一种从非钙盐乳酸发酵液分离获取高纯度乳酸的方法技术

本发明专利技术公开了一种从非钙盐乳酸发酵液分离获取高纯度乳酸的方法，本发明专利技术采用过滤、浓缩、酯化、结晶、精馏、水解获得高纯度乳酸。本方法过程简单，获得的乳酸质量浓度高于90％，光学纯度介于98.0％-99.5％，N含量低于0.5μg/g，色度(HPHA)低于10。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属有机酸发酵生产领域，涉及一种从非钙盐乳酸发酵液分离获取高纯度乳酸的方法。
技术介绍
乳酸是一种重要的C3平台化合物，广泛应用于化工、食品和医药等领域。乳酸分为化学法和生物发酵法生产。其中前者只能生产D-乳酸和L-乳酸的混合消旋体，后者以糖液为底物，在生物菌种的作用下转化可生产单一的L-乳酸或单一的D-乳酸，现已发展为乳酸生产的主流方法。由于生物发酵法生产乳酸利用可再生生物质能源，并且具有发酵效率高和产品光学纯度高的特点，该方法受到了工业界和学术界的广泛关注，研究的重点主要集中在提高产物发酵浓度和产物分离收率两个方面。通常而言，发酵法生产乳酸采用含有钙的碱性物质(如氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙)作为中和剂，发酵后的乳酸钙盐发酵液经过硫酸酸化脱除硫酸钙、活性炭吸附脱色、浓缩、阴阳离子树脂交换、活性炭再吸附脱色和再浓缩的过程获得乳酸成品。该工艺过程活性炭吸附会造成乳酸的大量损失，离子交换过程会有大量的废水排放，造成环境污染，另外发酵过程中的部分小分子色素和蛋白不能有效去除。采用非钙盐作为乳酸发酵过程的中和剂，可以有效减少乳酸的损失，而且可以采用微滤、超滤等技术脱除菌渣，降低钙离子对滤膜设备的损害。有关乳酸分离的改进工艺在诸多文献中已有所报道，主要包括吸附分离、电解、萃取以及先酯化后水解的工艺。吸附分离存在废水排放以及色素和蛋白吸附和再解析释放到产品的过程，影响产品品质。电解分离由于钙盐发酵液也对电极具有破坏作用，不适宜大规模工业应用。萃取分离由于萃取剂价格昂贵，且萃取后易残留萃取剂，因而该方法并不适合生产高纯度的乳酸。酯化和后水解被认为是一种可获得高化学纯度乳酸的重要生产工艺，该工艺获得的乳酸可以在医药行业有所应用，亦可适用于合成特种高分子量聚乳酸。Kumar、Liu、Li和Edreder等分别报道了乳酸酯化和水解的工艺(RakeshKumar,SanjayMMahajani,HemantNanavati，SantoshBNoronha，Recoveryoflacticacidbybatchreactivedistillation，JournalofChemicalTechnologyandBiotechnology，，2006年81卷1141–1150页；LiuMo,JiangShao-Tong,PanLi-Jun,ZhengZhi,LuoShui-Zhong,Designandcontrolofreactivedistillationforhydrolysisofmethyllactate,chemicalengineeringresearchanddesign，2011年89卷2199-2206页；Kuo-TsengLi,Lung-DerTsai,Chao-HsunWu,IkaiWang，LacticAcidEsterificationonTitania-SilicaBinaryOxides，Industrial&EngineeringChemistryResearch，2013年52卷4734-4739页；E.A.Edreder,I.M.Mujtabab,M.Emtir，Optimaloperationofdifferenttypesofbatchreactivedistillationcolumnsusedforhydrolysisofmethyllactatetolacticacid，ChemicalEngineeringJournal，2011年172卷467–475页)，但以上工艺中都是利用经过分离得到的粗乳酸产品，而后经过浓缩、酯化和再水解获得精乳酸产品，经历了从乳酸盐发酵液到粗乳酸最后到精乳酸的过程。日本武藏野公司在EP0614983披露了直接从乳酸铵发酵液通过酯化和水解获得乳酸的方法，具体是将乳酸铵发酵液与C4-C5醇一起浓缩，并加入酸促进酯化反应，酯化和浓缩过程释放的氨回用到上游发酵系统作为中和剂，乳酸酯经过下游水解得到乳酸纯品，此工艺过程尽管不需先获得粗乳酸，但该工艺加热分解形成的氨过程能耗较高，且C4-C5醇类价格昂贵。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有分离技术的各种不足，经过刻苦的试验，提出了一种工艺路线简单、设备投资小、能耗低和便于操作的分离获得高纯度乳酸的方法，该工艺流程中可实现大量水和醇的回用，降低生产成本，由此完成了本专利技术。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种从非钙盐乳酸发酵液分离获取高纯度乳酸的方法，包括以下工序：1)对非钙盐乳酸发酵液采用过滤脱除菌体和大颗粒悬浮物得到过滤液；2)浓缩过滤液得到浓缩液；3)将浓缩液与C1-C4醇在酸的作用下充分接触，进行酯化和结晶析出协同反应，得到酯化结晶混合液；4)将酯化结晶液采用精馏的方式获得乳酸酯；5)乳酸酯水解获得高纯度乳酸。所述非钙盐乳酸发酵液为采用德式乳杆菌、保加利亚乳杆菌、芽孢乳杆菌或菊糖芽孢杆菌在乳酸发酵过程中不添加含有钙的碱性物质作为发酵pH值调节剂而获得的乳酸的钠盐发酵液、乳酸的铵盐发酵液、乳酸的钾盐发酵液或乳酸的镁盐发酵液。所述步骤1)中的过滤为离心、微滤、超滤或纳滤的一种或几种组合。所述步骤2)中对过滤液进行浓缩是将过滤液浓缩至以乳酸质量含量为40％～85％，优选以乳酸质量含量计为55％～82％。所述步骤3)中C1-C4醇为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇或叔丁醇，优选C1～C3醇，比如甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇，更优选C1～C2醇,比如甲醇、乙醇；所使用的酸无特别指定，盐酸、硝酸、硫酸、磷酸或含有磺酸基团的酸性物质，优选硫酸和含有磺酸基团的酸性物质，比如硫酸、苯磺酸；所述步骤3)酯化和结晶协同析出指适宜的酯化温度下酯化同时伴有盐结晶析出，本专利技术发现一般酯化温度高于200℃度只有酯化反应，不会伴有盐结晶析出，因此本专利技术适宜的酯化温度为20～110℃，优选50～98℃；C1-C4醇与浓缩液中的乳酸盐摩尔比为10:1～3:1，优选6:1～-3.5:1。所述浓缩液与C1-C4醇在酸的作用充分接触，是指浓缩液与C1～C4醇发生满足化学计量酯化反应，可以采用搅拌、超声或者折流反应器方式，但不仅限于此。优选步骤4)精馏前脱除酯化结晶混合液中的晶体。脱除酯化结晶混合液中的晶体包括氯化钠、硝酸钠、硫酸钠、磷酸钠、磺酸钠、氯化铵、硝酸铵、硫酸铵、磷酸铵、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磺酸铵、氯化钾、硝酸钾、硫酸钾、磷酸钾、磺酸钾、氯化镁、硝酸镁、硫酸镁、磷酸镁、磺酸镁。所述步骤4)精馏操作压力为0.015～0.280MPa，优选0.02～0.15MPa。所述工序5)乳酸酯水解中水与乳酸酯的摩尔比为4:1～25:1，，优选8:1～18:1；采用无机液体酸或固体酸催化剂，反应温度为50～110℃，优选70～100℃。所述固体酸催化剂为酸性树脂、磺化碳、分子筛或固体超强酸。固体酸包括酸性树脂、磺化碳、分子筛、固体超强酸。固体超强酸是指采用硫酸根改性的氧化钛、氧化锆和氧化铁，这为行业内所公知，其中硫酸根质量百分含量为0.5％～15％。非钙盐乳酸发酵液是指在乳酸发酵过程中不添加含有钙的碱性物质作为发酵pH值调节剂而获得的乳酸发酵液。非钙盐乳酸发酵液是指采用德式乳杆菌、保加利亚乳杆菌、芽孢乳杆菌、菊本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从非钙盐乳酸发酵液分离获取高纯度乳酸的方法，其特征在于包括以下工序：1)过滤非钙盐乳酸发酵液脱除菌体和大颗粒悬浮物得到过滤液；2)浓缩过滤液得到浓缩液；3)将浓缩液与C1‑C4醇在酸的作用下充分接触，进行酯化和结晶析出协同反应，得到酯化结晶混合液；4)将酯化结晶混合液采用精馏的方式获得乳酸酯；5)乳酸酯水解获得高纯度乳酸。

【技术特征摘要】
1.一种从非钙盐乳酸发酵液分离获取高纯度乳酸的方法，其特征在于包括以下工序：1)过滤非钙盐乳酸发酵液脱除菌体和大颗粒悬浮物得到过滤液；2)浓缩过滤液得到浓缩液；3)将浓缩液与C1-C4醇在酸的作用下充分接触，进行酯化和结晶析出协同反应，得到酯化结晶混合液；4)将酯化结晶混合液采用精馏的方式获得乳酸酯；5)乳酸酯水解获得高纯度乳酸。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤4)精馏前需脱除酯化结晶混合液中的晶体。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤1)中的过滤为离心、微滤、超滤或纳滤的一种或几种组合。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤2)中对过滤液进行浓缩是将过滤液浓缩至以乳酸质量含量为40％～85％。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤3)中C1-C4醇为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇或叔丁醇，所使用的酸为盐酸、硝酸、硫酸、磷...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘经伟，方晓江，陈韶辉，杨爱武，王英武，李泽壮，
申请(专利权)人：中国石化扬子石油化工有限公司，中国石油化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32