雙極膜電滲析生產(chǎn)酒石酸的研究.pdf

1、有機(jī)酸被廣泛應(yīng)用于食品、飲料、醫(yī)藥、化妝品、化學(xué)合成、生物化學(xué)領(lǐng)域，與人類生活具有廣泛而密切的聯(lián)系。生產(chǎn)有機(jī)酸主要有兩種方法：化學(xué)合成和發(fā)酵法。無論是發(fā)酵法還是化學(xué)合成法，有機(jī)酸的分離、濃縮、提純都是必要的步驟。傳統(tǒng)提純工藝包括沉淀、酸化、析出、結(jié)晶、離子交換等步驟，其過程中需要消耗大量的酸堿，并產(chǎn)生大量固體廢棄物。傳統(tǒng)有機(jī)酸的生產(chǎn)提純方法這些缺點都不符合現(xiàn)代綠色化學(xué)節(jié)能減排的要求，迫切的需要替代工藝。為了實現(xiàn)節(jié)能減排和綠色化工的目標(biāo)，

2、我們需要一種更經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的技術(shù)。
　　 雙極膜電滲析可以應(yīng)用到這一領(lǐng)域，在通電條件下，雙極膜解離水形成H+和OH-，同時在溶液中，有機(jī)酸鹽解離為有機(jī)酸根離子和金屬陽離子，H+與有機(jī)酸根離子結(jié)合形成產(chǎn)品酸，OH-同金屬陽離子結(jié)合形成堿。因為離子交換膜具有較強(qiáng)的選擇透過性，使用此方法生產(chǎn)有機(jī)酸具有較高純度，后處理成本低的優(yōu)點，同時生產(chǎn)的堿也可以應(yīng)用于有機(jī)酸發(fā)酵過程，不產(chǎn)生任何廢棄物，沒有二次污染。
　　 本論文以雙極膜電滲析

3、技術(shù)生產(chǎn)酒石酸作為切入點，探討了該技術(shù)應(yīng)用于有機(jī)酸生產(chǎn)中的如何節(jié)能等共性問題，研究內(nèi)容和主要結(jié)論如下：
　　 1.由于酒石酸氫鉀的在水溶液中的低溶解度，實驗的膜堆構(gòu)型為BP-A-C構(gòu)型。為了降低酸室中由于有機(jī)酸的低解離系數(shù)導(dǎo)致的高電阻，向酸室中添加了強(qiáng)酸型離子交換樹脂。實驗結(jié)果證明，添加離子交換樹脂有效降低了相同電流密度下的操作電壓，降低雙極膜電滲析生產(chǎn)酒石酸的能量消耗。雖然添加離子交換樹脂在一定程度上降低了酒石酸產(chǎn)量，但同能耗

4、的降低幅度相比，仍然具有巨大的積極作用。
　　 2.在同等條件下，將添加離子交換樹脂的方法應(yīng)用于傳統(tǒng)電滲析。實驗結(jié)果同雙極膜電滲析大致類似。實驗擴(kuò)展了添加離子交換樹脂的應(yīng)用范圍。
　　 3.考慮到在大型電滲析器中添加離子交換樹脂的復(fù)雜性，在中試規(guī)模的實驗中采用了導(dǎo)離子隔板。導(dǎo)離子隔板由異相陽離子交換膜雕刻而成。實驗結(jié)果證明導(dǎo)離子隔板有效降低了操作電壓，降低了雙極膜電滲析的能耗。實驗還對國產(chǎn)雙極膜和德國雙極膜進(jìn)行了對比實驗

5、，在酒石酸產(chǎn)量，電流效率等方面國產(chǎn)雙極膜性能還有待提高。
　　 4.對以上的4個實驗進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)核算，按照實驗規(guī)模進(jìn)行了兩兩對比。(1)在小試規(guī)模下核算結(jié)果顯示：無論是雙極膜電滲析還是傳統(tǒng)電滲析，酒石酸總生產(chǎn)成本和能耗成本隨電流密度升高都呈上升趨勢；添加樹脂后酒石酸總生產(chǎn)成本和能耗成本均有顯著降低；由于雙極膜價格的昂貴，雙極膜電滲析生產(chǎn)成本普遍高于普通電滲析生產(chǎn)成本。(2)中試規(guī)模下：隨著操作電流升高，酒石酸總生產(chǎn)成本和能耗成本都

6、降低；添加導(dǎo)離子隔板降低了酒石酸生產(chǎn)的能耗費用，由于添加導(dǎo)離子隔板后，酒石酸產(chǎn)量有一定程度降低，總生產(chǎn)成本的降低幅度小于能耗成本降低幅度，在部分操作電流下有小幅度升高；使用國產(chǎn)雙極膜的成本低于德國雙極膜。
　　 5.實驗簡單考查了雙極膜電滲析過程中的污染問題，基本重現(xiàn)了文獻(xiàn)的污染現(xiàn)象。無機(jī)污染物污染陽離子交換膜，有機(jī)污染物污染陰離子交換膜。以腐殖酸為例，隨著污染物濃度提高和電流強(qiáng)度提高，污染現(xiàn)象加重。
　　 本文研究結(jié)果