DE69906236T2

DE69906236T2 - Verfahren zur Herstellung von Aminosäurehydrochlorid und Alkali durch elektrodialytische Wasseraufspaltung

Info

Publication number: DE69906236T2
Application number: DE69906236T
Authority: DE
Inventors: Krishnamurity N. Basking Ridge Mani
Original assignee: Archer Daniels Midland Co
Current assignee: Archer Daniels Midland Co
Priority date: 1998-12-30
Filing date: 1999-12-16
Publication date: 2004-02-12
Anticipated expiration: 2019-12-17
Also published as: US6110342A; ES2196731T3; EP1016651B1; CA2292334A1; DE69906236D1; CA2292334C; ATE235456T1; EP1016651A1; JP3333960B2; JP2000218275A

Description

Die Erfindung betrifft eine gemeinsame Herstellung von Hydrochloriden von Aminosäuren und Natriumhydroxid durch elektrodialytische Wasseraufspaltung unter Verwendung von Salz und einer geeigneten Aminosäure als die Ausgangsrohmaterialien.
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung basiert auf einer Entdeckung, dass (a) ein Aminosäurehydrochloridsalz, das in einem Säureprodukt-Loop einer Elektrodialysezelle gebildet ist, zufriedenstellend in dem Loop eingeschlossen ist. Dieser Einschließung ermöglicht die Herstellung eines kaustischen Co-Produkts mit einer Reinheit, die zur kommerziellen Verwendung oder zum Verkaufen ausreichend ist. Die hervorragende Einschließung der Aminosäure-Komponente(n) in dem Säure-Loop bedeutet ebenfalls, dass die Aminosäurebeschickungslösung nicht kostspieligen Reinigungsschritten unterworfen werden muss, auch wenn die Beschickungslösung Unreinheiten wie Calcium und Magnesium enthält. (b) Die in-situ Herstellung von Hydrochlorid reduziert im Wesentlichen den Chlorid-Transport durch eine bipolare Membran, wobei dadurch ein Alkali mit einer Qualität hergestellt wird, die höher ist als die Qualität des Alkali, das durch die einfache Umwandlung von Salz zu Natriumhydroxid und Salzsäure erhalten wird. (c) Die Herstellung des Hydrochlorids führt zu einer höheren Verfahrenseffizienz und geringeren Gesamtherstellungskosten. (d) Eine hohe Hydrochloridkonzentration kann effizient hergestellt und verarbeitet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in einer Dreikammer-Elektrodialysezelle („ED") mit bipolaren Kationen- und Anionenaustauschermembranen durchgeführt. Eine bipolare Membran ist eine Membran, die Wasser spaltet und den Durchgang von sowohl Anionen als auch Kationen verhindert. Im Allgemeinen wird der Salzbeschickungsstrom in die Zelle als eine beinahe gesättigte Lösung durch Lösen von Steinsalz (oder einer ähnlichen Salzquelle) in frischem Wasser und/oder durch eine Verwendung einer abgereicherten Salzlösung erhalten, die von der Zelle abgeleitet ist. Die konzentrierte Salzlösung wird dann durch eine pH-Einstellung/Filtration und wahlweise mit ionogener Feinstreinigung gereinigt. Die gereinigte Lösung wird dem Salz-Loop der Zelle zugeführt.
Die Zugabe von kleinen Mengen eines Chelat/Maskierungsmittels wie beispielsweise Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) zu dem Salz-Loop ist beim Verbessern der Verfahrenszuverlässigkeit durch Bereitstellen einer Chelatwirkung mit multivalenten Restkationverunreinigungen (insbesondere Calcium) effektiv, wobei dadurch die Verschmutzung von Kationemembranen gemildert wird. Diese Chelatwirkung wird durch die Tatsache unterstützt, das die hohe Selektivität/ Effizienz für die Herstellung des Hydrochlorids den Salz-Loop veranlasst, basisch zu bleiben (pH > 7), wobei dadurch die Stabilität und Löslichkeit der Chelatkomplexe (mit den multivalenten Kationenverunreinigungen) erhöht wird. Die Komplexe werden folglich innerhalb des Salz-Loops einbehalten. Als eine Folge ist ein ionogener Feinstreinigungsschritt für die Salzbeschickung allgemein nicht notwendig.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei der Herstellung einer Vielfalt von Aminsäurehydrochloriden und bei der gemeinsamen Herstellung eines Alkali mit hoher Qualität verwendet werden. Das Verfahren ist insbesondere bei der Hydrochloridherstellung nützlich, bei der die zugehörige Aminosäure basisch ist (Arginin, Lysin, Hydroxlysin, Histidin) oder drei oder mehr Kohlenstoffatome enthält. Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesonders bei der Herstellung von Lysinhydrochlorid nützlich. In Abhängigkeit des Salzes, das verarbeitet wird (NaCl oder KCl oder LiCl), ist die Co-Produktbase Ätznatron bzw. Natriumhydroxid (NaOH) oder Ätzkali bzw. Kaliumhydroxid (KOH) oder Lithiumhydroxid.
Aminosäuren werden in kommerziellen Mengen entweder durch Fermentierung von Zuckern oder chemische Synthese hergestellt. Viele dieser Produkte werden in der Form ihres Hydrochloridsalzes isoliert oder verkauft. Lysinhydrochlorid ist ein derartiges Beispiel. Es wird durch Reagieren einer gereinigten Lysinbase mit konzentrierter Salzsäure hergestellt. Die Säure wird typischerweise aus Nebenproduktquellen oder von Chlor-Alkali-Herstellern erworben, die sie durch Reagieren von Chlor mit Wasserstoff und anschließendem Lösen des resultierenden Chlorwasserstoffgases in Wasser herstellen, um die konzentrierte Säure zu erhalten. Die Kosten der erworbenen Säure sind oft bedeutend. Man muss auch die Liefer-, Förder- und Sicherheitsprobleme berücksichtigen, die mit der Handhabung der Säure verbunden sind.
Auf bipolare Membranen basierende Elektrodialyse (ED) ist ein anderes alternatives Mittel zur direkten Erzeugung von Alkali und Salzsäure aus Salz. Die bipolare Membran spaltet Wasser und verhindert den Durchgang von sowohl Anionen als auch Kationen.
1 zeigt eine Dreikammer-Zelle, die in der Praxis des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird. Die Zelle umfasst eine bipolare Membran 46 (die durch das Symbol (–+) angezeigt wird), Anionenmembran (–)50, und Kationenmembran (+)48, die als wechselnde Schichten angeordnet sind. Die drei Kammern der Elektrodialysezelle sind zwischen den Membranen angeordnet und sind mit Säure (A), Base (B) und Salz (S) bezeichnet. Die Gesamtkombination von Membranen und Kammern wird als eine „Einheitszelle" oder einfach eine „Zelle" bezeichnet. Viele (vielleicht 100–200) derartiger Zellen können zwischen einem einzelnen Satz Elektroden (eine Anode, + und eine Kathode, –) zusammengesetzt sein, um einen kompakten „Elektrodialysestapel" zu bilden.
Die Beschickungsstromsalzlösung wird zu der Salzkammer S zugeführt, die zwischen Kationen- und Anionenmembranen angeordnet ist. Eine Flüssigkeit, die Wasser enthält, wird zu den Säure- und Basekammern A und B zugeführt, die an beiden Seiten der bipolaren Membran 46 angeordnet sind, wie in 1 gezeigt.
Unter einer Gleichstom-Antriebskraft werden die bei der bipolaren Membran erzeugten H⁺- und OH^–-Ionen zu der Säure- bzw. Basekammer A bzw. B transportiert. Die durch die Salz-(NaCl)-Dissoziation hergestellten Cl^–- und Na⁺-Ionen werden gleichzeitig durch die Anionen- bzw. Kationenmembran 50, 48 transportiert. In der Basenkammer B, kombinieren die Na⁺-Ionen mit den OH^–-Ionen, um das Basenprodukt zu bilden. Auf eine ähnliche Weise kombinieren die Cl^–-Ionen mit den H⁺-Ionen in der Säurekammer A, um das Säureprodukt zu bilden. Der Nettoeffekt ist die Herstellung von relativ reinen Säure- (HCl) und Base- (NaOH) Produkten aus dem Salz (NaCl).
NaCl + H₂O = NaOH + HCl
Im Hinblick auf Kapital- und Energiekosten ist das ED-Verfahren weniger kostspielig als ein Chlor-Alkali-Verfahren. Das ED-Verfahren kann jedoch nur ein verdünnte Salzsäure- (2–7 Gew.-%) und Ätznatron- (5–18 Gew.-%) Produkte erzeugen. Um die Säure bei der Hydrochlorid-Herstellung zu verwenden, müßte man die Säure bei zusätzlichen Kosten konzentrieren.
Zudem können, weil eine bipolare Membran nicht perfekt permselektiv ist, kleine Mengen an Cl- und Na⁺-Ionen durch die bipolare Membran transportiert werden, was zu einer Produktkontamination führt. Dass heißt, das kaustische Produkt kann einige Chlorid-Ionen enthalten und das Säureprodukt kann einige Natrium-Ionen enthalten. Bei der Herstellung von verdünnter Säure und Base aus Salz weist ein kaustisches Co-Produkt 1–4 Mol-% Chlorid auf, während in dem Säureprodukt 2–5,5 Mol-% Natriumkontaminante vorhanden ist. (K. N. Mani, „Electrodialysis Water Splitting Technology", J. Membrane Sci., (1991), 58, 117–138). Derartige Kontaminationsgehalte können Probleme in Bezug auf einen Reagens- (d. h. NaCl) Verlust darstellen, ebenso die Werte der Produktsäure und -base reduzieren.
Verfahren zur Verbesserung der Alkali- und/oder Säurereinheit können die Verwendung von Mehrkammer-Zellen mit zwei oder mehreren bipolaren Membranen involvieren, wie in den US-Patenten 4,976,838; 5,135,626; 5,162,076; 5,198,086; und 5,200,046 umrissen. Diese Patente involvieren jedoch Zellauslegungen, die komplizierter und kostspieliger als eine Dreikammer-Zelle sind.
Es sollte darauf hingewiesen werden, dass die Herstellung des Aminosäurehydrochlorids durch das Verfahren von Reagieren der Aminosäure mit konzentrierter HCl, die Gegenwart von bestimmten Mengen an Natriumkontaminante nicht ein Hauptproblem ist, weil das Hydrochloridprodukt gewöhnlich durch Kristallisation aus einer Lösung zurückgewonnen wird. Eine Kontamination des Alkali mit dem Chlorid würde jedoch ein ökonomisches Problem schaffen.
Es besteht ein Bedarf an einem neuen Verfahren zur Ermöglichung einer direkten Herstellung des Aminosäurehydrochlorids unter Verwendung von Salz und der Aminosäure als die Rohmaterialien. Es ist wichtig, dass das kaustische Co-Produkt von guter und marktfähiger Qualität ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß dem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von Aminosäurehydrochlorid und eines Alkali in einer Dreikammer-Elektrodialysezelle durchgeführt, die bipolare, Kationen- und Anionenmembranen enthält. Die Membranen bilden Säure-, Basen- und Salzkammern.
Das Verfahren beginnt mit einem Salzlöseschritt durch Leiten eines Salzlösungsbeschickungsstroms zu der Salzkammer, einer Wasser-haltigen Flüssigkeit zu der Basenkammer und einer Aminosäuren-haltigen Flüssigkeit zu der Säurekammer. Der Beschickungsstrom ist vorzugsweise entweder Natriumchlorid oder Kaliumchlorid. Dann wird eine Gleichstrom-Antriebskraft angelegt, um eine Umwandlung des Salzes in ein Alkali in der Basenkammer und das Aminosäurehydrochlorid in der Säurekammer zu bewirken. Als nächstes werden die Säure- und Basenprodukte ebenso wie die abgereicherten Salzlösungen aus ihren jeweiligen Kammern abgezogen.
Der Beschickungssalzstrom wird vorzugsweise vor seinem Eintritt in die Salzkammer gereinigt, um multivalente Kontaminanten zu einem geeignet niedrigen Anteil zu entfernen. Ein Chelatmittel kann ebenfalls zu dem Salzlösungbeschickungsstrom zugegeben werden, bevor er der Elektrodialysezelle zugeführt wird. Die Herstellung des Aminosäurehydrochlorids auf diese Weise reduziert im Wesentlichen die Chloridkontamination des kaustischen Co-Produkts (d. h., ein reineres kaustisches Co-Produkt).
Die Erfindung und deren bevorzugte Ausführungsformen werden beim Lesen der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen klarer werden, in denen:
1 schematisch eine Dreikammer-Zelle zur Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt;
2 schematisch anzeigt, wie das erfindungsgemäße Verfahren in der Zelle von 1 durchgeführt wird;
3 schematisch einen Pilotelektrodialysestapel mit acht Zellen zeigt, der während hier nachstehend beschriebenen Experimenten verwendet wird, wobei der Stapel in der Dreikammer-Konfiguration von 1 und 2 zusammengesetzt ist.
4 ein Blockdiagramm ist, das ein System zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt;
5 ein Graph ist, das die in den folgenden Beispielen beschriebenen Testresultate zusammenfasst;
6 ein Graph ist, der die Chloridkontamination eines während der Tests hergestellten Alkali zeigt; und
7 ein Blockdiagramm ist, das ein System unter Verwendung der Erfindung zeigt, um Lysin.HCl herzustellen.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Ich habe festgestellt, dass das Hydrochlorid in einem auf einer bipolaren Membran basierenden Verfahren innerhalb des Säure-Loops durch direktes Reagieren der Aminosäure mit der darin erzeugten Salzsäure erzeugt werden kann, wobei dadurch die Handhabungsgefahren und -kosten der konzentrierten Salzsäure vermieden werden. Die Reaktion, die innerhalb des Säure-Loops der Zelle auftritt, erlaubt der Aminosäure mit der konzentrierten (30–35 Gew.-%) HCl zu reagieren, die darin erzeugt wird. Es gibt keine Produktverdünnungsnachteil so wie der, der im Stand der Technik auftritt. Folglich ist die Qualität des durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Aminosäurehydrochlorids im Wesentlichen equivalent zu der durch das übliche Verfahren unter Verwendung einer externen Reaktion hergestellt wird, die erworbene (konzentrierte) Säure einsetzt.
Das Konzept einer in situ Produkt-Umwandlung wird in dem vorstehend zitierten Dokument von K. N. Man erwähnt. Ein Beispiel dieser Umwandlung ist die Neutralisierung von Alkali, das in einer bipolaren ED-Zelle mit Natriumbisulfit erzeugt wird, um das Sulfat in dem SOXAL^®- Verfahren zu bilden. (U. S. Patente 4,082,835; 4,107,015; und 5,281,317).
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Aminosäurehydrochlorid ist im Hinblick auf das Folgende einzigartig und neu:

– Die Herstellung, die Handhabung und der Transport einer gefährlichen Chemikalie (d. h. konzentrierte HCl) wird vermieden, während die Produktqualität und Haltbarkeit nicht kompromittiert werden.
– Das Hydrochlorid ist in einem Säure-Loop bei einem überraschend hohen Wirksamkeitspegel enthalten. Als eine Folge ist das Co-Produkt Ätznatron „wasserklar", wobei keine detektierbare Aminosäure (wobei Lysin die Hauptaminosäure ist, die in meinen Experimenten verwendet wird) darin vorhanden ist. Die Qualität des Alkali ist deshalb hervorragend. Es wurde festgestellt, dass der Salz-Loop gleichzeitig wasserklar bleibt und keinen detektierbaren Lysin-Anteil aufweist. Diese Tatsachen wurden durch einen Langzeittest (> 1200 Stunden) bei der Herstellung von Lysin HCl in einer Pilot-ED-Zelle gezeigt und bestätigt.

Es wird angenommen, dass die hervorragende Einschließung des Hydrochlorids ebenfalls zur Herstellung der meisten Aminosäuren nützlich ist. Dieses Resultat liegt teilweise an der großen Größe der Aminosäurenmoleküle (d. h. es wird Größenausschluss durch Ionenaustauschmembranen erlaubt). Es liegt ebenfalls an der einzigartigen Fähigkeit der Aminosäure, in der geeigneten Innenform in der Nähe der Grenzmembranen der Säure-Loops zu sein. (Siehe bitte Diaion^® Manual of Ion Exchange Resin and Synthetic Adsorbent Volume II, Seite 118, Mitshubishi Kasei Corporation, (1992)). Die Innenform verhindert den Transport der Aminosäure aus dem Säure-Loop, weil: die Ionen sind in der Nähe der kationischen bipolaren Membranoberfläche sauer und in der Nähe der Anionenmembranoberfläche neutral (oder sogar alkalisch).
Bei der Kationenoberfläche der bipolaren Membran:
Bei der Oberfläche der Anionenmembran
Das Verfahren ist schematisch in 2 unter Verwendung von Lysin (als „Ly" bezeichnet) als die Beschickungsstrom-Aminosäure gezeigt. In dem Säure-Loop (A) reagiert die Lysinbeschickung mit den Protonen (H^–), die durch die bipolare Membran erzeugt werden, und den Chlorid-Ionen, die durch die Anionenmembran transportiert werden, wobei Lysinhydrochlorid (Lysin HCl) erzeugt wird.
Lysin weist zwei Aminstellen auf; deshalb kann es sich in der Nähe der bipolaren Membran mit einem zweiten HCl-Molekül vereinigen, um das Dihydrochlorid (Lysin.(HCl)₂) zu ergeben. Beide Spezien (Lysin.HCl oder Lysin.(HCl)₂) werden in der protonierten Form von Lysin.H⁺ (in 2 als ly.H⁺ bezeichnet) vorliegen. Dieses positiv geladene Ion wird sofort von der bipolaren Membran durch das angelegte elektrische Feld weg transportiert. Wie in der vorstehenden Gleichung (2) gezeigt ist, führt eine Reaktion nahe an der Anionenmembran mit den Chloridionen zu der Bildung einer neutralen Spezies, die noch einmal durch die Ionenaustauschmembranen ausgeschlossen wird.
Der Transport des Hydrochlorids wird folglich sowohl durch die bipolare Membran 46 als auch die Anionen-Membran 50 verhindert, was zu nicht-detektierbaren Anteilen an Aminosäure in den Basen- und Säure-Loops führt, wie vorstehend erläutert. Es ist möglich, dass aufgrund von Berücksichtigungen der Diffusion irgendwelche Aminosäurenmoleküle, die ziemlich klein sind (z. B. Glycin), in kleinen Mengen durch die Ionenaustauschmembranen transportiert werden könnten. Nichtsdestoweniger wird erwartet, dass das direkte Reaktionsverfahren zur Herstellung von Hydrochlorid für größere Aminosäuren gültig ist, die 3 oder mehr (vorzugsweise 4 oder mehr) Kohlenstoffatome enthalten.
Das Verfahren ist insbesondere für basische Aminosäuren anwendbar, nämlich: Arginin, Lysin, Hydroxlysin und Histidin. Diese Aminosäuren weisen eine große Größe (6 Kohlenstoffatome pro Molekül) auf und diffundieren nicht sofort durch die Ionenaustauschmembranen. Vorzugsweise weisen die Moleküle wenigstens vier Kohlenstoffatome pro Molekül auf. Ihre hohen isoelektrischen Punkte stellen eine bessere Pufferung mit den Chloridionen bereit. Die isoelektrischen Punkte PI ist der pH, bei dem die Dissoziation der Aminosäure zu Kationen und Anionen gleich ist. Für basische Aminosäuren ist der hohe pI die Folge eines Überschusses an Aminogruppen über den Carboxylgruppen.
Wenn Aminosäurehydrochlorid hergestellt ist, wird festgestellt, dass die Chlorid-Kontamination des Coprodukts Ätznatron, im Wesentlichen geringer ist, als die Kontamination, die mit der Herstellung der Salzsäure verbunden ist. Es wird angenommen, dass dieses überraschende Resultat aus der starken Bindung der Aminosäure mit der HCl in der Säurekammer herrührt. Diese Bindung wiederum reduziert wirksam das freie Chlorid, das zum Transport durch die bipolare Membran 46 verfügbar ist. In jedem Fall ist das kaustische Produkt dieser Erfindung sauberer als das Alkali der Verfahren gemäß dem Stand der Technik und folglich wertvoller.
Es wurde festgestellt, dass der Wirkungsgrad des gesamten Verfahrens für die Praxis dieser Erfindung bedeutend höher ist als der Wirkungsgrad mit der Salzsäureherstellung. Die Effizienz wird durch die Equivalente Alkali hergestelltes Aminosäurehydrochlorid pro Faraday (96500 Coulombs) des Stromeingangs bestimmt. Der höhere Wirkungsgrad führt wiederum zu geringeren Energie- (elektrischer Strom) und Kapital- (Membrananforderungen) Kosten pro Produkteinheit.
Eine bevorzugte Salzbeschickung ist Natriumchlorid oder Kaliumchlorid. Allgemeiner ausgedrückt, es kann ein Alkalimetallchlorid wie Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Lithiumchlorid verwendet werden. In Abhängigkeit davon, welches dieser Alkalimetallchloride verwendet wird, ist das kaustische Co-Produkt Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid oder Lithiumhydroxid.
Aufgrund der hohen Selektivität der Anionenmembran in dem erfindungsgemäßen Verfahren neigt der Salz-Loop tatsächlich dazu, basisch (pH ~8–14) zu werden. In diesem Fall wird der Salzlösungbeschickungsstrom eine bestimmte Menge an OH^–-Ionen aufweisen, die ebenfalls zu dem Säure-Loop transportiert werden. Es wurde festgestellt, dass diese Verfahrensineffizienz ziemlich klein ist. Die Reaktion des transportierten Hydroxids mit der Aminosäure in dem Säure-Loop ist wie folgt:
Bei der Oberfläche der Anionenmembran
Wenn der Salz-Loop basisch ist, ist die Anionenmembran, die an ihn grenzt, insbesondere an der Oberfläche des Membran in Kontakt mit dem Salz-Loop, ebenfalls basisch. Es wird angenommen, dass dieser Faktor weiterhin die Retention des Aminosäurehydrochlorids in dem Säure-Loop durch den vorstehenden Schritt (3) unterstützt. In U.S. Patent 5,049,250 hat Chlanda ähnliche Gedankengänge vorgeschlagen, um die wirksame Trennung von Aminosäuren von den zugehörigen Salz-Kontaminanten zu erklären.
Für eine erfolgreiche Arbeitsweise des Verfahrens dieser Erfindung müssen zwei Betriebsparameter auf einer Langzeitbasis erfüllt werden. Sie sind:

1. Die Ionenaustauschmembranen sollten frei von Defekten (Fehlstellen, Brüchen, etc.) sein. Die Membranen sollten eine Langzeitbeständigkeit aufweisen und sollten nicht durch Kontaminanten in den Strömen, wie multivalente Kationen (Calcium, Magnesium etc.) und organische Verbindungen (wie beispielsweise aus dem Aminosäurebeschickungsstrom) verstopft bzw. beschädigt werden. Gegebenenfalls müssen die Kontaminanten durch eine geeignete Vorbehandlung entfernt werden.
2. Die ED-Zellen-Bauteile (d. h. Dichtung, Endplatten etc., die verwendet werden, um die verschiedenen Kammern zu bilden und um die Membrane zu positionieren) sollten frei von inneren Undichtigkeiten während ausgedehnten Betriebszeitdauern bleiben. Im Prinzip können viele der kommerziell erhältlichen Zellenauslegungen verwendet werden. Eine besonders geeignete Auslegung ist in meiner anhängigen Anmeldung 08/784,050 (EP-A-0856351) umrissen und wurde bei der Darstellung des Verfahrens dieser Erfindung verwendet.

Das neue Verfahren dieser Erfindung kann von den folgenden Beispielen besser verstanden werden. Alle Untersuchungen wurden unter Verwendung eines Pilotelektrodialysestapels mit acht Zellen durchgeführt, der in einer Drei-Kammer-Konfiguration zusammengesetzt war, wie in 3 gezeigt ist.
Der Stapel 149 umfasst Endplatten 150 und 152, an denen die Elektroden 154, 156 befestigt sind und durch die Lösungen zu dem Stapel zugeführt und entfernt werden. Dichtungen, 1 mm dick, trennen die Membranen und bilden Lösungskammern. Jede Dichtung weist eine offene zentrale Fläche von 465 cm² (0,5 ft²) auf, durch die der elektrische Strom passieren kann. Die offenen zentralen Flächen sind mit einer ungewebten Maschentrennwand gefüllt, die die Membranen getrennt und gut getragen hält. Die ungewebte Maschentrennwand kann ebenfalls eine gute Fließdurchwirbelung unterstützen. In die Dichtungen gebohrte Löcher sind ausgerichtet, um innere Rohrverzweigungen zu bilden. Schlitze (Öffnungen), die die Rohrverzweigungen mit der offenen zentralen Fläche verbinden, stellen einen Lösungsfluss in und aus jeder Kammer bereit.
Der Stapel verwendete eine Nickel-Anode 154, eine Elektrodenspülkammer ER 158, CMT, SPS oder Nafion 324^® Kationenmembran 160, und acht Wiederholzellen. Die CMT-Membran war von Asahi Glass, die SPS-Membran war von Aqualytics Inc. und die Nafion-Membran von DuPont. Jede der acht Zellen (zum Beispiel 162) umfasst eine Säurekammer A 164, eine AHA-2 oder AAV-Anionenmembran 174 (die AHA-2 von Tokuyama Corporation, die AAV von Asahi Glass), eine Salzkammer S 172, eine SPS-Kationenmembran 166, eine Basenkammer B 168 und eine AQ oder BP 1 bipolare Membran 170. Die AQ-Membran war von Aqualytics und die BP 1 von Tokuyama Corporation. Von den acht bipolaren Membranen in dem Stapel 162 folgte der letzten Membran 176 eine Säurekammer A 186, eine AHA-Membran 2 oder AAV-Anionenmembran 188, eine Salzkammer S 184, eine SPS-Kationenmembran 190, eine Basenkammer B 178, eine zweiten CMT- oder SPS-Kationenmembran 180, eine Elektrodenspülkammer ER 182 und eine Edelstahl-Kathode 156.
Der zusammengesetzte Stapel 149 wurde in dem System angeordnet, wie schematisch in 4 gezeigt, um die Elektrodialyse-Untersuchungen durchzuführen. Vier Pumpen (P1–P4) wurden verwendet, um Lösungen bei einer Geschwindigkeit von 2,5–4 Liter/Minute von ihren jeweiligen Kreislaufbehältern 198, 250, 200, 202 zu den Säure- (204), Salz- (240), Basen- (206) und Elektrodenspülkammern (208) umzuwälzen. Jeder der Kreislaufbehälter wies ein Nennvolumen von 5 Litern auf. Die Säure-, Basen- und Salz-Loops wurden in einem Beschickungs- und Ablassmodus betrieben.
Während des Betriebs wurde eine konzentrierte Salzlösung, die filtriert oder anders vorbehandelt war, um multivalente Kontaminanten auf einen sehr geringen Anteil zu vermindern, (durch eine Pumpe P5) aus einem Salzbeschickungsbehälter 216 unter Verwendung einer Leitfähigkeitssteuereinrichtung CIC zugegeben. Der Beschickungsbehälter 216 wies die Kapazität auf, soviel wie 186 Liter der Beschickungssalzlösung aufzunehmen. Während des Betriebs wurden 80–85% der Salzbeschickung 250 zu Säure und Base umgewandelt. Der Rückstand der Salzlösung, der von dem Salzbehälter 250 überfloss, wurde verworfen. (Deioniertes) Verdünnungswasser wurde zu dem Basenkreislaufbehälter 200 durch eine Dosierpumpe (nicht gezeigt) zugegeben. Das Produkt Ätznatron floss über. Aus eine ähnliche Weise wurde die Wasser- oder Lysin-Beschickung (100–500 g/Liter Konzentration) zu dem Säurebehälter durch eine Dosierpumpe (nicht gezeigt) zugegeben. Das Säureprodukt floss über. Ein Leitfähigkeits-Indikator Cl und pH-Meter (pH) halfen, den Betrieb des Säure-Loops zu überwachen.
Kerzenfilter F210, Durchfussmeter FM 212 und Druckmesser G 214 wurden in jedem Loop verwendet, um ein Durchfluss von klaren Fluiden bei bekannten Durchflussgeschwindigkeiten und Druckabfällen in den verschiedenen Kreislauf-Loops zu sichern. Eine Gleichstromversorgung (nicht gezeigt) wurde mit den Anoden- und Kathodenanschlüssen 224, 226 des Stapels verbunden. Die erforderlichen Steuereinrichtungen, um den elektrischen Eingang und die Spannung bereitzustellen und zu steuern, sind in der Stromversorgung selber angeordnet.
Das Verfahren kann ununterbrochen auf einer Rund-um-die-Uhr-Basis durch Sichern laufen, dass geeignete Mengen an vorbehandelter Salzlösungs-, deionisierter Wasser- und/oder Lysin- Beschickung verfügbar waren und wie benötigt geliefert wurden.
Vorzugsweise vermindern die Vorbehandlungen multivalente Kontaminanten in der Salzbeschickung auf einen geringen Anteil. Der Elektrodenspülbehälter war ursprünglich mit ~10 Gew.-% Natriumhydroxid beladen. Während des Betriebs waren die einzigen Anforderungen eine periodische Herstellung von Wasser, um den Verlust an Wasserstoff-, Sauerstoff-Erzeugung und Verdampfung zu kompensieren und um (durch Titration) zu sichern, dass eine ausreichende Alkali-Konzentration vorhanden war.
Eine Beschickungssalzlösung wurde durch Lösen von NaCl mit 98+% Reinheit, entweder von G. S. Robbins geliefert, oder von kommerziell erworbenen Steinsalz in Wasser hergestellt. Natriumcarbonat, Natriumhydroxid und wahlweise ein Phosphat, Oxalat und/oder körniger Kohlenstoff wurden zugegeben. Die Zugabe von Natriumhydroxid/carbonat erhöhte den pH der Salzlösung auf 9–10,5 und half Calcium-/Magnesium-Werte auszufällen. Die Lösung wurde durch einen Kerzenfilter (5μ Dimensionierung) passiert und dann einer Nanofiltration unter Verwendung von DK-5-Elementen (von Desal Osmonics erhalten) mit einem Nennmolekulargewicht unterworfen, das von ~200 Daltons verschieden war. Diese Elemente sind dafür bekannt, eine bedeutende Sperre für multivalente Kationen aufzuweisen. In tatsächlichen Versuchen ergab der Nano-Filtrationsschritt eine klare Salzlösung, die kein detektierbares Magnesium aufwies, aber die 0–15 ppm Calcium enthielt.
In dem Elektrodialyseverfahren wurde 80–85% des Natriumchlorids in der Beschickung in dem Basen- bzw. Säure-Loop zu Alkali und Salzsäure umgewandelt. Eine bestimmte Menge Wasser wurde ebenfalls zu den Säure- und Basen-Loops als Hydratwasser transportiert.
Alle der Versuche wurden bei einem elektrischen Stromeingang von 50 amps (100 A/ft² Stromdichte) durchgeführt. Die Konzentration des kaustischen Produkts in dem Basen-Loop war gewöhnlich in dem Bereich von 110–130 g/Liter, die durch die dosierte Zugabe von deionisiertem Wasser zu dem Loop und dem Überfluss des Produkts erhalten wurde. Die Stromausbeute (d. h. die Equivalente des Alkali, das pro Faraday der Stromleistung hergestellt wurde) wurde durch Messen des Ausgangsvolumens und der Produktkonzentration (durch Titration mit Standard-HCl) gemessen.
Die Herstellung von Aminosäurehydrochlorid wurde mit einer Lysinbeschickung getestet. Die Lysinbeschickung, die in der Form der freien Base war, wies einen pH von ~8,5–10 auf. Das Lysin wurde in den Säure-Loop dosiert, wo es mit dem darin hergestellten HCl reagierte. Die Lysin-Konzentration in der Beschickungslösung war in dem Bereich von 100–500 g/Liter und enthielt 10–25 ppm Calcium und 20–80 ppm Magnesium. In Abhängigkeit der Dosiergeschwindigkeit und Konzentration der Lysin-Beschickung war der pH des Produkts sauer in dem Bereich von 0,5 bis 6,5, wobei die untere Figur etwa das Dihydrochlorid (Lysin.(HCl)₂) und den höheren pH des Hydrochloridsalzes (Lysin.HCl) darstellt. AHA-2-Anionen wurden bei der Hydrochlorid-Herstellung verwendet.
Materialbilanzen um den Säure-Loop zeigten eine hervorragende Retention der Calcium- und Magnesium-Werte in dem Loop. Dies wurde weiterhin bestätigt, weil die Basen- und Säuren-Loop-Produkte keine Netto-Erhöhungen bei den bivalenten Metallen zeigten. Folglich war eine Vorbehandlung der Aminosäurebeschickung zum Entfernen der Calcium- und Magnesium-Werte nicht für die Säure-Loop-Beschickung erforderlich.
Beispiel 1
Ein Langzeitversuch zur Herstellung von Lysinhydrochlorid wurde in einer Dreikammer-ED-Zelle durchgeführt. Für die ersten 313 Stunden des Vorgangs wurde die Salzbeschickungslösung mit Natriumhydroxid und -carbonat behandelt und dann vor Beschickung des Salz-Loops der Zelle unter einer Leitfähigkeitssteuerung nanofiltriert, wie vorstehend beschrieben. Die Zelle arbeitete bei einer Temperatur von 32–35°C (90–95°F). Die nanofiltrierte Beschickung wies 0–6 ppm Calcium und kein detektierbares Magnesium auf. Eine Lysin-Lösung wurde in den Säure-Loop dosiert. Die Hydrochloridlösung floss über. Die Einschließung der Lysinlösung in dem Säure-Loop war hervorragend. Die Materialbilanz zwischen der Beschickung und dem übergeflossenen Säureprodukt zeigte die Retention von Lysin-, Calcium- und Magnesium-Werten in dem Säure-Loop.
Das Natriumhydroxid-Produkt von dem Basen-Loop, das durchschnittlich ~117 g/Liter erzielte war wasserklar und zeigte kein detektierbares Lysin. Dieses kaustische Produkt enthielt 100–500 ppm Chlorid. Die Stromausbeute zur Alkali-Herstellung erzielte durchschnittlich ~90%. Die Gesamt-Zellenspannung war bei 25–28 V stabil. ~5V für die Elektrodenspülkammern erlaubend, überträgt dies 2,5–2,9 V pro Zelle für die Einheit mit acht Zellen.
In dem Salz-Loop wurde die Beschickungssalzkonzentration durch den Transport und Umwandlung der Salzwerte vermindert. Die Beschickung enthielt ~60 g/Liter Natrium, während der Überfluss 12–35 g/Liter Natrium aufwies. Der Salzüberfluss war alkalisch, wobei er 2–10 g/Liter NaOH enthielt. Dies zeigt, dass die Anionenmembran eine hervorragende Retention für in der Zelle erzeugte Säure-Werte aufweist. Der Salzüberfluss war ebenfalls wasserklar, wobei seine Analyse keinen detektierbaren Lysinanteil zeigte.
Beispiel 2
Die zweite Phase des Versuchs wurde für zusätzliche 688 Stunden fortgeführt. In dieser Phase wurden kleine Mengen eines Chelatmittels (EDTA in der Form seines Kaliumsalzes) zu der Salzbeschickungslösung entweder vor oder nach der Nanofiltration zugegeben, so dass die zu der Zelle zugeführte Salzlösung eine bestimmte Menge an EDTA aufwies. Wenn die Salzlösung aus Steinsalz hergestellt war, wurde Aktivkohle (40 g Kohlenstoffpellet pro 80 Ib (36–29 kg des Salzes) ebenfalls in den Salzlösungsherstellungsschritt zugegeben. Die Salzlösung wurde wie in Beispiel 1 nanofiltriert und in die Zelle unter einer Leitfähigkeitssteuereung zugeführt. Die Säuren- und Basen-Loops wurden wie in Beispiel 1 betrieben. Die Zellbetriebstemperatur war im Allgemeinen in dem Bereich von 40–43°C (100–115°F).
Während den 688 Betriebsstunden fuhren der Natriumhydroxidprodukt- und Salzüberfluss fort, wasserklar zu verbleiben und zeigten keinen detektierbaren Lysinanteil. Die Alkalistärke und der Chloridanteil waren zu Beispiel 1 ähnlich.
Die Salzbeschickungslösung enthielt 2–22 ppm Calcium und kein detektierbares Magnesium. Die höheren Calciumanteile waren in Beschickungen, in denen das EDTA vor der Nanofiltration zugegeben wurde. Diese Zugabe verminderte die Selektivität des Nanofilters zur Calciumretention. Nichtsdestoweniger zeigte eine Materialbilanz um den Salz-Loop, dass das Calcium effektiv in dem Salz-Loop verblieb. Es scheint, dass die Kationen- und Anionenaustauschmembranen, die den Salz-Loop begrenzen, eine hervorragende Retention zu dem Calciumkomplex aufweisen, der sich mit dem EDTA bildet. Folglich war die Verschmutzung der Kationenmembranen, wenn überhaupt, sehr gering, dies wird durch eine relativ stabile Zellspannung von ~25–28V bestätigt. Die Stabilität der Kationenmembran wurde weiterhin durch die Beobachtung bestätigt, dass die elektrische Zellstromausbeute für die Alkaliherstellung bei ~90% stabil war.
Am Ende des Tests wurde die Zelle geöffnet und inspiziert. Sowohl die Dichtungen als auch die Membranen waren in einem hervorragenden Zustand. Die Langzeitbrauchbarkeit des Verfahrens zur Herstellung von Aminosäurehydrochlorid wird dadurch bewiesen.
Beispiel 3
Die ED-Zelle wurde unter Verwendung von recycelten bipolaren und Anionenmembranen wieder zusammengesetzt, die vorher während der vorstehend beschriebenen Tests verwendet wurden. Ein neuer Satz an SPS-Kationenmembranen wurden verwendet. Ein neuer Test wurde dann 311 Stunden lang durchgeführt. Die Beschickungssalzlösung wurde wie vorher, aber ohne die Zugabe eines Chelatmittels hergestellt und durch einen Kerzenfilter filtriert. Die Lösung wurde dann nanofiltriert, auf ~70°C erhitzt und weiterhin durch Passieren durch eine Ionenaustauschersäule vorbehandelt, die ein von Rohm und Haas geliefertes C-467 Chelatharz enthielt. Die Harzbehandlung reduzierte den Calciumgehalt des Beschickungsstroms auf ~0,05 ppm. Die Säuren-, Basen- und Salz-Loops wurden in der gleichen Weise betrieben, wie sie in den Beispielen 1, 2 betrieben wurden.
Die Testresultate waren ebenfalls ähnlich zu denen, die in den Beispielen 1, 2 erhalten wurden, wobei die Resultate umfassten: Alkaliproduktqualität, Lysinretention in dem Säure-Loop, Stromausbeute für die Alkaliherstellung und die Zellspannung.
5 ist ein Graph, der eine Zusammenfassung der Testresultate für die Beispiele 1–3 zeigt. Die in der horizontalen Achse gezeigten Betriebsstunden sind für alle drei Beispiel kumulativ. Die ersten 313 Stunden sind aus Beispiel 1, die nächsten 688 Stunden aus Beispiel 3 und die 311 Schlusstunden aus Beispiel 3 entnommen. Es kann gesehen werden, dass die Zellspannung und die Stromausbeute stabil waren, was anzeigte, dass die Verwendung einer Chelatharz-Vorbehandlung (Beispiel 3) oder die Verwendung einer Chelatmittelzugabe (Beispiel 2) im Wesentlichen gleich effektiv beim Mildern der Verschmutzung der Kationenmembran durch Calcium sind.
Beispiel 4
Ein 87 Stunden-Test zur Umwandlung von NaCI in NaOH und NaCl wurde in der Pilotzelle an dem Ende des in Beispiel 2 umrissenen Versuchs durch Ersetzen der AHA-2-Anionenmembranen mit AAV-Anionen-Memebranen durchgeführt. Die AAV-Anionen sind schwache Basen-Membranen, die eine höhere Wirksamkeit zur HCl-Erzeugung aufweisen. Der Test wurde auf die gleichen Weise wie in Beispiel 2 mit der Ausnahme durchgeführt, dass deionisiertes Wasser zu dem Säure-Loop zugegeben und eine 5,5–6 Gew.-% Salzsäure erzeugt wurde. Die Ätznatronproduktstärke war ~115 g/Liter.
Die Salzbeschickungslösung wurde wie in Beispiel 1 vorbehandelt und nanofiltriert. Das Chelatmittel EDTA wurde zu der Salzbeschickungslösung nach dem Nanofiltrationsschritt zugegeben. Wie in Beispiel 2 zeigte die Materialbilanz eine gute Retention des Calciums in dem Salz-Loop. Die stromausbeute für das Verfahren war jedoch geringer bei ~80%. Der Salz-Loop war jedoch aufgrund der geringeren Selektivität der Anionenmembran vs. der Kationenmembran sauer. Das Ätznatronprodukt wies eine Chlorid-Kontamination von 1800–2800 ppm auf.
6 zeigt die Chlorid-Kontamination des Alkaliprodukts aus den vorstehenden Beispielen 1–4. Die obere Kurve zeigt die Resultate für die HCl-Herstellung (Beispiel 4) und ist in Einklang mit der 1–4% molaren Kontamination, die in der Literatur berichtet wird. Die untere Kurve zeigt die Resultate für die Hydrochlorid-Herstellung (Beispiele 1–3). Es kann gesehen werden, dass die Qualität des durch das Verfahren dieser Erfindung hergestellten Ätznatrons deutlich überlegen ist, wobei es weniger als ein Zehntel soviel Chlorid enthält, wie wenn HCl das Co-Produkt ist.
Beispiel 5
Die AHA-2-Anionenmembranen aus den Beispielen 1–3 wurden mit bipolaren BP1-Membranen und SPS-Kationenmembranen in eine Einheit mit acht Zellen zusammengesetzt, wie in 3 gezeigt. Ein 150 Stunden-Test wurde unter Verwendung der gleichen Prozedur durchgeführt, wie in Beispiel 3 beschrieben. Die Gesamt-Zell-Spannung war wieder in dem Bereich von 25–28 V für die meiste Zeit des Tests. Die Stromausbeute war ein bisschen geringer ~80–84%, wahrscheinlich aufgrund der Differenzen in der Selektivität der in diesem Versuch verwendeten SPS-Kationenmembranen vs. den Membranen in Beispielen 1–3.
Tabelle 1 zeigt eine detaillierte Analyse eines Satzes der Salzüberfluss-, Alkaliprodukt-, Lysinbeschickungs- und Lysinhydrochloridprodukt-Ströme. Es kann gesehen werden, dass, während Lysin die Hauptkomponente in der Säure-Loop-Beschickungslösung ist, auch bestimmte Mengen an anderen Aminosäuren vorhanden sein können. Wichtigerweise werden alle der Aminosäuren, einschließlich sogar der C₂-Komponente Glycin, effektiv in dem Säure-Loop zurückbehalten, sodass sie in den Basen- und Salz-Loops undetektierbar sind.
Tabelle 1 LYSIN.HCL-HERSTELLUNGS-VERFAHREN Produkt-Analyse: Lysin.HCl aus NaCl durch ED Alle Werte in ppm (w/w) außer, wenn angemerkt.
Typische Werte für AQ Bipolare
Alle typischen Werte für BP1 Bipolare
Tabelle 1 zeigt ebenfalls einen Vergleich der Alkali- und Säureproduktqualität unter Verwendung der AQ und BP1 bipolaren Membranen. Im Vergleich mit der AQ bipolaren Membran scheint die BP 1 bipolare Membran, einen leicht geringeren Natriumtransport zu dem Säure-Loop und einen leicht höheren Chloridtransport zu dem Alkali-Loop aufzuweisen. Im Allgemeinen erzeugten beide Membranen ein Alkaliprodukt von guter Qualität.
Aminosäurehydrochloride können ebenfalls unter Verwendung von Kaliumchlorid als das Beschickungssalz hergestellt werden. In diesem Fall wird das Co-Produkt Kaliumhydroxid, KOH, sein.
7 ist ein Blockdiagramm, das untersucht werden kann, um den Verfahrensfluss zu verstehen. Es zeigt ebenfalls den Nutzen dieser Erfindung zur Herstellung von Lysin.HCl. Die Lysin-Beschickung zu dem Säure-Loop der Elektrodialyse- (ED-) Zelle wird durch eine Fermentation von Dextrose erhalten (bei 300 in der oberen linken Seite von 7 gezeigt). Die Ausgabe des Fermenters ist in der Form eines unreinen Sulfatsalzes (oder Chlorids), das als lys.H₂SO₄ bezeichnet ist, bei einem pH von 2–4. Diese Lösung wird durch Passieren durch eine Ionenaustauschsäule 302 gereinigt; wobei Lysin aus der Säule unter Verwendung von Ammoniak/Ammoniumhydroxid in dem Startschritt eluiert wurde. (Diese Lysin wird selektiv auf dem Harz absorbiert, während die Sulfatwerte bei 304 als Ammoniumsulfat eluiert werden. Das absorbierte Lysin wird dann mit einer Ammoniaklösung eluiert.) Das resultierende freie Lysin, zusammen mit irgendeinem Überschuss an Ammoniak, wird dann zu einem Ammoniakstripper 306 befördert. Eine Portion der Lysinlösung wird dann von dem Ammoniakstripper bei einem pH von 8–10 bei 308 in den Säure-Loop der ED-Zelle zugeführt, während der Rest der Lösung zu einem Mehrfacheffektverdampfer 310 befördert wird.
In der ED-Zelle wird das Lysin in der Säure-Loop-Beschickung durch Reaktion mit dem darin erzeugten HCl in Hydrochlorid umgewandelt. Das Säure-Loop-Produkt ist typischerweise Lysin.(HCl)_x, wobei x ~1,5 bis 2 ist. Sein pH liegt in dem Bereich von 0–2. Es wird dann zu einer pH-Einstellung bei 312 befördert. Hier wird das Produkt mit niedrigem pH mit dem konzentrierten Lysin von dem Mehrfacheffektverdampfer 310 gemischt, um eine 1 : 1 Zusammensetzung des Lysin.HCl Salzes bei einem pH von ~5,5 zu erhalten. Das Hydrochloridsalz wird dann bei 314 kristallisiert und die Masse der Mutterlauge und Waschungen werden bei 316 zu dem Mehrfacheffektverdampfer 310 zur Wasserentfernung recycelt. Gegebenenfalls kann die Lysin.HCl-Salzlösung, um Kationen wie Na, K etc. zu entfernen, durch Passieren durch eine Kationenaustauschersäule (nicht gezeigt) vor dem Kristallisationsschritt weiterhin gereinigt werden.
Das Rohmaterial für die ED-Zelle wird durch Auflösen eines kommerziell erworbenen Salzes in einer Kreislauf-Salzlösung zusammen mit Herstellungswasser erhalten, um eine nahezu gesättigte Lösung zu erhalten. Weil die abgereicherte Kreislauf-Salzlösung typischerweise alkalisch ist, kann eine weitere Alkali-Zugabe nicht nötig sein, um den pH in den Bereich von 9-10,5 zu erhöhen.
Natriumcarbonat und/oder Natriumphosphat werden zugegeben, um das Abscheiden von Calcium-, Magnesium und Eisenverbindungen zu fördern. Die resultierende Lösung wird bei 320 filtriert, um die Masse von unlöslichen Materialien zu entfernen, und wird dann bei 322 einer Nanofiltration unterworfen. Die nanofiltrierte Beschickung wird dann durch eine Ionenaustauschersäule 324 passiert, die ein Chelatkation enthält, um weiterhin den restlichen, gelösten Calciumgehalt zu reduzieren. Gegebenenfalls kann ein Chelatmittel wie EDTA zu der nanofiltrierten Salzbeschickung zugegeben werden. Die derart vorbehandelte Salzbeschickung wird dann dem Salz-Loop der ED-Zelle zugeführt.
In der ED-Zelle wird eine Portion des Salzes zu Alkali und Hydrochlorid umgewandelt. Die abgereicherte Salzlösung floss bei 326 über und wird aus dem Salz-Loop entnommen und zu dem Salzlösungsschritt bei Dissolver 318 befördert.
Die in dem Säure-Loop erzeugte Salzsäure reagiert mit der Lysinbeschickung, um das Hydrochlorid zu ergeben. Bei 328 wird deionisiertes Wasser zu dem Basen-Loop zugegeben, um das darin erzeugte Alkali aufzunehmen. Verdünntes Alkali mit einer Konzentration von 100–200 g/Liter floss aus dem Basen-Loop über aus und wird gegebenenfalls in einem Verdampfer 330 zu dem Bereich von 45–50 Gew.-% konzentriert. Die resultierende Lösung wird bei 332, fertig zum Verkaufen, abgegeben.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Aminosäurehydrochlorid und Alkali in einer Dreikammer-Elektrodialysezelle, die dipolare Kation- und Anionenmembranen enthält, wobei die Membranen so angeordnet sind, dass eine Säure-, eine Basen- und eine Salzkammer vorliegt, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: a. Leiten eines Stroms Salzlösung in die Salzkammer der Elektrodialysezelle, eines Stroms mit Wasser in die Basenkammer der Zelle und einer Flüssigkeit, die eine Aminosäure enthält, in die Säurekammer der Zelle; b. Anlegen einer Gleichstrom-Antriebskraft über die Zelle, so dass in der Basenkammer eine Umwandlung des Salzes in eine Alkalilösung erfolgt und in der Säurekammer die Aminosäure zum Hydrochlorid wird; und c. Abziehen der Säure- und der Alkalilösungen, die im Schritt b entstehen, zusammen mit den abgereichterten Salzlösungen, wobei das Abziehen aus den jeweiligen Kammern erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Salzstrom im Schritt a ausgewählt ist aus der Gruppe Natriumchlorid, Kaliumchlorid oder Lithiumchlorid und das jeweilige Alkaliprodukt Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid oder Lithiumhydroxid ist.
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend vor dem Schritt a. den weiteren Schritt des Aufreinigens des Salzstroms, so dass im Schritt a. vor der Zufuhr des Salzstromes in die Salzkammer der Spiegel multivalenter Verunreinigungen vermindert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend vor dessen Zufuhr in die Salzkammer den weiteren Schritt des Zugebens eines Chelatmittels zum Salzstrom von Schritt a.
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend im Schritt b den weiteren Schritt des Umwandelns und Konzentrierens der Alkalilösung auf eine Konzentration von 50 bis 200 Gramm pro Liter.
Verfahren nach Anspruch 5, umfassend nach Schritt c den weiteren Schritt des Verdampfens der Alkalilösung zu deren weiterer Aufkonzentrierung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Aminosäure von Schritt a ein Molekül mit mindestens 3 Kohlenstoffatomen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Aminosäure von Schritt a ausgewählt ist aus der Gruppe Arginin, Lysin, Hydroxylysin, Histidin und Gemische davon.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Aminosäure im Schritt a Lysin ist und die im Schritt c abgezogene Säure Lysinhydrochlorid ist, die ein bis zwei Äquivalente Chlorid pro Mol Lysin enthält.
Verfahren nach Anspruch 9, umfassend den weiteren Schritt des Aufkonzentrierens des Lysins im Schritt a auf eine Konzentration von 100 bis 500 Gramm pro Liter.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Lysin vor seiner Zufuhr zur Elektrodialysezelle im Schritt a durch Fermentation hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend die weiteren Schritte des Ergänzens und Aufreinigens der im Schritt c abgezogen abgereicherten Salzlösung durch Zusatz von frischem Salz zur abgereicherten Salzlösung und Rückführen der ergänzten und gereinigten Salzlösung zurück in die Salzkammer der Elektrodialysezelle.
Verfahren zur Herstellung von Lysinhydrochlorid, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: a. Herstellen einer Lysinsalzlösung durch Fermentation eines organischen Substrats; b.Gewinnen einer gereinigten Lysinlösung durch Schicken einer gefilterten Lösung von Schritt a. über eine Kationentauschersäule und Eluieren des gebundenen Lysins mit einer ammoniakalischen Basenlösung; c. Unterteilen der aufgereinigten Lösung von Schritt b. in zwei Teile, wobei ein Teil in einer Dreikammer-Elektrodialysezelle durch Ansäuern in ein Hydrochloridsalz umgewandelt wird und zwar durch Verwenden einer Alkalichloridsalz-Beschickung und einer Gleichstrom-Antriebskraft, während der zweite Teil im Verdampfer konzentriert wird; d. Vereinigen der zwei Teile von Schritt c. unter Einstellung des pHs, so dass eine Lysinhydrochloridlösung erhalten wird, in der das Verhältnis von Lysin zu Hydrochlorid 1 : 1 ist; und e. Kristallisieren des Hydrochloridsalzes von Schritt d. aus der Lösung.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei vor dem Kristallisationsschritt e das Lysinhydrochlorid aus Schritt d. über eine Kationentauschersäule geschickt wird, in der störende Kationen entfernt werden, wobei die störenden Kationen mindestens ein Kation aus Natrium, Kalium, Calcium und Magnesium umfassen.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das zur Herstellung des Hydrochloridbestandteils verwendete Salzausgewählt ist aus der Gruppe Natriumchlorid, Kaliumchlorid oder Lithiumchlorid.