本發(fā)明涉及一種檸檬酸的提取方法，尤其是涉及一種應(yīng)用離心萃取機提取檸檬酸的方法。
背景技術(shù)：
：檸檬酸(又稱枸椽酸，化學式為c6h8o7)是發(fā)酵法生產(chǎn)有機酸中最重要的產(chǎn)品之一，其廣泛應(yīng)用于食品、化工、醫(yī)藥、環(huán)保等行業(yè)。在國民經(jīng)濟生產(chǎn)中占有十分重要的地位。雖然我國的檸檬酸工業(yè)發(fā)展迅速，在發(fā)酵技術(shù)特別是在發(fā)酵菌種和生產(chǎn)工藝方面處于世界領(lǐng)先水平，但下游的提取工藝卻比較落后，嚴重制約著該行業(yè)的進一步發(fā)展。檸檬酸發(fā)酵液的成分比較復雜，除了產(chǎn)物檸檬酸外，通常還包括有菌體、殘?zhí)恰⑸?、蛋白質(zhì)、膠體、無機鹽、有機雜酸等多種雜質(zhì)。所以，這也使檸檬酸的提取具有一定的難度。全球的檸檬酸工業(yè)都面臨“高產(chǎn)低收”的局面，檸檬酸發(fā)酵液的分離提取已經(jīng)成為嚴重制約檸檬酸行業(yè)發(fā)展的問題。因此，改進落后的提取工藝，尋求高效、低耗、環(huán)保節(jié)能、便于工業(yè)化和自動化的新型工藝已迫在眉睫。目前常用的檸檬酸提取方法主要有以下幾種：鈣—鹽提取法、溶劑萃取法、離子交換吸附法和膜分離法等。鈣鹽法是一種傳統(tǒng)的從發(fā)酵液中提取檸檬酸的方法，它具有工藝成熟、原材料易得、操作方便、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點，但是存在操作復雜、損失大、總收率低、原料消耗大、能耗高、廢水廢渣多不環(huán)保等一系列問題；離子交換吸附法工藝簡單，與鈣鹽法相比，能耗大大降低，生產(chǎn)過程中不產(chǎn)生大量的廢渣，大大降低了工人的勞動強度，也改善了周圍環(huán)境，收率也得到了顯著的提高，但是離子交換樹脂需要頻繁再生，會產(chǎn)生大量廢液。而且離子交換樹脂具有一定的壽命，需要經(jīng)常更換，進而產(chǎn)生大量的固體廢棄物；膜分離法主要分為固體膜分離法和液膜分離法，膜分離法具有選擇性高、工藝簡單、環(huán)保及能耗低等優(yōu)點，但同時也存在通量小、電耗大、工藝對膜的相對穩(wěn)定性和回收技術(shù)要求嚴格等缺點，實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用仍然存在較大難度。溶劑萃取法與鈣鹽法相比，省去了中和與酸解兩道工序，節(jié)省了大量的化工原料，降低了能耗，在提取過程中不會產(chǎn)生大量廢渣，有利于環(huán)保；與離子交換法相比，具有處理能力大、分離效果好、回收率高、可連續(xù)操作等優(yōu)點。而且萃取劑可以反復使用，也降低了生產(chǎn)成本。但是，現(xiàn)有溶劑萃取法提取檸檬酸的方法存在有萃取率低，萃取劑對容器腐蝕嚴重的問題，一方面不利于提高檸檬酸的產(chǎn)量，另一方面會消耗大量的人力物力。技術(shù)實現(xiàn)要素：有鑒于此，本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種應(yīng)用離心萃取機提取檸檬酸的方法，解決了現(xiàn)有溶劑萃取法提取檸檬酸時提取率低，容器易被腐蝕的問題，同時達到了提高提取率、降低容器腐蝕的效果。為達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種應(yīng)用離心萃取機提取檸檬酸的方法，包括如下幾個步驟：(1)萃取段：以胺類為萃取劑，將檸檬酸發(fā)酵液放入離心萃取機中萃取檸檬酸；胺與檸檬酸粗品的體積比為1-6∶1；溫度為30～35℃；5級逆流萃??；(2)水洗段：將步驟(1)中含有檸檬酸的有機相置于離心萃取機中進行水洗，有機相與水的體積比為10-30∶1；溫度為30～35℃；2級逆流萃??；(3)反萃取段：將步驟(2)中所得的有機相置于離心萃取機中用水進行反萃，收集有機相為檸檬酸相；有機相與水的體積比為5-10∶1；溫度為50～55℃；4級逆流反萃取。進一步地，步驟(1)中所述胺類為三月桂胺：仲胺：磺化煤油，其體積比，三月桂胺：仲胺：磺化煤油＝2:2:6。本發(fā)明所述萃取、水洗和反萃操作均為逆流萃取。進一步地，所述離心萃取機，包括皮帶護罩、皮帶、電機、軸承座、工作窗口、上蓋、重相堰、輕相堰、輕相集液腔、輕相出料口、重相集液腔、重相出料口、重相進料口、輕相進料口、無動力螺旋混合器、軸、轉(zhuǎn)鼓、外殼、無動力渦流混合器、進料端子、進料葉輪和混合室組成，皮帶護罩安裝于電機與軸承座上方，電機固定于軸承座的側(cè)面，軸與電機之間靠皮帶傳動，轉(zhuǎn)鼓由軸承座懸掛與上蓋上，上蓋位于外殼的上部。進一步地，轉(zhuǎn)鼓只靠其上部的軸承座固定，為上懸式結(jié)構(gòu)，其下部無軸承、無機械密封。進一步地，輕相集液腔、重相集液腔位于外殼的內(nèi)部，其內(nèi)部與料液接觸的部位全部采用復合材料制作。進一步地，重相堰為均分為多個弧段，重相堰由該多個弧段拼接而成，上蓋上開有工作窗口，更換重相堰時，可直接從工作窗口取出，更換時不用拆卸軸承。進一步地，外殼的內(nèi)部另設(shè)有無動力螺旋混合器和無動力渦流混合器，其可以大幅度提高料液的混合效果。進一步地，轉(zhuǎn)鼓與殼體內(nèi)襯均由高分子復合材料制成。能耐濃硫酸、濃鹽酸、強堿等溶劑的腐蝕。進一步地，混合室為尺寸大小不同的混合室。可以根據(jù)混合時間長短和液體多少的要求更換為不同大小的混合室。為了獲得本發(fā)明的技術(shù)方案，我們進行了大量的實驗驗證，以下僅以萃取劑的選擇、萃取溫度、萃取級別和萃取時間的選擇進行簡單的列舉和解析。實驗1：萃取劑的選擇實驗選擇三月桂胺、乙酰胺、仲胺及稀釋劑磺化煤油作為萃取劑的成分，改變萃取劑種類及配比，進行小試實驗。將發(fā)酵液和不同種類及配比的萃取劑分別加熱至30℃，在分液漏斗中進行搖瓶實驗，待兩相完全分層后，取樣檢測。實驗結(jié)果如表1所示。表1.不同種類萃取劑下?lián)u瓶萃取實驗結(jié)果根據(jù)上表中的實驗結(jié)果可知：隨著萃取劑種類及配比的改變，萃取及分離效果有明顯的提高，因此，在該體系中萃取劑選擇三月桂胺：仲胺：磺化煤油＝2:2:6(體積比)最佳。實驗2：不同溫度下萃取實驗在通量為180ml/min，體積比為5∶1，ph值為3，單級萃取的操作條件下，采用cwl50-m系列新型高效離心萃取機作為萃取設(shè)備，改變實驗溫度，觀察實驗效果。將發(fā)酵液和萃取劑均加熱到25℃，發(fā)酵液以30ml/min的進料量從萃取器的重相進料口進入設(shè)備,萃取劑以150ml/min的進料量從萃取器的輕相進料口進入設(shè)備，待兩相均出料穩(wěn)定后，取樣檢測。發(fā)酵液和萃取劑的溫度依次設(shè)置為30℃、35℃、40℃、45℃、50℃，重復上述操作，實驗結(jié)果如表2所示。表2.不同溫度下單級萃取實驗結(jié)果根據(jù)上表中的實驗結(jié)果可知：隨著進料溫度的升高，萃取率逐漸升高，分離效果也明顯提高，但是溫度增加至35℃后，繼續(xù)增加溫度時萃取率并沒有出現(xiàn)大幅度升高，因此，萃取進料溫度選擇35℃最佳。實驗3：多級逆流萃取實驗在通量為180ml/min，體積比為5∶1，進料溫度為35℃，ph值為3，逆流萃取的操作條件下，采用cwl50-m系列新型高效離心萃取機作為萃取設(shè)備，改變萃取級數(shù)，觀察實驗效果。將發(fā)酵液和萃取劑均加熱到35℃，發(fā)酵液以30ml/min的進料量從萃取器的重相進料口進入設(shè)備，萃取劑以150ml/min的進料量從萃取器的輕相進料口進入設(shè)備，待兩相均出料穩(wěn)定后，取樣檢測。萃取級數(shù)依次設(shè)置為1、2、3、4、5、6，重復上述操作，實驗結(jié)果如表3所示。表3多級逆流萃取實驗結(jié)果序號萃取級數(shù)混合時間/s萃取率/％分離效果1126.352.11水相和有機相均無渾濁2252.677.02水相和有機相均無渾濁3378.988.84水相和有機相均無渾濁44105.294.17水相和有機相均無渾濁55131.597.36水相和有機相均無渾濁66157.897.80水相和有機相均無渾濁根據(jù)上表中的實驗結(jié)果可知：隨著萃取級數(shù)的增加，萃取率逐漸升高，分離效果好，經(jīng)過5級逆流萃取后，萃取率可達到97.36％。萃取級數(shù)繼續(xù)增加，萃取率無顯著上升。實驗4：不同溫度下反萃取實驗在通量為209ml/min，體積比為10∶1，ph值為6-7，單級反萃取的操作條件下，采用cwl50-m系列新型高效離心萃取機作為萃取設(shè)備，改變實驗溫度，觀察實驗效果。將負載有機相和反萃取劑均加熱到25℃，反萃取劑以19ml/min的進料量從萃取器的重相進料口進入設(shè)備,負載有機相以190ml/min的進料量從萃取器的輕相進料口進入設(shè)備，待兩相均出料穩(wěn)定后，取樣檢測。負載有機相和反萃取劑的溫度依次設(shè)置為35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、80℃，重復上述操作，實驗結(jié)果如表4所示。表4.不同溫度下單級反萃取實驗結(jié)果根據(jù)上表中的實驗結(jié)果可知：隨著進料溫度的升高，萃取率緩慢升高，分離效果未見明顯改變，但是溫度增加至80℃后，有機相狀態(tài)發(fā)生明顯改變，說明溫度越高，有機相越澄清，但是反萃取率未見顯著提高，因此，反萃取進料溫度選擇50℃最佳。實驗5：多級逆流反萃取實驗在通量為209ml/min，體積比為10∶1，進料溫度為50℃，逆流反萃取的操作條件下，采用cwl50-m系列新型高效離心萃取機作為反萃取設(shè)備，改變反萃取級數(shù)，觀察實驗效果。將負載有機相和反萃取劑均加熱到50℃，反萃取劑以19ml/min的進料量從萃取器的重相進料口進入設(shè)備,負載有機相以190ml/min的進料量從萃取器的輕相進料口進入設(shè)備，待兩相均出料穩(wěn)定后，取樣檢測。萃取級數(shù)依次設(shè)置為1、2、3、4，重復上述操作，實驗結(jié)果如表5所示。表5.多級逆流反萃取實驗結(jié)果序號萃取級數(shù)混合時間/s萃取率/％分離效果1122.460.57水相清澈，有機相渾濁2244.884.26水相清澈，有機相渾濁3367.291.65水相清澈，有機相輕微渾濁4489.697.23水相和有機相均無渾濁根據(jù)上表中的實驗結(jié)果可知：隨著反萃取級數(shù)的增加，反萃取率逐漸升高，分離效果逐漸變好，經(jīng)過4級逆流反萃取后，萃取率可達到97.23％。在通量為180ml/min，體積比為5∶1，進料溫度為35℃，ph值為3，5級逆流萃?。?0℃下，體積比為10∶1，4級逆流反萃取的操作條件下，采用cwl50-m系列新型高效離心萃取機作為萃取設(shè)備進行檸檬酸提取，最終檸檬酸的萃取率達到了97.36％，經(jīng)進一步處理后，產(chǎn)品純度達到了99.0％。本發(fā)明的有益效果是：1.本發(fā)明將胺類混合萃取劑應(yīng)用到檸檬酸的萃取中，提高了檸檬酸的萃取率，多組分的萃取劑的合理配比是檸檬酸高萃取率的關(guān)鍵。2.本發(fā)明在檸檬酸的提取方法中引入了高效離心萃取機，具有耐腐蝕性強，結(jié)構(gòu)精巧，萃取率高等顯著優(yōu)勢。離心萃取機殼體、轉(zhuǎn)鼓和管道均為復合材料整體模塑成型，材質(zhì)為聚丙烯，全氟烷氧基樹脂，有效的提高了設(shè)備的耐腐蝕性能。離心萃取機通過電機帶動萃取反應(yīng)器進行萃取反應(yīng)，實現(xiàn)了萃取、反萃和酸洗的半自動化和一體化，同時，轉(zhuǎn)鼓由軸承座懸掛與上蓋上，上蓋位于外殼的上部。轉(zhuǎn)鼓只靠其上部的軸承座固定，為上懸式結(jié)構(gòu)，其下部無軸承、無機械密封。結(jié)構(gòu)精巧細致，有效的提高了離心萃取機的混合功能。3.本發(fā)明中將高效離心萃取機應(yīng)用到檸檬酸的提取方法后，兩相分離效果得到了明顯的提升，同時顯著改善了傳統(tǒng)工藝中存在的乳化現(xiàn)象，同一體系條件下，分離效果對比如圖3所示；該工藝條件下，反萃取段幾乎沒有產(chǎn)生任何廢棄物；設(shè)備占地面積小，級效率也得到了明顯提高；由于使用的新型高效離心萃取機為全封閉設(shè)備，操作現(xiàn)場幾乎沒有萃取劑的刺鼻氣味，大大改善了操作環(huán)境，消除了生產(chǎn)過程中操作人員的健康隱患。附圖說明圖1為本發(fā)明的實施狀態(tài)示意圖；圖2為本發(fā)明離心萃取結(jié)構(gòu)示意圖；圖3本發(fā)明與傳統(tǒng)萃取設(shè)備分離效果對比圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步描述。實施例1一種應(yīng)用離心萃取機提取檸檬酸的方法，包括如下幾個步驟：(1)萃取段：以胺類為萃取劑，將檸檬酸發(fā)酵液放入離心萃取機中萃取檸檬酸；胺與檸檬酸粗品的體積比為1∶1；溫度為35℃；5級逆流萃?。凰霭奉悶槿鹿鸢罚褐侔罚夯腔河?，其體積比，三月桂胺：仲胺：磺化煤油＝2:2:6；(2)水洗段：將步驟(1)中含有檸檬酸的有機相置于離心萃取機中進行水洗，有機相與水的體積比為10∶1；溫度為35℃；2級逆流萃??；(3)反萃取段：將步驟(2)中所得的有機相置于離心萃取機中用水進行反萃，收集有機相為檸檬酸相；有機相與水的體積比為5∶1；溫度為55℃；4級逆流反萃取。如圖2所示，本發(fā)明所用離心萃取機，包括皮帶護罩1、皮帶2、電機3、軸承座4、工作窗口5、上蓋6、重相堰7、輕相堰8、輕相集液腔9、輕相出料口10、重相集液腔11、重相出料口12、重相進料口13、輕相進料口14、無動力螺旋混合器15、軸16、轉(zhuǎn)鼓17、外殼18、無動力渦流混合器19、進料端子20、進料葉輪21和混合室22組成，皮帶護罩1安裝于電機2與軸承座3上方，電機2固定于軸承座3側(cè)面，軸16與電機2之間靠皮帶傳動，轉(zhuǎn)鼓17由軸承座3懸掛與上蓋6上，上蓋6位于外殼18的上部。其中，轉(zhuǎn)鼓17只靠其上部的軸承座4固定，為上懸式結(jié)構(gòu)，其下部無軸承、無機械密封；輕相集液腔9、重相集液腔11位于外殼18的內(nèi)部，其內(nèi)部與料液接觸的部位全部采用復合材料制作。重相堰7為均分為多個弧段，重相堰板由該多個弧段拼接而成，上蓋6上開有工作窗口5，更換重相堰7時，可直接從工作窗口5取出，更換時不用拆卸軸承。外殼18的內(nèi)部另設(shè)有無動力螺旋混合器15和無動力渦流混合器19，其可以大幅度提高料液的混合效果。轉(zhuǎn)鼓17與殼體18內(nèi)襯均由高分子復合材料制成，能耐濃硫酸、濃鹽酸、強堿等溶劑的腐蝕?；旌鲜?2為尺寸大小不同的混合室。如圖1所示，圖1給出了本發(fā)明的一個實施方案的圖示。在圖1中，(a)是預處理后的發(fā)酵液，將它提供到萃取反應(yīng)器(b)中，它在此與有機液體(c)接觸。將從萃取反應(yīng)器(b)中流出的萃余液(e)排出。將從萃取反應(yīng)器(b)中流出的含有檸檬酸的有機液體(d)提供到水洗萃取反應(yīng)器(f)中，在此使它與提供的含水液體(g)接觸。將從水洗萃取反應(yīng)器(f)中流出的水洗余液(h)排出，通過管道將水洗后的含檸檬酸的有機液體(i)提供給反向萃取器(j)，在此使它與提供的反萃取劑(k)接觸。通過管道將從反向萃取器(j)中流出的再生有機液體(l)提供到在有機相儲罐(n)中，然后再循環(huán)到萃取反應(yīng)器(b)中，從反向萃取器(j)中流出的水溶液(m)即為產(chǎn)品。所述萃取反應(yīng)器(b)、水洗萃取反應(yīng)器(f)和反向萃取器(j)均為本發(fā)明的萃取反應(yīng)器。實施例2一種應(yīng)用離心萃取機提取檸檬酸的方法，包括如下幾個步驟：(1)萃取段：以胺類為萃取劑，將檸檬酸發(fā)酵液放入離心萃取機中萃取檸檬酸；胺與檸檬酸粗品的體積比為5∶1；溫度為30℃；5級逆流萃?。凰霭奉悶槿鹿鸢罚褐侔罚夯腔河?，其體積比，三月桂胺：仲胺：磺化煤油＝2:2:6；(2)水洗段：將步驟(1)中含有檸檬酸的有機相置于離心萃取機中進行水洗，有機相與水的體積比為25∶1；溫度為30℃；2級逆流萃??；(3)反萃取段：將步驟(2)中所得的有機相置于離心萃取機中用水進行反萃，收集有機相為檸檬酸相；有機相與水的體積比為10∶1；溫度為50℃；4級逆流反萃取。所述離心萃取機結(jié)構(gòu)如實施例1。實施例3一種應(yīng)用離心萃取機提取檸檬酸的方法，包括如下幾個步驟：(1)萃取段：以胺類為萃取劑，將檸檬酸發(fā)酵液放入離心萃取機中萃取檸檬酸；胺與檸檬酸粗品的體積比為6∶1；溫度為33℃；5級逆流萃??；所述胺類為三月桂胺：仲胺：磺化煤油，其體積比，三月桂胺：仲胺：磺化煤油＝2:2:6；(2)水洗段：將步驟(1)中含有檸檬酸的有機相置于離心萃取機中進行水洗，有機相與水的體積比為30∶1；溫度為33℃；2級逆流萃取；(3)反萃取段：將步驟(2)中所得的有機相置于離心萃取機中用水進行反萃，收集有機相為檸檬酸相；有機相與水的體積比為6∶1；溫度為52℃；4級逆流反萃取。所述離心萃取機結(jié)構(gòu)如實施例1。最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案所做的其他修改或者等同替換，只要不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。當前第1頁12