陶瓷膜过滤在耐热级L-乳酸提取工艺中的应用

论文摘要

目前,大多采用乳酸钙结晶和硫酸酸解工艺提取乳酸,所得粗乳酸再经过多步碱化、絮凝、酸化、离子交换、活性炭脱色等工序处理得到高纯乳酸。工艺相对成熟,但是劳动强度较大,对环境污染严重,产品收率低,而且对发酵液中杂质的去除效果不好。如何提高提取收率,降低生产成本,制备高品质的L-乳酸是如今乳酸行业研究的重点,本论文应用新兴的陶瓷膜分离技术对L-乳酸发酵液进行粗提取,代替原有工艺中的碱化与絮凝步骤,并对新工艺的可行性进行了研究。本文选用0.01μm孔径的陶瓷膜进行实验室规模的L-乳酸纯化提取,并与常规工艺进行比较,测定每步提取滤液中的葡萄糖、氨基酸、蛋白质和铁离子浓度的含量,同时测定滤液的热稳定性变化,结果表明,陶瓷膜对氨基酸和蛋白质具有良好的过滤效果,对葡萄糖的过滤效果略差于原工艺中的加碱与絮凝两个步骤,对铁离子的去除能力几乎没有,而原工艺中的加碱步骤则可以有效的去除大部分的铁离子。但是经过离子交换后,滤液中的各个指标基本相当,不影响最终的乳酸成品。陶瓷膜工艺完全可以生产出热稳定性合格的L-乳酸。通过对陶瓷膜过滤条件的研究,确定了优化的过滤条件,即:陶瓷膜孔径0.01μm、各批次过滤前膜的初始清水通量为500 L·m-2·h-1（0.1 MPa压力下测定）以上,操作压力0.2 MPa、操作温度70℃以上。上述条件下过滤L-乳酸发酵液稳定膜通量可达250 L·m-2·h-1以上。通过对过滤过程阻力分析,得出L-乳酸发酵液过滤过程膜污染主要发生在过滤初期,污染类型主要为膜孔堵塞,堵孔阻力在总阻力中占70～80%,对膜通量的变化起着决定作用。陶瓷膜清洗较优的清洗步骤为:放空料液,清水洗净,用强碱清洗30min,再用清水冲洗至渗透液呈中性（pH试纸检测）,强酸清洗15min,最后用清水再冲洗至渗透液呈中性即可。此时膜通量一般能恢复至700 L·m-2·h-1左右,且清洗效果的重复性较好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 乳酸的性质
• 1.1.1 乳酸的分子结构
• 1.1.2 乳酸的理化性质
• 1.2 乳酸的应用与供需情况
• 1.2.1 乳酸的应用
• 1.2.2 乳酸的供需情况
• 1.3 乳酸的生产方法
• 1.3.1 发酵法
• 1.3.2 化学合成法
• 1.3.3 酶法
• 1.4 乳酸发酵下游工程的研究现状
• 1.4.1 乳酸提取工艺的研究
• 1.4.2 乳酸精制工艺的研究
• 1.5 无机陶瓷膜简介
• 1.5.1 无机陶瓷膜研究进展
• 1.5.2 无机陶瓷膜的特点
• 1.6 本论文的研究意义与研究内容
• 第二章 乳酸热稳定性的影响因素的研究
• 2.1 引言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 实验方法
• 2.2.3 分析方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 热稳定性测定方法的建立
• 2.3.2 原料乳酸成分分析
• 2.3.3 温度对热稳定性的影响
• 2.3.3 葡萄糖对乳酸热稳定性的影响
• 2.3.4 蛋白质对乳酸热稳定性的影响
• 2.3.5 氨基酸对乳酸热稳定性的影响
• 2.3.6 金属离子对乳酸热稳定性的影响
• 2.4 本章小结
• 第三章 陶瓷膜工艺制取热稳定性乳酸的可行性研究
• 3.1 引言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 工艺流程与实验方法
• 3.2.3 分析方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 提取过程中料液透光度的变化
• 3.3.2 提取过程中葡萄糖含量的变化
• 3.3.3 提取过程中蛋白质含量的变化
• 3.3.4 提取过程中氨基酸含量的变化
• 3.3.5 提取过程中金属离子含量的变化
• 3.3.6 提取过程中热稳定性的变化
• 3.4 本章小结
• 第四章 陶瓷膜过滤乳酸发酵液过滤条件的优化
• 4.1 引言
• 4.1.1 陶瓷膜的结构
• 4.1.2 陶瓷膜微滤的基本原理
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 材料与设备
• 4.2.2 分析方法
• 4.3 工艺流程与实验方法
• 4.3.1 陶瓷膜过滤流程与方法
• 4.3.2 陶瓷膜设备的主要参数
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 膜通量随过滤时间的变化
• 4.4.2 膜孔径对过滤稳定膜通量的影响
• 4.4.3 操作压力对过滤稳定膜通量的影响
• 4.4.4 操作温度对过滤稳定膜通量的影响
• 4.4.5 陶瓷膜初始状态对过滤稳定膜通量的影响
• 4.4.6 膜过滤过程滤液性质的稳定性
• 4.5 本章小结
• 第五章 乳酸发酵液膜过滤过程主要阻力分析及膜的清洗与再生
• 5.1 引言
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1 主要试剂
• 5.2.2 膜的清洗方法
• 5.3 过滤过程各部分阻力分析与结果
• 5.3.1 污染机理分析
• 5.3.2 陶瓷膜过滤乳酸发酵液时阻力组成
• 5.4 陶瓷膜的清洗与再生
• 5.4.1 清洗剂的选择
• 5.4.2 清洗时间对清洗效果的影响
• 5.4.3 组合清洗步骤的清洗效果比较
• 5.4.4 清洗周期的确定
• 5.4.5 陶瓷膜的保养与保存
• 5.5 本章小结
• 全文结论
• 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文一览表