牛磺酸钠溶液提取牛磺酸的生产系统的制作方法

本实用新型属于牛磺酸清洁生产领域，涉及牛磺酸钠溶液提取牛磺酸的生产系统。

背景技术：

牛磺酸是一种特殊的氨基酸，具有多种生理功能，是人体必不可少的一种营养元素。主要应用于医药和食品领域，天然物中获取牛磺酸很难满足市场需求。化学合成法是牛磺酸的主要来源，其合成方法十几种，目前通用的工业生产工艺是环氧乙烷为原料，经磺化、氨化、硫酸酸化。该方法适合大规模生产，工艺成熟，收率高。一般企业生产能力均在1-2万吨/年。但该工艺硫酸酸化时，会产生大量的固废硫酸钠，分离工艺复杂，操作困难，造成产品的流失，残留的硫酸钠会影响产品的品质，并且造成严重的环境污染。

环氧乙烷法基本反应原理为：

1.加成反应：NaHS03 + CH2CH2O（环氧乙烷）= HOCH2CH2S03Na（羟钠）

2.氨解反应：HOCH2CH2S03Na + NH3= NH2CH2CH2S03Na+ H20

3.中和反应：2 NH2CH2CH2S03Na + H2S04= 2NH2CH2CH2S03H + Na2S04

CN20120416911采用二氧化硫替代硫酸，进行酸化，析出牛磺酸后，母液通入环氧乙烷套用，该母液残留的牛磺酸较多，与环氧乙烷生产羟乙基牛磺酸。使产品品质下降。CN201410436194.X采用电解膜装置，电解到pH6-7，避免了硫酸的使用，降低了三废的排放。但该工艺针对组成复杂的牛磺酸钠处理液，存在膜寿命短、电解槽结构不合理、操作工艺不适合工业化生产的问题。

利用环氧乙烷法工艺生产牛磺酸，氨解后得到的牛磺酸钠原液成分复杂，一般40%为牛磺酸钠，并且含有羟乙基磺酸钠，硫酸钠，乙二醇等，这些存在都会影响电解电流效率、牛磺酸的回收率、膜寿命及运行成本等。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型提供牛磺酸钠溶液提取牛磺酸的生产系统，使电解法提取牛磺酸能够达到工业化生产的规模。

本实用新型的方案是：

牛磺酸钠溶液提取牛磺酸的生产系统，包括电解槽，所述电解槽由上至下设有电解区和结晶区，所述电解区依次设有阳极板框、第一阴极模块、第一阳极模块、重复单元、阴极板框，所述重复单元为若干组依次排列的隔膜、第二阴极模块、第二阳极模块，所述电解槽的槽体材质为聚丙烯或者玻璃钢，所述阳极板框、阴极板框材质为聚丙烯，所述隔膜为阳离子交换膜。

优选地，所述第一阳极模块、第二阳极模块为强酸性阳离子膜或弱酸性阳离子膜或弱酸-强酸复合阳离子膜，所述第一阴极模块、第二阴极模块为强酸性离子膜。

进一步优选地，所述第一阳极模块、第二阳极模块为离子交换基团是羧酸的弱酸性阳离子交换膜。

优选地，所述电解槽入料口通过管道与稀释后牛磺酸钠储罐、牛磺酸钠储罐、氨解罐、羟化罐依次连通，所述结晶区与第一MVR蒸发器连通，所述第一MVR蒸发器通过管道与结晶釜、牛磺酸成品罐依次连通。

进一步优选地，所述第一MVR蒸发器通过管道与稀释后牛磺酸钠储罐连通，所述电解区通过管道与稀氢氧化钠储罐、第二MVR蒸发器、羟化罐依次连通。

优选地，所述阳极板框一侧的电解槽与阳极电解液为羟乙基磺酸的电解液管路连通。

本实用新型有益效果：

（1）本发明的工业化电解槽分电解区和结晶区，牛磺酸钠原液（MX）由电解槽上部进槽，温度在60-85°C之间，保证电解过程中晶体不析出。位于下部的结晶区底部放料，温度低于电解区（50-60°C），允许牛磺酸结晶（XH），结晶后的母液pH为7.5-8.5。固液分离后，母液循环套用。

（2）本发明所述电解槽的膜和电极固定在聚丙烯极框上，构成集成模块，插入电解槽中，一旦模块发生损坏或故障，可以进行在线跟换，方便操作与维护。

（3）本发明所述阳离子离子交换膜，采用氟塑料通过辐射接枝制备，该具有良好的耐高温、耐氧化特性，电化学性能好，保证其在80-90°C之间能够长时间运行。

（4）本发明阳极模块采用弱酸性（离子交换基团为羧酸）阳离子交换膜，避免了羟乙基磺酸钠受电场的作用，渗透到阳极室中。

（5）本发明所述阳极电解液可采用盐酸、硫酸、羟乙基磺酸溶液。其中为避免离子膜的破损给中和室带来的不良影响，优先选用羟乙基磺酸为电解液。羟乙基磺酸具有良好的导电性，即使膜在运行中发生破损，也不会污染中和室中牛磺酸品质。

附图说明

图1本实用新型电解槽结构示意图；

图2本实用新型生产系统结构示意图；

图3本实用新型电解槽电解原理示意图；

图中：电解槽1，电解区11，阳极板框111，第一阴极模块112，第一阳极模块113，重复单元114，隔膜1141，第二阴极模块1142，第二阳极模块1143，阴极板框115，结晶区12，稀释后牛磺酸钠储罐2、牛磺酸钠储罐3，氨解罐4，羟化罐5，第一MVR蒸发器6，与结晶釜7，牛磺酸成品罐8，稀氢氧化钠储罐9，第二MVR蒸发器10。

具体实施方式

下面结合实施例来进一步说明本实用新型，但本实用新型要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。

实施例1

牛磺酸钠溶液提取牛磺酸的生产系统，包括电解槽1，所述电解槽1由上至下设有电解区11和结晶区12，所述电解区11依次设有阳极板框111、第一阴极模块112、第一阳极模块113、重复单元114、阴极板框115，所述重复单元114为若干组依次排列的隔膜1141、第二阴极模块1142、第二阳极模块1143，所述电解槽1的槽体材质为聚丙烯或者玻璃钢，所述阳极板框111、阴极板框115材质为聚丙烯，所述隔膜为阳离子交换膜。

优选地，所述第一阳极模块113、第二阳极模块1143为强酸性阳离子膜或弱酸性阳离子膜或弱酸-强酸复合阳离子膜，所述第一阴极模块112、第二阴极模块1142为强酸性离子膜。

进一步优选地，所述第一阳极模块113、第二阳极模块1143为离子交换基团是羧酸的弱酸性阳离子交换膜。

优选地，所述电解槽1入料口通过管道与稀释后牛磺酸钠储罐2、牛磺酸钠储罐3、氨解罐4、羟化罐5依次连通，所述结晶区12与第一MVR蒸发器6连通，所述第一MVR蒸发器6通过管道与结晶釜7、牛磺酸成品罐8依次连通。

进一步优选地，所述第一MVR蒸发器6通过管道与稀释后牛磺酸钠储罐2连通，所述电解区11通过管道与稀氢氧化钠储罐9、第二MVR蒸发器10、羟化罐5依次连通。

优选地，所述阳极板框111一侧的电解槽1与阳极电解液为羟乙基磺酸的电解液管路连通。

本实用新型工作时，环氧乙烷经羟化和氨解两个步骤后得到浓度约为40%的牛磺酸钠溶液，将牛磺酸钠溶液稀释到5-30%，转移至电解槽中。经电解后的牛磺酸钠转化成牛磺酸，大部分牛磺酸在结晶区结晶，经固液分离后，得到牛磺酸粗品，得到的母液回到电解槽中利用。少部分牛磺酸经浓缩结晶后分离，分离的得到的固体转移至牛磺酸粗品，液体回到电解槽中利用。电解得到的氢氧化钠溶液经浓缩后回到羟化岗位利用。

实施例2

第一阳极模块113、第二阳极模块1143采用强酸性阳离子膜，其他同实施例1。将80-90°C的牛磺酸钠原液由高位槽以一定的流速，放入电解槽的中和室中，电解槽通电电解，电流密度为1000A/m^2，，槽电压150V。中和室pH达到8时,牛磺酸在结晶区（温度50-60°C）被结晶，放料，固液分离。固体烘干得粗品，其中牛磺酸含量达95%，硫酸钠小于0.04%，羟乙基磺酸钠含量1%。牛磺酸粗品用水重结晶。得到精制品，重结晶母液回收利用。

实施例3

第一阳极模块113、第二阳极模块1143采用强酸性阳离子膜，其他同实施例1。母液由泵打到高位槽。与pH14的原液混合，使牛磺酸钠溶液进槽pH大于9，调节温度在80-90°C，放入电解槽的中和室中，电解槽通电电解，电流密度为1000A/m^2，，槽电压150V。中和室pH达到8时,牛磺酸在结晶区（温度50-60°C）被结晶，放料，固液分离。固体烘干得粗品，其中牛磺酸含量达94%，硫酸钠小于0.04%，羟乙基磺酸钠含量1%。牛磺酸粗品用水重结晶。得到精制品，重结晶母液回收利用。

实施例4

第一阳极模块113、第二阳极模块1143采用弱酸性阳离子膜，其他同实施例1。将80-90°C的牛磺酸钠原液由高位槽以一定的流速，放入电解槽的中和室中，电解槽通电电解，电流密度为1000A/m^2，，槽电压180V。中和室pH达到8时,牛磺酸在结晶区（温度50-60°C）被结晶，放料，固液分离。固体烘干得粗品，其中牛磺酸含量达95%，硫酸钠小于0.04%，羟乙基磺酸钠含量1.5%。牛磺酸粗品用水重结晶。得到精制品，重结晶母液回收利用。

实施例5

如实例4所述，第一阳极模块（113）、第二阳极模块（1143）采用强酸-弱酸性复合阳离子膜，将80-90°C的牛磺酸钠原液由高位槽以一定的流速，放入电解槽中，电解槽通电电解，电流密度为1000A/m^2，，槽电压150V。中和室pH达到8时，牛磺酸在结晶区（温度50-60°C）被结晶，放料，固液分离。固体烘干得粗品，其中牛磺酸含量达95%，硫酸钠小于0.04%，羟乙基磺酸钠含量1.2%。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的优选实施方式，其描述较为具体和详细， 但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通 技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都 属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。