[發明專利]一種基于全膜分離系統的丁二酸分離裝置及方法

有效

• 申請號: 201010574166.6
• 申請日: 2010-11-30
• 公開（公告）號: CN102476989A
• 公開（公告）日: 2012-05-30
• 發明（設計）人: 邢建民;王彩霞;李強;王丹;張云劍;唐煌;萬印華;蘇儀
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: C07C55/10
• 分類號: C07C55/10;C07C51/42;B01D61/58
• 代理公司: 北京法思騰知識產權代理有限公司 11318
• 代理人: 楊小蓉;高宇

技術領域

本發明涉及發酵工業中丁二酸分離領域，具體地，本發明涉及一種基于全膜分離系統的丁二酸分離裝置及方法。

背景技術

丁二酸(Succinic?Acid)又名琥珀酸，廣泛存在生物體中，是一種重要的二元有機羧酸，也是微生物三羧酸循環及糖酵解途徑的重要代謝產物。因其獨特的結構和化學性質，丁二酸在很多領域有著廣泛的用途，可用于合成可降解塑料、醫藥領域的鎮定劑、食品工業的食品添加劑、表面活性劑及其它等。丁二酸的合成由傳統的化工合成方法和新型的生物發酵法，因生物發酵法原料低廉，并且可以固定CO₂而成為近些年來有機酸研究的熱點。除了發酵工藝(US7455997、CN101389752、US6596921)及菌種選育(CN101531972)等的探索，丁二酸的分離純化也是發酵液生產丁二酸的重要研究內容。

目前專利及文獻中報道的丁二酸的分離純化方法主要有鈣鹽法、液液萃取法、吸附法、電滲析法、膜分離等方法，現有的丁二酸發酵液提取工藝存在的主要問題總結如下：

1、盡管鈣鹽法(CN101643400、US5143834)為當前生產丁二酸所用的主要分離純化方法，但是在其工藝過程中需要大量的鈣鹽原料氧化鈣或氫氧化鈣，同時鈣鹽法在生產丁二酸的同時會生產大量的副產物石膏，并且該工藝線路繁雜，產品的質量不穩定。

2、液液萃取法(US5773653)提取丁二酸主要是采用叔胺類萃取劑進行萃取，萃取劑的選擇面很窄，而且萃取效率不高，另外很重要的問題是萃取劑具有較大的毒性，不適于制備食品級或者醫藥級的丁二酸。

3、吸附法(CN101348428、CN101348429、CN101811953A)主要采用離子樹脂吸附，該工藝存在的主要問題是吸附劑的吸附量比較小，樹脂處理頻繁，再生困難，并且該工藝過程需要大量的洗脫液，因此對水的用量較大。

4、電滲析法(CN101486637A)工藝存在的主要問題是耗能太高，并且電滲析膜也很容易污染損耗。

5、現有的膜分離方法主要是利用單個膜單元操作比如微濾或者超濾進行丁二酸的分離，而沒有將其與合適的單元操作結合起來，單元操作設計不合理，使得工藝路線繁雜，或者分離效果差。比如中國專利CN101748161A采用超濾單元操作處理丁二酸的發酵液，超濾之前使用過濾裝置實現固液分離，這樣不利于實現分離工藝和發酵工藝的耦合；中國專利CN101811953A將發酵液進行超濾操作，獲得的濾液采用H-型強酸性陽離子交換樹脂，然后再經過納濾單元操作，最后再濃縮、結晶獲得丁二酸晶體，該工藝路線較長，單元操作較多，經濟性差；中國專利CN101486637A將丁二酸發酵液先進行微濾操作，再通過納濾截留蛋白及色素，然后再通過電滲析、濃縮、結晶等操作獲得丁二酸晶體，該工藝中納濾操作除去蛋白色素，經濟性差，可以采用超濾和活性炭吸附代替，之后的電滲析操作也可以通過直接調節pH來實現，工藝路線不經濟，操作單元功能重疊；中國專利CN1887843A中將發酵液經過微濾超濾之后進行活性炭吸附脫色，濃縮結晶，獲得的丁二酸晶體，此工藝路線雖然簡單，但是對于超濾之后未結晶的母液未考慮，造成最終丁二酸的收率較低。中國專利CN101475464利用微濾超濾及兩次納濾對丁二酸的發酵液進行處理，工藝繁多，采用兩次納濾及較多的后續操作處理，并且在工藝中需多次調節pH，其兩次納濾可以用一次合適的納濾操作來代替，降低了成本，同時也避免了兩次納濾操作帶來的多次pH的調節。

微濾、超濾都是基于物理篩分原理實現發酵液的初步澄清，在發酵液的處理中有一定的應用。納濾是近年來在反滲透基礎上發展起來一種新型膜分離技術，其相對截留分子量(MWCO)約為200～2000，隨著制膜技術的提高，其相對截留分子量(MWCO)在200以下的也有了很多相關報道。納濾膜分離基于篩分效應和電荷效應，篩分效應是使得納濾膜能夠較好的截留有機小分子，而基于電荷效應，則其能夠很好的將二價及高價離子截留，對于一價離子則具有較高的透過性，除此之外，納濾操作能對發酵液進行比較好的脫色。當前納濾技術在飲用水的軟化及除去有機物方面、醬油脫鹽、果汁牛奶濃縮、中草藥成分的提取等方面已有相關專利報道。利用納濾進行丁二酸的分離純化，僅有CN101748161A、CN101486637A、CN101475464等幾篇專利報道，上述專利中存在的不足已在前面的敘述中指出。基于全膜分離系統進行丁二酸的分離純化，僅有中國專利CN101475464報道，其存在的問題除了如前所述，還有未考慮將分離工藝與發酵工藝耦合的不足。