减压精馏分离2，3-丁二醇的研究

毕生雷，乔建援，刘 钺，杜风光

(河南天冠企业集团有限公司，河南南阳473000)

2，3-丁二醇(2，3-butanedioil，2，3-BD)是一种应用广泛的化工原料，所涉及的领域有化工、食品、航空航天等，有着广泛的应用前景［1-3］，其生产方法主要有化学合成法和微生物转化法［4-7］。由于2，3-BD的性质特殊，即高沸点、高黏度、高亲水性及发酵液固有的特性，从发酵液中对其进行分离纯化较为困难，成为了制约生物法制备2，3-BD工业化生产的瓶颈之一［8］。

天冠集团使用和清华大学联合开发的发酵法生产1，3-丙二醇(以下简称1，3-PDO)技术建设了千吨线生产线［10］，2，3-BD是其发酵过程中的副产物，其产物含量大约是1，3-PDO的1/4～1/3。在发酵结束后，发酵液采用金属膜过滤方法除蛋白［11］、电渗析方法脱盐［12-13］、蒸馏脱水和精馏分离1，3-PDO、2，3-BD。由于 1，3-PDO、2，3-BD 各理化性质接近难以分离，因此减压精馏的效果直接决定了2，3-BD产品的纯度和质量。因此，笔者从生产实践出发探讨减压精馏分离2，3-BD的工艺参数。

1 材料与方法

1.1 材料 原料为提取过1，3-PDO后的物料，2，3-BD含量为10% ～15%，其他成分主要为1，3-PDO、C2H6O。精馏塔，依据天冠发明专利CN100355475C自行制造，属于填料塔，直径500 mm、填料高度1 000 mm、塔高20 m，分别在塔釜、塔中12 m、塔顶设置排料口和进料口。

1.2 2，3-丁二醇的测定分析方法及成品的标准 采用高效液相色谱仪测定色谱柱为Aminexres-in-based 87H，柱温65℃，流动相为0.005 mol/L硫酸水溶液，流速0.8 ml/min。成品的标准是2，3-BD含量＞90%。

1.3 操作方法 将原料通过离心泵压到精馏塔釜中，使用导热油炉对塔釜中的原料进行加热。达到试验温度后开启全回流并稳定2～3 h后，开始进料。进料采用真空自吸，在一定的操作条件下考察温度、回流比等对精馏过程以及对2，3-BD产品纯度的影响。

2 结果与分析

2.1 不同反应段温度对2，3-BD含量的影响 固定在塔顶进料，使用2，3-BD含量在50%左右、温度在30℃左右的物料，回流比10∶1，出料位置在第25个塔板处，考察反应段温度对2，3-BD精馏过程的影响。

从图1中可以看出，随着反应温度的降低，再沸器的负荷明显下降，但是随之而来的是出料中的2，3-BD含量也有较大的下降，说明节能与2，3-BD得率不能兼顾，只能找一个平衡点。经过分析认为，应当选取反应段温度为95℃。

图1 不同反应段温度对2，3-BD含量的影响

2.2 不同原料浓度对2，3-BD含量的影响 固定在塔顶进料，使用温度在57℃左右的物料，反应段温度95℃，出料位置在第24个塔板处，考察原料浓度对2，3-BD精馏过程的影响。

由于发酵液中2，3-BD含量为1% ～3%，而且发酵液中含有大量的酒精、水与2，3-BD沸点接近，难以分离。因此，在进行减压精馏前需要先提高2，3-BD浓度。从图2中可以看出，如果原料中2，3-BD浓度较高，那虽然单位时间内消耗的能量较少，最终得到的产品中的2，3-BD含量也比较高，接近100%。但是随着原料中2，3-BD浓度的降低，由于1，3-PDO的存在，使得最终产品中2，3-BD含量也逐渐降低，达不到销售的要求，还需要返回重新进行二次精馏除杂，这无疑是增加了精馏成本。结合再沸器的负荷，认为原料的2，3-BD浓度为28%最好。

图2 不同原料浓度对2，3-BD含量的影响

2.3 出料位置对2，3-BD含量的影响 固定在塔顶进料，使用原料2，3-BD的浓度为28%、温度在57℃左右的物料，反应段温度95℃，考察出料位置对2，3-BD精馏过程的影响。

在精馏体系中，在不同的塔板位置，各组分的含量是不同的。通常，在塔顶由于温度相对较低，所以出料中低沸点物质会一直存在。在塔釜位置，由于温度较高，内冷却不足，所以出料中会有一些高沸点物质存在。从图3可以看出，出料位置增高，成品中2，3-BD的含量就越高。结合再沸器的负荷选择24个塔板位置出料。

图3 不同出料位置对2，3-BD含量的影响

2.4 进料温度对2，3-BD含量的影响 固定在塔顶进料，使用原料2，3-BD的浓度为28%、反应段温度95℃，考察出料位置对2，3-BD精馏过程的影响。

进料温度是精馏过程中的一个关键因素。一般地，在进原料时候要保证釜温低于50℃，而且升温不能太快，否则会引起暴沸或者泛塔［14］。从图4可以看出，进料温度越高，再沸器负荷就越小，同样成品中的2，3-BD含量就越高，就越容易达到销售的要求。结合再沸器的负荷，认为原料应当达到57℃的温度再开始进料。

图4 不同进料温度对2，3-BD含量的影响

2.5 回流比对2，3-BD含量的影响 固定在塔顶进料，使用2，3-BD含量在28%左右、温度在57℃左右的物料，反应段温度95℃，出料位置在第24个塔板处，考察回流比对2，3-BD精馏过程的影响。

回流起到内冷却的作用，有利于高沸点物质如2，3-BD的纯化。回流量的增加会暂时引起内冷却效果良好，而较小的回流比会导致有大量未冷却的2，3-BD，回到塔中，表现在流量计不断的脉冲。从图5中可以看出，随着回流比的减少，成品中的2，3-BD含量在降低，结合再沸器的负荷认为应当先择回流比6∶1。

图5 不同回流比对2，3-BD含量的影响

3 结论

在2，3-BD精馏中，人们应当使用2，3-BD含量在28%左右、温度在57℃左右的物料，其出料位置在第24个塔板处，回流比6∶1。此时，得到产品的2，3-BD浓度可以达到95%以上。

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