CN216260815U - 一种麦角硫因发酵液纯化用连续离交脱盐及脱色除杂系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种麦角硫因发酵液纯化用连续离交脱盐及脱色除杂系统，属于连续离子交换处理技术领域。所述系统包括：阴离子交换系统、阳离子交换系统、以及自动控制系统；所述阴离子交换系统和所述阳离子交换系统通过管道串联，所述管路上设置有自控阀；所述阴离子交换系统和所述阳离子交换系统能够上下串联，并使阴离子交换柱在上部分运行，阳离子交换柱下部分运行；两个系统能够同步运行，料液运行方向与系统中交换柱的转动方向相反。所述自动控制系统能够通过设置于各个管道上的自控阀周期性地控制两个离子交换系统，使各组离子交换柱之间完成离交、顶料、酸洗、碱洗和水洗的过程，实现麦角硫因发酵液的脱盐及脱色除杂。

Description

一种麦角硫因发酵液纯化用连续离交脱盐及脱色除杂系统

技术领域

本实用新型涉及一种麦角硫因发酵液纯化用连续离交脱盐及脱色除杂系统，属于连续离子交换处理技术领域。

背景技术

麦角硫因(L-Ergothioneine,EGT)别名麦角含硫碱、麦硫因等，是一种来源于植物，并且可以在动物中高度积累的天然氨基酸。麦角硫因作为一种天然抗氧化剂，已经逐步走入人们的视野，它具有清除自由基，解毒，维持DNA的生物合成，细胞的正常生长及细胞免疫等多种生理功能。麦角硫因分布于哺乳动物的某些组织、器官中，主要存在于红血球(约1～2mmol.L)和某些动物的精液中，虽然还没有实验研究表明有动物能合成该物质，但是动物细胞内肯定存在吸收和保留麦角硫因的途径。由于麦角硫因的这些特性，决定了它在医药、化妆品、食品饮料及生物技术等领域具有广泛的用途和前进。

麦角硫因的制备方法主要有三种：植物提取法、化学合成法和生物发酵合成法。与其它两种麦角硫因的合成方法相比，生物发酵技术合成麦角硫因是成本最低、工艺最绿色及放大效益最好的方法，因此，生物发酵技术也必将成为麦角硫因工业量产的主流工艺。然而，在麦角硫因发酵液中通常含有大量的盐分、杂氨基酸和色素等杂质，分离纯化难度很大，传统的工艺在结构和设计上还存在一定的缺陷，不能高效且彻底地去除上述杂质，无法满足实际生产的需求。

实用新型内容

基于上述原因，本实用新型提供了一种生产上易于操作且脱盐除杂效果优异的连续离子交换系统，通过两种离交树脂柱联用的组合脱盐工艺将发酵体系的盐分、色素和杂酸等有机杂质基本去除，同时采用连续离交系统，实现了两种离交体系的连续化运行，大大的提升了生产效率。

[技术方案]

本实用新型提供的一种麦角硫因发酵液纯化用连续离交脱盐及脱色除杂系统，用于麦角硫因发酵液的脱盐及脱色除杂，以实现麦角硫因发酵液的纯化。

本实用新型通过以下技术方案实现：

一种麦角硫因发酵液纯化用连续离交脱盐及脱色除杂系统，所述连续离交脱盐及脱色除杂系统包括：阴离子交换系统、阳离子交换系统、以及自动控制系统；所述阴离子交换系统和所述阳离子交换系统通过管道串联，所述管路上设置有自控阀；所述自动控制系统还包括传感器，传感器通过PLC程序控制自控阀。

其中，所述阴离子交换系统包括多个阴离子交换柱，所述阳离子交换系统包括多个阳离子交换柱，多个阴离子交换柱与多个阳离子交换柱之间通过管道互相连接，并且管道上设置有自控阀；所述阴离子交换系统和所述阳离子交换系统为两个相对独立的离交系统，每个离交系统分别包括顶料区、离子交换区和再生区；

在顶料区的首位交换柱的上端设有顶料水进口，顶料区的交换柱是单根串联方式连接，并且在顶料区的末位交换柱下端设有顶料液排口，排出的顶料液会并入后续的离交液中继续进行离交；

在离子交换区的首位交换柱的上端设有离交液进料口，离子交换区的交换柱是多组并联再串联的方式连接，并且在离子交换区的末位交换柱下端设有离交液排口；

再生区包括酸洗/碱洗组和水洗组，水洗组的首位交换柱上端设有纯水进口，水洗组的末位交换柱下端设有水洗液排口，酸洗/碱洗组的首位交换柱的上端设有稀酸或稀碱的进口，酸洗/碱洗组的末位交换柱是并联，并且在其末位交换柱的下端设有废酸或废碱的排口。

在一种实施方式中，所述阴离子交换系统和所述阳离子交换系统能够上下串联，并使阴离子交换柱在上部分运行，阳离子交换柱下部分运行；两个系统能够同步运行，并且料液运行方向与系统中交换柱的转动方向相反。

在一种实施方式中，所述阴离子交换系统中包括16个阴离子交换柱a1～a16，并且所述阳离子交换系统包括16个阳离子交换柱c1～c16；并且多个阴离子交换柱和阳离子交换柱均为树脂柱，其中填充树脂填料。

在一种实施方式中，多个阴离子交换柱中的树脂填料可选用大孔型阴离子交换树脂、凝胶型阴离子交换树脂，强碱型阴离子交换树脂和弱碱型阴离子交换树脂；多个阳离子交换柱中的树脂填料可选用大孔型阳离子交换树脂、凝胶型阳离子交换树脂，强酸型阳离子交换树脂和弱酸型阳离子交换树脂。

在一种实施方式中，阴离子交换柱a1～a16中，a1、a2和a3为阴离子交换系统的顶料区，阳离子交换柱c1～c16中，c1、c2和c3为阳离子交换系统的顶料区；其中阴离子交换柱a1的上端设有顶料水进口，并采用纯水作为顶料水；阴离子交换柱a1的下端通过管路与阳离子交换柱c1的上端连接，阳离子交换柱c1的下端通过管路与阴离子交换柱a2的上端连接；采用同样的连接方式使阴离子交换柱a1→阳离子交换柱c1→阴离子交换柱a2→阳离子交换柱c2→阴离子交换柱a3→阳离子交换柱c3依次进行首尾串联，并将阳离子交换柱c3下端排出的顶料液与阴离子交换柱a4和阴离子交换柱a5下端的出料管路合并，一起流入下一级离交系统。

在一种实施方式中，阴离子交换系统的阴离子交换柱a4～a8为阴离子交换区，所述阴离子交换区的原料为来自上游的超滤膜过滤液，原料通过阴离子交换柱a4和a5上端的进料口进入所述阴离子交换系统；其中，所述阴离子交换区分为两级离交区，由a4和a5并联形成一级离交区，由a6～a8并联形成二级离交区，一级离交后的出料液能够与来自阳离子交换柱c3下端的出料液合流，并进入二级离交区进行二级离交。

在一种实施方式中，阳离子交换系统中，阳离子交换柱c4～c9为阳离子交换区，所述阳离子交换区的原料来自阴离子交换系统二级离交区的阴离子交换柱a6～a8的下端出料口；

所述阳离子交换区也分为两级离交区，由c4～c6并联形成一级离交区，由c7～c9并联形成二级离交区，所述阳离子交换系统脱盐、除杂后的料液最终能够从阳离子交换柱c7～c9的下端排出，流入离交液储罐。

在一种实施方式中，所述的阴离子交换柱a9～a16为阴离子交换系统的再生区，交换柱a9～a11串联形成水洗组，阴离子交换柱a12～a16为碱洗组，其中a12～a14串联，a15和a16并联；碱洗液可以为0.5％～8％的氢氧化钠水溶液，也可以为0.5％～8％的氨水。

在一种实施方式中，优选4％氢氧化钠溶液为碱洗液，碱洗废液排入废碱大槽。

在一种实施方式中，所述的交换柱c10～c16为阳离子交换系统的再生区，交换柱c10～c12串联形成水洗组，交换柱c13～c16为酸洗组，其中c13和c14串联，c15和c16并联；酸洗液可以为0.5％～10％的盐酸水溶液，也可以为0.5％～10％的硫酸水溶液。

在一种实施方式中，优选4％盐酸溶液为酸洗液，酸洗废液排入废酸大槽。

[有益效果]

与现有技术相比，本实用新型的麦角硫因发酵液纯化用连续离交脱盐及脱色除杂系统，包括多个阴离子交换交换柱、多个阳离子交换交换柱、相互连接的管路、设置在连接管路上的自控阀，以及自动控制系统组成。自动控制系统通过自控阀周期性地控制各组离子交换交换柱间实现离交、顶料、酸洗、碱洗和水洗等过程。本实用新型提供的纯化装置与传统的纯化装置相比脱盐除杂更加彻底，酸耗、碱耗、水耗和能耗均有明显地降低，同时连续化和自动化程度更高，大大地提升了生产效率。

附图说明

图1是本实用新型的连续离交脱盐及脱色除杂系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的系统作进一步详细说明。根据下述的说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

实施例一

本实施例提供一种麦角硫因发酵液纯化用连续离交脱盐及脱色除杂系统，所述连续离交脱盐及脱色除杂系统包括：阴离子交换系统、阳离子交换系统、以及自动控制系统；所述阴离子交换系统和所述阳离子交换系统通过管道串联，所述管路上设置有自控阀；所述自动控制系统还包括传感器，传感器通过PLC程序控制自控阀的开闭。

其中，所述阴离子交换系统包括多个阴离子交换柱，所述阳离子交换系统包括多个阳离子交换柱，多个阴离子交换柱与多个阳离子交换柱之间通过管道互相连接，并且管道上设置有自控阀；所述阴离子交换系统和所述阳离子交换系统为两个相对独立的离交系统，每个离交系统分别包括顶料区、离子交换区和再生区；

在顶料区的首位交换柱的上端设有顶料水进口，顶料区的交换柱是单根串联方式连接，并且在顶料区的末位交换柱下端设有顶料液排口，排出的顶料液会并入后续的离交液中继续进行离交；

在离子交换区的首位交换柱的上端设有离交液进料口，离子交换区的交换柱是多组并联再串联的方式连接，并且在离子交换区的末位交换柱下端设有离交液排口；

再生区包括酸洗/碱洗组和水洗组，水洗组的首位交换柱上端设有纯水进口，水洗组的末位交换柱下端设有水洗液排口，酸洗/碱洗组的首位交换柱的上端设有稀酸或稀碱的进口，酸洗/碱洗组的末位交换柱是并联，并且在其末位交换柱的下端设有废酸或废碱的排口。

在一种实施方式中，所述阴离子交换系统和所述阳离子交换系统能够上下串联，并使阴离子交换柱在上部分运行，阳离子交换柱下部分运行；两个系统能够同步运行，并且料液运行方向与系统中交换柱的转动方向相反。

在一种实施方式中，如图1所示，所述阴离子交换系统中包括16个阴离子交换柱a1～a16，并且所述阳离子交换系统包括16个阳离子交换柱c1～c16；并且多个阴离子交换柱和阳离子交换柱均为树脂柱，其中填充树脂填料。

在一种实施方式中，多个阴离子交换柱中的树脂填料可选用大孔型阴离子交换树脂、凝胶型阴离子交换树脂，强碱型阴离子交换树脂和弱碱型阴离子交换树脂；多个阳离子交换柱中的树脂填料可选用大孔型阳离子交换树脂、凝胶型阳离子交换树脂，强酸型阳离子交换树脂和弱酸型阳离子交换树脂。

在一种实施方式中，阴离子交换柱a1～a16中，a1、a2和a3为阴离子交换系统的顶料区，阳离子交换柱c1～c16中，c1、c2和c3为阳离子交换系统的顶料区；其中阴离子交换柱a1的上端设有顶料水进口，并采用纯水作为顶料水；阴离子交换柱a1的下端通过管路与阳离子交换柱c1的上端连接，阳离子交换柱c1的下端通过管路与阴离子交换柱a2的上端连接；采用同样的连接方式使阴离子交换柱a1→阳离子交换柱c1→阴离子交换柱a2→阳离子交换柱c2→阴离子交换柱a3→阳离子交换柱c3依次进行首尾串联，并将阳离子交换柱c3下端排出的顶料液与阴离子交换柱a4和阴离子交换柱a5下端的出料管路合并，一起流入下一级离交系统。

在一种实施方式中，阴离子交换系统的阴离子交换柱a4～a8为阴离子交换区，所述阴离子交换区的原料为来自上游的超滤膜过滤液，原料通过阴离子交换柱a4和a5上端的进料口进入所述阴离子交换系统；其中，所述阴离子交换区分为两级离交区，由a4和a5并联形成一级离交区，由a6～a8并联形成二级离交区，一级离交后的出料液能够与来自阳离子交换柱c3下端的出料液合流，并进入二级离交区进行二级离交。

在一种实施方式中，阳离子交换系统中，阳离子交换柱c4～c9为阳离子交换区，所述阳离子交换区的原料来自阴离子交换系统二级离交区的阴离子交换柱a6～a8的下端出料口；

所述阳离子交换区也分为两级离交区，由c4～c6并联形成一级离交区，由c7～c9并联形成二级离交区，所述阳离子交换系统脱盐、除杂后的料液最终能够从阳离子交换柱c7～c9的下端排出，流入离交液储罐。

在一种实施方式中，所述的阴离子交换柱a9～a16为阴离子交换系统的再生区，交换柱a9～a11串联形成水洗组，阴离子交换柱a12～a16为碱洗组，其中a12～a14串联，a15和a16并联；碱洗液可以为0.5％～8％的氢氧化钠水溶液，也可以为0.5％～8％的氨水。

在一种实施方式中，所述的交换柱c10～c16为阳离子交换系统的再生区，交换柱c10～c12串联形成水洗组，交换柱c13～c16为酸洗组，其中c13和c14串联，c15和c16并联；酸洗液可以为0.5％～10％的盐酸水溶液，也可以为0.5％～10％的硫酸水溶液。

如图1所示，本实用新型的整个连续离交系统分上下两部分，上下各均匀排列16根交换柱，其中16根阴离子交换交换柱按序号a1～a16依次排列在连续离交系统的上半部分，16根阳离子交换交换柱按序号a1～a16依次排列在连续离交系统的下半部分，所有的交换柱之间都通过设定的管路和自控系统进行连接。整个系统运行一圈的周期为4h，转动速率为15min/转，每次转动一个柱位，总计16个转动柱位。

原料液从a4号和a5号柱的上端进样，进样流速为2BV/h(1BV表示一个交换柱的填料体积)，则料液在每个交换柱中的流速为1BV/h，a4号和a5号柱的出料液会与前面顶料液进行汇合，流入下一级离交区，下一级离交区由a6、a7和a8三根交换柱组成，料液分别通过a6、a7和a8后即完成了阴离子交换除杂作用，之后料液会被引入阳离子交换系统的c4～c6柱，c4～c6柱的出料液流入下一级阳离子交换区，下一级阳离子交换区由c7、c8和c9三根交换柱组成，料液分别通过c7、c8和c9柱后即完成了整个离交除杂过程，料液会被泵入离交存储罐，离交前后料液的质量检测结果如表1所示。

表1

顶料区包括交换柱a1～a3，c1～c3，其中a1～a3为阴离子交换系统的顶料区，c1～c3为阳离子交换系统的顶料区，本实用新型将阴离子交换系统和阳离子交换系统的顶料区交换柱串联起来，这样不仅节省顶料用水的总量，同时避免了对原料液的进一步稀释。

阴离子交换系统的再生区为a9～a16号柱，其中交换柱a12～a16为碱洗组，从a12号柱的上端泵入新的碱液(4％NaOH)，a12～a14号柱串联碱洗，a14号柱流出液与a11号柱的洗碱液合并后泵入a15和a16号柱，a15和a16号柱为并联方式，a15和a16号柱流出液排入废碱大槽，交换柱a9～a11为水洗组，以串联方式连接。

阳离子交换系统的再生区为c10～c16号柱，其中交换柱c13～c16为酸洗组，从c13号柱的上端泵入新的酸液(4％HCl)，c13和c14号柱串联酸洗，c14号柱流出液与c12号柱的洗酸液合并后泵入c15和c16号柱，c15和c16号柱以并联的方式连接，c15和c16号柱流出液排入废酸大槽，交换柱c10～c12为水洗酸柱，以串联方式连接。

本实用新型的系统通过两种离交树脂柱联用的组合脱盐工艺将发酵体系的盐分、色素和杂酸等有机杂质基本去除，同时采用连续离交系统，实现了两种离交体系的连续化运行，大大的提升了生产效率。

虽然本实用新型已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本实用新型，任何熟悉此技术的人，在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本实用新型的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种麦角硫因发酵液纯化用连续离交脱盐及脱色除杂系统，其特征在于，所述连续离交脱盐及脱色除杂系统包括：阴离子交换系统、阳离子交换系统、以及自动控制系统；所述阴离子交换系统和所述阳离子交换系统通过管道串联，并在管道上设置有自控阀；所述自动控制系统还包括传感器，所述传感器通过PLC程序控制自控阀；

其中，所述阴离子交换系统包括多个阴离子交换柱，所述阳离子交换系统包括多个阳离子交换柱，多个阴离子交换柱与多个阳离子交换柱之间通过管道互相连接，并且管道上设置有自控阀；所述阴离子交换系统和所述阳离子交换系统为两个相对独立的离交系统，每个离交系统分别包括顶料区、离子交换区和再生区；

在顶料区的首位交换柱的上端设有顶料水进口，顶料区的交换柱是单根串联方式连接，并且在顶料区的末位交换柱下端设有顶料液排口，排出的顶料液会并入后续的离交液中继续进行离交；

在离子交换区的首位交换柱的上端设有离交液进料口，离子交换区的交换柱是多组并联再串联的方式连接，并且在离子交换区的末位交换柱下端设有离交液排口；

再生区包括酸洗/碱洗组和水洗组，水洗组的首位交换柱上端设有纯水进口，水洗组的末位交换柱下端设有水洗液排口，酸洗/碱洗组的首位交换柱的上端设有稀酸或稀碱的进口，酸洗/碱洗组的末位交换柱是并联，并且在其末位交换柱的下端设有废酸或废碱的排口。

2.根据权利要求1所述的一种麦角硫因发酵液纯化用连续离交脱盐及脱色除杂系统，其特征在于，所述阴离子交换系统和所述阳离子交换系统能够上下串联，并使阴离子交换柱在上部分运行，阳离子交换柱下部分运行；两个系统能够同步运行，并且料液运行方向与系统中离子交换柱的转动方向相反。

3.根据权利要求1所述的一种麦角硫因发酵液纯化用连续离交脱盐及脱色除杂系统，其特征在于，所述阴离子交换系统中包括16个阴离子交换柱a1～a16，并且所述阳离子交换系统包括16个阳离子交换柱c1～c16；并且多个阴离子交换柱和阳离子交换柱均为树脂柱，其中填充树脂填料。

4.根据权利要求3所述的一种麦角硫因发酵液纯化用连续离交脱盐及脱色除杂系统，其特征在于，多个阴离子交换柱中的树脂填料选用大孔型阴离子交换树脂、凝胶型阴离子交换树脂、强碱型阴离子交换树脂或弱碱型阴离子交换树脂；多个阳离子交换柱中的树脂填料选用大孔型阳离子交换树脂、凝胶型阳离子交换树脂、强酸型阳离子交换树脂或弱酸型阳离子交换树脂。

5.根据权利要求3所述的一种麦角硫因发酵液纯化用连续离交脱盐及脱色除杂系统，其特征在于，阴离子交换柱a1～a16中，a1、a2和a3为阴离子交换系统的顶料区，阳离子交换柱c1～c16中，c1、c2和c3为阳离子交换系统的顶料区；其中阴离子交换柱a1的上端设有顶料水进口，并采用纯水作为顶料水；

阴离子交换柱a1的下端通过管路与阳离子交换柱c1的上端连接，阳离子交换柱c1的下端通过管路与阴离子交换柱a2的上端连接；采用同样的连接方式使阴离子交换柱a1→阳离子交换柱c1→阴离子交换柱a2→阳离子交换柱c2→阴离子交换柱a3→阳离子交换柱c3依次进行首尾串联，并将阳离子交换柱c3下端排出的顶料液与阴离子交换柱a4和阴离子交换柱a5下端的出料管路合并。

6.根据权利要求3所述的一种麦角硫因发酵液纯化用连续离交脱盐及脱色除杂系统，其特征在于，阴离子交换柱a4～a8为阴离子交换系统的阴离子交换区，所述阴离子交换区的原料为来自上游的麦角硫因发酵液的超滤膜过滤液，原料通过阴离子交换柱a4和a5上端的进料口进入所述阴离子交换系统；

其中，所述阴离子交换区分为两级离交区，由a4和a5并联形成一级离交区，由a6～a8并联形成二级离交区，一级离交后的出料液能够与来自阳离子交换柱c3下端的出料液合流，并进入二级离交区进行二级离交。

7.根据权利要求3所述的一种麦角硫因发酵液纯化用连续离交脱盐及脱色除杂系统，其特征在于，阳离子交换柱c4～c9为阳离子交换系统的阳离子交换区，所述阳离子交换区的原料来自阴离子交换系统二级离交区的阴离子交换柱a6～a8的下端出料口；

所述阳离子交换区也分为两级离交区，由c4～c6并联形成一级离交区，由c7～c9并联形成二级离交区，所述阳离子交换系统脱盐、除杂后的料液最终能够从阳离子交换柱c7～c9的下端排出。

8.根据权利要求3所述的一种麦角硫因发酵液纯化用连续离交脱盐及脱色除杂系统，其特征在于，阴离子交换柱a9～a16为阴离子交换系统的再生区；由阴离子交换a9～a11串联形成水洗组，由阴离子交换a12～a16为碱洗组，其中a12～a14串联，a15和a16并联。

9.根据权利要求3所述的一种麦角硫因发酵液纯化用连续离交脱盐及脱色除杂系统，其特征在于，阳离子交换柱c10～c16为阳离子交换系统的再生区；阳离子交换柱c10～c12串联形成水洗组，阳离子交换柱c13～c16为酸洗组，其中c13和c14串联，c15和c16并联。

10.根据权利要求1-9的任一所述的一种麦角硫因发酵液纯化用连续离交脱盐及脱色除杂系统，自动控制系统能够通过设置于各个管道上的自控阀周期性地控制两个离子交换系统，使各组离子交换柱之间完成离交、顶料、酸洗、碱洗和水洗的过程，实现麦角硫因发酵液的脱盐及脱色除杂。

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