Развитие рынка метионина в России напрямую связано с развитием животноводства. Немалый вклад в увеличении продуктивности сельскохозяйственных животных и птиц вносит улучшение кормовой базы: развитие предложения и потребления комбикормов, премиксов, аминокислот и прочих добавок. В статье анализируется нынешнее производство кормового метионина, выделение основных недостатков и способ его улучшения технико-технологических показателей процесса.
Ключевые слова: кормовой метионин, процесс нейтрализации гидролизных растворов, двуокись углерода газообразная, реактор с мешалкой в свободном объеме.
Метионин (DL-2-амино-4-(метилтио)-бутановая кислота, DL-метионин, α-амино-γ-метилтиомасляная кислота) относится к группе серосодержащих аминокислот и является первой незаменимой аминокислотой для животных и птиц. Кормовой метионин — синтетический продукт, производимый химическим путем. Он применяется в рационах питания сельскохозяйственных животных и птиц в виде добавки, особенно при недостатке кормов животного происхождения. При промышленном производстве сельскохозяйственной птицы для обеспечения генетически обусловленной продуктивности определяющей является сбалансированность кормов. Метионин играет важнейшую роль в процессах обмена веществ, роста мышечной массы, способствует быстрому росту молодняка. Недостаток метионина приводит к снижению скорости роста, ухудшению оперяемости птицы, атрофии мускулатуры, ожирению печени, снижению прочности костей.
Промышленный способ синтеза кормового метионина состоит из ряда стадий. В данной работе исследована конечная стадия — нейтрализация гидролизных растворов метионата натрия. Способ выделения метионина из раствора метионата натрия реализуется нейтрализацией метионата натрия серной кислотой, в результате чего получается метионин в виде суспензии.
Уравнение реакции:
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). Реакция нейтрализации водного раствора метионата натрия серной кислотой проходит в системе «жидкость-жидкость». Выход продукта 99,6 %.
Проведенный структурно-функциональный анализ производства кормового метионина на производстве-аналоге позволил выявить ряд недостатков: необходимость удаления выпадающих в осадок процессе реакции сульфата натрия, высоко агрессивная 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 метионина предлагается следующий способ синтеза, который заключается в получении D, L-метионина из водного раствора метионата натрия и газообразной двуокиси углерода [1].
Уравнение реакции:
Реакция проходит при температуре 25 °С и давлении 0,3 МПа. Время стадии синтеза 1–2 минуты, мольное соотношение метионата натрия: двуокись углерода газообразная (1:1). Фазовое состояние системы «газ-жидкость». Выход продукта 99,9 % [2].
Данное усовершенствование предполагает изменение конструкции аппарата, используемого на производстве-аналоге, а именно 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. Поэтому наиболее походящий тип реактора для получения кормового метионина — РМ (реакторы механическим диспергированием газа) [3]. 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. Эти достоинства аппаратов с механическим перемешиванием газожидкостных систем послужили основанием для широкого распространения их в химической промышленности.
Для проведения синтеза метионина, приведенным выше способом необходимо использовать реактор с мешалкой в свободном объеме. Он представляет собой сосуд с мешалкой, под которую через трубу барботер подается газ (рис. 1) [3].
Рис. 1. Реактор с мешалкой в свободном объеме: 1 — сосуд, 2 — винтовая мешалка, 3 — барботирующее устройство
Для избегания вспенивания реакционной массы, добавляют пеногаситель. В качестве пеногасителя можно использовать все соединения, обладающие пеногасящими свойствами. Пеногаситель необходимо применять в виде дисперсии в растворе, так как при этом пеногаситель не концентрируется на поверхности водного раствора, а равномерно распределяется по всему объему. В этих условиях пеногаситель оказывает благоприятное действие на процесс синтеза метионина, и при этом исключается образование метионина в виде тонких пластинок или чешуек. Метионин образуется в виде твердых шарообразных кристаллов, в основном от 100 до 200 мкм [4].
Для организации эффективной работы мешалки в таких аппаратах используют выносные индивидуальные приводы (со стандартными электродвигателями и типовыми редукторами). Винтовые перемешивающие устройства приводятся во вращение от герметического привода с экранированным электродвигателем. Герметические приводы не требуют редукторов.
Герметический привод, присоединяющийся к винтовому перемешивающему устройству, представляет собой асинхронный взрывозащищённый электродвигатель. Статор привода охлаждается посредством масляного термосифона. Масло охлаждается водяной рубашкой (рис. 2) [5].
Рис. 2. Схема герметичного привода: 1 — охлаждающая рубашка, 2 — масляная ванна, 3,4 — статор и ротор асинхронного электродвигателя, 5 — гильза экранирующая из немагнитного материала, 6 — вал, 7 — корпус реакционного аппарат
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.
Литература:
- Пат. 2014012819 Германия, МПК C07C323/58. Способ получения метионина и его соли; заявитель и патентообладатель Evonik Degussa Gmbh — № 20140012819; опубл. 2014–06–27.
- Пат. 22017000867 Китай, МПК C07C323/58. Способ получения метионина; заявитель и патентообладатель Sunresin New Meterials Co Ltd Xi'an — № 20150630; опубл. 2017–01–05.
- Соколов, В. Н. Газожидкостные реакторы / В. Н. Соколов, И. В. Доманский. — Ленинград: Машиностроение, 1976. — 216 с.
- Пат. 2015111118 Китай, МПК C07C323/58. Чистый способ получения метионина; заявитель и патентообладатель Zhejiang Nhu Company Ltd — № 20130106; опубл. 2016–10–27.
- Доманский И. В. Машины и аппараты химических производств / И. В. Доманский. — Ленинград: Машиностроение, 1982. — 384 с.
