CN103964989A - 从氨基酸的碱金属盐的水溶液中连续分离纯化氨基酸的系统 - Google Patents

Abstract

本发明的从氨基酸的碱金属盐的水溶液中连续分离纯化氨基酸的系统，至少包括依次连接的下列装置：含有氨基酸的碱金属盐的水溶液进行连续离子交换反应的一级连续离子交换装置、从粗氨基酸的水溶液中除盐的电渗析装置和亚氨基二羧酸的碱金属酸式盐水溶液进行连续离子交换反应的二级连续离子交换装置；该系统易于操作，避免产生“包晶现象”，能够很好的实现氨基酸和副产物亚氨基二羧酸的分离，提高氨基酸的产品品质。

Description

从氨基酸的碱金属盐的水溶液中连续分离纯化氨基酸的系统

技术领域

本发明涉及化工领域，涉及一种连续分离纯化氨基酸的系统，尤其涉及从氨基酸的碱金属盐的水溶液中分离纯化氨基酸和亚氨基二羧酸的系统 。

背景技术

甘氨酸、丙氨酸和蛋氨酸等氨基酸的制备方法采用施特雷克（Strecker）法，在Strecker方法中，获得碱金属盐形式的氨基酸，如甘氨腈水解得到甘氨酸钠水溶液，再由所得的氨基酸的碱金属盐的水溶液脱盐制备氨基酸。

目前，氨基酸的分离纯化（脱盐）大多是采用酸中和氨基酸的碱金属盐的水溶液，之后再通过结晶方法回收氨基酸。如中国专利CN1962611B中报道了对羟基乙腈法制备产生的含甘氨酸盐的碱解液，脱氨后用无机酸中和、脱色，脱色液经过浓缩分步结晶和重结晶得到甘氨酸和无机盐。该方法的脱盐过程中需要用到大量的无机酸，对设备的腐蚀性较强，因此，生产工艺对设备的要求较高；另外，在该方法中，为了使甘氨酸和无机盐充分分离，往往需要通过反复调节pH值来进行逐步结晶，或者调节温度来进行逐步结晶。这些方法的操作都非常烦杂，不易把握，需要相应复杂的设备来配合，生产效率低下，并且工业实施很困难。

另外，还有文献报道了采用填充有阳离子交换树脂的连续离子交换装置对氨基酸的碱金属盐水溶液中的碱金属离子进行阳离子交换（脱盐），从而得到氨基酸水溶液，得到的氨基酸水溶液结晶得氨基酸晶体，阳离子交换树脂可以采用强酸性和弱酸性的，优选弱酸性。但该方法的缺点是，无论是采用强酸性阳离子树脂还是弱酸性阳离子树脂，均不能有效的将氨基酸和作为共存的副产物亚氨基二羧酸分离开，产生“包晶现象”，影响氨基酸产品的品质。

基于上述原因和现有技术，本发明提供了一种生产上易于操作的连续分离纯化氨基酸的纯化系统，能够很好的实现氨基酸和作为共存的副产物亚氨基二羧酸的分离，产物均单独结晶，避免了生产过程中出现的“包晶现象”，提高氨基酸的产品品质。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是在于克服上述缺陷，提出了从氨基酸的碱金属盐的水溶液中连续分离纯化氨基酸的系统，该系统易于操作，能够很好的实现氨基酸和作为共存的副产物亚氨基二羧酸的分离，避免了生产过程中出现的“包晶现象”，提高氨基酸的产品品质，且同时得到氨基酸和副产物亚氨基二羧酸产品。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

本发明的从氨基酸的碱金属盐的水溶液中连续分离纯化氨基酸的系统，至少包括依次连接的下列装置：一级连续离子交换装置、电渗析装置和二级连续离子交换装置。所述一级连续离子交换装置是用于含有氨基酸的碱金属盐的水溶液进行连续离子交换反应，电渗析装置是用于从粗氨基酸的水溶液中除盐，二级连续离子交换装置是用于亚氨基二羧酸的碱金属酸式盐水溶液进行连续离子交换反应。

进一步，所述的系统，所述一级连续离子交换装置中填充有弱酸性阳离子交换树脂。

进一步，所述的系统，所述二级连续离子交换装置中填充有强酸性阳离子交换树脂。

进一步，所述的系统，在所述的一级连续离子交换装置之前还设置有用于含有氨基酸的碱金属盐的水溶液进行脱色的脱色塔，所述的脱色塔与一级连续离子交换装置相连接。工业生产的含有氨基酸的碱金属盐的水溶液一般含有很多杂质，影响最终产品的色度，因此，需在一级连续离子交换装置之前安装脱色塔，便于对含有氨基酸的碱金属盐的水溶液原料液进行脱色。

进一步，所述的系统，所述的脱色塔是设置有一系列超滤膜和/或纳滤膜的脱色塔。

进一步，所述的系统，还包括浓缩釜，所述的浓缩釜至少设置有2个，其中一个浓缩釜与电渗析装置连接，另一个浓缩釜与二级连续离子交换装置相连接。

进一步，所述的系统，所述的浓缩釜为MVR蒸发器。MVR蒸发器是英文（Mechanical Vapor Recompression）的缩写，被称之为“机械式蒸汽再压缩”蒸发器。它是国际上二十世纪九十年代末开发出来的一种新型高效节能蒸发设备。MVR蒸发器是采用低温和低压汽蒸技术和清洁能源—“电能”，产生蒸汽，将媒介中的水分分离出来。目前MVR是国际上最先进的蒸发技术，是替代传统蒸发器的升级换代产品。

进一步，所述的系统，在所述的电渗析装置和（与电渗析装置相连的）浓缩釜之间还设置有膜浓缩装置，所述膜浓缩装置分别与电渗析装置和（与电渗析装置相连的）浓缩釜相连接。膜浓缩是一种改革传统工艺实现高效纯化浓缩的技术。它利用有效成分与液体的分子量的不同实现定向的分离，达到浓缩的作用。相对于传统的加热浓缩，具有能耗低，常温下进行，对产品影响小等优点。膜浓缩装置利用有效成分与液体的分子量的不同实现定向的分离，达到浓缩的作用。

进一步，所述的系统，还包括氨基酸溶液储备池，所述的氨基酸溶液储备池分别与一级连续离子交换装置、（与电渗析塔相连接的）浓缩塔和脱色塔相连接，一级连续离子交换装置进行离子交换后流出的部分粗氨基酸溶液和（与电渗析塔相连接的）浓缩塔浓缩后的氨基酸结晶母液储备在氨基酸溶液储备池中，用于调节脱色塔中溶液的pH值。

进一步，所述的系统，还包括碱金属盐的回收塔，所述碱金属盐的回收塔分别与一级连续离子交换装置和二级连续离子交换装置连接，用于回收树脂再生过程中产生的碱金属盐。

目前，工业上常采用的离子交换装置是连续床式离子交换，即由一个带有多个树脂柱的圆盘，和一个多孔分配阀组成。通过圆盘的转动和阀口的转换，使分离柱在一个工艺循环中完成了吸附，水洗，解吸，再生的全部工艺过程。且在连续离交系统中，离子分离的所有工艺步骤在同时进行。在本发明中，所述的连续离子交换装置（包括一级连续离子交换装置和二级连续离子交换装置）优选为上述连续床式离子交换装置。也可使用固定床离子交换装置（是在一种间歇式的工艺中一步一段时间的进行所有步骤的操作）。当本发明的连续离子交换装置为固定床式，所述的一级连续离子交换装置包括进行连续离子交换反应的阳离子交换塔Ⅰ和实施阳离子交换塔Ⅰ再生的再生塔Ⅰ；所述的二级连续离子交换装置包括相互连接的进行连续离子交换反应的阳离子交换塔Ⅱ和实施阳离子交换塔Ⅱ再生的再生塔Ⅱ；所述阳离子交换塔Ⅰ中装有弱酸性阳离子交换树脂，所述阳离子交换塔Ⅱ中装有强酸性阳离子交换树脂。脱色塔可与一级连续离子交换装置的阳离子交换塔Ⅰ相连接；浓缩釜可与二级连续离子交换装置的阳离子交换塔Ⅱ相连接；氨基酸溶液储备池还可与一级连续离子交换装置的阳离子交换塔Ⅰ连接，所述碱金属盐的回收塔可分别与一级连续离子交换装置的再生塔Ⅰ和二级连续离子交换装置的再生塔Ⅱ连接。

本发明的有益技术效果：本发明的从氨基酸的碱金属盐的水溶液中连续分离纯化氨基酸的系统，至少包括依次连接的下列装置：含有氨基酸的碱金属盐的水溶液进行连续离子交换反应的一级连续离子交换装置、从粗氨基酸的水溶液中除盐的电渗析装置和亚氨基二羧酸的碱金属酸式盐水溶液进行连续离子交换反应的二级连续离子交换装置；该系统易于操作的、环境友好，可连续化分离纯化氨基酸，可以实现工业化大规模连续化生产，能够很好的实现氨基酸和作为共存的副产物亚氨基二羧酸的分离，避免了生产过程中出现的“包晶现象”，收率高，提高氨基酸的产品品质。

附图说明

图1为从氨基酸的碱金属盐的水溶液中连续分离纯化氨基酸的系统结构示意图（连续离子交换装置为连续床式离子交换装置）。

图2为从氨基酸的碱金属盐的水溶液中连续分离纯化氨基酸的系统结构示意图（连续离子交换装置为固定床离子交换装置）。

图3利用从氨基酸的碱金属盐的水溶液中连续分离纯化氨基酸的系统进行氨基酸分离纯化的流程图示意图（以甘氨酸钠为例）。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的一个优选的实施方案进行详细描述。

如图1所示，本发明的从氨基酸的碱金属盐的水溶液中连续分离纯化氨基酸的系统，至少包括依次连接的下列装置：含有氨基酸的碱金属盐的水溶液进行连续离子交换反应的一级连续离子交换装置1、从粗氨基酸的水溶液中除盐的电渗析装置2和亚氨基二羧酸的碱金属酸式盐水溶液进行连续离子交换反应的二级连续离子交换装置3。

所述一级连续离子交换装置中填充有弱酸性阳离子交换树脂。

所述二级连续离子交换装置中填充有强酸性阳离子交换树脂。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的系统，在所述的一级连续离子交换装置1之前还设置有用于含有氨基酸的碱金属盐的水溶液进行脱色的脱色塔4。所述的脱色塔4与一级连续离子交换装置1相连接。工业生产的含有氨基酸的碱金属盐的水溶液一般含有很多杂质，影响最终产品的色度，因此，需在一级连续离子交换装置之前安装脱色塔，便于对含有氨基酸的碱金属盐的水溶液原料液进行脱色。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的系统，所述的脱色塔4是设置有一系列超滤膜和/或纳滤膜的脱色塔。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的系统，还包括浓缩釜5，所述的浓缩釜5包括浓缩釜51和浓缩釜52，其中浓缩釜51与电渗析装置2连接，浓缩釜52与二级连续离子交换装置3相连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的系统，所述的浓缩釜5为MVR蒸发器。MVR蒸发器是英文（Mechanical Vapor Recompression）的缩写，被称之为“机械式蒸汽再压缩”蒸发器。它是国际上二十世纪九十年代末开发出来的一种新型高效节能蒸发设备。MVR蒸发器是采用低温和低压汽蒸技术和清洁能源—“电能”，产生蒸汽，将媒介中的水分分离出来。目前MVR是国际上最先进的蒸发技术，是替代传统蒸发器的升级换代产品。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的系统，在所述的电渗析装置2和浓缩釜51之间还设置有膜浓缩装置6，所述膜浓缩装置6分别与电渗析装置2和浓缩釜51相连接。膜浓缩是一种改革传统工艺实现高效纯化浓缩的技术。它利用有效成分与液体的分子量的不同实现定向的分离，达到浓缩的作用。相对于传统的加热浓缩，具有能耗低，常温下进行，对产品影响小等优点。膜浓缩装置利用有效成分与液体的分子量的不同实现定向的分离，达到浓缩的作用。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的系统，还包括氨基酸溶液储备池7，所述的氨基酸溶液储备池7分别与一级连续离子交换装置1、浓缩塔51和脱色塔4相连接，一级连续离子交换装置进行离子交换后流出的部分粗氨基酸溶液和浓缩塔51浓缩后的氨基酸结晶母液储备在氨基酸溶液储备池7中，用于调节脱色塔4中溶液的pH值。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的系统，还包括碱金属盐的回收塔8，所述碱金属盐的回收塔8分别与一级连续离子交换装置和二级连续离子交换装置连接，用于回收树脂再生过程中产生的碱金属盐。

当本发明的连续离子交换装置为固定床式，所述的一级连续离子交换装置包括进行连续离子交换反应的阳离子交换塔Ⅰ和实施阳离子交换塔Ⅰ再生的再生塔Ⅰ；所述的二级连续离子交换装置包括相互连接的进行连续离子交换反应的阳离子交换塔Ⅱ和实施阳离子交换塔Ⅱ再生的再生塔Ⅱ；本发明另一个优选的实施方案如图2所示，所述阳离子交换塔Ⅰ中装有弱酸性阳离子交换树脂，所述阳离子交换塔Ⅱ中装有强酸性阳离子交换树脂。脱色塔可与一级连续离子交换装置的阳离子交换塔Ⅰ相连接；浓缩釜可与二级连续离子交换装置的阳离子交换塔Ⅱ相连接；氨基酸溶液储备池还可与一级连续离子交换装置的阳离子交换塔Ⅰ连接，所述碱金属盐的回收塔可分别与一级连续离子交换装置的再生塔Ⅰ和二级连续离子交换装置的再生塔Ⅱ连接。

实施例1

以从甘氨酸钠水溶液中连续分离纯化甘氨酸为例，按照第一个实施方案对本发明所述的系统的优选实施例方案进行说明，从甘氨酸钠水溶液中连续分离纯化甘氨酸的流程示意图参见图3所示。

甘氨酸钠溶液中含有大量有色杂质，颜色呈黑褐色，其组成如下：约12%的甘氨酸钠，约2%的亚氨基二乙酸钠，约1%氢氧化钠，约0.2%的氨三乙酸钠和少量的NH₃。

上述甘氨酸钠溶液先使用10%的甘氨酸溶液将原料pH调节到10-12左右后，进入脱色塔4中脱色处理，脱色后得到甘氨酸钠清液。甘氨酸钠清液通入一级连续离子交换装置1中，同时通入软水和再生用硫酸水溶液，进行离子交换，得到粗甘氨酸溶液，粗甘氨酸溶液约含甘氨酸8-10%、亚氨基二乙酸氢钠小于2%、氨三乙酸二氢钠小于0.2%。粗甘氨酸溶液一部分进入电渗析装置2中进行电渗析脱盐处理，一部分进入到氨基酸溶液储备池7中，用于对脱色塔4中的甘氨酸钠溶液进行pH值的调节。一级连续离子交换装置1中由于树脂再生过程产生的碱金属盐（硫酸钠）水溶液进入碱金属盐的回收塔8中进行碱金属盐回收。

电渗析装置2中进行电渗析脱盐处理，分别得到8-10%的甘氨酸溶液和约8%亚氨基二乙酸氢钠和0.15%氨三乙酸二氢钠的水溶液，甘氨酸溶液通入膜浓缩装置6中进行膜浓缩处理，得到的液体再通入浓缩釜51中进行结晶得到甘氨酸晶体。

浓缩釜51中产生的甘氨酸结晶母液通入到氨基酸溶液储备池7中，用于对脱色塔4中的甘氨酸钠溶液进行pH值的调节。约8%亚氨基二乙酸氢钠和0.15%氨三乙酸二氢钠的水溶液通入二级连续离子交换装置3，同时通入软水和再生用硫酸水溶液，进行离子交换，得到约含6-8%的亚氨基二乙酸溶液，亚氨基二乙酸溶液通入浓缩釜52中结晶得到亚氨基二乙酸固体。

二级连续离子交换装置3中由于树脂再生过程产生的碱金属盐（硫酸钠）水溶液进入碱金属盐的回收塔8中进行碱金属盐回收。

实施例2

以从甘氨酸钠水溶液中连续分离纯化甘氨酸为例，按照第二个实施方案对本发明所述的系统的优选实施例方案进行说明，从甘氨酸钠水溶液中连续分离纯化甘氨酸的流程示意图参见图3所示。

甘氨酸钠溶液中含有大量有色杂质，颜色呈黑褐色，其组成如下：约12%的甘氨酸钠，约2%的亚氨基二乙酸钠，约1%氢氧化钠，约0.2%的氨三乙酸钠和少量的NH₃。

上述甘氨酸钠溶液先使用10%的甘氨酸溶液将原料pH调节到10-12左右后，进入脱色塔4中脱色处理，脱色后得到甘氨酸钠清液。甘氨酸钠清液通入一级连续离子交换装置1中，进入填充有弱酸性阳离子交换树脂的阳离子交换塔Ⅰ11中进行离子交换，得到粗甘氨酸溶液，粗甘氨酸溶液约含甘氨酸8-10%、亚氨基二乙酸氢钠小于2%、氨三乙酸二氢钠小于0.2%。粗甘氨酸溶液一部分进入电渗析装置2中进行电渗析脱盐处理，一部分进入到氨基酸溶液储备池7中，用于对脱色塔4中的甘氨酸钠溶液进行pH值的调节。阳离子交换塔Ⅰ11中使用过的弱酸性阳离子交换树脂转入再生塔Ⅰ12进行再生，再生塔Ⅰ12中流出的液体进入碱金属盐的回收塔8中进行碱金属盐回收。

电渗析装置2中进行电渗析脱盐处理，分别得到8-10%的甘氨酸溶液和约8%亚氨基二乙酸氢钠和0.15%氨三乙酸二氢钠的水溶液，甘氨酸溶液通入膜浓缩装置6中进行膜浓缩处理，得到的液体再通入浓缩釜51中进行结晶得到甘氨酸晶体。

浓缩釜51中产生的甘氨酸结晶母液通入到氨基酸溶液储备池7中，用于对脱色塔4中的甘氨酸钠溶液进行pH值的调节。约8%亚氨基二乙酸氢钠和0.15%氨三乙酸二氢钠的水溶液通入二级连续离子交换装置3，进入填充有强酸性阳离子交换树脂的阳离子交换塔Ⅱ31中进行离子交换，得到约含6-8%的亚氨基二乙酸溶液，亚氨基二乙酸溶液通入浓缩釜52中结晶得到亚氨基二乙酸固体。

阳离子交换塔Ⅱ31中使用过的强酸性阳离子交换树脂转入再生塔Ⅱ32进行再生，再生塔Ⅱ32中流出的液体进入碱金属盐的回收塔8中进行碱金属盐回收。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (11)

1.从氨基酸的碱金属盐的水溶液中连续分离纯化氨基酸的系统，其特征在于，所述的系统至少包括依次连接的下列装置：一级连续离子交换装置（1）、电渗析装置（2）和二级连续离子交换装置（3）。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述一级连续离子交换装置（1）中填充有弱酸性阳离子交换树脂。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述二级连续离子交换装置（3）中填充有强酸性阳离子交换树脂。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述的一级连续离子交换装置（1）之前还设置有用于含有氨基酸的碱金属盐的水溶液进行脱色的脱色塔（4），所述的脱色塔（4）与一级连续离子交换装置（1）相连接。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述的脱色塔（4）是设置有一系列超滤膜和/或纳滤膜的脱色塔。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的系统还包括浓缩釜（5），所述的浓缩釜（5）包括浓缩釜（51）和浓缩釜（52），其中浓缩釜（51）与电渗析装置（2）连接，浓缩釜（52）与二级连续离子交换装置（3）相连接。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，在所述的电渗析装置（2）和浓缩釜（51）之间还设置有膜浓缩装置（6），所述膜浓缩装置（6）分别与电渗析装置（2）和浓缩釜（51）相连接。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的系统还包括氨基酸溶液储备池（7），所述的氨基酸溶液储备池（7）分别与一级连续离子交换装置（1）、浓缩塔（51）和脱色塔（4）相连接，一级连续离子交换装置（1）进行离子交换后流出的部分粗氨基酸溶液和浓缩塔浓缩后的氨基酸结晶母液储备在氨基酸溶液储备池（7）中，用于调节脱色塔（4）中溶液的pH值。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的系统还包括碱金属盐的回收塔（8），所述碱金属盐的回收塔（8）分别与一级连续离子交换装置（1）和二级连续离子交换装置（3）连接，用于回收树脂再生过程中产生的碱金属盐。

10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述的浓缩釜（5）为MVR蒸发器。

11.根据权利要求1-10任一项所述的系统，其特征在于，所述的一级连续离子交换装置（1）包括进行连续离子交换反应的阳离子交换塔Ⅰ（11）和实施阳离子交换塔Ⅰ再生的再生塔Ⅰ（12）；所述的二级连续离子交换装置包括相互连接的进行连续离子交换反应的阳离子交换塔Ⅱ（31）和实施阳离子交换塔Ⅱ再生的再生塔Ⅱ（32）。