赖氨酸生产过程中废水浓缩系统的优化

摘要：本文简述了赖氨酸生产工艺，及其生产过程中废水的产生和废水的性质。阐述了从废水中提取硫酸铵的生产工艺，并对硫酸铵生产过程中出现的问题研究，制定浓缩系统优化方案。最后，通过浓缩系统优化方案试运行数据比较，确定浓缩系统最佳加料方式。

关键词：废水；硫酸铵；浓缩；优化；

一、前言

目前国内通用的赖氨酸生产过程中,发酵液经陶瓷膜过滤，浓相用于生产氨基酸高蛋白饲料，轻相即膜滤液进入ISEP离交系统进行提纯。利用强酸性阳离子树脂对膜滤液中的赖氨酸离子进行吸附，同时与其他杂质分离，吸附分离下来的废水及杂质排出柱体。吸附饱和的柱体再进入洗脱回填区，通过回填洗脱液压出柱体内的废水和杂质来提高洗脱液纯度，洗脱回填后的柱体继续进入洗脱区，然后利用7.0-8.0%浓度的氨水消除酸性，将赖氨酸离子从树脂上洗脱下来，并使树脂得到了再生。再生柱进入再生区经过稀硫酸转型后在吸附区达到最佳的吸附能力，通过离子交换柱处在固定端不同的区域，从而使离子交换柱进行不同的反应过程。流出ISEP系统的高纯度赖氨酸溶液为洗脱液，然后经浓缩、中和、结晶、分离、烘干和包装工序，最终生产出纯度达98.5%以上的赖氨酸饲料。流出ISEP系统的另一份溶液为废水，废水PH值为3-8，干基含量为5-7%，主要成分是硫酸铵、发酵过程未反应的糖、蛋白质和碎树脂等。

二、硫酸铵产品生产工艺简介

IESP废水中干基浓度偏高，不宜采用厌氧或好氧水处理系统进行处理，加之干基中硫酸铵含量达90%以上，故大多数企业以ISEP废水为原料，运用浓缩、结晶、离心等一系列工艺技术和生产设备，生产硫酸铵成品，母液做肥料。成品硫酸铵化料供赖氨酸发酵使用，实现生产过程废水零排放。

三、废水浓缩系统生产过程中存在的问题

废水浓缩采用四效负压降模式蒸发系统，原理是：蒸发器通过蒸汽或二次蒸汽作为加热介质，经过加热器中的列管，给废水进行间接加热；物料在重力及所形成的二次蒸汽作用下在列管中形成膜状自上而下流动，物料薄膜与列管外壁蒸汽进行热交换，使物料中的水分受热，在蒸发器中蒸发，从而使废水浓度达到所要求的浓度。浓缩的目的是将高浓度有机含N废水（干物5-7%），经过四效降膜蒸发，将废水浓缩到一定浓度供后工序重结晶，以利于蒸发结晶。蒸汽流程为一效» 二效»三效»四效，物料流程为一效» 二效»四效»三效。

ISEP废水在浓缩蒸发过程中，随着废水浓度上升，物料的粘度也随物料的浓度上升而提高。当浓缩液波美度达到18Be`时，物料中的残糖达2%左右，物料的粘度明显上升。

粘度对浓缩蒸发和设备的影响非常明显。一效温度100-110℃，二效温度70-90℃，三效温度60—65℃，四效温度50—55℃。在物料循环特征为柱状，粘度大，布膜不均，直接导致传热效果差，影响蒸发。物料进入蒸发器后，流动速度慢，蒸发室内泡沫大，有时高达15米以上。循环泵的吸入量不足，进料量时大时小，循环泵造成脉冲喘振，泵体抖动严重，机械轴封极易损坏，从而维修频率和维修费用增高。在此种工作状态下，四效浓缩的水处理量仅在60方每小时左右，而蒸发量仅45m³/h。生产效率低，生产成本高。

四、新技术方案的制定

为了提高生产效率，降低生产成本，对浓缩系统进行了研究，以克服物料粘度对四效浓缩的影响。运用温度和粘度的反比关系，改善四效浓缩的运行情况，把浓缩进料改为逆流加料。研究制定两种加料方式四效» 三效»二效»一效和四效»三效»一效»二效。两种加料方式试运行效果比较如下：

方 案	加料方式	蒸发量	汽耗	清洗周期	设备运行
原工艺	1-2-4-3	45m³/h	9.6吨/吨	20天	震动大
方案一	4-3-2-1	50 m³/h	8.5吨/吨	30天	震动小
方案二	4-3-1-2	60 m³/h	6.9吨/吨	50天	平稳

备注：1、蒸发量：一个清洗周期内平均蒸发量；

2、汽耗：浓缩系统对成品赖氨酸汽耗；

3、清洗标准：蒸发量小于30m³/h；

4、蒸汽流程1-2-3-4；

方案一虽使物料在各效体内粘度下降，分离状况有所改善，但由于一效物料较浓，接热效果不好，二次生蒸量下降，后三效浓缩热量减少，蒸发受到影响。而且一次蒸汽温度在110℃—115℃，物料在加热器列管中碳化速度较快。使用一个月后，一套蒸发效率仅有30方每小时，迫使停车清洗，提高了运行成本。

方案二采用逆流交叉加料法，试运行效果最佳，蒸发量提高了15 m³/h，蒸汽单耗下降2.7吨，清洗周期延长30天。主要原因分析如下：

1、随物料浓缩粘度的升高，蒸发温度同步提前，各效的蒸发均有实现。

2、通生蒸汽的一效浓度在16—17%，传热效果仍较好，保证二次蒸汽量产生，以利于二、三、四效蒸发。

3、延长一效加热器物料在列管内的碳化周期，提高设备利用率，降低清洗费用。

4、各效均能顺利分离、蒸发，大大降低循环泵脉冲震动，延长泵的使用寿命，降低维修费。

五、新技术方案效果

综上所述，ISEP废水浓缩系统的最佳加料方式应为四效»三效»一效»二效。与原加料方式相比，蒸发量提高了15 m³/h，蒸汽单耗下降2.7吨，清洗周期延长30天。初步估算，每年可节约硫酸铵生产运行成本400万元。

参考文献：

[1]张克旭. 氨基酸发酵工艺学[M]. 北京：中国轻工业出版社，（1998-09出版）.
[2]孙彦. 生物分离工程[M].北京,化学工业出版社，（2005-03出版）.

作者简介：

高延江，男，1975年10月27日出生，安徽蚌埠市人，大专学历，现就职于中粮生物化学（安徽）股份有限公司，主要从事设备管理，有十多年的工作经验。