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超滤在黄原胶发酵液后处理中的应用

发布日期:2015-05-10 13:38:49
超滤在黄原胶发酵液后处理中的应用
黄原胶是由黄单孢杆菌以玉米淀粉为主要 原料进行生物发酵、提纯精制获得的一种微生 物多糖。由于它具有在低浓度下的髙粘度、典 型的流变特性、耐酸碱、抗酶解,与其它化学 物质(酸、碱、盐、表面活性剂、防腐剂、增稠剂) 有令人满意的兼溶性,是一种品质优良的增稠 剂、悬浮剂、稳定剂、乳化剂、定型剂和助泡 剂。它广泛应用于石油开采、食品加工、日用 化工、轻纺印染、精细陶瓷、医药、涂料、农 业、消防等行业*是二次效益特别显着的新型 生物产品。
 
黄原胶发酵液粘度髙(3?lOPai),含胶量 仅2%?3%,杂质多。要对其进行分离提纯十 分困难,髙速离心法虽能去除发酵液中的菌丝 体等不溶物,达到食品级的要求,但应用到大 生产,难度较大,投资髙。国内均用醇法提取 黄原胶,但所生产出的食品级黄原胶仍含有菌 丝体。上海化工研究院采用预处理、多级膜分 离技术的集成工艺,既能达到去除菌丝体等不 溶物,又能去除可溶性小分子量的杂质(包栝盐 类),大大地提髙了产品质量,达到国外FCC标 准,而且过程、设备、操作都十分简单,是目前过滤黄原胶发酵液后处理工艺中最先进的工艺D 1处理工芝黄原胶发酵液预处理去除菌丝体和不溶物 后,所得处理液加人料液槽中,泵输送料液至 超滤装置,阀门2调节超滤器5压差,栗流量 由变速电机调节以改变超滤器的膜面速度。料 液经超滤膜过滤,在去除可溶性蛋白质、小分 子量有机物、盐类的同时,脱去大部分水,得 到浓缩黄原胶液,获得髙品质的黄原胶液,图1604020^ ?-?e_J/进枨扫销所示为黄原胶试验流程图。其中,设备、仪器 有储罐(40L,自制)、膜片式压力表(0? 0? 6MPa)、0. 09mz超滤器(自制)、不锈钢球阀、 G50—2螺杆栗(自制)和量筒等。
 
2分析方法及设备(1)透过速率:式中/——透过速率,LAm2 ? h)
 
K -…透过水量,L A——膜有效面积,m2 t…一透过量Y所需时间,h(2)秸度:以上海天平仪器厂ND—1旋转 粘度计测=(3)水分:烘干衡重称量法。
 
U)灰分:55(TC灼烧称重。
 
(5)N含量:凯氏定氮法。
 
3试验结果及讨论3-1不同品种膜对黄原胶水溶液分离的影响 由表1可见,P- H、P-1型号膜的透过速率 在低浓度时较高,而在较高浓度时透过速率下 降较快。P- I型膜在黄原胶浓缩浓度增大时,透 过速率下降相对较低,透过速率维持在较好的 设备操作点上,因此黄原胶的超滤浓缩用膜为 P- I 型。
 
表1 发酵液一预处理一超滤不同膜 在不同浓度下的透过速率(L/m?h)
 
1,0%1*5^.2-0%I型号l1,1?\Up-154. 5269, OS42. 4363.8239. 1450, 3337^ 8342. 31P- a56.50. 6640- 5146- SS34-5443-7529- 933G- 87P- ID51,3.949. 6737. S346* 7137* 1746, 0537,1743. 51注:1°为醇法揸取菌祌,£=为酸法摁取菌种,3.2温度对超滤透过速率的影响黄原胶溶液超滤与温度有较大关系,温度 升髙传质系数增大,一方面减少凝胶层的形成, 另一方面加大了水的渗透性,膜阻力降低。图 2所示为出口压力保持0.2MPa的超滤试验, 由图2可以看出,温度的升高能有效地增 加超滤透过速率*这是因为黄原胶在低温时容 易成凝胶< 增加了膜阻力,温度升高后,破坏了 凝胶层,降低了粘度,膜阻力降低,透过速率增 加。浓度1.2%黄原胶溶液的透过速率比浓度 5. 8%增加得快,这是由于黄原胶溶液浓度愈 高,料液粘度也愈高,愈容易形成凝胶层 < 膜阻 力增加。但由于温度升高,能耗增加,同时受超 滤膜及黄原胶溶液在髙温下降解等因素的制 约,因而温度不宜太高,一般控制温度在40 C ?SO'C之。旬。本试验超滤温度为50C左右,m 2温度对黄原胶液1分离性能的影响3,3膜面速度对分离性能的影响在超滤处理黄原胶溶液时,提高膜面速度 可减少沉积于膜面的溶质,减薄边界层厚度,适 当控制浓差极化。膜面速度的提髙大大增大了 料液的传质系数,同时也使黄原胶溶液的表观 粘度下降,图3所示为黄原胶溶液的浓度分别为 1.0K、2.0%、3. 8%、5.1%、6, 8%,压差为0.06MPa、温度为50 C的超滤数据,由此可见, 膜面速度是影响黄原胶分离性能的主要因素之 一,黄原胶的透玟速率随膜面速度增大而提高, 随膜面速度减小而降低,因此在超滤黄原胶溶 液时膜靣速度不宜过低,一般控制在大于2 m/s.
 
1.4操作压力对分离性能的影响超滤是以压力差驱动的膜分离过程,因此 压差也是分离性能的重要参数^在开始阶段,随 操作压力的增大,透过速率上升?但随着压力240I 1— 40褂m妇m图3瞋面速度对黄原胶分离性能的影响的进一步增大,膜表面的吸附层变厚,膜压实 进一步加大,这时操作压力即使再加大,不但 透过速率不随之上升反而随之下降。一般压力 差宜控制在a 25MPa以内。图4所示为温度保 持在50 C左右,不同黄原胶溶液浓度下,膜面 速度为2m/s时,透过速率与压差的关系。>3.5膜面高度对分离性能的影响在板框式超滤中,膜面高度也是重要的设 计参数之一。它的大小是影响透过速率、能耗 的关键因素。膜面高度越低?透过速率越大,膜 组件压力损失也越大,并且在相同的膜面高度 下*膜面速度越大,膜组件的压力损失增加的 幅度也越大;在相同的输送量下,膜面高度越 高,流体在平板膜上的流速就越低,湍流程度 也越低,故膜面易存在浓差极化现象,透过速 率将降低。如此就需提高泵的输送量,提高流 体在膜面上的流速,增加湍流程度,于是能耗 增加。但若膜面高度控制得太低,膜组件的压 力损失增加,也会提高输送泵的能耗^图5所示为黄原胶溶液浓度3, 68%,在不 同的膜面高度下,透过速率与膜面速度的关系,以及透过速率与浓度的关系。本试验温度控制 在50’C,膜面高度分别为0_8mm、h 0mm、L 2mm。
 
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04080120160200240膜面速度/am—图5膜面髙度一黄原胶浓度一透过速率的关系由图5可知,适当地降。低膜面高度能有效 地提高超滤透过速率。降低膜面高度,提高了 透过速率,同时膜组件压力损失也增大。综合 考虑以上因素,膜面高度在处理低浓度黄原胶 时以0.6?0.8mm较为适宜,在高浓度时以0.8?1. Omm为佳s3.6超滤处理对黄原胶产品质量的影响确定了超滤的操作参数后,对不同菌种的 黄原胶选择不同的超滤处理工艺(超滤I、超滤 [U超滤B ),其产品质量的变化对比如表2、表3所示■=从表2、表3可以看出,在相同浓度、相同 处理条件及操作条件下,黄原胶菌种不同,所表2不同处理工艺的产品质量对比(黄原胶菌种为酸法提取)
 
工艺N含量/K粘度/PH。灰分剪切性能Gli工业级 (食品级:d - 5 (0.3)>0* 60 (I. 20)<13C:l>发酵液U 123a 7813. 586,123预处理一超滤rCL 6370. 9610. 306-16?
 
预处理一超滤I0.4391. 358.977-447预处理_超漶10. 478U 578- ^S. 171表3不同处理工艺的产品质量对比工艺N含量/%粘度/Pa*s灰分/MGB I业级(食品级)O. 5(0.8)>0. S0(L 20)<13(11)
 
发酵液0. 95390‘ 3812. 358预处理一超滤10* 774S0‘ 609. S70预处理一超滤E0.5S591^446. 245预处珂一趄珑I0. 43861,565.哪对称进口水力旋流器多相流场 及分离性能的数值模拟 刘刚,雷明光杨小丽(四川大学化工学院)
 
摘要选用混合模型对对称进口旋流器的流场及分离效率进行数值模拟,同时在 分离效率、切割又寸、生产能力几个方面与普通的单进口旋流器进行比较。研究结 果为旋流器的改进提供更多的参考。
 
关键词数值模拟水力旋流器混合模型多相流分离性能〇引言旋流器是一种用途非常广泛的分离、分级、 分选的设备,由于其结构简单、操作方便、运 行和维护费用低等特点被广泛用于工业生产过 程中。自20世纪60年代以来,许多学者应用 N — S方程以及流体连续性方程在旋流器的流 场、颗粒运动行为、分离机理等方面做了大量 的工作f建立了许多描述湍流的模型。其中较 为成熟的模型有:零方程模型、单方程模型、双 方程模型、代数应力模型和雷诺应力模型等[1:, 但是受到计算机性能的限制,实现起来比较困 难,仅限于单一流体的运动情况。20世纪80年 代以来,随着现代测试技术和计算与模拟技术 的飞速发展,数值模拟的准确度和可靠性不断 提高,模拟值与实际值更为接近。
 
本文采用修正的是一d即RNG 模型 对对称进口水力旋流器的流场进行模拟 同时 对其分离性能与单进口旋流器作比较4(收铕日期:2005-04-27)
 
得产品的品质结果也不同。
 
4结论a)经过预处理一超滤分离浓缩黄原胶发 酵液后,黄原胶产品质量可达到较好水平。醇 法提取的菌种其标准粘度最高达1. 560Pa-s, 总氮最低达0.43沉,灰分最低达5. 689;酸法 提取的菌种其标准粘度最高达1.570Pa*s,总 气最低达0.478,灰分最低达8.56。
 
(1)对比表2、表3可见,相同浓度、相 同处理条件及操作条件下,黄原胶菌种不同,所 得产品的品质结果也不同,在工业化生产时,需区别对待。
 
C3)表2、表3显示的产品品质以预处理 一超滤I工艺为最佳,其次是预处理一超滤S 工艺。在实际应用中可根据市场不同的要求,选 取合适的生产工艺,生产不同质量的产品?
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