生物基丁二酸发酵液的脱色与萃取研究

来源 :南京工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhushuangwu1999
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丁二酸是工业上一种重要的碳四化合物,它作为有机合成原料、重要的中间产物或专业化学制品,在食品、医药、农业、化工等领域中被广泛应用。本论文对丁二酸发酵液的脱色及分离过程进行了研究,主要研究内容包括以下四部分:  首先对颗粒活性炭的丁二酸发酵液脱色过程进行了研究。通过对活性炭的静态吸附过程进行研究,发现:该活性炭对丁二酸发酵液中的色素以物理吸附为主,吸附为吸热过程,吸附热为12.54kJ·mol-1,适当升温对吸附有利,但温度过高会造成色素解析,优化后的脱色温度为70℃;活性炭吸附色素的过程中,在快速吸附阶段,液膜扩散为主要控速步骤,增加搅拌转速可减少颗粒液膜层的厚度,有效扩散系数随之增加。通过对活性炭的动态吸附过程进行研究,发现:适宜的进料流速能提高活性炭的利用率,且在以7BV/h流速进料时吸附柱的效果最好;Clark模型能较准确的描述活性炭层析柱的吸附过程;对于活性炭吸附柱,发酵液的色素浓度越高其饱和吸附量越大。另外通过对活性炭的再生过程进行研究,确定了氢氧化钠溶液进行热再生,该方法的影响因素主次关系是:温度>活性炭用量>再生时间>氢氧化钠浓度,最佳碱再生条件:温度80℃,活性炭处理量10%,再生时间90min,氢氧化钠为1mol/L。  其次对萃取法分离提取丁二酸进行了研究。通过筛选,选择了乙酸乙酯作为物理萃取剂,磷酸三丁酯作为络合萃取剂用以萃取丁二酸。研究发现两种萃取剂主要萃取分子态的丁二酸,适宜的pH范围为2-2.5;两种萃取剂的萃取效果均随温度的升高而降低,萃取过程可在常温(25℃)下进行;同时两种萃取剂的萃取效果均随溶液中盐浓度的升高而增大;萃取过程的盐析效应符合:盐析剂阳离子的价态越高,阳离子半径越小,盐析作用越强的规律。综合萃取剂的萃取及再生过程发现:与TBP络合萃取相比,乙酸乙酯的萃取过程具有路线短,能耗低且产率高的优点。  在此基础上对乙酸乙酯从丁二酸发酵液中直接提取丁二酸进行了研究。通过对乙酸乙酯的萃取过程进行研究,发现:乙酸乙酯在水中的溶解度随盐浓度升高而降低;乙酸乙酯的萃取率随丁二酸浓度变化不大,其最大负载量可达45.54g/L;乙酸乙酯对发酵液中的色素具有一定的萃取能力,对乙酸乙酯的萃取效果会产生不利的影响,但影响较少;采用多级逆流萃取法,相比单级萃取,可在较小乙酸乙酯用量下使萃取率达到95%以上,且逆流萃取合适的相比(A∶O)范围为1∶2.5-1∶3。  最后通过ASPENPLUS模拟计算了直接提取工艺与萃取工艺。通过对两种工艺进行物料成本及能耗进行比较,发现在丁二酸≤70g/L的发酵液体系,萃取工艺具有一定的优势。而对于丁二酸浓度>70g/L的发酵液体系,采用萃取工艺不合适。
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