纳滤膜分离丁二酸模拟发酵液及建模

发布时间：2020-06-14 21:55

【摘要】：本文的研究目的,是研究一种可行的膜分离法,将生物发酵制备的丁二酸与其母液中其他物质分离,从而浓缩提纯,以满足从发酵液→丁二酸→γ-丁内酯的大规模工业化生产的需要。首先采用纳滤膜分离法,对丁二酸溶液进行截留实验,探究压力、pH值以及温度等变量对丁二酸截留率和通量的影响。然后寻找合适的数学模型,反映压力条件和酸碱条件对丁二酸截留率和通量的影响。通过MATLAB编程对实验过程模拟计算,从而验证最优条件。最后配制丁二酸模拟发酵液,使用纳滤膜对其进行验证实验。考察在其他物质的影响下,丁二酸模拟发酵液的通量和丁二酸截留率与丁二酸溶液的通量和丁二酸截留率的区别,提出相应的解决方法并达到改进的目的。主要内容有:用纳滤膜对丁二酸溶液进行截留实验。结果表明当pH值为5.5,操作压力为1.5MPa,温度为20℃C时,截留速度最大,此时截留速度为614.73 g/(h·m2),丁二酸截留率为74.36%,膜通量为 34.44L/(h·m2)。探究纳滤膜截留丁二酸过程中,不同压力条件对丁二酸截留率的影响。以溶解-扩散模型(SDM)为基础,考虑浓差极化现象对截留率的影响,提出添加修改项的溶解-扩散模型(MSDM)。溶解扩散模型(SDM)和考虑浓差极化的溶解扩散模型(MSDM)绝对误差均控制在±2.5%,相对误差均控制在±5%。由模拟得到,24g/L的丁二酸溶液在压力为1.5MPa下截留速度最大,MSDM模型为608.89 g/(h·m2)。探究纳滤膜截留丁二酸过程中,不同酸碱条件对丁二酸截留率的影响。构建静电位阻模型。该模型所得到的模拟实验点与实际实验点绝对误差均小于±1.5%,相对误差均小于±2.5%。由模型得到,当pH值为5.44时截留速度最大,此时为419.89 g/(h·m2)。当溶液为初始pH值时,对丁二酸模拟发酵液进行间歇渗透操作,可将葡萄糖与丁二酸模拟发酵液分离,丁二酸收率为91.1%,乙酸截留率为1.8%,葡萄糖截留率为86.6%。将透过液pH值调节为5.5时,通过纳滤浓缩操作,可将乙酸与丁二酸模拟发酵液分离。得到最终产物的丁二酸浓度为27.48g/L,乙酸截留率为91.5%,葡萄糖截留率为90.9%,丁二酸收率为75.1%,通量为32.89L/(h.m2)。丁二酸与乙酸的质量比例较模拟发酵液提高8.88倍,丁二酸与葡萄糖的质量比例较模拟发酵液提高8.21倍。通过以上实验结果可知,可以通过间歇渗透和纳滤浓缩操作,对丁二酸模拟发酵液进行选择性分离。
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ028.8;TQ921
【图文】：

丁二酸,市场应用,全球

的需求不断增加，２０１４－２０２０年用于ＰＢＳ的丁二酸将以每年３８．９％的速度增加。逡逑未来到２０２０年，预计应用于ＢＤＯ的丁二酸的生产量将占全球总生产量的５０％以逡逑上，第二大具体应用ＰＢＳ的丁二酸也将占到１０％，如图１．３所示。逡逑制药行逦制药行逡逑业，逦ＢＤ0，逦业，１１％—、逦一逡逑１３．５％逦润滑剂，逦增塑剂，逡逑１２．０％逦３．５０％逡逑图１．２邋２０１３年全球丁二酸市场应用逦图１．３邋２０２０年全球丁二酸市场应用（预测）逡逑Ｆｉｇ邋１．２邋Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｓｕｃｃｉｎｉｃ邋ａｃｉｄ邋ｉｎ邋２０１３邋Ｆｉｇ邋１．３邋Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｓｕｃｃｉｎｉｃ邋ａｃｉｄ邋ｉｎ邋２０２０（Ｆｏｒｅｃａｓｔｅｄ）逡逑１．３．１生物制丁二酸的供给侧逡逑在过去几年里，生物制丁二酸的主要生产厂商己经开始工业化生产。ＢＡＳＦ、Ｐｕｍｃ、逡逑ＢｉｏＡｍｂｅｒ、Ｍｉｔｓｕｉ、ＰＴＴ邋和邋ＭＣＣ邋均为早期参与者。ＤＳＭ邋和邋Ｒｏｕｑｕｅｔｔｅ邋的合资企业邋Ｒｅｖｅｒｄｉａ逡逑也通过新型酵母技术加入到此次工业化生产中。全球生物制丁二酸主要生产商汇总于表逡逑１．３邋中。逡逑表１．３生物制丁二酸厂商产能表Ｗ逡逑Ｔａｂｌｅ邋１．３邋Ｂｉｏ－ｓｕｃｃｉｎｉｃ邋ａｃｉｄ邋ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ邋ｃａｐａｃｉｔｙ逡逑公司逦产能（吨／年）逦产地逦开工时间逡逑ＢＡＳＦ－Ｐｕｒａｃ邋合资企业逦５０，０００逦－逦－逡逑ＢＡＳＦ－Ｐｕｒａｃ合资企业逦２５

原理图,丁二酸,双极膜电渗析,分离提取

再生消耗低的优点，所以具有广阔的前景。其原理是利用大分与溶液中的离子进行交换从而提取出所需要的物质。但是吸附剂相对选择性限制了其丁二酸分离中的工业应用。因此。如果要进行大规模须筛选大吸附量的吸附剂。逡逑［３５］等人使用吸附剂ＮＥＲＣＢ邋０９在静态实验中，将原溶液为０．１１ｇ／Ｌ的取到５ｇ／Ｌ，在填料柱实验中将０．５６ｇ／Ｌ的丁二酸溶液浓缩提取到５０ｇ／剂ＮＥＲＣＢ邋０９在酸性或中性条件下，可以对丁二酸具有高选择性。逡逑极膜电渗析法逡逑膜电渗析法是通过电场力的作用，使离子发生定向的移动，然后根据择通透性的特性，截断大量的氢离子和相应的酸根离子，从而得到目需要将发酵液中悬浮物质和胶体物质进行预处理去除，得到离子化合溶液。丁二酸根和其他阴离子在电场力的影响下，通过阴离子交换膜极。但是丁二酸根不能通过阳离子交换膜，所以丁二酸根会聚集在以使双极膜产生氢离子，氢离子也不能通过阴离子交换膜，从而会与室大量集合，进而形成丁二酸。逡逑

【参考文献】