CN102816055B - 一种利用海水淡化膜分离技术处理衣康酸发酵废母液的新工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种利用海水淡化膜分离技术处理衣康酸发酵废母液的新工艺，该工艺首先利用电渗析设备分离出衣康酸发酵废母液中的无机阴离子，然后以氢氧化钠溶液将衣康酸母液进行离子化，再将离子化的衣康酸母液用离心泵送入到双极膜电渗析设备的盐室，并与双极膜产生的氢离子结合生成衣康酸，最后将衣康酸溶液重复浓缩结晶，提取制备衣康酸。本发明工艺可使衣康酸发酵废母液资源化，提高发酵法生产衣康酸的总收率，降低生产成本，同时该工艺中所用的氢氧化钠溶液可重复利用，无需外部持续加入，而且本发明工艺还具有流程短、操作简便，没有二次污染，能耗较低等优点。

Description

一种利用海水淡化膜分离技术处理衣康酸发酵废母液的新工艺
技术领域
本发明涉及一种从衣康酸发酵废母液中提取衣康酸的方法，具体涉及一种利用海水淡化膜分离技术从衣康酸发酵废母液中提取衣康酸的新工艺。
背景技术
衣康酸又名亚甲基丁二酸、亚甲基琥珀酸或分解乌头酸，是一种不饱和的二元有机酸。衣康酸含有两个羧基(—COOH)和一个亚甲基(—CH2—)并且含有不饱和双键，这决定了它具有十分活泼的化学性质，能进行各种加成反应、酯化反应和聚合反应，是一种应用前景十分广阔的化工中间体。
目前，衣康酸的生产方法有合成法和发酵法，合成法又主要为柠檬酸合成法和顺酐合成法。柠檬酸合成法由于成本高工业上不宜采用；顺酐合成法的优点是生产成本低，选择性高，但是目前尚未实现工业化；而发酵法原料易得，工艺技术成熟，是国际上工业生产普遍采用的方法。目前国内通用的从发酵液中分离提取衣康酸的方法是重结晶法，在粗结晶阶段对结晶分离的母液已重复浓缩结晶二至三次，但最后一次母液中所含饱和浓度的衣康酸无法回收利用，而且由于其中含有大量的杂酸、残糖、色素、蛋白等杂质，如果返回到前面流程的任何环节中去，都很难将这些杂质分离出去，反而会在过程中重复积累，所以只能放弃，产生大量的废母液。
衣康酸废母液是发酵法生产衣康酸的主要废弃物之一，其主要成分是衣康酸和残糖，SO42-、Cl-等无机阴离子含量较高，COD含量达304800mg/L，BOD值为60000mg/L，pH值为2.0～2.5，直接排放既污染了环境又造成了资源浪费。
研究衣康酸发酵废母液中衣康酸的回收技术，对进一步提高衣康酸收率、减少资源浪费，节能减排、提高经济效益具有重要的意义。
发明内容
基于上述技术问题，本发明提供一种利用海水淡化膜分离技术处理衣康酸发酵废母液的新工艺。
其技术解决方案是：
一种利用海水淡化膜分离技术处理衣康酸发酵废母液的新工艺，包括以下步骤：
（1）将衣康酸发酵废母液送入电渗析设备中，在直流电场的作用下，废母液中的无机阴离子进入电渗析设备的浓缩室，衣康酸停留在电渗析设备的淡化室；
（2）将电渗析设备的淡化室中脱除无机阴离子后的衣康酸母液与氢氧化钠溶液混合反应，得到衣康酸盐溶液；
（3）将反应得到的衣康酸盐溶液送入到三隔室的双极膜电渗析设备的盐室中，在直流电场的作用下，衣康酸根离子穿过阴离子交换膜进入到双极膜电渗析设备的酸室，并与双极膜产生的氢离子结合生成衣康酸，钠离子穿过阳离子交换膜进入到双极膜电渗析设备的碱室，并与双极膜产生的氢氧根离子结合生成氢氧化钠；
（4）将双极膜电渗析设备的酸室中所得的衣康酸水溶液重复浓缩结晶，即得衣康酸。
步骤（2）中，所述氢氧化钠溶液需添加过量，即氢氧化钠溶液的添加量需确保其能够与衣康酸母液中的衣康酸反应完全。
步骤（3）中，所述三隔室的双极膜电渗析设备的酸室与盐室的体积比为1∶1～1∶3，所述三隔室的双极膜电渗析设备的碱室与盐室的体积比为1∶1～1∶3。
步骤（3）中，所述三隔室的双极膜电渗析设备的碱室中生成的氢氧化钠可重复利用到步骤（2）中，氢氧化钠溶液无需外部持续加入。
本发明的有益技术效果是：
本发明首先利用电渗析设备分离出衣康酸发酵废母液中的无机阴离子，然后以氢氧化钠溶液将衣康酸母液进行离子化，再利用双极膜电渗析设备将离子化的衣康酸母液分离，并经重复浓缩结晶，提取制备衣康酸；本发明工艺可使衣康酸发酵废母液资源化，提高发酵法生产衣康酸的总收率，降低生产成本，同时该工艺中所用的氢氧化钠溶液可重复利用，而且本发明工艺还具有流程短、操作简便，没有二次污染，能耗较低等优点。
具体实施方式
实施例1
将衣康酸发酵废母液利用离心泵送入到电渗析设备中循环脱除无机阴离子，在直流电场的作用下废母液中的无机阴离子穿过阴离子交换膜进入到电渗析设备的浓缩室，阳离子穿过阳离子交换膜进入到电渗析设备的浓缩室，衣康酸停留在电渗析设备的淡化室。停留在淡化室中的衣康酸母液脱除了无机阴离子，衣康酸的收率在90%以上。在脱除无机阴离子过程中保持各隔室的膜面流速相等，维持在5.0cm/s，保持电流密度在10mA/cm2~20mA/cm2。
向脱盐后的衣康酸母液中加入稍过量的氢氧化钠溶液，保证氢氧化钠的量能与全部的衣康酸反应，得到衣康酸盐溶液。将衣康酸盐溶液用离心泵送入到三隔室的双极膜电渗析设备的盐室，在直流电场的作用下双极膜将水解离成氢离子和氢氧根离子，衣康酸根离子穿过阴离子交换膜进入到双极膜电渗析设备的酸室与氢离子结合生成衣康酸，钠离子穿过阳离子交换膜进入到双极膜电渗析设备的碱室与氢氧根离子结合生成氢氧化钠，残糖、色素、蛋白等杂质停留在盐室中。控制双极膜电渗析设备的酸室与盐室的体积比为1:2，碱室与盐室的体积比为1:2，各室膜面流速在3cm/s~5cm/s，电流密度在10mA/cm2~30mA/cm2。将双极膜电渗析设备的酸室中生成的衣康酸溶液进行两次浓缩结晶可得到纯度为94.8%的衣康酸，双极膜电渗析设备的碱室中生成的氢氧化钠溶液可重复利用，即可继续与脱盐后的衣康酸母液反应。
实施例2
将衣康酸发酵废母液利用离心泵送入到电渗析设备中循环脱除无机阴离子，在直流电场的作用下废母液中的无机阴离子穿过阴离子交换膜进入到电渗析设备的浓缩室，阳离子穿过阳离子交换膜进入到电渗析设备的浓缩室，衣康酸停留在电渗析设备的淡化室。停留在淡化室中的衣康酸母液脱除了无机阴离子（SO42-、Cl-等），衣康酸的收率在90%以上。在脱除无机阴离子过程中保持各隔室的膜面流速相等，维持在5.0cm/s，保持电流密度在10mA/cm2~20mA/cm2。
向淡化室中脱盐后的衣康酸母液中加入稍过量的氢氧化钠溶液，保证氢氧化钠的量能与全部的衣康酸反应，得到衣康酸盐溶液。将衣康酸盐溶液用离心泵送入到三隔室的双极膜电渗析设备的盐室，在直流电场的作用下双极膜将水解离成氢离子和氢氧根离子，衣康酸根离子穿过阴离子交换膜进入到双极膜电渗析设备的酸室与氢离子结合生成衣康酸，钠离子穿过阳离子交换膜进入到双极膜电渗析设备的碱室与氢氧根离子结合生成氢氧化钠，残糖、色素、蛋白等杂质停留在盐室中。控制双极膜电渗析设备的酸室与盐室的体积比为1:3，碱室与盐室的体积比为1:3，各室膜面流速在3cm/s~5cm/s，电流密度在10mA/cm2~30mA/cm2。将双极膜电渗析设备的酸室中生成的衣康酸溶液进行三次浓缩结晶可得到纯度为96.8%的衣康酸，双极膜电渗析设备的碱室中生成的氢氧化钠溶液可返回淡化室中重复利用，即继续与脱盐后的衣康酸母液反应。

Claims (2)

1.一种利用海水淡化膜分离技术处理衣康酸发酵废母液的新工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将衣康酸发酵废母液送入电渗析设备中，在直流电场的作用下，废母液中的无机阴离子进入电渗析设备的浓缩室，衣康酸停留在电渗析设备的淡化室；
(2)将电渗析设备的淡化室中脱除无机阴离子后的衣康酸母液与氢氧化钠溶液混合反应，得到衣康酸盐溶液；
(3)将反应得到的衣康酸盐溶液送入到三隔室的双极膜电渗析设备的盐室中，在直流电场的作用下，衣康酸根离子穿过阴离子交换膜进入到双极膜电渗析设备的酸室，并与双极膜产生的氢离子结合生成衣康酸，钠离子穿过阳离子交换膜进入到双极膜电渗析设备的碱室，并与双极膜产生的氢氧根离子结合生成氢氧化钠；
(4)将双极膜电渗析设备的酸室中所得的衣康酸水溶液重复浓缩结晶，即得衣康酸；
步骤(2)中，所述氢氧化钠溶液的添加量需确保其能够与衣康酸母液中的衣康酸反应完全；
步骤(3)中，所述三隔室的双极膜电渗析设备的酸室与盐室的体积比为1∶1～1∶3，所述三隔室的双极膜电渗析设备的碱室与盐室的体积比为1∶1～1∶3。
2.根据权利要求1所述的一种利用海水淡化膜分离技术处理衣康酸发酵废母液的新工艺，其特征在于：步骤(3)中，所述三隔室的双极膜电渗析设备的碱室中生成的氢氧化钠可重复利用到步骤(2)中。
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