一、试验目的
国内某生物技术著名企业有多元醇料液,需要精制以提高产品质量,采用离子交换树脂对料液进行精制(降低电导率和脱色)。
通过应用试验,选择合适的树脂和处理工艺流程,得到树脂处理倍量和再生重复性,为工业化应用提供支持。
二、技术要求
1、多元醇为丙二醇、丙三醇以及其它醇类的混合料液,醇类物质含量18%。料液中主要杂质为乳酸、乙酸等钠盐,电导率约1000 μs/cm。要求经过树脂处理后,电导率降到小于10 μs/cm。
2、pH变化不影响物料质量。运行温度建议60℃,如果要降低温度,就要增加板式换热器。
3、曾经用过树脂处理,经过一级阳树脂→阴树脂,料液电导率可以降到9 μs/cm。
4、阳树脂采用硫酸再生。
5、根据技术要求和实验情况,试验选定ZGC151阳树脂和ZGA451阴树脂做为一级处理系统,ZGC151阳树脂和ZGA351阴树脂作为二级处理系统,采用单床串联工艺处理。工艺流程为多元醇料液→ZGC151阳树脂→ZGA451阴树脂→一级出料,一级出料液→ZGC151阳树脂→ZGA351阴树脂→二级出料,运行温度控制~60℃。
三、试验设备及原辅料
1、交换柱、恒流泵(蠕动泵)、阿贝折射仪、可见光分光光度计、电导率仪、酸度计、烧杯、量筒等。
2、树脂:ZGC151强酸阳树脂、ZGA451弱碱阴树脂、ZGA351强碱阴树脂。
3、辅料:氢氧化钠、硫酸等。
四、试验方法
1、将ZGC151、ZGA451和ZGA351树脂进行预处理,阳树脂分别使用2BV碱、酸交替预处理;阴树脂分别使用2BV酸、碱交替进行预处理。
2、预处理后的阳树脂,带水装填到交换柱中,保持树脂层内无气泡,树脂层上保持10cm高水层;用4BV5%H2SO4溶液以2BV/h流速从上向通过树脂层再生,用纯水淋洗到排水pH试纸3~5。
量取树脂体积70ml装柱,注满水,备用。如果运行过程中发现树脂漂浮可在树脂层上加过滤棉。
3、预处理后的阴树脂,带水装填到交换柱中,保持树脂层内无气泡,树脂层上保持10cm高水层;用4BV4%NaOH溶液以2BV/h流速从上向通过树脂层再生,用纯水淋洗到排水pH试纸8~9。
量取树脂体积70ml装柱,注满水,备用。如果运行过程中发现树脂漂浮可在树脂层上加过滤棉。
4、将多元醇料液先从下向上通过ZGC151,再从上向下通过ZGA451,作为一级系统串联运行,收集一级出料液,将一级出料液先从下向上通过ZGC151,再从上向下通过ZGA351,作为二级系统串联运行,运行流速2BV/h。
5、运行时,每1h取样检测,检测流出液电导率、pH、色值(不发黄)、透光率(T420)。记录运行数据和处理量。
6、树脂运行失效后,再生后,进行第二周期。
①阳树脂再生
步骤 |
溶液 |
用量BV |
流速BV/h |
时间h |
水洗 |
纯水 |
2 |
2 |
1 |
再生 |
5%H2SO4 |
3 |
3 |
1 |
慢洗 |
纯水 |
2 |
2 |
1 |
淋洗 |
纯水 |
pH4试纸 |
4 |
记录耗水量、电导率 |
运行 |
多元醇料液 |
|
2 |
|
②阴树脂再生
步骤 |
溶液 |
用量BV |
流速BV/h |
时间h |
水洗 |
纯水 |
2 |
2 |
1 |
再生 |
4%NaOH |
3 |
3 |
1 |
慢洗 |
纯水 |
2 |
2 |
1 |
淋洗 |
纯水 |
pH8试纸 |
4 |
记录耗水量、电导率 |
运行 |
阳树脂出料 |
|
2 |
|
7、运行试验装置图
五、试验过程数据
1、进料检测数据:浓度49.5%,电导率1043 μs/cm,pH为8.12,透光率64.2%
2、第一周期运行试验数据
2.1实验工艺:多元醇料液→ZGC151阳树脂→ZGA451阴树脂→出料。
时间(h) |
处理量ml |
电导率μs/cm |
pH |
透光率T420% |
外观 |
1 |
137 |
352 |
11.38 |
96.5 |
淡黄色 |
2 |
125 |
67.3 |
10.37 |
96.9 |
无色 |
3 |
128 |
58.8 |
10.28 |
97.4 |
无色 |
4 |
124 |
39.5 |
10.42 |
100 |
无色 |
5 |
134 |
58.5 |
10.67 |
98.2 |
无色 |
6 |
115 |
34.3 |
8.49 |
99.7 |
无色 |
7 |
135 |
39.4 |
10.01 |
93.8 |
无色 |
8 |
134 |
56.0 |
10.33 |
93.0 |
无色 |
9 |
127 |
32.4 |
9.97 |
97.5 |
无色 |
10 |
134 |
33.5 |
9.74 |
96.4 |
无色 |
11 |
135 |
32.8 |
9.37 |
93.5 |
淡黄色 |
12 |
124 |
31.0 |
8.62 |
90.4 |
淡黄色 |
13 |
132 |
31.4 |
8.24 |
89.9 |
淡黄色 |
14 |
125 |
37.7 |
7.43 |
83.4 |
淡黄色 |
15 |
129 |
116.6 |
7.74 |
74.8 |
淡黄色 |
16 |
112 |
94.2 |
6.85 |
81.2 |
淡黄色 |
合计运行多元醇料液2050mL。
应用试验数据分析,采用ZGC151阳树脂→ZGA451阴树脂串联运行,在实验过程中发现出料电导率均在10 μs/cm以上,达不到技术要求。因此选用阴树脂为ZGA351树脂,试验观察出料情况。
2.2 实验工艺:多元醇料液→ZGC151阳树脂→ZGA351阴树脂→出料。
时间(h) |
处理量ml |
电导率μs/cm |
pH |
透光率T420% |
外观 |
1 |
112 |
69.0 |
10.09 |
97.2 |
无色 |
2 |
120 |
35.2 |
8.37 |
96.8 |
无色 |
合计运行多元醇料液232mL。
采用ZGC151阳树脂→ZGA351阴树脂串联运行工艺,出料液电导率仍在10 μs/cm以上,同样达不到技术要求。
试验情况分析,单级树脂处理,多元醇电导率无法满足小于10us/cm要求。因而采用二级离交处理系统,具体工艺流程为多元醇料液→ZGC151阳树脂→ZGA451阴树脂→一级出料,一级出料液→ZGC151阳树脂→ZGA351阴树脂→二级出料,分别观察一级出料及二级出料液情况。
3、第二周期运行试验数据
3.1 ZGC151阳树脂→ZGA451阴树脂一级处理运行数据
时间(h) |
处理量ml |
电导率μs/cm |
pH |
透光率T420% |
外观 |
16 |
1570 |
39.2 |
8.80 |
95.7 |
淡黄色 |
17 |
148 |
81.6 |
7.32 |
88.0 |
淡黄色 |
18 |
147 |
62.0 |
7.16 |
92.6 |
淡黄色 |
19 |
142 |
58.2 |
7.19 |
91.8 |
淡黄色 |
20 |
147 |
89.5 |
7.50 |
88.7 |
淡黄色 |
21 |
150 |
93.5 |
7.18 |
87.9 |
淡黄色 |
22 |
148 |
90.0 |
7.36 |
86.5 |
淡黄色 |
23 |
148 |
89.5 |
6.95 |
84.3 |
淡黄色 |
27 |
610 |
109.2 |
5.37 |
73.3 |
淡黄色 |
28 |
153 |
184.5 |
5.33 |
67.1 |
淡黄色 |
合计运行多元醇料液3363mL。
3.2 ZGC151阳树脂→ZGA351阴树脂二级处理运行数据
时间(h) |
处理量ml |
电导率μs/cm |
pH |
透光率T420% |
外观 |
16 |
1010 |
21.1 |
9.43 |
98.8 |
无色 |
17 |
100 |
9.79 |
9.20 |
98.7 |
无色 |
18 |
100 |
8.73 |
9.13 |
99.1 |
无色 |
19 |
103 |
8.32 |
8.89 |
98.8 |
无色 |
20 |
102 |
7.49 |
9.18 |
98.9 |
无色 |
21 |
106 |
7.43 |
9.28 |
98.0 |
无色 |
22 |
103 |
6.82 |
9.56 |
99.4 |
无色 |
23 |
102 |
6.56 |
9.39 |
99.5 |
无色 |
27 |
390 |
8.14 |
8.36 |
97.8 |
无色 |
28 |
104 |
22.4 |
10.01 |
98.2 |
无色 |
合计运行一次出料液2220mL(以单柱阴树脂体积倍量计为32BV)。
3.3 试验运行出料液图片
4、第三周期运行试验数据
4.1 将一级阳树脂和阴树脂再生,淋洗,阳树脂ZGC151再生水耗382 mL,电导率为285 μs/cm,阴树脂ZGA451再生水耗432 mL,电导率为49.6 μs/cm。
时间(h) |
处理量ml |
电导率μs/cm |
pH |
透光率T420% |
外观 |
6 |
840 |
19.40 |
9.28 |
97.1 |
无色 |
7 |
147 |
17.71 |
9.69 |
91.4 |
无色 |
8 |
142 |
13.74 |
9.67 |
98.0 |
无色 |
9 |
142 |
8.90 |
9.01 |
93.9 |
淡黄色 |
10 |
142 |
10.66 |
8.41 |
94.3 |
淡黄色 |
11 |
146 |
11.47 |
8.26 |
94.9 |
淡黄色 |
12 |
138 |
11.61 |
8.02 |
93.4 |
淡黄色 |
13 |
142 |
12.47 |
7.69 |
89.6 |
淡黄色 |
19 |
835 |
24.3 |
4.96 |
72.8 |
黄色 |
20 |
138 |
75.6 |
4.56 |
54.4 |
黄色 |
21 |
67 |
92.3 |
4.55 |
51.6 |
黄色 |
合计运行多元醇料液2879mL(以单柱阴树脂体积倍量计为41BV)。此时,一级系统的进料多元醇料液通完。
4.2二级阳树脂和阴树脂进行再生,淋洗,树脂ZGC151再生水耗257 mL,电导率为339 μs/cm,阴树脂ZGA351再生水耗482 mL,电导率为31.8 μs/cm。
时间(h) |
处理量ml |
电导率μs/cm |
pH |
透光率T420% |
外观 |
6 |
805 |
6.39 |
8.44 |
97.7 |
无色 |
7 |
125 |
5.10 |
9.66 |
98.6 |
无色 |
8 |
134 |
4.80 |
9.01 |
98.7 |
无色 |
9 |
135 |
4.22 |
8.93 |
98.1 |
无色 |
10 |
136 |
4.18 |
9.02 |
97.0 |
无色 |
11 |
138 |
4.20 |
8.84 |
97.5 |
无色 |
12 |
133 |
4.16 |
8.92 |
99.3 |
无色 |
13 |
135 |
4.13 |
8.60 |
98.4 |
无色 |
19 |
795 |
3.96 |
8.59 |
97.9 |
无色 |
20 |
133 |
9.31 |
9.39 |
95.7 |
无色 |
21 |
134 |
3.05 |
8.09 |
96.8 |
无色 |
22 |
138 |
2.62 |
8.62 |
95.3 |
无色 |
23 |
132 |
3.07 |
8.74 |
97.7 |
无色 |
24 |
133 |
3.31 |
8.74 |
97.6 |
无色 |
25 |
137 |
3.13 |
8.55 |
98.1 |
无色 |
合计运行多元醇料液3343mL(以单柱阴树脂体积倍量计为48BV),此时树脂还没有运行失效,但料液用完。
六、试验结果分析
1、多元醇料液经过强酸阳树脂→弱碱阴树脂→强酸阳树脂→强碱阴树脂两级处理后,出料液电导率可以降到10us/cm以下,满足技术要求。
2、树脂经过再生后,进行第二周期和第三周期的运行,数据表明周期重复性好。
采用树脂处理法,可以满足对多元醇进行除盐脱色。
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