[发明专利]钙盐法与电渗析耦合清洁生产乳酸的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钙盐法与电渗析耦合清洁生产乳酸的方法。

背景技术

乳酸及其盐和酯用途广泛。近年来，随着聚L-乳酸的兴起，L-乳酸的生产受到了广泛的重视。聚L-乳酸塑料具有透明度高、成型度好、安全等优点，成为可降解塑料领域中的主要品种。美、日等国都在努力实现聚L-乳酸的工业化生产。聚L-乳酸塑料生产的日用品、容器、玩具、薄膜、医疗卫生用品等，正逐渐投入市场。随着石油资源的短缺，聚乳酸可以用于替代石油基高分子材料，具有可生物降解的特点。

发酵法制备乳酸时，发酵液需要维持一定的pH值。目前生产上一般采用碳酸钙(石灰石)或氧化钙(石灰乳)调节pH，得到的发酵液的主要组份是乳酸钙，目前的提取方法称为钙盐法，其简要工艺流程步骤为：发酵液-热处理-过滤-蒸发浓缩-乳酸钙结晶-加热溶晶-硫酸酸解-脱色-过滤-净化-精制-成品；或根据原料情况和产品质量的要求，省略乳酸钙结晶和加热溶晶。其特征是用硫酸酸解生成乳酸和硫酸钙沉淀，再将粗乳酸精制为所需的纯度。

钙盐法提取工艺用硫酸酸解后析出CaSO₄·2H₂O(石膏渣)。虽然有学者称可以用来生产建筑材料，如加入黑曲霉废菌体等可以烧结成多孔建筑板，但石膏渣的pH较低，应用中会带来一系列问题，而将石膏渣净化的成本高于天然矿物石膏，所以实事上酸解得到的石膏渣是很难利用的废物，已经成为公害。近来有学者提出对其进行无渣回收，如将CaSO₄与Na₂CO₃煅烧生产Na₂SO₄和CaCO₃，可以看出，这个反应明显经济不合理。

针对乳酸钙盐法提取的问题，人们发展了多种提取方法。酯化法和蒸馏法提取乳酸，可以得到较高纯度的乳酸，但是共同的缺点是能耗高，蒸馏法对设备的要求也高；离子交换法提取乳酸的收率较高，能耗较小，但是传统的离子交换要消耗大量的酸碱和洗涤用水，产生大量含盐废液；吸附法提取乳酸能耗低，但是目前的吸附选择性较差、吸附容量低，乳酸产品的纯度难以保证；溶剂萃取法操作简单，可连续化、自动化操作；但是其反萃难，萃取剂也有一定的毒性，且有一定的消耗。

针对乳酸提取的上述问题，近年来的一个进展是采用电渗析技术从乳酸发酵液(乳酸钠)再生乳酸和NaOH(L.Madzingaidzo et al.Process development andoptimization ofLactic acid purification using electrodialysis.Journal ofbiotechnology，2002，96：223～239)，而NaOH循环用于调节发酵的pH值。该方法要求发酵时用NaOH溶液调节发酵的pH，然而，由于乳酸发酵菌种的性能问题，用NaOH调节发酵pH得到的乳酸发酵液浓度低于传统的用碳酸钙调节发酵pH得到的乳酸发酵液浓度。

发明内容

本发明的目的是提供一种钙盐法与电渗析耦合清洁生产乳酸的方法，该方法可以仍然采用传统的碳酸钙调节乳酸发酵的pH、但是在生产过程中不会产生硫酸钙废渣，因而是一种清洁生产乳酸的新工艺。

本发明提供的钙盐法与电渗析耦合清洁生产乳酸的方法，在乳酸发酵阶段仍然使用CaCO₃调节发酵液的pH，同时得到含有CO₂的发酵尾气；然后，利用沉淀置换反应，将含乳酸钙的乳酸发酵液用碳酸铵、碳酸钠或碳酸钾置换为含乳酸铵、乳酸钠或乳酸钾的发酵液，以及碳酸钙沉淀；最后，利用双极膜电渗析技术处理，将含乳酸铵、乳酸钠或乳酸钾的发酵液处理为含乳酸的溶液，以及再生的NH₃、NaOH溶液或KOH溶液。

在沉淀置换反应中得到的碳酸钙沉淀可用于乳酸发酵阶段调节发酵液的pH。

在双极膜电渗析处理中再生的NH₃、NaOH溶液或KOH溶液可与乳酸发酵阶段得到的含有CO₂的发酵尾气反应制取(NH₄)₂CO₃、Na₂CO₃或K₂CO₃，然后再进一步地用于沉淀置换反应。

本发明提供的钙盐法与电渗析耦合清洁生产乳酸的方法，克服现有生产技术生产乳酸时产生硫酸钙废渣的缺陷，又能与现有的乳酸发酵步骤(用碳酸钙调节pH)直接衔接，并且实现了物料的闭路循环使用。

附图说明