CN203139910U - 一种应用于发酵液提纯的纳滤膜系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种应用于发酵液提纯的纳滤膜系统，它包括前后设置的微滤膜过滤组件和浓缩过滤组件，其特征在于，在所述微滤膜过滤组和浓缩过滤组件之间串联地增加至少一组纳滤膜过滤组件，纳滤膜过滤组件包括第一纳滤膜装置、第一原液罐、进料泵、阀和相关管路，第一原液罐顶部设有发酵液添加口和清洗液添加口，底部设有出料管口；发酵液添加口连接到前一工序的微滤膜过滤组，清洗液添加口连通清洗液清洗装置，第一原液罐出料管口通过进料泵连接到第一纳滤膜装置的原料进口，截留液出口通过管道返回到第一原液罐，滤液出口连接到下一工序。将纳滤膜技术应用于发酵液提纯系统中，提高提纯的纯度和效果。

Description

一种应用于发酵液提纯的纳滤膜系统

技术领域

本实用新型涉及发酵液提纯技术领域，具体的说是一种应用于发酵液提纯的纳滤膜系统。

背景技术

根据各种物理结构相化学性质，一般可将膜分为下列几种基本类别：微滤MF、超滤UF、反渗透RO、纳滤NF、电渗析ED等。

微滤膜是以静压差为推动力，利用筛网状过滤介质膜的筛分作用进行分离，微孔过滤膜是均匀的多孔薄膜，厚度一般在90~150μm之间，过滤粒径在0.025~l0μm之间，操作压力一般为0.01~0.1MPa。

超滤膜过滤粒径介于微滤和反渗透之间，约5~10nm，在0.1~0.5MPa的静压差推动下，截留蛋白质、酶等分子量大于500的大分子及胶体，形成浓缩液，达到溶液的净化、分离及浓缩目的。

反渗透是渗透过程的逆过程，推动力为压力差，即通过在待分离液一侧加上比渗透压高的压力，使得原液中的溶剂渗透到半透膜的另一边。反渗透的操作压一般为1~10MPa，主要取决于原水渗透压。反渗透主要应用于海水淡化、苦咸水淡化、纯水生产等，涉及市政、电力、化工、医药等行业。

纳滤膜是20世纪80年代在反渗透复台膜基础上开发出来的，是超低压反渗透技术的延续和发展分支。纳滤膜截留粒径为0.1~1nm，一价离子和小分子物质具有较高的透过率，操作压(0.5~1MPa)较小。主要用于截留多价离子和大分子有机物，截留分子量介于反渗透和超滤之间。目前已经广泛应用于海水淡化、纯水制备、食品工业、环境保护之废水处理等诸多领域。

在过滤过程中料液通过泵的加压，料液以一定流速沿着滤膜的表面流过，大于膜截留分子量的物质分子不透过膜流回料罐，小于膜截留分子量的物质或分子透过膜，形成透析液。故膜系统都有两个出口，一是回流液（浓缩液）出口，另一是透析液出口。

目前传统的澄清纯化分离所采用的膜主要是超/微滤膜，由于其所能截留的物质直径大小分布范围广，被广泛应用于固液分离、大小分子物质的分离、脱除色素、产品提纯、油水分离等工艺过程中。

超/微滤膜分离可取代传统工艺中的自然沉降、板框过滤、真空转鼓、离心机分离、溶媒萃取、树脂提纯、活性炭脱色等工艺过程。

目前还未见应用于化工提纯工艺中的纳滤膜系统。

实用新型内容

为了解决现有技术的不足，本实用新型提供一种应用于发酵液提纯的纳滤膜系统，将纳滤膜技术应用于发酵液提纯系统中，提高提纯的纯度和效果。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案为：一种应用于发酵液提纯的纳滤膜系统，包括前后设置的微滤膜过滤组件和浓缩过滤组件，其特征在于，在所述微滤膜过滤组和浓缩过滤组件之间串联地增加至少一组纳滤膜过滤组件，通过纳滤膜的应用，增强过滤效果。

所述的纳滤膜过滤组件包括第一纳滤膜装置、第一原液罐、进料泵、阀和相关管路，所述第一原液罐顶部设有发酵液添加口和清洗液添加口，底部设有出料管口；所述发酵液添加口连接到前一工序的微滤膜过滤组，所述清洗液添加口连通清洗液清洗装置，所述第一纳滤膜装置上具有原料进口、截留液出口和滤液出口，所述第一原液罐出料管口通过进料泵连接到第一纳滤膜装置的原料进口，所述截留液出口通过管道返回到第一原液罐，且在所述截留液返回管路上设置原液质量流量计，所述原液质量流量计电连接调控发酵液添加口和清洗液添加口的进料阀门，所述滤液出口连接到下一工序的浓缩过滤组件。

所述浓缩过滤组件与纳滤膜过滤组件组成相同，所述的纳滤膜过滤组件包括第二纳滤膜装置、第二原液罐、浓缩泵、阀和相关管路，且在纳滤膜过滤组件的滤液出口和浓缩过滤组件的截留液出口通过第一三通阀同时连接到一次蒸发管道和浓缩过滤组件的发酵液添加口，且在第一纳滤膜装置中的滤液出口管路上设置透过液质量流量计，用于控制第一三通阀的转换，所述浓缩过滤组件的滤液出口外排纯水；所述浓缩过滤组件的浓缩液出口通过第二三通阀同时连接到浓缩过滤组件的一次蒸发管道和浓缩过滤组件的发酵液添加口，且在第二纳滤膜装置中的浓缩液出口管路上设置浓缩液质量流量计，用于控制第二三通阀的转换。

所述发酵液添加口包括浓料添加口和稀料添加口，在所述浓料添加口外设置一套蒸汽换热器，使得浓料添加口添加发酵液的温度为45度左右。

本实用新型的有益效果是：采用纳滤膜分离技术浓缩提纯的优点：

1)、能耗极低，节省浓缩过程成本；

2)、过程无化学反应、无相变化，不带入其他杂质及造成产品的分解变性；

3)、在常温下达到浓缩提纯目的，不造成有效成分的破坏，工艺过程收率高；

4)、可完全脱除产品的盐分，减少产品灰分，提高产品纯度；

5)、可回收溶液中的酸、碱、醇、色素等物质；

6)、设备结构简洁紧凑，占地面积小；

7)、操作简便，可实现自动化作业，稳定性好，维护方便。

附图说明

图1为本实用新型的管路原理图；

图2为透过液直接直接出料模式；

图3为透过液浓缩模式；

图4为浓缩液出料模式；

图5为发酵液提纯工艺总图；

图中：11第一纳滤膜装置，12第一原液罐，13进料泵，14原液质量流量计，2蒸汽换热器，3清洗液清洗装置，41第二纳滤膜装置，42第二原液罐，43浓缩泵，44第一三通阀，45透过液质量流量计，46第二三通阀，47浓缩液质量流量计。

具体实施方式

如图1至图5所示，

纳滤膜分离技术常被用于取代传统工艺中的冷冻干燥、薄膜蒸发、离子交换除盐、树脂工艺浓缩、中和等工艺过程。本实用新型是另辟蹊径的一种应用于发酵液提纯的纳滤膜系统，包括微滤膜过滤组件和浓缩过滤组件，在所述微滤膜过滤组件和浓缩过滤组件之间串联地增加至少一组纳滤膜过滤组件。

通过微滤膜过滤组件可以对发酵液进行初步的过滤，去除其中的大颗粒杂质，但是发酵液中的色素等小分子杂质能透过微滤膜继续存在于发酵液中，为了去除其中的色素杂质而引入纳滤膜过滤概念，这在发酵液提纯技术领域中是没有的。

纳滤膜过滤组件包括第一纳滤膜装置11、第一原液罐12、进料泵13、阀和相关管路，第一原液罐12顶部设有发酵液添加口和清洗液添加口，底部设有出料管口；其中的发酵液添加口包括浓料添加口和稀料添加口，在浓料添加口外设置一套蒸汽换热器2，使得浓料添加口添加发酵液的温度为45度左右，发酵液添加口连接到前一工序的微滤膜过滤组，接受来自于前一工序的发酵液原液。

上述的清洗液添加口连通清洗液清洗装置3，清洗液清洗装置包括纯水罐和化学品罐，两罐通过泵和管道，与微滤膜过滤组件、浓缩过滤组件和纳滤膜过滤组件构成CIP清洗，详见图5，CIP系统是Clean In Place的缩写，原位清洗（在线清洗、就地清洗）。CIP清洗即不分解生产设备，又可用简单操作方法安全自动的清洗系统，几乎被引进到所有的食品，饮料及制药等工厂，属于现有技术部分，不再祥述。

第一纳滤膜装置11上具有原料进口、截留液出口和滤液出口，第一原液罐底部的出料管口通过进料泵13连接到第一纳滤膜装置的原料进口，截留液出口通过管道返回到第一原液罐12，且在截留液返回管路上设置原液质量流量计14，原液质量流量计14电连接调控发酵液添加口和清洗液添加口的进料阀门，控制阀门的启闭，滤液出口连接到下一工序的浓缩过滤组件。纳滤是在压力差推动力作用下，盐及小分子物质透过纳滤膜，而截留大分子物质的一种液液分离方法，又称低压反渗透。纳滤膜截留分子量范围为200-1000MWCO，介于超滤和反渗透之间，主要应用于溶液中大分子物质的浓缩和纯化。纳滤系统多采用错流过滤的方式。错流方式避免了在死端过滤过程中产生的堵塞现象：料液流经膜的表面，在压力的作用下液体及小分子物质透过纳滤膜，而不溶性物质和大分子物质则被截留；料液具有足够的流速可将被膜截留的物质从膜表面剥离，连续不断的剥离降低了膜的污染程度，因而可在较长的时间内维持较高的膜渗透通量。错流过程同时避免了在死端过滤(如板框压滤机、鼓式真空过滤机)过程中依靠滤饼层进行过滤的情况，分离发生在膜表面而不是滤饼层中，因而滤液质量在整个过程中是均一而稳定的。

浓缩过滤组件也是采用纳滤工艺，所述浓缩过滤组件与纳滤膜过滤组件组成基本相同，重点在于管路的连接关系，纳滤膜过滤组件包括第二纳滤膜装置41、第二原液罐42、浓缩泵43、阀和相关管路，且在纳滤膜过滤组件的滤液出口和浓缩过滤组件的截留液出口通过第一三通阀44同时连接到一次蒸发管道和浓缩过滤组件的发酵液添加口，且在第一纳滤膜装置中的滤液出口管路上设置透过液质量流量计45，用于控制第一三通阀的转换，浓缩过滤组件的滤液出口外排纯水；浓缩过滤组件的浓缩液出口通过第二三通阀46同时连接到浓缩过滤组件的一次蒸发管道和浓缩过滤组件的发酵液添加口，且在第二纳滤膜装置中的浓缩液出口管路上设置浓缩液质量流量计47，用于控制第二三通阀的转换。

具有以下几种模式，

一是，发酵液通过纳滤膜过滤组件后，透过液质量流量计检测到浓度超过3.5%时，第一三通阀自动转为出料至一次蒸发管道，纳滤膜过滤组件并保持自身循环，正常运行；如图2。

二是，发酵液通过纳滤膜过滤组件后，透过液质量流量计检测到浓度低于3.5%时，第一三通阀自动转为进第二原液罐，透过液在浓缩过滤组件中循环浓缩；如图3.

三是，浓缩液质量流量计检测浓度达到3.5%时，第二三通阀自动转为出料至一次蒸发管道，如图4。

上面所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域相关技术人员对本实用新型的各种变形和改进，均应扩如本实用新型权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种应用于发酵液提纯的纳滤膜系统，包括前后设置的微滤膜过滤组件和浓缩过滤组件，其特征在于，在所述微滤膜过滤组和浓缩过滤组件之间串联地增加至少一组纳滤膜过滤组件。

2.根据权利要求1所述的一种应用于发酵液提纯的纳滤膜系统，其特征是，所述的纳滤膜过滤组件包括第一纳滤膜装置、第一原液罐、进料泵、阀和相关管路，所述第一原液罐顶部设有发酵液添加口和清洗液添加口，底部设有出料管口；所述发酵液添加口连接到前一工序的微滤膜过滤组，所述清洗液添加口连通清洗液清洗装置，所述第一纳滤膜装置上具有原料进口、截留液出口和滤液出口，所述第一原液罐出料管口通过进料泵连接到第一纳滤膜装置的原料进口，所述截留液出口通过管道返回到第一原液罐，且在所述截留液返回管路上设置原液质量流量计，所述原液质量流量计电连接调控发酵液添加口和清洗液添加口的进料阀门，所述滤液出口连接到下一工序的浓缩过滤组件。

3.根据权利要求2所述的一种应用于发酵液提纯的纳滤膜系统，其特征是，所述浓缩过滤组件与纳滤膜过滤组件组成相同，所述的纳滤膜过滤组件包括第二纳滤膜装置、第二原液罐、浓缩泵、阀和相关管路，且在纳滤膜过滤组件的滤液出口和浓缩过滤组件的截留液出口通过第一三通阀同时连接到一次蒸发管道和浓缩过滤组件的发酵液添加口，且在第一纳滤膜装置中的滤液出口管路上设置透过液质量流量计，用于控制第一三通阀的转换，所述浓缩过滤组件的滤液出口外排纯水；所述浓缩过滤组件的浓缩液出口通过第二三通阀同时连接到浓缩过滤组件的一次蒸发管道和浓缩过滤组件的发酵液添加口，且在第二纳滤膜装置中的浓缩液出口管路上设置浓缩液质量流量计，用于控制第二三通阀的转换。

4.根据权利要求2所述的一种应用于发酵液提纯的纳滤膜系统，其特征是，所述发酵液添加口包括浓料添加口和稀料添加口，在所述浓料添加口外设置一套蒸汽换热器。

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