CN113087645B - 制备牛磺酸的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种制备牛磺酸的装置，该装置包括：储液单元，所述储液单元用于储存通过环氧乙烷法制备的含有牛磺酸碱金属盐的溶液；离子交换单元，所述离子交换单元与所述储液单元相连，所述离子交换单元包含离子交换树脂柱，所述离子交换树脂柱底部具有第一接口和第二接口；羟乙基磺酸管路，通过所述第一接口与所述离子交换单元相连，另一端与所述储液单元相连，用于将所述羟乙基磺酸返回至所述储液单元；牛磺酸管路，通过所述第二接口与所述离子交换单元相连，另一端与所述牛磺酸收集单元相连；牛磺酸收集单元，所述牛磺酸收集单元被配置为收集牛磺酸溶液。

Description

制备牛磺酸的系统和方法

技术领域

本发明涉及化学工程领域，具体地，本发明涉及制备牛磺酸的装置和方法。

背景技术

牛磺酸是一种特殊的含硫氨基酸，作为药物它具有消炎、解热、镇痛、抗惊厥和降血压等作用，作为保健品它对婴幼儿大脑发育、神经传导、视觉机能的完善以及钙的吸收有良好的促进作用。

中国作为世界上最大的牛磺酸生产基地，每年有约5吨的牛磺酸原料通过环氧乙烷法制备。环氧乙烷法制备牛磺酸包含三个步骤：

(1)加成反应

环氧乙烷与酸式亚硫酸碱金属盐反应制备羟乙基磺酸碱金属盐。

(2)氨解反应

羟乙基磺酸碱金属盐在碱性条件下与氨反应制备牛磺酸碱金属盐，由于在反应的过程中，氨需要过量，因此反应结束后需通过闪蒸和蒸发步骤除去多余的氨，蒸发后的溶液为蒸发液。

(3)中和反应

牛磺酸碱金属盐在酸性条件下，碱金属离子被置换成氢，从而制备牛磺酸。

然而，目前生产牛磺酸的工艺复杂，效率不高，因此，需要开发新的制备牛磺酸的方法和工艺。

发明内容

发明人发现，虽然现有工艺中在制备牛磺酸时，可以使用不产生硫酸盐离子交换法，但由于在离子交换的工艺中，需要经过水洗离子交换柱、物料先需经过稀释，才能进离子交换柱等诸多繁琐步骤，因此浪费了大量的水资源和其他资源。

为解决以上问题，在本发明的第一方面，本发明提供了一种高效制备牛磺酸的系统。根据本发明的实施例，所述系统包括：储液单元，所述储液单元用于储存通过环氧乙烷法制备的含有牛磺酸碱金属盐的溶液；离子交换单元，所述离子交换单元与所述储液单元相连，所述离子交换单元包含离子交换树脂柱，所述离子交换树脂柱底部具有第一接口和第二接口，所述离子交换树脂柱采用下列至少之一进行活化处理：二氧化硫、亚硫酸和酸式亚硫酸碱金属盐；羟乙基磺酸管路，通过所述第一接口与所述离子交换单元相连，另一端与所述储液单元相连，用于将所述羟乙基磺酸返回至所述储液单元；牛磺酸管路，通过所述第二接口与所述离子交换单元相连，另一端与牛磺酸收集单元相连；牛磺酸收集单元，所述牛磺酸收集单元被配置为收集牛磺酸溶液。根据本发明的实施例，通过环氧乙烷法制备的含有牛磺酸碱金属盐的溶液中含有牛磺酸碱金属盐和其他碱性物质，这些物质进入离子交换单元进行离子交换，在离子交换树脂柱中碱金属离子被置换为氢，从而制备出牛磺酸。离子交换树脂柱的底部设有两个接口，第一接口通过羟乙基磺酸管路与储液单元相连，进而使离子交换后的流出液可以经此管路再进入储液单元，第二接口通过牛磺酸管路与牛磺酸收集单元相连，进而使离子交换后的流出液可以经此管路进入牛磺酸收集单元，完成牛磺酸的收集。在利用所述环氧乙烷法制备牛磺酸时，羟乙基磺酸碱金属盐在碱性条件下与氨反应制备牛磺酸碱金属盐，此步骤可能会因为反应不彻底等多种因素遗留未反应完全的羟乙基磺酸碱金属盐，羟乙基磺酸碱金属盐随着牛磺酸碱金属盐一起进行离子交换后，产生羟乙基磺酸与牛磺酸一起流出，通过所述系统的第一接口与羟乙基磺酸管道，可以使羟乙基磺酸回流至储液单元。所述储液单元通过羟乙基磺酸管路与离子交换树脂柱底部的第一接口相连，从而使在进行离子交换后，流出液中的羟乙基磺酸回流至储液单元，中和储液单元中溶液中其他的碱性物质。在氨解反应步骤中，羟乙基磺酸碱金属盐在碱性条件下与氨反应，该步骤中会残留碱性物质，利用流出液中的羟乙基磺酸中和这些碱性物质，不仅利用了反应过程中产生的羟乙基磺酸，还整体降低了溶液的碱性，使溶液在后续进行离子交换时，减少了离子交换树脂柱中的强酸和强碱的对冲，可以很好地保护离子交换树脂柱，延长了离子交换树脂柱的寿命。在储液单元中还可以配备适于流出液中的酸和蒸发液中碱性物质混合的装置，如搅拌装置等，此外，还可以配置有碱性物质检测装置，如pH检测装置，以便更好地控制所使用酸的含量。根据本发明实施例的系统，可以高效制备牛磺酸，减少离子交换过程中对离子交换树脂柱的损耗，增加离子交换树脂柱的使用次数，提高离子交换的效率，节约水资源。

根据本发明的实施例，上述系统还可进一步包括如下附加技术特征至少之一：

根据本发明的实施例，上述系统进一步包括反应单元，所述反应单元基于环氧乙烷法制备牛磺酸，以便获取含有牛磺酸碱金属盐的蒸发液，反应单元中基于环氧乙烷法进行牛磺酸的制备，环氧乙烷等原料在反应单元进行加成反应、氨解反应，并对氨解反应所遗留的氨进行蒸发后得到蒸发液，蒸发液中含有牛磺酸碱金属盐和其他碱性物质。

根据本发明的实施例，所述系统进一步包括液体分配单元，所述液体分配单元分别与所述第一接口和所述第二接口相连，所述液体分配单元被配置为适于控制所述第一接口和/或所述第二接口的开关。根据本发明的实施例，在进行离子交换之后，流出液中含有不同的酸性物质，包括羟乙基磺酸和牛磺酸，液体分配单元可以在一定程度上对羟乙基磺酸和牛磺酸进行区分，进而使所收集的牛磺酸较为纯净，也能够更好地利用羟乙基磺酸。

根据本发明的实施例，所述系统进一步包括pH检测单元，所述pH检测单元与所述液体分配单元相连，并且所述pH检测单元适用于检测来自于所述离子交换单元流出液的pH，以便所述液体分配单元根据pH检测结果控制所述第一接口和/或所述第二接口的开关。根据发明的实施例，在蒸发液进行离子交换后，所形成的流出液中含有牛磺酸和其他酸性杂质，根据pH可以初步对其进行区分，在液体分配单元中设置pH检测单元，可以根据检测单元给出的pH判断流出液中的物质，进而判断流出液流向。

根据本发明的实施例，所述液体分配单元被配置为当所述离子交换单元流出液的pH不高于3时，打开所述第一接口，并关闭所述第二接口；当所述离子交换单元流出液的pH高于3时，关闭所述第一接口，并打开所述第二接口。根据本发明的实施例，流出液pH<3部分中含有羟乙基磺酸，打开第一接口，关闭第二接口，可以使这部分流出液回到储液单元，与储液单元中残留的碱性物质进行中和反应；pH为3-8时，关闭第一接口，打开第二接口，可以使这部分流出液进入牛磺酸收集单元，收集含有牛磺酸的流出液，当pH超过8时，停止进蒸发液，即表明离子交换树脂柱需要进行活化处理。

根据本发明的实施例，所述离子交换单元配置有离子交换树脂柱，所述离子交换树脂柱采用下列至少之一进行活化处理：二氧化硫、亚硫酸和酸式硫酸碱金属盐。根据本发明的实施例，在酸式亚硫酸碱金属盐中通入二氧化硫气体，可以提高二氧化硫在溶液中的溶解度，所形成的亚硫酸适于活化离子交换树脂柱。

根据本发明的实施例，所述离子交换树脂柱采用下列至少之一进行活化处理：二氧化硫、亚硫酸和亚硫酸氢钠；优选地，所述离子交换树脂柱采用亚硫酸和亚硫酸氢钠的混合溶液进行活化处理。根据本发明实施例的装置中，使用亚硫酸和亚硫酸氢钠的混合溶液对离子交换树脂柱进行活化处理可以进一步提高离子交换树脂柱的利用率，延长其寿命，提高其使用循环次数。

根据本发明的实施例，所述亚硫酸和亚硫酸氢钠的浓度为不低于35wt％；优选地，所述亚硫酸和亚硫酸氢钠的浓度为不低于45wt％。发明人经过大量的实验发现，利用本发明的装置制备牛磺酸时，当亚硫酸氢钠含量高于35wt％时，有利于增强洗脱液对树脂活化力度，当亚硫酸氢钠含量一定时，增强亚硫酸含量有助于活化树脂，但纯亚硫酸溶解度较低，利用二氧化硫通入亚硫酸氢钠溶液中可以产生亚硫酸和亚硫酸氢钠混合溶液，提高亚硫酸的溶解度，而系统中过量的亚硫酸氢钠会阻碍二氧化硫的溶解，亚硫酸氢钠浓度不应高于50wt％。

在本发明的第二方面，本发明提出了一种获得牛磺酸的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：采用环氧乙烷法制备含有牛磺酸碱金属盐的蒸发液；利用离子交换树脂柱对所述蒸发液进行离子交换处理，以便得到所述牛磺酸，并使杂质羟乙基磺酸与所述蒸发液中的碱性物质进行中和反应。根据本发明实施例的方法，基于环氧乙烷法进行牛磺酸的制备，环氧乙烷等原料进行加成反应、氨解反应，并对氨解反应所遗留的氨进行蒸发后得到蒸发液，蒸发液中含有牛磺酸碱金属盐和其他碱性物质，这些物质进入离子交换树脂柱中进行离子交换，在离子交换树脂柱中碱金属离子被置换为氢，从而制备出牛磺酸。在利用所述环氧乙烷法制备牛磺酸时，羟乙基磺酸碱金属盐在碱性条件下与氨反应制备牛磺酸碱金属盐，此步骤可能会因为反应不彻底等多种因素遗留未反应完全的羟乙基磺酸碱金属盐，羟乙基磺酸碱金属盐随着牛磺酸碱金属盐一起进行离子交换后，产生羟乙基磺酸与牛磺酸一起流出，将羟乙基磺酸与未进行离子交换的蒸发液混合，可以降低蒸发液的碱性。在氨解反应步骤中，羟乙基磺酸碱金属盐在碱性条件下与氨反应，该步骤中会残留碱性物质，利用流出液中的羟乙基磺酸中和这些碱性物质，不仅利用了反应过程中产生的羟乙基磺酸，还整体降低了蒸发液的碱性，使蒸发液在后续进行离子交换时，减少了离子交换树脂柱中的强酸和强碱的对冲，可以很好地保护离子交换树脂柱，延长了离子交换树脂柱的寿命。根据本发明实施例的方法可以高效制备牛磺酸，减少离子交换过程中对离子交换树脂柱的损耗，增加离子交换树脂柱的使用次数，提高离子交换的效率，节约水资源。

根据本发明的实施例，上述方法还可进一步包括如下附加技术特征至少之一：

根据本发明的实施例，在离子交换处理之后，检测所得流出液的pH，当所述流出液的pH不高于3时，是将所述流出液与所述蒸发液进行中和反应的指示；当所述流出液的pH高于3时，是所述流出液为牛磺酸的指示。根据本发明实施例的方法，流出液pH<3部分中含有羟乙基磺酸，将此部分流出液与蒸发液混合，可以中和蒸发液中的碱性物质，同时消耗反应过程中产生的羟乙基磺酸；pH为3-8时，可以判定为这部分流出液为牛磺酸，将其收集；当pH超过8时，停止进蒸发液，即表明离子交换树脂柱需要进行活化处理。

根据本发明的实施例，在进行所述离子交换处理之前，对所述离子交换柱进行活化处理，所述活化处理的试剂包括选自下列至少之一：二氧化硫、亚硫酸和酸式硫酸碱金属盐。根据本发明的实施例，在酸式亚硫酸碱金属盐中通入二氧化硫气体，可以提高二氧化硫在溶液中的溶解度，所形成的亚硫酸适于活化离子交换树脂柱。

根据本发明的实施例，所述活化处理的试剂包括选自下列至少之一：二氧化硫、亚硫酸和亚硫酸氢钠；优选地，所述活化处理试剂为亚硫酸和亚硫酸氢钠的混合溶液。根据本发明的实施例，使用亚硫酸和亚硫酸氢钠的混合溶液对离子交换树脂柱进行活化处理可以进一步提高离子交换树脂柱的利用率，延长其寿命，提高其使用循环次数。

根据本发明的实施例，所述亚硫酸和亚硫酸氢钠的浓度为不低于35％；优选地，所述亚硫酸和亚硫酸氢钠的浓度为不低于45％；优选地，所述亚硫酸的浓度为6wt％，所述亚硫酸氢钠的浓度为45wt％。发明人经过大量的实验发现，利用本发明的方法制备牛磺酸时，当亚硫酸氢钠含量高于35wt％时，有利于增强洗脱液对树脂活化力度，当亚硫酸氢钠含量一定时，增强亚硫酸含量有助于活化树脂，亚硫酸在水溶液中溶解度不高，通常利用亚硫酸饱和溶液进行活化树脂柱，而利用二氧化硫通入亚硫酸氢钠溶液中可以获得亚硫酸和亚硫酸氢钠的混合溶液，可以提高亚硫酸的荣监督但是系统中大量的亚硫酸氢钠会阻碍二氧化硫的溶解，由此亚硫酸氢钠浓度不应高于50wt％。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的制备牛磺酸装置的示意图；

图2是根据本发明实施例的酸活化流程图；

图3是根据本发明实施例的阳离子交换树脂柱的预活化流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要注意的是，本文中所述“碱金属盐”“碱金属”等，均指包括“钠盐、钾盐和/或锂盐”、“钠、钾和/或锂”，例如：酸式硫酸碱金属盐指亚硫酸氢钠、亚硫酸氢钾或亚硫酸氢锂。

需要注意的是，在本文中，所述碱金属盐优选钠盐。

需要注意的是，在本文中，所述原始蒸发液，指氨解反应后进行蒸发或闪蒸处理后的蒸发液，该蒸发液未经任何稀释液处理，也未和任何其他试剂(如酸性溶液等)反应的蒸发液。

需要注意的是，在本文中，所述蒸发液包括原始蒸发液和/或经过处理的蒸发液，所述处理包括但不限于被水或其他溶液稀释，与酸性溶液(如羟乙基磺酸)进行中和等。

需要注意的是，在本文中，所述树脂柱、离子交换树脂柱、离子交换柱等描述均指弱酸性阳离子树脂柱，其酸性略高于牛磺酸酸性。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备牛磺酸的系统，参考附图1，包括：储液单100，所述储液单元100用于储存通过环氧乙烷法制备的含有牛磺酸碱金属盐的溶液；离子交换单元200，所述离子交换单元200与所述储液单元100相连，所述离子交换单元200包含离子交换树脂柱，所述离子交换树脂柱底部具有第一接口300和第二接口400，所述离子交换树脂柱采用下列至少之一进行活化处理：二氧化硫、亚硫酸和酸式亚硫酸碱金属盐；羟乙基磺酸管路500，通过所述第一接口300与所述离子交换单元200相连，另一端与所述储液单元100相连，用于将所述羟乙基磺酸返回至所述储液单元100；牛磺酸管路600，通过所述第二接口400与所述离子交换单元200相连，另一端与牛磺酸收集单元700相连；牛磺酸收集单元700，所述牛磺酸收集单元700被配置为收集牛磺酸溶液。根据本发明的实施例，该装置具有高效、节能、节约资源的优势。

在本发明的第二方面，本发明提出了一种获得牛磺酸的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：采用环氧乙烷法制备含有牛磺酸碱金属盐的蒸发液；利用离子交换树脂柱对所述蒸发液进行离子交换处理，以便得到所述牛磺酸，并使杂质羟乙基磺酸与所述蒸发液中的碱性物质进行中和反应。

根据本发明的具体实施例，参考附图2，具体步骤如下：

1、环氧乙烷与酸式亚硫酸碱金属盐反应制备羟乙基磺酸碱金属盐，羟乙基磺酸碱金属盐在碱性条件下与氨反应制备牛磺酸碱金属盐，氨解后的溶液进行闪蒸和蒸发，除去多余的氨，得到蒸发液。

2、蒸发液在进行离子交换之前，对离子交换树脂柱进行处理：水洗、酸洗、碱洗、活化再水洗。其中水洗为离子树脂上柱前需经过水洗清除树脂中普通杂物，其要求为水洗至水洗液成无色，并无气泡产生。酸洗、碱洗为清洗树脂中残留的小分子杂物，酸洗一般选用[H]⁺1mol/L的强酸，酸的体积为树脂体积的2～3倍，酸洗后需经过水洗，将树脂洗至pH＝2～4，目的清除树脂中的酸液，然后碱洗，碱洗一般选用[OH]^-为1mol/L的强碱，其体积为树脂体积的2～3倍即可，碱洗后再水洗，水洗终点为pH＝9～10即可，树脂清洗干净后再活化，选用强酸性溶液活化树脂，浓度为[H]⁺1mol/L的强酸，体积为树脂体积的2～4倍，活化后再水洗，水洗至pH<9即可，最后一次活化后水洗液可直接回用配酸，进行下次活化树脂使用。其中，离子交换树脂柱的活化流程参考附图3。

3、蒸发液由上向下进入树脂后，当树脂流出液的pH<3时，流出液用来稀释中和原始蒸发液；当树脂流出液的pH为3-8时，收集含有牛磺酸的流出液，当pH超过8时，停止进蒸发液。

4、用纯化水清洗使用过的树脂，纯水流向：由上至下经过树脂柱，清洗过程中产生的树脂流出液用来稀释蒸发液，检测流出液中无牛磺酸流出为止，此时pH值为9.5～10.5。该步骤可以减少水资源的使用，节约用水。

5、清洗后的树脂柱，由下向上进低浓度的亚硫酸氢钠溶液，顶树脂柱中残留的水，所顶出的残留的水一部分进入原始蒸发液稀释作用，避免水的浪费，一部分另外收集处理，避免亚硫酸氢钠混入蒸发液中。具体步骤如下：a.采用树脂体积0.5～0.6倍体积的亚硫酸氢钠(30wt％～40wt％)来顶出树脂中水；b.顶出水中检测出亚硫酸根离子后，将没有亚硫酸根离子的溶液进入原始蒸发液稀释，存在亚硫酸氢根离子的部分外排。发明人经过大量的研究发现，在利用酸溶液对离子交换树脂柱进行活化之前，利用碱金属盐溶液预先从下到上处理离子交换树脂柱，可以提供一个活化体系环境，提高活化效率及生产效率。碱金属盐溶液的密度比水密度大，自下而上的过程中碱金属盐溶液不易与水充分混合，有利于碱金属盐溶液将树脂中残留的水溶液顶出，此部分顶出液可直接进入原始蒸发液；此部分碱金属盐溶液可以为上批次酸活化pH>5部分的接收液，此部分中含有少量的氢离子，在进入离子交换柱中，可转换成碱金属盐，此部分可全部转换成碱金属盐，提高了碱金属盐的浓度，提高生产效率；此外，顶出溶液中存留的水分，可以避免树脂中残留的水稀释活化试剂。

6、除水后的树脂柱，由上向下，用含有二氧化硫、亚硫酸氢钠和亚硫酸的混合物进行活化，当流出液的pH值为3-4时，停止加入活化试剂，储存流出液，用于制备亚硫酸氢钠。

7、活化后的树脂，由上向下进纯化水进行清洗，当树脂流出液基本无酸根阴离子流出为止，此时pH值在4左右，停止进纯化水，流出液用于制备亚硫酸氢钠。根据本发明的实施例，该步骤可以节约用水量，节约水资源，控制生产成本。

8、用1.35倍树脂体积的含有牛磺酸的流出液，从离子交换柱从上到下顶离子交换树脂缝隙中的水，此处树脂柱中的流出液分为两步处理，pH>3～4的流出液回原始蒸发液，pH<3～4直接进入成品液。当体积达到1.35倍时，停止进含有牛磺酸的流出液，开始进稀释后的蒸发液。根据本发明的实施例，利用牛磺酸预先处理离子交换树脂柱可以给树脂柱预先提供一个含有牛磺酸的环境，降低强碱性蒸发液对树脂柱的损伤，同时可以最大限度地利用树脂柱中的活性基团，提高活化效率，同时保护树脂柱，提高树脂柱的使用寿命。

9、循环洗树脂、活化树脂、洗树脂、进蒸发液的步骤，进而高效连续生产牛磺酸。

下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。

实施例1

利用二氧化硫饱和溶液活化阳离子交换树脂体系生产牛磺酸，其中循环程序为树脂活化完全后：将稀释后的蒸发液进离子交换柱，当流出液的的pH值开始变大时，收集流出液，当流出液的pH到8左右时，停止进蒸发液；水洗离子交换柱至流出液的pH为4～6时，停止进水；用饱和的亚硫酸溶液活化离子交换柱，活化完全后，用水对离子交换柱进行再次清洗，直至流出液的pH为5左右时，停止水洗，进入下一个循环，具体步骤如下：

S1、树脂预活化处理：取4L树脂装入层析柱中敦实，树脂上部保留3～5cm的水，用2～4倍树脂体积含量为4wt％的硫酸溶液处理树脂，流速为1.5～5BV/h，结束后用水清洗树脂至出口pH＞4，再用4wt％含量的体积为1.5～5BV/h的NaOH溶液对树脂进行转型，结束后用水清洗树脂至出口pH＜9。再用三倍于树脂体积的浓度为4wt％的硫酸溶液处理树脂，流速为1.5～5BV/h，结束后用水清洗树脂至出口液PH>4，树脂活化完成备用。

S2、蒸发液样品过柱：采用不同牛磺酸碱金属含量的蒸发液按照一定流速正向过柱吸附，根据不同时间段要求确定终点，测量各项指标。蒸发液走样完成后，用水清洗树脂柱，洗至流出液的pH＝8～9为止，即为洗脱完成。

S3、树脂再生：将制备好的亚硫酸饱溶液作为活化试剂活化树脂，检测流出液金属离子含量，当金属离子含量与活化试剂中金属离子含量相当时树脂活化完全，停止进活化试剂。树脂活化完全切换成水洗，水洗至流出液pH为4～6时，即为洗脱完全。

循环步骤S2、S3，改变步骤S2中蒸发液牛磺酸碱金属盐的浓度，当牛磺酸碱金属盐的浓度分别为15wt％、18wt％、20wt％时，考察各项参数指标。

表1利用饱和亚硫酸活化不同浓度蒸发液过离子交换树脂柱后指标

从表1中可以看出现有技术的亚硫酸活化体系的离子树脂工艺技术中，蒸发液进样体积会随着蒸发液牛磺酸碱金属盐含量的增高大幅下降，造成整体的牛磺酸金属盐进样量减少，同时浓度变高，转化效率下降，后续产品提纯纯度降低。

实施例2

利用本发明的体系进行牛磺酸生产，控制蒸发液中牛磺酸碱金属盐的浓度为15wt％、20wt％、25wt％，进样温度为60℃～70℃，利用亚硫酸饱和溶液和浓度为45wt％的亚硫酸氢钠溶液的混合物进行活化，检测控制相同pH终点值下牛磺酸进样量、牛磺酸转化率、相同条件下提纯纯度、单次循环时间、需水量和树脂柱可利用次数。

具体实验步骤如下：

S1、树脂预活化处理：取4L树脂装入层析柱中敦实，树脂上部保留3～5cm的水，用2～4倍树脂体积含量为4wt％的硫酸溶液处理树脂，流速为1.5～5BV/h，结束后用水清洗树脂至出口pH＞4，再用4wt％含量的体积为树脂体积2～4倍NaOH溶液对树脂进行转型，流速为1.5～5BV/h，结束后用水清洗树脂至出口pH＜9。再用三倍于树脂体积的浓度为4wt％的硫酸溶液处理树脂，流速为1.5～5BV/h，结束后用水清洗树脂至出口液pH>4，树脂活化完成备用。

S2、蒸发液样品过柱：采用不同牛磺酸碱金属含量的蒸发液按照一定流速正向过柱吸附，前端流出液(pH<3的部分)回到原始蒸发液单元，根据不同时间段要求确定终点，测量各项指标。蒸发液走样完成后，用水清洗树脂柱，洗至流出液的pH＝8～9为止，即为洗脱完成。

S3、树脂再生：配置45wt％的亚硫酸氢钠溶液，并将二氧化硫气体通入亚硫酸氢钠溶液中，至饱和为止。第四步，首先采用45wt％浓度的亚硫酸氢钠溶液反向顶出树脂柱柱中残留水，然后将制备好的亚硫酸饱和溶液和亚硫酸氢钠溶液的混合物作为活化试剂活化树脂柱，检测流出液金属离子含量，当金属离子含量与活化试剂中金属离子含量相当时，树脂柱活化完全，停止进活化试剂。第五步，树脂柱活化完全切换成水洗，水洗至流出液pH为4～6，即为洗脱完全。

循环步骤S2、S3，其中改变步骤S2中蒸发液牛磺酸碱金属盐含量分别为18wt％、20wt％，考察各项参数指标。

表2本发明的工艺下不同碱金属含量下蒸发液过离子交换树脂柱后指标

从表2中可以看出本专利技术的亚硫酸活化体系的离子树脂工艺技术中，蒸发液进样体积会随着蒸发液牛磺酸碱金属盐含量的变化有一定影响，会一定程度降低牛磺酸碱金属盐进样量，但含量在20wt％含量以内其破动幅度不大，转化率与后期提纯纯度都处于较高水平。

比较表1、表2可知不论牛磺酸碱金属盐进样量、转化率、提纯纯度上看本专利技术都优于现有的利用饱和亚硫酸活化的技术；从单次循环时间上看，本专利方法循环时间短，可以大大提高生产效率；采用此专利技术方式较现有技术可大大降低水用量，降低生产成本；对树脂柱进行的循环寿命检测显示，其中本专利工艺技术较现有技术树脂的使用寿命高出2000～4000次，提高了树脂柱在生产中的使用寿命。综合以上分析本专利技术应用于生产较现有技术大大降低生产成本，提高生产效率。

实施例3

S1、树脂装柱：用1L树脂敦实，用去离子水转移至树脂柱中，树脂上部保留3-5cm的水。

S2、树脂预活化处理：用4wt％硫酸溶液3倍树脂体积处理树脂，流速为1.5～5BV/h，结束后用水清洗树脂至出口pH＞4，再用4wt％NaOH溶液2～4倍树脂体积、1.5～5BV/h的流速对树脂进行转型，结束后用水清洗树脂至出口pH＜9。用4wt％硫酸溶液3～5倍树脂体积处理树脂，流速为1.5～5BV/h，结束后用水清洗树脂至出口液pH>4，树脂活化完成备用。

S3、蒸发液样品过柱：取预处理好的树脂转入层析柱，将牛磺酸钠含量为20wt％的蒸发液按照一定流速正向过柱吸附，根据不同时间段要求确定终点，测量各项指标。蒸发液走样完成后步骤为水洗，洗至流出液pH＝8～9为止，即为洗脱完成。

S4、树脂再生：采用活化试剂按照一定流速正向过柱解吸，测定洗脱液中无钠离子存在时即为树脂活化完全，然后水洗至pH>4即为水洗完成。

重复实验步骤S3、S4，其中步骤S3条件保持不变，改变步骤S4中活化试剂含量，条件如表3、4所示

表3：同亚硫酸含量不同亚硫酸氢钠含量混合液洗脱液

表4：同亚硫酸氢钠含量不同亚硫酸含量混合溶液洗脱液

活化结果监控钠离子、同批次第二次同浓度蒸发液进样量对比，其结果如表5所示：

表5：同活化时间(40min)/同流速下监控结果

从表3、5中可以看出当亚流酸含量一定时，亚硫酸氢钠含量低于35wt％，树脂无法完成活化，影响树脂的再次利用；当亚硫酸氢钠含量高于35wt％时，树脂随着亚硫酸氢钠含量的增大，树脂活化效果变好，但当亚硫酸氢钠含量达到45wt％时，树脂活化效率不明显。从表4、5中可以看出，当亚硫酸氢钠含量一定时，改变亚硫酸含量，相同活化时间下，树脂随着亚硫酸含量变大，树脂活化效果变好，当亚硫酸含量达到8wt％时，活化效果最好。考虑到常温常压下纯亚硫酸含量为8wt％，而增加亚硫酸氢钠会降低亚硫酸溶解度，故本专利优选的活化试剂浓度为饱和的亚硫酸溶液加45wt％的亚硫酸氢钠溶液的混合物。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (13)

1.一种获得牛磺酸的方法，其特征在于，包括：

采用环氧乙烷法制备含有牛磺酸碱金属盐的蒸发液；

利用离子交换树脂柱对所述蒸发液进行离子交换处理，以便得到所述牛磺酸，并使杂质羟乙基磺酸与所述蒸发液中的碱性物质进行中和反应；

在离子交换处理之后，检测所得流出液的pH，当所述流出液的pH不高于3时，将所述流出液与所述蒸发液进行中和反应；当所述流出液的pH高于3时，所述流出液为牛磺酸。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在进行所述离子交换处理之前，对所述离子交换树脂柱进行活化处理，所述活化处理的试剂包括选自下列至少之一：

二氧化硫、亚硫酸和酸式硫酸碱金属盐。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在进行所述离子交换处理之前，对所述离子交换树脂柱进行活化处理，所述活化处理的试剂包括选自下列至少之一：二氧化硫、亚硫酸和亚硫酸氢钠。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在进行所述离子交换处理之前，对所述离子交换树脂柱进行活化处理，所述活化处理试剂为亚硫酸和亚硫酸氢钠的混合溶液。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述亚硫酸和亚硫酸氢钠混合溶液的浓度为不低于35%。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述亚硫酸和亚硫酸氢钠混合溶液的浓度为不低于45%。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述亚硫酸的浓度为6wt%，所述亚硫酸氢钠的浓度为45wt%。

8.根据权利要求1~7任一项所述的方法，其特征在于，所述获得牛磺酸的方法所采用的系统包括：

储液单元，所述储液单元用于储存通过环氧乙烷法制备的含有牛磺酸碱金属盐的溶液；

离子交换单元，所述离子交换单元与所述储液单元相连，所述离子交换单元包含离子交换树脂柱，所述离子交换树脂柱底部具有第一接口和第二接口，所述离子交换树脂柱采用下列至少之一进行活化处理：二氧化硫、亚硫酸和酸式亚硫酸碱金属盐；

羟乙基磺酸管路，通过所述第一接口与所述离子交换单元相连，另一端与所述储液单元相连，用于将所述羟乙基磺酸返回至所述储液单元；

牛磺酸管路，通过所述第二接口与所述离子交换单元相连，另一端与牛磺酸收集单元相连；

牛磺酸收集单元，所述牛磺酸收集单元被配置为收集牛磺酸溶液；

液体分配单元，所述液体分配单元分别与所述第一接口和所述第二接口相连，所述液体分配单元被配置为适于控制所述第一接口和/或所述第二接口的开关；

pH检测单元，所述pH检测单元与所述液体分配单元相连，并且所述pH检测单元适用于检测来自于所述离子交换单元流出液的pH，以便所述液体分配单元根据pH检测结果控制所述第一接口和/或所述第二接口的开关。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述液体分配单元被配置为当所述离子交换单元流出液的pH不高于3时，打开所述第一接口，并关闭所述第二接口；当所述离子交换单元流出液的pH高于3时，关闭所述第一接口，并打开所述第二接口。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述离子交换树脂柱采用下列至少之一进行活化处理：二氧化硫、亚硫酸和亚硫酸氢钠。

11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述离子交换树脂柱采用亚硫酸和亚硫酸氢钠的混合溶液进行活化处理。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述亚硫酸和亚硫酸氢钠的浓度为不低于35wt%。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述亚硫酸和亚硫酸氢钠的浓度为不低于45wt%。

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