DE19634640A1

DE19634640A1 - Process for cleaning solutions containing betaine by electrodialysis and by means of a cation exchange module

Info

Publication number: DE19634640A1
Application number: DE1996134640
Authority: DE
Inventors: Markus Dr Frede; Herbert Dr Leiter; Kurt Hensel
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1996-08-27
Filing date: 1996-08-27
Publication date: 1998-03-05
Also published as: WO1998008803A1

Abstract

The invention concerns a process for purifying an aqueous solution which contains at least one betaine. The invention also concerns a process for preparing betaines, and the use of gamma -butyrobetaine purified or prepared by the process according to the invention in order to produce L-carnitine.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung einer wäß rigen Lösung, die Betaine enthält, ein Verfahren zur Herstellung von Betai nen, sowie die Verwendung von nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gereinigtem bzw. hergestelltem γ-Butyrobetain zur Herstellung von L-Carni tin.The present invention relates to a method for cleaning an aq solution containing betaines, a process for the preparation of betai NEN, as well as the use of according to the inventive method purified or manufactured γ-butyrobetaine for the production of L-carni tin.

Die technische Synthese von ω-Tetraalkylammoniumcarboxylaten, also Ver bindungen der folgenden allgemeinen Formel (I)The technical synthesis of ω-tetraalkylammonium carboxylates, ie Ver compounds of the following general formula (I)

R₃N⁺-(CH₂)_n-COO⁻ (I),R₃N⁺- (CH₂) _n -COO⁻ (I),

wobei R im allgemeinen für eine Alkylgruppe mit 1 bis 30 Kohlenstoff atomen und n für eine ganze Zahl von 1 bis 5 steht,
die auch unter dem im Rahmen der vorliegenden Anmeldung verwendeten Trivialnamen "Betaine" zusammengefaßt werden, geht von ω-Halogencarbon säureestern aus. Die Betaine haben die Eigenschaften von Zwitterionen, d. h. sie sind amphoter. where R generally represents an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms and n represents an integer from 1 to 5,
which are also summarized under the trivial name "betaine" used in the context of the present application, starts from ω-halocarboxylic acid esters. The betaines have the properties of hermaphrodite ions, ie they are amphoteric.

ω-Halogencarbonsäureester werden vorzugsweise durch Spaltung der ent sprechenden Lactone unter simultaner Halogenierung, vorzugsweise Chlorie rung und Veresterung hergestellt. Die Synthese verläuft vorzugsweise in Alkoholen, besonders bevorzugt in Methanol.ω-Halocarboxylic acid esters are preferably obtained by cleaving the ent speaking lactones with simultaneous halogenation, preferably chlorine esterification and esterification. The synthesis preferably proceeds in Alcohols, particularly preferably in methanol.

Beispielsweise ist aus DE-OS 27 51 134 bekannt, daß sich γ-Butyrolacton mit Thionylchlorid in Methanol in 91% Ausbeute zu γ-Chlorbuttersäureme thylester umsetzen läßt. Nachteilig bei diesem Verfahren ist die notwendige Entsorgung des anfallenden SO₂.For example, it is known from DE-OS 27 51 134 that γ-butyrolactone with thionyl chloride in methanol in 91% yield to γ-chlorobutyric acid can implement thylester. The disadvantage of this method is that it is necessary Disposal of the resulting SO₂.

Eine ähnliche Umsetzung gelingt, ausgehend von Propiolacton mit Sulfuryl chlorid oder PCl₅ in Tetrachlorkohlenstoff, wobei zunächst das Chlorpro pionsäurechlorid erhalten wird (US 2 411 875). In dieser Schrift ist eben falls die Umsetzung von Propiolacton mit HCl in Methanol zum Chlor propionsäuremethylester beschrieben.A similar reaction succeeds, starting from propiolactone with sulfuryl chloride or PCl₅ in carbon tetrachloride, starting with the chlorpro pionic acid chloride is obtained (US 2,411,875). In this script is just if the reaction of propiolactone with HCl in methanol to chlorine propionic acid methyl described.

Die DE-OS 19 03 076 beschreibt, daß sich γ-Butyrolacton auch mit trocke ner HCl in Methanol zu γ-Chlorbuttersäuremethylester überführen läßt, wobei jedoch die Umsetzung sehr träge verläuft.DE-OS 19 03 076 describes that γ-butyrolactone is also dry ner HCl in methanol can be converted to γ-chlorobutyric acid methyl ester, wherein however, implementation is sluggish.

Darüber hinaus ist aus "Justus Liebigs Ann. Chem. 569 (1955), S. 167 bis 188" bekannt, daß sich γ-Butyrolacton mit ZnCl₂ und HCl in Methanol zu γ-Chlorbuttersäuremethylester umsetzen läßt.In addition, from "Justus Liebigs Ann. Chem. 569 (1955), pp. 167 to 188 "known that γ-butyrolactone with ZnCl₂ and HCl in methanol γ-Chlorobutyric acid methyl ester can be implemented.

Die EP-B 0 360 222 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von γ-Butyro betain, in dem γ-Butyrolacton mit Chlorwasserstoff in die γ-Chlorbuttersäure umgesetzt wird, diese ohne zu isolieren mit Methanol, Ethanol, einem Propanol oder einem Butanol in den entsprechenden γ-Chlorbuttersäurealkyl ester überführt, anschließend mit Trimethylamin zum entsprechenden Tri methylammoniumbuttersäurealkylesterchlorid umgesetzt und dieses ohne zu isolieren schließlich mit einer Base zum Endprodukt verseift wird. Als mögliche Varianten für die Aufarbeitung bzw. Reinigung des so erhaltenen γ-Butyrobetains aus der Reaktionslösung werden dort das Entsalzen mittels Ionenaustauscher, spezielle Kristallisationsmethoden oder die Elektrodialyse angegeben.EP-B 0 360 222 relates to a process for the production of γ-butyro betaine, in the γ-butyrolactone with hydrogen chloride in the γ-chlorobutyric acid is implemented without isolating it with methanol, ethanol, a Propanol or a butanol in the corresponding γ-chlorobutyric acid alkyl transferred ester, then with trimethylamine to the corresponding tri Methylammoniumbuttersäurealkylesterchlorid implemented and this without finally isolate with a base to the end product is saponified. As possible variants for working up or cleaning the thus obtained γ-Butyrobetains from the reaction solution are desalted there Ion exchangers, special crystallization methods or electrodialysis specified.

Ferner beschreibt die EP-B 0 413 264 ein Verfahren zur Herstellung von ω-Chlorcarbonsäurechloriden, ausgehend von den entsprechenden Lactonen durch Phosgenierung. Diese lassen sich anschließend mit Methanol in die entsprechenden ω-Chlorcarbonsäureester überführen.Furthermore, EP-B 0 413 264 describes a process for the production of ω-chlorocarboxylic acid chlorides, starting from the corresponding lactones by phosgenation. These can then be added to the transfer the corresponding ω-chlorocarboxylic acid ester.

Alle o.g. Umsetzungen werden vorzugsweise in Methanol als Lösungsmittel durchgeführt, bzw. Methanol wird als Edukt zur Bildung der Methylester eingesetzt.All of the above Reactions are preferably in methanol as a solvent performed, or methanol is used as a starting material for the formation of the methyl ester used.

Aus den ω-Chlorcarbonsäureestern lassen sich die entsprechenden Betaine herstellen. Vorzugsweise wird auch hier die Umsetzung im gleichen Lö sungsmittel durchgeführt, das auch in der vorgeschalteten Lactonöffnung Verwendung fand, so daß kein Lösungsmittelaustausch notwendig wird.The corresponding betaines can be obtained from the ω-chlorocarboxylic acid esters produce. The implementation in the same solution is also preferred here carried out in the upstream lactone opening Was used so that no solvent exchange is necessary.

Die EP-B 0 360 222 beschreibt zwar die prinzipielle Möglichkeit, die Quaternisierung mit tertiären Aminen in Toluol anstelle von Alkoholen durchzuführen, hierzu muß allerdings zuvor der Alkohol abdestilliert werden, was jedoch zu einer schlechten Raum-Zeit- und Produktausbeute führt. Demgemäß benutzt man vorzugsweise Alkohole, insbesondere Methanol als Lösungsmittel.EP-B 0 360 222 describes the basic possibility that Quaternization with tertiary amines in toluene instead of alcohols the alcohol has to be distilled off beforehand, however, which leads to poor space-time and product yield. Accordingly, alcohols, in particular methanol, are preferably used Solvent.

Der ω-Chlorcarbonsäureester wird demgemäß vorzugsweise in Gegenwart eines Alkohols mit einem beliebigen tertiären Amin in den Betainester überführt, der nach dem Abdestillieren des Lösungsmittels und anschließender alkalischer Verseifung in das gewünschte Betain gemäß folgendem Reaktions schema abreagiert:The ω-chlorocarboxylic acid ester is accordingly preferably in the presence an alcohol with any tertiary amine in the betaine ester transferred after distilling off the solvent and subsequent alkaline saponification in the desired betaine according to the following reaction Scheme reacted:

Eine derartige Umsetzung ist z. B. in der EP-B 0 360 222 beschrieben.Such an implementation is e.g. B. described in EP-B 0 360 222.

Ein entsprechendes, weitgehend salzfreies Betain gewinnt man durch Elek trodialyse der wäßrigen, salzhaltigen Betainlösungen. Diese werden im Diluat der Elektrodialyse eingesetzt und in weitgehend salzfreie Betainlösung überführt, wobei ein Transfer der Na⁺- und Cl⁻-Ionen über Kationen- und Anionenaustauschermembranen im elektrischen Feld in den Konzentratkreis lauf der Elektrodialyse erfolgt.A corresponding, largely salt-free betaine is obtained through Elek trodialysis of aqueous, saline betaine solutions. These are in the Diluate of electrodialysis used and in largely salt-free betaine solution transferred, with a transfer of Na⁺ and Cl⁻ ions via cation and Anion exchange membranes in the electric field in the concentrate circuit Electrodialysis is carried out.

Da als bevorzugtes Solvens der Quaternisierungsreaktion Alkohole, besonders bevorzugt Methanol, eingesetzt werden, entsteht in der ersten Stufe gemäß obigem Reaktionsschema zwangsläufig ein Alkylchlorid als Nebenprodukt. Dieses reagiert mit dem zur Betainsynthese eingesetzten tertiären Amin im Rahmen einer Nebenreaktion, und es bilden sich Tetraalkylammoniumchloride gemäß folgendem Reaktionsschema aus:Since alcohols are the preferred solvent for the quaternization reaction, especially preferably methanol, are used in the first stage an alkyl chloride as a by-product inevitably from the above reaction scheme. This reacts with the tertiary amine used for beta synthesis As part of a side reaction, and tetraalkylammonium chlorides are formed according to the following reaction scheme:

NR′₃ + R′′Cl → ⁺NR′₃R′′ + Cl⁻NR′₃ + R′′Cl → ⁺NR′₃R ′ ′ + Cl⁻

R′, R′′ = Alkylreste.R ′, R ′ ′ = alkyl radicals.

Demgemäß wird zum Erhalt besonders reiner, vollständig entsalzter Betainlö sungen an die Elektrodialyse nicht nur die Aufgabe einer NaCl-Abreicherung gestellt, sondern es ergibt sich das weitere Problem, daß zusätzlich zur NaCl-Abreicherung bzw. -abtrennung weitere ionische, aus der Betainsynthese stammende Nebenprodukte, wie z. B. die o. g. Tetraalkylammoniumsalze abgetrennt werden müssen, die bezogen auf das Betain, in Konzentrationen von ungefähr 1 bis ungefähr 10 Gew.-% anfallen können.Accordingly, particularly pure, completely desalinated betaine sol is obtained solutions to electrodialysis not only the task of NaCl depletion asked, but there is the further problem that in addition to NaCl depletion or separation of further ionic ones from betaine synthesis originating by-products such. B. the above Tetraalkylammonium salts must be separated, based on the betaine, in concentrations from about 1 to about 10% by weight.

Aus einem Artikel von T. Sata in "J. Membr. Sci. Bd. 93 (1994), S. 117 ff" ist bekannt, daß die Geschwindigkeit der Abreicherung von einwertigen Kationen über Kationenaustauschermembranen, wie sie in der Elektrodialyse verwendet werden, stark vom Ionenradius des Kations abhängig ist. Unter Verwendung einer Standard-Kationenaustauschermembran (Tokuyama CM2) ist die Transportzahl für Na⁺ um ungefahr eine Zehnerpotenz höher als die Transportzahl für Tetramethylammonium-Ionen. Demzufolge gelingt während der Elektrodialyse eine sehr effiziente, schnelle Übertragung von Na⁺-Ionen mit geringem sterischen Anspruch. Die Übertragung von Tetraalkylammoniu mionen vom Diluat in das Konzentrat ist wegen dessen Größe dagegen wesentlich schwieriger und stellt hohe Anforderungen an den Elektrodialyse prozeß.From an article by T. Sata in "J. Membr. Sci. Vol. 93 (1994), p. 117 ff "it is known that the rate of depletion of monovalent Cations over cation exchange membranes, such as those used in electrodialysis are used, is strongly dependent on the ionic radius of the cation. Under Use of a standard cation exchange membrane (Tokuyama CM2) the transport number for Na⁺ by about a power of ten higher than that Transport number for tetramethylammonium ions. As a result, succeeds during electrodialysis a very efficient, fast transfer of Na⁺ ions with low steric demands. The transfer of tetraalkylammoniu Mions from the diluate to the concentrate is against it because of its size much more difficult and places high demands on electrodialysis process.

Die Abreicherung der Na⁺-Ionen neben Tetraalkylammoniumionen verläuft unter stark bevorzugtem Primärtransport der Na⁺-Ionen in das Konzentrat. Daher erreicht man erst dann eine nennenswerte Übertragung der Tetraalkyl ammoniumionen in das Konzentrat, wenn der Hauptanteil der Na⁺-Ionen bereits übertragen wurde. Dieser salzarme Diluatzustand ist aber begleitet von niedrigen Leitfähigkeiten, die wiederum zur Folge haben, daß der Gesamtwiderstand der Elektrodialysezelle stark ansteigt, d. h. die Elektrodialy se sich im Bereich hoher Zellspannung und niedriger Stromdichten befindet. Der durch die Spannungslimitierung stark verringerte Elektrodialyse-Wir kungsgrad befindet sich daher oftmals nur noch im Bereich von 5%. Durch den schlechten Wirkungsgrad wird die vollständige Tetraalkylammoni um-Abtrennung negativ beeinflußt und die Elektrodialyse-Gesamtprozeßdauer deutlich vergrößert. Die Verschlechterung der Raum-Zeit-Ausbeute kann nur durch Installation größerer Membranflächen aufgefangen werden und wirkt sich folglich zeit- und kostenintensiv aus. Darüber hinaus erfolgt im Bereich schlechter Elektrodialyse-Wirkungsgrade, die durch niedrige Diluatleitfähigkei ten bedingt sind, eine zunehmende Verdünnung des Diluatkreises durch diffusiven Wassertransport zum Konzentrat in das Diluat, so daß sich die im Rahmen der Elektrodialyse zunächst aufkonzentrierte Betainlösung wieder verdünnt. Der generelle Vorteil der Elektrodialyse, eine Entsalzung unter gleichzeitiger Aufkonzentrierung erzielen zu können, wird daher nicht effi zient genutzt. Das rückdiffundierte Wasser muß im Anschluß an die Elek trodialyse während der Aufkonzentrierung bzw. Betaintrocknung zusätzlich verdampft werden, was sich ebenfalls prozeßverlängernd und kostensteigernd auswirkt, bzw. bei thermisch labilen Produkten zu erneuter Nebenproduktbil dung führen kann.The depletion of the Na⁺ ions alongside tetraalkylammonium ions proceeds with a highly preferred primary transport of the Na⁺ ions into the concentrate. It is only then that a significant transfer of the tetraalkyl is achieved ammonium ions in the concentrate if the main part of the Na⁺ ions has already been transferred. This low-salt diluate state is accompanied of low conductivities, which in turn have the consequence that the Total resistance of the electrodialysis cell increases sharply, d. H. the electrodialy is in the range of high cell voltage and low current densities. The electrodialysis process, which was greatly reduced due to the voltage limitation The degree of efficiency is therefore often only in the range of 5%. Due to the poor efficiency, the complete tetraalkylammoni um separation adversely affects and the total electrodialysis process time significantly enlarged. The deterioration of the space-time yield can only can be caught by installing larger membrane areas and works consequently time and cost intensive. It also takes place in the area poor electrodialysis efficiencies due to low diluate conductivity ten are due to an increasing dilution of the diluate circuit by diffusive water transport to the concentrate in the diluate, so that the im As part of the electrodialysis, concentrated betaine solution again diluted. The general advantage of electrodialysis, desalination under Being able to achieve simultaneous concentration is therefore not effective used efficiently. The back diffused water must be connected to the elec additional trodialysis during concentration or beta drying are evaporated, which also prolongs the process and increases costs affects, or in the case of thermally unstable products to new by-product bil can lead.

Schließlich wird über die längere Elektrodialysedauer durch schlechten Wirkungsgrad im Bereich der signifikanten Tetraalkylammonium-Abtrennphase auch ein erhöhter diffusiver Transport von Betain-Wertprodukt über die Ionenaustauschermembranen in das Konzentrat beobachtet, so daß die Pro duktausbeute in nachteiliger Weise durch die ineffiziente Elektrodialy se-Endphase beeinträchtigt wird.Eventually, the longer electrodialysis time is due to bad Efficiency in the range of the significant tetraalkylammonium separation phase also an increased diffusive transport of betaine value product over the Ion exchange membranes observed in the concentrate, so that the Pro Product yield disadvantageously due to the inefficient electrodialy end phase is impaired.

Wie sich aus Obigem ergibt, ist es nicht möglich, durch Elektrodialyse alleine ein Betain besonders hoher Reinheit, wie sie z. B. beim Einsatz von Betainen im Pharma- oder Lebensmittelsektor erforderlich ist, in hoher Ausbeute unter wirtschaftlichen Bedingungen zu erhalten.As can be seen from the above, it is not possible through electrodialysis a particularly high purity betaine, such as z. B. when using Betaines in the pharmaceutical or food sector are required in high Obtain yield under economic conditions.

Demgemäß lag der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftliches Verfahren zur Reinigung von wäßrigen Lösungen, die Betaine enthalten, zur Verfügung zu stellen, mit dessen Hilfe eine Lösung eines Betains mit hoher Reinheit erhalten werden kann, und das darüber hinaus eine wirtschaftliche Prozeßführung erlaubt.Accordingly, the present invention was based on the object economical process for cleaning aqueous solutions, the betaines included, with the help of which a solution of a High purity betains can be obtained, and beyond economic litigation allowed.

Es wurde nunmehr gefunden, daß die Aufreinigung von Betain enthaltenden Lösungen, wie sie bei der Herstellung von Betainen, ausgehend von den entsprechenden ω-Chlorcarbonsäureestern bzw. den entsprechenden Lactonen erhalten werden, durch Elektrodialyse unter Abtrennung von Na⁺ und Tetraalkylammonium-Ionen (im folgenden öfters als "NR₄⁺" bezeichnet) deutlich verbessert werden kann, wenn man zu einem bestimmten Zeitpunkt die Elektrodialyse mit einem Kationenaustauscherprozeß koppelt.It has now been found that the purification of betaine containing Solutions, such as those in the production of betaines, based on the corresponding ω-chlorocarboxylic acid esters or the corresponding lactones are obtained by electrodialysis with the separation of Na⁺ and Tetraalkylammonium ions (hereinafter often referred to as "NR₄⁺") can be significantly improved if you go at a certain time coupling electrodialysis with a cation exchange process.

Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Reinigung einer wäßrigen Lösung, die mindestens ein Betain enthält, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Lösung einer Elektrodialyse unterworfen wird und ein in der Elektrodialyse erhaltenes Diluat über ein Kationenaustauscher modul geleitet wird.Accordingly, the present invention relates to a method for cleaning an aqueous solution containing at least one betaine, which thereby is characterized in that the solution is subjected to electrodialysis and a diluate obtained in electrodialysis via a cation exchanger module is directed.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren, wie oben definiert, bei dem die wäßrige Lösung neben dem mindestens einen Betain ein Alka li- oder Erdalkalihydroxid, einen Alkohol oder Tetraalkylammoniumsalze oder Gemische aus zwei oder mehr davon enthält.The present invention further relates to a method as defined above, in which the aqueous solution in addition to the at least one betaine is an alka li or alkaline earth metal hydroxide, an alcohol or tetraalkylammonium salts or Contains mixtures of two or more of them.

Selbstverständlich kann die zu behandelnde Lösung weitere bei der Her stellung anfallende Neben- und Zersetzungsprodukte enthalten, solange sich diese nicht hinderlich für die Durchführung der Elektrodialyse bzw. den Kationenaustauscherprozeß auswirken.Of course, the solution to be treated can be obtained from Her position by-products and decomposition products included, as long as this does not hinder the implementation of electrodialysis or the Impact cation exchange process.

Es kann jedoch auch nötig sein, derartige Bestandteile zu entfernen, was durch herkömmliche Trennverfahren wie z. B. Filtration geschehen kann.However, it may also be necessary to remove such components by conventional separation processes such. B. Filtration can happen.

Gemäß des obigen erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Diluat eine Lösung erhalten, die Betain in hoher Reinheit enthält. Der Begriff "Betain hoher Reinheit" bedeutet, daß das schlußendlich erhaltene, mit obigem Verfahren gereinigte Betain nicht mehr als 1000 ppm, vorzugsweise nicht mehr als 200 ppm Na⁺ und nicht mehr als 2000 ppm, vorzugsweise nicht mehr als 500 ppm NR₄⁺-Ionen enthält.According to the above method according to the invention, a diluate is used Obtain a solution containing betaine in high purity. The term "betaine high purity "means that the ultimately obtained, with the above Process purified betaine not more than 1000 ppm, preferably not more than 200 ppm Na⁺ and not more than 2000 ppm, preferably not contains more than 500 ppm NR₄⁺ ions.

Im Rahmen des obigen Verfahrens können alle Betaine, wie sie in der Einleitung der vorliegenden Anmeldung definiert wurden, gereinigt werden. Besonders bevorzugt wird das obige Verfahren zur Reinigung von γ-Butyro betain verwendet.As part of the above procedure, all betaines as described in the Introduction of the present application have been defined, cleaned. The above method for purifying γ-butyro is particularly preferred betaine used.

Der Zeitpunkt der Kopplung von Elektrodialyse mit einem Festbett-Kationen austauscherprozeß wird so gewählt, daß die vornehmliche Abreicherung von Na⁺-Ionen über die Elektrodialyse bereits erfolgt ist, so daß die Konkurrenz von Na⁺ und NR₄⁺ um die Bindungsstellen am Kationenaustauscherharz innerhalb des Kationenaustauschermoduls durch die dann vorherrschende relativ hohe NR₄⁺-Konzentration zugunsten dieses Kations ausfällt.The time of coupling electrodialysis with a fixed bed cations Exchange process is chosen so that the primary depletion of Na⁺ ions on the electrodialysis has already taken place, so that the competition of Na⁺ and NR₄⁺ around the binding sites on the cation exchange resin within the cation exchange module by the then prevailing relatively high NR₄⁺ concentration in favor of this cation turns out.

Das "Einschalten" des Kationenaustauscherprozesses geschieht in der Regel beim Erreichen einer definierten Leitfähigkeit im Diluat der Betain-Elek trodialyse, die mit einer Abreicherung von NaCl von 80 bis 99%, vorzugs weise 90 bis 99%, korreliert, d. h. die Elektrodialyse wird im allgemeinen beim Erreichen einer Leitfähigkeit von 10 mS/cm oder weniger, vorzugs weise bei einer Leitfähigkeit von 5 mS/cm oder weniger und insbesondere bei einer Leitfähigkeit von 2 mS/cm oder weniger mit einem Kationen austauscherprozeß gekoppelt.The "switching on" of the cation exchange process usually takes place when a defined conductivity in the diluate of the betaine elec trodialysis, with a depletion of NaCl of 80 to 99%, preferred wise 90 to 99%, correlated, d. H. electrodialysis in general when reaching a conductivity of 10 mS / cm or less, preferred wise with a conductivity of 5 mS / cm or less and in particular with a conductivity of 2 mS / cm or less with a cation exchange process coupled.

Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird demnach zunächst die Elektrodialyse bis zu einer Leitfähigkeit des Diluats von 10 mS/cm oder weniger betrieben und anschließend das in der Elek trodialyse erhaltene Diluat über ein Kationenaustauschermodul geleitet.According to one embodiment of the method according to the invention therefore first the electrodialysis up to a conductivity of the diluate operated from 10 mS / cm or less and then that in the elec trodialysis diluate obtained passed through a cation exchange module.

Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Verfahren auch so durchgeführt werden, daß zunächst die Elektrodialyse bis zu einer Leitfähigkeit des Diluats von 10 mS/cm oder weniger alleine betrieben wird und anschließend das Diluat sowohl der Elektrodialyse unterworfen wird als auch über ein Kationenaustauschermodul geleitet wird.In addition, the method according to the invention can also be carried out in this way be that first the electrodialysis up to a conductivity of the Diluates of 10 mS / cm or less are operated alone and then the diluate is both subjected to electrodialysis and via one Cation exchange module is directed.

Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung primär verwendete konventio nelle Zwei-Kreis-Elektrodialyse ist an sich bekannt und wird u. a. in der EP- B-0 381 134 beschrieben, deren Inhalt bezüglich der konventionellen Zwei- Kreis-Elektrodialyse voll umfänglich in die vorliegende Anmeldung mitein bezogen wird.The convention used primarily in the context of the present invention nelle two-circuit electrodialysis is known per se and is u. a. in the EP B-0 381 134, the content of which with respect to the conventional two- Circular electrodialysis is fully included in the present application is related.

Eine Prinzipskizze dieser Elektrodialyse zeigt Fig. 1.A basic sketch of this electrodialysis is shown in FIG. 1.

Bei dieser Elektrodialyse-Variante wird eine Apparatur eingesetzt, die eine positive (Anode (1)) und eine negative (Kathode (2)) großflächige Elektrode aufweist. Der Raum zwischen diesen Elektroden wird durch eine Vielzahl von abwechselnd angeordneten Kationen (3)- und Anionen (4)-Austauschermem branen in eine Vielzahl schmaler, durch die Membranen voneinander ge trennter Kammern, die man auch als Diluatkreis (5) und Konzentratkreis (6) bezeichnet, aufgeteilt. Dabei stellen Kammern, die kathodenseitig eine Anionenaustauschermembran und anodenseitig eine Kationenaustauschermem bran haben, die sog. Konzentratkammern oder Konzentratkreise dar, während Kammern, die anodenseitig die Anionenaustauschermembran und kathodensei tig die Kationenaustauschermembran haben, die Diluatkammern bzw. den Diluatkreis bilden.In this electrodialysis variant, an apparatus is used which has a positive (anode ( 1 )) and a negative (cathode ( 2 )) large-area electrode. The space between these electrodes is divided by a plurality of alternately arranged cations ( 3 ) and anions ( 4 ) exchange membranes into a large number of narrow chambers separated by the membranes, which can also be called a diluate circuit ( 5 ) and a concentrate circuit ( 6 ), divided. Chambers which have an anion exchange membrane on the cathode side and a cation exchange membrane on the anode side represent the so-called concentrate chambers or concentrate circles, while chambers which have the anion exchange membrane on the anode side and the cation exchange membrane on the cathode side form the diluate chambers or the diluate circuit.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Diluatkreise mit der aufzureinigenden, Betain enthaltenden, wäßrigen Lösung, die Konzen tratkreise mit einem wäßrigen Elektrolyt befüllt, und die Kammern, in denen sich die Elektroden befinden und ggf. noch die unmittelbar an diese angrenzenden Nachbarkammern werden mit einer Elektrodenspüllösung, in der Regel einer Natriumsulfatlösung, beaufschlagt.The diluate circles are used to carry out the method according to the invention with the betaine-containing aqueous solution to be purified, the conc filled with an aqueous electrolyte, and the chambers, in where the electrodes are and possibly still directly on them Adjacent neighboring chambers are cleaned with an electrode rinsing solution the rule of a sodium sulfate solution.

Unter dem Einfluß der an die Elektroden angelegten Spannung wandern die Ionen durch die für sie durchlässige Membran aus dem Diluatkreis hinaus in den Konzentrationskreis. Durch die folgende, für die entsprechende Ionensorte undurchlässige Membran, ist eine Weiterwanderung nicht möglich und das Ion verbleibt im Konzentratkreis. Die Flüssigkeiten in dem Diluat, Konzentrat und Elektrodenkreisen werden in getrennten Kreisläufen umge pumpt, ggf. unter Einschaltung von Reservoiren.Under the influence of the voltage applied to the electrodes, the Ions through the permeable membrane out of the diluate circuit in the concentration circle. Through the following, for the corresponding one Membrane impermeable to ion type, further migration is not possible and the ion remains in the concentrate circuit. The liquids in the diluate, Concentrate and electrode circuits are reversed in separate circuits pumps, possibly with the help of reservoirs.

Die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zu reinigende Lösung weist in der Regel einen Betain-Gehalt von mehr als ungefähr 20 Gew.-%, vorzugsweise mehr als ungefähr 30 Gew.-% und insbesondere mehr als 40 Gew-% auf.The solution to be cleaned in the context of the method according to the invention usually has a betaine content of more than approximately 20% by weight, preferably more than about 30% by weight and especially more than 40% % By weight.

Der Gehalt an Natriumchlorid in der aufzureinigenden Lösung beträgt im allgemeinen ungefähr maximal 20 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 15 Gew.-% und insbesondere weniger als 10 Gew.-%. The content of sodium chloride in the solution to be purified is in generally about a maximum of 20% by weight, preferably less than 15 % By weight and in particular less than 10% by weight.

Der Gehalt an Tetraalkylammoniumhalogenid liegt bei ungefähr 1 bis 10%, bezogen auf den Gehalt des Betains.The tetraalkylammonium halide content is approximately 1 to 10%, based on the content of the betaine.

In Abänderung zur aus EP-B 0 381 134 bekannten konventionellen 2-Kreis-Elek trodialyse kann auch eine Membrananordnung unter Verwendung von bipolaren Membranen eingesetzt werden. Bipolare Membran stellen Laminate aus Anionen- und Kationenaustauschermembranen dar. Sie zeichnen sich gegenüber monopolaren Anionen- bzw. Kationenaustauschermembranen da durch aus, im elektrischen Feld der Elektrodialyse eine effiziente Wasser spaltung zu katalysieren und dienen somit zur gleichzeitigen Bereitstellung von H⁺- und OW⁻-Äquivalenten.In modification of the conventional 2-circuit elek known from EP-B 0 381 134 trodialysis can also use a membrane assembly bipolar membranes can be used. Bipolar membrane make laminates from anion and cation exchange membranes. They stand out compared to monopolar anion or cation exchange membranes through out, in the electric field of electrodialysis, an efficient water catalyze cleavage and thus serve for simultaneous provision of H⁺ and OW⁻ equivalents.

Die Eigenschaften der bipolaren Membranen können in der in Fig. 2 darge stellten Weise zur Verseifung und Entsalzung der Betainester bzw. der Betaine simultan genutzt werden, wobei sich Fig. 2 beispielhaft auf eine Ausführungsform zur Reinigung von Lösungen, die γ-Butyrobetain enthalten, bezieht.The properties of the bipolar membranes can be used simultaneously in the manner shown in FIG. 2 for the saponification and desalination of the betaine esters or betaines, FIG. 2 referring to an embodiment for cleaning solutions containing γ-butyrobetaine .

Verwendung findet eine 3-Kreis(Kammer)-Anordnung (3-Kreis bipolare Elektrodialyse), bestehend aus Diluat (1)-, Säure (2)- und Base (3)-Kreis. Die 3-Kreis-Anordnung wird durch alternierende Aufeinanderfolge der jeweiligen Ionenaustauschermembran erzielt:A 3-circuit (chamber) arrangement ( 3- circuit bipolar electrodialysis) is used, consisting of diluate ( 1 ), acid ( 2 ) and base ( 3 ) circuits. The three- circle arrangement is achieved by alternating the respective ion exchange membrane:

Im Basekreis wird eine Lösung des Trimethylammoniumbuttersäuremethyle sters eingesetzt. Gleichzeitig wird dem Diluatkreis eine zu entsalzende, NaCl-reiche Trimethylammoniumbutyrat-Lösung zugeführt. Im Säurekreis wird eine stark verdünnte HCl (z. B. 0,5%-ig) vorgelegt. Bei Einschalten des Elektrodialysestromes erfolgt analog der konventionellen Elektrodialyse eine Wanderung von Na⁺ und Cl⁻-Ionen aus dem Diluatkreis in den Base- bzw. Säurekreis. Dort wird mit OH⁻- bzw. H⁺-Ionen aus der simultanen Wasser spaltung der bipolaren Membran NaOH bzw. HCl generiert.A solution of trimethylammonium butyric acid methyl is in the base circle sters used. At the same time, a diluted NaCl-rich trimethylammonium butyrate solution fed. In the acid circle a heavily diluted HCl (e.g. 0.5%) is presented. When the Electrodialysis currents are carried out analogously to conventional electrodialysis Migration of Na⁺ and Cl⁻ ions from the diluate circle to the base or Acid circle. There is simultaneous water with OH⁻ or H⁺ ions cleavage of the bipolar membrane NaOH or HCl generated.

Die NaOH im Basekreis kann dabei als Reagenz zur Verseifung des Betain-Vor produktes, also hier des Methylesters, verwendet werden. Die Versei fungsreaktion unter Erhalt eines salzreichen Betains und die Entsalzung des salzreichen Betains zum reinen, entsalzten Betain lassen sich somit in einem einzigen Schritt zusammenfassen. Der Gesamtprozeß der Betainsynthese wird um eine Produktionsstufe verkürzt.The NaOH in the base circle can act as a reagent for the saponification of the betaine pre product, here of the methyl ester. The verse reaction to obtain a salt-rich betaine and desalination of the Salt-rich betaine to pure, desalinated betaine can be combined in one summarize single step. The overall process of betaine synthesis is shortened by one production stage.

Selbstverständlich kann das oben skizzierte Verfahren auch zur Herstellung anderer Betaine unter Verwendung anderer ω-Halogencarbonsäuren als Eduk te, anderer tertiärer Amine als Quaternisierungsmittel und anderer Basen zur Verseifung durchgeführt werden.Of course, the method outlined above can also be used for the production other betaines using ω-halocarboxylic acids other than Eduk te, other tertiary amines as quaternizing agents and other bases for Saponification.

Die Elektrolytkonzentration in der Elektrodenspüllösung ist in der Regel 0,1 bis 1 normal, d. h. die Lösungen enthalten pro Liter 0,1 bis 1 g-Äquivalent des Elektrolyten.The electrolyte concentration in the electrode rinsing solution is usually 0.1 up to 1 normal, d. H. the solutions contain 0.1 to 1 g equivalent per liter of the electrolyte.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise bei ungefähr 10 bis ungefähr 50°C, insbesondere zwischen ungefähr 20 und ungefähr 39°C durchgeführt. Die Stromdichte bei der konventionellen 2-Kreis-Elektrodialyse variiert dabei zwischen 1 und 700 A/m², vorzugsweise zwischen 50 und 500 A/m². Bei der 3-Kreis bipolaren Elektrodialyse variiert die Stromdichte zwischen 1 und 1.500 A/m², vorzugsweise zwischen 200 und 1.200 A/m². The process of the invention is preferably at about 10 to about 50 ° C, especially between about 20 and about 39 ° C carried out. The current density in conventional 2-circuit electrodialysis varies between 1 and 700 A / m², preferably between 50 and 500 A / m². In 3-circuit bipolar electrodialysis, the current density varies between 1 and 1,500 A / m², preferably between 200 and 1,200 A / m².

Bei der im Rahmen des vorliegenden Verfahrens durchgeführten Elektrodialy se werden handelsübliche Ionenaustauschermembranen eingesetzt. Diese Membranen bestehen vorzugsweise aus organischen Polymeren, die ionen aktive Seitenketten aufweisen. Kationenaustauschermembranen enthalten Sul fo- oder Carboxylgruppen in der Polymermatrix, Anionenaustauschermembranen weisen tertiäre oder quartäre Aminogruppen als Substituenten des polymeren Grundmaterials auf. Besonders geeignet als polymeres Grundmaterial für die Ionenaustauschermembranen sind Copolymerisate von Styrol und Divinylben zol. Vorzugsweise werden Ionenaustauschermembranen mit einer Kapazität von 0,8 bis 3, vorzugsweise 1,2 bis 3,2 Milliäquivalente pro g eingesetzt. Als verwendbare Anionenaustauschermembranen sind beispielsweise zu nennen: Tokuyama AM1, AM2, AM3, AMX, AMH, AFN, Asahi Glass AMV. Als Kationenaustauschermembranen sind Tokuyama CM1, CM2, CMX, CMH und Asahi Glass CMV beispielhaft zu nennen.In the case of the electrodialy carried out as part of the present method Commercial ion exchange membranes are used. This Membranes preferably consist of organic polymers, the ions have active side chains. Cation exchange membranes contain sul fo or carboxyl groups in the polymer matrix, anion exchange membranes have tertiary or quaternary amino groups as substituents of the polymer Base material. Particularly suitable as a polymer base material for the Ion exchange membranes are copolymers of styrene and divinylbene zol. Ion exchange membranes with a capacity are preferred from 0.8 to 3, preferably 1.2 to 3.2 milliequivalents per g. Anion exchange membranes that can be used include, for example Name: Tokuyama AM1, AM2, AM3, AMX, AMH, AFN, Asahi Glass AMV. Tokuyama CM1, CM2, Examples of CMX, CMH and Asahi Glass CMV.

Als Kationenaustauschermodule im Kationenaustauscherprozeß können Vor richtungen, wie z. B. eine Säule, die mit den oben bezüglich der Elektrodia lyse beschriebenen Kationenaustauschern in Form von Pulver, Perlen, Granu laten, usw. befüllt sind, eingesetzt werden. Es kommen prinzipiell alle Kationenaustauscher auf Polymerbasis, d. h. sowohl schwach- als auch stark saure Kationenaustauscher in Frage. Beispielhaft zu nennen sind Dowex 50 W-Typen, Amberlite IR 120 bzw. IR 400, Lewatit CNP 80 bzw. S 100 Duolite C 26.As cation exchange modules in the cation exchange process, pre directions such as B. a column with the above regarding the Electrodia described cation exchangers in the form of powder, pearls, granules laten, etc. are filled. In principle, everyone comes Polymer-based cation exchangers, d. H. both weak and strong acidic cation exchanger in question. Examples include Dowex 50 W types, Amberlite IR 120 or IR 400, Lewatit CNP 80 or S 100 Duolite C 26.

Die erfindungsgemäße Kopplung von Elektrodialyse mit einem Kationen austauscherprozeß wirkt sich, bezogen auf das Gesamtverfahren, in folgenden Punkten vorteilhaft aus:The coupling of electrodialysis with a cation according to the invention The exchange process affects the following in relation to the overall process Points advantageous from:

- The total time for the combined separation of NR₄⁺ / Na⁺ Betaine solutions are significantly reduced;
- By switching on the cation exchange process, a guide generated plateau or improved conductivity, by exchanging NR₄⁺ for H⁺, whereby the middle Wir Degree of efficiency of the electrodialysis cell due to the better diluate conductivity speed is significantly improved;
- by shortening the overall procedure, the betaine loss rate becomes which is about 10% reduced in conventional processes;
- Concentrated betaine solutions by shortening the elec Final trodialysis phase with poor conductivity and high water return obtained diffusion rate.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Betainen, das die folgenden Schritte (a) und (b) umfaßt:The present invention further relates to a method for producing Betaining, which comprises the following steps (a) and (b):

(a) Preparation of a betaine or a mixture of two or more of which according to a method known per se, starting from the corresponding lactone via the corresponding ω-halocarboxylic acid or a derivative thereof, its esterification, quaternization and Ver soaping, being an aqueous solution containing a betaine or a mixture contains from two or more of them;
(b) Purifying the betaine or mixture obtained in step (a) two or more of them using the inventions described in detail above cleaning process according to the invention.

Die Herstellung des Betains oder eines Gemischs aus zwei oder mehr davon erfolgt nach an sich bekannten Verfahren, wie sie zusammenfassend in der Einleitung der vorliegenden Anmeldung dargestellt wurden. Dabei wird zur Herstellung der als Ausgangsverbindungen verwendbaren Halogencarbonsäure halogenide bzw. konkret der Chlorcarbonsäurechloride das Verfahren gemäß der EP-B-0 413 264 insbesondere bevorzugt eingesetzt wird. Die dabei erhaltenen Halogencarbonsäurehalogenide bzw. Chlorcarbonsäurechloride werden anschließend mit einem Alkohol, wie z. B. Methanol, Ethanol, Propanol oder Butanol, vorzugsweise Methanol oder Ethanol in an sich bekannter Weise verestert und in einer weiteren Stufe der erhaltene Halo gencarbonsäureester mit einem tertiären Amin, vorzugsweise Trimethylamin, in das entsprechende trisubstituierte Ammoniumsäureesterhalogenid überführt und anschließend mit einer Base verseift.The production of betaine or a mixture of two or more of them takes place according to known methods, as summarized in the Introduction of the present application have been presented. Thereby becomes Preparation of the halocarboxylic acid which can be used as starting compounds halides or specifically the chlorocarboxylic acid chlorides according to the process EP-B-0 413 264 is particularly preferably used. The one there Halogen carboxylic acid halides or chlorocarboxylic acid chlorides obtained are then with an alcohol, such as. B. methanol, ethanol, Propanol or butanol, preferably methanol or ethanol in itself esterified in a known manner and in a further stage the halo obtained gene carboxylic acid esters with a tertiary amine, preferably trimethylamine, converted into the corresponding trisubstituted ammonium ester halide and then saponified with a base.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Elektrodialyse innerhalb der Reinigung gemäß Stufe (b) des erfindungsgemä ßen Herstellungsverfahrens als 3-Kreis bipolare Elektrodialyse ausgeführt, und die dabei im Basekreis anfallende Base, vorzugsweise ein Alkali- oder Erdalkalihydroxid, insbesondere NaOH, zur Verseifung innerhalb der Her stellung des Betains oder eines Gemisches aus zwei oder mehr davon verwendet.In a further embodiment of the present invention, the Electrodialysis within the purification according to stage (b) of the invention ß manufacturing process as 3-circuit bipolar electrodialysis, and the base obtained in the base circuit, preferably an alkali or Alkaline earth metal hydroxide, in particular NaOH, for saponification within the oven the betaine or a mixture of two or more thereof used.

Obwohl prinzipiell alle Betaine nach dem obigen Verfahren hergestellt werden können, wird das Verfahren vorzugsweise zur Herstellung von γ-Buty robetain verwendet.Although in principle all betaines are produced by the above process can be, the method is preferably for the production of γ-buty robetain used.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines mittels des obigen Verfahrens zur Reinigung einer wäßrigen Lösung, die γ-Butyrobetain enthält oder mittels des Verfahrens zur Herstellung von γ-Betain, wie oben definiert, erhaltenes γ-Butyrobetain zur Herstellung von L-Carnitin. Furthermore, the present invention relates to the use of a means of The above method for purifying an aqueous solution, the γ-butyrobetaine contains or by the method for the production of γ-betaine, as above defined, γ-butyrobetaine obtained for the production of L-carnitine.

Dabei wird so vorgegangen, daß das γ-Butyrobetain zunächst, wie oben detailliert beschrieben, hergestellt und gereinigt wird und anschließend ggf. nach Verdünnung direkt der Herstellung von Carnitin zugeführt wird.The procedure is such that the γ-butyrobetaine initially, as above is described, manufactured and cleaned in detail and then, if necessary, after dilution is directly fed to the production of carnitine.

Die vorliegende Erfindung soll nunmehr anhand von einigen Beispiele erläutert werden.The present invention will now be illustrated by some examples are explained.

EXAMPLES Comparative example (Cleaning only via electrodialysis)

23,1 kg einer salzhaltigen, wäßrigen Produktlösung aus der alkalischen Verseifung von 4-Trimethylammoniumbuttersäuremethylester, enthaltend 8, 1 kg (35,1 Gew.-%) Trimethylammoniumbutyrat, 3,6 kg Natriumchlorid, 0,25 kg Tetramethylammoniumchlorid und 11 kg Wasser wurden elektrodialysiert.23.1 kg of a saline, aqueous product solution from the alkaline Saponification of 4-trimethylammonium butyric acid methyl ester, containing 8, 1 kg (35.1 wt%) trimethylammonium butyrate, 3.6 kg sodium chloride, 0.25 kg of tetramethylammonium chloride and 11 kg of water were electrodialysed.

Die Elektrodialyse wurde in einem konventionellen 2-Kreis Elektrodialysemo dul mit einer alternierenden Anordnung von Kationen- und Anionenaustau schermembranen durchgeführt, wobei als Anionenaustauschermembranen AMX und als Kationenaustauschermembranen CMX, jeweils TOKUYAMA, eingesetzt wurden.Electrodialysis was carried out in a conventional 2-circuit electrodialysis semo dul with an alternating arrangement of cation and anion exchange performed shear membranes, with AMX as anion exchange membranes and used as cation exchange membranes CMX, each TOKUYAMA were.

Der Membranabstand betrug 0,5 mm. Die aktive Gesamtmembranfläche, also die Summe der aktiven Oberfläche von Anionen- und Kationenaustauscher membranen betrug 7 dm². The membrane distance was 0.5 mm. The active total membrane area, so the sum of the active surface of anion and cation exchangers membranes was 7 dm².

Die Elektrodialyse wurde bei einer Stromdichte von 450 A/m² betrieben. Die maximale Zellspannung betrug 1,6 V pro Zelleinheit. Die Zelleinheit bestand aus jeweils einem aufeinanderfolgenden Diluat- und Konzentratkreis.Electrodialysis was carried out at a current density of 450 A / m². The maximum cell voltage was 1.6 V per cell unit. The cell unit consisted of a consecutive circle of diluate and concentrate.

Die Elektrodialyse wurde wie folgt durchgeführt. Die salzhaltige Betainlösung wurde im Diluatkreis der Zelle eingesetzt. Im Konzentratkreis wurde eine ungefähr 1 Gew.-%ige NaCl-Lösung vorgelegt, der Elektrolytkreislauf wurde mit einer ungefähr 5 Gew.-%igen Natriumsulfatlösung bestückt.Electrodialysis was carried out as follows. The saline betaine solution was used in the diluate circle of the cell. One was in the concentrate group about 1 wt .-% NaCl solution submitted, the electrolyte circuit with an approximately 5 wt .-% sodium sulfate solution.

Die Elektrodialyse wurde, ausgehend von einer Diluatleitfähigkeit von ca. 30 mS/cm bei einer Temperatur von 35°C solange betrieben, bis die Leitfähig keit des Diluats auf < 0, 1 mS/cm abgesunken war. Das anschließend aus getragene, NaCl-freie Diluat (19,4 kg) besaß folgende Zusammensetzung:
7,2 kg (37, 1 Gew.- %) Trimethylammoniumbutyrat,
< 0,01 kg Tetramethylammoniumchlorid,
12,2 kg Wasser.The electrodialysis, based on a diluate conductivity of approx. 30 mS / cm, was operated at a temperature of 35 ° C. until the conductivity of the diluate had dropped to <0.1 mS / cm. The then diluted NaCl-free diluate (19.4 kg) had the following composition:
7.2 kg (37.1% by weight) of trimethylammonium butyrate,
<0.01 kg tetramethylammonium chloride,
12.2 kg of water.

Der Trimethylammoniumbutyrat-Verlust betrug 0,9 kg, was 11,1%, bezogen auf die Ausgangsmenge an Trimethylammoniumbutyrat, entspricht. Der Elektrodialyse-Gesamtprozeß dauerte 271 h. Es wurde eine Produktivität von 26,6 g/h (bezogen auf die erhaltene Gesamtmenge an gereinigtem Trimethyl ammoniumbutyrat) erzielt. The trimethylammonium butyrate loss was 0.9 kg, which was 11.1% based to the initial amount of trimethylammonium butyrate. Of the The entire electrodialysis process took 271 hours. It became a productivity of 26.6 g / h (based on the total amount of purified trimethyl obtained ammonium butyrate).

example 1 (Primary cleaning only via electrodialysis, secondary cleaning exclusively via cation exchangers)

Wie in Vergleichsbeispiel 1 wurden identische Mengen einer salzhaltigen, wäßrigen, mit ionischen Komponenten verunreinigten Trimethylammoniumbu tyratlösung über 2-Kreis Elektrodialyse entsalzt.As in Comparative Example 1, identical amounts of a saline, aqueous trimethylammoniumbu contaminated with ionic components Desalted tyrate solution via 2-circuit electrodialysis.

In Abänderung der Durchführung im Vergleichsbeispiel wurde die Elek trodialyse bereits bei einer Diluatleitfähigkeit von 0,5 mS/cm beendet, und das Diluat wurde über ein in H⁺-Form befindliches Kationenaustauscherbett geleitet. Als Kationenaustauscher wurde Amberlite IR120 verwendet.In a modification of the implementation in the comparative example, the elec trodialysis already ended at a diluate conductivity of 0.5 mS / cm, and the diluate was over a H⁺-shaped cation exchange bed headed. Amberlite IR120 was used as the cation exchanger.

Bei der stufenweisen Reinigung über Elektrodialyse und Kationenaustauscher wurden 18,4 kg NaCl-freie Trimethylammoniumbutyratlösung mit folgender Zusammensetzung erhalten:
7,45 kg (40,5 Gew.-%) Trimethylammoniumbutyrat,
< 0,01 kg Tetramethylammoniumchlorid,
11,0 kg Wasser.In the step-by-step purification via electrodialysis and cation exchanger, 18.4 kg of NaCl-free trimethylammonium butyrate solution with the following composition were obtained:
7.45 kg (40.5% by weight) of trimethylammonium butyrate,
<0.01 kg tetramethylammonium chloride,
11.0 kg of water.

Der Trimethylammoniumbutyratverlust betrug 0,65 kg, was 8%, bezogen auf die Ausgangsmenge an Trimethylammoniumbutyrat, entspricht.The trimethylammonium butyrate loss was 0.65 kg, which is 8% based on the starting amount of trimethylammonium butyrate.

Das kombinierte Elektrodialyse-Kationenaustauscher-Gesamtverfahren dauerte 201 h. Es wurde eine Produktivität von 37,1 g/h (bezogen auf die Gesamt menge an erhaltenem gereinigten Trimethylammoniumbutyrat) erzielt. The combined electrodialysis-cation exchange process lasted 201 h. The productivity was 37.1 g / h (based on the total amount of purified trimethylammonium butyrate obtained).

Example 2 (Primary cleaning via electrodialysis and secondary cleaning via a Coupling of electrodialysis and cation exchanger)

In Abänderung zur Durchführung gemäß Beispiel 1 wurde ab einer Diluat leitfähigkeit von ungefähr 0,5 mS/cm ein wie in Beispiel 1 verwendetes Kationenaustauscherbett in einen Bypass-Strom des Elektrodialyse-Diluats geschaltet, ohne jedoch die Elektrodialyse zu unterbrechen.As a modification to the implementation according to Example 1, a diluate was used conductivity of about 0.5 mS / cm as used in Example 1 Cation exchange bed in a bypass stream of the electrodialysis diluate switched, but without interrupting the electrodialysis.

Aus der gekoppelten Reinigung über Elektrodialyse und Kationenaustauscher wurden 18,7 kg NaCl-freie Trimethylammoniumbutyratlösung mit folgender Zusammensetzung erhalten:
7,5 kg (40,1 Gew.-%) Trimethylammoniumbutyrat,
< 0,01 kg Tetramethylammoniumchlorid,
11,2 kg Wasser.Coupled purification via electrodialysis and cation exchanger gave 18.7 kg of NaCl-free trimethylammonium butyrate solution with the following composition:
7.5 kg (40.1% by weight) of trimethylammonium butyrate,
<0.01 kg tetramethylammonium chloride,
11.2 kg of water.

Der Trimethylammoniumbutyrat-Verlust betrug 0,6 kg, entsprechend 7,4%, bezogen auf die eingesetzten Menge an Trimethylammoniumbutyrat.The trimethylammonium butyrate loss was 0.6 kg, corresponding to 7.4%, based on the amount of trimethylammonium butyrate used.

Das kombinierte Elektrodialyse-Ionenaustauscher-Gesamtverfahren dauerte 186 h. Es wurde eine Produktivität von 40,3 g/h (bezogen auf die erhaltene Gesamtmenge an gereinigtem Trimethylammoniumbutyrat) erzielt.The combined electrodialysis ion exchange overall process lasted 186 H. A productivity of 40.3 g / h (based on the obtained Total amount of purified trimethylammonium butyrate) achieved.

Example 3

In Abänderung zur Durchführung in Beispiel 1 wurde ab einer Diluatleitfä higkeit von ca. 1,7 mS/cm ein zu Beispiel 2 analoges Kationenaustauscher bett (z. B. Amerlite IR120) in einen Bypass-Strom des Elektrodialyse-Diluats geschaltet ohne jedoch die Elektrodialyse zu unterbrechen. In a modification to the implementation in Example 1, from a diluate guide 1.7 mS / cm a cation exchanger analogous to example 2 bed (e.g. Amerlite IR120) in a bypass stream of the electrodialysis diluate switched without interrupting the electrodialysis.

Aus der gekoppelten Aufreinigung über Elektrodialyse und Kationenaustau scher wurden 18,8 kg NaCl-freie Trimethylammoniumbutyratlösung mit folgender Zusammensetzung erhalten:
7,65 kg Trimethylammoniumbutyrat entsprechend 40,7 Gew. %
< 0,01 kg Tetramethylammoniumchlorid
ca. 11,2 kg Wasser.From the coupled purification via electrodialysis and cation exchanger, 18.8 kg of NaCl-free trimethylammonium butyrate solution with the following composition were obtained:
7.65 kg trimethylammonium butyrate corresponding to 40.7% by weight
<0.01 kg tetramethylammonium chloride
approx. 11.2 kg water.

Der Trimethylammoniumbutyrat-Verlust betrug 0,45 kg entsprechend 5,6%.The trimethylammonium butyrate loss was 0.45 kg, corresponding to 5.6%.

Das kombinierte Elektrodialyse/Kationenaustauscher-Gesamtverfahren dauerte 178 h. Es wurde eine Produktivität von 43,0 g/h, bezogen auf die erhaltene Gesamtmenge an gereinigtem Trimethylammoniumbutyrat (gereinigtes Trime thylammoniumbutyrat ber. 100%), erzielt.The combined electrodialysis / cation exchanger overall process lasted 178 h. It became a productivity of 43.0 g / h based on the obtained Total amount of purified trimethylammonium butyrate (purified trime thylammonium butyrate calc. 100%).

Claims

1. A process for the purification of an aqueous solution which contains at least one betaine, characterized in that the solution is subjected to electrodialysis and a diluate obtained in the electrodialysis is passed over a cation exchange module.

2. The method according to claim 1, characterized in that the aqueous A solution in addition to the at least one betaine is an alkali or alkaline earth hydroxide, an alcohol or tetraalkylammonium salts or mixtures contains two or more of them.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the Electrodialysis as a conventional 2-circuit electrodialysis or as a 3-circuit bipolar electrodialysis is performed.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized records that first the electrodialysis up to a conductivity 'of Diluates of 10 mS / cm or less are operated alone and on finally diluate obtained in electrodialysis over a cation exchanger module is directed.

5. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that first the electrodialysis up to a conductivity of the diluate of 10 mS / cm or less is operated alone and then the diluate is both subjected to electrodialysis and via one Cation exchange module is directed.

6. The method according to any one of the preceding claims, characterized records that the solution contains γ-butyrobetaine as betaine.

7. A process for the production of betaines, which contains the following stages (a) and (b):

(a) Preparation of a betaine or a mixture of two or more thereof by a process known per se, starting from the corresponding lactone via the corresponding ω-halocarboxylic acid or a derivative thereof, their esterification, quaternization and saponification, an aqueous solution containing a betaine or a mixture of two or more thereof;
(b) Purification of the aqueous solution obtained in step (a), which contains a betaine or a mixture of two or more thereof, by means of a method according to at least one of the preceding claims.

8. The method according to claim 7, characterized in that in step (b) the electrodialysis is carried out as a 3-circuit bipolar electrodialysis, and a base obtained in the base circle for saponification in stage (a) is used.

9. The method according to claim 7 or 8, characterized in that as Betaine γ-butyrobetaine is obtained.

10. Use of cleaned by means of a method according to claim 6 tem or by means of a method according to claim 9 γ-buty robetain for the production of L-carnitine.