專利名稱：電滲析法用于1，3-丙二醇發(fā)酵液的脫鹽工藝的制作方法
技術領域：
電滲析法用于1，3-丙二醇發(fā)酵液的脫鹽工藝，涉及到發(fā)酵液的脫鹽技術領域，尤其涉及到用電滲析法對發(fā)酵液的脫鹽技術領域。
背景技術：
1，3-丙二醇是一種重要的化工原料，主要作為生產(chǎn)聚酯和聚胺酯的單體。發(fā)酵法生產(chǎn)1，3-丙二醇因成本低廉、反應條件溫和，近年來已成為國內外研究者關注的熱點。但在發(fā)酵過程中會生成乙酸、乳酸等有機酸副產(chǎn)物，使得發(fā)酵液pH值降低從而抑制了菌體的生長、導致1，3-丙二醇產(chǎn)率過低。因此，需要在發(fā)酵進行中添加氫氧化鉀調節(jié)pH值在7左右以保證菌體的正常生長。加入的氫氧化鉀會與有機酸生成有機酸鹽，加上培養(yǎng)液中本身包含的一定量的無機鹽，使得發(fā)酵得到的1，3-丙二醇產(chǎn)品液中存在較大量的有機酸鹽和無機鹽。在1，3-丙二醇的真空蒸餾法脫水的后續(xù)提取中，鹽的存在會導致真空蒸餾溫度不斷升高、能耗增大；隨著鹽以固體形式析出會將部分1，3-丙二醇產(chǎn)品包裹在其中，引起20％以上的產(chǎn)品損失率；同時產(chǎn)品的濃縮率不高于30％-40％。因此有效的脫除1，3-丙二醇中存在的大量有機酸鹽和無機鹽，成為1，3-丙二醇的后續(xù)提取中關鍵的部分。目前國內外尚沒有能夠有效解決該問題的相關文獻報道。
電滲析技術是分離電解質與非電解質的有效方法之一，在海水淡化、淡水純化等方面的應用已經(jīng)十分成熟，該方法在應用中不會造成環(huán)境污染，并且成本較為低廉，近些年也已逐步應用于發(fā)酵液中有機酸及有機酸鹽的分離、回收。通常電滲析法用于發(fā)酵液，主要是脫除作為主產(chǎn)物的有機酸或有機酸鹽，例如發(fā)酵法生產(chǎn)乳酸過程中通過電滲析技術將乳酸與發(fā)酵液中其它物質分離(李學梅等.發(fā)酵液中乳酸的電滲析法分離.高?；瘜W工程學報，1998，12(3)231-235)、發(fā)酵法生產(chǎn)乳酸過程中通過電滲析技術將乳酸鈉轉化為乳酸(L.Madzingaidzo等.Process development and optimisation of lactic acid purification usingelectrodialysis.Journal of biotechnology，2002，96223-239)等。在電滲析法用于發(fā)酵液的工藝操作中，針對不同的操作對象，其工藝條件和操作參數(shù)均有很大差異，在1，3-丙二醇發(fā)酵液的脫鹽工藝中，用電滲析法將鹽作為副產(chǎn)物從發(fā)酵液中脫除，國內外目前尚未研究。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對1，3-丙二醇的特點，提出了電滲析法用于1，3-丙二醇發(fā)酵液的脫鹽工藝，該方法能夠有效的脫除1，3-丙二醇發(fā)酵液中的有機酸鹽和無機鹽，能夠大大降低產(chǎn)品的損失率。
本發(fā)明含有以下步驟1)在淡室罐(7)中裝入待處理的1，3-丙二醇發(fā)酵液，在濃室罐(4)中裝入鹽溶液，在陽極室罐(6)中裝入酸溶液，在陰極室罐(5)中裝入堿溶液；2)開啟控制上述濃室罐(4)的泵(8A)，控制上述淡室罐(7)的泵(8D)，控制上述陽極室罐(6)的泵(8C)，控制上述陰極室罐(5)的泵(8B)，使上述鹽溶液、1，3-丙二醇發(fā)酵液、酸溶液、堿溶液在電滲析器中循環(huán)；通過調節(jié)流量計(9A)控制上述鹽溶液的流速，通過調節(jié)流量計(9D)控制上述1，3-丙二醇發(fā)酵液的流速；通過調節(jié)流量計(9B)控制上述堿溶液的流速；通過調節(jié)流量計(9C)控制上述酸溶液的流速；3)打開并調節(jié)直流電源(2)，為單膜對加上電壓，使電滲析器工作；4)關閉直流電源(2)和泵(8A-8D)；其特征在于，上述第1)步中，所述濃室罐(7)中裝入的鹽溶液的初始濃度為0.01mol/L～0.05mol/L；上述第2)步中，所述1，3-丙二醇發(fā)酵液的流速調節(jié)為40L/h～80L/h，所述鹽溶液的流速調節(jié)為40L/h～80L/h；上述第3)步中，調節(jié)直流電源(2)為單膜對加的電壓為0.5V～1.4V。
實驗證明，使用本發(fā)明所提出的電滲析法用于1，3-丙二醇發(fā)酵液的脫鹽工藝，能夠有效的脫出1，3-丙二醇中的有機酸鹽和無機鹽，使后續(xù)提取中1，3-丙二醇的產(chǎn)品損失率大大降低，達到了預期的目的。


圖1為本發(fā)明所使用的電滲析器的工作示意圖。
具體實施例方式結合圖1說明本發(fā)明的具體實施方式
。
本發(fā)明所使用的工藝裝置主要包括電滲析器1、直流穩(wěn)壓電源2、安培表3、泵8A-8D、流量計9A-9D，如圖1所示。其中，電滲析器1是常規(guī)電滲析器，由10對陰、陽離子交換膜(單膜面積100×300mm2-400×1600mm2)交替組成，其中A為陰離子交換膜，C為陽離子交換膜，本發(fā)明采用的是北京環(huán)宇利達環(huán)保設備公司的耐強酸、強堿的均相離子交換膜。
操作過程中，濃室罐4中鹽溶液的初始濃度、淡室罐7中1，3-丙二醇發(fā)酵液的流速、濃室罐4中鹽溶液的流速，和施加的單膜對電壓是十分關鍵的操作參數(shù)，需要通過實際脫鹽過程中脫鹽時間、能耗、脫鹽率三個指標的計算比較得到最佳值，本發(fā)明通過計算1，3-丙二醇在電滲析脫鹽過程中，在達到相同脫鹽率時所需能耗和脫鹽時間來衡量脫鹽效果，同時確定上述幾個參數(shù)的最佳范圍，脫鹽率大小的確定是通過用電導率儀測定發(fā)酵液初始和最終電導率值來表征，能耗的確定采用公式能耗＝操作電壓×電流×操作時間來確定。
通過以下8組實驗進行說明試驗1
1)在淡室罐7中裝入待處理的1，3-丙二醇發(fā)酵液3升(測得其電導率值為15000μs/cm)，濃室罐4中裝入濃度為0.01mol/L的醋酸鉀溶液3升，陽極室罐6中裝入濃度為0.05mol/L的硫酸溶液2升，陰極室罐5中裝入濃度為0.05mol/L的氫氧化鈉溶液2升。
2)開啟泵8A-8D，使鹽溶液、1，3-丙二醇發(fā)酵液、酸溶液、堿溶液在電滲析器1中循環(huán)，調節(jié)流量計9A和9D，使?jié)馐夜?中醋酸鉀溶液流速和淡室罐7中1，3-丙二醇發(fā)酵液流速達到60L/h，調節(jié)流量計9B和9C，使陰極室罐5中氫氧化鈉溶液流速和陽極室罐6中硫酸溶液流速達到40L/h，循環(huán)30分鐘。
3)打開直流電源2，調節(jié)到5V，使單膜對上的電壓為0.5V，電滲析器1開始工作。
4)當電導率值降至600μs/cm時，關閉直流電源2，關閉泵8A-8D。此時測得電滲析工作的時間為16小時。
操作結束后，通過計算，得到電滲析脫鹽過程所需能耗為5.36wh/L。
以下7組實驗中，本發(fā)明只改變了濃室罐4中醋酸鉀溶液的初始濃度、淡室罐7中1，3-丙二醇發(fā)酵液的流速、濃室罐4中醋酸鉀溶液的流速和單膜對的電壓值，其余參數(shù)均不變，在達到相同電導率(電導率從15000s/cm降至600s/cm)時，測量其所用的時間，并計算能耗。實驗所得的8組數(shù)據(jù)如表1所示。

表1從表中可看出，當濃室罐4中鹽溶液的初始濃度在0.01～0.05mol/L，淡室罐中1，3-丙二醇發(fā)酵液和濃室罐中鹽溶液的流速在40～80L/h，單膜對所加的電壓在0.5V～1.4V時，能夠使發(fā)酵液達到較高的脫鹽率(電導率)，而在達到相同的脫鹽率時，所需要的工作時間和所需的能耗都不大。當單膜對電壓較高時，所需時間較短，能耗稍大；當單膜對的電壓較低時，所需時間較長，能耗較小，但所需的時間與能耗能達到相對平衡。
在電滲析脫鹽過程中，陽、陰極室的初始濃度，其中酸和堿溶液的流速對脫鹽的效果影響不大，可以選擇發(fā)酵液的電滲析工藝中常用的參數(shù)范圍陽極室和陰極室流速為20L/h-60L/h；陽極室和陰極室中酸液和堿液的濃度為0.01mol/L-0.1mol/L。
用高效液相色譜測定發(fā)酵液中1，3-丙二醇的初始濃度C1，和脫鹽后1，3-丙二醇濃度C2，計算1，3-丙二醇損失率((C1-C2)/C1)僅為4.5％-6.0％。經(jīng)該技術脫鹽處理后的1，3-丙二醇發(fā)酵液再經(jīng)蒸餾等工藝處理時，濃縮率可一次性達到70％以上。
通過實驗證明，采用合適的參數(shù)范圍，用電滲析法脫除1，3-丙二醇發(fā)酵液中的副產(chǎn)物鹽能夠達到明顯的效果，使后續(xù)提取工作更加順利。
權利要求
1.電滲析法用于1，3-丙二醇發(fā)酵液的脫鹽工藝，含有以下步驟1)在淡室罐(7)中裝入待處理的1，3-丙二醇發(fā)酵液，在濃室罐(4)中裝入鹽溶液，在陽極室罐(6)中裝入酸溶液，在陰極室罐(5)中裝入堿溶液；2)開啟控制上述濃室罐(4)的泵(8A)，控制上述淡室罐(7)的泵(8D)，控制上述陽極室罐(6)的泵(8C)，控制上述陰極室罐(5)的泵(8B)，使上述鹽溶液、1，3-丙二醇發(fā)酵液、酸溶液、堿溶液在電滲析器中循環(huán)；通過調節(jié)流量計(9A)控制上述鹽溶液的流速，通過調節(jié)流量計(9D)控制上述1，3-丙二醇發(fā)酵液的流速；通過調節(jié)流量計(9B)控制上述堿溶液的流速；通過調節(jié)流量計(9C)控制上述酸溶液的流速；3)打開并調節(jié)直流電源(2)，為單膜對加上電壓，使電滲析器工作；4)關閉直流電源(2)和泵(8A-8D)；其特征在于，上述第1)步中，所述濃室罐(7)中裝入的鹽溶液的初始濃度為0.01mol/L～0.05mol/L；上述第2)步中，所述1，3-丙二醇發(fā)酵液的流速調節(jié)為40L/h～80L/h，所述鹽溶液的流速調節(jié)為40L/h～80L/h；上述第3)步中，調節(jié)直流電源(2)為單膜對加的電壓為0.5V～1.4V。
全文摘要
電滲析法用于1，3－丙二醇發(fā)酵液的脫鹽工藝，涉及到發(fā)酵液的脫鹽技術領域，尤其涉及到用電滲析法對發(fā)酵液的脫鹽技術領域。其特征在于，在主要參數(shù)選擇中，濃室罐中裝入的鹽溶液的初始濃度為0.01mol/L～0.05mol/L；淡室發(fā)酵液的流速為40L/h～80L/h，濃室鹽溶液的流速為40L/h～80L/h；單膜對的電壓為0.5V～1.4V。該方法能夠有效的脫除1，3－丙二醇中的有機酸鹽和無機鹽，大大降低產(chǎn)品的損失率，使后續(xù)提取工作更加順利。
文檔編號C07C29/00GK1522997SQ0310487
公開日2004年8月25日 申請日期2003年2月21日 優(yōu)先權日2003年2月21日
發(fā)明者王曉琳, 龔燕, 唐宇, 劉德華 申請人:清華大學