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[摘 要]生产中经优选过阴阳树脂对柠檬酸溶液中的各离子的吸咐情况，主要受来料中离子含量高低和种类影响；目前生产仅通过控制主柱出口中某单一离子的含量来实现整个树脂交换系统的控制，造成树脂利用率下降，且生产成本上升；经过理论和实践研究，调整主辅柱控制参数能够保证离交液的质量，且降低了水耗、电耗，提高了树脂的使用周期，最终降低了产品的成本。
[关键词]离子交换柠檬酸亲和力解离状态
中图分类号：TQ050.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）09-0023-02
1 引言
1.1 背景和现状
1.1.1 背景
柠檬酸的发酵液中，除含有主要产物柠檬酸之外，还含有纤维、菌体、有机杂酸、糖、蛋白质胶体物质、色素、矿物质、及其他代谢产物等杂质，它們来源于原材料、未消耗的营养盐和发酵的副产物等。通过各种物理化学方法，清除这些杂质，以达到分离纯化的目的。
离子交换工艺简单、能耗低，收率可达95%以上。该工艺也存在一些缺点，例如，离子交换树脂在使用中需要频繁再生，会产生大量废液；再之，离子交换树脂具有一定的寿命，也需要经常更换。因此，有效利用树脂处理能力，使树脂的利用率提高，就成为该工序的关键。
1.1.2 现状
目前柠檬酸生产离交工序分三步完成：脱色、去阳离子、去阴离子，阴离子出口即合格离交液；合格离交液的指标要求：透光率94%-100%（405nm）；Ca2+、Fe3+小于5ppm；SO42+和Cl-小于5ppm；生产中采取主辅柱串用、且只控制主柱离子指标；故脱色柱一般要求：透光率92%-100%（405nm）；阳柱：Fe3+、 Ca2+小于5ppm；阴柱：SO42+、Cl-小于5ppm；
现阳柱使用001*7苯乙烯系—=乙烯苯共聚交联结构的高分子基体上带有磺酸基（—SO3H）的离子交换树脂；阴柱使用D318大孔结构丙烯酸系弱碱性阴离子交换树脂；工艺中阳柱出口Ca2+、Fe3+≥5ppm即停止使用，阴柱SO42+、Cl-≥5ppm时停止使用；由于主柱和辅柱串联使用，可有效保护料液的质量；故目前主柱的利用率仍有较大的提高空间；通过延长主柱使用周期，降低主柱交换带，提高树脂的利用率，进而提高收率降低水耗（如表1所示）。
阴柱的平均处理量：其阴柱总平均处理量：367 m3。
1.1.3 理论基础
离子交换柱在工作过程中存在交换带现象，交换带一般在0.2m-1m，会受离交柱的高径比、料液中离子浓度、料液流速、树脂板结、老化情况的影响，如果进空气短流、液位低短流也会造成离交柱假饱和，影响离交柱交换容量，树脂使用效率低，再生频次增加，增加辅料消耗也降低收率[1]。
离子交换即阳、阴离子交换树脂，除去酸解液中阳、阴离子的化学反应过程。
由以上理论结合目前生产实际情况即：柠檬酸酸解液中主要存在钙、镁、钾、钠、铁、硫酸根和氯离子。镁、钾、钠离子对柠檬酸成品的影响较小，加之其含量较少，故离交工序对此三种离子不作控制。根据以上理论我们得出：酸解液中铁离子的亲和力高于钙离子；硫酸根的亲和力高于氯离子。
2 试验过程
2.1 工艺流程
（如图1所示）
2.2 试验内容
2.2.1 1主2辅，当1柱氯离子大于5ppm后，继续进料直至出口硫酸根离子与进口硫酸根离子含量相当，视为终点，开始倒柱。此过程中监控指标：1柱进出口SO42-、Cl-，2柱有无Cl-。
2.2.2 1 柱进出口硫酸根相当时，倒柱，2升主，3柱作辅柱，其他同上，以此往复。
3 结果分析
主柱共进料53小时，至35小时基本可以认为处于完全吸咐状态。
据试验进出口硫酸根的总量得出树脂吸咐硫酸根总量：约957.531kg；
即可推出氯离子质量：35.5*2*957.531/（96）= 708.2kg；
来料中氯离子含量以30ppm计，可处理708.2*106/30=23607m3阳柱流出液；
据生产数据统计，得出单根阴柱处理均量366.76m3，处理23607m3用阴柱根数：23607m3/366.76m3=64.4根；
2009年6月至2010年10月生产原始数据统计，每根柱月平均再生约五次；
在目前的生产条件下单根柱处理阳柱流出液23607m3需64.4/5=12.9个月；
即在正常使用条件下12.9个月内其辅柱氯离子不会穿透，也就不会影响离交液的产品品质；或者也可考虑以12个月为周期对辅柱进行再生处理，以保证离交液的品质。
由图可看出出口硫酸根的浓度与吸咐硫酸根的量呈同一趋势。
4 结论
4.1延长时间不等；主要受来料中离子的影响；但可以判断阴柱吸咐未达到最佳状态，存在延长周期的空间；以Cl-≤5ppm 、SO42-≤5ppm作为主柱控制指标，存在重复劳动，当SO42-=5ppm时、Cl-≥5ppm ，当Cl- =5ppm时、SO42-尚未出现，故主柱可采取控制SO42-≤5ppm，并适时监控辅柱是否有Cl-穿透，如此可在不改变现有工艺的情况下，提高树脂的处理量和树脂的利用率。
4.2从分析试验及生产考核的角度考虑：以处理酸解液的体积来衡量树脂的处理能力，会给生产以及试验带来误导；应以处理的硫酸根量来衡量阴树脂的处理能力，更有利于反映生产和试验的实际情况。
4.3树脂使用周期的延长，必导致辅柱氯离子累积，从而影响终产品离交液的品质，故需了解树脂对氯离子的处理能力，以初步判断延长周期后辅柱累积氯离子的最大限度；目前使用状态下需控制主柱SO42-≤5ppm的情况下，12.9个月内不会出现因氯离子累积而造成离交液中氯离子不合格的问题；因此也可考虑以12.9个月为一个周期，适时对阴柱辅柱进行再生，以去除辅柱中累积的氯离子。
参考文献
[1] 王博彦，金其荣，发酵有机酸生产与应用手册，中国轻工业出版社，2000、9（163-178）
[2] 叶振华，宋清，吸咐及离子交换，化学工业出版社，1985、6，（17）.
[3] 何炳林，黄文强，离子交换与吸咐树脂，上海科技教育出版社，1995、2，（233-243）.
[关键词]离子交换柠檬酸亲和力解离状态
中图分类号：TQ050.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）09-0023-02
1 引言
1.1 背景和现状
1.1.1 背景
柠檬酸的发酵液中，除含有主要产物柠檬酸之外，还含有纤维、菌体、有机杂酸、糖、蛋白质胶体物质、色素、矿物质、及其他代谢产物等杂质，它們来源于原材料、未消耗的营养盐和发酵的副产物等。通过各种物理化学方法，清除这些杂质，以达到分离纯化的目的。
离子交换工艺简单、能耗低，收率可达95%以上。该工艺也存在一些缺点，例如，离子交换树脂在使用中需要频繁再生，会产生大量废液；再之，离子交换树脂具有一定的寿命，也需要经常更换。因此，有效利用树脂处理能力，使树脂的利用率提高，就成为该工序的关键。
1.1.2 现状
目前柠檬酸生产离交工序分三步完成：脱色、去阳离子、去阴离子，阴离子出口即合格离交液；合格离交液的指标要求：透光率94%-100%（405nm）；Ca2+、Fe3+小于5ppm；SO42+和Cl-小于5ppm；生产中采取主辅柱串用、且只控制主柱离子指标；故脱色柱一般要求：透光率92%-100%（405nm）；阳柱：Fe3+、 Ca2+小于5ppm；阴柱：SO42+、Cl-小于5ppm；
现阳柱使用001*7苯乙烯系—=乙烯苯共聚交联结构的高分子基体上带有磺酸基（—SO3H）的离子交换树脂；阴柱使用D318大孔结构丙烯酸系弱碱性阴离子交换树脂；工艺中阳柱出口Ca2+、Fe3+≥5ppm即停止使用，阴柱SO42+、Cl-≥5ppm时停止使用；由于主柱和辅柱串联使用，可有效保护料液的质量；故目前主柱的利用率仍有较大的提高空间；通过延长主柱使用周期，降低主柱交换带，提高树脂的利用率，进而提高收率降低水耗（如表1所示）。
阴柱的平均处理量：其阴柱总平均处理量：367 m3。
1.1.3 理论基础
离子交换柱在工作过程中存在交换带现象，交换带一般在0.2m-1m，会受离交柱的高径比、料液中离子浓度、料液流速、树脂板结、老化情况的影响，如果进空气短流、液位低短流也会造成离交柱假饱和，影响离交柱交换容量，树脂使用效率低，再生频次增加，增加辅料消耗也降低收率[1]。
离子交换即阳、阴离子交换树脂，除去酸解液中阳、阴离子的化学反应过程。
由以上理论结合目前生产实际情况即：柠檬酸酸解液中主要存在钙、镁、钾、钠、铁、硫酸根和氯离子。镁、钾、钠离子对柠檬酸成品的影响较小，加之其含量较少，故离交工序对此三种离子不作控制。根据以上理论我们得出：酸解液中铁离子的亲和力高于钙离子；硫酸根的亲和力高于氯离子。
2 试验过程
2.1 工艺流程
（如图1所示）
2.2 试验内容
2.2.1 1主2辅，当1柱氯离子大于5ppm后，继续进料直至出口硫酸根离子与进口硫酸根离子含量相当，视为终点，开始倒柱。此过程中监控指标：1柱进出口SO42-、Cl-，2柱有无Cl-。
2.2.2 1 柱进出口硫酸根相当时，倒柱，2升主，3柱作辅柱，其他同上，以此往复。
3 结果分析
主柱共进料53小时，至35小时基本可以认为处于完全吸咐状态。
据试验进出口硫酸根的总量得出树脂吸咐硫酸根总量：约957.531kg；
即可推出氯离子质量：35.5*2*957.531/（96）= 708.2kg；
来料中氯离子含量以30ppm计，可处理708.2*106/30=23607m3阳柱流出液；
据生产数据统计，得出单根阴柱处理均量366.76m3，处理23607m3用阴柱根数：23607m3/366.76m3=64.4根；
2009年6月至2010年10月生产原始数据统计，每根柱月平均再生约五次；
在目前的生产条件下单根柱处理阳柱流出液23607m3需64.4/5=12.9个月；
即在正常使用条件下12.9个月内其辅柱氯离子不会穿透，也就不会影响离交液的产品品质；或者也可考虑以12个月为周期对辅柱进行再生处理，以保证离交液的品质。
由图可看出出口硫酸根的浓度与吸咐硫酸根的量呈同一趋势。
4 结论
4.1延长时间不等；主要受来料中离子的影响；但可以判断阴柱吸咐未达到最佳状态，存在延长周期的空间；以Cl-≤5ppm 、SO42-≤5ppm作为主柱控制指标，存在重复劳动，当SO42-=5ppm时、Cl-≥5ppm ，当Cl- =5ppm时、SO42-尚未出现，故主柱可采取控制SO42-≤5ppm，并适时监控辅柱是否有Cl-穿透，如此可在不改变现有工艺的情况下，提高树脂的处理量和树脂的利用率。
4.2从分析试验及生产考核的角度考虑：以处理酸解液的体积来衡量树脂的处理能力，会给生产以及试验带来误导；应以处理的硫酸根量来衡量阴树脂的处理能力，更有利于反映生产和试验的实际情况。
4.3树脂使用周期的延长，必导致辅柱氯离子累积，从而影响终产品离交液的品质，故需了解树脂对氯离子的处理能力，以初步判断延长周期后辅柱累积氯离子的最大限度；目前使用状态下需控制主柱SO42-≤5ppm的情况下，12.9个月内不会出现因氯离子累积而造成离交液中氯离子不合格的问题；因此也可考虑以12.9个月为一个周期，适时对阴柱辅柱进行再生，以去除辅柱中累积的氯离子。
参考文献
[1] 王博彦，金其荣，发酵有机酸生产与应用手册，中国轻工业出版社，2000、9（163-178）
[2] 叶振华，宋清，吸咐及离子交换，化学工业出版社，1985、6，（17）.
[3] 何炳林，黄文强，离子交换与吸咐树脂，上海科技教育出版社，1995、2，（233-243）.