从发酵液中提取长链二元酸的方法与流程

1.本发明涉及一种生物发酵法制备长链二元酸方法，尤其涉及一种从发酵液中提取长链二元酸的方法。


背景技术：

2.长链二元酸通常是指直碳链两端均为羧基的有机化合物，习惯上将碳原子数超过十的二元酸称为长链二元酸。在国民经济分类中，长链二元酸属于国民经济分类中的大类中的制造行业中的化学原料及化学制品制造，细分小类为基础化学原料制造中的有机化学原料制造。
3.长链二元酸是化工过程中重要的中间原料，是合成麝香-t、共聚酰胺热熔胶、尼龙、工程塑料等特殊用品的主要原料。以长链二元酸为基础原料生产合成高级香料麝香、高级尼龙橡胶、高温电解质、高档热熔胶、耐寒增塑剂、高级润滑油、高级油漆和涂料等精细化工产品，被广泛应用于化工、轻工、农药、医药、液晶材料、军事工业等领域。
4.由于长链二元酸应用广泛，下游产品性能优异，开发潜力广阔。国内外对长链二元酸的需求量将不断增加，其市场潜力极大。
5.传统的长链二元酸提取技术是先向发酵液中加入液碱，将其ph从6-7调节到9-11，使长链二元酸以二元酸钠盐的形式溶解于水中，再进行升温至70℃以上，经过膜过滤去除菌体和其他杂质，得到的过滤液最后加入浓硫酸，以强酸置换弱酸的方法来提取得到二元酸产品，膜过滤结束后还需要使用清洗剂和软化水清洗膜组，以保证其过滤性能。该方法生产中需使用强酸、强碱和清洗剂等危化品，水电和蒸汽耗用大，排放的废水量大，其中含有的硫酸钠难以处理，且设备价格高，投资大。


技术实现要素：

6.本发明提供了一种从ph6.5-7.5范围、温度低于30℃的发酵液中提取长链二元酸的问题，其有效解决了前述需要使用强酸、强碱和清洗剂等危化品，能耗和排废量大，硫酸钠难处理且设备成本高等问题，其中制备的长链二元酸包括c10～c18的长链二元酸的一种或多种。其技术方案如下所述：
7.一种从发酵液中提取长链二元酸的方法，包括以下步骤：
8.s1：将发酵结束的发酵液输入发酵液储罐；
9.s2：一次离心：发酵液储罐将发酵液输送进第一卧式螺旋离心机，得到长链二元酸固相和以菌体为主的液相，将长链二元酸固相输入到第一调浆罐，以菌体为主的液相输入到母液罐；
10.s3：一次加水调浆：向第一调浆罐中加入常温软化水，待长链二元酸固相进入第一调浆罐后，开启第一调浆罐搅拌，形成长链二元酸固液混合物料；
11.s4：二次离心：将第一调浆罐中的长链二元酸固液混合物料输送进第二卧式螺旋离心机，得到长链二元酸固相和和含有少量菌体的液相，含有少量菌体的液相输入到母液
罐；
12.s5：二次加水调浆：第二卧式螺旋离心机将长链二元酸固相输送到第二调浆罐，向第二调浆罐中加入常温软化水，待长链二元酸固相进入第二调浆罐后，开启第二调浆罐搅拌，形成长链二元酸固液混合物料；
13.s6：压滤：将第二调浆罐中的长链二元酸固液混合物料输送进板框压滤机，进行清洗压榨吹干，得到长链二元酸固相。
14.进一步的，包括步骤s7：干燥：压滤后的长链二元酸固相，通过螺旋输送机输送进入闪蒸干燥机，经过干燥后得到纯度为97％以上，水分低于0.3％的长链二元酸成品。
15.进一步的，步骤s1中，所述发酵液的ph为6.5-7.5，温度为28℃-30℃。
16.进一步的，步骤s2中的第一卧式螺旋离心机，运行时转速为1000r/min-1300r/min；步骤s4中中的第二卧式螺旋离心机，运行时转速为2000r/min-5000r/min。
17.进一步的，步骤s3中，所述长链二元酸固液混合物料中的水量与固相比例为1:1-2:1。
18.进一步的，步骤s4中，对于第二卧式螺旋离心机输出的长链二元酸固相进行取样送检，长链二元酸固相的总氮含量不大于0.01％时，将长链二元酸固相直接输送到螺旋输送机，进入步骤s7的干燥处理；长链二元酸固相的总氮含量高于0.01％时，将长链二元酸固相输送到第二调浆罐，继续后面的步骤s5进行处理。
19.进一步的，步骤s5中，所述长链二元酸固液混合物料中水量与固相比例为1:1-2:1。尤其是，所述长链二元酸固液混合物料中水量与固相比例为1.5:1。
20.进一步的，所述步骤s4的二次离心和步骤s5的二次加水调浆作为去除杂质的组合，能够在步骤s6之前多次重复使用。
21.根据从发酵液中提取长链二元酸的方法生产的产品，所述产品包括c10～c18的长链二元酸的一种或多种。
22.本发明提供的发酵液中提取长链二元酸的方法，全部流程完全不使用强酸和强碱等危化品，也不需对发酵液进行升温，在发酵液ph＝6.5-7.5，温度为28℃-30℃的条件下即可完成生产，能够减少强酸和强碱等危化品的使用，并减少废水的排放量和废水中硫酸钠的含量，进一步的，长链二元酸与菌体分离的应用环境能够减少水电和蒸汽的耗用，且设备投资少，更利于工业放大生产，使废水处理成本更低，生产更加环保。
附图说明
23.图1是所述发酵液中提取长链二元酸的方法的工艺流程图；
24.图2为目前方法的工艺流程图。
具体实施方式
25.如图1所示，所述发酵液中提取长链二元酸的方法，使用的提取设备包括依次连接的发酵液储罐1、第一卧式螺旋离心机3、第一调浆罐4、第二卧式螺旋离心机7、第二调浆罐8、板框压滤机10、螺旋输送机12和闪蒸干燥机13。所述板框压滤机10连接到污水处理车间11，所述发酵液储罐1用于输入发酵液，所述闪蒸干燥机13用于输出成品。
26.所述发酵液储罐1和第一卧式螺旋离心机3之间设置有第一离心泵2，所述第一调
浆罐4和第二卧式螺旋离心机7之间设置有第二离心泵5，所述第二调浆罐8和板框压滤机10之间设置有第三离心泵9，第一卧式螺旋离心机3和第二卧式螺旋离心机7都连接有母液罐6。
27.所述第一卧式螺旋离心机3和第一调浆罐4之间的管道设置有第一阀门21，所述第二卧式螺旋离心机7和第二调浆罐8之间的管道设置有第二阀门22、第三阀门23，所述第二阀门22和第三阀门23之间的管道设置有连通到螺旋输送机12的分管道，所述分管道上设置有第四阀门24，所述第二卧式螺旋离心机7和第二阀门22之间设置有取样阀25。
28.实施例1
29.下面结合附图和具体实施方式来对本发明作进一步的说明，以便本领域人员更了解本发明，但并不以此限制本发明。
30.图1中所述第一卧式螺旋离心机3的功率为70.5kw
·
h，所述第二卧式螺旋离心机7的功率为37.5kw
·
h。所述第一调浆罐4和第二调浆罐8的容积均为6m3。本发明所提及的液相，主要含有水、菌体，另含有少量其他杂质和十二碳长链二元酸(实施例和对比例中所述的长链二元酸是指c12长链二元酸)。
31.结合上述提取设备，本发明包括以下步骤：
32.s1：发酵结束后的发酵液，通过压力进入发酵液储罐1，发酵液的ph值为7.2，温度为29.5℃，容积为180m3；
33.s2：一次离心：使用第一离心泵2将发酵液输送进第一卧式螺旋离心机3，调节并保持第一卧式螺旋离心机3的转速为1250r/min，经过离心得到长链二元酸固相和以菌体为主的液相，液相经管道进入母液罐6，打开第一阀门21，固相经管道进入第一调浆罐4；
34.s3：一次加水调浆：向第一调浆罐4中加入常温软化水3m3，待长链二元酸固相经管道进入第一调浆罐4后，开启第一调浆罐4的搅拌，使水与长链二元酸固相充分混合，形成长链二元酸固液混合物料，持续进料至长链二元酸固液混合物料为5m3时，关闭第一阀门21停止下料；
35.此步骤目的为：用水漂洗一次离心后的长链二元酸，便于下一步分离长链二元酸和菌体等其他杂质，同时便于第二离心泵5输送物料。
36.s4：二次离心：使用第二离心泵5将第一调浆罐4中的长链二元酸固液混合物料输送进第二卧式螺旋离心机7，待调浆罐中的固液混合物料输送完毕后，打开第一阀门21，重复一次加水调浆的过程。
37.调节并保持第二卧式螺旋离心机7的转速4000r/min，经过离心得到长链二元酸固相和含有少量菌体的液相，含有少量菌体的液相经管道进入母液罐6，从取样阀25取固相送检，测得总氮含量为0.03％，打开第二阀门22和第三阀门23，关闭第四阀门24，固相经管道进入第二调浆罐8。
38.经过二次离心进一步去除了长链二元酸中的菌体及其他杂质，提高了长链二元酸纯度，通过测固相的总氮含量，来检验菌体是否去除合格。
39.s5：二次加水调浆：向第二调浆罐8中加入常温软化水3m3，待长链二元酸固相经管道进入第二调浆罐8后，开启调浆罐搅拌，使水与长链二元酸固体充分混合，形成长链二元酸固液混合物料，持续进料至长链二元酸固液混合物料为5m3时，关闭第二阀门22和第三阀门23。
40.此步骤目的为：用水继续漂洗离心后总氮含量较高的长链二元酸，便于下一步分离长链二元酸和菌体。
41.s6：压滤：使用第三离心泵9将第二调浆罐8中的长链二元酸固液混合物料输送进板框压滤机10，待固液混合物料输送完毕后，打开第二阀门22和第三阀门23，重复二次加水调浆过程。
42.长链二元酸固液混合物料经过板框压滤机10清洗压滤吹干后，拉板卸料，得到的长链二元酸固相直接进入螺旋输送机12。
43.此步骤目的为：长链二元酸固液混合物料经过板框压滤机10清洗压滤，彻底去除长链二元酸中含有的少量菌体等其他杂质。
44.s7：干燥：长链二元酸的固相通过螺旋输送机12送进入闪蒸干燥机13，经过干燥后得到纯度为97.2％，水份0.28％的长链二元酸成品。
45.实施例2
46.发酵结束后的发酵液，通过压力进入发酵液储罐1，发酵液ph值为6.9，温度为29.0℃，容积为180m3。
47.一次离心、一次加水调浆和二次离心与实施例1步骤一致，在取样阀取二次离心后的长链二元酸固相送检，测得总氮含量为0.008％，打开第二阀门22和第四阀门24，关闭第三阀门23，长链二元酸固相经管道进入螺旋输送机12。
48.s7：干燥：长链二元酸固相通过螺旋输送机12送进入闪蒸干燥机13，经过干燥后得到纯度为97.7％，水份0.2％的长链二元酸成品。
49.本方法中，所述步骤s4的二次离心和步骤s5的二次加水调浆作为去除杂质的组合，能够在步骤s6之前多次重复使用。
50.对比例1(目前方法)：
51.如图2所示，目前方法用到的提取设备包括依次连接的发酵液储罐1、膜过滤设备14、脱色罐15、中继板框压滤机16、缓冲罐17、中和罐19、板框压滤机10、螺旋输送机12和闪蒸干燥机13。所述板框压滤机10连接到污水处理车间11，所述发酵液储罐1用于输入发酵液和液碱，所述闪蒸干燥机13用于输出成品。
52.所述发酵液储罐1和膜过滤设备14之间设置有第一离心泵2，所述膜过滤设备14还有通向发酵液储罐1输入端的管道，所述脱色罐15和中继板框压滤机16之间设置有第二离心泵5，所述中继板框压滤机16需要进行废碳处理，所述缓冲罐17和中和罐19之间设置有第四离心泵18，所述中和罐19需要输入水和浓硫酸，所述中和罐19和板框压滤机10之间设置有第五离心泵20。
53.采用目前方法的工艺，从发酵液中提取长链二元酸时，需要先将180m3发酵液的ph由6-7，加碱调节至9-10，约耗碱5.6t，并将温度为由30℃升温至70℃，消耗0.5mpa饱和蒸汽约11t。
54.传统方法在过滤生产过程中，随着菌体的析出，发酵液的浓缩，需分步加水稀释完成过滤，此步共需要加入100m3温度为70℃的生产水，升温消耗0.5mpa饱和蒸汽约6t。
55.膜过滤在生产结束后，要使用清洗剂和软化水进行多次冲洗膜组，需要35m3温度为70℃的软化水，折合生产水50m3，需要清洗剂450kg，升温消耗0.5mpa饱和蒸汽约2t，清洗时长4h，若膜堵塞造成过滤效果差，则需停止过滤，清洗膜组，过滤所用时长和耗水量进一
步增大。
56.传统方法生产中主要耗电设备为膜过滤系统，该系统中还含有2台132kw
·
h循环泵和1台30kw
·
h二次上料泵，每小时耗电为294kw
·
h。
57.传统方法在生产中需向中和罐19加入17t浓硫酸和50m3生产水，进行强酸置换弱酸，并需要将料液升温至90℃，利用晶体重结晶来的得到长链二元酸的固液混合物，此步升温需消耗0.5mpa饱和蒸汽约27t。
58.综合的数据对比如下：
[0059][0060]
综合上表可知：使用本发明方法，生产中耗水仅为调浆用水，约96m3软化水，折合生产水137m3，因其工作原理为螺旋沉降，结束后也不需大量水和清洗剂冲洗，而传统方法在生产中共消耗生产水200m3；故本方法降低水的耗用量31.5％，从而也大大减少了生产中的排污量。
[0061]
使用本发明方法，生产中不需使用强酸、强碱和清洗剂，不但能减少辅料成本，也能极大的减少废水中硫酸钠的含量，降低污水处理成本，也更加环保。
[0062]
本方法中主要设备为两台卧式螺旋离心机功率分别为70.5kw
·
h和37.5kw
·
h，每小时耗电108kw
·
h；而传统方法主要设备为膜过滤法，过滤膜运行每小时耗电294kw
·
h，故本方法降低耗电量63％。
[0063]
传统方法在生产中需要将180m3发酵液和135m3水从30℃升温至70℃，还需要将温度50℃，容积为150m3的3台中和罐升温至90℃，共耗用0.5mpa饱和蒸汽约46t。而本发明方法使发酵液在常温下即可提取二元酸，无需进行升温，除去干燥步骤外，本方法其他步骤无需使用蒸汽。
[0064]
在设备维护上，传统生产方法中过滤膜设备需要自动控制系统支持，且大多为进口设备，维护成本较高，特殊情况需请高级专业人员维护，成本较高。而本方法采用国产卧式螺旋离心机完成长链二元酸与菌体分离，国产卧式螺旋离心机不需要专业自动控制系统，维护成本更低，也更可靠。
[0065]
传统生产方法中的膜过滤系统为进口专业设备，设备的操作需要操作人员上岗前进行大量时间培训，对人员学历和素质要求较高，并且在生产过程中，容易出现操作失误，造成危险和损失。而本方法所用卧式螺旋离心机操作简单，操作人员上岗前不需要专业的长期培训，减少人员培训费用和周期，降低了人力成本，本方法操作中还不容易出现失误，减少生产中出现的危险和损失。
[0066]
对比例2(转鼓式离心机)：
[0067]
在本发明的提取设备中，通过使用转鼓式离心机来代替卧式螺旋离心机的实验中
发现，由于前者的工作原理为过滤式，而后者的工作原理为螺旋沉降式，前者在分离二元酸和菌体时，随着转鼓上二元酸固体的堆积，形成的固体层会对菌体产生过滤效应，进一步阻碍菌体滤除，达不到二元酸和菌体的分离效果。
[0068]
可见，本方法的有益效果还在于，采用国产卧式螺旋离心机的离心法来代替进口过滤膜的膜过滤法从发酵液中分离长链二元酸和菌体等杂质，在保证生产效率和产品质量的条件下，能够减少设备投资，降低水电和蒸汽的消耗，无需使用清洗剂，可靠性更高。
[0069]
本发明提供的发酵液中提取长链二元酸的方法，全部流程完全不使用强酸和强碱等危化品，也不需对发酵液进行升温，在发酵液ph＝6.5-7.5，温度为28℃-30℃的条件下即可完成生产，能够减少强酸和强碱等危化品的使用，并减少废水的排放量和废水中硫酸钠的含量，进一步的，长链二元酸与菌体分离的应用环境能够减少水电和蒸汽的耗用，且设备投资少，更利于工业放大生产，使废水处理成本更低，生产更加环保。