以粘胶纤维压榨碱液为原料生产木糖醇的膜过滤工艺 |
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| 申请号 | CN201410622190.0 | 申请日 | 2014-11-07 | 公开(公告)号 | CN104402676A | 公开(公告)日 | 2015-03-11 |
| 申请人 | 宜宾雅泰生物科技有限公司; | 发明人 | 邓传东; 冯涛; 孙毅; 唐孝兵; 莫世清; 周林; 罗红梅; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种以粘胶 纤维 压榨 碱 液为原料生产木糖醇的 膜过滤 工艺，其特征在于：具体工艺步骤如下：A、膜浓缩，粘胶纤维生产的压榨液先经预过滤除去大颗粒杂质，透过液经纳滤膜循环浓缩2-4次，最后一次的浓缩液进入 扩散渗析 阳离子交换膜堆，所得浓缩液即为压榨液的浓缩液；所述的纳滤膜循环浓缩2-4次，在每次过滤前，料液都经加 水 稀释后进入纳滤膜；B、提取半纤，将压榨碱液的浓缩液加酸中和，得到半纤液体。C、 水解 ，在半纤液体中加入稀 硫酸 ，发生水解反应；D、纯化，水解液经陶瓷膜过滤，透过液进入纳滤膜脱盐，浓缩液经 活性炭 脱色，得到木糖的纯化液；E、氢化，木糖的纯化液中通入氢气，在镍的催化作用上发生氢化反应，得到木糖醇。 | ||||||
| 权利要求 | 1.以粘胶纤维压榨碱液为原料生产木糖醇的膜过滤工艺，其特征在于：具体工艺步骤如下： |
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| 说明书全文 | 以粘胶纤维压榨碱液为原料生产木糖醇的膜过滤工艺技术领域[0001] 本发明涉及木糖醇制备领域，具体涉及一种以粘胶纤维压榨碱液为原料生产木糖醇的膜过滤工艺。 背景技术[0002] 木糖醇的甜度相当于蔗糖,热量相当于葡萄糖，木糖醇能调整糖代谢的异常，是糖尿病人的营养剂和治疗剂。木糖醇有较强的抗酮体作用，可用以抢救酮体病人。木糖醇能减慢血浆中产生脂肪酸的速度，但不会使血糖上升，也是肝炎病人的保肝药物。木糖醇热稳定性好，和氨基酸一起加热不产生化学反应，可以和氨基酸配制各种制剂，作为营养药物。木糖醇作为食品还具有特殊的防龋功能。但木糖醇是价格贵的多元醇之一，生产成本过高是推广其应用的主要障碍。每年农林业生产都会产生大量含半纤维素(约20%~40%)的废料。利用半纤维素水解得到的木糖转化生产木糖醇，不仅具有良好的经济效益，还有重要的环保意义。 [0003] 在以化学浆（木浆、棉浆、草浆、芦苇浆等植物纤维素）为原料的粘胶纤维生产过程中，采用碱液对纤维素进行处理（浸渍、压榨）是制造粘胶纤维的第一步。半纤维素浓度高，对粘胶纤维生产工艺和成品质量产生极其不利的影响，因此必须在浸渍工艺中用碱液将半纤维素溶出，才能获得高强度的纤维素，所以在上述过程中会产生大量的富含半纤维素的高浓度碱压榨液。 [0004] 碱压榨液中的主要成分为氢氧化钠和半纤维素。现有的压榨碱液的处理方法多采用纳滤技术将半纤维素从中分离出来，得到较为纯净的碱液。经过净化的碱液可以直接回用到工艺中，但是纳滤膜仅能将部分碱实现回用，其截留液中的半纤维素经过浓缩后得到的浓缩液中依然含有大量的碱。目前该部分料液作为废碱用于中和工艺，半纤维素进入废水处理，或者采用灼烧回收氢氧化钠，半纤维素被燃烧。从以上现有工艺可知，半纤维素并没有得到充分利用。 [0005] 201210104647.X，名称为“一种利用粘胶纤维生产过程中压榨废碱液制备木糖的方法”的发明专利。通过膜过滤制备半纤维素溶液、半纤维素的提取、半纤维素的水解、中和脱酸、预浓缩、脱色、离子交换以及常规浓缩、结晶、分离、干燥工序得到木糖成品。该专利采用工业乙醇提取半纤维素，成本高。 发明内容[0006] 针对上述技术问题，本发明提供了一种以粘胶纤维压榨碱液为原料生产木糖醇的膜过滤工艺。得到的木糖醇盐分低，纯度高，工艺运行效率高，适应于大规模生产。 [0007] 为实现上述发明目的，本发明采用如下的技术方案：以粘胶纤维压榨碱液为原料生产木糖醇的膜过滤工艺，其特征在于：具体工艺步骤如下： A、膜浓缩 粘胶纤维生产的压榨液先经预过滤除去大颗粒杂质，透过液经纳滤膜循环浓缩2-4次，最后一次的浓缩液进入扩散渗析阳离子交换膜堆，所得浓缩液即为压榨液的浓缩液；所述的纳滤膜循环浓缩2-4次，在每次过滤前，料液都经加水稀释后进入纳滤膜。 [0008] B、提取半纤将压榨碱液的浓缩液加酸中和，得到半纤液体。 [0009] C、水解在半纤液体中加入稀硫酸，发生水解反应； D、纯化 水解液经陶瓷膜过滤，透过液进入纳滤膜脱盐，浓缩液经活性炭脱色，得到木糖的纯化液； E、氢化 木糖的纯化液中通入氢气，在镍的催化作用上发生氢化反应，得到木糖醇。 [0010] 本发明所述的A步骤，纳滤膜的截留分子量为200-400，使碱从透过液分离出去，逐步减低碱浓，提升半纤浓度。 [0011] 本发明所述的A步骤，扩散渗析使用的膜为多张阳离子交换膜，阳离子交换膜之间的距离是0.4-0.9mm，防止对扩散渗析膜的堵塞。 [0012] 本发明所述的A步骤，每次纳滤膜过滤前，加水稀释的量为原料液体积的1倍，过滤得到的浓缩液体积与原料液体积相同。保证过滤效率的同时，对纳滤膜的损伤小。 [0013] 优选地，所述的透过液含碱200-300g/l，含半纤40-80 g/l，经纳滤膜循环浓缩后，得到浓缩液含碱12-75g/l，含半纤40-80g/l；所述扩散渗析浓缩液中含碱2-4g/l，含半纤40-80g/l。减低碱浓的前提下，保证膜的过滤效率；同时将碱浓降至最低，保证了半纤的纯度。 [0014] 本发明所述的预过滤是指，压榨碱液依次经过转鼓过滤、板框过滤和超滤除去大颗粒杂质。预过滤是使压榨碱液不含5微米以上的固体杂质，保护后面的膜不被固体杂质损伤。 [0016] 本发明所述的A步骤，纳滤膜的过膜压差为3-4bar，扩散渗析的过膜压差为0.3-0.8bar。针对粘胶压榨碱液粘度较高的特点，采用较高的压差进行过滤，可以保证碱液中的半纤浓度达到工艺要求。 [0017] 本发明所述的A步骤，料液在纳滤膜中的流量为25-40m3/h，在扩散渗析中的流量为2-20mm/s。保证单支膜的表面流速较高，使膜不容易被污染；保证料液与电渗析膜的接触时间，从而使半纤与碱能充分分离。 [0018] 本发明所述的A步骤，纳滤膜的单支过滤面积是26.8m2，扩散渗析阳离子交换膜的2 单支过滤面积是一个膜堆50m，单支膜在占用较小的空间的前提下具有较大的过滤面积。 [0019] 本发明所述的B步骤，浓缩液加酸中和，指的是加入盐酸中和。加盐酸的优点是形成的盐分子量较低，有利于后期的脱盐。 [0020] 本发明所述的D步骤，陶瓷膜的截留分子量为800-1500，分离木糖和未水解的半纤，保证产品纯度。 [0021] 本发明所述的D步骤，所述纳滤膜的截留分子量为100-200。由于采用盐酸中和，生成的盐是氯化钠，氯化钠的分子量比较小，远低于100，而木糖分子量远大于100，可以有效地实现盐和木糖的分离。 [0022] 优选地，所述的纳滤膜脱盐，过膜压差为3-4bar，温度为30-40℃，单支过滤面积2 是26.8 m，适应低截留分子量的变化，保证盐和木糖的分离。 [0023] 优选地，所述纳滤膜浓缩前的料液体积为浓缩液体积的10-15倍，有利于降低木糖中的盐分含量。 [0024] 本发明所述D步骤的脱色是指：调整pH值为4-5，加入活性炭，在50-60℃下吸附0.5-1h。 [0025] 优选地，所述的活性炭为LY-T-ac活性炭，用量为3-5%。对糖液的脱色效果最好，脱色率为70%，糖的损失率最低。 [0026] 本发明的有益效果在于：1、本发明采用纳滤膜和扩散渗析膜堆组合过滤浓缩半纤，由于纳滤膜的运行成本低于扩散渗析，先用纳滤膜过滤，将碱浓降至一定的程度后，再使用扩散渗析来提高浓缩液的半纤，降低碱浓，从而降低整个生产的成本以及提高生产效率。纳滤和扩散渗析相互配合，优势互补，使最终浓缩液中含碱2-4g/l，含半纤40-80 g/l，实现了低碱浓，高半纤；且工艺运行效率高，对膜的损伤小，成本低。 [0027] 2、本发明的纳滤膜过滤加水稀释的量为原料液体积的1倍，每次过滤得到的浓缩3 液体积与原料液体积相同，可实现纳滤膜每小时过水10m 左右，保证了过滤效率；同时，对膜的损伤小，使用寿命可以达到其质保期的2-3倍，很大程度上降低了成本，适应于工业化大规模生产。 [0028] 3、本发明对得到的浓缩液加盐酸中和，再采用截留分子量为100-200的纳滤膜脱盐。盐酸中和生成的盐是氯化钠，氯化钠的分子量较小，远低于100，而木糖分子量远大于100，可以有效地实现盐和木糖的分离。有利于后期的脱盐，进一步提高了木糖的纯度。 [0029] 4、本发明将水解液先用陶瓷膜分离木糖和未水解的半纤，保证产品纯度，透过液再进入纳滤膜脱盐，从而有效地实现了盐和木糖的分离，木糖氢化后转化为木糖醇，最终得到木糖醇的电导率为8000-10000μs/cm ，灼烧残渣为3-6%。灼烧残渣是衡量无机盐的直接指标，说明了木糖醇中无机盐所占的质量分数仅为3-6%；电导率是反应液体中存在的电解质的程度，木糖醇的主要电解质就是无机盐类，所以这个指标也可以反应出产品中盐分的多少。低电导率和灼烧残渣说明了采用本发明方法得到的木糖醇盐分低，纯度高达85%以上。 具体实施方式[0030] 下面结合具体实施方式对本发明的实质性内容作进一步详细的描述。 [0031] 实施例1以粘胶纤维压榨碱液为原料生产木糖醇的膜过滤工艺，具体工艺步骤如下： A、膜浓缩 粘胶纤维生产的压榨液先经预过滤除去大颗粒杂质，透过液经纳滤膜循环浓缩2次，最后一次的浓缩液进入扩散渗析阳离子交换膜堆，所得浓缩液即为压榨液的浓缩液；所述的纳滤膜循环浓缩2次，在每次过滤前，料液都经加水稀释后进入纳滤膜； B、提取半纤 将压榨碱液的浓缩液加酸中和，得到半纤液体。 [0032] C、水解在半纤液体中加入稀硫酸，发生水解反应； D、纯化 水解液经陶瓷膜过滤，透过液进入纳滤膜脱盐，浓缩液经活性炭脱色，得到木糖的纯化液； E、氢化 木糖的纯化液中通入氢气，在镍的催化作用上发生氢化反应，得到木糖醇。 [0033] 实施例2以粘胶纤维压榨碱液为原料生产木糖醇的膜过滤工艺，具体工艺步骤如下： A、膜浓缩 粘胶纤维生产的压榨液先经预过滤除去大颗粒杂质，透过液经纳滤膜循环浓缩3次，最后一次的浓缩液进入扩散渗析阳离子交换膜堆，所得浓缩液即为压榨液的浓缩液；所述的纳滤膜循环浓缩3次，在每次过滤前，料液都经加水稀释后进入纳滤膜； B、提取半纤 将压榨碱液的浓缩液加酸中和，得到半纤液体。 [0034] C、水解在半纤液体中加入稀硫酸，发生水解反应； D、纯化 水解液经陶瓷膜过滤，透过液进入纳滤膜脱盐，浓缩液经活性炭脱色，得到木糖的纯化液； E、氢化 木糖的纯化液中通入氢气，在镍的催化作用上发生氢化反应，得到木糖醇。 [0035] 实施例3以粘胶纤维压榨碱液为原料生产木糖醇的膜过滤工艺，具体工艺步骤如下： A、膜浓缩 粘胶纤维生产的压榨液先经预过滤除去大颗粒杂质，透过液经纳滤膜循环浓缩4次，最后一次的浓缩液进入扩散渗析阳离子交换膜堆，所得浓缩液即为压榨液的浓缩液；所述的纳滤膜循环浓缩4次，在每次过滤前，料液都经加水稀释后进入纳滤膜； B、提取半纤 将压榨碱液的浓缩液加酸中和，得到半纤液体。 [0036] C、水解在半纤液体中加入稀硫酸，发生水解反应； D、纯化 水解液经陶瓷膜过滤，透过液进入纳滤膜脱盐，浓缩液经活性炭脱色，得到木糖的纯化液； 木糖的纯化液中通入氢气，在镍的催化作用上发生氢化反应，得到木糖醇。 [0038] 所述的A步骤的纳滤膜循环浓缩，加水稀释的量为原料液体积的1倍，每次过滤得到的浓缩液体积与原料液体积相同。 [0039] 所述扩散渗析使用的膜为多张阳离子交换膜，阳离子交换膜之间的距离是0.4mm。 [0040] 实施例5本实施例与实施例2基本相同，在此基础上： 所述的A步骤，纳滤膜的截留分子量为400。 [0041] 所述的A步骤的纳滤膜循环浓缩，加水稀释的量为原料液体积的1倍，每次过滤得到的浓缩液体积与原料液体积相同。 [0042] 所述扩散渗析使用的膜为多张阳离子交换膜，阳离子交换膜之间的距离是0.9mm。 [0043] 实施例6本实施例与实施例3基本相同，在此基础上： 所述的A步骤，纳滤膜的截留分子量为300。 [0044] 所述的A步骤的纳滤膜循环浓缩，加水稀释的量为原料液体积的1倍，每次过滤得到的浓缩液体积与原料液体积相同。 [0045] 所述扩散渗析使用的膜为多张阳离子交换膜，阳离子交换膜之间的距离是0.5mm。 [0046] 实施例7本实施例与实施例1基本相同，在此基础上： 所述的A步骤，纳滤膜的截留分子量为250。 [0047] 所述的A步骤的纳滤膜循环浓缩，加水稀释的量为原料液体积的1倍，每次过滤得到的浓缩液体积与原料液体积相同。 [0048] 所述扩散渗析使用的膜为多张阳离子交换膜，阳离子交换膜之间的距离是0.6mm。 [0049] 实施例8本实施例与实施例4基本相同，在此基础上： 所述的A步骤，所述的透过液含碱300g/l，含半纤80g/l，经纳滤膜循环浓缩后，得到浓缩液含碱75g/l，含半纤80g/l ；所述扩散渗析浓缩液中含碱4g/l，含半纤80g/l。 [0050] 实施例9本实施例与实施例5基本相同，在此基础上： 所述的A步骤，所述的透过液含碱260g/l，含半纤70g/l，经纳滤膜循环浓缩后，得到浓缩液含碱32.5g/l，含半纤80g/l；所述扩散渗析浓缩液中含碱3.5g/l，含半纤70g/l。 [0051] 实施例10本实施例与实施例6基本相同，在此基础上： 所述的A步骤，所述的透过液含碱200g/l，含半纤40g/l，经纳滤膜循环浓缩后，得到浓缩液含碱12.5g/l，含半纤40g/l；所述扩散渗析浓缩液中含碱2g/l，含半纤40g/l。 [0052] 实施例11本实施例与实施例7基本相同，在此基础上： 所述的A步骤，所述的透过液含碱220g/l，含半纤60g/l，经纳滤膜循环浓缩后，得到浓缩液含碱55g/l，含半纤60g/l；所述扩散渗析浓缩液中含碱3g/l，含半纤60g/l。 [0053] 实施例12本实施例与实施例8基本相同，在此基础上： 所述的预过滤是指，压榨液依次经过转鼓过滤、板框过滤和超滤除去大颗粒杂质。 [0054] 实施例13本实施例与实施例9基本相同，在此基础上： 所述的预过滤是指，压榨液依次经过转鼓过滤、板框过滤和超滤除去大颗粒杂质。 [0055] 所述的A步骤，纳滤膜过滤的温度为40℃，扩散渗析的温度为15℃。 [0056] 实施例14本实施例与实施例10基本相同，在此基础上： 的预过滤是指，压榨液依次经过转鼓过滤、板框过滤和超滤除去大颗粒杂质。 [0057] 所述的A步骤，纳滤膜过滤的温度为60℃，扩散渗析的温度为45℃。 [0058] 所述的A步骤，纳滤膜的过膜压差为4bar，扩散渗析的过膜压差为0.8bar。 [0059] 实施例15本实施例与实施例11基本相同，在此基础上： 所述的A步骤，预过滤是指，压榨液依次经过转鼓过滤、板框过滤和超滤除去大颗粒杂质。 [0060] 所述的A步骤，纳滤膜过滤的温度为45℃，扩散渗析的温度为20℃。 [0061] 所述的A步骤，纳滤膜的过膜压差为3bar，扩散渗析的过膜压差为0.3bar。 [0062] 所述的A步骤，料液在纳滤膜中的流量为25m3/h，在扩散渗析过程中的流量为2mm/s。 [0063] 实施例16本实施例与实施例11基本相同，在此基础上： 所述的A步骤，预过滤是指，压榨液依次经过转鼓过滤、板框过滤和超滤除去大颗粒杂质。 [0064] 所述的A步骤，纳滤膜过滤的温度为55℃，扩散渗析的温度为30℃。 [0065] 所述的A步骤，纳滤膜的过膜压差为3.6bar，扩散渗析的过膜压差为0.5bar。 [0066] 所述的A步骤，料液在纳滤膜中的流量为40m3/h，在扩散渗析过程中的流量为20mm/s。 [0067] 所述的A步骤，纳滤膜的单支过滤面积是26.8m2，扩散渗析阳离子交换膜的单支过2 滤面积是一个膜堆50m。 [0068] 实施例17本实施例与实施例8基本相同，在此基础上： 所述的B步骤，浓缩液加酸中和，指的是加入盐酸中和。 [0069] 实施例18本实施例与实施例8基本相同，在此基础上： 所述的B步骤，浓缩液加酸中和，指的是加入盐酸中和。 [0070] 所述的C步骤，稀硫酸的浓度为12%，使pH值为0。 [0071] 实施例19本实施例与实施例9基本相同，在此基础上： 所述的B步骤，浓缩液加酸中和，指的是加入盐酸中和。 [0072] 所述的C步骤，稀硫酸的浓度为12%，使pH值为0。 [0073] 所述的D步骤，陶瓷膜的截留分子量为800。 [0074] 实施例20本实施例与实施例10基本相同，在此基础上： 所述的B步骤，浓缩液加酸中和，指的是加入盐酸中和。 [0075] 所述的C步骤，稀硫酸的浓度为12%，使pH值为0。 [0076] 所述的D步骤，陶瓷膜的截留分子量为1500。 [0077] 所述的D步骤，纳滤膜的截留分子量为200。 [0078] 实施例21本实施例与实施例11基本相同，在此基础上： 所述的B步骤，浓缩液加酸中和，指的是加入盐酸中和。 [0079] 所述的C步骤，稀硫酸的浓度为12%，使pH值为0。 [0080] 所述的D步骤，陶瓷膜的截留分子量为1000。 [0081] 所述的D步骤，纳滤膜的截留分子量为100。 [0082] 所述纳滤膜的过膜压差为3bar，温度为30℃，单支过滤面积是26.8 m2。 [0083] 实施例22本实施例与实施例15基本相同，在此基础上： 所述的B步骤，浓缩液加酸中和，指的是加入盐酸中和。 [0084] 所述的C步骤，稀硫酸的浓度为12%，使pH值为0。 [0085] 所述的D步骤，陶瓷膜的截留分子量为900。 [0086] 所述的D步骤，纳滤膜的截留分子量为120。 [0087] 所述纳滤膜的过膜压差为4bar，温度为40℃，单支过滤面积是26.8 m2。 [0088] 所述的D步骤，纳滤膜浓缩前的料液体积为浓缩液体积的10倍。 [0089] 实施例23本实施例与实施例16基本相同，在此基础上： 所述的B步骤，浓缩液加酸中和，指的是加入盐酸中和。 [0090] 所述的C步骤，稀硫酸的浓度为12%，使pH值为0。 [0091] 所述的D步骤，陶瓷膜的截留分子量为950。 [0092] 所述的D步骤，纳滤膜的截留分子量为150。 [0093] 所述纳滤膜的过膜压差为3.5bar，温度为32℃，单支过滤面积是26.8 m2。 [0094] 所述的D步骤，纳滤膜浓缩前的料液体积为浓缩液体积的15倍。 [0095] 所述D步骤的脱色是指：调整pH值为4，加入活性炭，在50℃下吸附1h。 [0096] 得到木糖醇的电导率为8500μs/cm ，灼烧残渣为4%。 [0097] 实施例24本实施例与实施例16基本相同，在此基础上： 所述的B步骤，浓缩液加酸中和，指的是加入盐酸中和。 [0098] 所述的C步骤，稀硫酸的浓度为12%，使pH值为0。 |
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