一种农药的膜分离生产方法及装置与流程

本发明涉及一种农药的膜分离生产方法及装置，特别是涉及一种膜分离技术制备双丙氨膦原药的方法。该方法是将细菌发酵、陶瓷滤膜、纳滤膜耦合制备双丙氨膦原药，属于生物技术膜分离技术领域。

背景技术：

双丙氨膦是土壤细菌如链霉菌代谢产生的有机磷双肽化合物，是一类用于除草的广谱抗生素。其作用机理是与植物体内谷氨酰胺合成酶争夺氮的同化作用，导致游离氨的积累，同时还阻碍谷酰胺和其他氨基酸的合成，氨积累过剩引起植物中毒。

中国专利cn103087126a公布了一种用发酵法提取中生菌素的方法，通过选择合适发酵ph值、反应温度和提纯工艺，得到一定纯度的中生菌素原药。但该方法提取的是中生菌素且提纯工艺能耗较高、过滤精度不高，因此产品纯度不高。此外，所采用浓缩方式为蒸发浓缩，能耗高且产品中的色素类物质的去除未进行研究。文献报道的20%浓度的双丙氨膦粉剂产品吸潮严重。因此，从双丙氨膦发酵液中制备双丙氨膦原药，尚未见高效的精提纯化手段，需要开发一种经济可行，产品纯度高的双丙氨膦原料制备方法。

技术实现要素：

本发明的目的是提供农药的膜分离生产方法及装置，特别是一种膜分离技术提取双丙氨膦的方法，需要提高提取双丙氨膦纯度、增加成品中双丙氨膦的含量，且操作简单、污染小、能实现清洁生产、适用于大规模生产。主要是通过陶瓷滤膜+超滤+树脂+纳滤膜集成技术进行纯化浓缩操作，采用的具体技术方案如下：

本发明的第一个方面，提供了：

一种农药的膜分离生产方法，包括如下步骤：

第1步，对双丙氨膦发酵液进行固液分离；

第2步，第1步得到的滤液送入超滤膜进行过滤处理；

第3步，超滤膜的滤液经过树脂吸附、解吸处理；

第4步，树脂解吸液经纳滤膜浓缩处理。

在一个实施方式中，纳滤膜浓缩液再经过干燥处理。

在一个实施方式中，固液分离的方式选自离心分离方式、压榨分离方式、陶瓷滤膜分离方式、上浮分离方式、沉降分离方式中的一种或者几种的组合；优选采用陶瓷滤膜分离器进行分离。

在一个实施方式中，所述的超滤膜的截留分子量1000～5000da，超滤膜的材质选自纤维素、纤维素酯、聚砜、聚醚砜、聚氯乙烯、氯丙烯、聚烯烃、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯中的一种或者几种的组合。

在一个实施方式中，所述的超滤膜操作压力为1.0～2.5mpa，循环流量为2.0～3.0m³/h，浓缩倍数是7～10倍。

在一个实施方式中，所述的树脂选用的是具有良好大孔网状结构的lx-1180型大孔吸附高分子树脂。

在一个实施方式中，树脂洗脱液采用20～35vol%乙醇、1～5wt%硫酸、5～10wt%氢氧化钠依次使用。

在一个实施方式中，树脂再生工艺是：乙醇浓度20～40vol%、ph11～13、3～5倍树脂体积的乙醇溶液，流速控制0.5～1.5m/min。

在一个实施方式中，所述的纳滤膜材质选自醋酸纤维素类聚合物、聚酰胺、聚酯、聚酰亚胺或者乙烯基聚合物等中的一种或者几种的组合；纳滤工艺操作压力为1.5～3.0mpa，循环流量为2.0～3.0m³/h，浓缩倍数是3～6倍。

在一个实施方式中，干燥处理优选采用喷雾干燥。

在一个实施方式中，超滤膜的滤液先经过第二纳滤膜的浓缩，浓缩液中加入活性氧化硅吸附剂进行吸附处理后，再将料液送入第3步树脂吸附、解吸处理。

本发明的第二个方面，提供了：

一种农药的膜分离生产装置，包括：

发酵罐1，用于通过发酵方法得到双丙氨膦发酵液；

固液分离装置2，连接于发酵罐1，用于对双丙氨膦发酵液进行进行固液分离；

超滤膜3，连接于固液分离装置2，用于对固液分离装置2的滤液进行过滤；

树脂柱4，连接于超滤膜3，用于对超滤膜3的滤液进行树脂吸附纯化；

纳滤膜5，连接于树脂柱4，用于对树脂柱4的解吸液中的进行浓缩；

浓缩装置6，连接于纳滤膜5，用于对纳滤膜5的浓缩液进行浓缩；

干燥装置7，连接于浓缩装置6，用于对浓缩装置6的浓缩液进行干燥。

在一个实施方式中，固液分离装置2选自离心分离器、压榨分离器、陶瓷滤膜分离器、上浮分离器、沉降分离器中的一种或者几种的组合；优选采用陶瓷滤膜分离器进行分离。

在一个实施方式中，超滤膜3的截留分子量1000～5000da，超滤膜3的材质选自纤维素、纤维素酯、聚砜、聚醚砜、聚氯乙烯、氯丙烯、聚烯烃、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯中的一种或者几种的组合。

所述的树脂柱4中装载lx-1180型大孔吸附高分子树脂。

所述的纳滤膜5材质选自醋酸纤维素类聚合物、聚酰胺、聚酯、聚酰亚胺或者乙烯基聚合物等中的一种或者几种的组合。

干燥装置7是喷雾干燥装置。

本发明的第三个方面，提供了：

超滤膜在双丙氨膦发酵液脱色除杂中的应用。

本发明的第四个方面，提供了：

纳滤膜在双丙氨膦发酵液的浓缩除盐中的应用。

有益效果

本发明的农药的膜分离生产方法及装置，用于提取双丙氨膦，采用细菌发酵和陶瓷膜+超滤+树脂+纳滤法耦合，操作简单、提取率高，能耗低，实现了清洁生产，减少了占地面积。陶瓷滤膜过程极大减轻超滤脱色系统和树脂纯化系统的污染，纳滤膜系统替代传统双效蒸发浓缩能大大降低能耗，提升产品品质，适用于工业生产。

附图说明

图1是采用的装置图。

其中，1、发酵罐；2、固液分离装置；3、超滤膜；4、树脂柱；5、纳滤膜；6、浓缩装置；7、干燥装置。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细说明。但本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

以范围形式表达的值应当以灵活的方式理解为不仅包括明确列举出的作为范围限值的数值，而且还包括涵盖在该范围内的所有单个数值或子区间，犹如每个数值和子区间被明确列举出。例如，“大约0.1%至约5%”的浓度范围应当理解为不仅包括明确列举出的约0.1%至约5%的浓度，还包括有所指范围内的单个浓度（如，1%、2%、3%和4%）和子区间（例如，0.1%至0.5%、1%至2.2%、3.3%至4.4%）。本发明中所述的百分比在无特别说明的情况下，是指重量百分比。

在本说明书中所述及到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施方式”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本申请所要保护的范围内。

双丙胺膦是从链霉菌（streptomyceshygroscopicus）发酵液中分离、提纯的一种三肽天然产物。制法链霉菌sf-1293在含有丙三醇、麦芽、豆油及痕迹量氯化钴、氯化镍、磷酸二氢钠的培养液中在28℃下振摇96h培养后可以得到发酵液。

本发明的目的是提供农药的膜分离生产方法及装置，特别是一种膜分离技术提取双丙氨膦的方法，需要提高提取双丙氨膦纯度、增加成品中双丙氨膦的含量，且操作简单、污染小、能实现清洁生产、适用于大规模生产。主要是通过陶瓷滤膜+超滤+树脂+纳滤膜集成技术进行纯化浓缩操作，采用的具体技术方案如下：

一种农药的膜分离生产方法，包括如下步骤：

第1步，对双丙氨膦发酵液进行固液分离；主要的用于去除发酵中的固体悬浮物、菌体等杂质；

第2步，第1步得到的滤液送入超滤膜进行过滤处理；主要是用于去除发酵液中的蛋白质、胶体、大分子杂质，同时起到了对料液脱色的效果；

第3步，超滤膜的滤液经过树脂吸附、解吸处理；采用大孔吸附树脂的目的是可以吸附双丙氨膦，并通过解吸的方式从树脂中被洗脱出，可以得到进一步纯化后的双丙氨膦料液；

第4步，树脂解吸液经纳滤膜浓缩处理；采用纳滤的方式可以将洗脱液中的盐分脱除，同时将双丙氨膦浓缩于纳滤的浓缩液中。

在一个实施方式中，纳滤膜浓缩液再经过干燥处理。

在一个实施方式中，固液分离的方式选自离心分离方式、压榨分离方式、陶瓷滤膜分离方式、上浮分离方式、沉降分离方式中的一种或者几种的组合；优选采用陶瓷滤膜分离器进行分离，例如可以采用陶瓷微滤膜进行固液分离处理，这里的陶瓷微滤膜水分的截留率更高。

在上述的方法中，所用的陶瓷膜可以是陶瓷微滤膜或者是陶瓷超滤膜，微滤膜为平均孔径可以是0.05μm～1μm的膜，其滤芯形状包括，平板膜、管状膜、多通道式膜、螺旋膜、中空纤维膜等、所有模块形式。作为构成陶瓷膜的多孔膜材料，能够从现有公知的陶瓷材料中适当选择。例如，可以使用氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化硅、氧化钛、氧化铈、氧化钇，钛酸钡等氧化物类材料；堇青石、多铝红柱石、镁橄榄石、块滑石、硅铝氧氮陶瓷、锆石、铁酸盐等复合氧化物类材料；氮化硅，氮化铝等氮化物类材料；碳化硅等碳化物类材料；羟基磷灰石等氢氧化物类材料；碳、硅等元素类材料；或者含有它们的两种以上的无机复合材料等。还可以使用天然矿物（粘土、粘土矿物、陶渣、硅砂、陶石、长石、白砂）或高炉炉渣、飞灰等。其中，优选选自氧化铝、二氧化锆、氧化钛、氧化镁、氧化硅中的1种或2种以上，更优选以氧化铝、二氧化锆或者氧化钛作为主体构成的陶瓷粉末。其中，这里所说的“作为主体”表示陶瓷粉末总体的50wt%以上（优选75wt%以上、更优选80wt%～100wt%）为氧化铝或二氧化硅。例如，在多孔材料中，氧化铝较为廉价且操作性优异。并且，能够容易地形成具有适合于液体分离的孔径的多孔结构，因此能够容易地制造具有优异的液体透过性的陶瓷分离膜。并且，在上述氧化铝中，特别优选使用α-氧化铝。α-氧化铝具有在化学方面稳定、且熔点和机械强度高的特性。因此，通过使用α-氧化铝，能够制造可以在宽泛用途（例如工业领域）中利用的陶瓷分离膜。另外，也可以采用对陶瓷膜表面进行有机物接枝改性的陶瓷膜，其具有较好的亲油性。

在此，由于超滤膜的孔径过小而难以用电子显微镜等来测定膜表面的孔径，所以用称为截留分子量的值代替平均孔径来作为孔径大小的指标。关于截留分子量，如本领域的教科书中所记载的那样：“将以溶质分子量为横轴、阻止率为纵轴，对数据进行绘制而成的曲线称为截留分子量曲线。而且将阻止率为90%的分子量称为膜的截留分子量”，截留分子量作为表示超滤膜的膜性能的指标，为本领域技术人员所熟知。在一个实施方式中，所述的超滤膜的截留分子量1000～5000da，超滤膜的材质选自纤维素、纤维素酯、聚砜、聚醚砜、聚氯乙烯、氯丙烯、聚烯烃、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯中的一种或者几种的组合。在一个实施方式中，所述的超滤膜操作压力为1.0～2.5mpa，循环流量为2.0～3.0m³/h，浓缩倍数是7～10倍。

在一个实施方式中，所述的树脂选用的是具有良好大孔网状结构的lx-1180型大孔吸附高分子树脂。在一个实施方式中，树脂洗脱液采用20～35vol%乙醇、1～5wt%硫酸、5～10wt%氢氧化钠依次使用。在得到洗脱液后，可以将其混合后作为解吸液送入纳滤浓缩中进行处理。在一个实施方式中，树脂再生工艺是：乙醇浓度20～40vol%、ph11～13、3～5倍树脂体积的乙醇溶液，流速控制0.5～1.5m/min。

本文中纳滤膜是定义为“阻止小于2nm的粒子和溶解的大分子的压力驱动膜”的膜。适用于本发明的有效纳滤膜优选是这样的膜：在该膜表面上有电荷，因而通过细孔分离（粒度分离）和得益于该膜表面上的电荷的静电分离的结合而表现出提高的分离效率。因此，必需采用这样的纳滤膜，该纳滤膜能够在将作为回收目标的碱金属离子与具有不同电荷特性的其他离子借助电荷进行分离的同时、通过粒度分离来去除高分子类物质。在一个实施方式中，所述的纳滤膜材质选自醋酸纤维素类聚合物、聚酰胺、聚酯、聚酰亚胺或者乙烯基聚合物等中的一种或者几种的组合；纳滤工艺操作压力为1.5～3.0mpa，循环流量为2.0～3.0m³/h，浓缩倍数是3～6倍。关于膜结构，所述膜可以是非对称膜，其在膜的至少一面上具有致密层，并且具有从致密层向膜内部或者另一面孔径逐渐变大的微孔；或者是复合膜，其在非对称膜的致密层上具有由其它材料所形成的非常薄的功能层。在一个改进的实施方式中，在纳滤膜的进料中，加入高价无机盐离子，利用高价盐离子的donnan效应可以有效提高纳滤膜对双丙氨膦的截留率，再通过沉淀的方式将高价盐离子例如ca²⁺沉淀去除。

在一个实施方式中，干燥处理优选采用喷雾干燥。

在一个实施方式中，超滤膜的滤液先经过第二纳滤膜的浓缩，浓缩液中加入活性氧化硅吸附剂进行吸附处理后，再将料液送入第3步树脂吸附、解吸处理。由于超滤的滤液中含有较多的细菌代谢物，盐分，这些会影响到树脂对双丙氨膦在树脂上的纯化，因此，采用纳滤膜对超滤滤液浓缩之后，一方面可以脱除盐分，另一方面，使其中的杂质的浓度提高之后，再通过氧化铝吸附剂吸附之后，可以有效地将实现除盐除杂的效果，能够提高超滤滤液在树脂吸附解吸过程中的分离纯化效果。

基于以上的方法，本发明提供的膜分离生产装置如图1所示，包括：

发酵罐1，用于通过发酵方法得到双丙氨膦发酵液；

固液分离装置2，连接于发酵罐1，用于对双丙氨膦发酵液进行进行固液分离；

超滤膜3，连接于固液分离装置2，用于对固液分离装置2的滤液进行过滤；

树脂柱4，连接于超滤膜3，用于对超滤膜3的滤液进行树脂吸附纯化；

纳滤膜5，连接于树脂柱4，用于对树脂柱4的解吸液中的进行浓缩；

浓缩装置6，连接于纳滤膜5，用于对纳滤膜5的浓缩液进行浓缩；

干燥装置7，连接于浓缩装置6，用于对浓缩装置6的浓缩液进行干燥。

在一个实施方式中，固液分离装置2选自离心分离器、压榨分离器、陶瓷滤膜分离器、上浮分离器、沉降分离器中的一种或者几种的组合；优选采用陶瓷滤膜分离器进行分离。

在一个实施方式中，超滤膜3的截留分子量1000～5000da，超滤膜3的材质选自纤维素、纤维素酯、聚砜、聚醚砜、聚氯乙烯、氯丙烯、聚烯烃、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯中的一种或者几种的组合。

所述的树脂柱4中装载lx-1180型大孔吸附高分子树脂。

所述的纳滤膜5材质选自醋酸纤维素类聚合物、聚酰胺、聚酯、聚酰亚胺或者乙烯基聚合物等中的一种或者几种的组合。

干燥装置7是喷雾干燥装置。

实施例1

采用33wt%工业盐酸调节链霉菌（streptomyceshygroscopicus）双丙氨膦发酵液ph值为4，温度控制28℃。将发酵液送入陶瓷滤膜系统，陶瓷滤膜的平均孔径是分别是采用50nm，材质是氧化铝，跨膜压差0.1mpa，膜面流速3m/s，过滤温度30℃，将料液浓缩3倍后停止。陶瓷膜的渗透液送入超滤膜进行脱色浓缩，操作压力为1.5mpa，循环流量为3.0m³/h，浓缩倍数是10倍。超滤膜渗透液送入lx-1180型大孔吸附高分子树脂系统，树脂解吸依次采用25vol%乙醇、3wt%硫酸和7wt%氢氧化钠进行。树脂解吸液合并后经过截留分子量400da的聚酰胺纳滤膜浓缩，操作压力为2.5mpa，循环流量为3.0m³/h，浓缩倍数是5倍。纳滤浓缩液进行喷雾干燥。由于去除了杂质，全为水溶性，既可以加工成固体制剂，也可以加工成液体制剂。

可以看出，本发明提供的工艺可以获得纯度较高的双丙氨膦。

实施例2

采用33wt%工业盐酸调节链霉菌（streptomyceshygroscopicus）双丙氨膦发酵液ph值为3，温度控制28℃。将发酵液送入陶瓷滤膜系统，陶瓷滤膜的平均孔径是采用200nm，材质是氧化铝，跨膜压差0.1mpa，过滤温度30℃，将料液浓缩3倍后停止。陶瓷膜的渗透液送入截留分子量2000da的超滤膜进行脱色浓缩，操作压力为1.5mpa，循环流量为3.0m³/h，浓缩倍数是10倍。超滤膜渗透液送入lx-1180型大孔吸附高分子树脂系统，树脂解吸依次采用20vol%乙醇、5wt%硫酸和5wt%氢氧化钠进行。树脂解吸液合并后经过截留分子量300da的聚酰胺纳滤膜浓缩，操作压力为2.0mpa，循环流量为3.5m³/h，浓缩倍数是4倍。纳滤浓缩液进行喷雾干燥，由于去除了杂质，全为水溶性，既可以加工成固体制剂，也可以加工成液体制剂。

可以看出，本发明提供的工艺可以获得纯度较高的双丙氨膦。

实施例3

采用33wt%工业盐酸调节链霉菌（streptomyceshygroscopicus）双丙氨膦发酵液ph值为4，温度控制32℃。将发酵液送入陶瓷滤膜系统，材质是氧化铝，跨膜压差0.3mpa，膜面流速3m/s，过滤温度35℃，将料液浓缩4倍后停止。陶瓷膜的渗透液送入截留分子量2000da的超滤膜进行脱色浓缩，操作压力为1.5mpa，循环流量为3.0m³/h，浓缩倍数是10倍。超滤膜渗透液送入lx-1180型大孔吸附高分子树脂系统，树脂解吸依次采用25vol%乙醇、3wt%硫酸和7wt%氢氧化钠进行。树脂解吸液合并后经过截留分子量400da的聚酰胺纳滤膜浓缩，操作压力为3.0mpa，循环流量为4.0m³/h，浓缩倍数是4倍。纳滤浓缩液进行喷雾干燥，水不溶物小于0.05wt%，由于去除了杂质，全为水溶性，既可以加工成固体制剂，也可以加工成液体制剂。

可以看出，本发明提供的工艺可以获得纯度较高的双丙氨膦。

实施例4

采用33wt%工业盐酸调节链霉菌（streptomyceshygroscopicus）双丙氨膦发酵液ph值为3，温度控制35℃。将发酵液送入陶瓷滤膜系统，平均孔径50nm，材质是氧化铝，跨膜压差0.2mpa，膜面流速5m/s，过滤温度30℃，将料液浓缩3倍后停止。陶瓷膜的渗透液送入截留分子量1500da的超滤膜进行脱色浓缩，操作压力为1.0mpa，循环流量为3.5m³/h，浓缩倍数是12倍。超滤膜渗透液送入lx-1180型大孔吸附高分子树脂系统，树脂解吸依次采用30vol%乙醇、2wt%硫酸和4wt%氢氧化钠进行。树脂解吸液合并后经过聚酰胺纳滤膜浓缩，操作压力为3.0mpa，循环流量为4.0m³/h，浓缩倍数是4倍。纳滤浓缩液进行喷雾干燥，水不溶物小于0.05wt%，由于去除了杂质，全为水溶性，既可以加工成固体制剂，也可以加工成液体制剂。

可以看出，本发明提供的工艺可以获得纯度较高的双丙氨膦。

实施例5

采用33wt%工业盐酸调节链霉菌（streptomyceshygroscopicus）双丙氨膦发酵液ph值为4，温度控制28℃。将发酵液送入陶瓷滤膜系统，陶瓷滤膜的平均孔径是分别是采用50nm，材质是氧化铝，跨膜压差0.1mpa，膜面流速3m/s，过滤温度30℃，将料液浓缩3倍后停止。陶瓷膜的渗透液送入超滤膜进行脱色浓缩，操作压力为1.5mpa，循环流量为3.0m³/h，浓缩倍数是10倍。超滤膜渗透液送入截留分子量300da的聚酰胺纳滤膜浓缩后，浓缩液送入活性氧化铝吸附柱吸附后送入lx-1180型大孔吸附高分子树脂系统，树脂解吸依次采用25vol%乙醇、3wt%硫酸和7wt%氢氧化钠进行。树脂解吸液合并后经过截留分子量400da的聚酰胺纳滤膜浓缩，操作压力为2.5mpa，循环流量为3.0m³/h，浓缩倍数是5倍。纳滤浓缩液进行喷雾干燥。由于去除了杂质，全为水溶性，既可以加工成固体制剂，也可以加工成液体制剂。

可以看出，本发明提供的工艺可以获得纯度较高的双丙氨膦。

实施例6

采用33wt%工业盐酸调节链霉菌（streptomyceshygroscopicus）双丙氨膦发酵液ph值为4，温度控制28℃。将发酵液送入陶瓷滤膜系统，陶瓷滤膜的平均孔径是分别是采用50nm，材质是氧化铝，跨膜压差0.1mpa，膜面流速3m/s，过滤温度30℃，将料液浓缩3倍后停止。陶瓷膜的渗透液送入超滤膜进行脱色浓缩，操作压力为1.5mpa，循环流量为3.0m³/h，浓缩倍数是10倍。超滤膜渗透液中加入0.5wt%cacl2送入截留分子量300da的聚酰胺纳滤膜浓缩后，浓缩液加入na2so4将ca²⁺沉淀后，送入活性氧化铝吸附柱吸附后送入lx-1180型大孔吸附高分子树脂系统，树脂解吸依次采用25vol%乙醇、3wt%硫酸和7wt%氢氧化钠进行。树脂解吸液合并后经过截留分子量400da的聚酰胺纳滤膜浓缩，操作压力为2.5mpa，循环流量为3.0m³/h，浓缩倍数是5倍。纳滤浓缩液进行喷雾干燥。由于去除了杂质，全为水溶性，既可以加工成固体制剂，也可以加工成液体制剂。

可以看出，本发明提供的工艺可以获得纯度较高的双丙氨膦。