耦合MVR余热回收的液体蛋氨酸生产装置与生产方法与流程

本发明属于精细化工，涉及耦合mvr余热回收的液体蛋氨酸生产装置与生产方法。

背景技术：

1、2-羟基-4-甲硫基丁酸，又称蛋氨酸羟基类似物（mha，液体蛋氨酸），是一种重要的饲用蛋氨酸源，可在动物体内转化为必需氨基酸蛋氨酸，广泛应用于家禽、生猪及反刍动物饲料中，在提升饲料转化效率、促进动物生长方面具有不可替代的作用。目前工业上液体蛋氨酸的主流制备路线为氰醇法，即以甲硫基丙醛与氢氰酸合成 2-羟基-4-甲硫基丁腈（氰醇），再经水合、水解反应得到粗产品，粗产品后续通过脱盐、精制得到商品级液体蛋氨酸。其中水合、水解体系的选择与副产盐的分离精制，是决定生产工艺经济性、产品品质与环保水平的核心环节。

2、硫酸水合、水解工艺是目前氰醇法制备液体蛋氨酸的工业化应用中最成熟、最广泛的技术路线。该技术路线以浓硫酸为催化剂及反应物，经两步反应先后完成氰醇水合与酰胺水解，原料转化率与产品收率稳定，工艺控制难度低，适合大规模连续生产。

3、针对硫酸水合、水解体系中液体蛋氨酸与硫酸铵的分离纯化，现有技术形成了多种技术路线，但均存在明显局限。

4、例如中国专利 cn 104262216 a 采用有机溶剂萃取法，通过甲基异丁基酮、丙酮等溶剂萃取有机相实现与铵盐水相的分离，但该方法存在溶剂固有损耗，产品中易残留有机溶剂，水相cod偏高、处理难度大，副产硫酸铵夹带有机物与溶剂、异味明显，商品价值低，且溶剂回收精馏进一步推高了能耗。

5、又如中国专利 cn 105130861 a 采用中和分相法，利用硫酸铵过饱和的盐析效应使体系自然分层，有机相再经浓缩、离心脱盐得到液体蛋氨酸产品，全程不使用有机溶剂，但该方法分相不彻底，有机相中仍溶解有大量硫酸铵；后续深度浓缩时，硫酸铵持续结晶析出。

6、又如中国专利cn109232336 a 采用连续色谱脱盐工艺，通过离子交换树脂实现液体蛋氨酸与铵盐的分离，再结合mvr与刮膜蒸发完成浓缩，但其色谱设备投资高昂，树脂需频繁再生，单台设备处理量有限，大规模工业化应用的经济性较差。

7、而在能量利用层面，现有的液体蛋氨酸的硫酸法生产工艺普遍存在能量利用率偏低的问题：氨中和过程释放大量反应热，通常仅通过负压闪蒸移热控温，闪蒸产生的低品位二次蒸汽直接经冷却水冷凝排放，汽化潜热全部浪费；各蒸发单元产生的二次蒸汽也多独立冷凝，未实现能量的梯级回收。虽然部分工艺引入了mvr蒸发技术，但仅针对单股物料独立浓缩，未与中和反应余热、多单元二次蒸汽进行系统耦合，节能潜力未得到充分释放，整体生蒸汽消耗量仍处于较高水平。

8、因此，在成熟的液体蛋氨酸硫酸水解工艺基础上，开发一种分级脱盐效率高、产品品质优、同时实现反应余热与蒸发潜热高效回收的液体蛋氨酸连续生产工艺，具有重要的工业应用价值。

技术实现思路

1、本发明的首要目的是提供一种耦合mvr余热回收的液体蛋氨酸生产装置，以能够实现液体蛋氨酸连续化生产，兼顾高分级脱盐效率、优异产品品质，并高效回收反应余热与蒸发潜热。

2、为实现此目的，在基础的实施方案中，本发明提供一种耦合mvr余热回收的液体蛋氨酸生产装置，所述的生产装置包括水合反应器、水解反应器、水解中间罐、中和结晶器、硫酸铵结晶器、滗析器、刮膜蒸发器、转鼓压滤机、mvr风机、新鲜蒸汽补加管线，以及各连接管线，

3、所述的水合反应器用于通入氰醇与硫酸进行水合反应，生成2-羟基-4-甲硫基丁酰胺；

4、所述的水解反应器用于通入2-羟基-4-甲硫基丁酰胺和水进行水解反应，生成含2-羟基-4-甲硫基丁酸的水解液；

5、所述的水解中间罐用于储存含2-羟基-4-甲硫基丁酸的水解液；

6、所述的中和结晶器用于通入含2-羟基-4-甲硫基丁酸的水解液和氨气，进行过量硫酸、硫酸氢铵和氨气的中和结晶反应；

7、所述的硫酸铵结晶器用于对来自所述的中和结晶器下部的硫酸铵浆液进行蒸发结晶；

8、所述的滗析器用于对来自所述的中和结晶器中部的液体蛋氨酸浆料进行静置分层；

9、所述的刮膜蒸发器用于对来自所述的滗析器静置分层后所得的上层的液体蛋氨酸浆料进行蒸发脱水，使溶解于上层的液体蛋氨酸浆料中的硫酸铵随浓缩析出；

10、所述的转鼓压滤机用于对来自所述的刮膜蒸发器的蒸发浓缩后的出料进行固液分离，得到液体蛋氨酸产品；

11、所述的mvr风机用于对二次蒸汽进行升温加压处理，升温加压后的二次蒸汽用于作为所述的刮膜蒸发器的蒸发加热源气体，所述的二次蒸汽为所述的中和结晶器从顶部排出的蒸汽和所述的硫酸铵结晶器从顶部排出的加热蒸汽的混合蒸汽；

12、所述的新鲜蒸汽补加管线用于在开车升温及生产工况调节情况下，向所述的mvr风机的进口内补加新鲜蒸汽。

13、在一种优选的实施方案中，本发明提供一种耦合mvr余热回收的液体蛋氨酸生产装置，其中所述的中和结晶器包括中和结晶器筒体、导流筒、水解液进料管线、氨气进料管线、液体蛋氨酸浆料出口管线、硫酸铵浆料出口管线、搅拌器、搅拌电机、蒸汽出口、除沫网，

14、所述的中和结晶器筒体内部设置无顶无底的所述的导流筒；

15、所述的水解液进料管线与所述的氨气进料管线分别自所述的中和结晶器筒体的外部延伸入所述的导流筒的内部底部，分别用于向所述的导流筒内部通入含2-羟基-4-甲硫基丁酸的水解液与氨气；

16、所述的液体蛋氨酸浆料出口管线用于从所述的中和结晶器筒体内部采出液体蛋氨酸浆料至所述的滗析器，所述的液体蛋氨酸浆料出口管线的起始端位于所述的中和结晶器筒体内部的中部，所述的导流筒的外侧；

17、所述的硫酸铵浆料出口管线用于从所述的中和结晶器筒体内部采出硫酸铵浆料至所述的硫酸铵结晶器，所述的硫酸铵浆料出口管线的起始端位于所述的中和结晶器筒体内部的下部，所述的导流筒的外侧下方；

18、所述的搅拌器用于在所述的搅拌电机的带动下对所述的导流筒内的水解液与氨气的混合进料进行搅拌；

19、所述的蒸汽出口位于所述的中和结晶器筒体的顶部，用于排出中和结晶产生的蒸汽；

20、所述的除沫网设置在所述的中和结晶器筒体内部，所述的蒸汽出口的下方，用于拦截中和结晶产生的蒸汽中夹带的液滴与微晶。

21、在一种优选的实施方案中，本发明提供一种耦合mvr余热回收的液体蛋氨酸生产装置，其中所述的刮膜蒸发器包括刮膜蒸发器筒体、液体蛋氨酸进口、分料盘、刮板电机、转动主轴、刮板、液体蛋氨酸出口、刮膜蒸发器夹套、加热蒸汽进口、蒸汽冷凝液出口、不凝汽排放管线、真空装置，

22、液体蛋氨酸浆料自所述的刮膜蒸发器筒体上方侧壁设置的所述的液体蛋氨酸进口进入所述的刮膜蒸发器筒体内部；

23、所述的分料盘设置在所述的刮膜蒸发器筒体内部，所述的液体蛋氨酸进口的下方，为圆盘式溢流布膜结构，用于对液体蛋氨酸浆料进料进行均匀周向分配，使液体蛋氨酸浆料进料沿所述的刮膜蒸发器筒体内壁周向均匀布液，依靠重力沿所述的刮膜蒸发器筒体内壁向下形成连续液膜；

24、设置在所述的刮膜蒸发器筒体外部上方的所述的刮板电机连接并带动竖直设置在所述的刮膜蒸发器筒体内部的转动主轴的转动，从而带动多组水平设置的所述的刮板的转动，所述的转动主轴从中间穿过并连接多组所述的刮板，所述的刮板的外缘紧贴所述的刮膜蒸发器筒体的内壁；

25、蒸发结晶后的液体蛋氨酸浆料进料自所述的刮膜蒸发器筒体底部设置的所述的液体蛋氨酸出口排出所述的刮膜蒸发器筒体，并送往所述的转鼓压滤机进行固液分离；

26、所述的刮膜蒸发器筒体外部连接设置所述的刮膜蒸发器夹套，用于通过所述的加热蒸汽进口通入所述的升温加压后的二次蒸汽对所述的刮膜蒸发器筒体内部的硫酸铵蒸发结晶提供加热，加热后的所述的升温加压后的二次蒸汽降温变为蒸汽冷凝液后自所述的刮膜蒸发器夹套上设置的所述的蒸汽冷凝液出口排出所述的刮膜蒸发器夹套，加热后的所述的升温加压后的二次蒸汽降温后的不凝汽自与所述的蒸汽冷凝液出口连接的所述的不凝汽排放管线，及单独在所述的刮膜蒸发器夹套上设置的不凝汽排放口，被所述的真空装置抽走，以维持所述的刮膜蒸发器的加热侧真空。

27、在一种优选的实施方案中，本发明提供一种耦合mvr余热回收的液体蛋氨酸生产装置，其中所述的生产装置还包括离心机和流化床，

28、所述的离心机用于对所述的硫酸铵结晶器蒸发结晶所得硫酸铵浆液进行离心分离；

29、所述的流化床用于对所述的离心机离心分离所得的固相进行干燥，得到硫酸铵固体。

30、本发明的第二个目的是提供一种耦合mvr余热回收的液体蛋氨酸生产方法，以能够利用如上所述的生产装置，实现液体蛋氨酸连续化生产，兼顾高分级脱盐效率、优异产品品质，并高效回收反应余热与蒸发潜热。

31、为实现此目的，在基础的实施方案中，本发明提供一种耦合mvr余热回收的液体蛋氨酸生产方法，所述的生产方法利用如上所述的生产装置，包括如下步骤：

32、（1）在所述的水合反应器中通入氰醇与硫酸进行水合反应，生成2-羟基-4-甲硫基丁酰胺；

33、（2）在所述的水解反应器中通入所述的水合反应器中生成的2-羟基-4-甲硫基丁酰胺，以及水进行水解反应，生成含2-羟基-4-甲硫基丁酸的水解液；

34、（3）在所述的中和结晶器中通入所述的水解中间罐中储存的含2-羟基-4-甲硫基丁酸的水解液，以及氨气，在负压下进行过量硫酸、硫酸氢铵和氨气的中和结晶反应；

35、（4）在所述的硫酸铵结晶器中，在负压下对来自所述的中和结晶器下部的硫酸铵浆液进行蒸发结晶；

36、（5）在所述的滗析器中，对来自所述的中和结晶器中部的液体蛋氨酸浆料进行静置分层，且静置分层后所得的下层夹带的硫酸铵浆液返回所述的水解中间罐循环利用；

37、（6）在所述的刮膜蒸发器中，对来自所述的滗析器静置分层后所得的上层的液体蛋氨酸浆料在负压下进行蒸发脱水，使溶解于上层的液体蛋氨酸浆料中的硫酸铵随浓缩析出；

38、（7）利用所述的mvr风机对二次蒸汽进行升温加压处理，升温加压后的二次蒸汽作为所述的刮膜蒸发器的蒸发加热源气体，且在开车升温及生产工况调节情况下，还通过所述的新鲜蒸汽补加管线向所述的mvr风机内补充新鲜蒸汽作为补充蒸发加热源气体；

39、（8）在所述的转鼓压滤机中，对来自所述的刮膜蒸发器的蒸发浓缩后的出料进行固液分离，得到液体蛋氨酸产品，分离出的固体硫酸铵返回所述的水解中间罐循环利用。

40、在一种优选的实施方案中，本发明提供一种耦合mvr余热回收的液体蛋氨酸生产方法，其中步骤（1）中，所述的水合反应的温度为50-70℃，水合反应中硫酸过量。

41、在一种优选的实施方案中，本发明提供一种耦合mvr余热回收的液体蛋氨酸生产方法，其中步骤（2）中，所述的水解反应的温度为100-130℃。

42、在一种优选的实施方案中，本发明提供一种耦合mvr余热回收的液体蛋氨酸生产方法，其中：步骤（3）中，所述的中和结晶器的操作绝压为12-16kpaa，物料温度为57-59℃。

43、在一种优选的实施方案中，本发明提供一种耦合mvr余热回收的液体蛋氨酸生产方法，其中步骤（4）中，所述的硫酸铵结晶器的操作绝压为12-16kpaa。

44、在一种优选的实施方案中，本发明提供一种耦合mvr余热回收的液体蛋氨酸生产方法，其中步骤（6）中，所述的刮膜蒸发器的内部的液体蛋氨酸浆料物料侧操作绝压为8-10kpaa，液体蛋氨酸浆料物料实际沸腾温度为51-55℃；所述的刮膜蒸发器的外部的加热侧加热蒸汽饱和温度为63-66℃，两侧有效传热温差为10-12℃。

45、在一种优选的实施方案中，本发明提供一种耦合mvr余热回收的液体蛋氨酸生产方法，其中步骤（7）中，

46、所述的mvr风机为单级罗茨式蒸汽压缩机，进气混合绝压为13-15kpaa，出口绝压为24-26kpaa，设计压比为1.6-1.9，对应饱和温升为10-15℃；和/或

47、所述的mvr风机的出口管路上设置有减温喷淋单元，用于喷入冷凝水将压缩后的过热蒸汽调节为饱和状态后，再送入所述的刮膜蒸发器。

48、本发明的有益效果在于，利用本发明的耦合mvr余热回收的液体蛋氨酸生产装置与生产方法，能够实现液体蛋氨酸连续化生产，兼顾高分级脱盐效率、优异产品品质，并高效回收反应余热与蒸发潜热。

49、针对现有液体蛋氨酸生产工艺能量利用率低、副产盐分离不彻底、高温浓缩易引发产品聚合劣化的问题，本发明提供一种耦合mvr余热回收的液体蛋氨酸生产工艺。该工艺采用“中和结晶预脱盐—滗析提纯—刮膜蒸发深度脱盐”的三级脱盐体系，实现硫酸铵的高效分离；同时整合多单元产出的低品位二次蒸汽，经mvr压缩机提质升压后循环回用，可通过能量耦合实现中和反应热与蒸发余热的高效回收利用，大幅降低生蒸汽消耗；且负压低温蒸发可有效抑制蛋氨酸聚合，同步提升产品品质与装置运行稳定性。故本发明的生产工艺兼具节能与产品质量优势，适合工业化连续生产。

50、本发明的有益效果具体体现在：

51、（1）能量梯级回收，节能效果显著。本发明将中和结晶闪蒸产出的低品位反应热、硫酸铵结晶器的蒸发余热统一收集，通过mvr压缩机提质升压后转化为可利用的加热蒸汽，直接供给刮膜蒸发器使用，实现了反应余热与蒸发潜热的闭环回收；正常生产工况下蒸汽消耗量较传统独立冷凝工艺降低 60% 以上，同时大幅减少冷却水用量，显著降低运行能耗与生产成本。

52、（2）三级脱盐体系，分离效率优异。本发明构建“中和结晶一级脱盐-滗析二级提纯-刮膜蒸发三级深度脱盐”的分级分离体系，依托盐析效应先脱除大部分硫酸铵，再通过静置分层去除夹带浆液，最终经深度浓缩析出溶解态盐类；三级协同作用下，脱盐彻底，同时避免了单一设备脱盐负荷过高、运行不稳定的问题。

53、（3）低温负压精制，产品品质提升。本发明的刮膜蒸发器在高真空环境下运行，物料沸腾温度控制在 51-55℃，且液膜持续更新、受热时间短，无局部过热滞留，可有效抑制2-羟基-4-甲硫基丁酸的自聚合反应，降低产品中二聚体、三聚体含量，提升单体占比与产品质量。

54、（4）设备适配性强，运行稳定可靠。本发明的刮膜蒸发器配备旋转刮板，可持续刮除加热壁面析出的硫酸铵晶体，具备机械自清洁能力；配合mvr系统与生蒸汽补汽支路，可灵活适配生产负荷波动，连续运行周期长，维护成本低。本发明全程不使用任何有机溶剂，无溶剂残留风险与溶剂损耗，副产硫酸铵无异味、纯度高，可直接作为商品销售。