高效制备牛磺酸的系统和方法技术方案

本发明专利技术提供了一种高效制备牛磺酸的系统，该系统包括：储液单元，所述储液单元用于储存通过环氧乙烷法制备的含有牛磺酸碱金属盐的溶液；离子交换单元，所述离子交换单元包含若干离子交换树脂柱，单一离子交换柱独立地用第一活化方式或第二活化方式进行活化处理，其中，第一活化方式采用亚硫酸进行活化，以便获得酸式亚硫酸碱金属盐和牛磺酸；第二活化方式采用硫酸进行活化，以便获得碱金属硫酸盐和牛磺酸；分配单元，所述分配单元分别与所述储液单元、离子交换单元相连，所述分配单元被配置为用于调节由储液单元向离子交换单元中的若干离子交换树脂柱输送溶液的量。

【技术实现步骤摘要】
高效制备牛磺酸的系统和方法
本专利技术涉及化学工程领域，具体地，本专利技术涉及高效制备牛磺酸的系统和方法。
技术介绍
牛磺酸是一种特殊的含硫氨基酸，作为药物它具有消炎、解热、镇痛、抗惊厥和降血压等作用，作为保健品它对婴幼儿大脑发育、神经传导、视觉机能的完善以及钙的吸收有良好的促进作用。中国作为世界上最大的牛磺酸生产基地，每年有约5吨的牛磺酸原料通过环氧乙烷法制备。环氧乙烷法制备牛磺酸包含三个步骤：(1)加成反应环氧乙烷与酸式亚硫酸碱金属盐反应制备羟乙基磺酸碱金属盐。(2)氨解反应羟乙基磺酸碱金属盐在碱性条件下与氨反应制备牛磺酸碱金属盐，由于在反应的过程中，氨需要过量，因此反应结束后需通过闪蒸和蒸发步骤除去多余的氨，蒸发后的溶液为蒸发液。(3)中和反应牛磺酸碱金属盐在酸性条件下，碱金属离子被置换成氢，从而制备牛磺酸。然而，目前生产牛磺酸的工艺复杂，效率不高，特别是在连续生产中，会产生大量中间产物，消耗大量水资源等，造成资源浪费，因此，需要开发新的制备牛磺酸的方法和工艺。
技术实现思路
常用的酸化牛磺酸碱金属盐的方法为会产生硫酸盐的硫酸中和法和不产生硫酸盐的电解法和离子交换法等。虽然现有技术提供了不产生硫酸盐离子交换法，专利技术人发现，由于在离子交换的工艺中，需要经过水洗离子交换柱、物料先需经过稀释，才能进离子交换柱等诸多繁琐步骤，因此其方法浪费了大量的水资源和其他资源。不仅如此，其离子交换过程中产生的副产物酸式亚硫酸碱金属盐还会被回用到羟化岗位进行二次利用，但由于在连续生产的过程中，中间物料未经分离，直接进入了离子交换系统，因此除了牛磺酸碱金属盐中的碱金属离子被离子树脂交换成了酸式亚硫酸碱金属盐，氨解反应中提供碱性环境中的碱中含有发碱金属离子也被转化成了酸式亚硫酸碱金属盐，然而一分子环氧乙烷只需要消耗一分子酸式亚硫酸碱金属盐，因此整个体系中的碱金属离子是不平衡的。为了解决碱金属离子平衡的问题，理论可以通过收集一部分酸式亚硫酸碱金属盐溶液进行外售，但由于从离子交换系统中出来的酸式亚硫酸碱金属盐溶液还存在一些杂质，从而无法达到出售的质量，因此为解决以上问题，本专利技术提供了一种高效制备牛磺酸的系统和方法。在本专利技术的第一方面，本专利技术提出了一种高效制备牛磺酸的系统。根据本专利技术的实施例，所述系统包括：储液单元，所述储液单元用于储存通过环氧乙烷法制备的含有牛磺酸碱金属盐的溶液；离子交换单元，所述离子交换单元包含若干离子交换树脂柱，单一离子交换柱独立地用第一活化方式或第二活化方式进行活化处理，其中，第一活化方式采用亚硫酸进行活化，以便获得酸式亚硫酸碱金属盐和牛磺酸；第二活化方式采用硫酸进行活化，以便获得碱金属硫酸盐和牛磺酸；分配单元，所述分配单元分别与所述储液单元、所述离子交换单元相连，所述分配单元被配置为用于调节由所述储液单元向所述离子交换单元中的若干离子交换树脂柱输送溶液的量。根据本专利技术实施例的系统可以实现在连续生产牛磺酸的过程中控制系统中的碱金属离子的平衡，反应物料环氧乙烷、酸式亚硫酸碱金属盐等反应生成牛磺酸碱金属盐，所得到的牛磺酸碱金属盐可以在离子交换单元中酸化为牛磺酸，离子交换单元中的离子交换树脂柱可以采用多种活化方式进行活化，其中，第一活化方式采用亚硫酸进行活化，以便获得酸式亚硫酸碱金属盐和牛磺酸，第二活化方式采用硫酸进行活化，以便获得碱金属硫酸盐和牛磺酸。此外，为提高活化试剂亚硫酸溶液的酸性，亚硫酸溶液中还存在酸式亚硫酸碱金属盐。根据化学式可知，酸式亚硫酸碱金属盐与最终生成的牛磺酸1:1对应，并且，在中和反应步骤，生成的牛磺酸与生成的碱金属离子也1:1对应。由于在使用第一活化方式活化离子交换单元时，第一活化试剂中含有酸式亚硫酸碱金属盐，并且牛磺酸碱金属盐中的碱金属离子在活化时也会转化成酸式亚硫酸碱金属盐，另外由于氨解反应须在碱性条件下进行，因此氨解反应结束后体系中残留碱金属离子也会转化成酸式亚硫酸碱金属盐，因此会产生过量的酸式亚硫酸碱金属盐。而通过引入第二活化方式，其活化试剂为硫酸，可以消耗使用第一活化方式中所引入的过量的碱金属离子，使碱金属离子最终以碱金属硫酸盐的形式被浓缩收集，达到碱金属离子的平衡的目的。根据本专利技术实施例的系统设计巧妙，适于解决连续大规模生产中的碱金属离子平衡问题，不需要额外开通生产线解决碱金属离子过量的问题，在牛磺酸生产过程中即可达到碱金属离子的平衡，节约成本的同时提高了牛磺酸生产效率。根据本专利技术的实施例，上述系统还可进一步包括如下附加技术特征至少之一：根据本专利技术的实施例，所述系统还包括活化液转换单元，所述活化液转化单元与所述离子交换树脂柱相连，所述活化液转化单元被配置为适于调整所述离子交换树脂柱所进行的活化处理方式。专利技术人发现，离子交换树脂柱在连续生产牛磺酸的过程中持续使用溶有二氧化硫的酸式亚硫酸碱金属盐溶液活化，会造成离子交换树脂柱的损伤，减短其寿命，而间歇性使用硫酸活化离子交换树脂柱，则可延长离子交换树脂柱的使用寿命，提高生产效率。活化液转化单元即为转化离子交换树脂柱活化方式的单元，在该单元的作用下，离子交换树脂柱可由亚硫酸活化转为硫酸活化，也可由硫酸活化转为亚硫酸活化。根据本专利技术的实施例，所述系统进一步包括碱金属离子浓度检测模块，所述碱金属离子浓度检测模块与所述离子交换树脂柱的入口和出口相连，所述碱金属离子浓度检测模块适于独立地检测若干离子交换树脂柱的输入液和流出液中碱金属离子浓度，所述输入液和所述流出液中含有牛磺酸碱金属盐，并且所述碱金属离子浓度检测模块与所述活化液转换单元相连，以便所述活化液转化单元基于所述碱金属离子浓度检测模块的检测结果调整所述离子交换树脂柱所进行的活化处理方式。根据本专利技术的实施例，碱金属离子浓度检测模块可以准确确定各个离子交换树脂柱的输入液和流出液中的碱金属离子的浓度，并根据二者比较的结果判断离子交换树脂柱的使用状态，进而可以利用活化液转化单元对活化方式进行转换，从亚硫酸活化转化为硫酸活化，或从硫酸活化转化为亚硫酸活化。根据本专利技术的实施例，通过所述分配单元各自独立地调整由储液单元输入离子交换树脂柱中的溶液的量，当采用所述第一活化方式处理离子交换树脂柱时，溶液的输入量为储液单元中溶液总量的60wt％～95wt％，当采用所述第二活化方式处理离子交换树脂柱时，溶液输入的量为储液单元中溶液总量的5wt％～40wt％。根据本专利技术的实施例，当采用第二活化方式处理离子交换树脂柱时，溶液的输入量为储液单元中溶液总量的5wt％、10wt％、15wt％、20wt％、25wt％、30wt％、35wt％、40wt％。专利技术人经过大量的研究发现，在使用本专利技术系统生产牛磺酸时，氨解反应中额外加入了强碱调节反应体系pH，其中调整pH的少量强碱，在离子交换过程中会消耗一部分树脂中的活性基团，离子交换树脂柱若采用亚硫酸活化，一个亚硫酸置换一个金属离子，形成碱金属盐，一个碱金属盐对应可以生产一分子牛磺酸，由此，使用酸式亚硫酸碱金属盐溶解二氧化硫生成亚硫酸活化离子交换树脂柱时所引入的酸式亚硫酸碱金属盐使其在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备牛磺酸的系统，其特征在于，包括：/n储液单元，所述储液单元用于储存通过环氧乙烷法制备的含有牛磺酸碱金属盐的溶液；/n离子交换单元，所述离子交换单元包含若干离子交换树脂柱，单一离子交换柱独立地用第一活化方式或第二活化方式进行活化处理，其中，第一活化方式采用亚硫酸进行活化，以便获得酸式亚硫酸碱金属盐和牛磺酸；第二活化方式采用硫酸进行活化，以便获得碱金属硫酸盐和牛磺酸；/n分配单元，所述分配单元分别与所述储液单元、所述离子交换单元相连，所述分配单元被配置为用于调节由所述储液单元向所述离子交换单元中的若干离子交换树脂柱输送溶液的量。/n

【技术特征摘要】
1.一种制备牛磺酸的系统，其特征在于，包括：
储液单元，所述储液单元用于储存通过环氧乙烷法制备的含有牛磺酸碱金属盐的溶液；
离子交换单元，所述离子交换单元包含若干离子交换树脂柱，单一离子交换柱独立地用第一活化方式或第二活化方式进行活化处理，其中，第一活化方式采用亚硫酸进行活化，以便获得酸式亚硫酸碱金属盐和牛磺酸；第二活化方式采用硫酸进行活化，以便获得碱金属硫酸盐和牛磺酸；
分配单元，所述分配单元分别与所述储液单元、所述离子交换单元相连，所述分配单元被配置为用于调节由所述储液单元向所述离子交换单元中的若干离子交换树脂柱输送溶液的量。


2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括活化液转换单元，所述活化液转化单元与所述离子交换树脂柱相连，所述活化液转化单元被配置为适于调整所述离子交换树脂柱所进行的活化处理方式。


3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，进一步包括碱金属离子浓度检测模块，所述碱金属离子浓度检测模块与所述离子交换树脂柱的入口和出口相连，所述碱金属离子浓度检测模块适于独立地检测若干离子交换树脂柱的输入液和流出液中碱金属离子浓度，所述输入液和所述流出液中含有牛磺酸碱金属盐，并且所述碱金属离子浓度检测模块与所述活化液转换单元相连，以便所述活化液转化单元基于所述碱金属离子浓度检测模块的检测结果调整所述离子交换树脂柱所进行的活化处理方式。


4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，通过所述分配单元各自独立地调整由储液单元输入离子交换树脂柱中的溶液的量，当采用所述第一活化方式处理离子交换树脂柱时，溶液的输入量为储液单元中溶液总量的60wt％～95wt％，当采用所述第二活化方式处理离子交换树脂柱时，溶液输入的量为储液单元中溶液总量的5wt％～40wt％；
任选地，其中第一活化方式处理的离子交换树脂柱与第二活化方式处理的离子交换树脂柱的溶液输入量比例为(3:2)-(19:1)。


5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述活化液转化单元被配置为当进行所述第一活化方式中的离子交换树脂柱流出液中的碱金属离子浓度高于所述输入液中的碱金属离子浓度的60％时，调整离子交换树脂柱的活化处理方式为所述第二活化方式，当所述流出液中的碱金属离子浓度低于所述输入液中的碱金属离子浓度的5％时，调整所述离子交换树脂柱的活化处理方式为所述第一活化方式。


6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，进一步包括：溶液配置模块，所述溶液配置模块与所述离子交换树脂柱的底部相连，在所述离子交换树脂柱采用所述第一活化方式处理前，所述溶液配置模块自下向上向所述离子交换树脂中输入酸式亚硫酸碱金属盐溶液，在所述离子交换树脂采用所述第二活化方式处理前，所述溶液配置模块自下向上向所述离子交换树脂中输入碱金属硫酸盐溶液。


7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第二活化方式适于采用浓度不超过25wt％的硫酸进行第二活化处理；
优选地，所述第二活化方式适于采用浓度不超过23wt％的硫酸进行第二活化处理。


8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第一活化方式中的亚硫酸是通过将二氧化硫溶解在酸式亚硫酸碱金属盐溶液中得到的，所述酸式亚硫...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙华君，谈敏，严晓婧，江汝泳，彭洪波，唐佳乐，郭晨，王星星，钱志强，
申请(专利权)人：湖北远大生命科学与技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42