1、丁二酸介绍

丁二酸又叫琥珀酸，英文名succinic acid，分子式为C4H604，分子量为118．09，丁二酸是一种常见的天然有机酸，广泛存在于人体、动物、植物和微生物中。纯净的丁二酸为无色至白色单斜晶体，丁二酸无臭，低毒，可燃。比重为1.572，熔点180～187℃，沸点235℃(分解)。在熔点以下加热时，丁二酸升华，脱水生成丁二酸酐。丁二酸在水中的溶解度如表1.1，几乎不溶于苯、二硫化碳、四氯化碳和乙醚。

表1：丁二酸在水中的溶解度

2、丁二酸传统提取工艺介绍

 工艺描述：通过将发酵液进行板框过滤，得到丁二酸钠溶液，接着对转化液进行钙化沉淀，过滤后取滤饼进行酸化（用硫酸进行），酸化得到的丁二酸溶液通过脱色、阴阳离子交换脱盐除杂，得到纯度较高的丁二酸溶液，再通过蒸发浓缩结晶，最终得到丁二酸产品。

图1：丁二酸传统提取工艺流程

此工艺优缺点：钙盐法因为工艺成熟、设备简单、原材料易得和产品质量稳定等特点而在国内外被广泛使用。但经过这么多年的应用，其缺陷日益显露：一是得到的提取液中丁二酸的浓度较低，增大了后续浓缩段的负荷；二是单元操作损失多，总收率低；三是在提取过程中丁二酸经过了多次相变，消耗化工原料多，固液分离量大，能耗高；四是环境污染严重，产生大量的固体废弃物CaS04，每生产出1mol的丁二酸产品，就产生出等量的石膏副产物。因此，钙盐法提取有待于进一步的提高。

3、丁二酸新提取工艺介绍

工艺描述：丁二酸发酵液先进入陶瓷膜系统进行除杂澄清，除去菌渣等杂质，过程中加水洗涤，提高产品收率。陶瓷膜透析液进入下道超滤膜系统，除去大部分蛋白质及色素，提高产品品质，过程中也需要加水洗涤提高收率。陶瓷膜浓缩液和超滤浓缩液作为废液进行处理排放。超滤透析液进入连续离交系统，通过阳树脂使得丁二酸钠转换成丁二酸。连续离交流出液即为丁二酸溶液，再通过反渗透系统进行浓缩，提高产品的浓度。反渗透的透析液酸度还比较高，后续需要通过两级反渗透处理后可以进行回用。对于三级反渗透进料，即二级反渗透透析液，可以先调PH至中性后，再进行过滤，提高对丁二酸的截留，这样三级反渗透浓缩液可返回到连续离交系统，重新进行交换处理。一级反渗透浓缩液则进入后段进行脱盐脱色、浓缩结晶，最终得到成品丁二酸。

图2：丁二酸新的提取工艺流程

3.1、陶瓷膜过滤工艺介绍：

3.1.1 料液情况

实验料液为丁二酸钠发酵液，经过高温灭菌后，PH约8-9，其中丁二酸含量约63g/L，其他杂酸含量约10g/L。

3.1.2 陶瓷膜过滤情况

使用50nm陶瓷膜对丁二酸钠发酵液处理，通过加0.3倍水洗涤，产品收率可以达到99%以上，整个过滤过程的平均通量约90LMH。

3.2、超滤膜过滤工艺介绍：

使用5000分子量超滤膜对陶瓷膜透析液进行处理，可以使料液色素及蛋白含量降低，降低后序工艺处理难度。对于陶瓷膜透析液需要调节料液PH至弱酸性，这样可以使得超滤通量较稳定。超滤过程加0.4倍水洗涤后，产品收率可以达到97%以上，过程的平均通量约16LMH。

3.3、连续离交工艺介绍：

前段超滤工艺的透析液作为连续离交的原料液进行转化生成丁二酸，主要为丁二酸钠溶液经过阳离子树脂交换后，生成产品丁二酸。连续离交设备主要有20根交换柱子分为两大区，交换区和再生区，而再生区包括碱再生区和酸再生区。具体生产过程为料液经过交换区后，将树脂转为钠型，而生成产品丁二酸，树脂交换饱和后，经过清洗转入碱再生区，碱再生过程主要为去除树脂吸附的色素和蛋白等，来保证树脂能够连续生产使用，碱再生后，树脂再用酸进行转型，将树脂转为氢型，再生清洗后，进入下一个循环吸附交换。

运用连续离子交换进行转化最终得到的产品浓度30.7g/l（具体浓度与实际进料液含量有关），PH为1.9，产品收率平均值为98.8%，对应此超滤液的树脂处理量为2.1ml超滤液/ml树脂。

3.4、反渗透浓缩工艺介绍：

反渗透工艺的料液为连续离交出料的丁二酸溶液，料液直接进入一级反渗透系统进行浓缩，达到一定浓缩倍数时，浓缩液进入后段脱盐脱色工艺，一级反渗透透析液需要进行二级反渗透浓缩，二级浓缩液含有产品则浓缩到一定含量后，作为一级浓缩的原料液返回到一级浓缩系统中，二级反渗透透析液先进行调整ph为中性后再进行三级反渗透处理，进一步降低透析液中的丁二酸，使得三级反渗透透析液可以进行回用，三级反渗透的浓缩液可作为连续离交进料返回去重新转化。

图3：反渗透浓缩工艺流程

4、传统工艺与新工艺的对比

传统工艺：在钙化法工艺中，需要消耗钙盐、98%浓硫酸，同时会产生大量的硫酸钙固体，过程中还需要使用到板框过滤等，整个工艺线工段多，操作较复杂，且大量的硫酸钙固体较难处理，目前硫酸钙的处理方法为填埋，容易造成环境污染。

新工艺：在连续离交工艺中，一步工艺转化直接生成丁二酸产品，工艺简单，工段少、收率高，且24小时连续全自动化操控，大大减少了操作人工数量；通过反渗透膜工艺浓缩产品，可减少后期的蒸发成本，浓缩过程产水可以作为生产回用水，降低了生产水耗。

1、丁二酸介绍

丁二酸又叫琥珀酸，英文名succinic acid，分子式为C4H604，分子量为118．09，丁二酸是一种常见的天然有机酸，广泛存在于人体、动物、植物和微生物中。纯净的丁二酸为无色至白色单斜晶体，丁二酸无臭，低毒，可燃。比重为1.572，熔点180～187℃，沸点235℃(分解)。在熔点以下加热时，丁二酸升华，脱水生成丁二酸酐。丁二酸在水中的溶解度如表1.1，几乎不溶于苯、二硫化碳、四氯化碳和乙醚。

表1：丁二酸在水中的溶解度

2、丁二酸传统提取工艺介绍

 工艺描述：通过将发酵液进行板框过滤，得到丁二酸钠溶液，接着对转化液进行钙化沉淀，过滤后取滤饼进行酸化（用硫酸进行），酸化得到的丁二酸溶液通过脱色、阴阳离子交换脱盐除杂，得到纯度较高的丁二酸溶液，再通过蒸发浓缩结晶，最终得到丁二酸产品。

图1：丁二酸传统提取工艺流程

此工艺优缺点：钙盐法因为工艺成熟、设备简单、原材料易得和产品质量稳定等特点而在国内外被广泛使用。但经过这么多年的应用，其缺陷日益显露：一是得到的提取液中丁二酸的浓度较低，增大了后续浓缩段的负荷；二是单元操作损失多，总收率低；三是在提取过程中丁二酸经过了多次相变，消耗化工原料多，固液分离量大，能耗高；四是环境污染严重，产生大量的固体废弃物CaS04，每生产出1mol的丁二酸产品，就产生出等量的石膏副产物。因此，钙盐法提取有待于进一步的提高。

3、丁二酸新提取工艺介绍

工艺描述：丁二酸发酵液先进入陶瓷膜系统进行除杂澄清，除去菌渣等杂质，过程中加水洗涤，提高产品收率。陶瓷膜透析液进入下道超滤膜系统，除去大部分蛋白质及色素，提高产品品质，过程中也需要加水洗涤提高收率。陶瓷膜浓缩液和超滤浓缩液作为废液进行处理排放。超滤透析液进入连续离交系统，通过阳树脂使得丁二酸钠转换成丁二酸。连续离交流出液即为丁二酸溶液，再通过反渗透系统进行浓缩，提高产品的浓度。反渗透的透析液酸度还比较高，后续需要通过两级反渗透处理后可以进行回用。对于三级反渗透进料，即二级反渗透透析液，可以先调PH至中性后，再进行过滤，提高对丁二酸的截留，这样三级反渗透浓缩液可返回到连续离交系统，重新进行交换处理。一级反渗透浓缩液则进入后段进行脱盐脱色、浓缩结晶，最终得到成品丁二酸。

图2：丁二酸新的提取工艺流程

3.1、陶瓷膜过滤工艺介绍：

3.1.1 料液情况

实验料液为丁二酸钠发酵液，经过高温灭菌后，PH约8-9，其中丁二酸含量约63g/L，其他杂酸含量约10g/L。

3.1.2 陶瓷膜过滤情况

使用50nm陶瓷膜对丁二酸钠发酵液处理，通过加0.3倍水洗涤，产品收率可以达到99%以上，整个过滤过程的平均通量约90LMH。

3.2、超滤膜过滤工艺介绍：

使用5000分子量超滤膜对陶瓷膜透析液进行处理，可以使料液色素及蛋白含量降低，降低后序工艺处理难度。对于陶瓷膜透析液需要调节料液PH至弱酸性，这样可以使得超滤通量较稳定。超滤过程加0.4倍水洗涤后，产品收率可以达到97%以上，过程的平均通量约16LMH。

3.3、连续离交工艺介绍：

前段超滤工艺的透析液作为连续离交的原料液进行转化生成丁二酸，主要为丁二酸钠溶液经过阳离子树脂交换后，生成产品丁二酸。连续离交设备主要有20根交换柱子分为两大区，交换区和再生区，而再生区包括碱再生区和酸再生区。具体生产过程为料液经过交换区后，将树脂转为钠型，而生成产品丁二酸，树脂交换饱和后，经过清洗转入碱再生区，碱再生过程主要为去除树脂吸附的色素和蛋白等，来保证树脂能够连续生产使用，碱再生后，树脂再用酸进行转型，将树脂转为氢型，再生清洗后，进入下一个循环吸附交换。

运用连续离子交换进行转化最终得到的产品浓度30.7g/l（具体浓度与实际进料液含量有关），PH为1.9，产品收率平均值为98.8%，对应此超滤液的树脂处理量为2.1ml超滤液/ml树脂。

3.4、反渗透浓缩工艺介绍：

反渗透工艺的料液为连续离交出料的丁二酸溶液，料液直接进入一级反渗透系统进行浓缩，达到一定浓缩倍数时，浓缩液进入后段脱盐脱色工艺，一级反渗透透析液需要进行二级反渗透浓缩，二级浓缩液含有产品则浓缩到一定含量后，作为一级浓缩的原料液返回到一级浓缩系统中，二级反渗透透析液先进行调整ph为中性后再进行三级反渗透处理，进一步降低透析液中的丁二酸，使得三级反渗透透析液可以进行回用，三级反渗透的浓缩液可作为连续离交进料返回去重新转化。

图3：反渗透浓缩工艺流程

4、传统工艺与新工艺的对比

传统工艺：在钙化法工艺中，需要消耗钙盐、98%浓硫酸，同时会产生大量的硫酸钙固体，过程中还需要使用到板框过滤等，整个工艺线工段多，操作较复杂，且大量的硫酸钙固体较难处理，目前硫酸钙的处理方法为填埋，容易造成环境污染。

新工艺：在连续离交工艺中，一步工艺转化直接生成丁二酸产品，工艺简单，工段少、收率高，且24小时连续全自动化操控，大大减少了操作人工数量；通过反渗透膜工艺浓缩产品，可减少后期的蒸发成本，浓缩过程产水可以作为生产回用水，降低了生产水耗。