一种应用膜集成技术联产氨基酸及其类似物的绿色环保方法.pdf

本发明属于有机化合物的生产、分离和纯化的技术领域，具体涉及一种应用膜集成技术联产氨基酸及其类似物的绿色环保方法。该方法通过双极膜电渗析和传统电渗析的联合应用，以及膜脱色、膜浓缩、MVR蒸发等工艺的结合。该方法能使分离纯化步骤与甘氨酸等的生产工艺良好的衔接，实现了联产，操作时，无需额外加酸酸化，不副产无机盐，实现了产品的循环可持续生产，提高了产品收率和纯度，缩短了生产周期，绿色环保，环境友好。

权利要求书
1.  一种连续生产和分离甘氨酸和亚氨基二乙酸的方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、将生产获得的甘氨酸盐和亚氨基二乙酸二盐的混合溶液通过第一次双极膜电渗析处理，得含有甘氨酸和亚氨基二乙酸一盐的混合溶液；
B、所述含有甘氨酸和亚氨基二乙酸一盐的混合溶液再通过传统电渗析处理，得分开的甘氨酸和亚氨基二乙酸一盐溶液；
C、所述亚氨基二乙酸一盐溶液通过第二次双极膜电渗析处理，得亚氨基二乙酸。

2.  根据权利要求1所述的连续生产和分离甘氨酸和亚氨基二乙酸的方法，其特征在于：所述第一次双极膜电渗析处理时，使料液pH降低到5-6，得甘氨酸；所述第二次双极膜电渗析处理时，使料液pH降低到1.5-2.5，得亚氨基二乙酸。

3.  根据权利要求1所述的连续生产和分离甘氨酸和亚氨基二乙酸的方法，其特征在于：所述双极膜电渗析使用的装置为配备了单独的储罐、循环泵、过滤器和换热器的双极膜电渗析设备，即：在所述双极膜电渗析设备的原料液、碱液和极液管路中，分别设置了依次连接的贮罐、循环泵、过滤器和换热器。

4.  根据权利要求3所述的连续生产和分离甘氨酸和亚氨基二乙酸的方法，其特征在于：所述双极膜电渗析设备包括双极膜膜堆；所述双极膜膜堆两侧为钛涂钌铱、钛镀铂、石墨电极和不锈钢电极中的任一种形成的一对阴阳电极，内部双极膜和阳离子交换膜交替放置，分别构成料液室和碱液室。

5.  根据权利要求1至4任一项所述的连续生产和分离甘氨酸和亚氨基二乙酸的方法，其特征在于：所述双极膜电渗析处理时，操作电流密度为300-500A/m2，工作温度10-40℃；所述传统电渗析处理时，操作电流密度为50-350A/m2，工作温度10-40℃。

6.  根据权利要求1所述的连续生产和分离甘氨酸和亚氨基二乙酸的方法， 其特征在于：所述甘氨酸盐和亚氨基二乙酸二盐的混合溶液进行第一次双极膜电渗析处理前，先进行膜脱色。

7.  根据权利要求6所述的连续生产和分离甘氨酸和亚氨基二乙酸的方法，其特征在于：所述膜脱色为压力驱动膜过滤脱色，所采用的膜为有机膜、陶瓷膜或金属膜；膜的孔径范围为2-100nm，工作温度10-40℃，压力为0.05-1Mpa。

8.  根据权利要求1所述的连续生产和分离甘氨酸和亚氨基二乙酸的方法，其特征在于：对所述步骤B传统电渗析的淡水中获得的甘氨酸溶液进行膜浓缩，使甘氨酸浓度提高到15％-20％，再通过MVR蒸发结晶，得甘氨酸产品。

9.  根据权利要求8所述的连续生产和分离甘氨酸和亚氨基二乙酸的方法，其特征在于：所述膜浓缩为压力驱动膜浓缩，所采用的膜为卷式纳滤膜或反渗透膜；膜的孔径范围为0.1-10nm，工作温度10-40℃，压力为0.5-3Mpa。

10.  根据权利要求1所述的连续生产和分离甘氨酸和亚氨基二乙酸的方法，其特征在于：对所述步骤C双极膜电渗析的酸室中获得的亚氨基二乙酸溶液进行MVR蒸发结晶，得亚氨基二乙酸产品。

11.  一种连续生产和分离两种以上具有不同等电点的有机化合物的方法，所述有机化合物为氨基酸，或者为含有羧基和/或氨基的氨基酸衍生物，其特征在于：
将生产获得的所述含有两种以上有机化合物的盐的混合溶液Ⅰ通过第一次双极膜电渗析处理，得含有第一种有机化合物和剩余有机化合物的盐的混合溶液Ⅱ；所述混合溶液Ⅱ通过第一次传统电渗析处理，得分开的第一种有机化合物和剩余有机化合物的盐溶液；所述剩余有机化合物的盐溶液再经第二次双极膜电渗析处理，得含有第二种有机化合物的溶液；
若所述含有第二种有机化合物的溶液内还含有其他有机化合物的盐，则重复传统电渗析处理、双极膜电渗析处理再到传统电渗析处理的步骤，继续分离，分别获得所述有机化合物。

12.  根据权利要求11所述的连续生产和分离两种以上具有不同等电点的有机化合物方法，其特征在于：所述有机化合物为甘氨酸、丙氨酸、蛋氨酸、丝 氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、氨基丙醇和亚氨基二羧酸中的任意两种或两种以上；所述有机化合物的盐为有机化合物的钾盐、钠盐、铵盐、硫酸盐、磷酸盐或醋酸盐。

13.  根据权利要求11所述的连续生产和分离两种以上具有不同等电点的有机化合物方法，其特征在于：所述双极膜电渗析使用的装置为配备了单独的储罐、循环泵、过滤器和换热器的双极膜电渗析设备，即：在所述双极膜电渗析设备的原料液、碱液和极液管路中，分别设置了依次连接的贮罐、循环泵、过滤器和换热器。

14.  根据权利要求13所述的连续生产和分离两种以上具有不同等电点的有机化合物方法，其特征在于：所述双极膜电渗析设备包括双极膜膜堆；所述双极膜膜堆两侧为钛涂钌铱、钛镀铂、石墨电极和不锈钢电极中的任一种形成的一对阴阳电极，内部双极膜和阳离子交换膜交替放置，分别构成料液室和碱液室。

15.  根据权利要求11所述的连续生产和分离两种以上具有不同等电点的有机化合物方法，其特征在于：所述有机化合物的盐的混合溶液Ⅰ在进行第一次双极膜电渗析处理前，先进行膜脱色；所述双极膜电渗析或传统电渗析处理后分离得到的单一有机化合物的溶液，分别依次通过膜浓缩、MVR蒸发得产品，或直接通过MVR蒸发得产品。

说明书一种应用膜集成技术联产氨基酸及其类似物的绿色环保方法
技术领域
本发明属于有机化合物的生产、分离和纯化的技术领域，具体涉及一种应用膜集成技术联产氨基酸及其类似物的绿色环保方法。
背景技术
氨基酸是含有氨基和羧基的一类有机化合物的通称，是生物功能大分子蛋白质的基本组成单位，是构成动物营养所需蛋白质的基本物质。此处的氨基酸类似物，是指含有羧基和/或氨基的氨基酸衍生物，特别是在氨基酸生产过程中产生的副产物，其与氨基酸一样具有特定的等电点。由于氨基酸为人体和动物必须，所以广泛用于医药、食品、农药、饲料添加剂等生产领域。目前，氨基酸的合成方法包括提取法、化学合成法、微生物发酵法和酶法等，为了使生产的氨基酸具有更好的市场竞争力，两个关键点就在于降低生产成本和提高产品纯度。下面以甘氨酸的生产为例，阐述氨基酸生产纯化过程中存在的一些问题。
甘氨酸又名氨基乙酸，是一种重要的精细化工合成中间体，主要用于合成农药草甘膦。随着人们生活水平的提高，食品、医药行业逐渐成为使用甘氨酸的最大需求领域，其市场需求量很大，2010年全球需求量将接近1000kt。甘氨酸的制备方法包括施特雷克(Strecker)法、氯乙酸氨解法和生物发酵等。这些方法中，生产获得甘氨酸的同时，还会副产其他氨基酸或氨基酸类似物，需要特别进行分离纯化，才能获得一定纯度的甘氨酸产品，其纯化过程中又面临纯化路线设计、能耗控制、三废排放等问题。
具体又以氯乙酸氨解法合成甘氨酸的工艺为例，该工艺存在很多不足，一是氯化铵等副产品难以分离，导致产品质量差，不能满足医药和食品工业的需求，若精制则生产成本较高；二是作为催化剂的乌洛托品无法回收，造成很大 资源浪费；三是反应时间长，不易连续操作。而且，该工艺生产获得甘氨酸的同时还副产亚氨基二乙酸。亚氨基二乙酸作为一种重要的精细化工中间体，广泛应用于农药、电镀行业、染料、水处理、电子等众多领域，也具有良好的经济价值。然而，在该氯乙酸法副产亚氨基二乙酸中，亚氨基二乙酸的生产存在工艺流程长、产品纯度低、成本高、“三废”严重等问题。如何能高效的分离并获得高纯度的甘氨酸和亚氨基二乙酸，成为同时解决前述问题的关键点。
所述氨基酸的制备工艺中，通常获得碱金属盐形式的氨基酸，如氨基乙腈的氨水溶液水解得到含甘氨酸盐的碱解液。传统的分离纯化方法，大多采用酸中和氨基酸的碱金属盐的水溶液，之后再通过结晶方法回收氨基酸。如中国专利文献CN1962611公开了一种羟基乙腈法制备甘氨酸的工艺，将羟基乙腈、氨水混合反应，得到氨基乙腈的氨水溶液，向得到的氨化液中直接加入无机碱，得到含甘氨酸盐的碱解液，再将碱解液脱氨后用无机酸中和、脱色，脱色液经过浓缩分步结晶和重结晶得到甘氨酸和无机盐。此方法的缺点是：如在中和甘氨酸的钠盐过程中，中和产生的诸如硫酸钠和氯化钠等无机盐的溶解度与甘氨酸非常相似，不能通过一级结晶充分回收甘氨酸，而需要通过反复调节pH值来进行逐步结晶，或者调节温度来进行逐步结晶。这些操作都非常烦杂，不易把握，而且生产效率低下，工业实施很困难。更重要的是，所述方法不能同时分离并回收作为副产物的亚氨基二羧酸和作为产物的氨基酸。
中国专利文献CN101792397公开了一种利用电渗析分离甘氨酸与亚氨基二乙酸混合物的方法，其利用电渗析设备，根据甘氨酸和亚氨基二乙酸等电点的不同来调整pH，以使其中一种带电和不带电，从而在电渗析装置的浓水室和淡水室富集得到不同的产品。该方法虽然实现了甘氨酸和亚氨基二乙酸的分离，但是首先需要将甘氨酸盐转变成甘氨酸，且混合物中不能有其他无机酸盐的干扰，难以与前续的甘氨酸合成工艺进行衔接，不能实现联产。另外，该工艺仍然不能解决甘氨酸合成中三废的问题，能耗较大，且产品品质也有待提高。
基于上述现有技术，本发明研究人员致力于开发一条绿色、环境友好的，能够连续生产和分离氨基酸及其类似物的工艺。
发明内容
有鉴于此，本发明首先提供一种连续生产和分离甘氨酸和亚氨基二乙酸的方法，该方法能够直接与甘氨酸的合成工艺相衔接，直接对甘氨酸盐和亚氨基二乙酸二盐的混合溶液进行处理，无需加酸酸化，不副产无机盐，绿色环保，生产周期短，产品收率和纯度高。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种连续生产和分离甘氨酸和亚氨基二乙酸的方法，包括以下步骤：
A、将生产获得的甘氨酸盐和亚氨基二乙酸二盐的混合溶液通过第一次双极膜电渗析处理，得含有甘氨酸和亚氨基二乙酸一盐的混合溶液；
B、所述含有甘氨酸和亚氨基二乙酸一盐的混合溶液再通过传统电渗析处理，得分开的甘氨酸和亚氨基二乙酸一盐溶液；
C、所述亚氨基二乙酸一盐溶液通过第二次双极膜电渗析处理，得亚氨基二乙酸。
所述步骤A中，通过双极膜电渗析将溶液的pH降至甘氨酸的等电点附近，即将甘氨酸盐转换为甘氨酸，而此时亚氨基二乙酸二盐仅转变为亚氨基二乙酸一盐；所述步骤B中，再通过传统电渗析将不带电荷的甘氨酸和带电荷的亚氨基二乙酸一盐分离开来；所述步骤C中，再通过双极膜电渗析将溶液的pH降至亚氨基二乙酸的等电点附近，即将亚氨基二乙酸一盐转换为亚氨基二乙酸。该过程实现了甘氨酸和亚氨基二乙酸的连续分离，全过程无需加酸酸化，不副产无机盐，绿色环保；由于工艺良好的衔接，生产周期短，而通过双极膜电渗析和传统电渗析分别富集产品溶液，该溶液经过简单的浓缩，即可获得高收率和高纯度的产品。
所述甘氨酸盐和亚氨基二乙酸盐具体可为甘氨酸和亚氨基二乙酸的钾盐、钠盐、铵盐等。
具体地，作为双极膜电渗析装置的一种具体形式，其膜组单位为盐/碱二室式，包括阴极室、阳离子交换膜、碱液室、双极膜、料液室、阳极室、压力表、 流量计、管路和直流电源。在运行时，盐溶液通过料液泵进入料液室，在直流电场作用下，双极膜将水解离成H+和OH-，分别进入料液室和碱室。阳离子通过阳离子交换膜进入碱室，与双极膜解离出的OH-结合成无机碱，弱酸根离子与双极膜电离出来的H+结合成弱酸，得到产品。
作为传统电渗析装置的一种具体形式，其包括由阴极、阳离子交换膜、阴离子交换膜、阴极室、浓缩室(接收液室)、淡化室(进料室)、阳极室、压力表、流量计、管路和直流电源。在运行时，亚氨基二乙酸一钠盐溶液通过料液泵进入淡化室，在外加直流电场的作用下，阳离子和阴离子分别通过阳离子交换树脂和阴离子交换树脂到达浓缩室，从而使淡化室中只有甘氨酸，浓缩室中只有亚氨基二乙酸一钠盐溶液。
进一步，所述第一次双极膜电渗析处理时，使料液pH降低到5-6(优选pH降低到5.5-6)，得甘氨酸；所述第二次双极膜电渗析处理时，使料液pH降低到1.5-2.5，得亚氨基二乙酸。
进一步，所述双极膜电渗析使用的装置为配备了单独的储罐、循环泵、过滤器和换热器的双极膜电渗析设备，即：在所述双极膜电渗析设备的原料液、碱液和极液管路中，分别设置了依次连接的贮罐、循环泵、过滤器和换热器。该结构的设置对双极膜电渗析装置的功能进行了强化和延展，使结构紧凑、操作简单、成本低、过程能耗低、回收率高。具体地，所述贮罐利于料液的循环和贮存，扩大批产量；所述循环泵促进料液在管路中循环转化；所述过滤器可滤除颗粒物等杂质，延长双极膜电渗析装置的寿命；所述换热器可及时的对双极膜电渗析装置进行换热，促进反应朝着需要的方向进行。而且，换热器与双极膜电渗析设备为独立的部件，不会像其他内置于双极膜电渗析装置内的换热组件那样破坏双极膜膜堆的整体结构，换热器的设置不会影响双极膜电渗析设备的扩大连续化生产和结构优化。
进一步，所述双极膜电渗析设备包括双极膜膜堆；所述双极膜膜堆两侧为钛涂钌铱、钛镀铂、石墨电极和不锈钢电极中的任一种形成的一对阴阳电极，更优选所述双极膜膜堆两侧为一对钛涂钌铱阴阳电极。进一步，所述双极膜膜 堆内双极膜和阳离子交换膜交替放置，分别构成料液室和碱液室。此处，换热器具体可通过管道与双极膜膜堆相接，以实现换热功能。
进一步，所述双极膜电渗析处理时，操作电流密度为300-500A/m2，在此范围的电流密度下运行设备，即可以减少设备投资，又降低了运行能耗，使总生产成本降低；工作温度10-40℃，此温度范围内膜内基团活性高，利于离子在膜内的迁移，提高效率。进一步，所述传统电渗析处理时，操作电流密度为50-350A/m2，工作温度10-40℃。
进一步，所述甘氨酸盐和亚氨基二乙酸二盐的混合溶液进行第一次双极膜电渗析处理前，先进行膜脱色。产品的脱色是工程技术界非常棘手的技术难题，诸如Strecker法等化学反应合成法获得的氨基酸的碱金属盐的水溶液含有大量有色杂质，使得到的氨基酸粗品呈浅褐色乃至黑褐色，没有达到氨基酸的色度标准。为了提高最终产品氨基酸的品质，需要对该液体进行脱色处理，传统的脱色方法是使用活性炭脱色工艺，但由于除杂不彻底，产品的颜色仍然很深，影响产品品质，且因活性炭吸附造成产品中有效成分的大量损失，工艺复杂，生产成本高，产率低，产品品质不高。本发明此处先进行脱色除杂处理，一方面保护了双极膜电渗析装置和传统电渗析装置，与前述工艺实现了完美的衔接；另一方面又不用对后续得到的目标物溶液再进行脱色处理，简化了步骤，且浓缩获得的结晶产品品质也高。
进一步，所述膜脱色为压力驱动膜过滤脱色，所采用的膜为有机膜、陶瓷膜或金属膜；膜的孔径范围为2-100nm，工作温度10-40℃，压力为0.05-1Mpa。
进一步，对所述步骤B传统电渗析的淡水中获得的甘氨酸溶液进行膜浓缩，使甘氨酸浓度提高到15％-20％，再通过MVR蒸发结晶，得甘氨酸产品。膜浓缩到浓度15％-20％时，再进行MVR蒸发结晶，可有效避免包晶现象产生。
进一步，所述膜浓缩为压力驱动膜浓缩，所采用的膜为卷式纳滤膜或反渗透膜；膜的孔径范围为0.1-10nm，工作温度10-40℃，压力为0.5-3Mpa。
进一步，对所述步骤C双极膜电渗析的酸室中获得的亚氨基二乙酸溶液进行MVR蒸发结晶，得亚氨基二乙酸产品。
本发明连续生产和分离甘氨酸和亚氨基二乙酸的方法，是以有机合成反应得到的甘氨酸盐和亚氨基二乙酸二盐料液为待分离纯化的料液，先用压力驱动膜脱色，脱色后料液再使用双极膜电渗析使pH降低到5-6之间，此时料液为甘氨酸和亚氨基二乙酸一盐混合物；然后再通过传统电渗析，分别得到甘氨酸和亚氨基二乙酸一盐；得到的甘氨酸再通过压力驱动膜浓缩，使含量提高到15％-20％，通过MVR浓缩析出，得到甘氨酸产品；得到的亚氨基二乙酸一盐再使用双极膜降低pH在1.5-2.5，得到亚氨基二乙酸，再通过MVR蒸发浓缩得到亚氨基二乙酸产品。
本发明连续生产和分离甘氨酸和亚氨基二乙酸的方法具有以下优点：
(1)本发明摒弃了用活性炭进行脱色的方法，避免了活性炭对甘氨酸钠和亚氨基二乙酸钠的吸附，提高了脱色产品的提取率。
(2)使用双极膜电渗析处理，能够直接与前续甘氨酸的合成工艺相衔接，对合成获得的含有甘氨酸钠和亚氨基二乙酸二钠的料液不需要再加入酸酸化，节省了酸的投入，同时无副产物硫酸钠的产生，使分离提纯更简单易行。
(3)双极膜电解同时生成无机碱(如氢氧化钠)副产物再回收用于化学合成反应，不仅降低了生产成本，而且减少了废液的后处理工艺。
(4)得到的甘氨酸通过膜浓缩提高了浓度，降低了MVR能耗。
(5)双极膜为均相膜，膜孔径小，电阻低，渗透率高，电耗小，分离效果高。
由此，实现了与甘氨酸合成工艺的直接衔接，实现了产品的循环可持续生产，提高了产品收率和纯度，缩短了生产周期，绿色环保，环境友好。
此外，本发明与采用离子交换法进行氨基酸的分离工艺相比，还克服了离子交换树脂存在的以下固有缺点：本发明方法不会随着离子交换树脂上官能基的饱和而导致去除离子效率的降低，使产品质量下降；离子交换树脂是有机物质，会因氧化分解、机械性破裂、单体流出等而造成有机物质的溶出；交换树脂也会崩解碎片等导致料液中颗粒的增加；交换树脂的再生过程操作较麻烦，费力耗时，降低生产效率；且离子交换树脂再生过程需要消耗酸碱药剂，再生 后的酸碱废水还需要进一步处理；进离子交换装置的溶液pH应不大于12，而通常通过化学反应得到的含有氨基酸碱金属盐的水溶液pH值却高达14，双极膜电渗析能耐6％-10％的酸碱溶液，省去了合成溶液加试剂再调节pH值的操作；本发明方法自身生产得到氢氧化钠可以回用到合成工艺上，省去外加碱的投入，也避免了如采用交换树脂工艺中副产物-硫酸钠的生成。
与上述连续生产和分离甘氨酸和亚氨基二乙酸的方法构思相同，本发明还提供一种连续生产和分离两种以上具有不同等电点的有机化合物的方法。所述有机化合物为氨基酸，或者为含有羧基和/或氨基的氨基酸衍生物，特别是在氨基酸生产过程中产生的副产物。该方法能够直接与氨基酸的合成工艺相衔接，直接对不同等电点的氨基酸及其类似物的盐的混合溶液进行处理，无需加酸酸化，不副产无机盐，绿色环保，生产周期短，产品收率和纯度高。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种连续生产和分离两种以上具有不同等电点的有机化合物的方法，所述有机化合物为氨基酸，或者为含有羧基和/或氨基的氨基酸衍生物，包括以下步骤：
将生产获得的所述含有两种以上有机化合物的盐的混合溶液Ⅰ通过第一次双极膜电渗析处理，得含有第一种有机化合物和剩余有机化合物的盐的混合溶液Ⅱ；所述混合溶液Ⅱ通过第一次传统电渗析处理，得分开的第一种有机化合物和剩余有机化合物的盐溶液；所述剩余有机化合物的盐溶液再经第二次双极膜电渗析处理，得含有第二种有机化合物的溶液；
若所述含有第二种有机化合物的溶液内还含有其他有机化合物的盐，则重复传统电渗析处理、双极膜电渗析处理再到传统电渗析处理的步骤，继续分离，分别获得所述有机化合物。
上述步骤中，所述双极膜电渗析处理时，将料液的pH降至所需获得的那种有机化合物的等电点附近，该有机化合物即从其盐形式转变成其自身而几乎不带电，再通过传统电渗析处理，使该不带电的有机化合物从料液中分离出来。重复该过程，即实现了一个又一个有机化合物的分离。
进一步，所述具有不同等电点的有机化合物，优选它们两两之间的等电点相差在2以上。
进一步，所述有机化合物为甘氨酸、丙氨酸、蛋氨酸、丝氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、氨基丙醇和亚氨基二羧酸中的任意两种或两种以上；优选甘氨酸和亚氨基二乙酸。所述有机化合物的盐为有机化合物的钾盐、钠盐、铵盐、硫酸盐、磷酸盐、醋酸盐等；优选钠盐。
进一步，所述双极膜电渗析使用的装置为配备了单独的储罐、循环泵、过滤器和换热器的双极膜电渗析设备，即：在所述双极膜电渗析设备的原料液、碱液和极液管路中，分别设置了依次连接的贮罐、循环泵、过滤器和换热器。
进一步，所述双极膜电渗析设备包括双极膜膜堆；所述双极膜膜堆两侧为钛涂钌铱、钛镀铂、石墨电极和不锈钢电极中的任一种形成的一对阴阳电极，更优选所述双极膜膜堆两侧为一对钛涂钌铱阴阳电极。进一步，所述双极膜膜堆内双极膜和阳离子交换膜交替放置，分别构成料液室和碱液室。
进一步，所述有机化合物的盐的混合溶液Ⅰ在进行第一次双极膜电渗析处理前，先进行膜脱色；所述双极膜电渗析或传统电渗析处理后分离得到的单一有机化合物的溶液，分别依次通过膜浓缩、MVR蒸发得产品，或直接通过MVR蒸发得产品。
前述连续生产和分离甘氨酸和亚氨基二乙酸的方法为此处“连续生产和分离两种以上具有不同等电点的有机化合物的方法”的一种具体应用，其具有前述方法相同的优点，可实现两种以上具有不同等电点的有机化合物的连续分离，并便于和这些有机化合物的工艺相衔接，无需加酸酸化，不副产无机盐，实现了产品的循环可持续生产，提高了产品收率和纯度，缩短了生产周期，绿色环保，环境友好。
附图说明
图1为本发明连续生产和分离甘氨酸和亚氨基二乙酸的工艺流程图；
图2为双极膜电渗析装置的工作原理图；
图3为本发明中双极膜电渗析装置的一种结构示意图；
图4为传统电渗析装置的工作原理图；
图5为双极膜电渗析过程中酸室的pH与时间的关系图；
图6为传统电渗析过程中淡化室电导率随时间变化的关系图；
图7为传统电渗析过程中浓缩室电导率随时间变化的关系图；
图8为传统电渗析过程中浓缩室pH随时间变化的关系图；
图9为本发明连续生产和分离两种以上具有不同等电点的有机化合物的工艺流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细说明。图1为本发明连续生产和分离甘氨酸和亚氨基二乙酸的工艺流程图。该流程是以有机合成反应得到的甘氨酸钠和亚氨基二乙酸二钠料液为待分离纯化的料液，其先用压力驱动膜脱色，脱色后料液再使用双极膜方法使pH降低到5-6之间，此时料液为甘氨酸和亚氨基二乙酸一钠盐混合物，然后再通过电渗析装置，分别得到甘氨酸和亚氨基二乙酸一钠盐。得到的甘氨酸再通过压力驱动膜浓缩，使含量提高到20-30％，通过MVR浓缩析出，得到甘氨酸产品；得到的亚氨基二乙酸一钠盐再使用双极膜降低pH在1.5-2.5，得到亚氨基二乙酸，再通过MVR蒸发浓缩得到亚氨基二乙酸产品。
图2为双极膜电渗析装置的工作原理图。其膜组单位为盐/碱二室式，包括阴极室、阳离子交换膜、碱液室、双极膜、料液室、阳极室、压力表、流量计、管路和直流电源。所述双极膜膜堆两侧为钛涂钌铱、钛镀铂、石墨电极和不锈钢电极中的任一种形成的一对阴阳电极，内部双极膜和阳离子交换膜交替放置，分别构成料液室和碱液室。在运行时，盐溶液通过料液泵进入料液室，在直流电场作用下，双极膜将水解离成H+和OH-，分别进入料液室和碱室。阳离子通过阳离子交换膜进入碱室，与双极膜解离出的OH-结合成氢氧化钠，弱酸根离子与双极膜电离出来的H+结合成弱酸，得到产品。
图3为本发明中双极膜电渗析装置的一种结构示意图。该双极膜电渗析装 置包括双极膜膜堆8；且与双极膜电渗析装置的原料液、碱液和极液管路相连，分别设置了依次连接的贮罐、循环泵、过滤器和换热器；所述换热器分别通过管道与双极膜膜堆8连接。具体地，与原料液管路相连，设置了依次连接的原料罐41、料液循环泵51、料液保安过滤器61和料液换热器71；与碱液管路相连，设置了依次连接的碱液罐42、碱液循环泵52、碱液保安过滤器62和碱液换热器72；与极液管路相连，设置了依次连接的极液罐43、极液循环泵53、极液保安过滤器63和极液换热器73；所述与管路相连的相邻装置间，通过管道使上一装置的出口与下一装置的进口相连。此外，图中还画出了整流器9，整流器的正负极分别通过导线(D1、D2)与双极膜膜堆相接。
图4为传统电渗析装置的工作原理图。其包括由阴极、阳离子交换膜、阴离子交换膜、阴极室、浓缩室(接收液室)、淡化室(进料室)、阳极室、压力表、流量计、管路和直流电源。在运行时，亚氨基二乙酸一钠盐溶液通过料液泵进入淡化室，在外加直流电场的作用下，阳离子和阴离子分别通过阳离子交换树脂和阴离子交换树脂到达浓缩室，从而使淡化室中只有甘氨酸，浓缩室中只有亚氨基二乙酸一钠盐溶液。
图5为双极膜电渗析过程中酸室的pH与时间的关系图。运行时，至pH达到所要转变的氨基酸的等电点附近时，即得到该几乎不带电的氨基酸。
图6-8为传统电渗析过程中淡化室电导率和浓缩室分别随时间变化的关系图，浓缩室pH随时间变化的关系图。通过电导率和pH的变化可以判断电渗析的进展情况。
图9为本发明连续生产和分离两种以上具有不同等电点的有机化合物的工艺流程图。该流程是将含有两种以上有机化合物的盐的混合溶液Ⅰ通过第一次双极膜电渗析处理，得含有第一种有机化合物和剩余有机化合物的盐的混合溶液Ⅱ；所述混合溶液Ⅱ通过第一次传统电渗析处理，得分开的第一种有机化合物和剩余有机化合物的盐溶液；所述剩余有机化合物的盐溶液再经第二次双极膜电渗析处理，得含有第二种有机化合物和剩余有机化合物的盐的混合溶液Ⅲ；所述混合溶液Ⅲ通过第二次传统电渗析处理，得分开的第二种有机化合物和剩 余有机化合物的盐溶液；若剩余有机化合物的盐溶液内还含有其他有机化合物的盐，则重复双极膜电渗析处理和传统电渗析处理的步骤，继续分离，分别获得所述有机化合物。分离获得的有机化合物的溶液通过膜浓缩、MVR蒸发得产品，或直接通过MVR蒸发得产品。
以下参照图1的工艺流程，对本发明的优选实施例进行详细描述。优选实施例中，采用的双极膜电渗析装置的原理如图2所示，采用的传统电渗析装置的原理如图4所示。下述未注明具体条件的实验方法，按照常规条件进行。
以下取羟基乙腈法制备甘氨酸工艺获得的合成料液进行甘氨酸和亚氨基二乙酸的生产和分离(合成料液的具体制备参照专利申请CN1962611A的方法进行)，该合成料液初始含有的主要成分为甘氨酸钠和亚氨基二乙酸钠。
实施例1
操作步骤： 
(1)膜脱色：将合成料液泵入压力驱动膜脱色单元，所采用膜脱色单元依次为超滤系统、纳滤系统，超滤系统采用的膜孔径约为200nm，膜面流速3cm/s，操作压力为0.15Mpa；纳滤系统采用膜孔径约为5nm，膜面流速3.2cm/s，操作压力为0.9Mpa，运行温度25℃左右。膜脱色的同时，还除去了甘氨酸合成过程中产生的色素、大分子量的副产物等杂质。
(2)第一次双极膜电渗析：脱色后的料液不需要加药剂调节pH值，直接通入双极膜电渗析的料液室。如图2所示，碱液室通入0.1mol/L的NaOH作为接收液，极液为0.5mol/L的Na2SO4溶液。料液流量42L/h，膜面流速3cm/s，料液循环流动，直到达到pH为5.5-6之间。pH达到后，料液室得甘氨酸和亚氨基二乙酸一钠溶液，再转入下一步工艺继续分离；碱液室得氢氧化钠溶液，浓度为5％，再转入甘氨酸的合成工艺继续使用。双极膜电渗析过程中料液室(酸室)的pH与时间的关系如图5所示。
上述使用的双极膜电渗析装置的双极膜膜对尺寸为100×200mm，膜堆两侧分别为一对钛涂钌铱阴阳电极，内部双极膜和阳离子交换膜交替放置，分别构成料液室和碱液室，共10个重复单元。双极膜电渗析操作电流密度为350 A/m2，工作温度为25℃。通过与双极膜膜堆连接的整流器稳定过程电流密度，原料罐循环泵、碱液罐循环泵和极液罐循环泵分别维持料液室、碱液室和极液室的流量在30L/h，运行55min后，料液室的pH从11左右降到5.9左右。
(3)传统电渗析：传统电渗析装置的淡化室通入甘氨酸和亚氨基二乙酸一钠溶液，如图4所示，浓缩室通入0.1％的亚氨基二乙酸一钠溶液，极液为0.3mol/L的Na2SO4溶液。料液流量56L/h，膜面流速4cm/s，料液循环流动，直到达到淡化室中亚氨基二乙酸一钠的含量在0.8％以内，再转入下一步工艺使用。传统电渗析操作电流密度为100A/m2，工作温为度30℃。传统电渗析过程中淡化室的电导率与时间关系如图6所示，浓缩室的电导率与时间关系如图7所示，浓缩室的pH与时间关系如图8所示。
(4)甘氨酸浓缩：传统电渗析装置淡化式获得的甘氨酸溶液浓度约为9-12％，亚氨基二乙酸一钠浓度约为1-1.5％，如果直接蒸发浓缩，能耗较高，所以采用二级反渗透膜浓缩方法，第一级反渗透膜浓缩使甘氨酸浓度浓缩到20％左右，透过液甘氨酸浓度为0.6％，再经过第二级反渗透膜浓缩，浓缩后的甘氨酸继续回到工艺上使用，第二级反渗透膜的产水也回到工艺上使用。MVR蒸发操作步骤为：20％左右的甘氨酸料液首先通过预热器，稳定进入蒸发器，停止进料泵，开启循环泵使物料循环，打开生蒸汽截止阀，将蒸汽引入蒸发器壳程，开始对系统内物料升温，后开启蒸汽压缩机，系统达到蒸发温度时，关闭生蒸汽截止阀。获得甘氨酸产品为白色粉末状，纯度为93.89％，收率为94.25％。
(5)第二次双极膜电渗析：传统电渗析装置浓缩室获得的亚氨基二乙酸一钠溶液，不需要加药剂调节pH值，直接通入双极膜电渗析装置，使pH降低到1.5-2.5之间。pH达到后，在双极膜电渗析装置的料液室(酸室)得亚氨基二乙酸溶液；在碱液室得到氢氧化钠溶液，浓度为4％，再转入甘氨酸的合成工艺继续使用。双极膜电渗析操作的参数设置为：碱液室通入0.1mol/L的NaOH作为接收液，极液为0.5mol/L的Na2SO4溶液，料液流量49L/h，膜面流速3.5cm/s，料液循环流动，直到达到pH为1.5-2.5之间。
(6)亚氨基二乙酸结晶：双极膜电渗析装置的料液室获得的亚氨基二乙酸溶液约为5-8％，直接进入MVR蒸发系统浓缩结晶，蒸发得到的水作为工艺水在生产上使用。得亚氨基二乙酸产品为白色粉末，纯度为90.56％，收率为91％。通过上述生产一个周期后，相比于采用传统结晶分离系统的工艺，此联产工艺进入蒸发系统的料液浓度提高，降低了蒸发水量，降低了能耗；相比于采用离子交换分离系统的工艺，此联产工艺避免了交换树脂的再生过程操作复杂、费力耗时、消耗酸碱药剂、产生废水等缺点，避免了交换树脂副产物硫酸钠的生成，同时自身生产得到氢氧化钠回用到合成工艺上，省去了合成工艺上外加碱的成本投资。
实施例2
操作步骤： 
(2)膜脱色：将合成料液泵入压力驱动膜脱色单元，所采用膜脱色单元依次为超滤系统、纳滤系统，超滤系统采用的膜孔径约为150nm，膜面流速3.5cm/s，操作压力为0.2Mpa；纳滤系统采用膜孔径约为4nm，膜面流速3.5cm/s，操作压力为1Mpa，运行温度25℃左右。膜脱色的同时，还除去了甘氨酸合成过程中产生的色素、大分子量的副产物等杂质，由于压力增大，脱色效果没有实施例1理想。
(2)第一次双极膜电渗析：脱色后的料液不需要加药剂调节pH值，直接通入双极膜电渗析的料液室。碱液室通入纯水作为接收液，极液为0.2mol/L的Na2SO4溶液。料液流量112L/h，膜面流速4cm/s，料液循环流动，直到达到pH为5.5-6之间。pH达到后，料液室得甘氨酸和亚氨基二乙酸一钠溶液，再转入下一步工艺继续分离；碱液室得氢氧化钠溶液，浓度为4％，再转入甘氨酸的合成工艺继续使用。由于初始碱液采用的是纯水，使初始电流较低，操作时间增加。
上述使用的双极膜电渗析装置的双极膜膜对尺寸为200×400mm，膜堆两侧分别为一对钛涂钌铱阴阳电极，内部双极膜和阳离子交换膜交替放置，分别构成料液室和碱液室，共10个重复单元。双极膜电渗析操作电流密度为300 A/m2，工作温度为25℃。通过与双极膜膜堆连接的整流器稳定过程电流密度，原料罐循环泵、碱液罐循环泵和极液罐循环泵分别维持料液室、碱液室和极液室一定流量，料液室的pH从11左右降到5.5-6左右。
(3)传统电渗析：传统电渗析装置的淡化室通入甘氨酸和亚氨基二乙酸一钠溶液，浓缩室通入纯水溶液，极液为0.5mol/L的Na2SO4溶液。料液流量84L/h，膜面流速3cm/s，料液循环流动，直到达到淡化室中亚氨基二乙酸一钠的含量在1％以内，再转入下一步工艺使用。传统电渗析操作电流密度为80A/m2，工作温为度30℃。
(4)甘氨酸浓缩：传统电渗析装置淡化式获得的甘氨酸溶液浓度约为8-10％，亚氨基二乙酸一钠浓度约为1.5-2％，如果直接蒸发浓缩，能耗较高，所以采用二级反渗透膜浓缩方法，第一级反渗透膜浓缩使甘氨酸浓度浓缩到18％左右，透过液甘氨酸浓度为0.4％，再经过第二级反渗透膜浓缩，浓缩后的甘氨酸继续回到工艺上使用，第二级反渗透膜的产水也回到工艺上使用。MVR蒸发操作步骤为：甘氨酸料液首先通过预热器，稳定进入蒸发器，停止进料泵，开启循环泵使物料循环，打开生蒸汽截止阀，将蒸汽引入蒸发器壳程，开始对系统内物料升温，后开启蒸汽压缩机，系统达到蒸发温度时，关闭生蒸汽截止阀。得甘氨酸产品为白色粉末，纯度为91.23％，收率为92.05％。
(6)第二次双极膜电渗析：传统电渗析装置浓缩室获得的亚氨基二乙酸一钠溶液，不需要加药剂调节pH值，直接通入双极膜电渗析装置，使pH降低到1.5-2.5之间。pH达到后，在双极膜电渗析装置的料液室(酸室)得亚氨基二乙酸溶液；在碱液室得到氢氧化钠溶液，浓度为4％，再转入甘氨酸的合成工艺继续使用。双极膜电渗析操作的参数设置为：碱液室通入纯水作为接收液，极液为0.3mol/L的Na2SO4溶液，料液流量112L/h，膜面流速4cm/s，料液循环流动，直到达到pH为1.5-2.5之间。
(6)亚氨基二乙酸结晶：双极膜电渗析装置的料液室获得的亚氨基二乙酸溶液约为8％，直接进入MVR蒸发系统浓缩结晶，蒸发得到的水作为工艺水在生产上使用。得亚氨基二乙酸产品为白色粉末，纯度为89.12％，收率为 90.08％。
对比例1
取羟基乙腈与过量的氨水反应得到含氨基乙腈的氨化液，再加入氢氧化钠，反应得到甘氨酸钠溶液，后加硫酸中和，反应时采用的摩尔比为甘氨酸钠:无机酸＝1:1.5，得到甘氨酸及硫酸钠混合物；再利用甘氨酸与硫酸钠的溶解度差别，通过分步结晶和重结晶，分别得到甘氨酸和硫酸钠。此工艺得到的产品存在为接近纯净的甘氨酸溶液，实现了甘氨酸和亚氨基二乙酸钠盐的分离。但是，此工艺中和甘氨酸钠过程中，产生硫酸钠无机盐的溶解度与甘氨酸非常相似，不能通过一级结晶充分回收甘氨酸，而需要通过反复调节pH值来进行逐步结晶，或者调节温度来进行逐步结晶。这些操作都非常烦杂，不易把握，而且生产效率低下，工业实施很困难。
对比例2
取羟基乙腈与过量的氨水反应得到含氨基乙腈的氨化液，再加入氢氧化钠，反应得到甘氨酸钠和亚氨基二乙酸钠溶液，后加硫酸中和，使溶液pH降到5.9附近，此时溶液主要为甘氨酸、亚氨基二乙酸钠和硫酸钠，然后再进入电渗析装置，开启pH在线自动调节溶液的pH值，调节范围在5.8-6.1之间，使用盐酸和氢氧化钠溶液进行调节，最后得到浓室为亚氨基二乙酸钠和硫酸钠的混合溶液，浓室再加硫酸中和，使溶液pH降到2附近，此时溶液主要为亚氨基二乙酸和硫酸钠，然后再进入电渗析装置，使亚氨基二乙酸和硫酸钠分离。但此工艺产生硫酸钠，增加了电渗析装置的投资，且还存在产品纯度低、结晶时无机盐硫酸钠夹带、三废处理难，产品色泽较深等的问题。
对比例3
取羟基乙腈法制备甘氨酸工艺获得的合成料液进行甘氨酸和亚氨基二乙酸的生产和分离(合成料液的具体制备参照专利申请CN1962611A的方法进行)，该合成料液初始含有的主要成分为甘氨酸钠和亚氨基二乙酸钠。
得到的合成液(主要成分为甘氨酸钠、亚氨基二乙酸钠混合液、再生剂和软水)同时进入连续离子交换装置，连续交换装置24小时不间断运行，从连续 离交装置出料口得到甘氨酸溶液，副产物出口收集得到副产物硫酸钠，回收硫酸钠。采用离子交换树脂制备甘氨酸的方法,此方法反应收率和甘氨酸的纯度都不理想，反应条件苛刻，设备投资大，且无机盐的分离问题也未得到有效解决，再生问题损耗化学药剂。
最后说明的是，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。