用于纯化乳酸水溶液的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于纯化乳酸水溶液的方法，所述乳液水溶液是从发酵培养基或任何其他来源获得的、预先除去固体物质和/或任选存在的生物质以及还有离子物质，其特征在于，所述方法包括以下两个步骤：a.将所述乳酸溶液浓缩直至达到在85％与95％之间、优先在90％与95％之间的浓度，即，15％至5％的游离水或优先10％至5％的游离水；b.在多级柱中进行蒸馏，所述柱包含三个区域并且能够在单步中分离乳酸、挥发性化合物和较重杂质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于纯化乳酸水溶液的方法
技术实现思路
本专利技术涉及一种用于纯化乳酸水溶液的方法，所述乳液水溶液是从发酵培养基或任何其他来源获得的、预先除去了固体物质和/或任选存在的生物质以及还有离子物质。
技术介绍
近年来已经开发了用于聚合乳酸的若干工业方法，取得了或多或少成功。用于生产PLA的优选路径之一是开环聚合。然而，不论所设想的路径如何(开环或缩聚)，它需要初始乳酸，该初始乳酸具有非常高的纯度并且因此除去了由糖的发酵或由在其生产过程中可能发生的降解现象产生的杂质。专利EP0986532描述了用于纯化通过发酵获得的乳酸的方法，所述方法包括在离子柱上进行预处理，用消除全部游离水将乳酸溶液浓缩以及蒸馏所述浓缩的酸的双步骤。然而，尽管此方法产生了用于常规市场的大多数应用的品质乳酸，但是它不允许在纯化步骤中最佳地分离杂质，如有机一元酸或二元酸、醇、醛等。实际上，这些杂质中的一些具有挥发性，使得它们在纯化的乳酸中被发现。另外，在丙交酯合成步骤(乳酸的环化)过程中，这些杂质会在缩聚步骤过程中引起颜色增加或“阻碍”回咬反应(backbitingreaction)。此外，还很可能的是它们能够使常用的聚合或环化催化剂失活。专利US1594843描述了用于通过闪蒸蒸馏乳酸水溶液来纯化乳酸的技术。没有提及关于能够扰乱聚合的挥发性杂质，尽管如此，对于本领域技术人员似乎显而易见的是，闪蒸蒸馏不使得能够获得足够的选择性来分离溶液的各种挥发性成分。专利EP1232137本身描述了用于借助于至少两个蒸馏步骤来纯化乳酸水溶液的技术，所述溶液在第一个蒸馏步骤中被蒸发并且输送到蒸馏柱。依靠两个连续蒸馏步骤的事实意味着显著的投资成本以及还有非常高的操作成本(主要是能量成本)两者。此外，由于存在两个连续的柱而导致的更长停留时间导致更大量的降解，这些降解对最终乳酸的纯度和颜色具有影响。因此，对用于纯化乳酸的经济有效的方法存在需要，所述方法使得能够消除非挥发性杂质和酸或醇类型的挥发性杂质二者，从而获得如下级别的纯化的乳酸，所述级别能够使其在用于生产聚乳酸的最佳条件下聚合。本专利技术的特征本专利技术涉及一种用于纯化乳酸水溶液的方法，所述乳液水溶液是从发酵培养基或任何其他来源获得的、预先除去固体物质和/或任选存在的生物质以及还有离子物质，其特征在于，所述方法包括以下两个步骤：a.将所述乳酸溶液浓缩直至达到在85％与95％之间、优先在90％与95％之间的浓度，即，15％至5％的游离水或优先10％至5％的游离水；b.在多级柱中进行蒸馏，所述柱包含三个区域并且能够在单步中分离乳酸、挥发性化合物和较重杂质。附图说明图1示意性地示出了根据本专利技术的一个实施例的用于纯化乳酸的方法。图2示意性地示出了根据本专利技术一个实施例的方法的第二个步骤(通过蒸馏纯化乳酸)。具体实施方式本专利技术描述了一种用于纯化乳酸的方法，所述乳酸源自于这种酸的水溶液，所述水溶液例如是从发酵培养基或任何其他来源获得的、通过本领域技术人员已知的任何技术(例如像离子交换树脂、使用季化脂肪胺、色谱法等)预先除去了固体物质和/或任选存在的生物质以及还有离子物质。图1示出了如在本专利技术中提到的用于纯化乳酸(LA)的方法。本专利技术的这种方法基本包括以下步骤：1.乳酸溶液的浓缩本专利技术的此步骤由乳酸溶液的快速低温浓缩直至达到在85％与95％之间、优先在90％与95％之间的浓度组成。本专利技术的优选途径设想在减压下进行此蒸发，所述压力维持在40毫巴与500毫巴绝对压力(mbara)之间、并且优选在50毫巴与250毫巴之间，以确保溶液的沸点尽可能低。本专利技术的此步骤通过本领域技术人员已知的任何技术进行，例如像薄膜并且更特别是降膜蒸发。本专利技术的此步骤的优选方式是使用如下技术，所述技术能够实现最短的停留时间，以减少低聚并且从而提高总收率。根据本专利技术方法的一个优选实施例，此步骤之后直接进行蒸馏步骤，也就是说，在所述方法的两个步骤之间没有浓缩的乳酸溶液的储存期。然而，根据本专利技术方法的另一个实施例，为了促进所述浓缩乳酸溶液的步骤与所述蒸馏步骤之间的转移，可以在将所述浓缩的乳酸溶液转移到所述蒸馏步骤之前提供所述浓缩的乳酸溶液的有限储存期，也就是说，在0h与24h之间、优先在0min与120min之间、更优先在0min与15min之间的时间段。在本专利技术方法的此特定实施例中并且根据储存温度，此储存期的影响将更显著或较不显著(例如：在低于20℃的温度下储存、甚至延长的储存(48h或更长)将具有比在140℃下2h的储存更低的影响)。2.通过蒸馏纯化乳酸此步骤的特征在于，使浓缩的乳酸溶液在包含三个区域(图2)的多级柱中经受蒸馏并且含有填料，所述填料使残存体积(holdup)(“死体积”)和压降最小化，这种填料优先是结构化类型的。由位于所述柱的底部的再沸器提供热量输入，使得能够使任何热或化学降解最小化，它将优先是具有或不具有刮面的薄膜蒸发器。所述蒸发器的壁的温度维持在80℃与200℃之间、优先在100℃与180℃之间、更优先在130℃与170℃之间。在所述柱的顶部有冷凝系统以及还有回流系统。将来自步骤1的乳酸进料到所述柱中在再沸器的上方(A)。在柱的顶部除去水和挥发性杂质(C)，同时经由位于进料部与柱的顶部之间的侧提取部以液体形式提取纯化的乳酸(B)。最后，最重的分子在柱的底部离开(D)和/或循环至所述再沸器。单一柱的使用使得能够大大减少停留时间并且因此大大减少热和化学降解现象，从而提高蒸馏产率以及还有乳酸纯度(通过防止污染)。压力是在10-3毫巴与100毫巴绝对压力(mbara)之间、优先在10-1毫巴与20毫巴绝对压力(mbara)之间、更优先在1毫巴与10毫巴之间。在80℃与200℃之间的温度范围内并且在10-3毫巴与100毫巴绝对压力(mbara)之间的压力、优先在100℃与180℃之间的温度范围内并且在10-1毫巴与20毫巴绝对压力(mbara)之间的压力下适当操作单元。更优先地，所述单元在130℃与170℃之间的温度范围内并且在1毫巴与10毫巴绝对压力(mbara)之间的压力下操作。根据本专利技术的改进的但非必要的变体，可以将纯化残留物送至第二蒸馏器，在所述第二蒸馏器中温度和压力条件更苛刻。可以将由这个后蒸馏产生并且部分纯化的乳酸再循环至主蒸馏器的进料部中或者所述方法的上游。还可以有利地在水解产生乳酸后将蒸馏器残留物直接再循环到本专利技术的入口流中或到在用于生产乳酸的已知方法中的预纯化步骤之一(例如，色谱法、离子-交换树脂等)。由于造成颜色的挥发性杂质已经在蒸馏步骤中消除，因此这种再循环将更加容易。以下作为非限制性实例给出的本专利技术的其他细节和区别特征作为其一些可能的实施例从本说明书中显现。实例实例1此实例的目的是证明，与现有技术相比，通过本专利技术的方法对乳酸品质的改进。将从发酵培养基获得的、通过过滤除去生物质、通过经过炭除去颜色并且还通过经过阳离子和阴离子树脂除去各种离子物质的15％乳酸溶液分离成两个流：“对照”流和“本专利技术”流。在第一实验中，根据专利EP0986532将所述“对照”流以两个步骤浓缩至100％，消除了所有游离水。然后将其进料到顶部装有冷凝器的具有500cm2的交换面积的刮面薄膜蒸发器中，以便蒸馏出乳酸。在所述蒸发器中循环的传热流体是150℃的热油，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于纯化乳酸水溶液的方法，所述乳液水溶液是从发酵培养基或任何其他来源获得的、预先除去固体物质和/或任选存在的生物质以及还有离子物质，其特征在于，所述方法包括以下两个步骤：a.将所述乳酸溶液浓缩直至达到在85％与95％之间、优先在90％与95％之间的浓度，即，15％至5％的游离水或优先10％至5％的游离水；b.在单步中，将在(a)中获得的浓缩的流分离成包含纯化的乳酸的流、包含挥发性杂质的流和包含较重杂质的流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.11 BE 2016/53331.一种用于纯化乳酸水溶液的方法，所述乳液水溶液是从发酵培养基或任何其他来源获得的、预先除去固体物质和/或任选存在的生物质以及还有离子物质，其特征在于，所述方法包括以下两个步骤：a.将所述乳酸溶液浓缩直至达到在85％与95％之间、优先在90％与95％之间的浓度，即，15％至5％的游离水或优先10％至5％的游离水；b.在单步中，将在(a)中获得的浓缩的流分离成包含纯化的乳酸的流、包含挥发性杂质的流和包含较重杂质的流。2.如权利要求1所述的纯化方法，其特征在于，所述浓缩(a)在薄膜蒸发器上进行并且优先在降膜蒸发器上进行。3.如权利要求1和2所述的纯化方法，其特征在于，所述浓缩步骤(a)在减压下进行，所述压力在40毫巴与500毫巴之间、优先在50毫巴与250毫巴之间。4.如权利要求1所述的纯化方法，其特征在于，所述分离步骤(b)在蒸馏柱中、优先在精馏柱中进行。5.如权利要求1和4所述的纯化方法，其特征在于，经由侧提取部以液体形式提取在(b)中获得的所述包含纯化的乳酸的流。6.如权利要求4所述的纯化方法，其特征在于，所述蒸馏柱含有结构化或非结构化填料，所述填料使停留时间和压降最小化。7.如权利要求1至6所述的纯化方法，其特征在于，所述蒸馏柱的热量输入由再沸器提供，所述再沸器使得能够使任何热和化学降解最小化。8.如权利要求7所述的纯化方法，其特征在于，所述再沸器将优先是具有或不具有刮面的薄膜蒸发器。9.如权利要求8所述的纯化方法，其特征在于，所述再沸器中的温度是在80℃与200℃之间、优先在100℃与180℃之间、并且更优先在13...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·维洛寇，P·寇萨驰，JC·博加尔特，
申请(专利权)人：富特罗股份有限公司，
类型：发明
国别省市：比利时,BE