CN1292072C - 一种正长链二元酸的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种正长链二元酸的生产方法，包括以下步骤：以C9～C18的烷烃或脂肪酸为底物，通过发酵法或酶法转化为相应的长链二元酸；对反应液进行预处理，以除去其中的菌体及残留烷烃或脂肪酸，得到二元酸清液，然后进行酸化结晶，酸化结晶液再经板框压滤得到二元酸粗品；将得到的二元酸粗品通过采用刮膜蒸发、短程蒸馏装置在高真空条件下精制或采用有机溶剂精制。本发明的方法得到的正长链二元酸具有高度的热稳定性，可以作为单体应用于高档尼龙、热溶胶、聚酯等材料的制备。
Description
技术领域
本发明涉及正长链二元酸的生产方法，具体地说，本发明涉及一种利用生物法生产高热稳定性正长链二元酸的方法。
背景技术
长链二元酸(DCA)是一系列特种合成材料的基础单体原料，长链二元酸及其衍生单体可以生产特种尼龙、聚碳酸酯、粉末涂料、香料、热熔胶、特种润滑剂等，是合成香料、工程塑料、耐寒增塑剂、高级润滑油和聚酰胺热熔胶、粉末涂料等产品的重要原料。
目前杜邦公司以化学合成法生产十二碳二元酸，该法以正丁烯为原料，这个化学合成工艺需经过七步高温高压的化学反应，该法存在明显的缺点：有机单酸作为杂质存在，因为它可以终止聚合反应，除去单酸将会增加生产成本，这是一个棘手的问题；不能生产碳链更长的二元酸。
发酵法生产DCA是70年代兴起的微生物发酵技术在石油化工领域的应用，具有原料来源广、反应专一性强和反应条件温和等优点，在国内外受到普遍重视。目前市场上只有化学法生产十二碳二元酸和半合成法生产九碳和十一碳长链二元酸单体，在工业规模上应用于以上产品中。而生物法可提供从C9到C18甚至C22的系列长链二元酸单体。这些新型特种长链二元酸单体可以以更优良的性能竞争化学法生产的已有长链二元酸市场，同时，不同性质的系列特种长链二元酸单体将会衍生一系列具有不同性质的新功能材料。
目前国际上大规模产业应用的长链二元酸主要是壬二酸(美国康宁，约2.5万吨)、癸二酸(中国，约3万吨/年)和十二碳二元酸(美国杜邦，Ube，德固萨等，约10万吨/年)。壬二酸是油酸裂解而得。癸二酸的出发原料为蓖麻油。十二碳二元酸是采用化学法生产的产品，少数生产商在国际上居垄断地位，价格长期居高不下，严重影响下游产品的成本；同时由于化学法不能生产十二碳二元酸以外的其它长链二元酸，使得下游产品应用领域有所局限。
目前国内外长链二元酸生产的专利技术都是以烷烃为底物利用生物发酵法生产或利用脂肪酸为底物以化学法合成二元酸，国内发酵法生产长链二元酸以烷烃为底物，但是在专利中没有提出底物转化率的概念，而底物烷烃的转化率对于二元酸的生产成本是至关重要的。国外有以脂肪酸为底物发酵生产二元酸的报道，但都停留在摇瓶规模，且水平较低，如美国专利4,965,201报道了以C8-C14脂肪酸为底物，发酵生产C8-C10的二元酸，产酸水平仅有10g/L，且不能生产C11-C18的二元酸。虽然国内外二元酸的提取、精制专利也有许多，但是都未能解决产品质量问题，所提工艺得到的产品都难以应用于尼龙、聚酯等领域。国外杜邦、汉高等国际性大公司也投入了大量的人力物力，最终放弃以生物法生产长链二元酸。国内从七五攻关开始，一直将长链二元酸的产业化生产作为攻关课题，直至十五攻关凯赛公司投入大量人力物力，最终成功解决了生物法生产的长链二元酸的产品质量及成本问题，在工业化规模实现了能够应用于尼龙、聚酯、热熔胶等多个对二元酸质量有特殊要求领域的生产。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种利用生物法，包括发酵法和酶法，生产长链二元酸的方法。
本发明的生物法生产长链二元酸的方法包括以下步骤：
1)发酵法转化：以C9～C18的烷烃或脂肪酸为底物，通过微生物发酵法转化为相应的长链二元酸；
其中，微生物采用热带假丝酵母(Candida Tropicalis)，发酵罐培养基的配方为：KH2PO4：0.2～1.5％；NaCl：0～0.2％；酵母膏：0.1～2.0％；尿素：0.2～1.5％；葡萄糖：1.0～5.0％；(NH4)2SO4：0～2.0％；MgSO4·7H2O：0～0.3％；消泡剂：0.005％；
发酵条件为：接种量：20％；罐温：29.0±1.0℃；通风量：1∶1.0～0.2vvm；罐压：0.05～0.1Mpa；pH：发酵前期菌体生长3.5～6.5；发酵中后期转化7.0～8.5；培养时间：140～170小时；
补料控制参数：
--烷烃/脂肪酸：当菌体生长光密度(OD600)大于0.6，开始补加5～10％的烷烃或脂肪酸，其后补加烷烃脂肪酸控制发酵液中烷烃或脂肪酸浓度为2～10％，发酵结束前24小时停止补料；
--二次碳源：发酵过程中批式补加葡萄糖或蔗糖，或者流加葡萄糖或蔗糖；
1’)以上步骤1)也可以酶法代替，具体为：取热带假丝酵母(CandidaTropicalis)的种子液，分离收集菌体，直接或经过固定化处理后，加入缓冲液及底物(烷烃或脂肪酸)进行转化，过程中用碱控制pH在7.0～8.5并可适当补加二次碳源；
2)发酵液或酶法反应液的预处理：将发酵液或酶法反应液加碱调pH至8～10，加热至60～100℃，然后利用离心法或膜过滤法分离菌体，二元酸清液及发酵残余的底物；得到的二元酸清液视情况加入0～5％的活性炭，在60～95℃脱色20～180分钟，过滤除去活性炭，然后将脱色液加热至60～100℃，用H2SO4调节pH至2～5进行酸化结晶，酸化结晶液再经板框压滤得到二元酸粗品；
3)蒸馏法精制：上述得到的二元酸粗品，先用刮膜蒸发器在真空10～600Pa，温度120～250℃条件下去除轻组分；经去除轻组分后的物料在真空3～100Pa，温度180～240℃条件下使用短程蒸馏装置除去重组分；物料在熔融状态下进行蒸馏操作的，物料的加热采用蒸汽或导热油；整个操作过程采用间隙或连续的方式；
3’)二次溶剂结晶法精制：将得到的二元酸粗品投入到一定比例的溶剂中，所使用的溶剂可以是醇类(甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇)、酸类(乙酸)、酮类(丙酮)、酯类(乙酸乙酯、乙酸丁酯)等，加热使其溶解，在60-100℃保温30-180分钟后冷却结晶，固液分离，干燥得到产品；
以上步骤3)、3’)也可以在发酵结束后直接酸化料液，将菌体和二元酸共同沉淀后得到的粗品采用二次溶剂结晶法进行精制。
本发明的生物法生产得到的正长链二元酸具有高度的热稳定性，因而可以作为单体应用于高档尼龙、热溶胶、聚酯等材料的制备；在世界上首次实现了以生物法生产能够用于高档尼龙、热熔胶、聚脂等领域的长链二元酸，并且能够提供化学法无法生产的C13以上的新型长链二元酸，极大的拓展了二元酸在工业领域的应用。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步描述。需要指出，以下实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1：种子液的制备
1)取热带假丝酵母(CCTCC NO：M203052)的甘油管菌种，接种于装有200mL液体培养基(蛋白胨10g/kg，酵母膏5g/kg，葡萄糖10g/kg，pH自然)的500mL种子瓶中，35℃，300rpm摇床培养10～15小时；
2)取上述摇瓶种子，接入装有5L种子培养基(蛋白胨10g/kg，酵母膏10g/kg，葡萄糖10g/kg，pH自然)的10L发酵罐中，于35℃培养24小时，制得一级种子液备用。
3)在装有16M3培养基的20M3发酵罐中，接入上述一级种子液，开始二级种子罐培养。发酵培养基配方同一级种子罐。于29℃培养16小时，制得二级种子液备用。
实施例2 油酸发酵
在装有15L培养基的30L发酵罐中，分别接入1.5L实施例1的一级种子液开始发酵。发酵罐的发酵培养基为：磷酸二氢钾10g/kg，硫酸镁0.5g/kg，尿素5.0g/kg，玉米浆10g/kg，葡萄糖40g/kg，pH5.8，121℃灭菌20分钟。油酸、补料糖和碱分消。于35℃、转速500rpm、通气量7.5vvm、罐压0.05Mpa条件下培养，发酵3小时开始流加葡萄糖，速度为100g/hr，48小时以后糖流加速度调低至70g/hr，96小时以后糖流加速度调低至40g/hr，发酵结束前5h停止补糖；在葡萄糖流加3h后，开始流加油酸，流加速度为30g/hr，发酵结束前20h左右停止流加油酸。从接种到发酵结束，总培养时间为120小时。放罐体积16.4kg，加入油酸总量2374.7g，用气相测定发酵原液中十八碳二羧酸(DC18)含量为77.5g/kg，油酸对二元酸的重量转化率为67％。
实施例3 十一碳正烷烃(DC11)发酵
在装有100M3培养基的200M3发酵罐中，接入一级种子液开始发酵。发酵培养基成分为：葡萄糖10g/L，KH2PO4 15g/L，酵母膏10g/L，玉米浆5g/L，尿素4.5g/L，NaCl 1g/L，KNO3 7g/L，pH自然，121℃灭菌连消。烷烃和补料糖分消。于29℃通气量0.5vvm、罐压1.0Mpa条件下培养。发酵前20小时pH自然，以菌体生长为主，当菌体生长光密度(OD600)大于0.6，开始流加C11烷烃，控制发酵液中C11烷烃浓度维持在5％(V∶V)左右，同时调节pH至7.0，48小时以内，每4小时用NaOH溶液调节pH至7.0，48-72小时，每4小时用NaOH溶液调节pH至7.5，72-120小时，每4小时用NaOH溶液调节pH至7.8，120小时至放罐，每4小时用NaOH溶液调节pH至8.0。发酵至24、48、72小时批式补加1％(W∶V)的葡萄糖，发酵至96小时补加2％(W∶V)的酵母膏。从接种到发酵结束，总培养时间为167小时，共补C11烷烃30.85吨，用乙醚萃取NaOH滴定法测定发酵原液DC11含量为120.4g/L，发酵总酸19.914吨，烷烃对二元酸的重量转化率为64.55％。
实施例4 DC12发酵
在装有100M3培养基的200M3发酵罐中，接入实施例1的二级种子液开始发酵。发酵培养基成分为：葡萄糖30g/L，KH2PO4 5g/L，酵母膏20g/L，玉米浆15g/L，尿素2.5g/L，NaCl 2.0g/L，KNO3 7g/L，自来水配制，pH自然，121℃灭菌连消。C12烷烃和补料糖分消。于29℃通气量0.5vvm、罐压1.0Mpa条件下培养。发酵前20小时pH自然，以菌体生长为主，当菌体生长光密度(OD)大于0.6，开始批式补加C12烷烃8％，此后每8小时补加一次烷烃控制发酵液中烷烃浓度维持在5％(V∶V)左右，同时调节pH至6.5，48小时以后，每4小时用NaOH溶液调节pH至7.0，48-72小时，每4小时用NaOH溶液调节pH至7.5，72-120小时，每4小时用NaOH溶液调节pH至7.8，120小时至放罐，每4小时用NaOH溶液调节pH至8.0。发酵至24、48、72小时批式补加1％(W∶V)的葡萄糖，从接种到发酵结束，总培养时间为138小时，共补C12烷烃34.33吨，用乙醚萃取NaOH滴定法测定发酵原液DC12含量为168.4g/L，发酵总酸24.79吨，烷烃对二元酸的重量转化率为72.21％。
实施例5 DC13发酵
在装有100M3培养基的200M3发酵罐中，接入的二级种子液开始发酵。发酵培养基成分为：葡萄糖40g/L，KH2PO4 8g/L，酵母膏10g/L，玉米浆5g/L，尿素3.5g/L，NaCl 1.0g/L，KNO3 7g/L，pH自然，121℃灭菌连消。烷烃和补料糖分消。于29℃通气量0.6vvm、罐压1.0Mpa条件下培养。发酵前20小时pH自然，以菌体生长为主，当菌体生长光密度(OD)大于0.6，开始批式补加C13烷烃5％，此后每8小时补加一次烷烃控制发酵液中烷烃浓度维持在5％(V∶V)左右，同时调节pH至6.5并自控，48小时pH自控7.0，72小时，pH自控7.5，120小时，pH自控7.8，120小时至放罐，pH自控8.0。发酵至16、32、72小时批式补加1％(W∶V)的葡萄糖，从接种到发酵结束，总培养时间为160小时，共补C13烷烃30.306吨，用乙醚萃取NaOH滴定法测定发酵原液DC13含量为165.4g/L，发酵总酸24.45吨，烷烃对二元酸的重量转化率为80.67％。
实施例6 DC14发酵
在装有100M3培养基的200M3发酵罐中，接入二级种子液开始发酵。发酵培养基成分为：葡萄糖20g/L，KH2PO4 6g/L，酵母膏7g/L，玉米浆10g/L，尿素2.5g/L，NaCl 1.0g/L，pH自然，121℃灭菌连消。烷烃和补料糖分消。于29℃通气量0.6vvm、罐压1.0Mpa条件下培养。发酵前20小时pH自然，以菌体生长为主，当菌体生长光密度(OD)大于0.6，开始批式补加C14烷烃5％，此后每8小时补加一次烷烃控制发酵液中烷烃浓度维持在5％(V∶V)左右，同时调节pH至6.5并自控，48小时pH自控7.0，72小时，pH自控7.5，120小时，pH自控7.8，120小时至放罐，pH自控8.0。发酵至20、38、68小时批式补加1％(W∶V)的葡萄糖，从接种到发酵结束，总培养时间为143小时，共补C14烷烃28.235吨，用乙醚萃取NaOH滴定法测定发酵原液DC14含量为194.6g/L，发酵总酸23.67吨，烷烃对二元酸的重量转化率为83.83％。
实施例7 DC15发酵
在装有3M3培养基的5M3发酵罐中，接入二级种子液开始发酵。发酵培养基成分为：蔗糖20g/L，KH2PO4 15g/L，酵母膏10g/L，玉米浆4.5g/L，尿素10g/L，自来水配制，pH自然，121℃灭菌20分钟。C15烷烃和补料糖分消。于29℃、通气量0.8vvm、罐压1.0Mpa条件下培养。发酵前20小时pH自然，以菌体生长为主，当菌体生长光密度(OD)大于0.6，开始补加C15烷烃10％，然后在发酵过程中每12小时补加一次烷烃控制发酵液中烷烃浓度维持在8％(V∶V)左右，同时调节pH至7.0，48小时以内，每4小时用NaOH溶液调节pH至7.0，48-72小时，每4小时用NaOH溶液调节pH至7.5，72-120小时，每4小时用NaOH溶液调节pH至7.8，120小时至放罐，每4小时用NaOH溶液调节pH至8.0。从接种到发酵结束，总培养时间为166小时，加入C15烷烃总量711kg，用乙醚萃取NaOH滴定法测定发酵原液DC15含量为142.3g/L，烷烃对二元酸的重量转化率为80.1％。
实施例8 DC16发酵
在装有6L培养基的10L发酵罐中，接入1.0L一级种子液开始发酵。发酵培养基成分为：葡萄糖10g/L，KH2PO4 8g/L，酵母膏1g/L，玉米浆1.5g/L，尿素1g/L，NaCl 1g/L，KNO3 7g/L，自来水配制，pH自然，121℃灭菌20分钟。烷烃和补料糖分消。于29℃、通气量0.8vvm、罐压1.0Mpa条件下培养。发酵前20小时pH自然，以菌体生长为主，当菌体生长光密度(OD)大于0.6，补加10％C16烷烃，而后每12小时补加5％烷烃，控制发酵液中烷烃浓度维持在7％(V∶V)左右，同时调节pH至7.0，48小时以内，每4小时用NaOH溶液调节pH至7.0，48-72小时，每4小时用NaOH溶液调节pH至7.5，72-120小时，每4小时用NaOH溶液调节pH至7.8，120小时至放罐，每4小时用NaOH溶液调节pH至8.0。发酵至24、48、72小时时批式补加1％(W∶V)的葡萄糖。从接种到发酵结束，总培养时间为165小时，加入C16烷烃总量1500g，用乙醚萃取NaOH滴定法测定发酵原液DC16含量为106.2g/L，烷烃对二元酸的重量转化率为66.4％。
实施例9 DC17发酵
取斜面热带假丝酵母菌种，接种于装有200mL液体培养基的500mL的种子瓶中，30℃，300rpm摇床培养15小时，摇瓶培养基配方：蛋白胨10g/kg，酵母膏5g/kg，葡萄糖10g/kg，自来水配制，pH自然。
在装有15ml培养基的500mL摇瓶中，分别接入3mL上述种子液中的菌种，同时加入分消的尿素，开始发酵。发酵培养基成分为：葡萄糖30g/kg，KH2PO4 10g/kg，酵母膏1.5g/kg，玉米浆2.5g/kg，尿素3.0g/kg，KNO3 10g/kg，C17烷烃15％，自来水配制，pH7.5，121℃灭菌20分钟，于29℃、220rpm条件下培养，48小时后每隔24小时调节一次pH至7.5～8.0，96小时下摇床检测。从接种到发酵结束，总培养时间为96小时。测定发酵原液十七碳二元酸(DC17)含量最高为62.3g/L。
实施例10 混合烷烃发酵
在装有6L培养基的10L发酵罐中，接入实施例1的二级种子液，开始发酵。发酵培养基成分为：葡萄糖10g/L，KH2PO4 8.5g/L，酵母膏1.5g/L，玉米浆1.5g/L，尿素1g/L，NaCl 1g/L，KNO3 8g/L，自来水配制，pH自然，121℃灭菌20分钟。烷烃和补料糖分消。于29℃、600rpm、通气量0.8vvm、罐压1.0Mpa条件下培养。发酵前20小时pH自然，以菌体生长为主，当菌体生长光密度(OD)大于0.6，开始流加混合正烷烃C9-11，控制发酵液中烷烃浓度维持在5％(V∶V)左右，同时调节pH至7.0，48小时以内，每4小时用NaOH溶液调节pH至7.0，48-72小时，每4小时用NaOH溶液调节pH至7.5，72-120小时，每4小时用NaOH溶液调节pH至7.8，120小时至放罐，每4小时用NaOH溶液调节pH至8.0。发酵至24、48、72小时时批式补加1％(W∶V)的葡萄糖。从接种到发酵结束，总培养时间为144小时，用气相法测定发酵原液含酸量为87.2g/L，二元酸的含量分布为DC9：25.45％，DC10：39.74％，DC11：31.37％。
实施例11 混合烷烃发酵
在装有6L培养基的10L发酵罐中，接入1.0L一级种子液，开始发酵。发酵培养基成分为：葡萄糖10g/L，KH2PO4 8g/L，酵母膏1g/L，玉米浆1.5g/L，尿素1g/L，NaCl 1g/L，KNO3 7g/L，自来水配制，pH自然，121℃灭菌20分钟。烷烃和补料糖分消。于29℃、600rpm、通气量0.8vvm、罐压1.0Mpa条件下培养。发酵前20小时pH自然，以菌体生长为主，当菌体生长光密度(OD)大于0.6，开始流加正烷烃C11-14，控制发酵液中烷烃浓度维持在5％(V∶V)左右，同时调节pH至7.0，48小时以内，每4小时用NaOH溶液调节pH至7.0，48-72小时，每4小时用NaOH溶液调节pH至7.5，72-120小时，，每4小时用NaOH溶液调节pH至7.8，120小时至放罐，每4小时用NaOH溶液调节pH至8.0。发酵至24、48、72小时时批式补加1％(W∶V)的葡萄糖。从接种到发酵结束，总培养时间为140小时，用乙醚萃取NaOH滴定法测定发酵原液二元酸含量为95.6g/L，烷烃对二元酸的重量转化率为63.7％。
实施例12 十二烷酸(月桂酸，Lauric acid)作为底物的摇瓶发酵
取甘油管热带假丝酵母菌种，接种于装有200mL液体培养基的500mL的种子瓶中，30℃，300rpm摇床培养15小时，摇瓶培养基配方：蛋白胨10g/kg，酵母膏5g/kg，葡萄糖10g/kg，自来水配制，pH自然。
在装有15ml培养基的500mL摇瓶中，分别接入3mL上述种子液中的菌种，同时加入分消的月桂酸，开始发酵。发酵培养基成分为：葡萄糖25g/kg，KH2PO4 10g/kg，酵母膏0.5g/kg，玉米浆2.5g/kg，尿素3.0g/kg，KNO3 10g/kg，月桂酸15％，自来水配制，pH7.5，121℃灭菌20分钟，于29℃、220rpm条件下培养，48小时后每隔24小时调节一次pH至7.5～8.0，96小时下摇床检测。从接种到发酵结束，总培养时间为96小时。用气相内标法测定发酵原液十二碳二元酸含量最高为47.7g/L。
实施例13 十四碳脂肪酸(肉豆蔻酸，Myristic acid)的发酵
按照实施例12的方法控制十四碳脂肪酸Myristic acid(肉豆蔻酸)的发酵，发酵结束后气相法检测发酵源液中十四碳二元酸的含量最高为35.6g/1。
实施例14 十六碳脂肪酸(棕榈酸，软脂酸，Palmitic acid)的发酵
按照实施例12的方法控制十六碳脂肪酸(棕榈酸，软脂酸，Palmitic acid)的发酵，发酵结束后气相法检测发酵源液中十六碳二元酸的含量最高为38.6g/l。
实施例15 十八碳脂肪酸(硬脂酸，Stearic acid)的发酵
按照实施例12的方法控制十八碳脂肪酸(硬脂酸，Stearic acid)的发酵，发酵结束后气相法检测发酵源液中十八碳二元酸的含量最高为29.7g/l。
实施例16 C12正烷烃的酶转化
取6L二级种子液离心，收集菌体，用0.1％的KCl洗涤一遍，再次离心，收集到的菌体加入pH为7.5的0.1M的磷酸二氢钾-磷酸氢二钠缓冲液共5L，加入10％的C12正烷烃开始酶转化，转化过程中每6小时补加30g葡萄糖，每12小时补加8％的C12烷烃，过程用氢氧化钠控制pH为7.5，转化120小时，产酸为115g/L，烷烃转化率为77％。
实施例17 C12正烷烃的酶转化
取6L二级种子液离心，收集菌体，用0.1％的KCl洗涤一遍，再次离心，用海藻酸钠法固定收集到的菌体，加入pH为7.5的0.01M的磷酸二氢钾-磷酸氢二钠缓冲液共5L，加入10％的C12正烷烃开始酶转化，转化过程中每6小时补加30g葡萄糖，每12小时补加8％的C12烷烃，过程用氢氧化钠控制pH为7.5，转化80小时，产酸为45g/L，烷烃转化率为84％。
实施例18 发酵液提取
将实施例8得到的发酵液加水稀释一倍，加碱调pH至10.0，加热到90℃，趁热离心，除去菌体和残烃。离心清液加2.5％的活性炭脱色20分钟后滤去活性炭，用硫酸调节pH至3.0进行酸化结晶，酸化结晶液冷却至室温，过滤、洗涤至中性，80℃烘干12小时，得到产品850g，分析总酸为99.0％，DC16气相色谱纯度为98.1％，提取收率为85％。
实施例19 膜过滤
取30升实施例10得到的发酵液，用液碱调节pH为8.0，料液温度加热至70℃；
将处理过的发酵液置于陶瓷超滤膜过滤循环罐中，启动物料泵，保持入膜压力在0.7Mpa、出膜压力在0.3Mpa的状态下，膜的过滤通量为95L/平方米小时；
在料液体积在5升时，开始向储料罐中加入75℃、pH为9.0的热水10升，当料液体积为25升时，停止工作，过程操作时间1.8小时。分析结果显示，滤出液中长链二元酸的含量为67.3克/升，浓缩液中长链二元酸含量为12.3克/升。
实施例20 膜过滤
取100升实施例8的发酵液，用液碱调节PH为8.0，料液温度加热至80℃；
将处理过的发酵液置于有机超滤膜过滤循环罐中，启动物料泵，保持入膜压力在0.7Mpa、出膜压力在0.3Mpa的状态下，膜的过滤通量为95L/平方米小时；
在料液体积在25升时，开始向储料罐中加入75℃、pH为9.0的热水60升，当料液体积为25升时，停止工作，过程操作时间1.8小时。分析结果显示，滤出液中长链二元酸的含量为85.5克/升，浓缩液中长链二元酸含量为18克/升。
实施例21 膜过滤
将实施例4发酵结束后的150吨发酵液，用液碱调节pH为10.5，料液温度加热至90℃。
将处理过的发酵液置于膜过滤循环罐中，启动物料泵，保持入膜压力在0.75Mpa、出膜压力在0.2Mpa的状态下，膜的过滤通量为155升/平方米小时。
在料液体积在30立方米时，向储料罐中加入75℃、pH为9.0的热水100立方米，当料液体积为30立方米时，停止工作，过程操作时间20小时。分析结果显示，滤出液中长链二元酸的含量为67.8克/升；浓缩液中长链二元酸含量为5.25克/升。
实施例22 产品精制——蒸馏
取实施例19的45公斤粗品二元酸于熔融罐中，熔融罐采用导热油加热，温度180℃，熔融用时1小时。熔融后用泵将物料打入刮膜蒸发器，进刮膜蒸发器时物料温度176℃，刮膜蒸发器进出油温分别为185℃及189℃，真空度500Pa，脱轻组分耗时5分钟。
将脱轻组分后的物料用泵打入短程蒸馏装置，短程蒸馏装置热面及冷面温度分别为222-230℃及134-143℃，系统真空度15-19Pa，进料温度180℃，过程耗时1.5小时。
经上述纯化工艺得到的产品纯度为98.12％，热稳定性为86/92，获得产品39公斤，产品为白色片状，收率为86.7％；蒸馏残渣4.0公斤，管路残留2.0公斤。
实施例23 产品精制——蒸馏
取43公斤粗品二元酸于熔融罐中，熔融罐采用导热油加热，温度160℃，熔融用时1小时。熔融后用泵将物料打入刮膜蒸发器，进刮膜蒸发器时物料温度156.6℃，刮膜蒸发器进出油温分别为193℃及190℃，真空度210-230Pa，脱轻组分耗时13分钟。
将脱轻组分后的物料用泵打入短程蒸馏装置，短程蒸馏装置热面及冷面温度分别为216-219℃及137-154℃，系统真空度18Pa，进料温度180℃，过程耗时1.8小时。
经上述纯化工艺得到的产品纯度为98.24％，产品热稳定性为87/93，获得产品37公斤，产品为白色片状，收率为86％；蒸馏残渣3.5公斤，管路残留2.5公斤。
实施例24 产品精制——溶剂法
制得的二元酸粗品DC12300kg，加入乙醇1000L，加热至70℃使二元酸溶解，保温90分钟，在1小时内将其冷却至15℃结晶，用篮式离心机离心，得到的一次结晶的产品再加入800L乙醇，加热至70℃使二元酸溶解，保温60分钟，在2小时内将其冷却至15℃结晶，用篮式离心机离心得到，干燥，产品285kg，收率为95％。溶剂结晶后的产品热稳定性为88/92，气相检测二元酸的纯度为98.15％。
实施例25 产品精制——溶剂法
制得的二元酸粗品DC12150g，加入甲醇1000mL，加热至60℃使二元酸溶解，保温90分钟，在1小时内将其冷却至15℃结晶，过滤，得到的一次结晶的产品再加入800mL甲醇，加热至60℃使二元酸溶解，保温60分钟，在2小时内将其冷却至15℃结晶，过滤，干燥，产品136g，收率为90.6％。溶剂结晶后的产品热稳定性为86/91，气相检测二元酸的纯度为97.05％。
实施例26 产品精制——溶剂法
制得的二元酸粗品DC12 300g，加入乙酸乙酯1500mL，加热至70℃使二元酸溶解，保温60分钟，在2小时内将其冷却至15℃结晶，过滤，得到的一次结晶的产品再加入1200mL乙酸乙酯，加热至70℃使二元酸溶解，保温30分钟，在2小时内将其冷却至15℃结晶，过滤，干燥，产品270g，收率为90％。溶剂结晶后的产品热稳定性为87/93，气相检测二元酸的纯度为98.75％。
实施例27 产品精制——溶剂法
制得的二元酸粗品DC12 300g，加入乙酸丁酯1500mL，加热至80℃使二元酸溶解，保温60分钟，在2小时内将其冷却至15℃结晶，过滤，得到的一次结晶的产品再加入1200mL乙酸丁酯，加热至90℃使二元酸溶解，保温30分钟，在2小时内将其冷却至15℃结晶，过滤，干燥，产品264g，收率为88％。溶剂结晶后的产品热稳定性为86/90，气相检测二元酸的纯度为98.35％。
实施例28 产品精制——溶剂法
制得的二元酸粗品DC12 200g，加入丙酮1500mL，加热至50℃使二元酸溶解，保温60分钟，在1小时内将其冷却至15℃结晶，过滤，得到的一次结晶的产品再加入1200mL丙酮，加热至50℃使二元酸溶解，保温30分钟，在1小时内将其冷却至15℃结晶，过滤，干燥，产品175g，收率为87.5％。溶剂结晶后的产品热稳定性为87/91，气相检测二元酸的纯度为97.45％。
实施例29 产品精制——溶剂法
制得的二元酸粗品DC12 200g，加入丁酮1500mL，加热至70℃使二元酸溶解，保温60分钟，迅速冷却至15℃结晶，过滤，得到的一次结晶的产品再加入1200mL丁酮，加热至70℃使二元酸溶解，保温30分钟，迅速冷却至15℃结晶，过滤，干燥，产品164g，收率为82％。溶剂结晶后的产品热稳定性为85/90，气相检测二元酸的纯度为97.25％。
实施例30 产品精制——溶剂法
制得的二元酸粗品DC12 250g，加入乙酸1000mL，加热至90℃使二元酸溶解，保温90分钟，在1小时内将其冷却至15℃结晶，过滤，得到的一次结晶的产品再加入800mL乙酸，加热至80℃使二元酸溶解，保温60分钟，在2小时内将其冷却至15℃结晶，过滤，干燥，产品204kg，收率为81.6％。溶剂结晶后的产品热稳定性为86/92，气相检测二元酸的纯度为98.55％。
实施例31 产品精制——溶剂法
制得的二元酸粗品DC12 200g，加入异丙醇1000mL，加热至80℃使二元酸溶解，保温60分钟，在2小时内将其冷却至15℃结晶，过滤，得到的一次结晶的产品再加入800mL异丙醇，加热至70℃使二元酸溶解，保温30分钟，在2小时内将其冷却至15℃结晶，过滤，干燥，产品171g，收率为85.5％。溶剂结晶后的产品热稳定性为89/91，气相检测二元酸的纯度为97.85％。
实施例32 产品精制——溶剂法
制得的二元酸粗品DC12 200g，加入正丁醇1200mL，加热至90℃使二元酸溶解，保温60分钟，在2小时内将其冷却至15℃结晶，过滤，得到的一次结晶的产品再加入1000mL正丁醇，加热至90℃使二元酸溶解，保温60分钟，在2小时内将其冷却至15℃结晶，过滤，干燥，产品168g，收率为84％。溶剂结晶后的产品热稳定性为88/92，气相检测二元酸的纯度为97.95％。
实施例33 产品精制——溶剂法
制得的二元酸粗品DC12 200g，加入乙二醇1500mL，加热至60℃使二元酸溶解，保温30分钟，迅速冷却至15℃结晶，过滤，得到的一次结晶的产品再加入1200L乙二醇，加热至60℃使二元酸溶解，保温30分钟，迅速冷却至15℃结晶，过滤，干燥，产品153，收率为76.5％。溶剂结晶后的产品热稳定性为87/93，气相检测二元酸的纯度为98.75％。
实施例34 长链二元酸的热稳定性实验
聚合物的色泽是一项非常重要的指标，传统生物法生产的长链二元酸由于含有蛋白、醣类等热不稳定性物质，因此在聚合物加工过程中由于需要经过高温过程使色泽变得很深，本发明的申请人在开发过程中对于长链二元酸质量的控制加入了热稳定性这一指标，通过考察二元酸在通空气状态下加热一段时间后透光率的变化定量表征产品的热稳定性，从而通过工艺的优化革新，最终生产出了能够满足生产尼龙、高档热熔胶、聚脂等聚合物的合格产品。
分别称取30.00±0.05g的实施例22、23、26的长链二元酸样品(记为样品1、2和3)与现有同类产品作热稳定性的比较，将各样品置于干燥的洁净比色管中，然后置于150±2℃的油浴中，通入空气到比色管底部，30±1分钟立即停止通入空气，之后将所有样品转入到100ml的二甲亚砜(DMSO)的烧杯中，冷却至室温用DMSO作空白测各样品在440/550nm处的透光率，其结果如表1所示：
表1：各生产厂家DC12产品热稳定性指标对比
| 生产厂家 | 生产工艺 | 总酸(％) | 单酸(％) | 熔点(℃) | 热稳定性440/550nm |
| Dupont | 化学法 | 99.78 | 99.27 | 129.5-130.6 | 87/93 |
| Ube | 化学法 | 99.58 | 98.60 | 129.4-130.6 | 85/92 |
| 淄博广通 | 发酵法 | 99.21 | 98.13 | 128.9-130.0 | 81/85 |
| 样品1 | 生物法 | 99.31 | 98.12 | 129.2-130.3 | 86/92 |
| 样品2 | 生物法 | 99.45 | 98.24 | 129.1-130.2 | 87/93 |
| 样品3 | 生物法 | 99.72 | 99.23 | 129.4-130.5 | 87/93 |
由上表可见，本发明的方法制备得到的长链二元酸的热稳定性明显优于现有生物法制备的同类产品，与杜邦公司以化学法制备的目前在世界上广泛应用于聚合物生产的产品质量不相上下。而与化学法相比，本生物法生产工艺存在反应条件温和——常温常压，反应过程简单——一步转化，不含脂肪酸等优点，在得到同样质量产品的条件下生产成本低于化学法并成功实现产业化生产，水平达到国际领先。
Claims (14)
1、一种正长链二元酸的生产方法，包括以下步骤：
一、以C9～C18的烷烃或脂肪酸为底物，通过生物法转化为相应的正长链二元酸；
二、对反应液进行预处理，以除去其中的菌体及残留烷烃或脂肪酸，得到二元酸清液，然后进行酸化结晶，酸化结晶液再经板框压滤得到二元酸粗品；
三、将得到的二元酸粗品通过采用刮膜蒸发和短程蒸馏装置在高真空条件下精制，包括用刮膜蒸发器在真空10～600Pa，温度120～250℃条件下除去轻组分，然后在真空3～100Pa，温度180～240℃条件下使用短程蒸馏装置除去重组分。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物法为发酵法。
3、如权利要求2所述的方法，其特征在于，发酵法所使用的菌种为热带假丝酵母(Candida Tropicalis)。
4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，作为底物的烷烃或脂肪酸的加入采用补加的方式。
5、如权利要求4所述的方法，其特征在于，作为底物的烷烃或脂肪酸的补加方式如下：当菌体生长光密度大于0.6时，开始补加5～10％的烷烃或脂肪酸，其后补加烷烃或脂肪酸控制发酵液中底物浓度为2～10％。
6、如权利要求2所述的方法，其特征在于，发酵过程中还补加二次碳源。
7、如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述二次碳源为葡萄糖或蔗糖。
8、如权利要求1所述的方法，其特征在于，作为底物的正烷烃或脂肪酸是单一的烷烃或脂肪酸，或者是混合的烷烃或脂肪酸。
9、如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤二中发酵液的预处理包括将发酵液加碱调节pH至8～12，加热至60～100℃，然后利用破乳分层静置法、离心法或膜过滤法去除发酵液中的菌体及残留的烷烃或脂肪酸。
10、如权利要求9所述的方法，其特征在于，膜过滤所使用的膜是有机膜或无机膜，形式是超滤膜或微滤膜。
11、如权利要求9所述的方法，其特征在于，膜过滤的入膜压力控制在0.1-0.7Mpa，出膜压力控制在0.0-0.4Mpa。
12、如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤二中经预处理得到的二元酸清液加入活性炭脱色。
13、如权利要求12所述的方法，其特征在于，步骤二中活性炭的加量为最多5％，脱色的温度为60～95℃，时间为20-180分钟。
14、如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤二的酸化结晶包括将脱色液加热至60～100℃，用酸调节pH至2～5进行酸化结晶。
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