CN101306992A - L-乳酸钙连续酸化、结晶制取l-乳酸的方法 - Google Patents

L-乳酸钙连续酸化、结晶制取l-乳酸的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及L－乳酸钙连续酸化结晶制取L－乳酸的方法，其工艺：将L－乳酸钙溶液置于连续酸化罐中，开循环泵使流量达到30～50m3/h，料液的流速为1～2m/s；将流体经过喷射酸化器使流体线速度增加至20～50m/s；喷射酸化器中形成负压，硫酸溶液自动流入，在强大流速下进行瞬间混合，控制硫酸溶液流量在0.3～0.5m3/h，使料液与硫酸溶液的体积比控制在100∶1～400∶1；用在线PH计检测混合后料液的pH值，取样进行酸化反应终点检测；最后将得到的酸化达到终点的料液转入结晶罐，在低转速下进行硫酸钙结晶的育晶，育晶3小时后转入硫酸钙分离。本发明技术方案不仅可以提高乳酸收率、而且还能提高L－乳酸中间产品的纯度及缩短提取周期。

Description

L-乳酸钙连续酸化、结晶制取L-乳酸的方法
技术领域
本发明涉及一种酸化结晶的方法，尤其涉及L-乳酸钙连续酸化、结晶制取L-乳酸的方法，属于生物化工技术领域。
背景技术
目前L-乳酸生产技术均为钙盐法，钙盐法实为传统的方法，可促进发酵产物的生成并提高其转化率。由L-乳酸钙加硫酸还原为乳酸，同时生成硫酸钙，再结晶除去硫酸钙，留下L-乳酸。为一种常规的简便方法，钙盐法一直被延用。但是，在乳酸钙溶液加硫酸酸化过程中，往往会因料液局部过酸而发生较强烈的氧化，从而使料液色泽加深，透光率降低，副产物增加，最终L-乳酸纯度降低，削减L-乳酸的实用性和应用价值。
目前，乳酸生产都采用传统的搅拌罐式酸解酸化，由于搅拌速度有限，料液混合处于滞留状态，传质速率低，加入的硫酸不能瞬间扩散，故会形成加酸中心局部过酸状态。
发明内容
本发明的目的是提供一种L-乳酸钙连续酸化、结晶制取L-乳酸的方法，不仅可以提高乳酸收率、还能提高L-乳酸中间产品的纯度及缩短提取周期。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
L-乳酸钙连续酸化、结晶制取L-乳酸的方法，其特征在于包括以下工艺步骤——
①首先将L-乳酸钙溶液置于连续酸化罐中，开启循环泵，使流量达到30～50m3/h，料液的流速为1～2m/s；
②将流体经过喷射酸化器，使流体在喷嘴口的线速度增加至20～50m/s；
③喷射酸化器中形成负压，硫酸溶液自动流入喷射酸化器，在强大流速下进行瞬间混合，控制硫酸溶液流量在0.3～0.5m3/h，使料液与硫酸溶液的体积比控制在100∶1～400∶1；
④用在线PH计检测混合后料液的pH值，取样进行酸化反应终点检测；使料液温度保持在80～90℃；
⑤最后将得到的酸化达到终点的料液转入结晶罐，在低转速20～40rpm下进行硫酸钙结晶的育晶，育晶2～4小时后转入硫酸钙分离。
本发明的目的还可以通过以下技术方案来进一步实现：
前述的L-乳酸钙连续酸化、结晶制取L-乳酸的方法，其中，步骤①所述的L-乳酸钙溶液是经除菌净化的乳酸钙溶液，乳酸钙的含量为160～200g/L。
前述的L-乳酸钙连续酸化、结晶制取L-乳酸的方法，其中，步骤③中硫酸溶液的浓度为40％～60％。。
前述的L-乳酸钙连续酸化、结晶制取L-乳酸的方法，其中，步骤③中以转子流量计控制硫酸溶液流量在0.3～0.5m3/h。
前述的L-乳酸钙连续酸化、结晶制取L-乳酸的方法，其中，步骤④中酸化反应终点检测采用BaCl2和草酸铵试剂进行检测。
本发明技术方案的突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
本发明利用较大循环量和喷射流技术，实现酸解过程的快速完成；硫酸钙结晶在结晶罐中进行，提高提取收率。硫酸酸化与硫酸钙结晶这两个过程分别在不同设备中和不同状态下进行：硫酸酸化在酸化***中完成，而硫酸钙结晶在结晶器中进行。本发明采用扩大料液硫酸比，增加输料泵的流量等方法，减弱硫酸在酸化过程中对料液的氧化作用。酸化过程在强化湍流的酸化***中进行，由乳酸钙溶液先进入酸化罐，由输料泵将料液以大流量送经喷射酸化器，经过喉管产生极大流速，形成较大真空将硫酸吸入；在喷射酸化器内同时形成强大的湍流，经撕拉和高强剪切作用，料液可在瞬间(约0.1秒)完成与硫酸的中和作用，料液的pH变化梯度很小、时间极短，硫酸对料液的氧化作用甚微；物料损失小、收得率较高。硫酸钙结晶在结晶罐中进行，其结晶工艺满足了低转速、低剪切、大混合量、保温等工艺要求。
具体实施方式
本发明L-乳酸钙连续酸化、结晶制取L-乳酸的方法利用较大循环量和喷射流技术，使乳酸钙料液在湍流情况下和硫酸按等当量进行混合，从而实现酸解过程。乳酸钙料液与硫酸比例较大而且是在湍流情况下进行，物料与硫酸在瞬间接触而完成酸化反应，物质(乳酸)不会因局部过酸而被氧化。大的循环流量和喷射流混合，酸解液色素增加少，形成的杂质少，不但可减少中间产品的损失，而且也保证中间产品的纯度。料液在喷嘴中以及高速度喷出，形成较高的真空，吸带硫酸进入。由于两者存在其速度差，故使料液对硫酸具有撕拉作用，从而提高其混合速度，使料液在极短时间内达到酸化。
实施例一：
选取发酵液26L，乳酸含量16.5％，残糖0.1％，经除菌净化后得清液31.2L，乳酸含量13.68％，透光率72％；
将经除菌净化的乳酸钙溶液(乳酸钙含量为200g/L)置于连续酸化罐中，开启循环泵，使泵的流量达到35m3/h，扬程达到35m，管道中料液的流速为2m/s；
将得到的流体经过喷射酸化器，使流体在喷嘴口的线速度扩大到原来的25倍，即50m/s；
喷射酸化器中形成负压，打开硫酸阀门，4.67公斤50％硫酸溶液自动流入喷射酸化器，在强大流速下进行瞬间混合，以转子流量计控制硫酸溶液流量保持在0.5m3/h，使料液与硫酸溶液的比例控制在100∶1；
用在线PH计检测混合后料液的pH值，取样进行酸化反应终点检测，以BaCl2和草酸铵试剂检测，终点标准为不能出现大量反应物。由于酸化反应为放热反应，故控制其温升，使其料液温度保持在90℃，反应过程约40分钟；
最后将得到的酸化达到终点的料液转入结晶罐，在低转速20rpm下进行硫酸钙结晶的育晶过程，育晶4小时后转入硫酸钙分离和洗涤，得清液32.76L，乳酸含量13.05％，透光率63％，硫酸钙含量0.22％，收得率为99.6％。
实施例二：
选取发酵液27L，乳酸含量16.6％，残糖0.08％，经除菌后得清液32L，乳酸含量13.93％，透光率71％；
将经除菌净化的乳酸钙溶液(乳酸钙含量为160g/L)置于连续酸化罐中，开启循环泵，使泵的流量达到52m3/h，扬程达到30m，管道中料液的流速为1m/s；
将得到的流体经过喷射酸化器，使流体在喷嘴口的线速度扩大到原来的20倍，即20m/s；
喷射酸化器中形成负压，打开硫酸阀门，4.88公斤40％硫酸溶液自动流入喷射酸化器，在强大流速下进行瞬间混合，以转子流量计控制硫酸溶液流量保持在0.3m3/h，使料液与硫酸溶液的比例控制在400∶1；
用在线PH计检测混合后料液的pH值，取样进行酸化反应终点检测，以BaCl2和草酸铵试剂检测，终点标准为不能出现大量反应物。由于酸化反应为放热反应，故控制其温升，使其料液温度保持在80℃，反应过程约30分钟；
最后将得到的酸化达到终点的料液转入结晶罐，在低转速40rpm下进行硫酸钙结晶的育晶过程，育晶2小时后转入硫酸钙分离和洗涤，得清液33L，乳酸含量13.35％，透光率41％，硫酸钙含量0.36％，收得率为99.5％。
实施例三：
选取发酵液30L，乳酸含量16.9％，残糖0.12％，经除菌后得清液34L，乳酸含量14.02％，透光率73％；
将经除菌净化的乳酸钙溶液(乳酸钙含量为180g/L)置于连续酸化罐中，开启循环泵，使泵的流量达到50m3/h，扬程达到28m，管道中料液的流速为1.5m/s；
将得到的流体经过喷射酸化器，使流体在喷嘴口的线速度扩大到原来的22倍，即33m/s；
喷射酸化器中形成负压，打开硫酸阀门，5.12公斤60％硫酸溶液自动流入喷射酸化器，在强大流速下进行瞬间混合，以转子流量计控制硫酸溶液流量保持在0.4m3/h，使料液与硫酸溶液的比例控制在300∶1；
用在线PH计检测混合后料液的pH值同时PH值，取样进行酸化反应终点检测，以BaCl2和草酸铵试剂检测，终点标准为不能出现大量反应物。由于酸化反应为放热反应，故控制其温升，使其料液温度保持在85℃，该反应过程约45分钟；
最后将得到的酸化达到终点的料液转入结晶罐，在低转速30rpm下进行硫酸钙结晶的育晶过程，育晶3小时后转入硫酸钙分离和洗涤，得清液35L，乳酸含量13.51％，透光率50％，硫酸钙含量0.35％，收得率为99.2％。
可以明显表明，本发明采用了较大的混合比和在高强的湍流下混合，料液的pH变化梯度很小、时间极短，硫酸对料液的氧化作用甚微，故酸化操作比原现有工艺色素形成减少，得率提高，酸解液的透光率由原来的40％左右提高到60％以上，故而大大提高L-乳酸中间产品的纯度；由于副产物生成量减少，加上硫酸钙易于分离，夹带产品少，酸解过程收得率大，现有技术酸解收得率小于98.5％，而本发明可高于99.5％，其经济效益十分可观。硫酸钙结晶粗大、均匀，酸解液中硫酸钙的溶解度明显降低，硫酸钙含量由原来的0.35％减少到0.26％，从而降低后续工艺——离子交换的负荷；还显著提高了酸解速度，由原来单批操作周期8小时缩短为4小时。
与现有技术相比，本发明的效果主要体现在：
  项目   现有技术   本发明
  投资成本   100％   减少10％
  酸化分离总收率(酸化前后)   低于98.5％   高于99.5％
  透光率(测定波长420nm)   40％   60％
  自动控制程度   操作分散、不易实现自控   操作集中、易于实现自控
  硫酸挥发污染的控制   难实现   可实现
  杂质含量   多   少
  残留含量(质量体积分数)   0.35％   0.26％
  硫酸钙过滤速度   70L/m2h   120L/m2h
副产品硫酸钙的品质   品质低、不可制作水泥添加剂   品质高、可制作水泥添加剂
  操作周期   8小时   4小时
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (5)

1.L-乳酸钙连续酸化、结晶制取L-乳酸的方法，其特征在于包括以下工艺步骤——
①首先将L-乳酸钙溶液置于连续酸化罐中，开启循环泵，使流量达到30～50m3/h，料液的流速为1～2m/s；
②将流体经过喷射酸化器，使流体在喷嘴口的线速度增加至20～50m/s；
③喷射酸化器中形成负压，硫酸溶液自动流入喷射酸化器，在强大流速下进行瞬间混合，控制硫酸溶液流量在0.3～0.5m3/h，使料液与硫酸溶液的体积比控制在100∶1～400∶1；
④用在线PH计检测混合后料液的pH值，取样进行酸化反应终点检测；使料液温度保持在80～90℃；
⑤最后将得到的酸化达到终点的料液转入结晶罐，在低转速20～40rpm下进行硫酸钙结晶的育晶，育晶2～4小时后转入硫酸钙分离。
2.根据权利要求1所述的L-乳酸钙连续酸化、结晶制取L-乳酸的方法，其特征在于：步骤①所述的L-乳酸钙溶液是经除菌净化的乳酸钙溶液，乳酸钙的含量为160～200g/L。
3.根据权利要求1所述的L-乳酸钙连续酸化、结晶制取L-乳酸的方法，其特征在于：步骤③中硫酸溶液的浓度为40％～60％。
4.根据权利要求1所述的L-乳酸钙连续酸化、结晶制取L-乳酸的方法，其特征在于：步骤③中以转子流量计控制硫酸溶液流量在0.3～0.5m3/h。
5.根据权利要求1所述的L-乳酸钙连续酸化、结晶制取L-乳酸的方法，其特征在于：步骤④中酸化反应终点检测采用BaCl2和草酸铵试剂进行检测。
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