L-乳酸發(fā)酵液板框過濾添加助濾劑試驗探討

張綱領(lǐng) 胡中華 姜建友 范小輝 張俊 顧永華

摘 要：L-乳酸工業(yè)化生產(chǎn)過程中，發(fā)酵結(jié)束后的成熟料液主要采用板框過濾，以濾布為介質(zhì)，形成濾餅，以壓力差過濾來實現(xiàn)固液分離。為減少板框渣量，減輕環(huán)保壓力，在板框過濾過程中，對添加助濾劑的條件和方式進(jìn)行單因素和正交試驗。結(jié)果表明：添加珍珠巖∶硅藻土=1∶1，添加量0.1%，pH為10，渣型穩(wěn)定，出渣率下降了約47%。

關(guān)鍵詞：板框過濾;助濾劑;渣型;出渣率

中圖分類號：TQ921.3文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2020）25-0133-03

Abstract： In the industrial production process of L-lactate， the mature solution after fermentation is mainly filtered by plate and frame， with filter cloth as medium， forming filter cake， and realizing solid-liquid separation by pressure difference filtration. In order to reduce the amount of plate and frame slag and reduce the pressure of environmental protection， single factor and orthogonal experiments were carried out on the conditions and ways of adding filter aids in the process of plate and frame filtration. The results show that： adding perlite： diatomite = 1：1， adding amount is 0.1%， pH range is 10， slag type is stable， slag rate is reduced by about 47%.

Keywords： plate and frame filtration;filter aid;slag type;slag yield

目前，我國L-乳酸工業(yè)化生產(chǎn)主要采用鈣鹽法發(fā)酵，發(fā)酵結(jié)束后的料液成分較為復(fù)雜，含有菌體、殘?zhí)?、蛋白質(zhì)、色素、膠體、有機(jī)雜酸、無機(jī)鹽等多種雜質(zhì)[1-2]。這些成分主要來源于原材料、未消耗的營養(yǎng)鹽或發(fā)酵的中間副產(chǎn)物。乳酸成熟料液中的固形物為5%～7%，當(dāng)前的處理工藝是：加熱至75～85 ℃，用氫氧化鈣調(diào)節(jié)料液pH，經(jīng)過充分反應(yīng)后，以板框為載體實現(xiàn)固液分離。該工藝過程存在板框渣較多，廢渣處理難度大，環(huán)保壓力大。為了減少乳酸生產(chǎn)過程中發(fā)酵液處理產(chǎn)生的廢渣，本文從發(fā)酵液預(yù)處理進(jìn)行單因素試驗，在單因素的基礎(chǔ)上進(jìn)行正交試驗設(shè)計，實現(xiàn)節(jié)能減排和可持續(xù)性發(fā)展。

在乳酸發(fā)酵液以板框為載體進(jìn)行固液分離工藝中，添加一定量的助濾劑，可有效提高過濾效果，增加料液過濾量，提高收率，減少廢渣。目前，乳酸發(fā)酵液工業(yè)過濾中采用的過濾介質(zhì)主要有硅藻土、珍珠巖、纖維素、濾棉、石棉纖維、細(xì)粒的硅膠、活性炭等[3]。但對乳酸工業(yè)化生產(chǎn)來說，最有效果的是硅藻土與珍珠巖配合使用，二者均具有獨特的物理結(jié)構(gòu)，可變的粒度范圍以及穩(wěn)定的化學(xué)性能，故可大大提高過濾效率，改善澄清度[4]。本試驗按照工業(yè)化工藝流程，使用板框過濾的清液配制一定比例的助濾劑漿液，對板框先進(jìn)行預(yù)涂，再通過試驗摸索助濾劑預(yù)涂工藝，尋求最適用的預(yù)涂工藝參數(shù)。本試驗?zāi)苓B續(xù)過濾，濾液質(zhì)量穩(wěn)定，過料相同的噸位下，相比以前的工藝控制，出渣率下降了約47%，實現(xiàn)了減少廢固、減輕勞動強(qiáng)度、節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)率的目的。

1 材料與方法

1.1 材料

乳酸發(fā)酵液、珍珠巖、硅藻土，均由河南省乳酸工程技術(shù)研究中心提供。

1.2 試驗儀器

上海炳宇顯微鏡，型號：XBM-660;工業(yè)數(shù)顯相機(jī);上海慧泰鼓風(fēng)干燥箱，型號：DHG-9240A;梅特勒pH電極;數(shù)顯電子秤;水銀溫度計。

1.3 試驗方法

1.3.1 添加助濾劑單因素試驗。對于乳酸發(fā)酵結(jié)束后的料液，添加助濾劑后進(jìn)行板框過濾試驗。助濾劑采用珍珠巖與硅藻土搭配，添加量參考姚以儉[5]、羅廉明[6]、徐揚綱[7]的研究[5-7]，篩選出珍珠巖、硅藻土及兩者混合作為助濾劑進(jìn)行試驗時的添加量，見表1。助濾劑采用三種添加方式：全部量添加清液中預(yù)涂;各50%量加入預(yù)涂層和過濾液;全部量添加過濾液中。其中，添加清液中預(yù)涂是指采用一定量已過濾的乳酸發(fā)酵液與助濾劑混勻，在板框的濾布上形成助濾劑預(yù)涂層，再進(jìn)行料液過濾。乳酸發(fā)酵液板框過濾方法是：固定每次預(yù)涂清液噸位30 t，控制發(fā)酵液噸位150～200 t，當(dāng)過濾開始時，保持壓力穩(wěn)定，當(dāng)濾餅達(dá)到一定厚度時，過濾停止，計量過料噸位。記錄板框過濾效果的難易、過濾體積、渣型、出渣率等。

表1 助濾劑添加量

[助濾劑類型 添加劑量（噸料液的百分比）/% 珍珠巖（A） — 0.1 0.2 0.3 硅藻土（B） 0.05 0.1 0.2 0.3 （A∶B）混勻 0.05∶0.05 0.05∶0.1 0.1∶0.05 0.1∶0.1 ]

1.3.2 正交試驗設(shè)計。根據(jù)單因素試驗結(jié)果，預(yù)涂珍珠巖∶硅藻土（1∶1）配比量，確保連續(xù)過濾循環(huán)和壓力穩(wěn)定，保證預(yù)涂層均勻附著在濾布上，增大過濾的體系，形成深層過濾系統(tǒng)。找出影響結(jié)果的關(guān)鍵因素，對預(yù)涂層助濾劑的合適加量范圍（A）、調(diào)漿pH（B）、混勻時長（C）、料液溫度（D）四個因素作正交試驗設(shè)計，結(jié)合工業(yè)應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性，選擇L9（34）的正交分析因素與水平，見表2。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素試驗設(shè)計與結(jié)果

單因素試驗的研究對象為珍珠巖助濾劑、硅藻土助濾劑及兩者混合組成的助濾劑，主要考察助濾劑的添加量與添加方式對過濾乳酸發(fā)酵液量的影響及濾液澄清度。結(jié)合安家彥等[4]報道的將珍珠巖與硅藻土按不同配比度對物料澄清度的優(yōu)勢作用，進(jìn)行每組4個梯度的單因素試驗，每批次重復(fù)一次，取過濾料液的噸位均值，試驗結(jié)果見圖1至圖4。

由圖4可知，采用B方式（50%預(yù)涂）較A與C方式，相同助濾劑量能過濾更多物料，即將助濾劑分別添加在預(yù)涂液與發(fā)酵料液中進(jìn)行料液過濾，過濾噸位高，料液澄清度好，渣型更穩(wěn)定。

2.2 正交試驗結(jié)果與討論

考察預(yù)涂層助濾劑加量（A）、調(diào)漿pH（B）、混勻時長（C）、料液溫度（D）對乳酸發(fā)酵液板框過濾噸位的影響，進(jìn)行正交試驗9批次，每批次重復(fù)一次，取過濾噸位均值，試驗結(jié)果見表3。

2.3 未添加助濾劑與板框預(yù)涂助濾劑過濾渣型的差異

為了更直觀地了解預(yù)涂試驗，研究者分別取未添加助濾劑和對板框進(jìn)行預(yù)涂助濾劑的板框過濾渣，見圖5。通過添加助濾劑進(jìn)行發(fā)酵板框工藝改進(jìn)后，渣型更穩(wěn)定，過濾噸位得到提升，乳酸發(fā)酵液透光度得到改善，濾液更澄清透亮。因此，助濾劑能很好地吸附發(fā)酵液中的懸浮物[8]，使其能更好地聚集，對濾液過濾起到改善作用，能有效確保乳酸凈化工藝的穩(wěn)定運行。

3 結(jié)論

板框預(yù)涂試驗?zāi)芴嵘樗嵋哼^濾的生產(chǎn)效率，確保生產(chǎn)穩(wěn)定運行，說明板框預(yù)涂工藝改造是一種能有效解決發(fā)酵液濾難過問題的一種有效又環(huán)保的方法。經(jīng)預(yù)涂工藝改造后，乳酸發(fā)酵液的出渣率4%，與之前的板框出渣率相比下降率達(dá)到47%。

參考文獻(xiàn)：

[1]顧永華，崔洋，姜建友，等.淀粉質(zhì)原料發(fā)酵生產(chǎn)L-乳酸過程中的殘?zhí)强刂芠J].河南化工，2020（5）：30-32.

[2]王浩，崔耀軍，顧永華.乳酸提取和精制技術(shù)研究進(jìn)展[J].食品安全導(dǎo)刊，2015（13）：74-75.

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[5]姚以儉.硅藻土助濾劑與飲料過濾[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，1984（2）：46-53.

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[7]徐揚綱，朱勉學(xué).硅藻土超濾機(jī)[J].過濾與分離，1997（3）：25-31.

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