分离和回收目标组分的方法技术

一种通过一膜在一半分批系统中从一种原料液分离和回收一种目标组分的方法，包括如下步骤：至少两个向容器中的原料液中加入洗涤液并使洗涤液与原料液混合，形成一种所述原料液和所述洗涤液的混合物的阶段，其中所述至少两个阶段中的相继阶段隔开一滞后时间，其中相继的阶段使用目标组分浓度不同（按下降的顺序）的洗涤液，其中若干阶段中的最后阶段中只使用一种基本上为零浓度的目标组分的洗涤液；对于所述若干阶段中的各阶段，进行一项混合物的膜处理步骤，以将目标组分从原料液转变为渗透液。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种分离回收一种目标组分(有价值的物质或杂质，例如盐)的方法，该方法广泛实用于发酵工业、制药工业、制糖工业、蛋白质和氨基酸工业、食品工业、染料工业、颜料工业、化工和类似领域。更具体地说，本专利技术涉及一种通过洗涤和膜处理从一种含有目标组分的液体原料中有效地分离回收目标组分的方法。发酵工业、蛋白质和氨基酸工业和制药工业涉及氨基酸的生产，酿造，抗生素的生产等等。例如，利用一分离膜，一离心分离器等从一发酵流体培养基中分离出一种含有一种有价值的物质，例如一种氨基酸的产品液体，并利用蒸发或类似方法从该产品液体中蒸发浓缩出一种目标组分(有价值物质)；另一方面，微生物细胞仍然作为一种待分离的滤渣。在染料工业、颜料工业、化工和类似领域中，制造工艺中包括盐析，盐析之后作为杂质除去盐。从所分离的滤渣中回收有价值的物质经常是利用膜处理而不是采用通常的过滤技术来进行。膜处理也用于在盐析之后取出盐。以发酵工业和蛋白质及氨基酸工业为例，在从发酵流体培养基中分离出一种产品液体(含有有价值的物质的液体)之后，在压力下对仍然含有有价值物质的浓缩的微生物细胞的滤渣进行膜处理，将有价值的物质压到膜的另一侧，即渗透液侧。再将渗透液体与产品液混合，并进一步加工，例如蒸发，以回收产品(有价值的物质)。术语“有价值的物质”在此是指在上述各工业中待回收的有用物质，例如从发酵液体或类似物中分离出的氨基酸，其不仅包括一种最终产品，还包括中间产品。下面所述的含有一种有价值的物质的液体往往涉及一种产品液体。由于在将微生物细胞悬浮液从一种产品液体(含有有价值的物质的液体)中分离出来时这种悬浮液通常被浓缩，从而粘度提高，因此很难用一种分离膜处理。所以，在实践中通常在浓缩的细胞悬浮液中加入水，从而在考虑到最后回收的产品液体的流量值(l/m2.hr)的同时将粘度减小到一优选值，并且将残余的有价值物质扩散并稀释到到整个液体中，以易于膜处理。利用膜处理来回收保留在一种浓缩的细胞悬浮液中的有价值物质通常采用的设备包括一如图5(a)所示的分批系统和一如图6(a)所示的连续系统。在图5(a)的分批系统中，将一给定量的含有一种有价值物质的浓缩细胞悬浮液(原料液2)喂入配备有搅拌机构的容器1中，并连续地向容器中提供洗涤水5。用一个泵3将容器1中的一部分液体引入到膜分离单元4中，在该分离单元中回收一种液体，将其作为一种渗透液6(回收产品液体)穿过膜分离出来，同时将非回收液体7返回到容器1中。因为容器1中的液面随着回收产品液体被分离而下降，所以用一液位计(未示出)进行监测，并向容器1中补充洗涤水5，以保持液位恒定。这样，浓缩的细胞悬浮液中的多数有价值物质扩散到液体中并穿过膜分离单元进入到渗透液体一侧。在图5(a)的系统中，液体原料分批投入，而洗涤水5却是连续供给。在操作结束时，在出口8处将微生物细胞从容器1中取出。因此，严格地讲，这一系统不属于一种分批系统，而是一种半分批系统。串联使用多个膜分离单元从液体中回收一种有价值物质早已为人所知，在JP-B-59-18088(“JP-B”在此指已审查的日本专利公告)中对此作了公开。图6(a)中示出了这样一种多阶段连续系统的一例，各阶段的一组设备包括配备有一搅拌机构的容器1、用于排出容器1中的部分液体并将剩余液体返回容器1中的泵3和膜分离单元4，这些设备组串联设置，多阶段对液体进行处理。与反复使用若干次的半分批系统比较，具有同样阶段的连续系统最终产品(有价值物质)的回收率低，并需要较多的洗涤水5，从而导致所回收的产品液体6中的有价值物质的浓度低。其结果是所回收的产品液体在获得最终产品(有价值物质)的加工工艺，例如浓缩中需要更多的能量。在操作结束时，在出口8处将微生物细胞从系统中取出。另一方面，在染料工业、颜料工业、化工和类似领域中，在生产步骤中进行盐析。盐析以后，用理论上与上述回收残留在一种浓缩的细胞悬浮液中的有价值的物质相同的办法将盐作为一种杂质取出。这就是，一边向含有染料的液体原料或类似物中加入洗涤水以将盐扩散到该液体中，使其在该液体中稀释，一边对这样得到的液体进行膜处理，以取出盐。与回收残留在一种浓缩的细胞悬浮液中的有价值物质不同的是需转移到渗透液体侧的目标组分不是一种有价值物质，而是一种原则上需处理掉的杂质(例如一种盐)，剩余液(浓缩液体侧)是一种有价值物质6(例如染料)，如图5(b)和图6(b)所示，图5(b)中所示的系统与图5(a)中所示的系统相似，图6(b)中所示的系统与图6(a)中所示的系统相似。因此，用于杂质去除的膜处理可以以类似于用于回收有价值的物质的半分批系统或连续系统进行。然而，通常的系统，或者一种半分批系统或者一种连续系统，包括使用大量的洗涤水，这导致排水量的增大，并且需要大尺寸的排水处理装置。此外，相当量的有价值物质(例如染料)迁移到渗透液体侧，导致产品流失。本专利技术的一个目的是提供一种方法，用于以一种改进的回收方式高浓度地从含有有价值物质的液体原料，例如一种浓缩的微生物细胞悬浮液中分离并回收有价值物质。这种微生物晶粒悬浮液是在从生产系统(例如发酵流体培养基)中分离一种产品液体(含有有价值物质的液体)后剩余的。本专利技术的另一目的是提供一种方法，用于通过盐析分离和回收在含有染料的原料液体或类似物中的有价值的物质并去除杂质，例如盐，以减少有价值物质中所含的杂质，例如盐量。本专利技术的再一个目的是提供一种有效和经济的分离和回收一种有价值物质的方法，它能够减少洗涤液，例如水的需要量，从而减少排水。本专利技术的再一个目的是改善有价值物质的回收率以改善经济性，并增加所回收产品液体中的有价值物质的浓度从而减少获得最终产品的后续加工步骤所需的能量，例如通过蒸汽蒸发所需的能量。至于设备，本专利技术的目的在于使用一种紧凑和便利的设备进行上述分离操作，这种设备不需要象连续系统所要求的那样大的安装空间。本专利技术的这些和其他目的通过利用一膜在一个半分批系统中从一种原料液体中加以实现，该方法包括如下步骤至少两个向容器中的原料液体中加入洗涤液体并使洗涤液体与原料液体混合，形成一种所述原料液体和所述洗涤液体的混合物的阶段，其中所述至少两个阶段中的相继阶段隔开一滞后时间，其中所述相继阶段使用目标组分浓度不同(按下降的顺序)的洗涤液，和还有其中所述的多个阶段中的最后阶段中只使用一种基本上为零浓度目标组分的洗涤液；和对于所述的多个阶段中的各阶段，进行一项混合物的膜处理步骤，以将目标组分从原料液转变为渗透液。附图说明图1简要示出了用于本专利技术的设备的一实施例；图2简要示出了用于本专利技术的设备的另一实施例；图3为相当于R值的赖氨酸回收率的曲线；图4为相当于R值的杂质排出率的曲线；图5(a)和图5(b)简要示出一种通常的半分批系统；图6(a)和6(b)简要示出一种通常的多阶段连续逆流系统；其中，参考标号和符号各表示1、1’和1”容器2 原料液体3、3’和3”泵4’和4” 膜分离单元5 洗涤液6 回收产品液；7 非回收液；8 出口(微生物细胞)；9 出口(排水)；A、B、C、D和E容器a、b、c、d、e、f、g、h、i、k、l、m和n阀；G 膜分离单元；LC 液位控制阀；LIC液位指示器和控制器；LS 液位开关；P-1和P-2 泵本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用一膜在一个半分批系统中从一种原料液体中分离和回收目标组分的方法，包括如下步骤： 至少两个向容器中的原料液中加入洗涤液并使洗涤液与原料液混合，形成一种所述原料液和所述洗涤液的混合物的阶段， 其中所述至少两个阶段中的相继阶段隔开一滞后时间， 其中相继的阶段使用目标组分浓度不同（按下降的顺序）的洗涤液， 其中若干阶段中的最后阶段中只使用一种基本上为零浓度的目标组分的洗涤液； 对于所述若干阶段中的各阶段，进行一项混合物的膜处理步骤，以将目标组分从原料液转变为渗透液。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：下井洋一，田村秀夫，冈崎正臣，菅沼隆夫，
申请(专利权)人：味之素株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]