BR112015019061B1 - Processo para preparação de lactato de metila - Google Patents

Abstract

MÉTODO PARA PREPARAÇÃO DE LACTATO DE METILA. A presente invenção refere-se a um processo para preparação de lactato de metila compreendendo as etapas de - colocar um líquido aquoso contendo ácido láctico, metanol, e pelo menos 5 % em peso de um sal cloreto dissolvido selecionado entre cloreto de magnésio, cloreto de cálcio, e cloreto de zinco em condições de reação, obtendo assim lactato de metila, com um agente de extração provido à mistura de reação antes, durante e/ou após a formação de lactato de metila, - submeter a mistura de reação a uma etapa de separação líquido-líquido em que uma fase orgânica contendo lactato de metila e agente de extração é separada de uma fase aquosa contendo sal cloreto dissolvido. O agente de extração contém preferivelmente um ou mais compostos selecionados entre cetonas C5+ e éteres C3-C10, em particular cetonas C5-C8, mais particularmente metil isobutil cetona. Foi verificado que o processo da invenção torna possível fabricar lactato de metila eficientemente e com alto rendimento.

Description

[0001] A presente invenção refere-se a um método para fabricar lactato de metila e a um método para fabricar acrilato de metila.

[0002] Lactato de metila é um composto com muitos usos. Pode ser usado como solvente, como um material de partida para a fabricação de poli(ácido láctico), ou como um material de partida para numerosas outras reações. Por exemplo, pode ser usado como intermediário em purificação de ácido láctico, como bloco de construção na síntese de componentes quirais, por exemplo, pesticidas, e como material de partida para fabricação de lactídeos.

[0003] Um uso importante de lactato de metila é a fabricação de acrilato de metila, que é um material de partida para a fabricação de polímeros acrilato. Adicionalmente, acrilato de metila é um material de partida adequado para ácido acrílico e outros ésteres, como acrilato de etila e acrilato de butila.

[0004] Lactato de metila pode ser fabricado com ácido láctico, que é obtido por fermentação. Em vista dos vários usos de lactato de metila, existe necessidade na arte de um método para fabricar lactato de metila, que seja eficiente e que produza lactato de metila com alto rendimento. A presente invenção provê tal processo.

[0005] A presente invenção refere-se a um processo para prepa ração de lactato de metila consistindo das etapas de - colocar um líquido aquoso contendo ácido láctico, metanol e pelo menos 5 % em peso de um sal cloreto dissolvido selecionado entre cloreto de magnésio, cloreto de cálcio, e cloreto de zinco em condições de reação, obtendo assim lactato de metila, sendo um agente de extração fornecido à mistura de reação antes, durante ou após a formação de lactato de metila, - submeter a mistura de reação a uma separação líquido- líquido em que uma fase orgânica contendo lactato de metila e agente de extração é separada de uma fase aquosa contendo cloreto dissolvido.

[0006] A porcentagem (%) em peso é calculada sobre o peso do líquido aquoso. Foi verificado que o processo da invenção torna possível fabricar lactato de metila eficientemente e com alto rendimento.

[0007] Mais especificamente, foi verificado que a presença de um sal cloreto dissolvido, selecionado entre cloreto de magnésio, cloreto de cálcio, e cloreto de zinco, na mistura de reação resulta em um aumento na velocidade da reação de esterificação, e no rendimento do produto em comparação com a situação em que o sal especificado está ausente. Foi verificado que a presença de pelo menos 5 % em peso desses sais melhora a separação de lactato de metila e agente de extração do meio aquoso.

[0008] Foi verificado que o processo da invenção tem também vá rias vantagens na comparação com um processo em que em uma primeira etapa de ácido láctico é produzido e separado de uma solução de sal, e a esterificação para formar lactato de metila ocorre em uma segunda etapa. No processo da invenção, onde a esterificação é feita na presença do sal, não é necessário submeter o ácido láctico a uma etapa de purificação. Assim os esforços de purificação total do ácido láctico e do lactato de metila são reduzidos. Além disso, como indicado acima, a presença do sal melhora o processo de separação. Em consequência, o processo da invenção pode ser efetuado com teores mais altos de água que a separação de lactato de metila na ausência de sal, ou separação de ácido láctico de uma solução aquosa. Assim, menos água tem de ser removida, e isto é uma vantagem econômica. Outras vantagens da presente invenção e modalidades específicas da mesma ficarão claras na especificação a seguir.

[0009] Em relação ao aumento da velocidade de reação, sem ficar limitado por teoria, acredita-se que a presença de um sal cloreto dissolvido selecionado entre cloreto de magnésio, cloreto de cálcio, e cloreto de zinco na mistura de reação leva a uma redução do pH, que re-sulta em um aumento da velocidade de reação. Acredita-se também que a presença de pelo menos 5 % em peso de um sal cloreto dissolvido selecionado entre cloreto de magnésio, cloreto de cálcio, e cloreto de zinco leva a processos melhores de separação de fases e extração, métodos que são particularmente adequados para separar os ésteres do líquido aquoso.

[0010] O processo da invenção começa com um líquido aquoso contendo ácido láctico, metanol, e pelo menos 5 % em peso de um sal cloreto dissolvido selecionado entre cloreto de magnésio, cloreto de cálcio, e cloreto de zinco, calculado sobre o peso do líquido.

[0011] A concentração de ácido láctico no líquido aquoso pode va riar em faixa larga. Como valor máximo, um valor de 50 % em peso pode ser mencionado. Como mínimo, um valor de 1% em peso pode ser mencionado. Abaixo desse valor, operação econômica pode ser difícil. É preferível que a concentração de ácido láctico fique na faixa de 5-40 % em peso, em particular 10-40 % em peso, mais particularmente 15- 35 % em peso. Uma faixa de 20-35 % em peso pode ser particularmente conveniente.

[0012] O montante de metanol que está presente no líquido aquo so é determinado pelo montante de ácido láctico presente no sistema. A relação molar entre ácido láctico e metanol está geralmente na faixa de 1:1 a 1:10, preferivelmente na faixa de1:1 a 1:5.

[0013] Além de ácido láctico e metanol o líquido aquoso contém pelo menos 5% em peso, calculado sobre o peso do líquido, de um sal cloreto dissolvido selecionado entre cloreto de magnésio, cloreto de cálcio, e cloreto de zinco. Se o montante do sal dissolvido está abaixo de 5% em peso o efeito vantajoso da presente invenção não será obti- do. Pode ser preferível que o cloreto dissolvido esteja presente em um montante de pelo menos10 % em peso, em particular pelo menos15% em peso. O máximo para o montante de sal cloreto não é crítico para o processo da invenção. O máximo dependerá da solubilidade do sal em questão no meio. Em geral, um máximo de 40 % em peso pode ser mencionado. Pode ser preferível que o líquido aquoso contenha 10 - 30 % em peso de cloreto dissolvido, em particular 15 a 25 % em peso. O sal cloreto pode ser selecionado entre cloreto de magnésio, cloreto de cálcio, e cloreto de zinco. Misturas de sais podem também ser aplicadas. O uso de cloreto de magnésio é preferido, por ser considerado particularmente eficaz para assegurar alta eficiência em separação, e possivelmente velocidade de reação aumentada. Além disso, o uso de cloreto de magnésio permite um atraente processo integrado pelo uso de um estágio de decomposição térmica. Isto será discutido com maior detalhe abaixo.

[0014] O líquido aquoso contendo ácido láctico, metanol, e sal clo reto pode ser obtido de várias maneiras. Em uma modalidade, ácido láctico, metanol, e sal cloreto são combinados em água. Entretanto, existem várias possibilidades particularmente atraentes.

[0015] Em uma modalidade, o líquido aquoso contendo ácido lácti co, metanol, e sal cloreto é obtido pelas etapas de prover um líquido aquoso contendo um sal de ácido láctico de magnésio, cálcio, ou zinco, acidificar o líquido aquoso por adição de HCl, e adicionar o metanol antes, depois, ou simultaneamente com a adição de HCl. A etapa de acidificação resulta na conversão do lactato de magnésio, cálcio, ou zinco em ácido láctico, com formação simultânea do sal cloreto correspondente. Por seleção das concentrações de lactato e HCl, pode ser obtido um líquido contendo ácido láctico e sal cloreto nas faixas indicadas acima.

[0016] Se desejado a concentração desses componentes pode ser aumentada de várias maneiras, por exemplo, adicionando ácido láctico ou sal cloreto, ou efetuando um estágio de concentração, em que água é removida do sistema.

[0017] A presença de HCl pode aumentar adicionalmente a veloci dade de reação. Portanto, em uma modalidade, a mistura de reação contém HCl adicional, por exemplo, em um montante de 0,5 a 5 % em peso, calculado sobre o montante de ácido carboxílico. Embora HCl possa ser adicionado separadamente à mistura de reação, em uma modalidade da invenção o processo de acidificação é efetuado usando um excesso de HCl quando comparado com o montante de HCl necessário para neutralização do sal lactato. Nesta modalidade, o montante em excesso de HCL adicionado pode por exemplo, ser um montante de 0,5 a 5 % em peso, calculado sobre o montante de HCL adicionado para converter o sal lactato em ácido láctico.

[0018] O líquido aquoso contendo ácido láctico, metanol, sal clore to é colocado em condições de reação, resultando na formação de lactato de metila.

[0019] Condições de reação geralmente incluem a temperatura na faixa de 20-150°C, em particular na faixa de 30 a 130°C, mais particularmente na faixa de 50 a 100°C. A pressão durante a reação não é crítica, desde que o líquido aquoso permaneça em forma líquida. Geralmente, a reação será efetuada em uma pressão de (1-5 bar), preferivelmente em condições atmosféricas.

[0020] A etapa de colocar o líquido aquoso contendo ácido láctico, metanol, e sal cloreto em condições de reação, obtendo assim um éster lactato de metila, pode ser efetuada no líquido final. Pode também ser efetuada durante a formação do líquido, por exemplo, durante a reação de acidificação discutida acima. Da mesma maneira, a etapa de separação discutida abaixo pode ser efetuada depois de ser completada a reação de esterificação, mas também durante a etapa de esterificação, ou em algumas modalidades durante a etapa combinada de acidificação/esterificação. Várias modalidades são discutidas abaixo.

[0021] No processo da invenção, um agente de extração, também indicado como extrator, é provido à mistura de reação antes, durante ou após formação de lactato de metila.

[0022] A presença de um extrator resulta na formação de um sis tema de duas fases que compreende uma camada líquida orgânica contendo o agente de reação e o lactato de metila e uma camada aquosa contendo sal cloreto dissolvido. O sistema conterá geralmente metanol em excesso, que, dependendo das propriedades do extrator, pode estar presente na camada aquosa e/ou na camada orgânica. Qualquer ácido láctico remanescente pode, dependendo das propriedades do extrator, estar presente na camada aquosa e/ou na camada orgânica.

[0023] O sistema bifásico pode ser submetido a uma separação líquido-líquido em que uma fase orgânica contendo lactato de metila e um agente de extração é separada de uma solução aquosa contendo cloreto dissolvido.

[0024] O agente de extração pode ser adicionado à mistura de re ação quando a formação de lactato de metila tiver sido completada. O agente de extração pode também ser adicionado no início da reação, ou durante a reação. Combinações são naturalmente também possíveis. A modalidade em que o agente de extração é provido ao meio de reação antes da reação de esterificação tem a vantagem de ter qualquer éster lactato de metila transferido para a camada de extrator tão logo seja formado. Como o lactato de metila é assim efetivamente re-movido da mistura de reação, isto resulta em um aumento da velocidade de esterificação.

[0025] O agente de extração deve atender aos seguintes requisi tos: ser capaz de formar um sistema de duas fases e não reagir com ácido láctico, metanol, ou lactato de metila em extensão significativa (por exemplo, se reagir, em menos que 2%). O agente de extração deve preferivelmente ter um ponto de ebulição que permita sua remoção por evaporação, por exemplo, menos que 200°C.

[0026] Exemplos de agentes de extração adequados são hidrocar- bonetos alifáticos e aromáticos, como compostos alcanos e aromáticos, cetonas, e éteres. Misturas de vários compostos podem também ser usadas. Foi verificado que a seleção de um grupo particular de extratores é uma modalidade preferida da presente invenção, porque estes combinam uma alta velocidade de reação com um alto rendimento em lactato de metila, uma eficiente separação de lactato de metila do ácido láctico, e uma alta concentração de lactato de metila no extrator, o que torna o processamento posterior eficiente. É, portanto, preferível que o extrator inclua um ou mais compostos selecionados no grupo de cetonas C5+, éteres C3- C10, e compostos aromáticos C6-C10.

[0027] Em uma modalidade, o agente de extração contém cetonas C5+, em que C5+ representa cetonas com pelo menos 5 átomos de carbono. O uso de cetonas C9+ é menos preferido, porque a solubilidade de lactato de metila neste tipo de compostos é limitada. O uso de cetonas C5-C8 é, portanto, preferido. O uso de metil-isobutil-cetona (MIBK) tem sido considerado particularmente atraente.

[0028] Exemplos de éteres C3-C10 adequados são éteres C3-C6, por exemplo, metil-t-butil éter (MTBE) e dietil éter (DEE).

[0029] Exemplos de compostos aromáticos C6-C10 incluem tolue- no, xileno, e etilbenzeno.

[0030] Um agente de extração contendo um ou mais compostos selecionado entre cetonas C5+ e éteres C3-C10, em particular cetonas C5-C8, é considerado particularmente preferido, porque foi verificado que o uso desses compostos leva a um processo eficiente porque um agente de extração com alta concentração de lactato de metila pode ser obtido. Para obter os benefícios da seleção dos compostos indicados é preferível que o agente de extração contenha pelo menos 50% em peso dos compostos mencionados acima como extratores adequados ou preferidos, em particular pelo menos 80% em peso, mais particularmente pelo menos 90% em peso.

[0031] O montante de agente de extração usado na presente in venção geralmente não é crítico. O montante mínimo será determinado pelo montante necessário para assegurar um processo de separação eficaz. O montante máximo será determinado por operação comercial, quando a adição de agente de extração adicional não leva a uma separação melhorada, mas apenas aumenta o volume do reator. Como faixa geral, uma razão volumétrica de (água + ácido láctico + metanol + sal + lactato de metila) : agente de extração na faixa de1:0,01 a 1:10, em particular 1:0,1 a 1:10 pode ser mencionada.

[0032] É preferível que pelo menos 80% do lactato de metila pre sente no sistema esteja presente na camada líquida orgânica, em particular pelo menos 90%, mais particularmente pelo menos 95%, ainda mais particularmente pelo menos 98%. A camada líquida orgânica contém tipicamente menos que 20% em peso de água, mais particularmente menos que 10% em peso de água, ainda mais particularmente menos que 5% em peso de água.

[0033] Separação eficiente entre o éster na fase orgânica e a fase aquosa pode, por exemplo, ser obtida com a realização de operação em multiestágios em contracorrente.

[0034] A camada aquosa inclui sal cloreto dissolvido como descrito acima, e, preferivelmente, menos de 5 % em peso de lactato de metila, mais preferivelmente menos de 2% em peso de lactato de metila, e ainda mais preferivelmente menos de 1% em peso de lactato de metila. A camada aquosa preferivelmente contém menos de 5% em peso do montante total de ácido láctico fornecido ao sistema, mais preferivelmente menos de 2% em peso, ainda mais preferivelmente menos de 1% em peso. O processo de acordo com a invenção preferivelmente mostra uma conversão de pelo menos 90%, expressa como o montante de ácido láctico convertido, calculado sobre o montante de ácido láctico originalmente fornecido ao sistema. Mais preferivelmente a conversão é de pelo menos 95%, ainda mais preferivelmente de pelo menos 99%.

[0035] O processo de acordo com a invenção pode ser operado a um rendimento de pelo menos 90%, expresso como o montante de éster lactato de metila resultante do processo calculado como rendimento teórico, calculado a partir do montante de ácido láctico originalmente fornecido ao sistema. Preferivelmente o rendimento é de pelo menos 95%, mais preferivelmente de pelo menos 98%, ainda mais preferivelmente de pelo menos 99%. Foi verificado que o processo de acordo com a invenção pode fornecer esses altos rendimentos, especialmente quando é assegurado que etapas apropriadas de reciclagem são incorporadas no projeto de processo, por exemplo, em combinação com o uso de um processo multiestágios em contracorrente.

[0036] Como indicado acima, a presença de sal cloreto dissolvido durante a reação de esterificação leva a um aumento na velocidade de reação. Foi, ainda, verificado que a presença de sal cloreto dissolvido aumenta a separação do éster lactato de metila por extração. Mais especificamente, um aumento na concentração de sal cloreto dissolvido pode levar a um maior coeficiente de distribuição do lactato de metila entre a camada orgânica e a camada aquosa, resultando em um rendimento de lactato de metila melhorado na camada orgânica e um teor de orgânico menor na camada aquosa. É, portanto, preferível, que a solução de sal cloreto tenha uma concentração relativamente alta. Nesta modalidade pode ser preferível que a concentração de sal clore- to no líquido aquoso seja de pelo menos 10 % em peso, mais preferivelmente de pelo menos 15% em peso, ainda mais preferivelmente pelo menos 20% em peso.

[0037] A etapa de realização de uma separação líquido-líquido em que uma fase orgânica contendo lactato de metila e um agente de extração é separada de uma solução aquosa contendo sal cloreto dissolvido pode ser realizada por métodos conhecidos na arte para separação líquido-líquido. Exemplos de aparelhos e métodos adequados para separação líquido-líquido incluem decantação, sedimentação, centrifugação, uso de separadores de placa, uso de coalescedores, e uso de hidrociclones. Combinação de diferentes métodos e aparelhos podem também ser usados.

[0038] O método da invenção pode conter adicionalmente uma etapa de remoção de água antes ou durante esterificação. Por exemplo, água pode ser removida antes da adição do metanol, mas após adição do cloreto de hidrogênio. Essa etapa pode permitir maior concentração de sal cloreto e/ou maior concentração de ácido láctico. Isto pode aumentar a velocidade da reação de esterificação e/ou aumentar o montante de lactato de metila no agente de extração. Concentrações preferidas às quais o ácido láctico pode ser concentrado são mencio-nadas acima para a mistura aquosa. Um limite superior pode ser derivado da solubilidade do sal cloreto na solução, já que a presença de sal precipitado não provê vantagens adicionais, mas pode resultar em problemas de processamento.

[0039] Como indicado acima, é preferível que o sal cloreto usado na presente invenção seja cloreto de magnésio. Uma razão pela qual este sal é preferido é que ele permite um método atraente de processamento da solução de sal cloreto, a saber, por decomposição térmica. Portanto, em uma modalidade da presente invenção, a solução de cloreto de magnésio resultante da etapa de separação é submetida a uma etapa de decomposição térmica, onde é convertida em óxido de magnésio e cloreto de hidrogênio. O processo de decomposição térmica é também conhecido pelas hidrólise térmica e termo-hidrólise.

[0040] Decomposição térmica é, geralmente, realizada em uma temperatura de pelo menos 300 ° C. Preferivelmente, decomposição térmica é realizada a uma temperatura de pelo menos 350°C. Devido a custos de energia, a temperatura fica preferivelmente abaixo de 1000°C, mais preferivelmente abaixo de 800°C. Por exemplo, a temperatura na qual decomposição térmica é realizada pode ser de 350-600 ou 400-450°C.

[0041] Preferivelmente, a solução de cloreto de magnésio tem uma concentração de cloreto de magnésio de 15-40% em peso, mais preferivelmente 25-35% em peso. Montantes altos demais de cloreto de magnésio presentes na solução podem resultar em precipitação de cloreto de magnésio quando da entrada na unidade de termodiálise. Água pode ser adicionada ou removida da solução de cloreto de hidrogênio recuperada no método da invenção para obter uma concentração desejável de cloreto de magnésio.

[0042] Aparelhos adequados para realizar a decomposição térmica são conhecidos na técnica. Por exemplo, um forno tipo spray (spray roaster) ou um forno de leito fluidizado (fluid bed roaster) podem ser usados. Esses aparelhos podem, por exemplo, ser obtidos na SMS Siemag, Andritz . Tenova, CMI, e Chemline. O óxido de magnésio obtido na decomposição térmica estará em forma sólida. Ele pode, se desejado, ser reciclado para uso em um processo de fermentação, em particular como um agente neutralizante. O MgO pode ser usado diretamente, mas é também possível convertê-lo em hidróxido de magnésio por reação com água. O cloreto de hidrogênio obtido na decomposição térmica pode, se desejado, ser usado em uma etapa de acidificação.

[0043] Em uma modalidade, a invenção se refere a um processo integrado que abrange todas as etapas de fabricação de ácido láctico através de uma etapa de fermentação até a formação do éster lactato de metila. Isso contribui para a integração eficiente de várias etapas e alto rendimento de lactato de metila.

[0044] Se desejado, uma etapa de conversão de lactato de metila em acrilato de metila pode também ser fornecida.

[0045] Assim, em uma modalidade, o método de acordo com a in venção inclui adicionalmente uma etapa de fermentação, em que uma alimentação aquosa contendo um sal de ácido láctico é formada. Essa etapa tipicamente inclui as subetapas de fermentar uma fonte de carbono por meio de um micro-organismo para formar um meio de fer-mentação contendo ácido láctico, e neutralizar (parcialmente) o meio de fermentação para estabelecer um pH desejável pela adição de um agente de neutralização, neste caso preferivelmente uma base de cálcio, uma base de zinco, ou uma base de magnésio, mais em particular uma base de magnésio, para formar o sal lactato correspondente. Subsequentemente, biomassa pode, se assim desejado, ser separada do meio de fermentação, por exemplo, por (ultra) filtração, centrifugação ou decantação da biomassa. Foi verificado, em geral, que remoção de biomassa leva a um produto final com melhores propriedades, incluindo um menor teor de contaminantes. O menor teor de contaminan- tes também leva a uma melhor cor de produto, já que contaminantes frequentemente resultam na formação de compostos coloridos que são difíceis de remover. Assim, é preferível efetuar uma etapa de remoção de biomassa. Isso é mais justificável ainda uma vez que a presença de biomassa pode também impactar a chamada formação bruta, o que leva a perdas de produto e dificulta a separação líquido-líquido.

[0046] Como descrito acima, óxido de magnésio obtido na etapa de decomposição térmica pode ser reciclado na etapa de precipitação como agente de neutralização ou um precursor do mesmo.

[0047] Em uma modalidade o processo de acordo com a invenção inclui adicionalmente uma etapa em que o lactato de metila é submetido a uma reação de desidratação na presença de um catalisador para formar acrilato de metila. O processo é adequadamente realizado na fase gasosa. A temperatura de reação é, por exemplo, 300-500°C. A pressão de reação fica na faixa de, por exemplo, (0,5-3 bar), e adequadamente, atmosférica. Um gás inerte pode ser adicionado para reduzir a pressão parcial por diluição. Catalisadores adequados incluem catalisadores de desidrogenação conhecidos na arte. Exemplos incluem catalisadores baseados em sulfato de cálcio, fosfato de cálcio, pi- rofosfato de cálcio, e combinações dos mesmos. Promotores adequados incluem sulfato de sódio, sulfato de cobre, sulfato de manganês, sulfato de ferro, sulfato de magnésio, sulfato de alumínio, nitrato de sódio, fosfato de sódio, e fosfato de potássio.

[0048] A Figura 1 ilustra o processo de acordo com a invenção in corporado em um processo integrado. Um processo de fermentação é realizado em um reator de fermentação (1) gerando ácido láctico. Uma base é adicionada durante a fermentação (não mostrado), resultando na formação de um sal lactato. A base preferivelmente é uma base de cálcio, por exemplo óxido, hidróxido ou carbonato de cálcio, uma base de magnésio, por exemplo, óxido, hidróxido ou carbonato de magnésio, ou uma base de zinco, por exemplo, óxido, hidróxido ou carbonato de zinco. O uso de uma base de magnésio é preferido. Uma corrente de produto (2) contendo um sal lactato, preferivelmente lactato de cálcio, lactato de magnésio, ou lactato de zinco, em particular lactato de magnésio, é retirada do reator de fermentação, e transferida para um reator de acidificação/esterificação. Se desejado, etapas intermediárias de purificação como remoção de biomassa podem ser realizadas de maneiras conhecidas na arte. No reator de acidificação/esterificação (3), metanol é adicionado através da linha (14), e cloreto de hidrogênio é adi cionado através da linha (9) . O cloreto de hidrogênio pode estar na fase gasosa ou em solução em água. O cloreto de hidrogênio pode ser adicionado antes da adição de metanol, simultaneamente com a adição de metanol, ou após a adição de metanol. Um agente de extração é fornecido através da linha (16) . O reator é levado a condições de esterificação. Em seguida, é realizada uma etapa de separação. Na figura, isto é apresentado como uma etapa separada (5), mas pode ser realizada no reator de esterificação. A etapa de separação abrange a etapa de separação líquido-líquido, produzindo uma corrente aquosa (6), que inclui o sal cloreto e uma fase orgânica, que inclui agente de extração e lactato de metila. Se o sal cloreto for cloreto de magnésio, a corrente (6) pode ser submetida a uma etapa de decomposição térmica (7), onde a solução aquosa de cloreto de magnésio é decomposta para formar óxido de magnésio, removido através de linha (8), e cloreto de hidrogênio, removido através da linha (9) . O cloreto de hidrogênio pode ser reciclado para a etapa de acidificação como ilustrado na figura, como gás, ou após ter sido absorvido em um líquido aquoso para formar uma solução. O óxido de magnésio pode ser reciclado para a etapa de fermentação (1) (via linhas não mostradas), diretamente ou após conversão em hidróxido ou carbonato de magnésio. A corrente de produto (10) removida da etapa de separação (5) inclui lactato de metila no agente de extração. Ela conterá também, geralmente, metanol, já que a reação de esterificação é geralmente realizada na presença de um excesso de metanol. A corrente de produto (10) pode ser submetida a uma etapa de separação (11), onde o metanol e agente de extração são separados do éster lactato de metila. A etapa de separação fornece uma corrente de produto (12) contendo o éster lactato de metila, uma corrente de metanol (13) , que pode ser fornecida à alimentação de metanol (14), e uma corrente de reciclo do agente de extração (16) . Pode haver uma corrente de fundo (15) que pode con- ter ácido láctico e produtos de condensação opcionais. Esta corrente, se presente, pode ser reciclada para a etapa de esterificação, ou descartada.

[0049] A Figura 2 provê uma variação do processo da Figura 1. No processo da Figura 2 a etapa de acidificação e a etapa de esterificação são separadas, com a etapa de acidificação sendo realizada no reator de acidificação (31), ao qual ácido clorídrico é fornecido através da linha (9). O produto acidificado, que é um líquido aquoso contendo éster lactato de metila e sal cloreto é fornecido através da linha (32) ao reator de esterificação (33) ao qual metanol é fornecido através da linha (14).

[0050] Em uma modalidade da presente invenção, a etapa de es terificação e a etapa de separação líquido-líquido são combinadas em uma única etapa em um único reator. Em uma modalidade, este reator é operado em uma operação em contracorrente, em que o ácido láctico é fornecido ao topo do reator em uma solução contendo um sal cloreto como descrito acima. Metanol e agente de extração são fornecidos ao fundo do reator na mesma corrente ou em correntes separadas. O éster lactato de metila e o agente de extração são retirados do topo do reator. Uma solução aquosa contendo o sal cloreto dissolvido é retirada do fundo do reator. Foi verificado que esta modalidade permite obter uma alta conversão em combinação com alto rendimento, como descrito acima. Esta modalidade é ilustrada na Figura 3, sem ser limitada à mesma ou por ela.

[0051] A Figura 3 mostra um reator (1) fornecido com uma entrada (2) no topo, em que um líquido aquoso, por exemplo, uma solução contendo ácido láctico e sal cloreto solúvel é fornecido ao reator. Metanol e agente de extração são providos ao fundo do reator através da linha 3. O reator está em condições de esterificação discutidas acima. Uma corrente de topo é retirada do reator através da linha (4). A cor rente de topo inclui lactato de metila e agente de extração. Uma corrente de fundo contendo o sal cloreto é retirada através da linha (5). Para informação dos componentes nos vários líquidos, condições de processamento, e processamento dos produtos resultantes é feita referência à descrição geral acima.

[0052] Será evidente para o especialista que os vários aspectos da presente invenção que são descritos acima em diferentes parágrafos podem ser combinados.

[0053] Embora as figuras ilustrem vários processos integrados, está no escopo do especialista combinar os vários elementos do processo de maneiras adequadas. A invenção e certas modalidades da invenção são ilustradas pelos seguintes exemplos e/ou modalidades, sem ser limitadas a eles ou por eles.

Exemplo 1 Procedimento Geral

[0054] Vasos de reação foram carregados com ácido láctico, água, e opcionalmente MgCh e/ou agente de extração. A mistura foi aquecida a 60°C. Onde necessário, i.e., para hexano e metil-t-butil éter, a reação foi realizada em uma autoclave, para evita evaporação do agente de extração. Os outros experimentos foram realizados em vasos de vidro.

[0055] Tabela 1 abaixo provê as composições testadas. Tabela 1:

[0056] Para todos os experimentos, a razão molar de ácido láctico para metanol é 1:3. A razão molar de ácido láctico para cloreto de magnésio (se usado) é 1:2. A razão volumétrica da fase orgânica e da fase aquosa no início da reação é 1:1. Tempo de reação é 24 horas, exceto para os exemplos 4 e 5, que foram realizados em uma autoclave por um período de 7 horas. Em todos os experimentos, a concentração inicial de ácido láctico no meio aquoso (sem metanol e agente de extração) foi de 25 % em peso. Em t=0 metanol foi adicionado. Após a adição de metanol, a temperatura recuperou a 60°C em poucos minutos. Agitação magnética foi aplicada em uma velocidade tal que no caso de um sistema bifásico, uma emulsão finamente dividida foi formada, para evitar que a mistura fosse y fator limitante.

[0057] Em tempos específicos, amostras foram retiradas para aná lise. A mistura foi deixada sedimentar, no caso de um sistema bifásico. Então, quatro gotas (cerca de 0,05 ml) da mistura ou camada superior foram diluídas em 1,5 ml de butanol como solvente.

Resultados de experimentos cinéticos

[0058] Amostras foram analisadas por GLC (área) . Não foram aplicados fatores de resposta, de modo que os resultados são semi- quantitativos. As áreas GC-de MeL e MeOH foram adicionadas e normalizadas em 100%.

[0059] Os resultados são apresentados na Figura 4. A Figura 4 mostra a formação de lactato de metila na camada orgânica a 60°C, expressa como o montante de lactato de metila na camada orgânica, calculado sobre o total de lactato de metila e metanol na camada orgânica (MeOH+MeL=100%).

[0060] Da Figura 4, as seguintes conclusões podem ser retiradas. - A adição de cloreto de magnésio resulta em uma velocidade de reação aumentada (compare MgCh (Comparativo B) com Blanc (Comparativo A)). Entretanto, estes sistemas não dão separação de fases na ausência de agente de extração. - O uso de MIBK na ausência de MgCh não parece influenciar a velocidade de reação (compare Blanc MIBK (Comparativo C) com Blanc (Comparativo A)). - O uso das combinações de MgCh e MIBK, 2-butanona, to- lueno, e MTBE, (Exemplos 1, 2,3, e 5), de todas elas, resulta na presença de lactato de metila na camada orgânica. [Note que como os dados são expressos calculados sobre o montante de lactato de metila + metanol, nenhuma conclusão pode ser tirada acerca do montante absoluto de lactato de metila.] - Para hexano (Exemplo 6), houve ou nenhum lactato de metila ou um montante muito grande de metanol na fase orgânica. Hexano pode ser um agente de extração menos adequado.

Análise das camadas orgânica e aquosa

[0061] Para os exemplos 1 e 3, a composição das camadas orgâ nica e aquosa após 24 horas foram analisadas em maiores detalhes. Os resultados são apresentados na Tabela 2. Tabela 2

[0062] Da tabela pode ser visto que tolueno no Exemplo 3 é um agente de extração seletivo para lactato de metila em comparação com metanol e ácido láctico e água. A camada de tolueno contém somente lactato de metila. Por outro lado, no experimento, um montante relativamente grande de lactato de metila permaneceu na fase aquosa. Isto significa que para a extração completa do lactato de metila grandes volumes de tolueno serão necessários. Isto pode, por exemplo, ser executado via uma extração em múltiplas etapas. Pode ser visto que, quando se utiliza MIBK como agente de extração, são obtidas maiores concentrações na fase orgânica, o que significa que menos agente de extração será necessário para extrair o lactato de metila. Por outro lado, a camada orgânica contém maiores quantidades de ácido láctico e metanol, mostrando que a extração é menos seletiva.

Claims (14)

1. Processo para preparação de lactato de metila, compreendendo as etapas de: - colocar um líquido aquoso contendo ácido láctico, metanol, e pelo menos 5 % em peso do cloreto de magnésio dissolvido em condições de reação, obtendo assim lactato de metila, sendo que um agente de extração é fornecido à mistura de reação antes, durante e/ou após a formação de lactato de metila, - submeter a mistura de reação a uma etapa de separação líquido-líquido em que uma fase orgânica contendo lactato de metila e agente de extração é separada de uma fase aquosa contendo cloreto de magnésio dissolvido, caracterizado pelo fato de que o agente de extração compreende um ou mais compostos selecionados do grupo de cetonas C5+, éteres C3-C10 e compostos aromáticos C6-C10, e que o líquido aquoso compreendendo ácido láctico, metanol, e cloreto de magnésio dissolvido é preparado pelas etapas de fornecer um líquido aquoso compreendendo um sal de magnésio de ácido láctico, acidificando o líquido aquoso pela adição de HCl, e adicionando metanol antes, após, ou simultaneamente com a adição de HCl.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sal cloreto de magnésio dissolvido está presente em uma quantidade de pelo menos 10% em peso.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o sal cloreto de magnésio dissolvido está presente em uma quantidade de pelo menos 15% em peso.

4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o agente de extração é fornecido ao meio de reação antes da reação de esterificação.

5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o agente de extração compreende um ou mais compostos selecionados entre cetonas C5+ e éteres C3-C10.

6. Processo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o agente de extração compreende um ou mais compostos selecionados entre cetonas C5-C8.

7. Processo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o agente de extração compreende metil isobutil cetona.

8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a etapa de esterificação e a etapa de separação líquido-líquido são combinadas em um único reator que é operado em contracorrente, sendo que o ácido láctico é fornecido ao topo do reator em uma solução contendo um sal cloreto de magnésio, metanol é fornecido ao fundo do reator, lactato de metila é retirado do topo do reator, e uma solução aquosa contendo o sal cloreto de magnésio dissolvido é retirada do fundo do reator.

9. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: fermentar uma fonte de carbono por meio de um microorganismo em um caldo de fermentação para formar ácido láctico; neutralizar pelo menos parte do ácido láctico com adição de uma base selecionada entre óxido, hidróxido, ou carbonato de magnésio, obtendo assim um líquido aquoso compreendendo um sal de magnésio de ácido lático.

10. Processo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a etapa de acidificação é combinada com a etapa de esterificação, e opcionalmente com a etapa de recuperação.

11. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindica ções 1 a 10, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa adicional de submeter uma solução de cloreto de magnésio a uma etapa de decomposição térmica a uma temperatura de pelo menos 300°C, decompondo, assim, cloreto de magnésio em óxido de magnésio e cloreto de hidrogênio.

12. Processo, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o cloreto de hidrogênio obtido na etapa de decomposição térmica é fornecido em uma etapa de acidificação a um líquido aquoso contendo sal de magnésio de ácido láctico.

13. Processo, de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracterizado pelo fato de que o óxido de magnésio obtido na etapa de decomposição térmica é fornecido como agente de neutralização a uma etapa de fermentação, diretamente ou após conversão em um hidróxido, ou carbonato.

14. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que compreende uma etapa em que lactato de metila, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 13, é submetido a uma reação de desidratação na presença de um catalisador para formar acrilato de metila.

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