Спосіб розділення зброджених розчинів виробництва ітаконової кислоти

Винахід відноситься до способів розділення рідких систем, які містять цукор, органічні кислоти та воду і може бути застосований у виробництві ітаконової кислоти, в технології цукрового виробництва для очистки розчинів, що містять цукор, а також для очистки промислових стічни х вод. Відомий спосіб очистки водного розчину, що містить цукор (А.с. СРСР 821485, кл. С13 Д 3/16, В 1 Д 3/02, 1981) шляхом його електродіалізу із збиранням іонів, що видаляються, в розчин, що концентрується, та уведення в останній речовини, що запобігає інкрустуванню мембран - поверхнево-активної речовини - ацетилірованого моногліцериду стеаринової кислоти в кількості 0,001-0,002% до маси розчину, що концентрується. Недоліком відомого способу є значні енерговитрати на електродіаліз, використання поверхнево-активних речовин, що значно збільшує вартість способу. Відомий спосіб очистки розчину, що містить цукор (А.с. СРСР 482496, кл. С 13 d 3/16, 1975), від домішок шляхом ультрафільтрації і відстій, отриманий шляхом ультрафільтрації, електролізують, фільтрують і повертають у ви хідний розчин, а ультрафільтрат піддають гіперфільтрації (зворотній осмос) до вмісту сухих речовин 25-35% і потім - електродіалізу. Недоліком способу є значні енерговитрати, недостатня ступінь очистки. Відомий спосіб очистки карбамідвміщуючи х стічних вод з температурою 20-50°С (А.с. СРСР 1770286 А1, кл. С 02 F 1/44, 1992) шляхом зворотноосмотичної фільтрації через ацетатцелюлозну мембрану під тиском 4-5 МПа (40-50 кг/см 2) в гідродинамічному режимі з числом критерію Рейнольда 15000-20000. Недоліком способу є великий тиск при роботі з мембранами і значні енерговитрати. За прототип прийнятий найбільш близький до пропонуємого біохімічний спосіб отримання ітаконової кислоти (Технологічний регламент виробництва ітаконової кислоти №80-80*, Черкаський завод хімічних реактивів, місто Черкаси 1980, - 204с.), в якому зброжувані розчини ітаконової кислоти із загальною кислотністю 5,3±1,5%, при вмісті цукру не більшого за 1,5%, у кількості 6000-7000 дм 3 надходять на стадію випарювання, де при температурі 52±8°С карамелізуються, що призводить до зростання кольоровості продукційних розчинів. Продукційні розчини ітаконової кислоти в кількості 6000-7000 дм 3 направляються на стадію освітлення, де відбувається їх знебарвлення активованим вугіллям марки КАД при температурі 87±2°С на протязі 45±5 хв. Недоліком є те, що в наведеному способі зброджені розчини ітаконової кислоти на стадії випарювання карамелізуються, що призводить до зростання кольоровості продукційних розчинів, які знебарвлюють активованим вугіллям, за рахунок чого збільшується собівартість ітаконової кислоти. В основу винаходу поставлено задачу забезпечити спрощення технологічного процесу виробництва ітаконової кислоти і зниження її собівартості, тобто скасувати стадію освітлення продукційних розчинів ітаконової кислоти шляхом розділення зброжених розчинів на концентрований розчин цукру та розчин ітаконової кислоти за допомогою мембрани. Зазначена задача досягається тим, що спосіб розділення зброджених розчинів виробництва ітаконової кислоти, який включає зброджені розчини із загальною кислотністю 5,3±1,5 (мас.), з вмістом ітаконової кислоти 5,1±1,5 (мас.), при вмісті цукру не більше за 1,5%, піддають при температурі 15-30°С зворотноосмотичній фільтрації через напівпроникну мембрану під тиском 1,5-2,0 МПа. Для зворотноосмотичної фільтрації через напівпроникну мембрану використовують мембрану типу МГ А мембрана гіперфільтраційна ацетат целюлозна з селективністю за цукром, яка дорівнює 96-100%. Зворотноосмотична фільтрація через ацетатцелюлозну мембрану під тиском, який становить 1,5-2,0 МПа, дозволяє досягти практично повного розділення на розчин ітаконової кислоти і концентрований розчин цукру. Внаслідок проведення цього процесу вдається досягти високого ступеня розділення збродженого розчину ітаконової кислоти від цукру, а сконцентрований розчин цукру повернути на виробництво ітаконової кислоти для підливу на стадію вирощування грибної плівки (міцелія), а розчин ітаконової кислоти повернути на стадію випарки. Запропонований спосіб дозволяє створити безвідходну технологічну схему одержання ітаконової кислоти. Досягається зменшення собівартості ітаконової кислоти, у порівнянні з прототипом, за рахунок виключення: використання стадії освітлення з технологічної схеми; втрат із стічною водою цінної сировини - цукру; втрат із стічною водою до 20 мг/дм 3 готового продукту - ітаконової кислоти. Запропонований спосіб полягає у тому, що зброджені розчини з вмістом цукру не більшого за 1,5% та вмістом ітаконової кислоти 5,1±1,5% (мас.), які утворюються у виробництві ітаконової кислоти біохімічним способом, температура яких складає 15-30°С в залежності від виробничих умов, подають у мембранний модуль. На фіг.1 схематично зображено мембранний модуль; на фіг.2 - розріз по А - А на фіг.1. Мембранний модуль для здійснення способу містить балон 1 із стисненим газом, ємкість 2 для зброджених розчинів ітаконової кислоти, мембранний апарат 3, ємкість 4 для очищеного розчину ітаконової кислоти, редуктор 5 для зниження тиску газу, газопровід 6, рідинопровід 7, трубопровід 8 для вихідного розчину, вентиль 9, патрубок 10 для відведення сконцентрованого розчину цукру, патр убок 11 для відведення очищеного розчину ітаконової кислоти, кришку 12, корпус 13, прокладку 14, напівпроникну мембрану 15, дрібнопористу підкладку 16 і металеву сітку - турбулізатор 17. У мембранний апарат 3 встановлено напівпроникну мембрану 15, що ущільнюється під тиском. Як напівпроникну мембрану використовують мембрану типу МГА-100 за ТУ 6-0,5-221-322. Ця мембрана забезпечує розділення зброджених розчинів на розчин, що містить 96-100% цукру, та розчин ітаконової кислоти. Процес проводять під тиском 1,5-2,0 МПа. При тиску меншому за 1,5 МПа знижується інтенсивність фільтрації, а при тиску більшому за 2,0 МПа - знижується селективність мембрани типу МГА. Обмеження за температурою 15-30°С зумовлені технологією діючого виробництва ітаконової кислоти і фізичними властивостями наведеної мембрани. Таблиця 1 Результати розділення зброжених розчинів виробництва ітаконової кислоти на мембрані типу МГА -100 температура, °С тиск, МПа Вихідний розчин Пермеат Пермеат Пермеат Пермеат Пермеат Пермеат Пермеат Пермеат Пермеат Пермеат Пермеат Пермеат Пермеат Ретант 22±7 25+5 25+5 25+5 25±5 25+5 25+5 25+5 25±5 25+5 25±5 25+5 25±5 25+5 25±5 1,5-2,0 1,5-2,0 1,5-2,0 1,5-2,0 1,5-2,0 1,5-2,0 1,5-2,0 1,5-2,0 1,5-2,0 1,5-2,0 1,5-2,0 1,5-2,0 1,5-2,0 1,5-2,0 1,5-2,0 № проби 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Параметри процесу Найменування проби Колір проби Фруктового чаю знебарвлений знебарвлений знебарвлений знебарвлений знебарвлений знебарвлений знебарвлений знебарвлений знебарвлений знебарвлений знебарвлений знебарвлений знебарвлений Коричневий Селективність мембрани за цукром, % 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 96 Таблиця 2 Порівняльний аналіз розділення зброджених розчинів за заявленим способом і прототипом Варіант проведення процесу Потреба у додатковій стадії Вміст стічних вод виробництва За прототипом стадія освітлення містять цукор і до розчину те хнічної 20 мг/дм 3 ітаконової ітаконової кислоти кислоти За заявленим способом скасування стадії цукру і ітаконової освітлення кислоти немає розчину те хнічної ітаконової кислоти Забруднення навколишнього середовища Продукт карамелізації (цукор та інші) дріжджі, плісняві гриби, побічні кислоти (лимонна, яблучна, винна, фумарова та інші кислоти), ітаконова кислота, відвал вугілля практично відсутнє Потреба у додаткових хімічних реагентах активоване вугілля марки КАД не потрібні У таблиці 1 наведені результати розділення зброджених розчинів виробництва ітаконової кислоти на мембрані типу МГ А-100, де вказані робочі параметри процесу, у таблиці 2 - порівняльні дані процесів розділення зброджених розчинів за прототипом і пропонованим способом. Дані таблиці 2 свідчать про ефективність пропонуємого способу: скасується стадія освітлення розчину те хнічної ітаконової кислоти, відсутнє забруднення навколишнього середовища, немає потреби використовувати активоване вугілля марки КАД, можлива утилізація вилученого цукру. Одержаний позитивний результат дає можливість створення екологічно чистої те хнології отримання ітаконової кислоти, а саме виключення стадії освітлення розчину технічної ітаконової кислоти, відпадає потреба у використанні активованого вугілля, яке в подальшому йде у відвал, відсутнє забруднення навколишнього середовища стічними водами, зниження капітальних і трудови х витрат. Спосіб є легким у застосуванні і випробуваний на виробництві ітаконової кислоти на Черкаському державному заводу хімічних реактивів.