CN102838497B

CN102838497B - 一种甘氨酸的清洁生产工艺

Info

Publication number: CN102838497B
Application number: CN201210331472.6A
Authority: CN
Inventors: 赵经纬; 谢柏明; 邱晖; 丁国良; 汪勇; 潘旭东; 滕燕
Original assignee: Hangzhou Tianchuang Environmental Technology Co Ltd
Current assignee: Hangzhou Tianchuang Environmental Technology Co Ltd
Priority date: 2012-09-10
Filing date: 2012-09-10
Publication date: 2015-04-22
Anticipated expiration: 2032-09-10
Also published as: CN102838497A

Abstract

本发明涉及一种甘氨酸的清洁生产工艺，其以氯乙酸氨解法为基础所生产的甘氨酸与氯化铵的混合溶液为原料，采用电渗析的方法分离甘氨酸和氯化铵优点：本发明具有一是以传统氯乙酸氨解法为基础，采用电渗析技术进行的清洁制备工艺，没有化学反应，无需外加任何原料，因此得到的产品质量好、收率高；二是不产生任何副产物，无三废污染，避免了传统工艺中大量富含氯甲醛的废水的产生；三是电渗析过程中淡液和浓液可以循环使用，节约了甘氨酸的生产成本。

Description

一种甘氨酸的清洁生产工艺

技术领域

本发明涉及一种化学产品甘氨酸的制备工艺，特别是一种甘氨酸的清洁生产工艺。

背景技术

甘氨酸（Gly)，是氨基酸系列中结构最为简单，人体非必需的一种氨基酸，在分子中同时具有酸性和碱性官能团，在水溶液中为强电解质，在强极性溶剂中溶解度较大，基本不溶于非极性溶剂，而且具有较高的沸点和熔点，通过水溶液酸碱性的调节可以使甘氨酸呈现不同的分子形态。其中工业级的甘氨酸主要是作农药中间体，是除草剂草甘磷的主要原料。目前，工业化生产甘氨酸的技术主要有氯乙酸氨解法、施特雷克法(cstercker法)、氢氰法合成甘氨酸及生物合成法等，其中国内主要以传统工艺的氯乙酸氨解法为主。该传统工艺是在醇相中以乌洛托品、氯乙酸、氨水(氨气或液氨均可)为原料合成。目前国内甘氨酸的生产以此方法为主，产率在70%左右。氯乙酸氨解法的优点是原料易得，合成工艺简单，对设备要求不高，易操作，基本无公害。缺点是反应时间较长，副产氯化铵等无机盐类物质难以除去，产品质量差，精制成本高；同时，该工艺产生大量富含无机盐（氯化铵）和甲醛的废水，所要求的环保处理费用较高，而且作为催化剂的乌洛托品难以回收循环使用，造成原料的极大浪费，使生产成本增加。一吨产品排出三吨严重超过国家排放标准的废水，尽管有专利200510069080.7、专利200510117616.8等专利技术的处理废水的方法，但是这明显增加了工艺的流程及成本费用。如氯乙酸氨解法甘氨酸合成工艺的研究（出自《化学工业与工程技术》第31卷第6期）一文中对氯乙酸氨解法进行了进一步的研究，尽管在工艺效率上有了进一步的提高，但是还是需要加入大量的甲醇去醇析出甘氨酸，而且甘氨酸的得率只能说大于79%、纯度只能说大于90%。本发明可以使得甘氨酸的生产过程中取消甲醇的使用，同时能够提高甘氨酸的收率，以弥补氯乙酸氨解法制备甘氨酸技术上的不足。

发明内容

本发明的目的就是为了避免背景技术中的不足，提供一种甘氨酸的清洁生产工艺。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种甘氨酸的清洁生产工艺，其以氯乙酸氨解法为基础所生产的甘氨酸与氯化铵的混合溶液为原料，采用电渗析的方法分离甘氨酸和氯化铵，具体工艺步骤如下：

1)采用氯乙酸氨解法生产的甘氨酸和氯化铵的混合溶液，经冷却结晶后进行固液分离，分离得到的溶液进行稀释，控制溶液中甘氨酸的质量百分数为5～20%，氯化铵的质量百分数为8～18%；

2)上述稀释的溶液进入电渗析器进行电渗析处理，进行甘氨酸和氯化铵的分离，分离前期不调节PH，当淡室氯化铵的质量百分数小于5%时，调节淡室PH为5.95～6.00，淡室得到甘氨酸（Gly）溶液，浓室得到氯化铵（NH₄Cl）溶液；

3)步骤2）得到的淡室的甘氨酸（Gly）溶液经过蒸发提浓至30～50%后回到步骤1），与原料混合结晶后以循环套用；

4)步骤2）得到的浓室的氯化铵（NH₄Cl）溶液，经过蒸发结晶出氯化铵后的溶液回到步骤1），可用于溶液的稀释。

对于本发明的一种优化，所述甘氨酸与氯化铵的混合物，其中甘氨酸的质量百分数为20～50%，氯化铵的质量百分数为15～30%。

对于本发明的一种优化，所述电渗析器两侧分别设有内置阴极的阴极室和设有内置阳极的阳极室，阴极室和阳极室之间设有膜对，所述膜对由若干阴离子交换膜和若干阳离子交换膜组成，阴离子交换膜与阳离子交换膜分别交替设置于阴极室和阳极室之间，且邻近阴极室和阳极室一侧均采用阳离子交换膜，贴近阴极室的阳离子交换膜与相邻的阴离子交换膜形成的隔室为淡室，与该淡室相邻的隔室为浓室，淡室、浓室分别交替分布于由阴离子交换膜和阳离子交换膜构成的膜对中。

对于本发明的一种优化，所述电渗析处理是在淡室中通入稀释后甘氨酸与氯化铵的混合液，在浓室中通入0～0.5%的氯化铵溶液，所述阴极和阳极分别通入直流电。

对于本发明的一种优化，所述的电渗析处理过程中，控制浓室、淡室、阳极室及阴极室的压力在0.02～0.05Mpa，氯化铵溶液在离子交换膜上的膜面流速在2～5cm/s，运行电流密度在10～100mA/cm²。

本发明与背景技术相比，具有一是以传统氯乙酸氨解法为基础，采用电渗析技术进行的清洁制备工艺，没有化学反应，无需外加任何原料，因此得到的产品质量好、收率高；二是不产生任何副产物，无三废污染，避免了传统工艺中大量富含氯甲醛的废水的产生；三是电渗析过程中淡液和浓液可以循环使用，节约了甘氨酸的生产成本。

附图说明

图1是电渗析处理原理示意图。

具体实施方式

实施例1：一种甘氨酸的清洁生产工艺，其以氯乙酸氨解法为基础所生产的甘氨酸与氯化铵的混合溶液为原料，采用电渗析的方法分离甘氨酸和氯化铵，具体工艺步骤如下：

3)步骤2）得到的淡室的甘氨酸（Gly）溶液经过蒸发提浓至质量百分数为30～50%后回到步骤1），与原料混合结晶后以循环套用；

所述甘氨酸与氯化铵的混合物，其中甘氨酸的质量百分数为20～50%，氯化铵的质量百分数为15～30%。

实施例2：参照图1。所述电渗析器两侧分别设有内置阴极的阴极室I和设有内置阳极的阳极室II，阴极室I和阳极室II之间设有膜对，所述膜对由若干阴离子交换膜A和若干阳离子交换膜C组成，阴离子交换膜A与阳离子交换膜C分别交替设置于阴极室I和阳极室II之间，且邻近阴极室I和阳极室II一侧均采用阳离子交换膜C，贴近阴极室I的阳离子交换膜C与相邻的阴离子交换膜A形成的隔室为淡室III，与该淡室III相邻的隔室为浓室IV，淡室III、浓室IV分别交替分布于由阴离子交换膜A和阳离子交换膜C构成的膜对中。

所述电渗析处理是在淡室III中通入稀释后甘氨酸与氯化铵的混合液，在浓室IV中通入0～0.5%的氯化铵溶液，所述阴极和阳极分别通入直流电。

所述的电渗析处理过程中，控制浓室IV、淡室III、阳极室II及阴极室I的压力在0.02～0.05Mpa，氯化铵溶液在离子交换膜上的膜面流速在2～5cm/s，运行电流密度在10～100mA/cm²。所述电渗析的最终淡液经过蒸发甘氨酸提浓至质量分数30～50%，再与原料混合结晶以循环套用，所述电渗析的最终淡液中甘氨酸的质量百分数为12～20%，氯化铵的质量百分数小于1%。所述浓室得到最终浓液中氯化铵（NH₄Cl）的质量百分数为13～20%，而甘氨酸（Gly）的质量百分数小于1%。

以上所述的电渗析器采用的阴离子交换膜和阳离子交换膜为国产膜或进口膜，其形式是均相膜。运行时温度控制在5～40℃且包括端值，如5℃、6℃、7℃、……、38℃、39℃、40℃，并且包括构成1间的小数点值，优选20～35℃且包括端值，如20℃、21℃、22℃、……、33℃、34℃、35℃，并且包括构成1间的小数点值；浓室、淡室和极室的操作压力控制在0.02～0.05MPa且包括端值如0.02、0.03、、0.04、0.05MPa，优选0.025～0.04MPa如0.025、0.03、0.04MPa并且包括构成0.01间的小数点值；溶液在离子交换膜上的膜面流速控制2～5cm/s,如2cm/s、3cm/s、4cm/s、5cm/s，并且包括构成1间的小数点值；运行电流控制在20～3A，如20A、19A、18A、……、5A、4A、3A，并且包括构成1间的小数点值。

以上所述的电渗析浓室初始配制0～0.5%氯化铵溶液的且包括端值如0、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%并且包括构成0.1间的小数点值，作为电渗析浓室的进液。

需要理解到的是：上述实施例虽然对本发明的设计思路作了比较详细的文字描述，但是这些文字描述，只是对本发明设计思路的简单文字描述，而不是对本发明设计思路的限制，任何不超出本发明设计思路的组合、增加或修改，均落入本发明的保护范围内。

Claims

1.一种甘氨酸的清洁生产工艺，其特征在于以氯乙酸氨解法为基础所生产的甘氨酸与氯化铵的混合溶液为原料，其中甘氨酸的质量百分数为20～50%，氯化铵的质量百分数为15～30%,采用电渗析的方法分离甘氨酸和氯化铵，具体工艺步骤如下：

1）采用氯乙酸氨解法生产的甘氨酸和氯化铵的混合溶液，经冷却结晶后进行固液分离，分离得到的溶液进行稀释，控制溶液中甘氨酸的质量百分数为5～20%，氯化铵的质量百分数为8～18%；

2）上述稀释的溶液进入电渗析器进行电渗析处理，进行甘氨酸和氯化铵的分离，分离前期不调节pH，当淡室氯化铵的质量百分数小于5%时，调节淡室pH为5.95~6.00，淡室得到甘氨酸（Gly）溶液，浓室得到氯化铵（NH₄Cl）溶液；

3）步骤2）得到的淡室的甘氨酸（Gly）溶液经过蒸发提浓至30~50%后回到步骤1），与原料混合结晶后以循环套用；

4）步骤2）得到的浓室的氯化铵（NH₄Cl）溶液，经过蒸发结晶出氯化铵后的溶液回到步骤1），用于溶液的稀释。

2.根据权利要求1所述的甘氨酸的清洁生产工艺，其特征是：所述电渗析器两侧分别设有内置阴极的阴极室和设有内置阳极的阳极室，阴极室和阳极室之间设有膜对，所述膜对由若干阴离子交换膜和若干阳离子交换膜组成，阴离子交换膜与阳离子交换膜分别交替设置于阴极室和阳极室之间，且邻近阴极室和阳极室一侧均采用阳离子交换膜，贴近阴极室的阳离子交换膜与相邻的阴离子交换膜形成的隔室为淡室，与该淡室相邻的隔室为浓室，淡室、浓室分别交替分布于由阴离子交换膜和阳离子交换膜构成的膜对中。

3.根据权利要求2所述的甘氨酸的清洁生产工艺，其特征是：所述电渗析处理是在淡室中通入稀释后甘氨酸与氯化铵的混合液，在浓室中通入0.5%的氯化铵溶液，所述阴极和阳极分别通入直流电。

4.根据权利要求2所述的甘氨酸的清洁生产工艺，其特征是：所述的电渗析处理过程中，控制浓室、淡室、阳极室及阴极室的压力在0.02~0.05Mpa，氯化铵溶液在离子交换膜上的膜面流速在2~5cm/s，运行电流密度在10~100mA/cm²。