[发明专利]双极性膜电渗析法制备有机酸的设备与工艺

说明书

本发明为一种有机酸制备新方法，具体涉及到由有机酸盐制备相应的有机酸的双极性膜电渗析设备和工艺，属于有机酸制备领域。

在化工、轻工、食品、医药等领域会遇到许多有机酸，包括各种脂肪酸、芳香酸及各类取代酸，如卤代酸、羟基酸、氨基酸、酮酸等。许多重要的有机酸是通过生物发酵等方法先制得有机酸盐再进一步转化成相应的有机酸。由有机酸盐制备相应的有机酸的方法主要包括酸转化法、离子交换法及电渗析法等。电渗析法的关键设备是由一系列离子选择性膜构成的电渗析器。电渗析器的基本结构如图1所示(参见王振堃编《离子交换膜-制备、性能及应用》，化学工业出版社，北京，1986，P.243)。图中1为压紧板；2为垫片；3为电极；4为垫圈；5、7、9均为板框；6、8均为离子选择性膜。如图所示，电渗析器的基本部件包括压紧板、电极、板框、离子选择性膜及相应的垫片及紧固装置。根据所选择的离子选择性膜的不同以及膜的排列顺序及数量的不同，可以构成不同的电渗析法。对于由有机酸盐制备有机酸，文献报道的有阳离子选择膜电渗析法和双极性膜电渗析法。图2为阳离子选择膜电渗析法制备有机酸的示意图。图中10为压紧板；11为电极；12为阳离子选择膜；13为电极板框；14为原料室板框；15为酸室板框。压紧板10与阳离子选择膜12及电极板框13之间的空间构成极室16，阳离子选择膜12与酸室板框15之间的空间构成酸室17；阳离子选择膜12与原料室板框14之间的空间构成原料室18。如图2所示，(原料有机酸盐MR进入原料室18，而在酸室17中应加入一种无机酸以提供H⁺离子，在直流电场作用下，原料有机酸盐中的阳离M⁺通过阳离子选择膜12离开原料室18；而H⁺离子由酸室通过阳离子选择膜12进入原料室18与有机酸根R^-结合形成相应的有机酸HR。这种方法需使用无机酸提供H⁺离子，使原料成本上升。(双极性膜电渗析法是另一种由有机酸盐制备有机酸的方法，其工作原理为图3所示)(参见《化学工程手册》编辑委员会编，《化学工程手册》，第18篇，《薄膜过程》，化学工业出版社，北京，1989，P.248)。图中19为压紧板；20为电极；21为电极板框；22为双极性膜；23为酸室板框；24为阴离子选择膜；25为原料室板框；26为阳离子选择膜；27为碱室板框。压紧板19与双极性膜22及电极板框21之间的空间构成电极室28；双极性膜22与阴离子选择膜24及酸室板框23之间的空间构成酸室29；阴离子选择膜24与阳离子选择膜26及原料室板框25之间的空间构成原料室30；阳离子选择膜26与双极性膜22及碱室板框27之间的空间构成碱室31。安装时应使双极性膜的阴离子选择层面向阳极而阳离子选择层面向阴极。在直流电场的作用下，水在双极性膜内分解成H⁺离子和0H^-离子，分别进入酸室29和碱室31。原料室中的有机酸盐MR中的阳离子M⁺通过阳离子选择膜26进入碱室31，与0H^-离子结合形成碱，而有机酸根离子R^-通过阴离子选择膜24进入酸室29，与H⁺结合形成产品有机酸。这种方法避免了利用无机酸提供H⁺离子，但需使用阳离子选择膜、阴离子选择膜及双极性膜构成电渗析器，结构较为复杂。而且电渗析过程中有机酸根离子需通过阴离子选择膜。一般有机酸根离子都比较大，因此迁移速度比较慢，特别是通过阴离子交换膜的阻力较大，这就限制了使用这种方法制备有机酸的过程速率及效率。

本发明的目的就是针对上述诸种方法的缺点，开发一种新的由有机酸盐制备相应的有机酸的双极膜电渗析方法及相应的设备，使电渗析器结构简化并提高电渗析过程的速率及效率。

本发明为一种由有机酸盐制备相应有机酸的双极性膜电渗析器，包括压紧板、电极板框、酸室板框、碱室板框、双极性膜、阳离子选择膜及相应的密封垫片、紧固件，双极性膜的阳离子选择层面向阴极，而其阴离子选择层面向阳极，其特征在于压紧板与阳离子选择膜及电极板框之间的空间构成电极室，阳离子选择膜与双极性膜及酸室板框之间的空间构成酸室，阳离子选择膜与双极性膜及碱室板框之间的空间构成碱室。所说酸室和碱室可以各是1个，也可以各是2个或2个以上。在多个的情况下，连接可以采取并联方式，也可以采取串联方式。