有機(jī)酸被廣泛應(yīng)用于食品、飲料、醫(yī)藥、化妝品、化學(xué)合成、生物化學(xué)領(lǐng)域，與人類生活具有廣泛而密切的聯(lián)系。生產(chǎn)有機(jī)酸主要有兩種方法：化學(xué)合成和發(fā)酵法。無(wú)論是發(fā)酵法還是化學(xué)合成法，有機(jī)酸的分離、濃縮、提純都是必要的步驟。傳統(tǒng)提純工藝包括沉淀、酸化、析出、結(jié)晶、離子交換等步驟，其過(guò)程中需要消耗大量的酸堿，并產(chǎn)生大量固體廢棄物。傳統(tǒng)有機(jī)酸的生產(chǎn)提純方法這些缺點(diǎn)都不符合現(xiàn)代綠色化學(xué)節(jié)能減排的要求，迫切的需要替代工藝。為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和綠色化工的目標(biāo)，我們需要一種更經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的技術(shù)。 雙極膜電滲析可以應(yīng)用到這一領(lǐng)域，在通電條件下，雙極膜解離水形成H~+和OH~-，同時(shí)在溶液中，有機(jī)酸鹽解離為有機(jī)酸根離子和金屬陽(yáng)離子，H~+與有機(jī)酸根離子結(jié)合形成產(chǎn)品酸，OH~-同金屬陽(yáng)離子結(jié)合形成堿。因?yàn)殡x子交換膜具有較強(qiáng)的選擇透過(guò)性，使用此方法生產(chǎn)有機(jī)酸具有較高純度，后處理成本低的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)生產(chǎn)的堿也可以應(yīng)用于有機(jī)酸發(fā)酵過(guò)程，不產(chǎn)生任何廢棄物，沒(méi)有二次污染。 本論文以雙極膜電滲析技術(shù)生產(chǎn)酒石酸作為切入點(diǎn)，探討了該技術(shù)應(yīng)用于有機(jī)酸生產(chǎn)中的如何節(jié)能等共性問(wèn)題，研究?jī)?nèi)容和主要結(jié)論如下： 1.由于酒石酸氫鉀的在水溶液中的低溶解度，實(shí)驗(yàn)的膜堆構(gòu)型為BP—A—C構(gòu)型。為了降低酸室中由于有機(jī)酸的低解離系數(shù)導(dǎo)致的高電阻，向酸室中添加了強(qiáng)酸型離子交換樹(shù)脂。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，添加離子交換樹(shù)脂有效降低了相同電流密度下的操作電壓，降低雙極膜電滲析生產(chǎn)酒石酸的能量消耗。雖然添加離子交換樹(shù)脂在一定程度上降低了酒石酸產(chǎn)量，但同能耗的降低幅度相比，仍然具有巨大的積極作用。 2.在同等條件下，將添加離子交換樹(shù)脂的方法應(yīng)用于傳統(tǒng)電滲析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果同雙極膜電滲析設(shè)備大致類似。實(shí)驗(yàn)擴(kuò)展了添加離子交換樹(shù)脂的應(yīng)用范圍。 3.考慮到在大型電滲析設(shè)備中添加離子交換樹(shù)脂的復(fù)雜性，在中試規(guī)模的實(shí)驗(yàn)中采用了導(dǎo)離子隔板。導(dǎo)離子隔板由異相陽(yáng)離子交換膜雕刻而成。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明導(dǎo)離子隔板有效降低了操作電壓，降低了雙極膜電滲析的能耗。實(shí)驗(yàn)還對(duì)國(guó)產(chǎn)雙極膜和德國(guó)雙極膜進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)，在酒石酸產(chǎn)量，電流效率等方面國(guó)產(chǎn)雙極膜性能還有待提高。 4.對(duì)以上的4個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)核算，按照實(shí)驗(yàn)規(guī)模進(jìn)行了兩兩對(duì)比。(1)在小試規(guī)模下核算結(jié)果顯示：無(wú)論是雙極膜電滲析還是傳統(tǒng)電滲析，酒石酸總生產(chǎn)成本和能耗成本隨電流密度升高都呈上升趨勢(shì)；添加樹(shù)脂后酒石酸總生產(chǎn)成本和能耗成本均有顯著降低；由于雙極膜價(jià)格的昂貴，雙極膜電滲析生產(chǎn)成本普遍高于普通電滲析生產(chǎn)成本。(2)中試規(guī)模下：隨著操作電流升高，酒石酸總生產(chǎn)成本和能耗成本都降低；添加導(dǎo)離子隔板降低了酒石酸生產(chǎn)的能耗費(fèi)用，由于添加導(dǎo)離子隔板后，酒石酸產(chǎn)量有一定程度降低，總生產(chǎn)成本的降低幅度小于能耗成本降低幅度，在部分操作電流下有小幅度升高；使用國(guó)產(chǎn)雙極膜的成本低于德國(guó)雙極膜。 5.實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單考查了雙極膜電滲析過(guò)程中的污染問(wèn)題，基本重現(xiàn)了文獻(xiàn)的污染現(xiàn)象。無(wú)機(jī)污染物污染陽(yáng)離子交換膜，有機(jī)污染物污染陰離子交換膜。以腐殖酸為例，隨著污染物濃度提高和電流強(qiáng)度提高，污染現(xiàn)象加重。 本文研究結(jié)果表明，添加離子交換樹(shù)脂和導(dǎo)離子隔板，有效降低了雙極膜電滲析生產(chǎn)酒石酸的能耗，毫無(wú)疑問(wèn)這項(xiàng)技術(shù)也可以擴(kuò)展到其他有機(jī)酸的生產(chǎn)過(guò)程中。