一种用于分离蛋氨酸生产中蛋氨酸和盐的分离设备及方法

技术领域

本发明涉及蛋氨酸生产加工技术领域，尤其涉及一种用于分离蛋氨酸生产中蛋氨酸和盐的分离设备及方法。

背景技术

蛋氨酸又名甲硫氨酸，缩写Met，是生物合成蛋白质的基本单位之一，也是必需氨基酸与限制性氨基酸。Met是必须氨基酸中唯一含硫氨基酸，动物摄入少量即可明显促进生长，缩短饲养周期，还可增加蛋奶产量，如果摄入不足，会导致体内对其它氨基酸的利用不足，未被利用的氨基酸通过脱氨基作用转化为能量分子和尿素，增加肝脏、肾脏的负担。蛋氨酸广泛运用于饲料、医药、食品和化妆品等领域。

已知的蛋氨酸生产工艺为以3-甲硫基丙醛、氢氰酸、氨和二氧化碳为原料合成5-(β-甲硫基乙基)乙内酰脲，也可简称乙内酰脲或海因。海因经碱水解得到蛋氨酸盐和碳酸盐混合物的水解液。水解液酸化得到蛋氨酸和滤液，滤液含大量有用成分，处理后须返回循环；酸化介质和碱的不同决定了滤液返回环节的不同，滤液或返回乙内酰脲的水解或返回结晶步骤。乙内酰脲是蛋氨酸主流生产工艺的必经中间体，乙内酰脲水解可以使用碳酸钾、碳酸钠、氢氧化钠、氢氧化钙、碳酸氢钾、碳酸氢钠等碱。蛋氨酸生产工艺流程较长，无论使用哪种碱对乙内酰脲进行水解，杂质的生成不可避免，包括甲酸、丙烯醛聚合衍生物、3-甲硫基丙醛聚合衍生物、蛋氨酸羟基类似物、蛋氨酸衍生前体及多羧酸杂质等，这些杂质与蛋氨酸结构有类似：或者碳链或者氨基或者羧基，所以大部分杂质与蛋氨酸具有类似相似相溶的效应，难以与蛋氨酸较彻底分离，在循环的过程中会导致提取的蛋氨酸质量下降甚至影响反应的收率，所以杂质的分离是一项必须的操作。

在水解液酸化提取蛋氨酸操作中，降低水解液的水含量，盐可以和蛋氨酸一同析出，在体系内若实现蛋氨酸和盐的分离，增加了蛋氨酸的单次提取率。盐为碳酸氢盐，与母液混合再生后可以水解更多的乙内酰脲，盐为硫酸盐，相同的蒸发能耗更高效率的提取此部分盐类；在滤液除杂过程中，预先对滤液中的有益成分进行提取，对蛋氨酸和盐的一同析出再在体系内实现蛋氨酸和盐的分离，同样可以实现上述的优点。

蛋氨酸和盐共同沉淀再在体系内分离，对减少流程、降低浓缩能耗、增加单次水解效率具有极大应用价值。

在已知工艺中，以一种物质全溶的条件提取另一种物质，在流程、能耗等方面的代价也是较大的。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种用于分离蛋氨酸生产中蛋氨酸和盐的分离设备及方法，所述一种用于分离蛋氨酸生产中蛋氨酸和盐的分离设备及方法

为达到上述技术效果，本发明采用了以下技术方案：

第一方面，本发明提供的一种用于分离蛋氨酸生产中蛋氨酸和盐的分离设备，该设备具体包括：

分离容器，所述分离容器的内部设有隔板，所述隔板将分离容器分隔为分离区和沉降区，所述隔板上设有用于连通所述分离区和沉降区的栅孔，且所述分离容器设有与所述分离区连通的供液入口，所述分离装置的底部还设有与所述沉降区连通的含盐溶液输出管，所述含盐溶液输出管可将沉降区内的含盐废液由分离容器底部转出，以便于根据盐的种类对其分别处理。

循环补气装置，所述循环补气装置至少包括循环补气管，所述循环补气管设于所述沉降区内并用于向分离容器中补充气体；

固液分离设备，所述固液分离设备通过混合液输送管连接至所述分离区并用于对经由混合液输送管输送至该固液分离设备的固液混合物进行分离，以获得蛋氨酸固体和含盐滤液。

具体地，在此设备中，所述沉降区主要用于沉降分离的高密度盐类，而循环补气管用于对体系补充气体，该隔板的设置促进蛋氨酸和盐更彻底的分离，该隔板的栅孔降低设备内溶液流动的应力，该栅孔被设置为条形或圆孔状，并间隔均匀地设于所述隔板上。

进一步地，该循环补气装置还包括设于所述分离容器外部的曝气气源，所述曝气气源为鼓风机、空压机或气罐中的任意一种，所述曝气气源用于为所述循环补气管输送气体，所述气体是空气、氮气或二氧化碳中任意一种，优选地，所述气体为二氧化碳气体。

进一步地，上述分离设备还包括溶液输送管，所述溶液输送管的入水端与所述固液分离设备连通，所述溶液输送管上还设有与所述溶液输送管连通的回流输送支管，所述回流输送支管末端与所述分离容器的沉降区连通，从而将固液分离分离得到的含盐滤液部分或全部地回流至上述分离容器中。

第二方面，本发明还提供一种用于分离蛋氨酸生产中蛋氨酸和盐的分离方法，该方法采用上述分离设备对含有蛋氨酸的待分离体进行分离。

进一步地，所述用于分离蛋氨酸生产中蛋氨酸和盐的分离方法，包括以下步骤：

S1：将含有蛋氨酸的待分离体系转入分离容器中；

S2：控制分离条件，以促进分离体系内的蛋氨酸固体漂浮至分离容器的分离区顶部；

S3：将分离区顶部的含蛋氨酸固体的固液混合物通过混合液输送管固液分离设备进行分离，以获得蛋氨酸固体和含盐滤液。

进一步地，所述含有蛋氨酸的待分离体系为：乙内酰脲的氢氧化钠水解液的硫酸酸化液；乙内酰脲的氢氧化钠水解液的二氧化碳酸化液；乙内酰脲的碱性钾水解液的二氧化碳酸化液；乙内酰脲的碱性钾水解液使用二氧化碳酸化提取蛋氨酸后的母液浓缩后的再次酸化液；含蛋氨酸和碳酸氢钾固体的乙内酰脲的碱性钾水解液使用二氧化碳酸化提取蛋氨酸后的母液；乙内酰脲的碱性钠水解液用硫酸酸化提取蛋氨酸后的母液浓缩后的再次酸化液；含蛋氨酸和硫酸钠固体的乙内酰脲的碱性钠水解液用硫酸酸化提取蛋氨酸后的母液中的任意一种。

进一步地，根据含盐滤液中的盐的种类对含盐滤液处理方式不同，当盐为碳酸氢钠，进行固液分离；当盐为碳酸氢钾，将含盐滤液再生处理后返回乙内酰脲的水解；当盐为硫酸钠，将含盐滤液加热后分离为纯净硫酸钠。

进一步地，所述分离条件还包括分离温度，所述分离温度为20-45℃，优选为20-30℃。

进一步地，所述含盐溶液输出管用于将沉降区内的含盐废水向外导出，所述含盐废水可通过含盐溶液输出管输出并输送至硫酸钠或碳酸氢钠提取设备中，从而对该含盐废水中的硫酸钠或碳酸氢钠提进行回收。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

第一方面，本发明提供的一种用于分离蛋氨酸生产中蛋氨酸和盐的分离方法通过特定的分离设备，通过使用该分离设备对含有蛋氨酸和盐的混合体系分离设备进行分离，使得蛋氨酸固体漂浮至体系上层，盐沉降至体系底部，然后通过对上层体系进行进一步固液分离来获得高纯度蛋氨酸，而分离的滤液根据盐的用途部分或全部返回含盐体系中。在该分离设备中以及分离方法中，一方面通过向所述分离体系中输送气体以使得该气体附着在蛋氨酸表面，增加蛋氨酸浮力；另一方面由于盐的水溶液密度较大，将低密度蛋氨酸挤出水相，再一方面，盐的密度较大，会沉降在溶液底部，三者综合作用将蛋氨酸和盐分离，提高了蛋氨酸的分离效率，该装置可连续或间歇对蛋氨酸和盐进行分离，可有效地降低了该蛋氨酸和盐的分离成本。

附图说明

图1为本发明的实施例所提供的一种用于分离蛋氨酸生产中蛋氨酸和盐的分离设备的整体结构示意图；

附图标记为：10，分离容器，11，隔板，111，栅孔，12，分离区，13，沉降区，14，循环补气管，15，固液分离设备，16，曝气气源，10a，混合液输送管，10b，溶液输送管，10c，回流输送支管，10d，含盐溶液输出管。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

实施例1

本实施例通过采用具有如图1所示结构的小型分离设备对蛋氨酸生产中蛋氨酸和盐进行分离：

该小型分离设备包括分离容器10和与所述分离容器10串联的固液分离设备15，所述固液分离设备15设于所述分离容器10的下游并通过混合液输送管10a与所述分离容器10连通，所述有隔板11，所述隔板11将分离容器10分隔为分离区12和沉降区13，所述隔板11上设有用于连通所述分离区12和沉降区13的栅孔111，且所述分离容器10设有与所述分离区12连通的供液入口，该供液入口供含有蛋氨酸的待分离体系转入该分离容器10中。同时，该分离设备还包括溶液输送管10b，该溶液输送管10b的入水端与所述固液分离设备15连通，并用于将该固液分离设备15在固液分离过程中得到的含盐滤液全部或部分转移至原分离容器10中，此外，该分离容器10的底部还设有与所述沉降区13连通的含盐溶液输出管10d，以便于将该沉降区13底部的含盐水向外导出。

在具体实施时，通过向分离容器内中加入乙内酰脲的氢氧化钠水解液，其中蛋氨酸含量20.5wt％，碱性钠含量7wt％。

在本实施例的第一实施方式中，取3000g上述水解液，加入98wt％硫酸460g，混合均匀后降温至20℃，转入分离设备中，以300ml/min通过循环补气管向所述分离设备内鼓入二氧化碳15min，将上层含固体溶液通过混合液输送管输送至固液分离设备中过滤提取蛋氨酸，直接烘干获得蛋氨酸固体577g，纯度为94.7wt％，提取率89％。将全部含盐滤液与下层固体转出混合，其中蛋氨酸含量2.2wt％，硫酸钠含量23wt％。

在本实施例的第二实施方式中，再取3000g上述水解液，先加入水1200g，再加入98wt％硫酸460g，混合均匀后降温至20℃，使用同样的过滤设备提取蛋氨酸，直接烘干获得蛋氨酸固体548g，纯度为93.5wt％，提取率为83.4％。含盐滤液中蛋氨酸含量2.6wt％，硫酸钠含量15.6wt％。

水解液使用硫酸酸化获取蛋氨酸的过程中，控制水解液中的水含量，提高蛋氨酸的提取率、降低分离的滤液在浓缩提取硫酸钠过程中能耗。

实施例2

本实施例通过采用具有与实施例相同的小型分离设备对蛋氨酸生产中蛋氨酸和盐进行分离：

在具体实施时，本实施例使用乙内酰脲的氢氧化钠水解液，其中蛋氨酸含量20.5wt％，碱性钠含量7wt％。

取3000g上述水解液，在3bar、30℃下间歇补入二氧化碳至压力不再下降，转入分离设备中，以300ml/min通入二氧化碳15min，将上层含固体溶液过滤提取蛋氨酸，直接烘干获得蛋氨酸固体500g，纯度为92.2wt％，提取率为75％。将下层含固体的溶液过滤提取碳酸氢钠，直接烘干获取碳酸氢钠固体516g，其中碳酸氢钠含量97wt％，蛋氨酸含量2.4wt％，提取率65.3％。

氢氧化钠水解乙内酰脲过程中，使用了过量的碱，直接使用硫酸酸化提取蛋氨酸产生了低价值硫酸钠并且碱的利用效率低下。因为碳酸氢钠的溶解度较低，分离的蛋氨酸固体较难提纯，可以在氢氧化钠水解、硫酸酸化之间增加本流程设计，上层含蛋氨酸固体、溶质为蛋氨酸、碳酸氢钠、蛋氨酸钠的溶液被分离后再次使用硫酸酸化，下层分离碳酸氢钠固体，一方面使用本方法提取的碳酸氢钠固体可适用于其它需碱流程，减少碱的消耗；另一方面减少硫酸的消耗，同样也减少了低附加值的硫酸钠的产生。

实施例3

本实施例通过采用具有与实施例相同的小型分离设备对蛋氨酸生产中蛋氨酸和盐进行分离：

本实施例使用乙内酰脲的碱性钾水解液，其中蛋氨酸含量22wt％，碱性钾含量16.1wt％。

在本实施例的第一实施方式中，取3000g水解液，在3bar、30℃下间歇补入二氧化碳至压力不再下降，转入分离设备中，以300ml/min通入二氧化碳15min，将上层含固体溶液过滤提取蛋氨酸，直接烘干获得蛋氨酸固体553g，纯度为93.5wt％，提取率为78.4％。将下层含固体的溶液转出并检测，其中蛋氨酸含量5.5wt％，碱性钾含量18.8wt％，碱性钾/蛋氨酸摩尔比13:1。

在本实施例的第二实施方式中，再取3000g水解液先加入水1700g，在3bar、30℃下间歇补入二氧化碳至压力不再下降，使用同样的过滤设备提取蛋氨酸，直接烘干获得蛋氨酸固体370g，纯度为93.3wt％，提取率52％。滤液中蛋氨酸含量6.8wt％，碱性钾含量8.4wt％，碱性钾/蛋氨酸摩尔比4.7：1。

使用本分离方法，蛋氨酸的提取率增加，滤液中碱性钾/蛋氨酸的摩尔比增加，这意味着在单次循环中可以水解更多的海因、节约能源、减少杂质的生成。还可以在转出含碳酸氢钾固体的滤液中再次转出部分上层清液，上层清液用于杂质的提取，更进一步增加碱性钾/蛋氨酸的摩尔比。

实施例4

本实施例通过采用具有与实施例相同的小型分离设备对蛋氨酸生产中蛋氨酸和盐进行分离：

本实施例采用乙内酰脲的碱性钾水解液使用二氧化碳酸化提取蛋氨酸后的母液，其中蛋氨酸含量4.4wt％，碱性钾含量7.3wt％，碱性钾/蛋氨酸的摩尔比6.3:1。

将5000g母液浓缩至1600g，在3bar、30℃下间歇补入二氧化碳至压力不再下降，过滤固体，分离出的液体根据杂质含量确定再次浓缩还是转出系统再处理，并将固体转入3000g未浓缩的母液中混合均匀再次转入分离设备中，以300ml/min通入二氧化碳15min，将上层含固体溶液过滤提取蛋氨酸，直接烘干获得蛋氨酸固体179g，纯度为92.8wt％，提取率为76.4％。将下层含固体的溶液转出并检测，其中蛋氨酸含量3.6wt％，碱性钾含量13.4wt％，碱性钾/蛋氨酸摩尔比由6.3:1变为14.2:1。

还可对浓缩液酸化后直接进入分离设备，但是母液浓缩后，杂质开始富集，蛋氨酸和碳酸氢钾的分离效果受杂质影响较大，将混合物整体分离后使用未浓缩的母液进行分离效果更好；未被浓缩的滤液蛋氨酸饱和、再生后用于乙内酰脲的水解，用未被浓缩的滤液对混合物进行分离，蛋氨酸不会被溶出，碳酸氢钾固体又可增加碱性钾/蛋氨酸的摩尔比，对提高单次水解海因、降低能耗、减少水解过程中杂质的生成是有益处的。

实施例5

本实施例通过采用具有与实施例相同的小型分离设备对蛋氨酸生产中蛋氨酸和盐进行分离：

乙内酰脲的碱性钠水解液用硫酸酸化提取蛋氨酸后的母液，其中蛋氨酸含量2.5wt％，硫酸钠含量18wt％。

将5000g母液浓缩至1200g，在20℃过滤提取蛋氨酸和硫酸钠的混合物，分离出的液体根据杂质含量确定再次浓缩还是转出系统再处理，蛋氨酸和硫酸钠的混合物转入1000g母液中，具体实施时，还可只过滤出需要除杂部分的滤液，将剩余滤液与混合物转入母液。将固液混合物转入分离设备中，以300ml/min通入二氧化碳15min，将上层含固体溶液过滤提取蛋氨酸，直接烘干获得蛋氨酸固体104g，纯度为94wt％，提取率为38.2％。将下层含固体的溶液加热至80℃后过滤提取硫酸钠，少量水淋洗，直接烘干获得硫酸钠固体532g，纯度为99.4wt％，提取率为58.9％。

对母液高比例的浓缩获取蛋氨酸和硫酸钠的混合物，减少单次提取硫酸钠和蛋氨酸的流程，减少能耗，将混合物转入未浓缩的母液，利用母液杂质少、蛋氨酸和硫酸钠饱和的特性，将混合物中的杂质稀释获取品质更高的蛋氨酸，并利用蛋氨酸溶解度与温度正比例的关系提取的硫酸钠纯度高。

以上实施例仅用以说明本发明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。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。