一种牛磺酸分离精制的清洁方法
【专利摘要】一种牛磺酸钠分离精制的清洁方法，采用电解膜脱钠装置，将强碱性的牛磺酸钠粗品水溶液，直接电解降低到PH＝6～7，分离为牛磺酸水溶液和氢氧化钠水溶液。从而避免使用硫酸进行牛磺酸钠水溶液的酸化，不再产生硫酸钠固体废弃物，大幅降低牛磺酸的生产成本和三废排放。
【专利说明】
一种牛磺酸分离精制的清洁方法
技术领域：
[0001] 本发明是一种医药品制造技术，更具体说来，是牛磺酸分离提纯的清洁工艺。
【背景技术】：
[0002] 牛磺酸，作为一种非蛋白质氨基酸，具有很多的生理活性，人体本身合成牛磺酸的 能力很弱，需要大量从饮食中补充，因此是婴儿奶粉、抗疲劳饮料等食品的关键成分之一， 在食品和医疗领域哦获得广泛使用，近几年已经达到2万多吨/年的用量。
[0003] 牛磺酸的大规模工业化生产方法，目前主要采用环氧乙烷法工艺。 CN200810046883详细介绍了环氧乙烷法牛磺酸合成工艺，第一步，环氧乙烷和亚硫酸氢钠 反应生成羟乙基磺酸钠，然后第二步，通入氨气或高浓度氨水高温高压氨解，生成强碱性牛 磺酸钠粗品水溶液，最后需要加入硫酸进行酸化，生成牛磺酸和大量硫酸钠固体废弃物，反 应式B如下：
[0004]
[0005] 产生的硫酸钠分离非常复杂，需要干燥，再离心机离心，操作环境恶劣，生产效率 很低；同时大量的硫酸钠分离会带出损耗一部分牛磺酸，使牛磺酸的产率明显降低。基本 上，生产一吨牛磺酸会副产半吨多的硫酸钠固体，大规模生产牛磺酸的硫酸钠固体废弃物 的产生量非常惊人。
[0006] CN201210416911介绍牛磺酸钠反应液，通入二氧化硫来降低PH值到5. 5~6. 5， 析出牛磺酸后的母液，含有大量亚硫酸氢钠和牛磺酸，反应式C如下：
[0007]
[0008] 由于母液中有大量亚硫酸氢钠和残留的牛磺酸，这种母液回收再利用，会在通入 环氧乙烷后，在生成羟乙基磺酸钠的同时，会副产无用的羟乙基牛磺酸，使牛磺酸的品质下 降，杂质大幅增加，总体上得不偿失。反应式D如下：
[0009]
[0010] 针对以上环氧乙烷法牛磺酸生产工艺的种种缺陷，本发明提供一种先进的方案， 将牛磺酸钠粗品水溶液进行电解膜分离脱钠，避免使用硫酸进行酸化，从而节省了离心分 离硫酸钠工序，并且不会产生大量硫酸钠固体废弃物。既能降低成本，又能提高生产效率， 同时大幅降低牛磺酸生产中的三废排放。
【发明内容】
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[0011] 本发明的特色是电解膜分离脱钠，牛磺酸钠粗品的水溶液，经过接通直流电的电 解膜分离脱钠，开始的强碱性牛磺酸钠粗品水溶液，随着物料中钠离子的不断减少，PH值不 断下降，控制到PH = 6~7,物料开始析出牛磺酸晶体，同时负极流出的氢氧化钠水溶液可 以回收利用，基本达到零排放。具体反应式A如下：
[0012]
[0013] 由于不使用硫酸来调节强碱性牛磺酸钠粗品水溶液的PH值，避免了产生大量的 硫酸钠固体废弃物，也节约了硫酸的成本和风险。
[0014] 电解膜分离装置的结构示图，参照说明书附图的结构，其中：
[0015] 1： 第一层： 正极板
[0016] 2： 第二层： 磺酸离子膜 3： 第三层： 物嵙的不导电聚合物板框 4： 第四层： 磺酸离子膜 5： 第五层： 负极板' 6： 紧固螺栓
[0017] 在螺栓紧固后，整个电解膜分离装置不渗漏，即可使用。
[0018] 强碱性的牛磺酸钠粗品水溶液，通入第三层中，第一层正极板中通入< 2%稀硫酸 水溶液，第五层负极板中通入自来水，在正负极板之间通电5~15V的直流电，随着电场的 驱动，正极板中的硫酸水溶液所富含的质子不断透过磺酸离子膜进入第三层中；第三层中 的Na离子在电场驱动下，不断穿过磺酸离子膜，进入负极自来水中。只要连续不断地通入 直流电，第三层中牛磺酸钠水溶液的PH不断下降，直到接近牛磺酸的等电点PH = 6~7,牛 磺酸晶体开始大量析出，同时，负极不断产生氢氧化钠水溶液和氢气，氢氧化钠水溶液可以 回收用于二氧化硫的吸收等重复利用。
[0019] 由于脱钠速度和物料电导率成正比，提高物料温度能大幅提高电导率，有利于大 幅提高脱钠速度，牛磺酸钠水溶液的温度最好保持在50~60度，能够比室温下大幅提高脱 钠速度。
[0020] 本发明的牛磺酸精制分离过程，只消耗直流电，不需要使用硫酸进行牛磺酸钠水 溶液的酸化，因此避免产生了硫酸钠固体废弃物。同时还有以下的好处：
[0021] ①实现了零排放：避免了硫酸酸化工艺，不再产生硫酸钠固体，
[0022] ②大幅降低了牛磺酸生产成本，节约了硫酸消耗成本和硫酸钠固废处理成本，增 加了氢氧化钠回收收益。
[0023] ③大幅降低劳动操作强度，牛磺酸钠物料是液体进入，脱钠的牛磺酸物料也是液 体流出，很容易实现自动化连续操作。
[0024] ④大幅提商生广效率：不再使用尚心机分尚硫酸纳，生广效率大幅提商。
[0025] ⑤大幅提高综合效益：正极产生的氧气和负极产生的高纯氢气，可以发展加氢产 品和氧化广品。
【附图说明】： 本发明只有一幅附图，图1是"牛磺酸钠分离精制为牛磺酸的电解膜装置结构原理 图"，参照说明书附图的结构，其中编号说明如下： 1 :第一层：正极板。 2 :第二层：磺酸离子膜。 3 :第三层：物料的不导电聚合物板框。 4:第四层：磺酸离子膜。 5 :第五层：负极板。 6 :紧固螺栓。 将各层依次叠好，然后紧固螺栓不泄漏，就能投入使用。
【具体实施方式】：
[0026] 为了更好地理解本发明，详细介绍以下实施例的操作过程，
[0027] 实施例1 :
[0028] 在5000ml的烧杯A中加入1 %的稀硫酸3000g，用循环泵A输入正极板层中，溢流 回烧杯A ;在5000ml烧杯B中加入35% wt的牛磺酸钠水溶液3000g，水浴加热保持牛磺酸 钠水溶液恒温在50~52°C，用循环泵B泵送入第三层中，溢流回烧杯B ;最后在5000ml烧 杯C中加入4000g自来水，用循环泵C泵送入负极板层中，溢流回烧杯C。三个循环泵全部 启动循环后，在正负极间通上直流电8V，电流迅速从2. 3A迅速升到37. 6A，不断抽样检测烧 杯B的物料PH值，从开始的PH = 13~14,不断下降，直到PH = 6. 4~6. 5,停止通电。将 电解膜脱钠装置内的物料全部放出到烧杯B，静止冷却到< 1(TC，析出大量牛磺酸晶体，抽 滤搜集牛磺酸晶体，烘干后得到82. 5g，收率78. 5 %。
[0029] 实施例2 :
[0030] 在5000ml的烧杯A中加入1 %的稀硫酸3000g，用循环泵A输入正极板层中，溢流 回烧杯A ;在5000ml烧杯B中加入41 % wt的牛磺酸钠水溶液3000g，水浴加热保持牛磺酸 钠水溶液恒温在50~52°C，用循环泵B泵送入第三层中，溢流回烧杯B ;最后在5000ml烧 杯C中加入4000g自来水，用循环泵C泵送入负极板层中，溢流回烧杯C。三个循环泵全部 启动循环后，在正负极间通上直流电8V，电流迅速从3. 5A迅速升到46. 5A，不断抽样检测烧 杯B的物料PH值，从开始的PH= 13~14,不断下降，直到PH = 6. 4~6. 5,停止通电。将 电解膜脱钠装置内的物料全部放出到烧杯B，静止冷却到< 1(TC，析出大量牛磺酸晶体，抽 滤搜集牛磺酸晶体，烘干后得到104. 7g，收率85. 1 %。
[0031] 实施例3:
[0032] 在5000ml的烧杯A中加入1 %的稀硫酸3000g，用循环泵A输入正极板层中，溢流 回烧杯A ;在5000ml烧杯B中加入46% wt的牛磺酸钠水溶液3000g，水浴加热保持牛磺酸 钠水溶液恒温在50~52°C，用循环泵B泵送入第三层中，溢流回烧杯B ;最后在5000ml烧 杯C中加入4000g自来水，用循环泵C泵送入负极板层中，溢流回烧杯C。三个循环泵全部 启动循环后，在正负极间通上直流电8V，电流迅速从4. 2A迅速升到54. 6A，不断抽样检测烧 杯B的物料PH值，从开始的PH = 13~14,不断下降，直到PH = 6. 4~6. 5,停止通电。将 电解膜脱钠装置内的物料全部放出到烧杯B，静止冷却到< 1(TC，析出大量牛磺酸晶体，抽 滤搜集牛磺酸晶体，烘干后得到114. 5g，收率82. 9%。
[0033] 实施例4 :
[0034] 改变直流电电压到9V，其他条件和实施例2相同。在5000ml的烧杯A中加入1% 的稀硫酸3000g，用循环泵A输入正极板层中，溢流回烧杯A ;在5000ml烧杯B中加入41 % wt的牛磺酸钠水溶液3000g，水浴加热保持牛磺酸钠水溶液恒温在50~52°C，用循环泵B 泵送入第三层中，溢流回烧杯B ;最后在5000ml烧杯C中加入4000g自来水，用循环泵C泵 送入负极板层中，溢流回烧杯C。三个循环泵全部启动循环后，在正负极间通上直流电9V， 电流迅速从3. 7A迅速升到62. 5A，不断抽样检测烧杯B的物料PH值，从开始的PH = 13~ 14,不断下降，直到PH = 6. 4~6. 5,停止通电。将电解膜脱钠装置内的物料全部放出到烧 杯B，静止冷却到< 10°C，析出大量牛磺酸晶体，抽滤搜集牛磺酸晶体，烘干后得到105. 8g， 收率86.0%。
[0035] 实施例5 :
[0036] 改变终点PH值，其他和实施例4相同。在5000ml的烧杯A中加入1 %的稀硫酸 3000g，用循环泵A输入正极板层中，溢流回烧杯A ;在5000ml烧杯B中加入41 % wt的牛 磺酸钠水溶液3000g，水浴加热保持牛磺酸钠水溶液恒温在50~52°C，用循环泵B泵送入 第三层中，溢流回烧杯B ;最后在5000ml烧杯C中加入4000g自来水，用循环泵C泵送入负 极板层中，溢流回烧杯C。三个循环泵全部启动循环后，在正负极间通上直流电9V，电流迅 速从3. 6A迅速升到61. 9A，不断抽样检测烧杯B的物料PH值，从开始的PH = 13~14,不 断下降，直到PH = 6. 0~6. 1，停止通电。将电解膜脱钠装置内的物料全部放出到烧杯B， 静止冷却到< 10°C，析出大量牛磺酸晶体，抽滤搜集牛磺酸晶体，烘干后得到102. 8g，收率 83. 6%〇
【主权项】
1. 一种牛磺酸分离精制的清洁方法，其特征是牛磺酸钠粗品溶液，经过一种电解膜分 离装置，直接通入直流电电解分离为牛磺酸和氢氧化钠。具体反应式A如下：(A).2. 根据权利要求1所述的电解膜分离装置，其特征是基本单元结构具有5层，依次为： 第一层： 正极板 第二层：横酸离子膜 第三层：物料的不导电聚合物框板 。 第四层； 磺酸离子膜 第五层： 负极板3. 根据权利要求1所述的电解分离方法，其主要特征是牛磺酸钠水溶液加入第三层， 正极加入稀的强酸水溶液，负极加入自来水，在正负极通电后，正极强酸水溶液的质子穿过 磺酸离子膜，进入第三层物料中；第三层中牛磺酸钠水溶液的钠离子不断穿过磺酸离子膜 进入负极，第三层的物料PH不断下降，并从负极不断生成氢氧化钠水溶液流出。4. 根据权利要求1所述的直流电，其特征是电压为4~20V的直流电，优选的直流电压 为7~12V。5. 根据权利要求3所述的电解PH值变化，其主要特征是初始强碱性的牛磺酸钠水溶液 物料PH不断降低，维持到6. O~7. 0,接近牛磺酸的等电点，牛磺酸晶体不断析出。6. 根据权利要求1所述的牛磺酸钠粗品水溶液，其主要特征是固含量在10~50% wt， 最佳的固含量在30~45% wt。7. 根据权利要求书3所述的强酸水溶液，其主要特征是硫酸、甲基磺酸或对甲苯磺酸 等的一种或几种混合酸，优选采用浓度〇. 5~2% wt的硫酸水溶液。8. 根据权利要求3所述的电解牛磺酸钠水溶液，其主要特征是保持牛磺酸钠水溶液在 10~70度，其中优选的电解物料温度为50~60度。9. 根据权利要求2所述的电解膜分离装置，其主要特征是第三层采用镂空的不导电聚 合物板框，可以是聚丙烯、聚四氟乙烯或聚苯硫醚等不导电的聚合物材料板。10. 根据权利要求2所述的负极板，其主要特征是石墨材料、不锈钢材料或金属钛材 料。11. 根据权利要求2所述的正极板，其主要特征是石墨材料或钛基材料，优选采用钛基 材料。12. 根据权利要求2所示电解膜分离装置，其主要特征是当多个单元结构并联组装时， 可以共用一块正极板或负极板。
【文档编号】C25B3/00GK105887125SQ201410436194
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年8月29日
【发明人】王永军, 王海军
【申请人】王永军