一般而言，溫度的提高有助于加快反應(yīng)速度。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，大多數(shù)菌種的腈水合 酶的最大反應(yīng)速率發(fā)生在40-50°C，有些嗜熱細(xì)菌的溫度條件要高一些[29],但我們所使 用的諾卡氏菌在稍高的溫度條件下，當(dāng)溫度大于28°C后酶的失活很快，所以只研究低 于28°C的情況。研究結(jié)果可見(jiàn)，隨著溫度降低，反應(yīng)速率明顯減小。在28°C下測(cè)定 的酶活為5659utmL的菌液，在5°C時(shí)的反應(yīng)速率僅為28°C時(shí)的11.72%，由反應(yīng)速率 折算的表觀酶活僅為663utmL。大多數(shù)酶對(duì)熱敏感，在較高的溫度下易變性失活。為研 究水合溫度對(duì)于腈水合酶的影響，將酶液(Enzyme Solution，ES)和菌體重懸液(Cell Suspension，cs)在不同的溫度下保溫，定時(shí)取樣測(cè)量其酶活。不同時(shí)刻的酶活與初始 酶活的比值為相對(duì)酶活，可以得出，在高溫下，腈水合酶的相對(duì)酶活迅速降低，這說(shuō)明 溫度導(dǎo)致腈水合酶失活。在相同的溫度下，菌體重懸液的酶活衰減速率明顯低于酶液， 這說(shuō)明在菌體內(nèi)可能存在可以穩(wěn)定腈水合酶的物質(zhì)。腈水合酶的熱失活過(guò)程是一級(jí)反 應(yīng)，即：Lnr=-kt.(3-8)

 

失活半衰期為：ti/2=ln2 / k.(3-9)

 

由式(4.7)求得40°C下菌體重懸液中腈水合酶的失活半衰期為59. 9 h.催化過(guò)程 中，水合溫度一般低于40°C ,水合時(shí)間也遠(yuǎn)少于59. 9 h。因此，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，菌 體內(nèi)的腈水合酶在水合條件下具有較好的熱穩(wěn)定性，單純的溫度因素不是導(dǎo)致腈水合酶 失活的主要原因。

 

進(jìn)一步通過(guò)Arrhenius公式：lnk=-E/RT+lnA，（3-10)

 

將Ink與T-1擬合，求得酶液和菌體重懸液中腈水合酶失活的活化能分別是123. 5 和164. OkJ/mol.菌體重懸液中腈水合酶失活的活化能大于酶液，說(shuō)明胞內(nèi)腈水合 酶的失活對(duì)溫度的升高更敏感，這可能是由于溫度升高對(duì)于胞內(nèi)穩(wěn)定組分有破壞作用。

 

3.2.4.生化法水合反應(yīng)中丙烯酰胺濃度對(duì)酶反應(yīng)的影響在初始的反應(yīng)體系中加入一定濃度的產(chǎn)物丙烯酰胺，反應(yīng)后通過(guò)底物丙烯腈的減2量確定酶反應(yīng)初速度。為了排除溫度的影響，選擇了較低的反應(yīng)溫度10°c。研究對(duì)象 是菌體懸浮液。以丙烯酰胺濃度為0時(shí)的初速度為1，可以看出，反應(yīng)速率隨著丙烯酰 胺濃度增大而減小。丙烯酰胺濃度為l〇〇g/L時(shí)，腈水合酶的表觀活性僅為丙烯酰胺濃 度為〇時(shí)的78. 2%，而當(dāng)丙烯酰胺濃度達(dá)到500 g / L時(shí)，表觀酶活下降到37. 1%。 因此，水合產(chǎn)生的產(chǎn)物丙烯酰胺對(duì)于腈水合酶有著較強(qiáng)的抑制作用，這種抑制作用隨著 產(chǎn)物濃度的升高而增強(qiáng)。

 

3.2.5生化法水合反應(yīng)中pH值對(duì)酶反應(yīng)的影響在腈水合酶催化丙烯腈水合生成丙烯酰胺的過(guò)程中，當(dāng)反應(yīng)體系中丙烯酰胺濃度從 〇升高到500 g / L時(shí)，pH值相應(yīng)地從7. 02升高到7. 71。為研究pH值對(duì)反應(yīng)速率的影 響，利用不同pH值的25 mmol/L的磷酸鉀緩沖液作為反應(yīng)體系，測(cè)定同一菌體重懸液 中的腈水合酶酶活。參考實(shí)際生產(chǎn)體系，采用菌體重懸液，不同pH值的反應(yīng)體系中加 入的酶量一致。以pH 7. 2的酶反應(yīng)速率為1，求出不同pH值下的相對(duì)速率r?？梢钥?出，pH值在7?8之間變化時(shí)，腈水合酶的酶反應(yīng)速率基本不受影響。

 

3.2.6生化法水合反應(yīng)中丙烯腈濃度對(duì)酶反應(yīng)的影響丙烯腈濃度有兩方面的影響，低濃度時(shí)降低酶反應(yīng)速率，高濃度對(duì)酶反應(yīng)有抑制作 用。實(shí)驗(yàn)測(cè)定了不同底物濃度下的腈水合酶的催化反應(yīng)初速度。為了更好地反映酶反應(yīng) 的初速度，將反應(yīng)時(shí)間減少到1 min，防止丙烯腈濃度較低時(shí)由于底物完全消耗而影響 測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確?？疾煜嗤木w懸浮液中的腈水合酶在不同的底物濃度下的酶反應(yīng)速 率，以50 g/L時(shí)的酶反應(yīng)初速率為1，求出不同底物濃度下的相對(duì)速率r。可以看出， 底物丙烯腈的濃度對(duì)于酶反應(yīng)速率的影響比較顯著。底物濃度低于10 g/L時(shí)，酶反應(yīng) 速率與底物濃度成正比，底物濃度超過(guò)75 g/L后，酶反應(yīng)速率降低，這說(shuō)明高濃度的 底物對(duì)于腈水合酶有抑制作用，一定濃度（10—75 g / L)的丙烯腈有助于提高反應(yīng)速率。

 

3.2.7生化法水合反應(yīng)中丙烯釀胺與溫度的協(xié)同作用在腈水合酶細(xì)胞催化的水合過(guò)程中，腈水合酶和丙烯酰胺有直接接觸。已知丙烯酰 胺是一種可使蛋白質(zhì)變性的物質(zhì)，可能使酶失活，因此研究了丙烯酰胺與溫度的協(xié)同作 用。研究測(cè)定了在不同溫度、不同丙烯酰胺濃度下腈水合酶酶活隨時(shí)間變化的曲線。測(cè) 定方法是將菌體懸浮在一定濃度和溫度的丙烯酰胺溶液中，定時(shí)取樣，將丙烯酰胺洗凈 測(cè)酶活。以0時(shí)刻的初始酶活為1，可知lnr與時(shí)間t呈線性關(guān)系。用式（1)求出失活 常數(shù)k，不同丙烯酰胺濃度和溫度下的失活常數(shù)?？梢钥闯?，在相同的溫度下，隨丙烯 酰胺濃度增大，腈水合酶的失活常數(shù)k也增大。同時(shí)可以看出，在相同的丙烯酰胺濃度 下，隨溫度升高腈水合酶的失活常數(shù)顯著增大。結(jié)合前文的結(jié)果可知，在酶的失活過(guò)程 中，溫度和丙烯酰胺具有協(xié)同作用。由此可知，丙烯酰胺和溫度的協(xié)同作用也是使腈水 合酶失活的重要因素，這種因素的影響隨著溫度和丙烯酰胺濃度的升高而增強(qiáng)。

 

3.2.8生化法丙烯釀胺水溶液的精制生化法丙烯酰胺水溶液的精制由：離心分離、膜過(guò)濾、離子交換三個(gè)主要環(huán)節(jié)構(gòu)成。 工藝流程如圖3-11所示。

 

反彥液 離心機(jī)分離(固液分離，離心分離、錯(cuò)流過(guò)濾）

 

膜過(guò)濾離子交換_(離子交換反應(yīng)，吸附導(dǎo)電離子）

 

圖3-11生物法丙烯酰胺精制工藝3. 2. 8. 1離心機(jī)的應(yīng)用：離心機(jī)是利用離心力對(duì)混合液（含有固形物）進(jìn)行分離和沉淀的一種專用儀器，是 用來(lái)分離制備生物大分子必不可少的重要工具。工業(yè)用離心機(jī)按結(jié)構(gòu)和分離要求，可分 為過(guò)濾離心機(jī)、沉降離心機(jī)和分離機(jī)三類。離心機(jī)有一個(gè)繞本身軸線高速旋轉(zhuǎn)的圓筒， 稱為轉(zhuǎn)鼓，通常由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。懸浮液(或乳濁液)加入轉(zhuǎn)鼓后，被迅速帶動(dòng)與轉(zhuǎn)鼓同速 旋轉(zhuǎn)，在離心力作用下各組分分離，并分別排出。通常，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速越高，分離效果也越 好。

 

精制工藝的第一個(gè)必要步驟就是固液分離，其目的在于分離細(xì)胞、菌體和其他懸浮 顆粒（細(xì)胞碎片、核酸和蛋白質(zhì)的沉淀物）。催化劑用量不同的反應(yīng)液流變特性不同、 生產(chǎn)菌種個(gè)體小、菌體以及破碎細(xì)胞的存在造成過(guò)濾速度極慢不能采用直接過(guò)濾，因此 裝置固液分離工藝首先利用離心機(jī)從懸浮液中分離固形物，分離質(zhì)量主要決定于離心機(jī) 的分離因數(shù)及離心過(guò)程排渣周期控制。本裝置反應(yīng)液離心采用的是南京綠洲718型碟片 離心機(jī)，分離因數(shù)較高。

 

3. 2. 8. 2膜過(guò)濾系統(tǒng)的應(yīng)用：膜分離技術(shù)是一種廣泛應(yīng)用于溶液或氣體物質(zhì)分離、濃縮和提純的分離技術(shù)。它利 用具有選擇透過(guò)能力的薄膜做分離介質(zhì)，膜壁密布微空，原液在一定壓力下通過(guò)膜的一 側(cè)，溶劑及小分子溶質(zhì)透過(guò)膜壁為濾出液，而較大分子溶質(zhì)被膜截留，從而達(dá)到物質(zhì)分 離及濃縮的目的。膜分離過(guò)程為動(dòng)態(tài)過(guò)濾過(guò)程，大分子溶質(zhì)被膜壁阻隔，隨濃縮液流出 膜組件，膜不易被堵塞，可連續(xù)長(zhǎng)期使用。過(guò)濾過(guò)程可在常溫、低壓下運(yùn)行，無(wú)相態(tài)r 化，高效節(jié)能。

 

膜技術(shù)應(yīng)用于微生物法丙烯酰胺是一種新的發(fā)展趨勢(shì)。該方法包含的工序有微生物 菌體培養(yǎng)、菌體重懸液的制備、用游離菌體作生物催化劑進(jìn)行丙烯腈水合反應(yīng)、分離反 應(yīng)所得的丙烯酰胺水合液[3()]。與固定化細(xì)胞法工藝相比，游離細(xì)胞法采用膜直接分離菌 體，工藝簡(jiǎn)單，省去了固定化材料、造粒、固化、固定化細(xì)胞粒子洗滌等工序，反應(yīng)液 電導(dǎo)率低，從而減輕了后續(xù)精制負(fù)荷。其特征是用超濾膜來(lái)分離丙烯酰胺水合液中的生 物雜質(zhì)。采用該工藝生產(chǎn)丙烯酰胺可以明顯提高生產(chǎn)效率和菌體利用率，同時(shí)水合液產(chǎn) 品中的生物雜質(zhì)含量降低，得到的丙烯酰胺質(zhì)量好、純度高。

 

反應(yīng)液經(jīng)離心機(jī)進(jìn)行初步分離后，利用卷式超濾進(jìn)行錯(cuò)流過(guò)濾，如圖3-12所示。

 

3. 2. 8. 3離子交換技術(shù)的應(yīng)用離子交換技術(shù)作為一種液相組分獨(dú)特的分離技術(shù)，具有優(yōu)異的分離選擇性與很高的 濃縮倍數(shù)，操作方便，效果突出。因此，在各種回收、富集與純化作業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。 特別是第二次世界大戰(zhàn)后期，強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂在核燃料提煉過(guò)程中取得的巨大成 功，以及作為換代技術(shù)，離子交換樹脂繼沸石，磺化煤之后，在熱電站給水工程中的大 規(guī)模應(yīng)用，使離子交換技術(shù)很快推廣到許多現(xiàn)代工業(yè)的分離工程中，發(fā)揮了卓越的技術(shù) 功能。例如，在化工、醫(yī)藥、食品、水處理、濕法冶金、環(huán)境保護(hù)，以及核燃料后處理 等方面，離子交換技術(shù)作為一種新型提取、濃縮、精制手段，得到廣泛應(yīng)用和迅速發(fā)展， 展現(xiàn)了廣闊的前景。離子交換樹脂是進(jìn)行離子交換分離操作的物質(zhì)基礎(chǔ)。樹脂性能的優(yōu) 劣，對(duì)于分離效果的好壞，起著決定性的作用。目前，我國(guó)已能大量生產(chǎn)適合于各種工 藝目的，應(yīng)用于各種操作條件的工業(yè)樹脂。隨著離子交換樹脂的發(fā)展，樹脂應(yīng)用技術(shù)也 在不斷改善，開(kāi)始是間歇式工藝，很快就發(fā)展到固定床工藝，六十年代后逆流技術(shù)及連 續(xù)式離子交換工藝，雙層床技術(shù)等獲得了很快的發(fā)展，這些新的應(yīng)用技術(shù)和工藝的開(kāi)發(fā)， 使離子交換樹脂在許多領(lǐng)域的應(yīng)用更加有效和經(jīng)濟(jì)。生產(chǎn)規(guī)模與設(shè)備的大型化，是近代 工業(yè)技術(shù)進(jìn)步的重要標(biāo)志之一P目前，工業(yè)離子交換設(shè)備的直徑可達(dá)4?6m，處理能力 達(dá)103?104m3/h。離子交換分離技術(shù)已躋身于成熟化工單元過(guò)程之列，成為繼蒸餾、萃 取、吸收等典型化工過(guò)程之后，新崛起的一種高效化工分離技術(shù)。

 

由于生物法丙烯酰胺采用游離的細(xì)胞酶進(jìn)行催化反應(yīng)，在菌體受到熱、某些化學(xué)奪 質(zhì)、雜菌等破壞時(shí)，產(chǎn)生部分對(duì)聚合有害的離子，如大分子蛋白、有機(jī)酸等，而且，1生物培養(yǎng)中，需引入大量無(wú)機(jī)離子，這些雜質(zhì)的存在，將嚴(yán)重影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量。因 此，離子交換技術(shù)在生化法丙烯酰胺的生產(chǎn)中尤為關(guān)鍵。

 

3.2.9實(shí)驗(yàn)部分3.2.9.1實(shí)驗(yàn)藥品及儀器設(shè)備表3_11試驗(yàn)藥品名稱規(guī)格生產(chǎn)廠家丙烯腈純度彡99%大慶煉化公司丙烯酰胺23?27%水溶液大慶煉化公司葡萄糖總糖彡90. %河北圣雪酵母膏總氮彡60%廣東江門尿素工業(yè)一級(jí)大慶乙烯石化總廠味精食用級(jí)哈爾濱活性中心(Ssjz)

 

其它微量輔料及化驗(yàn)藥品分析純自制表3-12設(shè)備及儀器雙層搖床SPY-50上海離心機(jī)械研究所離心機(jī)DBP500/38-22-30南京綠洲機(jī)械廠種子罐、發(fā)酵罐、水合釜無(wú)錫太湖石化設(shè)備廠膜分離系統(tǒng)星達(dá)過(guò)濾技術(shù)有限公司AM精制系統(tǒng)中宇節(jié)能凈化設(shè)備公司恒溫水浴WMZK-01遼陽(yáng)恒溫儀器廠離心機(jī)（實(shí)驗(yàn)室）80-2上海手術(shù)器械廠離心機(jī)（現(xiàn)場(chǎng)）南京綠洲機(jī)械設(shè)備公司分光光度計(jì)7230G上海精密科學(xué)儀器有限公司氣相色譜GC-14B曰本島津電導(dǎo)率儀DDS-11A上海雷磁新涇儀器有限公司PH計(jì)SevenEssyS20K梅特勒-托利多儀器有限公司精密電子天平FA-1104上海天平儀表廠500ml磨口瓶，各種型號(hào)容暈瓶、移液管、燒杯，乳膠管、洗耳球、橡膠塞等3.2.9.2實(shí)驗(yàn)方法及內(nèi)容丙烯酰胺的制備：將搖床培養(yǎng)的腈水合酶菌種接種至種子罐，控制培養(yǎng)參數(shù)，采用 兩級(jí)培養(yǎng)方式，獲得具有足夠酶活的菌體。按酶活計(jì)算，將定量的腈水合酶菌種轉(zhuǎn)移至 水合釜，按一定速度加入丙烯腈（同時(shí)控制攪拌槳轉(zhuǎn)速及反應(yīng)溫度），當(dāng)丙烯酰胺濃度 達(dá)到28-30%時(shí)結(jié)束水合反應(yīng)；利用離心機(jī)和膜分離系統(tǒng)去除水合液中所含的菌體及大 于1000分子量的雜質(zhì)，經(jīng)離子交換系統(tǒng)精制，獲得適用于聚丙烯酰胺生產(chǎn)的丙烯酰胺 水溶液；同時(shí)，對(duì)上述各環(huán)節(jié)的丙烯酰胺水溶液中的各種組分進(jìn)行分析。離子交換樹脂 實(shí)驗(yàn)方法：首先對(duì)樹脂進(jìn)行預(yù)處理：將陽(yáng)離子樹脂500ml置于2%的鹽酸溶液中浸泡12 小時(shí)，然后用除鹽水沖洗至流出水為中性。將陰離子樹脂l〇〇〇ml置于2%的氫氧化鈉溶 液中浸泡12小時(shí)，然后用除鹽水沖洗至流出水為中性。將處理好的樹脂裝入樹脂柱內(nèi) 用除鹽水沖洗干凈備用。利用計(jì)量泵控制經(jīng)膜分離系統(tǒng)過(guò)濾后的丙烯酰胺水溶液3 2500ml/h流量條件上，使待處理的丙烯酰胺水溶液按照陽(yáng)樹脂柱一陰樹脂柱一混合樹 脂柱的方式通過(guò)離子交換試驗(yàn)系統(tǒng)，每20分鐘采集一次液樣進(jìn)行電導(dǎo)、PH值及組分測(cè) 試，比較不同樹脂的交換能力。樹脂飽和后，分別對(duì)所用實(shí)驗(yàn)樹脂進(jìn)行靜態(tài)再生，用再 生后的樹脂再進(jìn)行離子交換實(shí)驗(yàn)測(cè)試其交換能力變化。

 

3.2.9.3分析方法總糖的測(cè)定：準(zhǔn)確稱取50毫克無(wú)水葡萄糖，于50毫升容量瓶中，用蒸餾水溶解并稀釋到刻度， 搖勻，得1000微克/毫升溶液，再?gòu)闹形?毫升到100毫升容量瓶，用蒸餾水稀釋到刻 度得50微克/毫升標(biāo)準(zhǔn)液。

 

取5支25毫升試管，其中4支分別吸取2、1.5、1、0.5毫升的50微克/毫升葡萄 糖標(biāo)準(zhǔn)液，并依次吸入〇、0.5、1、1.5毫升蒸餾水分別配成50、37. 5、25、12. 5微克 /2毫升葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液，另取1支25毫升試管加2毫升蒸餾水作空白，每個(gè)試管中分 別加入0.5毫升2. 5%苯酚溶液，然后置冷水中冷卻，然后緩慢沿壁加入5毫升濃硫酸， 快速搖勻后放入沸水中煮3分鐘，現(xiàn)移入冷水中，冷卻10分鐘后在波長(zhǎng)560nm處進(jìn)行 比色，測(cè)得其光密度，作標(biāo)準(zhǔn)曲線：將待測(cè)液離心后，用吸管吸取0.1毫升上清液于50毫升容量瓶，加蒸餾水到刻度， 然后吸2毫升于25ml試管中，再加入0.5毫升2. 5%苯酚溶液，在冷水浴中冷卻，再加 5毫升濃硫酸，快速搖勻后立即放入沸水中煮沸3分鐘，再移入冷水中冷卻10分鐘， 在波長(zhǎng)560nm處進(jìn)行比色，測(cè)得其光密度，根據(jù)光密度讀數(shù)在標(biāo)準(zhǔn)曲線上查葡萄糖微克數(shù)。

 

計(jì)算：總糖含量用微克/毫升表示被測(cè)樣品濃度（微克/毫升）：被測(cè)樣品的光密度相應(yīng)葡萄糖的微克數(shù)X稀釋倍數(shù)。 氨基氮的測(cè)定：吸取待測(cè)液2毫升于150毫升三角瓶中，然后加20毫升蒸餾水，加入1%甲基紅指 示劑一滴，用〇。 5N硫酸調(diào)節(jié)至紅色，用0. 02N氫氧化鈉調(diào)節(jié)至橙色，即為中性加入50% 中性甲醛溶液2毫升，放置15分鐘加入1%酚酞指示劑1滴后，用標(biāo)定過(guò)的0. 02858N 的氫氧化鈉滴定至紅色，讀其用去的毫升數(shù)。

 

計(jì)算：氨基氮（毫克/毫升）=滴定用去氫氧化鈉毫升數(shù)X0. 2酶活性的測(cè)定：開(kāi)啟恒溫水浴槽調(diào)溫至28°C，在50毫升三角瓶中加入1毫升待測(cè)液，0. 025M磷酸 緩沖液19毫升，充分混勻后放入水浴槽，恒溫5分鐘，以精密移液器加入1000微升丙 烯腈，并以秒表計(jì)時(shí)5分鐘，反應(yīng)結(jié)束后，取出加入200微升18NHC1溶液中止水合反 應(yīng)，將反應(yīng)液倒入試管中于3000rPm在離心機(jī)內(nèi)離心20分鐘，上清液調(diào)節(jié)PH至中性P近。

 

從上述離心管中以1毫升移液管取上清液1毫升，于樣品瓶中，再以1毫升移液管 加入1毫升5.0%乙酰胺溶液的內(nèi)標(biāo)物，3毫升蒸餾水，混合后搖勻，以色譜測(cè)定之后生 成的丙烯酰胺。

 

計(jì)算：酶活（ug丙烯酰胺/小時(shí)）=丙烯酰胺濃度X12X20 丙烯酰胺濃度的測(cè)定：色譜柱：PorapakQ (80-100 目） 3. 2mmX 1. 1M 玻璃柱柱溫：220°C 氣化及檢測(cè)溫度：240°C 氮?dú)饬魉伲簂OOKpa 氫氣流速：50Kpa 空氣流速：50Kpa內(nèi)標(biāo)溶液配制：稱取5克乙酰胺于100ml容量瓶中，蒸餾水定容，相當(dāng)于0.05克/ 毫升。備用于青霉素瓶中。

 

精確稱取（準(zhǔn)確至0.0002克）0.05克丙烯酰胺標(biāo)樣，吸1毫升乙酰胺內(nèi)標(biāo)液，加 4毫升蒸餾水。在色譜條件下，取0.6微升注入色譜儀分析，重復(fù)數(shù)次求平均值。以內(nèi) 標(biāo)物相對(duì)響應(yīng)值為1,用下式計(jì)算丙烯酰胺的相對(duì)校正因子（F):F=W標(biāo)/W內(nèi)XA內(nèi)/A標(biāo) 式中：W標(biāo)：丙烯酰胺標(biāo)準(zhǔn)品重量 A標(biāo)：丙烯酰胺標(biāo)準(zhǔn)品峰面積 W內(nèi)：乙酰胺內(nèi)標(biāo)物重量 A內(nèi)：乙酰胺內(nèi)標(biāo)物峰面積精確吸取1毫升樣品水溶液，1毫升內(nèi)標(biāo)溶液，加3毫升蒸餾水，搖勻，取0.6微 升注入色譜儀分析。用下式計(jì)算丙烯酰胺樣品的實(shí)際含量：C%=F X W 內(nèi) /W 樣 X A 樣/A 內(nèi) X 100%式中：F:丙烯酰胺標(biāo)樣的相對(duì)校正因子 A樣：丙烯酰胺樣品的峰面積 W樣：丙烯酰胺樣品的重量丙烯腈、丙烯酸濃度測(cè)定：反測(cè)校正因子，進(jìn)丙烯腈，丙烯酸標(biāo)樣1微升若干次，直至校正因子平行后取平均 值輸入ID表，其中SPL. WT=100。

 

取待測(cè)樣品1微升注入進(jìn)樣口，出結(jié)果后，升溫趕除丙烯酰胺峰后，降柱溫至基線 平直后方可再次進(jìn)樣。

 

丙烯腈(酸)含量(mg. m-3)=峰面積X丙烯腈(酸)校正因子在發(fā)酵過(guò)程中除了滿足生產(chǎn)菌種的營(yíng)養(yǎng)需要外，還需要維持菌的適當(dāng)培養(yǎng)條件，其 中之一就是保持菌種生長(zhǎng)和合成產(chǎn)物所需要的最適溫度。隨著溫度的上升，細(xì)胞的生長(zhǎng) 繁殖加快。但隨著溫度的上升，菌體衰老提前發(fā)酵周期縮短，這對(duì)整個(gè)發(fā)酵生產(chǎn)及后續(xù) 水合是不利的。

 

(1)影響發(fā)酵過(guò)程溫度的主要因素生物熱隨菌體培養(yǎng)基成分和發(fā)酵周期的不同而異，菌種對(duì)培養(yǎng)基利用的速率越大、 培養(yǎng)基成分越豐富，產(chǎn)生生物熱就越大。發(fā)酵旺盛期的生物熱大于其他時(shí)間的生物熱。 對(duì)裝置現(xiàn)有生產(chǎn)菌而言，以轉(zhuǎn)種后開(kāi)始記時(shí)溫度變化曲線如圖3-13所示。

 

圖3_13發(fā)酵過(guò)程溫度隨培養(yǎng)基利用變化曲線 1-溫度變化曲線2-氨基氮3-葡萄糖由圖3-13可直接觀察到發(fā)酵過(guò)程中溫度變化隨培養(yǎng)基濃度變化過(guò)程，發(fā)酵高峰期 糖、氮消耗速率增大，生物熱產(chǎn)生較大、溫度調(diào)節(jié)頻繁，特別是在48小時(shí)以前生物熱 產(chǎn)生較為集中，另外還發(fā)現(xiàn)高酶活批號(hào)發(fā)酵罐產(chǎn)生的溫度調(diào)節(jié)頻率高于低酶活批號(hào)發(fā)酵 罐，圖3-14。

 

根據(jù)實(shí)際收集溫度調(diào)節(jié)頻次批號(hào)為1發(fā)酵罐溫度調(diào)節(jié)頻次為27. 7次/小時(shí)，而批€ 為2發(fā)酵罐溫度調(diào)節(jié)頻次為21. 4次/小時(shí)，由此可見(jiàn)丙烯腈水合酶合成時(shí)的新陳代謝-分旺盛。

 

(2)溫度的控制溫度對(duì)生產(chǎn)菌生長(zhǎng)和生產(chǎn)的影響是各種因素綜合表現(xiàn)的結(jié)果。溫度升高生物生長(zhǎng)代 謝加快，生產(chǎn)期提前，但酶本身容易因熱失去活性，溫度越高，酶失活也越快，表現(xiàn)在 菌體易于衰老，發(fā)酵周期縮短，影響丙烯腈水合酶發(fā)酵單位。溫度變化對(duì)不同時(shí)期菌種 生長(zhǎng)影響對(duì)照表3-13。

 

表3-13發(fā)酵溫度對(duì)菌種生長(zhǎng)的影響溫度13小時(shí)生物量培養(yǎng)時(shí)間酶活最終酶活23〇C0. 5%36小時(shí)257. 6 萬(wàn)294. 2 萬(wàn)25〇C0. 7%36小時(shí)317. 2 萬(wàn)344. 0 萬(wàn)28 °C0. 9 %36小時(shí)369.6 萬(wàn)974. 4 萬(wàn)30 °C1. 2%36小時(shí)453. 6 73609. 0 %由對(duì)照表3-13分析，在發(fā)酵罐轉(zhuǎn)種初期由于菌絲還未長(zhǎng)濃，這時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮適宜 的生長(zhǎng)溫度保證菌種的萌發(fā)。但在實(shí)際生產(chǎn)中由于發(fā)酵過(guò)程監(jiān)控不夠及時(shí)，初期溫度略 高雖益于菌體萌發(fā)，但菌體初期生長(zhǎng)速度過(guò)快，營(yíng)養(yǎng)消耗過(guò)大培養(yǎng)環(huán)境不易控制，不能 保證后期產(chǎn)酶的穩(wěn)定。因此通過(guò)實(shí)驗(yàn)比較，溫度穩(wěn)定在28°C有利于發(fā)酵過(guò)程以及酶活 單位的穩(wěn)定。

 

3.2.10.2溶解氧對(duì)發(fā)酵的影響和控制在發(fā)酵系統(tǒng)中有效保證發(fā)酵過(guò)程中氧的供給，滿足生產(chǎn)菌對(duì)氧的需求，使氧的供需 成為穩(wěn)定和提高生產(chǎn)、降低成本的關(guān)鍵之一。在生產(chǎn)中因供氧不足引起的酶活單位低的 現(xiàn)象在以往是屢見(jiàn)不鮮的，但由于發(fā)酵液成分的復(fù)雜以及沒(méi)有相應(yīng)的技術(shù)手段來(lái)分析發(fā) 酵過(guò)程發(fā)酵液中溶解氧濃度，因此只能從溫度、壓力、通氣量、攪拌速度以及攪拌方式 上進(jìn)行調(diào)整，改變氧的供給量以及供給方式來(lái)調(diào)整發(fā)酵液中溶解氧的濃度。表3-14溶 解氧控制方法的比較。表3-15與氧控傳遞有關(guān)的工程參數(shù)。

 

表3-14溶解氧控制方法的比較方法投資運(yùn)轉(zhuǎn)成本效果對(duì)生產(chǎn)作用氣體成分中到低聞好好攪拌速度聞低好好擋板中低好好攪拌槳中低良好通氣速率低低不明顯罐壓中到高低不明顯好溫度低低不明顯不一定表3-15與氧控傳遞有關(guān)的工程參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)內(nèi)容項(xiàng)目參數(shù)內(nèi)容攪拌1.攪拌器形式：封閉式、開(kāi)放式攪拌轉(zhuǎn)速1.雷諾準(zhǔn)數(shù)2.葉片形狀：彎葉或平葉2. KW/t3.攪拌器直徑或罐直徑3. “K”因子空氣流速4.擋板數(shù)和擋板寬度 5.攪拌擋數(shù)和位置 1.每分鐘體積比（V/V.inin) 2.空氣分布器類型和位置罐壓MPa通過(guò)表3-14、3-15結(jié)合對(duì)比，在生產(chǎn)中以現(xiàn)有條件可進(jìn)行溶氧調(diào)節(jié)的手段有調(diào)整 通氣量以及攪拌轉(zhuǎn)速和罐壓，由于溫度對(duì)菌體生長(zhǎng)代謝影響較大因此培養(yǎng)溫度不宜變 化。通過(guò)調(diào)整通氣、轉(zhuǎn)速以及罐壓進(jìn)行對(duì)比得到了現(xiàn)有的工藝參數(shù)0?13小時(shí)轉(zhuǎn)速為 200 rpm/通氣量為200?220m3/h; 13以后小時(shí)轉(zhuǎn)速為170 rpm/通氣量為160m3/h。它 在固定培養(yǎng)基配方基礎(chǔ)上，將酶活單位穩(wěn)定在800萬(wàn)技術(shù)轉(zhuǎn)讓指標(biāo)，并在催化水合反應(yīng) 中表現(xiàn)出催化反應(yīng)穩(wěn)定、副產(chǎn)物低的特性。

 

表3-16參數(shù)調(diào)整對(duì)照表（2006.12至2007.8工藝參數(shù)變化對(duì)照）

 

轉(zhuǎn)速通氣量120rpm180m3/h180rpm120m3/hPH值8.9—7.5生物量2%方案3PH值7.5—4.8生物量7%0—13小時(shí)13小時(shí)后轉(zhuǎn)速通氣量轉(zhuǎn)速通氣量200rpm180m3/h120rpm120m3/hPH 值 8.9—8.2 生物量 0.5%方案4PH值8.2—4.6生物量5%0—13小時(shí)13小時(shí)后轉(zhuǎn)速通氣量轉(zhuǎn)速通氣量200rpm180m3/h160rpm150m3/hPH 值 8.9—8.2 生物量 0.5%方案5PH值8.2—4.8生物量6%0—18小時(shí)18小時(shí)后轉(zhuǎn)速通氣量轉(zhuǎn)速通氣量200rpm220m3/h170rpm160m3/hPH 值 8.9—8.2 生物量 0.4%PH 值 8.2—5.0 生物量 6.5%方案10—18小時(shí)18小時(shí)后轉(zhuǎn)速 通氣量轉(zhuǎn)速通氣量180rpm 180m3/h120rpm120m3/hPH k 8.9—6.7 生物量 7%PH值6.7—4.0生物量10%方案20 —13小時(shí)13小時(shí)后轉(zhuǎn)速通氣量酶活結(jié)果500?600萬(wàn)酶活結(jié)果550?650萬(wàn)酶活結(jié)果650?700萬(wàn)酶活結(jié)果700?800萬(wàn)酶活結(jié)果900?1000 萬(wàn)調(diào)整過(guò)程分析：菌種在生長(zhǎng)代謝過(guò)程中需氧量是有一定規(guī)律的，在發(fā)酵的不同階段， 需氧和供氧情況都在變化（由PH值變化進(jìn)行對(duì)比）。發(fā)酵前期菌種處于生長(zhǎng)階段，溶氧 水平對(duì)菌種生長(zhǎng)起一種自動(dòng)調(diào)節(jié)作用。培養(yǎng)基中氧的不足造成菌體萌發(fā)較快，引起培養(yǎng) 基酸環(huán)境傾向抑制了后期丙烯腈水合酶的合成；通過(guò)加大通氣量、提高轉(zhuǎn)速給予生產(chǎn)菌 充足的溶解氧，雖然菌體生長(zhǎng)速度較慢，但是氧的合理分配使得生產(chǎn)菌數(shù)量穩(wěn)步増加 達(dá)到一定數(shù)量時(shí)正處于培養(yǎng)基環(huán)境適宜丙烯腈水合酶的合成，此時(shí)得到了生產(chǎn)的優(yōu)化表3-17分離參數(shù)調(diào)整對(duì)照/h/h3 3mm31Ivnv vnv vnv vnv vnv vnv vnv vnv vnv vnv vvnv vnv vnv vnv vvnv vnv Ivnv Ivnv tvo vnv Vo/7夕 /7/7/7/7/7/7/7/7/7/7/7/7/7/7/7/7 /7 /7/T" 000000050505555505000 312 3 33312232222211111秒秒秒秒秒秒秒秒秒秒秒秒秒秒秒秒秒秒秒秒秒 ,2221.4.822221.2.4.6.822.4.6.8T生物量69.5% 生物量57.2% 生物量65.2% 生物量79.3% 生物量81.8% 生物量80.1% 生物量79.5% 生物量59.6% 生物量65.7% 生物量72.2% 生物量79.8% 生物量81.9% 生物量80.7% 生物量80.5% 生物量79.9% 生物量79.7% 生物量58.2% 生物量59.4% 生物量80.2% 生物量79.8% 生物量79.5%青青青青青青青青青青名青青青青青青-ft:fi青青、7~y '7— '7— '7— NT— NT— NT— NT— NT— NT— Nvt Nvt澄澄澄澄澄澄澄澄澄澄_澄澄澄澄澄澄靜鮮澄澄進(jìn)液指標(biāo)進(jìn)液流量分離時(shí)間 開(kāi)啟水時(shí)間排渣指標(biāo)出液指標(biāo)由表3-17可見(jiàn)，通過(guò)對(duì)排渣周期以及排渣方式的調(diào)節(jié)能夠?qū)Ψ蛛x后丙烯酰胺溶液 固體含量進(jìn)行有效控制，因此得到最佳分離參數(shù)：在離心進(jìn)液流量控制在3m3/h?5m3/h;排澄周期為15min?25min;排渣水開(kāi)啟時(shí)間為1. 4?1. 6秒。

 

當(dāng)進(jìn)液固體含量為一定時(shí)起決定作用的是分離時(shí)間、開(kāi)啟水時(shí)間，通過(guò)對(duì)兩個(gè)參數(shù) 進(jìn)行合理調(diào)節(jié)利于反應(yīng)液分離質(zhì)量的控制，使分離液指標(biāo)控制在規(guī)定范圍內(nèi)。這樣渣液 生物量相對(duì)穩(wěn)定，清液外觀澄清透明。用高速離心機(jī)對(duì)清液進(jìn)行沉降物檢驗(yàn)，固形物氺 0.002%。能夠去除絕大部分細(xì)胞體以及破碎細(xì)胞殘留物、部分蛋白質(zhì)。

 

若能夠?qū)㈦x心機(jī)分離信號(hào)引入DCS系統(tǒng)，將進(jìn)料、清洗脫鹽水、密封水、開(kāi)啟水參 數(shù)實(shí)現(xiàn)瞬控調(diào)節(jié)將有利于控制生產(chǎn)成本。如圖3-15。

 

圖3-15反應(yīng)液離心分離控制圖設(shè)定FT001進(jìn)料控制為5m3/h，設(shè)定FV001計(jì)時(shí)20min;設(shè)定FT002進(jìn)水控制為5m3/h; 設(shè)定FV002計(jì)時(shí)5秒；設(shè)定FV011計(jì)時(shí)20秒；設(shè)定FV012計(jì)時(shí)2秒。其控制分組如圖 3-16所示。

 

!? FV001 開(kāi)啟 開(kāi)始進(jìn)料FV.011開(kāi)啟計(jì)時(shí)20min 卜FV001關(guān)閉計(jì)時(shí)5秒? FV002 開(kāi)啟? FV0|2 關(guān)閉? FVO^l 關(guān)閉FV012開(kāi)啟FV012 關(guān)閉 <FV011 開(kāi)啟 <計(jì)時(shí)2秒圖3-16離心機(jī)瞬控圖分離過(guò)程的排渣間期，利用脫鹽水將離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓腔內(nèi)殘余物料沖頂至循環(huán)罐，可實(shí) 現(xiàn)廢渣中丙烯酰胺有效回收、降低外排液中的丙烯酰胺含量、減小污水處理的難度、提 高丙烯酰胺收率，有效控制生產(chǎn)成本。

 

3.2.10.4超濾膜過(guò)濾系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)及工藝優(yōu)化(1)進(jìn)料壓力表3-18生產(chǎn)實(shí)際數(shù)據(jù)壓力溫度通量壓力溫度通量0. 26MPa10°C97L/min0. 32MPa10 °C123L/min0. 28MPa10°C112L/min0. 34MPa10 °c123L/min0.30MPa10°C119L/min0.36MPa10 °c123L/min由上面數(shù)據(jù)得到，當(dāng)壓力較低時(shí)膜表面未形成濃差極限，此時(shí)壓力與通量呈正比± 大；當(dāng)壓力逐漸增大時(shí)通量隨壓力増大的速度開(kāi)始減慢；當(dāng)壓力繼續(xù)增大時(shí)通量不隨I力改變。主要原因是當(dāng)壓力持續(xù)增大時(shí)，雖暫時(shí)可使通量增加，但阻力也同時(shí)隨著增大， 因而迫使通量恢復(fù)至原值。從而得到生產(chǎn)中超濾系統(tǒng)的壓力應(yīng)控制在〇。28MPa?

 

0. 32MPa〇

 

(2)進(jìn)料濃度表3-19生產(chǎn)實(shí)際數(shù)據(jù)（這里循環(huán)液溫度一定，將濃度以生物量形式表示)

 

濃度通量濃度通量濃度通量^0. 01%122 L/min0. 50%113 L/min1. 79%89 L/min0. 12%119 L/inin0. 75%104 L/min2. 11%67 L/min0.21%117 L/min1. 35%95 L/inin2. 5%52 L/min從上表中分析得出濃度與通量呈反比，當(dāng)物料濃度增大時(shí)極限通量減小。根據(jù)這一 現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)保障通量的條件之一就是保證循環(huán)液的生物量小于一定值。因此，保證新鮮 循環(huán)液的補(bǔ)充、定期進(jìn)行二次離心處理，有效保證循環(huán)液的生物量不超過(guò)允許范圍。根 據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的出，循環(huán)液的生物量應(yīng)控制在>0. 5%。

 

(3)進(jìn)料溫度溫度的升高會(huì)導(dǎo)致通量增大，溫度升高后循環(huán)液黏度降低并且膜擴(kuò)散系數(shù)增大，但 是會(huì)對(duì)膜過(guò)濾后的產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生影響，因此操作溫度選擇原則是：在不影響料液和膜的 穩(wěn)定性范圍內(nèi)，盡量選擇較高的溫度。因此，我們將循環(huán)液溫度規(guī)定在10?20°C。

 

(4)進(jìn)料流速增大流速，使流體處于湍流狀態(tài)，減少懸浮物在膜表面的附著，能減小濃差極化層 厚度，進(jìn)而使通量增大。在末次改造中，超濾系統(tǒng)為保證單支膜流速控制在16m3/h， 同時(shí)減少投資費(fèi)用，采用了以下方法：將原有單套14支膜并聯(lián)組合改造為單套4組并聯(lián)組合，其中每組由3支8040膜串 聯(lián)構(gòu)成；將循環(huán)泵更換為Q=80m3/h、H=100IIU保證了單組膜的流速，進(jìn)而提高了膜系 統(tǒng)的通量、提高了膜系統(tǒng)的產(chǎn)能；在管道布置上盡量減少出入口管道的彎頭數(shù)量，由原 有的14個(gè)彎頭減少至了 8個(gè)降低了管損；為了保證膜的滿液操作，在膜殼的設(shè)計(jì)上采 用了底進(jìn)高出形式，同時(shí)能夠保證停工后物料的放凈，減小滯留物料對(duì)膜系統(tǒng)的污染。

 

(5)污染本裝置膜污染是超濾過(guò)程中的主要障礙，超濾系統(tǒng)污染的主要原因是：細(xì)胞碎片、 核酸和蛋白質(zhì)的沉淀物附著在膜表面引起的膜通量下降。為了減少膜的污染在膜使用過(guò) 程中我們規(guī)定單次運(yùn)行時(shí)間>12小時(shí)，并且停運(yùn)后要立即進(jìn)行清洗。經(jīng)清洗后清水通 量達(dá)到或接近原來(lái)指標(biāo)。但水清洗無(wú)法保證膜通量的穩(wěn)定，因此經(jīng)實(shí)驗(yàn)確定了清洗方法。 通過(guò)加熱、調(diào)節(jié)PH值的方法進(jìn)行膜清洗，能夠緩解蛋白質(zhì)吸附污染，清洗后膜通量提 高到原通量的1.5倍。通過(guò)調(diào)節(jié)清洗液的PH值遠(yuǎn)離等電點(diǎn)使吸附作用減弱、切斷了離 子結(jié)合、減輕了膜污染。

 

清洗前通量清洗劑成分清洗液指標(biāo)清洗時(shí)間清洗液溫度清洗后指標(biāo)1.8in3/hNaOHpH 值 8. 0180inin40 °C2. 32 in3/h1. 8m3/h氨水pH 值 8. 0180min40 °C2. 01m3/h1. 8m3/hNaOHpH 值 9. 0180min40 °C2.48 m3/h1. 8m3/hNaOHpH 值 10. 0180min40 °C2.70 m3/h1. 8m3/hNaOHpH 值 10 , 0180min50 °C2.71 m3/h1. 8in3/hNaOHpH 值 11_0180inin40 °C2. 71 in3/h1. 8m3/hNaOHpH 值 11. 0180min50 °C2. 73 m3/h通過(guò)實(shí)驗(yàn)最終確定膜清洗工藝參數(shù)為：pH值范圍：級(jí)別AR調(diào)整清洗水pH值為10?11。清洗溫度：40?50°C。清洗壓力： 0.6MPa。清洗方式：手動(dòng)脈沖1次/5分鐘間歇15分鐘進(jìn)行。通過(guò)化學(xué)清洗與手動(dòng)脈沖 機(jī)械清洗互相結(jié)合，增加了清洗強(qiáng)度加速切斷離子結(jié)合，促進(jìn)等電點(diǎn)吸附作用的破壞。 增大了膜通量，提高了膜系統(tǒng)產(chǎn)能、延長(zhǎng)了膜使用壽命。

 

3.2.10.5離子交換技術(shù)實(shí)驗(yàn)及工藝優(yōu)化為保證精制后的丙烯酰胺水溶液能夠滿足聚合生產(chǎn)，我們?cè)跇渲x型上進(jìn)行了細(xì)致 的實(shí)驗(yàn)。

 

表3-21離子交換樹脂實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表樹脂型號(hào)樣品指標(biāo)處理量出液指標(biāo)陽(yáng)樹脂陰樹脂PH值電導(dǎo)率mlPH值電導(dǎo)率D71DN1207.410401600010.618.56001X7201X77.3910531960010.3323.9D71D2137.911202650010.6716.4D71D2137.779302600010.512D71D2137.59363800010.389.12D71D2138.265305200010.614.5D71D2138.35555330010.412D71D2138.268233740010.3612.72D71D2138.1111802600010.513ND744ND7315.9639280009.689.4ND744ND7317.69751700010.249.6ND744ND7317.83980105009.3824.1ND744ND7318.157731000010.4424.5ND744ND7318.263972150010.2716.1ND744ND7318.376872600010.123.71ND744ND7318.46202900010.2112.2表3-22離子交換樹脂實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表進(jìn)液指標(biāo)陽(yáng)柱陰柱混合柱出液指標(biāo)pH值電導(dǎo) 流速壓力流速壓力流速壓力u/古 電導(dǎo) pH值u s/cmu s/cm m/h MPam/hMPam/hMPa7.361152 ][〇 0.670.5120.410.51 8.79 0.66.30.510.80.410.39 9.18 0.55.60.49.60.310.21 10.77 0.55.00.48.40.310.19 10.966 0.44.50.37.20.29.71 12.35 0.44.10.360.29.39 15.64 0.33.70.24.80.19.19 18.873 0.33.30.23.60.18.73 22.35本實(shí)驗(yàn)中，膜過(guò)濾后的水合液電導(dǎo)率平均為975us/cm,pH值為7. 39，丙烯腈含量為18mg. In 3，丙烯酸含量為834mg. m 3,氨基酸等蛋白類為73mg. m3，糖為 8mg. m 3。

 

表3-23離子交換樹脂實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表樹脂型號(hào)處理量出液指標(biāo)陽(yáng)樹脂陰樹脂1pH電導(dǎo)丙烯腈丙烯酸 蛋白 糖D71DN120195.618.51403 2001X7201X7115.3323.916020 7D71D213276.249.11305 3ND744ND219286.189.61405 3003763105.4510.316013 8經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)積累得出：DH與D213組合、D744與D731組合，交換過(guò)程平穩(wěn)，電 導(dǎo)指標(biāo)穩(wěn)定，PH值變化較平穩(wěn)，交換量較大；交換過(guò)程中顏色變化明顯，能夠直觀的 分辨出失效層、交換層、待交換層。相對(duì)處理量?jī)?yōu)于以前生產(chǎn)使用樹脂。

 

D71與D213、ND744與ND731樹脂組合均為大孔型樹脂，粒度為0. 4 — 1. 2mm。通過(guò) 比較：大孔樹脂與普通凝膠樹脂不同，孔隙大，樹脂內(nèi)部表面積大，因而適于吸附大分 子；由于孔隙大，能夠讓有機(jī)離子自由通過(guò)，在實(shí)驗(yàn)中同時(shí)體現(xiàn)了這兩種樹脂抗有機(jī)污 染能力強(qiáng)的特性，被有機(jī)物污染后再生容易，并且機(jī)械強(qiáng)度好不易破碎；通過(guò)數(shù)據(jù)比較 D71與D213組合更適與本裝置生產(chǎn)使用。

 

分析其原因認(rèn)為：生物法生產(chǎn)丙烯酰胺的過(guò)程中，因其本身工藝特點(diǎn)，造成產(chǎn)品中 存在有大量有機(jī)酸、堿，以及蛋白、糖等，其中有機(jī)酸、堿在溶液中離解為離子狀態(tài)存 在，帶有功能基團(tuán)的離子交換樹脂于水合液接觸時(shí)與溶液中的離子發(fā)生交換反應(yīng)，從而 起到對(duì)水合液精制的作用。但是，蛋白、糖等雜質(zhì)僅部分甚或不發(fā)生離解，而且其分子 尺寸較大，因此凝膠型的離子交換樹脂無(wú)法將該部分雜質(zhì)完全去除。

 

而大孔型離子交換樹脂在樹脂的球粒內(nèi)具有毛細(xì)孔結(jié)構(gòu)，是非均相凝膠結(jié)構(gòu)。其孔 體積為0.5ml/g左右，比表面積達(dá)數(shù)百平方米每克，毛細(xì)孔徑從幾納米到幾萬(wàn)納米。因 此，大孔型離子交換樹脂在精制體系中，不僅與水合液中的有機(jī)酸、堿發(fā)生功能基團(tuán)r 換而起到精制作用，還可以利用其內(nèi)部孔徑的存在對(duì)水合液中的不離解分子產(chǎn)生吸附T實(shí)現(xiàn)對(duì)水合液的深度精制。而且大孔型離子交換樹脂離子擴(kuò)散速率較高，相對(duì)加寬了樹 脂穿透層，使樹脂利用率提高。

 

實(shí)驗(yàn)過(guò)程直觀看到，離子交換樹脂在交換過(guò)程中偏流以及壁效應(yīng)對(duì)樹脂的交換能力 以及交換效果影響很大，因此交換過(guò)程流量以及進(jìn)出液壓差的穩(wěn)定是確保整個(gè)交換過(guò)程 避免偏流的有利手段；再生后樹脂經(jīng)過(guò)壓實(shí)后投入使用能有效減小壁效應(yīng)。因此，結(jié)合 生產(chǎn)實(shí)際情況與設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)料壓力控制在〇。 4?0. 6MPa;單組交換柱前后壓差應(yīng)控制在 0? 05?0? IMPa;陽(yáng)柱流速在10m/h。

 

生產(chǎn)使用以及再生處理中每運(yùn)行10個(gè)交換周期進(jìn)行一次大反洗操作，保證了柱內(nèi) 離子交換樹脂的層態(tài)平衡，在陽(yáng)、陰柱內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用無(wú)頂壓逆流再生形式，再生效果是 普通順流再生的2倍，再生液用量是普通交換過(guò)程的1/2,提高了樹脂的交換能力以及 交換量確保產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)標(biāo)穩(wěn)定了生產(chǎn)。

 

結(jié)論一、生化法生產(chǎn)丙烯酰胺，其因?yàn)樯锩复呋哂袑Ｒ恍裕虼嗽谒线^(guò)程中一般 不產(chǎn)生其他副反應(yīng)。但在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，生產(chǎn)出的丙烯酰胺水溶液中卻因微量酰胺酶 的存在導(dǎo)致丙烯腈進(jìn)一步水解為丙烯酸。另外，伴隨水合進(jìn)程，部分菌體死亡、破裂， 或出現(xiàn)自溶現(xiàn)象，使細(xì)胞碎片、細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)、氨基酸等有機(jī)（無(wú)機(jī)）雜質(zhì)及發(fā)酵液 和原料中攜帶的各類雜質(zhì)進(jìn)入丙烯酰胺水溶液中。

 

二、發(fā)酵過(guò)程中丙烯腈水合酶生產(chǎn)菌的培養(yǎng)溫度、環(huán)境pH值、溶氧度以及泡沫的 消長(zhǎng)直接影響到丙烯腈水合酶的生長(zhǎng)、代謝以及產(chǎn)物的合成，要想獲得最高指標(biāo)的酶活 力必須合理控制這4項(xiàng)內(nèi)容，雖然溶氧度指標(biāo)在生產(chǎn)過(guò)程中是不可監(jiān)控的，但是通過(guò)與 培養(yǎng)環(huán)境pH值、泡沫消長(zhǎng)變化規(guī)律有機(jī)的結(jié)合，能夠科學(xué)分析溶氧狀況，同步進(jìn)行工 藝調(diào)整獲得最佳酶活指標(biāo)。

 

三、生化法生產(chǎn)丙烯酰胺時(shí)，因細(xì)胞代謝或其他輔酶反應(yīng)生成的甲醛、丙烯酸、蛋 白等雜質(zhì)對(duì)聚丙烯酰胺的產(chǎn)品質(zhì)量有一定的影響，需在精制過(guò)程中予以脫出。

 

四、離心及膜過(guò)濾系統(tǒng)是控制產(chǎn)品質(zhì)量的重要工序，科學(xué)合理調(diào)整相關(guān)參數(shù)，可以 有效去除大分子雜質(zhì)，對(duì)減少離子交換樹脂的有機(jī)污染起到至關(guān)重要的作用。

 

五、大孔型離子交換樹脂因其獨(dú)有的毛細(xì)孔結(jié)構(gòu)，有利于處理生化法丙烯酰胺水溶 液中的雜質(zhì)，從而提高聚丙烯酰胺產(chǎn)品質(zhì)量。

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