[发明专利]一种维生素C的双极膜酸化生产工艺及装置

说明书

本发明公开了一种维生素C的双极膜酸化生产工艺和装置，该工艺包括如下步骤：(1)向多级串联的双极膜电渗析膜堆的第一级酸室中通入VCNa水溶液进行转化，得到的第一级酸室转化液通入下一级酸室中继续转化，依次进行至最后一级酸室，经过最后一级转化得到富含维生素C的产物液；(2)向第一级酸室所对应的第一级碱室中通入水或稀NaHCO₃溶液进行转化，第一级碱室转化液与CO₂进行中和反应后再通入下一级碱室中继续转化，依次进行至最后一级碱室，经过最后一级转化得到含有少量VCNa的NaHCO₃水溶液。该生产工艺有效降低了生产成本和环保压力，同时透过VC的变质损失得到明显改善。

技术领域

本发明属于维生素生产领域，具体涉及一种维生素C的双极膜酸化生产工艺及装置。

背景技术

维生素C（VC）生产工艺流程中一个重要环节是将其钠盐（VCNa）酸化成VC，传统酸化方法有离子交换法。然而离子交换法所用的树脂需要反复再生，会消耗大量酸并产生大量废盐，造成环保压力。双极膜电渗析技术可以利用水原位解离产生的H⁺和OH^-将有机酸盐转化酸和相应的碱，并利用膜的选择透过性实现两者分离，其优势在于：不消耗酸，不产生废盐，并可以利用所产生的副产物碱。

双极膜电渗析已在多种有机酸盐酸化中得到研究及生产应用，如乙酸、柠檬酸、氨基酸等，而将双极膜应用于VC的报道却相对稀少。专利CN109096230A公开了双极膜酸化VCNa的方法，与常规有机酸双极膜酸化法基本一致。专利CN109232488A公开了“活性炭吸附+螯合树脂吸附+阴树脂吸附+双极膜电渗析”耦合技术，将预处理与后处理都做了设计，具有较高的可行性。然而，即便在如CN109232488A已经作了全流程设计的情况下，VCNa双极膜酸化仍未见生产应用。本申请人经过研究发现，除双极膜价格较为昂贵外，阻碍其推广的核心问题在于，存在一部分VC渗透到NaOH溶液中，发生变质造成损失并降低产碱品质（如图1所示）。

VC由于其特殊性，在强碱性溶液中非常不稳定，会很快发生开环、氧化而变质。现阶段市场上的膜无法完全杜绝渗透现象，通常有1~3%左右的VC透过，物料损失往往超出可接受范围，且副产NaOH的品质也因此下降。上述现有技术均未涉及透过VC的变质问题，目前仅专利CN111138390A关注了这一现象，并因此设计了BP膜-阳膜-阳膜-BP膜的三隔室构造膜堆，然而该设计仅是利用中间隔室过渡以保证产碱的品质，对透过VC的变质损失并无明显改善。

发明内容

本发明提供了一种维生素C的生产工艺及装置，该维生素C的生产工艺一方面解决了离子交换法生产维生素C存在的成本高、环保压力大的问题，另一方面解决了传统双极膜酸化VCNa所存在的VC的变质损失的问题。

本发明的技术方案如下：

一种维生素C的双极膜酸化生产工艺，包括如下步骤：

（1）向多级串联的双极膜电渗析膜堆中第一级酸室（又称为物料室）中通入VCNa水溶液，在直流电场的作用下双极膜促进水解离出的氢离子与留在此处的VC负离子结合生成维生素C，得到的第一级酸室转化液再通入下一级酸室中继续转化，依次进行至最后一级酸室，经过最后一级转化得到富含维生素C的产物液；

（2）向第一级酸室所对应的第一级碱室中通入水或稀NaHCO₃溶液，在直流电场的作用下双极膜促进水解离出的氢氧根离子与透过阳膜迁移而来的钠离子在碱室中汇聚成为NaOH水溶液，第一级碱室转化液与CO₂进行中和反应后再通入下一级碱室中继续转化，依次进行至最后一级碱室，经过最后一级转化得到含有少量VCNa的NaHCO₃水溶液。

本发明中，还需要预先向极室中通入一定浓度NaOH水溶液，以便营造导电环境。