[发明专利]一种制备蛋氨酸和回收副产物二氧化碳的方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种集成膜技术在化工领域中的应用，具体涉及一种双极膜电渗析制备蛋氨酸和膜蒸馏处理副产物二氧化碳的方法。

背景技术

蛋氨酸是一种人体必需的氨基酸，广泛参与生物体内各项代谢活动。蛋氨酸无法在动物体内自行合成，需从食物中摄入。将其添加至饲料中，可促进禽畜生长，增加廋肉量、缩短饲养周期。另外其还被广泛应用于医药营养品，食品添加剂等。目前全球的年产能约为100万吨，近年来对蛋氨酸的需求以4％速度增加，而我国的蛋氨酸需求量则以7％速度增加。

现有的合成蛋氨酸的工艺流程可分为两大类。第一类是以丙二酸酯或γ-丁基內酯或甘氨酸为原料，先合成受保护的氨基和羧基化合物，再以2－甲硫基氯化乙烷或甲硫醇钠为甲硫基引入源，生成羧基和氨基被保护的蛋氨酸，最后水解得到产品。这类方法优点在于使用的原料来源多种多样，且毒性较低。但缺点是原料价格高，工艺条件不成熟，收率普遍较低，副产物很多，因成本太高目前还无法投入工业化生产。目前，商业化生产蛋氨酸多采用丙烯醛法生产蛋氨酸，主要生产路线为从丙烯醛原料出发，丙烯醛和甲硫醇在催化剂作用下进行加成反应生成甲硫基丙醛；甲硫基丙醛与NaCN或HCN、NH₄HCO₃发生缩合反应制得甲硫基乙基乙内酰脲(海因)，而后甲硫基乙基乙内 酰脲在NaOH或K₂CO₃作用下水解生成蛋氨酸钠/钾盐，同时生成副产物碳酸纳。进一步采用H₂SO₄、HCl酸化得D,L-蛋氨酸。最后浓缩、结晶、分离得到蛋氨酸成品。该方法的缺点在于水解需消耗大量的碱，同时副产物碳酸钠去除需消耗大量的酸。

双极膜电渗析技术是利用双极膜在电场作用下将水离解并在膜两侧分别得到氢离子和氢氧根离子，结合阴阳离子交换膜实现在不引入新组分的情况下将水溶液中的盐转化为对应的酸和碱的技术。目前公开的利用双极膜电渗析技术应用到蛋氨酸生产的专利较多，如CN201310339159.1，CN201410163592.9和CN201410388167.X等。其基本原理均为利用双极膜电渗析产酸中和蛋氨酸盐及脱除碳酸钠。然而依照这些方法，生产过程仍未彻底实现零排放。通常碳酸盐副产物在水解液中的含量在10％～15％，由此估计损失的二氧化碳约占总物料的4.2％～6.2％，此外过程产生的碱浓度约为6％，如需回用至甲硫基乙基乙内酰脲水解过程需进一步浓缩，造成能耗增加。

由此，常规的双极膜电渗析技术生产蛋氨酸过程存在二氧化碳排放损失，且产生的碱浓度低回用难，这些均不利于实现清洁工业生产目的。

膜蒸馏是将蒸馏与结晶过程相结合的膜分离过程，它以疏水微孔膜为介质，在膜两侧蒸气压差的作用下，料液中溶剂以蒸气形式透过膜孔，从而使料液到达过饱和状态而使溶质结晶析出。与其他常见的结晶过程相比，膜蒸馏具有分离效率高、操作条件温和、对膜与原料液间相互作用及膜的机械性能要求不高等优点。

发明内容

针对上述情况，本发明目的提供一种高效低耗的生产蛋氨酸和回收副产物二氧化碳的方法，不产生副产物，无三废污染产生，并且提供可供甲硫基乙基乙内酰脲水解的碳酸盐晶体，提高生产效率，降低损耗。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种制备蛋氨酸和回收副产物二氧化碳的方法，所述方法为：将甲硫基乙基乙内酰脲经碱性水解得到的蛋氨酸盐和碳酸盐混合溶液用微孔膜过滤后，所得滤液送入双极膜电渗析系统进行电渗析处理，分别得到酸液A和碱液A，碱液A送回双极膜电渗析系统中连续循环处理，酸液A经过气液分离器，分离得到二氧化碳气体和酸液B，酸液B送回双极膜电渗析系统中连续循环处理，至酸液B的pH值为3.8～4.5之间，表示反应结束，所得pH值为3.8～4.5的酸液B即为蛋氨酸溶液，蛋氨酸溶液经浓缩结晶制得蛋氨酸；

气液分离器分离得到的二氧化碳气体通入吸收池，被吸收池中的二氧化碳吸收剂吸收，吸收池上部的二氧化碳吸收母液通入膜蒸馏装置，经膜蒸馏浓缩，得到浓缩至过饱和的母液，再循环回吸收池，此循环过程中吸收池底部生长碳酸盐晶体，吸收池上部的二氧化碳吸收母液继续通入膜蒸馏装置循环处理；吸收池内生长得到的碳酸盐晶体由吸收池底部引出，经固液分离，回收得到碳酸盐；回收得到的碳酸盐可以作为甲硫基乙基乙内酰脲碱性水解的碱性原料，回收利用。

所述吸收池中的二氧化碳吸收剂一般为强碱溶液，如氢氧化钠或氢氧化钾溶液。