一种1,3‑丙二醇发酵液连续电渗析脱盐系统的制作方法

本发明属于生物化工领域，具体涉及到一种发酵法生产1,3-丙二醇过程的电渗析脱盐系统。
背景技术：
：1,3-丙二醇（PDO）是一种重要的化工原料，其最主要的用途是与对苯二甲酸聚合生产对聚苯二甲酸丙二醇酯（PTT），PTT是20实际90年代逐渐实现工业化生产的一种新型生物基聚酯纤维材料，它具有良好的染色性、生物可降解性、抗污性、具有和尼龙相同的韧性、回弹性及抗紫外线等诸多优点，成为当今化纤领域研究开发的焦点。作为生产PTT纤维的关键原料PDO，目前全世界仅有几家公司生产，产量远远满足不了日益增长的市场需求。PDO的生产主要有微生物发酵法与化学法，与化学法合成相比，微生物发酵法生产1,3-丙二醇的优点是选择性高，操作条件温和，原料可再生等，近年来已成为国内外研究者关注的热点。微生物发酵法生产PDO过程中，菌体代谢产生PDO的同时，还产生丁二酸、乙酸、乳酸等有机酸，此外作为发酵氮源用的硫酸铵中的铵根离子被消耗后，发酵液的pH至也降低，为了维持发酵液的pH值中性，通过自控系统往发酵液中自动流加30%的氢氧化钠溶液，因此发酵结束后，发酵液中盐含量达到2～3%。目前用于PDO发酵液脱盐的方法有多种，如电渗析法（王晓琳，龚燕，唐宇等.电渗析用于1,3-丙二醇发酵液的脱盐工艺[P].中国专利：031048714.2003-2-21）、离子交换法、纳滤脱盐法、醇沉法（修志龙，张代佳，高素军等.微生物发酵液中提取分离1,3-丙二醇的方法[P].中国专利：031335845.2003-6-2.）、浓缩结晶法（刘德华，杨德华，郝健等.一种发酵法生产1,3-丙二醇的提取工艺[P].中国专利：2007100655588.2007-4-16.）等，然而随着异相膜性能的改进，其逐渐替代价格昂贵的均相膜，使得电渗析设备投资大大降低，促进了电渗析在1,3-丙二醇发酵液脱盐领域的工业应用（雷跃勇，罗吉安，杨德华.异相离子交换膜用于1,3-丙二醇发酵液的电渗析脱盐工艺[P].中国专利：2008100566299.2008-1-23）。在1,3-丙二醇发酵液电渗析脱盐过程中，会出现浓度差极化现象，影响脱盐效果，为避免出现浓度差极化现象及减少浓水量，节约成本，提高效率，本公司技术人员发明了用于1,3-丙二醇发酵液连续电渗析脱盐系统，保证脱盐效果，提高效率，降低成本。技术实现要素：本实用新型是在电渗析脱盐工艺的基础上，提出了一种用于1,3-丙二醇发酵液连续电渗析脱盐系统，该系统采用多个膜堆串联的方式，实现电渗析连续脱盐，提高效率，避免电渗析过程浓差极化现象出现，并且能减少浓水量，减少浓水浓缩结晶过程的蒸汽消耗，节约成本。为实现上述目的提供一种1,3-丙二醇发酵液连续电渗析脱盐系统，所述系统由12个电渗析膜堆1-12串联组成，其中12个膜堆分成4级串联构成，每级由3个膜堆串联而成，每级的膜堆之间由淡水管路、浓水管路和极水管路连接；各级电渗析之间有淡水罐18-21和浓水罐22-26，12个电渗析膜堆共用一个极水罐27。所述系统的淡水流动方向为一级电渗析→二级电渗析→三级电渗析→四级电渗析，浓水流动方向为四级电渗析→三级电渗析→二级电渗析→一级电渗析，各级电渗析淡水流向下一级的流量为8-9m3/h，浓水大部分在各级内部循环，各级电渗析浓水流向下一级的流量为0.72-1m3/h。本实用新型的进步效果是：1.本系统采用多个膜堆串联的方式，实现电渗析连续脱盐，提高效率；2.本系统根据电渗析脱盐过程中淡水盐浓度降低和浓水盐浓度增加的特点，采用浓水总体流向与淡水总体流向相反的方法，以避免电渗析过程浓差极化现象出现，并且通过本系统能减少浓水量，减少浓水浓缩结晶过程的蒸汽消耗，节约成本。附图说明图1为本实用新型系统电渗析淡水和浓水的物料流动方向；图2本实用新型系统电渗析极水的物料流动方向。其中：1-12为电渗析膜堆；13为一级电渗析；14为二级电渗析；15为三级电渗析；16为四级电渗析；17为电渗析原液罐；18为一级淡水罐；19为二级淡水罐；20为三级淡水罐；21为四级淡水罐；22为四级浓水罐；23为三级浓水罐；24为二级浓水罐；25为一级浓水罐；26为浓水受槽；27为极水罐。具体实施方式下面结合实施例对本本实用新型进行详细地说明。下面通过实施例对本实用新型进行具体的描述，需要指出的是，以下实施例只是用于对本实用新型进行进一步说明，不能理解为对本实用新型保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本
发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整。本实用新型的系统对1,3-丙二醇发酵液进行脱盐时，先将经膜过滤除菌后的PDO发酵液储存在电渗析原液罐17中，原液罐17中的PDO发酵液经泵输送至一级电渗析13中，PDO发酵液经一级电渗析脱盐后进入一级淡水罐18中，一级淡水罐中的一级淡水再经泵输送至二级电渗析14中，一级淡水经二级电渗析脱盐后进入二级淡水罐19中，二级淡水罐中的二级淡水再经泵输送至三级电渗析15中，二级淡水经三级电渗析脱盐后进入三级淡水罐20中，三级淡水罐中的三级淡水再经泵输送至四级电渗析16中，三级淡水经四级电渗析脱盐达标后进入四级淡水罐21中。各级电渗析内部的浓水流动方向与淡水流动方向相同，但各级电渗析之间的浓水流动方向与淡水流动方向相反，四级浓水储存在四级浓水罐22中，四级浓水经泵输送至四级电渗析16中，流出的四级浓水盐浓度增加，大部分四级浓水返回四级浓水罐22中，少部分四级浓水分流到三级浓水罐23中，三级浓水罐中的三级浓水经泵输送至三级电渗析15中，流出后大部分三级浓水返回三级浓水罐23中，少部分三级浓水分流到二级浓水罐24中，二级浓水罐中的二级浓水经泵输送至二级电渗析14中，流出后大部分二级浓水返回二级浓水罐24中，少部分二级浓水进入一级浓水罐25中，一级浓水罐中的一级浓水经泵输送至一级电渗析13中，流出一级浓水的全部返回至一级浓水罐25中，一级浓水罐中高浓度的一级浓水采用溢流的方式流至浓水受槽26。一至四级电渗析共用一个极水罐27，极水经泵分别输送一至四级电渗析13-16后，分别流出后全部返回至极水罐27中。实施例1-3经膜过滤除菌后的PDO发酵液电导率17000μs/cm，储存在电渗析原液罐17中，由泵泵出，采用阀门调节流量至8-10m3/h，先后经过一级、二级、三级、四级电渗析脱盐后，电导率降低至2000μs/cm以下，输出至四级淡水罐21中，经泵泵至下游工序；浓水由泵输送，采用阀门调节流量至8.8-11m3/h，先后经过四级、三级、二级、一级电渗析，电导率由初始值20000-30000μs/cm增加至60000-70000μs/cm，其中四级浓水向三级浓水罐分流的流量、三级浓水罐向二级浓水罐分流流量、二级浓水罐向一级浓水罐分流流量和一级浓水罐往浓水受槽中溢流的流量为0.8-1m3/h。实施例1-3的数据整理如表1-3所示。表1实施例1的操作数据膜堆电压（V）膜堆电流（A）一级淡水进料流量（m3/h）一级浓水溢流流量（m3/h）淡水电导（μs/cm）浓水电导（μs/cm）一级电渗析2102558.30.92894062500二级电渗析214106624052800三级电渗析21487328046300四级电渗析20162165036800表2实施例2的操作数据膜堆电压（V）膜堆电流（A）一级淡水进料流量（m3/h）一级浓水溢流流量（m3/h）淡水电导（μs/cm）浓水电导（μs/cm）一级电渗析222212.78.40.95808062600二级电渗析220104.5516050300三级电渗析22452.5308037400四级电渗析22234.5192020700表3实施例3的操作数据膜堆电压（V）膜堆电流（A）一级淡水进料流量（m3/h）一级浓水溢流流量（m3/h）淡水电导（μs/cm）浓水电导（μs/cm）一级电渗析201268.88.60.85850066000二级电渗析20099.9562054200三级电渗析213102290047900四级电渗析20156.5146037900由表1-3可知，浓水流量仅为淡水流量的1/9～1/10。本实用新型的脱盐系统采用多个膜堆串联的方式，实现电渗析连续脱盐，提高效率；并根据电渗析脱盐过程中淡水盐浓度降低和浓水盐浓度增加的特点，采用浓水总体流向与淡水总体流向相反的方法，以避免电渗析过程浓差极化现象出现，并且通过本系统能减少浓水量，减少浓水浓缩结晶过程的蒸汽消耗，节约成本。当前第1页1 2 3