长链二元酸发酵液提取工艺应用研究

长链二元酸发酵液提取工艺应用研究

羊晓磊

淮安清江石油化工有限责任公司

摘要：长链二元酸通过生物发酵生产后得到的发酵液是包括三相的混合物，分别是菌渣固体，发酵液，残留的烷烃。本次实验主要探讨的发酵液提取工艺的优化，即将发酵液进入陶瓷膜之前增加碟片离心机，除去大部分菌渣等固体的发酵液再进入陶瓷膜过滤除去色素等水溶性大分子，可有效提高陶瓷膜的过滤效率同时延长了陶瓷膜的使用寿命。

关键字：长链二元酸 生物发酵 碟片离心机 提取工艺优化

一、概述

长链二元酸行业生产企业高度集中，中国是目前全球唯一能够用生物发酵的方法生产长链二元酸，清江石化公司自2006年以来一直在从事长链二元酸的生产与研发，其中发酵液提取工艺一直是工艺优化的重要单元。本次试验借鉴D-核糖发酵液预处理的应用研究[1-2]，长链二元酸发酵后的发酵液先经过碟片离心机处理，再转移至陶瓷膜处理，可有效提高陶瓷膜的过滤效率同时延长了陶瓷膜的使用寿命。

二、碟片离心机工作原理

碟片离心机专业用于二相和三相分离，其工作原理是：发酵液进入设备的分机转鼓，在强大离心机的作用下，三相发酵液经过一组碟片束的间隔，以碟片中性孔为分界面，比重较大的液体（重相）沿碟片壁向中性孔外运动，其中重的菌渣聚集在沉渣区，重相则流向大向心泵处。比重较小的液体（轻相）沿碟片壁向内向上运动，汇集到小向心泵处，轻重相分别由小向心泵和大向心泵输出[3]。

三、试验设备来源

碟片离心机试验样机是由阿法拉伐（上海）技术有限公司提供，陶瓷膜是由江苏赛瑞迈科新材料有限公司提供。

三、试验过程及结果讨论

1.碟片离心机过程与结果讨论

试验现场直接从发酵罐收集50kg发酵液至塑料桶内，通过进料泵进入离心机内，经过碟片离心机处理，收集到固含量较高的菌渣液体，已经送至喷雾干燥厂家进行干化处理，计算固含量。离心后的发酵液会进入陶瓷膜进行下一步分离。

图1是发酵液及离心处理后的发酵液，最左侧是发酵液，通过观察可知发酵液是一个浑浊的混合物；中间的是静置一段时间的发酵液，经过仔细观察可知发酵液中包括底层菌渣固体、中间部分的发酵液、顶部漂浮的十二烷烃；最右侧是离心后的发酵液，通过观察可知经过离心处理后的发酵液中固含量明显降低，浮在最上层的烷烃也有减少。说明碟片离心机是可以有效降低发酵液中的菌渣固体及上层浮油。

图1：发酵液及离心后的发酵液  图2：发酵液离心液菌渣液二次离心图

图2是发酵液及离心处理后的一次发酵液、二次发酵液、离心机排渣在实验室离心机2500rmp离心8分钟以后的情况。图3从右到左分别是发酵液原液、一次离心液、二次离心液、排渣液。通过图片分析，发酵液中菌渣固含量约有10%，经过一次离心后发酵液中菌渣固含量下降至2%，经过二次离心后发酵液中菌渣固含量下降至1%，排渣液经过较长时间离心后固含量约有40%。

上述试验说明只要延长离心时间，碟片离心机即可将发酵液内菌渣固体分离干净，发酵液中菌渣大多数转移至排渣液中，排渣液中固含量有明显上升。另外，发酵液上层有明显的烷烃，经过离心后主要转移至排渣液中。

在实际生产中，及时回收发酵液和菌渣液中的烷烃很有必要。另外，排出的菌渣液中还有一部分发酵液，需要进一步洗涤，回收较多的二元酸钠盐，提高产品收率，提高装置的经济效益。

2.陶瓷膜试验过程及结果讨论

（1）实验原料

发酵液原液和碟片离心机出料。

（2）实验过程

试验期间装置运行记录表如下表所示：

表1  装置运行记录表

（3）结果讨论

试验装置于2021年3月1日正式开始运行至3月8日试验结束，试验期间，分别进行了两组试验，一组是对发酵液直接过陶瓷膜处理，另一组是将碟片离心机离心处理后的发酵液再进入陶瓷膜处理。两组试验都可证实陶瓷膜（20纳米孔径）是可以将发酵液处理成澄清透明的无杂物的液体，透光率良好。

发酵液原料及过滤后过滤液外观如下图3所示，图4是发酵液、离心后发酵液及过滤液现场情况。

图3：发酵原液和过滤液      图4：发酵液陶瓷膜滤液与碟片离心处理后的滤液再过陶瓷膜的比对图

对图3和图4观察与分析，可得出这样的结论：

（1）陶瓷膜具有良好的净化效果。发酵液经过陶瓷膜过滤处理后，过滤液呈现澄清透明，无肉眼可见悬浮物颗粒和油滴。说明无机陶瓷膜技术能够有效去除发酵液中的菌渣、色素等杂质。

（2）经过碟片离心机处理后的发酵液再经过陶瓷膜过滤处理可得到颜色更浅、透明度更高的滤液。说明在陶瓷膜之前增加碟片离心机去除菌渣固体是很有必要的。

四、总结

（1）发酵液经过碟片离心机三相分离后可有效降低发酵液中固体菌渣含量，进入陶瓷膜系统固体会大幅下降（90%以上），对于提高陶瓷膜过滤通量及使用寿命有促进作用，进一步降低陶瓷膜的运行成本。

（2）发酵液经过碟片离心机三相分离后得到的菌渣液体固含量上升明显，原来固含量只有8-10%（90%以上的水份需要蒸干，需要消耗较多能耗），固含量提高至20%以上，可减少干燥能耗。

（3）还可以节省超滤膜的一次投资及运行成本及运行成本。滤芯使用寿命有限，需要定期更换，每次用完还需要使用烧碱或者专用膜清洗剂进行清洗，操作要求较高，操作时间较长。

参考文献：

[1]曹晓伟,胡景辉,曹林清.碟片离心机在D-核糖发酵液预处理中的应用研究[J].低碳世界, 2016,25,（0251-02）：251-252.

[2]王素萍,李万平, 王志国.排渣式碟片离心机对小麦淀粉废水预处理的应用[J].粮食与食品工业，2008, 01,（15）：50-51.

[3]袁慧新，邹鑫，付双成，王飞。蝶式离心机生产能力的计算[J].矿山机械,2012,40(3).