CN109999663B - 一种阿拉伯糖纳滤透析液高倍浓缩的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种阿拉伯糖纳滤透析液高倍浓缩的方法及装置，属于阿拉伯糖制备技术领域。本发明提供的阿拉伯糖纳滤透析液高倍浓缩的方法，包括以下步骤：将阿拉伯糖透析液进行反渗透浓缩，得到反渗透浓缩液；所述阿拉伯糖透析液的糖度为6～9％；所述反渗透浓缩所用反渗透膜的截留分子量为50～200Da；所述反渗透浓缩的压强为7～10MPa。本发明通过能耗较低的反渗透浓缩的方法，使阿拉伯糖纳滤透析液的糖度提高至一定浓度，降低了后续加工的能耗及成本。

Description

一种阿拉伯糖纳滤透析液高倍浓缩的方法及装置
技术领域
本发明涉及阿拉伯糖制备技术领域，特别涉及一种阿拉伯糖纳滤透析液高倍浓缩的方法及装置。
背景技术
阿拉伯糖发酵液经振动筛、超滤、纳滤等工艺，去除发酵液中绝大部分的蛋白、色素等杂质，因阿拉伯糖的发酵单位较低，为将经超滤/纳滤过程截留的浓缩液中的有效组分回收，尽量去除杂质，需加水反复过滤透析，造成阿拉伯糖的纳滤透析后，透析液中含有少量产品，效价低。
阿拉伯糖纳滤提纯后的透析液，经蒸馏脱除甲醇和乙醇后，仍含有糖类物质，糖度6～9％，其中阿拉伯糖1.58～2.49％、木糖4.68～5.36％。目前是用三效蒸发器浓缩，将浓度提高到55％，再回收利用，蒸汽费用为200元每吨，去除一吨水费用在70元左右，处理能耗过高。
发明内容
有鉴于此，本发明目的在于提供一种阿拉伯糖纳滤透析液高倍浓缩的方法及装置，本发明通过能耗较低的反渗透浓缩的方法，使阿拉伯糖纳滤透析液的糖度提高至一定浓度，降低了后续加工的能耗及成本。
本发明提供了一种阿拉伯糖纳滤透析液高倍浓缩的方法，包括以下步骤：
将阿拉伯糖透析液进行反渗透浓缩，得到反渗透浓缩液；
所述阿拉伯糖透析液的糖度为6～9％；
所述反渗透浓缩所用反渗透膜的截留分子量为50～200Da；所述反渗透浓缩的压强为7～10MPa。
优选地，所述阿拉伯糖透析液在进行反渗透浓缩前进行脱除甲醇和乙醇的处理。
优选地，所述阿拉伯糖透析液中所含的糖类及其质量分数为：
Figure BDA0002029095920000011
优选地，所述反渗透浓缩的压强为8～9MPa。
优选地，所述反渗透浓缩的温度为35～40℃。
优选地，所述反渗透浓缩的pH值为4～7。
优选地，所述阿拉伯糖透析液进行反渗透浓缩前还包括精密过滤；所述精密过滤的精度为1～20μm。
优选地，所述反渗透浓缩液的糖度为20～30％。
优选地，所述方法还包括对所述反渗透浓缩液进行蒸发浓缩。
本发明还提供了一种阿拉伯糖纳滤透析液高倍浓缩的装置，包括依次通过管道连接的增压泵、在线增压泵、内循环泵、反渗透膜组件和透析液收集罐。
有益技术效果：本发明提供了一种阿拉伯糖纳滤透析液高倍浓缩的方法，包括以下步骤：将阿拉伯糖透析液进行反渗透浓缩，得到反渗透浓缩液；所述阿拉伯糖透析液的糖度为6～9％；所述反渗透浓缩所用反渗透膜的截留分子量为50～200Da；所述反渗透浓缩的压强为7～10MPa。本发明通过能耗较低的反渗透浓缩的方法，使阿拉伯糖纳滤透析液的糖度提高至一定浓度，降低了后续加工的能耗及成本。实施例实验数据表明，本发明提供的浓缩的方法可将阿拉伯糖透析液的糖度由6～9％浓缩至20～30％，降低了进一步进行蒸发浓缩的能耗。
附图说明
图1为本发明实施例所用膜组件适配器剖视结构图；
图2为本发明实施例所用膜组件适配器的加强管结构示意图；其中：1-适配器，2-加强管，3-限位凸起，4-轨迹筋。
具体实施方式
本发明提供了一种阿拉伯糖纳滤透析液高倍浓缩的方法，包括以下步骤：
将阿拉伯糖透析液进行反渗透浓缩，得到反渗透浓缩液；
所述阿拉伯糖透析液的糖度为6～9％；
所述反渗透浓缩所用反渗透膜的截留分子量为50～200Da；所述反渗透浓缩的压强为7～10MPa。
本发明将阿拉伯糖透析液进行反渗透浓缩，得到反渗透浓缩液。
在本发明中，所述阿拉伯糖透析液在进行反渗透浓缩前优选进行脱除甲醇和乙醇的处理。本发明对所述脱除甲醇和乙醇处理的方法没有特殊限定，选用本领域技术人员熟知的方法即可。如将阿拉伯糖透析液经过酒精回收塔回收甲醇和乙醇。
在本发明中，所述阿拉伯糖透析液的糖度为6～9％，优选为7～8％。
在本发明中，所述阿拉伯糖透析液中所含的糖类及其质量分数优选为：
Figure BDA0002029095920000031
在本发明中，所述反渗透浓缩所用反渗透膜的截留分子量为50～200Da，优选为100～150Da。本发明通过选择具有合适截留分子量的反渗透膜使阿拉伯糖透析液中的色素等保留在浓缩液中，大量水分进入透析液中。
在本发明中，所述反渗透浓缩的压强为7～10MPa，优选为8～9MPa。本发明通过设置较高的压强使料液中的水分及盐分透过，而将糖类截留至膜的浓缩侧。
在本发明中，所述反渗透浓缩的温度优选为35～40℃；所述反渗透浓缩的pH值优选为4～7，更优选为5～6。在此温度及pH下，最有利于膜系统的稳定运行，对糖类的截留效果较好。
在本发明中，所述阿拉伯糖透析液进行反渗透浓缩前还包括精密过滤；在本发明中，所述精密过滤的精度优选为1～20μm，更优选为5～10μm。本发明通过精密过滤除去古阿拉伯糖透析液中可见颗粒物，使料液的浊度降为零，防止料液在膜分离浓缩过程中损伤膜系统。本发明对精密过滤所用仪器没有特殊限定，选用本领域技术人员熟知的精密过滤器即可，如袋式精密过滤器或熔铸式精密过滤器。
在本发明中，所述反渗透浓缩液的糖度优选为20～30％，更优选为25～28％。
本发明还包括对所述反渗透浓缩液进行蒸发浓缩。本发明对蒸发浓缩的方法没有特殊限定，选用本领域技术人员熟知的蒸发浓缩方法即可。如利用减压真空双效蒸发器进行蒸发浓缩。
在本发明中，所述反渗透透析液优选用于工艺清洗或排放至污水厂处理。
在本发明中，所述透析所用的系统优选为内循环反渗透膜系统，所述内循环反渗透膜系统包括增压泵、内循环泵、反渗透膜组件、透析液管路和浓缩液管路，所述增压泵的出口连接内循环泵的入口，所述内循环泵的出口连接反渗透膜组件的入口，所述反渗透膜组件的出口包括透析液管路和浓缩液管道，所述浓缩液管道分两支，一支外排，另一支与内循环泵的入口连接，所述反渗透膜设置于反渗透膜组件中。在本发明中，透析过程中浓缩液通过浓缩液管道回流至内循环泵入口，与增压泵输送来的低浓度料液混合，进入反渗透膜组件，当浓缩至所需倍数时，打开外排的浓缩液管道，将浓缩液进行下一步处理，这样设计有利于降低整个系统的能耗。
在本发明中，所述反渗透膜组件中的膜组件适配器优选包括适配器和加强管，所述适配器内壁上开设有安装位，所述加强管嵌在所述安装位上，所述适配器与加强管同轴设置，所述加强管的长度短于所述适配器的长度，所述加强管入口的端面与所述适配器入口的端面齐平设置，所述加强管远离所述加强管入口的一端对应固定设置在所述适配器厚度最大的部分。本发明通过在现有适配器的内壁开设有安装位，加强管嵌在适配器内壁的安装位上，用于承受压力，同时加强管的内径等于是现有的适配器的内径，因此，不仅能够满足本发明中对适配器的耐压要求和产水量的需求，而且在现有的适配器基础上进行改进还能够节约成本。本发明使用上述膜组件适配器使得高压透析的过程中不仅能够得到高浓度的浓缩液，同时处理过程的膜通量大，适用于工业化应用。
为更清楚地说明本发明中所用膜组件适配器，下面结合附图1～2对所述膜组件适配器作进一步详细的说明：
在本发明中，所述膜组件适配器包括适配器1和加强管2，适配器1内壁上开设有安装位，加强管2嵌在安装位上，作为适配器1的承压部件，以提高适配器1的耐压等级，适配器1与加强管2同轴设置，加强管2的长度短于适配器1的长度，加强管2入口的端面与适配器1入口的端面齐平设置，加强管2远离加强管2入口的一端对应固定设置在适配器1厚度最大的部分，以保证适配器1的结构强度。
在本发明中，所述适配器1优选为高分子材料适配器，更优选为尼龙塑料适配器。
在本发明中，所述加强管2优选为不锈钢管。
在本发明中，所述膜组件适配器还包括限位凸起3，限位凸起3设置在靠近加强管2入口的侧壁上，适配器1上开设有与限位凸起3相卡接的限位凹槽，以防加强管2相对所述适配器1转动。
在本发明中，所述限位凸起3的数量优选为两个，两个限位凸起优选关于加强管2的轴线呈轴对称设置。
在本发明中，所述膜组件适配器优选还包括轨迹筋4，轨迹筋4固定设置在加强管2内壁，用于调节加强管2内水的流向；所述轨迹筋4的形状优选为螺旋线形，轨迹筋4的厚度优选为2～3mm；所述轨迹筋4的数量优选为四条，四条轨迹筋关于加强管2的轴线呈中心对称设置；所述轨迹筋4为不锈钢轨迹筋。
本发明对所述内循环反渗透膜系统的其他部件没有特殊限定，采用本领域常规的部件即可。
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
收集某厂以玉米皮为原料，采用酸水解方法生产阿拉伯糖，生产过程中的阿拉伯糖纳滤透析液，收集得到的阿拉伯糖纳滤透析液的糖度为6％，收集得到的阿拉伯糖纳滤透析液经过酒精回收塔回收甲醇和乙醇，降温至35℃，进行精密过滤(精度为5μm)，使其浊度降为零后进入进料缓冲罐，经反渗透膜系统将浓缩液的糖度浓缩至30％，反渗透浓缩的压强为9MPa，反渗透浓的所用反渗透膜的截留分子量为100Da，浓缩液排至浓缩液罐在送至减压真空双效蒸发器进行浓缩。
在本实施例中，所述透析所用的系统为内循环反渗透膜系统，所述内循环反渗透膜系统包括增压泵、内循环泵、反渗透膜组件、透析液管路和浓缩液管路，所述增压泵的出口连接内循环泵的入口，所述内循环泵的出口连接反渗透膜组件的入口，所述反渗透膜组件的出口包括透析液管路和浓缩液管道，所述浓缩液管道分两支，一支外排，另一支与内循环泵的入口连接，所述反渗透膜设置于反渗透膜组件中，本实施例所用反渗透膜组件中的适配器如图1～2所示。在本实施例中，在透析过程中将浓缩液通过浓缩液管道回流至内循环泵入口，与增压泵输送来的低浓度料液混合，进入反渗透膜组件，当浓缩至所需倍数时，打开外排的浓缩液管道，浓缩液排至浓缩液罐在送至减压真空双效蒸发器进行浓缩。
实施例1中反渗透浓缩成本为14元/吨(包含膜更换费用、电费、清洗剂、设备维护费用等)；以每天处理300吨糖液计算，去除一吨水可以节约56元，1天去除240吨，节约费用为13440元。
实施例2
某厂以玉米皮为原料，采用酸水解方法生产阿拉伯糖，阿拉伯糖经纳滤膜提纯后糖度为7.1％，收集得到的阿拉伯糖纳滤透析液经过酒精回收塔回收甲醇和乙醇，降温至40℃，进行精密过滤(精度为10μm)，经150Da反渗透膜系统将浓缩液的糖度浓缩至28％，反渗透浓缩压力为10MPa。浓缩液排至浓缩液罐在送至减压真空三效蒸发器进行浓缩。
在本实施例中，所述透析所用的系统为内循环反渗透膜系统，所述内循环反渗透膜系统包括增压泵、内循环泵、反渗透膜组件、透析液管路和浓缩液管路，所述增压泵的出口连接内循环泵的入口，所述内循环泵的出口连接反渗透膜组件的入口，所述反渗透膜组件的出口包括透析液管路和浓缩液管道，所述浓缩液管道分两支，一支外排，另一支与内循环泵的入口连接，所述反渗透膜设置于反渗透膜组件中，本实施例所用反渗透膜组件中的适配器如图1～2所示。在本实施例中，在透析过程中将浓缩液通过浓缩液管道回流至内循环泵入口，与增压泵输送来的低浓度料液混合，进入反渗透膜组件，当浓缩至所需倍数时，打开外排的浓缩液管道，浓缩液排至浓缩液罐在送至减压真空三效蒸发器进行浓缩。
实施例2中反渗透浓缩成本为16元/吨(包含膜更换费用、电费、清洗剂、设备维护费用等)；以每天处理500吨糖液计算，去除一吨水可以节约54元，1天去除380吨，节约费用为20520元。
实施例3
某厂生产的阿拉伯糖，经纳滤膜提纯后糖度为8％，收集得到的阿拉伯糖纳滤透析液经过酒精回收塔回收甲醇和乙醇，降温至40℃，进行精密过滤(精度为10μm)，经200Da反渗透膜系统将浓缩液的糖度浓缩至25％，反渗透浓缩压力8.5MPa。浓缩液排至浓缩液罐在送至减压真空三效蒸发器进行浓缩。
在本实施例中，所述透析所用的系统为内循环反渗透膜系统，所述内循环反渗透膜系统包括增压泵、内循环泵、反渗透膜组件、透析液管路和浓缩液管路，所述增压泵的出口连接内循环泵的入口，所述内循环泵的出口连接反渗透膜组件的入口，所述反渗透膜组件的出口包括透析液管路和浓缩液管道，所述浓缩液管道分两支，一支外排，另一支与内循环泵的入口连接，所述反渗透膜设置于反渗透膜组件中，本实施例所用反渗透膜组件中的适配器如图1～2所示。在本实施例中，在透析过程中将浓缩液通过浓缩液管道回流至内循环泵入口，与增压泵输送来的低浓度料液混合，进入反渗透膜组件，当浓缩至所需倍数时，打开外排的浓缩液管道，浓缩液排至浓缩液罐在送至减压真空三效蒸发器进行浓缩。
实施例3中，反渗透浓缩成本为15元/吨(包含膜更换费用、电费、清洗剂、设备维护费用等)；以每天处理300吨糖液计算，去除一吨水可以节约55元，1天去除220吨，节约费用为12100元。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种阿拉伯糖纳滤透析液高倍浓缩的方法，包括以下步骤：
将阿拉伯糖透析液进行反渗透浓缩，得到反渗透浓缩液；
所述阿拉伯糖透析液的糖度为6～9％；
所述反渗透浓缩所用反渗透膜的截留分子量为50～200Da；所述反渗透浓缩的压强为7～10MPa；所述反渗透浓缩的温度为35～40℃；
透析所用的系统为内循环反渗透膜系统，所述内循环反渗透膜系统包括增压泵、内循环泵、反渗透膜组件、透析液管路和浓缩液管路，所述增压泵的出口连接内循环泵的入口，所述内循环泵的出口连接反渗透膜组件的入口，所述反渗透膜组件的出口包括透析液管路和浓缩液管道，所述浓缩液管道分两支，一支外排，另一支与内循环泵的入口连接，所述反渗透膜设置于反渗透膜组件中；
所述反渗透膜组件中的膜组件适配器包括适配器和加强管，所述适配器内壁上开设有安装位，所述加强管嵌在所述安装位上，所述适配器与加强管同轴设置，所述加强管的长度短于所述适配器的长度，所述加强管入口的端面与所述适配器入口的端面齐平设置，所述加强管远离所述加强管入口的一端对应固定设置在所述适配器厚度最大的部分；所述膜组件适配器还包括轨迹筋，轨迹筋固定设置在加强管内壁，所述轨迹筋的形状为螺旋线形。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阿拉伯糖透析液在进行反渗透浓缩前进行脱除甲醇和乙醇的处理。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述阿拉伯糖透析液中所含的糖类及其质量分数为：
Figure FDA0002520497320000011
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反渗透浓缩的压强为8～9MPa。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反渗透浓缩的pH值为4～7。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阿拉伯糖透析液进行反渗透浓缩前还包括精密过滤；所述精密过滤的精度为1～20μm。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反渗透浓缩液的糖度为20～30％。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括对所述反渗透浓缩液进行蒸发浓缩。
9.一种阿拉伯糖纳滤透析液高倍浓缩的装置，其特征在于，包括依次通过管道连接的增压泵、在线增压泵、内循环泵、反渗透膜组件和透析液收集罐；透析所用的系统为内循环反渗透膜系统，所述内循环反渗透膜系统包括增压泵、内循环泵、反渗透膜组件、透析液管路和浓缩液管路，所述增压泵的出口连接内循环泵的入口，所述内循环泵的出口连接反渗透膜组件的入口，所述反渗透膜组件的出口包括透析液管路和浓缩液管道，所述浓缩液管道分两支，一支外排，另一支与内循环泵的入口连接，所述反渗透膜设置于反渗透膜组件中；
所述反渗透膜组件中的膜组件适配器包括适配器和加强管，所述适配器内壁上开设有安装位，所述加强管嵌在所述安装位上，所述适配器与加强管同轴设置，所述加强管的长度短于所述适配器的长度，所述加强管入口的端面与所述适配器入口的端面齐平设置，所述加强管远离所述加强管入口的一端对应固定设置在所述适配器厚度最大的部分；所述膜组件适配器还包括轨迹筋，轨迹筋固定设置在加强管内壁，所述轨迹筋的形状为螺旋线形。
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