生产甘氨酸的系统的制作方法

本发明涉及化工生产设备领域，具体涉及一种生产甘氨酸的系统。

背景技术：

甘氨酸作为一种重要的精细化工产品，广泛应用于医药、食品、化工、农药等领域。甘氨酸的制备工艺有多种，其中施特雷克(Strecker)法是广泛采用的方法之一，在Strecker方法中，首先是获得碱金属盐形式的甘氨酸，如氨基乙腈通过氢氧化钠碱水解得到甘氨酸钠水溶液，再由所得的甘氨酸盐的水溶液脱盐制备氨基酸。

目前，由甘氨酸盐的水溶液脱盐制备氨基酸大多是采用酸中和甘氨酸的碱金属盐的水溶液，之后再通过结晶方法回收甘氨酸。如中国专利CN1962611B中报道了对羟基乙腈法制备产生的含甘氨酸盐的碱解液，脱氨后用无机酸中和、脱色，脱色液经过浓缩分步结晶和重结晶得到甘氨酸和无机盐。该方法的脱盐过程中需要用到大量的无机酸，对设备的腐蚀性较强，因此，生产工艺对设备的要求较高。另外，在该方法中，为了使甘氨酸和无机盐充分分离，往往需要通过反复调节pH值来进行逐步结晶，或者调节温度来进行逐步结晶，这些方法的操作都非常烦杂，不易把握，需要相应复杂的设备来配合，生产效率低下，并且工业实施很困难。

此外，由于施特雷克(Strecker)法采用的原料是氨与羟基乙腈，氨与羟基乙腈反应过程中会产生副反应，生成亚氨基二乙腈等，在随后的碱解和酸化反应中变成亚氨基二乙酸、氨三乙酸，影响甘氨酸的分离和品质，最终含副产物亚氨基二乙酸的母液经过多次套用后作为废液处理，造成资源浪费。

另外，还有文献报道了采用填充有阳离子交换树脂的连续离子交换装置对甘氨酸的碱金属盐水溶液中的碱金属离子进行阳离子交换(脱盐)，从而得到 甘氨酸水溶液，但同时，得到的甘氨酸水溶液中还含有亚氨基二羧酸的碱金属酸式盐、氨三乙酸二盐及无机碱金属盐等，得到的甘氨酸水溶液经结晶得甘氨酸晶体，结晶母液中除了含有未分离的甘氨酸，还含有亚氨基二羧酸的碱金属酸式盐、氨三乙酸二盐及无机碱金属盐等，这些盐类杂质存在于结晶母液中，随着结晶母液的不断循环，母液中盐的含量也越来越高，用于脱盐的传统电渗析技术及离子交换技术不适用于高盐浓度物料体系，影响甘氨酸的分离和品质，导致甘氨酸收率降低，造成母液中甘氨酸及副产物的资源浪费。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于克服上述缺陷，提出一种生产甘氨酸的系统，该系统易于操作，能够很好的实现甘氨酸与副产物盐类杂质(包括亚氨基二乙酸的碱金属酸式盐、氨三乙酸二盐及无机碱金属盐等)的分离，提高甘氨酸的产品品质。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：

一种生产甘氨酸的系统，按工艺先后顺序包括依次设置的甘氨酸制备装置、离子交换装置、浓缩装置A、结晶装置A和色谱脱盐装置。如图1所示。本实用新型的生产甘氨酸的系统，由所述的甘氨酸制备装置得到含有甘氨酸的碱金属盐的水溶液，所述离子交换装置是用于含有甘氨酸的碱金属盐的水溶液进行连续离子交换反应，离子交换装置处理后得到粗甘氨酸水溶液，粗甘氨酸水溶液中含有甘氨酸、亚氨基二乙酸的碱金属酸式盐、氨三乙酸二盐及无机碱金属盐等，所述粗甘氨酸水溶液依次经浓缩装置A、结晶装置A处理后得到甘氨酸和甘氨酸结晶母液，甘氨酸结晶母液中含有甘氨酸、亚氨基二乙酸的碱金属酸式盐、氨三乙酸二盐及无机碱金属盐等，甘氨酸结晶母液再进入色谱脱盐装置进行脱盐处理，脱盐处理后得到的甘氨酸溶液再经过浓缩、结晶得到甘氨酸，也可与下一轮得到的粗甘氨酸水溶液混合后再进行后续的操作。

本实用新型的生产甘氨酸的系统，其中浓缩装置A可以是任何能实现浓缩 功能的设备如膜浓缩、MVR蒸发浓缩等，也可是多个具浓缩功能的设备的组合如先经过膜浓缩再进行MVR蒸发浓缩；结晶装置A可以是任何能实现结晶功能的设备如高温结晶、低温结晶、重结晶等，也可是多个具结晶功能的设备的组合如先经过高温结晶然后再进行低温结晶等。

进一步，所述的生产甘氨酸的系统，所述色谱脱盐装置还通过物料输送通道同所述浓缩装置A连接，所得的甘氨酸结晶母液再进入色谱脱盐装置进行脱盐处理，脱盐处理后得到的甘氨酸溶液通过物料输送通道再进入浓缩装置A中，可单独直接进行后续的操作，也可与下一轮得到的粗甘氨酸水溶液混合后再进行后续的操作。

进一步，所述的生产甘氨酸的系统，在结晶装置A与色谱脱盐装置之间还设置结晶母液储备装置，所述结晶母液储备装置还通过物料输送通道同所述浓缩装置A连接。工业上通常将结晶母液循环套用，设置结晶母液储备装置方便结晶母液的储备，同时上一轮的结晶母液可返回至浓缩装置A中与下一轮得到的粗甘氨酸水溶液混合进行循环套用。但随着母液不断循环，母液中副产物盐类杂质含量也不断增加，当高盐含量的母液进行脱盐时，可用于脱盐的传统电渗析技术及离子交换技术不适用于。因此，本实用新型的系统设置色谱脱盐装置进行甘氨酸结晶母液的脱盐。

进一步，所述的生产甘氨酸的系统，所述甘氨酸制备装置按工艺先后顺序包括依次设置的合成反应器和碱解反应器。合成反应器用于羟基乙腈与氨进行氨化反应合成氨基乙腈，碱解反应器用于氨基乙腈碱解得到含甘氨酸盐的碱解液。

进一步，所述的生产甘氨酸的系统，所述甘氨酸制备装置在碱解反应器之后还设置排氨及氨气回收装置。碱解反应之后，碱解反应器中含有未参与反应的氨，通过排氨及氨气回收装置排除并回收再利用。

进一步，所述的生产甘氨酸的系统，所述合成反应器设置有原料氨的进料管和羟基乙腈的进料管。

进一步，所述的生产甘氨酸的系统，所述碱解反应器设置有碱液的进料管 和供未反应完的氨的出料管，所述出料管与排氨及氨气回收装置相连通。

进一步，所述的生产甘氨酸的系统，在离子交换装置与浓缩装置A之间还设置有脱色装置。工业生产的含有氨基酸的碱金属盐的水溶液一般含有很多杂质，影响最终产品的色度，经离子交换装置处理后得到的粗甘氨酸水溶液在浓缩结晶之间可先进行脱色。

进一步，所述的生产甘氨酸的系统，所述的脱色装置优选为膜脱色。

进一步，所述的生产甘氨酸的系统，所述的系统还依次设置有相连接的浓缩装置B、酸化装置、结晶装置B，所述色谱脱盐装置通过物料输送通道同所述浓缩装置B连接，所述酸化装置设置有酸液的进料管。甘氨酸结晶母液进入色谱脱盐装置进行脱盐处理，脱盐处理后得到的甘氨酸溶液和含盐的溶液，甘氨酸溶液通过物料输送通道再进入浓缩装置A中，可单独直接进行后续的操作，也可与下一轮得到的粗甘氨酸水溶液混合后再进行后续的操作。含盐的溶液中主要含有亚氨基二羧酸的碱金属酸式盐、氨三乙酸二盐及无机碱金属盐等，其中亚氨基二羧酸的碱金属酸式盐含量较高，将含盐的溶液通过物料输送通道通入浓缩装置B中进行浓缩，然后经酸化装置酸化，结晶装置B结晶得到亚氨基二乙酸，亚氨基二乙酸结晶母液可返回至浓缩装置B中循环套用，也可进入其他设置的装置用于回收其中的无机盐。

进一步，所述的生产甘氨酸的系统，所述的系统还设置有无机盐回收处理装置，所述无机盐处理装置分别与离子交换装置及结晶装置B连接。

进一步，所述的生产甘氨酸的系统，系统中的每个元件均通过物料管道连接。

本发明的有益效果：

本实用新型的生产甘氨酸的系统，按工艺先后顺序包括依次设置的甘氨酸制备装置、离子交换装置、浓缩装置A、结晶装置A和色谱脱盐装置。该系统易于操作的，环境友好，可连续化分离纯化甘氨酸，可以实现工业化大规模连续化生产，能够很好的实现甘氨酸与副产物盐类杂质(包括亚氨基二乙酸的碱金属酸式盐、氨三乙酸二盐及无机碱金属盐等)的分离，收率高，提高甘氨酸 的产品品质。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为实施例1生产甘氨酸的系统结构示意图。

图2为实施例2生产甘氨酸的系统结构示意图。

图3为实施例3利用生产甘氨酸的系统进行甘氨酸生产的流程图示意图。

具体实施方式

以下将参照附图，对本实用新型的优选的实施方案进行详细描述。

实施例1

如图1所示，本实用新型的生产甘氨酸的系统，按工艺先后顺序包括依次设置的甘氨酸制备装置1、离子交换装置2、浓缩装置A3、结晶装置A4和色谱脱盐装置5。本实用新型的生产甘氨酸的系统，由所述的甘氨酸制备装置1得到含有甘氨酸的碱金属盐的水溶液，所述离子交换装置2是用于含有甘氨酸的碱金属盐的水溶液进行连续离子交换反应，离子交换装置2处理后得到粗甘氨酸水溶液，粗甘氨酸水溶液中含有甘氨酸、亚氨基二羧酸的碱金属酸式盐、氨三乙酸二盐及无机碱金属盐等，所述粗甘氨酸水溶液依次经浓缩装置A3、结晶装置A4处理后得到甘氨酸和甘氨酸结晶母液，甘氨酸结晶母液中含有甘氨酸、亚氨基二羧酸的碱金属酸式盐、氨三乙酸二盐及无机碱金属盐等，甘氨酸结晶母液再进入色谱脱盐装置5进行脱盐处理，脱盐处理后得到甘氨酸溶液和含盐的溶液。

实施例2

如图2所示，一种生产甘氨酸的系统，按工艺先后顺序包括依次设置的甘氨酸制备装置1、离子交换装置2、浓缩装置A3、结晶装置A4和色谱脱盐装置 5，所述色谱脱盐装置5还通过物料输送通道同所述浓缩装置A3连接。

所述的生产甘氨酸的系统，在结晶装置A4与色谱脱盐装置5之间还设置结晶母液储备装置6，所述结晶母液储备装置6还通过物料输送通道同所述浓缩装置A3连接。工业上通常将结晶母液循环套用，设置结晶母液储备装置6方便结晶母液的储备。

所述甘氨酸制备装置1按工艺先后顺序包括依次设置的合成反应器11和碱解反应器12。所述甘氨酸制备装置1在碱解反应器12之后还设置排氨及氨气回收装置13。合成反应器11用于羟基乙腈与氨进行氨化反应合成氨基乙腈，所述合成反应器11设置有原料氨的进料管111和羟基乙腈的进料管112。碱解反应器12用于氨基乙腈碱解得到含甘氨酸盐的碱解液，所述碱解反应器12设置有碱液的进料管121和供未反应完的氨的出料管122，所述出料管122与排氨及氨气回收装置13相连通。碱解反应之后，碱解反应器12中含有未参与反应的氨，通过排氨及氨气回收装置13排除并回收再利用。

所述的生产甘氨酸的系统，在离子交换装置2与浓缩装置A3之间还设置有脱色装置7。工业生产的含有氨基酸的碱金属盐的水溶液一般含有很多杂质，影响最终产品的色度，经离子交换装置2处理后得到的粗甘氨酸水溶液在浓缩结晶之间可先进行脱色。

所述的生产甘氨酸的系统，所述的系统还依次设置有相连接的浓缩装置B8、酸化装置9、结晶装置B10，所述色谱脱盐装置5通过物料输送通道同所述浓缩装置B8连接，所述酸化装置9设置有酸液的进料管91。甘氨酸结晶母液进入色谱脱盐装置5进行脱盐处理，脱盐处理后得到的甘氨酸溶液和含盐的溶液，甘氨酸溶液通过物料输送通道再进入浓缩装置A3中，可单独直接进行后续的操作，也可与下一轮得到的粗甘氨酸水溶液混合后再进行后续的操作。含盐的溶液中主要含有亚氨基二羧酸的碱金属酸式盐、氨三乙酸二盐及无机碱金属盐等，其中亚氨基二羧酸的碱金属酸式盐含量较高，将含盐的溶液通过物料输送通道通入浓缩装置B8中进行浓缩，然后经酸化装置9酸化，结晶装置B10结晶得到亚氨基二乙酸，亚氨基二乙酸结晶母液可返回至浓缩装置B8中循环套 用，也可直接进入其他设置的装置用于回收其中的无机盐。

所述的生产甘氨酸的系统，所述的系统还设置有无机盐回收处理装置11，所述无机盐处理装置11分别与离子交换装置2及结晶装置B10连接。

所述的生产甘氨酸的系统，系统中的每个元件均通过物料管道连接。

实施例3生产甘氨酸的系统的使用方法

1)氨化：将羟基乙腈543.0g(42％，4.0mol)加入进料管112中并泵入合成反应器11中，氨水544g(25％,8.0mol)加入进料管111中并泵入合成反应器11中，两种液体在温度为100-103℃的条件下进行氨化反应，通过控制流速调节反应时间为7分钟，获得氨基乙腈和亚氨基二乙腈的混合溶液。

2)碱解：在碱解反应器12中预先通过碱液进料管121加入351.8g氢氧化钠溶液(50％，4.4mol)，在合成反应器11的出口收集氨基乙腈和亚氨基二乙腈反应液导入碱解反应器12中，反应液立即在温度为80-85℃的条件下进行碱解反应，碱解反应的同时，反应体系中存在的氨通过氨出料管进入排氨及氨气回收装置13中，待氨基乙腈和亚氨基二乙腈反应液全部收集完毕后，继续在上述反应条件下反应3小时，获得含甘氨酸钠的水溶液1280g，含甘氨酸钠的水溶液中，甘氨酸钠和亚氨基二乙酸二钠盐含量以质量百分比计分别为12.35％和16.38％，除此之外，还含有约1％氢氧化钠，约0.2％的氨三乙酸钠和少量的NH₃。将含甘氨酸钠的水溶液在排氨及氨气回收装置13中温度为95℃、压力为-0.09MPa的条件下进行排氨处理，至反应液中的游离氨含量低于0.5％时，同时将排出的氨回收。

3)离子交换处理：将排氨后的含甘氨酸钠的水溶液甘氨酸钠清液通入离子交换装置2中，同时通入软水和再生用硫酸水溶液，进行离子交换，得到粗甘氨酸溶液及硫酸钠溶液，粗甘氨酸溶液中含有甘氨酸、亚氨基二乙酸一钠盐、氨三乙酸二钠盐及硫酸钠。硫酸钠溶液进入无机盐处理装置11中回收无机盐。

4)脱色：将得到的粗甘氨酸溶液通入脱色装置7中进行脱色处理。

5)浓缩结晶：脱色处理后的粗甘氨酸水溶液，转移至浓缩装置A3进行浓缩处理，浓缩至甘氨酸的质量百分浓度为40-45％通入结晶装置A4中进行结晶， 得到甘氨酸晶体和甘氨酸结晶母液(甘氨酸结晶母液中除了含有未完全结晶的甘氨酸，还含有亚氨基二乙酸一钠盐、氨三乙酸二钠盐及硫酸钠)，甘氨酸晶体湿品烘干后得产品，甘氨酸结晶母液通入结晶母液储备装置6，结晶母液储备装置6中的甘氨酸结晶母液可通过进入浓缩装置A3中循环套用后再进入色谱脱盐装置5中进行脱盐处理，也可直接进入色谱脱盐装置5中进行脱盐处理。随着结晶母液的不断循环，其中的甘氨酸及盐类杂质含量也逐渐增高。

6)色谱脱盐：当甘氨酸结晶母液中含有甘氨酸10-30％，亚氨基二乙酸一钠盐2.5-12％，氨三乙酸二钠盐0.1-1.0％，硫酸钠0.5-4.0％时可直接进入色谱脱盐装置5进行脱盐处理，当甘氨酸结晶母液中物质含量高于上述范围，可适当进行稀释后再进入色谱脱盐装置5进行脱盐处理。甘氨酸结晶母液进入色谱脱盐装置5进行脱盐处理，脱盐处理后得到甘氨酸溶液和含盐的溶液，脱盐处理后得到的甘氨酸溶液通过物料输送通道再进入浓缩装置A3中，可单独直接进行后续的操作，也可与下一轮得到的粗甘氨酸水溶液混合后再进行后续的操作。

7)盐的后处理：含盐的溶液中主要含有亚氨基二乙酸一钠盐及少量的氨三乙酸二钠盐及硫酸钠，将含盐的溶液通过物料输送通道通入浓缩装置B8中进行浓缩，然后通入酸化装置9中，从酸液的进料管91中通入酸进行酸化，然后进入结晶装置B10中结晶得到亚氨基二乙酸，亚氨基二乙酸结晶母液可返回至浓缩装置B8中循环套用，或直接进入无机盐处理装置11中回收无机盐。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。