Способ выделения органических кислот из производственных растворов Советский патент 1992 года по МПК C07C51/64 C07C53/08 C07C227/40 C07C229/24 C07C229/26 

Изобретение относится к способам выделения органических кислот из производственных растворов и может быть использовано в химической, биохимической, медицинской и других отраслях народного хозяйства.

Известны способы выделения кислот из производственных растворов путем их сорбции на ионитах, выполненных как в виде гранул так и в виде волокон. Десорбцию кислот, как правило, проводят обработкой ионитов соответствующими реагентами. Недостатком этих способов является расход реагентов. Известна очисткз ионитов и безреагентными способами, в частности, термическим или электрохимическим, Указанные способы также обладают определенными недостатками, в частности, низкой производительностью, высоким расходом энергии.

Известно также, что ионит может рассматриваться как полизлектролит со строго

лежащими параллельными полностью ориентированными макромолекулами. Система, выполненная в виде пучка нитей и помещенная в раствор, обладает способностью активно деформироваться при изменении состава раствора, при этом ионит сорбирует определенное количество ионов из этой среды. Процессы в ионитах, обусловленные nepexcv- дом из одного состояния в другое, связв -лые с сильными обратимыми деформациями (набухание и сжатие), являются релаксационными. Набухзние или сжатие сетки матрицы вызывается или химическими реакция ми млн изменением интенсивности термодинамических взаимодействий полимер-растворитель.

Например, набухание слабокислотного катионита при переходе из в R-K+ форму

R-COO H+ -I- K+ - R-COO K+ + H+ (1)-

атпг

СЯ

тА

как самопроизвольный процесс (согласно законам термодинамики) в конечном итоге приводит систему в состояние равновесия, При этом конформация цепей матрицы под действием деформации изменяется, и будет происходить распрямление макромолекул и их сегментов, заключенных между узлами сетки (см. фиг.1).

Реакция обмена (1) приводит к изменению коэффициента относительного набухания f

Обратный процесс

(2)

R-COO K+ + НС

R-COO H+ + KCI

ведет к сжатию волокон ионита до исходной длины.

Можно предположить, что такие системы способны не только деформироваться за счет химических реакций, но могут совершать и обратный процесс, т.е. превращать механическую энергию в химическую (меха- но-химическая система).

Проведенные опыты подтверждают это предположение. Пучок гибких нитей волокнистого катионита ВИОН КН-1 в К+- форме с общим диаметром пучка 5,0 мм и длиной 273 мм (фиг 1, состояние б) подвергали воздействию 0.1 М раствора соляной кислоты (уравнение). Вследствие уменьшения степени диссоциации функциональных СООН-групп при переходе из состояния (б) в состояние (а) (см. фиг,2) происходит сокращение длины волокон до 150 мм. После завершения процесса сокращения длины волокон производили отмывку бидистиллятом катионита от избытка соляной кислоты до рН 6,2.

Затем, механически растягивая пучок волокон до первоначальной длины 273 мм, переводили систему в некоторое состояние

(в).

Степень ионизации при этом увеличилась за счет изменения плотности отрицательных зарядов на матрице катионита, а также за счет разрушения ассоциатов, образованных Н-связями, и ионы гидроксония вышли в контактирующий раствор. После растяжения волокон рН раствора (объем 50 мл) умень1иился с 6,2 до 5,4. Кривая, характеризующая процесс и значение рН раствора в зависимости от длины растяжений нитей, приведена на фиг.З.

Наиболее близким к предложенному является способ выделения лизина из культуральной жидкости путем сорбции на гранулированном кзтионите КУ-2-8 (в аммонийной форме) с последующей десорбцией

лизина элюированием раствором аммиака. Недостатком известного способа является расход дополнительного реагента, испсль- зуемого для десорбции, поэтому целью изо5 бретения является упрощение процесса зследствие безреагенгного выделения целевых продуктов.

Поставленная цель достигается выделением органических кислот из производст0 венных растворов путем сорбции их на слабокислотном или низкоосновном могите, выполненном в виде гибких нитей с последующей десорбцией органических кислот механическим растяжением нитей

5 ионита до исходной длины. При этом время контакта ионитз с производственным раствором задают равным времени сокращения длины нитей.

П р и м е р 1, 0,1 М водный раствор

0 лизина со скоростью 1 мл/мин пропускают через катиопит ВИОН КН-1 (К+-форма), выполненный в виде гибких нитей (длина 210 мм, масса сорбента 0,2 г, емкость 4,2 мг-экв/г, плотность 1,42 г/см3). При

5 этом происходит сокращение длины ни- гей. Раствор лизина пропускают через сорбент до прекращения уменьшения длины нитей (156 мм), Дополнительно процесс сорбции лизипа на ионите контролируется

0 по изменению его концентрации в исходном и равновесном растворах. Количество лизина, сорбированного на ионите к этому моменту, равно 0,72 мг-экв, или 3,6 мг-экв/г ионита

5После этого сорбент промывают водой

от избытка лизина.

Затем нити катиокита ВИОН КН-1 вытп гивают до первоначальной длины 210 мм, что приводит к практически полной десорб0 ции лизина из среды сорбента в количестве 0,68 мг-экв, что составляет 3,4 мг-экв/г ионита.

П р и м е р 2. 0,1 М водный раствор глутаминовой кислоты со скоростью 1 мл/мин

5 пропускают через анионит ВИОН - АН-1 (С -форма), выполненный в виде пакета гибких нитей (масса 0,33 г, плотность 1,38 г/см , длина 250 мм, емкость ионита 2,4 мг-экв/г). При этом происходит

0 сокращение длины нитей. Раствор глутаминовой кислоты пропускают через сорбент до окончания сокращения длины нитей (длина 182 мм). Дополнительно проце- с орбции контролируется по изме5 нени; жцентрэции глутаминовой кислоты в v , одном и равновесном растворах, В этот момент на ионите сорбируется 0.8 мг-экв кислоты. Далее сорбент промывают водой от избытка глутаминовой кислоты.

После этого нити ионита механически вытягиваются до исходной длины 250 мм, при этом происходит полная десорбция глу- таминовой кислоты из фазы сорбента в раствор в количестве 0,8 мг-экв, что составляет 2,4 мг-экв/r ионита

П р и м е р 3. 0,1 М водный раствор уксусной кислоты со скоростью 1 мл/мин пропускают через анионит ВИОН АН-1 (СГ-форма), выполненный в виде нитей (длина 300 мм, масса сорбента 0,38 г, емкость 2,4 мг-экв/г, плотность 1,42 г/см). При этом происходит сокращение длины нитей до 220 мм. Раствор пропускают до прекращения уменьшения длины нитей. Дополнительно процесс сорбции и его окончание контролируется по изменению концентрации уксусной кислоты в исходном и равновесном растворах. Количество уксусной кислоты, сорбированной к этому моменту на ионите, равно 0,91 мг-экв, или 2,4 мг-экв/г ионита. Отмывку кэтионита после пропускания раствора уксусной кислоты проводят водой. Затем нити катионита механически вытягивают до первоначальной длины 300 мм. При этом происходит полная десорбция уксусной кислоты из фазы сорбента в контактирующую фазу в количестве 0,91 мг-экв, что составляет 2,4 мг-экв/( ионита.

П р имер4. Ферментационный раствор лизина, содержащий 0,13 М аминокислоты, а также 0,11 М ионов натрия, 0,15 М ионов калия, 0,02 М ионов кальция в пересчете на 1 л и 16,2 г/л окрашенных продуктов, отно- сящихся к классу меланоидинов, со скоростью 1 мл/мин пропускают через катионит ВИОН КН-1 (Na -форма), выполненный в виде гибких нитей (длина 224 мм), масса сорбента 0,23 г, емкость 4,2 мг-экв/г, плотность 1,43 г/см3), рН пропускаемого раствора 8,1. Лизин селективно сорбируется на катиони- те по сравнению с неорганическими ионами При этом происходит накопление аминокислоты в катионите которое до- стигает величины 3,74 мг-экв/г ионита. Количество объема пропущенного раствора контролируется по изменению концентрации лизина в исходном и равновесном растворах, а также до прекращения умень- шения длины нитей (152 мм) Сорбент после этого промывают водой от избытка аминокислоты. Затем волокна катионига вытягивают до первоначальной длины 224 мм. При этом в контактирующий раствор практиче-

ски полностью десорбируется лизин из катиокита в количестве 0,82 мг-экв (или 3,66 мг-экв/г смолы). Из 20 мл упаренного под вакуумом десорбзта выделено в виде кристаллов 122 мг лизина.

П р и м е р 5. Промывные вод с ионообменной установки по выделению лизина, ионообмнень.е фильтры которой загружены грогульным катионитсм КУ-2-8, содержат 0,012 М/л аминокислоты, 0,28 М/л, ионов аммония и 14,1 г/л меланоидинов. Этот раствор пропускают при рН 8,5 со скоростью 2 мл/мин через катионит ВИОН КН-1 (К+-форма). выполненный в виде волокон. Длина нитей 250 мм, масса сорбента 0,27 г, емкость 4,2 мг-экв/г, плотность 1,42 г/см . Процесс сорбции аминокислоты происходит селективно и достигает величины 3,68 МГ-ЭКБ/Гсорбента. Объем пропущенного раствора промывных вод контролировался по изменению концентрации лизина в исходном и равнозесном растворах. Допол- нител но процесс сорбции контролировался изменением длины волокон (до 173 мм). Далее исс-ит промывают водой от избытка лизина и механически вытягивают нити до исходной длины 250 мм. При этом происходит десорбция аминокислоты из катио- i -ита в раствор Е количестве 0.9S мг-экв (или 3,67 мг-экв/г ионита). После упаривания раствора и сушки под вакуумом получено 143 мглизина.

Настоящий способ позволяет упростить процесс выделения органических кислот из производственных растворов, поскольку для этого способа не требуется использования дополнительных реагентов, необходимых для десорбции целевого продукта с ионита.

Формула изобретения 1 Способ выделения органических кислот из производственных растворов путем сорбции на ионите с последующей десорбцией, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса, в качестве ионита используют слабокислотный или низкоосновный ионит выполненный в виде гибких нитей, и десорбцию осуществляют механическим растяжением нитей ионита до исходной длины.

2. Способ по п. 1,отличающийся тем, что время контакта ионита с производственным раствором задают равным времени сокращения длины нитей.

СООН

I OOH +4KOH;-4HU0

С 0 0 ri

Oggfr- «..--- --Kt-д... .....K.j.aСООН HHCEj-4KCt

Фкг. I

а

Использование: в химической, биохимической и медицинской промышленности. Сущность изобретения: органические кислоты из производственных растворов выделяют сорбцией на слабокислотном ипи низкоосновном ионите, выполненном з виде гибких нитей, с последующей десорбцией механическим растяжением нитей ионмта до исходной длины, Время контакт, 1, раствора с ионитов равно времени со1 ращения длины нитей. 1 з.п. ф-лы, 3 л. сл С

5

а

рН

6,6

240 о

г 3

г

+ НгО

механическое растяжение

;г. 2

оо gjMM