一种牛磺酸末次母液脱色除杂装置的制作方法

本实用新型涉及一种化学合成牛磺酸的生产装置，特别是环氧乙烷法生产牛磺酸时产生的末次母液，对其进行除杂处理以及回收利用的生产装置。

背景技术：

牛磺酸化学名2—氨基乙磺酸，是机体细胞内含量最丰富的含硫自由氨基酸。牛磺酸的化学合成工艺路线主要包括环氧乙烷法和乙醇胺法。其中的环氧乙烷法制备包括三个步骤：

(1)以环氧乙烷为起始原料，环氧乙烷和亚硫酸氢钠的加成反应得到羟乙基磺酸钠；

主要反应为：

ch2ch2o+nahso3→hoch2ch2so3na

hoch2ch2so3na+nh3→h2nch2ch2so3na+h2o

2h2nch2ch2so3na+h2so4→2h2nch2ch2so3h+na2so4

加成副反应：

ch2ch2o+h2o→hoch2ch2oh

(2)氨解羟乙基磺酸钠得到牛磺酸钠；

氨解副反应：

2hoch2ch2so3na+nh3→hn(ch2ch2so3na)2+2h2o

3hoch2ch2so3na+nh3→n(ch2ch2so3na)3+3h2o

(3)经过酸化得到牛磺酸，例如盐酸，最好是硫酸中和反应，得到牛磺酸和无机盐。

上述加成与合成反应中不可避免会产生副产物，包括已经乙二醇及乙二醇的聚合物等。氨解反应为可逆反应，约有超过20％的羟乙基磺酸钠会随生产系统进入下一道工序，氨解反应完成液经硫酸中和后，分离得到的母液，经过1-3次浓缩分离提取，得到末次母液。末次母液中杂质主要包括牛磺酸、羟乙基磺酸钠、亚氨基二乙磺酸钠、乙二醇和聚乙二醇以及微量金属离子等多种成分，属于高污染排放物。现有生产方法在采用的母液循环套用时，均会出现副产物累积增加的问题，当副产物达到一个阈值，只能通过排放掉部分母液的方法解决，造成浪费和污染。

关于母液的利用，《山东化工》第5期，2015年第44卷中牛磺酸氨解反应工艺研究(作者：刘福明、解利民)，详细写明了牛磺酸反应的过程，以及反应中存在的乙二醇、聚乙二醇等其它有机杂质，也分析了母液套用对收率的影响。反应体系中母液含量越高，产品收率越高。而实际生产过程中母液量不能无限度的增加，随着母液含量的升高反应系统中副产物大量增加，并且生产过程中的末次母液的产出量最高只能满足9.0％(v/v)的套用量。综合考究生产综合成本和产量质量，选择母液含量为6.3％～8.3％(v/v)最为合适。因此除去母液中的杂质是实现母液增加套用的前提，否则套用量增加会使得生产中副产物更多，生产更加不稳定。

综上所述，现行的牛磺酸制备工艺虽然相对较成熟，但在牛磺酸分离提纯及对母液的循环利用仍有诸多不足，亟待寻求一个有效的解决方法。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供去除牛磺酸母液中的有机物及其它杂质的处理装置，以实现末次母液全部套用到合成工段，减少母液排放带来的环境污染问题，提高产品收率。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：

一种牛磺酸末次母液脱色除杂装置，包括依次连接的活性炭脱色釜、初次过滤装置、中转釜、二次过滤装置和储罐，所述脱色釜设有可降低脱色釜釜内温度的降温装置。

优选的，所述活性炭脱色釜的前端连接阳离子树脂吸附装置，或者所述储罐的后端连接阳离子树脂吸附装置，所述阳离子树脂吸附装置包括阳离子交换树脂柱，用于降低牛磺酸末次母液的ph值。

优选的，所述阳离子交换树脂柱上方设有母液进料阀门、水洗阀门和再生阀门，下方设有再生出料阀门、洗水放料阀门和物料放料阀门，通过再生阀门控制酸性液体的加入，吸附再生所述阳离子交换树脂柱。

优选的，所述阳离子树脂吸附装置包括依次连接的第一原料罐、阳离子交换树脂柱和第一接收罐；所述阳离子交换树脂柱通过下方的物料放料阀门与所述第一接收罐连接。

优选的，所述脱色釜的外部设有降温装置，所述脱色釜上方设有搅拌机构、投料口和排气口，底部的出料阀门与第一泵的进料阀门连接，所述第一泵设有出料阀门和回流阀门；所述初次过滤装置的出入口分别设有进料阀门和出料阀门；所述中转釜上方设有搅拌机构、进料口和排气口，底部设有出料阀门；所述中转釜内的母液通过第二泵输送至所述二次过滤装置；所述第二泵的出口设有出料阀门和回流阀门；所述二次过滤装置设有进料阀门、进清洗水阀门、出清洗水阀门和排气阀门，所述二次过滤装置的出料阀门与储罐相连。

优选的，所述初次过滤装置为板框过滤器或微孔过滤器；所述二次过滤装置为精密过滤器。

优选的，所述储罐与阴离子树脂吸附装置相连；所述阴离子树脂吸附装置包括与母液中的阴离子发生离子交换的阴离子交换树脂柱。

优选的，所述阴离子树脂吸附装置包括依次连接的第二原料罐、原料泵、阴离子交换树脂柱和第二接收罐，所述阴离子交换树脂柱上方设有母液进料阀门、水洗阀门和再生阀门，下方设有再生出料阀门、洗水放料阀门和物料放料阀门，通过再生阀门控制碱性液体的加入；所述阴离子交换树脂柱通过其下方的再生出料阀门与所述第二接收罐连接。

优选的，所述第一接收罐与阴离子树脂吸附装置相连；所述阴离子树脂吸附装置包括与母液中的阴离子发生离子交换的阴离子交换树脂柱。

优选的，所述阴离子树脂吸附装置包括依次连接的第二原料罐、原料泵、阴离子交换树脂柱和第二接收罐，所述阴离子交换树脂柱上方设有母液进料阀门、水洗阀门和再生阀门，下方设有再生出料阀门、洗水放料阀门和物料放料阀门，通过再生阀门控制碱性液体的加入；所述阴离子交换树脂柱通过其下方的再生出料阀门与所述第二接收罐连接。

优选的，所述阴离子交换树脂柱为碱性阴离子交换树脂柱。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、牛磺酸生产中，氨解工序产生的牛磺酸母液需经多次浓缩结晶，可以再进行一次或两次浓缩，分别可以得二次或三次粗品，所得牛磺酸末次母液为二次母液或三次母液。该末次母液经本实用新型提供的脱色除杂装置进行除杂处理后，能够有效地去除母液中的乙二醇、金属离子和其它有机物等杂质，在降温条件下完成，更为有效地达到除杂的效果。

2、本实用新型的除杂装置，采用优化设计，在脱色除杂装置的基础上增加了阴离子吸附树脂装置，利用阴离子交换作用，将牛磺酸等有效成分吸附回收，可以更为彻底地去除牛磺酸母液中的有机物等杂质，操作简单、运行成本低。

3、经过除杂处理的末次母液可以全部套用到合成工段，减少母液排放带来的环境污染问题，提高产品收率。

4、不在脱色釜内加入液体酸降低ph值，而是对前工序得到的牛磺酸末次母液先采用固体酸进行降酸处理，降酸处理的装置为一套酸性阳离子交换树脂吸附装置。通过实验发现，采用阳离子树脂处理比采用硫酸处理回收率更高，同时溶液颜色更淡。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图逐一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1本实用新型实施应用例一中的牛磺酸母液脱色除杂装置的结构示意图；

图2本实用新型实施应用例二中的牛磺酸母液除杂装置的结构示意图；

图3本实用新型实施例应用的环氧乙烷法生产牛磺酸的工艺流程图；

图4本实用新型实施应用例三中的阳离子树脂吸附装置的结构示意图；

图5本实用新型实施应用例三的牛磺酸母液脱色除杂装置的结构示意图；

图6本实用新型实施应用例四的牛磺酸母液脱色除杂装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本实用新型的具体内容作进一步的详细描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图1所示，本实用新型提供一种牛磺酸母液脱色除杂装置，应用于环氧乙烷法制备牛磺酸的生产工艺。脱色除杂装置包括依次连接的活性炭脱色釜1、泵2、板框过滤器3、中转釜4、泵5、精密过滤器6和接收储罐7。精密过滤器6相比板框过滤器3的过滤孔径更为细小，可以过滤掉小颗粒杂质。其中，脱色釜1、中转釜4和接收储罐7均为常压设备。

脱色釜1的外部设有水循环降温层，用于降低脱色釜1的釜内温度，该降温层设有降温水进口阀门8和降温水出口阀门9，脱色釜1设有搅拌机构30，上方设有活性炭和末次母液的投料口10和排气口11，底部设有出料阀门12，经过进板框过滤泵进料阀门13连接泵2，板框过滤器泵2设有出料阀门14和回流阀门15，板框过滤器3的出入口分别设有进料阀门16和出料阀门17，通过中转釜进料阀门18与中转釜4相连，中转釜4的上方设有进料口36、排气口19和搅拌机构31，底部出料阀门20与精密过滤器泵5进料阀门21相连，精密过滤器泵5出口端连接出料阀门22，并分别与精密过滤泵回料阀门23和精密过滤器进料阀门25相连，精密过滤器上设有进清洗水阀门24、出清洗水阀门27和排气阀门26，精密过滤器的出料阀门28与接收储罐7的进口相连，该脱色除杂装置，经两级过滤，可以明显提高过滤效率和处理能力。其它生产设备必须的阀门和连接部件，均为本领域常见的技术手段，在此不予赘述。

操作方法：脱色釜出料阀门12关闭，将末次母液通过脱色釜投料口10加入到脱色釜1中，打开降温水出口阀门9和降温水进口阀门8，通入降温水降温，同时开动脱色釜搅拌30，降温至规定温度后，关闭降温水进口阀门8和降温水出口阀门9。打开脱色釜出料阀门12、进板框过滤泵进料阀门13、板框进料阀门16、板框进料阀门17和中转釜进料阀门18，关闭中转釜出料阀门20启动进板框过滤器泵2，再通过板框过滤器泵回流阀门15调节进板框压力。活性炭和物料一起进板框过滤器3，活性炭被拦在该过滤器3内，打开板框，即可将活性炭排掉。待中转釜4物料达到一定体积后，打开中转釜出料阀门20、进精密过滤器泵进料阀门21、进精密过滤器泵回料阀门23、精密过滤器进料阀门25和精密过滤器排气阀门26和精密过滤器出料阀门28，启动进精密过滤器泵5，打开进精密过滤器泵出料阀门22，待精密过滤器排气阀门26出料后，关闭精密过滤器排气阀门26，再通过进精密过滤器泵回料阀门23调节精密过滤器6的进料压力。接收储罐7收集的物料再至后续工段处理。

如图2所示，基于本实用新型的发明构思，本实用新型提供另一种优化的脱色除杂装置，在上述实施例的基础上进一步增加除杂处理设备，先利用上述活性炭脱色釜进行脱色除杂，然后使用阴离子树脂吸附装置去除有机物等杂质。过滤后，将其送回至氨解工序，参与循环生产。

该除杂装置包括活性炭脱色除杂装置和阴离子树脂吸附装置，两者之间设置用于传送物料的转料泵34。

如图2所示，接收储罐7设有排气口29，其出料阀门32与转料泵34的进口阀门35相连，转料泵34的出口阀门35与阴离子树脂吸附装置中的原料罐41相连。其中，阴离子树脂吸附装置包括原料罐41、阴离子树脂柱42和接收罐43，原料罐和阴离子树脂柱之间连接有原料泵56，其中，原料罐41和接收罐均43为常压设备。

原料罐41上方设有母液进料口57和排气口58，下方设有出料阀门44；原料泵设有进料阀门45、出料止回阀门46和出料阀门47；阴离子树脂柱的上方并排设有母液进料阀门48、水洗阀门49和再生阀门50，该三个阀门中的液体由一个总进料阀门51控制进入阴离子树脂柱42，阴离子树脂柱42设有一个总出料阀门52，控制并设的再生出料阀门53、洗水放料阀门54和物料放料阀门55，接收罐上方进料口64与再生出料阀门53的管道相通，下方设有出料阀门60，与转料泵62的进口阀门61连接，转料泵设有转料出口阀门63。阴离子树脂柱42通过再生进料阀门50控制碱性液体的加入，以再生方式将吸附在所述阴离子树脂柱42上的阴离子洗脱下来后收集至母液接收罐43。母液接收罐43的出料口放出的物料，通过转料泵转料出口阀门63控制输送至下一工序。除了上面所述的管路阀门，该装置中还设有一些生产设备必须的阀门和连接部件，均为本领域常见的技术手段，在此不予赘述。

操作时，在脱色除杂装置完成末次母液的初步处理后，将转料泵34输送的除杂后的末次母液物料通过原料罐进料口57加入到原料罐41中，打开原料罐出料阀门44、原料泵进料阀门45、原料泵出料阀门47、阴离子树脂柱原料进料阀门48、阴离子树脂柱进料阀门51、阴离子树脂柱出料阀门52、阴离子树脂柱物料放料阀门55，启动树脂柱原料进料泵56，待物料从阴离子树脂柱物料放料阀门55出料后，观察出口ph，检测出口物料含量，当吸附饱和后，停止树脂柱原料进料泵56，关闭阴离子树脂柱原料进料阀门48和阴离子树脂柱物料放料阀门55；打开阴离子树脂柱洗水放料阀门54和阴离子树脂柱水洗阀门49，清洗至规定时间后，再关闭阴离子树脂柱洗水放料阀门54和阴离子树脂柱水洗阀门49；打开阴离子树脂柱再生出料阀门53和阴离子树脂柱再生阀门50，用碱对树脂进行再生，同时将吸附在树脂柱上的母液中的有效成分洗脱下来，洗脱下来的母液收集至接收罐43；其中常压设备的排气口为常开状态。

上述除杂装置主要应用于环氧乙烷法牛磺酸生产工艺，用于回收利用牛磺酸末次母液。关于牛磺酸末次母液的来源，下面结合图3予以简要说明。

s1.环氧乙烷与亚硫酸氢钠溶液反应得到羟乙基磺酸钠；

s2.将s1得到的羟乙基磺酸钠、处理后母液、氨水混合得反应液，再吸收氨至一定浓度，在催化剂作用下进行氨解反应，蒸发浓缩得牛磺酸钠溶液；

s3.将s2中所得的牛磺酸钠溶液配制为一定浓度，可以采用通过酸性阳离子交换树脂柱，得到牛磺酸的料液，再经浓缩结晶得到牛磺酸粗品与母液；当然，更为常用的，还可以采用通过加入硫酸至ph：7.0-8.5，得到牛磺酸结晶液，再降温结晶后得牛磺酸粗品与母液；

s4.将s3收集的母液再经多次浓缩结晶、通过板框等过滤设备分离提取牛磺酸后得牛磺酸末次母液；

将s4收集的牛磺酸末次母液加入本实用新型的脱色除杂装置内进行除杂处理，完成后，将除杂后的牛磺酸末次母液送至s2中，在氨解工序中作为原料使用。

如图4所示，本实用新型对除杂回收系统进一步优化，不在脱色釜内加入液体酸降低ph值，而是对前工序得到的牛磺酸末次母液先采用固体酸进行降酸处理，降酸处理的装置为一套酸性阳离子交换树脂吸附装置。酸性阳离子交换树脂吸附装置与牛磺酸末次母液的出料口相连。

该酸性阳离子交换树脂可以看作是固体酸。使用阳离子交换树脂所发生的化学反应如下(阳离子仅以na⁺表示，再生酸仅用h2so4表示)：

rh+na⁺→rna+h⁺(1)

2rna+h2so4→2rh+na2so4(2)

其中rh代表了酸性阳离子交换树脂为氢型状态(即再生好的状态)，rna为酸性阳离子交换树脂吸钠型状态(即附饱和后的状态)。再生阳离子交换树脂原理是：溶液中的阳离子与树脂上电性相反的基团发生亲和从而保留在树脂上，而树脂中解离出的氢离子释放到溶液与溶液中阴离子结合，反应液可与阳离子树脂进行充分交换，达到降低溶液ph的目的，当吸附至一定程度时，溶液ph达到最低。阳离子交换树脂交换饱和后，再需要使用更高酸性(即化学式(2)中的h2so4的酸性要强于rh酸性)再生溶液将保留到树脂上的阳离子再次交换出来，从而得到rh，同时再生出来产生的na2so4会以溶液的形式分离出去，这样rh就可以再次提供h⁺，即可以继续供化学式(1)使用。

如图4所述，阳离子树脂吸附装置包括原料罐81、阳离子交换树脂柱82和接收罐83，原料罐81和阳离子交换树脂柱82之间连接有原料泵816，其中，原料罐81和接收罐均83为常压设备。

原料罐81上方设有母液进料口817和排气口818，下方设有出料阀门84；原料泵设有进料阀门85、出料止回阀门86和出料阀门87；阳离子交换树脂柱82的上方并设有母液进料阀门88、水洗阀门89和再生阀门810，该三个阀门中的液体由一个总进料阀门811控制进入阳离子交换树脂柱82，阳离子交换树脂柱82设有一个总出料阀门812，控制并设的物料放料阀门813、洗水放料阀门814和再生出料阀门815，接收罐上方进料口824与物料放料阀门813的管道相通，下方设有出料阀门820，与转料泵822的进口阀门821连接，转料泵设有转料出口阀门823，接收罐83上方设有排气口819。阳离子交换树脂柱82通过再生阀门810控制酸性液体的加入，以再生方式将吸附在所述阳离子交换树脂柱82上的金属离子等洗脱除掉。如图5所示，母液接收罐83的出料口放出的物料，通过转料泵转料出口阀门823控制输送至活性炭除杂装置的进料口10。除了面所述的管路阀门，该装置中还设有一些生产设备必须的阀门和连接部件，均为本领域常见的技术手段，在此不予赘述。

该阳离子树脂吸附装置，可实现去除母液中的金属离子等杂质，同时可以在不引入其它阴离子或杂质的情况下将母液ph降低，操作过程简单。将前工序产生的牛磺酸末次母液通过原料罐进料口817加入到原料罐81中，打开原料罐出料阀门84、原料泵进料阀门85、原料泵出料阀门87、阳离子树脂柱原料进料阀门88、阳离子树脂柱进料阀门811、阳离子树脂柱出料阀门812、阳离子树脂柱物料放料阀门813，启动树脂柱原料进料泵816，待物料从阳离子树脂柱物料放料阀门813出料至接收罐83，观察出口ph，检测出口物料含量，当出口ph或接收罐83处的ph达到要求值时，树脂柱原料进料泵816停止，关闭阳离子树脂柱原料进料阀门88和阳离子树脂柱物料放料阀门813；打开阳离子树脂柱洗水放料阀门814和阳离子树脂柱水洗阀门89，清洗至规定时间后，再关闭阳离子树脂柱洗水放料阀门814和阳离子树脂柱水洗阀门89；打开阳离子树脂柱再生出料阀门815和阳离子树脂柱再生阀门810，用酸对阳离子树脂柱进行再生，同时将吸附在阳离子树脂柱上的母液中的金属离子交换下来，通过阳离子树脂柱再生出料阀门815转至后续处理。通过转送泵822将接收罐83内处理后的母液输送至脱色釜1内。

如图6所述，上述的阳离子树脂吸附装置也可以设在活性炭脱色除杂装置与阴离子树脂吸附装置之间。该工艺涉及的是两个化学反应，一是酸性树脂与溶液中阳离子交换反应，二是酸与碱性树脂反应。通过分步反应后得到所需物料收集，以此方式进行分离，可以实现完全分离。

具体来说，阳离子交换树脂吸附装置的原料罐81与活性炭脱色除杂装置的接收储罐7相连，阳离子树脂吸附装置的接收罐83与阴离子树脂吸附装置的原料罐41相连，其他连接不再赘述。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者替换制备反应条件、或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。