纯化有机酸的方法技术

公开了一种用于纯化含水原料物流（１０）的方法，所述含水原料物流含有产物有机酸和强污染物如另一种有机酸。原料物流（１０）中有机酸的摩尔浓度比强污染物的摩尔浓度至少大２０倍。使原料物流（１０）与不混溶碱性萃取剂（１８）接触，所述萃取剂对于所述污染物具有更大的亲合性，并与污染物及部分有机酸络合。将络合的萃取剂与含水物流（１０）分离，从而产生含有产物有机酸的第一排出物流（２０）。使络合的萃取剂与置换酸接触，萃取剂对于置换酸比污染物具有更大的亲合性。因此，产生含有有机酸的第二排出物流（２８）和第三排出物流（３０）。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
纯化有机酸的方法本申请为分案申请，其母案申请的申请号为02826698.6，申请日为2002年12月11日，专利技术名称为“纯化有机酸的方法”。
技术介绍
本专利技术大体涉及生产有机酸如乳酸的方法。乳酸具有多种商业用途，例如在食品生产、医药、塑料、纺织中及在各种化学工艺中作为起始材料。另外，它还用于生产聚乳酸——一种可降解塑料。虽然可通过化学合成来制备有机酸，但通过发酵生产一般比较便宜。丛所周知，可通过利用诸如Lactobacillus delbrueckii微生物的发酵来生产乳酸。发酵所得到的肉汤中含有未发酵糖、碳水化合物、氨基酸、蛋白质和盐，也含有有机酸如乳酸。通常，有机酸从发酵肉汤中回收，并在使用前进行进一步纯化。回收自发酵肉汤的纯化有机酸会含有少量杂质，如强酸或某些未知的化合物。部分杂质可能引起不希望的色泽，或者可能干扰有机酸的下游处理。例如商业性出售的乳酸一般含有少量杂质，如丙酮酸、乙酸和草酸。即使这些杂质存在的量相对较小，但对于用乳酸生产的聚合物而言，仍然具有负面影响。例如当乳酸被聚合来生产聚乳酸(PLA)时，即使少量丙酮酸的存在也能引起聚合物具有不希望的黄色。然而，进一步纯化第一种情况中只含有小部分丙酮酸的乳酸是困难的。因此，对于用于生产和回收相对纯净的有机酸——特别是乳酸——来说需要改进的方法。专利技术概述本专利技术的一个方面是一种纯化含水原料物流的方法，所述含水原料物流含有所需的产物有机酸和至少一种强污染物。在某些实施方案中，含水原料物流可包括发酵肉汤或由发酵肉汤得到(此处提到的任何酸，无论是所需的产物或是污染物，均应当理解所述部分或所有酸均可以盐的形式存在)。原料物流中产物有机酸的摩尔浓度可至少比强污染物的浓度大10倍，更优选产物有机酸与强污染物的摩尔浓度之比为至少20。在某些实施方案中，产物有机酸与强污染物的摩尔浓度之比为至少90，在某些实施方案中，其值为至少500，以及在某些其它实施方案中，其值至少为1000。将含水原料物流与第一不混溶碱性萃取剂接触，所述萃取剂在现有工艺条件(包括现存的酸、溶剂等的组合)下对强污染物相对于产物有机酸的选择性大于3。所述选择性——将在下面进一步定义——优选大于15，更优选大于约25，最优选大于约100。优选地，所述选择性大于原料中产物有机酸与强污染物的比。含水原料物流与第一不混溶碱性萃取剂的接触步骤优选在充分平衡或接近平衡阶段进行，并利用足量的第一不混溶碱性萃取剂(如固体胺离子交换剂或液体胺萃取剂)来除去大部分强污染物。在某些实施方案中，第一不混溶碱性萃取剂先前已用于处理含有产物有机酸和至少一种弱污染物的溶液(例如它是被回收利用的)。结果是，多数强污染物和小于约33wt％的产物有机酸与第一不混溶碱性萃取剂络合。此处的“多数”指的是超过50％重量的物质，在此情况下，所述物质指的是存在的强污染物。也就是说，原料中超过50％重量的强污染物与萃取剂络合。络合后的第一不混溶碱性萃取剂与含水物流分离，从而产生第一排出物流，其含有产物有机酸，且产物有机酸与强污染物的比要比含水原料物流大。络合的第一不混溶碱性萃取剂与置换酸接触。相对于强污染物或产物有机酸，第一不混溶碱性萃取剂对于置换酸具有更大的亲合性，因此，一段时间后，产物有机酸和强污染物被从络合的第一不混溶碱性萃取剂中置换出来。这就产生含有大部分产物有机酸(即溶解或悬浮于物流中的固体约50％重量以上是产物有机酸)的第二排出物流和含有大部分强污染物的第三排出物流。优选地，第一排出物流和第二排出物流中产物有机酸的总量至少是原料物流中产物有机酸的约90％重量。更优选地，在这些流体中至少约98％重量的产物有机酸得以回收。在该方法的多种实施方案中，强污染物中包括有机酸，其pKal值要比产物有机酸的pKal值低。如果所需的产物有机酸是乳酸，则强污染物优选具有小于约3.46的pKal值。在本专利技术某些具体的涉及以固体离子交换树脂作为碱性萃取剂的实施方案中，强污染物选自丙酮酸、草酸、柠康酸、柠檬酸以及它们的混合物。在其它实施方案中，强污染物可以是比所需有机酸产物更弱的酸(如更高的pKal)，但可能比产物具有更强的疏水和/或氢键结合特性。相对于所感兴趣的有机酸，强污染物可通过含有溶剂或溶剂混合物的不混溶碱性萃取剂选择性除去，比如是含有1M三月桂胺和1M十二烷醇以及以十二烷为稀释剂的胺混合物。当不混溶碱性萃取剂含有溶剂混合物时，感兴趣的有机酸优选具有一定程度的疏水性或强的氢键结合特性，并且强污染物必须是(1)与所感兴趣的酸具有相似的氢键结合和/或疏水特性，以及比所感兴趣的酸更低的pKal(酸性低pKal物质)，或(2)具有足够强的氢键结合和/或疏水特性，以致于尽管强污染物具有更高的相对pKal，其仍然能被除去。因此，如果强污染物比有机酸产物具有更低的pKal，固体离子交换树脂可被用作除去强污染物的萃取剂。例如如果需回收的有机酸是乳酸，则能用本专利技术涉及离子交换树脂的方法除去的强污染物包括HCl、H2SO4，丙酮酸和草酸以及其它。然而，乙酸和丁酸不具有比乳酸明显更低的pKal，因而它们不容易被离子交换树脂所除去。但是，相对于有机酸产物而言，具有低pKal或高疏水性/氢键结合特性的强污染物能通过使用萃取剂而除去，其中所述萃取剂是溶剂或溶剂混合物。例如丙酮酸、H2SO4和丁酸能通过使用本专利技术的胺溶剂萃取剂而从含有乳酸的含水原料物流中除去。虽然第一不混溶碱性萃取剂可以采用各种形式，但优选的是一种弱碱性离子交换树脂。优选地，弱性离子交换树脂含有叔胺部分。该方法多种实施方案的一个优点是进一步纯化已经含有非常低百分比杂质的物流的能力。例如在一种实施方案中，原料物流中产物有机酸——比如乳酸——的摩尔浓度比原料物流中强污染物的摩尔浓度至少大20倍，同时选择性大于约25。在另一种实施方案中，原料物流中产物有机酸——比如乳酸——的摩尔浓度比原料物流中强污染物的摩尔浓度至少大300倍，同时选择性大于约500。在该方法的一种实施方案中，原料物流、第一排出物流和第二排出物流进一步含有弱污染物。例如当产物有机酸是乳酸时，弱污染物可以是pKal大于约4.26的有机酸，比如是丙酸、丁酸、丙二酸、乙酸、丙烯酸、琥珀酸或它们的混合物。对于具有多个酸基的酸如琥珀酸而言，只有电离的第一基团与pKal相关。对于只有一个酸基的酸而言，pKal与pKa是等价的。在这种情况下，所述方法进一步包括下述步骤将第一排出物流和第二排出物流混合从而形成混合产物有机酸物流，然后将混合产物有机酸物流与第二不混溶碱性萃取剂接触。大部分产物有机酸与第二不混溶碱性萃取剂络合。优选地，至少90％重量的产物酸被络合，更优选为至少95％。然后络合的第二不混溶碱性萃取剂可与物流分离，从而产生第四排出物流，其含有大部分存在于组合产物有机酸物流中的弱污染物。优选地，第二不混溶碱性萃取剂含有弱或强碱性离子交换树脂。可选择地，该方法的实施方案可进一步包括将第四排出物流与第三不混溶碱性萃取剂接触，相对于弱污染物，所述第三不混溶碱性萃取剂对产物有机酸具有更大的亲合性，因此，大部分存在于第四排出物流中的产物有机酸与第三不混溶碱性萃取剂络合。然后，络合的第三不混溶碱性萃取剂可与物流分离，从而产生第五排出物流，其含有大部分存在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纯化乳酸的方法，包括：提供一种含水原料物流，其含有乳酸和至少一种强污染物酸，所述强污染物酸具有小于约３．４６的ｐＫ↓［ａ］，其中乳酸的摩尔浓度比强污染物酸的摩尔浓度至少大２０倍；将含水原料物流与第一碱性离子交换剂接触，相对于乳酸而言，所述第一碱性离子交换剂对于强污染物酸具有更大的亲合性，从而大部分强污染物酸和部分乳酸与第一碱性离子交换剂络合；将络合的第一碱性离子交换剂与含水物流分离，从而产生第一排出物流，其含有乳酸，且乳酸与强污染物酸的比要比含水原料物流更大；和将络合的第一碱性离子交换剂与置换酸接触，其中相对于强污染物酸或乳酸而言，第一碱性离子交换剂对于置换酸具有更大的亲合性，从而一段时间后乳酸和强污染物酸从络合的第一碱性离子交换剂中置换出来，产生含有大部分乳酸的第二排出物流和含有大部分强污染物酸的第三排出物流；其中，存在于第一排出物流和第二排出物流中的乳酸总量为存在于原料物中的乳酸的至少约９０％重量。

【技术特征摘要】
US 2002-11-15 10/295,970;US 2002-1-3 10/037,6641.一种纯化乳酸的方法，包括提供一种含水原料物流，其含有乳酸和至少一种强污染物酸，所述强污染物酸具有小于约3.46的pKa，其中乳酸的摩尔浓度比强污染物酸的摩尔浓度至少大20倍；将含水原料物流与第一碱性离子交换剂接触，相对于乳酸而言，所述第一碱性离子交换剂对于强污染物酸具有更大的亲合性，从而大部分强污染物酸和部分乳酸与第一碱性离子交换剂络合；将络合的第一碱性离子交换剂与含水物流分离，从而产生第一排出物流，其含有乳酸，且乳酸与强污染物酸的比要比含水原料物流更大；和将络合的第一碱性离子交换剂与置换酸接触，其中相对于强污染物酸或乳酸而言，第一碱性离子交换剂对于置换酸具有更大的亲合性，从而一段时间后乳酸和强污染物酸从络合的第一碱性离子交换剂中置换出来，产生含有大部分乳酸的第二排出物流和含有大部分强污染物酸的第三排出物流；其中，存在于第一排出物流和第二排出物流中的乳酸总量为存在于原料物中的乳酸的至少约90％重量。2.权利要求1的方法，其中含水原料物流中乳酸的摩尔浓度比强污染物酸的摩尔浓度至少大90倍。3.权利要求1的方法，其中含水原料物流中乳酸的摩尔浓度比强污染物酸的摩尔浓度至少大500倍。4.权利要求1的方法，其中含水原料物流中乳酸的摩尔浓度比强污染物酸的摩尔浓度至少大1000倍。5.权利要求1的方法，其中强污染物酸选自丙酮酸、草酸、柠康酸、柠檬酸以及它们的混合物。6.权利要求1的方法，其中原料物流中乳酸的摩尔浓度比原料物流中强污染物酸的摩尔浓度至少大100倍，且选择性大于约250。7.权利要求6的方法，其中原料物流中乳酸的摩尔浓度比原料物流中强污染物酸的摩尔浓度至少大300倍，且选择性大于约500。8.权利要求1的方法，其中第一碱性离子交换剂包括弱碱性离子交换树脂。9.权利要求1的方法，其中第一碱性离子交换剂对于置换酸的亲合性比其对于丙酮酸的亲合性至少大10倍。10.权利要求1的方法，其中置换酸选自HCl、H2SO4和H3PO4。11.权利要求1的方法，其中原料物流、第一排出物流和第二排出物流进一步含有pKa大于约4.26的弱污染物有机酸，所述方法进一步包括将第一排出物流和第二排出物流...

【专利技术属性】
技术研发人员：MCM科克雷姆，I科瓦克斯，I莫汉麦德努尔，D海德尔，AM巴尼尔，
申请(专利权)人：泰特莱尔组分美国公司，
类型：发明
国别省市：US[]