现已发现,将下述的超临界流体萃取、分离溶质和溶剂和吸附组合提供了一种有效制备高载荷(highly loaded)吸附剂的方法。
因此,本发明在一个实施方案中涉及一种制备高载荷吸附剂的方法,该方法包括以下步骤:
a)利用超临界流体萃取从粗油产物(oil crude product)中萃取油,获得负载(loaded)超临界流体(SCF);
b)使步骤a)中的负载SCF膨胀,接着加热,以获得液相和降载(in-load reduced)SCF相;
c)任选地使b)的SCF相减压和/或升温到吸附条件;
d)将步骤b)或c)的SCF引入到固定床吸附器,以获得负载了纯化油的吸附剂以及纯SCF;
e)将步骤b)的液相作为回流输入步骤a)的萃取装置;
f)将步骤d)的纯SCF压缩和调温(tempering)到萃取条件;
g)将纯SCF循环到步骤a)的萃取装置。
可以看出,与以减压作为分离原理来分离溶质和溶剂的SFE方法相比,或与传统真空蒸馏方法相比,上述方法的优点是在给吸附剂加载时避免了机械应力,降低了能量成本。
在这里术语“油”是指具有亲油活性的组分,如维生素A、D、E或K、类胡萝卜素或PUFA(多不饱和脂肪酸类)。优选的是维生素E,包括合成dl α-生育酚及其相应酯,如dl α-生育酚的乙酸酯,或天然生育酚和相应酯的混合物。
术语“超临界流体”是指二氧化碳、甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、丙酮及其混合物。优选二氧化碳。
术语“吸附剂”是指沸石、活性炭、分子筛、二氧化硅、活性氧化铝等。优选二氧化硅。合适的二氧化硅是如可经从J.M.Hjuber Corp.Locust N.J.USA购得的ZEOFREE 5170。
术语“高载荷吸附剂”是指吸附剂负载的油量至少30wt%,优选至少50wt%。
术语“吸附条件”不是指固定条件。条件取决于油的种类和所需的吸附剂负载量。
术语“萃取条件”不是指固定条件,萃取条件取决于粗油产物和所用的SCF的种类。压力和温度必须高于临界温度和压力,至少在临界区域附近。
因此,本发明的优选方案涉及一种制备负载了至少50wt%维生素E的二氧化硅,该方法是在萃取设备中从维生素E的粗产物萃取维生素E开始,获得含有约92wt%的纯维生素E的技术级的维生素E。
在现有技术中,使用超临界二氧化碳通过选择萃取以纯化粗维生素E(步骤a)是已知的,公开在FR2602772中。据记载,在80-250巴的压力和35-55℃的温度下获得了良好的分离。因此,得到负载了维生素E的超临界二氧化碳,负载维生素E含有约60wt%至约98wt%纯维生素E。
按照本发明方法,在如FR2602772的较高压力和较高温度下也获得了良好的分离。高达100℃的温度和高达310巴的压力是合适的。因此,因此,分离在约80至约310巴的压力和约35℃至约100℃的温度下进行。优选的温度为约60℃,压力为约140至约170巴。
现在参照附图1阐明制备高载荷吸附剂的方法,图1示意地说明了制备高载荷吸附剂的装置。
该方法从向萃取装置(1)输入超临界流体开始。粗油产物输入萃取装置(1),在此油被溶解和萃取,获得负载了油的超临界流体(SCF)(步骤a)。粗油产物可以是合成粗产物,也可以从天然原料中获得。
萃取也可以在釜中间歇进行。
然后,负载SCF通过减压阀(2)膨胀到一定的压力,在该压力下SCF溶解度下降,获得降载SCF和液相(步骤b)。压力的下降取决于所使用的SCF和萃取条件。由于压力下降,温度也下降,因此,降载SCF和液相通过加热器(3)。在分离器(9)中,液相与降载SCF分离。来自分离器(9)的液相作为回流经泵(10)输入到萃取装置(1)(步骤e)。
“吸附条件”取决于油的种类和所需的吸附剂负载量,是不固定的。降载SCF或者直接地、或者通过通过减压阀(5)减压后,被输入到固定床吸附器(4)(步骤d)。
减压引起温度下降,所以需要另一换热器(6)。
负载SCF膨胀到约30至约300巴的压力,加热到约40至120℃,以降低SCF的负载量,从而提供足够的液相回流。通过固定床吸附器的气体流量为约0.1-5g溶剂/(min*g吸附剂)。
针对维生素E这种情况,负载超临界二氧化碳被膨胀到约120至约150巴的压力,并被加热到约80℃,因此超临界二氧化碳的负载量降低到约1wt%。通过固定吸附剂床的气体流量为约1.3g溶剂/(min*g吸附剂)。通过吸附剂床时,稀释后的组分被吸附,获得负载了油和纯SCF的吸附剂,经压缩机(7)和冷却器(8)循环到萃取装置(步骤f和g)。在SCF循环之前,分析气体混合物的含量,并任选地通过加纯气体调节该含量。
图2是制备负载了油的吸附剂的装置的示意图,油按本发明的示例方案解吸。
图2所示的萃取、吸附和解吸装置包括SCF供料部分(11)、吸附/解吸装置(12)、(13)、(14)和分离器(18)。
负载了萃取油的SCF被输入到固定床吸附器(12)。当负载量接近所需值时,打开阀(15)开始固定床吸附器(13)的加载。当固定床吸附器(12)满载时,切断流入固定床吸附器(12)的SCF物流,固定床吸附器(13)单独加载。
当吸附器(13)的负载量达到所需的值时,打开阀(16)开始固定床吸附器(14)的加载。当固定床吸附器(13)满载时,切断流入固定床吸附器(13)的SCF物流,固定床吸附器(14)单独加载。
解吸溶剂通过水压阀(hydraulic valve)(19)和加热器(20)调整到解吸条件。解吸溶剂通过旁路阀(over valve)(21)输送到固定床吸附器(12)。由于通过固定床吸附器,溶剂负载以前吸附的油。吸附的油被输送到旁路阀(26)以降低压力,因而降低了溶解度。然后,负载溶剂被输送到分离器(18),吸附油在其中以液相的形式获得。此外,卸载的(unloaded)溶剂被循环,并恢复到解吸条件以提供到在吸附器(13)中进行的下一解吸步骤。
当吸附器(14)的负载量达到所需的值时,打开阀(17)开始固定床吸附器(12)的加载。当固定床吸附器(14)满载时,切断流入固定床吸附器(14)的SCF物流,固定床吸附器(12)单独加载。
当吸附器(13)满载时,解吸溶剂经阀(22)进入固定床吸附器(13)。解吸油经旁路阀(25)被输送到分离器(18)。
当吸附器(14)满载时,解吸溶剂经阀(23)进入固定床吸附器(14)。解吸油经旁路阀(24)被输送到分离器(18)。
通过整个萃取、吸附和解吸过程,从粗油产物中获得了纯化油。
因此,本发明进一步包括纯化油的方法,该方法包括以下步骤:
a)利用超临界流体萃取从粗油产物(oil crude product)中萃取油,获得负载(loaded)超临界流体(SCF);
b)使步骤a)中的负载SCF膨胀,接着加热,以获得液相和降载(in-load reduced)SCF相;
c)任选地将b)的SCF相减压和/或升温到吸附条件;
d)将步骤b)或c)的SCF引入到固定床吸附器,以获得负载了纯化油的吸附剂以及纯SCF;
e)将步骤b)的液相作为回流输入步骤a)的萃取装置;
f)将步骤d)的纯SCF压缩和调温(tempering)到萃取条件;
g)将纯SCF循环到步骤a)的萃取装置;
h)使解吸溶剂通过固定床吸附器,从而解吸所吸附的油。
合适的“解吸溶剂”是例如二氧化碳、甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、丙酮、乙醇、乙酸乙酯和其混合物。
“解吸条件”是约30至约300巴和约40至150℃。
维生素E优选由丙烷在约60巴和约70℃进行解吸。
解吸后的油可以在第二循环中进一步纯化,例如含有约92wt%纯维生素E的技术级吸附维生素E可以纯化到含有至少97wt%纯维生素E的药物级维生素E。可以将吸附油纯化到含量为99.9wt%。
为了进一步纯化吸附的技术级维生素E,解吸物被输入到萃取装置中。萃取原理维持与前面(a步骤)相同。在萃取装置(1)的底部提供纯SCF。负载SCF被释放出来(步骤b),任选吸附改变条件(步骤c),降载SCF被引导到固定床吸附器。步骤b)提供的回流输入到萃取装置(步骤e),纯SCF恢复到萃取条件(步骤f)。
FR2602772是从生育酚粗产物萃取易挥发组分开始。萃余物含有难挥发组分和生育酚的混合物。
与FR2602772相反,现已发现,首先分离萃余物流中的难挥发组分能提高分离质量和过程的收率。在分离了难挥发组分后,分离易挥发组分要容易得多,产收进一步提高。可以获得99.9%的收率。
因此,本发明的另一方案一种纯化油的方法,任选结合制备高载荷吸附剂的方法,该方法包括以下步骤:
A)利用超临界流体萃取(SFE),从合成或天然粗油混合物中萃取含有油和易挥发组分的馏分,获得负载超临界流体(sCF)和含有粗产物中难挥发组分的的萃余物;
B)膨胀步骤A)中的负载SCF,接着加热,以获得含有油和易挥发组分的液相以及卸载气相(步骤B-1),或获得降载SCF和液相(步骤B-2);
C)任选使步骤B-2)的降载SCF相减压和/或升温到吸附条件;
D)任选地将步骤B-2)或C)的降载SCF引入到固定床吸附器,以获得卸载气相和负载了油的吸附剂;
E)在容器中收集步骤B-1)或步骤D)卸载气相,并控制气体组分的含量;
F)任选向步骤E的容器中输入纯气体,以保证整个过程中气体组分相同;
G)在与塔相同的温度和压力下,将步骤B-1的部分液相或步骤B-2的全部液相作为回流输入步骤A)的萃取装置;
H)将步骤E)或步骤F)的气相加压,接着冷却到分离条件;
I)将步骤H)的SCF循环到步骤A)的萃取装置;
J)任选将步骤B-1)的液相输入到第二萃取装置;
K)利用SFE从步骤B-1)的萃取物中萃取易挥发馏分,从而获得负载SCF和作为萃余物的纯油;
L)按步骤B-1)至I)所描述的方法处理回流物和SCF;
M)在塔底部以萃余物的形式收集油。
脂溶性油优选是前面定义的维生素E。
前面描述的纯化油的方法,任选结合制备高载荷吸附剂的方法,是纯化维生素粗产物的优选方法。优选的方法包括:
通过分离难挥发组分,由维生素E粗产物制备技术级维生素E的萃取过程(步骤A,B-1;E,F;G,H,和I);
通过分离易挥发组分,由技术级维生素E制备药物级维生素E的萃取过程(步骤K至M)。
任选地,该方法可以结合制备负载了技术级维生素E的吸附剂的吸附过程(步骤A,B-2,C和D)。
纯化维生素E的方法是从通过在萃取装置中萃取易挥发组分和维生素E混合物以获得含有92wt%纯维生素E的技术级维生素E开始的,这一技术级维生素E可以输入到第二萃取装置(步骤J),或技术级维生素E可以引入到固定床以获得高载荷吸附剂(步骤C至D)。在第二纯化过程中(步骤K,L和M),可以获得含有高达99.9wt%维生素E的药物级维生素E。
用于从粗产物中萃取维生素E和易挥发组分混合物(步骤A,B-1;E,F;G,H,和I)的超临界溶剂是前面所列出的、用于制备高载荷吸附剂的溶剂。优选的超临界溶剂是二氧化碳和丙烷的混合物。丙烷的含量可以1-99.9%的宽范围内变化,丙烷的体积含量优选为约10%至约30%。
用于从维生素E和易挥发组分混合物中萃取易挥发组分的超临界溶剂(步骤K至M)是前面所列出的、用于制备高载荷吸附剂的溶剂。优选为二氧化碳。
与FR2602722不同,上述纯化方法使用了与分离塔中相同的温度和压力的恒定的回流。因此,分离过程是等温的。通过使用这种的回流,过程控制得到改进,产品的纯度和产率易于提高。
图3示意地给出了适合于纯化油方法的装置,易挥发组分和油被萃取,难挥发组分在萃余物流中被分离,然后,分离易挥发组分。
图3所示装置包括图1中所示的装置元件(1,2,3,7,8,9,10)。
该方法从加压下向萃取装置(1)中输入超临界流体开始。粗油产物输入到萃取装置(1),油在其中溶解和萃取,获得负载了油的SCF(步骤A)。
然后,负载SCF通过减压阀(2)膨胀到一定压力,SCF的溶解度下降,获得卸载SCF和液相(步骤B-1)或获得降载SCF和液相(步骤B-2)。压力的下降取决于所使用的SCF和萃取条件。由于压力下降,温度也下降。因此,卸载SCF和液相(步骤B-1)或降载SCF和液相(步骤B-2)通过加热器(3)。
在分离器(9)中,液相与卸载SCF或降载SCF分离。降载SCF可以输入到图1所示的固定床吸附器(步骤C和D)。在通过固定床吸附器后,获得了卸载气相。这在图3中未示出。
步骤B-1的卸载SCF被收集在容器(28)中,并经压缩机(7)和冷却器(8)循环到萃取装置(1)中(步骤I)。如果必要的话,从容器(29)向容器(28)输入吹扫气体。第一萃取步骤的含有难挥发组分的萃余物流收集在容器(41)中。
来自分离器(9)的液相经泵(10)作为回流输入到萃取装置(1)(步骤G)。考虑到步骤B-1,仅仅一部分含有油和易挥发组分的液相返回萃取装置。另一部分收集在容器(30)中,并经泵(31)被输入第二萃取装置(32)。与萃取装置(1)比较,变化装置(32)中的萃取条件使溶剂的密度降低和流量提高。负载SCF(负载有易挥发组分)被膨胀(33)、加热(34),并输入到分离器(35)。在膨胀后,所获得的液相含有易挥发组分和,被收集在容器(39)中。卸载SCF以压缩机(37)和冷却器(38)循环到萃取装置(32)。容器(40)盛有作为萃余物的纯油。
在图3所示方法中,优选纯化维生素E,包括dl α-生育酚和相应的酯,例如,d1 α-生育酚的乙酸酯,或天然生育酚与相应酯的混合物。
在维生素E的情况中,步骤A在约40℃至约100℃,优选约40℃至约60℃的温度,和约60巴至约310巴,优选约120巴至约170巴的压力下进行。
在步骤B-1中,压力下降到分离条件,约60巴至约150巴,优选约60巴至约70巴。然后进行加热步骤,为约40℃至约80℃,优选约50℃至约60℃。
如前面所描述的,压力下降到图1所示方法的压力。负载SCF膨胀到约120巴至约150巴的压力,并加热到约80℃的温度。
回流物流的温度和压力相应于步骤A的温度和压力。因此,回流物流的温度为约40℃至约100℃,优选约40℃至约60℃,压力为约60巴至约240巴,优选为约120巴至约160巴。
以下实施例用于说明本发明,而不以任何方式限定本发明。
实施例1
制备负载二氧化硅,负载了50wt%的技术级维生素E,含有约92wt%纯维生素E。
萃取在釜中进行。釜中的条件为:60℃和160巴。SCF是二氧化碳。这一条件模拟了分离器(9)中降低SCF溶解能力所需的条件。在釜中,达到相平衡。气相通过水压阀到固定床吸附器(4)。水压阀通过测量压力来控制。压力降低到吸附条件-150巴。固定床调温到80℃。当固定床吸附器达到所需压力时,流量控制开始。气流的流量通过测定质量流量来控制,是以Coriolis力为基础的。气体流量为约1.3g溶剂/(min*g吸附剂)。当负载量达到约50wt%时,停止吸附。釜中气体的溶解能力为1wt%时,意味着气体的总流量为3000克或吸附时间为150分钟。吸附剂的量为约30克。通过关闭手动操作阀停止吸附,该阀位于釜和固定床吸附器之间。
实施例2
解吸实施例1的吸附维生素E。
在吸附之后直接解吸。在解吸过程中,需要纯溶剂来解吸已吸附的油。因此,釜与固定床吸附器之间的手动阀保持关闭状态。打开另一手动阀以提供解吸所需的纯溶剂。调节压力和质量流量的水压阀的原理保持与吸附过程(实施例1)相同。为了解吸,压力降低到60巴,固定床吸附器的调温到70℃。溶剂为丙烷。丙烷的流量为约0.17g溶 剂/(min*g吸附剂)。第一步是对未加压的固定床加压。第二步是打开调节质量流量的水压阀。在固定床吸附器后面,释放出丙烷,解吸油收集在排出容器中。最后,当丙烷的总流量为350克时停止解吸。之后,固定床吸附器泄压,重新开始吸附。
实施例3
制备负载二氧化硅,同时将实施例2解吸的技术级维生素E纯化到含有约97wt%纯维生素E的药物级维生素E。
萃取在釜中进行。釜中的条件为:60℃和150巴。SCF是二氧化碳,在萃取步骤后负载了技术级维生素E和杂质,与维生素E相比,杂质是难挥发的。在釜中,达到相平衡。气相通过水压阀到固定床吸附器(4)。水压阀通过测量压力来控制。压力降低到吸附条件-120巴。固定床调温到80℃。当固定床吸附器达到所需压力时,流量控制开始。气流的流量通过测定质量流量来控制,是以Coriolis力为基础的。气体流量为约1.3g溶剂/(min*g吸附剂)。当负载量达到约50wt%时,停止吸附。釜中气体的溶解能力为1wt%时,意味着气体的总流量为3000克或吸附时间为150分钟。吸附剂的量为约30克。通过关闭手动操作阀停止吸附,该阀位于釜和固定床吸附器之间。
实施例4
解吸实施例1的吸附维生素E。
釜与固定床吸附器之间的手动阀保持关闭状态。打开另一手动阀以提供解吸所需的纯溶剂。调节压力和质量流量的水压阀的原理保持与吸附过程(实施例3)相同。为了解吸,压力降低到60巴,固定床吸附器调温到80℃。溶剂为丙烷。丙烷的流量为约0.17g溶剂/(min*g吸 附剂)。第一步是对未加压的固定床加压。第二步是打开调节质量流量的水压阀。在固定床吸附器后面,释放出丙烷,解吸油收集在排出容器中。最后,当丙烷的总流量为360克时停止解吸。之后,固定床吸附器泄压,重新开始吸附。
实施例5
利用90%二氧化碳和10%丙烷混合物,通过超临界流体萃取纯化粗合成生育酯的乙酸酯。
萃取在填料高度为13.6米和内径为35毫米的的塔内进行。塔内条件为40℃和140巴。SCF是90%二氧化碳和10%丙烷混合物。在塔内达到相平衡。气相中油浓度为约3.7wt%。气相通过水压阀和换热器进入分离器(9)。水压阀通过测量压力来控制。压力降低到分离条件条件-70巴。换热器在40℃下加热气体。在分离开溶剂和液体分离后,对气相进行分析并循环到萃取塔(1)。气流的流量通过测定质量流量来控制,是以Coriolis力为基础的。气体流量为约35千克溶剂/小时。在进入塔之前,气相被加压和冷却到萃取条件。回流与萃取物的比率为约1。回流在40℃和140巴下输入塔中。进料流量为0.750千克/小时。在萃取物中生育酸乙酸酯的含量约93wt%,收率约95%。
实施例6
利用80%二氧化碳和20%丙烷混合物,通过超临界流体萃取纯化粗合成生育酯的乙酸酯。
萃取在填料高度为13.6米和内径为35毫米的的塔内进行。塔内条件为40℃和140巴。SCF是80%二氧化碳和20%丙烷混合物。在塔内达到相平衡。气相中油浓度为约5.8wt%。气相通过水压阀和换热器进入分离器(9)。水压阀通过测量压力来控制。压力降低到分离条件条件-70巴。换热器在40℃下加热气体。在分离开溶剂和液体分离开后,对气相进行分析并循环到萃取塔(1)。气流的流量通过测定质量流量来控制,是以Coriolis力为基础的。气体流量为约32千克溶剂/小时。在进入塔之前,气相被加压和冷却到萃取条件。回流与萃取物的比率为约0.9。回流在40℃和120巴下输入塔中。进料流量为1.080千克/小时。在萃取物中生育酸乙酸酯的含量约92wt%,收率约96%。
实施例7
利用90%二氧化碳和10%丙烷混合物,通过超临界流体萃取纯化粗合成生育酯的乙酸酯后,制备负载二氧化硅。
萃取在釜中进行。釜中的条件为40℃和120巴。这一条件模拟了分离器(9)后降载SCF时的情形。SCF是90%的二氧化碳和10%丙烷的混合物,在萃取步骤后负载了技术级的生育酚乙酸酯和杂质,与维生素E相比,杂质是难挥发的。在釜中达到相平衡。气相通过水压阀到固定床吸附器(4)。水压阀通过测量压力来控制。压力降低到吸附条件-110巴。固定床调温到50℃。当固定床吸附器达到所需压力时,流量控制开始。气流的流量通过测定质量流量来控制,是以Coriolis力为基础的。气体流量为约1.3g溶剂/(min*g吸附剂)。当负载量达到约50wt%时,停止吸附。釜中气体的溶解能力为2.3wt%时,意味着气体的总流量为1359克或吸附时间为65分钟。吸附剂的量为约31克。通过关闭手动操作阀停止吸附,该阀位于釜和固定床吸附器之间。
实施例8
利用二氧化碳作为超临界溶剂,将技术级维生素E纯化到药物级维生素E。
萃取在填料高度为13.6米和内径为35毫米的的塔(32)内进行。塔内条件为50℃和160巴。SCF是纯二氧化碳。在塔内达到相平衡。气相中油浓度为约2.3wt%。气相通过水压阀(33)和换热器(34)进入分离器(35)。水压阀通过测量压力来控制。压力降低到分离条件条件-70巴。换热器在50℃下加热气体。在分离开溶剂和液体分离开后,对气相进行分析并循环到萃取塔(32)。气流的流量通过测定质量流量来控制,是以Coriolis力为基础的。气体流量为约56千克溶剂/小时。在进入塔之前,气相被加压和冷却到萃取条件。回流与萃取物的比率为约30。回流在50℃和160巴下输入塔中。进料流量为0.519千克/小时。在萃取物中生育酸乙酸酯的含量约97.4wt%,收率约99%。
实施例9
利用二氧化碳作为超临界溶剂,将技术级维生素E纯化到药物级维生素E。
萃取在填料高度为13.6米和内径为35毫米的的塔(32)内进行。塔内条件为60℃和200巴。SCF是纯二氧化碳。在塔内达到相平衡。气相中油浓度为约2.5wt%。气相通过水压阀(33)和换热器(34)进入分离器(35)。水压阀通过测量压力来控制。压力降低到分离条件条件-70巴。换热器在60℃下加热气体。在分离开溶剂和液体分离开后,对气相进行分析并循环到萃取塔(32)。气流的流量通过测定质量流量来控制,是以Coriolis力为基础的。气体流量为约50千克溶剂/小时。在进入塔之前,气相被加压和冷却到萃取条件。回流与萃取物的比率为约16。回流在60℃和200巴下输入塔中。进料流量为0.500千克/小时。在萃取物中生育酸乙酸酯的含量约98.6wt%,收率约91%。