一种发酵液电渗析脱盐浓室液的分离回收方法

摘要

本发明种发酵液电渗析脱盐浓室液的分离回收方法,主要将电渗析浓室液第次浓缩、第步结晶,晶浆第步固液分离,第结晶母液降温后第二步结晶,晶浆第二步固液分离,第二结晶母液浓缩,第三步结晶,晶浆第三步固液分离,第三结晶母液降温后第四步结晶,晶浆第四步固液分离,第四结晶母液电渗析二次脱盐。本方法能有效处理电渗析浓室液中的盐,得到较高纯度的硫酸钠和丁二酸纳晶体,并回收浓室液中的1,3‑丙二醇,将电渗析脱盐工序1,3‑丙二醇的收率由95%提高到98%。

权利要求

1.一种发酵液电渗析脱盐浓室液的分离回收方法，主要包括以下步骤：(1)将发酵液采用膜过滤器除去菌体细胞、蛋白质后经过第一电渗析器(1)脱盐，得到第一脱盐液和第一浓室液；

(2)第一浓室液在第一蒸发结晶器(2)中浓缩结晶，进行第一步结晶，得到第一晶浆，第一浓室液浓缩倍数0.5～10倍，蒸发结晶器的压力是40～200mmHg，蒸发结晶的温度是60～

80℃；

(3)将第一晶浆送入第一固液分离器(3)内进行第一次固液分离，得到第一晶体和第一结晶母液，固液分离的温度是60～80℃；

(4)将第一结晶母液送入第一冷却结晶器(4)内降温，进行第二步结晶，结晶后将第二晶浆送入第二固液分离器(5)内再次进行第二次固液分离，得到第二晶体和第二结晶母液，第二步结晶的温度是3～10℃，第二步固液分离的温度是2～10℃；

(5)第二结晶母液在第二蒸发结晶器(6)中浓缩，进行第三步结晶，得到第三晶浆，第二结晶母液浓缩倍数0.5～10倍，蒸发结晶器的压力是40～200mmHg，蒸发结晶的温度是60～

80℃；

(6)将第三晶浆送入第三固液分离器(7)中第三次固液分离，得到第三晶体和第三结晶母液，固液分离的温度是60～80℃；

(7)第三结晶母液送入第二冷却结晶器(8)内降温，进行四步结晶，结晶后将晶浆送入第四固液分离器(9)内进行第四次固液分离，得到四晶体和第四结晶母液，第四步结晶的温度是3～10℃，第四步固液分离的温度是2～10℃；

(8)将第四结晶母液经过加热后，送至第二电渗析器(10)内进行电渗析脱盐，得到第二脱盐液和第二浓室液。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(1)中将发酵液进行膜过滤后进行电渗析脱盐，得到的第一脱盐液的电导率为1000～2000μs/cm，第一浓室液的电导率为

50000～100000μs/cm。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(8)第四结晶母液加热后的温度为

25～35℃，经第二电渗析器(10)脱盐后，得到的第二脱盐液的电导率为1000～2000μs/cm。

说明书

一种发酵液电渗析脱盐浓室液的分离回收方法

技术领域

[0001] 本发明属于生物化工领域，具体涉及到发酵法生产1,3-丙二醇过程的电渗析脱盐工艺和高盐含量、高COD废水的处理方法。

背景技术

[0002] 1,3-丙二醇是许多合成反应的重要原料，特别是作为生产聚酯PTT（聚对苯二甲酸丙二醇酯）和聚氨酯的单体。与化学法合成相比，发酵法生产1,3-丙二醇的优点是选择性高，操作条件温和，原料是可再生等，近年来已成为国内外研究者关注的热点。但是，在微生物发酵法生产1,3-丙二醇过程中，菌体代谢产生1,3-丙二醇的同时，还产生丁二酸、乙酸、乳酸等有机酸，此外发酵培养基中用作氮源的硫酸铵中的铵离子被消耗，发酵液pH值降低，为了维持发酵液的pH值中性，发酵过程中，通过pH自控系统往发酵液中自动流加NaOH溶液，使得发酵下罐时，发酵液中的盐含量高达2-3%。

[0003] 目前分离纯化发酵液中的1,3-丙二醇的方法主要有两种，第一种方法是无需脱盐，将盐保留在物料中，即采用过滤除菌、浓缩脱水等先将易于分离的物质从发酵液系统中分离出来，然后蒸馏、精馏等步骤将1,3-丙二醇从盐溶液体系中提取出来。张家港华美生物材料有限公司提出了一种从发酵液中提取1,3-丙二醇的方法（专利CN101891591A），该专利提出往发酵液（或者经浓缩脱水后的发酵液）中加入甘油防止发酵液中的盐结晶析出，然后通过蒸发、精馏等工艺将1,3-丙二醇从发酵液中提取出来。第二种方法是将过滤除菌后先将盐从发酵液中分离出来，再对脱盐后的发酵液进行分离纯化，提取其中的1,3-丙二醇。清华大学的王晓琳提出了电渗析法用于1,3-丙二醇发酵液的脱盐工艺（专利CN1522997A），湖南海纳百川生物工程有限公司提出了一种异相膜用于1,3-丙二醇发酵液的电渗析脱盐工艺（专利CN101298409A），该方法的提出使得1,3-丙二醇发酵液电渗析脱盐成本大大降低，推动了电渗析脱盐工艺在该领域的工业化应用。

[0004] 1,3-丙二醇发酵液经过电渗析脱盐后，盐含量降低至0.1～0.5%，进入下游工艺进一步分离纯化，而脱盐过程中，发酵液中的阴阳离子分别透过离子交换膜进入浓室液，使得浓室液中的盐含量高达5～15%，此外浓室液中还含有因浓度差扩散过来的1,3-丙二醇，1,3-丙二醇的渗透量占发酵液中1,3-丙二醇的5～10%。该浓室液的COD高达70000mg/L，直接当作废水处理，费用极高，而且还无法回收其中的1,3-丙二醇。

[0005] 结晶是一种常规的脱盐技术，也有文献报道采用结晶脱盐技术用于1,3-丙二醇发酵液的提取。清华大学的刘德华提出了一种往1,3-丙二醇发酵液中添加无机酸，将发酵液中的有机酸盐转化有机酸和无机盐后，将无机酸盐结晶析出而分离的方法（专利号CN101033171A）。该专利对于分离发酵液中的无机酸盐有很好的效果，但大量的有机酸还残留在发酵液中，影响后续的蒸馏、精馏操作。

[0006] 本发明提出的分步结晶工艺能将1,3-丙二醇发酵液电渗析脱盐浓室液中的有机盐和无机盐分别结晶析出，并将结晶母液进行二次电渗析脱盐，以回收其中的1,3-丙二醇。不但解决了电渗析浓室液废水处理费用高的问题，还提高了电渗析脱盐过程1,3-丙二醇收率。

发明内容

[0007] 本发明的目的在于提供一种将1,3-丙二醇发酵液电渗析脱盐浓室液的分离回收方法，针对电渗析浓室液中硫酸钠和丁二酸纳在水溶液中的溶解度随温度的变化趋势不一致的特性，提出了分步结晶的方法，分别将硫酸钠、丁二酸纳和乙酸钠结晶分离，最后得到的结晶母液再通过电渗析脱除剩余的盐后，进入下游工艺回收其中的1,3-丙二醇。

[0008] 上述目的是通过以下技术方案实现的。

[0009] 一种发酵液电渗析脱盐浓室液的分离回收方法，主要将电渗析浓室液第一次浓缩、第一步结晶，晶浆第一步固液分离，第一结晶母液降温后第二步结晶，晶浆第二步固液分离，第二结晶母液浓缩，第三步结晶，晶浆第三步固液分离，第三结晶母液降温后第四步结晶，晶浆第四步固液分离，第四结晶母液电渗析二次脱盐，主要包括以下步骤：

[0010] （1）将发酵液采用膜过滤器中除去菌体细胞、蛋白质后经过第一电渗析器1脱盐，得到第一脱盐液和第一浓室液；

[0011] （2）第一浓室液在第一蒸发结晶器2中浓缩结晶，进行第一步结晶，得到第一晶浆；

[0012] （3）将第一晶浆送入第一固液分离器3内进行第一次固液分离，得到第一晶体和第一结晶母液；

[0013] （4）将第一结晶母液送入第一冷却结晶器4内降温，进行第二步结晶，结晶后将第二晶浆送入第二固液分离器5内进行第二次固液分离，得到第二晶体和第二结晶母液；

[0014] （5）第二结晶母液在第二蒸发结晶器6中浓缩，进行第三步结晶，得到第三晶浆；

[0015] （6）将第三晶浆送入第三固液分离器7中第三次固液分离，得到第三晶体和第三结晶母液；

[0016] （7）第三结晶母液送入第二冷却结晶器8内降温，进行第四步结晶，结晶后将第四晶浆送入第四固液分离器9内进行第四次固液分离，得到四晶体和第四结晶母液；

[0017] （8）将第四结晶母液经过加热后，送至第二电渗析器10内进行电渗析脱盐，得到第二脱盐液和第二浓室液。

[0018] 所述步骤（1）中将发酵液进行膜过滤后进行电渗析脱盐，得到的第一脱盐液的电导率为1000～2000μs/cm，第一浓室液的电导率为50000～100000μs/cm。

[0019] 所述步骤（2）和（5）在第一蒸发结晶器2和第二蒸发结晶器6中的浓缩倍数0.5～10倍，蒸发器的压力是40～200mmHg，蒸发结晶的温度是60～80℃。

[0020] 所述步骤（3）和（6）中第一固液分离器3和第三固液分离器7内固液分离的温度是60～80℃。

[0021] 所述步骤（4）和（7）中第二步结晶和第四步结晶的温度是3～10℃，第二步和第四步固液分离的温度是2～10℃。

[0022] 所述步骤（8）第四结晶母液加热后的温度为25～35℃，经第二电渗析器10脱盐后，得到的第二脱盐液的电导率为1000～2000μs/cm。

[0023] 综上所述，本发明的方法通过分步结晶法将1,3-丙二醇发酵液电渗析浓室液中的盐分离出来的，然后将第四结晶母液采用电渗析脱盐的方法脱除其中的盐，脱盐后得到的第二脱盐液与第一脱盐液混合进入1,3-丙二醇下游提取工艺进一步分离纯化，直至得到终产品1,3-丙二醇。

[0024] 操作过程中，第一步结晶的温度和第二步结晶的温度是实现1,3-丙二醇电渗析脱盐浓室液中硫酸钠和丁二酸纳分离的关键参数。

[0025] 本发明的进步效果是：能有效处理电渗析浓室液中的盐，得到较高纯度的硫酸钠和丁二酸纳晶体，并回收浓室液中的1,3-丙二醇，将电渗析脱盐工序1,3-丙二醇的收率由95%提高到98%。

附图说明

[0026] 图1为本发明分离回收方法的流程示意图。

[0027] 其中：1为第一电渗析器；2为第一蒸发结晶器；3为第一固液分离器；4为第一冷却结晶器；5为第二固液分离器；6为第二蒸发结晶器；7为第三固液分离器；8为第二冷却结晶器； 9为第四固液分离器；10为第二电渗析器。

具体实施方式

[0028] 下面结合实施例对本本发明进行详细地说明。

[0029] 下面通过实施例对本发明进行具体的描述，需要指出的是，以下实施例只是用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，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。实施例

[0030] （1）6500g 1,3-丙二醇发酵液电渗析浓室液蒸发脱除3800g水后结晶，第一晶浆经过过滤得到第一晶体257g和第一结晶母液1893g；

[0031] （2）第一结晶母液在搅拌条件下降温至4℃后，进行第二步结晶，第二晶浆经过过滤得到第二晶体651g和第二结晶母液1232g；

[0032] （3）第二结晶母液蒸发脱除503g水后结晶，第三晶浆经过过滤得到第三晶体73.55g和第三结晶母液635.6g；

[0033] （4）第三结晶母液在搅拌条件下降温至4℃后，进行第四步结晶，第四晶浆经过过滤得到第四晶体125g和第四结晶母液500g；

[0034] （5）500g第四结晶母液加水稀释5倍后进行电渗析脱盐，最终得到脱盐液2800g。各样品分析数据如下表所示；

[0035] 表1 1,3-丙二醇发酵液电渗析脱盐浓室液分步结晶实验1数据表

[0036]

[0037] 表1可看出， 1,3-丙二醇发酵液电渗析浓室液经过不同温度条件下的分步结晶，浓室液中的混合盐实现初步的分离，第一晶体和第三晶体主要为硫酸钠，第二晶体主要是丁二酸纳，第四晶体主要是丁二酸纳和乙酸钠的混合物。第四结晶母液通过电渗析脱盐后，电导率下降至2000μs/cm，可进入下游工艺分离纯化其中的1,3-丙二醇。