CN100515547C - 脱除玉米生产多元醇反应液中盐的电渗析器与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种脱除玉米生产多元醇反应液中盐的电渗析器与方法，属于电渗析脱盐技术。所述的电渗析器阴膜采用苯乙烯季铵型离子交换膜和阳膜采用苯乙烯磺酸型离子交换膜。所述的方法过程包括：在两极板间施加电压，保证单膜对电压为0.8-1.4；将多元醇反应液输入电渗析器淡室内，在电场力的作用下不断循环脱盐；在电渗析器的浓室通入乙酸钠溶液以携带盐分；在电渗析器两极室内通入硫酸钠溶液，以保证电渗析器良好导电性。该方法与传统的蒸馏脱盐法相比具有经济、操作简便、多元醇产品损失率低等优点，能够有效脱除多元醇反应液中95%以上的有机酸盐和无机盐，多元醇损失率在1%以下。

Description

脱除玉米生产多元醇反应液中盐的电渗析器与方法
技术领域
本发明涉及一种脱除玉米生产多元醇反应液中盐的电渗析器与方法，属于电渗析脱盐技术。
背景技术
近年来人们利用玉米经生物发酵，然后在一定催化剂条件下加氢催化裂解，制取多元醇反应液。所得多元醇反应液组成及其质量含量分别为：氢氧化钠0.63％、甲醇0.26％、乙醇0.36％、山犁醇2.8％、丙二醇6.08％、乙二醇4.21％、甘油3.27％、甲酸钠0.32％、乙酸钠0.12％、丙酸钠0.46％等，其余为水。
目前对多元醇反应液脱盐法主要采用真空蒸馏法，该方法不足之处是能耗高，而且由于盐的存在，蒸馏脱盐过程中存在多元醇热敏、聚合或分解的问题，使得多元醇产品质量下降和收率低。因此，需开发出新的脱盐技术，以克服以上存在的问题。
电渗析技术是分离电解质与非电解质的有效方法之一，在海水淡化、淡水纯化等方面的应用已经十分成熟，该方法在应用中不会造成环境污染，并且成本较为低廉。
发明内容
本法明的目的在于提供一种脱除玉米生产多元醇反应液中盐的电渗析器与方法，该电渗析器结构简单，采用本发明装置能够脱除多元醇反应液中95％以上的有机酸盐和无机盐。
本发明是通过下述技术方案加以实现的：一种脱除玉米生产多元醇反应液中盐的电渗析器，该电渗析器由正负电极板，及在两电极板之间设置的膜支架，膜支架上以阴离子交换膜和阳离子交换膜相间交替排列组成的膜堆。其特征在于阴离子交换膜为苯乙烯季铵型阴离子交换膜，膜厚度为0.6mm，该膜性能参数为：在1mol/L氯化钠溶液中盐扩散系数小于0.008mmolNaCl/(cm2·h·mol/L)、选择透过率大于94％、透水率小于0.1ml/(h·cm2·Mpa)、面电阻小于12Ω·cm2；阳离子交换膜为苯乙烯磺酸型阳离子交换膜，膜厚度为0.6mm，该膜性能参数为：在1mol/L氯化钠溶液中盐扩散系数小于0.008mmolNaCl/(cm2·h·mol/L)、选择透过率大于92％、透水率小于0.1ml/(h·cm2·Mpa)、面电阻小于10Ω·cm2。
以上述的电渗析器脱除玉米生产多元醇反应液中的盐的方法，其特征在于包括以下过程：
1在电渗析器的两极板间施加电压，施加的电压保证每对离子交换膜之间电压为0.8-1.4伏。
2将质量含量为6.08％的1，2丙二醇、4.21％的乙二醇、3.27％的丙三醇、1.16％的丁二醇、2.8％的山梨醇、0.32％的甲酸钠、0.12％的乙酸钠、0.46％的丙酸钠和0.63％的氢氧化钠，其余为水的多元醇反应液以进料温度为10-40℃和1-2cm/s的流速加入电渗析器淡室b，多元醇反应液流经淡室后再通过多元醇反应液储罐3进入电渗析器淡室b，如此循环。多元醇反应液在不断循环过程中，多元醇反应液中的甲酸钠、乙酸钠、丙酸钠和氢氧化钠在电场力的作用下，其中的钠离子透过阳离子交换膜，同时受到阴离子交换膜的截留而聚集在浓室里，阴离子甲酸根、乙酸根、丙酸根和氢氧根透过阴离子交换膜，同时受到阳离子交换膜的截留而聚集在浓室里，这样多元醇反应液中盐不断转移到浓室乙酸钠溶液中，盐分得以脱除。
3与步骤2进行的同时，将初始浓度0.01-0.03mol/L的乙酸钠溶液以3-6cm/s的流速加入电渗析器浓室a，然后流出电渗析器浓室的盐溶液再通过乙酸钠溶液储罐2进入电渗析器浓室a，如此循环，该溶液在循环过程中，来自淡室多元醇反应液中的盐不断转移到乙酸钠溶液中，该溶液盐浓度不断升高。
4与步骤2和3进行的同时，将浓度为0.2mol/L的硫酸钠溶液以流速为4-6cm/s在电渗析器的阳极室和阴极室之间进行循环，保证电渗析器两电极之间具有良好的导电性。
本发明优点在于操作简单，易于实现，与现行的真空蒸馏法相比能耗低，脱盐率达到95％以上，过程中多元醇损失率低于1％。
附图说明
图1为采用本发明的电渗析器脱除多元醇反应液中盐的工艺流程示意图。
图中：1为电渗析器、2为浓室液储罐、3为多元醇反应液储罐、4为硫酸钠溶液储罐、5，6，7为流量计、8，9，10为循环泵、11为直流稳压电源、12为安培表、C为阳离子交换膜、A为阴离子交换膜、a为浓室、b为淡室。
具体实施方式
本发明所使用的电渗析器，如图1所示。其中，电渗析器由5对阴、阳离子交换膜(单膜面积：150×400mm2)交替组成，阳极钛镀钌极板，阴极不锈钢极板。阴离子交换膜为苯乙烯季铵型阴离子交换膜，膜厚度为0.6mm，该膜性能参数为：在1mol/L氯化钠溶液中盐扩散系数小于0.008mmolNaCl/(cm2·h·mol/L)、选择透过率大于94％、透水率小于0.1ml/(h·cm2·Mpa)、面电阻小于12Ω·cm2；阳离子交换膜为苯乙烯磺酸型阳离子交换膜，膜厚度为0.6mm，该膜性能参数为：在1mol/L氯化钠溶液中盐扩散系数小于0.008mmolNaCl/(cm2·h·mol/L)、选择透过率大于92％、透水率小于0.1ml/(h·cm2·Mpa)、面电阻小于10Ω·cm2。隔板厚度为0.9mm，隔板有效面积为120mm×330mm。
采用上述的阴阳离子交换膜的电渗析器去除玉米生产多元醇反应液中的盐的过程如下：
具体实施例1：
在电渗析两极板间施加一定电压，保证单膜对电压为1伏。将4升初始质量组成为1，2丙二醇6.08％，乙二醇4.21％，丙三醇3.27％，丁二醇1.16％，山梨醇2.8％，甲酸钠0.32％，乙酸钠0.12％，丙酸钠0.46％，氢氧化钠0.63％，其余为水的多元醇反应液注入多元醇反应液储罐3，多元醇反应液升温至25-28℃，由循环泵10将多元醇反应液以1cm/s的流速加入电渗析器淡室b，多元醇反应液流经淡室后再通过多元醇反应液储罐3，如此循环。与此同时将4升浓度为0.01mol/L的乙酸钠溶液注入乙酸钠溶液储罐2，升温至25-28℃，由循环泵6将乙酸钠溶液以1cm/s输入电渗析器浓室a，然后流出电渗析器浓室的盐溶液再通过乙酸钠溶液储罐2，如此循环。在多元醇反应液和乙酸钠溶液不断循环过程中，多元醇反应液中的甲酸钠、乙酸钠、丙酸钠和氢氧化钠不断转移到浓室乙酸钠溶液中，多元醇反应液中盐分不断减少，直至达到脱盐目的。为了保证电渗析器两电极之间具有良好的导电性，将浓度为0.2mol/L的硫酸钠溶液注入硫酸钠溶液储罐4，由循环泵8使得硫酸钠溶液进入电渗析器阴极和阳室内循环流动。硫酸钠溶液在极室中的流速为6cm/s。
上述过程操作155分钟，多元醇反应液中含盐量从原来的20g/L降至1g/L，脱盐率达到95％，测得电渗析脱盐过程能耗为16.57kw.h/m3，多元醇损失率为4.42％。
具体实施例2：
本实施例操作过程与实施例1相同，只是如下条件与实施例1不同：多元醇反应液进入电渗析淡室b的流速为1cm/s，乙酸钠溶液进入电渗析浓室a的流速为3cm/s。操作时间为175分钟。
本实施例结果如下：原料液中含盐量从原来的20g/L降至1g/L，脱盐率达到95％，测得电渗析脱盐过程能耗为17.4kw.h/m3，多元醇损失率为1％。对比实施例1，当浓淡室流速比为3∶1时，多元醇损失率显著下降，而其它性能指标基本不变。
具体实施例3：
本实施例操作过程与实施例1相同，只是如下条件与实施例1不同：多元醇反应液进入电渗析器淡室b的流速为1cm/s，乙酸钠溶液进入电渗析浓室a的流速为1cm/s，乙酸钠溶液体积为1L。操作时间为175分钟。
本实施例结果如下：多元醇反应液中含盐量从原来的20g/L降至1g/L，脱盐率达到95％，测得电渗析脱盐过程能耗为18.64kw.h/m3，多元醇损失率为4.38％。可见当浓淡室溶液体积比为1∶4时，脱盐性能指标对比实施例1基本不变，因此采用本发明用膜可以达到脱盐并浓缩浓室盐溶液的目的。
对比例1
电渗析器采用现有的由杭州千秋化工提供的异相离子交换膜，该膜参数为：阴离子交换膜为苯乙烯季铵型阴离子交换膜，在1mol/L氯化钠溶液中盐扩散系数小于0.02mmolNaCl/(cm2·h·mol/L)、选择透过率大于90％、膜厚度为0.42mm、透水率小于10ml/(h·cm2·Mpa)、面电阻小于13Ω·cm2，阳离子交换膜为苯乙烯磺酸型阳离子交换膜，该膜在1mol/L氯化钠溶液中盐扩散系数小于0.02mmolNaCl/(cm2·h·mol/L)、选择透过率大于92％、膜厚度为0.42mm、透水率小于10ml/(h·cm2·Mpa)、面电阻小于12Ω·cm2。
1)采用上述电渗析器以与实施例1完全相同条件，所得实验结果如下：多元醇反应液脱盐率达到95％时，能耗为15kw.h/m3，多元醇损失率为6.1％，操作时间为145分钟。
2)采用上述电渗析器以与实施例2完全相同条件，所得实验结果如下：多元醇反应液脱盐率达到95％时，能耗为20.11kw.h/m3，多元醇损失率为2.2％，操作时间为145分钟。
3)采用上述电渗析器以与实施例3完全相同条件，所得实验结果如下：多元醇反应液脱盐率达到95％时，能耗为19.3kw.h/m3，多元醇损失率为9.14％，操作时间为240分钟。
对比例2
电渗析器采用现有的由北京环宇利达提供的均相离子交换膜，该膜参数为：阴离子交换膜为JCM-1型，交联度为10％、膜厚度为0.1mm、迁移数大于0.88、面电阻小于5Ω·cm2，含水量(24～30)％，阳离子交换膜为JAM-1型，交联度为10％、膜厚度为0.1mm、迁移数大于0.95、面电阻小于4Ω·cm2，含水量(20～25)％。
1)采用上述电渗析器以与实施例1完全相同条件，所得实验结果如下：多元醇反应液脱盐率达到95％时，能耗为17.03kw.h/m3，多元醇损失率为4.82％，操作时间为180分钟。
2)采用上述电渗析器以与实施例2完全相同条件，所得实验结果如下：多元醇反应液脱盐率达到95％时，能耗为17.99kw.h/m3，多元醇损失率为3.86％，操作时间为180分钟。
3)采用上述电渗析器以与实施例2完全相同条件，所得实验结果如下：多元醇反应液脱盐率达到95％时，能耗为18.38kw.h/m3，多元醇损失率为3.95％，操作时间为185分钟。
综合对比例1、2所得实验结果，并与具体实施例所得结果对比可得如下结论：采用本发明用膜控制浓淡室流速比3∶1时多元醇损失率为1％，且其他性能指标基本不变，控制浓淡室体积比为1∶4，可以在脱盐的同时达到浓室盐溶液浓缩的目的，在盐溶液达到浓缩的同时，电渗析脱盐性能指标基本不变。而采用由杭州千秋化工提供的异相离子交换膜和由北京环宇利达提供的均相离子交换膜在浓淡室流速比为3∶1时多元醇损失率明显均高于1％，采用由杭州千秋化工提供的异相离子交换膜，在浓淡室体积比为1∶4时，电渗析脱盐性能指标明显逊于本发明用膜。因此综上所述，本发明用膜综合性能明显优于上述两种膜。

Claims (2)

1、一种脱除玉米生产多元醇反应液中盐的电渗析器，该电渗析器包括正负电极板，及在两电极板之间设置的膜支架，膜支架上以阴离子交换膜和阳离子交换膜相间交替排列组成的膜堆，其特征在于，阴离子交换膜为苯乙烯季铵型阴离子交换膜，膜厚度为0.6mm，该膜性能参数为：在1mol/L氯化钠溶液中盐扩散系数小于0.008mmolNaCl/(cm2·h·mol/L)、选择透过率大于94％、透水率小于0.1ml/(h·cm2·MPa)、面电阻小于12Ω·cm2；阳离子交换膜为苯乙烯磺酸型阳离子交换膜，膜厚度为0.6mm，该膜性能参数为：在1mol/L氯化钠溶液中盐扩散系数小于0.008mmolNaCl/(cm2·h·mol/L)、选择透过率大于92％、透水率小于0.1ml/(h·cm2MPa)、面电阻小于10Ω·cm2。
2、一种采用权利要求1所述的电渗析器脱除玉米生产多元醇反应液中盐的方法，其特征在于包括以下过程：
1)在电渗析器的两极板间施加电压，施加的电压保证每对离子交换膜之间电压为0.8-1.4伏；
2)将质量含量为6.08％的1，2-丙二醇、4.21％的乙二醇、3.27％的丙三醇、1.16％的丁二醇、2.8％的山梨醇、0.32％的甲酸钠、0.12％的乙酸钠、0.46％的丙酸钠和0.63％的氢氧化钠，其余为水的多元醇反应液以进料温度为10-40℃和1-2cm/s的流速加入淡室，多元醇反应液流经淡室后再通过多元醇反应液储罐(3)进入淡室，如此循环，多元醇反应液在不断循环过程中，其中的甲酸钠、乙酸钠、丙酸钠和氢氧化钠在电场力的作用下，其中钠离子透过阳离子交换膜，同时受到阴离子交换膜的截留而聚集在浓室里，甲酸根、乙酸根、丙酸根和氢氧根透过阴离子交换膜，同时受到阳离子交换膜的截留而聚集在浓室里，这样多元醇反应液中盐不断转移到浓室乙酸钠溶液中，盐分得以脱除；
3)与步骤2)进行的同时，将初始浓度0.01-0.03mol/L的乙酸钠溶液以3-6cm/s的流速加入浓室，然后流出浓室的盐溶液再通过浓室液储罐(2)进入浓室，如此循环，该溶液在循环过程中，来自淡室多元醇反应液中的盐不断转移到乙酸钠溶液中，该溶液盐浓度不断升高；
4)与步骤2)和3)进行的同时，将浓度为0.2mol/L的硫酸钠溶液以流速为4-6cm/s在电渗析器的阳极室和阴极室之间进行循环，保证电渗析器正负电极之间具有良好的导电性。
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