一種雙極膜電滲析生產(chǎn)非水溶性有機(jī)酸的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種雙極膜電滲析生產(chǎn)非水溶性有機(jī)酸的方法，所述方法包括將硫酸鈉水溶液泵入到雙極膜電滲析裝置中生產(chǎn)硫酸和氫氧化鈉，將所產(chǎn)生的硫酸用于酸化非水溶性有機(jī)酸鈉鹽從而產(chǎn)生所述非水溶性有機(jī)酸和硫酸鈉，將所產(chǎn)生的所述非水溶性有機(jī)酸固體通過(guò)過(guò)濾收集而得到所需產(chǎn)物，并將作為濾液的硫酸鈉水溶液用作進(jìn)料液，從而形成封閉式生產(chǎn)回路。本發(fā)明的方法可實(shí)現(xiàn)非水溶性有機(jī)酸如苯甘氨酸的全閉路循環(huán)的清潔生產(chǎn)，能夠節(jié)省化工原料并避免產(chǎn)生大量高鹽度廢水，減少環(huán)境污染，具有顯著的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值和環(huán)境效益。
【專利說(shuō)明】
一種雙極膜電滲析生產(chǎn)非水溶性有機(jī)酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種雙極膜電滲析生產(chǎn)非水溶性有機(jī)酸的方法。
技術(shù)背景
[0002]氨基酸是一種重要的有機(jī)化合物，它是構(gòu)成動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)所需蛋白質(zhì)的基本物質(zhì)，在醫(yī)藥、食品、化工、農(nóng)業(yè)、環(huán)保等諸多行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。其中，作為精細(xì)化工產(chǎn)品的苯甘氨酸近年來(lái)發(fā)展迅速，它被廣泛用作制備內(nèi)酞胺類抗生素的抗生素氨芐西林、頭孢氨芐及其衍生物的重要側(cè)鏈中間體。
[0003]苯甘氨酸合成制備的方法有苯海因法、乙醛酸法、苯乙酸法、生物酶法、氯仿法和相轉(zhuǎn)移催化法等。目前，苯海因法以其原理簡(jiǎn)單，工藝成熟，成本低廉而被廣泛使用。它主要是利用醛或者酮與氰化鈉、銨鹽(或氨水)進(jìn)行Bucherer-bergs反應(yīng)，從它的工藝流程圖(見(jiàn)圖1)可以發(fā)現(xiàn)，首先由苯甲醛與氰化鈉和銨鹽(或氨水)反應(yīng)生成苯海因，然后加入氫氧化鈉溶溶進(jìn)行堿水解，生產(chǎn)對(duì)應(yīng)的氨基酸鹽，通過(guò)酸化沉淀就可以得到苯甘氨酸產(chǎn)品。這一生產(chǎn)路線包括反應(yīng)、堿水解、酸化、結(jié)晶分離等過(guò)程，其消耗化工原料多，勞動(dòng)強(qiáng)度大，污染環(huán)境嚴(yán)重且操作成本較高。特別是在其制備過(guò)程頻繁的添加酸和堿，最終產(chǎn)生大量的高鹽廢水，對(duì)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)生了具大的壓力。
[0004]雙極膜電滲析技術(shù)是在直流電場(chǎng)的作用下，利用水分子在雙極膜中間發(fā)生水解離生產(chǎn)H+和0H—的特性，并且通過(guò)與陰膜結(jié)合能達(dá)到生產(chǎn)酸堿或特定分離的技術(shù)。
[0005]雙極膜電滲析可以把無(wú)機(jī)鹽轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)的酸堿，也可以把有機(jī)酸鹽轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)的有機(jī)酸和堿，這樣可以達(dá)到清潔生產(chǎn)有機(jī)酸的目的。例如，專利申請(qǐng)CN105087676A報(bào)道了采用雙極膜電滲析生產(chǎn)水溶性的酒石酸，即通過(guò)雙極膜解離出來(lái)的氫離子與酒石酸根離子結(jié)合生產(chǎn)酒石酸。專利申請(qǐng)CN103933861A同樣報(bào)道了利用雙極膜電滲析生產(chǎn)水溶性的蛋氨酸，同時(shí)生產(chǎn)的堿也可以用于上一步的反應(yīng)。而對(duì)于水溶性差的有機(jī)酸應(yīng)用雙極膜電滲析，目前已有一些報(bào)道，如Journal of Membrane Science雜志2015年482期76-82頁(yè)公開(kāi)了文獻(xiàn)Bipolar membrane electrodialysis in aqua-ethanol medium:Product1n ofsalicylic acid(雙極膜電滲析在水-乙醇體系生產(chǎn)水楊酸)，通過(guò)采用水-乙醇的混合體系來(lái)增大水楊酸的溶解度，但由于有機(jī)溶劑導(dǎo)電性差，膜堆電阻大，能耗高。同時(shí)該法也不適合苯甘氨酸等這不溶于水和一般有機(jī)溶劑的有機(jī)酸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種利用雙極膜電滲析技術(shù)來(lái)生產(chǎn)非水溶性有機(jī)酸的方法。
[0007]因此，本發(fā)明提供了一種雙極膜電滲析生產(chǎn)非水溶性有機(jī)酸的方法，所述方法包括:
[0008](a)將硫酸鈉水溶液從硫酸鈉水溶液儲(chǔ)罐栗入到雙極膜電滲析裝置中生產(chǎn)硫酸和氫氧化鈉，其中所述雙極膜電滲析裝置包括一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)的二隔室雙極膜膜堆，所述二隔室雙極膜膜堆包括加緊裝置、兩側(cè)的極液室和夾在兩側(cè)極液室中間的電滲析隔室，所述電滲析隔室包括由雙極膜、陽(yáng)膜和雙極膜構(gòu)成的堿室和鹽室，并且其中將硫酸鈉水溶液栗入所述鹽室，并且在起始時(shí)從堿儲(chǔ)罐將氫氧化鈉栗入所述堿室；
[0009](b)將步驟(a)中產(chǎn)生的硫酸通入到非水溶性有機(jī)酸鈉鹽水溶液儲(chǔ)罐中以對(duì)所述非水溶性有機(jī)酸鈉鹽進(jìn)行酸化，從而產(chǎn)生所述非水溶性有機(jī)酸和硫酸鈉；
[0010](c)將步驟(b)中產(chǎn)生的所述非水溶性有機(jī)酸固體通過(guò)過(guò)濾收集而得到所需產(chǎn)物，并將作為濾液的硫酸鈉水溶液栗回到所述硫酸鈉水溶液儲(chǔ)罐中以用作進(jìn)料液，從而形成封閉式生產(chǎn)回路；
[0011](d)收集步驟(a)中產(chǎn)生的氫氧化鈉，并任選地將其通入到儲(chǔ)存有非水溶性有機(jī)酸鈉鹽的前體的儲(chǔ)罐中，以將所述非水溶性有機(jī)酸鈉鹽的前體進(jìn)行堿水解，從而產(chǎn)生非水溶性有機(jī)酸鈉鹽用于步驟(b)中的酸化。
[0012]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述非水溶性有機(jī)酸是苯甘氨酸、水楊酸或苯甲酸。
[0013]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述非水溶性有機(jī)酸是苯甘氨酸并且所述非水溶性有機(jī)酸鈉鹽的前體是苯海因。
[0014]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，步驟(b)中的酸化在攪拌下進(jìn)行并通過(guò)pH計(jì)監(jiān)控反應(yīng)溶液的PH值，當(dāng)所述pH值為6.9-7.0時(shí)酸化完成。
[0015]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述雙極膜電滲析裝置在生產(chǎn)時(shí)采用下列條件中的一種或多種:
[0016]電流密度為10-50mA/cm2;
[0017]鹽室和堿室流速為10-40mL/min;和
[0018]硫酸鈉濃度為0.1-0.5mol/L。
[0019]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述濾液經(jīng)過(guò)濃縮后再通入到所述硫酸鈉水溶液儲(chǔ)罐以繼續(xù)用作進(jìn)料液。
[0020]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，步驟(a)中產(chǎn)生的硫酸首先通入酸儲(chǔ)罐中儲(chǔ)存，然后再?gòu)乃鏊醿?chǔ)罐通入到所述非水溶性有機(jī)酸鈉鹽水溶液儲(chǔ)罐中以對(duì)所述非水溶性有機(jī)酸鈉鹽進(jìn)行酸化。
[0021]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，通過(guò)使用并聯(lián)的兩個(gè)或更多個(gè)所述非水溶性有機(jī)酸鈉鹽水溶液儲(chǔ)罐并在它們之間進(jìn)行切換，從而實(shí)現(xiàn)所述非水溶性有機(jī)酸的連續(xù)生產(chǎn)。
[0022]本發(fā)明利用雙極膜電滲析技術(shù)改進(jìn)了傳統(tǒng)的非水溶性有機(jī)酸如苯甘氨酸的生產(chǎn)工藝。而且，一方面，本發(fā)明的方法可以提供生產(chǎn)過(guò)程中需要的酸和堿，節(jié)省了大量的化工原料;另一方面，本發(fā)明的方法可以將產(chǎn)生的酸用于酸化非水溶性有機(jī)酸鹽如苯甘氨酸鈉，隨后通過(guò)過(guò)濾即可得到所需有機(jī)酸固體產(chǎn)品，同時(shí)，作為濾液的液硫酸鈉水溶液可以重新用作進(jìn)料液用于產(chǎn)生酸和堿，從而實(shí)現(xiàn)閉路循環(huán)生產(chǎn)，因此本發(fā)明解決了傳統(tǒng)工藝中酸化苯甘氨酸鈉過(guò)程中產(chǎn)生大量高鹽廢水的問(wèn)題，能夠?qū)崿F(xiàn)非水溶性有機(jī)酸的清潔生產(chǎn)，具有顯著的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值和環(huán)境效益。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為傳統(tǒng)的苯甘氨酸生產(chǎn)工藝流程圖；
[0024]圖2為根據(jù)本發(fā)明的生產(chǎn)非水溶性有機(jī)酸的工藝流程圖；
[0025]圖3為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的雙極膜膜堆結(jié)構(gòu)的原理圖，其中BP代表雙極膜，C代表陽(yáng)膜；
【具體實(shí)施方式】
[0026]本發(fā)明的二隔室雙極膜電滲析用于制取非水溶性有機(jī)酸如苯甘氨酸的方法采取兩隔室(雙極膜+陽(yáng)膜)的雙極膜電滲析膜池構(gòu)型，利用雙極膜水解離產(chǎn)生的堿可用于非水溶性有機(jī)酸前體如苯海因的堿水解過(guò)程;而雙極膜水解離產(chǎn)生的酸用于在線酸化非水溶性有機(jī)酸鈉鹽如苯甘氨酸鈉，得到所需有機(jī)酸如苯甘氨酸產(chǎn)品。本發(fā)明方法中的雙極膜電滲析裝置的酸室采用直接流出不循環(huán)的進(jìn)料模式，產(chǎn)生的酸用于非水溶性有機(jī)酸鹽的酸化，隨后不溶于水的所需產(chǎn)物經(jīng)過(guò)濾得到，同時(shí)濾液可作為進(jìn)料液直接循環(huán)使用。采用的雙極膜電滲析技術(shù)既可以生產(chǎn)非水溶性有機(jī)酸如苯甘氨酸生產(chǎn)過(guò)程需要的酸和堿，同時(shí)又可以解決高濃度含鹽廢水的排放的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)資源的回收利用，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。
[0027]圖2為根據(jù)本發(fā)明的生產(chǎn)非水溶性有機(jī)酸的工藝流程圖。如圖2所示，本發(fā)明的一種雙極膜電滲析生產(chǎn)非水溶性有機(jī)酸如苯甘氨酸的方法包括以下步驟:
[0028]將硫酸鈉水溶液從硫酸鈉水溶液儲(chǔ)罐栗入到雙極膜電滲析裝置中以進(jìn)行電滲析從而產(chǎn)生硫酸和氫氧化鈉，其中所述雙極膜電滲析裝置包括一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)的二隔室雙極膜膜堆，所述二隔室雙極膜膜堆包括加緊裝置、兩側(cè)的極液室和夾在兩側(cè)極液室中間的電滲析隔室(例如可以采用3張雙極膜和2張陽(yáng)膜交替排列組成的兩組串聯(lián)的二隔室雙極膜膜堆;更優(yōu)選地，每張膜的有效面積為約189cm2)，所述電滲析隔室包括由雙極膜、陽(yáng)膜和雙極膜構(gòu)成的堿室和鹽室(有時(shí)也稱為酸室)，并且其中將硫酸鈉水溶液栗入所述鹽室，并且在起始時(shí)將氫氧化鈉從堿儲(chǔ)罐栗入所述堿室(例如用于降低初始電導(dǎo))。
[0029]然后，將以上產(chǎn)生的硫酸通入到非水溶性有機(jī)酸鈉鹽水溶液儲(chǔ)罐中以對(duì)所述非水溶性有機(jī)酸鈉鹽進(jìn)行酸化，從而產(chǎn)生所述非水溶性有機(jī)酸和硫酸鈉；
[0030]然后將以上產(chǎn)生的所述非水溶性有機(jī)酸固體通過(guò)過(guò)濾收集而得到所需產(chǎn)物，并將作為濾液的硫酸鈉水溶液栗回到所述硫酸鈉水溶液儲(chǔ)罐中以用作進(jìn)料液，從而形成封閉式生產(chǎn)回路；
[0031 ]將產(chǎn)生的堿收集在堿儲(chǔ)罐中，并且任選地將其通入到儲(chǔ)存有非水溶性有機(jī)酸鈉鹽的前體的儲(chǔ)罐中以將所述非水溶性有機(jī)酸鈉鹽的前體進(jìn)行堿化，從而產(chǎn)生非水溶性有機(jī)酸鈉鹽用于隨后的酸化。
[0032]在本發(fā)明的方法中，根據(jù)設(shè)計(jì)的二隔室膜堆構(gòu)型，雙極膜電滲析產(chǎn)酸時(shí)可以優(yōu)選但不限于采用的下列條件中的一種或多種:電流密度為1mA/cm2-50mA/cm2，例如為20mA/cm2 ；鹽室和堿室流速為10-40mL/min，例如為30mL/min ；和/或相應(yīng)鹽溶液如硫酸鈉溶液的濃度為 0.1-0.5mol/L，例如為 0.5mol/L。
[0033]在以下描述中，為了更清楚目的，將主要以生產(chǎn)苯甘氨酸作為具體實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明。但應(yīng)理解的是，本發(fā)明中的非水溶性有機(jī)酸不限于苯甘氨酸，同時(shí)本發(fā)明的方法還可以用其他非水溶性有機(jī)酸的生產(chǎn)，例如水楊酸、苯甲酸等。同時(shí)，雙極膜電滲析的進(jìn)料液為一般的堿金屬鹽，為了描述清楚，將主要以硫酸鈉為主要進(jìn)料液進(jìn)行說(shuō)明，但應(yīng)理解的是，其他堿金屬鹽也同樣包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0034]更具體地，在本發(fā)明的方法中，首先在電極液儲(chǔ)罐中通入例如0.3mo 1/L的硫酸鈉充當(dāng)電解質(zhì)溶液，并且進(jìn)口和出口在同一個(gè)儲(chǔ)液罐中保持循環(huán)。堿儲(chǔ)罐中可以放入低濃度的氫氧化鈉，以降低起始的電阻，同樣其進(jìn)出口在一個(gè)儲(chǔ)液罐中，保持循環(huán)。硫酸鈉儲(chǔ)罐存儲(chǔ)足量多的硫酸鈉水溶液，然后通入二隔室雙極膜膜堆，出口生產(chǎn)的酸直接通入待處理的非水溶性有機(jī)酸鈉鹽如苯甘氨酸鈉溶液中。在給雙極膜電滲析裝置通電前，將整個(gè)裝置用栗循環(huán)一段時(shí)間以消除氣泡。通電后，雙極膜膜堆中的硫酸鈉會(huì)分離為硫酸和氫氧化鈉。產(chǎn)生的堿一直循環(huán)，它可用于苯海因的水解以生產(chǎn)得到苯甘氨酸鈉，其中苯海因可為通過(guò)傳統(tǒng)方法由苯甲醛為原料生產(chǎn)得到。鹽室經(jīng)雙極膜膜堆后產(chǎn)生的酸直接通入待處理的苯甘氨酸鈉溶液，同時(shí)用pH監(jiān)控酸化過(guò)程中溶液的pH變化。在達(dá)到酸化終點(diǎn)時(shí)，即pH為6.9-7.0時(shí)，停止通入酸，這時(shí)候過(guò)濾得到的沉淀即可得到苯甘氨酸，濾液為硫酸鈉溶液，此時(shí)可以把它重新注入鹽室的進(jìn)料罐，實(shí)現(xiàn)閉路循環(huán)過(guò)程。
[0035]圖3為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的雙極膜膜堆結(jié)構(gòu)的原理圖，其中該雙極膜膜堆由串聯(lián)的兩個(gè)二隔室雙極膜膜堆組成，即雙極膜膜堆包括加緊裝置、兩側(cè)的極液室和夾在兩側(cè)極液室中間的四個(gè)電滲析隔室(采用3張雙極膜和2張陽(yáng)膜交替排列組成，每張膜的有效面積為約189cm2)。在接通直流電源之后，在電場(chǎng)的作用下，在雙極膜處發(fā)生水解作用，在該膜的兩側(cè)分別生成氫離子和氫氧根離子，由于陽(yáng)離子如鈉離子能夠穿過(guò)陽(yáng)膜而陰離子不能穿過(guò)陽(yáng)膜，因此鈉離子將會(huì)穿過(guò)陽(yáng)膜迀移到堿室，從而與氫氧根離子結(jié)合生成氫氧化鈉，同時(shí)硫酸根離子與氫離子結(jié)合生成硫酸。其中，電極室的陽(yáng)極側(cè)發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧氣和氫離子，陰極室側(cè)發(fā)生還原反應(yīng)生產(chǎn)氫氣和氫氧根離子。
[0036]在本申請(qǐng)中，采用的雙極膜電滲析裝置為合肥科佳高分子材料科技有限公司生產(chǎn)的CJBMED-90*210-2型號(hào)的設(shè)備，所使用的雙極膜為日本ASTOM公司生產(chǎn)的Neosepta BP-1雙極膜，陽(yáng)膜為德國(guó)FUMATECH公司生產(chǎn)的FKS-PET-130陽(yáng)膜。使用的真空栗購(gòu)于鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司；電熱鼓風(fēng)干燥箱購(gòu)于無(wú)錫四聯(lián)科技有限公司；直流電源購(gòu)于蘇州韋特克斯電源科技有限公司。
[0037]更具體地，本發(fā)明可以按如下實(shí)施例實(shí)施:
[0038]實(shí)施例1
[0039]首先，電極液儲(chǔ)罐中放入400mL的0.3mol/L的硫酸鈉溶液，充當(dāng)電極液。堿存儲(chǔ)罐起始放入400mL的0.05mol/L氫氧化鈉以減少初始電阻。將進(jìn)料液的硫酸鈉儲(chǔ)罐中保持足量的0.3mol/L的硫酸鈉溶液，通過(guò)蠕動(dòng)栗通入兩隔室雙極膜電滲析膜堆然后直接流出進(jìn)入酸存儲(chǔ)罐。同時(shí)，酸儲(chǔ)罐的酸通過(guò)婦動(dòng)栗以與酸室相同的流速通入待處理的10mL的2mol/L苯甘氨酸鈉溶液。在接通電源之前，先將蠕動(dòng)栗打開(kāi)使整個(gè)裝置循環(huán)半個(gè)小時(shí)，以消除氣泡對(duì)膜的損害。接通電源后，用秒表計(jì)時(shí)，雙極膜電滲析運(yùn)行過(guò)程中每隔5分鐘記錄下電源的電壓值和苯甘氨酸鈉溶液的PH，整個(gè)操作過(guò)程中，通過(guò)調(diào)節(jié)蠕動(dòng)栗控制酸堿室的流速及通入苯甘氨酸鈉溶液的流速在20mL/min，電源采取穩(wěn)流模式，控制電流密度恒定在30mA/cm2，苯甘氨酸鈉溶液通過(guò)磁力攪拌器使溶液保持均勻。當(dāng)苯甘氨酸鈉溶液pH到達(dá)6.9-7.0時(shí)，停止操作。將得到的苯甘氨酸沉淀用真空栗抽濾，抽濾后得到的苯甘氨酸產(chǎn)品還有水分。此時(shí)，將苯甘氨酸置于電熱鼓風(fēng)干燥箱，調(diào)節(jié)溫度為110°C干燥4小時(shí)后稱重。苯甘氨酸的產(chǎn)率為94.5%，對(duì)應(yīng)的產(chǎn)酸電流效率為61.6%，苯甘氨酸的能耗為1.03kWh/kg。
[0040]實(shí)施例2
[0041 ]首先，電極液儲(chǔ)罐中放入400mL的0.3mo 1/L的硫酸鈉溶液，充當(dāng)電極液。堿存儲(chǔ)罐起始放入400mL的0.05mol/L氫氧化鈉以減少初始電阻。將進(jìn)料液的硫酸鈉儲(chǔ)罐中保持足量的0.3mol/L的硫酸鈉溶液，通過(guò)蠕動(dòng)栗通入兩隔室雙極膜電滲析膜堆然后直接流出進(jìn)入酸存儲(chǔ)罐。同時(shí)，酸儲(chǔ)罐的酸通過(guò)婦動(dòng)栗以與酸室相同的流速通入待處理的10mL 2mol/L苯甘氨酸鈉溶液。在接通電源之前，先將蠕動(dòng)栗打開(kāi)使整個(gè)裝置循環(huán)半個(gè)小時(shí)，以消除氣泡對(duì)膜的損害。接通電源后，用秒表計(jì)時(shí)，雙極膜電滲析運(yùn)行過(guò)程中每隔5分鐘記錄下電源的電壓值和苯甘氨酸鈉溶液的PH，整個(gè)操作過(guò)程中，通過(guò)調(diào)節(jié)蠕動(dòng)栗控制酸堿室的流速及通入苯甘氨酸鈉溶液的流速在20mL/min，電源采取穩(wěn)流模式，控制電流密度恒定在20mA/cm2，苯甘氨酸鈉溶液通過(guò)磁力攪拌器使溶液保持均勻。當(dāng)苯甘氨酸鈉溶液pH到達(dá)6.9-7.0時(shí)，停止操作。將得到的苯甘氨酸沉淀用真空栗抽濾，抽濾后得到的苯甘氨酸產(chǎn)品還有水分。此時(shí)，將苯甘氨酸置于電熱鼓風(fēng)干燥箱，調(diào)節(jié)溫度為110°C干燥4小時(shí)后稱重。苯甘氨酸的產(chǎn)率為95.1%，對(duì)應(yīng)的產(chǎn)酸電流效率為71.1%,苯甘氨酸的能耗為0.73kffh/kgo
[0042]實(shí)施例3
[0043]首先，電極液儲(chǔ)罐中放入400mL的0.3mol/L的硫酸鈉溶液，充當(dāng)電極液。堿存儲(chǔ)罐起始放入400mL的0.05mol/L氫氧化鈉以減少初始電阻。將進(jìn)料液的硫酸鈉儲(chǔ)罐中保持足量的0.3mol/L的硫酸鈉溶液，通過(guò)蠕動(dòng)栗通入兩隔室雙極膜電滲析膜堆然后直接流出進(jìn)入酸存儲(chǔ)罐。同時(shí)，酸儲(chǔ)罐的酸通過(guò)婦動(dòng)栗以與酸室相同的流速通入待處理的10mL的2mol/L苯甘氨酸鈉溶液。在接通電源之前，先將蠕動(dòng)栗打開(kāi)使整個(gè)裝置循環(huán)半個(gè)小時(shí)，以消除氣泡對(duì)膜的損害。接通電源后，用秒表計(jì)時(shí)，雙極膜電滲析運(yùn)行過(guò)程中每隔5分鐘記錄下電源的電壓值和苯甘氨酸鈉溶液的PH，整個(gè)操作過(guò)程中，通過(guò)調(diào)節(jié)蠕動(dòng)栗控制酸堿室的流速及通入苯甘氨酸鈉溶液的流速在40mL/min，電源采取穩(wěn)流模式，控制電流密度恒定在20mA/cm2，苯甘氨酸鈉溶液通過(guò)磁力攪拌器使溶液保持均勻。當(dāng)苯甘氨酸鈉溶液pH到達(dá)6.9-7.0時(shí)，停止操作。將得到的苯甘氨酸沉淀用真空栗抽濾，抽濾后得到的苯甘氨酸產(chǎn)品還有水分。此時(shí)，將苯甘氨酸置于電熱鼓風(fēng)干燥箱，調(diào)節(jié)溫度為110°C干燥4小時(shí)后稱重。苯甘氨酸的產(chǎn)率為94.7%，對(duì)應(yīng)的產(chǎn)酸電流效率為82.7%，苯甘氨酸的能耗為0.8kWh/kg。
[0044]實(shí)施例4
[0045]首先，電極液儲(chǔ)罐中放入400mL的0.3mo 1/L的硫酸鈉溶液，充當(dāng)電極液。堿存儲(chǔ)罐起始放入400mL的0.05mol/L氫氧化鈉以減少初始電阻。將進(jìn)料液的硫酸鈉儲(chǔ)罐中保持足量的0.5mol/L的硫酸鈉溶液，通過(guò)蠕動(dòng)栗通入兩隔室雙極膜電滲析膜堆然后直接流出進(jìn)入酸存儲(chǔ)罐。同時(shí)，酸儲(chǔ)罐的酸通過(guò)婦動(dòng)栗以與酸室相同的流速通入待處理的10mL的2mol/L苯甘氨酸鈉溶液。在接通電源之前，先將蠕動(dòng)栗打開(kāi)使整個(gè)裝置循環(huán)半個(gè)小時(shí)，以消除氣泡對(duì)膜的損害。接通電源后，用秒表計(jì)時(shí)，雙極膜電滲析運(yùn)行過(guò)程中每隔5分鐘記錄下電源的電壓值和苯甘氨酸鈉溶液的PH，整個(gè)操作過(guò)程中，通過(guò)調(diào)節(jié)蠕動(dòng)栗控制酸堿室的流速及通入苯甘氨酸鈉溶液的流速在40mL/min，電源采取穩(wěn)流模式，控制電流密度恒定在20mA/cm2，苯甘氨酸鈉溶液通過(guò)磁力攪拌器使溶液保持均勻。當(dāng)苯甘氨酸鈉溶液pH到達(dá)6.9-7.0時(shí)，停止操作。將得到的苯甘氨酸沉淀用真空栗抽濾，抽濾后得到的苯甘氨酸產(chǎn)品還有水分。此時(shí)，將苯甘氨酸置于電熱鼓風(fēng)干燥箱，調(diào)節(jié)溫度為110°C干燥4小時(shí)后稱重。苯甘氨酸的產(chǎn)率為94.4%，對(duì)應(yīng)的產(chǎn)酸電流效率為79.9%，苯甘氨酸的能耗為0.69kWh/kg。
[0046]實(shí)施例5
[0047]首先，電極液儲(chǔ)罐中放入400mL的0.3mo 1/L的硫酸鈉溶液，充當(dāng)電極液。堿存儲(chǔ)罐起始放入400mL的0.05mol/L氫氧化鈉以減少初始電阻。將進(jìn)料液的硫酸鈉儲(chǔ)罐中保持足量的0.5mol/L的硫酸鈉溶液，通過(guò)蠕動(dòng)栗通入兩隔室雙極膜電滲析膜堆然后直接流出進(jìn)入酸存儲(chǔ)罐。同時(shí)，酸儲(chǔ)罐的酸通過(guò)蠕動(dòng)栗以與酸室相同的流速通入待處理的10mL的2mol/L水楊酸鈉溶液。在接通電源之前，先將蠕動(dòng)栗打開(kāi)使整個(gè)裝置循環(huán)半個(gè)小時(shí)，以消除氣泡對(duì)膜的損害。接通電源后，用秒表計(jì)時(shí)，雙極膜電滲析運(yùn)行過(guò)程中每隔5分鐘記錄下電源的電壓值和水楊酸溶液的pH，整個(gè)操作過(guò)程中，通過(guò)調(diào)節(jié)蠕動(dòng)栗控制酸堿室的流速及通入水楊酸鈉溶液的流速在40mL/min，電源采取穩(wěn)流模式，控制電流密度恒定在20mA/cm2，水楊酸鈉溶液通過(guò)磁力攪拌器使溶液保持均勻。當(dāng)水楊酸鈉溶液PH到達(dá)2.4時(shí)，停止操作。將得到的水楊酸沉淀用真空栗抽濾，抽濾后得到的水楊酸產(chǎn)品還有水分。此時(shí)，將水楊酸置于電熱鼓風(fēng)干燥箱，調(diào)節(jié)溫度為110 0C干燥4小時(shí)后稱重。水楊酸的產(chǎn)率為91.4% ,對(duì)應(yīng)的產(chǎn)酸電流效率為79.5%，水楊酸的能耗為0.78kWh/kg。
[0048]盡管本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】已經(jīng)得到詳細(xì)的描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解。根據(jù)已經(jīng)公開(kāi)的所有教導(dǎo)，可以對(duì)那些細(xì)節(jié)進(jìn)行各種修改和替換，這些改變均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本發(fā)明的全部范圍由所附權(quán)利要求及其任何等同物給出。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種雙極膜電滲析生產(chǎn)非水溶性有機(jī)酸的方法，所述方法包括: (a)將硫酸鈉水溶液從硫酸鈉水溶液儲(chǔ)罐栗入到雙極膜電滲析裝置中生產(chǎn)硫酸和氫氧化鈉，其中所述雙極膜電滲析裝置包括一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)的二隔室雙極膜膜堆，所述二隔室雙極膜膜堆包括加緊裝置、兩側(cè)的極液室和夾在兩側(cè)極液室中間的電滲析隔室，所述電滲析隔室包括由雙極膜、陽(yáng)膜和雙極膜構(gòu)成的堿室和鹽室，并且其中將硫酸鈉水溶液栗入所述鹽室，并且在起始時(shí)從喊儲(chǔ)觸將氣氧化納栗入所述喊室； (b)將步驟(a)中產(chǎn)生的硫酸通入到非水溶性有機(jī)酸鈉鹽水溶液儲(chǔ)罐中以對(duì)所述非水溶性有機(jī)酸鈉鹽進(jìn)行酸化，從而產(chǎn)生所述非水溶性有機(jī)酸和硫酸鈉； (c)將步驟(b)中產(chǎn)生的所述非水溶性有機(jī)酸固體通過(guò)過(guò)濾收集而得到所需產(chǎn)物，并將作為濾液的硫酸鈉水溶液栗回到所述硫酸鈉水溶液儲(chǔ)罐中以用作進(jìn)料液，從而形成封閉式生產(chǎn)回路； (d)收集步驟(a)中產(chǎn)生的氫氧化鈉，并任選地將其通入到儲(chǔ)存有非水溶性有機(jī)酸鈉鹽的前體的儲(chǔ)罐中以將所述非水溶性有機(jī)酸鈉鹽的前體進(jìn)行堿水解，從而產(chǎn)生非水溶性有機(jī)酸鈉鹽用于步驟(b)中的酸化。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述非水溶性有機(jī)酸是苯甘氨酸、苯甲酸或水楊酸。3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述非水溶性有機(jī)酸是苯甘氨酸并且所述非水溶性有機(jī)酸鈉鹽的前體是苯海因。4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(b)中的酸化在攪拌下進(jìn)行并通過(guò)pH計(jì)監(jiān)控反應(yīng)溶液的pH值，當(dāng)所述pH值為6.9-7.0時(shí)酸化完成。5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述雙極膜電滲析裝置在生產(chǎn)時(shí)采用下列條件中的一種或多種: 電流密度為10-50mA/cm2; 鹽室和堿室流速為10-40mL/min;和 硫酸鈉濃度為0.1-0.5mol/L06.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述濾液經(jīng)過(guò)濃縮后再通入到所述硫酸鈉水溶液儲(chǔ)罐以繼續(xù)用作進(jìn)料液。7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(a)中產(chǎn)生的硫酸首先通入酸儲(chǔ)罐中儲(chǔ)存，然后再?gòu)乃鏊醿?chǔ)罐通入到所述非水溶性有機(jī)酸鈉鹽水溶液儲(chǔ)罐中以對(duì)所述非水溶性有機(jī)酸鈉鹽進(jìn)行酸化。8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過(guò)使用并聯(lián)的兩個(gè)或更多個(gè)所述非水溶性有機(jī)酸鈉鹽水溶液儲(chǔ)罐并在它們之間進(jìn)行切換，從而實(shí)現(xiàn)所述非水溶性有機(jī)酸的連續(xù)生產(chǎn)。
【文檔編號(hào)】C07C51/41GK105964145SQ201610444044
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年6月17日
【發(fā)明人】徐銅文, 周永明, 汪耀明
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)