膜分離技術在發(fā)酵液提煉中的應用

1、膜分離技術在發(fā)酵液提煉中的應用張麗(華北制藥威可達有限責任公司,河北,石家莊,050031【摘要】本文詳細論述了微濾,超濾,納濾這三種技術組合的膜技術在發(fā)酵液提取中的應用,提供了一種新型組合膜工藝。概述了膜分離技術的機理,優(yōu)勢,分類。對三種膜進行了詳細的介紹。提出了提高納濾濃縮倍數(shù)的一點看法?！娟P鍵詞】膜分離技術;發(fā)酵液;提煉【中圖分類號】Q815【文獻標識碼】B【文章編號】1003-3467(201010-0065-01膜分離作為新興的分離純化技術,以其精密、高效、低耗、環(huán)保、純物理分離過程等優(yōu)點,已被廣泛應用于水處理、食品、化工、生物醫(yī)藥、冶金等工業(yè)領域。現(xiàn)已應用膜過程有反滲透、納濾、超過

2、濾、微孔過濾、透析電滲析、氣體分離、滲透蒸發(fā)、控制釋放、液膜、膜蒸餾膜反應器等。發(fā)酵液的提煉包括分離,純化和濃縮。在產品的成本構成中,提煉占相當高的比例。應用現(xiàn)代化工藝是提高經濟效益的重要途徑。目前,膜分離技術越來越多地應用到提煉工藝中,取代了傳統(tǒng)的工藝,取得了良好的效益。1膜分離技術簡介膜分離技術是一種使用半透膜分離方法,其分離原理是依據(jù)物質分子尺度的大小,采用天然或人工合成高分子薄膜借助膜的選擇滲透作用,在常溫下以膜兩側壓力差或電位差為動力,在外界能量或化學位差的推動作用下對混合物中雙組分或多組分溶質和溶劑進行離、濃縮、提純及凈化技術,從而達到分離、提純和濃縮的目的。2發(fā)酵液特點發(fā)酵液大都

3、是具有生物活性的低聚糖、氨基酸、多肽、蛋白質等物質,黏度大.目的產物濃度很低。發(fā)酵法生產的抗生素原液中含有4%的生物殘渣、一定鹽分和約0.1%0. 2%的抗生素。發(fā)酵液含有大量的其他雜質,如菌絲體,蛋白質,殘存可溶底物,中間代謝產物、發(fā)酵液預處理過程中加入的物質等;而且某些目的產物的耐熱、耐PH值和耐有機溶劑性差,在分離過程中容易變性失活,因此要從發(fā)酵液折中去掉大量雜質,制取高純度的合乎藥典規(guī)定的產品,提煉是很重要的環(huán)節(jié)。3發(fā)酵液提煉的膜工藝3.1微濾(M F微濾(MF是發(fā)展最早,制備技術最成熟的膜形式之一,孔徑在0.05l0m之間,可以將細菌、微粒、亞微粒、膠團等不溶物除去,濾液純凈,國際上

4、通稱為絕對過濾。由于微濾孔徑相對較大,單位膜面積透水率高,而且制備成本最低,使用范圍非常廣。利用微濾或超濾操作進行菌體的錯流過濾分離是膜分離法的重要應用之一。與傳統(tǒng)的濾板,餅過濾和硅藻土過濾相比,錯流過濾法具有如下優(yōu)點:透過通量大;濾液清凈,菌體回收率高;添加助濾劑或絮凝劑.回收的菌體純凈,有利地進一步分離操作(如菌體破碎,胞內產物的回收等;適于大規(guī)模連續(xù)操作。易于進行無菌操作,防止雜菌污染。在發(fā)酵液提煉中我們用它把菌絲體與其他雜質分離,起到過濾的作用。3.2超濾(UF超濾是一種壓力驅動的膜分離過程,在一定流速下,用超濾膜的選擇透過性將溶液中的組分進行分離,允許某些組分透過而保留混合物中其他組

5、分,從而達到分離目的的技術.UF膜分離是一種錯流過濾,過濾介質平行通過膜,在過濾過程中料液通過泵的加壓,料液一定流速沿著濾膜的表面流過,大于膜截留分子量的物質分子不透過膜流回料罐,形成回流液;小于膜截留分子量的物質或分子透過膜,形成透析液。因此,膜系統(tǒng)都有兩個出口,一個是回流液(濃縮液出口,另一個是透析液出口。影響膜通量的因素主要有料液含固量、粘度、無機鹽含量、有機物質含以及膜的清洗恢復情況等。我們用此工藝對發(fā)酵液進一步提純。3.3納濾(NF納濾截留的相對分子量為100-1000,其操作壓力較低,一般在0.51.5MPa;。納濾恰好填補了超濾與反滲透之間的空白,納濾的分離機理與反滲透相似.同樣

6、遵循下列膜傳遞方程式:J W=A(Ap一x(1J s=BAc (2其中w、J s分別為溶劑與溶質的膜通量,A、B是與膜的材料及性質有關的參數(shù),Ap、x和Ac分別為膜內外兩側的壓力差、滲透壓差及溶質的濃度差。因無機鹽能透過納濾膜,其滲透壓遠比反滲透膜低。因此,由方程式可看出,在通量一定時,納濾所需的外加壓力要低于反滲透,而在壓力相同時,其通量要大于反滲透。這就是納濾具有操作壓力低、通量高等特性的原因。納濾膜多為復合膜,其表面分離層由聚電解質構成,存在道南效應(Donnan effect,在篩分和靜電作用下對低分子量有機溶質和鹽分離效果較好,能使有機溶質得到同步脫鹽和濃縮。對發(fā)酵液提煉方面的應用主

7、要表現(xiàn)在超濾液的濃縮,樹脂解吸液的濃縮以及結晶母液回收。發(fā)酵液通過微濾,超濾,納濾這三個膜分離技術后,濾液澄清度上升,減少了下面工序的負擔。同時納濾出來的水可以循環(huán)利用。無論是從節(jié)能的角度,還是從經濟效益的角度,都比以前的工藝有很大改進。4影響納濾膜分離性能的因素在納濾應用中一個很重要的參數(shù)就是濃縮倍數(shù),濃縮倍數(shù)上升,則意味著更加巨大的收益。如果濃縮倍數(shù)上升到一56河南化工2010年5月第27卷第5期(下HENAN CHE M I CAL I N DUSTRY4種硫化氫汽提塔頂材料耐腐蝕性能分析張傳周(西安石油大學機械工程學院,陜西,西安,710065【摘要】本文對四種硫化氫汽提塔頂材料進行浸

8、泡實驗,電鏡分析,結果表明:20#、1Cr18N i9Ti 、316L 到T A2,它們的耐蝕性依次增強。并且為煉廠催化裝置的硫化氫汽提塔頂?shù)倪x材提供建議和參考?！娟P鍵詞】硫化氫汽提塔頂;浸泡實驗;電鏡分析【中圖分類號】T Q125.1+2【文獻標識碼】B【文章編號】1003-3467(201010-0066-02在煉廠,催化加氫裝置是油品質量升級的關鍵裝置之一。我國目前大部分石油煉制設備是按含硫較低的情況設計的,近幾年來,含硫量較高的進口原油加工量逐步增加,因此設備腐蝕問題日益嚴重。其中,催化加氫裝置中塔頂空冷系統(tǒng)大部分設計材質是20#碳鋼,部分區(qū)域由于腐蝕造成嚴重減薄并影響到整套裝置的安全

9、運行,對生產造成損失。本文模擬現(xiàn)場環(huán)境,運用浸泡實驗,電鏡分析通過對20#鋼、1Cr18N i9Ti 、316L 及T A2四種材料的耐腐蝕性能進行比較,為煉廠催化裝置的硫化氫汽提塔的選材提供建議和參考。1實驗部分本實驗參照(國家標準G B10124-88金屬材料實驗室均勻腐蝕全浸泡實驗方法1。1.1試劑與儀器硫化氫氣體為外購鋼瓶氣,純度為99.9%,可以滿足試驗介質條件的要求;所用實驗溶液是在實驗室配置飽和硫化氫溶液+5%氯化鈉+0.5%冰乙酸(NACE 標準溶液;電光天平,上海天平儀器廠;恒溫水浴鍋,西安化機經營部;電鏡掃描時用S -360型掃描電子顯微鏡1.2 實驗裝置1.硫化氫鋼瓶2.

10、氮氣鋼瓶3.不銹鋼閘閥4.進氣口5.溫度計6.出氣口7.500mL 錐形瓶8.進氣緩沖管9.出氣緩沖管10.四級吸收瓶圖1注:各進氣、出氣口分別對應,另外A 、B 、C 、D 四個瓶將放在恒溫水浴裝置內。本實驗裝置主要由三大部分組成,即供氣部分,加熱部分和尾氣吸收部分。在供氣部分中硫化氫定程度,可以省去后面的許多工藝,可以取代蒸發(fā),吸附等濃縮工藝。這是不容忽視的。下面就這個問題展開討論。由于納濾膜自身結構上的特殊性.其分離性能除與膜材料自身的性質及制膜工藝有關外,還受操作條件、物質性質和組件構型三個方面的影響。4.1操作條件的影響操作條件主要指操作壓力、操作時間、料液流速與料液回收率.通常提高

11、操作壓力和料液流速可提高納濾膜的水通量和脫鹽率。由于納濾膜耐壓密性好.操作時間的延長基本上不降低納濾膜的水通量與截留率.而提高料液回收率則會降低水通量與脫鹽率。因此在應用納濾技術時應根據(jù)具體情況臺理選擇操作條件以獲得最佳分離效果。4.2物質性質的影響物料性質包括待處理料液中中性物質的分子量、離子濃度、半徑、電價及溶液的PH 值等,在納濾截留分子量以下,分子量越小、截留率越低;截留分子量越小的納濾膜,對同一分子量物質的截留率越高。通常情況下,提高離子的濃度會降低納濾膜的水通量與脫鹽率.而離子半徑的增大或電價的提高有利于提高納濾膜對該離子的截留率。由于多數(shù)納濾膜是荷電膜,其表面總帶一定的電荷,因而在處理那些荷電性受PH 值影響的物質(如氨基酸時.溶液PH 值變化會改變物料與納濾膜的相互作用,從而引起截留率的變化2。一般可調節(jié)pH 值來提高其截留率。4.3組件構型的影響影響納濾膜分離性能的因素除上述的操作條件及物料性質外,還有組件構型。也就是說,在操作條件和物料均相同的情況下,同一納濾膜的分離性能將固其采用的膜組件構型不同而有較大差別。組件構型包括毛細管、進料管道與透過管道高度、L 隙率和毛細管直徑等。5結束語隨著膜工業(yè)的進一步發(fā)展,越來越多的膜產生了。我們應該根據(jù)我們的實際需要,根據(jù)發(fā)酵液的物理特性,選擇合適自己企業(yè)生產的膜技術,靈活運用。在組合