CN106748648A - 一种1,3‑丙二醇发酵液脱盐除杂系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种1,3‑丙二醇发酵液脱盐除杂的方法，该方法包括以下步骤：PDO膜过滤滤液电渗析脱盐，第一脱盐液利用多效蒸发脱水，脱水得到的PDO浓缩液进行粗馏进行提纯，最后粗馏釜底物进行刮板蒸发除杂，该方法充分利用了刮板蒸发器适用于高粘度、含盐有机物的蒸发的特点，改进和完善了传统PDO发酵液电渗析脱盐工艺，解决了残留在PDO浓缩液中盐在粗馏塔中结垢，导致设备生产能力下降的问题，为PDO连续稳定生产提供了有利保障。

Description

一种1,3-丙二醇发酵液脱盐除杂系统及方法

技术领域

本发明属于生物化工领域，特别涉及到发酵法生产1,3-丙二醇过程的脱盐除杂的系统及方法。

背景技术

1,3-丙二醇（PDO）是一种重要的化工原料，是合成记忆纤维聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT）的关键原料。PTT纤维是一种性质优良的新型纤维，既具有棉料的柔软性又有尼龙的韧性、回弹性和抗紫外线等优点，因此成为众多化纤企业研究开发的重点。PDO的生产主要有生物法与化学法，生物法和化学法PDO生产技术长期被两个跨国公司——杜邦公司和壳牌公司垄断，使得PTT纤维一直无法大规模生产。直到近年来国内的清华大学、大连理工大学和华东理工大学经过不断努力，开发了具有自主知识产权的生物法PDO生产技术，逐渐打破了国外公司对PDO生产技术的垄断。这其中以清华大学的生物法PDO生产技术最为成熟和先进，其PDO产量高、提取收率高、产品质量稳定。我公司与清华大学合作开发PDO生产技术，实施生物法PDO技术工业化生产，以满足集团内部PTT聚合工厂的需求。

生物法PDO技术利用微生物发酵发生产PDO，微生物代谢过程中产生PDO的同时，还产生丁二酸、乙酸、乳酸等有机酸，为了维持发酵液的pH值中性，通过自控系统往发酵液中自动流加30%的氢氧化钠溶液，因此发酵结束后，发酵液中盐含量达到2-3%。

现有的PDO发酵液的脱盐方法主要有：电渗析法（王晓琳，龚燕，唐宇等.电渗析用于1,3-丙二醇发酵液的脱盐工艺[P].中国专利：031048714.2003-2-21）、离子交换法（王崇辉.1,3-丙二醇发酵液中菌体、蛋白及色素的脱除方法[P].中国专利：200510047504.X.2005-10-19）、纳滤脱盐法（金平、王领民、王崇辉等.微生物发酵生产1,3-丙二醇的方法[P].中国专利：200710011414.4.2008-11-19.）、醇沉法（修志龙，张代佳，高素军等. 微生物发酵液中提取分离1,3-丙二醇的方法[P]. 中国专利：031335845. 2003-6-2.）、浓缩结晶法（刘德华，杨德华，郝健等. 一种发酵法生产1,3-丙二醇的提取工艺[P].中国专利：2007100655588.2007-4-16.）等。

离子交换脱盐法脱盐率高，但用于PDO发酵液的脱盐存在树脂需频繁再生，产生大量酸碱废液等缺点，难以实现工业化放大。纳滤脱盐法通常用于蛋白质浓缩和反渗透的预处理过程，对于PDO发酵液中一价盐的脱除率极低，无法满足PDO发酵液脱盐工艺要求。醇沉法用于PDO发酵液的脱盐同样存在脱盐率低，乙醇用量大、能耗高等缺点。

我公司采用清华大学首创技术电渗析脱盐技术进行PDO发酵液的脱盐（王晓琳，龚燕，唐宇等.电渗析用于1,3-丙二醇发酵液的脱盐工艺[P].中国专利：031048714.2003-2-21；雷跃永，罗吉安，杨德华. 异相离子交换膜用于1,3-丙二醇发酵液的电渗析脱盐工艺[P]. 中国专利：2008100566299. 2008-1-23）。然而，电渗析的脱盐率为90-95%，因此电渗析脱盐后，发酵液中依旧有0.1-0.3%的盐，经过多效蒸发脱水，PDO浓缩液中盐含量增大到0.4%-1.8%，PDO浓缩液需要进行二次脱盐除杂，PDO浓缩液在后续粗馏提纯过程中出现再沸器结垢、传热效率下降等问题。发明人针对这一现象，提出了电渗析、粗馏与刮板蒸发组合式脱盐除杂方法，充分利用了刮板蒸发器适用于高粘度、含盐有机物的蒸发的特点，改进和完善了传统PDO发酵液电渗析脱盐工艺，解决了残留在PDO浓缩液中盐在粗馏塔中结垢，导致设备生产能力下降等问题，为PDO连续稳定生产提供了有利保障。

发明内容

因而，本发明提供了一种高脱盐率、高收率、连续稳定运行的1,3-丙二醇发酵液脱盐除杂的方法及系统。

一种1,3-丙二醇发酵液脱盐除杂的系统，所述系统包括：电渗析脱盐装置、多效蒸发装置、粗馏装置、刮板蒸发器；电渗析脱盐装置，其用于膜过滤滤液的第一次脱盐，脱出PDO发酵液中90-95%的盐；多效蒸发装置，其与所述电渗析装置相连接，用于对所述电渗析装置中得到的第一脱盐液的蒸发脱水，将第一脱盐液中的水脱除至含水量25-50%；粗馏装置，其与所述多效蒸发装置相连接，用于PDO浓缩液的粗馏提纯，将PDO浓缩液中的大部分PDO蒸馏；刮板蒸发器，其与所述粗馏装置相连接，用于PDO物料的二次脱盐。

一种1,3-丙二醇发酵液脱盐除杂的方法，包括以下步骤：

1）经过陶瓷膜过滤除菌除蛋白后的PDO膜过滤滤液采用电渗析脱除90～95%的盐，电渗析脱盐后PDO物料的电导率降低至2000μs/cm以下；

2）对步骤1）中得到的第一脱盐液采用多效蒸发脱水，将第一脱盐液中的水含量降低至25～50%；

3）采用有2～5块塔板的粗馏塔将步骤2）中得到的含水量25～50%的PDO浓缩液进行蒸馏提纯，将PDO浓缩液中的BDO、水、大部分PDO、少量甘油从塔顶蒸发得到粗馏液，PDO浓缩液中的盐、残余蛋白、少部分PDO、大部分的甘油从塔釜连续排出，得到粗馏釜底物；

4）将步骤3）得到的粗馏釜底物（盐、残余蛋白和甘油）进行刮蒸发二次脱盐，PDO和甘油在刮板蒸发器内被蒸发，并与步骤3）中的粗馏液混合组成第二脱盐液，盐、残余蛋白和部分甘油从刮板蒸发器重组分出料管连续排出，送至污水处理系统集中处理。

附图说明

图1 为本发明的流程图；图2为本发明系统的结构示意图。

其中：S1为电渗析；S2为多效蒸发；S3为粗馏；S4为刮板蒸发；1为电渗析脱盐装置；2为多效蒸发装置；3为粗馏装置；4为刮板蒸发器。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细地说明。

本发明公开的PDO发酵液脱盐除杂方法的实施方案如图1所示，根据本发明的实施例，该PDO发酵液脱盐除杂方法包括：

S1：电渗析

将膜过滤除菌除蛋白的滤液进行电渗析脱盐，脱除其中90-95%的盐。由此，得到第一脱盐液，第一脱盐液的电导率低于2000μs/cm。

S2：多效蒸发

将所述第一脱盐液采用多效蒸发装置进行蒸发脱水，脱除其中70-90%的水，得到含水量25-50%的PDO浓缩液。

S3：粗馏

将所述PDO浓缩液进行粗馏，将BDO、水、大部分PDO、少量甘油从塔顶蒸发得到粗馏液，盐、残余蛋白、少部分PDO、大部分的甘油从塔釜连续排出，得到粗馏釜底物。

S4：刮板蒸发

将所述粗馏釜底物在更高真空度和更高温度条件下进行刮板蒸发，将粗馏釜底物中的全部PDO和部分甘油从蒸发器顶部蒸发采出，得到刮板馏分，刮板馏分与所述粗馏液混合组成第二脱盐液。粗馏釜底物中的全部蛋白、盐和部分甘油从蒸发器底部排除，得到刮板重组分，刮板重组分进入污水处理系统。

另一方面，本发明还提供了一种PDO发酵液脱盐除杂系统。该系统如图2所示。根据本发明的实施例，该PDO发酵液脱盐除杂系统包括：

电渗析脱盐装置1：

所述电渗析脱盐装置1用于将所述滤液进行电渗析脱盐，脱除其中90-95%的盐，以便得到第一脱盐液。

多效蒸发装置2：

所述多效蒸发装置2与所述电渗析脱盐装置1相连，用于将所述第一脱盐液进行蒸发脱水，以便得到PDO浓缩液。由此，对第一脱盐液进行浓缩，提高PDO的浓度。

根据本发明的具体实施例，所述PDO浓缩液的含水量为25-50%。

粗馏塔装置3：

所述粗馏装置3与所述多效蒸发器2相连，用于将所述PDO浓缩液进行粗馏提纯，以得到粗馏液。因此，对PDO浓缩液进行粗馏，得到不含盐的PDO粗馏液和粗馏釜底物。

刮板蒸发器4：

所述刮板蒸发器4与所述粗馏装置3相连，用于将粗馏釜底中的PDO及部分甘油蒸发收集，同时除去其中的盐，以便得到刮板馏分。由此，对粗馏釜底物进行进一步蒸发，得到刮板馏分，刮板馏分与粗馏液混合，组成第二脱盐液。

下面参考具体实施例，对本发明进行说明，需要说明的是，这些实施例仅仅是说明性的，而不能理解为对本发明的限制。

实施例

采用以甘油为碳源经发酵得到的PDO发酵液，经膜过滤除菌、除蛋白后的滤液为原料进行脱盐除杂，具体步骤如下：

（1）将滤液经电渗析脱盐除去其中93%的盐，得到第一脱盐液，第一脱盐液的电导率1900μs/cm。

（2）将第一脱盐液经多效蒸发器浓缩脱水，脱水后得到PDO浓缩液，PDO浓缩液含水量为35%。

（3）将PDO浓缩液经粗馏塔蒸发提纯，塔顶蒸发得到粗馏液，塔釜得到粗馏釜底物。PDO浓缩液粗馏蒸发过程中，PDO浓缩液中92%的PDO蒸发进入粗馏液。

（4）将粗馏釜底物经刮板蒸发器蒸发除杂，蒸发器顶部得到刮板馏分，蒸发器底部得到重组分。粗馏釜底物中的PDO全部蒸发进入刮板馏分，刮板重组分中不含PDO。粗馏液和刮板馏分混合组成第二脱盐液，第二脱盐液的电导率为109.4μs/cm，第二脱盐液进入精馏、脱色等下游分离工艺。

各步骤的物料组成分析结果如表1所示。

表1 物料组成分析结果

以上实施例仅用以说明，而非限制本发明的技术方案， 尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种1,3-丙二醇发酵液脱盐除杂系统，其特征在于所述系统包括：电渗析脱盐装置、多效蒸发装置、粗馏装置、刮板蒸发器；

所述的电渗析装置与多效蒸发装置相连接；

所述的多效蒸发装置与粗馏装置相连接；

所述的粗馏装置与刮板蒸发器相连接。

2.一种1,3-丙二醇发酵液脱盐除杂的方法，包括以下步骤：

1）经过陶瓷膜过滤除菌除蛋白后的PDO膜过滤滤液采用电渗析脱除90～95%的盐，电渗析脱盐后PDO物料的电导率降低至2000μs/cm以下；

2）对步骤1）中得到的第一脱盐液采用多效蒸发脱水，将第一脱盐液中的水含量降低至25～50%；

3）采用有2～5块塔板的粗馏塔将步骤2）中得到的含水量25～50%的PDO浓缩液进行蒸馏提纯，将PDO浓缩液中的BDO、水、大部分PDO、少量甘油从塔顶蒸发得到粗馏液，PDO浓缩液中的盐、残余蛋白、少部分PDO、大部分的甘油从塔釜连续排出，得到粗馏釜底物；

4）将步骤3）得到的粗馏釜底物（盐、残余蛋白和甘油）进行刮蒸发二次脱盐，PDO和甘油在刮板蒸发器内被蒸发，并与步骤3）中的粗馏液混合组成第二脱盐液，盐、残余蛋白和部分甘油从刮板蒸发器重组分出料管连续排出，送至污水处理系统集中处理。