專利名稱：一種使用填料池電滲析使含水物流脫鹽的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用電滲析池使含水物流脫鹽的方法，其中在電滲析池中稀層或耗離子層包含一種合適的離子交換材料；特別是涉及一種其中酸化待脫鹽的水流、并在電滲析池或組合的多個(gè)電滲析池中處理，以達(dá)到所需要的脫鹽水平的方法。
含有遷移物質(zhì)和酸性的濃原料流可選擇性地在一個(gè)或多個(gè)下流步驟中得到處理，這些步驟可包括pH調(diào)節(jié)/過(guò)濾、超微過(guò)濾、傳統(tǒng)電滲析或擴(kuò)散滲析步驟，以便回收可再利用的物質(zhì)。此方法尤其適用于含糖水流的脫鹽。
填料池電滲析，也稱為電脫離子(Electrodeionization，簡(jiǎn)稱EDI)技術(shù)現(xiàn)已被公認(rèn)為是一種能使水物流達(dá)到高水平脫鹽的技術(shù)手段。此方法涉及在位于陰離子和陽(yáng)離子交換膜之間的墊圈中形成的水原料(或耗離子)層中加入一種離子交換材料(例如離子交換樹(shù)脂)。待脫鹽的水原料流在此耗離子層中流動(dòng)。
第二含水物流是在相鄰濃縮層中循環(huán)。在直流電驅(qū)動(dòng)力下，原料流中的離子從耗離子層向濃縮層遷移。此方法類似于傳統(tǒng)的電滲析，不同的是在耗離子層中使用離子交換材料，提高了導(dǎo)電率，有利于高水平脫鹽，且總的電流效率較高。此EDI方法特別適用于低至中等離子含量的水溶液的脫鹽。
EDI設(shè)備和其應(yīng)用于獲得高純度水的詳細(xì)描述可參見(jiàn)如下的一些美國(guó)專利，例如4,066,375；4,203,976；4,243,976；4,249,422；4,465,573；4,632,745；4,727,929；4,871,431；4,925,541；4,931,160；4,956,071；4,969,983；5,066,375；5,116,509；5,154,809；5,120,416；5,203,976；5,292,422；5,308,466；5,316,637和5,503,729。
在本人最近申請(qǐng)的兩件美國(guó)專利申請(qǐng)S.N.08/784,050和S.N.08/785,648(申請(qǐng)日均為1997年1月17日)中也可找到相關(guān)披露。披露在這些專利和申請(qǐng)的EDI裝置所用的墊圈或室和設(shè)備有多種設(shè)計(jì)。
目前EDI主要的應(yīng)用是從適當(dāng)預(yù)純化軟化的、含相對(duì)低的初始鹽含量和導(dǎo)電率的水溶液原料生產(chǎn)高純度水。描述本領(lǐng)域現(xiàn)狀的專著有●蓋茨G.C.，(Ganzi，G.C.)“電脫離子生產(chǎn)高純度水”，AIChESummer National Meeting，Aug.，1987●蓋茨G.C.等(Ganzi，G.C.，et al.)；“由電脫離子技術(shù)生產(chǎn)高純度水”，Ultrapure Water，4(3)，April，1987●蓋茨G.C.等(Ganzi，G.C.，et al.)；“用離子純連續(xù)脫離子后一逆滲透技術(shù)生產(chǎn)醫(yī)用級(jí)水”，ICOM meeting，Chicago，IL，1990●蓋茨G.C.，等(Ganzi，G.C.，et al.)；“用離子純CDI方法純化和回收水”，AIChE Summer National Meeting，Pittsburgh，PA，Aug.，1991●荷諾B.P.等(Hernon，B.P.，et al.)；“進(jìn)展報(bào)告應(yīng)用電脫離子技術(shù)于超凈水生產(chǎn)”，56th Annual Meeting International WaterConference，Pittsburgh，PA，Oct.，1995●埃里森R.P.(Allison，R.P.)；“連續(xù)電脫離子方法”，1996Biennial Conference & Exposition，Monterey，CA，Aug.，1996可想象EDI方法是按兩種方式進(jìn)行，取決于待脫鹽水原料的離子含量和一定的操作參數(shù)，例如流速、輸入電流等。在較高離子濃度下，當(dāng)操作低于限定的電流密度時(shí)，該方法操作與傳統(tǒng)電滲析方法的操作有些相似。
按第一種方式(本文稱方式I)，在原料流或耗離子層中的離子交換材料主要用來(lái)提高原料流或耗離子管路的導(dǎo)電率，因此有利于脫鹽度達(dá)到有意義的水平。存在于原料管路中的離子交換材料降低了離子遷移的電阻，因此與傳統(tǒng)電滲析技術(shù)可行的水平相比，EDI中可達(dá)到較高水平的脫離子度。
通常在原料流(或耗離子)層中，離子交換材料是陽(yáng)離子和陰離子交換樹(shù)脂的混合物。此材料極有利于原料溶液中陽(yáng)離子和陰離子分別遷移至陽(yáng)離子和陰離子交換膜表面。結(jié)果在原料管路中總的導(dǎo)電率升高了，導(dǎo)致在一定電壓下電流輸出的增高。同時(shí)，EDI方法的電流效率——每法拉第電流輸入遷移離子的當(dāng)量比——也保持較高水平；一般大于0.5。水裂解程度相當(dāng)小，甚至在脫鹽料的導(dǎo)電率在10至小于1μS/cm的范圍內(nèi)時(shí)也是如此。
原則上，傳統(tǒng)電滲析技術(shù)(即，在原料管路中不使用離子交換材料)也可以此方式操作。但從經(jīng)濟(jì)的角度考慮，此操作已被認(rèn)為是不適用的，因?yàn)殡娏鬏敵龅?即由于耗盡后的原料管路中導(dǎo)電率差)，膜面積大，這將使成本較高。
當(dāng)在樹(shù)脂和膜周緣層中沒(méi)有足夠量的離子以運(yùn)輸電流時(shí)，甚至在以傳統(tǒng)電滲析技術(shù)相比較低的離子濃度時(shí)，在EDI中達(dá)到了有限的電流密度。在這種操作方式中(本文稱方式II)，電流的施加導(dǎo)致水分子的解離或裂解成氫離子(H+)和氫氧根離子(OH-)。至少部分這些離子替代了在離子交換樹(shù)脂中存在的離子，結(jié)果使樹(shù)脂材料得到再生。被替代的離子遷移出原料管路，穿過(guò)離子交換膜，進(jìn)入濃縮管路，如此生產(chǎn)高度脫鹽的水。正是在以此方式(稱為“方式II”)操作中，發(fā)現(xiàn)了EDI方法的主要工業(yè)用途，即生產(chǎn)導(dǎo)電率為0.055～0.5μS/cm或電阻為2～18×106歐姆(2～18 Meg-ohm)的高純度水。
適當(dāng)預(yù)處理原料水是長(zhǎng)時(shí)間可靠地操作EDI裝置的基本先決條件。原料流中不溶物質(zhì)和一些有機(jī)污物的存在可能引起池內(nèi)部件的堵塞，或原料管路中離子交換材料或離子交換膜的不可逆中毒。所以，這些不溶物質(zhì)和有機(jī)污物必須通過(guò)上流預(yù)處理步驟除去。
在EDI操作中的另一問(wèn)題是鈣和鎂在EDI池中的沉淀，因其在這些池內(nèi)環(huán)境中的溶解性能差。在傳統(tǒng)電滲析技術(shù)中采用不時(shí)地加入酸，例如鹽酸，以控制二價(jià)離子的沉淀。但是，如今在EDI中加入酸的技術(shù)已不再用于生產(chǎn)脫鹽流，可能由于與水裂解和伴隨的pH漂移等有關(guān)問(wèn)題，給EDI裝置操作可靠性造成嚴(yán)重的障礙。酸的加入及其隨后的除去都增加了額外的試劑費(fèi)用，以及下流操作費(fèi)用。
由于這些原因，采用軟化原料流從原料溶液中去除鈣和鎂離子。但是，這種預(yù)處理過(guò)程也帶來(lái)一些成本花費(fèi)，使過(guò)程復(fù)雜化。此軟化過(guò)程在含有陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的柱中進(jìn)行。當(dāng)柱子負(fù)載上足夠多的多價(jià)陽(yáng)離子時(shí)，可用濃鹽溶液(NaCl)，或使用酸和堿(通常是HCl和NaOH)，使其再生。兩種方法都會(huì)產(chǎn)生額外的廢水，需要排除。軟化過(guò)程通常需要調(diào)節(jié)原料流pH值至中性或堿性(pH≥7)，以便去除鈣和鎂離子。而且，軟化過(guò)程用鈉來(lái)替代原料流中的鈣和鎂。而鈉必須通過(guò)EDI方法去除。
在許多工業(yè)操作中，軟化的原料流進(jìn)行另一逆滲透(“RO”)步驟，進(jìn)一步降低EDI池疊層的離子載量。在另外的例子中，可使用一有高水平的舍棄離子(大于98％)的RO裝置。如果使用此裝置，就不需要另外的上流軟化步驟了。然而，此步驟會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生大量“棄”流，其象征著原材料的損失。用此RO處理過(guò)的EDI原料的導(dǎo)電率大約僅為5～80μS/cm。結(jié)果EDI裝置操作主要以水裂解方式進(jìn)行(方式II)。
必須改善脫鹽方法，使其可用于低至中等離子含量的原料流。一種理想的方法應(yīng)不需要上流軟化或逆滲透(“RO”)步驟，因其會(huì)增加成本、使過(guò)程更復(fù)雜、產(chǎn)生額外的廢水并且損失收率。也需要這樣的改進(jìn)方法即可做到成本低且最好能就地生產(chǎn)加入EDI原料中所需的酸，并有回收/再利用此酸的手段。
尤其是在生產(chǎn)葡萄糖和其它發(fā)酵產(chǎn)品中，一些工藝過(guò)程要求高水平地從水溶液中去除離子。這些原料流往往含有大量的鈣和/或鎂及諸如鈉、氯、硫酸根、亞硫酸根等離子。這些原料流的糖含量和密度相對(duì)較高，其又提高了粘度和/或滲透壓，而較低了導(dǎo)電率。例如，玉米淀粉水解得到的濃葡萄糖溶液含有40 ppm鈣、30 ppm鎂、約100 ppm鈉、等當(dāng)量的陰離子，例如氯、硫酸根等，以及雜質(zhì)，例如有機(jī)物和有色物；其導(dǎo)電率大約為400μS/cm。同樣，純葡萄糖酶轉(zhuǎn)化得到的濃高果糖糖漿溶液可能含有約45 ppm鎂(作為催化劑加入，以助酶轉(zhuǎn)化反應(yīng))、1～10 ppm鈣、約100 ppm鈉、等當(dāng)量的陰離子，例如氯、硫酸根等，以及少量有機(jī)酸，其導(dǎo)電率為300～400μS/cm。
可看出這些原料流的硬性成分在總離子負(fù)載中占有相當(dāng)大的比率。所以涉及軟化原料流的已有技術(shù)方法，在EDI池前，要求有一個(gè)相當(dāng)大的軟化柱。如此的兩步法(原料軟化+EDI)成本高，與下述離子交換方法比無(wú)顯著改善。
由此看來(lái)諸如葡萄糖溶液等原料流的脫鹽存在其他問(wèn)題，這些問(wèn)題進(jìn)一步否定了上流軟化步驟的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性。這些以及其它含糖溶液容易產(chǎn)生細(xì)菌生長(zhǎng)的問(wèn)題，及在中性或堿性pH下的穩(wěn)定性問(wèn)題。
為了減少這種污染問(wèn)題，有意酸化溶液。任何酸(例如硫酸或鹽酸)可用于酸化糖溶液，最常用的是二氧化硫，部分由于它有殺菌性能。此外，作為弱酸，二氧化硫可在pH 2～3的范圍內(nèi)提供良好的緩沖作用，而在此pH范圍內(nèi)糖在溶液中表現(xiàn)出最佳的穩(wěn)定性。在葡萄糖和果糖流加工過(guò)程中加入大約200～1000 ppm二氧化硫。為了獲得質(zhì)量滿意的產(chǎn)品，這些原料流需要進(jìn)行預(yù)處理，以除去顏色和氣味，隨后脫鹽，得到最終產(chǎn)品的導(dǎo)電率為大約為3μS/cm。在EDI之前軟化這些原料流是不可行的，因?yàn)槠湟笠徊荒芙邮艿纳狭鱬H調(diào)節(jié)步驟。
現(xiàn)在這些糖溶液的純化是經(jīng)過(guò)一最初的碳處理步驟、及隨后的多步離子交換，其涉及交替的陽(yáng)離子和陰離子交換柱，(參見(jiàn)“Diaion離子交換樹(shù)脂手冊(cè)”，Vol.II，93-107，Mitsubishi Kasei Corp.，March 1992；2ndprinting May 1，1993)。這些離子交換柱消耗大量的酸和堿(HCl，NH3/NaOH)用于再生、以及脫離子水用于置換糖和清洗離子交換床。結(jié)果離子交換途徑產(chǎn)生大量廢水，其需要處理和清除。
此外，離子交換過(guò)程造成了原始糖漿溶液一定程度上的稀釋。不得不消耗大量能量和資金用于再濃縮原料流。在脫鹽過(guò)程中所用的離子交換床是相當(dāng)大的；所以除所要求的投資費(fèi)外，也還有離子交換樹(shù)脂損失的有關(guān)操作費(fèi)用。因此需要改善脫鹽方法，克服離子交換方法的缺點(diǎn)。
如已有技術(shù)所披露的、用于水脫鹽/純化的電脫離子過(guò)程不適合用于含糖溶液，原因如下●在工廠中通常遇到的原料流的含糖量高，40～60重量％，因而滲透壓高。實(shí)際上，這就不能用RO(逆滲透)預(yù)處理方法從此溶液中除去離子。RO過(guò)程不適用于此，因所需產(chǎn)品是脫鹽糖漿，而不是脫鹽水。
●通過(guò)離子交換軟化進(jìn)入EDI裝置的原料，將需要提高糖溶液的pH值。這是不可行的選擇，因?yàn)槠浼又亓思?xì)菌污染問(wèn)題。另一因素是糖溶液在堿性條件下是不穩(wěn)定。
●相對(duì)總離子負(fù)載而言，二價(jià)離子含量高，加上在工廠中所遇到的大量原料流，使上流軟化步驟花費(fèi)高且無(wú)法實(shí)施。
由于這些原因，需要改善處理過(guò)程，以純化這種生物敏感性原料。直接純化這種酸性原料的工藝過(guò)程是非常需要的。
也需要一些方法，從濃縮流中回收有價(jià)值成分以供可能的再循環(huán)/再利用。在一EDI裝置中，與大多數(shù)基于膜的方法相同，原料流中的小部分成分(例如前段的例子中所提到的糖)會(huì)終止于濃縮廢產(chǎn)物流中。如果這些成分有價(jià)值或其回收有環(huán)境上的益處，需要有一些手段來(lái)回收它們。由于在葡萄糖異構(gòu)化步驟，在高果糖糖漿中有意加入了鎂，需要有方法來(lái)回收鎂，以便再利用。
為了克服已有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種改進(jìn)的脫鹽方法，以使水流脫鹽，而不需要上流軟化步驟。在此過(guò)程中，原料流基本無(wú)懸浮物質(zhì)和高分子量污物(例如有機(jī)物)，酸化此原料流至pH為3左右，然后在一EDI池疊層中進(jìn)行處理。原料流的酸化可通過(guò)直接加入回收的酸或新鮮的酸來(lái)完成，例如硫酸，亞硫酸或鹽酸。另外，原料流的酸化可通過(guò)裂解可商購(gòu)的諸如氯化鈉或硫酸鈉等鹽，在雙極膜電滲析池中進(jìn)行。
EDI裝置(本文稱為“主裝置”)是基本上按這樣方式操作其中水裂解程度相當(dāng)?shù)?，?～2％或更少的范圍內(nèi)(方式I)。待脫鹽的原料流溶液最好是以一次通過(guò)的方式處理。
改進(jìn)方法的成功是基于如下的發(fā)現(xiàn)，即在較低pH區(qū)域中，鈣和鎂離子與鈉和氫離子一起遷移出原料管路，未損害離子交換樹(shù)脂或膜。實(shí)際上軟化和脫鹽在一步操作中得以完成。酸加入到原料中的量是使當(dāng)脫鹽度達(dá)到目的值時(shí)產(chǎn)品流保持一定酸性，即pH值小于6.5，最好小于5為宜。來(lái)自EDI裝置的濃縮物最好是酸性的(即pH小于7)或處于這樣一種水平，即遷移的二價(jià)離子不會(huì)在濃縮管路內(nèi)沉淀。通過(guò)此方法可容易地得到導(dǎo)電率為1～25μS/cm的脫鹽產(chǎn)品。產(chǎn)品含有極少或不含鈣或鎂離子。
如果需要，產(chǎn)品流可進(jìn)一步在一第二EDI池疊層中進(jìn)行脫鹽，得到導(dǎo)電率為0.055至1μS/cm的較高純度的產(chǎn)品，此第二EDI池疊層主要以水裂解方式操作(即方式II)。此外，來(lái)自主EDI裝置的產(chǎn)品可通過(guò)一傳統(tǒng)的離子交換進(jìn)行處理，以便得到較高純度的產(chǎn)品。
如果EDI的原料管路是以一次通過(guò)的方式操作(即無(wú)任何內(nèi)部或外部流體循環(huán))，整個(gè)脫鹽操作可在一個(gè)EDI池疊層中完成，只要加入了足夠量的酸，以保證脫鹽產(chǎn)品保持一定酸性，即pH值小于6.5，最好小于5。同樣，濃縮產(chǎn)物的pH值最好是保持酸性。
本發(fā)明的方法特別適用于生物敏感性原料的脫鹽，例如由糖甘蔗/甜菜或由谷物(玉米)得到的淀粉基材料生產(chǎn)出的蔗糖、葡萄糖和高果糖糖(HFS)溶液等。例如，葡萄糖或高果糖糖漿的生產(chǎn)中，濃縮糖漿中間物含有諸如鈣、鎂、鈉、氯和硫酸根等離子。這些原料流可通過(guò)酸化原料和在EDI池中脫鹽來(lái)有效地脫鹽。
水，或部分原料流，可用于EDI池濃縮管路中，以富集遷移的鹽離子和酸。除鹽和酸外，來(lái)自EDI池疊層的濃縮流含有少量其它組分(例如糖)，如果其存在于原料流中。這種富集流可在用石灰或其他合適的堿中和后處理。或者，它可繼續(xù)進(jìn)入第二個(gè)工藝方法中，即其可直接利用有價(jià)值的成分，例如用于生產(chǎn)乙醇。另外，其酸含量可通過(guò)淋洗操作(對(duì)二氧化硫而言，其是揮發(fā)性酸)或擴(kuò)散滲析/電滲析來(lái)回收，并再用于酸化原料流溶液，而接近中性的殘留溶液可廢棄掉。
對(duì)濃縮流選擇的另一種處理方法涉及一超微過(guò)濾步驟。在糖脫鹽過(guò)程中，利用超微過(guò)濾膜過(guò)濾可從濃縮產(chǎn)品中除去大量的水和一價(jià)鹽，例如NaCl，以及鈣和鎂，而基本保留糖。如果酸是多價(jià)的形式，例如亞硫酸或硫酸，部分這些酸也可通過(guò)微過(guò)濾膜留下來(lái)。與在高果糖糖漿生產(chǎn)中一樣，這種保留物可上流循環(huán)。此外，如果要從體系中去除硬性成分，可通過(guò)調(diào)節(jié)pH值和過(guò)濾或通過(guò)離子交換軟化來(lái)完成。而純化的保留物可返回糖回收操作中。
本發(fā)明提供一種方法，用于含鹽溶液的電脫離子(EDI)的方法。該方法涉及在EDI步驟前酸化含鹽原料。在此過(guò)程中，利用直流電驅(qū)動(dòng)力在EDI池疊層中基本完全除去鹽的陽(yáng)離子和陰離子以及加入酸所帶來(lái)的離子。此方法尤其適用于含糖溶液的脫鹽，諸如由淀粉糖化成葡萄糖得到的溶液和由葡萄糖溶液的酶轉(zhuǎn)化得到的高果糖糖漿溶液(HFS)等。此方法也可用于硬水或其他生物敏感性溶液的脫鹽，例如從糖甘蔗和甜菜加工中得到的溶液的脫鹽。
附圖簡(jiǎn)述通過(guò)說(shuō)明書附圖可以更容易地理解本發(fā)明。


圖1是EDI試驗(yàn)池中膜排列的示意圖。
圖2(a)和2(b)是EDI池墊圈構(gòu)造示意圖；圖2(a)是濃縮層墊圈，圖2(b)是原料層墊圈。
圖3是EDI池組件透視圖。
圖4是為說(shuō)明EDI方法而設(shè)的中型試驗(yàn)的流程示意圖。
圖5是從濃縮廢水中回收酸的流程示意圖。
圖6、6(a)和7是電流、時(shí)間(小時(shí)或天數(shù))和流速或脫離子度間的關(guān)系圖。
圖8和9是糖原料流脫鹽的工藝流程圖。
圖10是EDI用于制糖工藝中的流程圖。
圖1是顯示了電脫離子池疊層的組合。有八套原料(也稱“稀”或耗“離子”)層和濃縮層，其分別被陽(yáng)離子(+)或陰離子(-)膜，例如11和12，隔離開(kāi)。這些膜是裝在單一一組電極13和14之間(圖1)。工業(yè)上，可以將多達(dá)50～200套(稱“池對(duì)”)裝在單一一對(duì)電極之間。
原料層，記為“D”，填充有合適的離子交換材料。為了使含基本相當(dāng)?shù)年?yáng)離子和陰離子的溶液脫鹽，將陽(yáng)離子和陰離子交換樹(shù)脂材料混合物裝人D層中。該所用的樹(shù)脂材料可以是離子交換氈/纖維形式或珠狀離子交換樹(shù)脂。
濃縮層，記為“C”，通常是填充一種合適的聚合網(wǎng)狀材料，以幫助支撐膜，且改善流體的分布。
當(dāng)直流電通過(guò)電極13和14時(shí)，在原料流中的陽(yáng)離子，表示為M+，向陰極13的方向移動(dòng)，穿過(guò)陽(yáng)離子交換膜11到濃縮層C。同時(shí)原料流中的陰離子，表示為X-，向陽(yáng)極14方向移動(dòng)，穿過(guò)陰離子交換膜12到濃縮層C。凈結(jié)果是從原料管路中除去了鹽，其累積在濃縮管路中。此EDI方法與傳統(tǒng)電滲析過(guò)程相似。但是，在稀管路中加入離子交換樹(shù)脂使得電導(dǎo)率明顯改善，且顯著提高了原料溶液的脫離子度。
如圖1所示，電極位于層ER和ER’中，其最好通過(guò)一組陽(yáng)離子交換膜15和16與其余處理層分離開(kāi)。分開(kāi)的清洗流在此循環(huán)?；趶闹鱁DI方法中分離出諸如H2、O2及其他氧化產(chǎn)物(如氯)等的電極管路副產(chǎn)物的觀點(diǎn)考慮，分開(kāi)清洗流是需要的。如圖1所示的另一特點(diǎn)是采用與電極清洗管路相鄰的濃縮層。濃縮層的采用進(jìn)一步減少氧化物質(zhì)滲入含有離子交換樹(shù)脂的原料層D中。
用于形成原料和濃縮層的墊圈可為前面所引用的文獻(xiàn)中所述的任何一種類型。本發(fā)明人在本發(fā)明的工藝中所用的一種特別的設(shè)計(jì)如圖2(a)和(b)所示。將多個(gè)這種墊圈固定在一起，以形成一列墊圈疊層，且每個(gè)墊圈由一個(gè)膜使其與相鄰者分開(kāi)。
每個(gè)墊圈有均勻的厚度，由相對(duì)軟的例如聚乙烯等聚合材料制成。或者，墊圈可由一種復(fù)合材料制成，所說(shuō)的復(fù)合材料含有稍硬的芯，例如高密度聚乙烯/聚丙烯，其柔軟的上下表面由諸如Kraton橡膠等材料制成。
墊圈的中心或作用區(qū)域20被分成多個(gè)流體路徑部分24、26和28，其通過(guò)節(jié)流部分27和29順序相連，以便在入口和出口部P1和P2之間分別形成一蛇形通道。在墊圈周緣的八個(gè)“H”孔，為如圖1所示在電脫離子疊層中排列各種墊圈和膜，及易于將墊圈疊層固定在一起，提供了一種途徑。不是所有的這些孔都需要被用于疊層構(gòu)造中。
液體原料流通過(guò)排列好的孔30和32形成的兩個(gè)歧管進(jìn)出墊圈疊層。在各墊圈中排列有兩個(gè)另外的歧管孔34和36，為第二(濃縮)流提供“管”道。由于墊圈具有均勻的厚度，墊圈和相鄰離子交換膜間有良好的接合和密封性能。
墊圈的中心區(qū)域20是由墊圈邊緣(例如38)所包圍。中間支撐肋條40和42劃定了原料(或脫鹽)層的界限，其含有樹(shù)脂或其他離子交換材料，如圖2(b)44處所示。一種彈性網(wǎng)狀材料或其他合適的助湍流材料可以填充于于濃縮層中，如圖2(a)所示。
在圖2(b)中心區(qū)域44中的離子交換材料可以是一陽(yáng)離子或陰離子交換樹(shù)脂或這兩種樹(shù)脂的混合物。陽(yáng)離子和陰離子交換樹(shù)脂的混合物通常是用于使含等當(dāng)量的陽(yáng)離子和陰離子的水流脫鹽。此外，可使用制成篩狀或墊狀的離子交換材料?；蛘?，離子交換材料可選擇性地附著于緊密編織或合適的微孔的布中。如果經(jīng)一段時(shí)間后樹(shù)脂性能下降，后種選擇使得始期的裝配與樹(shù)脂的去除和替換都容易，而并不用必須拋棄整個(gè)墊圈/膜組件。使用樹(shù)脂浸過(guò)的氈或布有利于池疊層的裝配及隨后的整修。含離子交換材料的層44之厚度優(yōu)選為1.5至5毫米。較薄的層可導(dǎo)致不當(dāng)?shù)慕M裝離子交換材料。較厚的層不能提供有意義的工藝改進(jìn)，可能導(dǎo)致較高的電能耗。
濃縮層的墊圈(圖2(a))通常制成比含離子交換材料的層較薄。一般優(yōu)選0.5至3毫米的厚度，較佳地是填充有大量開(kāi)放區(qū)域的彈性網(wǎng)狀(紡織的或最好是無(wú)紡的)材料，因?yàn)樵诖肆鲃?dòng)的溶液有較高的導(dǎo)電率。在一定的泵速下，較薄的墊圈造成較高的線速，減少極化，且降低電能消耗。
通道P1和P2可使溶液通過(guò)歧管孔30和32流進(jìn)或流出墊圈。如果它們被用于原料層中，通道必須有開(kāi)口，其應(yīng)為足夠窄以容納離子交換樹(shù)脂。并且，對(duì)于相鄰離子交換膜，通道可提供合適的密封性能。合適的通道設(shè)計(jì)在本發(fā)明人待審的美國(guó)專利申請(qǐng)(S.N.08/784,050和S.N.08/785,648，均遞交于1997年1月17日)中予以披露。原料溶液通過(guò)通道P1進(jìn)入墊圈，穿過(guò)路徑24、26和28和節(jié)流部分27和29形成的蛇形區(qū)域，由通道P2流出。
圖3顯示了本發(fā)明方法所用的墊圈、膜和電極的EDI疊層的構(gòu)造。疊層是用一組排列的螺栓(未顯示)在水平方向上裝配而成。整個(gè)組件通過(guò)一組螺母和螺釘(未顯示)固定在一起。含有脫鹽層的墊圈具有大約2.5毫米的厚度，并填充了適當(dāng)量的離子交換材料。濃縮層所用的墊圈較薄，約1毫米。但是兩組墊圈都有相同歧管孔30-36(圖2)和肋條40和42的布局，所以完全裝配好的疊層有歧管、肋條和墊圈邊緣38，其彼此相對(duì)平行地排列，以便在諸層和相鄰膜之間提供必要的膜支撐和密封性能。
從陽(yáng)極端(圖3左側(cè))開(kāi)始，疊層有一不銹鋼板150(0.375″～0.5″厚)、聚丙烯端板152(1″厚)和一陽(yáng)極電極片154(0.062″厚)，其間是橡膠密封墊圈(未顯示)。電極154是涂敷在鈦基質(zhì)上的貴金屬氧化物。在另一端(右側(cè))采用了相似的組合，其中使用一不銹鋼板156、一彈性端板158和陰極電極片160。陰極材料是316不銹鋼。電極156和160有接頭T1和T2，以使其與外部DC電源電連接。墊圈和膜是裝于兩個(gè)電極間。脫鹽(D)和濃縮(C)層是位于墊圈162和164間(見(jiàn)圖1)。離子交換膜(例如陽(yáng)離子膜166和陰離子膜168)在池組件中交替，如圖所示。
脫鹽層D是裝有陰離子和陽(yáng)離子交換材料的混合物，而濃縮層C含有無(wú)紡的篩狀材料。溶液都從陰極端進(jìn)出疊層。溶液通過(guò)在墊圈和膜中的歧管孔分布到墊圈中的各個(gè)室中。通道的位置決定了流經(jīng)歧管孔的特定水流是注入哪個(gè)墊圈。
進(jìn)入各墊圈的溶液流經(jīng)路徑165，其由順序排列的歧管孔形成。在所示的排列中，溶液在D和C層中的流動(dòng)是同時(shí)進(jìn)行的。經(jīng)路徑167流出各個(gè)墊圈的溶液通過(guò)出口歧管，在陰極端流出電脫離子疊層組件。
電極清洗液ER和ER’是經(jīng)分離的管路裝入的。優(yōu)選濃縮溶液經(jīng)電極清洗管路循環(huán)。陽(yáng)極清洗液或陽(yáng)極電解液ER經(jīng)陽(yáng)極墊圈170循環(huán)，并由陽(yáng)離子膜172與相鄰濃縮管路分開(kāi)，其陽(yáng)離子膜可以是與疊層中所用的其它陽(yáng)離子膜166相同或不同類型。陰極清洗液或陰極電解液ER’經(jīng)陰極墊圈174循環(huán)，并由陽(yáng)離子膜176與相鄰濃縮流隔離開(kāi)，其陽(yáng)離子膜可以是與疊層中所用的其它陽(yáng)離子膜166、170相同或不同類型。
如圖2(a)所示的墊圈設(shè)計(jì)本身可用于傳統(tǒng)電滲析(ED)設(shè)備。對(duì)此在本發(fā)明人以前的申請(qǐng)(S.N.08/784,050，申請(qǐng)日1997年1月17日)中予以披露。此種設(shè)備的結(jié)構(gòu)基本與本文圖1和3中所示用于EDI的相同。差別是該脫鹽層沒(méi)有填充離子交換材料。此外，為減少電消耗，原料和濃縮層都有相同的厚度，大約1毫米。
本發(fā)明的脫鹽方法用一高果糖玉米糖漿溶液(“HFCS”)來(lái)證實(shí)，其含有大約50％總?cè)芙夤腆w，其由大約42重量％果糖和大約58重量％葡萄糖組成。HFCS是通過(guò)純化葡萄糖溶液的異構(gòu)化(酶催化轉(zhuǎn)化)得到的。異構(gòu)化過(guò)程要求往葡萄糖原料中加入少量的鎂鹽，特別是硫酸鎂。少量的氯和鈉也會(huì)被引入，氯來(lái)自酶原料，鈉來(lái)自pH調(diào)節(jié)步驟。結(jié)果，產(chǎn)物HFCS含有各種陽(yáng)離子和陰離子，例如大約35至45 ppm的鎂，大約100 ppm的鈉，大約150 ppm的硫酸根，及大約150至200 ppm的氯。
小心地過(guò)濾從酶轉(zhuǎn)化步驟得到的HFCS，以除去酶和其它不溶物。而后，酸化濾過(guò)的糖漿溶液，流經(jīng)碳床，以除去高分子量的有機(jī)物和有色物質(zhì)。酸化步驟有助于維持糖的穩(wěn)定，減少或清除細(xì)菌在碳床上的污染和生長(zhǎng)問(wèn)題。通過(guò)酸化步驟也可明顯提高用碳床除去有色物的效果。
原則上，可使用任何酸；但是，鑒于其殺菌性能、在pH 2～3范圍內(nèi)的緩沖能力，在此pH范圍內(nèi)糖溶液表現(xiàn)出最佳穩(wěn)定性，目前認(rèn)為二氧化硫是最佳選擇。所需的酸可以購(gòu)得的原材料的形式直接加入，或者通過(guò)雙極膜電滲析方法就地制得。使用雙極膜方法從其鹽生產(chǎn)酸和堿是已知的技術(shù)(例如K.N.Maru，“Electrodialysis Water SplittingTechnology”，J.Membrane Science，58，(1991)117-138)。例如亞硫酸氫鈉或亞硫酸鈉可用于就地生產(chǎn)二氧化硫。
除上述陽(yáng)離子和陰離子外，經(jīng)酸化、碳處理過(guò)的溶液可含有200至1000ppm的二氧化硫。此溶液導(dǎo)電率在300～400μS/cm的范圍內(nèi)。脫鹽糖漿的最終導(dǎo)電率是大約3μS/cm，其表示脫離子度大于99％。
圖4顯示了用于測(cè)試本發(fā)明方法的中型試驗(yàn)組件。中型設(shè)備可容納一單一ED或EDI疊層或連續(xù)的兩個(gè)EDI疊層，如圖所示。各個(gè)疊層，EDI-1或EDI-2含有八套池對(duì)。使用連續(xù)兩個(gè)EDI疊層可提供較長(zhǎng)路徑，以高水平脫鹽，及提高工藝的處理量。各個(gè)疊層由陽(yáng)離子166和陰離子168膜組成，其由脫鹽(D)和濃縮(C)層分開(kāi)(圖1)。
通過(guò)內(nèi)部歧管，將從原料槽184、186、188、190分別得到的相應(yīng)溶液裝入諸層中。電極清洗流從普通供應(yīng)槽190中輸入電極清洗層，在陽(yáng)極和陰極端的ER和ER’。優(yōu)選190槽是一單獨(dú)的槽，其可從濃縮槽得到溢流，因而減少由電極反應(yīng)產(chǎn)生的氧化副產(chǎn)物侵入疊層主要部分的危險(xiǎn)。電極清洗管路可選擇性地從濃縮槽裝入。
裝配的EDI疊層或多個(gè)疊層置于工藝裝配體系中，其由三或四個(gè)溶液管路，即原料管路202、濃縮管路206、第二濃縮管路204(當(dāng)裝配兩個(gè)EDI組時(shí))和電極清洗管路208組成。待脫鹽溶液在原料槽184中。泵P10將使此溶液經(jīng)疊層的脫鹽層D循環(huán)通過(guò)過(guò)濾器F、流量器FM和流量調(diào)節(jié)閥V，該閥在壓力表G的控制或與其相連。類似設(shè)備用于分別從濃縮和電極清洗槽186、188、190經(jīng)泵P11、P12、P13循環(huán)運(yùn)輸溶液。為簡(jiǎn)化附圖，未顯示出泵周圍的旁通管路。
脫鹽管路202的原料流是在一次通過(guò)的基礎(chǔ)上操作。其它管路204、206、208最好是以再循環(huán)、供和放的方式進(jìn)行。當(dāng)該方法用兩個(gè)EDI池操作時(shí)，流體流向最好是如圖4所示。EDI-2中脫鹽物料脫鹽程度越高，則與此同時(shí)從186流出的濃縮產(chǎn)物就越少。實(shí)際上，稀和濃縮管路的流體是反向流動(dòng)。此特點(diǎn)降低了兩個(gè)管路間的濃度梯度，因此有利于生產(chǎn)更高程度脫鹽的產(chǎn)品。
兩個(gè)EDI疊層是并列電連接的，以便實(shí)驗(yàn)研究。在此方式中，兩個(gè)疊層按相同電壓操作，源于同一電源，但電流不同。(如果需要，可在工業(yè)規(guī)模進(jìn)行其它方式的操作)。在運(yùn)行期間，調(diào)節(jié)原料管路202的流速，以達(dá)到所需水平的脫鹽效果。壓力表G和調(diào)節(jié)閥V調(diào)節(jié)在其它三個(gè)管路204、206、208中的流速，以便在池疊層入口得到相似或稍低的壓力。
在直流電驅(qū)動(dòng)力下，原料中的離子向濃縮管路遷移。與任何水遷移一起，這些離子在濃縮管路中累積。混合液體(水或部分原料)加入濃縮管路中，以使酸和鹽的濃度維持在一定的水平，以便獲得脫鹽水平、高的產(chǎn)品回收比(回收產(chǎn)品相對(duì)于脫鹽工藝所用總量的分?jǐn)?shù))和工藝成本的最佳組合。在連續(xù)工藝中，濃縮物在控制的水平下，從濃縮管路溢流出。
通過(guò)改變生產(chǎn)速度和電流輸出，可通過(guò)EDI方法直接生產(chǎn)出導(dǎo)電率為1～10μS/cm的脫鹽產(chǎn)品。另外，可通過(guò)EDI方法和下流離子交換柱，除去殘留離子，來(lái)生產(chǎn)出純度稍低的產(chǎn)品(即導(dǎo)電率較高)。
從EDI方法得到的濃縮物可在適當(dāng)中和后廢棄或進(jìn)入下流應(yīng)用，例如乙醇生產(chǎn)，其利用所含糖量，或進(jìn)一步進(jìn)行各種方式的加工處理。例如，在HFCS脫鹽中，濃縮物將具有原料中基本上全部的鎂和少量糖。如果回收，鎂和糖可再循環(huán)到工藝的始端，因此進(jìn)一步節(jié)省開(kāi)支。
許多工藝選擇可用于加工濃縮物。
●超微過(guò)濾這是基于膜的工藝，其使用超微過(guò)濾膜。此工藝在50～200 psi的低壓梯度下操作，可從單價(jià)離子鹽中分離出多價(jià)離子和糖。例如，在HFCS工藝中，鎂鹽與糖一起基本保留在濃縮管路中，所以此流可上流再循環(huán)。
●擴(kuò)散滲析此過(guò)程使用高擴(kuò)散陰離子交換膜，其選擇性地使?jié)饪s流中酸性得到恢復(fù)。該工藝是受原料流和產(chǎn)品酸流體之間的濃度梯度所驅(qū)動(dòng)。水可用于回收遷移的酸。鹽和糖保留在原料管路中。酸可再用于酸化EDI原料溶液。
●pH調(diào)節(jié)/沉淀在擴(kuò)散滲析步驟之前或后，用諸如氫氧化鈉/碳酸鈉等堿中和來(lái)自HFCS工藝的濃縮廢液，以便使鎂沉淀?；厥盏逆V被再循環(huán)到上流酶轉(zhuǎn)化步驟
從此操作得到的濾液將主要含有一價(jià)陽(yáng)離子，例如氯化鈉、硫酸/亞硫酸鈉。如果所用的濾液通過(guò)一基于水裂解過(guò)程的雙極膜(見(jiàn)下文)，產(chǎn)生酸或堿，可進(jìn)行額外的離子交換軟化步驟。
●膜水裂解如果需要，可在兩或三層水裂解器中處理從多價(jià)陽(yáng)離子雜質(zhì)中分離出鹽(例如氯化鈉、硫酸/亞硫酸鈉)，水裂解器使用雙極離子交換膜，連接有陽(yáng)離子和/或陰離子選擇膜，以便產(chǎn)生在上流工藝中可再用的酸或堿。因此產(chǎn)生的酸可儲(chǔ)存起來(lái)，需要時(shí)使用；或者，將待脫鹽的原料流經(jīng)過(guò)水裂解器的酸管路循環(huán)，在那吸收產(chǎn)生的酸，進(jìn)行直接酸化。而后酸化原料流入EDI裝置。
●電滲析此過(guò)程使用陰離子和陽(yáng)離子選擇膜的組合，其裝于原料和濃縮層之間。在該過(guò)程的優(yōu)選方式中，使用了單價(jià)選擇陽(yáng)離子膜(例如CMS陽(yáng)離子膜，Tokuyama Soda)。
圖5說(shuō)明了使用HFCS脫鹽濃縮物的工藝的操作過(guò)程。特別是，圖5顯示了濃縮物進(jìn)料流209經(jīng)210管，被引入一電滲析裝置(ED)中。膜214是單價(jià)選擇性陽(yáng)離子。裝置212的流出物經(jīng)過(guò)216管輸送至擴(kuò)散滲析裝置(DD)220中，其含有一陰離子膜218，可從酸中分離鹽。
在直流電驅(qū)動(dòng)力下使用ED裝置，單價(jià)選擇性陽(yáng)離子膜可轉(zhuǎn)移質(zhì)子和單價(jià)離子，例如鈉，而陰離子膜(未顯示出)轉(zhuǎn)移陰離子。
凈結(jié)果是在ED裝置中從多價(jià)陽(yáng)離子(Ca，Mg)的鹽中分離出酸和單價(jià)陽(yáng)離子的鹽。如果需要的話，回收的酸和單價(jià)鹽混合物可通過(guò)擴(kuò)散滲析進(jìn)一步進(jìn)行處理，以回收酸。所以，通過(guò)將上述選擇組合起來(lái)，可分離出所有濃縮物的成分，盡可能再利用或選擇性廢棄廢液。
實(shí)施例用一HFCS流作為輸入的原料流，測(cè)試使用EDI使原料直接脫鹽的實(shí)用性。原料流的組成一般如前所述，但在長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)驗(yàn)中觀察其鹽和酸含量大范圍的變化。用二氧化硫酸化原料溶液之pH為大約2～3的范圍。
在本發(fā)明方法中所用的墊圈的整體尺寸為13″×13″，中心活性表面為0.5平方英尺，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。有關(guān)墊圈設(shè)計(jì)的其它詳細(xì)資料可參見(jiàn)本發(fā)明人待審的美國(guó)專利申請(qǐng)(S.N.08/782,648)。使用市場(chǎng)上可購(gòu)得的離子公司(Ionics Inc.)和阿西格拉斯(Ashi Glass)的離子交換膜。在EDI疊層中所用的涂有貴金屬的陽(yáng)極是從電極產(chǎn)品公司(Electrode ProductsInc.)得到的。陽(yáng)離子和陰離子交換樹(shù)脂可從羅姆(Rohm)和漢斯(Hass)得到。
對(duì)比例A在傳統(tǒng)的電滲析(ED)池中進(jìn)行HFCS糖漿的脫鹽，其使用十六套池對(duì)。
用如圖2(a)所示墊圈組裝電滲析池。各個(gè)墊圈的總厚度為1毫米(40mils)，它含有30 mil聚乙烯片，其兩面上粘有5 mil厚的Kraton橡膠片。AMT陰離子膜和CMT陽(yáng)離子膜(均來(lái)自Asahi Glass Co.)用于裝配ED疊層，而裝配好的疊層插入如圖4所示的試驗(yàn)設(shè)備中。接著，將98升HFCS溶液(導(dǎo)電率440μS/cm)置于原料槽184中。
原料糖漿含有約21重量％果糖、約29重量％葡萄糖、246 ppm鈉、3 ppm鈣、49.5 ppm鎂，pH值為2.74。將約5升相同的溶液置于濃縮槽188中。電極清洗槽190含有約5升稀釋的硫酸鈉溶液(導(dǎo)電率2.7mS/cm)。一DC電源與組裝的ED疊層的陽(yáng)極和陰極端相連。所有流體管路是在按間歇地方式操作，ED裝置稀管路的輸出物返回至槽184中。開(kāi)動(dòng)泵P10、P12、P13，入口壓力調(diào)至約5 psi，各循環(huán)管路流速為約1.25 gal/min，其表示線速為約7 cm/sec。該處理方法在約36℃下操作。
開(kāi)通電源，電壓設(shè)定在36伏(～2V/池，電極清洗管路大約4V)。隨著脫鹽過(guò)程的進(jìn)行，原料管路的導(dǎo)電率下降，而濃縮管路的導(dǎo)電率升高。當(dāng)濃縮管路導(dǎo)電率升至大約5 mS/cm時(shí)，大約操作4小時(shí)后，濃縮槽188空了，加入5升新鮮糖漿溶液。通過(guò)此過(guò)程降低濃縮管路的鹽度，使原料槽中的糖漿進(jìn)一步脫鹽。
在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，得到大約97升產(chǎn)品糖漿，其含有0.32 ppm鈉、0.01ppm鎂，鈣達(dá)到未測(cè)出的水平。得到98～99％脫鹽度目標(biāo)水平大約需要21小時(shí)的運(yùn)行時(shí)間。產(chǎn)品糖漿的pH值約為4.0，導(dǎo)電率大約為6μS/cm。
這些結(jié)果顯示通過(guò)ED途徑獲得高脫鹽糖漿是可能的。但是，關(guān)鍵問(wèn)題是隨著脫鹽過(guò)程的進(jìn)行，較差的糖漿導(dǎo)電率將導(dǎo)致相當(dāng)程度地降低電流的輸出。例如，到了此批結(jié)束時(shí)，電流輸出減到小于0.1A。結(jié)果是，ED過(guò)程具有低的每平方英尺膜面積脫鹽容量。在此例中，每平方英尺膜表面使9.7 ml/min糖漿脫鹽。
對(duì)比例B一EDI疊層含有8套池對(duì)，經(jīng)裝配，作為單一階段在如圖4所示設(shè)備中試驗(yàn)。再次，在此試驗(yàn)中未使用濃縮槽186和有關(guān)循環(huán)管路204。如前所述，原料層墊圈厚約2.5毫米，由兩面粘有5 mil厚Kraton橡膠片的90 mil聚乙烯片制得。濃縮層墊圈是從上述實(shí)例回收的，離子交換膜也是如此。
原料層被填充進(jìn)Ambersep132陽(yáng)離子交換和440陰離子交換樹(shù)脂(得自羅姆和漢斯)。組裝的池置于如圖4所示的中型體系中。一HFCS溶液(導(dǎo)電率約350μS/cm)被輸入原料槽184中，其含有～21重量％果糖、～29重量％葡萄糖、201 ppm鈉、42.5 ppm鎂，pH值為～2.7。其次，～5升的相同溶液輸入濃縮槽188中。電極清洗槽190含有～5升稀硫酸鈉溶液(導(dǎo)電率約2 mS/cm)。一DC電源與組裝EDI疊層的陽(yáng)極和陰極終端相連。
原料管路含有離子交換樹(shù)脂，顯示出較傳統(tǒng)ED池高的壓降，在一次通過(guò)的基礎(chǔ)上操作。濃縮和電極清洗管路按間歇方式操作。通過(guò)在需要時(shí)取走濃縮產(chǎn)物和往管路中重新輸入新鮮糖漿溶液，使?jié)饪s管路導(dǎo)電率維持在小于5mS/cm的范圍內(nèi)。當(dāng)開(kāi)動(dòng)泵P10、P12、P3，壓力調(diào)整至5.5～6.5 psi時(shí)，原料、濃縮物和電極清洗管路的流速分別為160～180 ml/min，1.7 gal/min和0.5 gal/min。此過(guò)程在約33～36℃下操作。
開(kāi)通DC電源，電壓維持在22至36伏的范圍內(nèi)。開(kāi)始后10分鐘內(nèi)，產(chǎn)品導(dǎo)電率穩(wěn)定在約7～11μS/cm。試驗(yàn)進(jìn)行大約10.5小時(shí)。產(chǎn)品輸出及其導(dǎo)電率在整個(gè)試驗(yàn)期間維持穩(wěn)定，如圖6所示。輸出電流在0.9～1.1安培的范圍內(nèi)。產(chǎn)品糖漿的pH值保持穩(wěn)定在大約3.9。分析表明在產(chǎn)品糖漿試樣中鈉、鈣和鎂含量基本上測(cè)不出。脫鹽糖漿的產(chǎn)量計(jì)算為每平方英尺膜表面40～45 ml/min。
通過(guò)比較對(duì)比例A和B，可見(jiàn)EDI方法具有大約4～4.5倍于傳統(tǒng)電滲析過(guò)程的導(dǎo)電率。產(chǎn)品分析證明了在EDI方法中采用酸化原料除去鎂，也去除鈉和氫離子。在EDI方法中穩(wěn)定的電流輸出和維持高產(chǎn)品純度表明了膜和離子交換樹(shù)脂并不因?yàn)樵系挠捕榷А?br> 實(shí)施例1用HFCS原料溶液進(jìn)行一個(gè)兩段EDI池試驗(yàn)。池疊層的構(gòu)造與對(duì)比例B中所用的相似，組裝的池裝進(jìn)了如圖4所示的設(shè)備中。EDI-1于耗離子層中使用了AMT和CMT膜和IR122+IRA402樹(shù)脂混合物。EDI-2使用AR103A和CR63-LMP膜(自Ionics)和Ambersep132+440樹(shù)脂混合物。原料溶液再次以一次通過(guò)EDI-1至EDI-2為基礎(chǔ)操作；而濃縮管路按供和放的方式運(yùn)行，其第二段(EDI-2)的輸出溢流到供應(yīng)EDI-1的濃縮管路，如圖所示。內(nèi)部池是如此排列，以使兩個(gè)EDI疊層的電極清洗管路由它們各自的濃縮管路供料。兩個(gè)EDI疊層是電并列相連的，由一個(gè)DC電源供電，其在設(shè)定的電壓下工作。
原料HFCS溶液，導(dǎo)電率大約為350μS/cm，從原料槽184供入EDI裝置中，流速為340～380 ml/min。相同的糖漿溶液用于吸收遷移進(jìn)濃縮管路的離子。通過(guò)周期性地加入原料糖漿，使第二段濃縮管路(濃縮槽-1或186)導(dǎo)電率維持在2～2.5 mS/cm。EDI-2(濃縮槽-2或188)濃縮管路溢流的導(dǎo)電率小于5.5 mS/cm。
圖6(a)顯示了六小時(shí)試驗(yàn)的結(jié)果。與對(duì)比例B相同，池疊層的電流輸入保持相對(duì)穩(wěn)定，再次證明酸化原料能使脫鹽方法順利進(jìn)行。脫鹽糖漿產(chǎn)品在前二個(gè)小時(shí)左右后，導(dǎo)電率低于3μS/cm，總脫鹽水平大于99％。糖漿產(chǎn)品的分析表明其離子含量基本測(cè)不出，pH值大約為4.7。試驗(yàn)的濃縮廢液的pH為2～2.5。原料和產(chǎn)品中葡萄糖和果糖含量基本相同，因此證明EDI達(dá)到脫鹽目標(biāo)水平而未引起產(chǎn)品糖漿稀釋的能力。本實(shí)施例與對(duì)比例B相比，可見(jiàn)EDI裝置導(dǎo)電率基本相同，每平方英尺膜表面大約45 ml/min。然而，此兩段過(guò)程所得產(chǎn)品具有較高純度，因?yàn)榭衫幂^長(zhǎng)的處理路經(jīng)，且或許因?yàn)榈诙蜤DI-2中濃縮物導(dǎo)電率較低(通過(guò)膜的濃度梯度較低)。
在EDI疊層上進(jìn)行了電流-電壓測(cè)量，其在耗離子層中使用導(dǎo)電率約為3μS/cm的水溶液。電流對(duì)電壓的關(guān)系基本上是線性的，表示EDI過(guò)程是以非水裂解方式(方式I)操作，甚至當(dāng)原料導(dǎo)電率低至2～3μS/cm時(shí)也如此。如上述實(shí)例可看到的，在此導(dǎo)電率下脫鹽原料中鈣和鎂的含量是達(dá)不能測(cè)出的水平，即完全軟化。結(jié)果，可在另一EDI裝置中安全地處理此溶液，此EDI以水裂解方式(方式II)操作，使導(dǎo)電率達(dá)到小于0.1μS/cm的水平。另外，可將多個(gè)EDI疊層結(jié)合成一個(gè)整體，其有較長(zhǎng)的路徑，可獲得同樣的最終結(jié)果。
實(shí)施例2一新的EDI疊層含有八套池對(duì)，用CMT陽(yáng)離子膜(得自Asahi Glass)和AR204陰離子膜(得自Ionics)裝配起來(lái)。離子交換樹(shù)脂混合物含有IR122強(qiáng)酸陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和IRA402強(qiáng)堿陰離子交換樹(shù)脂，其被用來(lái)填充稀(原料)層。
池組件與圖3所示的有所不同。有一濃縮層緊接著陽(yáng)極清洗層，且一稀層緊接著陰極清洗層。組裝的池置于試驗(yàn)組件中，如圖4所示。進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的試驗(yàn)。沒(méi)有使用濃縮槽186和管路204。
需要時(shí)，將一HFCS溶液加入原料槽184中。開(kāi)始往濃縮槽186中注入含有少量氯化鈉的水。往電極清洗槽190中注入已加入了少量硫酸的水。配制的水以大約30 ml/min的流速加入濃縮槽188中，溢流被送至排水道。陽(yáng)極和陰極端與DC電源相連。
原料管路是在一次通過(guò)的基礎(chǔ)上操作，生產(chǎn)速度在270～360 ml/min的范圍內(nèi)。各濃縮和清洗管路的循環(huán)速度是0.4～0.6 gal/min，且按供和放的方式操作。隨著原料脫鹽的進(jìn)行，在濃縮管路累積的鹽溢流出管路。池在大約36℃的室溫下操作。
試驗(yàn)進(jìn)行了83天，施加的電壓穩(wěn)定在36伏。原料導(dǎo)電率在200至450μS/cm之間變化，同時(shí)典型的產(chǎn)品導(dǎo)電率為60～80μS/cm，表示原料脫鹽度大約為70％。電流輸出開(kāi)始為1.8～2安培，在20天后下降到大約1安培，而到了67天仍保持相對(duì)穩(wěn)定。
在第33天，脫鹽糖漿的分析表明鈉去除了73％，鎂去除了69％。脫鹽糖漿生產(chǎn)速度280 ml/min，果糖256 gm/l，葡萄糖312 gm/l，而在原料中其分別是278 gm/l和319 gm/l，說(shuō)明糖漿原料的損失/稀釋是可忽略的。濃縮溢流的分析再次證實(shí)了此觀點(diǎn)濃縮產(chǎn)物大約23 ml/min，其含有果糖和葡萄糖各大約4 gm/l。流出液代表著原料中的糖損失小于0.2重量％。在第55天用稀氯化鈉溶液清洗了EDI池稀管路。
67天后，可觀察到電極清洗液流速和電流輸出漸漸下降。83天后，停止試驗(yàn)，因?yàn)镋DI池中電極清洗層已有細(xì)菌生長(zhǎng)而發(fā)生堵塞。然而，EDI池長(zhǎng)時(shí)間相對(duì)穩(wěn)定地操作，證明改善了處理過(guò)程。
實(shí)施例3上述試驗(yàn)的EDI池稀管路，用含1～2重量％苛性堿的約5重量％氯化鈉混合物清洗，以便清除其中來(lái)自交換樹(shù)脂的離子。清洗液是黃色的，表明在離子交換樹(shù)脂/膜上有硫化物或有機(jī)物殘留物存在。打開(kāi)電滲析池，人工清除電極清洗層中細(xì)菌生長(zhǎng)物。
然后改進(jìn)電滲析池，在陰極和陽(yáng)極端都加入一額外的濃縮層和一CR64LMR陽(yáng)離子交換膜(得自Ionics)。則池組件正如圖3所示。
按與上述電滲析池相同的方式裝配一第二EDI池。這兩個(gè)池裝在如圖4所示的中型試驗(yàn)設(shè)備上。安裝的第二池為EDI-2。需要時(shí)將新鮮的HFCS溶液注入原料槽184中。濃層槽186、188和電極清洗槽190最初注入含有少量氯化鈉的水。配制的水以大約30 ml/min的流速加入槽186中。槽186的流出濃縮物溢流進(jìn)槽188中，由此部分流入電極清洗槽190。槽188和190的濃縮物溢流流至廢水池。
可以預(yù)料在電極清洗管路循環(huán)的濃縮產(chǎn)物的酸度及較高的離子強(qiáng)度可消除在前面實(shí)例中的細(xì)菌生長(zhǎng)問(wèn)題。兩個(gè)EDI池的陽(yáng)極和陰極端是并列連接到一個(gè)電源上的，故而每個(gè)池可在相同的電勢(shì)降下操作。
在此方法中，原料管路在一次通過(guò)的基礎(chǔ)上操作，生產(chǎn)速度在270～420 ml/min的范圍內(nèi)。所以原料流先通過(guò)EDI-1的稀管路，再經(jīng)過(guò)EDI-2的稀管路，最后作為脫鹽產(chǎn)品排出。每個(gè)濃縮和清洗管路循環(huán)速度為0.4～0.6 gal/min，按供和放方式操作。隨著原料脫鹽的進(jìn)行，鹽在濃縮管路累積，相繼從槽186溢流至槽188，然后(部分)到槽190，再流出處理體系。電滲析池在大約36℃的室溫下操作。
圖7顯示了操作24天的結(jié)果。施加的電壓穩(wěn)定在30伏。原料導(dǎo)電率在200至380μS/cm之間變化，同時(shí)產(chǎn)品導(dǎo)電率在4～11μS/cm范圍內(nèi)；表示原料脫鹽度大約為99％以上?？傠娏鬏敵鲈谠囼?yàn)期間的變化取決于原料導(dǎo)電率和溫度。電滲析池性能基本穩(wěn)定，如生產(chǎn)速度和脫鹽程度所顯示的。
在第21天，脫鹽糖漿的分析表明去除了98％的鈉，去除了98.7％的鎂，去除了100％的鈣。以370 ml/min速度生產(chǎn)出的脫鹽糖漿含果糖242 gm/l，葡萄糖290 gm/l，而在原料中其分別是239 gm/l和286 gm/l。在試驗(yàn)誤差范圍內(nèi)，這些結(jié)果說(shuō)明糖漿原料的損失/稀釋是可忽略的。濃縮溢流分析再次證實(shí)了此觀點(diǎn)濃縮產(chǎn)物流速大約為22 ml/min，其含有果糖和葡萄糖各大約為15 gm/l。這些分析結(jié)果表明原料中的糖損失小于0.4重量％。產(chǎn)品糖漿的pH值為4.08，而濃縮廢液的pH為1.86。
實(shí)施例4EDI試驗(yàn)連續(xù)進(jìn)行了60天，產(chǎn)品流速穩(wěn)定維持在280～400 ml/min。經(jīng)過(guò)濃縮和電極清洗管路的流速保持穩(wěn)定，表明管線并未因沉淀、細(xì)菌生長(zhǎng)等原因而堵塞。
然而，可注意到在25天后，產(chǎn)品導(dǎo)電率提高至16.3μS/cm，表明脫鹽水平下降了。懷疑是離子交換樹(shù)脂壞了。所以，電滲析池的稀管路經(jīng)以下四個(gè)步驟來(lái)清洗(a)用約8重量％NaCl和1～2重量％NaOH混合物循環(huán)大約1.5小時(shí)；(b)用水清洗；(c)用約8重量％NaCl和1～2重量％HCl混合物循環(huán)大約1小時(shí)；(d)最后用水清洗。再開(kāi)始EDI方法。發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品導(dǎo)電率穩(wěn)定在10～20μS/cm的范圍內(nèi)。
在48天分析清洗液試樣中的金屬。在此之前EDI池已連續(xù)操作15天。分析結(jié)果如下
表A
在洗液中鈣和鎂含量低，表明樹(shù)脂或膜未因這些離子而被損壞。離子交換樹(shù)脂中(懷疑是在陰離子交換樹(shù)脂上)主要有害物質(zhì)是硫，可能是通過(guò)與H2S的生物催化還原反應(yīng)產(chǎn)生的。
在任何情況下，周期性地清洗通?？苫謴?fù)電滲析池的性能，使其達(dá)到滿意的水平。用NaCl+NaOH清洗能基本完全從樹(shù)脂上除去硫，用NaCl+NaOH溶液清洗后硫濃度的降低就是證據(jù)。
在連續(xù)EDI處理過(guò)程試驗(yàn)期間，發(fā)現(xiàn)每二周左右定期清洗一次，能使EDI過(guò)程操作從原料中脫出88～95％的離子。下面的表B列出了在36和52天后EDI的性能結(jié)果表B
在工業(yè)化方法中，EDI產(chǎn)品中的殘留離子可通過(guò)相對(duì)小的下流離子交換步驟除去。
其它可選擇用以改善本申請(qǐng)中EDI的長(zhǎng)期性能的方法/設(shè)備是●在EDI方法的入口進(jìn)行原料的殺菌，例如通過(guò)紫外光處理。
●使用較不易失活的陰離子樹(shù)脂，例如II型強(qiáng)堿，丙烯強(qiáng)堿，或弱堿樹(shù)脂和/或較不易失活的陰離子交換膜。例如使用離子交換樹(shù)脂混合物，其含有IRA410陰離子樹(shù)脂，(一種II型樹(shù)脂)，進(jìn)行單獨(dú)的長(zhǎng)期試驗(yàn)，表明用含NaCl和NaOH的溶液清洗，可較徹底地再生此樹(shù)脂，證明它比上述實(shí)例中用的強(qiáng)堿陰離子樹(shù)脂更好。
●使用不同酸，例如鹽酸或硫酸，酸化EDI原料。
實(shí)施例5通過(guò)超微過(guò)濾技術(shù)處理從兩段EDI試驗(yàn)得到的濃縮廢液試樣。在此過(guò)濾研究中膜組件是Model 5-DK，由脫鹽體系(Desalination Systems)制得。大約處理10加侖濃縮物，產(chǎn)生7.5加侖滲透液(濾液)和2.5加侖濃縮液，表明不可滲透成分的濃度提高了四倍。其結(jié)果見(jiàn)下表C
從上述結(jié)果，可計(jì)算出在濃縮液中保留了大于94％的鎂、大約93％的鈣、大約90％的硫(主要是硫酸鹽，因?yàn)橛捎谄鋼]發(fā)性原因，有少量二氧化硫在濃縮廢液中)及基本上所有的糖。
所以，使用二氧化硫酸化EDI原料提供了一優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗菀讚]發(fā)，且易從濃縮廢液流的酸性環(huán)境中除去。二氧化硫可回收，如需要時(shí)，可再使用。結(jié)果，在此不需要進(jìn)行單獨(dú)的酸去除步驟，例如擴(kuò)散滲析。微過(guò)濾得到的滲透流可廢棄。此外，它可用作鹽的來(lái)源，以供通過(guò)電滲析水裂解過(guò)程，生產(chǎn)苛性堿和酸(主要是HCl/H2SO4)。
圖8和9顯示一些處理過(guò)程，用于從酸化鹽溶液生產(chǎn)脫離子溶液。特別是，圖8顯示兩個(gè)EDI池230和232順序疊合在一起，糖漿原料進(jìn)料234和脫離子糖漿出料236。諸如238和240等合適的膜分別分離開(kāi)池230和232。膜分離開(kāi)原料流，使其進(jìn)入所需的原料F和廢液W。從電滲析池230流出的廢液，經(jīng)管道244被轉(zhuǎn)送至微過(guò)濾器242。在243中廢液的滲透液被轉(zhuǎn)送至排水道或第二次利用。保留物經(jīng)管道248循環(huán)至葡萄糖異構(gòu)步驟。
池232的F側(cè)的原料經(jīng)管道255被送至離子交換柱252。經(jīng)管道254將水引入池232的廢液側(cè)，經(jīng)管道256進(jìn)一步流至池230的廢液側(cè)W，以便得到濃縮廢液。
圖8顯示了一處理過(guò)程，其特別適用于HFCS的脫鹽，因?yàn)樵跐饪s物中存在的鎂量是值得與廢液流中的糖一起回收的。在處理過(guò)程中，原料溶液在EDI裝置230和232中被處理到適當(dāng)?shù)偷柠}含量。
在所示的此實(shí)例中，假設(shè)產(chǎn)品糖漿導(dǎo)電率為10～25μS/cm；但取決于原料類型、產(chǎn)品流速、電流輸入等，可獲得較高或較低水平的脫鹽。EDI方法的部分脫鹽糖漿可經(jīng)過(guò)最終的離子交換步驟，如圖所示，以達(dá)到小于3μS/cm的產(chǎn)品導(dǎo)電率。在此所用的離子交換柱252(或多個(gè)柱)可以是單一混合床或一系列陽(yáng)離子和陰離子交換柱。
EDI池濃縮廢液的鹽濃度比HFCS原料中的濃度高10至20倍。然后在242中對(duì)廢液進(jìn)行超微過(guò)濾操作，其主要將鎂鹽和糖與單價(jià)鹽分離開(kāi)，將其濃縮四至五倍。此原料流可經(jīng)管道248返回果糖生產(chǎn)步驟。
如實(shí)施例1所述，僅用EDI過(guò)程，達(dá)到脫鹽糖漿導(dǎo)電率小于3μS/cm的目標(biāo)，總的說(shuō)來(lái)是可行的，因此通過(guò)離子交換的額外后處理是不必要的。
圖9顯示了EDI用于葡萄糖溶液的脫鹽。特別是，EDI池230和232順序疊合在一起。諸如238和240等合適的膜在各池中分離開(kāi)原料F和廢液W。葡萄糖原料進(jìn)料流經(jīng)管道234進(jìn)入EDI-1池230的原料側(cè)F，經(jīng)管道231進(jìn)入EDI-2池232的原料側(cè)F。最終產(chǎn)品輸出流出現(xiàn)在233。廢液側(cè)W的廢液經(jīng)管道244被轉(zhuǎn)送至一個(gè)ED池258的稀側(cè)D，在此諸如260等膜從廢液流分離出HX和NaX混合物，其經(jīng)管道262廢棄。流經(jīng)稀側(cè)D的原料的pH值被用槽264中的堿調(diào)節(jié)至大約9至10，在過(guò)濾器268中過(guò)濾除去鹽266，含有糖的濾液在270返回以再利用。
從淀粉糖化得到的不純葡萄糖含多種的鹽，其源自淀粉原始來(lái)源(例如玉米)。主要陽(yáng)離子是鈣、鎂、鈉和鉀，而陰離子主要是氯和硫酸根。不純的葡萄糖溶液典型地含有大約50重量％葡萄糖，導(dǎo)電率為350～500μS/cm。在碳處理和脫鹽步驟前，酸化原料至pH值為大約3。再次優(yōu)選二氧化硫用以酸化。碳處理后，此原料流(經(jīng)管道234裝人)通過(guò)EDI脫鹽，至最終導(dǎo)電率小于3μS/cm。
EDI池的濃縮廢液可在中和后排出，或進(jìn)入其需要利用相對(duì)少量的糖的下流工藝過(guò)程。在圖9所示的過(guò)程中，廢液流經(jīng)過(guò)電滲析裝置，其回收大量(可以說(shuō)80～90％)的游離酸(HX)和單價(jià)陽(yáng)離子的鹽(NaX)。而后剩余流可被調(diào)節(jié)pH值沉淀多價(jià)鹽(Ca，Mg，F(xiàn)e)，循環(huán)至上流糖回收步驟。如果需要，超微過(guò)濾裝置可用于替換電滲析裝置。
圖10顯示了本發(fā)明EDI方法用于從淀粉初原料中生產(chǎn)葡萄糖和高果糖糖(high fructose sugar，簡(jiǎn)稱HFS)。組合過(guò)程使用兩個(gè)分離的EDI步驟300和302來(lái)使葡萄糖和HFS流脫鹽。通過(guò)使用別的地方所述方法，可處理濃縮廢液流304和306，回收鎂和殘留的糖及單價(jià)陽(yáng)離子(NaX)。鈉鹽NaX可在所示過(guò)程中用于生產(chǎn)酸和堿以使其再利用，而基本消除廢鹽流的產(chǎn)生。
本領(lǐng)域的其它技術(shù)人員很容易發(fā)現(xiàn)如何改進(jìn)此發(fā)明。所以所附的權(quán)利要求書覆蓋了所有的等同技術(shù)方案，這些等同的技術(shù)方案都屬于本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1，一種鹽水溶液脫鹽方法，其特征在于所說(shuō)的方法包括以下步驟a.提供一含有欲通過(guò)脫鹽過(guò)程處理而去除的鹽的水溶液原料流；b.提供至少一個(gè)電脫離子池，其具有至少一個(gè)原料層和一個(gè)相鄰的濃縮層，所說(shuō)的原料層含有了離子交換材料，且與相鄰的濃縮層之間由一陰離子和一陽(yáng)離子交換膜隔離開(kāi)，所說(shuō)的濃縮層含有一助湍流材料；c.酸化原料流，使其pH值調(diào)節(jié)在約0～3的范圍內(nèi)；d.將步驟c的酸化原料流加入電脫離子池的原料層中；e.向濃縮層注入一種含水的液體；f.在電脫離子池中通上DC電流，使原料基本脫鹽，將鹽和酸遷移至濃縮層；及g.分別從電脫離子池的原料和濃縮層排出酸性較弱的脫鹽產(chǎn)品和濃縮廢液。
2，根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于將濃縮層中物流的pH值維持在大約0～7的范圍內(nèi)。
3，根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟f的脫鹽流的pH值小于約5。
4，根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于多個(gè)所說(shuō)的電脫離子池順序疊合在一起，步驟c的酸化原料流通過(guò)所說(shuō)的多個(gè)電脫離子池，以使步驟f中的脫鹽水平更高。
5，根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟c的原料流是用從由鹽酸、硫酸和二氧化硫組成的一組酸中選出的一種酸來(lái)進(jìn)行酸化的。
6，一種含糖溶液的脫鹽方法，其特征在于所說(shuō)的方法包括以下步驟a.提供至少一個(gè)電脫離子池，其具有至少一個(gè)原料層和一個(gè)相鄰的濃縮層，所說(shuō)的原料層含有離子交換材料，且與相鄰的濃縮層之間由一陰離子和一陽(yáng)離子交換膜隔離開(kāi)，所說(shuō)的濃縮層含有一助湍流材料；b.提供一含糖溶液的原料流，其中所說(shuō)的糖溶液中含有不需要的鹽；c.酸化所述步驟b的原料流，使其pH值在約0～3的范圍內(nèi)；d.將步驟c的酸化原料流加入所述電脫離子池的原料層中；e.向所述濃縮層注入包含水的一種液體；f.在電脫離子池中通上DC電流，使原料基本脫鹽；及g.排出酸性較弱的脫鹽溶液和含有鹽和酸及從原料溶液中遷出之糖的濃縮廢液。
7，根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所說(shuō)的步驟g的脫鹽物流的pH值在小于5的范圍內(nèi)，所述濃縮層的含量維持在酸性的水平上。
8，根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于其還包括一碳柱，以及另一步驟，其中在原料流進(jìn)入步驟d所述電脫離子池之前，步驟c酸化的原料物流通過(guò)所述碳柱，以除去有害的有機(jī)化合物和有色物質(zhì)。
9，根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于在步驟c中用一種酸酸化步驟b的原料流，所述的酸選自鹽酸、硫酸和二氧化硫。
10，根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于其還包括一個(gè)微過(guò)濾器，以及另一步驟，其中步驟g的濃縮廢溶液通過(guò)微過(guò)濾器處理，分離出多價(jià)金屬和其中的糖。
11，根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于其還包括有分離多價(jià)金屬和糖的步驟，其中通過(guò)pH值調(diào)節(jié)/過(guò)濾除去多價(jià)金屬，以及使所得含糖濾液進(jìn)行進(jìn)一步的回收。
12，根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于步驟b的糖溶液是高果糖糖漿溶液，其由葡萄糖溶液的酶轉(zhuǎn)化過(guò)程得到。
13，根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于其還包括一個(gè)步驟，即提供糖溶液，其為從淀粉溶液糖化得到的濃縮葡萄糖溶液。
14，根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于其還包括一個(gè)微過(guò)濾器，以及另一步驟，其中步驟g的濃縮廢溶液通過(guò)所述微過(guò)濾器處理，分離出多價(jià)陽(yáng)離子的鹽和糖，以便循環(huán)至酶轉(zhuǎn)化步驟。
15，根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的方法，其特征在于步驟a所用的離子交換材料是陽(yáng)離子和陰離子交換樹(shù)脂的混合物。
16，根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于所述陰離子交換樹(shù)脂選自I型或II型強(qiáng)堿類、弱堿類、或丙烯酸類樹(shù)脂。
17，根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的方法，其特征在于步驟g的濃縮廢溶液是通過(guò)一另外的步驟處理的，其包括一擴(kuò)散滲析，以便回收酸。
18，根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于通過(guò)電滲析使酸和單價(jià)陽(yáng)離子鹽與步驟g的多價(jià)陽(yáng)離子和糖分離開(kāi)。
19，一種方法，其特征在于包括以下步驟a.對(duì)高糖果糖糖溶液原料流進(jìn)行電脫離子，及使所述原料流脫鹽；b.對(duì)濃縮廢液進(jìn)行超微過(guò)濾，從所述原料流中回收鎂和糖；及c.循環(huán)所述鎂和糖份至一上流酶轉(zhuǎn)化步驟，以生產(chǎn)高果糖糖
20，一種方法，其特征在于包括以下步驟a.對(duì)原料流進(jìn)行電脫離子，其含有從主要由葡萄糖或果糖組成的一組糖中選出的物質(zhì)，并使所述原料脫鹽；b.對(duì)步驟a所得濃縮廢溶液進(jìn)行處理，以回收多價(jià)陽(yáng)離子和糖，及再生廢物流；所述處理是選自超微過(guò)濾或電滲析；c.用堿調(diào)節(jié)步驟b溶液的pH值以使其沉淀，并除去多價(jià)陽(yáng)離子；d.回收步驟c所得的糖份。
21，根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的方法，其特征在于至少一個(gè)離子交換柱含有陽(yáng)離子和陰離子交換樹(shù)脂，其能去除所述原料流中所含的殘留離子，所述的方法還包含這樣一個(gè)步驟，即使來(lái)自電脫離子步驟g的脫鹽原料通過(guò)離子交換柱進(jìn)行進(jìn)一步的脫離子步驟。
22，根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于對(duì)步驟a或b所得濃縮廢溶液進(jìn)行擴(kuò)散滲析，回收再利用的酸。
23，根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于對(duì)步驟b所得廢物流進(jìn)行擴(kuò)散滲析，回收酸再利用。
24，根根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的方法，其特征在于兩個(gè)或多個(gè)電脫離子疊層順序相連，將原料順序通過(guò)所述疊層脫鹽。
25，根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于有兩個(gè)所述的柱子順序相連，且分別含有陽(yáng)離子和陰離子交換樹(shù)脂。
26，根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于所述的柱子包含一個(gè)含有陽(yáng)離子和陰離子交換樹(shù)脂的混合床。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種含水物流脫鹽的方法,物流先被酸化至pH值為3左右或更低,酸化的溶液加入電脫離子池的脫鹽層,其含有一合適的離子交換材料,通過(guò)一陰離子和陽(yáng)離子交換膜從相鄰濃縮層分離出。濃縮層含有一網(wǎng)狀或其它合適的材料,其有助于在原料流動(dòng)中形成湍流。水被送至濃縮層中。一DC電流通過(guò)電脫離子池,使原料溶液大量脫鹽。從電脫離子池排出酸性較弱的脫鹽溶液和濃縮廢溶液。
文檔編號(hào)C13B20/18GK1240196SQ9812472
公開(kāi)日2000年1月5日 申請(qǐng)日期1998年11月12日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月12日
發(fā)明者克里希南曼里特·N·曼里 申請(qǐng)人:亞奇·丹尼斯·米德蘭公司