朱兆友，周德星，王英龍

（青島科技大學(xué)化工學(xué)院，山東 青島266042）

甜菜堿化學(xué)名為2－（N，N，N－三甲基）氨基乙酸鈉鹽，白色針狀結(jié)晶，可溶于水和甲醇。甜菜堿是一種高效甲基供體，可以在飼料中替代部分蛋氨酸和氯化膽堿，有利于防止因氯化膽堿的氧化反應(yīng)而破壞飼料中的維生素類［1－2］。

無水甜菜堿是以氯乙酸、燒堿及三甲胺為原料經(jīng)化學(xué)合成法制成的［3］，產(chǎn)品甜菜堿中通常含有較高濃度的三甲胺。三甲胺是一種易揮發(fā)、毒性較強(qiáng)的有機(jī)物［4］。因此，人們對三甲胺的脫除進(jìn)行了較廣泛的研究［5－9］，開發(fā)出多種三甲胺處理方法。作者在此研究汽提法脫除甜菜堿胺化液中的三甲胺，對提高甜菜堿的產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 廢水成分

實(shí)驗(yàn)水樣取自某廠甜菜堿合成反應(yīng)中產(chǎn)生的胺化液廢水，成分如表1所示。

表1 胺化液成分Tab.1 Amination liquid composition

1.2 方法［10－11］

實(shí)驗(yàn)裝置見圖1。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置Fig.1 Experimental device

首先在甜菜堿胺化液中加入一定量2%氫氧化鈉溶液，再將處理后的料液通入汽提塔，利用真空泵將裝置內(nèi)的壓力降至50kPa，控制塔底溫度105℃、塔頂溫度40℃。減壓汽提，塔頂采出三甲胺濃縮液，塔底采出幾乎不含三甲胺的甜菜堿胺化液。

1.3 氣相色譜分析［12］

采用1002型氣相色譜儀對甜菜堿胺化液中的三甲胺含量進(jìn)行分析。

色譜條件：不銹鋼柱（1.5mm×1 500mm）；固定相為10%四乙烯戊胺＋1%KOH涂漬407有機(jī)擔(dān)體（60～80目）；N2，25mL·min－1；air，250mL·min－1；H2，40mL·min－1；Tc＝60℃，Ti＝150℃，Td＝150℃；進(jìn)樣量2.0μL；FID檢測器；CDMC－4A型色譜數(shù)據(jù)處理器。

2 結(jié)果與討論

2.1 汽提法處理效果

在不同加堿量（以樣液質(zhì)量計(jì)，下同）的條件下，按1.2方法處理甜菜堿胺化液，觀察樣品顏色并對處理后樣品進(jìn)行檢測，結(jié)果如表2所示。

表2 汽提法處理后樣品檢測結(jié)果Tab.2 Sample detection results after the treatment of steam stripping method

由表2可見，加入一定量的堿調(diào)節(jié)溶液的pH值，三甲胺含量隨著pH值的增大而降低（其原因是三甲胺在堿性溶液中呈游離態(tài)，在一定的塔頂采出量條件下可將三甲胺脫除）。利用汽提塔采出一定量的三甲胺濃縮液，處理后樣品中三甲胺的含量大幅下降，樣液顏色無變化。

2.2 汽提法處理工藝優(yōu)化

采用AspenPlus軟件對三甲胺的脫除工藝進(jìn)行模擬計(jì)算，考察各因素對三甲胺脫除的影響，結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)優(yōu)化工藝條件。

2.2.1 進(jìn)料溫度的影響

固定pH值為9.5、總理論塔板數(shù)為15、進(jìn)料位置在第3塊板、塔頂采出量為200kg·h－1，考察進(jìn)料溫度對塔底熱負(fù)荷和三甲胺含量的影響，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可見，進(jìn)料溫度對塔底熱負(fù)荷有顯著的影響，提高進(jìn)料溫度可以大幅降低塔底的公用工程蒸汽消耗量，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致塔底三甲胺含量略有增加，但是影響不大。綜合考慮，選取適宜的進(jìn)料溫度為55℃。

2.2.2 總理論塔板數(shù)的影響

固定其它工藝參數(shù)同2.2.1，進(jìn)料溫度為55℃，考察總理論塔板數(shù)對塔底三甲胺含量的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖2 進(jìn)料溫度對塔底熱負(fù)荷和三甲胺含量的影響Fig.2 The effects of feed temperature on heat load and trimethylamine content at bottom

由圖3可見，總理論塔板數(shù)對塔底三甲胺含量有較明顯的影響，增加總理論塔板數(shù)有利于三甲胺的脫除，但當(dāng)總理論塔板數(shù)多于15塊板后對三甲胺的脫除影響不大。因此，選取適宜的總理論塔板數(shù)為15。

2.2.3 進(jìn)料位置的影響

固定其它工藝參數(shù)同2.2.1，進(jìn)料溫度為55℃，考察進(jìn)料位置對塔底三甲胺含量的影響，結(jié)果如圖4所示。

由圖4可見，進(jìn)料位置為第3塊板時(shí)，三甲胺脫除效果最好。因此，選取適宜的進(jìn)料位置在第3塊板。

2.2.4 塔頂采出量的影響

固定其它工藝參數(shù)同2.2.1，進(jìn)料溫度為55℃，考察塔頂采出量對塔底熱負(fù)荷和三甲胺含量、塔頂采出溫度的影響，結(jié)果如圖5、圖6所示。

圖3 總理論塔板數(shù)對塔底三甲胺含量的影響Fig.3 The effect of the total number of theoretical plate number on trimethylamine content at bottom

圖4 進(jìn)料位置對塔底三甲胺含量的影響Fig.4 The effect of feed entrance point on trimethylamine content at bottom

圖5 塔頂采出量對塔底熱負(fù)荷和三甲胺含量的影響Fig.5 The effects of output quantity of top tower on heat load and trimethylamiue content at bottom

由圖5、圖6可見：塔頂采出量對塔底熱負(fù)荷、塔底三甲胺含量及塔頂采出溫度具有顯著影響，增加采出量有利于三甲胺的脫除，但是會(huì)導(dǎo)致塔底公用工程蒸汽消耗量增加；采出量過少又會(huì)導(dǎo)致采出溫度過低，無法使用工業(yè)低溫水。綜合考慮選取適宜的塔頂采出量為200kg·h－1，此時(shí)塔頂采出溫度為40℃，可采用工業(yè)低溫水進(jìn)行冷卻，塔底三甲胺含量低于20×10－6，達(dá)到廠方的要求。

圖6 塔頂采出量對塔頂采出溫度的影響Fig.6 The effect of output quantity of top tower on output temperature

3 結(jié)論

用汽提法處理甜菜堿胺化液，在pH值為9.5、進(jìn)料溫度為55℃、總理論塔板數(shù)為15、進(jìn)料位置在第3塊板、塔頂采出量為200kg·h－1的優(yōu)化條件下，可以有效脫除甜菜堿中的三甲胺，處理后三甲胺的含量低于20×10－6，達(dá)到廠方要求。

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