CN1522997A - 电渗析法用于1，3-丙二醇发酵液的脱盐工艺 - Google Patents
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Abstract
电渗析法用于1，3－丙二醇发酵液的脱盐工艺，涉及到发酵液的脱盐技术领域，尤其涉及到用电渗析法对发酵液的脱盐技术领域。其特征在于，在主要参数选择中，浓室罐中装入的盐溶液的初始浓度为0.01mol/L～0.05mol/L；淡室发酵液的流速为40L/h～80L/h，浓室盐溶液的流速为40L/h～80L/h；单膜对的电压为0.5V～1.4V。该方法能够有效的脱除1，3－丙二醇中的有机酸盐和无机盐，大大降低产品的损失率，使后续提取工作更加顺利。
Description
技术领域：
电渗析法用于1，3-丙二醇发酵液的脱盐工艺，涉及到发酵液的脱盐技术领域，尤其涉及到用电渗析法对发酵液的脱盐技术领域。
背景技术：
1，3-丙二醇是一种重要的化工原料，主要作为生产聚酯和聚胺酯的单体。发酵法生产1，3-丙二醇因成本低廉、反应条件温和，近年来已成为国内外研究者关注的热点。但在发酵过程中会生成乙酸、乳酸等有机酸副产物，使得发酵液pH值降低从而抑制了菌体的生长、导致1，3-丙二醇产率过低。因此，需要在发酵进行中添加氢氧化钾调节pH值在7左右以保证菌体的正常生长。加入的氢氧化钾会与有机酸生成有机酸盐，加上培养液中本身包含的一定量的无机盐，使得发酵得到的1，3-丙二醇产品液中存在较大量的有机酸盐和无机盐。在1，3-丙二醇的真空蒸馏法脱水的后续提取中，盐的存在会导致真空蒸馏温度不断升高、能耗增大；随着盐以固体形式析出会将部分1，3-丙二醇产品包裹在其中，引起20％以上的产品损失率；同时产品的浓缩率不高于30％-40％。因此有效的脱除1，3-丙二醇中存在的大量有机酸盐和无机盐，成为1，3-丙二醇的后续提取中关键的部分。目前国内外尚没有能够有效解决该问题的相关文献报道。
电渗析技术是分离电解质与非电解质的有效方法之一，在海水淡化、淡水纯化等方面的应用已经十分成熟，该方法在应用中不会造成环境污染，并且成本较为低廉，近些年也已逐步应用于发酵液中有机酸及有机酸盐的分离、回收。通常电渗析法用于发酵液，主要是脱除作为主产物的有机酸或有机酸盐，例如发酵法生产乳酸过程中通过电渗析技术将乳酸与发酵液中其它物质分离(李学梅等.发酵液中乳酸的电渗析法分离.高校化学工程学报，1998，12(3)：231-235)、发酵法生产乳酸过程中通过电渗析技术将乳酸钠转化为乳酸(L.Madzingaidzo等.Process development and optimisation of lactic acid purification usingelectrodialysis.Journal of biotechnology，2002，96：223-239)等。在电渗析法用于发酵液的工艺操作中，针对不同的操作对象，其工艺条件和操作参数均有很大差异，在1，3-丙二醇发酵液的脱盐工艺中，用电渗析法将盐作为副产物从发酵液中脱除，国内外目前尚未研究。
发明内容：
本发明针对1，3-丙二醇的特点，提出了电渗析法用于1，3-丙二醇发酵液的脱盐工艺，该方法能够有效的脱除1，3-丙二醇发酵液中的有机酸盐和无机盐，能够大大降低产品的损失率。
本发明含有以下步骤：
1)在淡室罐(7)中装入待处理的1，3-丙二醇发酵液，在浓室罐(4)中装入盐溶液，在阳极室罐(6)中装入酸溶液，在阴极室罐(5)中装入碱溶液；
2)开启控制上述浓室罐(4)的泵(8A)，控制上述淡室罐(7)的泵(8D)，控制上述阳极室罐(6)的泵(8C)，控制上述阴极室罐(5)的泵(8B)，使上述盐溶液、1，3-丙二醇发酵液、酸溶液、碱溶液在电渗析器中循环；通过调节流量计(9A)控制上述盐溶液的流速，通过调节流量计(9D)控制上述1，3-丙二醇发酵液的流速；通过调节流量计(9B)控制上述碱溶液的流速；通过调节流量计(9C)控制上述酸溶液的流速；
3)打开并调节直流电源(2)，为单膜对加上电压，使电渗析器工作；
4)关闭直流电源(2)和泵(8A-8D)；
其特征在于，上述第1)步中，所述浓室罐(7)中装入的盐溶液的初始浓度为0.01mol/L～0.05mol/L；上述第2)步中，所述1，3-丙二醇发酵液的流速调节为40L/h～80L/h，所述盐溶液的流速调节为40L/h～80L/h；上述第3)步中，调节直流电源(2)为单膜对加的电压为0.5V～1.4V。
实验证明，使用本发明所提出的电渗析法用于1，3-丙二醇发酵液的脱盐工艺，能够有效的脱出1，3-丙二醇中的有机酸盐和无机盐，使后续提取中1，3-丙二醇的产品损失率大大降低，达到了预期的目的。
附图说明：
图1为本发明所使用的电渗析器的工作示意图。
具体实施方式：
结合图1说明本发明的具体实施方式。
本发明所使用的工艺装置主要包括电渗析器1、直流稳压电源2、安培表3、泵8A-8D、流量计9A-9D，如图1所示。其中，电渗析器1是常规电渗析器，由10对阴、阳离子交换膜(单膜面积：100×300mm2-400×1600mm2)交替组成，其中A为阴离子交换膜，C为阳离子交换膜，本发明采用的是北京环宇利达环保设备公司的耐强酸、强碱的均相离子交换膜。
操作过程中，浓室罐4中盐溶液的初始浓度、淡室罐7中1，3-丙二醇发酵液的流速、浓室罐4中盐溶液的流速，和施加的单膜对电压是十分关键的操作参数，需要通过实际脱盐过程中脱盐时间、能耗、脱盐率三个指标的计算比较得到最佳值，本发明通过计算1，3-丙二醇在电渗析脱盐过程中，在达到相同脱盐率时所需能耗和脱盐时间来衡量脱盐效果，同时确定上述几个参数的最佳范围，脱盐率大小的确定是通过用电导率仪测定发酵液初始和最终电导率值来表征，能耗的确定采用公式：能耗＝操作电压×电流×操作时间来确定。
通过以下8组实验进行说明：
试验1：
1)在淡室罐7中装入待处理的1，3-丙二醇发酵液3升(测得其电导率值为15000μs/cm)，浓室罐4中装入浓度为0.01mol/L的醋酸钾溶液3升，阳极室罐6中装入浓度为0.05mol/L的硫酸溶液2升，阴极室罐5中装入浓度为0.05mol/L的氢氧化钠溶液2升。
2)开启泵8A-8D，使盐溶液、1，3-丙二醇发酵液、酸溶液、碱溶液在电渗析器1中循环，调节流量计9A和9D，使浓室罐4中醋酸钾溶液流速和淡室罐7中1，3-丙二醇发酵液流速达到60L/h，调节流量计9B和9C，使阴极室罐5中氢氧化钠溶液流速和阳极室罐6中硫酸溶液流速达到40L/h，循环30分钟。
3)打开直流电源2，调节到5V，使单膜对上的电压为0.5V，电渗析器1开始工作。
4)当电导率值降至600μs/cm时，关闭直流电源2，关闭泵8A-8D。此时测得电渗析工作的时间为16小时。
操作结束后，通过计算，得到电渗析脱盐过程所需能耗为5.36wh/L。
以下7组实验中，本发明只改变了浓室罐4中醋酸钾溶液的初始浓度、淡室罐7中1，3-丙二醇发酵液的流速、浓室罐4中醋酸钾溶液的流速和单膜对的电压值，其余参数均不变，在达到相同电导率(电导率从15000s/cm降至600s/cm)时，测量其所用的时间，并计算能耗。实验所得的8组数据如表1所示。
| 组别 | 浓室罐中盐溶液初始浓度(mol/L) | 淡室中发酵液流速(L/h) | 浓室罐中盐溶液流速(L/h) | 单膜对电压(V) | 工作时间(h) | 能耗(wh/L) |
| 1 | 0.01 | 60 | 60 | 0.5 | 16 | 5.36 |
| 2 | 0.01 | 60 | 60 | 0.7 | 12 | 7.01 |
| 3 | 0.01 | 60 | 60 | 1.0 | 9 | 11.12 |
| 4 | 0.01 | 60 | 60 | 1.4 | 6 | 16.9 |
| 5 | 0.03 | 60 | 60 | 0.7 | 11.5 | 8.67 |
| 6 | 0.05 | 60 | 60 | 0.7 | 13 | 8.68 |
| 7 | 0.05 | 40 | 40 | 0.7 | 12 | 7.52 |
| 8 | 0.05 | 80 | 80 | 0.7 | 12 | 7.68 |
表1
从表中可看出，当浓室罐4中盐溶液的初始浓度在0.01～0.05mol/L，淡室罐中1，3-丙二醇发酵液和浓室罐中盐溶液的流速在40～80L/h，单膜对所加的电压在0.5V～1.4V时，能够使发酵液达到较高的脱盐率(电导率)，而在达到相同的脱盐率时，所需要的工作时间和所需的能耗都不大。当单膜对电压较高时，所需时间较短，能耗稍大；当单膜对的电压较低时，所需时间较长，能耗较小，但所需的时间与能耗能达到相对平衡。
在电渗析脱盐过程中，阳、阴极室的初始浓度，其中酸和碱溶液的流速对脱盐的效果影响不大，可以选择发酵液的电渗析工艺中常用的参数范围：阳极室和阴极室流速为20L/h-60L/h；阳极室和阴极室中酸液和碱液的浓度为0.01mol/L-0.1mol/L。
用高效液相色谱测定发酵液中1，3-丙二醇的初始浓度C1，和脱盐后1，3-丙二醇浓度C2，计算1，3-丙二醇损失率((C1-C2)/C1)仅为4.5％-6.0％。经该技术脱盐处理后的1，3-丙二醇发酵液再经蒸馏等工艺处理时，浓缩率可一次性达到70％以上。
通过实验证明，采用合适的参数范围，用电渗析法脱除1，3-丙二醇发酵液中的副产物盐能够达到明显的效果，使后续提取工作更加顺利。
Claims (1)
1、电渗析法用于1，3-丙二醇发酵液的脱盐工艺，含有以下步骤：
1)在淡室罐(7)中装入待处理的1，3-丙二醇发酵液，在浓室罐(4)中装入盐溶液，在阳极室罐(6)中装入酸溶液，在阴极室罐(5)中装入碱溶液；
2)开启控制上述浓室罐(4)的泵(8A)，控制上述淡室罐(7)的泵(8D)，控制上述阳极室罐(6)的泵(8C)，控制上述阴极室罐(5)的泵(8B)，使上述盐溶液、1，3-丙二醇发酵液、酸溶液、碱溶液在电渗析器中循环；通过调节流量计(9A)控制上述盐溶液的流速，通过调节流量计(9D)控制上述1，3-丙二醇发酵液的流速；通过调节流量计(9B)控制上述碱溶液的流速；通过调节流量计(9C)控制上述酸溶液的流速；
3)打开并调节直流电源(2)，为单膜对加上电压，使电渗析器工作；
4)关闭直流电源(2)和泵(8A-8D)；
其特征在于，上述第1)步中，所述浓室罐(7)中装入的盐溶液的初始浓度为0.01mol/L～0.05mol/L；上述第2)步中，所述1，3-丙二醇发酵液的流速调节为40L/h～80L/h，所述盐溶液的流速调节为40L/h～80L/h；上述第3)步中，调节直流电源(2)为单膜对加的电压为0.5V～1.4V。
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