以生物产品分离纯化为目标的生物分离工程是当今化工分离过程研究中备受关注的热点领域，对实现生化产品的产业化至关重要。国家“十五”科技攻关项目“微生物发酵法生产1，3-丙二醇”的研究已在如何提高发酵法生产1，3-丙二醇(PDO)的转化率方面获得了实质性的进展，进行大规模生产已经成为可能。但是，通过文献报道的反应萃取和渗透汽化等方法分离PDO产品在实际大规模生产中面临诸多问题，而采用传统精馏方法进行后处理时PDO发酵液中存在的一定量有机酸盐使得过程能耗过高、产品损失过大，阻碍了工业化生产的进行。 电渗析技术(ED)是在离子交换基础上发展起来的一种高效膜分离技术，也是选择性分离电解质离子的有效方法之一，由于具有能耗低、操作简便、无环境污染等优点而日益受到重视，应用领域也在不断拓宽。但是，由于电渗析过程传递现象的复杂性，可用于描述和优化电解质体系及更加复杂体系电渗析分离过程的普适性过程模型尚未有所报道。 该论文研究了电渗析技术用于PDO实际发酵液脱盐的可行性，考察了离子交换膜性能对发酵液ED脱盐效果和产品损失的影响，通过非平衡热力学方法和质量守恒原理建立了电解质-中性溶质体系ED脱盐过程模型，可用于定量计算电渗析过程中电解质、中性溶质的浓度变化以及电流密度变化等，并通过实验验证其实用性，在此基础上进行了不同条件下电解质体系和PDO实际发酵液ED脱盐过程的模拟和优化。 该文首先研究了电渗析方法脱除PDO实际发酵液中有机酸盐的可行性。发现，采用电渗析法脱除约90％有机酸盐后可以显著降低发酵法生产PDO的后处理能耗及产品损失，具有工业可行性。电渗析小试实验研究表明，操作电压和浓淡室流速比分别对脱盐效果和PDO损失有显著影响。为了避免发酵液中残存蛋白质对离子膜的污染，选取了0.7V单膜对电压。该电压下，选择1.0cms-1操作流速和0.05M浓室初始浓度，1L发酵液达到90％脱盐率所需能耗为7.4W·h。中试电渗析实验结果表明，中试操作流速应低于1.2cms-1以减少PDO损失。模拟扩散实验表明，PDO产品损失主要来自于浓差扩散。 探讨了离子交换膜性能对PDO发酵液体系电渗析脱盐效果和产品损失的影响。实验研究表明，对于有机酸盐电渗析脱除过程来说，阴膜的选取对脱盐效果影响显著。阴膜导电能力较强时，脱盐效果变好。中性溶质通过离子膜的透过系数是选择适宜离子膜的另一重要指标。对于PDO发酵液ED脱盐过程，综合比较后选取了具有较低溶质透过系数和较高电导率的C3/A1膜以获得较优脱盐效果和较少产品损失。 通过分析电解质-中性溶质体系电渗析脱盐过程中的质量传递并基于非平衡热力学方法和电流一致性原则，建立了该体系电渗析脱盐过程的数学模型，模型参数包括操作条件、离子膜性能和电渗析器结构参数等。运用此模型可定量描述电渗析过程中电解质和中性溶质的浓度、腔室流速以及过程电流密度等的时空变化，并可据此推导得到达到目标脱盐值所需的能耗和电渗析器组合方式(间歇式循环或连续式串联)；通过实验结果验证了该模型的实用性；将浓差极化程度反映在离子膜电导率参数中，拓展了模型的应用范围。 运用电解质-中性溶质电渗析脱盐过程模型，模拟研究了不同操作条件、离子膜性能和装置尺寸条件对脱盐效果及中性溶质损失的影响规律。计算结果表明，要获得良好的脱盐效果，应适当增加浓淡室初始浓度比、选择具有较高电导率和迁移数的离子膜；对于包含中性溶质产品的体系，需要特别选取具有较低中性溶质透过系数和水电渗透系数的离子膜以减少产品损失；由于增加腔室厚度容易引起脱盐效果下降和流动状况问题，因此不适于沿腔室厚度方向放大。该模型较好地模拟和优化了PDO实际发酵液电渗析过程，也可用于其它ED分离过程。