技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物化工領(lǐng)域，特別涉及到發(fā)酵法生產(chǎn)1,3-丙二醇過程的脫鹽除雜的系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1,3-丙二醇（PDO）是一種重要的化工原料，是合成記憶纖維聚對苯二甲酸丙二醇酯（PTT）的關(guān)鍵原料。PTT纖維是一種性質(zhì)優(yōu)良的新型纖維，既具有棉料的柔軟性又有尼龍的韌性、回彈性和抗紫外線等優(yōu)點，因此成為眾多化纖企業(yè)研究開發(fā)的重點。PDO的生產(chǎn)主要有生物法與化學法，生物法和化學法PDO生產(chǎn)技術(shù)長期被兩個跨國公司——杜邦公司和殼牌公司壟斷，使得PTT纖維一直無法大規(guī)模生產(chǎn)。直到近年來國內(nèi)的清華大學、大連理工大學和華東理工大學經(jīng)過不斷努力，開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的生物法PDO生產(chǎn)技術(shù)，逐漸打破了國外公司對PDO生產(chǎn)技術(shù)的壟斷。這其中以清華大學的生物法PDO生產(chǎn)技術(shù)最為成熟和先進，其PDO產(chǎn)量高、提取收率高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。我公司與清華大學合作開發(fā)PDO生產(chǎn)技術(shù)，實施生物法PDO技術(shù)工業(yè)化生產(chǎn)，以滿足集團內(nèi)部PTT聚合工廠的需求。

生物法PDO技術(shù)利用微生物發(fā)酵發(fā)生產(chǎn)PDO，微生物代謝過程中產(chǎn)生PDO的同時，還產(chǎn)生丁二酸、乙酸、乳酸等有機酸，為了維持發(fā)酵液的pH值中性，通過自控系統(tǒng)往發(fā)酵液中自動流加30%的氫氧化鈉溶液，因此發(fā)酵結(jié)束后，發(fā)酵液中鹽含量達到2-3%。

現(xiàn)有的PDO發(fā)酵液的脫鹽方法主要有：電滲析法（王曉琳，龔燕，唐宇等.電滲析用于1,3-丙二醇發(fā)酵液的脫鹽工藝[P].中國專利：031048714.2003-2-21）、離子交換法（王崇輝.1,3-丙二醇發(fā)酵液中菌體、蛋白及色素的脫除方法[P].中國專利：200510047504.X.2005-10-19）、納濾脫鹽法（金平、王領(lǐng)民、王崇輝等.微生物發(fā)酵生產(chǎn)1,3-丙二醇的方法[P].中國專利：200710011414.4.2008-11-19.）、醇沉法（修志龍，張代佳，高素軍等. 微生物發(fā)酵液中提取分離1,3-丙二醇的方法[P]. 中國專利：031335845. 2003-6-2.）、濃縮結(jié)晶法（劉德華，楊德華，郝健等. 一種發(fā)酵法生產(chǎn)1,3-丙二醇的提取工藝[P]. 中國專利：2007100655588.2007-4-16.）等。

離子交換脫鹽法脫鹽率高，但用于PDO發(fā)酵液的脫鹽存在樹脂需頻繁再生，產(chǎn)生大量酸堿廢液等缺點，難以實現(xiàn)工業(yè)化放大。納濾脫鹽法通常用于蛋白質(zhì)濃縮和反滲透的預處理過程，對于PDO發(fā)酵液中一價鹽的脫除率極低，無法滿足PDO發(fā)酵液脫鹽工藝要求。醇沉法用于PDO發(fā)酵液的脫鹽同樣存在脫鹽率低，乙醇用量大、能耗高等缺點。

我公司采用清華大學首創(chuàng)技術(shù)電滲析脫鹽技術(shù)進行PDO發(fā)酵液的脫鹽（王曉琳，龔燕，唐宇等.電滲析用于1,3-丙二醇發(fā)酵液的脫鹽工藝[P].中國專利：031048714.2003-2-21；雷躍永，羅吉安，楊德華. 異相離子交換膜用于1,3-丙二醇發(fā)酵液的電滲析脫鹽工藝[P]. 中國專利：2008100566299. 2008-1-23）。然而，電滲析的脫鹽率為90-95%，因此電滲析脫鹽后，發(fā)酵液中依舊有0.1-0.3%的鹽，經(jīng)過多效蒸發(fā)脫水，PDO濃縮液中鹽含量增大到0.4%-1.8%，PDO濃縮液需要進行二次脫鹽除雜，PDO濃縮液在后續(xù)粗餾提純過程中出現(xiàn)再沸器結(jié)垢、傳熱效率下降等問題。發(fā)明人針對這一現(xiàn)象，提出了電滲析、粗餾與刮板蒸發(fā)組合式脫鹽除雜方法，充分利用了刮板蒸發(fā)器適用于高粘度、含鹽有機物的蒸發(fā)的特點，改進和完善了傳統(tǒng)PDO發(fā)酵液電滲析脫鹽工藝，解決了殘留在PDO濃縮液中鹽在粗餾塔中結(jié)垢，導致設(shè)備生產(chǎn)能力下降等問題，為PDO連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)提供了有利保障。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

因而，本發(fā)明提供了一種高脫鹽率、高收率、連續(xù)穩(wěn)定運行的1,3-丙二醇發(fā)酵液脫鹽除雜的方法及系統(tǒng)。

一種1,3-丙二醇發(fā)酵液脫鹽除雜的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：電滲析脫鹽裝置、多效蒸發(fā)裝置、粗餾裝置、刮板蒸發(fā)器；電滲析脫鹽裝置，其用于膜過濾濾液的第一次脫鹽，脫出PDO發(fā)酵液中90-95%的鹽；多效蒸發(fā)裝置，其與所述電滲析裝置相連接，用于對所述電滲析裝置中得到的第一脫鹽液的蒸發(fā)脫水，將第一脫鹽液中的水脫除至含水量25-50%；粗餾裝置，其與所述多效蒸發(fā)裝置相連接，用于PDO濃縮液的粗餾提純，將PDO濃縮液中的大部分PDO蒸餾；刮板蒸發(fā)器，其與所述粗餾裝置相連接，用于PDO物料的二次脫鹽。

一種1,3-丙二醇發(fā)酵液脫鹽除雜的方法，包括以下步驟：

1）經(jīng)過陶瓷膜過濾除菌除蛋白后的PDO膜過濾濾液采用電滲析脫除90～95%的鹽，電滲析脫鹽后PDO物料的電導率降低至2000μs/cm以下；

2）對步驟1）中得到的第一脫鹽液采用多效蒸發(fā)脫水，將第一脫鹽液中的水含量降低至25～50%；

3）采用有2～5塊塔板的粗餾塔將步驟2）中得到的含水量25～50%的PDO濃縮液進行蒸餾提純，將PDO濃縮液中的BDO、水、大部分PDO、少量甘油從塔頂蒸發(fā)得到粗餾液，PDO濃縮液中的鹽、殘余蛋白、少部分PDO、大部分的甘油從塔釜連續(xù)排出，得到粗餾釜底物；

4）將步驟3）得到的粗餾釜底物（鹽、殘余蛋白和甘油）進行刮蒸發(fā)二次脫鹽，PDO和甘油在刮板蒸發(fā)器內(nèi)被蒸發(fā)，并與步驟3）中的粗餾液混合組成第二脫鹽液，鹽、殘余蛋白和部分甘油從刮板蒸發(fā)器重組分出料管連續(xù)排出，送至污水處理系統(tǒng)集中處理。

附圖說明

圖1 為本發(fā)明的流程圖；圖2為本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：S1為電滲析；S2為多效蒸發(fā)；S3為粗餾；S4為刮板蒸發(fā)；1為電滲析脫鹽裝置；2為多效蒸發(fā)裝置；3為粗餾裝置；4為刮板蒸發(fā)器。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進行詳細地說明。

本發(fā)明公開的PDO發(fā)酵液脫鹽除雜方法的實施方案如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的實施例，該PDO發(fā)酵液脫鹽除雜方法包括：

S1：電滲析

將膜過濾除菌除蛋白的濾液進行電滲析脫鹽，脫除其中90-95%的鹽。由此，得到第一脫鹽液，第一脫鹽液的電導率低于2000μs/cm。

S2：多效蒸發(fā)

將所述第一脫鹽液采用多效蒸發(fā)裝置進行蒸發(fā)脫水，脫除其中70-90%的水，得到含水量25-50%的PDO濃縮液。

S3：粗餾

將所述PDO濃縮液進行粗餾，將BDO、水、大部分PDO、少量甘油從塔頂蒸發(fā)得到粗餾液，鹽、殘余蛋白、少部分PDO、大部分的甘油從塔釜連續(xù)排出，得到粗餾釜底物。

S4：刮板蒸發(fā)

將所述粗餾釜底物在更高真空度和更高溫度條件下進行刮板蒸發(fā)，將粗餾釜底物中的全部PDO和部分甘油從蒸發(fā)器頂部蒸發(fā)采出，得到刮板餾分，刮板餾分與所述粗餾液混合組成第二脫鹽液。粗餾釜底物中的全部蛋白、鹽和部分甘油從蒸發(fā)器底部排除，得到刮板重組分，刮板重組分進入污水處理系統(tǒng)。

另一方面，本發(fā)明還提供了一種PDO發(fā)酵液脫鹽除雜系統(tǒng)。該系統(tǒng)如圖2所示。根據(jù)本發(fā)明的實施例，該PDO發(fā)酵液脫鹽除雜系統(tǒng)包括：

電滲析脫鹽裝置1：

所述電滲析脫鹽裝置1用于將所述濾液進行電滲析脫鹽，脫除其中90-95%的鹽，以便得到第一脫鹽液。

多效蒸發(fā)裝置2：

所述多效蒸發(fā)裝置2與所述電滲析脫鹽裝置1相連，用于將所述第一脫鹽液進行蒸發(fā)脫水，以便得到PDO濃縮液。由此，對第一脫鹽液進行濃縮，提高PDO的濃度。

根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，所述PDO濃縮液的含水量為25-50%。

粗餾塔裝置3：

所述粗餾裝置3與所述多效蒸發(fā)器2相連，用于將所述PDO濃縮液進行粗餾提純，以得到粗餾液。因此，對PDO濃縮液進行粗餾，得到不含鹽的PDO粗餾液和粗餾釜底物。

刮板蒸發(fā)器4：

所述刮板蒸發(fā)器4與所述粗餾裝置3相連，用于將粗餾釜底中的PDO及部分甘油蒸發(fā)收集，同時除去其中的鹽，以便得到刮板餾分。由此，對粗餾釜底物進行進一步蒸發(fā)，得到刮板餾分，刮板餾分與粗餾液混合，組成第二脫鹽液。

下面參考具體實施例，對本發(fā)明進行說明，需要說明的是，這些實施例僅僅是說明性的，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

實施例

采用以甘油為碳源經(jīng)發(fā)酵得到的PDO發(fā)酵液，經(jīng)膜過濾除菌、除蛋白后的濾液為原料進行脫鹽除雜，具體步驟如下：

（1）將濾液經(jīng)電滲析脫鹽除去其中93%的鹽，得到第一脫鹽液，第一脫鹽液的電導率1900μs/cm。

（2）將第一脫鹽液經(jīng)多效蒸發(fā)器濃縮脫水，脫水后得到PDO濃縮液，PDO濃縮液含水量為35%。

（3）將PDO濃縮液經(jīng)粗餾塔蒸發(fā)提純，塔頂蒸發(fā)得到粗餾液，塔釜得到粗餾釜底物。PDO濃縮液粗餾蒸發(fā)過程中，PDO濃縮液中92%的PDO蒸發(fā)進入粗餾液。

（4）將粗餾釜底物經(jīng)刮板蒸發(fā)器蒸發(fā)除雜，蒸發(fā)器頂部得到刮板餾分，蒸發(fā)器底部得到重組分。粗餾釜底物中的PDO全部蒸發(fā)進入刮板餾分，刮板重組分中不含PDO。粗餾液和刮板餾分混合組成第二脫鹽液，第二脫鹽液的電導率為109.4μs/cm，第二脫鹽液進入精餾、脫色等下游分離工藝。

各步驟的物料組成分析結(jié)果如表1所示。

表1 物料組成分析結(jié)果

以上實施例僅用以說明，而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案， 盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當理解：依然可以對本發(fā)明進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。