CN105473543B - 乳酸酯制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于制造乳酸之方法。该方法包含(a)使富含醣之液流与氢氧化钠在水存在下反应以产生包含乳酸钠之反应混合物；(b)使至少一部分该乳酸钠与HCl反应以产生乳酸及氯化钠；(c)将至少一部分该氯化钠转化为氯气及氢氧化钠；及(d)将步骤(c)中产生之至少一部分该氢氧化钠再循环至步骤(a)中。亦提供用于制造乳酸烷基酯、寡聚乳酸、交酯、乳酰乳酸烷基酯、聚乳酸、丙二醇及丙烯酸之方法。

Description

乳酸酯制造方法
技术领域
本发明系关于自醣制造乳酸及乳酸C1-6烷基酯之方法。本发明亦关于制造相关产品，诸如寡聚乳酸、交酯、乳酰乳酸烷基酯及/或聚乳酸之方法。
背景技术
乳酸为重要工业化学品，其在生物聚合物工业中用作原料。现今，几乎所有大规模制造之市售乳酸系藉由酦酵法制造，参见例如Strategic Analysis of the WorldwideMarket for Biorenewable Chemicals M2F2-39,Frost及Sullivan,2009。在典型酦酵法中，用微生物酦酵生物质以产生D-或L-乳酸，最通常L-乳酸。诸如Cargill及Purac(现为Corbion)之公司操作大规模酦酵法以制造光学活性乳酸。许多专利公开案系关于自酦酵混合物回收乳酸，其可为具挑战性的，且大量专利文献依赖于制备乳酸与胺之间的错合物以用于回收(参见例如US 4,444,881、US 5,510,526)。
已知自碳水化合物制备乳酸之化学法。举例而言，GB 400,413(回溯至1933年)描述一种制备乳酸或乳酸酯的改良方法，其包含使含碳水化合物之物质与强碱在至少200℃之温度下、较佳在至少20个大气压之压力下反应，及藉由将硫酸或硫酸锌添加至反应混合物中来回收由此制造的乳酸。乙醛之氢氰化亦已用作获取乳酸之合成途径。
WO 2012/052703描述一种制造乳酸及氨或胺之错合物之改良方法，其不涉及藉由酦酵制造乳酸。该方法包含使一或多种醣与氢氧化钡反应以产生包含乳酸钡之第一反应混合物，且使至少一部分第一反应混合物与氨或胺以及与二氧化碳，或与氨或胺之碳酸盐及/或碳酸氢盐接触以产生包含错合物及碳酸钡之第二反应混合物。涉及制备钡盐之此方法相比于先前技术方法具有显着优势。然而，其确实具有一些缺点：具体言之，若需要再循环钡，则需要碳酸钡煅烧步骤。煅烧(calcination，亦称为calcining)为在不存在施用于矿石及其他固体材料之空气之情况下引起挥发性馏份之热分解、相变或移除之热处理方法。煅烧方法自其最常见应用，碳酸钙(石灰石)分解为氧化钙(石灰)及二氧化碳而得出其名称。典型地使用术语煅烧及煅料(煅烧产物)而不管经历热处理之实际矿物质。尽管碳酸钡煅烧为可行的，但该技术当前未以工业规模广泛操作。
另外，在工业规模上进行WO2012/052703中所述之方法需要经调适以处理及运输大量钡盐之设施。存在用于大规模使用钡盐之处理解决方案。然而，仍需要用于产生乳酸及相关物质之改良方法，其仍提供错合物之可接受产率但其避免与使用钡盐相关之缺点。
发明内容
在第一态样中，本发明提供一种制造乳酸之方法，其包含：
(a)使富含醣之液流与氢氧化钠在水存在下反应以产生包含乳酸钠之反应混合物；
(b)使至少一部分乳酸钠与HCl反应以产生乳酸及氯化钠；
(c)将至少一部分氯化钠转化为氯气及氢氧化钠；及
(d)将步骤(c)中产生之至少一部分氢氧化钠再循环至步骤(a)中。
附图说明
图1显示本发明之方法之较佳具体实例。
图2显示图1中显示之具体实例的一部分之变化形式，其中使用复数个并联的酯化反应器而非单一酯化反应器。
图3显示图1中显示之具体实例的一部分之变化形式，其中使用复数个串联的酯化反应器而非单一酯化反应器。
具体实施方式
在本发明之方法之第一态样中，使富含醣之液流与氢氧化钠反应。存在于该液流中之醣可为单醣、二醣、三醣、寡醣或聚醣，其中双醣且尤其单醣较佳。较佳地，富含醣之液流为富含单醣之液流。在一些较佳具体实例中，存在于该富含醣之液流中之至少50wt％之醣、至少60wt％之醣、至少70wt％之醣、至少80wt％之醣、至少90wt％之醣、至少95wt％之醣为单醣。适合之单醣包括例如己醣单醣，例如葡萄糖、果糖、阿洛酮糖、半乳糖及甘露糖，及戊糖单醣，例如阿拉伯糖、木糖、核糖、木酮糖及核酮糖。在一个具体实例中，富含醣之液流包含葡萄糖。在另一具体实例中，富含醣之液流包含果糖。在另一具体实例中，富含醣之液流包含甘露糖。在另一具体实例中，富含醣之液流包含木糖。醣之混合物可存在于富含醣之液流中。举例而言，可存在两种或两种以上单醣之混合物，例如葡萄糖与果糖之混合物。单醣可自任何已知单醣来源获得，例如高碳醣，诸如蔗糖、淀粉或纤维素。在一些具体实例中，富含醣之液流可含有例如藉由使用蔗糖酶或转化酶之酶促水解，或藉由在诸如硫酸、柠檬酸或抗坏血酸之酸性催化剂存在下加热双醣获自蔗糖之葡萄糖与果糖(称为转化糖)之混合物。在一些具体实例中，富含醣之液流可含有藉由例如玉米、稻谷或马铃薯的生物质原料中包含之淀粉之酶促水解(例如使用淀粉酶)获得之葡萄糖。在一些具体实例中，富含醣之液流可含有藉由生物质原料中包含之纤维素之水解(例如使用一或多种纤维素酶之酶促水解)获得之葡萄糖。富含醣之液流可含有除醣以外的组分，例如其可包括生物质之其他组分，诸如木质素或木质素衍生之产物。亦可例如存在来自加工生物质之废化学品。水将典型地存在。在一些具体实例中，除存在于富含醣之液流中之水以外至少50wt％、至少60wt％、至少70wt％、至少80wt％、至少90wt％、至少95wt％之材料为醣(例如单醣)。
在水存在下进行醣与氢氧化钠之间的反应。如上所述，一些醣源含有水，且该等原料可容易地用于本发明之方法中。在某些具体实例中，可在额外水(亦即除存在于起始材料中之水以外的水)之存在下进行醣与氢氧化钠之间的反应。醣与氢氧化钠之间的反应在必要时亦可在一或多种有机溶剂(例如含氧物，诸如醇、酯、醚或酮)存在下进行；及/或在一或多种反应性萃取剂(诸如胺)存在下进行。然而，在一较佳具体实例中，醣与氢氧化钠之间的反应在有机溶剂不存在下发生，亦即水为唯一溶剂。在一些具体实例中，用于步骤(a)中之水之总量与醣之重量比在0.5:1至9:1范围内，更佳在1.25:1至4:1范围内，更佳在1.5:1至4:1范围内，最佳在3:1至4:1范围内。
氢氧化钠与醣反应产生乳酸钠。任何形式之氢氧化钠可用于本发明之方法中。氢氧化钠源(诸如氧化钠)可用于本发明之方法中，氧化钠在水存在下转化成氢氧化钠。产生之氢氧化钠与醣原位反应以产生乳酸钠。氢氧化钠与醣之比应足以实现醣至乳酸钠之良好转化。较佳地，氢氧化钠与醣(以单醣计算)之莫耳比为至少2:1。可使用过量之氢氧化钠，例如氢氧化钠与醣(以单醣计算)之莫耳比可为高达10:1。在一些较佳具体实例中，氢氧化钠与醣(以单醣计算)之莫耳比在2:1至6:1、更佳2:1至4:1、更佳2:1至3:1范围内。本发明亦包涵低于2:1的氢氧化钠与醣(以单醣计算)之莫耳比；然而，使用亚化学计算量之氢氧化钠一般将导致醣至乳酸钠之转化率较低。因此，在一些具体实例中，氢氧化钠与醣(以单醣计算)之莫耳比为至少1.5:1，例如在1.5:1至6:1范围内，更佳在1.6:1至4:1范围内，更佳在1.8:1至2.5:1范围内，更佳在1.9:1至2.1:1范围内。
可在环境温度下进行醣至乳酸钠之转化，尽管反应亦较佳在高温下，例如在高达160℃、较佳高达110℃之温度下进行。较佳地，使醣与氢氧化钠在10至160℃范围内之温度下，更佳在60至110℃范围内之温度下反应。在一些具体实例中，使醣与氢氧化钠在回流下于水中反应。
在一较佳具体实例中，水中之醣(例如单醣)与水中之氢氧化钠在高温下经一段时间掺合。举例而言，可经一段时间向在高温下，例如在60至110℃之温度下的氢氧化钠与水之混合物中添加醣(例如单醣)与水之混合物。缓慢添加醣(例如单醣)一般导致在本发明之方法期间形成的副产物减少，且导致醣(例如单醣)至乳酸钠之转化率提高。较佳地，经至少10分钟、更佳至少30分钟、更佳至少1小时之时段添加水中之醣(例如单醣)。较佳地，醣于水中之浓度为至少0.2M。在一些较佳具体实例中，醣于水中之浓度在0.2至4.0M范围内，更佳在0.5至4.0M范围内。醣与氢氧化钠之反应产生包含乳酸钠之反应混合物。该方法典型地导致产生外消旋乳酸钠。
必要时，可在步骤(a)之后藉由例如藉由蒸馏、蒸发或膜分离移除水(例如在步骤(b)之前)来浓缩反应混合物，且将反应混合物之所得部分用于步骤(b)中。
在步骤(b)中，使至少一部分乳酸钠与HCl反应以产生乳酸及氯化钠。通常，使大部分或所有来自步骤(a)之乳酸钠与HCl反应(例如除例如用于分析/品质控制程序而经移除之样品以外的所有乳酸钠)。
可以任何适合之形式提供HCl，例如呈HCl气体形式或呈适合之溶剂中之溶液形式。较佳地，HCl为盐酸水溶液，更佳为浓盐酸水溶液(亦即约37％盐酸水溶液)。在步骤(b)中，通常将存在一些水，例如乳酸钠典型地呈水中之溶液/悬浮液形式提供，甚至在如上所述的在步骤(a)之后移除一些水的状况下亦如此。所用HCl可为盐酸水溶液(例如浓盐酸水溶液)，且因此亦可为水之来源。在适于将乳酸钠转化为乳酸及氯化钠的温度下，例如在5至125℃范围内之温度下进行步骤(b)。在一个具体实例中，在环境温度下进行步骤(b)。在一个具体实例中，在回流下进行步骤(b)。
较佳地，所用HCl之量应足以与乳酸钠反应，以及中和存在于由步骤(a)产生的反应混合物中之其他钠物质，诸如未反应之氢氧化钠或其他有机钠盐。在一较佳具体实例中，用于步骤(a)中之氢氧化钠与用于步骤(b)中之HCl之莫耳比在1:1至1:5范围内，更佳在1.0:1.0至1.0:1.5范围内，更佳在1.0:1.0至1.0:1.2范围内。在另一具体实例中，乳酸钠与HCl之莫耳比在1:1至1:5范围内。本发明亦包涵低于1:1的乳酸钠与HCl之莫耳比；然而，使用亚化学计算量之HCl一般将导致乳酸钠至乳酸之转化率较低。举例而言，乳酸钠与HCl之莫耳比可在1:0.9至1:5范围内。当乳酸之下游加工需要酸性环境时，例如当乳酸与C1-6烷基醇在酸性条件下反应以产生对应乳酸烷基酯时，可较佳在步骤(b)中使用相比于步骤(a)中所用之NaOH之量莫耳过量之HCl。因此，在一些较佳具体实例中，用于步骤(b)中之HCl之量与用于步骤(a)中之氢氧化钠之量之莫耳比在1.01:1.00至1.50:1.00、较佳1.01:1.00至1.20:1.00、更佳1.01:1.00至1.10:1.00范围内。
在一较佳具体实例中，步骤(b)包含将至少一部分来自步骤(a)之反应混合物与HCl以及与C3-6烷基醇掺合。彼等烷基醇为较佳溶剂，因为在氯化钠、乳酸及水存在下产生两相混合物。乳酸优先分配至烷基醇相中且氯化钠优先分配至水相中。可藉由使用适合之相转移催化剂促进该分配。因此，使用C3-6烷基醇使得能够藉由液-液相分离来分离氯化钠与乳酸。正丁醇及异丙醇为较佳溶剂，其中正丁醇最佳，因为其促进氯化钠与乳酸之分离，其中两种产物获得特别良好的产率。仅需要处理液体而非液体及固体之该等方法尤其适合于工业规模操作。另外，当产物之下游加工涉及移除水时，例如当乳酸与烷基醇反应以产生乳酸烷基酯时，此类型之方法亦为有利的，因为其减少对于能量密集型蒸馏/蒸发制程之需求。藉由液-液相分离来分离氯化钠与乳酸亦提供就输送至步骤(c)及用于步骤(c)中而言便利形式之氯化钠。
因此，在一较佳具体实例中，本发明之方法包含(a)使富含醣之液流与氢氧化钠在水存在下反应以产生包含乳酸钠之反应混合物；(b)将至少一部分来自步骤(a)之反应混合物与HCl以及与C3-6烷基醇掺合以产生包含乳酸及氯化钠之两相混合物；(b′)藉由液-液相分离将氯化钠及水与乳酸分离；(c)将至少一部分氯化钠转化为氯气及氢氧化钠；及(d)将步骤(c)中产生的至少一部分氢氧化钠再循环至步骤(a)中。在一个具体实例中，C3-6烷基醇在与HCl掺合之前与乳酸钠掺合。在另一具体实例中，HCl在与C3-6烷基醇掺合之前与乳酸钠掺合。在另一具体实例中，包含C3-6烷基醇及HCl之混合物与乳酸钠掺合。在一较佳具体实例中，用于步骤(a)中之水之总量与醣之重量比在1.25:1至4:1，例如3:1至4:1范围内。在一较佳具体实例中，用于步骤(a)中之氢氧化钠与醣(以单醣计算)之莫耳比在2:1至4:1范围内，且用于步骤(b)中之HCl与用于步骤(a)中之氢氧化钠之莫耳比在1.01:1.00至1.20:1.00范围内。在一较佳具体实例中，用于步骤(a)中之氢氧化钠与醣(以单醣计算)之莫耳比在1.8:1至2.5:1范围内，且用于步骤(b)中之HCl与用于步骤(a)中之氢氧化钠之莫耳比在1.01:1.00至1.20:1.00，例如1.01:1.00至1.10:1.00范围内。在一些较佳具体实例中，步骤(b)中之C3-6烷基醇与水之体积比在1:1至5:1，例如2:1至5:1范围内。在一些较佳具体实例中，用于步骤(b)中之C3-6烷基醇为正丁醇且步骤(b)中之正丁醇与水之体积比在1:1至5:1，例如2:1至5:1范围内。在一些较佳具体实例中，用于步骤(a)中之水之总量与醣之重量比在1.25:1至4:1，例如3:1至4:1范围内，用于步骤(a)中之氢氧化钠与醣(以单醣计算)之莫耳比在2:1至4:1范围内，用于步骤(b)中之HCl与用于步骤(a)中之氢氧化钠之莫耳比在1.01:1.00至1.20:1.00范围内，且步骤(b)中之C3-6烷基醇与水之体积比在2:1至5:1范围内。在一些较佳具体实例中，用于步骤(a)中之水与醣之重量比在1.25:1至4:1，例如3:1至4:1范围内，用于步骤(a)中之氢氧化钠与醣(以单醣计算)之莫耳比在1.8:1至2.5:1范围内，用于步骤(b)中之HCl与用于步骤(a)中之氢氧化钠之莫耳比在1.01:1.00至1.20:1.00，例如1.01:1.00至1.10:1.00范围内，用于步骤(b)中之C3-6烷基醇为正丁醇，且用于步骤(b)中之正丁醇与水之体积比在1:1至5:1，例如2:1至5:1范围内。
较佳地，在酸化之后，在步骤(b)之后获得之反应混合物之体积藉由移除水(例如藉由蒸馏、蒸发或膜分离)而减少，随后进行混合物之进一步加工(例如将乳酸转化为乳酸烷基酯)。在浓缩之前而非在浓缩之后进行酸化较佳，因为在步骤(b)期间存在之额外溶剂允许在放热酸化步骤期间产生之热量之耗散经改良。在一些具体实例中，在与C1-6烷基醇掺合之前，在步骤(b)之后获得之混合物之体积减少了至少10％、至少20％、至少30％、至少40％或至少50％。
如上所述，藉由该方法获得之乳酸可转化成乳酸C1-6烷基酯，例如乳酸正丁酯。转化成乳酸C1-6烷基酯可提供关于含乳酸酯/乳酸物质之回收及/或纯化，乳酸烷基酯比乳酸腐蚀性较小且较不易低聚合，且因此更容易处理及操纵的优势。因此，本发明提供一种用于制造乳酸C1-6烷基酯之方法，其包含：制造本发明之乳酸，及使至少一部分乳酸与C1-6烷基醇反应以产生对应乳酸烷基酯。
在乳酸与C1-6烷基醇反应以产生对应乳酸烷基酯时，该C1-6烷基醇较佳为乙醇、正丙醇、异丙醇或正丁醇，最佳正丁醇。使用诸如正丁醇之C1-6烷基醇产生具有促进藉由蒸馏与存在于反应混合物中之其他组分分离但不需要过度能量输入以用于其回收之沸点之乳酸烷基酯。
乳酸与C1-6烷基醇之间的反应典型地藉由酸、较佳HCl(例如在步骤(b)期间引入之过量HCl)之存在催化。
乳酸与C1-6烷基醇之间的反应在50至150℃、较佳50至125℃，例如65至120℃，尤其为95至115℃范围内之温度下适当地进行。在一些较佳具体实例中，反应在移除水之情况下在回流下进行。C1-6烷基醇可用作溶剂以及反应物。必要时，可存在另一有机溶剂。
为了获得乳酸C1-6烷基酯之良好产率，需要例如藉由蒸发或蒸馏，例如在减压下蒸馏自反应混合物移除水。由乳酸与C1-6烷基醇之反应形成之水典型地在其于酯化过程期间形成时移除。自该方法中之较早步骤残余之任何其他水(若存在)亦将典型地在酯化过程期间移除。举例而言，包含水、正丁醇、乳酸、HCl及视情况存在之氯化钠之混合物可在回流下加热，其间移除水。
然而，必要时，可在酯化之前移除除在酯化反应期间形成之水以外的水。在使用C3-6烷基醇(例如正丁醇)时，可藉由两相混合物之液-液相分离移除水及氯化钠，其中乳酸优先分配至烷基醇相中且氯化钠优先分配至水相中。如上文所述，此类型之方法尤其有利，因为其减少了对于能量密集型蒸馏/蒸发制程之需求。
因此，在一较佳具体实例中，本发明之方法包含：(a)使富含醣之液流与氢氧化钠在水存在下反应以产生包含乳酸钠之反应混合物；(b)将来自步骤(a)之至少一部分反应混合物与HCl以及与C3-6烷基醇掺合以产生包含乳酸及氯化钠之两相混合物；(b′)藉由液-液相分离将氯化钠及水与乳酸分离；(b")使至少一部分乳酸与C3-6烷基醇反应以产生对应乳酸烷基酯；(c)将至少一部分氯化钠转化成氯气及氢氧化钠；及(d)将步骤(c)中产生之至少一部分氢氧化钠再循环至步骤(a)中。
或者，在一尤佳具体实例中，藉由移除水(例如藉由蒸馏、蒸发或膜分离)减少在步骤(b)之后获得之反应混合物之体积，随后使乳酸与C1-6烷基醇反应(亦即在不存在C1-6烷基醇的情况下进行步骤(b)，随后减少水性混合物之体积，且使所得浓缩液与C1-6烷基醇掺合)。在一些具体实例中，在与C1-6烷基醇掺合之前，在步骤(b)之后获得之混合物之体积减少了至少10％、至少20％、至少30％、至少40％或至少50％。如上所述，在酯化期间，需要例如藉由蒸发或蒸馏自反应混合物移除水。典型地，在酯化反应条件下，水与烷基醇之混合物经蒸发。已发现若预先藉由移除水减少在步骤(b)之后获得之酸化水性混合物之体积，则在酯化步骤中为了产生良好产率之乳酸C1-6烷基酯所需的C1-6烷基醇及能量输入之量显着减少。在一些具体实例中，在与C1-6烷基醇掺合之前，在步骤(b)之后获得之混合物之体积减少之量在10％至80％、10％至60％、10％至40％、10％至20％、20％至80％、20％至60％、20％至40％、30％至80％、30％至60％、30％至40％、40％至80％、40％至60％、50％至80％或50％至60％范围内。相比于更浓缩混合物，仅部分浓缩之混合物典型地具有就在用于大规模工业处理工厂中时易于处理及堵塞发生减少而言改良之特性。
作为藉由液-液相分离使氯化钠及水与乳酸分离之替代法，其中乳酸与C1-6烷基醇反应以产生对应乳酸烷基酯，可在乳酸与C1-6烷基醇之反应之后，例如在较早阶段未进行液-液相分离的状况下分离氯化钠与乳酸C1-6烷基酯。来自步骤(b")之产物混合物通常不含大量水，因为移除水通常已作为酯化过程的一部分。因此，氯化钠典型地在产物混合物中具有不良溶解度且其因此可藉由例如对酯化之后获得之产物混合物进行过滤，或藉由倾析或虹吸液相而与乳酸C1-6烷基酯分离。因此，在一个具体实例中，本发明之方法包含：(a)使富含醣之液流与氢氧化钠在水存在下反应以产生包含乳酸钠之反应混合物；(b)将来自步骤(a)之至少一部分反应混合物与HCl以及与C3-6烷基醇掺合以产生乳酸及氯化钠；(b")使至少一部分乳酸与C1-6烷基醇反应以产生对应乳酸烷基酯；(b"′)将固体氯化钠与乳酸C1-6烷基酯分离(例如藉由过滤)；(c)将至少一部分氯化钠转化成氯气及氢氧化钠；及(d)将步骤(c)产生之至少一部分氢氧化钠再循环至步骤(a)中。当使用C3-6烷基醇(例如正丁醇)时，可藉由液-液相分离来分离氯化钠与乳酸C3-6烷基酯。在该具体实例中，在乳酸与C3-6烷基醇反应之后，将产物混合物与水掺合以获得包含水、C3-6烷基醇、乳酸C3-6烷基酯及氯化钠之两相混合物。需要时，亦可添加其他C3-6烷基醇(例如正丁醇)。乳酸C3-6烷基酯优先分配至烷基醇相中且氯化钠优先分配至水相中，从而有助于藉由液-液相分离来分离氯化钠与乳酸C3-6烷基酯。控制该等条件以确保乳酸C3-6烷基酯不发生任何可观程度之水解，例如可在环境温度下进行酯化产物与水之掺合及后续相分离。因此，在一些较佳具体实例中，本发明之方法包含：(a)使富含醣之液流与氢氧化钠在水存在下反应以产生包含乳酸钠之反应混合物；(b)将至少一部分来自步骤(a)之反应混合物与HCl以及与C3-6烷基醇掺合以产生乳酸及氯化钠；(b")使至少一部分乳酸与C3-6烷基醇反应以产生对应乳酸烷基酯；(b"′)将步骤(b")之产物混合物与水掺合以产生两相混合物，且藉由液-液相分离来分离氯化钠及乳酸C3-6烷基酯；(c)将至少一部分氯化钠转化为氯气及氢氧化钠；及(d)将步骤(c)中产生之至少一部分氢氧化钠再循环至步骤(a)中。
在另一较佳具体实例中，本发明之方法包含：(a)使富含醣之液流与氢氧化钠在水存在下反应以产生包含乳酸钠之反应混合物；(b)使至少一部分乳酸钠与HCl反应以产生乳酸及氯化钠；(bb)藉由移除(例如蒸发)水减少获自步骤(b)之反应混合物之体积；(b")使至少一部分乳酸与C1-6烷基醇反应以产生对应乳酸烷基酯；(b"′)分离固体氯化钠与乳酸C1-6烷基酯(例如藉由过滤)；(c)将至少一部分氯化钠转化为氯气及氢氧化钠；及(d)将步骤(c)中产生之至少一部分氢氧化钠再循环至步骤(a)中。
在步骤(c)中，至少一部分氯化钠转化为氯气及氢氧化钠。此可例如藉由电解氯化钠水溶液产生氯气、氢氧化钠及氢气来进行。该反应可使用例如隔膜电池、汞电池或薄膜电池进行。在各情况下，整体制程反应为：2NaCl+2H2O→Cl2+H2+2NaOH，其中氯气产生于正电极(阳极)，且氢氧化钠及氢气(直接或间接)产生于负电极(阴极)。
在隔膜电池中，多孔隔膜将电解池分隔为阳极室及阴极室。将含有氯化钠之水溶液引入至阳极室中，其亦可经由隔膜流入至阴极室中。当将电流施加至氯化钠水溶液时，在阳极产生氯气，且在阴极产生氢气及氢氧化钠(钠离子自阳极室输送至阴极室，其于该阴极室中与产生于阴极之羟基离子组合)。隔膜阻止羟基离子反向迁移，进而阻止产生于阳极之氯气与羟基离子之非所需反应。包含氢氧化钠之水溶液(该溶液典型地亦含有一些氯化钠)离开阴极室。
在薄膜电池中，选择性离子渗透膜将电解池分隔为阳极室及阴极室。同样，原料为含有氯化钠之水溶液。当施加电流时，在阳极产生氯气，且在阴极产生氢气及氢氧化钠。膜准许带正电钠离子在室之间通过但阻止带负电氢氧根或氯离子通过，进而阻止产生于阳极之氯气与氢氧根离子之非所需反应。
在汞电池中，电解池包含汞阴极。原料再次为含有氯化钠之水溶液。当施加电流时，在阳极产生氯气，在汞阴极产生钠，其形成钠-汞齐。汞齐与水之反应(典型地在分解器中)产生氢氧化钠及氢气、可再循环至电解池之再生汞。
藉由在步骤(c)中将步骤(b)中获得之氯化钠转化为氯气、氢气及氢氧化钠，本发明之方法使得能够回收及再循环多种制程输入物。举例而言，在步骤(d)中，步骤(c)中产生的至少一部分氢氧化钠再循环至方法之步骤(a)，且用于自醣产生其他乳酸钠。较佳地，步骤(c)中产生之大部分或所有氢氧化钠再循环至步骤(a)。本发明之方法亦允许其他制程输入物之回收及/或再生。举例而言，当使用C1-6烷基醇(例如作为制造乳酸C1-6烷基酯之溶剂及/或试剂)时，可藉由蒸馏回收过量C1-6烷基醇且再循环至方法中。在一个较佳具体实例中，其中该方法包括酯化步骤(步骤(b"))，其中藉由蒸发自反应混合物移除水与C3-6烷基醇之混合物之混合物，该方法包括倾析步骤(x)，其中藉由倾析上部烷基醇相且接着对下部水相进行排水将水与C3-6烷基醇之浓缩混合物分离为C3-6烷基醇流及水流。C3-6烷基醇及/或水流可视情况经进一步纯化(例如藉由蒸馏)，且再循环至该方法中。藉由该等方法获得之水流将典型地含有HCl且为酸性的。
另外，该方法之步骤(c)中产生之氯气可与该方法之步骤(c)中产生之氢气反应以产生HCl。必要时，HCl可随后再循环至该方法之步骤(b)中。氢气与氯气之反应为放热的，且典型地使用适合之点火源在适合之石墨燃烧室中进行。产生之氯化氢典型地与水接触以产生呈盐酸水溶液形式之HCl。在一较佳具体实例中，使用整合式氯气燃烧器/HCl吸收器。在一较佳具体实例中，步骤(c)中产生之至少一部分氯气与氢气反应以产生HCl。较佳地，步骤(c)中产生之大部分或所有氯气与氢气反应。
如上所述，必要时，藉由氢气与氯气之反应产生之HCl可再循环至方法之步骤(b)中。因此，在一较佳具体实例中，至少一部分HCl再循环至方法之步骤(b)中，且用于产生其他乳酸及氯化钠。较佳地，大部分或所有HCl再循环至步骤(b)中。应了解再生及再循环多种制程输入物之能力取决于作为用于步骤(a)中之碱之氢氧化钠之特定选择、作为用于步骤(b)中之酸之HCl之选择及在步骤(c)中氯化钠转化为氯气、氢气及氢氧化钠之转化率。
另外应了解本文所述之方法之某些特征尤其有利。如上所述，使用C3-6烷基醇，且特定言之正丁醇较佳，因为在氯化钠、乳酸及水存在下，产生两相混合物。使用C3-6烷基醇(诸如正丁醇)使得能够藉由液-液相分离来分离氯化钠与乳酸，促进乳酸之良好回收及减少对于能量密集型蒸馏/蒸发制程之需求。因此，在第二态样中，本发明提供一种用于制造乳酸或乳酸C3-6烷基酯之方法，其包含：(a)使富含醣之液流与氢氧化钠在水存在下反应以产生包含乳酸钠之反应混合物；(b)将至少一部分乳酸钠及水与HCl以及与C3-6烷基醇掺合以产生包含乳酸及氯化钠之两相混合物；(b′)藉由液-液相分离将氯化钠及水与乳酸分离；及视情况(b")使至少一部分乳酸与C3-6烷基醇反应以产生乳酸C3-6烷基酯。上文针对本发明之第一态样关于步骤(a)(就诸如醣、溶剂、水与醣之比、氢氧化钠与醣之比、温度、添加时间、浓度及水之移除之特征而言)、步骤(b)(就诸如HCl之形式、温度、乳酸钠与HCl之比、氢氧化钠与HCl之比、烷基醇及烷基醇与水之比之特征而言)及步骤(b")(就诸如酸催化剂、温度及溶剂之特征而言)在所述之优选项亦适用于本发明之第二态样。在一尤佳具体实例中，C3-6烷基醇为正丁醇。
在第三态样中，本发明提供一种用于制造乳酸C1-6烷基酯之方法，其包含：(a)使富含醣之液流与氢氧化钠在水存在下反应以产生包含乳酸钠之反应混合物；(b)将至少一部分乳酸钠与HCl以及与C1-6烷基醇掺合以产生乳酸及氯化钠；(b")使至少一部分乳酸与C1-6烷基醇反应以产生对应乳酸烷基酯；及(b"′)分离氯化钠与乳酸C1-6烷基酯。上文针对本发明之第一态样关于步骤(a)(就诸如醣、溶剂、水与醣之比、氢氧化钠与醣之比、温度、添加时间及浓度之特征而言)、步骤(b)(就诸如HCl之形式、温度、乳酸钠与HCl之比、氢氧化钠与HCl之比、烷基醇及烷基醇与水之比之特征而言)、步骤(b")(就诸如烷基醇、酸催化剂、温度及溶剂之特征而言)及步骤(b"′)(就诸如氯化钠之分离模式之特征而言)所述之优选项亦适用于本发明之第三态样。较佳地，C1-6烷基醇为C3-6烷基醇，更佳正丁醇。较佳地，在步骤(b)之后但在步骤(b")之前，该方法包括(bb)藉由移除(例如蒸发)水减少获自步骤(b)之反应混合物之体积。
在本发明之第一态样的一个尤佳具体实例中，该方法包含：
(a)使富含醣之液流与氢氧化钠在水存在下反应以产生包含乳酸钠之反应混合物；
(b)使至少一部分乳酸钠与HCl反应以产生乳酸及氯化钠；
(b")使至少一部分乳酸与C1-6烷基醇(较佳正丁醇)反应以产生对应乳酸烷基酯；
(c)将至少一部分氯化钠转化为氯气及氢氧化钠；
(d)将步骤(c)中产生之至少一部分氢氧化钠再循环至步骤(a)中；
(e)使步骤(c)中产生之至少一部分氯气与氢气反应以产生HCl；及
(f)将步骤(e)中产生之至少一部分HCl再循环至步骤(b)中。
在本发明之第一态样的一个尤佳具体实例中，该方法包含：
(a)使富含醣之液流与氢氧化钠在水存在下反应以产生包含乳酸钠之反应混合物；
(b)使至少一部分乳酸钠与HCl反应以产生乳酸及氯化钠；
(b")使至少一部分乳酸与C1-6烷基醇(较佳正丁醇)反应以产生对应乳酸烷基酯；
(b"′)分离固体氯化钠与乳酸C1-6烷基酯(例如藉由过滤)；
(c)将至少一部分氯化钠转化为氯气及氢氧化钠；
(d)将步骤(c)中产生之至少一部分氢氧化钠再循环至步骤(a)中；
(e)使步骤(c)中产生之至少一部分氯气与氢气反应以产生HCl；及
(f)将步骤(e)中产生之至少一部分HCl再循环至步骤(b)中。
本发明之方法可在环境或惰性气氛下进行。举例而言，该方法可使用对空气开放之设备进行或可在氮气或氩气气氛下进行。其可以分批、分批补料、半连续或连续法进行，且本发明之方法之各种产物可经受任何所需纯化及/或额外加工步骤。举例而言，当产生乳酸C1-6烷基酯时，其可藉由蒸馏，例如在减压下之蒸馏回收。
因此，在本发明之第一态样的一个尤佳具体实例中，该方法包含：
(a)使富含醣之液流与氢氧化钠在水存在下反应以产生包含乳酸钠之反应混合物；
(b)使至少一部分乳酸钠与HCl反应以产生乳酸及氯化钠；
(bb)藉由移除(例如蒸发)水减少获自步骤(b)之反应混合物之体积；
(b")使至少一部分乳酸与C1-6烷基醇(较佳正丁醇)反应以产生对应乳酸烷基酯；
(b"′)分离固体氯化钠与乳酸C1-6烷基酯(例如藉由过滤)；
(b"")藉由蒸馏纯化乳酸C1-6烷基酯；
(c)将至少一部分氯化钠转化为氯气及氢氧化钠；
(d)将步骤(c)中产生之至少一部分氢氧化钠再循环至步骤(a)中；
(e)使步骤(c)中产生之至少一部分氯气与氢气反应以产生HCl；及
(f)将步骤(e)中产生之至少一部分HCl再循环至步骤(b)中。
在步骤(a)中，氢氧化钠与醣之反应导致产生除乳酸钠以外的其他有机酸之钠盐。当本发明之方法包括酯化步骤时，将典型地连同乳酸C1-6烷基酯产生彼等有机酸之C1-6烷基酯。典型地，存在于获自酯化步骤之混合物中之一些副产物将具有低沸点(亦即低于乳酸C1-6烷基酯之沸点)，且一些副产物将具有高沸点(亦即高于乳酸C1-6烷基酯之沸点)或将为非挥发性的。因此，当本发明之方法包括酯化步骤(步骤(b"))时，该方法较佳亦包括多级蒸馏法，其中：
1)将步骤(b")之后，或当分离氯化钠与乳酸C1-6烷基酯时，步骤(b"′)之后获得之混合物引入至第一蒸馏塔且混合物经蒸馏以获得i)包含C1-6烷基醇及一或多种具有高沸点之副产物之第一轻馏份，该等副产物包括除乳酸以外的有机酸之至少一种C1-6烷基酯，及ii)包含乳酸C1-6烷基酯及一或多种具有低沸点或为非挥发性之副产物之第一重馏份；及
2)将第一重馏份引入至第二蒸馏塔中且混合物经蒸馏以获得i)包含乳酸C1-6烷基酯之第二轻馏份；及ii)包含一或多种具有低沸点或为非挥发性之副产物之第二重馏份。在该等实施例中，烷基醇较佳为正丁醇且烷基酯较佳为正丁酯。
在该等实施例中，存在于其他有机酸之酯中之烷基醇(较佳正丁醇)亦可经回收且再循环至该方法中。举例而言，当获自第一蒸馏塔之第一轻馏份包含C3-6烷基醇及除乳酸以外的有机酸之C3-6烷基酯，该方法可包含水解步骤(y)，其中第一轻馏份与过量酸性水(例如获自倾析步骤(x)之酸性水)掺合且经加热以水解该等C3-6烷基酯，导致产生有机酸及C3-6烷基醇。在水解步骤期间，藉由蒸发自混合物移除酸性水与烷基醇之混合物。含有在水解步骤(y)期间自水解反应混合物移除之酸性水及C3-6烷基醇之混合物之液流可视情况与含有在酯化步骤(b")期间自酯化混合物移除之水及C3-6烷基醇之混合物之混合物之液流合并，藉由如上文关于步骤(x)所述之倾析分离有机层及水层，且C3-6烷基醇及/或酸性水再循环至该方法中。
藉由本发明之方法产生之乳酸或乳酸C1-6烷基酯可藉由常规方法转化成其他有用下游产物。因此，本发明亦提供一种用于制造寡聚乳酸、交酯、乳酰乳酸烷基酯或聚乳酸之方法，其包含藉由根据本发明之方法制造乳酸或乳酸C1-6烷基酯；及将该乳酸或乳酸C1-6烷基酯转化成寡聚乳酸、交酯、乳酰乳酸烷基酯或聚乳酸。举例而言，可藉由加热乳酸或乳酸C1-6烷基酯视需要移除水或烷基醇产生寡聚乳酸。可例如藉由将乳酸或乳酸C1-6烷基酯转化为寡聚乳酸，且在转酯化催化剂存在下加热该寡聚乳酸产生交酯。可例如藉由将乳酸或乳酸C1-6烷基酯转化为交酯，及藉由在适当条件下使交酯与烷基醇反应产生乳酰乳酸烷基酯。可例如藉由将乳酸或乳酸C1-6烷基酯转化为交酯，且聚合交酯以产生聚乳酸来产生聚乳酸。亦可例如藉由使用金属催化剂(例如含钌、铼或铜之催化剂)之氢化将乳酸或乳酸C1-6烷基酯转化为丙二醇(1,2-丙二醇)。亦可使用例如磷酸盐、硫酸盐、沸石或粘土催化剂将乳酸或乳酸C1-6烷基酯转化为丙烯酸。
本发明之第一态样之尤佳具体实例显示于图式中。在图1中显示之具体实例中，于水中含有醣(例如木糖、葡萄糖)之溶液1与氢氧化钠于水中之溶液2在高温下在搅拌下于反应器30中掺合，导致产生乳酸钠(连同其他有机酸之钠盐)。产物以液流11形式离开反应器且馈入至整合式氯气燃烧器/HCl吸收器31中。输入至氯气燃烧器/HCl吸收器31中之其他输入物包括氯气流3及氢气流4。在氯气燃烧器/HCl吸收器31内，氯气及氢气经燃烧以产生HCl气体，其随后被水吸收。产生之HCl与乳酸钠(及其他有机酸之钠盐)反应，导致产生含有乳酸、其他有机酸及氯化钠之水性产物流12。随后将液流12馈入至蒸发器32中且藉由蒸发移除一些水7而减少混合物之体积。随后将所得浓缩混合物13引入至酯化反应器33中，其于该酯化反应器中与正丁醇5掺合。必要时，在将浓缩混合物13引入至酯化反应器33中之前，可将额外HCl 6添加至浓缩混合物中。在浓缩混合物及正丁醇于酯化反应器33中掺合后，固体氯化钠沈淀。在搅拌下加热酯化反应器33中之混合物且藉由蒸发移除水及正丁醇24。随着水之比例减小且正丁醇之比例增加，乳酸转化为乳酸正丁酯。类似地，其他有机酸转化为其正丁酯。另外，随着水之比例减小且正丁醇之比例增加，形成其他固体氯化钠。必要时，可在酯化反应期间添加额外正丁醇至反应器33中。离开酯化反应器33之产物混合物14含有乳酸正丁酯、其他有机酸之正丁酯、正丁醇及固体氯化钠。
在一些具体实例中，可使用复数个酯化反应器。举例而言，浓缩混合物13可与盐酸水溶液6掺合，且接着将混合物的一部分引入至并联操作之不同酯化反应器(例如酯化反应器33A、33B及33C，如图2中所示)中且与正丁醇掺合以产生乳酸正丁酯。可随后合并所得液流14A、14B及14C(其含有乳酸正丁酯、其他有机酸之正丁酯、正丁醇及固体氯化钠)以用于进一步加工。或者，可使用串联操作之复数个酯化反应器(参见图3)。举例而言，浓缩混合物13可与盐酸水溶液掺合，且接着将混合物引入至酯化反应器33A中，其于该酯化反应器中与正丁醇5掺合。在加热及移除一些水及正丁醇之后，可将部分酯化之混合物传递至酯化反应器33B中，其于该酯化反应器中与其他正丁醇5及视情况存在之其他盐酸掺合。在移除一些水及正丁醇24之情况下加热混合物，且可随后将部分酯化之混合物传递至酯化反应器33C中，其于该酯化反应器中与其他正丁醇5及视情况存在之其他盐酸6掺合。再次在移除水及正丁醇24之情况下加热混合物直至完成酯化。液流14离开酯化反应器33C且用于进行进一步加工。
将含有乳酸正丁酯、其他有机酸之正丁酯、正丁醇及固体氯化钠之产物流14传递至过滤单元34，固体氯化钠15与液体组分(亦即乳酸正丁酯、其他有机酸之正丁酯及正丁醇)16在该过滤单元中分离。随后将固体氯化钠传递至另一过滤单元35，在该过滤单元中用正丁醇5对其进行洗涤。正丁醇洗涤液5A可引入至酯化反应器33中且再用于该方法中。
来自初始过滤步骤之液体组分16作为进料流引入至第一蒸馏塔36中。施加热量以获得轻馏份17(含有正丁醇及其他低沸点杂质，包括一些其他有机酸之正丁酯)且获得重馏份18(含有乳酸正丁酯及其他高沸点杂质)。将重馏份18引入至第二蒸馏塔37中且施加热量以获得含有纯化乳酸正丁酯之轻馏份19及含有其他杂质之重馏份20。
洗涤之固体氯化钠21随后与水7在搅拌下于盐水容器38中掺合。随后将所得盐水溶液22传递至盐水电解单元39中。在施加电流时，产生氯气3、氢气4及稀释水性氢氧化钠流23。将氯气流3及氢气流4馈入至氯气燃烧器/HCl吸收器31中，且再循环至该方法中。将稀释水性氢氧化钠流23馈入至蒸发器40中，且藉由蒸发移除一些水7而减少混合物之体积，导致产生浓缩水性氢氧化钠流2。水性氢氧化钠2与反应器30中之醣溶液1掺合，且因此亦再循环至该方法中。水亦可例如藉由再引入至盐水容器38中而再循环。
如上所述，在酯化反应期间，藉由蒸发移除正丁醇及水。在合并之正丁醇及水流24冷凝之后，将液态正丁醇及水(其含有一些HCl且为酸性的)引入至倾析器容器41中，获得分离的正丁醇及水相，且获得分离的正丁醇25流及水26流。藉由使用蒸馏塔42及43进行蒸馏分开纯化正丁醇流及水流以获得纯化之正丁醇5及酸性水27。
亦自酯化反应期间形成之其他有机酸之正丁酯回收正丁醇。获自第一蒸馏塔之轻馏份17及过量酸性水27在高温下于水解塔44中掺合，导致产生有机酸及正丁醇。藉由蒸发移除水及正丁醇，且将正丁醇/水流28与正丁醇/水流24合并。亦获得其他有机酸之水性混合物29。
如上所述，必要时，可例如藉由在酸催化剂(例如HCl、乳酸)存在下在过量水存在下加热乳酸正丁酯使纯化之乳酸正丁酯19水解以产生乳酸。纯化之乳酸正丁酯或乳酸亦可转化为其他产物，诸如寡聚乳酸、交酯或聚乳酸。另外，可例如藉由使用金属催化剂(例如含钌、铼或铜之催化剂)进行氢化将纯化乳酸正丁酯或乳酸转化为丙二醇(1,2-丙二醇)。
以下实施例说明本发明。
实施例1制备乳酸并转化为乳酸烷基酯，同时分离氯化钠
将D-木糖溶液(300g水中之200.1g；40％w/w)及NaOH溶液(385g水中之215.1g；4.0当量)逐滴添加至夹套60mL容量连续搅拌槽反应器(CSTR)中，该反应器装配有顶置式搅拌器及热电偶/回流冷凝器及以约120℃之油套温度加热之填充口。经4h之时段进行添加(平均CSTR滞留时间为约15min)且当自CSTR排出时，将产物混合物收集于1000mL瓶中。一旦完成最终进料添加，排出残余反应混合物，产生约870mL/1086g产物。
将31.1g此反应混合物称重至50mL锥形烧瓶中。逐滴添加15.8g浓盐酸水溶液(37％)以形成pH为约1之澄清、棕色溶液。随后使用蠕动泵将此澄清溶液逐滴添加至含有回流正丁醇(100mL，锅温119℃)之另一烧瓶(250mL圆底烧瓶，装配有磁力从动件搅拌器(750rpm)、热电偶、迪安-斯塔克分水器(Dean-Stark trap)/回流冷凝器及N2排出孔)中。添加时段为2小时，在此期间连续移除水。在添加期间，亦观测到氯化钠同时沈淀。在完成添加后，将混合物维持于回流下直至分水器中不再收集到水(2小时)。总共收集35mL水。随后使反应混合物冷却至环境温度(25-30℃)且滤出沈淀物。
正丁醇滤液中之乳酸正丁酯之产率经气相层析法测定为37.2％，其与乳酸钠至乳酸正丁酯之定量转化率一致。
将过滤步骤中移除之氯化钠干燥且发现称重为8.6g，回收效率为96％。藉由火焰光度法分析正丁醇滤液且未侦测到残余钠离子。
实施例2制备乳酸，同时分离乳酸烷基酯
将D-木糖溶液(300g水中之200.2g；40％w/w)及NaOH溶液(390g水中之110.1g；2.0当量)逐滴添加至夹套60mL容量连续搅拌槽反应器(CSTR)中，该反应器装配有顶置式搅拌器及热电偶/回流冷凝器及以约120℃之油套温度加热之填充口。经4小时之时段进行添加(平均CSTR滞留时间为约15min)且当自CSTR排出时，将产物混合物收集于1000mL瓶中。一旦完成最终进料添加，排出残余反应混合物，产生约860mL/990.1g产物。
藉由逆相HPLC测定此反应混合物之乳酸酯选择性，其为32.2％。
将此溶液之31.2g(27.0mL)部分添加至250mL圆底反应烧瓶中，且在搅拌之情况下逐滴添加8.61g HCl(37％，于水中)以产生pH 1之溶液。将100mL(79.7g)正丁醇添加至混合物中且在室温(24℃)下进行搅拌(400rpm)150分钟。在完成搅拌之后，将烧瓶内含物转移至500mL分液漏斗中且使各层在静置时完全分离。将下部、浅黄色、澄清水层小心地移除至玻璃样品瓶中且体积为23mL，重量为26.1g。随后将上部、深褐色、澄清正丁醇层倒入至独立玻璃瓶中且体积为111mL，93.2g。
水层及丁醇层以其整体各自小心地添加至独立1000mL体积烧瓶中、藉由2mL HCl酸化以确保pH为1且藉由去离子水补足体积。在充分混合之后，藉由HPLC(C18管柱)分析各者之一部分的各层中之乳酸含量。
自木糖/氢氧化钠溶液开始之理论乳酸产量在取用之重量下为1.74g。此系基于自初始碱降解反应32.2％之整体选择性。正丁醇层中之乳酸为1.50g，给出83.1％之产率。
藉由火焰光度法量测水层之钠含量，其对应于预期总量之96％。
实施例3制备乳酸并转化为乳酸烷基酯，同时分离氢氧化钠
将D-木糖溶液(200.1g于300g水中；40％w/w)及NaOH溶液(215.1g于385g水中；4.0当量)逐滴添加至夹套60mL容量连续搅拌槽反应器(CSTR)中，该反应器装配有顶置式搅拌器及热电偶/回流冷凝器及以约120℃之油套温度加热之装料口。经4小时之时段进行添加(平均CSTR滞留时间为约15min)且当自CSTR排出时，将产物混合物收集于1000mL瓶中。一旦完成最终进料添加，即排出残余反应混合物，产生约870mL/1086g产物。
藉由逆相HPLC测定此反应混合物之乳酸酯选择性，其为37.1％。
称取30.9g此反应混合物(以初始装料计含有0.038莫耳木糖及0.15莫耳钠)至50mL锥形烧瓶中。逐滴添加15.8g(以木糖计为4.2当量)浓盐酸水溶液(37％)以形成澄清褐色溶液(pH为约1)。随后使用蠕动泵将此澄清溶液逐滴添加至含有回流正丁醇(100mL，锅温119℃)之另一烧瓶(250mL圆底烧瓶，装配有磁力从动件搅拌器(750rpm)、热电偶、迪安-斯塔克分水器(Dean-Stark trap)/回流冷凝器及N2排出孔)中。添加时段为2小时，在此期间连续移除水且锅温在119-106-119℃之间变化。在添加期间，亦观测到氯化钠同时沈淀。在完成添加后，将混合物维持于回流下直至分水器中不再收集到水(2小时)。总共收集到35mL水。随后使反应混合物冷却至环境温度(25-30℃)。
将24.9mL脱矿质水(以理论NaCl含量计形成饱和盐水溶液所需的水量，亦即8.96g)注射至反应烧瓶中且在环境温度下搅拌混合物1小时。随后将此混合物转移至250mL分液漏斗中且使两相在静置时分离。小心地移除下部水层(25mL)。用约10mL正丁醇冲洗分液漏斗且将各别水层及有机层与其大量对应物合并。用正丁醇在量瓶中将有机层补足至250mL且藉由气相层析法分析其中的外消旋乳酸正丁酯。外消旋乳酸正丁酯之产率经计算为35.6％(参看在阶段(a)之后的37.1％；96％乳酸酯回收率)，且水层中之钠回收率(藉由Na+火焰光度法量测)经计算为3.49(±0.25)g，(99％)。
实施例4制造乳酸，同时回收并再循环氢氧化钠
藉由将200g D-木糖及300g脱矿质水添加至500mL锥形烧瓶中制备40％w/w木糖溶液。藉助于音波处理浴将此混合，直至形成澄清溶液。
藉由称取110g氢氧化钠球粒至500mL锥形烧瓶中且小心地添加390g脱矿质水来制备含有两莫耳当量氢氧化钠(以上文之木糖装料量计)之溶液。在冷却下将此混合，直至形成澄清溶液。
随后将木糖及氢氧化钠溶液添加至经加热(油套温度约120℃)、约60mL连续搅拌槽反应器(CSTR)中，该反应器装配有顶置式搅拌器、热电偶/回流冷凝器及装料口。使用蠕动泵经4小时之时段进行添加(反应滞留时间为约15min)，将反应温度维持于100-105℃范围内。在自CSTR排出后，收集含有乳酸钠之反应混合物。一旦完成最终进料添加，即排出残余反应混合物。
将此溶液之31g(27mL)部分添加至具有磁力搅拌器从动件之250mL圆底反应烧瓶中，且逐滴添加8.6g HCl(37％水溶液)。
将100mL(80g)正丁醇添加至混合物中，随后将其在室温(24℃)下搅拌(400rpm)150分钟。
在完成搅拌之后，将烧瓶内含物转移至500mL分液漏斗中且使各层在静置时完全分离。移除含有氯化钠之下部水层且收集于适合之烧瓶中。上部有机层含有乳酸。
将氯化钠水溶液引入至电解池中，该电解池具有将该池分为阳极室及阴极室之选择性离子渗透膜。向该池施加电流，导致在阳极产生氯气且在阴极产生氢气及氢氧化钠。
自该池回收氢氧化钠水溶液，且浓缩至22％w/w之氢氧化钠浓度。
在100-105℃范围内之温度下，在随时间推移进行搅拌之情况下于上文所述之CSTR反应容器中掺合所得氢氧化钠水溶液及40％w/w D-木糖水溶液，导致产生其他乳酸钠。
实施例5分批补料制备乳酸并转化为乳酸烷基酯，同时分离氯化钠
向配备有顶置式搅拌器、回流冷凝器、温度探针及用于糖馈入之入口的5L圆底烧瓶中装入640g水。逐份添加氢氧化钠球粒(426.7g，10.67莫耳)以形成40％w/w NaOH溶液。向另一配备有顶置式搅拌器之5L圆底烧瓶中依次逐份装入1,200g水及800g木糖(5.33莫耳，相对于NaOH为0.50当量)以形成40％w/w木糖溶液。
将40％w/w氢氧化钠溶液加热至100-105℃，接着使用蠕动泵经15或60分钟之时段将40％w/w木糖溶液馈入至该热氢氧化钠溶液中。在完成木糖添加后，使反应物冷却至环境温度且藉由HPLC分析样品(约5mL)之乳酸含量。
典型地发现此时乳酸之原位产率为41％-44％，其中15分钟添加时段得到处于范围下端(41％-42％)之产率，且60分钟添加时段得到处于上端(43-44％)之产率。
用浓HCl(37％，920.6mL，相对于NaOH为0.5当量)使剩余反应溶液酸化且分成两等份。使用蠕动泵将酸化混合物各自经8小时馈入至含有回流正丁醇(各烧瓶中为3L)之5L圆底烧瓶中且设定为藉助于迪恩-斯塔克装置移除共沸水。在完成添加后，使反应物再回流8小时直至在迪安-斯塔克分水器中观测不到水。随后使反应混合物冷却且过滤沈淀之氯化钠且用正丁醇(2×100mL)洗涤。藉由气相层析法分析滤液之乳酸正丁酯含量且在烘箱中干燥氯化钠。结果表明乳酸完全转化为乳酸正丁酯。NaCl回收率为>98重量％。
实施例6制造乳酸并转化为乳酸烷基酯，同时回收并再循环氢氧化钠
向配备有顶置式搅拌器、回流冷凝器、温度探针及用于糖馈入之入口的5L圆底烧瓶中装入640g水。逐份添加氢氧化钠球粒(426.7g，10.67莫耳)以形成40％w/w NaOH溶液。向另一配备有顶置式搅拌器之5L圆底烧瓶中依次逐份装入1,200g水及800g木糖(5.33莫耳，相对于NaOH为0.50当量)以形成40％w/w木糖溶液。
将40％w/w氢氧化钠溶液加热至100-105℃且接着使用蠕动泵经60分钟之时段将40％w/w木糖溶液馈入至该热氢氧化钠溶液中。在完成木糖添加后，将含乳酸钠之反应混合物冷却至环境温度。
用浓HCl(37％，920.6mL，相对于NaOH为0.5当量)使反应溶液酸化且分成两等份。使用蠕动泵将酸化混合物各自经8小时馈入至含有回流正丁醇(各烧瓶中为3L)之5L圆底烧瓶中且设定为藉助于迪恩-斯塔克装置移除共沸水。在完成添加后，使反应物回流直至在迪安-斯塔克分水器中不再观测到水。随后使反应混合物冷却且经过滤以分离含乳酸正丁酯之液相与固体氯化钠。用正丁醇(2×100mL)洗涤固体氯化钠。
将固体氯化钠溶解于水中且将氯化钠水溶液引入至电解池中，该电解池具有将该室分为阳极室及阴极室之选择性离子渗透膜。施加电流至该池，导致在阳极产生氯气且在阴极产生氢气及氢氧化钠。
自该池回收氢氧化钠水溶液，且浓缩至40％w/w之氢氧化钠浓度。
将所得氢氧化钠水溶液馈入至配备有顶置式搅拌器、回流冷凝器、温度探针及用于糖馈入之入口之5L圆底烧瓶，将其加热至100-105℃。随后使用蠕动泵经60分钟之时段将另一批40％w/w木糖水溶液馈入至热氢氧化钠溶液中，导致产生其他乳酸钠。

Claims (21)

1.一种用于制造乳酸之方法，其包含：
(a)使富含醣之液流与氢氧化钠在水存在下反应以产生包含乳酸钠之反应混合物；
(b)使至少一部分该乳酸钠与HCl反应以产生乳酸及氯化钠；
(c)将至少一部分该氯化钠转化为氯气及氢氧化钠；及
(d)将步骤(c)中产生之至少一部分该氢氧化钠再循环至步骤(a)中。
2.如权利要求1之方法，其中该富含醣之液流为富含单醣之液流。
3.如权利要求1或2之方法，其中该富含醣之液流与氢氧化钠在10至160℃范围内之温度下反应。
4.如权利要求1或2之方法，其中氢氧化钠与以单醣计算之醣之莫耳比在1.5:1至6:1范围内。
5.如权利要求1或2之方法，其中步骤(b)包含将至少一部分来自步骤(a)之该反应混合物与HCl以及与C3-6烷基醇掺合以产生包含乳酸及氯化钠之两相混合物。
6.如权利要求5之方法，其中在步骤(b)之后，氯化钠及水藉由液-液相分离与乳酸分离。
7.如权利要求6之方法，其中该C3-6烷基醇为正丁醇。
8.一种用于制造乳酸C1-6烷基酯之方法，其包含：
藉由如权利要求1或2定义之方法制造乳酸；及
使至少一部分该乳酸与C1-6烷基醇反应以产生对应乳酸烷基酯。
9.如权利要求8之方法，其中该C1-6烷基醇为正丁醇。
10.如权利要求1或2之方法，其中至少一部分在步骤(c)中产生之该氯气与氢气反应以产生HCl。
11.如权利要求10之方法，其中至少一部分该HCl再循环至步骤(b)中。
12.如权利要求8之方法，其中该方法包含：
(a)使富含醣之液流与氢氧化钠在水存在下反应以产生包含乳酸钠之反应混合物；
(b)使至少一部分该乳酸钠与HCl反应以产生乳酸及氯化钠；
(b")使至少一部分该乳酸与C1-6烷基醇反应以产生对应乳酸烷基酯；
(b"′)分离固体氯化钠与该乳酸C1-6烷基酯；
(c)将至少一部分该氯化钠转化为氯气及氢氧化钠；
(d)将步骤(c)中产生之至少一部分该氢氧化钠再循环至步骤(a)中；
(e)使步骤(c)中产生之至少一部分该氯气与氢气反应以产生HCl；及
(f)将步骤(e)中产生之至少一部分该HCl再循环至步骤(b)中。
13.如权利要求8之方法，其中该方法包含：
(a)使富含醣之液流与氢氧化钠在水存在下反应以产生包含乳酸钠之反应混合物；
(b)使至少一部分该乳酸钠与HCl反应以产生乳酸及氯化钠；
(bb)藉由移除水减少获自步骤(b)之该反应混合物之体积；
(b")使至少一部分该乳酸与C1-6烷基醇反应以产生对应乳酸烷基酯；
(b"′)分离固体氯化钠与该乳酸C1-6烷基酯；
(b"")藉由蒸馏纯化该乳酸C1-6烷基酯；
(c)将至少一部分该氯化钠转化为氯气及氢氧化钠；
(d)将步骤(c)中产生之至少一部分该氢氧化钠再循环至步骤(a)中；
(e)使步骤(c)中产生之至少一部分该氯气与氢气反应以产生HCl；及
(f)将步骤(e)中产生之至少一部分该HCl再循环至步骤(b)中。
14.一种用于制造乳酸或乳酸C3-6烷基酯之方法，其包含：
(a)使富含醣之液流与氢氧化钠在水存在下反应以产生包含乳酸钠之反应混合物；
(b)将至少一部分来自步骤(a)之该反应混合物与HCl以及与C3-6烷基醇掺合以产生包含乳酸及氯化钠之两相混合物；
(b')藉由液-液相分离将氯化钠及水与乳酸分离；且视情况
(b")使至少一部分该乳酸与该C3-6烷基醇反应以产生乳酸C3-6烷基酯。
15.如权利要求14之方法，其中该C3-6烷基醇为正丁醇。
16.一种用于制造乳酸C1-6烷基酯之方法，其包含：
(a)使富含醣之液流与氢氧化钠在水存在下反应以产生包含乳酸钠之反应混合物；
(b)将至少一部分该乳酸钠与HCl以及与C1-6烷基醇掺合以产生乳酸及氯化钠；
(b")使至少一部分该乳酸与C1-6烷基醇反应以产生对应乳酸烷基酯；及
(b")分离氯化钠与乳酸C1-6烷基酯。
17.如权利要求16之方法，其中该C1-6烷基醇为正丁醇。
18.如权利要求8至17中任一项之方法，其中该乳酸烷基酯藉由在减压下蒸馏来回收。
19.一种用于制造寡聚乳酸、交酯、乳酰乳酸烷基酯或聚乳酸之方法，其包含：
藉由如权利要求1至7、10、11、14或第15中任一项之方法制造乳酸，或藉由如权利要求8至18中任一项之方法制造乳酸C1-6烷基酯；及
将该乳酸或该乳酸烷基酯转化为寡聚乳酸、交酯、乳酰乳酸烷基酯或聚乳酸。
20.一种用于制造丙二醇之方法，其包含：
藉由如权利要求1至7、10、11、14或15中任一项之方法制造乳酸，或藉由如权利要求8至18中任一项之方法制造乳酸C1-6烷基酯；及
将该乳酸或该乳酸烷基酯转化为丙二醇。
21.一种用于制造丙烯酸之方法，其包含：
藉由如权利要求1至7、10、11、14或15中任一项之方法制造乳酸，或藉由如权利要求8至18中任一项之方法制造乳酸C1-6烷基酯；及
将该乳酸或该乳酸烷基酯转化为丙烯酸。
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