煤矸石制备A型分子筛工艺条件优化研究1

煤矸石制备A型分子筛工艺条件优化研究

Optimization of Process Conditions on A Type ZeolitePreparation Using Coal Gangueas Raw Material

摘要

随着我国新的大型、特大型煤矿不断发现，煤炭能源的重要作用也受到人们越来越多的关注。但是煤炭开采过程中的主要固体废弃物，煤矸石的环境污染问题和资源利用问题也日益成为制约煤炭工业大力发展的瓶颈。利用煤矸石富含硅、铝元素，将其制备成高附加值的分子筛，代替传统低附加值产品是煤矸石研究领域中的一个重要课题。

本研究以煤矸石为原料，采用酸浸-碱熔，并通过水热合成的方法制备高结晶度A型分子筛。重点考察了煤矸石预处理阶段和分子筛制备过程中的主要工艺参数对产物的影响。考察了煤矸石制备分子筛适宜的工艺参数：煤矸石经破碎

至104μm，于100℃下烘干至恒重后与33%盐酸按V

固:V

液

=1:8比例混合均匀，

于70℃下加热至干。处理后的煤矸石与2.5mol/L氢氧化钠混合，在马弗炉中于850℃下焙烧6h，产物在水溶液中浸渍，过滤除渣，滤液中添加10g/L-15g/L硅酸钠，待形成初凝胶后，取溶胶于水热合成反应釜110℃下晶化4h，晶化产物水洗至中性后过滤干燥，即得产品A型分子筛。

对得到的分子筛产品，利用IR和TG-DSC对产物的性能进行了分析，结果表明：利用煤矸石可以获得A型分子筛特征明显的产物，该产物热稳定性良好，达到工业分子筛热稳定性要求。

关键词：煤矸石；分子筛；工艺优化；制备

Abstract

For large and super large coal mine had been found constantly, the important role of coal energy had been paid more attention. But the environmental pollution and resource utilization of coal gangue, which was the main solid waste along with the coal mining,is more and more restricting the development of coal industry. For coal gangue is rich in silicon and aluminum, it was becoming an important issue on used coal gangue as raw to prepare high additional value product zeolite to replace the lowly added products.

The coal gangue had been used as raw material, prepared high crystallinityA type zeolite by acid leaching, alkali fusion and hydro-thermal method. The effect of main process parameters had been researched on coal gangue pretreatment stage and zeolite synthesize stage.The process parameters of zeolite preparing had been optimized and obtained the suitable prepare conditions:coal was grind to the particle size reach 104μm, and then after was dry at 100 ℃, mix with 33% HCl in the ratio V S:V L was 1:8, heated at 70℃, after the pretreated, coal gangue was mixed with 2.5mol/L NaOH, calcinate it at 850℃for 6h, the product was dissolve by water and filtrated to remove solid, filter liquor was added by 10g/L-15g/L Na2SiO3, after the gel had been formed, put it into Hydrothermal synthesis reactor, crystallized at 110℃for 4h, the product was washed until reach neutral, then gained the zeolite.

The performance of product had been analysed by IR and TG-DSC, results showed: used coal gangue as raw material could prepared product which had A type zeolite characteristic, the product had good thermal stability meet the requirement of industrial use.

Key words: coal gangue; zeolite; process optimization; prepare

1.1 选题意义

在我国能源结构中，煤炭占87.4%，占据非常高的比重[1]，不过它在开采过程中，会产生约占煤炭总量15%-20%的煤矸石[2]。截止到目前，煤矸石的堆放量已经达到45亿吨[3]，而随着经济的持续发展，煤矸石的产生量还会继续增加，煤矸石已经成为我国目前排放量最大的工业固体废弃物[4]。

煤矸石的大量堆积，对环境造成了极其恶劣的影响[5]。首先，煤矸石的大量堆放，需要巨大的空间，占用了大量的农田、林地和居民用地[6]；其次，堆放环境对煤矸石的物理/化学作用，引起矿区周边环境劣化[7]，煤矸石含大量的粉尘，在风力的作用下，有可能引起大气污染[8]，在雨水的作用下，煤矸石中的粉尘和其内的有害化学元素，可进入周边的河水、土壤等环境中，造成水质和土壤的污染[9]，而且煤矸石可自燃，当矸石山自燃后，能量长期积累，有可能引起更严重的灾害[10]。为了促进煤炭行业的可持续发展，降低煤炭开采过程中对环境的破坏，在煤炭开采过程中，有效的对煤矸石进行资源化利用，积极探索煤矸石利用的新途径，一方面可以使有限的资源得到最大的利用，一方面减轻煤炭企业对环境的污染，实现资源利用和环境治理相结合，一直是煤炭开采加工企业亟需解决、广泛关注的热点问题之一[11-15]。

1.1.1煤矸石的特性分析

煤矸石主要是由一些碳质页岩、砂岩、煤炭等组分构成[16]，通常情况下是碳、二氧化硅、三氧化二铝、氧化钙、氧化钾和氧化镁等组分构成的混合物[17-20]，烧失量多数超过40%[21-23]，而不可烧组分中，二氧化硅和三氧化二铝的组分含量较高。虽然不同地区的组分含量有一定差异，不过多数情况下，煤矸石不可烧组分中的化学组成大致为：二氧化硅约为60%左右，三氧化二铝约为25%左右，三氧化二铁约为10%左右[24-26]，另有低于5%的碱性金属氧化物，而且多数煤矸石还含有微量的氧化钛氧化磷氧化钒等氧化物组分。煤矸石的物理性质如表1-1所示。

表1-1 煤矸石的物理性质

容重Kg/m3硬度抗压强度

KPa

堆积密度

Kg/m3

灰分

%

热值

KJ/Kg

1040-1090 3 0.3-4.7 1200-1800 9.8-16 800-2000 通过对煤矸石的化学组成进行分析以及表1-1其物理性质分析可以看出，煤矸石具有一定的热值，且其容重低，化学组成中硅铝元素含量高，这就为其资源化利用提过了可能[27]。

1.1.2煤矸石的资源化利用

对煤矸石进行资源化利用，一方面可以实现固体废弃物的有效处理，降低企

业对周围环境的污染[28-29]，一方面可以丰富煤矿开采企业的产品，提高企业的经济效益，因此全世界都对煤矸石资源化利用进行了广泛的研究，提出了多种资源化利用途径。

（1）煤矸石发电

利用煤矸石的热值，建成煤矸石电厂，是煤矸石利用的一个有效途径，该途径可以节省燃煤，煤矸石的运输距离也短，目前我国已建成煤矸石电厂上百座，发电量达到1.3×1010KWh，每年可消耗煤矸石1.2×103万吨-1.8×103万吨[30]，产生的电主要用于矿区自身电力需求，可满足矿区电力总需求量的30%，不过利用煤矸石发电对煤矸石的热值要求较高，只有高热值的煤矸石才可作为发电厂原料，更多的低热值的煤矸石无法使用，而且煤矸石燃烧后有大量的残渣，还需要进一步处理，因此制约了煤矸石电厂规模的扩大。

（2）煤矸石制建筑材料

煤矸石中不可烧失量中的组分组成与黏土接近，因此利用煤矸石制备建筑材料是处理量最大的一种利用途径。利用煤矸石制备各种建筑材料的报导有很多。煤矸石可以制作烧结砖[31]、非烧结砖[32]，煤矸石可以制作水泥[33]，煤矸石可以制作轻骨料[34]，煤矸石可以制作陶瓷[35]，煤矸石可以制作混凝土[36]，煤矸石可以制作路基[37]等等。国外对于利用煤矸石制建筑材料研究较为成熟，如法国主要利用煤矸石制砖、英国主要利用煤矸石制砌块、日本利用煤矸石制陶瓷，美国则利用煤矸石制大坝和公路的路基[38]。我国对于利用煤矸石制备建筑的研究相对较晚，不过目前也有许多工业的实际应用。如山东张博段国道40Km的路基采用附近的煤矸石替代黏土，降低了工程造价，且其比石灰土底基层的强度也略高，满足了公路的强度要求，运营至今效果良好[39]，鹤伊高速部分路段采用煤矸石做路基，减少了冻土层对公路的影响，也满足了大吨位汽车的荷载要求，实测效果良好[40]。利用煤矸石制备煤矸石水泥，可以大幅度降低黏土的耗用量，降低水泥企业成本，全国多地水泥厂都有煤矸石水泥线投产运行[41-43]。而利用煤矸石制备轻骨料，制备空心砖，或者加气混凝土，也在许多高层建筑中得到广泛应用，证明不但可以降低建筑自重，还可以起到良好的保温效果，已经证明是有效的利用途径[44-46]。此外，利用煤矸石制备碳化硅陶瓷，型砂等也都有报导[47-48]，但目前多属于实验研究阶段，工程应用报导较少。煤矸石制建筑材料消耗量大，但是其附加值较小，无法为企业带来可观的经济效益，也抑制了对其进一步研发的热情。

（3）农业利用

煤矸石组分中有机质含量较高，因此在农业上可以得到一定应用。可以利用煤矸石制备土壤改良剂[49]，但是由于煤矸石中含有重金属，无法在农田中使用，仅可以在草场或林场使用，而施用的运输成本较高，因此利用率不高。可以利用

煤矸石制备农业化肥[50]，利用煤矸石中丰富的有机质，且其是长效肥，复合工艺也简单，因此可以制备化肥，但是同样受到重金属的影响，使用范围受限，目前仅山东龙盛生物肥料厂有报导生产。

（4）煤矸石提取无机化工产品

煤矸石中含丰富的无机元素，因此从煤矸石中提取无机化工产品，提高煤矸石的利用价值是当前煤矸石研究的热点。我国对于从煤矸石中提取高附加值无机化工产品的研究较多：

李国祥[51]研究了从煤矸石中提取氧化铝，探讨了浸取氧化铝的适宜工艺参数：利用硫酸浸取，在硫酸浓度为20%，浸取温度为90℃，浸取时间为1h，后在焙烧温度750℃条件下焙烧3.5h，可以得到收率61.8%的氧化铝。

肖秋国[52]对此进一步研究，通过控制钠/铝比和钙/硅比，并对煤矸石的粒度和匀化条件，使氧化铝的收率达到80%，也对氧化铝的提取机理进行了探究。

刘成长[53]对煤矸石处理过程中的熔碱组分进行了研究，实现纯碱循环比例达到98%，在1050℃-1150℃条件下，可将三氧化二铝和二氧化硅的提取率分别达到95%和90%以上。

于广河[54]对依兰地区煤矸石进行了大量研究，采用酸浸法处理，在活化温度700℃，酸浓度为20%，固液比1:5时，浸取效果超过60%。

李建中[55]考察了煤矸石粒度对浸取效果的影响，证明煤矸石粒度在8mm以下时，于700±50℃浸取效果最优，而当粒度达到60目时，仅需2%盐酸与110℃条件下处理1h。

夏士鹏[56]对煤矸石中的三氧化二铝进行了溶出实验，证明在焙烧温度700±50℃，焙烧时间1h，粒度达到120目，酸浸温度100℃，固液比1:3.5时，三氧化二铝的溶出率达到85%。

程芳琴[57]也对三氧化二铝的浸取进行了研究，获得了适宜的工艺参数：固液比1:3，焙烧温度为650℃，浸取时间3h。

孟凡勇[58]对煤矸石的组分与浸取效果的影响进行了研究，证明煤矸石的焙烧温度与煤矸石中的蒙脱土、高岭石含量有关，蒙脱土、高岭石的含量越高，焙烧温度相应需要越高，以促进煤矸石活化，且氯化铵的加入对煤矸石中氧化铁的去除效果明显。

江明[59]对煤矸石除杂的影响因素进行了研究，研究表明焙烧温度、煤矸石粒度和浸出条件等都对煤矸石的除杂有较大影响。尤其是焙烧温度对煤矸石除杂影响较大，且在低温下进行焙烧，对提高煤矸石活性有益处，且不会影响煤矸石组分中的矿物质结构和性质。

罗劲松[60]利用煤矸石制备得到了纳米级三氧化二铝，采用溶胶凝胶法制备纳米氧化铝，以聚乙烯为分散剂，戊二醛为引发剂，将制备得到的凝胶脱水并进

行晶型转变后，即可得到纳米级氧化铝。

田永淑[61]以煤矸石为原料，制备得到了高纯氧化铝，制备得到了纯度达到99.9%的氧化铝，铝的回收率也达到80%，为了得到高纯铝，对煤矸石除铁的工艺条件也进行了研究。

刘圣勇[62]利用煤矸石制备聚合氧化铝，采用四釜蒸汽直接加热，酸液循环利用的方法负压操作和浓缩，即可得到聚合氧化铝。

孟宪民[63]主要对煤矸石组分分离过程中的酸浸条件进行了研究，证明采用30%硫酸在90℃下反应2h后升温至110℃继续反应1h，即可达到最佳酸浸效果。且他对煤矸石除铁条件也进行了研究，证明采用氨水，在pH为11-13时，用50%的氨水也对煤矸石中的铁除去。

赵振民[64]利用煤矸石生粉采用低压溶出工艺生产工业品硫酸铝，对煤矸石的粒度、浸取温度、浸取压力等工艺条件进行了优化。也对工业生产的工艺流程进行了设计，实现了煤矸石制硫酸铝的工业生产，产品质量达到GB2225-91产品的质量等级。

石宪奎[65]也利用煤矸石制备聚合氧化铝，采用微波辅助的方法进行，实现了聚合氧化铝的制备。

徐竟[66]采用气相-液相法直接制取白炭黑，他将煤矸石经焙烧、酸浸后的滤

渣与氟化氢反应，得到SiF

4，将SiF

4

在乙醇溶液中水解，通过控制水解速度和

搅拌速度，即可得到二氧化硅沉淀，将沉淀在乙醇溶液中洗涤后烘干即可得到白炭黑，产品性能达到GB10517-89产品质量标准。

李东红[67]采用溶胶-相转移的方法制备氧化铝，通过氨水控制溶液pH值，得到氧化铝水溶胶，利用十二烷基苯磺酸钠为分散剂，利用二甲苯为相转移剂，得到氧化铝的有机溶胶，再经浓缩、高温煅烧，即可得到20nm-50nm的氧化铝。

吕淑珍[68]利用煤矸石制备氢氧化铝，采用矿物组成活化技术，活化煤矸石，实现煤矸石的100%自粉化，再利用8%碳酸钠溶液从煤矸石粉末中提取铝酸钠，最后再用高效分散一碳法制备超细氢氧化铝，制备得到的氢氧化铝粒度小于200nm。

阎峰兵[69]对煤矸石提取氧化铝的动力学进行了研究，并对煤矸石提取制备氧化铝的工业生产设备——反应罐、洗涤塔、引风机、储酸槽等进行了探讨，获得了适宜的工艺参数：焙烧温度600℃-800℃，粒度小于60目，酸浓度为2%，酸浸温度为100℃-110℃，浸取时间1h。

冯臻[70]从化学理论入手，具体分析了煤矸石制备氧化铝及其铝盐的途径和原理，并经过分析计算，说明煤矸石综合利用的一个有效途径是对其组分分离并分别加以纯化，可以实现煤矸石的低成本、高质量、多品种的有效利用。

1.1.3煤矸石利用存在的主要问题

与国外发达国家相比，我国虽然煤炭资源在能源结构中占的比重很高，但是煤矸石的利用率却仅为60%[71-72]，与发达国家的90%利用率比起来相距甚远，主要原因有以下几点：

（1）对煤矸石的组分信息和资源利用的可能性还没形成系统性的研究，对煤矸石的元素构成、理化性质、资源化利用的方法报导还十分有限，对煤矸石资源化利用的系统归纳也存在欠缺[73]。

（2）煤矸石在利用过程中的二次污染问题没有充分重视。目前，煤矸石利用多以建材和发电为主，对于利用煤矸石制备化工产品多数还停留在实验研究阶段，很多实验室研究的成果转化为工业生产过程中的专用工艺设备尚不完善，还需要设计。

1.2煤矸石制备分子筛的研究现状

1.2.1煤矸石分子筛的应用

煤矸石分子筛成本低，来源广，且可将煤矸石变废为宝，实现其资源化利用，而且由其制备得到的分子筛价格低廉，因此其可在许多领域得到广泛应用。利用煤矸石分子筛对矿区环境进行治理和改善，以实现矿区可持续发展是其应用的一个重要方面。

（1）污水处理

如果煤矸石中硅铝比较低[74]，则由其制备得到的分子筛离子交换能力较强，可去除污水中的有机物、重金属和氨氮等污染源。Apiratikul[75]利用煤矸石制备X 型分子筛，并将之应用于处理污水中的铜、铬和铅离子，研究表明在2h内，三种离子均可被分子筛有效吸附脱除，Izidoro[76]使用粉煤灰为原料制备X型分子筛，对污水中的锌和镉离子进行脱除研究，结果表明处理效果较好。由于分子筛孔径小，因此一些小分子有机物可以进入分子筛孔道，进而被吸附脱除，达到水体净化的目的，而一些含强极性基团的有机物，也可以通过与分子筛中的离子发生作用而被脱除。

（2）气体净化/土壤净化

分子筛对气体的净化与有机物脱除类似，也是利用分子筛的筛分作用，选择脱除气体中的某些杂质气体。Querol[77]研究表明，煤矸石分子筛可以吸附脱除空气中的二氧化硫气体。煤矸石分子筛可以作为土壤改良剂，去除掉被重金属污染或者有机物污染的土壤，而且煤矸石分子筛中的无定形硅铝酸盐可为施用土壤地区补充土壤中的化学元素，起到改善土壤元素组成的作用。

1.2.2煤矸石分子筛的合成

分子筛是结晶的硅铝酸盐，由于其孔径与分子大小相当，可以对分子起到筛分的作用，因此被称为分子筛。其分子通式为M2/n?Al2O3?xSiO2?yH2O，式中M 代表分子筛中的阳离子，x代表二氧化硅的分子数，y代表结晶水的分子数[78]。

A型分子筛是分子筛的一大类，其结构如图1-1所示。

图1-1 A型分子筛的结构

Fig1-1 structure of A type zeolite

由于A型分子筛孔径均匀，因此在分离工程中得到广泛应用。目前A型分子筛的制备以水热合成法居多，水热合成法的工艺路线如图1-2所示。

图1-2水热合成法制备A型分子筛工艺路线图

Fig1-2 A type zeolite technology roadmap prepare by hydrothermal synthesis 采用水热合成法制备A型分子筛主要使用硅酸钠和铝酸钠，在碱性条件下混合均匀，再经陈化处理形成凝胶后于水热合成釜中结晶得到A型分子筛[79]。但是其制备成本长期居高不下，限制了其在更广泛领域的使用，目前，对于A型分子筛的制备瓶颈之一就是如何寻找到廉价的原料制备。利用富含硅铝元素的固体废弃物，制备价廉质优的A型分子筛是当前分子筛制备中的一个热点问题[80]。煤矸石中富含硅铝，但是由于煤矸石元素成分复杂，利用煤矸石制备A型分子筛进展缓慢。不过由于煤矸石原料低廉的价格和来源的广泛，利用煤矸石制备A 型分子筛仍有许多学者做出了巨大的贡献。煤矸石制备分子筛的工艺路线主要有以下几种：

（1）水热合成法

该方法是将煤矸石与碱液混合，通过调整/控制工艺参数如硅铝比、固液比、反应温度、反应时间等参数，再于水热合成反应釜中经过晶型转变制备得到分子筛[81-84]。在此过程中碱源一方面起到溶解硅氧化物和铝氧化物的作用，一方面可以向分子筛中提供Na离子，还可以起到调整结晶速率的作用，Murayama[85]认为该方法主要由三个工艺过程构成，首先是煤矸石中硅氧化物和铝氧化物的溶解，

随后硅铝盐形成凝胶，最后凝胶结晶形成分子筛。Mondragon[86]对煤矸石制备分子筛过程中的原料预处理阶段做了大量研究，通过控制破碎过程、酸浸过程以及焙烧过程等工艺参数以提高分子筛的性能。Querol[87]利用不同产地的粉煤灰为原料，成功合成出分子筛，并进行了中试研究。随后利用XRD对分子筛进行了检测，结果发现不同产地的粉煤灰制备得到的分子筛均有不同含量的杂晶无法去除。水热合成法操作相对简单，不过使用煤矸石为原料，由于煤矸石中杂质含量高，因此分子筛晶化率低，而且分子筛收率和纯度受煤矸石粒度影响很大。

（2）碱熔法

由于煤矸石中金属氧化物较多，因此可以通过加入碱性物质如氢氧化钠、氢氧化钾或者碳酸钠等来对煤矸石进行活化处理，在高温条件下使分子筛中的硅铝等元素与碱性金属形成硅铝酸盐，促进其溶解度的增加，实现硅铝元素的有效利用[88]。其一般工艺路线如图1-3所示。

图1-3碱熔法工艺路线图

Fig1-3 technology roadmap of alkali fusion

王春峰[89]利用粉煤灰为原料，采用碱熔法工艺，制备得到了A型分子筛。但是其制备得到的分子筛为A型和X型分子筛的混合物。倪铮[90]以煤矸石为原料也制备得到了A型分子筛，不过经XRD分析，发现分子筛中还有方钠石杂质存在。利用碱熔法制备得到的分子筛结晶度较好，但是存在一个问题尚无法解决，就是产物的白度与市售商品分子筛存在一定不足，且一般均含有少量杂质。

（3）碱溶法

为了改善煤矸石分子筛的白度和纯度问题，将水热合成法和碱熔法结合，又发明一种新的制备方法也就是碱溶法[91]。该方法的工艺路线如图1-4所示。

图1-4碱溶法制备分子筛工艺路线图

Fig1-3 technology roadmap of alkali dissolving method

该方法是将煤矸石高温活化后，利用碱性溶液将氧化硅、氧化铝等分子筛有效成分溶解于其中，随后经过固液分离，并调节硅铝比，再经陈化等过程实现分子筛的合成。Hollman[92]首先发现在水热合成法制备分子筛过程中，原料母液中仍有大量的Si4+没有得到有效利用，如果向母液中按比例加入一定铝离子，则可

以使煤矸石中的硅充分被利用，也可以获得纯度很高的分子筛，也就是说将煤矸石与碱性溶液混合搅拌反应一定时间后，过滤，利用滤液中的硅源再根据滤液中的硅含量加入定量的钠铝盐，经过晶化处理后，即得到质量良好的分子筛。对碱溶法影响较大的工艺参数主要有硅铝比、碱灰比、焙烧条件、晶化条件等[93-95]。

硅铝比直接影响到分子筛的种类，Tanaka[96]研究发现，硅铝比为2时，得到的是A型、P型分子筛，当硅铝比增加，结晶度也增加，但是A型、P型分子筛的含量降低。同时他也研究证明1

碱灰比是影响碱溶法制备分子筛性能的又一重要影响因素，Inada[98]研究发现，碱的用量对最终分子筛的类型有重要关联，当碱用量少时，无法有效的将煤矸石中的铝溶出，造成分子筛硅铝比过低，甚至无法形成分子筛。且碱液的浓度对母液中的硅铝含量有影响，随着碱液浓度的提高，煤矸石中的硅铝提取率也增加。

（4）晶种合成法

随着人们对结晶过程研究的不断深入，发现结晶过程中，人为的加入特定晶形的晶种可以促进结晶向预期的方向进行，对于缩短结晶时间和减少晶粒中的杂质效果明显[99-101]。在煤矸石制备分子筛过程中，如果在形成结晶的过程中，加入天然沸石，可以有效的诱导硅铝酸盐的形核，节约晶核的生成时间，还可以定向选择结晶的类型，获得的产品纯度和结晶度都很高。陈艳红[102]利用该方法以煤矸石为原料制备得到了纯净度很高的ZSM-5型分子筛。Zhao[103]利用该方法制备得到了纯度达到72%的Y型分子筛。

（5）微波加热法

由于微波加热过程均匀，快速，因此在反应过程中可以大大缩短反应时间[104]，美孚公司[105]利用微波加热法以煤矸石为原料，制备得到了A型分子筛膜，采用微波加热的方法可以使晶化时间由原来的3h缩短到15min，极大的提高了反应速率，Fukui[106]研究发现，采用微波加热的方法，使反应温度升温很快，在结晶初始阶段对煤矸石分子筛的形成有利，但是在反应中后期，对煤矸石分子筛的形成有一定的抑制作用。

1.3选题内容和意义

煤矸石是煤炭开采过程中的主要固体废弃物，对环境影响很大。但是煤矸石中含有大量硅离子和铝离子，如将其充分利用，制备成分子筛，一方面可以减轻其排放对环境造成的污染，一方面可以对煤矸石资源充分利用，为企业创造经济效益，还可以降低分子筛成本，如将之应用于矿区环境治理，可以实现矿区三废的有效治理，也能够减轻原料煤矸石和产品分子筛的运输成本，又可以利用分子

筛在土壤改良方面的有益效果，将其用于矿井回填，改善矿区的土质。分子筛的研究中，对于传统技术制备分子筛已经较为成熟了，但是在开发过程中如何降低成本，拓宽应用领域仍然是研究的重要课题，利用废弃资源制备低成本的分子筛，也可以为分子筛工业发展以致拓宽其应用领域都具有重要的意义。

合成工艺的优化

合成工艺的优化 有机合成工艺优化是物理化学与有机化学相结合的产物，是用化学动力学的方法解决有机合成的实际问题，是将化学动力学的基本概念转化为有机合成的实用技术。 转化率是消耗的原料的摩尔数除于原料的初始摩尔数。 选择性为生成目标产物所消耗的原料摩尔数除于消耗的原料的摩尔数。 收率为反应生成目标产物所消耗的原料的摩尔数除于原料的初始摩尔数。 转化率×选择性= 收率 反应中消耗的原料一部分生成了目标产物，一部分生成了杂质，少量原料依然存在于反应体系中。 反应的目标是提高收率，但是影响收率的因素较多，使问题复杂化。 化学动力学的研究目标是提高选择性，即尽量使消耗的原料转化为主产物。 只有温度和浓度是影响选择性的主要因素。在一定转化率下，主副产物之和是一个常数，副产物减少必然带来主产物增加。 提高转化率可以采取延长反应时间，升高温度，增加反应物的浓度，从反应体系中移出产物等措施。

而选择性虽只是温度和浓度的函数，看似简单，却远比转化率关系复杂。因此将研究复杂的收率问题转化为研究选择性和转化率的问题，可简化研究过程。 2．选择性研究的主要影响因素 提高主反应的选择性就是抑制副反应，副反应不外平行副反应和连串副反应两种类型。平行副反应是指副反应与主反应同时进行，一般消耗一种或几种相同的原料，而连串副反应是指主产物继续与某一组分进行反应。主副反应的竞争是主副反应速度的竞争，反应速度取决于反应的活化能和各反应组分的反应级数，两个因素与温度和各组分的浓度有关。因此选择性取决于温度效应和浓度效应。可是，活化能与反应级数的绝对值很难确定。但是我们没有必要知道它们的绝对值，只需知道主副反应之间活化能的相对大小与主副反应对某一组分的反应级数的相对大小就行了。我们知道，升高温度有利于活化能高的反应，降低温度有利于活化能低的反应，因此选择反应温度条件的理论依据是主副反应活化能的相对大小，而不是绝对大小。 （1）温度范围的选择：在两个反应温度下做同一合成实验时，可以根据监测主副产物的相对含量来判断主副反应活化能的相对大小，由此判断是低温还是高温有利于主反应，从而缩小了温度选择的范围。实际经验中，一般采取极限温度的方式，低温和高温，再加上二者的中间温度，可判断出反应温度对反应选择性的影响趋势。 （2）某一组分浓度的选择：在同一温度下（第一步已经选择好的温度下），将某一组分滴加（此组分为低浓度，其他组分就是高浓

企业工艺优化

企业工艺优化 在今天经济高速发展的时代，各个企业也是在追求着效益最大化，怎样才能提高企业的整体效率以提升利润，合理利用有效资源，提升产品质量，拥有更大更强的竞争力呢？工艺优化是趋势可选，通过工艺优化，可以降低耗能、节约原料、提高产质量，使企业在不增加设备投资的条件下提高经济效益。 工艺优化的大致流程主要有一下几部分： ◆产品分析 同科研究所通过委托企业的产品及目标产品对比分析、配方分析等系列分析服务，可助力企业明晰产品缺陷、明确产品定位、找准发展方向。 通过配方分析可以快速让您获取目标样品的配方数据、组成成分、含量等，为您节约研发周期及成本，缩短你产品开发周期，占得市场先机，是目前很有效的化学分析方法之一。这种方法被广泛运用于精细化学品及高分子领域，如：胶黏剂、油墨、涂料、清洗剂、塑料、橡胶等，特别是精细化学品行业尤为突出，通过配方分析可以快速有效的确定目标产品或样品的组成成分、元素或原料等成分。 ◆配方优化 配方优化问题是材料领域中的一个重要研究内容。为了获得性能优异、能满足使用要求的配方,需根据产品的性能要求和工艺条件,通过试验、优化、鉴定,合理地选用原材料,确定各种原材料的用量配比关系。对于这样一个复杂的多目标配方体系,试验方法的设计就显得尤为重要。 通过配方优化服务，可根据委托方具体要求，有效通过配方调整实现性能提升、价格控制、加工性能提升等多项目标。对于“产品改进”等需求的客户来说，这是快而有效的方法之一，比起传统化工企业自身摸索实验，效率可提升80%以上，大大加快企业发展。

◆材料开发 材料开发能够给企业带来优越性，增强竞争能力。多年来，同科研究所坚持以材料开发、新材料孵化为导向，功能高分子材料推广为目标，在特种功能高分子、特种橡塑材料、助剂方面不断前进，配合独创配方分析技术，可高效实现材料孵化上市。 ◆原材控制 优化产品质量可以从根源入手，原材控制是保证生产或加工的成品的质量或寿命的源头。根据委托企业具体要求，帮助企业进行原材料筛选、供应商控制、采购定点检验等多项服务。 ◆工业诊断 针对产品企业在生产过程中遇到的各类问题予以工业诊断，并做出科学、经济的解决方案和后期生产指导，提供生产设备调试、生产过程控制、产品应用指导的一条龙服务，为企业持续健康运转提供坚强的保障。 ◆工艺改进 以企业现有工艺、技术为基础，以个例客户和行业潜在需求为导向，提供各项工艺、配方改进，是企业研发的有机补充，为企业在行业内保持领先提供的坚强的技术支持。

微生物发酵工艺优化研究进展

龙源期刊网 https://www.sodocs.net/doc/bf6479427.html, 微生物发酵工艺优化研究进展 作者：张锐 来源：《海外文摘·学术》2017年第03期 摘要：近些年，在有关技术领域中微生物的发酵技术已得到了非常广泛的应用，特别在医药行业内应用此种技术十分普遍。微生物科技发展非常快，因此，人们也有不断深入的研究微生物的发酵工艺。为此，本文对影响微生物发酵的培养条件和培养基进行了分析，又对优化微生物发酵工艺的办法进行了讨论研究，为微生物工程的发展提供参考价值。 关键词：发酵工艺；微生物；培养条件；工艺优化；培养基 中图分类号：TQ920.6 文献标识码：A 文章编号：1003-2177（2017）03-0058-02 1 微生物发酵受培养基的影响 微生物在进行生长、代谢时，培养基能供给微生物发酵所需要的能量与营养物质，对合成发酵产物的效率和产品的质量保障来讲有着重要意义。在进行微生物发酵时，因其发酵条件与菌种的差异和不同的发酵阶段，需要培养基的成分也不同。一般情况下，微生物生长需要的营养要素有生长因子，碳源，无机盐和氮源四类。 1.1 选择氮源与碳源作发酵的培养基 氮源为微生物提供含氮的有机物与蛋白质，并且，还是合成含氮产物的参与者。氮源主要是有机氮源与无机氮源两种，如豆粉，氨盐，蛋白胨与硝酸盐等。碳源能够为微生物提供能量来源，形成产物和构建细胞。碳源的形式有油脂，多糖，单糖，天然复合物，双糖等，如豆油，葡萄糖，淀粉与蔗糖等。选择发酵的培养基中要有均衡的碳源与氮源比，确保其菌体能够正常生长，而且还有利于合成产物的速率。 1.2 无机盐对发酵培养基的影响 微生物的生长和生成的代谢产物都与无机盐有关重要关系。微生物在进行生长代谢时，构成的辅酶中有磷的参与，它是构成微生物生长，代谢的重要因素。有些菌种的发酵产物中包含磷酸根，因此在进行培养基发酵时，添加很多的磷酸盐，这利于产物快速合成。在微生物发酵中钙离子对细胞的生理状况起到了调节作用，例如，使细胞膜的通透性降低，维持细胞状态等。很多酶都用镁来作催化剂。微生物生长所需微量元素有很多，如，钴，铁，锌，锰等。经研究证明，枯草芽孢杆菌的生长中需要锰离子的参与，在发酵培养基中添加适量的氯化锰，可以提升枯草芽孢杆菌生成的发酵物中抑菌物质的活性。 2 微生物发酵受培养条件的影响

微生物发酵培养基的优化方法

工业发酵进展

微生物发酵培养基的优化方法 对于微生物的生长及发酵，其培养基成份非常复杂，特别是有关微生物发酵的培养基，各营养物质和生长因子之间的配比，以及它们之间的相互作用是非常微妙的。面对特定的微生物，人们希望找到一种最适合其生长及发酵的培养基，在原来的基础上提高发酵产物的产量，以期达到生产最大发酵产物的目的。发酵培养基的优化在微生物产业化生产中举足轻重，是从实验室到工业生产的必要环节。能否设计出一个好的发酵培养基，是一个发酵产品工业化成功中非常重要的一步。以工业微生物为例，选育或构建一株优良菌株仅仅是一个开始，要使优良菌株的潜力充分发挥出来，还必须优化其发酵过程，以获得较高的产物浓度（便于下游处理），较高的底物转化率（降低原料成本）和较高的生产强度（缩短发酵周期）。设计发酵培养基时还应时刻把工 实验室最常用的优化方法是单次单因子法，这种方法是在假设因素间不存在交互作用的前提下，通过一次改变一个因素的水平而其他因素保持恒定水平，然后逐个因素进行考察的优化方法。但是由于考察的因素间经常存在交互作用，使得该方法并非总能获得最佳的优化条件。另外，当考察的因素较多时，需要太多的实验次数和较长的实验周期[3]。所以现在的培养基优化实验中一般不采用或不单独采用这种方法，而采用多因子试验。 2.多因子试验 多因子试验需要解决的两个问题: (1)哪些因子对响应具有最大(或最小)的效应，哪些因子间具有交互作用。 (2)感兴趣区域的因子组合情况，并对独立变量进行优化。

3.正交实验设计 正交实验设计是安排多因子的一种常用方法，通过合理的实验设计，可用少量的具有代表性的试验来代替全面试验，较快地取得实验结果。正交实验的实质就是选择适当的正交表，合理安排实验的分析实验结果的一种实验方法。具体可以分为下面四步： （1）根据问题的要求和客观的条件确定因子和水平，列出因子水平表； （2）根据因子和水平数选用合适的正交表，设计正交表头，并安排实验； （3）根据正交表给出的实验方案，进行实验； （4）对实验结果进行分析，选出较优的“试验”条件以及对结果有显著影响的因子。 正交试验设计注重如何科学合理地安排试验，可同时考虑几种因素，寻找最佳因 次 报道。CastroPML报道用此法设计20种培养基，做24次试验，把gamma干扰素的产量提高了45%。 6.部分因子设计法 部分因子设计法与P1ackett-Burman设计法一样是一种两水平的实验优化方法，能够用比全因子实验次数少得多的实验，从大量影响因子中筛选出重要的因子。根据实验数据拟合出一次多项式，并以此利用最陡爬坡法确定最大响应区域，以便利用响应面法进一步优化。部分因子设计法与Plaekett-Burman设计法相比实验次数稍多，如6因子的26-2部分因子设法需要进行20次实验，而Plackett-Burman设计法只需要7次实验。 7.响应面分析法

发酵工艺优化

发酵工艺优化 从摇瓶试验到中试发酵罐试验的不同之处 1、消毒方式不同，摇瓶是外流蒸汽静态加热（大部分是这样的），发酵罐是直接蒸汽动态加热，部分的是直接和蒸汽混合，会因此影响发酵培养基的质量，体积，PH，透光率等指标。扩大时摇考虑 2、接种方式不同，摇瓶是吸管加入，发酵罐是火焰直接接种（当然有其他的接种方式），要考虑接种时的菌株损失和菌种的适应性等。 3、空气的通气方式不同，摇瓶是表面直接接触。发酵罐是和空气混合接触，考虑二氧化碳的浓度和氧气的融解情况。 4、蒸发量不同，摇瓶的蒸发量不好控制，湿度控制好的话，蒸发量会少。发酵罐蒸发量大，但是可以通过补料解决的。 5、搅拌方式不同，摇瓶是摇转方式进行混合搅拌，对菌株的剪切力较小。发酵罐是直接机械搅拌，注意剪切力的影响和无菌的影响。 6、PH的控制，摇瓶一般通过碳酸钙和间断补料控制PH，发酵可以直接流加控制PH，比较方便。 7、温度控制，摇瓶是空气直接接触或者传热控制温度，但是发酵罐是蛇罐或者夹套水降温控制，注意降温和加热的影响。 8、注意染菌的控制方法不一样，发酵罐根据染菌的周期和染菌的类型等可以采取一些必要的措施减少损失。 9、发酵罐可以取样或者仪表时时检测，但是摇瓶因为量小不能方便的进行控制和检测。 10、原材料不一样，发酵所用原材料比较廉价而且粗旷，工艺控制和摇瓶区别很大等等 发酵工艺中补料的作用 补料分批培养(fed—batch culture简称FBC)是指在分批培养过程中、间歇或连续地补加一种或多种成分的新鲜培养基的培养方法、与传统的分批集中补料培养相比、它有以下优点： (1)可以避免在分批发酵中因—次投料过多造成发酵液环境突变，造成菌丝大量生长等问题，改善发酵液流变等性质，使得发酵过程泡沫得以控制，节省消泡剂，并提高了装罐系数。 (2)可以控制细胞质量，以提高芽抱的比例，并使pH得以稳定。 (3)可以解除底物抑制，产物反馈抑制和分解阻遏。 (4)可以使“放料和补料”方法得以实施。该方法在发酵后期、产生了一定数量代谢产物后，在发酵液体积测量监控下，放出一部分发酵液，同时连续补充——部分新鲜营养液，实现连续带放、既有利于提高产物产量．又可降低成本，使得发酵指数得以大幅度提高。 (5)利用FBC技术、可以使菌种保持最大的生产力状态．随着传感技术以及对发酵过程动力学理沦深入研究、用模拟复杂的数学模型使在线方式实最优控制成为可能。 连续补料控制目前采用有反馈控制和无反馈控制两种方式。有反馈控制：选择与过程直接关系的可检测参数作为控制指标，例如可以测量、控制发酵液PH、采用定量控制葡萄糖流加。稳定PH在次级代谢最旺盛水平。而无反馈控制FBC是指无固定的反馈参数，以经验和数学模型相结合的办法来操作最优化控制、从而使抗生素发酵产量得以大幅度提高。例如发酵过程中前体的补加。由此可见，要实现对发酵过程的有效控制，就先要解决补科的连续控制问题。 目前国外发酵生产过程连续补料采用：流量计(电磁流量计、液体质量流量计)、小型电动、气动隔膜调节阀和控制器来实现连续补料控制。菜发酵工厂在中试试验中还成功地运用了电子称加三阀控制的自动补科系统 至于装液量的问题，应该从以下几个方面考虑： 1、保持在你所需要的转速培养情况下（尤其是在后期，菌丝很多时，转速很高时），不能让发酵液把你的塞子湿掉，容易造成染菌。 2、装液量的体积在消毒过程中，不能因为沸腾把塞子湿掉，或者跑出三角瓶，装液量太多会出现这样的情况。很容易染菌。 3、根据你的菌种的情况和发酵液的粘度，需要的混匀程度等等方面也要考虑。 4、建议你做一个梯度试验（40－50－60－70－80等）就可以找到你所需要的装液量。 关于剩余空气的排除在灭菌完毕后（100度左右），立刻用盖子或者其他的用品把你的培养摇瓶盖好，有时候这么点空气根本对兼性厌氧发酵没有什么影响，如果你的菌种要求很严的话，最好用干冰加入已经灭菌的空摇瓶后，立刻用其他的样品培养基分装即可。当然也可以用氮气。最好是二氧化碳。 你可以再查查看是否有其他的方法，我说的也不完全。！！

关于工艺流程优化的分析

关于化工工艺流程优化的分析 摘要：工艺流程的优化属于化工系统工程学研究的范围，它主要是研究在一定的条件下，如何用最合适的生产路线和生产设备，以及最节省的投资和操作费用，合成最佳的工艺流程。工艺流程也是实现产品生产的技术路线，通过对工艺流程的研究及优化，能够尽可能的挖掘出设备的潜能，找到生产瓶颈，寻求解决的途径，以达到产量高、功耗低和效益高的生产目标。 关键字：工艺流程，优化 一、化学工艺、化工工艺流程基本概念 化学工艺，即化工技术或化学生产技术，指将原料物主要经过化学反应转变为产品的方法和过程，包括实现这一转变的全部措施。化学工艺在高等学校的课程设置中，有工业化学和化学工艺学，两种课程仅在名称上不同，其内容均与上述化学生产技术的一般内容大体相似。化学生产过程一般地可概括为三个主要步骤：①原料处理。为了使原料符合进行化学反应所要求的状态和规格，根据具体情况，不同的原料需要经过进化、提浓、混合、乳化或粉碎（对固体原料）等多种不同的预处理。②化学反应。这是生产的关键步骤。经过预处理的原料，在一定的温度、压力等条件下进行反应，以达到所要求的反应转化率和收率。反应类型是多样的，可以是氧化、还原、复分解、磺化、异构化、聚合、焙烧等。通过化学反应，获得目的产物或其混合物。③产品精制。将由化学反应得到的混合物进行分离，除去副产物或杂质，以获得符合组成规格的产品。以上每一步都需在特定的设备中，在一定的操作条件下完成所要求的化学的和物理的转变。 化工工艺流程是由若干个具有独立的化工过程的工序所组成的，其结构一般都比较复杂，如果对整个工艺流程寻优，则涉及的影响因素及变量的数目太多，而不容易做出优化结论，如果把流程分解成一若干化工过程表示的工序，先对每个单一的化工过程寻优，则可运用有关的化学工程理论进行优化分析。在生产过程控制中，工艺优化是以原有生产工艺为基础，通过对生产流程、工艺条件、原辅料的深入研究，针对生产关键、工艺薄弱环节,组织技术人员改进工艺，使生产成本降低，生产过程、工艺条件达到最优化。对生产工艺流程的优化，除了技术上的参数优化调整、设备优化改造外，要想获得更大的突破、尤其是解决瓶颈

脂肪酶产生菌发酵条件的优化

绵阳师范学院 本科生毕业论文（设计） 题目脂肪酶产生菌M-6-2发酵条件的优化专业生物技术 院部生命科学与技术学院 学号0811420218 姓名杜长蔓 指导教师李俊刚 答辩时间2012年5月 论文工作时间：2011 年7 月至2012 年5 月

脂肪酶产生菌M-6-2发酵条件的优化 学生：杜长蔓 指导老师：李俊刚 摘要：本文对绵阳师范学院微生物实验室筛选和鉴定的产脂肪酶细菌 M-6-2的生长动力学和产酶动力学进行了研究；通过单因素实验和正交试验，对脂肪酶产生菌M-6-2 摇床发酵产脂肪酶的培养基组成和培养条件进行优化，得出较佳的产酶培养基组成配方为：1.5%淀粉+0.5%酵母膏为碳源、4.5%豆饼粉 +1.5%硝酸铵为最佳的氮源、0.05%磷酸氢二钠和0.15%硫酸镁；最优的发酵条件为：初始pH7.5，接种量1.5 %，装液量20ml/250ml，发酵温度35℃，在转速180r/min 下，培养16h，经过优化后发酵液脂肪酶酶活力最高可达到15.60 U/ml,较优化前提高了49.57%。脂肪酶产生菌M-6-2与国内文献报道的产脂肪酶细菌相比产酶活力高。对该菌株发酵条件进行优化后，为生产性试验打下了基础。 关键词：脂肪酶产生菌M-6-2；脂肪酶；发酵条件；优化；正交试验；

Lipase to produce bacteria M-6-2 Optimization of fermentation conditions Undergraduate: Du Changman Supervisor: Li Jun Gang Abstract: In this paper, Laboratory screening and identification of lipase production by bacteria in the M-6-2 growth kinetics and enzyme production kinetics were studied; through single factor experiments and orthogonal test, the lipase to produce bacteria M-6-2 shaker fermentation lipase medium composition and culture conditions were optimized to come to a better enzyme production medium composition formula: 1.5% starch and 0.5% yeast extract as carbon source, 4.5% of the soybean powder and 1.5% ammonium nitrate for the best source of nitrogen, 0.05% disodium hydrogen phosphate and 0.15% magnesium sulfate. Optimal fermentation conditions were: initial pH 7.5, 1.5% of the inoculum size, liquid volume 20ml/250ml, fermentation temperature 35 ° C, in the speed 180r/min next, cultured 16h After optimization of the fermentation broth lipase activity can reach 49.57% to 15.60 U / ml, compared to before optimization. Lipase to produce bacteria M-6-2 and reported in China in the production of lipase bacteria compared to the high activity of enzyme production. Of the strain fermentation conditions optimized, laid the foundation for the production of test. Key words: Lipase producing strain M-6-2；lipase ；fermentation conditions； optimization ；orthogonal test

沸石分子筛膜的合成方法

沸石分子筛膜的合成方法 人工制备分子筛的合成得到的一般是松散的晶粒，要得到致密的分子筛膜，分子筛晶体之间必须互生，在多孔载体上定向长成致密层，具有一定的渗透性能。近年来，随着膜技术的发展，分子筛膜制备技术取得了不小的进展，常用的有原位生长法，二次晶种法和微波合成法，此外，还有溶胶-凝胶法、嵌入法、蒸汽相法等。 一、原位水热法 原位生长法采用与分子筛粉末合成相同的方法，将载体、硅源、铝源、模板剂、碱和水按照一定的生长比例加入反应釜中，在一定温度和自生压力下水热晶化，多孔材料在载体表面附着生长，多孔载体表面生长一层致密的分子筛膜层。使用该方法已经成功制备的分子筛膜有MFI、A、SAPO-34和八面沸石膜、丝光沸石膜等。原位水热合成中，沸石膜经历成核期和生长期两个阶段。成核期，母液中的营养随着水热能量的给与而随机成核，附着在载体上，也有部分散落在营养液中；生长期，已经生成的晶核不断原位长大，载体上附着的晶核也长大并互生，连成一片致密的膜层。 膜是由分子筛晶粒互生相连而成。生长液中硅铝比、碱浓度、模板剂的比例、温度和晶化时间都对合成的膜有影响，载体的适当修饰也会对提高分子筛膜的质量。该制备方法设备简单，方法易行，易实现大批量生产，具有工业化前景。不足之处在于可控性差，晶体要优先在载体表面成核而不是溶液主体，受载体表面性质影响和晶核随机生长的影响，膜层的生长很容易不均匀，难致密，膜层厚度不易控制。该方法比较适用于管状的载体生长沸石分子筛膜。迄今为止，人们已经成功的在石英、金属、氧化铝、玻璃等多孔材料表面原位合成了高质量的MFI 型分子筛膜。而且对合成的分子筛膜进行了气体分离和液体渗透汽化分离等测试，膜表现良好。 二、二次晶种法 二次晶种法，顾名思义，先要合成纳米级或者微米级的晶种，然后将纳米晶涂覆在载体的一侧表面，再将载体置于二次生长的母液中水热晶化成膜。合成的晶种的尺寸最好控制在纳米级别，将得到的纳米晶种洗干净后使之均匀分散在溶剂中，得到晶种的悬浮液。然后采用一定的办法，例如沾取涂布法、滴涂法，旋

发酵工艺优化

发酵工艺优化 发酵工艺优化 从摇瓶试验到中试发酵罐试验的不同之处 1、消毒方式不同，摇瓶是外流蒸汽静态加热（大部分是这样的），发酵罐是直接蒸汽动态加热，部分的是直接和蒸汽混合，会因此影响发酵培养基的质量，体积，PH，透光率等指标。扩大时摇考虑 2、接种方式不同，摇瓶是吸管加入，发酵罐是火焰直接接种（当然有其他的接种方式），要考虑接种时的菌株损失和菌种的适应性等。 3、空气的通气方式不同，摇瓶是表面直接接触。发酵罐是和空气混合接触，考虑二氧化碳的浓度和氧气的融解情况。 4、蒸发量不同，摇瓶的蒸发量不好控制，湿度控制好的话，蒸发量会少。发酵罐蒸发量大，但是可以通过补料解决的。 5、搅拌方式不同，摇瓶是摇转方式进行混合搅拌，对菌株的剪切力较小。发酵罐是直接机械搅拌，注意剪切力的影响和无菌的影响。 6、PH的控制，摇瓶一般通过碳酸钙和间断补料控制PH，发酵可以直接流加控制PH，比较方便。 7、温度控制，摇瓶是空气直接接触或者传热控制温度，但是发酵罐是蛇罐或者夹套水降温控制，注意降温和加热的影响。 8、注意染菌的控制方法不一样，发酵罐根据染菌的周期和染菌的类型等可以采取一些必要的措施减少损失。 9、发酵罐可以取样或者仪表时时检测，但是摇瓶因为量小不能方便的进行控制和检测。 10、原材料不一样，发酵所用原材料比较廉价而且粗旷，工艺控制和摇瓶区别很大等等 发酵工艺中补料的作用 补料分批培养(fed—batch culture简称FBC)是指在分批培养过程中、间歇或连续地补加一种或多种成分的新鲜培养基的培养方法、与传统的分批集中补料培养相比、它有以下优点： (1)可以避免在分批发酵中因—次投料过多造成发酵液环境突变，造成菌丝大量生长等问题，改善发酵液流变等性质，使得发酵过程泡沫得以控制，节省消泡剂，并提高了装罐系数。 (2)可以控制细胞质量，以提高芽抱的比例，并使pH得以稳定。 (3)可以解除底物抑制，产物反馈抑制和分解阻遏。 (4)可以使“放料和补料”方法得以实施。该方法在发酵后期、产生了一定数量代谢产物后，在发酵液体积测量监控下，放出一部分发酵液，同时连续补充——部分新鲜营养液，实现连续带放、既有利于提高产物产量．又可降低成本，使得发酵指数得以大幅度提高。 (5)利用FBC技术、可以使菌种保持最大的生产力状态．随着传感技术以及对发酵过程动力学理沦深入研究、用模拟复杂的数学模型使在线方式实最优控制成为可能。 连续补料控制目前采用有反馈控制和无反馈控制两种方式。有反馈控制：选择与过程直接关系的可检测参数作为控制指标，例如可以测量、控制发酵液PH、采用定量控制葡萄糖流加。稳定PH在次级代谢最旺盛水平。而无反馈控制FBC是指无固定的反馈参数，以经验和数学模型相结合的办法来操作最优化控制、从而使抗生素发酵产量得以大幅度提高。例如发酵过程中前体的补加。由此可见，要实现对发酵过程的有效控制，就先要解决补科的连续控制问题。 目前国外发酵生产过程连续补料采用：流量计(电磁流量计、液体质量流量计)、小型电动、气动隔膜调节阀和控制器来实现连续补料控制。菜发酵工厂在中试试验中还成功地运用了电子称加三阀控制的自动补科系统

发酵工艺优化

发酵工艺优化---现代发酵工业调控策略 发布日期：2010-04-10 来源：[标签:来源] 作者：[标签:作者] 浏览次数：716 发酵是细胞大规模培养技术中最早被人们认识和利用的。发酵技术在医药、轻工、食品、农业、环保等领域的广泛应用，使这一技术在国民经济发展中发挥着越来越重要的作用。为了提高发酵生产水平，人们首先考虑的是菌种的选育或基因工程的构建。而实际上，发酵工艺的优化，包括生物反应器中的工程问题，也同样非常重要。发酵环境条件的优化发酵环境条件的优化是发酵过程中最基本的要求，也是最重要、最难掌握的技术指标。温度、pH值、溶氧、搅拌转速、氨离子、金属离子、营养物浓度等的优化控制，依据不同的发酵而有所不同。同时，微生物在 发酵是细胞大规模培养技术中最早被人们认识和利用的。发酵技术在医药、轻工、食品、农业、环保等领域的广泛应用，使这一技术在国民经济发展中发挥着越来越重要的作用。为了提高发酵生产水平，人们首先考虑的是菌种的选育或基因工程的构建。而实际上，发酵工艺的优化，包括生物反应器中的工程问题，也同样非常重要。发酵环境条件的优化发酵环境条件的优化是发酵过程中最基本的要求，也是最重要、最难掌握的技术指标。温度、pH 值、溶氧、搅拌转速、氨离子、金属离子、营养物浓度等的优化控制，依据不同的发酵而有所不同。同时，微生物在生长的不同阶段、生产目的代谢产物的不同时期，对环境条件可能会有不同的要求。因此，应该在生物反应器内，使温度、pH值、溶氧、搅拌转速等不断变换，始终为其提供最佳的环境条件，以提高目的产物的得率。在发酵放大实验中，一般都很注重寻找最佳的培养基配方和最佳的温度、pH值、溶氧等参数，但往往忽视了细胞代谢流的变化。例如：在溶解氧浓度的测量与控制时，关心的是最佳氧浓度或其临界值，而不注意细胞代谢时的摄氧率；用氨水调节pH值时，关心的是最佳pH值，却不注意添加氨水时的动态变化及其与其他发酵过程的参数的关系，而这些变化对细胞的生长代谢却非常重要。基于此，华东理工大学的张嗣良提出了“以细胞代谢流分析与控制为核心的发酵工程学”的观点。他认为，必须高度重视细胞代谢流分布变化的有关现象，研究细胞代谢物质流与生物

发酵工艺条件的优化修订稿

发酵工艺条件的优化集团档案编码：[YTTR-YTPT28-YTNTL98-UYTYNN08]

发酵工艺条件的优化 发酵优化对于搞发酵的工作者而言是非常必需的，下面结合其他战友的一些经验之谈引出此专题，希望大家踊跃讨论，以其提高发酵水平和解决实际问题。 发酵工艺的优化在发酵行业起到很大的作用,尤其是在发酵生产中,它是提高发酵指标的一项非常,有用的技术手段.同时也是搞发酵行业的人的必备知识要求之一,借此我想通过和大家交流共同提高发酵方面的知识水平.发酵工艺优化方法与思路:发酵工艺优化的方法有很多,它们之间不是孤立的,而是相互联系的。在一种发酵中,往往是多种优化方法的结合,其目的就是发酵是细胞大规模培养技术中最早被人们认识和利用的。发酵技术在医药、轻工、食品、农业、环保等领域的广泛应用，使这一技术在国民经济发展中发挥着越来越重要的作用。为了提高发酵生产水平，人们首先考虑的是菌种的选育或基因工程的构建。而实际上，发酵工艺的优化，包括生物反应器中的工程问题，也同样非常重要。发酵环境条件的优化是发酵过程中最基本的要求，也是最重要、最难掌握的技术指标。温度、pH值、溶氧、搅拌转速、氨离子、金属离子、营养物浓度等的优化控制，依据不同的发酵而有所不同。同时，微生物在生长的不同阶段、生产目的代谢产物的不同时期，对环境条件可能会有不同的要求。因此，应该在生物反应器内，使温度、pH值、溶氧、搅拌转速等不断变换，始终为其提供最佳的环境条件，以提高目的产物的得率,在发酵放大实验中，一般都很注重寻找最佳的培养基配方和最佳的温度、pH值、溶氧等参数，但往往忽视了细胞代谢流的变化。例如：在溶解氧浓度的测量与控制时，关心的是最佳氧浓度或其临界值，而不注意细胞代谢时的摄氧率；用氨水调节pH值时，关心的是最佳pH值，却不注意添加氨水时的动态变化及其与其他发酵过程的参数的关系，而这些变化对细胞的生长代谢却非常重要。 注意:大家可以从以下各个方面进行交流.尽量能够分类进行叙述,我总结了以下几累,也不是很全,当然从其他的方面进行交流也可以,但是希望你注明附加说明!!!谢谢大家的参与!!!!!!!!!一. 好氧发酵1. PH 工艺的优化2. 溶氧工艺的优化3.原材料工艺的优化4.消毒(灭菌)工艺的优化5.菌种制备工艺的优化6.小试到中试,中试到生产等扩大实验的工艺优化7.成本工艺优化8.种子罐工艺的优化9.发酵罐工艺参数控制的优化10.仪表控制的工艺优化11.环境的工艺优化12.染菌处理的工艺优化13.紧急情况处理的工艺优化(停电\停水\停气\停汽等)14.补料工艺的优化15.倒种工艺的优化16发酵设备的工艺优化17.其他的工艺优化 二. 厌氧工艺的优化三.固体发酵的工艺优化四.其他1. PH工艺的优化A.配料中的PH 很重要,其中有配前PH,配后PH,消前PH,消后PH,接种前PH,工艺控制PH等,配前PH,配后PH,可以用来检测厡材料的质量,初步估计配料的情况,如果出了错误,有时候可以从PH中的变化看出来,能够减少错误的发生.B.另外,每次有新的配方我们总是要用PH方法检测其中的每种厡材料是否会和其他的发生反应,可以互相两两混合,检测PH的变化,也可以用来作为配微量元素的检测.C.消前PH可以用来减少消毒过程对培养基的破坏,因为培养基在消毒中会有PH的变化,在不同的PH条件下对培养基破坏也不一样,因此可以在消毒的时候选择合适的PH,消毒完后可以调节过来,这样一来可以对PH敏感的一些原材料减少破坏,这种方法在生产中已经取得了初步的成绩,提高了指标.D.工艺控制的PH,在发酵的产抗期间,通过在不同的发酵时间调整不同的P H,可以减少杂质的产生,同时还可以缓解溶氧,比如在头孢发酵中,通过在后期调整PH可以减少DCPC的含量,给提取工序带来很大的好处,E.补料罐通过PH的调节可以更好的通过流加物料而不影响发酵.(部分发酵在不同时期的PH有所不同,所以通过补料罐的调整可以对发酵指标有所提高)F.发酵过程中的PH调节可以通过各种方法,不一定要添加氨水和氢氧化钠,可以添加玉米桨等其他的物料来进行调节.G.控制放罐时的PH可以对后面的过滤有所影响,所以一定要控制好放罐前的PHH.绘制种子瓶和种子罐以及发酵罐等整个发酵过程的PH生长曲线,可以用来参考控制工艺,检测无菌情况的发生.A. 华东理工大学的张嗣良提出了“以细胞代谢流分析与控制为核心的发酵工程学”的观点。他认为，必须高度重视细胞代谢流分布变化

工艺优化方案确定

工艺优化方案确定 为保证处理出水SS稳定达标，以防二沉池出水水质波动，二沉池后增加过滤系统。目前常见的过滤有：V型滤池、变孔隙滤池、纤维过滤器、滤布滤池等。 V型滤池、变孔隙滤池和纤维过滤器等需要间段的反冲洗，反冲洗过程不能进水，反洗后存在一段滤池的恢复期，一般适用于大型水厂或自动控制较高的地方，对设备的数量和要求也亦较高，同时省却加药反应和沉淀池。滤布滤池适用于处理水量较大的污水处理厂，对于小水量污水不适用。 考虑本工程处理水量小，水质波动大的特点，采用近年来国内外逐渐受到采用的活性砂滤池，其出水效果稳定，控制简单，使用寿命长，加药量少，除磷、除SS效果明显，单套处理水量小，尤其适用于小水量的污水的净化处理。 在清水池中增加提升泵4台（二用二备）将污水提升至活性砂滤池并提供足够的动力。PAC加药管线通过管式混合器直接加入压力管线，充分混合反应后进入活性砂滤池过滤，过滤后的洗砂污泥回至污泥脱水系统。 洗砂配压缩空气，空压机房位于原有污水设备间，空气管线埋地敷设至活性砂滤池旁的储气罐调节气量气压后输送至活性砂滤器。 1活性砂砂过滤器工作原理和特点 整个砂滤系统的运行包括：水的连续净 化和砂的连续清洗。 ■水的连续净化 需要净化的原水由进水口①流入过 滤器,通过进水②和布水器③均匀地 进入过滤器内砂滤层的底部,原水从砂滤层 的底部向上流动，穿过砂滤层④。在上 流过程中,污染物被滤料截留, 原水得到连 续净化后进入净水区⑤净水通过砂滤系 统顶部的溢流堰⑥流出系统。 ■砂的连续清洗 在原水自下而上的过滤净化过程中，底

部的砂粒截流最多的污染物。 底部脏的砂粒⑦在气提泵⑧的作用下（压缩空气的气提作用），通过中心提砂管⑨被提升到系统顶部的洗砂器⑩脏砂先是在气提泵内被压缩空气激烈擦洗，再进入洗砂器⑩内清洗，砂粒在重力的作用下沿着洗砂器的曲径落下，并在洗砂器中被一小股反向流动的干净滤液冲洗，冲洗干净的砂落到砂滤层的顶部，在重力的作用下不停地向下流动，形成缓慢向下运动的流砂过滤层。 冲洗后的脏水在溢流堰⑥和排污管○11的液位差的作用下被排出砂滤系统。过滤器清洗水自用水量不超过总进水量的5%。 2设备型号及数量 型号：SF-50 数量：2套 3活性砂过滤器主要技术参数及材质 3.1技术参数 设备名称：活性砂过滤器数量（台）2 设备型号：SF-50 项目工艺技术参数 性能参数 处理水量30m3/h 数量（套） 2 单套过滤面积（m2） 5 滤床高度（mm）2000 设备高度6120mm 罐体直径2600mm 空气量180L/min 材料 罐体碳钢防腐 布水器不锈钢304 洗砂器不锈钢304 导砂斗不锈钢304 中心提砂管PPR 中心提砂管套管不锈钢304 空气控制箱数量（套） 1 规格1控2

工艺优化方法

1．合成工艺的优化主要就是反应选择性研究 有机合成工艺优化是物理化学与有机化学相结合的产物，是用化学动力学的方法解决有机合成的实际问题，是将化学动力学的基本概念转化为有机合成的实用技 术。 首先分清三个基本概念转化率、选择性、收率。转化率是消耗的原料的摩尔数除于原料的初始摩尔数。选择性为生成目标产物所消耗的原料摩尔数除于消耗的原料的摩尔数。收率为反应生成目标产物所消耗的原料的摩尔数除于原料的初始摩尔数。可见，收率为转化率与选择性的乘积。可以这样理解这三个概念，反应中消耗的原料一部分生成了目标产物，一部分生成了杂质，为有效好的原料依然存在于反应体系中。生成目标产物的那部分原料与消耗的原料之比为选择性，与初始原料之比为收率，消耗的原料与初始原料之比为转化率。 反应的目标是提高收率，但是影响收率的因素较多，使问题复杂化。化学动力学的研究目标是提高选择性，即尽量使消耗的原料转化为主产物。只有温度和浓度是影响选择性的主要因素。在一定转化率下，主副产物之和是一个常数，副产物减少必然带来主产物增加。提高转化率可以采取延长反应时间，升高温度，增加反应物的浓度，从反应体系中移出产物等措施。而选择性虽只是温度和浓度的函数，看似简单，却远比转化率关系复杂。因此将研究复杂的收率问题转化为研究选择性和转化率的问题，可简化研究过程。 2．选择性研究的主要影响因素 提高主反应的选择性就是抑制副反应，副反应不外平行副反应和连串副反应两种类型。平行副反应是指副反应与主反应同时进行，一般消耗一种或几种相同的原料，而连串副反应是指主产物继续与某一组分进行反应。主副反应的竞争是主副反应速度的竞争，反应速度取决于反应的活化能和各反应组分的反应级数，两个因素与温度和各组分的浓度有关。因此选择性取决于温度效应和浓度效应。可是，活化能与反应级数的绝对值很难确定。但是我们没有必要知道它们的绝对值，只需知道主副反应之间活化能的相对大小与主副反应对某一组分的反应级数的相对大小就行了。我们知道，升高温度有利于活化能高的反应，降低温度有利于活化能低的反应，因此选择反应温度条件的理论依据是主副反应活化能的相对大 小，而不是绝对大小。 （1）温度范围的选择：在两个反应温度下做同一合成实验时，可以根据监测主

工艺优化管理方案

工艺管理方案 为了确保生产工艺稳定运行，各产品质量及过程控制符合规定要求，结合合成二车间生产实际情况，现将各岗位生产工艺做出以下几点要求： 一、合成岗位 1、加强对原材料质量抽查力度，并确保各种原材料投料比准确，严禁出现多投或少投甚至错投的现象； 2、各合成工每班必须对三乙胺计量槽进行排底，在操作记录上写清各种原材料实际投入量及各种原材料含量及水分； 3、对解聚、加成、缩合各阶段反应时间及保温时间做出明确要求，解聚在48--50℃间保温不得少于50分钟，加成在42--43℃间保温不得少于60分钟，缩合在52--53℃间保温不得少于70分钟，各阶段过程控制中严禁出现温度波动大及超温现象； 4、必须将合成液降至35℃以下才可以出料，打料前合成工要与脱醇小班长进行合成液打料交接并确认签字。 二、脱醇岗位 1、盐酸加入量必须准确，696/含量，严禁私自多加或少加； 2、加完盐酸至放合成液的时间不能超过1.5小时； 3、脱醇釜温度低于35℃时加合成液。 4、从加合成液起15分钟内必须关闭放料阀门。 5、合成液加完后温度需控制在50℃以下，约15分钟后排水升温。 6、升温时应遵循“先慢后快”的原则。55-65℃，控制在45分钟左右，65-75℃、75-85℃各为1小时左右。从升温-85℃，时间不得低于2.5小时，从升温 --停气出料，为6.5-7.5小时。 7、物料变黄后，保温30分钟。 8、出料时，温度最佳控制在119±2℃，最高不超过125℃。并加入清洗水300L（含洗釜和洗管道的水）。 三、乙胺回收岗位 1、控制指标 母液中和PH值 10.50-10.80 三乙胺塔底温度 100℃～110℃ 三乙胺塔顶温度 92.5℃～95.5℃ 三乙胺水分≤0.20% 2、操作要求：中和温度控制在45--55℃，PH值在10.50—10.80之间，中和后的料液进入三乙胺分离器，分离时间不得少于15分钟；三乙胺精馏过程中严格控制进料量，保证塔底、塔底温度，确保排除的废母液中兑碱无三乙胺气味。 四、甲醇回收岗位 1、控制指标 老塔：甲缩醛塔底温度：77℃-80℃ 甲缩醛塔顶温度：39℃-41℃ 甲醇塔底温度：102℃-105℃ 甲醇塔顶温度：63--65℃ 新塔：甲缩醛塔底温度：80℃-88℃ 甲缩醛塔顶温度：41℃-45℃

沸石分子筛如何制备合成

沸石分子筛及其复合材料新型合成方法研究进展 沸石分子筛作为离子交换材料、吸附剂、催化剂等，在化学工业、石油化工等领域发挥着重要作用。随着新材料领域和电子、信息等行业的不断发展，其使用范围已经跳出传统行业，在诸如新型异形分子筛吸附剂、催化剂和催化蒸馏元件、气体和液体分离膜、气体传感器、非线性光学材料、荧光材料、低介电常数材料和防腐材料等方面得到应用或具有潜在的应用前景。因此，沸石分子筛的制备方法也越来越受到人们的关注。 沸石分子筛传统的制备方法主要包括水热法、高温合成法、蒸汽相体系合成法等，但随着组合化学技术在材料领域应用的不断扩大，20世纪90年代末人们将组合化学的概念与沸石分子筛水热法结合，建立了组合水热法。将组合化学技术应用到沸石分子筛水热合成之中，加快了合成条件的筛选与优化。除此之外，气相转移和干胶法等新型制备方法也被提出并应用于实践，本文对这些方法进展进行简单概述。 1. 组合化学水热法 组合化学是一种能建立化学库的合成方法，其大的优势是能在短时间内合成大量的化合物，从而达到快速、高效合成与筛选的目的。水热法合成沸石分子筛及相关材料，要考察的因素比较多，包括多种反应原料的选择及配比、反应温度及反应时间等。使用组合化学法可以减轻实验工作量和劳动强度，大大提高工作效率。 ·石墨烯·分子筛·碳纳米管·黑磷·类石墨烯·纳米材料 江苏先丰纳米材料科技有限公司是国际上提供石墨烯产品很早的公司之一，现专注于石墨烯、

利用组合化学水热法制备沸石分子筛，设计了一种组合反应釜，即在圆形聚四氟乙烯片上钻100个小孔，然后在其上、下表面分别用不锈钢片夹紧，形成100个水热反应器，将不同配比的水热合成液分别置于各反应器中。在一定条件下，和传统水热法一样合成沸石分子筛。他们对Na2O-Al2O3-SiO2-H2O的四组分体系进行了考察，比较了使用传统的水热法和组合水热法的差别，证实了组合化学的高效性和快速筛选性。在此基础上，科学家对组合水热法进行了改进，设计出易于自动化X射线衍射测定的装置，并用这种方法对TS-1分子筛的合成配方进行了筛选。 组合化学水热法在分子筛的制备和无机材料合成方面已有一定的应用，但其应用还很有限。同时，要利用组合化学水热法，具备以下特点：（1）每次合成要产生出尽可能多的平行结果；（2）减少每组试样量；（3）增加合成与表征过程中的自动化程度；（4）实验过程与计算机充分结合，提高实验效率。 2. 气相转移法 2.1 气相转移法制备分子筛粉末 气相转移法可用于制备MFI、FER、MOR等结构的沸石分子筛。Zhang等利用气相转移法合成了ZnAPO-34和SAPO-34分子筛，证明水是气相法合成磷铝分子筛不可缺少的组分。后来，也有人利用气相法合成了AFI和AEI的磷铝分子筛，验证了水在合成过程中的作用。在n(P2O5)/n(Al2O3)=1时，分别用三乙胺和二正丙胺与水作为模板剂合成了AlPO4-5和AlPO4-11分子筛。 ·石墨烯·分子筛·碳纳米管·黑磷·类石墨烯·纳米材料 江苏先丰纳米材料科技有限公司是国际上提供石墨烯产品很早的公司之一，现专注于石墨烯、