CN1511827A - 从甜菜碱化学合成反应产物的水溶液中分离甜菜碱的方法 - Google Patents

Abstract

一种涉及从甜菜碱化学合成反应产物的水溶液中分离甜菜碱的方法。其特征是对体积相对不变的甜菜碱化学合成反应产物的水溶液体系或类似体系以间歇的方式进行不间断的电渗析器淡室循环，同时将蒸发脱盐手段不可缺少地应用于经过了电渗析器浓室循环的、液体体积受到了限制的、盐浓度受到了阶段性控制的浓室的盐水。电渗析脱盐手段和蒸发脱盐手段在本发明中二者缺一不可，没有电渗析脱盐就不可能从甜菜碱化学合成反应产物的水溶液体系或类似体系中经济地获得高纯度的甜菜碱水溶液，没有蒸发脱盐就不可能从甜菜碱化学合成反应产物的水溶液体系或类似体系中经济地分离出纯粹的固态盐类化合物。

Description

从甜菜碱化学合成反应产物的水溶液中 分离甜菜碱的方法

本发明涉及从甜菜碱(以氯乙酸和三甲胺、或者氯乙酸和三甲胺及碱金属氢氧化物、或者碱金属的氯乙酸盐和三甲胺为原料的)化学合成反应产物的水溶液(类似体系包括由于某种原因甜菜碱和盐类化合物形成的水溶液、特别是由于某种原因甜菜碱和盐类化合物形成的甜菜碱和盐类化合物二者浓度均很高的水溶液)中分离甜菜碱的方法。

技术领域    本发明中所说的甜菜碱(betaine，betafin)是一种天然的类维生素物质，分子式(CH₃)₃NCH₂COO，分子量117，无毒、吸湿性极强，味甘甜、有特殊气味，它广泛存在于动植物体内并有着重要的功能，其价值已被无数的科学研究、实践所肯定。甜菜碱的用途非常广泛。例如，在医药方面，甜菜碱可用于生产治疗和预防肝脏病的药物、抗生素的原料。甜菜碱可以用作食品添加剂，对老人保健、儿童生长发育都能起到良好的促进作用。在日用化工方面，由于甜菜碱性质极其温和，是优异的渗透剂、保湿剂和甜味剂，因而可以添加到香波、浴液、护发素、护肤膏和牙膏中。向生长条件恶劣如干旱、高盐、高温、高湿等的植物或作物外源性施用甜菜碱能促进它们的生长、提高它们的产量。

甜菜碱另外一个重要的应用是作饲料添加剂，需求量巨大。甜菜碱作为水产养殖诱食剂，具有很强的诱食活性。对鱼、虾、蟹、鳖、牛蛙等水生物摄饵有特殊的刺激和促进作用，能提高采食率、降低饵料系数；甜菜碱又是水生物最重要的渗透压缓冲物质，可增强鱼、虾渗透压激变耐力，提高成活率。甜菜碱可以看成是氨基酸内盐，作为高效甲基供给体可以部分替代蛋氨酸。鸡饲料中，1公斤甜菜碱可取代2-3.5公斤蛋氨酸，且与维生素配伍稳定性很好，还可提高球虫药疗效。甜菜碱具有抗脂肪肝功能，能增强脂肪代谢，降低猪背膘厚度，改善肉质，提高瘦肉率。仔猪饲料中添加甜菜碱，可提高断奶仔猪采食率，使仔猪在断奶1-2周期间增重率显著提高。由于具有抗脂肪肝、增强脂肪代谢的功能，甜菜碱作为宠物饲料的添加剂是非常适宜的。

背景技术    二十世纪八十年代开始，欧美普遍在水产和畜禽养殖中使用甜菜碱，九十年代甜菜碱开始进入我国市场。经过十多年，饲料养殖业已普遍认同甜菜碱作为饲料添加剂使用所具有的重要功能。甜菜碱一般是从甜菜糖蜜废水中提取，国内外都有成功的范例。从甜菜糖蜜或甜菜糖蜜废水中提取法生产甜菜碱受制于季节性及甜菜糖厂的规模，产量是有限的，因而很难满足市场的需求。迄今为止尚未见有由化学合成大规模制备高纯度(无水或一水)甜菜碱的报道，虽然化学合成甜菜碱不是一件很困难的事情，但是以工业规模经济地分离获得高纯度的甜菜碱却是非常不容易的，现在基本上没有化学合成的甜菜碱进入市场。在这种情况下，人们只好生产酸性较强的盐酸甜菜碱即甜菜碱盐酸盐或中性的所谓“复合甜菜碱”以满足市场需求。然而，盐酸甜菜碱的生产存在严重的环境污染问题，而“复合甜菜碱”中则还含有氯化钠、氯乙酸钠、羟基乙酸钠等反应副产物的混合物，这些反应副产物在饲料中长期使用的后果迄今为止尚无人进行科学的评估。无论是盐酸甜菜碱还是所谓“复合甜菜碱”与甜菜碱比较起来其使用范围要小得多，例如不能在化妆品、食品、植物或者作物等方面应用，制药的很多场合也不能应用。迄今在中国，许多号称生产甜菜碱的企业实际上生产的是盐酸甜菜碱或“复合甜菜碱”

目前仅仅是在实验室里，人们可以通过很多方法从甜菜碱化学合成反应已经完成的水溶液体系中分离出甜菜碱，但是迄今为止，那些方法中还没有一种能够做到以工业规模经济地分离获得高纯度的甜菜碱。例如：(1)可以通过离子交换法从甜菜碱化学合成反应已经完成的水溶液体系中分离出盐类反应副产物从而获得高纯度的甜菜碱。不过这种方法一般来说不适宜用于含盐量过大水溶液体系，且由于离子交换树脂对甜菜碱有着极强的吸附作用，将导致收率很低或者耗时很长，加上树脂再生产生的一系列问题基本上可以肯定这一方法在工业上没有应用价值；(2)离子排斥法，就是让甜菜碱化学合成反应已经完成的水溶液体系流经钠型阳离子交换树脂塔，甜菜碱被吸附于树脂上，而盐类则随液相流出。这种方法需要准确判断吸附终点和洗脱终点，而这一点是比较难于及时掌握和控制的，因而就对收率产生严重影响；此外吸附洗脱一次过程耗时很长，产品的纯度也难以令人满意，故而用于化学合成甜菜碱的分离还未见有工业上采用的报道；(3)电渗析法，由于甜菜碱的水溶液呈电中性，故从理论上来说这种膜分离的方法是能够从甜菜碱化学合成反应已经完成的水溶液体系中脱盐从而分离出甜菜碱的。但是，在甜菜碱化学合成反应已经完成的水溶液体系中，不但甜菜碱的含量很高，待分离的盐类化合物的浓度也很高，达到了50000-150000ppm，这比海水的盐浓度还要高得多！这种情况下如果简单采用电渗析的方法对待分离体系进行淡室封闭循环，那么势必要耗费很长的时间。不幸的是甜菜碱是一种渗透力极为强大的低分子量有机化合物，在水溶液中它能够轻而易举地透过电渗析设备中的阴、阳离子交换膜，长时间的循环将导致巨大量的甜菜碱和盐类一起从淡室水体转移到浓室水体，此时如果浓室水体也是封闭循环，如图1，则达不到甜菜碱和盐类化合物分离的目标，实际结果仅仅是一次待分离体系的稀释；此时如果浓室即盐室不是封闭循环，而是开放的水一次性进出方式，如图2，则甜菜碱将透过离子交换膜从淡室水相转移到浓室水相并随浓室水流而排放掉，最后淡室水溶液中的甜菜碱将所剩无几，收率之低令人无法容忍。也不能通过稀释待分离的甜菜碱化学合成反应已经完成的水溶液体系来解决上述问题，因为这样一来待分离液体体系的体积将过于庞大，即使体系中的盐类化合物能够被分离出，后面甜菜碱从液相结晶出来的能耗将不堪负荷，更何况当待分离体系的体积增大、盐含量降低之后，由于盐的浓差效应，不可能在浓室水相体积不相应增加的情况下将盐类化合物彻底从待分离液体体系中分离出去进而得到高纯度的甜菜碱水溶液。因此，普通的电渗析法是做不到以工业规模从甜菜碱化学合成反应已经完成的水溶液体系中经济地分离出高纯度甜菜碱的。

正是由于以上原因，目前还没有能从甜菜碱化学合成反应产物的水溶液中分离出甜菜碱的工艺技术应用于工业上，也就是说，现在市场上的甜菜碱都是天然提取的，不是化学合成的。如果实施本发明，市场上就会出现化学合成的甜菜碱，就能更好地满足日益增长的需求。必须声明：本发明所说的甜菜碱指的是高纯度的甜菜碱，不是盐酸甜菜碱或甜菜碱盐酸盐，也不是复合甜菜碱。

发明内容    本发明提出了一种切实可行的、以工业规模从甜菜碱化学合成反应产物的水溶液体系或类似体系中经济地分离出盐类化合物从而获得高纯度甜菜碱的新方法。

本发明的特征在于对体积相对不变的甜菜碱化学合成反应产物的水溶液体系或类似体系以间歇的方式进行不间断的电渗析器淡室循环，同时将蒸发脱盐手段不可缺少地应用于经过了电渗析器浓室循环的、体积受到了限制的浓室的盐水。即两种技术手段不可分割地结合起来，通过使电渗析器的淡室即产品池的待分离液体体系始终在体积相对不变的情况下进行电渗析循环直到达到符合要求的控制指标得到高纯度的甜菜碱溶液，而使电渗析器的浓室即盐水池的含盐液体体系在体积受到限制的条件下进行循环直到得到一部分盐浓度极高的液体并对其进行蒸发脱盐，最终实现甜菜碱与盐类化合物的彻底分离。电渗析手段和蒸发脱盐手段在本发明中二者缺一不可，是本发明的首要特征。在本发明中，没有电渗析脱盐就不可能从甜菜碱化学合成反应已经完成的水溶液体系中经济地得到高纯度的甜菜碱溶液，没有蒸发脱盐就不可能从甜菜碱化学合成反应已经完成的水溶液体系中经济地分离出盐类化合物，只有二者不可分割地紧密结合才能以工业规模经济地使甜菜碱化学合成反应已经完成的水溶液体系中的甜菜碱和盐类化合物彻底分离进而获得高纯度的无水甜菜碱或一水甜菜碱。

下面特别针对甜菜碱化学合成反应已经完成的水溶液体系详细叙述，最后将给出一个具体实施的方式。

以氯乙酸和三甲胺、或者氯乙酸和三甲胺及碱金属氢氧化物、或者碱金属的氯乙酸盐和三甲胺为原料进行的甜菜碱的化学合成反应完成后，我们就得到了甜菜碱和盐类化合物含量都很高的反应产物的水溶液体系，此时盐类化合物浓度大致在50000-150000ppm不等。

参见图3，我们看到有不可缺少的电渗析和蒸发脱盐这两个过程。在1号产品池(或2号产品池，设置两个产品池是为了方便间歇操作时批次轮换)中加入甜菜碱化学合成反应已经完成的待分离水溶液体系。

开工阶段，如果愿意，1号盐水池也可以加入与1号产品池相同的待分离水溶液体系。当然也可以不这样做而直接注入水。这里我们就注入与1号产品池一样的待分离水溶液体系。

启动电渗析器，使其开始工作。这时，1号产品池中的待分离水溶液就开始在电渗析器的淡室内进行循环，1号盐水池中的反应产物的水溶液则在电渗析器的浓室内进行循环。随着电渗析的进行，1号产品池中的被分离水溶液体系中的盐类化合物不断地转移到1号盐水池的反应产物的水溶液中，即电渗析使产品池中的水溶液脱盐而使1号盐水池中水溶液盐份增浓。

在本发明中，无需理会如果应用普通电渗析流程会发生的令人头痛的甜菜碱透过电渗析器离子交换膜的问题。溶解在水中的甜菜碱是电中性的，不呈离子态，不会在电场的作用下由离子交换透过离子交换膜，因而浓差是甜菜碱透过离子交换膜的主要动力，但是现在由于淡室和浓室的甜菜碱的浓度大致相当，故可以认为产品池液体体系中的甜菜碱由淡室透过膜进入浓室而转移到盐水池的行为并不明显，并不影响我们的分离正常进行。如果我们在开工的时候，1号盐水池注入的是水，那么此时产品池水溶液中的甜菜碱由淡室透过膜进入浓室而转移到盐水池水中的现象将是非常严重的，但是幸好在本发明中，盐水池中盐水的体积是有限度的，是不向外界排放的。随着电渗析的进行，1号盐水池中的盐浓度不断提高，最后必须送蒸发器蒸发脱盐，透过膜转移到1号盐水池水中的甜菜碱还将随蒸发脱掉了相当部分盐的液相一起返回到1号盐水池。这种情况下，由于累积作用，1号盐水池中的甜菜碱的浓度还有可能高于1号产品池液体中甜菜碱的浓度，如果这样，浓差动力将使1号盐水池液体中的甜菜碱由浓室透过离子交换膜进入到淡室而转移到产品池，这正好是我们所希望的。因此，在浓室液体的甜菜碱浓度高于淡室液体的甜菜碱浓度的时候，如图四所示的过程是完全可能发生的：甜菜碱与盐类化合物在某一时刻由于不同的迁移动力驱使导致它们的迁移方向相反。

当电渗析进行了一段时间后，1号产品池液体中的盐的浓度或者说电渗析器淡室液体盐的浓度有了较大幅度的降低，而1号盐水池水溶液中盐的浓度或者说电渗析器浓室液体盐的浓度有了较大幅度的提高，以致达到了这样的情形：如果电渗析继续进行，虽然1号产品池液体中的盐的浓度或者说电渗析器淡室液体盐的浓度还能有所降低，而1号盐水池水溶液中盐的浓度或者说电渗析器浓室液体盐的浓度相应的也还能有所提高，但是，由于电渗析器淡室和浓室盐的浓度差影响的程度越来越大，导致电渗析的电流效率低到令人雄以忍受的地步，这时我们就开通2号盐水池使其水溶液在电渗析器的浓室循环，而1号盐水池的循环则随即予以关闭。2号盐水池内开工阶段可以是注入的水，而正常运转后则是由3号盐水池转移过来的盐水浓度较2号盐水池低的盐水。

1号盐水池的高浓度盐水此时就被送往蒸发器蒸发水分以使盐达到更高的浓度继而结晶出来并从液相分离出去，由于甜菜碱在水中的溶解度远远大于盐类化合物在水中的溶解度，因而甜菜碱可以毫无损失地随液相返回到1号盐水池。蒸发冷凝水视情况可以返回本发明的分离***，如1号盐水池或其他容器。此外，1号盐水池还要接受后面2号盐水池循环结束后转移过来的盐水，并视情况如果必要的话适当地补充水，最后使1号盐水池达到可以重新工作的状态。

2号盐水池代替1号盐水池后电渗析继续进行着，1号产品池内的被分离水溶液在电渗析器的淡室继续循环。2号盐水池比刚刚关闭的1号盐水池的盐水浓度要低得多，此时电渗析的电流效率又会恢复到一个较高的水平。产品池内液体或者说电渗析器淡室液体盐的浓度随着电渗析的进行又会有较大幅度的下降，2号盐水池盐水盐的浓度或者说电渗析器浓室液体盐的浓度相应的也会有较大幅度的提高。同样的，当电渗析器淡室和浓室盐的浓度差影响的程度越来越大时，电渗析的电流效率也会降低，和前面一样，如果电渗析继续进行，虽然产品池液体中的盐的浓度或者说电渗析器淡室液体盐的浓度还能有所降低，而2号盐水池盐水盐的浓度或者说电渗析器浓室液体盐的浓度相应的也还能有所提高，但是，电渗析的电流效率却低到令人难以忍受的地步，自然此时我们就开通3号盐水池使其盐水在电渗析器的浓室循环，而2号盐水池的循环则随即予以关闭并将其中的盐水转移到1号盐水池。3号盐水池内开工阶段可以是注入的水，而正常运转后则是由4号盐水池转移过来的盐水浓度较3号盐水池低的盐水。

和前面方式一样，3号盐水池代替2号盐水池后电渗析继续进行，1号产品池内的液体仍然在电渗析器的淡室继续循环着。3号盐水池比刚刚关闭的2号盐水池的盐水浓度要低得多，此时电渗析的电流效率又会恢复到一个较高的水平。产品池内液体盐的浓度随着电渗析的进行又会有较大幅度的下降，3号盐水池盐水盐的浓度或者说电渗析器浓室液体盐的浓度相应的也会有较大幅度的提高。同样的，当电渗析器淡室和浓室盐的浓度差影响的程度越来越大时，电渗析的电流效率也会降低，和前面一样，如果电渗析继续进行，虽然产品池液体中的盐的浓度或者说电渗析器淡室液体盐的浓度还能有所降低，而3号盐水池盐水盐的浓度或者说电渗析器浓室液体盐的浓度相应的也还能有所提高，但是，电渗析的电流效率却低到令人难以忍受的地步，自然此时我们就开通4号盐水池使其盐水在电渗析器的浓室循环，而3号盐水池的循环则随即予以关闭并将其中的盐水转移到2号盐水池。

如此反复，直到我们开通了最后一个N号盐水池并使其液体在电渗析器的浓室循环。在本发明中，N号盐水池初始注入的总是水。因为到此时此刻，1号产品池液体中盐的含量已经很小很小了，溶液中溶解的基本上都是甜菜碱了。当淡室液体盐含量极小时，我们如果还要继续对其进行脱盐，并且还要维持电渗析较高的电流效率，那么盐水池里液体的盐浓度尽可能的低就是必然，因此，N号盐水池初始总是注入淡水。

由上面我们可以看出，在本发明中，正是电渗析将盐类化合物彻底从待分离液体体系转移到电渗析器的浓室***即盐水池盐水中并使盐水增浓，因此是电渗析帮助我们获得了高纯度的甜菜碱溶液。由于甜菜碱强大的渗透力使它始终和盐类化合物一起共存于液体中，我们无法得到不含甜菜碱的纯粹的含盐溶液。因此仅靠电渗析不能将盐干净利落地从体系中分离出去。从待分离体系中分离出纯粹的固态盐类化合物，必须依靠对经过了电渗析器浓室循环的盐水池盐水进行蒸发脱盐，这是本发明的另一个特征。借助于电渗析的增浓作用，我们可以更好地完成对盐水的蒸发脱盐，但是对盐水浓度最高的1号盐水池盐水进行蒸发脱盐是最经济的。显然，电渗析手段和蒸发脱盐手段二者密不可分地结合在一起才能以工业规模从甜菜碱化学合成反应已经完成的水溶液体系(类似体系包括由于某种原因甜菜碱和盐类化合物形成的水溶液、特别是由于某种原因甜菜碱和盐类化合物形成的甜菜碱和盐类化合物二者浓度均很高的水溶液)中经济地分离出高纯度的甜菜碱。

在本发明中，以参加合成反应的氯乙酸或碱金属的氯乙酸盐的mol量为计算基准，水的总注入量为400-1000L/kmol，除了注入到末端N号盐水池外，视情况还有部分注入到其它盐水池中。也就是说，要处理每千摩尔氯乙酸或碱金属的氯乙酸盐和三甲胺反应得到的、由第三步而来的液体体系，我们就必须向浓室***即各盐水池注入400-1000升水。生产过程中电渗析器浓室***即盐水池中的水量必须维持平衡，因而蒸发脱盐时蒸发掉的水量就相当于我们注入的水量。自始至终在电渗析器的浓室进行循环的盐水即各盐水池中的液体体积之和是相对固定的；注入的水量等于***蒸发的水量，处理每千摩尔氯乙酸或碱金属的氯乙酸盐和三甲胺反应得到的液体体系，这个水量为400-1000升，这是本发明的又一个特征。

由上面的阐释并结合图4的示意，显然我们还可以得出本发明的另一个特征：随着在电渗析器的淡室中不断循环的被分离液体体系盐含量的不断降低，虽然从某一个盐水池液体看，或者从电渗析浓室液体上看，在某一小段时间其盐水盐浓度是越来越高的，但是从时间的总体上看，从1号到N号盐水池，池中盐水的浓度是呈降低的趋势，就是说1号盐水池中的盐的浓度最高，N号盐水池中的盐的浓度最低且N号盐水池初始总是注入淡水，它们分别对应着1号产品池被分离液体体系由低到高不同的脱盐程度，或者说对应着电渗析器的、由高到低不同盐浓度的淡室液体。精确的说法就是：在本发明中，随着在电渗析器的淡室中不断循环的、甜菜碱化学合成反应产物的水溶液或类似体系中盐含量的不断降低，在电渗析器浓室进行循环的液体即盐水盐的浓度，从局部或微观时间上来看是越来越高，但从整体或宏观时间上来看却必须是相应地越来越低。

由上述我们知道了随着电渗析的进行，在电渗析的淡室进行循环的产品池中的液体体系基本上是处于液体体积相对不变、但其所含盐的浓度不断降低的过程之中，这种循环方式是间歇的，一直要进行到脱盐达到令人满意的程度以便最后得到高纯度的甜菜碱溶液；为了能够配合在电渗析器的淡室进行循环的产品池中的液体体系的这种变化及这种变化的趋势，我们必须使在电渗析器浓室中循环的盐水池中体积有限的盐水在总体上的各个阶段具有由高到低不同的盐浓度，为方便此一目的，我们设置N个(N≥1)盐水池，这些盐水池的盐水按照先浓后稀的顺序依次在电渗析器的浓室进行循环，且盐水池的盐水循环结束后盐水总是转移到上一级盐水浓度更高的盐水池中，甜菜碱化学合成反应产物水溶液中的盐类化合物就是通过在电渗析器的浓室进行了循环后达到了很高盐浓度的盐水池(最经济的是1号盐水池)盐水的蒸发脱盐而被经济地分离出的。本发明中设置多少个盐水池并不关键，设置N个盐水池一是方便顺利地实现盐水池盐水浓度的快速转变，二是能够做到总是对浓度最高的盐水进行蒸发脱盐，这样可以最大限度的节约能源。如果流体的传输手段很充分并且具备很廉价的能源，甚至也可以只设1个盐水池，如果此时只设1个盐水池，那么从这唯一的盐水池中转移盐水到蒸发器的速度以及由外界向这唯一的盐水池补充水的速度就要得到相应的、精密的控制，以保证其盐水浓度变化的整体趋势与淡室的产品液体的盐浓度的变化趋势一致即越来越低；只设一个盐水池将有诸多不便，实际生产时由于操作不容易十分精密极易导致蒸发水量加大，能耗相应增加，另外蒸发器蒸发脱盐后的母液中甜菜碱的累积量会越来越大，到一定程度这样的母液当然可以返回到电渗析器的淡室***即产品池，这样就发生了有些盐类化合物二次经过膜分离的情形了。

在本发明中，我们可以很方便地通过测定被分离液体的电导率的方法来判断1号产品池中的被分离液体体系经过电渗析器的淡室循环后是否获得了高纯度的甜菜碱水溶液。一旦获得了高纯度的甜菜碱水溶液，就可将此溶液按照传统的方法如喷雾干燥、蒸发冷却结晶等等生产出质量优异的无水甜菜碱或者一水甜菜碱，它们可以是医药级、食品级、化妆品级、饲料级等等，如果干燥设备先进，工业规模生产的产品其甜菜碱的含量能够高达99.0％以上。

由图3所示的本发明的技术流程图可以看到本发明的生产过程回收了化学合成甜菜碱的副产物--固态盐类化合物，整个过程没有重要物资排放，即不存在环境污染问题。由于在整个分离过程中，没有甜菜碱随液体向外部环境排放，因此甜菜碱的收率完全取决于待分离体系中甜菜碱的含有量，也就是说取决于甜菜碱化学合成的产率。

应用本发明可以很方便地生产盐酸甜菜碱即甜菜碱盐酸盐，这时只需要向得到的高纯度的甜菜碱溶液中加入足量的盐酸，然后即可蒸发结晶分离得到高纯度的盐酸甜菜碱即甜菜碱盐酸盐，因母液中只含有盐酸甜菜碱即甜菜碱盐酸盐，故可以无限次地全部返回套用，这样盐酸甜菜碱的生产也实现了零排放、无污染，这是目前盐酸甜菜碱的传统生产方法根本无法媲美的。由用本发明得到的无水甜菜碱或一水甜菜碱去制造复合甜菜碱，就不会有任何作用可疑的成分掺杂其中。

附图说明    图1：淡室、浓室均封闭循环的情形：1.淡室池，2.电渗析器，3.浓室池，4.浓室循环，5.淡室循环。图1的流程是一种典型的电渗析流程，可用于水溶液中不透过离子交换膜的较高分子量电中性有机物与盐类化合物的分离，然而不能用于分离甜菜碱。图2：浓室开放的情形：1.淡室池，2.电渗析器，3.浓室开放即流经浓室的水排放，4.淡室循环。图2的流程也是一种典型的电渗析流程，在海水电渗析淡化流程中常常见到。可用于水溶液中不透过离子交换膜的较高分子量电中性有机物与盐类化合物的分离，然而也不能用于分离甜菜碱。图3：本发明电渗析脱盐和蒸发脱盐二者缺一不可的分离***。1.电渗析器，2.1号产品池，3.2号产品池，4.1号盐水池，5.2号盐水池，6.3号盐水池，7.N号盐水池，8.蒸发，9.固液分离，10.电渗析淡室循环，11.电渗析浓室循环，12.补充水，13.盐水送蒸发器，14.蒸发冷凝水，15.分离出的副产品：固态盐类化合物，16.液相返回。应用这套分离***，我们能够以工业规模从甜菜碱化学合成反应产物的水溶液中经济地分离出高纯度的甜菜碱。图4：甜菜碱与盐类化合物在某一时刻它们的迁移方向可能相反。1.电渗析器的负极，2.电渗析器的正极，3.阳膜，4.阴膜，5.阳膜，6.阴膜，7.阳膜，8.阴膜，9.电渗析器浓室循环液体，10.电渗析器淡室循环液体。

具体实施方式    一个实施例：

分别将6kmol氯乙酸和适量的三甲胺及氢氧化钠于水中反应完毕的产物体系用水稀释到3000-6000L左右，送往图3所示的分离***的1号产品池、2号产品池和1号盐水池。

在分离***，设置了2个产品池，6个盐水池。2-6号盐水池我们都先注入水，这里预先注入的水的总体积为3000L，平均或不平均分配给2-6号盐水池。

启动电渗析开始工作，1号产品池中的液体就开始一直不间断地在电渗析器淡室进行循环直到我们得到高纯度的甜菜碱水溶液。

盐水***中的1号盐水池的液体首先在电渗析器的浓室进行循环，由于电渗析的作用，1号产品池被分离体系中的盐不断地转移到1号盐水池，随着过程的进行，1号产品池中的盐浓度有了一定程度的降低，而1号盐水池中的液体盐的含量有了最大限度的增浓，由于盐的浓差作用，电渗析的电流效率此时已经处于一个较低的水平，这种状况必须改变，此刻我们就开通2号盐水池并随即关闭1号盐水池。

1号盐水池的液体送往蒸发器蒸发水分，大量的盐类化合物--化学合成甜菜碱的副产物将从液相结晶出来，分离出固态结晶后液体返回到1号盐水池。

2号盐水池初始注入的是水，由于是在电渗析器的浓室中进行循环，很快就有大量的盐类化合物从1号产品池的被分离体系中转移过来。1号产品池中的盐浓度又有了进一步的降低，2号盐水池中液体的盐浓度达到了很高的程度，与此同时电渗析的电流效率也达到了一个较低的水平，这种状况必须改变，此刻我们就开通3号盐水池并随即关闭2号盐水池。将2号盐水池的盐水送往1号盐水池。

这样1号盐水池除了接受蒸发脱盐后返回的液体，还接受了2号盐水池转移过来的、盐浓度较1号盐水池达到最高盐浓度时要低的多的盐水，再向1号盐水池适当地补充水使它重新处于与原来初始状态大致相同的工作状况。

现在是3号盐水池的水在电渗析器的浓室中循环，循环结束后，3号盐水池中的盐水送往2号盐水池，2号盐水池也视情况适当补充水使之处于一个良好的起始工作状态。

如此反复，在电渗析器的浓室进行循环的依次是从1号到6号盐水池中的盐水，虽然看单个的盐水池中的盐水浓度是越来越大，但是从整体上比较来看，1号到6号盐水池盐水的盐浓度却是越来越低。与此对应的是一直不间断地在电渗析器的淡室进行循环的1号产品池的甜菜碱化学合成反应产物的水溶液中的盐越来越少。

直到6号盐水池的水在电渗析器的浓室进行循环结束时，这时1号产品池中的液体的电导率达到了400微姆欧/厘米以下，这提示我们：1号产品池中的液体已经是高纯度的甜菜碱溶液了！这样我们可以将1号产品池中的高纯度甜菜碱溶液转移出去并借助于喷雾干燥、蒸发结晶等传统的方法由这样的溶液生产出高纯度的无水甜菜碱或一水甜菜碱，也可以由此溶液实现无污染生产高纯度的盐酸甜菜碱或甜菜碱盐酸盐。

当1号产品池中甜菜碱化学合成反应产物的水溶液中的盐被彻底分离后，我们就开始让2号产品池中的待分离的甜菜碱化学合成反应产物的水溶液一直不间断地在电渗析器淡室进行循环直到也得到高纯度的甜菜碱水溶液。同样我们最初是让1号盐水池的盐水在电渗析器的浓室中循环，随着2号产品池中的盐浓度的降低，随后依次是2号、3号直至6号盐水池，而6号盐水池注入的总是水。

分离过程就这样周而复始。

Claims (8)

1.一种涉及从甜菜碱化学合成反应产物的水溶液中分离甜菜碱的方法。其特征是：对体积相对不变的甜菜碱化学合成反应产物的水溶液体系或类似体系以间歇的方式进行不间断的电渗析器淡室循环，同时将蒸发脱盐手段不可缺少地应用于经过了电渗析器浓室循环的、液体体积受到了限制的、盐浓度受到了阶段性控制的浓室的盐水；电渗析手段和蒸发脱盐手段二者缺一不可，没有电渗析脱盐就不可能从甜菜碱化学合成反应产物的水溶液或类似体系中经济地得到高纯度的甜菜碱水溶液，没有蒸发脱盐就不可能从甜菜碱化学合成反应产物的水溶液或类似体系中经济地分离出纯粹的固态盐类化合物。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于必须借助于电渗析手段从甜菜碱化学合成反应产物的水溶液或类似体系中分离出盐类化合物才能经济地得到高纯度的甜菜碱水溶液。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于从甜菜碱化学合成反应产物的水溶液或类似体系中分离出盐类化合物必须依靠对经过了电渗析器浓室循环的盐水进行蒸发脱盐。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于随着在电渗析器的淡室中不断循环的、甜菜碱化学合成反应产物的水溶液或类似体系中盐含量的不断降低，在电渗析器浓室进行循环的液体即盐水盐的浓度从局部或微观时间上来看是越来越高，但从整体或宏观时间上来看却必须是相应地越来越低。

5.根据权利要求1和2所述的方法，其特征在于甜菜碱化学合成反应已经完成的液体体系或类似体系是以间歇的方式、在体积相对不变的情况下始终不间断地在电渗析器的淡室进行循环，直到达到符合要求的控制指标而获得高纯度的甜菜碱水溶液。

6.根据权利要求1、3和4所述的方法，其特征在于自始至终在电渗析器的浓室进行循环的盐水的体积之和是相对固定的。

7.根据权利要求1、3和4所述的方法，其特征在于生产过程中必须长期向电渗析器的浓室***即盐水***注入水，浓室***即盐水***水的注入量就相当于该***水的蒸发量。

8.根据权利要求1、3、4和7所述的方法，其特征在于处理每千摩尔氯乙酸或碱金属的氯乙酸盐和三甲胺反应得到的水溶液体系，浓室***即盐水***水的注入量为400-1000升。

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