CN1240670C - 离子膜电渗析法分离DL－α－丙氨酸工艺 - Google Patents
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Abstract
一种离子膜电渗析法分离DL-α-丙氨酸工艺，其特征在于将合成得到的DL-α-丙氨酸和氯化铵混合液引入离子膜电渗析器中；运用阳离子交换膜和阴离子交换膜，通过不同顺序排列，组成离子膜电渗析在直流电场作用下，NH4 -通过阳离子交换膜向阴极方向迁移，Cl通过阴离子交换膜向阳极方向迁移，循环分离后，可分别获得DL-α-丙氨酸溶液和氯化铵溶液，结晶析出DL-α-丙氨酸和氯化铵产品。该方法能源消耗显著下降，可不采用大量易燃有毒性的甲醇，生产成本低，三废基本解除，产品质量提高，并可得到高质量的副产物氯化铵。
Description
技术领域
本发明为一种在利用α-氯丙酸氨化法等制备DL-α-丙氨酸生产中分离DL-α-丙氨酸新工艺，其特点在于运用阳离子交换膜和阴离子交换膜，通过不同顺序排列，组成离子膜电渗析分离装置，对DL-α-丙氨酸和氯化铵混合液进行膜分离，涉及到运用离子膜电渗析分离DL-α-丙氨酸和氯化铵的工艺和操作参数。
背景技术
DL-α-丙氨酸是一种重要的氨基酸，是医药工业、农业工业、有机合成和生物化学研究等领域的重要原料和中间体，作为食品添加剂、饲料添加剂、日化助剂等，也被广泛应用于食品、饲料、日化等行业中。
现有的DL-α-丙氨酸合成和分离方法为：以α-氯丙酸、液氨(或氨水)为原料，以乌洛托品为催化剂，在水溶液或醇水溶液或醇溶液中合成得到DL-α-丙氨酸和氯化铵混合液；利用DL-α-丙氨酸在甲醇中不溶解的特点，用大量的甲醇使DL-α-丙氨酸分离析出、过滤、精制、干燥得到DL-α-丙氨酸。母液为甲醇和氯化铵混合物，经过精馏回收甲醇，精馏残余物经蒸发得到部分价值很低的低档氯化铵，其余排放。
醇析法分离DL-α-丙氨酸工艺的缺点为：1、大量母液需精馏回收，蒸汽消耗很大，每吨产品需9-12吨蒸汽。2、甲醇挥发大，消耗高，造成生产成本上升。3、使用大量易燃有毒性的甲醇，造成生产环境污染严重，也增加了生产不安全性。4、母液中氯化铵浓度高，腐蚀性强，精馏塔防腐要求高，投资大，维修费用高。5、分离收率低。6、副产物氯化铵纯度低，价值不高。
发明内容
本发明的目的就是针对上述诸种缺点，采用离子膜电渗析法DL-α-丙氨酸和氯化铵混合液进行膜分离，具有在常温、无相变的条件下实现物质分离以及分离收率高、不产生污染的特点。
本发明的离子膜电渗析法分离DL-α-丙氨酸工艺，其特征在于将合成得到的DL-α-丙氨酸和氯化铵混合液引入离子膜电渗析分离装置中，运用阳离子交换膜和阴离子交换膜，通过不同顺序排列，组成离子膜电渗析在直流电场作用下，NH4通过阳离子交换膜向阴极方向迁移，Cl通过阴离子交换膜向阳极方向迁移，循环分离后，可分别获得DL-α-丙氨酸溶液和氯化铵溶液，结晶析出DL-α-丙氨酸和氯化铵产品。
上述所采用离子膜电渗析分离装置中，其阳离子交换膜和阴离子交换性膜，以不同排列顺序，组成多腔室重复排列，腔室数可为2-5个。
本发明的离子膜电渗析分离装置一种优先方案为2腔室结构，按阳离子交换膜和阴离子交换膜间隔排列，阳、阴离子交换膜组成的腔室是混合液室，阴离子交换膜与下组阳离子交换膜组成是盐室，混合液室靠近阴极，盐室靠近阳极，对引入的DL-α-丙氨酸和氯化铵混合液可进行PH值控制在5.5-6.5，防止DL-α-丙氨酸部分电离而迁移逃逸，见图1。当离子膜电渗析分离脱盐使混合液室氯化铵达到一定小的浓度时，可分别获得DL-α-丙氨酸溶液和氯化铵溶液，经过浓缩结晶析出DL-α-丙氨酸和氯化铵产品。
本发明的离子膜电渗析分离装置另一种优先方案为3腔室结构，按阳离子交换膜、阳离子交换膜、阴离子交换膜的排列顺序，组成3腔室重复排列的离子膜电渗析分离装置，阳、阴离子交换膜组成的腔室是氨基酸反馈室，阳、阴离子交换膜组成的腔室是混合液室，引入的DL-α-丙氨酸和氯化铵混合液，阴离子交换膜与下组阳离子交换膜组成是盐室。氨基酸反馈室靠近阴极，盐室靠近阳极。对引入的DL-α-丙氨酸和氯化铵混合液的PH可控制在PH在2-7之间，优选PH为4.5-6之间；氨基酸反馈室PH可控制在5-8.5之间，优选PH为6-7之间。混合液室中DL-α-丙氨酸有部分电离，电离迁移出的DL-α-丙氨酸会进入到氨基酸反馈室，到一定浓度时可返回到混合液室，见图2。当离子膜电渗析分离脱盐使混合液室氯化铵达到一定小的浓度时，可分别获得DL-α-丙氨酸溶液和氯化铵溶液，经过浓缩结晶析出DL-α-丙氨酸和氯化铵产品。
所述的离子膜电渗析分离装置选用的阳离子交换膜和阴离子交换膜可为异相膜或均相膜。单台电渗析分离装置中离子交换膜的总数可以在1200张以内，膜的大小尺寸为长100mm-2000mm，宽100mm-1200mm，单台离子膜电渗析分离装置的组合可为一段一级或一段多级(二级或二级以上)，每级之间可串联或并联。
本发明的离子膜电渗析法分离DL-α-丙氨酸工艺，所采用离子膜电渗析分离装置可是一台离子膜电渗析分离装置，也可用二台以上(含二台)进行串联或并联组合，以提高生产能力。
在操作过程中应控制的主要参数包括电流密度，各腔室内液体流动速度及温度，PH值。电流密度增大有利于提高产物分离速率，但电流密度的选择应考虑到所使用的离子选择性膜承受能力和极限电流密度，在大于极限电流密度时，会发生水的解离，影响电流效率，一般电流密度应在1mA/cm2-100mA/cm2范围内；各腔室液体循环流量增大有利于增大液体在腔室内的流动速度，减少传质阻力及极化现象，但液体流量过大，易使各腔室间压力平衡控制不当，造成压差渗透。因此一般控制液体速度在0.1cm/s～100cm/s范围内。操作温度适当提高有利于加快离子迁移速度，使离子膜电渗析过程加快，但操作温度的选择应考虑所使用膜的承受能力，一般温度应在5℃～100℃之间。
所述循环式分离过程中，各室的循环液为水溶液或醇水溶液或醇溶液，所选的醇为甲醇、或乙醇、或异丙醇。
本发明的优点：
第一：避免了使用大量的甲醇而造成的严重的甲醇挥发排放污染和生产不安全性。第二：离子膜分离过程为无相变过程，比相变过程耗能低，离子膜电渗析法分离工艺比醇析法工艺减少耗能50％以上。第三：离子膜分离装置中，除紧固件等小部分用金属制作外，均为各种高分子材料制成，这些材料绝缘性和抗腐蚀性都很好，不存在蒸馏法那样的严重腐蚀问题，膜分离装置使用寿命长，操作维修方便，投资相对小，易实现自动化控制。第四：分离收率高。第五：副产物氯化铵纯度也高，附加值高，减少了三废。
附图说明
图1为2腔室结构的离子膜电渗析分离装置的结构图
图中：CM为阳离子交换膜；AM为阴离子交换膜；R1为混合液室；R2为盐室；RC为阴极室；RA为阳极室；(+)为阳极；(-)为阴极。
图2为3腔室结构的离子膜电渗析分离装置的结构图
图中：CM为阳离子交换膜；AM为阴离子交换膜；R1为混合液室；R2为盐室；R3为氨基酸反馈室；RC为阴极室；RA为阳极室；(+)为阳极；(-)为阴极。
具体实施方式
实施例1
参见图1，本实施例为采用2腔室结构的离子膜电渗析分离装置，膜面积为150mm×300mm，阳、阴离子交换膜2腔室重复排列31对。在操作过程中，将DL-α-丙氨酸和氯化铵的水混合液经精密过滤后进入到电渗析分离装置腔室R1中，对引入的DL-α-丙氨酸和氯化铵混合液可进行PH值控制在6。在操作过程中应控制的主要参数电流密度10mA/cm2，各腔室内液体流动速度为3cm/s，温度为30℃。当离子膜电渗析分离脱盐使混合液室氯化铵达到一定小的浓度时，可分别获得DL-α-丙氨酸溶液和氯化铵溶液，经过浓缩结晶析出DL-α-丙氨酸和氯化铵产品，DL-α-丙氨酸得率为91.0％。
实施例2
参见图2，采用3腔室结构的离子膜电渗析分离装置，离子交换膜尺寸大小为200mm×400mm，3腔室结构重复排列为100组。在操作过程中，电渗析分离装置腔室R1中引入DL-α-丙氨酸与氯化铵水混合溶液，进行循环式膜分离，操作电流密度控制15mA/cm2，各腔室内液体流动速度为2.8cm/s，温度为35℃；对引入的DL-α-丙氨酸和氯化铵混合液的PH控制在5-6之间；氨基酸反馈室PH控制在6-7.5之间，电离迁移出的DL-α-丙氨酸会进入到氨基酸反馈室，到一定浓度时可返回到混合液室。经过循环膜分离5.5h后，得到DL-α-丙氨酸溶液和氯化铵溶液，经过浓缩结晶析出DL-α-丙氨酸和氯化铵产品，DL-α-丙氨酸得率为97.5％。
Claims (2)
1、一种离子膜电渗析法分离DL-α-丙氨酸工艺，将合成得到的DL-α-丙氨酸和氯化铵混合液引入离子膜电渗析分离装置中，在直流电场作用下，NH4 +通过阳离子交换膜向阴极方向迁移，Cl-通过阴离子交换膜向阳极方向迁移，经过一定时间的循环膜分离后，分别获得DL-α-丙氨酸溶液和氯化铵溶液，结晶析出DL-α-丙氨酸和氯化铵产品，其特征在于：所述的离子膜电渗析分离装置，按阳离子交换膜、阳离子交换膜、阴离子交换膜的排列顺序，组成3腔室重复排列的离子膜电渗析分离装置，阳、阳离子交换膜组成的腔室是氨基酸反馈室，阳、阴离子交换膜组成的腔室是混合液室，阴离子交换膜与下组阳离子交换膜组成是盐室，氨基酸反馈室靠近阴极，盐室靠近阳极。
2、根据权利要求1所述的离子膜电渗析法分离DL-α-丙氨酸工艺，其特征在于所述的引入的DL-α-丙氨酸和氯化铵混合液的混合液室PH控制在PH在5-6之间；氨基酸反馈室PH控制6-7.5之间。
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