超濾膜在檸檬酸提取工藝中的應(yīng)用

超濾膜在檸檬酸提取工藝中的應(yīng)用

20世紀(jì)70年代，中國(guó)的檸檬酸開(kāi)始了工業(yè)化生產(chǎn)，并于1972年進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)。由于市場(chǎng)繁榮，原油酸產(chǎn)量從130噸/a增加到1998年的32萬(wàn)噸/a?，F(xiàn)在，產(chǎn)量保持不變。2007年，國(guó)內(nèi)產(chǎn)量為76萬(wàn)噸。隨著水果行業(yè)開(kāi)始健康發(fā)展，清潔生產(chǎn)逐漸被企業(yè)接受，以質(zhì)量為中心，加強(qiáng)技術(shù)儲(chǔ)備已成為提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的有效手段。在檸檬酸提取工藝中,為了提高產(chǎn)品質(zhì)量,通常在脫色、離子交換吸附后采用硅藻土過(guò)濾料液以去除料液中固形雜質(zhì),該方法所需處理的料液量大、設(shè)備投入成本高.為了解決上述問(wèn)題,部分檸檬酸提取工藝中將硅藻土過(guò)濾置于最后一級(jí)濃縮蒸發(fā)器前以求減少料液處理量,降低設(shè)備投入,增加生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性.上述以硅藻土為助濾劑的過(guò)濾過(guò)程由于需經(jīng)常拆洗濾布而會(huì)產(chǎn)生大量含有殘酸的殘?jiān)?同時(shí)硅藻土的小顆粒處理比較困難,其較強(qiáng)的吸水能力會(huì)造成料液的大量損失并引起進(jìn)料性質(zhì)改變而堵塞濾布.所以,新型過(guò)濾技術(shù)的應(yīng)用對(duì)檸檬酸產(chǎn)品質(zhì)量和提取收率的提高以及工人勞動(dòng)強(qiáng)度的降低有著重要的意義.針對(duì)檸檬酸提取工藝中存在的上述問(wèn)題,本文提出以超濾膜過(guò)濾替代硅藻土過(guò)濾并對(duì)其進(jìn)行了研究.通過(guò)試驗(yàn)對(duì)超濾與板框預(yù)涂硅藻土過(guò)濾后濾出液質(zhì)量進(jìn)行對(duì)比,考察了新工藝的可行性.1材料和方法1.1材料、試劑和儀器本文研究工作所用的超濾膜為Rhodia公司生產(chǎn)的19通道整塊式陶瓷超濾膜,截留分子量(MWCO)300kD,有效膜面積0.25m2;硅藻土購(gòu)自中美合資臨江賽力特硅藻土有限公司;板框壓濾機(jī)為中貴化工設(shè)備有限公司生產(chǎn)的XMY30m2型廂式壓濾機(jī);分光光度計(jì)為上海精密儀器科技公司制造的7230G型可見(jiàn)分光光度計(jì);0.45μm微孔濾膜;上海申勝科技公司生產(chǎn)的10L旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀;江蘇省靖江市制藥機(jī)械廠生產(chǎn)的SS-600型離心機(jī);江蘇省常州市范群干燥設(shè)備有限公司生產(chǎn)的CT-C1A型熱風(fēng)循環(huán)烘箱;板框過(guò)濾前二效濃縮液,安徽豐原生物化學(xué)股份有限公司生產(chǎn);用于膜清洗的清洗劑,自配;去離子水,安徽豐原生物化學(xué)股份有限公司生產(chǎn).1.2實(shí)驗(yàn)方法1.2.1濾出液預(yù)涂板框過(guò)濾的流程圖如圖1所示.在板框過(guò)濾前,量取一定量的原料液(二效濃縮液)注入循環(huán)槽內(nèi);啟動(dòng)進(jìn)料泵,料液經(jīng)泵加壓后進(jìn)入裝有濾布的板框機(jī)內(nèi),濾出液流入循環(huán)槽;往循環(huán)槽內(nèi)注入一定量的硅藻土進(jìn)行預(yù)涂,操作條件為75～80℃,當(dāng)濾出液澄清時(shí)表明硅藻土已預(yù)涂好,將濾出液導(dǎo)入濾出液槽;當(dāng)循環(huán)槽中料液過(guò)濾結(jié)束時(shí),加入一定量的去離子水進(jìn)行透洗,透洗液導(dǎo)入稀液槽.廢液及廢渣去環(huán)保處理.1.2.2uf膜分離器工藝流程膜過(guò)濾的流程圖如圖2所示.在膜過(guò)濾前,量取一定量的原料液(二效濃縮液)注入循環(huán)槽內(nèi);啟動(dòng)進(jìn)料泵,料液經(jīng)泵加壓后進(jìn)入預(yù)濾器;預(yù)濾器的濾過(guò)液進(jìn)入整塊式UF膜分離器,超濾的操作條件為75～80℃,進(jìn)、出膜壓力分別為0.2MPa和0.1MPa;濾出液經(jīng)流量計(jì)進(jìn)入濾出液槽8;當(dāng)循環(huán)槽中料液濃縮達(dá)到20倍時(shí),在維持液位不變的條件下加入2倍于槽中濃縮液體積的去離子水進(jìn)行透析,透析液進(jìn)入透析濾出液槽9;當(dāng)去離子水加完后結(jié)束操作并清洗超濾膜.廢液及廢渣去環(huán)保處理.1.3濾膜的抽濾和顯微觀察量取一定體積的膜過(guò)濾的濾過(guò)液與過(guò)濾前原料液(二效濃縮液),分別配制成250mL酸度為50%的溶液;配制的溶液經(jīng)0.45μm的微孔濾膜抽濾并記錄抽濾時(shí)間,抽濾后的濾膜置于顯微鏡下觀察膜上黑點(diǎn)并計(jì)數(shù);同時(shí),分別測(cè)定板框過(guò)濾的濾過(guò)液在微孔濾膜過(guò)濾前后透光率的變化以考察膜濾液中機(jī)械雜質(zhì)與車間板框過(guò)濾后濾出液機(jī)械雜質(zhì)含量的差異.透光率的測(cè)定采用7230G分光光度計(jì)在波長(zhǎng)405nm下檢測(cè).2陶瓷超濾膜的制備硅藻土去除雜質(zhì)的粒度為0.1～1.0μm,基于此,選用截留分子量(MWCO)300kD的陶瓷超濾膜,對(duì)試驗(yàn)料液進(jìn)行過(guò)濾.2.1初始溫度對(duì)膜通量的影響分別在65～70℃、75～80℃、85～90℃的溫度條件下,進(jìn)行膜過(guò)濾操作,考察不同的料液溫度對(duì)膜過(guò)濾通量的影響.如圖3所示.從圖3可以看出,當(dāng)溫度在75～80℃時(shí),平均膜通量最大.初始溫度相對(duì)較高時(shí),初始通量相應(yīng)較大,但隨著過(guò)濾的進(jìn)行,通量下降速度較快;而當(dāng)溫度較低時(shí),初始通量小,這主要是由于料液的黏度和濃差極化影響造成.料液的溫度升高,黏度隨之減小;反之,溫度降低,黏度增大.通量大時(shí),膜兩側(cè)物料的濃度差較大,隨著過(guò)濾時(shí)間的延長(zhǎng),濃差極化現(xiàn)象導(dǎo)致通量越來(lái)越小.2.2過(guò)濾操作壓力對(duì)膜過(guò)濾通量的影響分別在進(jìn)、出膜壓力為0.2,0.1;0.3,0.2MPa的壓力條件下,進(jìn)行膜過(guò)濾操作,考察不同的操作壓力對(duì)膜過(guò)濾通量的影響.如圖4所示.由圖4可以看出,進(jìn)膜壓高時(shí),膜初始通量較大,但隨著過(guò)濾的進(jìn)行,因?yàn)闈獠顦O化影響,膜通量下降較快,所以筆者認(rèn)為以0.2MPa為宜.2.3膜通量衰減測(cè)定料液性質(zhì)參數(shù)及試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果見(jiàn)表1.每批次膜清洗時(shí)間為2～3h,用酸、堿及氧化劑配制成清洗劑,清洗后水通量能恢復(fù),每批次膜總運(yùn)行時(shí)間為20h左右.實(shí)驗(yàn)中的膜通量衰減曲線見(jiàn)圖5.從圖5可見(jiàn),前3h通量下降明顯,這是受濃差極化影響,隨過(guò)濾時(shí)間的延長(zhǎng),膜通量衰減較慢,維持在100L/(m2·h).2.4透光率的測(cè)定將膜過(guò)濾前的原料液、膜過(guò)濾后的濾出液與同批次的板框?yàn)V出液分別稀釋成濃度為50%的料液,(1)在波長(zhǎng)405nm下,用可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)透光率;(2)各取250mL用0.45μm濾膜抽濾,測(cè)定所需時(shí)間(s)及黑點(diǎn)個(gè)數(shù).結(jié)果見(jiàn)表2.膜濾液的透光率與硅藻土板框機(jī)過(guò)濾后的濾出液相近,但機(jī)械雜質(zhì)明顯少于硅藻土板框機(jī)過(guò)濾后的濾出液,且抽濾時(shí)間短.2.5通過(guò)膜濾液和板框架過(guò)濾溶液對(duì)結(jié)晶后的成品質(zhì)量進(jìn)行比較膜濾液濃縮結(jié)晶后成品與板框?yàn)V出液結(jié)晶后成品的質(zhì)量基本無(wú)差別,均能達(dá)到內(nèi)控要求.3陶瓷超濾膜作為