專(zhuān)利名稱：植物源煙堿間歇式碳化脫羧提取工藝及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從煙草中提取煙堿的工藝，特別是涉及一種間歇式碳化脫羧提取工藝。
背景技術(shù)：
煙堿，又名尼古丁(nicotine)，是一種重要的生物堿，可以用于防治蔬菜、果樹(shù)等作物病蟲(chóng)害的無(wú)公害化農(nóng)藥及制藥原料等用途。煙堿存在于煙草中，主要以有機(jī)酸鹽的形式存在。到目前為止，煙堿的提取方法可歸納為“浸取-萃取-反萃”、“離子交換”、“加堿蒸餾(干餾)”等。它們都需要使用有機(jī)溶劑萃取、蒸餾，不可避免地存在著有機(jī)溶劑的損失 和廢液、廢渣造成的環(huán)境污染。國(guó)內(nèi)以及國(guó)外也有“超臨界二氧化碳提取法”和“膜分離提取”的報(bào)道，但終因?yàn)樵O(shè)備昂貴、成本過(guò)高或膜制備麻煩、膜壽命太短而難以工業(yè)化生產(chǎn)。以上這些提取方法存在的共同缺點(diǎn)是無(wú)法解決“提取率、能耗、污染”的尖銳矛盾。按生產(chǎn)I噸98 %的煙堿計(jì)算，若要保證總產(chǎn)率為81 %，則每步產(chǎn)率應(yīng)不低于90 %。加堿蒸餾法，若欲使第一步的提取率達(dá)到90%，需耗標(biāo)準(zhǔn)煤90噸。另外，馮世型的專(zhuān)利技術(shù)，采用I噸煙葉加I噸5%的氫氧化鈉水溶液，放置2小時(shí),在260 270°C下密閉干懼,直至無(wú)氣體逸出的方法,一方面由于煙草中煙堿的含量一 般在I 3%，煙堿鹽轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的鈉鹽后不易分解，過(guò)量的氫氧化鈉將使焦油皂化生成脂肪酸鈉鹽，這些有機(jī)酸鈉鹽均有表面活性，容易起泡，煙堿的沸點(diǎn)又與操作溫度接近，導(dǎo)致煙堿不易揮發(fā)出去，因此，欲獲得90%的提取率必定耗廢較長(zhǎng)的時(shí)間；另一方面，畢竟仍需蒸發(fā)與煙葉質(zhì)量相同的水，且產(chǎn)生的廢渣成分復(fù)雜，不易后處理。李殿福的專(zhuān)利技術(shù)《用干餾法從煙桿煙茬中提取煙堿的方法》，雖然原則上也適用于從低次煙葉中提取煙堿，但用“煙桿煙茬質(zhì)量的2. 0-3. 0倍”的水分四級(jí)吸收“干餾氣體”，眾所周知，煙堿易隨水蒸氣揮發(fā)，煙堿吸收率難以保證。王星敏等的的專(zhuān)利技術(shù)《一種提取煙堿的微生物處理工藝》，工序多、耗時(shí)長(zhǎng)，污水難處理。2000年7月20日，由李森蘭、郁兆蓮、李冠峰設(shè)計(jì)申請(qǐng)的專(zhuān)利《從煙草中提取煙堿新工藝(公開(kāi)號(hào)1335315)》因采用的連續(xù)生產(chǎn)的碳化脫羧設(shè)備存在缺陷，故申請(qǐng)者自行放棄了專(zhuān)利權(quán)。由此可見(jiàn)，上述現(xiàn)有技術(shù)顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進(jìn)一步改進(jìn)。為了解決上述存在的問(wèn)題，相關(guān)廠商莫不費(fèi)盡心思來(lái)謀求解決之道，但長(zhǎng)久以來(lái)一直未見(jiàn)適用的工藝被發(fā)展完成。因此如何能提出一種新的煙堿提取工藝，實(shí)屬當(dāng)前重要研發(fā)課題之一，亦成為當(dāng)前業(yè)界極需改進(jìn)的目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，而提供一種新的植物源煙堿間歇式碳化脫羧提取工藝，所要解決的技術(shù)問(wèn)題是使其解決“提取率、能耗、污染”之間的矛盾，既能把生產(chǎn)成本大幅度地降下來(lái)，克服連續(xù)進(jìn)料進(jìn)行碳化脫羧的設(shè)備面臨的困難，又能基本實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題是采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的一種植物源煙堿間歇式碳化脫羧提取工藝，其包括以下步驟第一步，將煙葉通過(guò)加熱碳化脫羧；第二步，將第一步得到的液體和氣體通過(guò)硫酸吸收液和位于硫酸吸收液上層的液體石蠟處理；第三步，將第二步得到的水相濃縮。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。前述的植物源煙堿間歇式碳化脫羧提取工藝，其中所述的第一步驟是將煙葉加熱到450 600°C，無(wú)氧條件下，使煙葉中碳水化合物碳化、有機(jī)酸煙堿鹽分解。前述的植物源煙堿間歇式碳化脫羧提取工藝，其中在所述第二步中，當(dāng)水相pH ^ 4時(shí)，將有機(jī)相和水相離心分離，所得水相含有硫酸鹽堿形式煙堿。 前述的植物源煙堿間歇式碳化脫羧提取工藝，其中所述第二步驟是在三級(jí)吸收裝置中完成，每一級(jí)吸收裝置中放置質(zhì)量濃度為60 80%的硫酸和液體石臘。前述的植物源煙堿間歇式碳化脫羧提取工藝，其中所述硫酸質(zhì)量濃度為70%。前述的植物源煙堿間歇式碳化脫羧提取工藝，其中所述吸收裝置還可以含有第四級(jí)吸收裝置，放置濃度20 30%的氫氧化鈉溶液，用于吸收C02。前述的植物源煙堿間歇式碳化脫羧提取工藝，其中將所述第二步得到的水相濃縮至煙堿含量20%，得到硫酸煙堿濃縮液；或?qū)⑺龅诙降玫降乃酀饪s至煙堿含量40±0. 5%，得到硫酸煙堿。前述的植物源煙堿間歇式碳化脫羧提取工藝，該工藝還包括第四步，將第三步驟所得硫酸煙堿濃縮液鹽析分離的步驟。前述的植物源煙堿間歇式碳化脫羧提取工藝，其中所述鹽析分離步驟包括加入飽和碳酸鈉溶液到無(wú)氣泡產(chǎn)生；加入無(wú)水硫酸鈉，使體系中約50%的游離水能轉(zhuǎn)化為十水硫酸納的結(jié)晶水；靜置；分尚有機(jī)相和無(wú)機(jī)相，得到含有粗煙喊的有機(jī)相，和是硫酸納晶體/飽和溶液的無(wú)機(jī)相。前述的植物源煙堿間歇式碳化脫羧提取工藝，該工藝還包括第五步，將第四步驟所得有機(jī)相真空蒸餾的步驟。前述的植物源煙堿間歇式碳化脫羧提取工藝，所述第五步驟包括將含有粗煙堿的有機(jī)相用無(wú)水硫酸鈉干燥過(guò)夜，然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下真空蒸餾。前述的植物源煙堿間歇式碳化脫羧提取工藝，所述真空蒸餾包括第一級(jí)真空蒸餾和第二級(jí)真空蒸餾，所得第二級(jí)真空蒸餾餾身為煙堿。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題還采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的一種用于上述工藝的裝置，該裝置主要包括間歇式碳化脫羧設(shè)備，用于煙葉加熱碳化脫羧；連接間歇式碳化脫羧設(shè)備的氣體和液體吸收裝置，用于碳化脫羧后所得氣體和液體的吸收；連接氣體和液體吸收裝置的濃縮罐，用于將氣體和液體吸收裝置處理后所得水相濃縮。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。前述的工藝裝置，所述工藝裝置還包括位于氣體和液體吸收裝置和濃縮罐之間的離心裝置，用于將氣體和液體吸收裝置處理后所得水相和有機(jī)相離心分離；連接濃縮罐的鹽析分離槽，用于將濃縮后所得硫酸煙堿濃縮液鹽析分離；以及連接鹽析分離槽的真空蒸餾裝置，用于將鹽析分離后所得有機(jī)相真空蒸餾。前述的工藝裝置，所述氣體和液體吸收裝置是三級(jí)吸收裝置，每一級(jí)吸收裝置中放置質(zhì)量濃度為60 80%的硫酸和液體石蠟。前述的工藝裝置，所述氣體和液體吸收裝置還包括第四級(jí)吸收裝置，放置濃度20 30%的氫氧化鈉溶液,用于吸收CO2。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果。借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明至少具有下列優(yōu)點(diǎn)及有益效果本工藝除了用少量的液體石蠟收集煙焦油、茄尼醇等外，不使用其它任何有機(jī)溶齊U，其中有機(jī)相吸收茄尼醇飽和后，茄尼醇呈固相懸浮。第一步產(chǎn)生的大量炭除用于本步驟加熱爐和鍋爐加熱之外還可以對(duì)外銷(xiāo)售；酸、堿吸收后的尾氣(CO2),引入加熱爐中燒掉。負(fù)壓濃縮產(chǎn)生的多余蒸發(fā)水也不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。徹底解決了煙草廢渣、有機(jī)溶劑、萃取或離子交換廢水、發(fā)酵臭氣的環(huán)境污染。不需額外提供燃料，也大大減少了 CO2的排放量，基本實(shí)現(xiàn)了清潔生產(chǎn)。煙堿提取率可達(dá)86%以上，生產(chǎn)成本降為5.5萬(wàn)元/噸。目前，煙堿含量彡98%的產(chǎn)品市場(chǎng)價(jià)為57萬(wàn)元/噸，煙堿含量> 99 %的產(chǎn)品市場(chǎng)價(jià)為120萬(wàn)元/噸，可見(jiàn)，本發(fā)明可以使低次煙葉、煙桿搖身變寶，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益。另外，低次煙葉中茄尼醇的含量為0. 3 3%，其價(jià)格粗產(chǎn)品100元/kg，精制到90%以上，2. I萬(wàn)元/kg。本發(fā)明富集了茄尼醇，進(jìn)一步研究提取成功后，也將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。綜上所述，本發(fā)明植物源煙堿間歇式碳化脫羧提取工藝，在技術(shù)上有顯著的進(jìn)步，具有明顯的積極效果，誠(chéng)為一新穎、進(jìn)步、實(shí)用的新設(shè)計(jì)。上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，詳細(xì)說(shuō)明如下。


圖I是本發(fā)明植物源煙堿間歇式碳化脫羧提取工藝的主要工藝流程圖；圖2是本發(fā)明植物源煙堿間歇式碳化脫羧提取工藝的詳細(xì)工藝流程圖；圖3是本發(fā)明間歇式碳化脫羧設(shè)備；圖4是圖3中的12、23、24、21相鄰區(qū)域的局部放大圖；圖5為氣、液體吸收裝置圖；圖6為圖5中的氣液吸收罐34的法蘭蓋42的俯視圖。
具體實(shí)施例方式為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提出的植物源煙堿間歇式碳化脫羧提取工藝，其具體實(shí)施方式
、方法、步驟、特征及其功效，詳細(xì)說(shuō)明如后。如圖I所示，是本發(fā)明的工藝流程圖。該工藝主要包括步驟第一步，將煙葉通過(guò)加熱碳化脫羧；第二步，將第一步得到的液體和氣體通過(guò)硫酸和液體石蠟吸收；、
第三步，將第二步得到的水相濃縮。本發(fā)明所用的煙葉包括煙葉的莖和低次煙葉。在上述第一步驟之前，還包括對(duì)所用煙草的預(yù)處理步驟，該步驟包括，將采用常規(guī)粉碎方法，將煙葉粉碎至最大尺寸< 5cm。在上述第一步驟中，具體而言是將煙葉放在一個(gè)密閉的反應(yīng)裝置中，無(wú)氧條件下，將煙葉加熱到450 600°C，優(yōu)選500 550°C，保持該溫度50 60分鐘，實(shí)現(xiàn)煙草中的碳
水化合物碳化、有機(jī)酸煙堿鹽分解、煙堿、水分、煙焦油、茄尼醇揮發(fā)。
碳水化合物的碳化反應(yīng)碳水化合物4 C + H2O' 有機(jī)酸煙堿脫羧分解反應(yīng)有機(jī)酸煙堿—煙堿+烴+ CO2+CO >
煙焦油、游離水:煙焦油、游離水4煙焦油+ H2O在本步驟中，為了更好的滿足無(wú)氧條件，煙葉優(yōu)選壓實(shí)狀態(tài)放入反應(yīng)裝置中。如本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，將煙葉分層放入，并在每層煙葉上放置一定重量的物體。本步驟產(chǎn)生的炭可以用作炭燃料，循環(huán)利用于該碳化脫羧步驟，或作為燃料出售。在上述第二步驟中，具體而言是將第一步餾出的液體和氣體依次通過(guò)含有質(zhì)量濃度為60 80%的硫酸和位于硫酸上層的液體石蠟層，則煙堿以硫酸鹽堿的形式進(jìn)入水相，烴、煙焦油進(jìn)入有機(jī)相(液體石蠟)。另外，優(yōu)選的硫酸的質(zhì)量濃度為70%。當(dāng)水相pH > 4時(shí)，將有機(jī)相和水相離心分離，分出有機(jī)相、水相和固相；水相為本發(fā)明所需的，其含有硫酸鹽堿形式的煙堿。所得有機(jī)相可以用作硫酸吸收液繼續(xù)使用，5-6次利用后還可以用作上述第一步碳化脫羧的燃料。固相可以通過(guò)提取得到茄尼醇。在本發(fā)明中，優(yōu)選的將硫酸和液體石蠟置于三級(jí)吸收裝置中，當(dāng)?shù)谝患?jí)吸收裝置的水相PH彡4時(shí)，取下第一級(jí)吸收裝置，依照上述離心分離步驟，得到所需水相。而后把二、三級(jí)依次升級(jí)為一、二級(jí)，并補(bǔ)充第三極吸收裝置。優(yōu)選的，本發(fā)明還可以含有第四級(jí)吸收裝置，放置濃度20 30%的氫氧化鈉溶液，用于吸收CO2，吸收液二氧化碳飽和后用作配制碳酸鈉飽和溶液，第四級(jí)的吸收尾氣可以送入第一步用作燃料。當(dāng)PH彡9時(shí)，更換第四級(jí)吸收裝置。在上述第三步驟中，將第二步驟所得水相濃縮至煙堿含量40±0. 5%，即得到本發(fā)明產(chǎn)品2硫酸煙堿。將第二步驟所得水相濃縮至煙堿含量20%，得到硫酸煙堿濃縮液?？梢圆捎贸Ｒ?guī)的紫外分光光度法測(cè)定煙堿的含量。該步驟所述濃縮包括所有常規(guī)所用濃縮方法。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，采用負(fù)壓、常規(guī)加熱器加熱濃縮，溫度為140 150°C，壓力為(3. 0 4. 0) X103Pa。如圖2所示，本發(fā)明植物源煙堿間歇式碳化脫羧提取工藝，還包括第四步，將第三步驟所得硫酸煙堿濃縮液鹽析分離的步驟。具體的說(shuō)，在第三步驟所得煙堿含量20%的硫酸煙堿濃縮液中，加入飽和碳酸鈉溶液，其摩爾數(shù)量與第二步所用硫酸摩爾數(shù)量相等，邊加邊攪拌，直到無(wú)氣泡產(chǎn)生為止。根據(jù)體系中的總水量，逐步加入能使體系中約50%的游離水轉(zhuǎn)化為十水硫酸鈉的結(jié)晶水的無(wú)水硫酸鈉粉末，攪拌后密閉靜置，分離有機(jī)相和無(wú)機(jī)相，得到含有粗煙堿的有機(jī)相。所得無(wú)機(jī)相為硫酸鈉晶體/飽和溶液，過(guò)濾后加熱干燥可得硫酸鈉副產(chǎn)品，所得濾液經(jīng)負(fù)壓濃縮后，經(jīng)結(jié)晶、過(guò)濾處理，得十水硫酸鈉，加熱干燥十水硫酸鈉得無(wú)水硫酸鈉。本發(fā)明植物源煙堿間歇式碳化脫羧提取工藝，還包括第五步，將第四步驟所得有機(jī)相真空蒸餾的步驟。具體的說(shuō)，將含有粗煙堿的有機(jī)相用無(wú)水硫酸鈉干燥過(guò)夜，然后用傾倒法取出粗煙堿，氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下真空蒸餾。本發(fā)明真空蒸餾包括第一級(jí)真空蒸餾和第二級(jí)真空蒸餾，都是在氮?dú)獗Ｗo(hù)下完成。第一級(jí)真空蒸餾得95%的煙堿，第二級(jí)真空蒸餾得98%以上的純煙堿。第一級(jí)真空蒸餾的餾頭，可以用于配制酸吸收液；餾尾用作燃料；第二級(jí)真空蒸餾的餾身即為98%以上的純煙堿。若要得到用途更為廣泛的高純度煙堿，取第二級(jí)真空蒸餾餾身的“精華”部分作為99%以上的高純煙堿(試劑)，餾身其余部分作為制藥等其他行業(yè)使用。第二級(jí)真空蒸餾的餾頭、餾尾返第一級(jí)真空蒸餾。下面結(jié)合可以用于本發(fā)明工藝的裝置，對(duì)本發(fā)明的具體操作過(guò)程和工藝參數(shù)做出詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明工藝的裝置主要包括間歇式碳化脫羧設(shè)備、氣體和液體吸收裝置、離心裝置、濃縮罐、鹽析分離槽、以及真空蒸餾裝置。
如圖3所示，是本發(fā)明間歇式碳化脫羧設(shè)備。其中，I為加熱爐；2為加熱爐⑴的爐膛；3為爐膛夾套，5mm鋼板制成，固定于爐膛內(nèi)；4為碳化脫羧罐(鑄鐵或碳鋼)；5為碳化脫羧罐4的轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)軌；6為碳化脫羧罐4的吊環(huán)；7為煙葉(壓實(shí))；8為滾動(dòng)球80 100mm，鑄鐵)；9為碳化脫羧罐4的法蘭；10為銅質(zhì)密封圈；11為碳化脫羧罐4的法蘭蓋；
12為爐膛夾套蓋(兩瓣、環(huán)形)；13為氣體導(dǎo)出管(不銹鋼，304材質(zhì)，下同)；14為自來(lái)水噴淋頭(塑料或鐵鍍鋅)；15為散熱片(不銹鋼)；16為轉(zhuǎn)動(dòng)手輪±200°轉(zhuǎn)動(dòng))；17為耐油橡膠管；18、19為氣液出口閥門(mén)A、B(不銹鋼)；20為冷卻水接收槽；21為熱電偶；22為溫度指示儀；23為熱電偶套管(不銹鋼)；24為保護(hù)罩(不銹鋼)；25為保護(hù)罩24底部的孔洞；26碳化脫羧罐4的移動(dòng)小車(chē)；27為移動(dòng)小車(chē)26的導(dǎo)軌；28為碳化脫羧罐4的轉(zhuǎn)動(dòng)滾輪(X4) ；29為移動(dòng)小車(chē)26的平動(dòng)滾輪(X4)。圖4為圖3中的12、23、24、21相鄰區(qū)域的局部放大圖。其中12為爐膛夾套3的兩瓣環(huán)形蓋之一部；23為熱電偶套管之一部；24為保護(hù)罩之一部；21為熱電偶。圖5為氣、液體吸收裝置圖。其中，30為放液閥；31為氣液噴頭；32為氣液管；33為液位計(jì)；34為氣液吸收罐；35為螺栓；36為耐油橡膠密封墊；37為耐油橡膠管；38、39為氣液進(jìn)口閥門(mén)C、D ；40為吸收液加料口密封蓋；41為放空閥；42為氣液吸收罐34的法蘭蓋；43、44為氣體出口閥門(mén)E、F ；45為取樣管；46為止回閥；47為氣泡；48為有機(jī)相；49為無(wú)機(jī)相；50為氣液吸收罐34的支腿；51為轉(zhuǎn)向輪。圖4中，除液位計(jì)33管、耐油橡膠密封墊36、吸收液加料口密封蓋37的耐油橡膠墊、氣液吸收罐34的支腿49、轉(zhuǎn)向輪50外，均為不銹鋼材質(zhì)。圖6為圖5中的氣液吸收罐34的法蘭蓋42的俯視圖。其中，52為吸收液加料口 ；53為視鏡孔(或照明)，54為尾氣管，其余同圖5。接下來(lái)，具體介紹在上述裝置中，從煙葉中間歇式碳化脫羧提取煙堿的工藝。一、加料過(guò)程取出熱電偶21和耐油橡膠管17，打開(kāi)爐膛夾套蓋12。將另配的軌道車(chē)(圖未示)推至爐膛夾套3 口，并將軌道車(chē)上部的導(dǎo)軌與爐膛夾套3內(nèi)的導(dǎo)道27銜接。拉出碳化脫羧罐4，并將其固定在軌道車(chē)上。卸下碳化脫羧罐4的法蘭蓋11，清理積碳，取出滾動(dòng)球8。移動(dòng)軌道車(chē)，把碳化脫羧罐4運(yùn)到煙葉加料場(chǎng)。用吊車(chē)把碳化脫羧罐4吊放在煙葉加料臺(tái)上，開(kāi)口向上。
把煙葉粉碎至最大尺寸彡5cm，先加入IOkg煙葉并壓實(shí)，加入一個(gè)滾動(dòng)球8，以后每加入15kg煙葉加入一個(gè)滾動(dòng)球8，最后再加入5kg煙葉，合上碳化脫羧罐4的法蘭蓋11，并擰緊其螺栓使不漏氣。重新把碳化脫羧罐4吊到軌道車(chē)上的碳化脫羧罐4的移動(dòng)小車(chē)26上，將其推到爐膛夾套3的開(kāi)口處，而后依照取出時(shí)的逆過(guò)程將設(shè)備復(fù)原。二、碳化脫羧過(guò)程點(diǎn)火加熱,每10分鐘,轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪一次,每次轉(zhuǎn)動(dòng)180°。當(dāng)溫度指示儀顯示溫度100°C及其以上時(shí)，開(kāi)啟冷卻水循環(huán)泵，使自來(lái)水噴淋頭14噴水冷卻散熱片15。當(dāng)溫度為500°C時(shí)，繼續(xù)加熱45分 I小時(shí)，當(dāng)滾動(dòng)球8在碳化脫羧罐4中滾動(dòng)自如時(shí)，可認(rèn)為碳化脫羧過(guò)程進(jìn)行結(jié)束。 三、氣、液吸收過(guò)程在進(jìn)行碳化脫羧過(guò)程前，分別在第一、二、三級(jí)吸收裝置中，加入60 80%的硫酸溶液50公斤和液體石蠟5公斤；在第四級(jí)氣液吸收裝置中加入25%的氫氧化鈉溶液50kg。把氣液出口閥門(mén)B 19用耐油橡膠管37與第一級(jí)吸收裝置的氣液進(jìn)口閥門(mén)C 38連接；把第一級(jí)氣液吸收裝置的出口閥門(mén)F 44用耐油橡膠管與第二級(jí)氣液吸收裝置的氣液入口閥門(mén)C 38相連，如此直到第三級(jí)氣液吸收裝置；第三極氣液吸收裝置的尾氣通過(guò)耐油橡膠管連接至第四級(jí)氣液吸收裝置的入口，第四級(jí)氣液吸收裝置的尾氣，經(jīng)橡膠管、止回閥、鐵管送至加熱爐。當(dāng)煙葉碳化完畢后，關(guān)閉氣液出口閥門(mén)B 19和第一級(jí)氣液吸收裝置進(jìn)口閥門(mén)C38，打開(kāi)放空閥41。得到的液體和氣體進(jìn)入吸收裝置中，進(jìn)行硫酸和液體石蠟吸收過(guò)程。根據(jù)原料煙葉的煙堿含量，煙堿提取率按95%計(jì)算，判斷第一級(jí)氣液吸收裝置的無(wú)機(jī)相的煙堿吸收飽和度并提前進(jìn)行PH檢測(cè)。檢測(cè)時(shí)，先用洗耳球通過(guò)取樣管45吹氣5次以上，而后用玻璃棒蘸取無(wú)機(jī)相吸收液，用廣泛pH試紙測(cè)定。當(dāng)pH > 4時(shí)，另取一根耐油橡膠管，把氣液出口閥門(mén)A 18與第二級(jí)氣液吸收裝置的氣液進(jìn)口閥門(mén)D 39相連接，并打開(kāi)第二級(jí)氣液進(jìn)口閥門(mén)D 39和氣液出口閥門(mén)A 18，接著關(guān)閉第一級(jí)氣液進(jìn)口閥門(mén)C 38和氣液出口閥門(mén)B 19以及第一級(jí)氣液吸收裝置氣體出口閥門(mén)F 44，斷開(kāi)第一級(jí)氣液吸收裝置與系統(tǒng)的連接，并移開(kāi)之。取下第一級(jí)吸收裝置，而后把二、三級(jí)依次升級(jí)為一、二級(jí)，并補(bǔ)充第三級(jí)吸收裝置。用耐油橡膠管和橡膠管將其并行連接在第三級(jí)與第四級(jí)吸收罐上，打開(kāi)被連接的氣液入口和出口閥門(mén)，而后關(guān)閉原第三、四級(jí)氣液吸收裝置連接氣液進(jìn)、出口閥門(mén)，并斷開(kāi)之。檢測(cè)第四級(jí)氣液吸收裝置的無(wú)機(jī)相pH值，先用洗耳球通過(guò)取樣管45吹氣5次以上，而后用玻璃棒蘸取無(wú)機(jī)相吸收液，用廣泛PH試紙測(cè)定，當(dāng)pH彡9時(shí)，更換第四級(jí)氣液吸收罐，并用橡膠管將其安裝于第三級(jí)氣液吸收罐空閑的氣液出口閥門(mén)與尾氣單向閥之間，關(guān)閉先前工作的第三級(jí)氣液出口閥門(mén)，斷開(kāi)其連接，并移開(kāi)之。四、吸收液的離心分離無(wú)機(jī)相pH彡4的第一級(jí)吸收罐的吸收液為成品吸收液，將其放入離心機(jī)中進(jìn)行離心分離。而后將液相轉(zhuǎn)移至分液裝置中分出有機(jī)相和水相。清理離心桶壁上的固相，保存，用作提取茄尼醇的原料。分離出的無(wú)機(jī)相離心分離液進(jìn)入下一步操作。五、無(wú)機(jī)相離心分離液的濃縮過(guò)程
將無(wú)機(jī)相離心分離液靠負(fù)壓吸入到濃縮罐中，液面高度以超過(guò)加熱器10 15cm為宜，關(guān)閉進(jìn)料閥門(mén)。當(dāng)體系真空度達(dá)到所用真空泵的極限真空(3.0 4.0) X IO3Pa后，開(kāi)始加熱，當(dāng)液體沸騰(體系溫度是其壓力和溶液濃度的函數(shù))并有餾出物后，緩緩開(kāi)啟進(jìn)料閥門(mén)，維持濃縮罐液面基本不變，直到濃縮液的煙堿含量經(jīng)紫外分光光度法測(cè)定符合目標(biāo)要求。若將硫酸鹽堿溶液至煙堿含量20%左右，進(jìn)入下一步，用于生產(chǎn)高純度煙堿；若將硫酸鹽堿溶液濃縮至煙堿含量40±0. 5%，即得硫酸鹽堿。六、鹽析分離過(guò)程將煙堿含量為20%的硫酸鹽堿溶液轉(zhuǎn)入鹽析分離槽，理論上應(yīng)加入與其所含硫酸鹽堿等摩爾的碳酸鈉飽和溶液。邊加邊攪拌，該過(guò)程有大量氣泡產(chǎn)生，因此加料應(yīng)“慢-快-慢”，碳酸鈉飽和溶液未加完，已經(jīng)沒(méi)有氣泡生成，可終止加料；加完后仍有氣泡產(chǎn)生，則應(yīng)補(bǔ)加。
根據(jù)體系中的總水量，逐步加入能使體系中約50 %的游離水轉(zhuǎn)化為十水硫酸鈉的結(jié)晶水的無(wú)水硫酸鈉粉末，攪拌、蓋上鹽析分離槽蓋子，靜置24小時(shí)，水相有大量十水硫酸鈉晶體析出，有機(jī)相為粗煙堿，分出有機(jī)相。七、真空蒸餾過(guò)程用無(wú)水硫酸鈉干燥粗煙堿過(guò)夜。用傾倒法取出粗煙堿，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，真空蒸餾用無(wú)水硫酸鈉干燥過(guò)的粗煙堿。餾頭用作配制酸吸收液；餾尾用作燃料；餾身作為本步產(chǎn)品進(jìn)入下一級(jí)真空蒸餾。在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，二次真空蒸餾上一級(jí)真空蒸餾產(chǎn)品。餾頭、餾尾均返回上一級(jí)真空蒸餾；餾身即為本發(fā)明的高純度煙堿。截取餾身中的一小部，可得99%以上的純煙堿。八、硫酸鈉的回收過(guò)程把步驟五步得到的水相過(guò)濾，所得晶體即為十水硫酸鈉(副產(chǎn)品)，將其放在爐膛夾套3中干燥，即得本發(fā)明所用的無(wú)水硫酸鈉。將上一步所得濾液轉(zhuǎn)移至負(fù)壓濃縮罐濃縮、結(jié)晶可得十水硫酸鈉。實(shí)施例I本實(shí)施例中采用如下原料、輔料
低次煙葉(含煙堿2. 1%，產(chǎn)地河南省洛陽(yáng)市)2000kg
硫酸(工業(yè)，98%)26 kg
氫氧化鈉(工業(yè)品，96%)30 kg
液體石蠟(工業(yè)品，市售)20 kg
氮?dú)?工業(yè)品，市售)5 kg
廣泛pH試紙(市售)I本將上述低次煙葉粉碎至最大尺寸< 5cm，按照本發(fā)明前述操作放置到碳化脫羧罐中。點(diǎn)火加熱，控制溫度為500 550°C，繼續(xù)加熱45分 I小時(shí)，當(dāng)滾動(dòng)球8在碳化脫羧罐4中滾動(dòng)自如時(shí)，可認(rèn)為碳化脫羧過(guò)程進(jìn)行結(jié)束。得到的氣體和液體進(jìn)入吸收裝置中。該裝置分別在第一、二、三級(jí)吸收裝置中，力口A 70%的硫酸溶液36. 3公斤和液體石蠟5公斤；在第四級(jí)氣液吸收裝置中加入25%的氫氧化鈉溶液50kg。當(dāng)?shù)谝患?jí)吸收裝置中無(wú)機(jī)相當(dāng)pH彡4時(shí)，取下第一級(jí)吸收裝置。將第一級(jí)吸收罐的吸收液放入離心機(jī)中進(jìn)行離心分離。而后將液相轉(zhuǎn)移至分液裝置中分出有機(jī)相和水相。將無(wú)機(jī)相離心分離液靠負(fù)壓吸入到濃縮罐中，加熱，將硫酸鹽堿溶液濃縮至煙堿含量40±0. 5% (紫外分光光度法測(cè)定)，即為產(chǎn)品硫酸鹽堿。實(shí)施例2本實(shí)施例中，至濃縮步驟前操作相同。下面詳述 不同的部分。在濃縮罐中將硫酸鹽堿溶液濃縮至煙堿含量20%左右(紫外分光光度法測(cè)定)。將上述煙堿含量為20%的硫酸鹽堿溶液210kg轉(zhuǎn)入鹽析分離槽，加入碳酸鈉飽和溶液至無(wú)氣泡產(chǎn)生，邊加邊攪拌。根據(jù)體系中的總水量，逐步加入能使體系中約50%的游離水轉(zhuǎn)化為十水硫酸鈉的結(jié)晶水的無(wú)水硫酸鈉粉末117kg，攪拌、蓋上鹽析分離槽蓋子，靜置24小時(shí)，分離出有機(jī)相。用無(wú)水硫酸鈉干燥有機(jī)相并過(guò)夜，得粗煙堿。用傾倒法取出粗煙堿，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，真空蒸餾；在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，二次真空蒸餾上一級(jí)真空蒸餾產(chǎn)品，得到的餾身，即為本發(fā)明的高純度煙堿。稱重得到煙堿 36. 4kg，產(chǎn)率 86. 7%0本項(xiàng)目的產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)經(jīng)常規(guī)測(cè)試方法如表I所示。表I本項(xiàng)目產(chǎn)品硫酸鹽堿、煙純堿與文獻(xiàn)值的比較表
權(quán)利要求
1.一種植物源煙堿間歇式碳化脫羧提取工藝，其特征在于其包括以下步驟第一步，將煙葉通過(guò)加熱碳化脫羧； 第二步，將第一步得到的液體和氣體通過(guò)硫酸吸收液和位于硫酸吸收液上層的液體石蠟處理； 第三步，將第二步得到的水相濃縮。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的植物源煙堿間歇式碳化脫羧提取工藝，其特征在于其中所述的第一步驟是將煙葉加熱到450 600°C，無(wú)氧條件下，使煙葉中碳水化合物碳化、有機(jī)酸煙堿鹽分解。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的植物源煙堿間歇式碳化脫羧提取工藝，其特征在于其中在所述第二步中，當(dāng)水相PH > 4時(shí)，將有機(jī)相和水相離心分離，所得水相含有硫酸鹽堿形式煙、堿。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的植物源煙堿間歇式碳化脫羧提取工藝，其特征在于其中所述第二步驟是在三級(jí)吸收裝置中完成，每一級(jí)吸收裝置中放置質(zhì)量濃度為60 80%的硫酸和液體石蠟。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的植物源煙堿間歇式碳化脫羧提取工藝，其特征在于其中所述硫酸質(zhì)量濃度為70%。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的植物源煙堿間歇式碳化脫羧提取工藝，其特征在于其中所述吸收裝置還可以含有第四級(jí)吸收裝置，放置濃度20 30%的氫氧化鈉溶液，用于吸收C02。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的植物源煙堿間歇式碳化脫羧提取工藝，其特征在于其中將所述第二步得到的水相濃縮至煙堿含量20%，得到硫酸煙堿濃縮液；或?qū)⑺龅诙降玫降乃酀饪s至煙堿含量40±0. 5%,得到硫酸煙堿。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的植物源煙堿間歇式碳化脫羧提取工藝，其特征在于該工藝還包括第四步，將第三步驟所得硫酸煙堿濃縮液鹽析分離的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的植物源煙堿間歇式碳化脫羧提取工藝，其特征在于其中所述鹽析分離步驟包括加入飽和碳酸鈉溶液到無(wú)氣泡產(chǎn)生；加入無(wú)水硫酸鈉，使體系中約50%的游離水能轉(zhuǎn)化為十水硫酸鈉的結(jié)晶水；靜置；分離有機(jī)相和無(wú)機(jī)相，得到含有粗煙堿的有機(jī)相，和是硫酸鈉晶體/飽和溶液的無(wú)機(jī)相。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的植物源煙堿間歇式碳化脫羧提取工藝，其特征在于該工藝還包括第五步，將第四步驟所得有機(jī)相真空蒸餾的步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的植物源煙堿間歇式碳化脫羧提取工藝，其特征在于所述第五步驟包括將含有粗煙堿的有機(jī)相用無(wú)水硫酸鈉干燥過(guò)夜，然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下真空蒸餾。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的植物源煙堿間歇式碳化脫羧提取工藝，其特征在于所述真空蒸餾包括第一級(jí)真空蒸餾和第二級(jí)真空蒸餾，所得第二級(jí)真空蒸餾餾身為煙堿。
13.一種用于如權(quán)利要求I所述工藝的裝置，其特征在于，該裝置主要包括 間歇式碳化脫羧設(shè)備，用于煙葉加熱碳化脫羧； 連接間歇式碳化脫羧設(shè)備的氣體和液體吸收裝置，用于碳化脫羧后所得氣體和液體的吸收； 連接氣體和液體吸收裝置的濃縮罐，用于將氣體和液體吸收裝置處理后所得水相濃縮。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的工藝裝置，其特征在于，所述工藝裝置還包括 位于氣體和液體吸收裝置和濃縮罐之間的離心裝置，用于將氣體和液體吸收裝置處理后所得水相和有機(jī)相離心分離； 連接濃縮罐的鹽析分離槽，用于將濃縮后所得硫酸煙堿濃縮液鹽析分離； 以及連接鹽析分離槽的真空蒸餾裝置，用于將鹽析分離后所得有機(jī)相真空蒸餾。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的工藝裝置，其特征在于，所述氣體和液體吸收裝置是三級(jí)吸收裝置，每一級(jí)吸收裝置中放置質(zhì)量濃度為60 80%的硫酸和液體石臘。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的工藝裝置，其特征在于，所述氣體和液體吸收裝置還包括第四級(jí)吸收裝置，放置濃度20 30%的氫氧化鈉溶液，用于吸收C02。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)于一種植物源煙堿間歇式碳化脫羧提取工藝及其裝置。該工藝包括第一步，將煙葉通過(guò)加熱碳化脫羧；第二步，將第一步得到的液體和氣體通過(guò)硫酸吸收液和位于硫酸吸收液上層的液體石蠟處理；第三步，將第二步得到的水相濃縮。本發(fā)明解決了“提取率、能耗、污染”之間的矛盾，既能把生產(chǎn)成本大幅度地降下來(lái)，克服連續(xù)進(jìn)料進(jìn)行碳化脫羧的設(shè)備面臨的困難，又能基本實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C07C33/02GK102731473SQ20111008187
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2011年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月1日
發(fā)明者李森蘭 申請(qǐng)人:洛陽(yáng)市甘霖生物技術(shù)有限公司