超滤膜在柠檬酸提取工艺中的应用

超滤膜在柠檬酸提取工艺中的应用

20世纪70年代，中国的柠檬酸开始了工业化生产，并于1972年进入国际市场。由于市场繁荣，原油酸产量从130吨/a增加到1998年的32万吨/a。现在，产量保持不变。2007年，国内产量为76万吨。随着水果行业开始健康发展，清洁生产逐渐被企业接受，以质量为中心，加强技术储备已成为提高企业竞争力的有效手段。在柠檬酸提取工艺中,为了提高产品质量,通常在脱色、离子交换吸附后采用硅藻土过滤料液以去除料液中固形杂质,该方法所需处理的料液量大、设备投入成本高.为了解决上述问题,部分柠檬酸提取工艺中将硅藻土过滤置于最后一级浓缩蒸发器前以求减少料液处理量,降低设备投入,增加生产的经济性.上述以硅藻土为助滤剂的过滤过程由于需经常拆洗滤布而会产生大量含有残酸的残渣;同时硅藻土的小颗粒处理比较困难,其较强的吸水能力会造成料液的大量损失并引起进料性质改变而堵塞滤布.所以,新型过滤技术的应用对柠檬酸产品质量和提取收率的提高以及工人劳动强度的降低有着重要的意义.针对柠檬酸提取工艺中存在的上述问题,本文提出以超滤膜过滤替代硅藻土过滤并对其进行了研究.通过试验对超滤与板框预涂硅藻土过滤后滤出液质量进行对比,考察了新工艺的可行性.1材料和方法1.1材料、试剂和仪器本文研究工作所用的超滤膜为Rhodia公司生产的19通道整块式陶瓷超滤膜,截留分子量(MWCO)300kD,有效膜面积0.25m2;硅藻土购自中美合资临江赛力特硅藻土有限公司;板框压滤机为中贵化工设备有限公司生产的XMY30m2型厢式压滤机;分光光度计为上海精密仪器科技公司制造的7230G型可见分光光度计;0.45μm微孔滤膜;上海申胜科技公司生产的10L旋转蒸发仪;江苏省靖江市制药机械厂生产的SS-600型离心机;江苏省常州市范群干燥设备有限公司生产的CT-C1A型热风循环烘箱;板框过滤前二效浓缩液,安徽丰原生物化学股份有限公司生产;用于膜清洗的清洗剂,自配;去离子水,安徽丰原生物化学股份有限公司生产.1.2实验方法1.2.1滤出液预涂板框过滤的流程图如图1所示.在板框过滤前,量取一定量的原料液(二效浓缩液)注入循环槽内;启动进料泵,料液经泵加压后进入装有滤布的板框机内,滤出液流入循环槽;往循环槽内注入一定量的硅藻土进行预涂,操作条件为75～80℃,当滤出液澄清时表明硅藻土已预涂好,将滤出液导入滤出液槽;当循环槽中料液过滤结束时,加入一定量的去离子水进行透洗,透洗液导入稀液槽.废液及废渣去环保处理.1.2.2uf膜分离器工艺流程膜过滤的流程图如图2所示.在膜过滤前,量取一定量的原料液(二效浓缩液)注入循环槽内;启动进料泵,料液经泵加压后进入预滤器;预滤器的滤过液进入整块式UF膜分离器,超滤的操作条件为75～80℃,进、出膜压力分别为0.2MPa和0.1MPa;滤出液经流量计进入滤出液槽8;当循环槽中料液浓缩达到20倍时,在维持液位不变的条件下加入2倍于槽中浓缩液体积的去离子水进行透析,透析液进入透析滤出液槽9;当去离子水加完后结束操作并清洗超滤膜.废液及废渣去环保处理.1.3滤膜的抽滤和显微观察量取一定体积的膜过滤的滤过液与过滤前原料液(二效浓缩液),分别配制成250mL酸度为50%的溶液;配制的溶液经0.45μm的微孔滤膜抽滤并记录抽滤时间,抽滤后的滤膜置于显微镜下观察膜上黑点并计数;同时,分别测定板框过滤的滤过液在微孔滤膜过滤前后透光率的变化以考察膜滤液中机械杂质与车间板框过滤后滤出液机械杂质含量的差异.透光率的测定采用7230G分光光度计在波长405nm下检测.2陶瓷超滤膜的制备硅藻土去除杂质的粒度为0.1～1.0μm,基于此,选用截留分子量(MWCO)300kD的陶瓷超滤膜,对试验料液进行过滤.2.1初始温度对膜通量的影响分别在65～70℃、75～80℃、85～90℃的温度条件下,进行膜过滤操作,考察不同的料液温度对膜过滤通量的影响.如图3所示.从图3可以看出,当温度在75～80℃时,平均膜通量最大.初始温度相对较高时,初始通量相应较大,但随着过滤的进行,通量下降速度较快;而当温度较低时,初始通量小,这主要是由于料液的黏度和浓差极化影响造成.料液的温度升高,黏度随之减小;反之,温度降低,黏度增大.通量大时,膜两侧物料的浓度差较大,随着过滤时间的延长,浓差极化现象导致通量越来越小.2.2过滤操作压力对膜过滤通量的影响分别在进、出膜压力为0.2,0.1;0.3,0.2MPa的压力条件下,进行膜过滤操作,考察不同的操作压力对膜过滤通量的影响.如图4所示.由图4可以看出,进膜压高时,膜初始通量较大,但随着过滤的进行,因为浓差极化影响,膜通量下降较快,所以笔者认为以0.2MPa为宜.2.3膜通量衰减测定料液性质参数及试验数据结果见表1.每批次膜清洗时间为2～3h,用酸、碱及氧化剂配制成清洗剂,清洗后水通量能恢复,每批次膜总运行时间为20h左右.实验中的膜通量衰减曲线见图5.从图5可见,前3h通量下降明显,这是受浓差极化影响,随过滤时间的延长,膜通量衰减较慢,维持在100L/(m2·h).2.4透光率的测定将膜过滤前的原料液、膜过滤后的滤出液与同批次的板框滤出液分别稀释成浓度为50%的料液,(1)在波长405nm下,用可见分光光度计测透光率;(2)各取250mL用0.45μm滤膜抽滤,测定所需时间(s)及黑点个数.结果见表2.膜滤液的透光率与硅藻土板框机过滤后的滤出液相近,但机械杂质明显少于硅藻土板框机过滤后的滤出液,且抽滤时间短.2.5通过膜滤液和板框架过滤溶液对结晶后的成品质量进行比较膜滤液浓缩结晶后成品与板框滤出液结晶后成品的质量基本无差别,均能达到内控要求.3陶瓷超滤膜作为