[发明专利]一种用于氨基酸生产的二氧化碳辅助双极膜电渗析系统及生产方法

权利要求书

1.一种利用二氧化碳辅助双极膜电渗析系统生产氨基酸的方法，其特征在于：

所述二氧化碳辅助双极膜电渗析系统由双极膜电渗析装置和二氧化碳辅助装置构成；

所述双极膜电渗析装置由电渗析膜堆以及通过夹板固定在所述电渗析膜堆两侧的阳极板和阴极板构成；所述电渗析膜堆是由双极膜、阳离子交换膜和阴离子交换膜依次交替叠压后加上流道隔网和密封垫片组成，或由双极膜、两张多孔膜依次交替叠压后加上流道隔网和密封垫片组成；双极膜的阴离子交换层朝向阳极板，阳离子交换层朝向阴极板；阳极板与相邻膜之间形成阳极室，阴极板与相邻膜之间形成阴极室；在所述电渗析膜堆内形成有1个或多个“碱室—料液室—酸室”的重复单元；阳极板和阴极板分别与电源的正极和负极相连；阳极室连通于阳极液贮存罐，阴极室连通于阴极液贮存罐，料液室连通于料液贮存罐，酸室连通于酸液贮存罐，碱室连通于碱液贮存罐；阳极室、阴极室、酸室、碱室、料液室内溶液分别通过驱动泵驱动，并在双极膜电渗析装置与相应贮存罐之间形成循环流动；在碱室、酸室、料液室出口处皆设置有pH传感器和电导率传感器；

所述二氧化碳辅助装置是在所述料液贮存罐底部设置有二氧化碳进气口、顶部设置有压力传感器，在所述双极膜电渗析装置外设置有气罐；所述气罐内气体通过二氧化碳进气口引入料液贮存罐；

各驱动泵、各pH传感器、各电导率传感器和压力传感器连接于PLC控制系统，实现自动化控制；

利用所述二氧化碳辅助双极膜电渗析系统生产氨基酸的方法为：

将含氨基酸盐的料液加入到料液贮存罐，将酸溶液加入到酸液贮存罐，将碱溶液加入到碱液贮存罐，将强电解质溶液加入到阳极液贮存罐和阴极液贮存罐；

通过驱动泵使含氨基酸盐的料液在料液贮存罐内部循环流动，然后将含二氧化碳的气体通入料液贮存罐，通过pH传感器在线监测料液贮存罐内料液的pH；

当料液贮存罐内料液的pH降低至不超过相应氨基酸的等电点+3时，停止通气，并通过驱动泵将料液贮存罐内的料液循环泵入双极膜电渗析装置的料液室，将酸液贮存罐内的酸溶液循环泵入酸室，将碱液贮存罐内的碱溶液循环泵入碱室，将阳极液贮存罐和阴极液贮存罐的强电解质溶液分别循环泵入阳极室和阴极室；

然后通过电源向双极膜电渗析装置施加恒定电流或恒定电压，完成含氨基酸盐料液的脱盐，获得氨基酸。

2.根据权利要求1所述的一种利用二氧化碳辅助双极膜电渗析系统生产氨基酸的方法，其特征在于：所述阳离子交换膜为普通阳离子交换膜或一多价阳离子交换膜；所述阴离子交换膜为普通阴离子交换膜或一多价阴离子交换膜；

所述多孔膜为荷电多孔膜或非荷电多孔膜。

3.根据权利要求1所述的一种利用二氧化碳辅助双极膜电渗析系统生产氨基酸的方法，其特征在于：

当电渗析膜堆采用双极膜、阳离子交换膜和阴离子交换膜依次交替叠压时，双极膜与相邻阳离子交换膜之间形成碱室，与相邻阴离子交换膜之间形成酸室，阳离子交换膜与阴离子交换膜之间形成料液室；

当电渗析膜堆采用双极膜、两张多孔膜时，两张多孔膜之间形成料液室，双极膜与相邻多孔膜之间形成碱室或酸室。

4.根据权利要求1所述的一种利用二氧化碳辅助双极膜电渗析系统生产氨基酸的方法，其特征在于：所述酸溶液、碱溶液、强电解质溶液的浓度皆不低于0.01mol/L。

5.根据权利要求1所述的一种利用二氧化碳辅助双极膜电渗析系统生产氨基酸的方法，其特征在于：

所述含氨基酸盐的料液为氨基酸盐溶液或氨基酸盐溶液与其他盐溶液的混合盐溶液；

所述氨基酸盐为甘氨酸盐、丙氨酸盐、亮氨酸盐、肌氨酸盐、苯丙氨酸盐、色氨酸盐、谷氨酸盐、赖氨酸盐、甲硫氨酸盐或胱氨酸盐；

所述其他盐溶液为硫酸盐、硝酸盐、盐酸盐、碳酸盐或有机酸盐。

6.根据权利要求1或4所述的一种利用二氧化碳辅助双极膜电渗析系统生产氨基酸的方法，其特征在于：

所述酸溶液为无机酸或有机酸的溶液；

所述碱溶液为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化锂的溶液；

所述强电解质溶液为硫酸钠、硫酸钾、硫酸锂、硝酸钠、硝酸钾、硝酸锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂或无机酸的溶液。

7.根据权利要求1所述的一种利用二氧化碳辅助双极膜电渗析系统生产氨基酸的方法，其特征在于：所述含二氧化碳的气体为烟道气、空气或高纯二氧化碳气体；所述含二氧化碳的气体中二氧化碳体积浓度不低于0.038％。