从畜禽粪便厌氧酸化液分离提取己酸、庚酸、辛酸的方法

摘要

本发明属于有机酸分离方法领域，具体涉及一种从畜禽粪便厌氧酸化液分离提取己酸、庚酸、辛酸的方法，包括如下步骤：A、固液分离；B、有机酸萃取；C、回收萃取剂；D、多级减压精馏。本发明从畜禽粪便厌氧酸化液分离提取己酸、庚酸、辛酸的方法采用固液分离去除大颗粒悬浮物可提高萃取效率；固液分离后的混合酸液无需进行调酸处理，直接进行萃取，萃取率达95％以上；采用常压低温蒸馏回收萃取剂工艺，避免低沸点短链有机酸挥发，联合控制塔釜和塔顶温度，实现92％以上萃取剂高效回收；多级减压精馏，可分别获得高纯度的己酸、庚酸和辛酸；实现富含中链脂肪酸的畜禽粪便厌氧酸化液的高值化利用，有利于推动中链脂肪酸生物合成工艺的发展和应用。

说明书

技术领域

本发明属于有机酸分离方法领域，具体涉及一种从畜禽粪便厌氧酸化液分离提取己酸、庚酸、辛酸的方法。

背景技术

畜禽粪污厌氧消化处理过程可产生乙酸、丙酸、丁酸和戊酸等中间代谢产物，这些短链脂肪酸(C2～C5)在外源电子供体乙醇或乳酸的驱动下可发生碳链延长反应(反向β氧化过程)使得部分短链脂肪酸转化为高附加价值的中链脂肪酸，进而得到含有短链脂肪酸和中链脂肪酸的混合有机酸溶液(Liang S,Wan C.Carboxylic acid production frombrewer's spent grain via mixed culture fermentation.[J].BioresourceTechnology,2015,182:179-183.)。相对于短链脂肪酸，中链脂肪酸具有以下优点：(1)碳链长且C/O比高，热值高；(2)水相中溶解度低，易于分离；(3)可用于合成生物燃料和化学品，如生物柴油和合成树脂等；(4)用于饲料添加剂等。

然而未经分离的混合有机酸溶液难以直接工业化应用，因此为避免资源浪费，进一步提高混合有机酸溶液的实际应用价值，需对畜禽粪污厌氧发酵液中具有较高附加值的己酸、庚酸和辛酸等中链脂肪酸进行分离提取。近年来，相关学者对简单底物的厌氧发酵液中中链脂肪酸的分离提取进行了初步探索，如CN 107382708A公开了一种生物发酵液中提取己酸的方法，该方法的技术方案包括除菌、调酸、有机萃取、破乳和低温减压蒸馏；Kucek等(Kucek L A,Spirito C M,Angenent L T.High n-caprylate productivities andspecificities from dilute ethanol and acetate:chain elongation withmicrobiomes to upgrade products from syngas fermentation[J].Energy&Environmental Science,2016,9(11):3482-3494.)通过脱气膜液液反相萃取工艺，实现了有机酸碳链延长反应过程中链脂肪酸的高效萃取，再经碱液回收(pH≈9.0)获得了高浓度的混合中链脂肪酸盐溶液，该工艺仅实现了中链脂肪酸与短链脂肪酸的高效分离，但未实现各中链脂肪酸的有机分离。

现有研究或专利多针对单一中链脂肪酸己酸的提取工艺进行探讨，对从混合脂肪酸中分别获取高纯度己酸、庚酸和辛酸的提取工艺还未见相关报道。

发明内容

本发明正是针对上述技术问题，提供一种从畜禽粪便厌氧酸化液分离提取己酸、庚酸、辛酸的方法，包括如下步骤：

A、固液分离：对含有中链脂肪酸的畜禽粪便厌氧酸化液进行固液分离，去除悬浮物，留下上清液；

B、有机酸萃取：在上清液中加入疏水性有机溶剂，将有机酸从水相中萃取至有机相得到有机相混合溶液；

C、回收萃取剂：将有机相混合溶液常压低温蒸馏，回收萃取剂，留下混合有机酸溶液；

D、多级减压精馏：对混合有机酸溶液进行多级减压精馏，具体步骤如下：

D1、控制精馏塔内压力为10KPa，塔顶温度为75～80℃，精馏获取短链挥发性脂肪酸；

D2、控制精馏塔内压力为5KPa，塔顶温度为120～130℃，精馏获取己酸；

D3、控制精馏塔内压力为2KPa，塔顶温度为120～130℃，精馏获取庚酸；

D4、控制精馏塔内压力为2KPa，塔顶温度为130～140℃，精馏获取辛酸。

其中，步骤A所述固液分离为将含有混合有机酸的生物发酵液在4500rpm条件下离心10～15min，然后通过孔径200um不锈钢过滤器去除大颗粒悬浮物。

其中，步骤B所述疏水性有机溶剂为甲基叔丁基醚。

其中，步骤B所述有机酸萃取，按照上清液：甲基叔丁基醚质量比为(3～5):1进行萃取。

其中，步骤C所述常压低温蒸馏，将蒸馏塔釜和塔顶温度分别控制在60～80℃和50～55℃，当塔顶温度下降至50℃以下时，停止蒸馏。

其中，所述畜禽粪便优选为猪粪。

本发明的有益效果：

本发明通过固液分离、有机酸萃取、萃取剂回收和减压精馏处理后，可分别获得高纯度的己酸、庚酸和辛酸，同时实现短链有机酸的回用。该系统具有以下优点和效果：

(1)采用固液分离去除大颗粒悬浮物可提高萃取效率。

(2)固液分离后的混合酸液无需进行调酸处理，直接进行多级萃取，减少调酸操作程序且实现有机酸萃取率达95％以上；

(3)采用常压低温蒸馏回收萃取剂工艺，避免低沸点短链有机酸挥发，联合控制塔釜和塔顶温度，实现92％以上萃取剂高效回收，降低成本。

(4)多级减压精馏，可分别获得高纯度的己酸、庚酸和辛酸；实现混合有机酸溶液的高值化利用，有利于推动中链脂肪酸生物合成工艺的发展和应用。

附图说明

图1为实施例中一种从畜禽粪便厌氧酸化液分离提取己酸、庚酸、辛酸的方法的工艺流程图。

图中，SCFAs为短链脂肪酸，MCCAs为中链脂肪酸。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明公开了一种从畜禽粪便厌氧酸化液中分离提取己酸、庚酸、辛酸的方法。下面结合工艺流程图(见图1)和实施例，对该发明进行说明，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。该分离方法包括厌氧发酵液固液分离、有机溶剂萃取、萃取剂回收和多级减压精馏等4部分。具体按下述步骤进行：1)通过固液分离除去发酵液中大颗粒悬浮物，上清液进行下一步处理；2)在固液分离后的上清液中加入疏水性有机溶剂，将有机酸从水相中萃取至有机相；3)含酸有机相进行常压低温蒸馏，使有机酸与萃取剂高效分离，回收萃取剂，实现循环利用；4)对提取出的混合有机酸溶液进行多级减压精馏，依次获得混合短链脂肪酸和高纯度的己酸、庚酸和辛酸。

实施例1

本实施例包括如下步骤：

A、固液分离：将含有中链脂肪酸的畜禽粪便厌氧酸化液在4500rpm条件下离心10～15min，然后通过孔径200um不锈钢过滤器去除大颗粒悬浮物，留下上清液。

B、有机酸萃取：采用疏水性甲基叔丁基醚作为萃取剂，按照上清液：甲基叔丁基醚质量比为2:1、5:1、10:1，磁力搅拌约10min使其充分混合后倒至于分液漏斗中进行分液，下层为水相，上层为有机相；对水相如此反复萃取3-4次，将每个处理所得有机相分别混合成为有机相混合溶液。甲基叔丁基醚质量比为2:1、5:1、10:1处理的有机酸萃取率分别为97.1％、96.8％、92.7％，其中2:1和5:1的萃取率差异不显著，而10:1比5:1有机酸萃取率降低了4.2％。

C、回收萃取剂：常压条件下，对甲基叔丁基醚质量比为5:1萃取得到的有机相进行蒸馏，将蒸馏塔釜和塔顶温度分别控制在60～80℃和50～55℃，当塔顶温度下降至50℃以下时，停止蒸馏。蒸馏出的甲基叔丁基醚通过冷凝回收，萃取剂回收率为92％。

D、精馏：减压精馏采用带回流比的填料柱进行，分为两个处理，具体参数设置和回收率如下：

①控制精馏塔内压力为10KPa，塔顶温度为70～80℃，短链脂肪酸回收率为95％；控制精馏塔内压力为5KPa，塔顶温度为120℃，己酸回收率为90％；控制精馏塔压力为2KPa，塔顶温度为120～130℃和130～140℃，庚酸(C7)和辛酸(C8)回收率分别为85％和90％。

②控制精馏塔内压力为10KPa，塔顶温度为70～80℃，短链脂肪酸回收率为95％；保持精馏塔内压力为10KPa，塔顶温度为120℃，己酸回收率仅为80％；控制精馏塔压力为5KPa，塔顶温度为120～130℃和130～140℃，庚酸(C7)和辛酸(C8)回收率均低于70％。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，也应视为本发明的保护范围。