对国内肌醇生产工艺技术改造的建议
2010-03-29 16:22:26 阅读8 评论0 字号：大中小
| 本帖{zh1}由 yqqlm6 于 2009-8-23 13:34 编辑 我国是世界上主要肌醇出口国，但该行业大多数厂家的生产工艺却还很落后。从现状来看，可以说三十几年一贯制，基本上未有实质性的改进。其消耗高、效益低的突出问题已明显不适应肌醇行业发展的要求。而且也已严重危及到该行业大部分厂家的生存。自上世纪90年代以来，一个十分明显的事实是，当肌醇市场行情（售价）好的时候，肌醇厂家都可正常运营并盈利。一旦行情下滑，众多厂家随即亏损并陷入困境。此间，停产关门者比比皆是。因此，对于现还在运营的肌醇厂家来说，实施技术进步，对传统工艺进行改造和升级换代，从而降低成本、提高效益，应是迫在眉睫的{sx}之举。 一．现行肌醇生产工艺存在的问题 现行肌醇生产工艺，一般是以玉米淀粉生产中排出的玉米浸泡水，用石灰乳中和沉淀制得的粗菲汀（干品或湿品），经打浆、加压水解、中和过滤，脱色、真空浓缩，结晶制得肌醇粗品，将肌醇粗品溶解、净化、再结晶，制得肌醇精品。 多年的生产实践证明，这一工艺，突出存在着原料利用率低、能源消耗高这两个难以xx的问题。此外，还有副产品不能有效利用以及环境污染的问题。 1．原料利用率低 原料利用率，是指实际制得的肌醇与原料中肌醇理论含量之比。对于菲汀原料，我们一般是以有机磷含量来衡量其质量的高低。菲汀中，有机磷的分子量为426，肌醇的分子量为180，二者之比为2.37 。由此，我们可以用有机磷的含量来推算出菲汀中的肌醇含量，即，将有机磷含量除以2.37，就得到菲汀原料的肌醇理论含量。如，现一般的粗菲汀（无水物）的有机磷含量基本为25%左右，含水率约为18%（冬天偏高，夏天则偏低一些）。将其折算为含水菲汀，即为： 25%÷1/(1-18%)×100/100＝20.5% 就是说，上述菲汀，按含水物计算，其有机磷含量为20.5%。将此含量除上2.36，就可得出其肌醇的理论含量： 20.5%÷2.36＝8.69% 由此，我们就可以计算出，用这种原料，每生产一吨肌醇，理论上需要多少吨原料. 1000÷8.69%＝11.51 （吨） 而据笔者了解，现大部分企业，每生产一吨肌醇要耗用原料23吨左右，原料利用率只有50%。 当然，原料利用率不可能达到{bfb}，但应当看到，日本的肌醇生产企业，原料利用率均在85%以上，高者可超过90%。相比之下，差距实在太大。若国内的肌醇企业的原料利用率能达到80%，则每吨肌醇产品的原料消耗即可下降到14吨左右，从而可减少原料消耗8—9吨。 那么，造成这一巨大差距的原因在哪里呢？ （1）菲汀原料的纯度不高，水解率低。纯净的菲汀的有机磷的含量在48%左右，而一般粗菲汀含有机磷只有25%，纯度仅为52%。也就是说，粗菲汀中，除含有52%的有用成分外，还含有48%的杂质。其成分主要是蛋白、多糖，色素等有机杂质，此外还有一些在生产菲汀时，未反应的石灰残余以及泥沙灰尘等无机杂质。这些杂质中，以蛋白和多糖对肌醇的生产危害{zd0}，具体为： a . 蛋白与多糖在水解液中呈胶体状态，增大水解液的粘度，阻滞水解反应的传质，致使水解缓慢且反应不xx，降低原料的水解率。日本肌醇企业的原料水解率可达95%以上，而我国肌醇厂家的原料水解率一般只能达到70%左右，主要原因就是因为他们用于生产的原料的纯度高，有机磷含量在40%以上。而我国的企业所用的原料纯度低，有机磷含量仅有25%。这意味着，我们投入的原料中，有30%未能转化成肌醇，而进入中和过滤的废渣磷酸氢钙中，白白的损失了。 b. 蛋白与多糖在水解时，遇高温会生成各种高分子色素物质，大大增加后工序精制脱色的负荷，加大活性炭用量。在浓缩时，极易形成粘性物质，粘附于浓缩器管道内壁，不仅会降低传热效果，增大蒸汽消耗，严重时，还会阻塞蒸发器循环管道。 c. 蛋白与多糖胶体在结晶过程中，会阻碍结晶的的形成，降低一次结晶率。而在分离肌醇结晶的母液再次浓缩后，蛋白与多糖胶体的浓度更高，肌醇结晶难度更大，最终使相当一部分肌醇随废弃母液而损失掉。 d. 一般菲汀生产都是自然干燥, 干燥时间长, 尤其是高温或阴雨天气, 其中的蛋白质极易**变质发臭, 致使菲汀水解时产生恶臭, 严重污染环境。 上述问题，已困扰国内肌醇行业多年，但至今并无明显改变。 （2）工艺过程中产品损失率过高 产品损失率是指原料水解后，已经生成的肌醇在分离和精制过程中未能收回部分的比例。 这方面的损失包括中和损失、过滤损失、活性炭吸附损失和废弃母液中流失损失 a．中和损失 b. 过滤损失 c. 活性炭吸附损失 d. 废弃母液中流失损失 离心母液经循环利用后，最终因利用价值不高而废弃。但母液中仍有一部分肌醇未能提取出来。近期对某公司的废弃母液取样分析，该母液中的肌醇含量为10%，由此推算，此项损失约为3.5%。 上述四项损失总和，已达20%左右，再加上水解不xx造成的水解损失30%，就可知，国内现行肌醇生产工艺的原料利用率只能达到50%就不奇怪了。 （3）能源消耗过高 肌醇生产的能耗（特别是煤耗），主要发生在水解和浓缩两个工序。要占总能耗的80%。 国内肌醇行业综合统计资料显示，采用现行生产工艺生产每吨肌醇要耗标煤20-25吨，耗电1-1.2万千瓦时。能耗成本达1.5-1.8万元。如此高的能源消耗成本，同样是因为工艺落后而致。 a．原料纯度低，造成水解效率低，能耗高 前边已说过，低纯度的原料造成水解缓慢且水解率低，产品收率也低。因而单位产品的能耗相应就高。如果将原料的纯度提高50%，即有机磷含量提高到36%以上，由于原料纯度高，水解反应容易进行，不仅水解时间可缩短三分之一，水解率也可达90%。由此，投同样多的原料（含有机磷36%），就可多收成品一倍以上，而吨产品的水解能耗料则下降一倍以上。 b.水解液肌醇含量低，造成浓缩能耗高 现工艺中，水解液中和过滤进入浓缩工序时，水解液中的肌醇含量仅约1%，须浓缩到60%左右的浓度，才能进入结晶工序。这样，每生产一吨肌醇，就需蒸发掉90多吨水。这里，若用单效蒸发，需耗用蒸汽100吨，双效蒸发，需蒸汽55吨，三效蒸发，则需蒸汽40吨。将以上蒸汽消耗换算成煤耗，则分别为20吨、11吨和8吨。但是，由于原料中蛋白和多糖类杂质含量高，水解液还不能在真空浓缩中一步浓缩到位，只能浓缩到一定程度后，再用敞口浓缩锅继续浓缩到终点。此时，料液中的蛋白和多糖胶体浓度高、粘度大，蒸发效率低，造成浓缩时间长，浓缩液色泽加深。 而若改用上述高纯度的原料，水解液中的肌醇含量可提高到2%以上，同时，料液中的蛋白和多糖类杂质含量很低，只需浓缩到50%的浓度就可结晶。这样，每生产一吨肌醇，只需蒸发掉40吨水即可。同样，因料液中的蛋白和多糖类杂质含量很低，就可以在真空浓缩中一步浓缩到位，敞口浓缩也就可以革去了。由于蒸发水量减少一倍多，蒸发时间就大大缩短， 煤耗和电耗也就相应下降一倍以上。 二．技改的思路 找到了问题的关键所在，技改的目标和思路就十分清晰了。即，以原料精制为突破口，提高水解率，降低原料、能源消耗；改进精制工艺，降低产品工艺损失；结合三废治理，回收有价值的副产品。 1. 用精制菲汀作生产原料 所谓精制菲汀，是指有机磷含量在36%以上的菲汀。其来源有两个途径。 （1）由菲汀生产厂家改进工艺，采用新技术，直接生产出精制菲汀 如果公司有自己的菲汀生产基地，或者有稳定、可靠的菲汀原料生产供应厂家，可与原料厂家合作，提供技术，直接生产出精制菲汀。然后，按精制菲汀的价格结算（可按有机磷含量定价）。此方案相对投资较少，生产成本较低。 目前肌醇生产所用的菲汀，大都是用玉米淀粉厂的玉米浸渍水加石灰乳中和沉淀制得。由于生产工艺技术粗放，制得的菲汀产品纯度只有50%（有机磷含量25%）左右。此外，排出的废水对环境污染严重，时刻面临环保部门的查处。因此，这一被动局面，也急需从根本上改变。 实际上，玉米浸渍水中，有价值的物质并不止菲汀一种。其中，除含1%左右的菲汀外，还含有2-3%的蛋白和1%左右的乳酸。而后两者的价值都大大高于菲汀，且市场需求和销售价格皆比较稳定。 但是，现行菲汀生产工艺中，只是将大部分菲汀提取出来，其余两者都未加以有效地利用。特别是蛋白，其不仅是使菲汀纯度低的主要原因，更是造成环境污染的祸首。因此，在菲汀生产过程中，首先把蛋白分离出来，实乃上上之策。此举，一是可直接生产出较高纯度的菲汀，为下游的肌醇生产提供优质的原料；二是可大大降低生产废水的处理负荷，使之用较为简单处理方法及较低的处理成本，即可达到排放标准；三是可以得到高质量的饲料蛋白，提高企业的经济效益。可谓“一举三得”。 至于浸渍水中的乳酸，如果具备资金条件，也应提取回收为宜。因为这是一个不消耗原料成本的产品，经济效益是不言而喻的。 （2）用粗菲汀精制后再投料生产肌醇 如果公司没有稳定的原料供应基地，或供应量不足，仍需外购部分粗菲汀补充，则应在投料前，先将粗菲汀精制，再应用于肌醇生产。 精制就是将粗菲汀重新酸化溶解，然后将酸化液净化（分离蛋白及其它杂质）。再用新的中和工艺沉降菲汀，{zh1}经过滤，洗涤得到膏状精制菲汀，直接用于肌醇生产投料。 菲汀精制过程中，同样可得到蛋白副产品，一般收率约为肌醇产量的2-3倍，具有回收价值，应予回收。 菲汀精制过程中，要产生部分废水，其中一半可循环再用，另一半需作必要的处理，使之达标后排放。 2. 改革水解工艺，提高原料水解率，降低水解能耗 现行肌醇水解工艺，由于受蒸汽压力和水解釜耐压的限制，水解压力一般在6-8Kg/cm2，相应的水解温度为160-170℃ ,在此工艺条件下，水解效率并不高。菲汀水解属非均相反应，本来难度就较大，加之反应压力（温度）较低，水解反应更不易彻底。延长水解时间，可使水解效果得到一定程度的改善。但这不仅增加了水解的能耗，也降低了设备的利用率。 因此，在现有的设备条件下，要提高水解效率，除改用精制原料外，还需采用新的水解技术，对原有工艺进行改革。 （1） 水解时添加催化剂 在化工生产中，采用较低压力下进行水解反应时，添加催化剂，可使水解反应速度明显加快。在肌醇生产的水解工序，添加催化剂，同样可以收到满意的效果。不过，这里的关键问题，是选好一种既适用菲汀水解（催化效果好），又不影响肌醇产品的质量，且成本相对较低的催化剂品种。 （2）调整和稳定水解液的酸碱度 现行菲汀水解工艺中，菲汀打浆后，浆液的PH为6.8左右，而{zx1}研究表明，菲汀水解的{zj0}PH条件为4.5-5.5，因此，在水解前，先将菲汀浆液的PH调整为5左右，并在水解过程中，采用连续缓慢中和的工艺，使水解液的PH始终保持在这一水平，从而保证水解反应始终在{zj0}条件下进行。 采用上述工艺改革后，菲汀的水解率有望达到95%左右。 此外，水解结束后，水解液的温度很高，蕴含有可观的热能。这部分热能应加以回收，用来预热下一锅菲汀水解原料，且足以将其预热到100℃，从而节约了水解的蒸汽消耗，并缩短了水解的时间。 3. 改革中和、过滤工艺，降低过滤损失 原工艺是在水解完成后，直接用石灰乳将水解液中和到PH8 ，然后过滤。此工艺存在三个问题：一是中和生成的沉淀物是磷酸钙而非磷酸氢钙。磷酸钙是不定形的细微粒子，具有非常大的表面积，吸附性能强，并与水解液中的蛋白等杂质混合形成胶黏的糊状物，过滤性能差，滤渣含水率大，由此造成的产品损失相应就高；二是磷酸钙的水溶性极低，不适宜作饲料添加剂之用；三是用石灰乳中和，肌醇会和石灰生成络合物沉淀，增加产品的损失。因此，对这一工序的工艺改革十分必要，改革方案如下： （1） 水解液不经中和，直接过滤 采用上述新的水解工艺，水解液在PH5的条件下进行水解反应，水解生成物为磷酸氢钙和肌醇。磷酸氢钙在水中微溶，水解结束后，90%以上的磷酸氢钙都从水解液中析出。此外，磷酸氢钙是结晶体，过滤性能好，滤渣也容易洗涤。因此，对水解液先不进行中和，直接过滤，这样，由于呈晶形的磷酸氢钙滤渣含水率低，由此造成的产品损失也就少。然后，将滤渣采用逆流洗涤法洗涤2-3次，以尽可能地回收滤渣中的残余产品。这样，中和、过滤损失就可以降低到3%以下。 洗涤后的滤渣，可直接烘干，作饲料级磷酸氢钙添加剂售出，其价值应大大高于原工艺的磷酸钙副产品。 （2） 过滤液中和、除杂 以上得到的过滤液，内中还溶有少量的磷酸氢钙，此外，还含有蛋白、糖类和水解过程中生成的各种色素等有机杂质。这些杂质，可在本工序采用新的中和工艺大部予以去除。 4. 采用离子交换树脂对水解过滤液进行精制 离子交换树脂净化水解过滤液，是近年来肌醇行业的先进技术。，它兼有对水解过滤液除杂、脱色之功能，使精制液达到很高的纯度。对简化后工序的工艺过程、提高产品的质量和降低生产成本，都有着重要的意义。 首先，经过离子交换处理的水解过滤液即为高纯度的肌醇稀溶液，浓缩时，效率大大提高，而结晶所需浓度可下降三分之一左右。由此，浓缩时间就可大大缩短，并可一次浓缩到终点。从而使浓缩的能耗大幅度下降，也省去了原来的二次敞口浓缩。 其次，高纯度的肌醇浓缩液，一次结晶即可使产品达到出厂标准。不仅省去了原工艺的粗品结晶、溶化、脱色、除杂、抽滤和再结晶的的设备和操作过程，还可省去或节约产品精制所用的辅助材料消耗。如，省去了甲醇和活性炭的消耗，乙醇的消耗可下降一半。 再者，结晶母液可以全部回收循环，杜绝了原工艺废弃母液排放造成的产品损失。 三. 技改的预期效果 上述技改方案全面实施并正常运转后，生产成本将大幅度下降。 （1）原料水解率可提高到90-95%，产品总损失率可下降至10%以下。由此，原料利用率可提高到80-85%。若折算成原料消耗，则每吨肌醇只需粗菲汀（有机磷含量25%）14吨左右，比原工艺下降约9吨。按现行价1700元/吨计，可减少原料成本1.53万元。 （2）吨产品能源（煤、电）消耗可下降40%，约减少成本0.6万元。 （3）吨产品辅助材料成本下降：不用甲醇，节约成本0.24万元；不用活性炭，节约成本0.3万元；减少乙醇用量，节约成本0.15万元。 以上合计，成本可下降2.82万元。 但采用技改后的新工艺，也要新增加以下几项成本： （1）原料精制成本，每吨肌醇约为0.6万元（若在菲汀厂直接生产精制菲汀，此项约为0.3万元）。 （2）水解催化剂成本，每吨肌醇约为0.3万元。 （3）离子交换树脂再生成本，每吨肌醇约为0.3万元. （4）废水处理成本，每吨肌醇约为0.1万元。 以上合计，新增成本1.3万元。 将节约和新增成本相抵后，每吨产品的成本实际可下降1.53万元。若再保守一些，按其八折测算，则每吨产品的成本下降1.2万元是xx可行的。 此外，将生产过程中产生的副产物加工成相应的商品，同样可产生可观的经济效益。 （1）磷酸氢钙 新工艺产生的磷酸盐，是真正意义上的磷酸氢钙，且含氟量极低，将其烘干后，即为优质的饲料添加剂。每吨肌醇可副产6吨商品磷酸氢钙，按每吨2000元计，可增收1.2万元。扣除烘干、包装成本3000元，净利润9000元。 （2）饲料蛋白 菲汀精制中回收的蛋白，含蛋白质45%以上。干燥后即可作为饲料蛋白商品。目前市场价格为每吨2000元左右。按每吨肌醇可副产2.5吨商品饲料蛋白，可增收5000元。扣除干燥、包装成本2000元，净利润3000元。 两项合计，每吨肌醇的产生的副产品可增收利润1.2万元，保守计，也可达0.8-1.0万元。 |
