。超重力技术的基础研究主要包括超重力机内的传质、传热、流体分布和持液量、停留时间、液泛、压降、功耗、内构件等方面，应用方面的研究则集中在分离方面。20世纪90年代，超重力技术的研究逐步从实验室迈向工业应用。进入21世纪以来，超重力技术的应用领域进一步拓展，已发展成为一种能显著强化分子混合和传质过程的新一代反应与分离工业性技术［10］。

1 实验原理

超重力设备的工作原理［11］是气相经气体进口管引入超重力机外腔，在气体压力的作用下由转子外缘处进入填料。液体由液体进口管引入转子内腔，在转子内填料的作用下，轴向速度增加，所产生的离心力将其推向转子外缘。在此过程中，液体被填料分散、破碎形成极大的、不断更新的微元，曲折的流道进一步加剧了界面的更新。液体在高分散、高湍动、强混合以及界面急速更新的情况下与气体以极大的相对速度逆向接触，极大地强化了传质过程。而后，液体被转子甩到外壳汇集后经液体出口管离开超重力机，气体自转子中心离开转子，由气体出口管引出，完成整个反应过程。

本实验即是利用超重力原理，使用超重力旋转床对直通法6－APA 生产过程中的碱化液进行脱酯操作，通过压缩空气吹除或真空抽除，脱除其中的醋酸丁酯。

2 实验部分

2.1 实验仪器及原料

实验用超重力旋转床：北京化工大学提供，Φ700mm×1 000mm。

实验辅助设备：包括板式换热器、储罐、打料泵等，石药集团中诺药业（石家庄）有限公司提供。

实验原料：石药集团中诺药业（石家庄）有限公司碱化液。

分析仪器：气相色谱仪GC－8A，日本岛津公司提供；电子天平为Mettler AE200，德国赛多利斯天平公司提供；液相色谱仪1200，美国安捷伦公司提供。

2.2 实验方案

实验流程示意图见图1。碱化岗位使用1＃稀释液罐准备碱化液，每批体积在2 500L左右，效价30万元左右。然后使用脱酯管道把碱化液压到换热器，与热水进行换热（控制进料温度）后使用超重力设备进行脱酯，脱酯后的料液收集到2＃结晶罐。在此过程中考察压缩空气吹除和真空抽除的效果，并对相关参数如进料温度、进料量、抽气量、真空度等进行调整，确定最佳工艺。

图1 实验流程示意图Fig.1 Drawing of experiment process

3 实验结果与讨论

3.1 使用压空吹除

1）在固定进气量（130m3／h）、进料量（100L／h）和进料温度（17 ℃）的情况下，考察电机频率和脱酯碱化液酯含量的关系。结果见表1。

由表1可以看出，在固定进气量和进料量的情况下，频率越高，脱酯的效果越好；但是也可以看出，随着频率的增加对丁醇的脱除效果不明显。

2）在固定进气量（130 m3／h）、频率（50 Hz）和进料温度（17 ℃）的情况下，考察不同进料量下的脱酯效果。结果见表2。

表1 电机频率对脱酯效果的影响Tab.1 Efect of motor frequency on the ester desorption

表2 进料量对脱酯效果的影响Tab.2 Effect of feed rates on the ester desorption

由表2可以看出，进料量越小，脱酯效果越好，脱酯碱化液中丁酯含量越低，但是丁醇的含量变化不明显。

3）在固定进气量（130m3／h）和频率（50 Hz）的情况下，考察不同进料量和温度下的脱酯效果。结果见表3和表4。

表3 进料量对脱酯效果的影响（T＝30 ℃）Tab.3 Effect of feed rates on the ester desorption（T＝30 ℃）

表4 进料量对脱酯效果的影响（T＝17 ℃）Tab.4 Effect of feed rates on the ester desorption（T＝17 ℃）

由表3和表4可以看出，如果碱化液进超重力设备之前升高温度，将增加脱酯的效果。

4）在固定进气量（130m3／h）和频率（50 Hz）的情况下，对脱酯液效价的变化进行考察，结果见表5。

表5 进料量对脱酯液效价的影响（T＝35 ℃）Tab.5 Effect of feed rates on the titer of ester desorption liquid（T＝35 ℃）

由表5数据可以看出，在使用超重力技术脱酯的过程中效价的变化不明显。

3.2 使用真空进行抽除

1）真空度：0.096 MPa；温度：35 ℃左右；频率：50Hz。进料量对脱酯效果的影响见表6。

表6 进料量对脱酯效果的影响（Ⅰ）Tab.6 Effect of feed rates on the ester desorption（Ⅰ）

2）真空度：0.094 MPa；温度：35 ℃左右；频率：50Hz。进料量对脱酯效果的影响见表7。

3）真空度：－0.098 MPa；温度：40 ℃左右；频率：50Hz。进料量对脱酯效果的影响见表8。

生产脱酯液脱酯后未加水稀释的情况下，效价为326 876元，丁酯体积分数为1 282×10－6，丁醇体积分数为3 683×10－6。

表7 进料量对脱酯效果的影响（Ⅱ）Tab.7 Effect of feed rates on the ester desorption（Ⅱ）

表8 进料量对脱酯效果的影响（Ⅲ）Tab.8 Effect of feed rates on the ester desorption（Ⅲ）

对表6～表8进行数据分析可知：使用超重力旋转床进行脱酯的效果随着真空度增加、进料温度增加而增强，同时随着进料量增加而变差。就该实验设备而言，在真空度为－0.098 MPa，进料温度为40 ℃左右时，进料600L／h时生产效果仍较好。

4）针对实际实验条件，为了增加设备的处理量，对不同管径的真空管路进行真空抽除实验。

真空管管径为57 mm，超重力设备转速为50 Hz，调整液体进料量，对比脱酯效果和收率，实验数据见表9。

表9 进料量对脱酯效果和收率的影响Tab.9 Effect of feed rates on the ester desorption and yield of the product

从表9可以看出，第1批由于换热器热水温度高，进料量太小，降解损失较大，同时设备内部的持液损失，导致收率偏低。除第1批外，所有批次的平均收率为99.63%；并且在进料量小于700L／h时，脱酯液酯含量在1 000×10－6以下；当流量大于700 L／h时，脱酯后酯含量超过1 500×10－6，略高于生产批次。

真空管管径由57mm 改为108mm，转速仍为50Hz，调整液体进料量，对比脱酯效果和收率，实验数据见表10。

表10 进料量对脱酯效果和收率的影响Tab.10 Effect of feed rates on the ester desorption and yield of the product

从表10可以看出，除第1批设备内部的持液损失，导致收率偏低外，实验的平均收率为99.53%，相比生产脱酯过程时间短，青霉素降解少。

管径改变后，由于抽气量的增大，处理量也相应增加，液体进料量为1 000L／h时，脱酯后的丁酯含量仍在1 000×10－6以内。即使进料量达到1 200 L／h，脱酯效果仍略好于生产批次。

为了考察使用超重力旋转床进行脱酯对后续生产的影响，使用所得脱酯液进行了后续产品（6－APA）的制备，所得产品质量可达优级品标准，收率较生产高0.5%左右。

4 结 语

通过实验研究，将超重力技术应用于脱酯液生产，在不影响产品质量的前提下，可使该步骤生产成本降低90元／批，同时可使后续6－APA 收率有所提升。与目前采用的间歇处理工艺相比，超重力旋转床可以连续生产，产品质量稳定，可实现气相检测，同时可降低职工的劳动强度。需要注意的是，在改用超重力脱酯的过程中，需同时考虑真空泵尾气中有机溶媒的回收问题。

／References：

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