CN106573876B - 获得结晶l-丙氨酸的方法 - Google Patents

获得结晶l-丙氨酸的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106573876B
CN106573876B CN201580042503.8A CN201580042503A CN106573876B CN 106573876 B CN106573876 B CN 106573876B CN 201580042503 A CN201580042503 A CN 201580042503A CN 106573876 B CN106573876 B CN 106573876B
Authority
CN
China
Prior art keywords
alanine
crystallization
aqueous solution
crystallizer
suspension
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201580042503.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106573876A (zh
Inventor
D·鲍曼
S·弗洛赫
L·加莱拉
R·森皮尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BASF SE
Original Assignee
BASF SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BASF SE filed Critical BASF SE
Publication of CN106573876A publication Critical patent/CN106573876A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106573876B publication Critical patent/CN106573876B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C227/00—Preparation of compounds containing amino and carboxyl groups bound to the same carbon skeleton
    • C07C227/38—Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives
    • C07C227/40—Separation; Purification
    • C07C227/42—Crystallisation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C229/00—Compounds containing amino and carboxyl groups bound to the same carbon skeleton
    • C07C229/02—Compounds containing amino and carboxyl groups bound to the same carbon skeleton having amino and carboxyl groups bound to acyclic carbon atoms of the same carbon skeleton
    • C07C229/04—Compounds containing amino and carboxyl groups bound to the same carbon skeleton having amino and carboxyl groups bound to acyclic carbon atoms of the same carbon skeleton the carbon skeleton being acyclic and saturated
    • C07C229/06—Compounds containing amino and carboxyl groups bound to the same carbon skeleton having amino and carboxyl groups bound to acyclic carbon atoms of the same carbon skeleton the carbon skeleton being acyclic and saturated having only one amino and one carboxyl group bound to the carbon skeleton
    • C07C229/08—Compounds containing amino and carboxyl groups bound to the same carbon skeleton having amino and carboxyl groups bound to acyclic carbon atoms of the same carbon skeleton the carbon skeleton being acyclic and saturated having only one amino and one carboxyl group bound to the carbon skeleton the nitrogen atom of the amino group being further bound to hydrogen atoms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P13/00—Preparation of nitrogen-containing organic compounds
    • C12P13/04—Alpha- or beta- amino acids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07B—GENERAL METHODS OF ORGANIC CHEMISTRY; APPARATUS THEREFOR
    • C07B2200/00—Indexing scheme relating to specific properties of organic compounds
    • C07B2200/13—Crystalline forms, e.g. polymorphs

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Abstract

本发明涉及用于由L‑丙氨酸水溶液，特别是由通过发酵方法获得的L‑丙氨酸水溶液获得结晶L‑丙氨酸的方法。

Description

获得结晶L-丙氨酸的方法
本发明涉及由L-丙氨酸水溶液，特别是由通过发酵方法获得的L-丙氨酸水溶液获得结晶L-丙氨酸的方法。
发明背景
也称为(S)-2-氨基丙酸的L-丙氨酸是蛋白氨基酸，其可以用于临床营养或用作药物产品如前列腺增生的治疗剂的成分。它也用于食品工业，以丰富保健食品和饮料中的营养。此外，L-丙氨酸可以用作细胞培养的补充物。除此之外，L-丙氨酸可以用作生产其他化学品如甲基甘氨酸二乙酸的原料。L-丙氨酸通常使用酶催化或发酵方法制备(参见例如Xueli Zhang等，Production of L-alanine by metabolically engineered Escherichiacoli，Appl.Microbiol.Biotechnol.(2007)77:355-366和其中引用的文献；Ullmann'sFine Chemicals，Wiley-VCH，Weinheim 2013，第1卷，第179页及其后各页和其中引用的文献)。
在制造方法中，L-丙氨酸通常作为水溶液获得，它可以通过喷雾干燥或结晶而从其中分离。然而，含L-丙氨酸水溶液的喷雾干燥最初导致具有不令人满意的流动特性和差的储存性能的无定形固体粉末，因为粉末可能会经受结块并变成难以处理的固体团块。
当试图通过结晶而从水溶液中分离L-丙氨酸时，存在几个问题。一个问题是L-丙氨酸形成过饱和水溶液的倾向，其可以自发地结晶而形成不纯的固体材料。第二个问题是当从水溶液中结晶L-丙氨酸时，获得难以过滤的针状或棒状材料。由于其高纵横比和所得的高比表面积，这种针状或棒状材料包含大量母液，因此其仅具有中等纯度并且需要额外的干燥工作。如果L-丙氨酸水溶液源自发酵生产方法，则针状或棒状材料的形成是特别有问题的。
本发明的发明人发现针状或棒状晶体的形成可归因于有机杂质的存在，特别是不同于L-丙氨酸的α-氨基酸，例如D-丙氨酸和某些L-氨基酸如L-缬氨酸、L-亮氨酸、L-赖氨酸、L-天冬酰胺、L-谷氨酰胺和L-精氨酸，特别是L-缬氨酸的存在。本发明人发现，即使在基于L-丙氨酸的重量为100ppm或更低的非常低的浓度下，这些α-氨基酸对L-丙氨酸结晶的有害作用也可能引起这样的问题。另一方面，L-丙氨酸的生产方法通常基于L-丙氨酸包含显著量，例如1000ppm或更高的量的不同于L-丙氨酸的α-氨基酸。这些杂质可由外消旋化产生或者可在生产方法中作为副产物形成。
发明概述
非常需要如下方法，其允许由包含基于L-丙氨酸为至少100ppm的一种或多种不同于L-丙氨酸的α-氨基酸的L-丙氨酸水溶液获得紧密晶体(即具有低纵横比的晶体)形式的结晶L-丙氨酸。
本发明人惊奇地发现，通过涉及在L-丙氨酸溶液中以使溶解的L-丙氨酸的浓度c与L-丙氨酸的平衡溶解度c*之比c:c*在受控过饱和的条件下为>1:1-1.5:1，通常>1:1-1.3:1，特别是>1:1-1.15:1，尤其是>1:1-1.10:1的方式诱导受控过饱和条件的方法实现了该目的和其他目的。
因此，本发明涉及由包含基于L-丙氨酸为至少100ppm，例如100-30000ppm，特别是200-10000ppm或500-5000ppm的一种或多种不同于L-丙氨酸的α-氨基酸的L-丙氨酸水溶液获得结晶L-丙氨酸的方法，所述方法包括:
a)提供包含基于L-丙氨酸为至少100ppm，特别是至少200ppm或至少500ppm，例如100-30000ppm，特别是200-10000ppm或500-5000ppm的一种或多种不同于L-丙氨酸的α-氨基酸的L-丙氨酸水溶液；
b)通过诱导受控过饱和的条件而使L-丙氨酸水溶液经受结晶，其方式为使溶解的L-丙氨酸的浓度c与L-丙氨酸的平衡溶解度c*之比c:c*在受控过饱和的条件下为>1:1-1.5:1，通常>1:1-1.3:1，特别是>1:1-1.15:1，尤其是>1:1-1.10:1，从而影响L-丙氨酸结晶；
c)由母液分离结晶L-丙氨酸，
其中将L-丙氨酸水溶液供至连续操作的结晶装置，其包含L-丙氨酸晶体的含水悬浮液。
通过本发明方法以通常具有一般低于10:1，特别是低于5:1或者甚至低于2:1的纵横比(长度与厚度之比)的紧密晶体形式获得纯的结晶L-丙氨酸。结晶材料的平均粒度通常为0.2-1.5mm，特别是0.3-1.0mm，其中平均粒度是通过光散射方法或根据DIN 66165-2:1987-04筛分而测定的重均粒度。优选地，通过本发明方法获得的结晶L-丙氨酸包含少于10重量％的粒度小于100μm的颗粒。
通过本发明方法获得的结晶L-丙氨酸中包含的杂质的量基于固体L-丙氨酸通常低于10000ppm，特别是低于8000ppm。
发明详述
在本发明方法的第一步骤a)中，提供L-丙氨酸水溶液，然后使其在第二步骤b)中经受结晶。原则上，任何L-丙氨酸溶液都可以用于本发明方法中。水溶液可以是由生物化学方法或者由常规方法获得的水溶液。用于本发明方法的水溶液优选由生物化学方法，例如其中通过由N-乙酰基-D,L-丙氨酸或由L-天冬氨酸的酶生物催化转化(参见A.Liese等“Industrial biotransformations”，Wiley-VCH，2000，第300页及其后各页和第344页及其后各页，以及其中引用的文献)或者通过碳水化合物源的发酵(例如如Xueli Zhang等，Production of L-alanine by metabolically engineered Escherichia coli，Appl.Microbiol.Biotechnol.(2007)77:355-366及其中引用的文献所述)而获得L-丙氨酸的方法获得。
根据本发明，在本发明方法的步骤a)中提供的L-丙氨酸水溶液包含基于水溶液中包含的L-丙氨酸为至少100ppm，例如100-30000ppm，特别是200-10000ppm或500-8000ppm的一种或多种不同于L-丙氨酸的α-氨基酸。这种氨基酸的实例特别是不同于L-丙氨酸的α-氨基酸，例如D-丙氨酸和某些L-氨基酸如L-缬氨酸、L-亮氨酸、L-赖氨酸、L-天冬酰胺、L-谷氨酰胺和L-精氨酸及其混合物。通常，步骤a)中提供的L-丙氨酸水溶液包含L-缬氨酸。在步骤a)中提供的L-丙氨酸水溶液还可以包含其他有机和无机杂质。这样的杂质可以是不同于氨基酸的有机酸，例如丙酮酸、琥珀酸、乳酸、柠檬酸、甲酸、乙酸或丙酸，以及无机盐如磷酸盐、硫酸盐、碱金属氢氧化物、铵盐等。杂质的总量基于水溶液中包含的L-丙氨酸通常不超过50000ppm。
发现有益的是在步骤a)中提供的L-丙氨酸水溶液基本上不含水不溶性固体材料，即水不溶性材料的量基于其中包含的L-丙氨酸为少于5000ppm，特别是少于100ppm或者基于水溶液的重量为至多1000ppm，特别是至多20ppm。特别地，在使其经受步骤b)的结晶之前，使步骤a)中提供的水溶液经受过滤，特别是微过滤或超滤。
在一个具体的实施方案中，步骤a)中提供的L-丙氨酸水溶液已经经受脱色以移除形成颜色的杂质。着色可以通过用活性炭处理水溶液来实现。
取决于水溶液的温度，步骤a)中提供的水溶液中L-丙氨酸的浓度通常可以为50-270g/L。通常，首先提供浓度为50-150g/L的稀溶液，使其例如通过蒸发水而经受浓缩步骤，至130-270g/L，特别是160-230g/L或170-210g/L的浓度。
在浓缩步骤中的水的蒸发可以通过常规蒸发器如强制循环蒸发器、自然循环蒸发器、强制循环闪蒸器、薄膜蒸发器、降膜蒸发器和螺旋管蒸发器来实现。蒸发器可以用常规的加热介质如加热油或加热蒸汽(包括来自蒸汽网络的蒸汽或在本发明方法中通过蒸气再压缩提供的蒸汽)加热。优选地，在浓缩步骤中的水的蒸发借助降膜蒸发器实现，优选使用通过机械蒸气再压缩获得的加热蒸汽。机械蒸气再压缩允许减少所需新鲜蒸汽量，从而降低总成本。蒸气再压缩优选通过一个或多个旋转压缩机来实现。由于蒸气再压缩的适度的压缩冲程以及因此在加热段的有限温升，优选使用降膜蒸发器，因为它们可以在小的温度梯度下操作。降膜蒸发器允许在小循环速率和低压降下的高蒸发速率。因此，降膜蒸发器允许温度敏感的L-丙氨酸的短停留时间。此外，降膜蒸发器的低压降有利于蒸气再压缩，因此有利于热回收。有利的是串联连接多个蒸发器，因为这允许保持加热侧和工艺过程侧之间的高温差，从而允许热交换器中的小表面。
在L-丙氨酸的含水悬浮液中诱导受控过饱和的条件。在含水悬浮液中，固体含量基于悬浮液的总重量优选为5-35重量％，特别是15-30重量％，特别是20-25重量％。
优选地，在过饱和条件下L-丙氨酸的含水悬浮液中溶解的L-丙氨酸的浓度优选为150-400g/L，特别是170-340g/L，尤其是180-300g/L。
优选地，在提高的温度下，例如在至少30℃，通常至少50℃，特别是至少60℃的温度下诱导受控过饱和。通常，温度不超过110℃。特别地，在60-105℃的温度下诱导过饱和。
可以通过降低L-丙氨酸在水中的溶解度或者增加在从其中结晶L-丙氨酸的水溶液或悬浮液中的L-丙氨酸的浓度的任何措施诱导受控过饱和。这些措施包括移除水，加入反溶剂如丙酮，或冷却，或者这些措施的组合。选择措施使得水溶液或悬浮液中溶解的L-丙氨酸的浓度c与L-丙氨酸的平衡溶解度c*之比c:c*为>1:1-1.5:1，通常>1:1-1.3:1，特别是>1:1-1.15:1，尤其是1:1-1.10:1。在给定温度或压力下L-丙氨酸在水中的平衡浓度c*是已知的或者可以通过常规实验测定。悬浮液或溶液中溶解的L-丙氨酸的实际浓度可以利用水溶液中L-丙氨酸的浓度、供入结晶装置的L-丙氨酸的量、移除的水量和结晶L-丙氨酸量计算。实际浓度也可以实验测定，例如通过ATR-FTIR(衰减全反射傅里叶变换红外光谱)测定。
关于比率c:c*，>1:1的值表示超过热力学平衡的状态，即其中比率c:c*为1的状态的任何值。值>1:1表示例如1.00001:1、1.0005:1、1.0001:1、1.0005:1、1.001:1或1.0002:1的值，特别是1.00001-1.002:1的值。
优选地，通过从结晶L-丙氨酸的水溶液或悬浮液中移除水或者通过冷却水溶液或悬浮液或者通过这些方法的组合来诱导或维持过饱和。为了达到或维持过饱和的条件，优选通过蒸发移除水。特别地，通过蒸发水或者通过组合蒸发/冷却来诱导或维持过饱和的条件。
优选地，L-丙氨酸的结晶在减压下进行，以便于通过蒸发移除水。优选地，L-丙氨酸的结晶在20-1000毫巴，特别是70-500毫巴，尤其是120-310毫巴的压力下进行。
L-丙氨酸的结晶可以在任何类型的可以用于从水溶液中结晶有机化合物并且可以连续操作的结晶装置中进行。合适的结晶装置包括但不限于搅拌釜结晶器、带有导管的搅拌釜结晶器、带有导管并任选带有用于晶体分级的设备的搅拌釜结晶器、所谓的引流管结晶器或引流管挡板(DTB)结晶器、任选具有用于晶体分级的设备的强制循环结晶器如奥斯陆型结晶器、任选具有用于晶体分级的设备的诱导强制循环结晶器以及冷却板结晶器。优选的结晶器选自强制循环结晶器、引流管结晶器、引流管挡板结晶器、奥斯陆型结晶器和诱导强制循环结晶器，特别优选引流管挡板结晶器和诱导强制循环结晶器。
本发明方法连续进行。
如所指出的，本发明方法连续进行，即将步骤a)中提供的L-丙氨酸水溶液供至连续操作的结晶装置中。换言之，将L-丙氨酸水溶液连续供入连续操作的结晶装置中，并且使结晶的L-丙氨酸从结晶装置中连续排出。
在连续操作的结晶装置中，维持受控过饱和的条件。优选地，通过移除限定量的水，优选通过蒸发，或者通过冷却，或者通过这些措施的组合来维持受控过饱和的条件。优选地，通过蒸发连续移除水。
通常，连续操作的结晶装置以这样的方式操作，使得受控过饱和的条件是准静态或几乎准静态的。特别地，温度变化小于10K和/或压力变化小于60毫巴。
通常，连续操作的结晶装置包含L-丙氨酸晶体的含水悬浮液。优选地，包含在连续操作的结晶装置中的含水悬浮液的固体含量基于包含在连续操作的结晶装置中或连续操作的结晶装置的有效体积中的悬浮液的总重量为5-35重量％，特别是15-30重量％，尤其是20-25重量％。有效体积应理解为其中发生结晶的那些结晶装置部分，例如那些包含L-丙氨酸晶体的自由流动的含水悬浮液的部分。
通常，连续操作的结晶装置的步骤b)包括以下子步骤：
b1)将L-丙氨酸水溶液连续供入包含L-丙氨酸的含水悬浮液的连续操作的结晶装置中，其基于悬浮液的重量优选具有5-30重量％，特别是20-25重量％的固体含量；
b2)优选通过蒸发，特别是通过减压蒸发，从包含于结晶装置中的L-丙氨酸含水悬浮液中连续移除水；
b3)连续从结晶装置中移除L-丙氨酸的含水悬浮液。
已经发现有益的是在步骤b3)中从结晶器中移除的L-丙氨酸的含水悬浮液的料流分成两股料流。使第一料流经受固体L-丙氨酸的分离，而将剩余部分与步骤b1)中提供的新鲜的L-丙氨酸水溶液一起供回结晶装置。为此，将步骤b3)中移除的L-丙氨酸的含水悬浮液的一部分，在将其供入结晶装置之前，与步骤b1)的L-丙氨酸水溶液混合。然后将由此获得的混合物供回至结晶装置中。在步骤b3)中从结晶器中移除的总料流与经受固体L-丙氨酸的分离的第一料流的体积比为至少4:1，特别是至少7:1，更特别是至少10:1，例如4:1-200:1或7:1-80:1或10:1-60:1。
为了通过蒸发移除水，必须将蒸发所需的能量引入结晶器中。这可以通过常规加热元件来实现。优选地，通过将加热的L-丙氨酸水溶液料流供入反应器而将蒸发热引入结晶器中。供入反应器中的加热的L-丙氨酸水溶液料流可以通过任何常规的热交换器加热。热交换器可以用常规的加热介质如加热油或加热蒸汽(包括来自蒸汽网络的蒸汽或本发明方法中通过在L-丙氨酸水溶液的结晶或浓缩期间蒸发的水的蒸气再压缩而提供的蒸汽)操作。优选地，供入结晶器中的加热的L-丙氨酸溶液通过使用强制循环减压蒸发器加热，所述强制循环减压蒸发器优选通过来自在L-丙氨酸水溶液的结晶或浓缩期间蒸发的水的蒸气再压缩的蒸气加热。使用强制循环减压蒸发器使热交换器表面上的结垢最小化。
连续操作的结晶装置优选为引流管结晶器、引流管挡板结晶器或诱导强制循环结晶器。
在步骤c)中，使结晶的L-丙氨酸与含水母液分离。为此，使结晶的L-丙氨酸在含水母液中的悬浮液经受固/液分离。用于使固体与液体分离的合适的措施包括离心、过滤或洗涤塔。用于离心的设备可以包括但不限于推动式离心机、螺旋筛式离心机、剥离式离心机和倾析器。用于过滤的设备可以包括但不限于旋转压力过滤器、带式过滤器、吸滤器、箱式过滤器和箱式压滤机。合适的洗涤塔可以包括但不限于重力洗涤塔、机械洗涤塔、液压洗涤塔和活塞型洗涤塔。优选地，通过离心，特别是通过使用推动式离心机或螺旋筛式离心机进行固/液分离，因为由此可以实现在所得固体中的低残余水分，其通常小于10重量％，例如1-8重量％。
固/液分离可以分步进行或优选连续进行。
可以例如用冷溶剂如水或纯L-丙氨酸的饱和水溶液洗涤所得固体以移除粘着的母液。如果结晶在多于一个结晶阶段中进行，则可用于洗涤固体L-丙氨酸的合适的溶剂也可以是随后结晶步骤的母液。优选地，在25℃以下，例如0-20℃的温度下进行洗涤。可以例如通过以下方式进行洗涤：用冷溶剂喷射固体结晶L-丙氨酸，随后进行另外的液/固分离，或者通过使固体结晶L-丙氨酸悬浮在冷溶剂中，随后进行另外的液/固分离。洗涤可以在单个步骤中，或者通过多个洗涤步骤，例如通过2、3或更多个步骤进行。如果洗涤通过多个洗涤步骤进行，则洗涤步骤可以并流或优选逆流操作。
优选地，L-丙氨酸的结晶包括至少两个，特别是至少3个随后的结晶步骤或阶段。由此，获得L-丙氨酸的更紧密的晶体，其具有低纵横比。此外，在第二或第三结晶步骤中获得的结晶L-丙氨酸具有较大的粒度。
在多阶段结晶方法中，将步骤a)中提供的L-丙氨酸水溶液供至结晶阶段(1)，其间歇操作或优选如上所述连续操作。然后将在该阶段(1)中获得的结晶L-丙氨酸溶解在水中，并使所得溶液经受随后的结晶步骤(2)，其中获得纯化的结晶L-丙氨酸和另外的母液。优选地，使随后的结晶步骤(2)的母液与水混合，并且将该混合物用于溶解在结晶步骤(1)中获得的结晶L-丙氨酸。可以使阶段(2)中获得的结晶L-丙氨酸经受一个或多个，例如经受1或2个其他结晶阶段(3)和(4)。优选地，使随后的结晶步骤(n+1)的母液与水混合，并且将该混合物用于溶解在结晶步骤(n)中获得的结晶L-丙氨酸，其中n表示各自的结晶步骤。可以将第一结晶阶段的母液排出或者经受另一结晶阶段以获得排出的剩余液体和较低纯度的结晶L-丙氨酸。在所述结晶阶段中获得的结晶L-丙氨酸可以溶解在例如步骤a)中提供的L-丙氨酸水溶液中以获得供入结晶步骤(1)中的更浓缩的溶液。在所述结晶阶段中获得的不纯的结晶L-丙氨酸也可以溶解在水和结晶步骤(1)中获得的母液的混合物中，并与步骤a)中提供的L-丙氨酸水溶液合并，以获得供入结晶步骤(1)中的更浓缩的溶液。
根据本发明，至少结晶阶段(1)根据上述包括在受控过饱和条件下的结晶的方法进行。优选地，结晶阶段(2)也根据上述包括在受控过饱和条件下的结晶的方法进行。
本发明方法在下文中参照图1-6详细描述。所示的图用于说明并且不意欲将本发明限制于此。
附图说明
本发明方法在下文中参考图1-7详细描述。所示的图用于说明并且不意欲将本发明限制于此。
图1显示了本发明方法的基本流程图。
图2显示了一个强制循环结晶器的实施方案。
图3显示了另一强制循环结晶器的实施方案(此时为引流管挡板结晶器(draftbaffle crystallizer))。
图4显示了一个诱导强制循环结晶器的实施方案。
图5显示了根据本发明的多阶段方法的一个实施方案的框图。
图6显示了根据本发明的多阶段方法的一个优选实施方案的框图。
图7示意性地显示了根据本发明的一个结晶阶段。
图8由对比实验1获得的晶体的显微照片。
图9由对比实验2获得的晶体的显微照片。
图10由本发明实施例1获得的晶体的显微照片。
在附图中，使用以下附图参考符号:
C 结晶相/晶体
CR 结晶
D 排出物
F 进料
L 液体
ML 母液
MLR 再循环母液
P 产物
R 再循环悬浮液
RL 剩余液体
S 新鲜溶液
SLS 固/液分离
V 蒸气
W 冷凝蒸气(液态水)
WL 洗涤液
i 用于阶段的索引
1 结晶器
2 热交换器
3 分离器
4 循环泵
5 浓缩物泵
6 用于蒸气的压缩机
10 入口
11 浆料取出口
12 悬浮液出口
13 液体取出/溢出口
14 引流管
15 除雾器
16 蒸气出口
17 沉降区
18 搅拌器
19 诱导剂
20 蒸气分离区
21 有效体积
如图1所示，包含L-丙氨酸水溶液的新鲜料流S与再循环料流R合并，并在热交换器2中加热至至少50℃，例如60-105℃的温度，以得到L-丙氨酸水溶液作为进料流F。热交换器2可以根据具体要求水平或垂直排列。然后将进料F供入连续操作的结晶器1中。结晶器1作为有效体积包含具有基于悬浮液的重量为5-30重量％，例如20-25重量％的固体含量的L-丙氨酸的过饱和含水悬浮液。将欠饱和L-丙氨酸水溶液F供入有效体积中并同时移除水，使过饱和悬浮液中(即结晶器1的有效体积中)的L-丙氨酸的浓度平衡。L-丙氨酸在含水悬浮液中的受控过饱和在至少50℃，例如60-105℃的温度下，并且在减压，例如在120-800毫巴下进行。
通过蒸发使水从L-丙氨酸的含水悬浮液中移除，其中水蒸气V在顶部从结晶器1取出。蒸气V可以进一步经由压缩机6输送以加热热交换器2，其例如与待加热的进料F逆流传导，并且作为冷凝物W离开热交换器2。
包含结晶L-丙氨酸的浆料的排出物D在下端由结晶器1移除。从排出物D中，将一部分料流作为再循环料流R移除，并且在进入热交换器2之前、之时或之后，经由再循环泵4输送以与新鲜料流S混合。排出物D将以这样的方式分配，使得再循环料流R与新鲜料流S的质量比优选大于5，特别是大于10，大于20，例如40:1-60:1。
使排出物D的另外部分通过浓缩物泵5送至分离器3。在分离器3中，分离浆料D以获得母液ML和结晶L-丙氨酸作为产物P。如果需要，则可以使母液ML再循环至本发明方法或前一阶段。
作为替换，使包含结晶L-丙氨酸的浆料的排出物D在下端的侧部从结晶器1中移除。使排出物D借助浓缩物泵5送至分离器3。在分离器3中，分离浆料D以获得母液ML和结晶L-丙氨酸作为产物P。如果需要，则可以使母液ML再循环至本发明方法或前一阶段。使第二排出物作为再循环料流R在下端中心部分从结晶器1中移除。使再循环料流R经由再循环泵4输送，以在进入热交换器2之前、之时或之后与新鲜料流S混合。再循环料流R与新鲜料流S的质量比大于5，特别是大于10，大于20，例如40:1-60:1。如果在结晶器侧部取出的浆料D更粘稠或者包含与在结晶器1底部取出的浆料R不同的尺寸分布的晶体，则可证明两个不同浆料的替换取出是特别有利的。
结晶可以优选在连续操作的结晶器，例如强制循环结晶器、引流管结晶器或引流管挡板结晶器中，或者特别是在诱导强制循环结晶器中进行。
图2显示了引流管结晶器。将过热的L-丙氨酸水溶液F经由入口10供至结晶器1中，通过引流管14向上流动，并沿着引流管14的外侧向下返回。
由有效体积21中的悬浮液蒸发的水作为蒸气V上升至结晶器1的顶部。蒸气V通过蒸气分离区20和除雾器15以移除液滴并经由蒸气出口16离开结晶器1。蒸气V进一步经由压缩机6输送以加热热交换器2，其例如与待加热的进料F逆流传导，并且作为冷凝物W离开热交换器2。
在有效体积21周围，可以排列沉降区17。经由有效体积21的下部区域中的悬浮液出口12，将悬浮液R移除并与新鲜溶液S合并。R和S的合并料流经由循环泵4通过热交换器2作为进料F再循环至结晶器中。循环泵4提供用于与进入溶液F混合的悬浮液的必要搅拌，并且实现悬浮液在有效体积21内的循环。
经由位于有效体积21之下的结晶器1的底部的浆料取出口11，浆料D从结晶器1中移除。取出的浆料D包含所需的结晶L-丙氨酸。
图3显示了具有强制循环的引流管挡板结晶器。将过热的L-丙氨酸水溶液F经由入口10供至结晶器1，通过引流管14向上流动，并沿着引流管14的外侧向下返回。底部入口搅拌器18在适量的能量消耗下提供用于与进入溶液F混合的悬浮液必要的搅拌并且实现悬浮液在有效体积21内的循环。
由有效体积21中的悬浮液蒸发的水作为蒸气V上升至结晶器1的顶部。蒸气V通过蒸气分离区20和除雾器15以移除液滴并经由蒸气出口16离开结晶器1。
在有效体积21的周围，借助挡板排列沉降区17。在沉降区17中，可以在沉降区17的上部区域中的溢流口13取出过量的母液L和/或细粒用于进一步加工。这种基本上澄清的液体L可以再循环至该工艺过程中以在任何阶段调节L-丙氨酸溶液的温度和/或浓度。
经由在沉降区12的下部区域中的悬浮液出口12，将悬浮液R移除并再循环以与新鲜进料流S混合。
经由位于沉降区12之下的浆料取出口11，将浆料D由结晶器1移除。取出的浆料D包含所需的结晶L-丙氨酸作为产物P。
图4所示的诱导强制循环结晶器的操作类似于如上所述的图2和图3所示的强制循环结晶器。与图3所示的实施方案不同，诱导强制循环结晶器在没有任何内部搅拌设备下工作。
将过热的L-丙氨酸水溶液F经由入口10供至结晶器1，通过引流管14向上流动，并沿引流管14的外侧向下返回。从有效体积21中的悬浮液蒸发的水作为蒸气V上升至结晶器1的顶部。蒸气V通过蒸气分离区20和除雾器15以移除液滴，并经由蒸气出口16离开结晶器1。
在有效体积21的周围，排列沉降区17。将液体L在沉降区17的上部区域中的液体取出口13取出。这种基本上澄清的液体L经由循环泵4再循环。经由在沉降区12之下的悬浮液出口12，将悬浮液R移除并与在外部回路中的清液L合并。在与料流R合并之前、同时或之后，将新鲜溶液S供至再循环料流L。将合并的再循环料流在热交换器(图中未显示)中加热，并作为进料F供至结晶器1。类似于图2所示的实施方案，蒸气V可用于加热热交换器2。
循环泵4的通过量提供了再循环悬浮液R的虹吸以及在有效体积21内悬浮液的必要搅拌。不需要另外的搅拌装置，使得悬浮液中的晶体以最小可能的应变处理。
经由在有效体积21之下和沉降区12之下位于结晶器1底部的浆料取出口11，将浆料D由结晶器1移除。取出的浆料D包含所需的结晶L-丙氨酸作为产物P。
在根据图5的多阶段方法中，在n个阶段中进行结晶。将进料F引入第一结晶阶段(i＝1)。例如借助蒸发从第一结晶中移除溶剂。将悬浮液分离成剩余液体RL和第一结晶相C1。使第一结晶相C1通入第二结晶阶段(i＝2)。使来自第二结晶阶段(i＝2)的母液，例如通过将其与水混合并使用用于溶解在第一结晶阶段中获得的结晶相C1的混合物，而再循环入第一结晶阶段(i＝1)。在各结晶阶段(i＝2-n)中，将水，例如通过以溶剂蒸气V的形式取出而移除，并将悬浮液分离成母液ML和结晶相C。使来自各结晶阶段(i)的结晶相通入下面的结晶阶段(i+1)。使来自各结晶阶段(i)的母液例如通过将其与水混合并将该混合物用于溶解来自之前的结晶阶段的结晶L-丙氨酸而再循环至之前的结晶阶段(i-1)中。从最后阶段n取出包含所需L-丙氨酸晶体的结晶相。阶段数n取决于在形式、纯度、流动特性和储存性质方面所需的晶体质量。
在根据图6的多阶段方法中，在n个阶段中进行结晶，其中第一阶段(i＝1)是汽提段。该流动类似于图4中所述的流动，但是进料F在汽提阶段(i＝1)和第二结晶阶段(i＝2)之间引入。通常，根据图6的方法得到更高收率的所需产物。
根据图7的结晶阶段(i)包括各自用于结晶CRi和用于固/液分离SLSi的装置。用于结晶CRi的装置通常是适用于结晶悬浮液的结晶器，例如搅拌釜反应器如Swenson型结晶器、强制循环结晶器如奥斯陆型反应器、引流管反应器、引流管挡板结晶器(参见图3)或诱导强制循环结晶器(参见图4)。用于固/液分离SLSi的装置通常是离心机、倾析器、过滤器、压滤机或洗涤塔。
各阶段(i)的进料Fi包含含有以下结晶相的悬浮液：Ci-1，来自之前的阶段(i-1)和/或新鲜进料F，以及再循环的母液MLRi。馏出物以溶剂蒸气Vi的形式从结晶CRi中取出。随后，在固/液分离SLSi中将悬浮液分离成母液MLi和结晶相Ci。来自各结晶阶段(i)的结晶相Ci可以作为进料Fi+1通入下面的结晶阶段(i+1)或者作为产物取出。将来自各结晶阶段(i)的母液MLi的一部分再循环至与MLRi相同的阶段。来自各结晶阶段(i)的母液MLi的剩余部分可以再循环至之前的结晶阶段(i-1)中或者取出。
为了提高产物L-丙氨酸的纯度，可以在固/液分离SLSi中额外使用洗涤液WLi。优选将随后结晶阶段(i+1)的冷水或冷母液用作洗涤液WLi。
对比实验1：
该实验在配有倾斜桨式搅拌器(pitch blade stirrer)和3个挡板的1升双夹套容器中进行。将19.5重量％的纯L-丙氨酸在去离子水中的溶液加入容器中并用基于丙氨酸溶液的质量为0.5重量％的结晶L-丙氨酸种晶。将容器在以600min-1搅拌下加热至60℃，并将压力缓慢降低至170毫巴，由此通过蒸发移除水，直到蒸发的水的量为45重量％的初始丙氨酸溶液。由此，如从图8可以看出，固体L-丙氨酸作为紧密的棒状晶体获得。
对比实验2：
如对比实验1所述进行实验，不同的是初始丙氨酸溶液包含0.1重量％的L-缬氨酸。由此，如从图9可以看出，固体L-丙氨酸作为针状晶体获得。
实施例1(根据本发明)：
实验在如对比实验1所述的1升双夹套容器中进行。容器与进料管线和用于移除悬浮液的产物缓冲器连接。容器作为MSMPR结晶器(混合的悬浮液混合的产物移除)连续操作。将由发酵获得的具有浓度为17.8重量％的L-丙氨酸、0.085重量％的L-缬氨酸和0.35％的不同于L-缬氨酸的有机杂质的L-丙氨酸溶液以1040g/h的进料速率连续供入容器中。容器包含20重量％的结晶L-丙氨酸的含水悬浮液，并且其在60℃和180毫巴下以600min-1的搅拌速度操作。容器中的循环体积流量为0.00273m3/s。通过蒸发连续移除水，使得蒸发度(即基于进料流量的蒸发水的相对流量)为50％。在这些条件下，过饱和度(即比率c/c*)约为1.00005。通过该方法，如从图10可以看出，固体结晶L-丙氨酸作为紧密的棒获得。

Claims (31)

1.由包含基于L-丙氨酸为100-30000ppm的一种或多种不同于L-丙氨酸的α-氨基酸的L-丙氨酸水溶液获得结晶L-丙氨酸的方法，所述方法包括：
a)提供包含基于L-丙氨酸为100-30000ppm的一种或多种不同于L-丙氨酸的α-氨基酸的L-丙氨酸水溶液；
b)通过以使在受控过饱和的条件下溶解的L-丙氨酸的浓度c与L-丙氨酸的平衡溶解度c*之比c:c*在由>1:1至1.3:1的范围内而影响L-丙氨酸的结晶的方式诱导受控过饱和的条件使L-丙氨酸溶液经受结晶；和
c)由母液分离结晶L-丙氨酸；
其中将L-丙氨酸水溶液供至连续操作的结晶装置，所述结晶装置包含L-丙氨酸晶体的含水悬浮液，
其中步骤a)中提供的L-丙氨酸水溶液包含至少一种选自D-丙氨酸、L-缬氨酸、L-亮氨酸、L-赖氨酸、L-天冬酰胺、L-谷氨酰胺和L-精氨酸的氨基酸。
2.权利要求1的方法，其中在过饱和条件下溶解的L-丙氨酸的浓度为150-400g/L。
3.权利要求1的方法，其中在至少30℃的温度下诱导受控过饱和。
4.权利要求2的方法，其中在至少30℃的温度下诱导受控过饱和。
5.权利要求1的方法，其中通过移除水和/或通过冷却而诱导受控过饱和。
6.权利要求2的方法，其中通过移除水和/或通过冷却而诱导受控过饱和。
7.权利要求3的方法，其中通过移除水和/或通过冷却而诱导受控过饱和。
8.权利要求4的方法，其中通过移除水和/或通过冷却而诱导受控过饱和。
9.权利要求5的方法，其中通过蒸发移除水。
10.权利要求6的方法，其中通过蒸发移除水。
11.权利要求7的方法，其中通过蒸发移除水。
12.权利要求8的方法，其中通过蒸发移除水。
13.权利要求1-12中任一项的方法，其中步骤b)包括：
b1)将L-丙氨酸水溶液连续供入包含L-丙氨酸含水悬浮液的结晶装置中；
b2)从包含于结晶装置中的L-丙氨酸含水悬浮液中连续移除水以保持受控过饱和的条件；
b3)从结晶装置中连续地移除L-丙氨酸含水悬浮液。
14.权利要求13的方法，其中将步骤b3)中移除的L-丙氨酸含水悬浮液的一部分与步骤b1)的L-丙氨酸水溶液混合，并将混合物供回至结晶装置中。
15.权利要求14的方法，其中将供回至结晶装置中的混合物与和悬浮液混合的L-丙氨酸水溶液的质量比为至少4:1。
16.权利要求1-12中任一项的方法，其中含水悬浮液的固体含量基于悬浮液的重量为5-30重量％。
17.权利要求14或15的方法，其中含水悬浮液的固体含量基于悬浮液的重量为5-30重量％。
18.权利要求1-12中任一项的方法，其中含水悬浮液的固体含量基于悬浮液的重量为20-25重量％。
19.权利要求14或15的方法，其中含水悬浮液的固体含量基于悬浮液的重量为20-25重量％。
20.权利要求1-12中任一项的方法，其中结晶在选自强制循环结晶器、引流管结晶器、引流管挡板结晶器、奥斯陆型结晶器和诱导强制循环结晶器的结晶器中进行。
21.权利要求19的方法，其中结晶在选自强制循环结晶器、引流管结晶器、引流管挡板结晶器、奥斯陆型结晶器和诱导强制循环结晶器的结晶器中进行。
22.权利要求1-12中任一项的方法，其中L-丙氨酸的结晶包括至少两个后续的结晶步骤。
23.权利要求21的方法，其中L-丙氨酸的结晶包括至少两个后续的结晶步骤。
24.权利要求22的方法，其中使在先前结晶步骤中获得的结晶L-丙氨酸溶解在随后结晶步骤的母液与水的混合物中以获得L-丙氨酸水溶液，丙氨酸在随后的结晶步骤中从所述L-丙氨酸水溶液中结晶。
25.权利要求23的方法，其中使在先前结晶步骤中获得的结晶L-丙氨酸溶解在随后结晶步骤的母液与水的混合物中以获得L-丙氨酸水溶液，丙氨酸在随后的结晶步骤中从所述L-丙氨酸水溶液中结晶。
26.权利要求1-12中任一项的方法，其中在步骤a)中提供的L-丙氨酸水溶液不包含大于100ppm的固体不溶性材料。
27.权利要求25的方法，其中在步骤a)中提供的L-丙氨酸水溶液不包含大于100ppm的固体不溶性材料。
28.权利要求1-12中任一项的方法，其中步骤a)中提供的L-丙氨酸水溶液已经过滤以移除固体不溶性材料。
29.权利要求27的方法，其中步骤a)中提供的L-丙氨酸水溶液已经过滤以移除固体不溶性材料。
30.权利要求1-12中任一项的方法，其中步骤a)中提供的L-丙氨酸水溶液通过发酵方法获得。
31.权利要求29的方法，其中步骤a)中提供的L-丙氨酸水溶液通过发酵方法获得。
CN201580042503.8A 2014-08-08 2015-08-07 获得结晶l-丙氨酸的方法 Active CN106573876B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP14180364.3 2014-08-08
EP14180364 2014-08-08
PCT/EP2015/068221 WO2016020510A1 (en) 2014-08-08 2015-08-07 Method for obtaining crystalline l-alanine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106573876A CN106573876A (zh) 2017-04-19
CN106573876B true CN106573876B (zh) 2019-05-07

Family

ID=51302916

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201580042503.8A Active CN106573876B (zh) 2014-08-08 2015-08-07 获得结晶l-丙氨酸的方法

Country Status (13)

Country Link
US (1) US9908842B2 (zh)
EP (1) EP3177731B1 (zh)
JP (1) JP6715825B2 (zh)
KR (1) KR102544938B1 (zh)
CN (1) CN106573876B (zh)
BR (1) BR112017002013B1 (zh)
CA (1) CA2955543A1 (zh)
ES (1) ES2688556T3 (zh)
MX (1) MX2017001810A (zh)
MY (1) MY194906A (zh)
PH (1) PH12017500220A1 (zh)
RU (1) RU2712250C2 (zh)
WO (1) WO2016020510A1 (zh)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1548186A (en) * 1975-03-25 1979-07-04 Grace W R & Co Process for the production and recovery of amino acids

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4126842B2 (ja) * 2000-03-22 2008-07-30 味の素株式会社 グルタミン酸一ナトリウム一水和物結晶の晶析法
JP4303914B2 (ja) * 2002-05-29 2009-07-29 佐竹化学機械工業株式会社 晶析装置
JP2006083117A (ja) * 2004-09-17 2006-03-30 Ube Ind Ltd バニリンの晶析方法
ES2660773T5 (es) * 2011-05-03 2021-11-25 Basf Se Procedimiento para la preparación de una sal cristalina trialcalino-metálica de L-MGDA
RU2470913C1 (ru) * 2011-08-09 2012-12-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет" (Новосибирский государственный университет, НГУ) Способ получения гамма-глицина из растворов

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1548186A (en) * 1975-03-25 1979-07-04 Grace W R & Co Process for the production and recovery of amino acids

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"The Relation between Adsorption of Additives and Crystal Growth Rate of L-Alanine";DAVID LECHUGA-BALLESTEROS，et al.;《JOURNAL OF COLLOID AND INTERFACE SCIENCE》;19931231;第157卷;147-153
Xiangyu Yang，et al.."Impurity Effect of L‑Valine on L‑Alanine Crystal Growth".《Cryst. Growth Des.》.2013,第13卷1295−1300.

Also Published As

Publication number Publication date
WO2016020510A1 (en) 2016-02-11
KR102544938B1 (ko) 2023-06-21
RU2712250C2 (ru) 2020-01-27
ES2688556T3 (es) 2018-11-05
EP3177731B1 (en) 2018-07-11
BR112017002013A2 (pt) 2018-01-30
BR112017002013B1 (pt) 2023-01-10
CN106573876A (zh) 2017-04-19
RU2017107555A3 (zh) 2019-03-01
JP6715825B2 (ja) 2020-07-01
MX2017001810A (es) 2017-05-23
EP3177731A1 (en) 2017-06-14
MY194906A (en) 2022-12-22
US20170233331A1 (en) 2017-08-17
CA2955543A1 (en) 2016-02-11
JP2017523999A (ja) 2017-08-24
RU2017107555A (ru) 2018-09-10
PH12017500220A1 (en) 2017-07-10
US9908842B2 (en) 2018-03-06
KR20170041719A (ko) 2017-04-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7056356B2 (en) Process for producing crystals
CN104692415B (zh) 一种生产硝酸钾时对氯化铵的蒸发结晶方法
AU2011312916B2 (en) Lactose production
CN101293847A (zh) 由苏氨酸发酵液提取苏氨酸的方法
CN101896241A (zh) 用于通过控制冷却使糖结晶的方法和装置
AU2018312330A1 (en) Process for reducing fouling in evaporators in lithium hydroxide recovery
CN113227112A (zh) 获得晶体2′-岩藻糖基乳糖的方法
US20160340750A1 (en) Method and plant for producing lactose crystals
EP2928828B1 (en) Process and apparatus for producing ammonium sulfate crystals
CN107777815A (zh) 一种煤化工浓盐水的处理系统和处理工艺
CN106573876B (zh) 获得结晶l-丙氨酸的方法
Pearce Whey processing
EP3262200B1 (en) Process for producing low ash lactose using a clarifier with acid and device for carrying out the process
CN204671926U (zh) 一种结晶分离及溶剂回收系统
US11162149B2 (en) Refiner for lactose and high lactose products
JP2003260337A (ja) 濃縮・分離装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant