在化工生产过程中,结晶工艺是常用的获取最终产品的工艺过程单元。对传统溶液结晶来说,无论是冷却结晶,还是蒸发结晶,由于结晶过程会导致物料中杂质的富集,因此在生产过程中均会产生或多或少的结晶母液。
图1 工业结晶产品
目前对这些母液的处理,基本上是作为生产过程中的特定问题来解决的,由于母液本身的性质不同,处理方法也不一样:
这些处理方法,环保装置投入大,运行成本高,但更为关键的是,母液中有价值的产品也被作为“废物”处理掉了。
图2 那些让人又爱又恨的结晶母液
在生物化工、精细化工行业与原料药行业,母液中通常会夹带有5%-20%的高附加值产品,这也是整个生产工艺的产品收率损失最大的地方。
如果有合适的工艺将母液中富集的杂质与目标产品进行有效分离,则结晶母液的处理就不会再作为环保中的一个“问题”而存在,而是大幅度提高产品收率,从而区别于同领域的竞争对手,获得行业竞争力的一个有效手段!
那么是否有这样一种技术,其既能从需要花费大量的人力和成本处理的“问题料液”中,回收有价值的产品,又能同时将其中产品之外的杂质(如盐分等)纯化使其增值呢?
众所周知,溶液结晶是基于目标物质与杂质溶解度差异来分离提纯得到产品的,而结晶过程的终点,通常意味着,随着杂质的不断累积,已经不能进一步通过浓缩或冷却得到合格纯度的产品。因此从分离角度,需要找到一种区别于这种溶解度差异的分离机理,来实现母液中产品与杂质的分离。
工业层析技术的应用潜力,就在这种情况下充分显现出来了。大家知道,层析技术可以根据其分离的目标对象,选择合适的分离机理,再进一步选择性价比合理的分离介质,从而实现母液中目标产品的提纯。通常的分离机理有以下四种:
图3 ApplexionTM SC技术分离机理与应用案例
诺华赛ApplexionTM SC技术已经广泛应用于生物化工与精细化工行业的母液回收,典型的应用包括:
利用离子排斥层析原理,从苏氨酸结晶母液中回收产品苏氨酸,使得母液中的苏氨酸90%可以被回收,目前中国有近70万吨苏氨酸产能,其中60%苏氨酸生产采用该工艺;
利用酸阻滞层析原理,从柠檬酸结晶母液中回收柠檬酸,代替传统化学法的中和酸解工艺,目前中国有约150万吨柠檬酸产能,80%的柠檬酸工厂采用层析工艺处理柠檬酸母液,该工艺不仅比传统工艺节省约500元/吨生产成本,每年还能减少数十万吨化学品(硫酸与碳酸钙)的消耗;
利用亲和层析原理,从木糖母液中回收木糖,目前中国80%以上木糖工厂,采用层析工艺处理木糖母液,使得木糖的总产品收率由原来的65%提高到85%以上。
利用尺寸排阻层析原理,从结晶葡萄糖母液中分离单糖与低聚糖,从而使得结晶葡萄糖糖的总产品收率由85%提升至95%左右。
图4 诺华赛10万吨/年糖蜜(结晶母液)回收装置
诺华赛公司ApplexionTM SC层析技术在这些母液产品回收过程中起到了举足轻重的作用,其在很大程度上降低了产品单耗、增加了工厂的总收率,在取得良好经济效益的同时,还大幅度降低了环保的处理负荷。
诺华赛公司可以针对不同客户的具体工艺需求,选择合适的分离技术及工艺解决方案,随着工业产品市场竞争的日趋激烈,以及国家环保标准的逐步提高,相信会使越来越多的企业客户受益!
“食之无味,弃之可惜”的结晶母液
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