用於有機酸提純的方法

2023-06-06 16:31:21

專利名稱：用於有機酸提純的方法
技術領域：
本發明涉及一種用於生產具有較高熱穩定性的有機酸的回收工藝和提純方法，特 別地，涉及一種利用膜技術從含有乳酸的發酵液中回收具有較高熱穩定性的乳酸的工藝和 提純方法。
背景技術：
由於其在食品、藥品、清潔劑或生物可降解塑料工業中的廣泛應用，對於有機酸如 乳酸、檸檬酸、抗壞血酸、葡萄糖酸、富馬酸等的需求這幾年來正不斷增加。發酵工藝實現了 有機酸的工業規模的生產。根據使用的菌株的PH需求，由發酵工藝產生的有機酸大多數為 鹽的形態。對於分離專家們來說，從發酵液中回收有機酸是一個挑戰。用於從發酵液中回收和提純有機酸的傳統工藝通常包括一個或多個沉澱階段。例 如，在一已知的用於乳酸生產的工藝中，發酵液通常被加熱到70°C以殺死細菌，然後用硫酸 酸化到PH為1.8。通過過濾去除沉澱鹽並用活性炭處理得到的液體以去除任何著色材料。 然後將澄清的液體進行離子交換並濃縮到80%。通過氧化處理，例如用過氧化氫可進一步 改善氣味和味道。在該階段獲得的乳酸通常具有可供消費的品質，但並不適合用作藥物級。 對於藥物級的乳酸，多個附加的提純步驟將是必要的。傳統已知工藝的顯著缺點是乳酸的 相對高的損失。為了更環境友好的下遊處理，已經對替代性的下遊處理工藝進行了研究。例如，電 滲析膜技術已經被提議用於乳酸的回收和提純。然而，已知的電滲析膜技術要求高質量的 供料，並且由於快速有機酸傳送必需的高電流和這種工藝中使用的雙極性膜所而會產生較
高的生產費用。另一已知的有機酸提純技術是反應性的液-液提取法，其中有機酸用適當的載體 提取進有機相中。然後有機酸被反萃取進水相。Baniel等的美國專利US6472559公開了在 高壓二氧化碳環境下將乳酸從水相到水不溶性的富胺有機相的相轉移萃取的應用。在二氧 化碳環境去除後，乳酸反萃取到水相中。該技術的弊端是使用了大量了有機溶劑。此外，為 了去除雜質，經常需要進行另外的提純步驟。液膜分離是用於提純有機酸的另一種技術。液膜可由多種不同材料製成例如乳 化液膜、中空纖維支撐液膜和平板支撐液膜。液膜通過利用包含活性載體的有機相與源流 的液_液分配來分離有機酸。有機酸被萃取進有機相，然後利用反提取劑通過有機相分配 而被反萃取進水相。支撐液膜(SLM)的分離機制與其他膜不同。已知的膜通過尺寸分離組 分，而SLM基於促進傳遞的機制通過化學方法提取感興趣的組分。SLM的化學過程基本上 是液-液萃取。相對液-液萃取，SLM的顯著優勢在於它需要非常少的有機溶劑。然而，實 際工業應用中SLM的使用已經受到SLM的穩定性(有效期限)的限制。這是由於溶劑和/ 或載體損失到水相中。被輸運通過膜層的水在膜失穩中起到重要作用。提供一種使用SLM 膜提純有機酸的改進工藝將是合乎需要的。

發明內容
根據本發明的第一方面，一種從含有有機酸的鹽形態的發酵液中回收和提純有機 酸的方法，包括以下步驟使發酵液經受超濾或微濾以形成第一滲透液，濃縮該第一滲透液 以形成濃縮液，使濃縮液經過支撐液膜以將乳酸提取進包含提取溶液的分離流體中，使提 取溶液經過活性炭以脫色，經過陽離子交換樹脂以去除礦物質，並經過陰離子交換樹脂來 除去陰離子雜質以形成精細純化後的有機酸，過濾精細純化後的有機酸以除去超過預定臨 界值的雜質並濃縮精細純化後的有機酸到期望的濃度。根據上述公開內容以及下文對各種優選實施方式的更詳細說明，本領域的技術人 員將會明白，本發明提供了有機酸提純技術的重要進展。這點上特別重要的是本發明提供 的製備熱穩定的有機酸工藝的潛能。根據下文提供的詳細說明，將會更加了解各種優選實 施方式的其他特點和優點。


圖1示出了根據一實施方式的原始發酵液的過濾工藝示意圖；。圖2示出了主要過程的流體濃縮階段的示意圖；圖3示出了主要的支撐液膜階段的示意圖；圖4示出了輔助過程的流體濃縮階段的示意圖；圖5示出了輔助的支撐液膜階段的示意圖；圖6示出了輔助的超濾階段的示意圖；圖7示出了精細純化階段的示意圖；圖8示出了具有納米過濾精細純化階段的產物蒸發階段的示意圖；圖9示出了水回收階段的示意圖；圖10示出了支撐液膜的流動設計示意圖；圖11示出了支撐液膜的萃取工藝的示意圖；圖12示出了更高回收率的有機酸循環步驟的示意圖。需要注意的是，附圖不一定是按比例的，附圖顯示了表達了本發明的基本原理的 略微簡化的各種優選特徵的表徵。這裡公開的用於提純有機酸的工藝的具體設計特徵，例 如包括不同階段使用的裝置的具體尺寸，將部分通過特定目的的應用和使用環境來確定。 圖示的實施方案的某些特徵相對其他特徵進行了擴大和變形以幫助清楚地理解。特別地， 為了清楚表達，例如薄的特徵可以增厚。所有方向和位置的標記，除非有其他指示，指代附 圖中所示的方向。
具體實施例方式本領域的技術人員即具有該技術領域的知識和經驗的那些技術人員將會明白，本 文公開的有機酸的提純工藝的可以具有許多應用和設計的改變。下文對各種替代性的和優 選的特徵及實施方式的詳細討論將會參考適用於乳酸提純的工藝說明本發明的整體原理。 考慮到本公開內容的優點，本領域的技術人員也會想到適用於其他應用的其他實施方案。本發明公開了一種從發酵液中回收和提純有機酸特別是乳酸的工藝。此處描述的 工藝能夠採用的乳酸發酵液可具有或更高的乳酸鹽，優選8%或更高的。參照附圖，圖1示示了工藝示意圖，其中發酵液1首先通過管線2被供應到裝置3中。發酵液可包含有 機酸如乳酸，並且可以是有機酸的鹽形式，例如乳酸鹽。裝置3優選是一種膜，例如微濾膜 6或者超濾膜3或者兩者。超濾膜的濾孔尺寸為0. 1-0. 01 μ m。超濾膜可具有多種結構，例 如中空纖維、管狀、平板或螺旋纏繞單元。在一種形式下，使用了中空纖維膜，其能夠提供良 好的表面積體積比。本發明的超濾膜能夠由聚合物材料、陶瓷材料或金屬材料製成。超濾 膜起到屏障的作用，用來阻隔懸浮固體、生物質、細菌等等。配合超濾膜的過濾方式是錯流 或者死端。錯流過濾中，處理流平行於膜流動。在死端過濾中，處理流垂直於膜流動。與死 端過濾方法相比，錯流過濾僅僅有一部分發酵液通過膜。平行於膜的發酵液的流動具有足 夠的速度，以從表面衝洗走保留的顆粒。連續的衝走作用使膜表面上顆粒的堆積最小化，並 有效地延長了膜的使用壽命。在錯流方法中，超濾膜能夠從發酵液中回收30% -99%的期 望有機酸，典型地為60% -99%的期望有機酸為了更高效地從發酵液中回收有機酸，來自裝置3的濃縮液可通過管線5進入裝 置6即微濾膜中，在此能夠除去濃縮液中保留下來的顆粒和/或沉澱。微濾膜具有0. I-Iym 的孔徑。裝置6能夠從發酵液回收大約50% -90%的有機酸，這將有機酸(超濾和微濾) 的總回收率提高到發酵液中的總體的約90% -99%。乳酸的進一步回收可通過添加水到供 料中通過乳酸發酵液的微濾(MF)而完成。該工藝稱為滲濾。MF和滲濾的組合用於提高乳 酸的回收率。微濾膜可具有多種結構，例如中空纖維、管狀、平板或螺旋纏繞單元，並包括聚 合物材料、陶瓷材料或金屬材料。作為替代，在另一實施方案中，可採用組合的MF-滲濾工 藝來直接提純發酵液，以達到超過99%的乳酸回收率而無需使發酵液進行超濾。第一步獲 得的是第一滲透液。該工藝中的下一步顯示在圖2中。這裡，可通過濃縮從第一滲透液回收乳酸以形 成濃縮液，以此提高回收率/提取率。蒸發器9用於將第一滲透液成濃縮成濃縮液。特別 地，濃縮液的有機酸含量為20-60%，有選為30-55%。在蒸發工藝後獲得的蒸餾液通常包 含小於0.5%的乳酸鹽。蒸餾液實際上是水和一些揮發性的有機碳(VOCs)以及痕量的乳 酸，並且經由管線10經過活性炭柱(圖2中所示的裝置11)可以很容易地淨化以產生一級 質量的水67。可選擇地，蒸餾液可在發酵液中重新使用。在發酵液的起始pH高於其pKa (例如乳酸的pKa = 3. 86)的情況下，濃縮液需要 額外的酸化步驟。適合用於本發明中的酸化劑14(如圖2中所示)是無機酸如鹽酸或硫 酸。硫酸能被使用，因為它並不帶有大量的煙霧和水分，因此不會引起乳酸鹽濃度的大幅降 低。酸化的目的是將發酵液中的有機酸的鹽轉變成有機酸。通常，PH值是調節的控制因素。 發酵液通常具有5-6. 5的pH值，並應該調節到低於有機酸的pKa，具體地，對乳酸液來說為 1. 5-3. 8，還更優選為2-3. 6。如果發酵液已經達到一低的pH值，就不需要進一步酸化來產 生酸化液。需要的酸化劑14的量依賴於發酵液的起始pH值。冷卻槽13中的發酵液時，無 機鹽19可從溶液中沉澱出來。形成的無機鹽19依賴於用來控制發酵過程中發酵pH的鹼 和酸化劑14。例如，如果氫氧化銨用於控制發酵pH值且硫酸用於酸化，那麼形成的無機鹽 19將會是硫酸銨。硫酸為理想酸化劑的另一原因是與其他酸化劑相比，硫酸鹽通常容易沉 澱。方程式1示出了當硫酸被引入到含乳酸鹽的溶液中時發生的反應的實例。方程式1 用硫酸將乳酸銨酸化成乳酸2LacNH4+H2S04 — 2LacH+ (NH4) 2S04
通過添加酸生成酸性液的酸化工藝是放熱的，因此它會產生熱量並導致溶液溫度 的升高。在將溶液冷卻到至少約50°C，更優選25°C以後，鹽會沉澱出來。在上述實施例中， 硫酸銨將開始沉澱出來。當溶液冷卻到室溫(25°C)時，大量硫酸鹽將會結晶出來。發酵 中，乳酸鹽可以是乳酸鈣、乳酸鈉或乳酸銨。使用硫酸酸化期間，將會產生相應的硫酸鹽。在 該過程中形成的任意鹽將被過濾出來，例如通過離心機。通常，如果(i)起始發酵液具有5 或更高的PH值(以乳酸鈉或乳酸銨的方式)；(ii)硫酸用作酸化劑；且(iii)在濃縮第一 滲透液的步驟中發酵液的濃度已經提高到20%以上，鹽就會大量形成。分離濃縮液和鹽的 分離步驟通過裝置17進行。裝置17可以是壓濾機或任何其他固液分離器。優選該工藝的 其餘步驟接近外界環境下進行該(過濾的、酸化的)濃縮液可如上所述進行過濾。濃縮液通常包含低水平的懸 浮固體。根據旨在回收的乳酸的濃度，濃縮液可以是透明溶液或者是黑色粘性液體，乳酸超 過20%，特別是20%-65%的乳酸濃度。濃縮液傳送到圖2-4所示的槽21中。當過濾的酸 性液(20)被供英到圖3中所示的裝置23中時，發生了乳酸的回收。用於從酸化的濃縮液 中提取乳酸的裝置23是支撐液膜(SLM)。SLM23包括一有機層，該層由浸在另一層膜(基底膜)例如超濾(UF)或微濾(MF) 型膜上的適當組分組成。一種形式下，MF由於其更高的孔面積密度而被使用。SLM中使用 的基膜具有疏水性並包含疏水性聚合物，例如聚丙烯(PP)、聚偏氟乙烯(PVDF)和聚乙烯 (PE)；兩性聚合物例如聚碸(PSF)、聚醚碸(PES)和聚乙烯亞硫酸酯(PVS)。通常，疏水性聚 合物適合用作基膜；最優選的形式下，使用PP聚合物，因為其疏水性較高、成本較低且具有 良好的機械性能和優良的化學穩定性。SLM23具有浸在基膜內的有機層，該有機層在不規則的的操作期間通過膜的保留 孔(此處是微孔)穩定基膜。有機層可包含四種組分載體、共萃取劑、稀釋劑和穩定劑。 載體包含水不溶性的胺，特別是脂肪族伯胺、脂肪族仲胺、脂肪族叔胺或芳族胺。更優選地， 它包括具有至少一個C4-C24的烷基側鏈的胺。最優選的形式下，該載體是具有C8-C12烷基鏈 的脂肪族叔胺。共萃取劑是輔助有機酸提取工藝中的載體的液體。共萃取劑可包括幾乎不具有水混溶 性的脂肪醇，例如具有Qi9碳鏈的醇，更特別地，它是具有C6^10碳鏈的醇。該醇官能團可以在 碳鏈的端部(一般醇)或在支鏈上。該共萃取可包括例如C8Iltl的直鏈醇或C6義的支鏈醇。稀釋劑加入到有機層中以稀釋載體的濃度，從而降低載體的粘度，有助於有機酸 的提取率。通常，能夠使用任何與基膜兼容並且不與水混溶的有機液體。適合的稀釋劑包 括烴類、酮、醚或酯。適合的烴類例如可包括煤油、甲基異丁基酮、單異丁酮，且可以使用醋 酸丁酯。考慮到本發明的優點，本領域的技術人員很容易選擇其他適合的稀釋劑。穩定劑有助於穩定有機組分，也就是基膜中的萃取劑、共萃取劑和稀釋劑。SLM的 有效期部分依賴於有機組分向環境即水相中的損失率。已知的SLM中，這發生在幾小時內。 根據非常需要的特點，本文所述的穩定劑具有一種非離子的表面活性劑，其極少溶於水並 具有低的水表面張力。在有機組成內的穩定劑用作有機相和水相之間的屏障，因此減少了 兩相的混合。三組主要的穩定劑適合用於本發明烴系穩定劑、矽酮系穩定劑和碳氟化合物系 穩定劑。非離子表面活性劑可以是碳氟化合物系。非離子表面活性劑是沒有離子頭部基團的表面活性劑類型。碳氟化合物系表面活性劑的親水基是非離子的乙氧基基團，因此具有 低的水溶性。碳氟化合物系表面活性劑的尾部基團是疏水性的和親脂的。這保證了穩定劑 將會主要停留在溶劑-水的界面處。碳氟化合物系表面活性劑產生的邊界將會限制膜內的 有機溶液和水的混合，從而降低了通過膜的水分輸運，延長了 SLM膜的穩定性。表面活性劑 的非離子性能也對離子種類起到附加的阻礙作用並因而改善了膜對有機酸的選擇性。比較 而言，酸形式的有機酸將會較少地受表面活性劑的阻礙，而無機酸如硫酸 和鹽酸在水介質 中完全電離，並從而被限制進入液膜相中(因為水的輸送受到限制)。這導致了在有機酸和 無機酸之間的極其需要的選擇性。在具有0. 01%穩定劑的液膜組成的典型實驗設備中，有 機酸相對無機酸的選擇性可以高達數千倍。類似地，水_液膜相互作用的限制也降低了葡萄糖通過膜的輸送。本發明的SLM 包括適當選擇的上述的萃取劑、共萃取劑和稀釋劑，可以穩定差不多180天。通常，穩定劑 的添加範圍為0. 001-10%，更高濃度的穩定劑具有更穩定的膜，但是具有較低的提取率。 最優選的穩定劑濃度為0. 005-0. 020ppm。碳氟化合物系表面活性劑具有以下的通式結構 RfCH2CH2O (CH2CH2O) xH，其中χ是0_25範圍內的數，且Rf碳氟基團F (CF2CF2) y，其中y是1_20。在浸到基膜孔中之前，將載體、共萃取劑、稀釋劑和穩定劑混合成均勻相。基膜能 夠形成為具有中空纖維的結構。裝置23使得一流體沿著纖維的腔流動而另一流體沿著纖 維的殼體側流動。更優選的配置是讓源溶液即濃縮液沿著殼體側流動而接收液(也稱為反 萃取液)沿著腔流動。兩種溶液沿著相應側再循環源溶液沿著管線22 (如圖3中所示) 進入裝置23並沿著管線24將該溶液送回到槽21 ；接收液沿著管線26傳送進裝置23並沿 著管線27將該溶液送回到收集槽25。通過酸28經由配料管線29將源相的pH值保持在 pKa以下，例如對於乳酸溶液是1.5-3. 6。酸28通常和酸化劑14相同。接收液可以僅僅為 水或者可包含有化合物如鹽酸或碳酸鈉。最優選的接收液為淡水，因為這會減少後續階段 中的精細純化效果。提取過程包括(I)用有機酸質子化載體有機 +[LacH]水 G [R0NH+LacTkw在質子化期間，有機酸連接到胺上；(II)通過有機層將乳酸傳送到接受液一側胺-乳酸複合物從源溶液一側通過有機層輸送到接收液一側。輸送機理複合物的 擴散或者乳酸鹽分子的躍遷有機 + [R3N'] [R3N，H+LaC-]有機 + [R3N]其中N』更接近接收端，並位於接收端；和(III)胺的去質子化wm^ [R3N'+ [LacH^乳酸(或通常的有機酸)從源溶液傳送到接收液。源溶液與接收液的量的比例優選從1 1到8 1，還更優選從1 1到4 1。提取過程的時間部分依賴於源溶液與接收液的比率、有機酸濃度以及提取裝置(也就是支撐液膜)。當源相有機物濃度比接收相高20%以上時，應該停止提取過程，因為提取率變得十 分地低。收集接收液以進一步處理。新的接收相在系統中循環以進一步提取乳酸。在提取 幾輪後，源溶液將會含有少於8%的乳酸，此時不太合適進行提取，因為提取率會變得太低。 在一實施方案中，源相與接收相比值為2 1且源相的酸濃度開始為48%，經過6輪、每次 3-5小時的提取後，源溶液的乳酸鹽濃度將會降低到7-10%。接收液中的平均乳酸濃度為 1-15%。有利地是，裝置23具有高的有機酸選擇性。通常，接收液沒有大量的乳酸發酵用 的原料葡萄糖。接收相的顏色相對源溶液要淺，因為乳酸被提取進潔淨溶液中。與澄清後 的液體(UF/MF之後)相比，它的顏色會降低50-500倍。SLM的高選擇性確保了接收相包含 少量的離子雜質且實際上與源相的離子雜質濃度無關。在起始源包含48%的乳酸鹽、pH值 3. 2,4. 0-4. 5%的銨、10-20%的硫酸鹽的優選裝置運行中，接收液將會包含0. 000-0. 05% 的銨以及0. 0001-0. 04%的硫酸鹽。為了提高回收率，可通過管線30將濃縮液傳送到另一蒸發器31中以進一步濃縮。 裝置31的蒸發量比裝置9小大約5-8倍。裝置31的排出物可包含15-60%的乳酸，通常 約30-50%。當溶液包含的硫酸銨已經達到近飽和點，硫酸銨會在濃縮過程中沉澱出來，特 別是當濃縮超過40%的時候。濃縮液可以與前述工藝中相同的方式加以過濾，經由管線33 進入冷卻槽34，並通過管線35流出進入壓濾機或任何適當的固液分離裝置36，以獲得收集 在槽40中的透明液體和38中的硫酸銨結晶或任何碳化的沉澱。在該過濾步驟中，不需要 進一步的預酸化，因為濃縮液已經處在低的PH值下。使用用於裝置23的上述相同提取方 法，再將槽40中經澄清的濃縮液用裝置42的SLM進行乳酸提取。獲得的溶液可以丟棄或 者通過管線49供應到裝置50中，以便在將溶液導入裝置31進一步濃縮之前進一步超濾。來自SLM過程的所有接收的提取液(收集在槽25和44中)會合成流體，該流體包 含有一些增加提取液顏色的化合物。會合流體被供應到活性炭柱裝置54(如圖7中所示) 中，在此通過將活性炭引入提取液而發生溶液顏色的減弱。活性炭與包含色彩的化合物結 合，從提取液中把它們除去。如圖7中所示，來自裝置54的脫色提取液能夠通過管線68導入裝置69以供濃 縮。通常，裝置69可以是任何能夠通過從發酵液溶液中除去水來濃縮有機酸的裝置，特別 是將供給溶液從低到0. 05%的濃度濃縮到高達50%的濃度，在更優選的一實施方案中，從 1-8%的進給濃度濃縮到8-10%的輸出濃度。在更優選的實施方案中，裝置69是一高分子 膜，在它的操作模式下它只允許提取液中的水流過膜。裝置69的水容許性可以是壓力驅動 的、真空驅動和/或熱驅動。在最優選的實施方案中，一種壓力驅動膜，反滲透(RO)膜使用 在裝置69中。裝置69的使用可以用比常規蒸發裝置低的多的能源成本將提取液濃縮到較 高的濃度。裝置69的預濃縮有效地降低了後續步驟中裝置需要處理的體積。裝置69除去 的水能夠導入裝置25和44以用於發酵液的源頭或者其它需要的地方。可選擇地，濃縮步 驟可在脫色步驟之前進行。不管是否從裝置69進行進一步濃縮，提取液都可被導入一系列柱中進行精細純 化以提高質量。一系列的精細純化柱可包括例如i)用於除去陽離子雜質的陽離子交換柱 (去礦物質)；ii)用於除去陰離子雜質的陰離子交換柱；iii)用於脫色的精細純化得脫色 樹脂或活性炭柱。這三種柱能夠以任意順序進行操作，儘管在更優選的實施方案中，陽離子交換柱優選在陰離子交換柱之間，而脫色或活性炭可設置在陽離子和陰離子交換柱之前， 之後或之間。來自裝置69的預濃縮液或來自裝置54的脫色液分別通過管線70或管線55導入 陽離子交換裝置56以去除任何微量的陽離子雜質。通常，任何強的陽離子交換樹脂都可用 在裝置56中。大孔型的陽離子交換樹脂的使用是一種選擇。除了除去陽離子雜質外，陽離 子交換柱56也進一步除去了發酵液的一些或所有顏色。去除了礦物質的乳酸溶液然後經 由管線57用陰離子交換裝置58進一步處理，其中陰離子雜質被去除了。裝置58中需要弱 的陰離子交換樹脂。在一實施方案中，使用了大孔徑型的樹脂。如果必要，去除顏色的步驟 可重複進行。此外，在陽離子交換、陰離子交換和顏色 去除後也可重複冷凝步驟。例如，儘管來自陰離子交換裝置58的排出提取溶液通常不包 含顏色，但在任意工藝中提取液經過陰離子交換器後低水平的顏色仍繼續存在，來自陰離 子交換器的排出物可進一步經過包含例如精細純化的脫色樹脂或活性炭的裝置60以脫 色。根據起始的濃度，獲得的提取液通常包含7-12%的乳酸。如果獲得的溶液的濃度低於 10%，使該溶液經過另一濃縮裝置62是有利的。裝置62可以是類似於裝置69的任何具體 設備。在一優選的實施方案中，另一 RO膜可用在裝置62中。裝置62能夠將溶液濃縮成 11-15%的乳酸。根據起始濃度和獲得的濃度，裝置62去除的水63可包含0. 1% -6%的乳 酸。獲得的提取液包含11%-15%的有機酸。然後將其通過裝置72進行提純。裝置72是 一種基於分子量截留的分離裝置。它會去除可能已經通過所有先前過程的預定臨界值以上 的大分子量雜質。裝置72優選是具有100-300道爾頓之間的截留分子量(MWCO)的納米過 濾膜，更優選具有100-150MWC0以提純乳酸。裝置72允許乳酸通過該膜，同時保留下分子 量高於其MWCO的大部分雜質。當進一步將其濃縮到超過75%的更高濃度時，它改善了乳酸 溶液的色值。來自裝置72的滲透液然後用產物蒸發器即圖8中所示的裝置75進行進一步濃 縮。裝置75的濃縮係數可以為20-40倍，更通常是25-35倍。來自裝置75的濃縮液76可 導向產品包裝部分。來自裝置72的濃縮液74可經過裝置9或者31以蒸發，或者回到裝置 54中以增加乳酸的回收率，如圖12中所示。該精細純化後的有機酸可用氧化劑例如過氧化 氫進行處理以製造出熱穩定的有機酸，也就是說在高溫下耐脫色的酸。圖9顯示，來自裝置14、28和75的蒸餾物能夠用裝置11進行處理以去除VOCs和 痕量的乳酸，從而生產1級質量的水67。67的量通常足以補充包括設備清洗在內的整個工 藝的70-90%的需求。可選擇地，來自裝置14和28的蒸餾物可以直接用於發酵液的製備， 而來自裝置75的蒸餾物能夠用作SLM的接收液。本發明進一步通過以下實施例加以說明，這些實施例決不能解釋為是對本發明的 保護範圍進行限定。實施例1-超濾253L的發酵液以2巴的供給壓力在超濾膜系統中流動。超濾膜為聚醚碸系的有效 面積為3. 5m2的中空纖維膜。發酵液被供應到纖維的腔內並在其中流動。排斥壓力控制在 1.6巴的壓力。半透膜壓力為1.8巴。起始滲透流速為1.9L/分鐘，並在3小時後86%的 回收率時下降到0.5L/分鐘。平均流量為19. 5LMH。原發酵液和第一滲透液中的懸浮固體 分別為3. 88g/L和0. 005g/L。第一滲透液的濃縮液具有49. 78g/L的懸浮固體。
權利要求
一種從含有有機酸的鹽形式的發酵液中回收和提純有機酸的方法，包括以下步驟a.使發酵液經受超濾或微濾以形成第一滲透液；b.濃縮該第一滲透液以形成濃縮液；c.使濃縮液經過支撐液膜以將乳酸提取進包含提取液的分離流體中；d.使提取液經過活性炭以脫色，經過陽離子交換樹脂以去除礦物質，並經過陰離子交換樹脂來除去陰離子雜質，最終形成精細純化後的有機酸；e.過濾精細純化後的有機酸以除去超過預定臨界值的雜質；f.將精細純化後的有機酸濃縮到期望的濃度。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，支撐液膜包括基膜和浸在基膜孔上的有機層。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，有機層包括載體、共萃取劑、稀釋劑和穩定劑。
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，穩定劑是一種非離子的乙氧基碳氟化合物 系的表面活性劑。
5.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，載體包括伯胺、仲胺、叔胺和芳香胺。
6.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，共萃取劑為脂肪醇。
7.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，稀釋劑包括烴類、酮、醚和酯。
8.如權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述胺具有一個或多個支鏈、直鏈和環形的 C4-C24的側鏈。
9.如權利要求6所述的方法，其特徵在於，脂肪醇包括一個直鏈或支鏈的C2-C29。
10.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，基膜包括聚丙烯、聚乙烯、聚二氟乙烯、聚 醚碸或聚碸。
11.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，支撐液膜具有限定兩側的中空纖維結構， 其中一側為有機相，另一側為水相。
12.如權利要求11所述的方法，其特徵在於，有機相包括兩種以上組分。
13.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，超濾膜的孔徑在0.1-0. 01 μ m的範圍內，微 濾膜的孔徑在0. 04-1 μ m的範圍內。
14.如權利要求1所述的方法，進一步包括以下步驟將水或混合有溶質的水供應到步 驟c)的支撐液膜中。
15.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，使提取液經過陽離子交換樹脂的步驟在使 提取的有機溶液經過陰離子交換樹脂的步驟之前。
16.如權利要求1所述的方法，進一步包括以下步驟在將濃縮液經過支撐液膜之前， 將濃縮液酸化至PH為1-4. 8並從濃縮液中分離鹽。
17.如權利要求16所述的方法，進一步包括以下步驟在將濃縮液經過支撐液膜之前， 通過過濾分離沉澱。
18.如權利要求1所述的方法，進一步包括用氧化劑處理精細純化後的有機酸以製造 熱穩定的有機酸。
19.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，有機酸為乳酸。
20.如權利要求1所述的方法，進一步包括以下步驟在將濃縮液經過支撐液膜的步驟之後並在過濾精細純化後的有機酸以去除預定臨界值以上的雜質步驟之前濃縮提取液。
21.如權利要求20所述的方法，其特徵在於，濃縮提取液的步驟通過使用反滲透膜來 完成，反滲透膜僅允許提取液的水流過該膜。
22.如權利要求20所述的方法，進一步包括以下步驟在將提取液經過陰離子交換的 步驟之後並在過濾精細純化後的有機酸以去除預定臨界值以上的雜質的步驟之前濃縮提 取液。
23.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟e)的預定臨界值大於100道爾頓。
全文摘要
一種從含有有機酸的鹽形式的發酵液中回收和提純有機酸的方法，包括以下步驟使發酵液經過超濾或微濾以形成第一滲透液，濃縮該第一滲透液以形成濃縮液，使濃縮液經過支撐液膜以將乳酸提取進包含提取液的分離流體中，使提取液經過活性炭以脫色，經過陽離子交換樹脂以去除礦物質，並經過陰離子交換樹脂來除去陰離子雜質以形成精細純化後的有機酸，過濾精細純化後的有機酸以除去超過預定臨界值的雜質並將精細純化後的有機酸濃縮到期望的濃度。
文檔編號C07C51/47GK101967091SQ20091015208
公開日2011年2月9日 申請日期2009年7月28日 優先權日2009年7月28日
發明者哥維達拉祖·文凱達查拉姆, 林愛蓮, 梁友進 申請人:凱發智慧財產權資源私人有限公司