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随着发酵生产1,3-丙二醇研究的不断深入,1,3-丙二醇的分离纯化过程己成为重要的研究课题。本论文主要研究了1,3-丙二醇发酵液的除菌除有机酸盐工艺。主要内容如下:
通过无机絮凝剂、有机高分子絮凝剂及无机-有机高分子复合絮凝剂对1,3-丙二醇发酵液絮凝工艺的研究,实验结果表明:pH值、絮凝剂用量对絮凝效果影响较大,温度对絮凝效果影响较小。无机絮凝剂单独作用的絮凝效果均较好,最高絮凝率均在80%以上:AlCl3·6H2O和Al2(SO4)3·18H2O絮凝性能相似,均在酸性条件下有较好的效果;CaCl2·H2O却在碱性条件下絮凝效果好。无机絮凝剂的缺点在于用量大、絮凝颗粒小,不利于常压过滤。
聚丙烯酰胺中只有阳离子聚丙烯酰胺具有良好的絮凝效果,絮凝率均在75%以上;阴离子和非离子聚丙烯酰胺的絮凝率均在50%以下,絮凝效果不明显。本实验采用的阳离子、阴离子和非离子聚丙烯酰胺的水解度都很小,均在10%以下,对絮凝效果影响不大。阳离子聚丙烯酰胺的最佳絮凝工艺为:pH=7~8,絮凝剂浓度为0.06~0.08g/L,温度为30~40℃,此时絮凝率可达到90%以上,絮凝体呈絮状,有粘壁现象,不利于过滤。
无机-有机高分子复合实验表明,无机、有机絮凝剂的加入顺序对絮凝效果影响不明显。加入无机絮凝剂后,阳离子聚丙烯酰胺的絮凝率变化不大,但絮凝颗粒变大成团,粘壁现象消失,沉降速度加快;非离子聚丙烯酰胺与无机絮凝剂复配后,絮凝效果明显提高,最高絮凝率达90%以上,絮凝颗粒较大:阴离子聚丙烯酰胺与Al2(SO4)3·18H2O复配时絮凝效果仍不理想;与CaCl2·H2O复配后最高絮凝率也达到80%以上,但絮凝颗粒较小。
通过克雷伯杆菌、有机高分子絮凝剂表面zeta电位测定和絮凝实验,初步研究了有机高分子絮凝剂的絮凝特性和絮凝机理,实验结果表明克雷伯菌的等电点大致为2.2,阳离子聚丙烯酰胺表面的等电点约为8.0,非离子和阴离子聚丙烯酰胺表面均带有负电荷。在pH4.0~9.0范围内,单独阳离子型聚丙烯酰胺絮凝剂与菌体以电性中和作用为主,显示良好的絮凝效果。加入无机电解质后,非离子聚丙烯酰胺絮凝效果变化最明显。絮凝过程是以电性中和为主,吸附架桥为辅。
采用732强酸性阳离子树脂除去1,3-丙二醇发酵液中Na+、Ca2+、Mg2+等阳离子。通过静态交换实验,研究了732树脂对阳离子的静态交换实验,确定了树脂的最佳交换度,阳离子吸附率达98%以上;通过动态法实验,确定了最佳流速为7.5mL/min,阳离子吸附率可达99%。
选用强碱性阴离子树脂717和弱碱性阴离子树脂(D345,D315)去除有机酸。通过静态交换实验,研究了D315树脂、717树脂和D345树脂分别对乳酸、乙酸进行静态交换实验,确定了D345碱性阴离子树脂的吸附交换性能最好;通过动态法实验,确定了最佳流速为5.0mL/min。交换后有机酸交换率达到98%,1,3-丙二醇回收率为81.93%。