CN110564898B - 一种制备木糖的电渗析及层析联合工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种制备木糖的电渗析及层析联合工艺，属于木糖生产技术领域。首先，对半纤维素水解液进行三级电渗析，最终得到第一级高盐液、第三级高盐液和第三级高糖液；其次，将第三级高盐液经浓缩及脱盐后，与第三级高糖液一并进入离子交换柱层析工序；最后，将离子交换柱再生后得到的再生液（含碱和含糖）进行脱碱，得到碱液和糖液，将碱液回用于离子交换柱再生，而糖液与第三级高盐液一并浓缩、脱盐，再次进行层析。一方面增加木糖溶液中杂质的去除率，提高产品质量；另一方面将第三级高盐液和再生液进行回收利用，减少跑糖量，提高经济效益，且在提高木糖溶液质量及生产效率的前提下，减少污水中COD含量，降低环保压力。

Description

一种制备木糖的电渗析及层析联合工艺

技术领域

本发明涉及一种制备木糖的电渗析及层析联合工艺，尤其涉及一种以半纤维素水解液制备木糖的电渗析及层析联合工艺，属于木糖生产技术领域。

背景技术

半纤维素为生产木糖的主要原料，其中，在以半纤维素为原料制备木糖过程中，主要工序包括水解、脱色、除盐、除酸、蒸发、离心及干燥等。生产木糖的具体工艺为：以半纤维素为原料，在加热条件下，向半纤维素中加入硫酸，半纤维素被硫酸水解为木糖和其他杂糖，同时，水解液中存在有硫酸钠及硫酸等杂质；且在离心工序前，生成的木糖均以溶液状态存在，因此，为了提高木糖质量，需要有效除去半纤维素水解液中硫酸钠、硫酸等杂质。

目前，在已有的分离方法中，一般向半纤维素水解液中加入盐（比如：氧化钙、碳酸钡）、酸（比如：硫酸）生成沉淀（硫酸钙或硫酸钡），以达到除去半纤维素水解液中的硫酸钠、硫酸等杂质，但这种分离工艺复杂，可调控难度大，效率低，成本高，且水解液中电解质仍有较多残留，而不能满足实际工艺需求。

于2019年04月05日公开一种公开号为CN109575088A，名称为“一种半纤维素水解液中木糖的精制方法”的专利文献，其中，具体公开：涉及化工生产技术领域，该方法包括以下步骤：1）半纤维素水解液除杂后，进入超滤膜，得到透过液；2）将透过液采用纳滤膜进行分离，硫酸留在浓缩液中，透过液含有醋酸和木糖；3）醋酸和木糖水溶液采用电渗析分离；4）木糖水溶液直接用于糠醛的生产；5）醋酸用溶剂萃取精馏进行萃取分离得到98.5%浓度的醋酸。该方法操作简单，得到的木糖水溶液直接用于糠醛的生产，而得到的质量浓度为20%左右的醋酸，用溶剂萃取精馏装置进行萃取分离可得到质量浓度为98.5%的醋酸。该工艺中，分离出来的硫酸返回水解工序继续使用，将有效成分进行回收再利用，节约了生产成本。

于2010年08月04日公开一种公开号为CN101792822A，名称为“从半纤维素酸水解液中分离提纯木糖、阿拉伯糖的方法”的专利文献，其中，具体公开：分离提纯的步骤如下：（1）将直接酸水解得到的半纤维素水解液经电渗析、膜过滤浓缩预处理，高纯水进行脱氧、过滤备用；（2）经过预处理的半纤维素水解液进入模拟移动床色谱分离装置进行分离，分离后得到两种出料液；（3）将两种出料液用多效降膜蒸发器浓缩、降温结晶得到木糖、阿拉伯糖产品。该发明采用模拟移动床色谱分离装置（SSMB）系统提取单糖，将多个吸附柱串联成闭合环路，通过不断切换阀门改变各股物料的进出口位置，实现固、液两相的相对移动，进行不同组分的分离提取，它既有固定床吸附操作简单的优点，又有移动床连续操作的能力，适合大规模工业化生产。

虽然在以上现有技术文献中公开了以电渗析、膜过滤、模拟移动床色谱分离装置、多效降膜蒸发器、离子交换柱等对半纤维素水解液的分离纯化处理，但是还存在如下技术问题：一、分离处理后，所产生的废水（COD高）对环境污染严重，造成环境压力；二、跑糖量大，造成资源浪费。

发明内容

本发明旨在克服现有技术不足，而提出一种制备木糖的电渗析及层析联合工艺。在本发明中，将半纤维素水解液进行三级电渗析，得到第一级高盐液、第三级高盐液和第三级高糖液，将第三级高盐液（包括浓度为13～15g/L的还原糖，电导为20～30ms/cm）进行浓缩及脱盐后，与第三级高糖液一并注入离子交换柱中，进行层析工序；

在层析工序中，基于离子交换柱中树脂的交换能力，切换满足要求的离子交换柱（出料电导≤0.5ms/cm或者pH≥3）；离子交换柱吸附能力出现“饱和”时，通入碱液对该离子交换柱进行再生，得到含碱和糖的再生液，再将再生液进行脱碱，得到再生碱液和碱性再生糖液，将再生碱液回用于离子交换柱再生，而碱性再生糖液与第三级高盐液一并浓缩，然后脱盐，进入离子交换柱中，进行层析。

在联合工艺中，通过电渗析、离子交换柱层析以及特定控制条件等限定，一方面增加木糖溶液中杂质的去除率，提高产品质量；另一方面将第三级高盐液和再生液进行回收利用，减少跑糖量（80～90%），提高经济效益，同时，在提高木糖溶液质量及生产效率的前提下，减少污水中COD含量，降低环保压力。

为了实现上述技术目的，提出如下技术方案：

一种制备木糖的电渗析及层析联合工艺，包括如下步骤：

1）第一级电渗析：将半纤维素水解液通入至第一级电渗析系统，且通入第二级高盐液（该电渗析系统首次使用时，通入除盐水。当电渗析系统常规运行时，即第二级电渗析系统产生第二级高盐液，停止通入除盐水，转为通入第二级高盐液），经电渗析膜作用，得第一级高糖液和第一级高盐液；

2）第二级电渗析：将经步骤1）所得的第一级高糖液通入至第二级电渗析系统，且通入除盐水，经电渗析膜作用，得第二级高糖液和第二级高盐液；

3）第三级电渗析：将经步骤2）所得的第二级高糖液通入至第三级电渗析系统，且通入除盐水，经电渗析膜作用，得第三级高糖液和第三级高盐液；

4）暂存：将经步骤3）所得的第三级高盐液浓缩及脱盐后，与经步骤3）所得的第三级高糖液一并储存于暂存罐中，备用；

5）层析：将经步骤4）所得的暂存液注入离子交换柱中，经层析，得木糖溶液；

6）再生：向经步骤5）使用后的离子交换柱中通入碱液，经再生，得含糖和碱的再生液；

7）回用：将经步骤6）所得的再生液进行电渗析脱碱后，得再生碱液和碱性再生糖液，将再生碱液通入至经步骤5）使用后的离子交换柱中，回用；将碱性再生糖液与经步骤3）所得的第三级高盐液一并进行浓缩及脱盐，回用。

进一步的，在步骤1）中，所述半纤维素水解液包括浓度为70～90g/L的木糖、浓度为20～22g/L硫酸钠及浓度为20～25g/L硫酸。

进一步的，在步骤6）及7）中，所述经步骤5）使用后的离子交换柱包括出料电导＞0.5ms/cm或者出料pH＜3的离子交换柱。

进一步的，在第一级电渗析系统中，半纤维素水解液进料流量为40～50m³/h，第二级高盐液进料流量为15～17m³/h；电压为150V，电流为100A，温度为40～45℃；第一级高盐液出料流量为15～17m³/h，第一级高糖液出料流量为40～50m³/h；

在第二级电渗析系统中，第一级高糖液进料流量为40～50m³/h，除盐水进料流量为15～17m³/h；电压为150V，电流为100A，温度为40～45℃；第二级高盐液出料流量为15～17m³/h，第二级高糖液出料流量为40～50m³/h；

在第三级电渗析系统中，第二级高糖液进料流量为40～50m³/h，除盐水进料流量为15～17m³/h；电压为150V，电流为75～100A，温度为40～45℃；第三级高盐液出料流量为15～17m³/h，第三级高糖液出料流量为40～50m³/h；

在步骤5）的离子交换柱中，暂存液进料流量为40～50m³/h，温度为35～45℃，压力为0.1MPa；木糖溶液出料流量为40～50m³/h；

在步骤6）再生中，碱液进料流量为10～15m³/h，温度为35～45℃，压力为0.1MPa；

在步骤7）中，再生碱液出料流量为10～15m³/h，碱性再生糖液出料流量为10～15m³/h。

进一步的，在步骤1）中，第一级高盐液包括浓度为17～20g/L还原糖、浓度为35～45g/L硫酸及浓度为15～18g/L硫酸钠；第一级高糖液包括浓度为75～90g/L还原糖、浓度为12～14g/L硫酸及浓度为5～10g/L硫酸钠；

在步骤2）中，第二级高盐液包括浓度为15～18g/L还原糖、浓度为20～35g/L硫酸及浓度为15～18g/L硫酸钠；第二级高糖液包括浓度为75～90g/L还原糖、浓度为5～10g/L硫酸及浓度为5～10g/L硫酸钠；

在步骤3）中，第三级高盐液包括浓度为13～15g/L还原糖、浓度为5～8g/L硫酸及浓度为5～8g/L硫酸钠；第三级高糖液包括浓度为75～90g/L还原糖、浓度为1～2g/L硫酸及浓度为1～2g/L硫酸钠；

在步骤5）中，木糖溶液包括75～85g/L木糖；

在步骤6）中，再生液包括20～30g/L还原糖及30～40/L氢氧化钠；

在步骤7）中，再生碱液包括60～70g/L氢氧化钠，碱性再生糖液包括20～ 30 g/L还原糖、5～10 g/L硫酸钠及0.2～0.5g/L氢氧化钠。

进一步的，在步骤1）中，第一级高盐液电导为150～180ms/cm，pH为0.5～1.0，折光为5.5～6.5；第一级高糖液电导为40～50ms/cm，pH为1.0～1.3，折光为8.0～9.0；

在步骤2）中，第二级高盐液电导为70～80ms/cm，pH为1.0～1.2，折光为3～4；第二级高糖液电导为18～20ms/cm，pH为1.8～2.1，折光为8.0～9.0；

在步骤3）中，第三级高盐液电导为20～30ms/cm，pH为2～2.2，折光为1～2；第三级高糖液电导为3～4ms/cm，pH为2.2～2.8，折光为8.0～9.0；

在步骤5）中，木糖溶液电导为0.05～0.5ms/cm，pH为2.5～3.5，折光为8～9；

在步骤6）中，再生液电导为40～60ms/cm，pH为13～14，折光为4～5；

在步骤7）中，再生碱液电导为70～80ms/cm，pH为13～14，折光为4～5；碱性再生糖液电导为15～25ms/cm，pH为9～11，折光为4～5。

进一步的，在步骤1）、2）及3）中，所述电渗析膜为合金膜。

进一步的，在步骤4）的浓缩工序中，采用均相电渗析膜或合金膜进行浓缩，浓缩后的溶液电导为200～250 ms/cm。

进一步的，在步骤4）脱盐工序中，采用合金膜进行脱盐，脱盐后的溶液电导为3～5ms/cm。

进一步的，在步骤5）中，所述离子交换柱包括阳离子交换柱和阴离子交换柱，阳离子交换柱采用001×7型号的阳树脂，阴离子交换柱采用D301型号的阴树脂。

进一步的，在步骤7）的电渗析脱碱工序中，采用合金膜进行脱碱。

进一步的，所述碱液包括氢氧化钠水溶液。

根据标准《GB/T23532～2009木糖》，经检测，所述半纤维素水解液经电渗析分离后：电导≤4ms/cm，透光率≥98.0%，折光≥7.0，比旋光度18.5°～19.5°，pH为2.2～2.8；还原糖含量≥70g/L，木糖含量≥55g/L，木糖纯度≥80%；无机酸≤0.3%，总酸≤0.4%，硫酸盐含量≤0.005%，灰分≤0.05%，水分≤0.3%，氯化物≤0.005%；

经离子交换柱层析后，木糖溶液电导为0.05～0.5ms/cm，pH为2.5～3.5，折光为8～9。

在制备木糖的电渗析及层析联合工艺中，采用的系统包括除盐水储罐、电渗析装置、离子交换柱和碱液储罐，所述电渗析装置为三个，分别为第一级电渗析装置、第二级电渗析装置和第三级电渗析装置，第一级电渗析装置与第二级电渗析装置连接，第一级电渗析装置与第二级电渗析装置之间形成第一级电渗析系统；第二级电渗析装置与除盐水储罐连接，除盐水储罐与第二级电渗析装置之间形成第二级电渗析系统；第二级电渗析装置与第三级电渗析装置连接，第三级电渗析装置与除盐水储罐连接，除盐水储罐与第三级电渗析装置之间形成第三级电渗析系统；

所述离子交换柱与第三级电渗析系统连接，离子交换柱与碱液储罐连接，离子交换柱与碱液储罐之间形成离子交换柱再生系统；离子交换柱连有脱碱装置。

进一步的，所述第一级电渗析装置进料口连有输送半纤维素水解液的输送管，第一级电渗析装置高糖液出口通过输送管与第二级电渗析装置进料口连接，第二级电渗析装置高盐液出口通过输送管与第一级电渗析装置连接，第二级电渗析装置高糖液出口通过输送管与第三级电渗析装置进料口连接；第三级电渗析装置高糖液出口通过输送管连接有暂存罐，第三级电渗析装置高盐液出口通过输送管与暂存罐连接；暂存罐与离子交换柱进料口连接。

进一步的，所述第三级电渗析装置高盐液出口与暂存罐之间还设有浓缩装置和脱盐装置，第三级电渗析装置高盐液出口与浓缩装置连接，浓缩装置与脱盐装置连接，脱盐装置与暂存罐连接。

进一步的，所述脱碱装置出碱口通过输送管与离子交换柱再生口连接，或者，脱碱装置出碱口通过输送管与碱液储罐连接；脱碱装置出糖口通过输送管与浓缩装置连接。

进一步的，所述离子交换柱至少两个，离子交换柱与离子交换柱之间通过输送管连接。

进一步的，所述电渗析分离系统还包括稀释罐和中和罐，第一级电渗析装置高盐液出口通过输送管与稀释罐连接，稀释罐与中和罐连接；中和罐连接有废水排放管，或者，中和罐通过输送管与回用装置连接。

各输送管上根据实际需求，设置有控制阀。

在本技术方案中，涉及工作原理为：

在电渗析系统中，电源正负两极直接交替、平行的放置阳膜和阴膜，阳膜和阴膜构成膜组，并用隔板将膜组与膜组之间隔开，形成淡水室和浓水室。向淡水室内通入半纤维素水解液物料，向浓水室内通入除盐水，在直流电场的作用下，淡水室内阳离子（钠离子、氢离子）向负极迁移，只能通过阳离子交换膜；阴离子（硫酸根离子、氢氧根离子）向正极迁移，只能通过阴离子交换膜，使得淡水室中硫酸钠和硫酸淡化；浓水室内硫酸钠和硫酸被浓缩，将高盐液和高糖液分别引出，从而达到脱盐、脱酸目的。

本发明为充分保证电渗析效果，进行第一级电渗析、第二级电渗析及第三级电渗析作业；由于第三级高盐液中还原糖含量为13～15g/L及电导为20～30ms/cm，而第一级高糖液中还原糖含量为75～90g/L及电导为40～50ms/cm，基于还原糖与电导之间的比例而言，第三级高盐液的糖盐比较低，在其浓缩及脱盐（脱电导）后可直接作为木糖制备原料使用，所以，其与第三级高糖液一并作为中间料液进入离子交换柱中，进行层析纯化。

采用本技术方案，带来的有益技术效果为：

一、在本发明中，对采用现有成熟技术进行前处理后的半纤维素水解液进行三级电渗析，最终得到第一级高盐液、第三级高盐液和第三级高糖液，第一级高盐液经稀释、中和后可直接排放，对环境压力小，或者，循环再利用，减少浪费，节约成本；而第三级高盐液经处理后，与第三级高糖液一并作为满足指标（电导≤4000us/cm、折光≥7.0、无机酸≤0.3%、总酸≤0.4%、还原糖含量≥70g/L、木糖含量≥55g/L及木糖纯度≥80%）的中间料液进入层析工序；

在层析工序中，对吸附能力出现“饱和”的离子交换柱进行再生，并将再生液进行脱碱，得到可再次利用的再生碱液和碱性再生糖液；

在联合工艺中，通过电渗析、离子交换柱层析以及特定控制条件等限定，一方面增加木糖溶液中杂质的去除率，提高产品质量；另一方面将第三级高盐液和再生液进行回收利用，减少跑糖量（80～90%），提高经济效益，同时，在提高木糖溶液质量及生产效率的前提下，减少污水中COD含量，降低环保压力；

二、本发明应用于制备木糖工艺（半纤维素水解液的脱盐、脱酸），进而达到对木糖溶液的除杂、纯化目的，在提高木糖质量及生产效率的前提下，减少跑糖量（80～90%），提高经济效益。同时，减少难处理污水的排放，大幅度提高了环保效益，降低环保压力，比如：减少有机物排放约5.5吨/天，污水处理费节约约15元/吨，污水处理量减少400立方/天等；

三、本发明采用电渗析法除电解质，提高作业效率和除电解质的有效性，使得可控性更高，且有效避免引入新的杂质，减少了成本，并将利润增加约2.5万元/天；

四、在本发明中，将第三级高盐液经浓缩及脱盐后，与第三级高糖液一并作为满足指标的最终料液进入下一工序，将跑糖量由10%减少至2～3%，且将木糖产量提高了约2.8吨/天；

五、在本发明中，由于跑糖大部分被回收，电渗析装置的使用寿命大幅度增加（膜片寿命提高30%以上），这不仅增加木糖制备工艺的稳定性，而且还提高了设备使用性，降低设备消耗的成本；

六、离子交换柱层析过程中，COD主要来源于碱液对离子交换柱中阴柱的再生，而本发明将再生液进行电渗析脱碱，不仅可将再生液中糖进行回收，减少跑糖量；而且，将再生液中的碱进行回收，再回用于待再生离子交换柱的再生，大大减少废水中COD含量，提高经济价值和友好环境。

附图说明

图1为本发明中联合工艺系统的逻辑连接图；

图2为本发明中联合工艺系统的工作流程框图；

图3为本发明中的电渗析工作原理示意图；

其中，图中：1、除盐水储罐，2、第一级电渗析装置，3、第二级电渗析装置，4、第三级电渗析装置，5、碱液储罐，6、脱碱装置，7、输送管，8、暂存罐，9、浓缩装置，10、脱盐装置，11、稀释罐，12、中和罐，13、离子交换柱。

具体实施方式

下面通过对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种制备木糖的电渗析及层析联合工艺，包括如下步骤：

1）第一级电渗析：将半纤维素水解液通入至第一级电渗析系统，且通入第二级高盐液（该电渗析系统首次使用时，通入除盐水。当电渗析系统常规运行时，即第二级电渗析系统产生第二级高盐液，停止通入除盐水，转为通入第二级高盐液），经电渗析膜作用，得第一级高糖液和第一级高盐液；

2）第二级电渗析：将经步骤1）所得的第一级高糖液通入至第二级电渗析系统，且通入除盐水，经电渗析膜作用，得第二级高糖液和第二级高盐液；

3）第三级电渗析：将经步骤2）所得的第二级高糖液通入至第三级电渗析系统，且通入除盐水，经电渗析膜作用，得第三级高糖液和第三级高盐液；

4）暂存：将经步骤3）所得的第三级高盐液浓缩及脱盐后，与经步骤3）所得的第三级高糖液一并储存于暂存罐中，备用；

5）层析：将经步骤4）所得的暂存液注入离子交换柱中，经层析，得木糖溶液；

6）再生：向经步骤5）使用后的离子交换柱中通入碱液，经再生，得含糖和碱的再生液；

7）回用：将经步骤6）所得的再生液进行电渗析脱碱后，得再生碱液和碱性再生糖液，将再生碱液通入至经步骤5）使用后的离子交换柱中，回用；将碱性再生糖液与经步骤3）所得的第三级高盐液一并进行浓缩及脱盐，回用。

实施例2

在实施例1的基础上，更进一步的：

所述半纤维素水解液是指：以半纤维素原料，经硫酸水解后，采用现有成熟技术进行过滤、脱色、超滤等前处理后的半纤维素水解液。其中，在所述半纤维素水解液中，木糖含量为70～90g/L，硫酸钠含量20～22g/L，硫酸含量20～25g/L。

所述经步骤5）使用后的离子交换柱是指：包括出料电导＞0.5ms/cm或者出料pH＜3的离子交换柱。

实施例3

在实施例2的基础上，更进一步的：

进一步的，在步骤1）的第一级电渗析系统中，半纤维素水解液进料流量为40m³/h，第二级高盐液进料流量为15m³/h；电压为150V，电流为100A，温度为40℃；第一级高盐液出料流量为15m³/h，第一级高糖液出料流量为40m³/h；

在步骤2）的第二级电渗析系统中，第一级高糖液进料流量为40m³/h，除盐水进料流量为15m³/h；电压为150V，电流为100A，温度为40℃；第二级高盐液出料流量为15m³/h，第二级高糖液出料流量为40m³/h；

在步骤3）的第三级电渗析系统中，第二级高糖液进料流量为40m³/h，除盐水进料流量为15m³/h；电压为150V，电流为75A，温度为40℃；第三级高盐液出料流量为15m³/h，第三级高糖液出料流量为40m³/h；

在步骤5）的离子交换柱中，暂存液进料流量为50m³/h，温度为45℃，压力为0.1MPa；木糖溶液出料流量为50m³/h；

在步骤6）再生中，碱液进料流量为15m³/h，温度为45℃，压力为0.1MPa；

在步骤7）中，再生碱液出料流量为15m³/h，碱性再生糖液出料流量为15m³/h。

实施例4

在实施例3的基础上，本实施例区别在于：

进一步的，在步骤1）的第一级电渗析系统中，半纤维素水解液进料流量为50m³/h，第二级高盐液进料流量为17m³/h；电压为150V，电流为100A，温度为45℃；第一级高盐液出料流量为17m³/h，第一级高糖液出料流量为50m³/h；

在步骤2）的第二级电渗析系统中，第一级高糖液进料流量为50m³/h，除盐水进料流量为17m³/h；电压为150V，电流为100A，温度为45℃；第二级高盐液出料流量为17m³/h，第二级高糖液出料流量为50m³/h；

在步骤3）的第三级电渗析系统中，第二级高糖液进料流量为50m³/h，除盐水进料流量为17m³/h；电压为150V，电流为100A，温度为45℃；第三级高盐液出料流量为17m³/h，第三级高糖液出料流量为50m³/h；

在步骤5）的离子交换柱中，暂存液进料流量为40m³/h，温度为35℃，压力为0.1MPa；木糖溶液出料流量为40m³/h；

在步骤6）再生中，碱液进料流量为10m³/h，温度为35℃，压力为0.1MPa；

在步骤7）中，再生碱液出料流量为10m³/h，碱性再生糖液出料流量为10m³/h。

实施例5

在实施例3-4的基础上，本实施例区别在于：

进一步的，在步骤1）的第一级电渗析系统中，半纤维素水解液进料流量为45m³/h，第二级高盐液进料流量为16m³/h；电压为150V，电流为100A，温度为42℃；第一级高盐液出料流量为16m³/h，第一级高糖液出料流量为45m³/h；

在步骤2）的第二级电渗析系统中，第一级高糖液进料流量为45m³/h，除盐水进料流量为16m³/h；电压为150V，电流为100A，温度为42℃；第二级高盐液出料流量为16m³/h，第二级高糖液出料流量为45m³/h；

在步骤3）的第三级电渗析系统中，第二级高糖液进料流量为45m³/h，除盐水进料流量为16m³/h；电压为150V，电流为86A，温度为42℃；第三级高盐液出料流量为16m³/h，第三级高糖液出料流量为45m³/h。；

在步骤5）的离子交换柱中，暂存液进料流量为45m³/h，温度为40℃，压力为0.1MPa；木糖溶液出料流量为45m³/h；

在步骤6）再生中，碱液进料流量为13m³/h，温度为40℃，压力为0.1MPa；

在步骤7）中，再生碱液出料流量为13m³/h，碱性再生糖液出料流量为13m³/h。

实施例6

在实施例3-5的基础上，更进一步的：

在步骤1）中，第一级高盐液包括浓度为17g/L还原糖、浓度为35g/L硫酸及浓度为15g/L硫酸钠；第一级高糖液包括浓度为75g/L还原糖、浓度为12g/L硫酸及浓度为5g/L硫酸钠；

在步骤2）中，第二级高盐液包括浓度为15g/L还原糖、浓度为20g/L硫酸及浓度为15g/L硫酸钠；第二级高糖液包括浓度为75g/L还原糖、浓度为5g/L硫酸及浓度为5g/L硫酸钠；

在步骤3）中，第三级高盐液包括浓度为13g/L还原糖、浓度为5g/L硫酸及浓度为5g/L硫酸钠；第三级高糖液包括浓度为75g/L还原糖、浓度为1g/L硫酸及浓度为1g/L硫酸钠；

在步骤5）中，木糖溶液包括75g/L木糖；

在步骤6）中，再生液包括20g/L还原糖及30/L氢氧化钠；

在步骤7）中，再生碱液包括60g/L氢氧化钠，碱性再生糖液包括20 g/L还原糖、5g/L硫酸钠及0.2g/L氢氧化钠。

在步骤1）中，第一级高盐液电导为150ms/cm，pH为0.5，折光为5.5；第一级高糖液电导为40ms/cm，pH为1.0，折光为8.0；

在步骤2）中，第二级高盐液电导为70ms/cm，pH为1.0，折光为3；第二级高糖液电导为18ms/cm，pH为1.8，折光为8.0；

在步骤3）中，第三级高盐液电导为20ms/cm，pH为2，折光为1；第三级高糖液电导为3ms/cm，pH为2.2，折光为8.0；

在步骤5）中，木糖溶液电导为0.05ms/cm，pH为2.5，折光为8；

在步骤6）中，再生液电导为40ms/cm，pH为13，折光为4；

在步骤7）中，再生碱液电导为70～80ms/cm，pH为13～14，折光为4；碱性再生糖液电导为15ms/cm，pH为9，折光为4。

实施例7

在实施例6的基础上，本实施例区别在于：

在步骤1）中，第一级高盐液包括浓度为20g/L还原糖、浓度为45g/L硫酸及浓度为18g/L硫酸钠；第一级高糖液包括浓度为90g/L还原糖、浓度为14g/L硫酸及浓度为10g/L硫酸钠；

在步骤2）中，第二级高盐液包括浓度为18g/L还原糖、浓度为35g/L硫酸及浓度为18g/L硫酸钠；第二级高糖液包括浓度为90g/L还原糖、浓度为10g/L硫酸及浓度为10g/L硫酸钠；

在步骤3）中，第三级高盐液包括浓度为15g/L还原糖、浓度为8g/L硫酸及浓度为5～8g/L硫酸钠；第三级高糖液包括浓度为90g/L还原糖、浓度为2g/L硫酸及浓度为2g/L硫酸钠；

在步骤5）中，木糖溶液包括85g/L木糖；

在步骤6）中，再生液包括30g/L还原糖及340/L氢氧化钠；

在步骤7）中，再生碱液包括70g/L氢氧化钠，碱性再生糖液包括30 g/L还原糖、10g/L硫酸钠及0.5g/L氢氧化钠。

在步骤1）中，第一级高盐液电导为180ms/cm，pH为1.0，折光为6.5；第一级高糖液电导为50ms/cm，pH为1.3，折光为9.0；

在步骤2）中，第二级高盐液电导为80ms/cm，pH为1.2，折光为4；第二级高糖液电导为20ms/cm，pH为2.1，折光为9.0；

在步骤3）中，第三级高盐液电导为23ms/cm，pH为2.2，折光为2；第三级高糖液电导为4ms/cm，pH为22.8，折光为9.0；

在步骤5）中，木糖溶液电导为0.5ms/cm，pH为3.5，折光为9；

在步骤6）中，再生液电导为60ms/cm，pH为14，折光为5；

在步骤7）中，再生碱液电导为80ms/cm，pH为14，折光为5；碱性再生糖液电导为25ms/cm，pH为11，折光为5。

实施例8

在实施例6-7的基础上，本实施例区别在于：

在步骤1）中，第一级高盐液包括浓度为18g/L还原糖、浓度为40g/L硫酸及浓度为16g/L硫酸钠；第一级高糖液包括浓度为85g/L还原糖、浓度为13g/L硫酸及浓度为8g/L硫酸钠；

在步骤2）中，第二级高盐液包括浓度为17g/L还原糖、浓度为25g/L硫酸及浓度为16g/L硫酸钠；第二级高糖液包括浓度为85g/L还原糖、浓度为7g/L硫酸及浓度为9g/L硫酸钠；

在步骤3）中，第三级高盐液包括浓度为14g/L还原糖、浓度为7g/L硫酸及浓度为6g/L硫酸钠；第三级高糖液包括浓度为85g/L还原糖、浓度为1.5g/L硫酸及浓度为1.5g/L硫酸钠；

在步骤5）中，木糖溶液包括80g/L木糖；

在步骤6）中，再生液包括25g/L还原糖及35/L氢氧化钠；

在步骤7）中，再生碱液包括65g/L氢氧化钠，碱性再生糖液包括25g/L还原糖、8g/L硫酸钠及0.34g/L氢氧化钠。

在步骤1）中，第一级高盐液电导为165ms/cm，pH为0.8，折光为6.0；第一级高糖液电导为45ms/cm，pH为1.1，折光为8.5；

在步骤2）中，第二级高盐液电导为75ms/cm，pH为1.1，折光为3.5；第二级高糖液电导为19ms/cm，pH为2.0，折光为8.5；

在步骤3）中，第三级高盐液电导为25ms/cm，pH为2.1，折光为1.5；第三级高糖液电导为3.5ms/cm，pH为2.6，折光为8.5；

在步骤5）中，木糖溶液电导为0.3ms/cm，pH为3.0，折光为8.5；

在步骤6）中，再生液电导为50ms/cm，pH为13.5，折光为4.5；

在步骤7）中，再生碱液电导为75ms/cm，pH为13.5，折光为4.5；碱性再生糖液电导为20ms/cm，pH为10，折光为4.5。

实施例9

在实施例6-8的基础上，更进一步的，

在步骤1）、2）及3）中，所述电渗析膜为合金膜。

在步骤4）的浓缩工序中，采用均相电渗析膜或合金膜进行浓缩，浓缩后的溶液电导为200 ms/cm。

在步骤4）脱盐工序中，采用合金膜进行脱盐，脱盐后的溶液电导为3 ms/cm。

在步骤5）中，所述离子交换柱包括阳离子交换柱和阴离子交换柱，阳离子交换柱采用001×7型号的阳树脂，阴离子交换柱采用D301型号的阴树脂。

在步骤7）脱碱工序中，进行电渗析脱碱，其中，采用合金膜进行脱碱工序。

所述碱液为氢氧化钠水溶液。

实施例10

在实施例9的基础上，本实施例区别在于：

在步骤4）的浓缩工序中，采用均相电渗析膜或合金膜进行浓缩，浓缩后的溶液电导为250 ms/cm。

在步骤4）脱盐工序中，采用合金膜进行脱盐，脱盐后的溶液电导为5 ms/cm。

实施例11

在实施例9-10的基础上，本实施例区别在于：

在步骤4）的浓缩工序中，采用均相电渗析膜或合金膜进行浓缩，浓缩后的溶液电导为220ms/cm。

在步骤4）脱盐工序中，采用合金膜进行脱盐，脱盐后的溶液电导为4ms/cm。

实施例12

一种制备木糖的电渗析及层析联合工艺，包括如下步骤：

1）第一级电渗析：将半纤维素水解液通入至第一级电渗析系统，且通入第二级高盐液（电渗析系统首次使用时，通入除盐水。当电渗析系统正常运行时，即第二级电渗析系统产生出料流量为17m³/h的第二级高盐液，停止通入除盐水，转为通入第二级高盐液），经电渗析膜作用，得第一级高糖液和第一级高盐液；

半纤维素水解液进料流量为40m³/h，第二级高盐液进料流量为17m³/h；电压为150V，电流为100A，温度为45℃；第一级高盐液出料流量为17m³/h，第一级高糖液出料流量为40m³/h；

2）第二级电渗析：将经步骤1）所得的第一级高糖液通入至第二级电渗析系统，且通入除盐水，经电渗析膜作用，得第二级高糖液和第二级高盐液；

第一级高糖液进料流量为40m³/h，除盐水进料流量为17m³/h；电压为150V，电流为100A，温度为45℃；第二级高盐液出料流量为17m³/h，第二级高糖液出料流量为40m³/h；

3）第三级电渗析：将经步骤2）所得的第二级高糖液和通入至第三级电渗析系统，且通入除盐水，经电渗析膜作用，得第三级高糖液和第三级高盐液；

第二级高糖液进料流量为40m³/h，除盐水进料流量为17m³/h；电压为150V，电流为85A，温度为45℃；第三级高盐液出料流量为17m³/h，第三级高糖液出料流量为40m³/h。

4）暂存：将经步骤3）所得的第三级高盐液浓缩及脱盐后，与经步骤3）所得的第三级高糖液一并储存于暂存罐中，备用；

5）层析：将经步骤4）所得的暂存液注入离子交换柱中，经层析，得木糖溶液；暂存液进料流量为50m³/h，温度为35℃，压力为0.1MPa；木糖溶液出料流量为50m³/h；

6）再生：向经步骤5）使用后的离子交换柱中通入碱液，经再生，得含糖和碱的再生液；碱液进料流量为15m³/h，温度为45℃，压力为0.1MPa；

7）回用：将经步骤6）所得的再生液进行电渗析脱碱后，得再生碱液和碱性再生糖液，将再生碱液通入至经步骤5）使用后的离子交换柱中，回用；将碱性再生糖液与经步骤3）所得的第三级高盐液一并进行浓缩及脱盐，回用；

再生碱液出料流量为15m³/h，碱性再生糖液出料流量为15m³/h。

所述半纤维素水解液是指：以半纤维素原料，经硫酸水解后，采用现有成熟技术进行过滤、脱色、超滤等前处理后的半纤维素水解液。其中，在所述半纤维素水解液中，木糖含量为85g/L，硫酸钠含量21g/L，硫酸含量23g/L。

在步骤6）及7）中，所述经步骤5）使用后的离子交换柱包括出料电导＞500 us/cm或者出料pH＜3的离子交换柱。

在步骤1）、2）及3）中，所述电渗析膜为合金膜。

在步骤4）的浓缩工序中，采用合金膜进行浓缩，浓缩后的第三级高盐液电导为220ms/cm。

在步骤4）脱盐工序中，采用合金膜进行脱盐，脱盐后的第三级高盐液电导为4ms/cm。

在步骤1）中，第一级高盐液包括浓度为20g/L还原糖、浓度为35g/L硫酸及浓度为18g/L硫酸钠；第一级高糖液包括浓度为75g/L还原糖、浓度为14g/L硫酸及浓度为5g/L硫酸钠；

在步骤2）中，第二级高盐液包括浓度为15g/L还原糖、浓度为20g/L硫酸及浓度为18g/L硫酸钠；第二级高糖液包括浓度为75g/L还原糖、浓度为10g/L硫酸及浓度为5g/L硫酸钠；

在步骤3）中，第三级高盐液包括浓度为15g/L还原糖、浓度为8g/L硫酸及浓度为5g/L硫酸钠；第三级高糖液包括浓度为75g/L还原糖、浓度为2g/L硫酸及浓度为1g/L硫酸钠；

在步骤5）中，木糖溶液包括75g/L木糖；

在步骤6）中，再生液包括30g/L还原糖及30/L氢氧化钠；

在步骤7）中，再生碱液包括70g/L氢氧化钠，碱性再生糖液包括30 g/L还原糖、10g/L硫酸钠及0.2g/L氢氧化钠。

根据标准《GB/T23532-2009木糖》，经检测，所述半纤维素水解液经电渗析分离后：电导≤4000us/cm，透光率≥98.0%，折光≥7.0，比旋光度18.5°～19.5°，pH为2.2～2.8；还原糖含量≥70g/L，木糖含量≥55g/L，木糖纯度≥80%；无机酸≤0.3%，总酸≤0.4%，硫酸盐含量≤0.005%，灰分≤0.05%，水分≤0.3%，氯化物≤0.005%；

经离子交换柱层析后，木糖溶液电导为0.05～0.5ms/cm，pH为2.5～3.5，折光为8～9。

实施例13

如图1-3所示：制备木糖的电渗析及层析联合工艺系统包括除盐水储罐1、电渗析装置、离子交换柱13和碱液储罐5，所述电渗析装置为三个，分别为第一级电渗析装置2、第二级电渗析装置3和第三级电渗析装置4，第一级电渗析装置2与第二级电渗析装置3连接，第一级电渗析装置2与第二级电渗析装置3之间形成第一级电渗析系统；第二级电渗析装置3与除盐水储罐1连接，除盐水储罐1与第二级电渗析装置3之间形成第二级电渗析系统；第二级电渗析装置3与第三级电渗析装置4连接，第三级电渗析装置4与除盐水储罐1连接，除盐水储罐1与第三级电渗析装置4之间形成第三级电渗析系统；

所述离子交换柱13与第三级电渗析系统连接，离子交换柱13与碱液储罐5连接，离子交换柱13与碱液储罐5之间形成离子交换柱再生系统；离子交换柱13连有脱碱装置6。

所述第一级电渗析装置2进料口连有输送半纤维素水解液的输送管7，第一级电渗析装置2高糖液出口通过输送管7与第二级电渗析装置3进料口连接，第二级电渗析装置3高盐液出口通过输送管7与第一级电渗析装置2连接，第二级电渗析装置3高糖液出口通过输送管7与第三级电渗析装置4进料口连接；第三级电渗析装置4高糖液出口通过输送管7连接有暂存罐8，第三级电渗析装置4高盐液出口通过输送管7与暂存罐8连接；暂存罐8与离子交换柱13进料口连接。

所述第三级电渗析装置4高盐液出口与暂存罐8之间还设有浓缩装置9和脱盐装置10，第三级电渗析装置4高盐液出口与浓缩装置9连接，浓缩装置9与脱盐装置10连接，脱盐装置10与暂存罐8连接。

所述脱碱装置6出碱口通过输送管7与离子交换柱13再生口连接，或者，脱碱装置6出碱口通过输送管7与碱液储罐5连接；脱碱装置6出糖口通过输送管7与浓缩装置9连接。

所述离子交换柱13为两个，离子交换柱13与离子交换柱13之间通过输送管7连接。

所述电渗析分离系统还包括稀释罐11和中和罐12，第一级电渗析装置2高盐液出口通过输送管7与稀释罐11连接，稀释罐11与中和罐12连接；中和罐12连接有废水排放管，或者，中和罐12通过输送管7与回用装置连接。

各输送管7上根据实际需求，设置有控制阀。

实施例14

一种制备木糖的电渗析及层析联合工艺，包括如下步骤：

1）第一级电渗析：将半纤维素水解液通入至第一级电渗析系统，通入第二级高盐液，经电渗析膜作用（条件如下表1），得第一级高糖液和第一级高盐液（如下表4-5）；

2）第二级电渗析：将经步骤1）所得的第一级高糖液通入至第二级电渗析系统，通入除盐水，经电渗析膜作用（条件如下表2），得第二级高糖液和第二级高盐液（如下表4-5）；

3）第三级电渗析：将经步骤2）所得的第二级高糖液通入至第三级电渗析系统，通入除盐水，经电渗析膜作用（条件如下表3），得第三级高糖液和第三级高盐液（如下表4-5）；

4）暂存：将经步骤3）所得的第三级高盐液浓缩及脱盐后，与经步骤3）所得的第三级高糖液一并储存于暂存罐中，备用；

5）层析：将经步骤4）所得的暂存液注入离子交换柱中，经层析，得木糖溶液；

6）再生：向经步骤5）使用后的离子交换柱中通入碱液，经再生，得含糖和碱的再生液；

7）回用：将经步骤6）所得的再生液进行电渗析脱碱后，得再生碱液和碱性再生糖液，将再生碱液通入至经步骤5）使用后的离子交换柱中，回用；将碱性再生糖液与经步骤3）所得的第三级高盐液一并进行浓缩及脱盐，回用。

Claims (6)

1.一种制备木糖的电渗析及层析联合工艺，其特征在于，包括如下步骤：

1）第一级电渗析：将半纤维素水解液通入至第一级电渗析系统，且通入第二级高盐液，经电渗析膜作用，得第一级高糖液和第一级高盐液；

其中，半纤维素水解液包括浓度为70～90g/L的木糖、浓度为20～22g/L硫酸钠及浓度为20～25g/L硫酸；

第一级高盐液包括浓度为17～20g/L还原糖、浓度为35～45g/L硫酸及浓度为15～18g/L硫酸钠；第一级高糖液包括浓度为75～90g/L还原糖、浓度为12～14g/L硫酸及浓度为5～10g/L硫酸钠，第一级高糖液电导为40～50ms/cm；

在第一级电渗析系统中，半纤维素水解液进料流量为40～50m³/h，第二级高盐液进料流量为15～17m³/h；电压为150V，电流为100A，温度为40～45℃；第一级高盐液出料流量为15～17m³/h，第一级高糖液出料流量为40～50m³/h；

2）第二级电渗析：将经步骤1）所得的第一级高糖液通入至第二级电渗析系统，且通入除盐水，经电渗析膜作用，得第二级高糖液和第二级高盐液；

其中，在第二级电渗析系统中，第一级高糖液进料流量为40～50m³/h，除盐水进料流量为15～17m³/h；电压为150V，电流为100A，温度为40～45℃；第二级高盐液出料流量为15～17m³/h，第二级高糖液出料流量为40～50m³/h；

第二级高盐液包括浓度为15～18g/L还原糖、浓度为20～35g/L硫酸及浓度为15～18g/L硫酸钠；第二级高糖液包括浓度为75～90g/L还原糖、浓度为5～10g/L硫酸及浓度为5～10g/L硫酸钠；

3）第三级电渗析：将经步骤2）所得的第二级高糖液通入至第三级电渗析系统，且通入除盐水，经电渗析膜作用，得第三级高糖液和第三级高盐液；

其中，在第三级电渗析系统中，第二级高糖液进料流量为40～50m³/h，除盐水进料流量为15～17m³/h；电压为150V，电流为75～100A，温度为40～45℃；第三级高盐液出料流量为15～17m³/h，第三级高糖液出料流量为40～50m³/h；

第三级高糖液包括浓度为75～90g/L还原糖、浓度为1～2g/L硫酸及浓度为1～2g/L硫酸钠，第三级高糖液电导为3～4ms/cm ，pH为2.2～2.8，折光为8.0～9.0；第三级高盐液包括浓度为13～15g/L还原糖、浓度为5～8g/L硫酸及浓度为5～8g/L硫酸钠，第三级高盐液电导为20～30ms/cm，pH为2～2.2，折光为1～2；

4）暂存：将经步骤3）所得的第三级高盐液浓缩及脱盐后，与经步骤3）所得的第三级高糖液一并储存于暂存罐中，备用；其中，第三级高盐液脱盐后的溶液电导为3～5 ms/cm；

5）层析：将经步骤4）所得的暂存液注入离子交换柱中，经层析，得包括75～85g/L木糖的木糖溶液；

其中，暂存液进料流量为40～50m³/h，温度为35～45℃，压力为0.1MPa；木糖溶液出料流量为40～50m³/h；

6）再生：向经步骤5）使用后的离子交换柱中通入碱液，经再生，得含糖和碱的再生液；

其中，碱液进料流量为10～15m³/h，温度为35～45℃，压力为0.1MPa；

再生液包括20～30g/L还原糖及30～40/L氢氧化钠；

7）回用：将经步骤6）所得的再生液进行电渗析脱碱后，得再生碱液和碱性再生糖液，将再生碱液通入至经步骤5）使用后的离子交换柱中，回用；将碱性再生糖液与经步骤3）所得的第三级高盐液一并进行浓缩及脱盐，回用；其中，再生碱液出料流量为10～15m³/h，碱性再生糖液出料流量为10～15m³/h；

再生碱液包括60～70g/L氢氧化钠，碱性再生糖液包括20～30 g/L还原糖、5～10 g/L硫酸钠及0.2～0.5g/L氢氧化钠；

在步骤6）及7）中，所述经步骤5）使用后的离子交换柱包括出料电导＞0.5ms/cm或者出料pH＜3的离子交换柱；

电渗析系统首次使用时，通入除盐水；当电渗析系统常规运行时，即第二级电渗析系统产生第二级高盐液，停止通入除盐水，转为通入第二级高盐液。

2.根据权利要求1所述的制备木糖的电渗析及层析联合工艺，其特征在于，在步骤1）中，第一级高盐液电导为150～180ms/cm，pH为0.5～1.0，折光为5.5～6.5；第一级高糖液电导pH为1.0～1.3，折光为8.0～9.0；

在步骤2）中，第二级高盐液电导为70～80ms/cm，pH为1.0～1.2，折光为3～4；第二级高糖液电导为18～20ms/cm，pH为1.8～2.1，折光为8.0～9.0；

在步骤5）中，木糖溶液电导为0.05～0.5ms/cm，pH为2.5～3.5，折光为8～9；

在步骤6）中，再生液电导为40～60ms/cm，pH为13～14，折光为4～5；

在步骤7）中，再生碱液电导为70～80ms/cm，pH为13～14，折光为4～5；碱性再生糖液电导为15～25ms/cm，pH为9～11，折光为4～5。

3.根据权利要求1所述的制备木糖的电渗析及层析联合工艺，其特征在于，在步骤4）中，浓缩后的溶液电导为200～250 ms/cm。

4.根据权利要求1所述的制备木糖的电渗析及层析联合工艺，其特征在于，在制备木糖的电渗析及层析联合工艺中，采用系统包括除盐水储罐（1）、电渗析装置、离子交换柱（13）和碱液储罐（5），所述电渗析装置为三个，分别为第一级电渗析装置（2）、第二级电渗析装置（3）和第三级电渗析装置（4），第一级电渗析装置（2）与第二级电渗析装置（3）连接，第一级电渗析装置（2）与第二级电渗析装置（3）之间形成第一级电渗析系统；第二级电渗析装置（3）与除盐水储罐（1）连接，除盐水储罐（1）与第二级电渗析装置（3）之间形成第二级电渗析系统；第二级电渗析装置（3）与第三级电渗析装置（4）连接，第三级电渗析装置（4）与除盐水储罐（1）连接，除盐水储罐（1）与第三级电渗析装置（4）之间形成第三级电渗析系统；

所述离子交换柱（13）通过暂存罐（8）与第三级电渗析系统连接，离子交换柱（13）与碱液储罐（5）连接，离子交换柱（13）与碱液储罐（5）之间形成离子交换柱再生系统；离子交换柱（13）连有脱碱装置（6）。

5.根据权利要求4所述的制备木糖的电渗析及层析联合工艺，其特征在于，所述第一级电渗析装置（2）进料口连有输送半纤维素水解液的输送管（7），第一级电渗析装置（2）高糖液出口通过输送管（7）与第二级电渗析装置（3）进料口连接，第二级电渗析装置（3）高盐液出口通过输送管（7）与第一级电渗析装置（2）连接，第二级电渗析装置（3）高糖液出口通过输送管（7）与第三级电渗析装置（4）进料口连接；第三级电渗析装置（4）高糖液出口通过输送管（7）连接有暂存罐（8），第三级电渗析装置（4）高盐液出口通过输送管（7）与暂存罐（8）连接；暂存罐（8）与离子交换柱（13）进料口连接；所述第三级电渗析装置（4）高盐液出口与暂存罐（8）之间还设有浓缩装置（9）和脱盐装置（10），第三级电渗析装置（4）高盐液出口与浓缩装置（9）连接，浓缩装置（9）与脱盐装置（10）连接，脱盐装置（10）与暂存罐（8）连接。

6.根据权利要求4或5所述的制备木糖的电渗析及层析联合工艺，其特征在于，所述脱碱装置（6）出碱口通过输送管（7）与离子交换柱（13）再生口连接，或者，脱碱装置（6）出碱口通过输送管（7）与碱液储罐（5）连接；脱碱装置（6）出糖口通过输送管（7）与浓缩装置（9）连接。

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