味精等电母液资源化新方法及过程模拟

来源 :中国科学院过程工程研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lzb640418
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味精等电母液资源化对于实现味精清洁生产具有重要的意义。电渗析具有过程简单、效率高、废物排放少等特点,可为某些物质资源的再生和回收、降低物质和能源消耗、减少废物排放、消除环境污染以及某些酸和碱的分离和制备提供新的途径。   本论文针对味精生产工艺的特点研究了味精等电母液资源化的新方法,考察了电渗析资源化等电母液中硫酸铵和谷氨酸的工艺,并采用不可逆过程热力学方法推导了电渗析的过程动力学模型。   首先探索了从发酵液直接电渗析提取谷氨酸盐、从味精等电母液电渗析脱盐和从味精等电母液电渗析再生酸碱这三种电渗析方案,综合评价后选定电渗析再生等电母液中硫酸铵的方案。   研究了离子交换膜、碱室氨浓度、电流密度、流速和初始酸浓度对双极膜电渗析再生硫酸铵的过程性能的影响。对于选定的膜组合,并采用六室膜堆结构分别测定了阴膜、阳膜的极限电流密度。采用响应面分析法优化了电渗析生产酸碱过程的操作参数,硫酸铵的转化率达到91%以上,平均电流效率为51.9%,能耗为99.2 kWh m-3母液。经无机膜微滤或中空纤维膜超滤等电母液可以提高电渗析的过程性能,采用酸-碱-水的清洗方法可以减缓膜污染状况。   考察了电渗析分离回收等电母液中谷氨酸的工艺。实验表明,改进型普通电渗析可以连续操作从等电母液中分离回收谷氨酸,较高的初始谷氨酸浓度、变压操作模式可以降低能耗、提高电流效率,谷氨酸最高回收浓度可达40 gl-1;用改进型普通电渗析回收的谷氨酸溶液作为双极膜电渗析酸室初始进料液回收双极膜电渗析生产的硫酸,将两步电渗析进行组合可以降低能耗。   采用不可逆过程热力学方法分析流和场的耦合作用,推导出混合电解质溶液电渗析生产酸碱过程中离子和水通过膜的传递方程。在电流一致性条件下,结合离子和水通过膜的传递方程建立了沿腔室流动方向的离子浓度及流速变化的过程模型。氯化钠、硫酸钠溶液电渗析过程各室电解质浓度、溶液体积和电流密度的计算结果与实验结果吻合较好。   用上述模型模拟了操作条件、离子交换膜性能参数和装置结构对电渗析脱盐和再生酸碱的过程性能的影响。模拟表明,双极膜的性能是影响电渗析再生酸碱过程效率的主要因素。适当提高初始进料溶液浓度、选择性能优良的离子交换膜和适宜的电渗析器结构可以提高脱盐效果和再生酸碱的效率。味精等电母液电渗析再生酸碱过程的模拟结果与实验结果相吻合,表明本文建立的模型能够模拟复杂电解质体系的电渗析过程。
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