CC BY
31ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
УЛУЧШЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРОЦЕССА
СИНТЕЗА МЕТИОНИНА
1 2 Бисалиев М.Б. , Латышова С.Е.
1Бисалиев Марат Бектасович - магистрант;
2Латышова Снежана Евгеньевна - кандидат химических наук, доцент; кафедра технологии органического и нефтехимического синтеза, Волгоградский государственный технический университет, г. Волгоград
Аннотация: развитие рынка метионина в России напрямую связано с развитием животноводства. Немалый вклад в увеличение продуктивности сельскохозяйственных животных и птиц вносит улучшение кормовой базы: развитие предложения и потребления комбикормов, премиксов, аминокислот и прочих добавок. В статье проанализировано нынешнее производство кормового метионина, выделены основные недостатки и предложен способ улучшения технико-технологических показателей процесса. Ключевые слова: кормовой метионин, процесс нейтрализации гидролизных растворов, двуокись углерода газообразная, реактор с мешалкой в свободном объеме.
Метионин относится к группе серосодержащих аминокислот и является первой незаменимой аминокислотой для животных и птиц. Он применяется в рационах питания сельскохозяйственных животных и птиц в виде добавки, особенно при недостатке кормов животного происхождения.
Промышленный способ синтеза кормового метионина состоит из ряда последовательных стадий. В данной работе исследована конечная стадия - нейтрализация гидролизных растворов, представляющая собой реакцию водного раствора метионата натрия и серной кислоты, в результате чего получается метионин в виде суспензии.
Уравнение реакции:
КН2
СН3-8-СН2-СН2-СН+ 0,75 Ка2С03 + 1,25 Н2804--
СОСЖа
(1)
ин2
-- СН3—Б-СН2—СН2—СН + 1,25 Ка2804 +0,75 С02+ 0,75 Н20
СООН
Реакция проводится при температуре 135 ± 2 °С и давлении 0,3-0,35 МПа. Время стадии синтеза 3-5 минут, мольное соотношение метионат натрия : серная кислота (1:1,6). Фазовое состояние системы «жидкость-жидкость». Выход продукта 99,6%.
Проведенный структурно-функциональный анализ производства кормового метионина позволил выявить ряд недостатков: необходимость удаления выпадающего в осадок в процессе реакции сульфата натрия, дикетопиперазида, высокоагрессивная среда, невозможность регенерации серной кислоты.
На основании проведенного анализа научно-технической и патентной литературы предложен вариант совершенствования получения кормового метионина. Для устранения выделенных недостатков и повышения эффективности рассматриваемого производства
предлагается новый способ синтеза метионина с использованием водного раствора метионата натрия и газообразной двуокиси углерода [1]. Уравнение реакции:
1Ш2 >гн2
СН3-8-СН2-СН2-СН + Н20+С02->► СН3-8-СН2-СН2-СН+ КаНС03 (2)
СОО№ СООН
Реакция проходит при температуре 25 °С и давлении 0,3 МПа. Время стадии синтеза 1-2 минуты, мольное соотношение метионат натрия : двуокись углерода газообразная (1:1). Фазовое состояние системы «газ-жидкость». Выход продукта 100 % [2].
Для проведения синтеза метионина, приведенным выше способом необходимо использовать реактор с мешалкой в свободном объеме. Он представляет собой сосуд с мешалкой и барботирующим устройством для подачи газа (рисунок 1) [3].
Рис. 1. Реактор с мешалкой в свободном объеме:1 - сосуд, 2 - пропеллерная мешалка, 3 - барботирующее устройство
Данное усовершенствование предусматривает изменение конструкции аппарата, используемого на производстве-аналоге - замену емкостного реактора с наружным змеевиком для обогрева паром, снабженный внешним смесителем с циркуляцией реакционной массы на реактор с мешалкой в свободном объеме для проведения реакции «газ-жидкость».
Основным параметром, характеризующим эффективность реакторов для систем «газ -жидкость», является поверхность контакта фаз. В данном процессе необходимо интенсивное перемешивание реакционной смеси, вследствие возможного выпадения в осадок метионина в процессе реакции. При механическом перемешивании жидкости, вследствие развитой турбулентности, достигается наиболее тонкое диспергирование газа, что при достаточно высоком газосодержании создает большую удельную поверхность контакта фаз и обеспечивает возможность обработки неоднородных жидкостей с сильно отличающимися плотностями составляющих компонентов [3].
В качестве перемешивающего устройства необходимо использовать пропеллерную мешалку. Пропеллерные мешалки считаются наиболее эффективными, когда необходимо создать значительную циркуляцию при минимальном расходе механической энергии. Данный вид мешалки создает осевую циркуляцию за счет насосного эффекта, поэтому они легко поднимают твердые частицы со дна сосуда и используются для получения суспензий [4].
Произведен технологический расчет реактора, обеспечивающий условия протекания реакции. В результате был рассчитан и подобран в соответствии с действующими стандартами реактор смешения непрерывного действия для обеспечения производительности метионина 28000 т/год. Основные технические характеристики реактора: объем V=6,3 м3, диаметр D=1800 мм, высота H=2960 мм. Площадь теплообменной поверхности рубашки 14,8 м2.
Таким образом, данная модернизация позволит отказаться от использования серной кислоты, что сократит закупочные цены, цены на транспортировку, а также устранит высоко агрессивную среду и продлит срок службы аппаратуры, уменьшит температуру реакции и время стадии синтеза, тем самым сократит затраты на энергоресурсы. Позволит использовать газообразную двуокись углерода, которая производится на производстве -аналоге, получить ценный побочный продукт гидрокарбонат натрия, который можно использовать на предыдущих стадиях синтеза метионина.
Список литературы
1. Пат. 2014012819 Германия, МПК C07C323/58. Способ получения метионина и его соли; заявитель и патентообладатель Evonik Degussa Gmbh. № 20140012819; опубл. 2014-06-27.
2. Пат. 22017000867 Китай, МПК C07C323/58. Способ получения метионина; заявитель и патентообладатель Sunresin New Meterials Co Ltd Xi'an. № 20150630; опубл. 2017-01-05.
3. Соколов В.Н. Газожидкостные реакторы / В.Н. Соколов, И.В. Доманский. Ленинград: Машиностроение, 1976. 216 с.
4. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии / А.Г. Касаткин. 10-е изд., перераб. и доп. Москва: Альянс, 2004. 753 с.
