Электродиализатор для очистки лизин гидрохлорида от минеральных примесей

Заявленное изобретение относится к области очистки гидрохлоридов положительно заряженных аминокислот и может быть применено для получения химически чистых солей положительно заряженных аминокислот для различных отраслей производства - пищевой, фармацевтической и медицинской. Задачей настоящего изобретения является разработка электродиализатора, экономически целесообразного для серийного выпуска, предназначенного для очистки в промышленных масштабах солей положительно заряженных аминокислот от сопутствующих минеральных примесей, пригодных для использования в фармацевтической и пищевой промышленности. Предлагаемый электродиализатор для очистки лизин гидрохлорида от минеральных примесей, состоит из чередующихся анионообменной и биполярных мембран, образующих исходную проточную камеру, ограниченную анионообменной мембраной и анионообменной стороной биполярной мембраны, катионообменная сторона которой обращена к катоду, и проточную камеру сбора целевого продукта, ограниченную анионообменной мембраной и катионообменной стороной биполярной мембраны, анионообменная сторона которой обращена к аноду. Использование предлагаемого электродиализатора дает возможность проводить процесс очистки солей положительно заряженных аминокислот в промышленных масштабах, степень очистки до 0,05% по минеральным примесям и 0,006% по катиону аммония NН ₄⁺. Также предлагаемая конструкция электродиализатора позволяет использовать концентрированные исходные растворы солей положительно заряженных аминокислот - до 500 г/л, что значительно повышает производительность процесса их очистки.

Заявленное изобретение относится к области очистки гидрохлоридов положительно заряженных аминокислот и может быть применено для получения химически чистых солей положительно заряженных аминокислот для различных отраслей производства - пищевой, фармацевтической и медицинской.

Известен электродиализатор для получения растворов аминокислот из растворов сопутствующих солей (Патент РФ №2195995, МПК⁷ B01D 61/44, 18.12.2001). Четырехкамерный электродиализатор содержит анод и катод, которые разделены двумя катионообменными мембранами, между которыми размещена анионообменная мембрана. В анодную камеру подают слабый раствор серной кислоты, в расположенную рядом и в ближнюю к аноду камеру, образованную катионообменной и анионообменной мембранами подают слабый раствор соляной кислоты. В катодную камеру подают слабый раствор основного L-лизина или дистиллированную воду, а в ближайшую с ней камеру, образованную катионообменной и анионообменной мембранами, подают исходный раствор лизин гидрохлорида.

Конструктивное выполнение данного электродиализатора направлено на получение в качестве целевого продукта чистого L-лизина, пригодного для фармацевтической и пищевой промышленности, и не позволяет производить очистку лизин гидрохлорида от сопутствующих минеральных примесей, так как предусматривает удаление хлор ионов из исходного раствора лизин гидрохлорида. Кроме того, существенным недостатком данной конструкции электродиализатора является неизбежное накопление катионов металлов в катодной камере, увеличивающих минеральные примеси в целевом продукте.

Известен также электродиализатор для получения аминокислот и оснований из растворов солей, состоящий из чередующихся

анионообменных и катионообменных мембран (АС №1685481, МПК B01D 61/00, 23.10.91). Электродиализатор снабжен биполярными мембранами, размещенными между каждой парой анионообменной и катионообменной мембран, повернутыми катионообменными сторонами к катоду. Каждая пара анионообменной и катионообменной мембран образует проточную камеру. Непроточные камеры образованны: а) биполярными и катионообменными мембранами (щелочные камеры), и б) биполярными и анионообменными мембранами (кислотные камеры). Таким образом, электродиализатор имеет три типа камер - деминерализации, щелочные и кислотные, последние два типа являются камерами концентрирования - в кислотные камеры из камер деминерализации переносятся анионы (через анионообменные мембраны), и щелочные катионы (через катионообменные мембраны). Условие электронейтральности при этом обеспечивается ионами Н⁺ или ОН^- , генерируемыми из биполярных мембранах. При этом образуются кислота и щелочь, препятствующие переносу в кислотные и щелочные камеры ионов аминокислоты за счет изменения ее заряда - катионы переходят в анионы. В результате направление электромиграции ионов меняется на противоположное и аминокислота "запирается" в камере деминерализации. Электродиализ ведут при начальном рН=14 в щелочной камере, а в кислотной рН=1 и заканчивают при рН=11 в щелочной камере и в кислотной рН=3.

Конструктивное выполнение данного электродиализатора направлено на получение в качестве целевого продукта чистых растворов нейтральных аминокислот, и не позволяет производить очистку солей положительно заряженных аминокислот от сопутствующих минеральных примесей. Кроме того, наличие трех типов камер электродиализатора обуславливает высокую стоимость его конструктивного выполнения и как следствие проблематичность его серийного выпуска и промышленного тиражирования. Также использование данного электродиализатора предусматривает использование разбавленных исходных растворов - до 10 г/л, что

обуславливает низкую производительность процесса электродиализа. Существенным недостатком является и низкая степень очистки аминокислот - остаточное содержание минеральных примесей после очистки составляет более 0,1%.

Известен электродиализатор, включающий катионообменные, анионообменные и биполярные мембраны, образующие проточные камеры деминерализации, непроточные щелочные камеры, непроточные кислотные камеры (патент РФ №2050176, МПК⁶ B01D 61/46, С07С 227/12, 1995.12.20). Электродиализатор снабжен дополнительными катионообменными мембранами, образующими с анионообменными мембранами непроточные камеры концентрирования, с биполярными мембранами проточные камеры расщелачивания, а также дополнительные анионообменные мембраны, образующие с биполярными мембранами проточные камеры раскисления, а с катионообменными мембранами непроточные камеры концентрирования. Конструктивное выполнение данного электродиализатора также направлено на получение в качестве целевого продукта чистых растворов нейтральных аминокислот, и не позволяет производить очистку солей положительно заряженных аминокислот от сопутствующих минеральных примесей. наличие пяти типов камер электродиализатора, что обуславливает высокую стоимость его конструктивного выполнения и отсутствие его серийного выпуска и промышленного тиражирования. Кроме того, использование данного электродиализатора также предусматривает использование разбавленных исходных растворов, что обуславливает низкую производительность процесса электродиализа.

Задачей настоящего изобретения является разработка электродиализатора, экономически целесообразного для серийного выпуска, предназначенного для очистки в промышленных масштабах солей положительно заряженных аминокислот от сопутствующих минеральных примесей, пригодных для использования в фармацевтической и пищевой промышленности.

Технический результат - упрощение конструкции электродиализатора, позволяющего осуществлять высокую степень очистки лизин гидрохлорида - до 0,05% по минеральным примесям, с высокой производительностью.

Технический результат достигается тем, что электродиализатор для очистки лизин гидрохлорида от минеральных примесей, состоит из чередующихся анионообменной и биполярных мембран, образующих исходную проточную камеру, ограниченную анионообменной мембраной и анионообменной стороной биполярной мембраны, катионообменная сторона которой обращена к катоду, и проточную камеру сбора целевого продукта, ограниченную анионообменной мембраной и катионообменной стороной биполярной мембраны, анионообменная сторона которой обращена к аноду.

На фиг.1 изображена элементарная ячейка конструкции предлагаемого электродиализатора. В электродиализаторе может быть n таких ячеек.

Элементарная ячейка предлагаемого электродиализатора состоит из двух биполярных мембран 1 и 2. Биполярная мембрана 1 катионообменной стороной 3 обращена к катоду 4. Биполярная мембрана 2 анионообменной стороной 5 обращена к аноду 6. Между биполярными мембранами 1 и 2 расположена анионообменная мембрана 7, образующая с анионообменной стороной 8 биполярной мембраны 1 исходную проточную камеру 9, а с катионообменной стороной 10 биполярной мембраны 2 - проточную камеру сбора целевого продукта 11.

Предлагаемый электродиализатор работает следующим образом. В исходную проточную камеру 9, расположенную между анионообменной мембраной 7 и анионообменной стороной 8 биполярной мембраны 1 подается исходный раствор лизина гидрохлорида, содержащего примеси хлоридов аммония NH₄⁺ Cl^- и солей металлов Ме ⁺, причем для повышения эффективности процесса предпочтительно повысить рН раствора добавлением некоторого количества лизина гидрата. В проточную камеру сбора целевого продукта 11, расположенную между анионообменной мембраной 7 и катионообменной стороной 10 биполярной мембраны 2

подается дистиллированная вода или слабый раствор гидрата лизина (предпочтительно, для повышения эффективности процесса и поддержания в начале процесса рН>9).

В результате реакции диссоциации молекул воды в исходной проточной камере (между анионообменной мембраной и анионообменной стороной биполярной мембраны, обращенной к аноду) исходный раствор лизина гидрохлорида подщелачивается, в результате цвиттерионы лизина приобретают отрицательный знак заряда и переходят вместе с хлорид ионами в соседнюю проточную камеру сбора целевого продукта (в которой катионообменная сторона биполярной мембраны обращена к катоду) со слабо подкисленным или нейтральным раствором с образованием целевого продукта - лизин гидрохлорида. Минеральные примеси - катионы металлов Me⁺ и катион аммония NН ₄⁺ остаются в исходной проточной камере.

Таким образом, предлагаемый принцип конструкционного выполнения электродиализатора существенно проще известных, выпуск предлагаемого электродиализатора можно наладить в серийных масштабах без существенных материальных затрат на перепрофилирование производства. Использование предлагаемого электродиализатора дает возможность проводить процесс очистки солей положительно заряженных аминокислот в промышленных масштабах, степень очистки до 0,05% по минеральным примесям и 0,006% по катиону аммония NH₄⁺. Также предлагаемая конструкция электродиализатора позволяет использовать концентрированные исходные растворы солей положительно заряженных аминокислот - до 500 г/л, что значительно повышает производительность процесса их очистки.

В качестве сырья можно использовать достаточно дешевый и доступный кормовой лизин гидрохлорид, который предварительно очищается от органических примесей активированным углем. Очистка активированным углем может повышать зольность лизина, т.е. увеличить нежелательное содержание минеральных примесей. Предлагаемый способ

позволяет значительно снизить зольность и содержание солей аммония в лизине гидрохлориде, полученном сорбционным способом из кормового лизина гидрохлорида.

Анализ исходного и целевого продуктов осуществлялся методом ионообменной хроматографии с использованием аминокислотного анализатора ААА-Т-339 (Чехия) (ошибка определения ±3%). Содержание примесей в исследуемых образцах определялось методом эмиссионной спектроскопии по статье ВФС 42-1970-90. В качестве электродов используется платинированный титан. В работе использовались промышленно выпускаемые биполярные мембраны марки МБ-3, и анионообменные мембраны марки МА-41.

Пример.

Приготовление лизина гидрохлорида, содержащего минеральные примеси и соли аммония. В 7 литрах дистиллированной воды растворяем 3,5 кг лизина гидрохлорида, полученного из кормового лизина гидрохлорида методом сорбционной очистки на активированном угле. Зольность исходного продукта составила, примерно 1% (вес), а содержание аммония 0,07% (вес). В раствор добавляем 0,3 кг лизина гидрата, полученного электродиализным способом, описанным в (Патент РФ №2195995, МПК⁷ B01D 61/44, 18.12.2001), таким образом, чтобы исходная величина рН равнялась, примерно рН=10. Приготовленный для очистки раствор загружаем в емкость, из которой с помощью насоса (насос и емкость на фиг.1 не показаны) подается в исходную проточную камеру 9 электродиализатора. Исходный раствор циркулирует через исходную проточную камеру 9 до достижения необходимой степени очистки целевого продукта. Через проточную камеру сбора целевого продукта 11 пропускается 7 л дистиллированной воды, исходная величина рН при этом равна рН=7. Процесс ведут на аппарате при постоянном напряжении равном 40 вольт. Полученный очищенный раствор лизина гидрохлорида со щелочной реакцией корректируем до рН=6,5 и сушим на распылительной сушилке. В результате получаем кристаллический

лизин гидрохлорид с содержанием аммония не более 0,005% (вес) и зольностью не более 0,06% (вес).

Электродиализатор для очистки лизин гидрохлорида от минеральных примесей, состоящий из чередующихся анионообменной и биполярных мембран, образующих исходную проточную камеру, ограниченную анионообменной мембраной и анионообменной стороной биполярной мембраны, катионообменная сторона которой обращена к катоду, и проточную камеру сбора целевого продукта, ограниченную анионообменной мембраной и катионообменной стороной биполярной мембраны, анионообменная сторона которой обращена к аноду.