[發明專利]一種制備蛋氨酸和回收副產物二氧化碳的方法及其裝置

有效

• 申請號: 201510916136.1
• 申請日: 2015-12-10
• 公開（公告）號: CN105671587B
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發明（設計）人: 沈江南;林溪;侯震東;張偉
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: C25B3/00
• 分類號: C25B3/00;C25B1/00
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司33201
• 代理人: 黃美娟,王曉普

技術領域

本發明涉及一種集成膜技術在化工領域中的應用，具體涉及一種雙極膜電滲析制備蛋氨酸和膜蒸餾處理副產物二氧化碳的方法。

背景技術

蛋氨酸是一種人體必需的氨基酸，廣泛參與生物體內各項代謝活動。蛋氨酸無法在動物體內自行合成，需從食物中攝入。將其添加至飼料中，可促進禽畜生長，增加廋肉量、縮短飼養周期。另外其還被廣泛應用于醫藥營養品，食品添加劑等。目前全球的年產能約為100萬噸，近年來對蛋氨酸的需求以4％速度增加，而我國的蛋氨酸需求量則以7％速度增加。

現有的合成蛋氨酸的工藝流程可分為兩大類。第一類是以丙二酸酯或γ-丁基內酯或甘氨酸為原料，先合成受保護的氨基和羧基化合物，再以2－甲硫基氯化乙烷或甲硫醇鈉為甲硫基引入源，生成羧基和氨基被保護的蛋氨酸，最后水解得到產品。這類方法優點在于使用的原料來源多種多樣，且毒性較低。但缺點是原料價格高，工藝條件不成熟，收率普遍較低，副產物很多，因成本太高目前還無法投入工業化生產。目前，商業化生產蛋氨酸多采用丙烯醛法生產蛋氨酸，主要生產路線為從丙烯醛原料出發，丙烯醛和甲硫醇在催化劑作用下進行加成反應生成甲硫基丙醛；甲硫基丙醛與NaCN或HCN、NH₄HCO₃發生縮合反應制得甲硫基乙基乙內酰脲(海因)，而后甲硫基乙基乙內 酰脲在NaOH或K₂CO₃作用下水解生成蛋氨酸鈉/鉀鹽，同時生成副產物碳酸納。進一步采用H₂SO₄、HCl酸化得D,L-蛋氨酸。最后濃縮、結晶、分離得到蛋氨酸成品。該方法的缺點在于水解需消耗大量的堿，同時副產物碳酸鈉去除需消耗大量的酸。

雙極膜電滲析技術是利用雙極膜在電場作用下將水離解并在膜兩側分別得到氫離子和氫氧根離子，結合陰陽離子交換膜實現在不引入新組分的情況下將水溶液中的鹽轉化為對應的酸和堿的技術。目前公開的利用雙極膜電滲析技術應用到蛋氨酸生產的專利較多，如CN201310339159.1，CN201410163592.9和CN201410388167.X等。其基本原理均為利用雙極膜電滲析產酸中和蛋氨酸鹽及脫除碳酸鈉。然而依照這些方法，生產過程仍未徹底實現零排放。通常碳酸鹽副產物在水解液中的含量在10％～15％，由此估計損失的二氧化碳約占總物料的4.2％～6.2％，此外過程產生的堿濃度約為6％，如需回用至甲硫基乙基乙內酰脲水解過程需進一步濃縮，造成能耗增加。

由此，常規的雙極膜電滲析技術生產蛋氨酸過程存在二氧化碳排放損失，且產生的堿濃度低回用難，這些均不利于實現清潔工業生產目的。

膜蒸餾是將蒸餾與結晶過程相結合的膜分離過程，它以疏水微孔膜為介質，在膜兩側蒸氣壓差的作用下，料液中溶劑以蒸氣形式透過膜孔，從而使料液到達過飽和狀態而使溶質結晶析出。與其他常見的結晶過程相比，膜蒸餾具有分離效率高、操作條件溫和、對膜與原料液間相互作用及膜的機械性能要求不高等優點。

發明內容

針對上述情況，本發明目的提供一種高效低耗的生產蛋氨酸和回收副產物二氧化碳的方法，不產生副產物，無三廢污染產生，并且提供可供甲硫基乙基乙內酰脲水解的碳酸鹽晶體，提高生產效率，降低損耗。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種制備蛋氨酸和回收副產物二氧化碳的方法，所述方法為：將甲硫基乙基乙內酰脲經堿性水解得到的蛋氨酸鹽和碳酸鹽混合溶液用微孔膜過濾后，所得濾液送入雙極膜電滲析系統進行電滲析處理，分別得到酸液A和堿液A，堿液A送回雙極膜電滲析系統中連續循環處理，酸液A經過氣液分離器，分離得到二氧化碳氣體和酸液B，酸液B送回雙極膜電滲析系統中連續循環處理，至酸液B的pH值為3.8～4.5之間，表示反應結束，所得pH值為3.8～4.5的酸液B即為蛋氨酸溶液，蛋氨酸溶液經濃縮結晶制得蛋氨酸；

氣液分離器分離得到的二氧化碳氣體通入吸收池，被吸收池中的二氧化碳吸收劑吸收，吸收池上部的二氧化碳吸收母液通入膜蒸餾裝置，經膜蒸餾濃縮，得到濃縮至過飽和的母液，再循環回吸收池，此循環過程中吸收池底部生長碳酸鹽晶體，吸收池上部的二氧化碳吸收母液繼續通入膜蒸餾裝置循環處理；吸收池內生長得到的碳酸鹽晶體由吸收池底部引出，經固液分離，回收得到碳酸鹽；回收得到的碳酸鹽可以作為甲硫基乙基乙內酰脲堿性水解的堿性原料，回收利用。

所述吸收池中的二氧化碳吸收劑一般為強堿溶液，如氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液。