脱色去离子同时分离混合物的装置及运行方法与流程

本发明涉及脱色去离子分离精制技术领域，具体涉及一种同时实现脱色、去离子和分离混合物的装置及其运行方法。

背景技术：

对反应液、酶解液、植物提取液、医药中间体等生产过程的料液进行脱色、去除离子及分离提纯，在精细化工、食品生产、制药等行业中起到关键作用。

常规的脱色方法是用粉末活性炭附吸色素，然后过滤去吸附了色素的活性除；或将料液流经颗粒活性炭，将色素吸附在颗粒活性炭上，然后将色素洗脱掉。两种脱色方法都用到活性炭，除消耗活性炭外，活性炭的黑液、黑粉导致生产环境的不友好。

传统的去除杂质离子的方法是离子交换法。采用离子交换法去除杂质离子时，料液流经离子交换树脂，杂质离子被吸附。必须用酸和碱处理吸附饱和的离子交换树脂，消耗大量酸和碱。

对于混合物的分离，模拟移动床色谱分离法是一种清洁、高效、低能耗的分离手段。

常规的精制处理过程是：脱色、过滤；离子交换去去离子；色谱分离将混合物中的组分分离。这些工艺过程，至少需要几套单元设备：脱色罐，过滤机，离子交换柱，模拟移动床色谱分离装置等。这些工艺过程，还需要消耗活性炭、酸、碱等辅助材料。

技术实现要素：

本发明的目的是提供脱色去离子同时分离混合物的装置，将脱色、去离子和分离混合物集合于一套装置中，在对料液进行脱色的同时，还可除去料液中大量的阳离子和阴离子，同时还可将料液中的混合物分离，得到多种提取物。

本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：

脱色去离子同时分离混合物的装置，由1组色谱柱串联组成色谱系统，所述色谱系统由色谱柱、助力泵、电导率仪表、连接管、隔断阀、循环流量计；洗脱剂管、洗脱剂阀；料管、料阀；杂质管、杂质阀、杂质流量计、杂质流量调节阀、杂质支路；提取液管、提取液阀、提取液流量计、提取液流量调节阀、提取液b支路、提取液c支路、提取液d支路组成。

所述色谱系统还有进料系统、进洗脱剂系统，同时还有出料贮槽：b液槽、c液槽、d液槽和s液槽；压力测量、温度测量、液位测量、流量测量等常规辅助设施。b液槽为存放吸附力最强的提取物，称为b液；d液槽为存放吸附力最弱的提取物，称为d液；c液槽为存放吸附力介于最强和最弱之间的提取物，称为c液；s液槽为存放不被吸附或吸附力非常弱的色素和离子等杂质，称为s液。

色谱柱的柱号为z1、z2、z3···zn,每个色谱柱进口连接有洗脱剂阀vw1~vwn；第1个色谱柱进口连接有料阀vf；所述洗脱剂阀和料阀分别与所述洗脱剂管和所述料管连接；每个色谱柱出口连接有杂质阀vs1~vsn；所述杂质阀与杂质管连接；所述杂质管上安装有杂质流量计、杂质流量调节阀，用于检测、调节流量；所述杂质管经过流量调节阀后，经杂质支路，进入s液槽；最后一个色谱柱连接有提取液阀va；所述提取液阀与提取液管连接；所述提取液管上装有提取液流量计、提取液流量调节阀，用于检测、调节流量；所述提取液管经提取液流量调节阀后分成三个支路：第一个支路为提取液b支路，经vb阀后进入b液槽；第二个支路为提取液c支路，经vc阀后进入c液槽；第三个支路为提取液d支路，经vd阀后进入d液槽。

所述色谱系统由n个色谱柱串联组成，n为3~12，优选为3~8，较优为4~6，最优为4。

进一步的，每个色谱柱有一台助力泵和一台电导率仪表；助力泵和电导率仪表位于每个色谱柱的出口，具体位于杂质阀之前。助力泵是装置内循环的动力来源。通过变频器控制助力泵的转速，从而改变流体的流量。电导率仪表安装于助力泵后、杂质阀前，这样当出色素离子杂质时，可以检测流出液的电导率。

进一步的，色谱系统中，隔断阀位于相邻两个色谱柱之间，具体位于前一个色谱柱的杂质阀至后一个色谱柱的洗脱剂阀或料阀之间。隔断阀开启时，相邻两个色谱柱是连通的；隔断阀关闭时，相邻两个色谱柱是不连通的。

进一步的，色谱系统内循环时，没有物料进出系统。任意两个色谱柱之间的连接管上安装有一台循环流量计，具体位于前一个色谱柱的杂质阀至后一个色谱柱的洗脱剂阀或料阀之间。色谱系统进行内循环时，其循环的体积量由循环流量计计量累积，累积量用于控制内循环的启停。

进一步的，提取液阀连接至提取液管，然后分成三个支路：第一个支路为提取液b支路，支路上有一个控制阀vb，当提取液为b液时，vb阀开启，进入b液槽。第二个支路为提取液c支路，支路上有一个控制阀vc，当提取液为c液时，vc阀开启，进入c液槽。第三个支路为提取液d支路，支路上有一个控制阀vd，当提取液为d液时，vd阀开启，进入d液槽。

进一步的，色谱柱上、下均为平板结构；紧贴上板和下板都有分配物料的布料器，以使输入和输出色谱柱的物料分布均匀，防止液体产生偏流现象。

色谱柱内装满吸附介质，吸附介质为强酸性阳离子吸附树脂，或弱碱性阴离子吸附树脂，或丙烯酸阴离子吸附树脂，或阳离子分子筛。根据所要处理的物料的性质选择洗脱剂，洗脱剂为纯水、甲醇水溶液、乙醇水溶液、有机酸溶液、无机酸溶液。对于糖类和醇类物质，水溶性较好，用纯水作洗脱剂是很好的选择，也更加方便后工序的处理过程。

本发明的另一个目的，是提供脱色去离子同时分离混合物的装置的运行方法，以使装置完成进料、洗脱、内循环三个过程，将料液脱色，同时除去料液中大量的阳离子和阴离子，并将料液中的混合物分离，得到多种提取液的组分。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

色谱柱内装满吸附介质。吸附介质为强酸性阳离子吸附树脂，或弱碱性阴离子吸附树脂，或丙烯酸阴离子吸附树脂，或阳离子分子筛。吸附介质对色素和离子没有吸附力或吸附力很弱，因而色素、杂质离子与糖醇类物质在吸附介质中具有不同的迁移速度，色素和杂质离子移动速度快，糖醇类物质移动速度慢，在进料、洗脱和内循环时，被逐渐分开。同时，不同的糖醇类物质在吸附介质中也具有不同的迁移速度，随着装置按程序周期性的循环运行，不同的糖醇类物质也被分开了，得到多种提取物。

装置运行至少包含三个过程：进料、洗脱、内循环。

进料过程中，待处理的物料输入色谱系统，同时有洗脱液排出色谱系统。在洗脱过程中，用洗脱剂进行洗脱，同时有洗脱液排出色谱系统。在进料、洗脱过程中，输入色谱系统的料液或洗脱剂，与排出色谱系统的料液的体积量相等，通过杂质流量计或提取液流量计计量累积。

内循环过程中，没有料液或洗脱剂或洗脱液进出系统，色谱系统作内循环。内循环的量通过循环流量计计量累积。

装置周期性运行，每个周期分为2n+2个步骤，从步骤1开始，至步骤2n+2，然后返回步骤1，连续循环。

在进料、进料和洗脱、洗脱的步骤中，进入色谱系统的料液或洗脱剂的体积量与同一时间从色谱系统流出的料液的体积量是相等的，其通过杂质流量计或提取液流量计计量累积，累积量用于控制进料、进洗脱剂或出料的量；在内循环的步骤中，物料进行内循环的体积量由循环流量计计量累积，累积量用于控制内循环的量。

进一步的，装置运行各步骤描述如下：

步骤1：从z1进料，从zn排出吸附力最弱的糖类或醇类物质d液。

步骤2：继续从z1进料，从z1排出不被吸附或吸附力微弱的色素和杂质离子s。同时从z2进洗脱剂，从zn排出吸附力较弱的糖类或醇类物质c液。

步骤3：除zn外，其它色谱柱处于静止状态，从zn进洗脱剂，从zn排出吸附力最强的糖类或醇类物质b液。

步骤4：系统进行内循环，没有物料进出系统。

步骤5：从z3进洗脱剂，从z2排出色素和杂质离子s液。

重复步骤4和步骤5，只是色谱柱号依次向前移动1，直至运行步骤2n+2后，返回步骤1。

作为本发明的进一步改进：

（1）步骤1可分为2个子步骤：z1进料，从zn排出d1；然后z1进料，从zn排出d2。d1的体积量加上d2的体积量等于d的体积量。

（2）步骤2可分为2个子步骤：z1进料，从z1排出色素和杂质离子s；同时z2进洗脱剂，从zn排出c1；然后z2进洗脱剂，从zn排出c2。c1的体积量加上c2的体积量等于c的体积量。

（3）步骤3可分为2个子步骤：z1、z2和z3处于静止状态，从zn进洗脱剂，从zn排出b1，然后从zn进洗脱剂，从zn排出b2。b1的体积量加上b2的体积量等于b的体积量。

以上的改进步骤根据待处理的物料的性质和处理后达到的目的而定，可选取其中的一步或三步全选。也可以再增加子步骤，通过细分，得到更纯的提取物。

装置按以上步骤周期性运行，运行3~5个大周期后，系统即达到平衡状态，平衡后，即可分离出色素和杂质离子，同时分离出多种提取物。

装置内温度为20~90℃，压力为0.1~1mpa。装置运行时物料的线速度为1~5m/h。

本发明的装置可用于以下物质但不限于以下物质的脱色去离子和混合物分离：造纸的亚硫酸法蒸煮液，蔗渣或玉米芯水解液，各种含单糖、双糖和多糖的糖蜜，果葡糖浆，葡萄糖甘露糖多糖液，转化糖混合物，麦芽糖浆，麦芽糖醇液，甘露醇山梨醇混合液，糖醇生产结晶母液，有机酸，植物提取液等。

本发明提供脱色去离子同时分离混合物的装置及运行方法，将传统的脱色、过滤、离子交换、色谱分离混合物的工艺过程整合在一套装置中解决，不需要活性炭脱色，省去了常规离子交换所用的大量酸碱，除了降低生产成本，在节能减排和环境保护方面也很有益处。

附图说明

图1为脱色去离子同时分离混合物的装置装配简图。

附图中的装配简图是以4个色谱柱组成的系统为例。

附图中各部件如下：色谱柱1，助力泵2，电导率仪3，连接管4，隔断阀5，洗脱剂管6，料管7，循环流量计10，料阀vf，洗脱剂阀vw1~vw4；杂质阀vs1~vs4，杂质管8，杂质流量计81，杂质流量调节阀82，杂质支路83；提取液阀va，提取液管9，提取液流量计91，提取液流量调节阀92，提取液b支路93，提取液c支路94，提取液d支路95；vb阀，b液槽，vc阀，c液槽，vd阀，d液槽。

图2为4个色谱柱组成的系统运行一个周期的10个步骤简图。

附图中色谱柱为黑体时表明有物料流过。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的装置作进一步详细说明。

需要说明的是，描述中使用的词语“色谱系统”和“装置”指的均为本发明的装置。

实施例1

脱色去离子同时分离混合物的装置，其装配简图如图1所示，由1组色谱柱串联组成色谱系统，包括：色谱柱1、助力泵2、电导率仪表3、连接管4、隔断阀5、洗脱剂管6、料管7、杂质管8、循环流量计10、杂质流量计81、杂质流量调节阀82、杂质支路83、提取液管9、提取液流量计91、提取液流量调节阀92、提取液b支路93、提取液c支路94、提取液d支路95。此外还有vb阀和b液槽、vc阀和c液槽、vd阀和d液槽。

本实施例中，色谱系统由4个色谱柱组成，柱号为z1、z2、z3和z4。

每个色谱柱进口连接有洗脱剂阀vw1或vw2或vw3或vw4；第1个色谱柱z1进口连接有料阀vf；洗脱剂阀和料阀分别与洗脱剂管6和料管7连接；每个色谱柱出口连接有杂质阀vs1或vs2或vs3或vs4；杂质阀vs1~vs4与杂质管8连接；杂质管8上安装有杂质流量计81、杂质流量调节阀82，用于检测、调节流量；杂质管8经过杂质流量调节阀82后，经杂质支路83，进入s液槽；最后一个色谱柱连接有提取液阀va；提取液阀va与提取液管9连接；提取液管9上装有提取液流量计91、提取液流量调节阀92，用于检测、调节流量；提取液管9经提取液流量调节阀92后分成三个支路：第一个支路为提取液b支路93，经vb阀后进入b液槽；第二个支路为提取液c支路94，经vc阀后进入c液槽；第三个支路为提取液d支路95，经vd阀后进入d液槽。

每个色谱柱有一台助力泵和一台电导率仪表；助力泵和电导率仪表位于每个色谱柱的出口，具体位于杂质阀之前。助力泵是装置内循环的动力来源。通过变频器控制助力泵的转速，从而改变流体的流量。电导率仪表安装于助力泵后、杂质阀前，这样当出色素离子杂质时，可以检测流出液的电导率。

色谱系统中，隔断阀位于相邻两个色谱柱之间，具体位于前一个色谱柱的杂质阀至后一个色谱柱的洗脱剂阀或料阀之间。隔断阀开启时，相邻两个色谱柱是连通的；隔断阀关闭时，相邻两个色谱柱是不连通的。

任意两个色谱柱之间的连接管上安装有一台循环流量计，循环流量计位于前一个色谱柱的杂质阀至后一个色谱柱的洗脱剂阀或料阀之间。

色谱系统的色谱柱上下都有均匀分配物料的布料器

实施例2

本实施例提供脱色去离子同时分离混合物的装置的运行方法，以使装置完成进料、洗脱、内循环三个过程，将料液脱色，同时除去料液中大量的阳离子和阴离子，并将料液中的混合物分离，得到多种提取液的组分。

洗脱剂为纯水、甲醇水溶液、乙醇水溶液、有机酸溶液、无机酸溶液。对于糖类和醇类物质，水溶性较好，用纯水作洗脱剂是很好的选择，也更加方便后工序的处理过程。

色谱柱内装满吸附介质。吸附介质对色素、杂质离子没有吸附力或吸附力很弱，因而色素、杂质离子与糖醇类物质在吸附介质中具有不同的迁移速度，色素和杂质离子移动速度快，糖醇类物质移动速度慢，在进料、洗脱和内循环时，被逐渐分开。同时，不同的糖醇类物质在吸附介质中也具有不同的迁移速度，随着装置按程序周期性的循环运行，不同的糖醇类物质也被分开了，得到多种提取物。

本实施例的脱色去离子同时分离混合物的装置的运行方法，由4个色谱柱组成。装置周期性运行，每个周期分为10个步骤，从步骤1开始，至步骤10，然后返回步骤1，连续循环进行，如图2所示。

步骤1：z1进料；z4出料，并进入提取液管9，经提取液流量计91、提取液流量调节阀92后，进入提取液d支路，经vd阀，进入d液槽。z4的出料为提取液d，它是吸附介质中吸附力最弱的提取物质。

步骤2：z1进料；z1出料，并进入杂质管8、经杂质流量计81、杂质流量调节阀82，杂质支路83，进入s液槽；z1的出料是色素离子等不被吸附剂吸附或吸附力非常弱的杂质，流入s液槽。

z2进洗脱剂；z4出料，并进入提取液管9，经提取液流量计91、提取液流量调节阀92后，进入提取液c支路94，经vc阀，进入c液槽。z4的出料为提取液c，它是吸附介质中吸附力介于最强和最弱之间的提取物质。

步骤3：z4进洗脱剂；z4出料，并进入提取液管9，经提取液流量计91、提取液流量调节阀92后，进入提取液b支路93，经vb阀，进入b液槽。z4的出料为提取液b，它是吸附介质中吸附力最强的提取物质。

步骤4：物料没有进出系统，系统进行内循环。

步骤5：z3进洗脱剂；z2出料，并进入杂质管8、经杂质流量计81、杂质流量调节阀82、杂质支路83后，进入s液槽。z2的出料是色素离子等不被吸附剂吸附或吸附力非常弱的杂质。

步骤6：物料没有进出系统，系统进行内循环。

步骤7：z4进洗脱剂；z3出料，并进入杂质管8、经杂质流量计81、杂质流量调节阀82、杂质支路83，进入s液槽。z3的出料是色素离子等不被吸附剂吸附或吸附力非常弱的杂质。

步骤8：物料没有进出系统，系统进行内循环。

步骤9：z1进洗脱剂；z4出料，并进入杂质管8、经杂质流量计81、杂质流量调节阀82、杂质支路83，进入s液槽。z4的出料是色素、离子等不被吸附剂吸附或吸附力非常弱的杂质。

步骤10：物料没有进出系统，系统进行内循环。

装置内温度为20~90℃，压力为0.1~1mpa。装置运行时物料的线速度为1~5m/h。

以上10个步骤中，至少包含了三个过程：进料、洗脱、内循环。其中一个色谱柱进料的同时，相应有一个色谱柱出料；同样的，其中一个色谱柱进洗脱剂的同时，相应有一个色谱柱流出洗脱液。经过色谱系统的处理，分离出色素和杂质离子，同时分离出多种提取物。

进一步的，色谱系统由n个色谱柱组成时，柱号相应为z1、z2、z3···zn，装置运行时，每个周期分为2n+2个步骤，连续循环进行。

实施例3

以下实施例以一个中试规模的、如图1所示的脱色去离子及分离的装置，来对本发明作更进一步的描述。

色谱系统由4个色谱柱串联组成一组，每个色谱柱长度为3.0m，内径为0.054m。

色谱柱内装满吸附树脂。树脂为强酸性阳离子交换树脂，钠型，交联度4.5~7.5%，体积全交换容量≥1.8mol/ml。树脂为均粒球体，直径0.28mm。

选用纯水作为洗脱剂，柱内温度60~65℃，柱内压力0.1~0.6mpa，柱内流速1~5m/h。

原料为蔗渣水解液，来自蔗渣经过水洗除灰预处理后，加入质量分数0.3%~0.5%的盐酸溶液，在110~26℃下，反应2~4h，得蔗渣水解液。将蔗渣水解液过滤除去机械杂质后，浓缩至质量百分比浓度为50.0~52.0%。蔗渣水解浓缩液电导率为300000~600000μs/cm，颜色为黑褐色。表1为脱色去离子和分离混合物装置处理前后溶液电导率表。表2为脱色去离子和分离混合物装置处理前后溶液组分表。

表1脱色去离子和分离混合物装置处理前后溶液电导率表

表2脱色去离子和分离混合物装置处理前后溶液组分表

装置周期一运行的步骤、进出料量如下：

步骤1：0.6l蔗渣水解浓缩液输入z1；0.6l料液从z4流出，进入提取液管9，经流量计(91)、流量调节阀(92)后，进入提取液d支路、经vd阀，进入d液槽。进入d液槽的料液为木糖液。

步骤2：a：1.4l蔗渣水解浓缩液输入z1；1.4l料液从z1流出，进入杂质管8，经杂质流量计81、杂质流量调节阀82后，进入s液槽。进入s液槽的料液为色素离子混合液。

b：1.4l纯水输入z2；1.4l料液从z4流出，进入提取液管9，经提取液流量计91、提取液流量调节阀92后，进入提取液c支路、经vc阀，进入c液槽。进入c液槽的料液为木糖和阿拉伯糖混合液。

步骤3：1.5l纯水输入z4；1.5l料液从z4流出，进入提取液管9，经提取液流量计91、流量调节阀92后，进入提取液b支路、vb阀，进入b液槽。进入b液槽的料液为阿拉伯糖液。

步骤4：物料没有进出系统，系统进行内循环，内循环的量为2.5l。

步骤5：2.4l纯水输入z3，2.4l料液从z2流出，进入杂质管8、电导率仪83，经杂质流量计81、杂质流量调节阀82后，进入s液槽。

步骤6：物料没有进出系统，系统进行内循环，内循环的量为2.5l。

步骤7：2.3l纯水输入z4，2.3l料液从z3流出，进入杂质管8、电导率仪83，经杂质流量计81、杂质流量调节阀82后，进入s液槽。

步骤8：物料没有进出系统，系统进行内循环，内循环的量为2.5l。

步骤9：：2.1l纯水输入z1；2.1l料液从z4流出，进入杂质管8、电导率仪83，经杂质流量计81、杂质流量调节阀82后，进入s液槽。

步骤10：物料没有进出系统，系统进行内循环，内循环的量为2.5l。

进一步的，步骤2的b分为b1和b2两个子步：

b1：0.8l纯水输入z2；0.8l料液从z4流出，进入提取液管9，经提取液流量计91、提取液流量调节阀92后，进入提取液d支路、经vd阀，进入d液槽。

b2：0.6l纯水输入z2；0.6l料液从z4流出，进入提取液管9，经提取液流量计91、提取液流量调节阀92后，进入提取液c支路、经vc阀，进入c液槽。进入c液槽的料液为木糖和阿拉伯糖混合液；这部分的混合液返回，与蔗渣水解液混合，重新进入系统。

运行3~5个大周期后，系统即达到平衡状态。系统平衡后，取样分析。

本发明的实施例仅是对本发明的解释，并不是对本发明的限制。本领域技术人员可按本发明的方法实施多种方式的没有创造性的修改，但只要在本发明的权利要求范围内，都受到专利法的保护。