汽提法处理甜菜碱胺化液

朱兆友，周德星，王英龙

（青岛科技大学化工学院，山东 青岛266042）

甜菜碱化学名为2－（N，N，N－三甲基）氨基乙酸钠盐，白色针状结晶，可溶于水和甲醇。甜菜碱是一种高效甲基供体，可以在饲料中替代部分蛋氨酸和氯化胆碱，有利于防止因氯化胆碱的氧化反应而破坏饲料中的维生素类［1－2］。

无水甜菜碱是以氯乙酸、烧碱及三甲胺为原料经化学合成法制成的［3］，产品甜菜碱中通常含有较高浓度的三甲胺。三甲胺是一种易挥发、毒性较强的有机物［4］。因此，人们对三甲胺的脱除进行了较广泛的研究［5－9］，开发出多种三甲胺处理方法。作者在此研究汽提法脱除甜菜碱胺化液中的三甲胺，对提高甜菜碱的产品质量具有重要意义。

1 实验

1.1 废水成分

实验水样取自某厂甜菜碱合成反应中产生的胺化液废水，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］

实验装置见图1。

图1 实验装置Fig.1 Experimental device

首先在甜菜碱胺化液中加入一定量2%氢氧化钠溶液，再将处理后的料液通入汽提塔，利用真空泵将装置内的压力降至50kPa，控制塔底温度105℃、塔顶温度40℃。减压汽提，塔顶采出三甲胺浓缩液，塔底采出几乎不含三甲胺的甜菜碱胺化液。

1.3 气相色谱分析［12］

采用1002型气相色谱仪对甜菜碱胺化液中的三甲胺含量进行分析。

色谱条件：不锈钢柱（1.5mm×1 500mm）；固定相为10%四乙烯戊胺＋1%KOH涂渍407有机担体（60～80目）；N2，25mL·min－1；air，250mL·min－1；H2，40mL·min－1；Tc＝60℃，Ti＝150℃，Td＝150℃；进样量2.0μL；FID检测器；CDMC－4A型色谱数据处理器。

2 结果与讨论

2.1 汽提法处理效果

在不同加碱量（以样液质量计，下同）的条件下，按1.2方法处理甜菜碱胺化液，观察样品颜色并对处理后样品进行检测，结果如表2所示。

表2 汽提法处理后样品检测结果Tab.2 Sample detection results after the treatment of steam stripping method

由表2可见，加入一定量的碱调节溶液的pH值，三甲胺含量随着pH值的增大而降低（其原因是三甲胺在碱性溶液中呈游离态，在一定的塔顶采出量条件下可将三甲胺脱除）。利用汽提塔采出一定量的三甲胺浓缩液，处理后样品中三甲胺的含量大幅下降，样液颜色无变化。

2.2 汽提法处理工艺优化

采用AspenPlus软件对三甲胺的脱除工艺进行模拟计算，考察各因素对三甲胺脱除的影响，结合实验数据优化工艺条件。

2.2.1 进料温度的影响

固定pH值为9.5、总理论塔板数为15、进料位置在第3块板、塔顶采出量为200kg·h－1，考察进料温度对塔底热负荷和三甲胺含量的影响，结果如图2所示。

由图2可见，进料温度对塔底热负荷有显著的影响，提高进料温度可以大幅降低塔底的公用工程蒸汽消耗量，同时也会导致塔底三甲胺含量略有增加，但是影响不大。综合考虑，选取适宜的进料温度为55℃。

2.2.2 总理论塔板数的影响

固定其它工艺参数同2.2.1，进料温度为55℃，考察总理论塔板数对塔底三甲胺含量的影响，结果如图3所示。

图2 进料温度对塔底热负荷和三甲胺含量的影响Fig.2 The effects of feed temperature on heat load and trimethylamine content at bottom

由图3可见，总理论塔板数对塔底三甲胺含量有较明显的影响，增加总理论塔板数有利于三甲胺的脱除，但当总理论塔板数多于15块板后对三甲胺的脱除影响不大。因此，选取适宜的总理论塔板数为15。

2.2.3 进料位置的影响

固定其它工艺参数同2.2.1，进料温度为55℃，考察进料位置对塔底三甲胺含量的影响，结果如图4所示。

由图4可见，进料位置为第3块板时，三甲胺脱除效果最好。因此，选取适宜的进料位置在第3块板。

2.2.4 塔顶采出量的影响

固定其它工艺参数同2.2.1，进料温度为55℃，考察塔顶采出量对塔底热负荷和三甲胺含量、塔顶采出温度的影响，结果如图5、图6所示。

图3 总理论塔板数对塔底三甲胺含量的影响Fig.3 The effect of the total number of theoretical plate number on trimethylamine content at bottom

图4 进料位置对塔底三甲胺含量的影响Fig.4 The effect of feed entrance point on trimethylamine content at bottom

图5 塔顶采出量对塔底热负荷和三甲胺含量的影响Fig.5 The effects of output quantity of top tower on heat load and trimethylamiue content at bottom

由图5、图6可见：塔顶采出量对塔底热负荷、塔底三甲胺含量及塔顶采出温度具有显著影响，增加采出量有利于三甲胺的脱除，但是会导致塔底公用工程蒸汽消耗量增加；采出量过少又会导致采出温度过低，无法使用工业低温水。综合考虑选取适宜的塔顶采出量为200kg·h－1，此时塔顶采出温度为40℃，可采用工业低温水进行冷却，塔底三甲胺含量低于20×10－6，达到厂方的要求。

图6 塔顶采出量对塔顶采出温度的影响Fig.6 The effect of output quantity of top tower on output temperature

3 结论

用汽提法处理甜菜碱胺化液，在pH值为9.5、进料温度为55℃、总理论塔板数为15、进料位置在第3块板、塔顶采出量为200kg·h－1的优化条件下，可以有效脱除甜菜碱中的三甲胺，处理后三甲胺的含量低于20×10－6，达到厂方要求。

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