离子膜法DL_丙氨酸清洁工艺研究_毛建卫

离子膜法DL-α-丙氨酸清洁工艺研究毛建卫1,崔艳丽2,许茂乾1(1浙江科技学院生物与化学工程系,浙江杭州310012;2浙江大学化学系,310031)摘要:提出了多元溶剂循环合成和离子膜法分离DL-α-丙氨酸新工艺,探讨了新工艺的清洁生产特点。多元溶剂循环合成中催化剂和未反应完的反应原料可循环使用,催化剂减少至原来用量的1/3,反应控制更准确。离子膜分离过程采用反馈式离子膜分离装置,在反馈系统作用下,不需等电聚焦,部分电离迁移的DL-α-丙氨酸可反馈回来,氨基酸的逃离率比以往的等电聚焦电渗析法大幅下降,由一般为20%～40%降至10%以下;本系统电流效率可达70%以上,电流密度较高,增强了生产能力。总收率由老工艺的60%提高到70%。分离新工艺避免使用大量有毒易燃溶剂甲醇,新工艺采用了洁净能源———电力,降低能耗50%以上。避免了使用易受氯化铵腐蚀的大型精馏塔。新工艺符合当前大力提倡的减污、降耗、综合利用的清洁生产发展潮流。关键词:DL-α-丙氨酸;合成;离子膜;分离;清洁生产中图分类号:Q503文献标识码:A文章编号:1006-8376(2002)02-0034-03DL-α-丙氨酸可作为食品添加剂、医药原料、饲料原料及化工原料、合成中间体,是应用范围广和发展潜力大的重要化工产品。在国外已广泛应用于食品工业的各个领域中,年用量很大,且有日益增长的趋势。目前国内随着食品工业界对该食品添加剂认识的逐渐加深,及在医药工业中应用量扩大,促进了对DL-α-丙氨酸的市场需求。国内外DL-α-丙氨酸的制备工艺有Streck法、α-卤代酸法、相转移催化合成等,国内一般采用α-卤代酸法,但均存在消耗大、成本高、三废严重、质量不稳等不利因素。本文针对α-卤代酸法的存在问题,研究设计了多元溶剂循环合成和离子膜分离新工艺[1]。降低生产成本,提高产品质量,减少三废排放,达到高效、清洁工艺的目的。当前,国内外都在大力提倡和研究清洁生产,采用“绿色工艺”或“少废无废工艺”,现阶段的清洁生产宗旨为:减污、降耗、综合利用。离子膜法分离技术作为一门当代高新技术,已成为一种新型的化工单元操作,被称为无三废的绿色化工单元操作。离子膜分离技术在医药和食品工业的应用是近年来的一大热点,发展迅速。在氨基酸工业中,分离氨基酸产品的“下游”过程更具复杂性,通常氨基酸分离纯化的成本更高,直接影响着产品的投资、成本、质量、＊国家自然科学基金项目资助(20006013)＊浙江省科技计划项目资助(991101342)收稿日期:2001-11-20作者简介:毛建卫,男,浙江科技学院高级工程师。三废及能否正常生产等,故国内外都十分重视氨基酸的分离与精制的研究开发。早在1962年Traxler[2]把离子膜电渗析法应用在氨基酸分离体系,但都是采用等电聚焦法,等电聚焦在生产中操作烦琐,很易出现pH值偏差。使离子膜电渗析很难应用于氨基酸的大生产中。作者自行设计的反馈式离子膜分离工艺技术采用国产膜和膜组件,应用氨基酸生产中可不需等电聚焦,部分电离迁移的氨基酸可反馈回来,氨基酸的逃离率比以往的等电聚焦电渗析法大幅下降。反馈式离子膜分离工艺应用在DL-α-丙氨酸工艺中,氨基酸的逃离率由20%-40%降至10%以下;电流效率可达70%以上,电流密度较高,增强了生产能力。DL-α-丙氨酸的膜法新工艺收率由老工艺的60%提高到70%。1实验部分1.1实验材料与仪器DL-α-氯丙酸(工业级)、液氨(CP)、多元混合溶剂(自制)、乌洛托品(CP)DDS-11A电导率仪(上海雷兹仪器厂)、PHS99型智能pH计(杭州华光电子厂)、MC型-2反馈式离子膜分离器400×800×100(自制)、氨基酸分析仪(贝克曼6300,德国制)。1.2离子膜分离实验原理[3]如图1所示,合成混合物进入反馈式离子膜分离系统中,当混合液进入离子膜分离器中R1室时,·34·氨基酸和生物资源AminoAcids&BioticResources2002,24(2):34～36DOI:10.14188/j.ajsh.2002.02.011在直流电场作用下,溶液中形成电压差,产生离子定向迁移,NH+4离子透过阳膜,Cl-离子透过阴膜,而不带电荷的DL-α-丙氨酸,则留了下来。把DL-α-丙氨酸溶液控制在准确的等电点即pH6.02,在工业上实施很困难,[4];而在非等电点时,DL-α-丙氨酸也有部分电离而迁移,在反馈式离子膜分离系统中,部分电离后而迁移出去的DL-α-丙氨酸,可经过反馈循环系统进行回收,从而不需要通常电渗析膜分离中的等电聚焦控制。该工艺产品得率高,电流效率大于70%。DL-α-丙氨酸和氯化铵混合液中NH+4和Cl-分离迁移至R2室中。混合液中迁移分离NH4Cl后形成DL-α-丙氨酸溶液,可送下道工序去结晶析出产品。图1反馈