專利名稱：用于發(fā)酵液脫鹽的電滲析器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電滲析處理工藝及設(shè)備領(lǐng)域，具體地，本發(fā)明涉及用于發(fā)酵液脫鹽的 電滲析器，適用于發(fā)酵液這類組成復(fù)雜溶液的電滲析脫鹽處理的集成裝置，能進(jìn)行多個(gè)關(guān) 鍵參數(shù)的在線監(jiān)測(cè)及過(guò)程控制。
背景技術(shù)：
電滲析是在直流電場(chǎng)的作用下，離子透過(guò)選擇性離子交換膜而發(fā)生遷移，使帶電 離子從水溶液和其他不帶電組分中分離出來(lái)的一種膜分離過(guò)程。由于該技術(shù)具有能耗低、 使用壽命長(zhǎng)、無(wú)污染等特點(diǎn)，現(xiàn)已在各種天然水淡化、海水濃縮制鹽、廢水處理等方面起重 要作用。目前，電滲析技術(shù)的應(yīng)用重點(diǎn)已從傳統(tǒng)的苦咸水脫鹽轉(zhuǎn)向化工分離。由于電滲析技術(shù)具有操作簡(jiǎn)便、不污染環(huán)境，可不添加酸堿等化學(xué)試劑，有望大幅 度降低發(fā)酵產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的酸堿消耗，可實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，在發(fā)酵液脫鹽與產(chǎn)品分離 等尤其倍受關(guān)注。如Shen等(Process Biochem，2006，41 :716_720)研究電滲析用于谷氨 酰胺發(fā)酵液脫鹽，考察了電流密度和PH對(duì)脫鹽效率和谷氨酰胺回收率的影響；Thang等(J、 Membr Sci, 2005, 249 173-182)研究了采用二步法從復(fù)雜混合液中電滲析分離乳酸，其中 第一步乳酸鹽和其他帶電組分與中性組分(如糖和未解離氨基酸)分離，第二步乳酸與無(wú) 機(jī)鹽分離；余立新等(化工進(jìn)展，2007，26 882-885)提出用電滲析方法來(lái)分離谷氨酰胺和 谷氨酸，在對(duì)混合溶液中離子分析的基礎(chǔ)上預(yù)測(cè)了此法的可行性。Ren等(J Chem Technol Biotechnol, 2008,83 :1551_1557)研究表明電滲析可用于谷氨酸回收和高濃度(NH4)2SO4 的有效脫除，同時(shí)使淡化谷氨酸發(fā)酵廢液的后續(xù)生物處理容易進(jìn)行。將電滲析技術(shù)用于發(fā)酵液脫鹽、產(chǎn)品回收和分離氨基酸有機(jī)酸方面的研究已呈現(xiàn) 出蓬勃發(fā)展的勢(shì)頭，但該技術(shù)在發(fā)酵生產(chǎn)中的應(yīng)用并不普遍。因?yàn)榘l(fā)酵液是一種多組分復(fù) 雜體系，如培養(yǎng)基含有的無(wú)機(jī)離子，提取過(guò)程加入其他的無(wú)機(jī)離子，且發(fā)酵過(guò)程中除了生成 目標(biāo)產(chǎn)物外，還會(huì)生成其他氨基酸和有機(jī)酸等。采用常規(guī)電滲析器進(jìn)行處理，能耗高且難以 長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，尤其是缺乏有效的參數(shù)監(jiān)測(cè)與過(guò)程控制手段，這也是目前發(fā)酵液電滲析技 術(shù)應(yīng)用不多的重要原因。迫切需要研制開發(fā)適用于發(fā)酵液脫鹽處理的電滲析器，促進(jìn)發(fā)酵 液電滲析技術(shù)的推廣應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)目前常規(guī)電滲析器不適于發(fā)酵液體系且缺乏有效監(jiān)控的問(wèn)題，本發(fā)明擬開發(fā) 適用于發(fā)酵液這類組成復(fù)雜溶液脫鹽處理的電滲析器，以實(shí)現(xiàn)多個(gè)關(guān)鍵參數(shù)的在線監(jiān)測(cè)， 進(jìn)行電滲析系統(tǒng)的狀態(tài)診斷及其過(guò)程優(yōu)化控制等。本發(fā)明的目的是提供了 一種用于發(fā)酵液脫鹽的電滲析器，解決常規(guī)電滲析器用于 發(fā)酵液脫鹽能耗高且難以長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，以及缺乏有效的參數(shù)監(jiān)測(cè)與過(guò)程控制的問(wèn)題，促 進(jìn)發(fā)酵液電滲析脫鹽技術(shù)的工程化應(yīng)用。為了實(shí)現(xiàn)上述目的提供的用于發(fā)酵液的電滲析器，所述的電滲析器包括電滲析膜堆單元、多種傳感器或變送器、PLC控制單元、計(jì)算機(jī)和組態(tài)軟件；所述的電滲析膜堆單元包括電滲析膜堆、輸液泵8、流量計(jì)、管路17、儲(chǔ)液罐、組 裝框架和整流器；所述的電滲析膜堆包括若干交替排列的離子交換膜、隔板、膜堆兩側(cè)的 電極板4、夾緊裝置，共同構(gòu)成電滲析膜堆的極室1、脫鹽室2和濃縮室3，用于發(fā)酵液電滲析 脫鹽；所述的儲(chǔ)液罐包括極水罐9、濃水罐10、料液/淡水罐11 ；所述的多種傳感器或變送器包括電導(dǎo)率傳感器5、工業(yè)pH電極12、溫度傳感器、 流量變送器6、壓力變送器7 ；所述的多個(gè)電導(dǎo)率傳感器5安裝在輸液泵后與膜堆進(jìn)水口端 管路中，在脫鹽室2出水口端加裝另一電導(dǎo)率傳感器5 ；所述的工業(yè)pH電極12安裝在料液 /淡水罐11中；所述的若干溫度傳感器探頭集成在電導(dǎo)率傳感器5和工業(yè)pH電極12中； 若干流量變送器6、壓力變送器7安裝在輸液泵8后與進(jìn)入膜堆前管路中；所述的PLC控制單元包括空氣開關(guān)(22)、PLC模塊(23)、開關(guān)電源(24)、繼電器 (25)、接觸器(26)、接線端子(27)；完成集成系統(tǒng)中所有傳感器/變送器的數(shù)據(jù)采集與信號(hào) 傳輸，實(shí)現(xiàn)傳感器/變送器與計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸，以及給輸液泵(8)、加酸泵(13)或加 堿泵(14)等輸出控制信號(hào)；本發(fā)明的發(fā)酵液電滲析器的數(shù)據(jù)的采集和保存通過(guò)計(jì)算機(jī)和組態(tài)軟件單元實(shí)現(xiàn) 的，計(jì)算機(jī)和組態(tài)軟件單元包括工控主機(jī)和配套的組態(tài)軟件。實(shí)現(xiàn)傳感器/變速器在發(fā)酵 液電滲析脫鹽過(guò)程中監(jiān)測(cè)參數(shù)如電導(dǎo)率、pH、溫度、流量、壓力、電流_電壓-電耗等的數(shù)據(jù) 采集和實(shí)時(shí)顯示，以及數(shù)據(jù)的保存與調(diào)用。作為上述技術(shù)方案的一種改進(jìn)，所述的發(fā)酵液電滲析器在管路17或料液/淡水罐 11中分別安裝多個(gè)傳感器/變送器，包括電導(dǎo)率傳感器5、pH電極12、溫度傳感器、流量變 送器6、壓力變送器7，用于發(fā)酵液電滲析脫鹽的多參數(shù)在線監(jiān)測(cè)。更具體地1-1)所述的多個(gè)電導(dǎo)率傳感器5安裝在輸液泵8后與膜堆進(jìn)水口端管路中，用 于分別測(cè)定極室1、脫鹽室2和濃縮室3中溶液的電導(dǎo)率；而且在脫鹽室2出水口端加裝 另1電導(dǎo)率傳感器5，用于測(cè)定料液進(jìn)入膜堆前后的電導(dǎo)率變化，可實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)率變化范圍在 0-2000ms/cm內(nèi)的全程監(jiān)測(cè)。1-2)所述的工業(yè)pH電極12安裝在料液/淡水罐11中，用于監(jiān)測(cè)料液的pH變化， 可進(jìn)行進(jìn)料液的PH變化范圍在0-14內(nèi)全程監(jiān)測(cè)。1-3)所述的多個(gè)溫度傳感器探頭集成在電導(dǎo)率傳感器5和pH電極12中，用于分 別監(jiān)測(cè)極室1、脫鹽室2和濃縮室3中的溶液溫度，溫度監(jiān)測(cè)范圍為0-100°C。通過(guò)膜堆儲(chǔ) 液罐中連接的恒溫水浴裝置，用于維持不同隔室溶液溫度恒定。1-4)所述的多個(gè)流量變送器6安裝在輸液泵8后與進(jìn)入膜堆前管路中，用于分別 監(jiān)測(cè)極室1、脫鹽室2和濃縮室3的流量及其變化，可進(jìn)行流量變化范圍在0-500L/h內(nèi)的全 程監(jiān)測(cè)。1-5)所述的多個(gè)壓力變送器7安裝在輸液泵8后與進(jìn)入膜堆前管路中，用于分別 監(jiān)測(cè)極室1、脫鹽室2和濃縮室3的壓力及其變化，可進(jìn)行壓力變化范圍在0-5kg/cm2內(nèi)的 全程監(jiān)測(cè)。作為上述技術(shù)方案的又一種改進(jìn)，所述的發(fā)酵液電滲析器中的PLC控制單元19包 括空氣開關(guān)22、PLC 23、開關(guān)電源24、繼電器25、接觸器26、接線端子27，以及電導(dǎo)率儀 28、電流-電壓-電耗表29等，這些功能組件集成安裝在控制柜中，共同完成所有傳感器/變送器的數(shù)據(jù)采集與信號(hào)輸入/輸出。更具體地2-1)所述的PLC模塊23由數(shù)字/模擬信號(hào)的輸入/輸出模塊組成，用于實(shí)現(xiàn)傳感 器/變送器與計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸20，以及給輸液泵8、加酸泵13/加堿泵14等輸出控 制信號(hào)。2-2)所述的電導(dǎo)率儀28，用于實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)率、pH和溫度的測(cè)量與顯示，以及進(jìn)行電 導(dǎo)率傳感器和PH電極-PLC-計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)采集與傳輸。2-3)所述的電流-電壓-電耗表29，用于分別監(jiān)測(cè)整個(gè)集成設(shè)備系統(tǒng)和電滲析膜 堆部分的電流、電壓和能耗。2-3)所述的開關(guān)電源24，用于給PLC控制柜內(nèi)組成部件供電。作為上述技術(shù)方案的再一種改進(jìn)，所述的pH反饋控制單元包括加酸泵13、加堿 泵14、工業(yè)pH電極12、PLC控制單元19。根據(jù)pH電極測(cè)定值大小，由PLC輸出信號(hào)，控制 加酸泵13/加堿泵14的開啟和關(guān)閉，定量添加酸或堿到料液/淡水罐11中，實(shí)現(xiàn)電滲析脫 鹽室2中料液的pH控制。作為上述技術(shù)方案的還一種改進(jìn)，所述的發(fā)酵液脫鹽電滲析器中集成的組態(tài)軟件 和計(jì)算機(jī)21，用于完成數(shù)據(jù)采集、記錄與顯示，并通過(guò)與系統(tǒng)預(yù)設(shè)值比較，進(jìn)行體系狀態(tài)診 斷，給出報(bào)警或反饋控制信號(hào)。更具體地3-1)所述的電滲析中多個(gè)關(guān)鍵參數(shù)如電導(dǎo)率、pH、溫度、流量、壓力等，通過(guò)組態(tài)軟 件實(shí)現(xiàn)在計(jì)算機(jī)界面和窗口顯示。3-2)所述的電滲析中多個(gè)關(guān)鍵參數(shù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分別通過(guò)多個(gè)圖表和數(shù)組形式顯示、 保存與調(diào)用。3-3)所述的發(fā)酵液電滲析脫鹽中的多個(gè)關(guān)鍵參數(shù)值可分為預(yù)設(shè)值和測(cè)定值，通過(guò) 二者比較可進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)診斷與報(bào)警。本發(fā)明的適用于發(fā)酵液脫鹽的電滲析器，可用作實(shí)驗(yàn)室研究的通用設(shè)備，考察不 同發(fā)酵液采用電滲析處理的可行性和工藝條件，可廣泛應(yīng)用于多種發(fā)酵液脫鹽和氨基酸/ 有機(jī)酸鹽的分離濃縮等，如谷氨酸等電母液、賴氨酸離交廢液的脫鹽，以及谷氨酸鹽、乳酸 鹽、檸檬酸鹽的分離濃縮等。本發(fā)明的發(fā)酵廢液脫鹽電滲析器，通過(guò)計(jì)算機(jī)通訊技術(shù)可以同時(shí)進(jìn)行多臺(tái)設(shè)備的 關(guān)鍵參數(shù)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理與過(guò)程優(yōu)化控制，可大大提高發(fā)酵液電滲析脫鹽過(guò)程的自動(dòng) 化程度，促進(jìn)發(fā)酵液電滲析脫鹽技術(shù)的工程化應(yīng)用。本發(fā)明的發(fā)酵液脫鹽電滲析器的優(yōu)點(diǎn)是(1)通過(guò)對(duì)發(fā)酵液電滲析中多個(gè)關(guān)鍵參 數(shù)的在線監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電滲析系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)診斷，包括膜堆堵塞或泄漏、脫鹽量、膜污染、能 耗、料液PH變化等，以便進(jìn)行工藝條件優(yōu)化和系統(tǒng)保護(hù)；(2)通過(guò)本發(fā)明的電滲析器，方便 用于考察不同發(fā)酵液電滲析脫鹽處理，容易與其他膜技術(shù)組合，進(jìn)行發(fā)酵液的分批或半連 續(xù)式脫鹽處理，獲得發(fā)酵液脫鹽的新工藝；(3)本發(fā)明的發(fā)酵液脫鹽過(guò)程監(jiān)測(cè)與控制的電 滲析器可作為實(shí)驗(yàn)室研究的通用設(shè)備，所獲得數(shù)據(jù)可用于中試放大和大規(guī)模應(yīng)用的參考依 據(jù)。
圖1為本發(fā)明的發(fā)酵液脫鹽的電滲析器結(jié)構(gòu)示意圖。
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圖2為用于本發(fā)明的發(fā)·哮液脫鹽的電滲析器的膜堆單元結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為用于本發(fā)明的發(fā)·哮液脫鹽的電滲析器的PLC控制柜結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖標(biāo)記
1、極室 2、脫鹽室 3、濃封言室
4、電極板(陽(yáng)極/陰極)5、電導(dǎo)率傳感器6、流量變送器
7、壓力變送器8、輸液泵9、極水罐
10、濃水罐11、料液/淡水裔匿12、工業(yè)pH電極
13、加酸泵14、加堿泵15、儲(chǔ)酸罐
16、儲(chǔ)堿罐17、管路18、數(shù)據(jù)輸入/輸出
19、PLC控制單元20、數(shù)據(jù)傳輸21、計(jì)算機(jī)和組態(tài)軟件
22、空氣開關(guān)23、PLC模塊24、開關(guān)電源
25、繼電器26、接觸器27、接線柱子
28、電導(dǎo)率儀29、電流-電壓-“電耗表
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。本發(fā)明的用于發(fā)酵液脫鹽的電滲析器包括電滲析膜堆單元、多種傳感器或變送 器、PLC控制柜；其中電滲析膜堆單元包括電滲析膜堆、輸液泵8、流量計(jì)、管路17、儲(chǔ)液罐、組裝 框架和整流器；電滲析膜堆包括若干交替排列的離子交換膜、隔板、膜堆兩側(cè)的電極板4、 夾緊裝置，共同構(gòu)成電滲析膜堆的極室1、脫鹽室2和濃縮室3 ；所述的儲(chǔ)液罐包括極水罐 9、濃水罐10、料液/淡水罐11 ；其中多種傳感器或變送器包括電導(dǎo)率傳感器5、工業(yè)pH電極12、溫度傳感器、流 量變送器6、壓力變送器7 ；所述的多個(gè)電導(dǎo)率傳感器5安裝在輸液泵后與膜堆進(jìn)水口端管 路中，用于分別測(cè)定極室1、脫鹽室2和濃縮室3中溶液的電導(dǎo)率，在脫鹽室2出水口端加裝 另一電導(dǎo)率傳感器5，用于測(cè)定料液進(jìn)入膜堆前后的電導(dǎo)率變化；工業(yè)pH電極12安裝在料 液/淡水罐11中用于監(jiān)測(cè)料液的PH變化；若干溫度傳感器探頭集成在電導(dǎo)率傳感器5和 工業(yè)PH電極12中，用于溫度的監(jiān)測(cè)；若干流量變送器6、壓力變送器7安裝在輸液泵8后 與進(jìn)入膜堆前管路中；其中PLC控制單元19包括空氣開關(guān)22、PLC模塊23 (由數(shù)字/模擬信號(hào)模塊與 輸入/輸出線路組成，實(shí)現(xiàn)傳感器/變送器與計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸20)、開關(guān)電源24、繼 電器25、接觸器26、接線端子27、電導(dǎo)率儀28、電流-電壓-電耗表29 ；本發(fā)明的發(fā)酵液電滲析器的數(shù)據(jù)的采集和保存通過(guò)計(jì)算機(jī)和組態(tài)軟件單元實(shí)現(xiàn) 的，計(jì)算機(jī)和組態(tài)軟件單元包括工控主機(jī)和配套的組態(tài)軟件。實(shí)現(xiàn)傳感器/變速器在發(fā)酵 液電滲析脫鹽過(guò)程中監(jiān)測(cè)參數(shù)如電導(dǎo)率、PH、溫度、流量、壓力、電流-電壓-電耗等的數(shù)據(jù) 采集和實(shí)時(shí)顯示，以及數(shù)據(jù)的保存與調(diào)用。其中pH反饋控制單元包括加酸泵13、加堿泵14、儲(chǔ)酸罐15、儲(chǔ)堿罐16、工業(yè)pH 電極12、PLC控制單元。根據(jù)pH電極測(cè)定值大小，由PLC輸出信號(hào)來(lái)控制加酸泵或加堿泵 的開啟/關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)電滲析脫鹽室中料液的PH控制。
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實(shí)施例1采用本發(fā)明的電滲析器從發(fā)酵液回收谷氨酸鹽采用本發(fā)明的電滲析器對(duì)谷氨酸模擬發(fā)酵液進(jìn)行回收谷氨酸鹽。在恒壓20V、恒溫 30°C、循環(huán)式間歇操作。各室的初始進(jìn)料如下脫鹽室1000ml谷氨酸鹽模擬發(fā)酵液(IOOg L—1谷氨酸 鈉或谷氨酸銨)，循環(huán)流量為100L IT1 ；濃縮室1000ml初始濃度為Ig L—1谷氨酸 鹽(谷氨酸鈉或谷氨酸銨)溶液，循環(huán)流量為100L IT1 ；極室1000ml 0. 2mol L—1硫酸鈉溶 液，循環(huán)流量為40L h—1。谷氨酸模擬發(fā)酵液隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，脫鹽溶液濃度逐漸下降，濃縮液濃度則 逐漸升高。當(dāng)脫鹽室進(jìn)料體積濃縮室進(jìn)料體積=1 1，實(shí)驗(yàn)60min時(shí)谷氨酸鈉和谷氨酸 銨溶液電滲析脫鹽的脫鹽率分別為88. 6%和99. 0%，電流效率分別為62、5%和57. 2%，能 耗分別為0.394和0.481kWh kg—1谷氨酸鹽。谷氨酸鈉和谷氨酸銨溶液電滲析脫鹽時(shí)濃縮 室的溶液體積變化大，濃縮室的體積分別增加了 40. 0%和30. 8%，稀釋了濃縮室的谷氨酸 鹽，濃縮室谷氨酸鹽最終濃度分別為61g L—1谷氨酸鈉和72g L—1谷氨酸銨。脫鹽室溶液的 PH值也發(fā)生變化，分別由原來(lái)的7分別變化到7. 64和7. 42。谷氨酸發(fā)酵液條件同上谷氨酸模擬發(fā)酵液，但脫鹽室為1500ml谷氨酸發(fā)酵液 (含IOOg L—1谷氨酸鈉或谷氨酸銨)。當(dāng)脫鹽室進(jìn)料體積濃縮室進(jìn)料體積=1.5 1，實(shí) 驗(yàn)140min時(shí)鈉鹽和銨鹽形式的谷氨酸發(fā)酵液的脫鹽率分別為88. 2%和90. 3%,電流效率 分別為61. 6%和57. 8%，能耗分別為0. 515和0. 565kffh kg—1谷氨酸鹽。鈉鹽和銨鹽形式 的谷氨酸發(fā)酵液電滲析脫鹽時(shí)濃縮室的溶液體積變化大，濃縮室的體積分別增加了 26. 4% 和30. 8 %。脫鹽室溶液的pH值也發(fā)生變化，分別由原來(lái)的6. 86 (谷氨酸鈉)和6. 53 (谷氨 酸銨)變化到8. 41和8. 22。實(shí)施例2采用本發(fā)明的電滲析器從谷氨酸發(fā)酵液中脫鹽采用本發(fā)明的電滲析器從模擬谷氨酸等電母液中脫除硫酸鹽。在恒溫30°C、恒壓、 循環(huán)式間歇操作。初始進(jìn)料如下脫鹽室1000ml硫酸鹽模擬水溶液，循環(huán)流量為100L ； 濃縮室1000ml初始濃度為0. 05mol L—1硫酸銨溶液，循環(huán)流量為100L h—1 ；極室1000ml 0. 2mol L—1硫酸鈉溶液，循環(huán)流量為40L h—1。模擬發(fā)酵液考察模擬溶液電滲析脫鹽時(shí)硫酸鹽濃度、脫鹽率、電流效率和能耗 等。當(dāng)脫鹽室進(jìn)料體積濃縮室進(jìn)料體積=1 1時(shí)，隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，脫鹽室硫酸鹽 濃度逐漸下降，濃縮室硫酸鹽濃度則逐漸升高。實(shí)驗(yàn)至140min濃縮室的硫酸鈉和硫酸銨濃 度分別為0. 33mol L-1和0. 34mol L—1，對(duì)應(yīng)脫鹽率分別達(dá)到90. 0%和93. 3%，平均電流效 率分別為62. 0%和57. 5%，能耗分別為0. 695kffh kg—1硫酸鈉和0. 727kffh kg—1硫酸銨。谷氨酸電母液條件同上模擬發(fā)酵液，不同的是脫鹽室為IOOOml (或2000ml)味精 等電母液(約含40g L—1硫酸銨)。發(fā)現(xiàn)進(jìn)料比和操作電壓會(huì)影響等電母液中硫酸銨的脫 除率和能耗大小。當(dāng)進(jìn)料體積比為1 1時(shí)，濃縮室的硫酸銨濃度最終可以達(dá)到0.341mol
當(dāng)進(jìn)料體積比為2 1時(shí)，濃縮室的硫酸銨濃度最終可以達(dá)到0.608mol L—1。當(dāng)進(jìn)料體 積比為1 1、每對(duì)膜電壓為2V時(shí)，實(shí)驗(yàn)至160min，味精等電母液的脫鹽率達(dá)到91.5%，平 均電流效率為54%，能耗為0.796kWh kg—1硫酸銨；當(dāng)進(jìn)料體積比為2 1、每對(duì)膜電壓為 3V時(shí)，實(shí)驗(yàn)至320min時(shí)味精等電母液的脫鹽率達(dá)到90. 3%，平均電流效率為51. 7%，能耗 為 1. 178kffh kg—1 硫酸銨。結(jié)果表明，采用本發(fā)明的電滲析器從發(fā)酵液回收氨基酸鹽和脫除硫酸鹽，具有較好的可行性。與模擬溶液相比，真實(shí)發(fā)酵液中脫鹽率和電流效率較低而能耗較高，其原因是 由于真實(shí)發(fā)酵液組成復(fù)雜，參與競(jìng)爭(zhēng)性遷移的離子較多且易形成膜污染所致。由此表明發(fā) 酵液脫鹽和回收氨基酸/有機(jī)酸等適宜采用本發(fā)明的電滲析器，通過(guò)關(guān)鍵參數(shù)監(jiān)測(cè)和過(guò)程 控制，對(duì)發(fā)酵液電滲析體系進(jìn)行狀態(tài)診斷，可實(shí)現(xiàn)優(yōu)化工藝條件和維持長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行
權(quán)利要求
一種適用于發(fā)酵液脫鹽的電滲析器，其特征在于，所述的電滲析器包括電滲析膜堆單元、若干傳感器或變送器、PLC控制單元；所述的電滲析膜堆單元包括電滲析膜堆、輸液泵(8)、流量計(jì)、管路(17)、儲(chǔ)液罐、組裝框架和整流器；所述的電滲析膜堆包括若干交替排列的離子交換膜、隔板、膜堆兩側(cè)的電極板(4)、夾緊裝置，共同構(gòu)成電滲析膜堆的極室(1)、脫鹽室(2)和濃縮室(3)，用于發(fā)酵液電滲析脫鹽；所述的儲(chǔ)液罐包括極水罐(9)、濃水罐(10)、料液/淡水罐(11)；所述的若干傳感器或變送器包括電導(dǎo)率傳感器(5)、工業(yè)pH電極(12)、溫度傳感器、流量變送器(6)、壓力變送器(7)；在輸液泵后與膜堆進(jìn)水口端管路中安裝若干個(gè)電導(dǎo)率傳感器(5)，在脫鹽室(2)出水口端加裝一電導(dǎo)率傳感器(5)；所述的工業(yè)pH電極(12)安裝在料液/淡水罐(11)中；所述的若干溫度傳感器集成在電導(dǎo)率傳感器(5)和工業(yè)pH電極(12)中；若干流量變送器(6)、壓力變送器(7)安裝在輸液泵(8)后與進(jìn)入膜堆前管路中；所述的PLC控制單元包括空氣開關(guān)(22)、PLC模塊(23)、開關(guān)電源(24)、繼電器(25)、接觸器(26)、接線端子(27)；完成集成系統(tǒng)中所有傳感器/變送器的數(shù)據(jù)采集與信號(hào)輸入/輸出，實(shí)現(xiàn)傳感器/變送器與計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸，以及輸出信號(hào)的控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于發(fā)酵液脫鹽的電滲析器，其特征在于，電滲析器還包括 PH反饋控制單元，用于根據(jù)工業(yè)pH電極(12)輸出的結(jié)果反饋控制料液/淡水罐(11)的 PH值穩(wěn)定，該pH反饋控制單元包括加酸泵(13)、加堿泵(14)、儲(chǔ)酸罐(15)、儲(chǔ)堿罐(16)、 PLC控制單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于發(fā)酵液脫鹽的電滲析器，其特征在于，所述的多個(gè)電導(dǎo) 率傳感器(5)安裝在輸液泵(8)后與膜堆進(jìn)水口端的管路中，用于分別測(cè)定極水罐(9)、濃 水罐(10)、料液/淡水罐(11)中溶液的電導(dǎo)率；而且在脫鹽室(2)出水口端加裝一電導(dǎo)率 傳感器(5)，用于測(cè)定料液進(jìn)入膜堆前后的電導(dǎo)率變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于發(fā)酵液脫鹽的電滲析器，其特征在于，所述的多個(gè)溫度 傳感器探頭集成在電導(dǎo)率(5)和pH(12)的傳感器中，用來(lái)分別監(jiān)測(cè)膜堆極室(1)、脫鹽室 (2)和濃縮室(3)中的溶液溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于發(fā)酵液脫鹽及其過(guò)程監(jiān)控的電滲析器，其特征在于，所 述的多個(gè)流量變送器(6)用于分別監(jiān)測(cè)極室(1)、脫鹽室(2)和濃縮室(3)的流量及其變 化。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于發(fā)酵液脫鹽的電滲析器，其特征在于，所述的多個(gè)壓力 變送器(7)用于分別監(jiān)測(cè)極室(1)、脫鹽室(2)和濃縮室(3)的壓力及其變化。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種適用于發(fā)酵液脫鹽的電滲析器，該電滲析器包括電滲析膜堆單元、多種傳感器/變送器、PLC控制單元，不同功能單元構(gòu)成集成裝置，可適用于發(fā)酵液這類組成復(fù)雜溶液的電滲析處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)酵液電滲析脫鹽過(guò)程中的多參數(shù)如電導(dǎo)率、pH、溫度、流量、壓力、電流-電壓-電耗等的在線監(jiān)測(cè)，方便進(jìn)行體系狀態(tài)診斷與系統(tǒng)保護(hù)，并通過(guò)反饋控制實(shí)現(xiàn)發(fā)酵液電滲析脫鹽的工藝條件優(yōu)化。本發(fā)明將從根本上解決常規(guī)電滲析器用于發(fā)酵液脫鹽過(guò)程能耗高且難以長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，以及缺乏有效的關(guān)鍵參數(shù)監(jiān)測(cè)與過(guò)程控制等問(wèn)題，促進(jìn)發(fā)酵液電滲析脫鹽技術(shù)的工程化應(yīng)用。
文檔編號(hào)B01D61/54GK101966426SQ20101028276
公開日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2010年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月15日
發(fā)明者叢威, 吳霞, 溫樹梅, 王倩, 石紹淵, 趙西云 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所