DE102016119938A1 - Purification and concentration of carboxylic acids from fermentation processes - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufreinigung von Carbonsäuren aus Fermentationsprozessen, wobei eine Biomasse-freie angesäuerte Carbonsäure-haltige Fermentationsmischung zunächst einer Simulated Moving Bed-Chromatographiestufe und anschließend einer zweistufigen Nanofiltration unterzogen wird, wobei die zweite Nanofiltration gegenüber der ersten Nanofiltration eine geringere Trenngrenze aufweist. Durch diese Reinigungssequenz lassen sich Fermentationsrückstände wie insbesondere Salze und Zuckerreste mit hoher Effizienz entfernen, so dass im Rahmen der weiteren Aufreinigung apparativ und schaltungstechnisch aufwändige Behandlungen mit Ionenaustauschern und/oder Aktivkohle entbehrlich sind. Die vorliegende Erfindung betrifft zudem eine Vorrichtung, die zur Durchführung eines entsprechenden Verfahrens ausgelegt ist. Die Erfindung betrifft sowohl flüssige Carbonsäuren wie z.B. Milchsäure als auch kristallisierbare Carbonsäure wie z.B. Bernsteinsäure.

Figure DE102016119938A1_0000
The present invention relates to a process for the purification of carboxylic acids from fermentation processes, wherein a biomass-free acidified carboxylic acid-containing fermentation mixture is first subjected to a simulated moving bed chromatography step and then a two-stage nanofiltration, wherein the second nanofiltration has a lower separation limit compared to the first nanofiltration , By this purification sequence, fermentation residues such as, in particular, salts and sugar residues can be removed with high efficiency, so that costly and circuit-complex treatments with ion exchangers and / or activated carbon can be dispensed with in the course of the further purification. The present invention also relates to a device which is designed to carry out a corresponding method. The invention relates to both liquid carboxylic acids such as lactic acid and crystallizable carboxylic acid such as succinic acid.
Figure DE102016119938A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufreinigung von Carbonsäuren aus Fermentationsprozessen, wobei eine Biomasse-freie angesäuerte Carbonsäure-haltige Fermentationsmischung zunächst einer Simulated Moving Bed-Chromatographiestufe und anschließend einer zweistufigen Nanofiltration unterzogen wird, wobei die zweite Nanofiltration gegenüber der ersten Nanofiltration eine geringere Trenngrenze aufweist. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die zur Durchführung eines entsprechenden Verfahrens ausgelegt ist und insbesondere zwei Nanofiltrationsstufen aufweist, von denen die zweite Nanofiltrationsstufe eine gegenüber der ersten Nanofiltrationsstufe geringere Trenngrenze aufweist.The present invention relates to a process for the purification of carboxylic acids from fermentation processes, wherein a biomass-free acidified carboxylic acid-containing fermentation mixture is first subjected to a simulated moving bed chromatography step and then a two-stage nanofiltration, wherein the second nanofiltration has a lower separation limit compared to the first nanofiltration , A further aspect of the present invention relates to a device which is designed for carrying out a corresponding method and in particular has two nanofiltration stages, of which the second nanofiltration stage has a lower separation limit than the first nanofiltration stage.

Stand der TechnikState of the art

Entscheidend für die industrielle Nutzung von Carbonsäuren, die durch Fermentation kohlehydrathaltiger Substrate mittels verschiedener Mikroorganismen erzeugt werden, ist die Wirtschaftlichkeit und Effizienz der Abtrennung und Reinigung der Carbonsäuren aus wässrigen Fermentationslösungen, da diese zu einem wesentlichen Anteil in den Preis der fermentativ hergestellten Carbonsäuren eingehen. Neben der Carbonsäure oder den Carbonsäuren enthalten die Fermentationsbrühen noch weitere organische Säuren, sonstige Nebenprodukte der Fermentation, die Mikroorganismen und deren Bestandteile sowie Reste der Substrate, wie Zucker. Diese Verunreinigungen stören bei der anschließenden Weiterverarbeitung der erzeugten Carbonsäuren und müssen daher von den Carbonsäuren abgetrennt werden. Diese Problematik stellt sich insbesondere bei Milchsäure, die für eine Weiterverarbeitung zu Polymilchsäure vorgesehen ist, um einen biologisch abbaubaren Kunststoff zu erhalten, da sich schon geringe Anteile an Verunreinigung signifikant auf das erzielbare Molekulargewicht und damit die chemischen Eigenschaften der Polymilchsäure auswirken. Um einen hohen Polymerisationsgrad der Milchsäure und damit günstige Anwendungseigenschaften des Polymers sicherzustellen, muss deshalb extrem reines Monomer eingesetzt werden. Dies ist seit Langem bekannt und geht beispielsweise aus J. Dahlmann et al., British Polymer Journal, Bd. 23 (1990), S. 235-240, hervor .Decisive for the industrial use of carboxylic acids which are produced by fermentation of carbohydrate-containing substrates by means of various microorganisms, is the efficiency and efficiency of the separation and purification of carboxylic acids from aqueous fermentation solutions, as these enter into a significant proportion in the price of fermented carboxylic acids. In addition to the carboxylic acid or the carboxylic acids, the fermentation broths also contain other organic acids, other by-products of the fermentation, the microorganisms and their constituents as well as residues of the substrates, such as sugar. These impurities interfere with the subsequent further processing of the carboxylic acids produced and must therefore be separated from the carboxylic acids. This problem arises in particular with lactic acid, which is intended for further processing to polylactic acid to obtain a biodegradable plastic, since even small amounts of impurity significantly affect the achievable molecular weight and thus the chemical properties of polylactic acid. In order to ensure a high degree of polymerization of the lactic acid and thus favorable application properties of the polymer, it is therefore necessary to use extremely pure monomer. This has long been known and goes for example J. Dahlmann et al., British Polymer Journal, Vol. 23 (1990), pp. 235-240 ,

Ähnliches ist beispielsweise auch für Bernsteinsäure bekannt. Unterschieden werden hier die Qualitäten der erzeugten Bernsteinsäure durch die Unterteilung in eine technische Qualität mit einem Bernsteinsäuregehalt von mindestens 97 MA-% und einer speziell für die Verwendung zur Polymerisation geeigneten Bernsteinsäure (Polymer Grade) mit einem Gehalt von mindestens 99,5 Massen-%.The same is known, for example, for succinic acid. A distinction is made here between the qualities of the succinic acid produced by the subdivision into a technical grade with a succinic acid content of at least 97% by mass and a succinic acid (polymer grade) which is suitable for use in particular with a content of at least 99.5% by mass.

Bei der Herstellung von Polymer-Grade Milchsäure stellt sich nach dem Stand der Technik bisher noch die Schwierigkeit, dass für die Aufreinigung und Aufkonzentration der Milchsäure zum Teil relativ kostenaufwändige Verfahrensmaßnahmen erforderlich sind, wie insbesondere Ionentauscherschritte oder eine Aktivkohlebehandlung bei Säurekonzentrationen <40 Gew.-%, und verschiedene Eindampfungsstufen. So beschreibt die US 8,957,249 u.a. ein Verfahren zur Aufreinigung von Dicarbonsäuren aus Fermentationsprozessen, das eine Simulated Moving Bed-Trennung (SMB), eine Feintrennung, die beispielsweise mit Hilfe einer Nanofiltration durchgeführt werden kann, eine anschließende Reinigung mit Hilfe von Ionenaustausch- oder Aktivkohlebehandlung, sowie eine Eindampfung und Kristallisation des Produkts beinhaltet.In the production of polymer-grade lactic acid, the prior art has hitherto encountered the difficulty that relatively expensive procedures are required for the purification and concentration of lactic acid, in particular ion exchange steps or activated carbon treatment at acid concentrations <40% by weight. , and different evaporation levels. That's how it describes US 8,957,249 Among other things, a process for the purification of dicarboxylic acids from fermentation processes, the simulated moving bed separation (SMB), a fine separation, which can be carried out for example by nanofiltration, subsequent purification by means of ion exchange or activated carbon treatment, and evaporation and crystallization of the product.

Die WO 2013/064219 beschreibt u.a. ein Verfahren zur Abtrennung und Aufreinigung von Milchsäure, bei dem nach Abtrennung der Biomasse eine Aufreinigung der Milchsäure mit Hilfe einer SMB-Trennung, zwei Ionenaustauschreinigungen und zwei Eindampfungen erfolgt. Eine der Ionenaustauschreinigungen kann dabei mit einer Nanofiltration kombiniert werden.The WO 2013/064219 describes, inter alia, a process for the separation and purification of lactic acid in which after separation of the biomass, a purification of the lactic acid by means of a SMB separation, two ion exchange and two evaporations takes place. One of the ion exchange purifications can be combined with nanofiltration.

Die WO 2014/106532 A2 beschreibt ein Verfahren zur Abtrennung und Aufreinigung von Carbonsäuren aus Fermentationsprozessen, wobei zunächst die in der Fermentationsbrühe enthaltene Biomasse abgetrennt und die erhaltene Carbonsäure in einem ersten Schritt mit Hilfe einer SMB-Chromatographie vorgereinigt wird. Anschließend ist gemäß der WO 2014/106532 eine Feinreinigung vorgesehen, bei der eine Nanofiltration mit relativ niedriger Trenngrenze (etwa 200 Da) zum Einsatz kommt, der eine Aktivkohlefiltration und/oder ein Ionentauschschritt nachgeschaltet sein kann. Gemäß der WO 2014/106532 soll die Endbearbeitung der Carbonsäure eine Aufkonzentration, beispielsweise über eine Umkehrosmose, sowie eine Kristallisation der gewünschten Carbonsäure beinhalten.The WO 2014/106532 A2 describes a process for the separation and purification of carboxylic acids from fermentation processes, wherein initially the biomass contained in the fermentation broth is separated and the resulting carboxylic acid is pre-purified in a first step using an SMB chromatography. Subsequently, according to the WO 2014/106532 a fine cleaning is provided, in which a nanofiltration with relatively low separation limit (about 200 Da) is used, which can be followed by an activated carbon filtration and / or an ion exchange step. According to the WO 2014/106532 the finishing of the carboxylic acid should involve concentration, for example via reverse osmosis, as well as crystallization of the desired carboxylic acid.

Ein Problem bei der Herstellung von für die Polymerisation geeigneter Milchsäure besteht, wie vorstehend erwähnt, darin, dass insbesondere Hydroxygruppenhaltige Nebenprodukte, speziell in Form von Zuckerrückständen aus dem Fermentationsprozess, möglichst vollständig entfernt werden müssen, da diese Nebenprodukte im Polymerisationsprozess die Bildung langkettiger Polymilchsäuremoleküle unterdrücken. Ein Nachteil bei der in den vorstehenden Stand-der-Technik-Dokumenten erwähnten Nanofiltration besteht dabei darin, dass sich mit den für die Nanofiltration angegebenen Trenngrenzen Rückstände von Glucose und Salzen nicht ausreichend abtrennen lassen. Deshalb ist im vorstehenden Stand der Technik regelmäßig eine weitere Aufreinigung mit Hilfe eines Ionenaustauschers und/oder eine Aktivkohlebehandlung vorgesehen, über die im Rahmen der Nanofiltration nicht zurückgehaltene Restglucose und Salze abgetrennt werden. Der Ionenaustauschprozess ist jedoch wegen der erforderlichen Regenerierung des Ionenaustauschmaterials und des für den Gesamtprozess erforderlichen erhöhten Wasserverbrauchs aus wirtschaftlicher Sicht relativ ungünstig.A problem in the production of suitable for the polymerization of lactic acid, as mentioned above, is that in particular hydroxyl-containing by-products, especially in the form of sugar residues from the fermentation process, must be removed as completely as possible, since these by-products in the polymerization process suppress the formation of long-chain polylactic acid molecules. A disadvantage of the nanofiltration mentioned in the above prior art documents is thereby in that, with the separation limits specified for nanofiltration, residues of glucose and salts can not be adequately separated. Therefore, a further purification by means of an ion exchanger and / or an activated charcoal treatment is regularly provided in the above prior art, are separated over the not retained in the context of nanofiltration residual glucose and salts. However, the ion exchange process is relatively unfavorable because of the required regeneration of the ion exchange material and the increased water consumption required for the overall process.

Vor diesem Hintergrund unterbreitet die vorliegende Erfindung einen Vorschlag für ein insgesamt effizienteres Aufreinigungsverfahren von Carbonsäuren und insbesondere von Milchsäure, bei dem ein Ionenaustauschsschritt zur Eliminierung von Restsalzen und Glucose aus über das SMB-Verfahren erhaltenen Carbonsäurelösung vermieden wird.Against this background, the present invention proposes a more efficient overall purification process of carboxylic acids and especially of lactic acid, which avoids an ion exchange step for eliminating residual salts and glucose from the carboxylic acid solution obtained via the SMB process.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung daher ein Verfahren zur Aufreinigung von Carbonsäuren aus Fermentationsprozessen, wobei:

  1. (i) eine Biomasse-freie, angesäuerte, Carbonsäure-haltige Fermentationsmischung einer Simulated-Moving-Bed-Chromatographiestufe unterzogen wird,
  2. (ii) die aus Schritt (i) erhaltene Carbonsäure-haltige Fraktion einer ersten Nanofiltration unterzogen wird, und
  3. (iii) die aus Schritt (ii) erhaltene Carbonsäure-haltige Retentat-Fraktion einer zweiten Nanofiltration unterzogen wird, die eine gegenüber der ersten Nanofiltration geringere Trenngrenze aufweist.
According to a first aspect, the present invention therefore relates to a process for the purification of carboxylic acids from fermentation processes, wherein:
  1. (i) a biomass-free, acidified, carboxylic acid-containing fermentation mixture is subjected to a Simulated Moving Bed chromatography step,
  2. (ii) subjecting the carboxylic acid-containing fraction obtained from step (i) to a first nanofiltration, and
  3. (iii) subjecting the carboxylic acid-containing retentate fraction obtained from step (ii) to a second nanofiltration which has a lower cut-off limit than the first nanofiltration.

Der vorliegenden Erfindung liegt demzufolge die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass sich mit einer zweistufigen Nanofiltration, bei der in einer ersten Stufe eine höhere Trenngrenze verwendet wird als bei einer zweiten Stufe, eine bessere Abtrennung der Verunreinigungen, wie insbesondere von Glucose und Salzen, erzielen lässt, so dass ein anschließender Ionenaustauschschritt bei Säurekonzentrationen < 40 Gew.-% nicht mehr erforderlich ist. Dadurch werden die Nachteile eines höheren apparativen und schaltungstechnischen Aufwandes sowie Verluste durch die Regeneration und Anfangsbeladung von Harzen und Aktivkohle vermieden.The present invention is therefore based on the surprising finding that with a two-stage nanofiltration in which a higher separation limit is used in a first stage than in a second stage, a better separation of the impurities, in particular of glucose and salts, can be achieved. so that a subsequent ion exchange step at acid concentrations <40 wt .-% is no longer required. As a result, the disadvantages of higher equipment and circuit complexity and losses due to the regeneration and initial loading of resins and activated carbon are avoided.

Die Angaben „stromaufwärts“ und „stromabwärts“ bezeichnen im Rahmen der vorliegenden Beschreibung Prozessschritte oder -stufen, die dem jeweils erläuterten Prozessschritt direkt oder indirekt vor- bzw. nachgeschaltet sind.The statements "upstream" and "downstream" in the context of the present description designate process steps or stages which are directly or indirectly connected upstream or downstream of the respectively explained process step.

Die Angaben „Simulated-Moving-bed-Chromatographie“ und „SMB-Chromatographie“ bzw. „Simulated-Moving-bed-Chromatographiestufe“ und „SMB-Chromatographiestufe“ sind im Rahmen der folgenden Beschreibung austauschbar, wobei im Fall der Angabe „Chromatographiestufe“ auch die Angabe „Stufe“ oder „Schritt“ angegeben sein kann.The terms "Simulated Moving Bed Chromatography" and "SMB Chromatography" or "Simulated Moving Bed Chromatography Level" and "SMB Chromatography Level" are interchangeable in the following description, in which case, in the case of the indication "Chromatography Level" also the indication "level" or "step" can be specified.

Die Angabe „Retentat“ bezeichnet im Rahmen der vorliegenden Beschreibung den im jeweiligen Prozessschritt zurückgehaltenen Anteil, während die Angabe „Permeat“ den durchgelassenen Anteil des Feedstroms bezeichnet.In the context of the present description, the term "retentate" denotes the portion retained in the respective process step, while the term "permeate" designates the transmitted portion of the feed stream.

Wenn in der vorliegenden Beschreibung Prozentangaben gemacht, werden, so sind diese, wenn nicht anders angegeben als Angaben in Gewichtsprozent anzusehen.When percentages are given in the present specification, these are, unless otherwise indicated, as percentages by weight.

Die erste Nanofiltration wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zweckmäßig mit einem geringeren Aufkonzentrierungsfaktor, wie einem Aufkonzentrierungsfaktor von unter 20, bevorzugt unter 10 und besonders bevorzugt etwa 4 bis 6 durchgeführt, wobei ein Permeat von guter Qualität erhalten wird und Stoffe, wie Glucose, Aminosäuren und Salze, wie insbesondere Sulfate und Phosphate, gut zurückgehalten werden.The first nanofiltration is carried out in the context of the inventive method expediently with a lower concentration factor, such as a concentration factor of less than 20, preferably less than 10 and more preferably about 4 to 6, wherein a good quality permeate is obtained and substances such as glucose, amino acids and Salts, in particular sulfates and phosphates, are well retained.

Bei der ersten Nanofiltrationsstufe wird weiterhin zweckmäßig mit Drücken unter 30 bar und vorzugsweise etwa 25 bis 15 bar gearbeitet. Bevorzugt ist es im Rahmen der ersten Nanofiltration weiterhin, wenn die für die erste Nanofiltration verwendete Membran eine Trenngrenze von Dalton oder weniger und bevorzugt 400 Dalton oder weniger aufweist. Eine besonders zweckmäßig einzusetzende Membran für die erste Nanofiltration weist als Trenngrenze von etwa 400 bis etwa 300 Dalton auf. In einer anderen Ausführungsform weist die Membran eine Trenngrenze von etwa 500 bis etwa 300 Dalton auf.In the first nanofiltration stage, it is further expedient to use pressures below 30 bar and preferably about 25 to 15 bar. It is also preferred in the context of the first nanofiltration if the membrane used for the first nanofiltration has a cut-off of dalton or less, and preferably 400 dalton or less. A particularly useful membrane for the first nanofiltration has as separation limit of about 400 to about 300 daltons. In another embodiment, the membrane has a cut-off of about 500 to about 300 daltons.

Aufgrund der höheren Trenngrenze und dem gegebenenfalls geringeren Aufkonzentrierungsfaktor in der ersten Nanofiltration wird im Rahmen dieser Nanofiltration eine größere Menge an Retentat erhalten, das anschließend im Rahmen des Schrittes (iii) einer zweiten Nanofiltration unterzogen wird. Wie vorstehend erwähnt, kommt bei der zweiten Nanofiltration eine Membran zum Einsatz, die gegenüber der bei der ersten Nanofiltration verwendeten Membran eine geringere Trenngrenze aufweist. Die Trenngrenze für die zweite Nanofiltration liegt zweckmäßig bei 300 Dalton oder weniger, bevorzugt 250 Dalton oder weniger und besonders bevorzugt im Bereich von etwa 250 bis 200 Dalton. Darüber hinaus ist es bevorzugt, wenn die zweite Nanofiltration bei Drücken von mehr als 25 bar und insbesondere bei 30 bis etwa 40 bar durchgeführt wird. Alternativ oder zusätzlich dazu wird ein Aufkonzentrierungsfaktor von idealerweise etwa 65 bis 90, insbesondere 65 bis 80 und besonders bevorzugt etwa 75 eingestellt. Due to the higher separation limit and the possibly lower concentration factor in the first nanofiltration, a larger amount of retentate is obtained as part of this nanofiltration, which is subsequently subjected to a second nanofiltration in the course of step (iii). As mentioned above, in the second nanofiltration, a membrane is used which has a lower separation limit than the membrane used in the first nanofiltration. The separation limit for the second nanofiltration is suitably 300 daltons or less, preferably 250 daltons or less, and more preferably in the range of about 250 to 200 daltons. In addition, it is preferred if the second nanofiltration is carried out at pressures of more than 25 bar and in particular at from 30 to about 40 bar. Alternatively or additionally, a concentration factor of, ideally, about 65 to 90, more preferably 65 to 80, and most preferably about 75 is set.

Zur Vermeidung von Verlusten bei der zweiten Nanofiltration kann in der letzten Stufe eine Diafiltration durchgeführt werden. Das nach der Diafiltration erhaltene Retentat, das im Wesentlichen die wässrige Carbonsäure in geringerer Konzentration enthält, kann in diesem Fall als Abwasser abgeleitet werden. Als Wasser für diese Diafiltration können die Destillate aus der Produktdestillation und/oder aus der Membrandestillation eingesetzt werden.To avoid losses during the second nanofiltration, diafiltration can be carried out in the last stage. The retentate obtained after diafiltration, which substantially contains the aqueous carboxylic acid in a lower concentration, can in this case be discharged as waste water. The distillates from the product distillation and / or from the membrane distillation can be used as water for this diafiltration.

Da die aus der ersten und zweiten Nanofiltration erhaltenen Carbonsäure-haltigen Permeat-Fraktionen eine vergleichbare Zusammensetzung mit Wasser und Carbonsäure als wesentlichen Bestandteilen enthalten, ist es sinnvoll die Permeatfraktionen für die weitere Aufreinigung zu vereinigen. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die aus der ersten und zweiten Nanofiltration erhaltenen Permeatfraktionen daher vor einer Weiterverarbeitung miteinander vermischt.Since the carboxylic acid-containing permeate fractions obtained from the first and second nanofiltration contain a comparable composition with water and carboxylic acid as essential constituents, it makes sense to combine the permeate fractions for further purification. In a preferred embodiment, the permeate fractions obtained from the first and second nanofiltration are therefore mixed together before further processing.

Durch das vorstehend beschriebene Verfahren, das eine SMB-Chromatographiestufe mit nachgeschalteter zweifacher Nanofiltration beinhaltet, wobei die erste Nanofiltration im Vergleich zur zweiten Nanofiltration eine höhere Trenngrenze aufweist, lässt sich nach dem vorstehenden im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens eine bessere Abtrennung von Feststoffen, wie Glucose, Aminosäuren und Salzen und insbesondere von Glucose und Salzen erzielen, was ein Produkt liefert, das ähnliche Anteile dieser Verunreinigungen aufweist, wie ein nach einer einfachen Nanofiltration und einer anschließenden Ionenaustausch/Aktivkohlebehandlung erhaltenes Produkt.By the method described above, which includes a downstream nanofiltration SMB chromatography stage, wherein the first nanofiltration has a higher cut-off as compared to the second nanofiltration, better separation of solids, such as glucose, can be achieved in the process of the present invention. Amino acids and salts and in particular of glucose and salts, yielding a product having similar proportions of these impurities, such as a product obtained after simple nanofiltration and subsequent ion exchange / charcoal treatment.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei der Carbonsäure zweckmäßig um eine Hydroxycarbonsäure oder Dicarbonsäure, die bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe, umfassend Äpfelsäure, Glycolsäure, Isozitronensäure, Mandelsäure, Milchsäure, Tatronsäure, Weinsäure, Zitronensäure, beta-Aminohydroxybuttersäure, Mephalonsäure, Salicylsäure, Oxalsäure, Maleinsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Pimelinsäure, Korksäure, Fumarsäure und Itaconsäure.In the context of the present invention, the carboxylic acid is expediently a hydroxycarboxylic acid or dicarboxylic acid, which is preferably selected from the group comprising malic acid, glycolic acid, isocitric acid, mandelic acid, lactic acid, tatronic acid, tartaric acid, citric acid, beta-aminohydroxybutyric acid, mephalonic acid, salicylic acid , Oxalic, maleic, succinic, glutaric, adipic, pimelic, suberic, fumaric and itaconic acids.

Besonders bevorzugt handelt es sich bei der Carbonsäure um eine Hydroxycarbonsäure und ganz besonders bevorzugt handelt es sich bei der Carbonsäure um Milchsäure.Most preferably, the carboxylic acid is a hydroxycarboxylic acid, and most preferably the carboxylic acid is lactic acid.

Die Konzentration der für die Nanofiltration in Schritt (ii) und (iii) zu verwendenden Carbonsäure-haltigen Fraktion liegt zweckmäßig im Bereich von etwa 5 bis etwa 15 Gew.-% Carbonsäure, bezogen auf das Gesamtgewicht der Carbonsäure-haltigen Fraktion, besonders bevorzugt etwa 7 bis 12 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt etwa 9 Gew.-%.The concentration of the carboxylic acid-containing fraction to be used for the nanofiltration in steps (ii) and (iii) is suitably in the range from about 5 to about 15% by weight of carboxylic acid, based on the total weight of the carboxylic acid-containing fraction, more preferably about 7 to 12 wt .-% and most preferably about 9 wt .-%.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung enthält das aus der zweiten Nanofiltration erhaltene Retentat, wenn es keiner Diafiltration unterzogen wurde, in der Regel noch Carbonsäure Restanteile in einer Konzentration im Bereich von 80- 120 g/L. Es ist daher zweckmäßig, dieses Retentat einer stofflichen Weiterverwertung zuzuführen. Eine besonders zweckmäßige Weiterverwertung stellt eine Umsetzung der Carbonsäure mit einem Alkohol, wie Methanol, Ethanol oder Propanol, unter Veresterungsbedingungen dar. Da insbesondere für Milchsäureethylester ein breiter Markt, z.B. als Bestandteil von Farben, Reinigungsmittel und in der Chip-Produktion besteht, ist eine Veresterung mit Ethanol im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders bevorzugt.In the context of the present invention, the retentate obtained from the second nanofiltration, if it has not been subjected to diafiltration, usually still contains residual carboxylic acid content in a concentration in the range of 80-120 g / l. It is therefore expedient to supply this retentate to a material recycling. A particularly suitable further utilization is a reaction of the carboxylic acid with an alcohol, such as methanol, ethanol or propanol, under esterification conditions. Since in particular for ethyl lactate a broad market, e.g. As a component of paints, detergents and in chip production, esterification with ethanol is particularly preferred in the context of the present invention.

Das vorstehend beschriebene Verfahren lässt sich zweckmäßig weiterbilden, indem im Anschluss an die zweifache Nanofiltration die aus den Schritten (ii) und (iii) erhaltenen Carbonsäure-haltigen Permeat-Fraktionen einer Umkehrosmose unterzogen werden, um die Konzentration der Carbonsäurelösung zu erhöhen. Im Rahmen dieser Umkehrosmose kann die Carbonsäurekonzentration in der Carbonsäure-haltigen Fraktion auf etwa 25 bis 40% erhöht werden. So können z.B. durch den Einsatz einer Hochdruckumkehrosmose Konzentrationen von etwa 35% Carbonsäure erhalten werden.The process described above may be conveniently further developed by subjecting the carboxylic acid-containing permeate fractions obtained from steps (ii) and (iii) to reverse osmosis following the two-fold nanofiltration to increase the concentration of the carboxylic acid solution. In this reverse osmosis, the carboxylic acid concentration in the carboxylic acid-containing fraction can be increased to about 25 to 40%. Thus, e.g. By using a high pressure reverse osmosis concentrations of about 35% carboxylic acid can be obtained.

Die Umkehrosmose wird darüber hinaus zweckmäßig bei einer Temperatur im Bereich von unter 40°C, insbesondere im Bereich von etwa 25 bis 35°C, durchgeführt. The reverse osmosis is moreover advantageously carried out at a temperature in the range of below 40 ° C, in particular in the range of about 25 to 35 ° C.

Die Umkehrosmose kann insbesondere als zweistufiger Prozess durchgeführt werden, wobei in diesem Fall das noch Carbonsäure-haltige Permeat in einer zweiten Stufe noch einmal aufkonzentriert wird. Das entstehende Konzentrat bzw. Retentat kann mit dem Retentat der ersten Stufe zusammengeführt werden. Das aus der zweiten Umkehrosmose erhaltene Permeat kann zweckmäßig als Eluent in der SMB-Stufe eingesetzt werden. Dies führt zu einer Reduzierung des RO-Wasserbedarfs (RO = Reverse Osmose) für die SMB.The reverse osmosis can be carried out in particular as a two-stage process, in which case the still carboxylic acid-containing permeate is concentrated again in a second stage. The resulting concentrate or retentate can be combined with the retentate of the first stage. The permeate obtained from the second reverse osmosis can be suitably used as eluent in the SMB stage. This leads to a reduction in the RO water requirement (RO = reverse osmosis) for the SMB.

Das im Rahmen einer Umkehrosmose erhaltene Permeat lässt sich auch mit Vorteil über eine Prozesswasserrückführung in anderen Verfahrensschritten nutzen, beispielsweise für den Ansatz von Nährlösungen für die Fermentation.The permeate obtained as part of a reverse osmosis can also be used with advantage over a process water recycling in other process steps, for example, for the approach of nutrient solutions for fermentation.

Im Anschluss an die Umkehrosmose kann die erhaltene Carbonsäure-haltige Retentat-Fraktion zweckmäßig einer Membrandestillation unterzogen werden, um eine weitere Aufkonzentration der Carbonsäurelösung zu erzielen. So kann der in der Umkehrosmose vorkonzentrierte Produktstrom in einer nachgeschalteten Membrandestillation weiter auf eine Carbonsäurekonzentration von mehr als 40 Gew.-% und insbesondere etwa 50 bis 55% konzentriert werden. Zweckmäßig kann diese Membrandestillation bei Temperaturen von etwa 70 bis etwa 80°C durchgeführt werden.Subsequent to the reverse osmosis, the resulting carboxylic acid-containing retentate fraction may conveniently be subjected to membrane distillation to achieve further concentration of the carboxylic acid solution. Thus, the pre-concentrated in the reverse osmosis product stream can be further concentrated in a downstream membrane distillation to a carboxylic acid concentration of more than 40 wt .-% and in particular about 50 to 55%. Conveniently, this membrane distillation can be carried out at temperatures of about 70 to about 80 ° C.

Zur Vorbereitung für das erfindungsgemäße Verfahren ist es weiterhin zweckmäßig, wenn die Carbonsäure enthaltende Fermentationsmischung vor der Zugabe in die Simulated Moving Bed-Chromatographiestufe im Schritt (i) einer Vorreinigung unterzogen wird, die eine Abtrennung von Biomasserückständen und ein Ansäuern des erhaltenen Rohprodukts umfasst, um die Biomasse-freie angesäuerte Carbonsäure-haltige Fermentationsmischung zu bilden. Für die Vorreinigung kommen im Wesentlichen die aus dem Stand der Technik bekannten Prozessmaßnahmen in Betracht. So kann beispielsweise die Abtrennung der Biomasse aus der Fermentationsbrühe durch eine Precoat- und/oder Separation/ Zentrifugation und/oder eine Mikrofiltration und/oder eine Ultrafiltration erfolgen und die abgetrennte Biomasse kann erneut in den Fermenter zurückgeführt werden. Dabei entsprechen Temperatur und pH-Wert den Werten der Fermentation, da festgestellt wurde, dass durch Inaktivierung der Biomasse durch Temperaturerhöhung und Absenkung des pH-Werts durch Zugabe von Säure eine Autolyse der Biomasse beschleunigt wird und mehr Lyseprodukte in die Fermentationsbrühe abgegeben werden. Dies ist aufgrund der dann erforderlichen Abtrennung der Lyseprodukte für den Gesamtprozess ungünstig. Auch sollte die Zeit zwischen Beendigung der Fermentation und der Abtrennung der Biomasse so kurz wie möglich sein und zweckmäßig nicht mehr als 2 h, vorzugsweise weniger als 1-2 h betragen. Die Biomassekonzentration im Filtrat sollte 1 g/l nicht übersteigen. Durch diese Prozessführung wird die Endproduktqualität positiv beeinflusst.To prepare for the process according to the invention, it is furthermore expedient for the carboxylic acid-containing fermentation mixture, prior to addition to the Simulated Moving Bed chromatography step in step (i), to be subjected to a pre-purification comprising removal of biomass residues and acidification of the resulting crude product to form the biomass-free acidified carboxylic acid-containing fermentation mixture. For the pre-cleaning are essentially the known from the prior art process measures into consideration. Thus, for example, the separation of the biomass from the fermentation broth by a precoat and / or separation / centrifugation and / or microfiltration and / or ultrafiltration and the separated biomass can be recycled back into the fermenter. In this case, the temperature and pH correspond to the values of the fermentation, since it was found that by inactivating the biomass by increasing the temperature and lowering the pH by adding acid, autolysis of the biomass is accelerated and more lysis products are released into the fermentation broth. This is unfavorable due to the then required separation of the lysis products for the overall process. Also, the time between completion of the fermentation and separation of the biomass should be as short as possible and suitably not more than 2 hours, preferably less than 1-2 hours. The biomass concentration in the filtrate should not exceed 1 g / l. This process management positively influences the end product quality.

Das Filtrat aus der Precoat- oder Mikrofiltration, bzw. der Klarlauf der Separation /Zentrifugation wird optional einer ein- oder mehrstufigen Ultrafiltration zugeführt, in der restliche Biomasseanteile, unlösliche Feststoffe und höhermolekulare Verbindungen abgetrennt werden. Als Optimum zwischen Produktqualität und Fluxraten der Membran wurden Membranen mit einer Trenngrenze von ≤ 50 kDa festgestellt, bevorzugt beträgt die Trenngrenze etwa 5 bis 50 kDa und besonders bevorzugt etwa 10 bis 20 kDa. In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt zunächst eine herkömmliche Ultrafiltration mit Wickelmodulen bis zu einem Konzentrationsfaktor von etwa 15 bis 30. Das Permeat dieser ersten Ultrafiltrationsstufe wird dann direkt der Ansäuerung zugeleitet.The filtrate from the precoat or microfiltration or the clarification of the separation / centrifugation is optionally fed to a single- or multi-stage ultrafiltration in which residual biomass fractions, insoluble solids and relatively high molecular weight compounds are separated off. Membranes with a cut-off of ≤ 50 kDa were found to be the optimum between product quality and flux rates of the membrane, preferably the cut-off limit is about 5 to 50 kDa and more preferably about 10 to 20 kDa. In a very particularly preferred embodiment, a conventional ultrafiltration with wound modules is first carried out up to a concentration factor of about 15 to 30. The permeate of this first ultrafiltration step is then fed directly to the acidification.

Das Konzentrat bzw. Retentat der ersten Ultrafiltrationsstufe wird zweckmäßig in einer zweiten Ultrafiltrationseinheit weiter auf einen Konzentrationsfaktor von 95 bis 100 aufkonzentriert. Die zweite Ultrafiltrationsstufe kann mit Hohlfasermodulen und/oder Rohrmodulen und sowohl im kontinuierlichen Filtrationsbetrieb als auch in Batch-Fahrweise betrieben werden, wobei der Batchbetrieb bevorzugt ist. Das Permeat dieser zweiten Ultrafiltrationsstufe kann ebenfalls der Ansäuerung zugeführt werden, während das Retentat in das Abwasser eingeleitet wird.The concentrate or retentate of the first ultrafiltration step is expediently further concentrated in a second ultrafiltration unit to a concentration factor of 95 to 100. The second ultrafiltration stage can be operated with hollow fiber modules and / or tubular modules and in continuous filtration operation as well as in batch operation, with batch operation being preferred. The permeate of this second ultrafiltration stage may also be fed to the acidification while the retentate is being introduced into the effluent.

Für das Ansäuern des erhaltenen Rohprodukts wird zweckmäßig eine Mineralsäure und insbesondere Schwefelsäure verwendet. Das Ansäuern erfolgt, abhängig vom pKs-Wert der Carbonsäure, so, dass mindestens 90%, weiter bevorzugt mindestens 99% und ganz besonders bevorzugt mindestens 99,9% der Carbonsäure in Form der vollständig protonierten Carbonsäure vorliegt. Für Milchsäure kann hier ein geeigneter pH-Bereich von 1,8 bis 3,0 und bevorzugt etwa 1,9 angegeben werden.For the acidification of the obtained crude product it is expedient to use a mineral acid and in particular sulfuric acid. Acidification takes place, depending on the pKa of the carboxylic acid, such that at least 90%, more preferably at least 99% and most preferably at least 99.9% of the carboxylic acid is in the form of the fully protonated carboxylic acid. For lactic acid, a suitable pH range of 1.8 to 3.0, and preferably about 1.9 can be given here.

Da sich das erfindungsgemäße Verfahren mit besonderem Vorteil für die Aufreinigung von nicht Kristalle bildenden Carbonsäuren eignet, von denen Milchsäure den wichtigsten Vertreter darstellt, bezieht das erfindungsgemäße Verfahren in einer bevorzugten Ausführungsform keinen Schritt des Kristallisierens ein. Alternativ oder zusätzlich dazu bezieht das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt für die Aufreinigung der Carbonsäure bis zu einer Konzentration von etwa 40% keinen Schritt des Behandelns der Carbonsäure mit Aktivkohle und/oder einem Ionentauscher ein. Besonders bevorzugt ist es, wenn das erfindungsgemäße Verfahren keinen Schritt des Kristallisierens und für die Aufreinigung der Carbonsäure bis zu einer Konzentration von etwa 40% keinen Schritt des Behandelns der Carbonsäure mit Aktivkohle und/oder einem Ionentauscher einbezieht. Since the process according to the invention is of particular advantage for the purification of non-crystalline carboxylic acids, of which lactic acid is the most important representative, in a preferred embodiment the process according to the invention does not involve any step of crystallization. Alternatively or additionally, the inventive method preferably for the purification of the carboxylic acid to a concentration of about 40% does not include a step of treating the carboxylic acid with activated carbon and / or an ion exchanger. It is particularly preferred if the method according to the invention does not include a step of crystallizing and for the purification of the carboxylic acid up to a concentration of about 40% any step of treating the carboxylic acid with activated carbon and / or an ion exchanger.

In einer alternativ bevorzugten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren, das einen Schritt des Kristallisierens, bevorzugt eine Kühlkristallisation, von Kristalle bildenden Carbonsäuren einbezieht. Als Ausgangsprodukt für die Kristallisation ist bevorzugt eine Carbonsäure mit einer Konzentration im Bereich von etwa 10- 20 % zu verwenden.In an alternative preferred embodiment, the present invention relates to a process involving a crystallization step, preferably a cooling crystallization, of crystal-forming carboxylic acids. As the starting material for the crystallization, it is preferable to use a carboxylic acid having a concentration in the range of about 10 to 20%.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß beiden vorstehenden Varianten ist es zweckmäßig, wenn das aus der Simulated Moving Bed-Chromatographiestufe erhaltene salzhaltige Nebenprodukt einer Konzentrierung unterzogen wird, da die Rückgewinnung dieses Nebenprodukts für ein wirtschaftliches Betreiben des Verfahrens von großer Wichtigkeit ist. Für das Konzentrieren hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere eine Membrandestillation als besonders geeignet herausgestellt. Eine Membrandestillation weist gegenüber einer im Stand der Technik benutzten konventionellen mehrstufigen Verdampfung des Lösungsmittels, den Vorteil geringerer Gesamt- und Betriebskosten (zum Beispiel für den erforderlichen Dampf und die Elektroenergie) auf. Der Membrandestillation ist zweckmäßig eine Umkehrosmose vorgeschaltet, mit der das salzhaltige Nebenprodukt für die Membrandestillation auf eine Konzentration von bis zu 15 Gew.-% vorkonzentriert wird.In the context of the process according to the two preceding variants, it is expedient if the saline by-product obtained from the Simulated Moving Bed chromatography step is subjected to concentration, since the recovery of this by-product is of great importance for economical operation of the process. For concentration, in the context of the present invention in particular a membrane distillation has been found to be particularly suitable. Membrane distillation has the advantage of lower overall and operating costs (for example, for the required steam and electric energy) over conventional multistage evaporation of the solvent used in the prior art. The membrane distillation is suitably preceded by a reverse osmosis with which the saline by-product for membrane distillation is preconcentrated to a concentration of up to 15 wt .-%.

Das aus der Membrandestillation des Salzes aus dem salzhaltigen Nebenprodukt erhaltene Destillat kann z.B. als Eluent für die Simulated-Moving-Bed-Chromatographiestufe eingesetzt werden, was mit dem Vorteil eines nahezu vollständigen Ersatz des vorher benötigten RO-Wassers (RO = Reverse Osmose) als Eluent für die SMB-Chromatographie verbunden ist. Die vorbeschriebene Vorgehensweise hat zudem den Vorteil, dass bei Einsatz von Neutralisationsmitteln in der Fermentation, die von Ammoniumhydroxid verschieden sind, z.B. NaOH oder KOH, auch die bei der Umsalzung und nach erfolgender SMB-Chromatographie gebildeten wässrigen Lösungen dieser Salze durch Umkehrosmose und Membrandestillation aufkonzentriert werden können.The distillate obtained from the membrane distillation of the salt from the saline by-product can e.g. be used as eluent for the Simulated Moving Bed Chromatography stage, which is associated with the advantage of almost complete replacement of the previously required RO water (RO = reverse osmosis) as eluent for SMB chromatography. The above-described procedure also has the advantage that when using neutralizing agents in the fermentation which are different from ammonium hydroxide, e.g. NaOH or KOH, and the aqueous solutions of these salts formed during the salination and after successful SMB chromatography can be concentrated by reverse osmosis and membrane distillation.

Für die Membrandestillation der Carbonsäure, die der Umkehrosmose nachgeschaltet ist, ist es weiterhin von Vorteil, wenn das Brüdenkondensat aus der Eindampfung des salzhaltigen Nebenprodukts genutzt wird. Hierzu kommt in erster Linie eine rein thermische Nutzung in Betracht, bei der das noch heiße Brüdenkondensat aus der Eindampfung des salzhaltigen Nebenprodukts genutzt wird um die Carbonsäure-haltige Fraktion im Rahmen der Membrandestillation indirekt, d.h. z.B. über einen Wärmetauscher, zu erhitzen.For the membrane distillation of the carboxylic acid, which is connected downstream of the reverse osmosis, it is also advantageous if the vapor condensate from the evaporation of the saline by-product is used. This is primarily a purely thermal use into consideration, in which the still hot vapor condensate from the evaporation of the saline by-product is used to the carboxylic acid-containing fraction in the context of membrane distillation indirectly, i. e.g. via a heat exchanger, to heat.

Im Anschluss an die vorstehend beschriebenen Konzentrationsschritte der Umkehrosmose und der Membrandestillation ist es zweckmäßig das etwa 50%ige Rohprodukt einer weiteren Nanofiltration zu unterziehen, die im Folgenden als dritte Nanofiltration bezeichnet werden soll. Diese dritte Nanofiltration ist geeignet bei Drücken im Bereich von 30 bis 40 bar durchzuführen. Als besonders günstige Trenngrenze für die dritte Nanofiltration kann eine Trenngrenze von 300 Dalton und insbesondere im Bereich von etwa 150 bis 250 Dalton angegeben werden.Following the concentration steps of reverse osmosis and membrane distillation described above, it is expedient to subject the approximately 50% crude product to further nanofiltration, which will be referred to below as third nanofiltration. This third nanofiltration is suitable to carry out at pressures in the range of 30 to 40 bar. As a particularly favorable separation limit for the third nanofiltration, a separation limit of 300 daltons and in particular in the range of about 150 to 250 daltons can be specified.

Für diese Nanofiltration von ca. 50 %- Milchsäure kann ein pH- Wert im Bereich von etwa 1,3 bis 1,5 angegeben werden.For this nanofiltration of about 50% lactic acid, a pH in the range of about 1.3 to 1.5 can be given.

In Abhängigkeit von der bevorzugten Technologie kann das Retentat der dritten Nanofiltration einer Diafiltration unterzogen werden, und anschließend wieder in den Eingangsstrom zur Nanofiltration im Schritt (iii) oder im Schritt (i) abhängig von der Zusammensetzung zurückgeführt werden, um Verluste im Prozess zu vermeiden.Depending on the preferred technology, the third nanofiltration retentate may be subjected to diafiltration, and then recycled back to the nanofiltration input stream in step (iii) or step (i) depending on the composition to avoid losses in the process.

Abhängig von der gewünschten Verfahrensführung kann es auch vorteilhaft sein, keine Diafiltration durchzuführen, sondern das Retentat mit einem relativ hohen Milchsäuregehalt von etwa 60% zusammen mit dem Retentat der zweiten Nanofiltration mit einem Alkohol zu verestern. Auch in diesem Fall ist ein etwas geringerer Konzentrationsfaktor für eine hohe Quantität des Permeats der dritten Nanofiltration vorteilhaft.Depending on the desired process procedure, it may also be advantageous to perform no diafiltration, but to esterify the retentate with a relatively high lactic acid content of about 60% together with the retentate of the second nanofiltration with an alcohol. Also in this case, a somewhat lower concentration factor is advantageous for a high quantity of the permeate of the third nanofiltration.

Im Anschluss an die dritten Nanofiltration kann die erhaltene Carbonsäure haltige Fraktion einem Polishing-Schritt unterzogen werden, bei dem die Carbonsäure zur Erzeugung einer hochwertigen für die Polymerisation geeigneten Carbonsäure, insbesondere in Form von Milchsäure, über einen Ionentauscher, z.B. in Form eines Anionen- und/oder Kationentauscher, und/oder über eine Aktivkohlereinigung gereinigt wird. Aufgrund der vor dem Polishing bereits relativ hohen Reinheit der Carbonsäure und deren relativ hoher Konzentration (etwa 50%), sind hierzu weit geringere Aufwendungen für die Regeneration und Anfangsbeladung der Harze und/oder der Aktivkohle erforderlich, als bei entsprechenden Reinigungsschritten die mit Carbonsäurefraktionen mit Konzentrationen unter 20 % und zu einem früheren Zeitpunkt des Reinigungsverfahrens durchgeführt werden. Subsequent to the third nanofiltration, the resulting carboxylic acid-containing fraction may be subjected to a polishing step in which the carboxylic acid is used to produce a high-grade carboxylic acid suitable for the polymerization, in particular in the form of lactic acid, via an ion exchanger, for example in the form of an anion and / or cation exchanger, and / or is cleaned via an activated carbon cleaning. Due to the already relatively high purity of the carboxylic acid and its relatively high concentration (about 50%) before polishing, much lower expenses for the regeneration and initial loading of the resins and / or the activated carbon are required than with corresponding purification steps with carboxylic acid fractions with concentrations below 20% and at an earlier stage of the cleaning process.

Da das Produkt nach der dritten Nanofiltration, insbesondere wenn es sich um Milchsäure handelt, eine für die Polymerisation noch unzureichende Konzentration aufweist, ist es zweckmäßig, die Konzentration zu erhöhen, wobei die Carbonsäure-haltige Fraktion einer Destillation unterzogen wird. Von Vorteil ist es dabei, wenn der in der Destillation anfallende Rückstand mit Wasser versetzt und anschließend vor dem Schritt (iii) oder Schritt (i) wie vorstehend angegeben zugeführt wird. Mit Hilfe der Destillation lässt sich die Konzentration der Milchsäure so auf nahezu 100% steigern. Bei Durchführung einer Destillation zur Erzeugung der Qualität Polymer- grade kann auf einen vorgeschalteten Ionenaustausch und/ oder Aktivkohlebehandlung verzichtet werden, wenn die Ausbeute der Destillation wirtschaftlich ist und die erforderliche Qualität erzeugt werden kann.Since the product after the third nanofiltration, in particular when it is lactic acid, has a still insufficient for the polymerization, it is appropriate to increase the concentration, wherein the carboxylic acid-containing fraction is subjected to distillation. It is advantageous if the residue obtained in the distillation is mixed with water and then fed before step (iii) or step (i) as indicated above. With the help of distillation, the concentration of lactic acid can be increased to nearly 100%. When carrying out a distillation to produce the quality polymer grade can be dispensed with an upstream ion exchange and / or activated carbon treatment, when the yield of the distillation is economical and the required quality can be produced.

Im Rahmen der der Erfindung zugrundeliegenden Untersuchungen wurde überraschend festgestellt, dass sich die Carbonsäurelösung bis zu einer Konzentration von etwa 80% mit einer Membrandestillation vorkonzentrieren lässt. Für diese Membrandestillation kann mit Vorteil ein im Wesentlichen auf Kunststoffkomponenten bestehendes System verwendet werden, das z.B. unter dem Handelsnamen Memsys von Memsys Clearwater Pte. Ltd. erhältlich ist. Bei diesem System handelt es sich um eine mehrstufige Vakuum-Multi-Effekt-Membrandestillation.In the context of the investigations underlying the invention, it was surprisingly found that the carboxylic acid solution can be preconcentrated to a concentration of about 80% with a membrane distillation. For this membrane distillation, it is possible with advantage to use a system consisting essentially of plastic components, which may be e.g. under the trade name Memsys of Memsys Clearwater Pte. Ltd. is available. This system is a multi-stage vacuum multi-effect membrane distillation.

Wie bekannt ist, ist z.B. Milchsäure im Konzentrationsbereich von 50 bis 80% besonders bei höheren Temperaturen sehr korrosiv, so dass bei konventionellen Destillationsvorrichtungen nur sehr hochwertiger Edelstahl, z.B. in Form von Hastelloy verwendet werden muss. Durch die Verwendungen eines auf Kunststoffen beruhenden Systems für die Membrandestillation lassen sich damit die Kosten für die Konzentrationsvorrichtung senken. Zudem ist es auf Grund des für die Membrandestillation erforderlichen niedrigeren Temperaturniveaus möglich, Abwärmeströme aus dem Aufbereitungssystem, z.B. des aus der SMB-Chromatographiestufe erhaltenen Salzhaltigen Produktstroms, über einen Wärmetauscher im Membrandestillationssystem zu nutzen.As is known, e.g. Lactic acid in the concentration range of 50 to 80% is very corrosive, especially at higher temperatures, so that in conventional distillation equipment only very high quality stainless steel, e.g. must be used in the form of Hastelloy. The use of a plastics-based membrane distillation system can reduce the cost of the concentrator. In addition, due to the lower temperature level required for membrane distillation, it is possible to remove waste heat streams from the treatment system, e.g. of the saline product stream obtained from the SMB chromatography step, via a heat exchanger in the membrane distillation system to use.

Um eine Konzentration der Carbonsäure von 100% zu erzielen, ist im letzten Konzentrations- und Reinigungsschritt eine Destillation erforderlich. Die dabei erzeugten Brüden (d.h. gasförmige Destillationsnebenprodukte, die im Rahmen der Kondensation nicht mit der Carbonsäure kondensieren), weisen in der Regel noch einen Anteil an Carbonsäure auf. Zur Vermeidung von Verlusten werden diese Brüden daher in den Prozess zurückgeführt, beispielsweise vor der Nanofiltration im Schritt (iii) in das Verfahren zurückgeführt wird.In order to achieve a concentration of the carboxylic acid of 100%, a distillation is required in the last concentration and purification step. The resulting vapors (i.e., gaseous distillation by-products that do not condense with the carboxylic acid as part of the condensation) typically still contain a portion of carboxylic acid. To avoid losses, these vapors are therefore returned to the process, for example, before the nanofiltration in step (iii) is returned to the process.

Darüber hinaus wurde festgestellt, dass das im Rahmen der Destillation anfallende Sumpfprodukt einen Anteil an Carbonsäureoligomeren, z.B. von Milchsäure aufweisen kann. Es ist daher im Rahmen der vorliegenden Erfindung zweckmäßig, dass das in der Destillation anfallende Sumpfprodukt mit Wasser versetzt und anschließend der Aufreinigung vor dem Schritt (iii) oder (i), wie vorstehend beschrieben, zugeführt wird. Hierzu kann es sinnvoll sein, wenn das Sumpfprodukt zunächst in einen Behälter überführt wird, in dem es mit Wasser versetzt und bei einer geeigneten Temperatur für eine Zeitraum behandelt wird, dass sich aus den Carbonsäureoligomeren durch Hydrolyse die Monomere zurückbilden. Für Milchsäure kann als geeignete Temperatur eine Temperatur von etwa 50°C und als geeigneter Zeitraum ein Zeitraum von etwa 2h angegeben werden.In addition, it has been found that the bottom product resulting from the distillation contains a proportion of carboxylic acid oligomers, e.g. of lactic acid. It is therefore useful in the context of the present invention for the bottom product obtained in the distillation to be admixed with water and then to be subjected to the purification before step (iii) or (i) as described above. For this purpose, it may be useful if the bottom product is first transferred to a container in which it is mixed with water and treated at a suitable temperature for a period of time, that the monomers form from the carboxylic acid oligomers by hydrolysis. For lactic acid, a temperature of about 50 ° C may be given as a suitable temperature and a period of about 2 hours as a suitable period.

Es ist möglich, die Rückführung der Brüdenkondensate mit der Rückführung der hydrolysierten Carbonsäureoligomere zu kombinieren, indem die Brüdenkondensate in den Behälter geleitet werden, in dem die Hydrolyse der Carbonsäureoligomere erfolgt.It is possible to combine the recirculation of the vapor condensates with the recycle of the hydrolyzed carboxylic oligomers by passing the vapor condensates into the vessel in which the hydrolysis of the carboxylic acid oligomers occurs.

Alternativ ist es möglich die in der Destillation anfallenden Nebenprodukte wie die Brüden und das Sumpfprodukt nach einer Vermischung mit Wasser für die Herstellung von Derivaten der Carbonsäuren, z.B. in Form von Estern und insbesondere Ethylestern, zu nutzen. Es kann daher zweckmäßig sein, wenn das Gemisch an Brüdenkondensaten und den hydrolysierten Carbonsäureoligomeren aus dem Sumpfprodukt einer Derivatisierung und insbesondere einer Veresterung unterzogen wird.Alternatively, it is possible to use the by-products obtained in the distillation, such as the vapors and the bottom product after mixing with water for the preparation of derivatives of carboxylic acids, for example in the form of esters and in particular ethyl esters. It may therefore be appropriate if the Mixture of vapor condensates and the hydrolyzed carboxylic acid oligomers from the bottom product of a derivatization and in particular an esterification is subjected.

Abhängig von der Art der Carbonsäure kann es, falls keine direkte Weiterverarbeitung zu Polymeren möglich ist, sinnvoll sein, die erhaltene 100%ige Carbonsäure für eine Lagerung mit vollentsalztem Wasser zu verdünnen. Dies ist zum Beispiel bei Milchsäure der Fall, da 80 bis 90%ige Milchsäure gegenüber 100%iger Milchsäure eine wesentlich bessere Lagerstabilität aufweist.Depending on the nature of the carboxylic acid, if no direct further processing into polymers is possible, it may be expedient to dilute the 100% carboxylic acid obtained for storage with demineralized water. This is the case, for example, with lactic acid, since 80 to 90% lactic acid compared to 100% lactic acid has a much better storage stability.

Alternativ zu dem vorstehend beschriebenen Vorgehen nach der dritten Nanofiltration kann im Anschluss an diesen Schritt auch eine Kristallisation, und bevorzugt eine Kühlkristallisation, durchgeführt werden, wenn die aufzureinigende Carbonsäure kristallisierbar ist. Geeignete Verfahren und Vorrichtungen zur Durchführung eine Kühlkristallisation sind z.B. in DE 10 2014 213 637 A1 beschrieben.As an alternative to the procedure described above after the third nanofiltration, crystallization, and preferably cooling crystallization, can also be carried out following this step if the carboxylic acid to be purified is crystallizable. Suitable methods and apparatus for carrying out a cooling crystallization are, for example, in DE 10 2014 213 637 A1 described.

In einem zweiten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Aufreinigung von Carbonsäuren aus Fermentationsprozessen umfassend eine Simulated-Moving-bed-Chromatographiestufe 5, die in Fließverbindung mit einer ersten Nanofiltrationsstufe steht 6, und eine zweite Nanofiltrationsstufe 60, die in Fließverbindung mit der Retentatseite der ersten Nanofiltrationsstufe 6 steht, wobei die zweite Nanofiltrationsstufe 60 eine Membran mit einer im Vergleich zur Membran der ersten Nanofiltrationsstufe 6 geringeren Trenngrenze aufweist. In Bezug auf die konkreten Ausgestaltungen der in den Nanofiltationsstufen einzusetzenden Membran gelten die hierzu in den vorstehenden Ausführungen gemachten Angaben zum erfindungsgemäßen Verfahren analog.In a second aspect, the present invention relates to an apparatus for purifying carboxylic acids from fermentation processes comprising a simulated moving bed chromatography stage 5, which is in flow communication with a first nanofiltration stage 6, and a second nanofiltration stage 60 in fluid communication with the retentate side of the first nanofiltration step 6 wherein the second nanofiltration step 60 a membrane with one compared to the membrane of the first nanofiltration stage 6 has lower separation limit. With regard to the specific embodiments of the membrane to be used in the nanofiltration stages, the statements made in this regard in the above statements on the process according to the invention apply analogously.

Falls mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung neben der aufgereinigten Carbonsäure auch ein Carbonsäurederivat, z.B. in Form eines Carbonsäureesters, hergestellt werden soll, ist es zweckmäßig, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Überleitung 64 versehen ist, die mit der Retentatseite der Nanofiltration 60 verbunden ist, und mit der Retentat aus der Nanofiltration 60 in einen Vorrichtung zur Derivatisierung 160 der im Retentat enthaltenen Carbonsäure überführt werden kann.If, with the aid of the device according to the invention, in addition to the purified carboxylic acid, a carboxylic acid derivative, for example in the form of a carboxylic acid ester, is to be prepared, it is expedient for the device according to the invention to have a transfer 64 provided with the retentate side of nanofiltration 60 connected, and with the retentate from nanofiltration 60 in a device for derivatization 160 the carboxylic acid contained in the retentate can be converted.

Die Simulated-Moving-bed-Chromatographiestufe liefert neben dem gewünschten Carbonsäureprodukt ein Salznebenprodukt in Form einer Salzlösung, das zurückgewonnen werden kann, um die Gesamtökonomie des Verfahrens zu verbessern. Aus diesem Grund ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zweckmäßig mit einer Ableitung 51 ausgestattet, die in Fließverbindung mit der SMB-Chromatographiestufe und einer Konzentriersstufe 150 steht. Darüber hinaus ist es zweckmäßig, wenn das in der Konzentrierstufe 150 erhaltene Destillat über eine Zuleitung 153 in die SMB-Chomatographiestufe 5 als Eluent zurückgeführt wird, da sich durch diesen Aufbau die für diesen Verfahrensschritt erforderliche Menge an vollentsalztem Wasser vermindern lässt. Wie vorstehend erwähnt ist es mit Vorteilen verbunden, wenn die Eindampfungsstufe 150 als Membrandestillation ausgeführt ist. In diesem Fall ist es zweckmäßig, wenn der Eindampfstufe eine Umkehrosmosestufe/Hochdruck-Umkehrosmose vorgeschaltet ist, mit der die Salzlösung für die Membrandestillation vorkonzentriert werden kann.The simulated moving bed chromatography step provides, in addition to the desired carboxylic acid product, a salt by-product in the form of a saline solution which can be recovered to improve the overall economics of the process. For this reason, the device according to the invention is useful with a derivative 51 equipped in fluid communication with the SMB chromatographic stage and a concentration stage 150 stands. In addition, it is useful if that in the Konzentrierstufe 150 distillate obtained via a feed line 153 to the SMB chromatography stage 5 is recycled as eluent, as can be reduced by this structure required for this process step amount of demineralized water. As mentioned above, it is advantageous if the evaporation stage 150 is carried out as membrane distillation. In this case, it is expedient for the evaporation stage to be preceded by a reverse osmosis stage / high-pressure reverse osmosis with which the salt solution for membrane distillation can be preconcentrated.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Umkehrosmosestufe 7 auf, die in Fließverbindung mit der ersten und zweiten Nanofiltrationsstufe (6,60) steht. Darüber hinaus ist es bevorzugt, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung weiterhin eine Membrandestillationsstufe 8 aufweist, die in Fließverbindung mit der Umkehrosmosestufe 7 steht.In a preferred embodiment, the device according to the invention has a reverse osmosis stage 7 which is in fluid communication with the first and second nanofiltration step (6, 60). Moreover, it is preferred if the device according to the invention further comprises a membrane distillation stage 8th which is in fluid communication with the reverse osmosis stage 7 stands.

Das Destillat der Membrandestillation besteht aus hinlänglich reinem Wasser und kann daher in den vorherigen Prozessstufen als Ersatz von vollentsalztem Wasser genutzt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die vorliegende Erfindung daher eine Zuleitung 80 auf, mit der das aus der Membrandestillation gewonnene Wasser als Eluent der SMB-Chromatographiestufe 5 zugeführt wird.The distillate of membrane distillation consists of sufficiently pure water and can therefore be used in the previous process stages as a replacement of demineralized water. In a preferred embodiment, therefore, the present invention has a feed line 80 on, with the recovered from the membrane distillation water as the eluent of the SMB chromatography stage 5 is supplied.

Die bei der Eindampfungsstufe 150 generierten Brüden lassen sich mit Vorteil im Laufe des Reinigungs- und Aufkonzentrierungsverfahrens thermisch nutzen, in dem Prozessströme in anderen Verfahrensstufen über Wärmeaustausch erhitzt werden. Aus diesem Grund ist es für die erfindungsgemäße Vorrichtung bevorzugt, wenn sie eine Überleitung 153 ausweist, mit der die Brüden aus der Eindampfungsstufe 150 in einen Wärmetauscher überführt werden, mit dem die Prozessströme in der Membrandestillation 8 erhitzt werden können.The at the evaporation stage 150 generated vapors can be used with advantage during the cleaning and concentration process thermally, are heated in the process streams in other process steps via heat exchange. For this reason, it is preferable for the device according to the invention, if they make a transition 153 identifies with which the vapors from the evaporation stage 150 be transferred to a heat exchanger, with which the process streams in the membrane distillation 8th can be heated.

Der Membrandestillation nachgeschaltet ist zweckmäßig eine weitere Nanofiltrationsstufe 9, mit der das aus der Membrandestillation 8 erhaltene konzentrierte Produkt weiter gereinigt wird. Da das bei dieser Reinigung anfallende Retentat in der Regel einen gewissen Anteil an Produktcarbonsäure aufweist, ist es mit dem Vorteil einer besseren Produktausbeute verbunden, wenn die Nanofiltration mit einer Ableitung 92 versehen ist, mit der das Retentat aus der Nanofiltration 9 als Feedstrom in die Nanofiltration 60 zurückgeführt werden kann. Falls mit der angegebenen Vorrichtung neben der Carbonsäure als Produkt auch ein Carbonsäurederivat hergestellt werden soll, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung anstelle der Ableitung 92, oder zusätzlich dazu, auch eine Ableitung 95 aufweisen, über die das bei der Nanofiltrationsstufe 9 generierte Retentat einer Vorrichtung zur Derivatisierung, insbesondere zur Veresterung der Carbonsäure, zugeführt werden kann.Downstream of the membrane distillation is expediently a further nanofiltration stage 9 , with which from the membrane distillation 8th obtained concentrated product is further purified. Since the obtained in this purification retentate usually has a certain proportion of product carboxylic acid, it is associated with the advantage of a better product yield, if the nanofiltration with a derivative 92 Mistake is, with which the retentate from nanofiltration 9 as feed stream into the nanofiltration 60 can be returned. If, in addition to the carboxylic acid as product, a carboxylic acid derivative is also to be produced with the specified device, the device according to the invention can be used instead of the derivative 92 , or in addition, also a derivative 95 over that at the nanofiltration stage 9 generated retentate of a device for derivatization, in particular for the esterification of the carboxylic acid, can be supplied.

Der beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgeschaltet sind zweckmäßig übliche Vorrichtungen zur fermentativen Herstellung von Carbonsäuren, Vorrichtungen zur Abtrennung von Fermentationsrückständen aus der Fermentationsbrühe und Vorrichtungen zum Ansäuern der Carbonsäure. Mit anderen Worten betrifft die vorliegende Erfindung damit auch eine Vorrichtung, die die vorstehend erläuterten Prozessstufen in Kombination mit einer vorgeschalteten Vorrichtung zur fermentativen Herstellung von Carbonsäuren, einer oder mehreren Vorrichtungen zur Abtrennung von Fermentationsrückständen aus der Fermentationsbrühe und einer Vorrichtung zum Ansäuern der Carbonsäure umfasst. Der technische Hintergrund für die Ansäuerungsvorrichtung besteht darin, dass bei der fermentativen Herstellung der Carbonsäure aus nicht sauren Vorläufern wie Glucose der pH-Wert systembedingt ansteigt. Da die Produktionseffektivität der normalerweise für Fermentationsprozesse verwendeten Mikroorganismen bei stark sauren pH-Werten signifikant abnimmt, wird der pH-Wert im Verlauf der Fermentation durch Zugabe einer Base, wie insbesondere Ammoniumhydroxid, im Wesentlichen konstant gehalten, was aber zur Folge hat, das als Produkt nicht die Carbonsäure an sich, sondern ihr Salz erhalten wird. Bevorzugt ist es insbesondere, wenn der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Fermentationsvorrichtung 1, eine Separationsvorrichtung 2, in der die Biomassen aus der Fermentation aus der Fermentationsbrühe abgetrennt wird, und eine Ansäuerungsvorrichtung 4, in der das Carbonsäureprodukt durch Zugabe einer Säure vom Carbonsäuresalz in die korrespondierende Carbonsäure überführt wird, vorgeschaltet ist.Upstream of the described device according to the invention are expedient conventional devices for the fermentative production of carboxylic acids, devices for the separation of fermentation residues from the fermentation broth and devices for acidification of the carboxylic acid. In other words, the present invention thus also relates to a device comprising the above-described process steps in combination with an upstream device for the fermentative production of carboxylic acids, one or more devices for separating fermentation residues from the fermentation broth and an apparatus for acidifying the carboxylic acid. The technical background for the acidification device is that in the fermentative production of the carboxylic acid from non-acidic precursors such as glucose, the pH increases systemically. Since the production efficiency of the microorganisms normally used for fermentation processes decreases significantly at strongly acidic pH values, the pH is kept substantially constant during the course of the fermentation by addition of a base, such as, in particular, ammonium hydroxide, but with the result that as a product not the carboxylic acid itself, but its salt is obtained. It is particularly preferred if the device according to the invention is a fermentation device 1 , a separation device 2 in which the biomass from the fermentation is separated from the fermentation broth, and an acidification device 4 , in which the carboxylic acid product is converted by the addition of an acid from the carboxylic acid salt in the corresponding carboxylic acid, is connected upstream.

Das aus der Umkehrosmose erhaltene Permeat kann noch geringe Mengen an Kohlenstoff basierten Verbindungen wie insbesondere Carbonsäuren enthalten. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann daher vorteilhaft weiter ausgestaltet sein, indem die eine Leitung 71 aufweist, mit der das aus der Umkehrosmose erhaltene Permeat der Fermentationsvorrichtung 1 zugeleitet werden kann. Vor der Zuleitung des Permeats in Fermentationsvorrichtung 1 kann zudem eine Mischvorrichtung vorliegen, in dem die Zusammensetzung des Permeats durch Zusatz weiterer Stoffe auf die eines für die Fermentation optimalen Nähmediums angepasst werden kann.The permeate obtained from the reverse osmosis can still contain small amounts of carbon-based compounds such as in particular carboxylic acids. The device according to the invention can therefore be advantageously further configured by the one line 71 with which the obtained from the reverse osmosis permeate the fermentation device 1 can be forwarded. Before the supply of permeate in fermentation device 1 In addition, a mixing device may be present in which the composition of the permeate can be adapted by adding further substances to that of a sewing medium which is optimal for the fermentation.

Die Separationsvorrichtung 2 ist zweckmäßig als zweistufige Separationsvorrichtung mit einer Separationsstufe 2 unter Ausnutzung der Schwerkraft und einer Ultrafiltrationsstufe 3 ausgeführt. Die Ultrafiltrationsstufe kann ein- oder mehrstufig ausgeführt sein, wobei bevorzugt zunächst eine konventionelle Ultrafiltrationsstufe mit Wickelmodulen vorhanden ist, aus der das Permeat über eine Ableitung 31 direkt in die Ansäuerungsvorrichtung 4 überführt werden kann, und aus der das Retentat in eine weitere Ultrafiltrationsstufe überführt wird, die bevorzugt mit Hohlfasermodulen und/oder Rohrmodulen ausgestattet ist. Diese Ultrafiltrationsstufe weist zweckmäßig eine Zuleitung 33 auf, mit der das in dieser Ultrafiltrationsstufe generierte Permeat in die Ansäuerungsvorrichtung 4 überführt werden kann.The separation device 2 is useful as a two-stage separation device with a separation stage 2 taking advantage of gravity and an ultrafiltration stage 3 executed. The ultrafiltration stage can be carried out in one or more stages, wherein preferably initially a conventional ultrafiltration stage with wound modules is present, from which the permeate via a derivative 31 directly into the acidification device 4 can be transferred, and from which the retentate is transferred to a further ultrafiltration stage, which is preferably equipped with hollow fiber modules and / or tube modules. This ultrafiltration stage expediently has a feed line 33 on, with the generated in this ultrafiltration step permeate in the acidification device 4 can be transferred.

Um das aus der Nanofiltrationsstufe 9 erhaltene Produkt weiter aufzukonzentrieren kann die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Destillationsvorrichtung 11 ausgestattet sein, die stromabwärts zur Membrandestillationsstufe 8 positioniert ist. Diese Destillationsvorrichtung 11 ist bevorzugt so ausgelegt, das eine Konzentration der Carbonsäure auf ca. 80 % möglich ist.To that from the Nanofiltrationsstufe 9 The product according to the invention can be concentrated further with a distillation apparatus 11 be fitted downstream to the membrane distillation stage 8th is positioned. This distillation device 11 is preferably designed so that a concentration of the carboxylic acid to about 80% is possible.

Wie vorstehend erläutert ist es sinnvoll, das Carbonsäure-haltige Permeat der Nanofiltrationsstufe 9 einem Polishing zu unterziehen. Dies ist insbesondere sinnvoll, wenn auf eine Destillation verzichtet werden soll. Es ist daher für die erfindungsgemäße Vorrichtung bevorzugt, wenn diese eine der Nanofiltration 9 in Fließrichtung nachgeschaltete Polishing-Vorrichtung aufweist, die zweckmäßig mit einem Kationentauscher und/oder Anionentauscher und/oder einer Aktivkohlereinigung ausgestattet ist. Für die Erzeugung von Milchsäure in den Qualitätsstufen technische Qualität und/oder Food-grade kann auf den Ionenaustausch und/oder die Aktivkohlebehandlung verzichtet werden.As explained above, it makes sense to use the carboxylic acid-containing permeate of the nanofiltration stage 9 subject to a polish. This is particularly useful if you want to dispense with a distillation. It is therefore preferred for the device according to the invention, if this one of the nanofiltration 9 in the flow direction downstream polishing device, which is expediently equipped with a cation exchanger and / or anion exchanger and / or an activated carbon cleaning. For the production of lactic acid in the quality grades technical quality and / or food-grade can be dispensed with the ion exchange and / or the activated carbon treatment.

Weiterhin wurde vorstehend bereits erwähnt, dass sich eine günstige Vorkonzentrierung der über die Destillationsvorrichtung 11 final zu konzentrierenden Carbonsäure über eine der Destillationsvorrichtung 11 vorgeschaltete Membrandestillation erreichen lässt. Für die erfindungsgemäße Vorrichtung ist es daher bevorzugt, wenn der Destillationsvorrichtung 11 eine Membrandestillationsvorrichtung 10 in Fließrichtung vorgeschaltet ist. Auch für diese kann die Abwärme der Kondensation der Brüden aus der Eindampfvorrichtung 150 thermisch genutzt werden, so dass die Membrandestillationsvorrichtung 10 bevorzugt mit einer Überleitung 152 versehen ist, mit der die Brüden aus der Eindampfvorrichtung 150 in einen Wärmetauscher überführt werden, mit dem die Prozessströme in der Membrandestillation 10 erhitzt werden können.Furthermore, it has already been mentioned above that there is a favorable Vorkonzentrierung the on the distillation apparatus 11 final carboxylic acid to be concentrated via one of the distillation apparatus 11 achieves upstream membrane distillation. For the device according to the invention it is therefore preferred when the distillation device 11 a membrane distillation device 10 upstream in the flow direction. Also for these, the waste heat of the condensation of the vapors from the evaporation 150 be used thermally, so that the membrane distillation device 10 preferably with a transfer 152 is provided, with which the vapors from the evaporation device 150 be transferred to a heat exchanger, with which the process streams in the membrane distillation 10 can be heated.

Um den Verlust von Produktanteilen in Nebenprodukten der Reinigungs- und Aufkonzentrierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zu vermindern, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung, wenn sie eine Destillationsvorrichtung 11 aufweist, bevorzugt eine oder mehrere Überleitungen 111/112 auf, über die bei der Destillation entstehende Rückstände mit Wasser versetzt und Stromaufwärts zur Destillationsvorrichtung 11, bevorzugt vor und insbesondere direkt vor der zweiten Nanofiltrationsstufe 60 in die Vorrichtung zurückgeführt werden können. So weist die Destillationsvorrichtung 11 zweckmäßig eine Überleitung 111 auf, mit der Brüden aus der Destillationsvorrichtung 11 in einen Mischbehälter 110 überführt werden können, in dem die Brüden oder Kondensate davon mit Wasser vermischt werden können. Darüber hinaus weist die Destillationsvorrichtung 11 zweckmäßig eine Überleitung 112 auf, mit der Sumpfprodukt aus der Destillationsvorrichtung 11 in den Mischbehälter 110 überführt werden kann. Der Mischbehälter ist in diesem Fall bevorzugt mit Rühr- und Heizvorrichtungen ausgestattet, mit denen das gemischte Produkt erhitzt und einer Hydrolyse unterzogen werden kann. Der Mischbehälter ist weiterhin zweckmäßig mit einer Überleitung 120 ausgestattet, mit der gegebenenfalls hydrolysiertes Produkt vor der Nanofiltrationsvorrichtung 60 und insbesondere direkt vor der Nanofiltrationsvorrichtung 60, in die erfindungsgemäße Vorrichtung zurückgeführt werden kann.In order to reduce the loss of product contents in by-products of the cleaning and concentration apparatus according to the present invention, the apparatus according to the invention, when using a distillation apparatus 11 has, preferably one or more transitions 111 / 112 on, on the residues resulting from the distillation with water and upstream to the distillation apparatus 11 , preferably before and in particular directly before the second nanofiltration stage 60 can be returned to the device. So has the distillation device 11 appropriate a transfer 111 on, with the vapors from the distillation device 11 in a mixing container 110 can be converted, in which the vapors or condensates thereof can be mixed with water. In addition, the distillation device 11 appropriate a transfer 112 on, with the bottom product from the distillation apparatus 11 in the mixing container 110 can be transferred. The mixing vessel in this case is preferably equipped with stirring and heating devices with which the mixed product can be heated and subjected to hydrolysis. The mixing container is also useful with a transfer 120 equipped with the optionally hydrolyzed product in front of the nanofiltration device 60 and in particular directly in front of the nanofiltration device 60 , can be returned to the device according to the invention.

Alternativ oder zusätzlich dazu ist es möglich, dass der Mischbehälter 110 mit einer Überleitung 114 ausgestattet ist, mit der gegebenenfalls hydrolysiertes Produkt in eine Vorrichtung zur Dervatisierung der Carbonsäure 160 überführt werden kann. Vorzugsweise handelt es sich beider Vorrichtung 160 um eine Vorrichtung zur Veresterung der Carbonsäure.Alternatively or additionally, it is possible that the mixing container 110 with a transition 114 equipped with the optionally hydrolyzed product in a device for dervation of the carboxylic acid 160 can be transferred. Preferably, both devices are concerned 160 to a device for the esterification of the carboxylic acid.

In einer anderen Ausführungsform kann das aus der Nanofiltrationsstufe 9 erhaltene Produkt einer Kristallisationsvorrichtung zugeführt werden, wenn die zu reinigende Carbonsäure kristallisierbar ist. Bevorzugt ist diese Kristallisationsvorrichtung als Kühlkristallisation ausgeführt, wie sie z.B. in der DE 10 2014 213 637 beschrieben ist.In another embodiment, this may be from the nanofiltration step 9 obtained product are fed to a crystallization apparatus when the carboxylic acid to be purified is crystallizable. Preferably, this crystallization device is designed as a cooling crystallization, as described for example in the DE 10 2014 213 637 is described.

Im Folgenden soll die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die Figuren näher erläutert werden, ohne dass diese als maßgeblich für den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung anzusehen sind.In the following, the present invention will be explained in more detail with reference to the figures, without these being considered to be relevant to the scope of the present invention.

In 1 ist ein Prozessdiagram einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wiedergegeben, bei dem eine Rückführung von Produktströmen vorgesehen ist, ohne dass neben konzentrierter Carbonsäure noch weitere Produkte generiert werden. 1 wird anhand von Milchsäure als Carbonsäure wie folgt erläutert.In 1 a process diagram of an embodiment of the present invention is shown, in which a return of product streams is provided, without that in addition to concentrated carboxylic acid still other products are generated. 1 is explained with reference to lactic acid as the carboxylic acid as follows.

In der Fermentationseinheit 1 wird eine Fermenterbrühe erzeugt, die vorzugsweise Milchsäure in Form von Ammoniumlaktat in wässriger Lösung, sowie Biomasse und Restnährstoffe/ Stoffwechselprodukte der Mikroorganismen enthält. In der nachfolgenden Separationprozessstufe 2 wird die Biomasse und restliche Partikel in Form von Biomassesuspension 21 aus der Fermenterbrühe abgetrennt. In der Separation wird unter Ausnutzung der Schwerkraft ein Feststoff freier Klarlauf erhalten, welcher anschließend zur weiteren Reinigung einer Ultrafiltration 3 zugeführt wird. Das Permeat der Ultrafiltration wird der Ansäuerung 4 zugeleitet während das Retentat in das Abwasser 130 eingeleitet wird.In the fermentation unit 1 a fermenter broth is produced, which preferably contains lactic acid in the form of ammonium lactate in aqueous solution, as well as biomass and residual nutrients / metabolites of the microorganisms. In the subsequent separation process stage 2 the biomass and remaining particles are in the form of biomass suspension 21 separated from the fermenter broth. In the separation, using gravity, a solid free clear is obtained, which is then used for further purification of an ultrafiltration 3 is supplied. The permeate of the ultrafiltration becomes the acidification 4 fed during the retentate into the wastewater 130 is initiated.

In der Ansäuerung 4 wird mit Hilfe von konzentrierter Schwefelsäure, die über die Zuleitung 140 zugeführt wird, das Permeat der Ultrafiltration auf einen pH-Wert von etwa 1,9 angesäuert. Die gereinigte und angesäuerte Fermentationslösung wird danach in der SMB- Chromatographie 5 in wässrige Milchsäurelösung und Ammoniumsulfatlösung 51 getrennt. Die Ammoniumsulfatlösung wird in der nachfolgenden Prozessstufe 150 zu Ammoniumsulfat- Kristallen weiterverarbeitet.In the acidification 4 is made with the help of concentrated sulfuric acid, which is via the supply line 140 is fed, the permeate of the ultrafiltration acidified to a pH of about 1.9. The purified and acidified fermentation solution is then subjected to SMB chromatography 5 in aqueous lactic acid solution and ammonium sulfate solution 51 separated. The ammonium sulfate solution is used in the subsequent process stage 150 further processed to ammonium sulfate crystals.

Für die Trennung in Carbonsäure und Salzlösung in der SMB wird ein Eluent benötigt. In herkömmlicher Ausführung wird dazu RO-Wasser 52 verwendet. In 1 wird zur Senkung des Bedarfs an RO-Wasser das im weiteren Prozessverlauf stromaufwärts erzeugte Destillat aus der Membrandestillation 81, sowie Brüdenkondensat 153 der konventionellen Eindampfung zugeführt.For separation into carboxylic acid and saline in the SMB, an eluent is needed. In conventional design, this is RO water 52 used. In 1 In order to reduce the demand for RO water, the distillate produced from the membrane distillation upstream in the course of the process 81 , as well as vapor condensate 153 fed to the conventional evaporation.

Der Extrakt der SMB- Chromatographie wird in der Prozessstufe Nanofiltration weiter gereinigt. Die Nanofiltration wird ebenfalls in zwei Stufen durchgeführt. In der Nanofiltration 6 erfolgt eine Konzentrierung auf den Konzentrationsfaktor 3- 5 unter Verwendung von Membranen mit einer Trenngrenze von 300- 500 Da. Das Permeat 61 der Nanofiltration 6 wird direkt zur Konzentrierungsstufe Umkehrosmose geführt, während das Retentat 62 als Ausgangsmaterial für die zweite Stufe Nanofiltration 60 verwendet wird. In dieser Reinigungsstufe erfolgt eine Konzentrierung auf den Faktor 65- 80 mit Membranen der Trenngrenze 200-250 Da. Das Permeat 63 fließt ebenfalls der Umkehrosmose zu.The extract of the SMB chromatography is further purified in the nanofiltration process stage. Nanofiltration is also carried out in two stages. In nanofiltration 6 Concentration is based on the concentration factor 3 - 5 using membranes with a cut-off of 300-500 Da. The permeate 61 the nanofiltration 6 is led directly to the concentration stage reverse osmosis, while the retentate 62 as starting material for the second stage nanofiltration 60 is used. In this Cleaning step, a concentration on the factor 65 - 80 with membranes of cut-off 200-250 Da. The permeate 63 also flows to the reverse osmosis.

Das erhaltene Retentat 64 wird in den Abwasserstrom 65 eingeleitet.The resulting retentate 64 gets into the sewage stream 65 initiated.

Zur Vermeidung von Verlusten bei der Nanofiltration 60 wird in der letzten Stufe eine Diafiltration durchgeführt. Als Diafiltrationswasser 82 wird Destillat aus der Stromaufwärts gelegenen Membrandestillation 8 verwendet. Zur Vermeidung von Verlusten in den Strom aufwärts gelegenen Aufarbeitungsschritten erfolgt eine Rückführung von Retentat 93 aus der Nanofiltration 9 sowie Produkt aus der Rückführung der Rück-Oligomerisation 120.To avoid losses during nanofiltration 60 In the last step a diafiltration is carried out. As diafiltration water 82 is distillate from the upstream membrane distillation 8th used. To avoid losses in the upstream processing steps is carried out a return of retentate 93 from nanofiltration 9 and product from the recycle of the reverse oligomerization 120 ,

Im nächsten Verfahrensschritt, der Umkehrosmose 7 erfolgt die Konzentrierung der gereinigten Lösung, wobei mit herkömmlicher Umkehrosmose (bis 70 bar) Milchsäurekonzentrationen von 20-25 % erreicht werden. Bei Einsatz einer Hochdruck-Umkehrosmose (bis 140 bar) können Konzentrationen bis ca. 35 % Milchsäure erhalten werden. Das Permeat der Umkehrosmose 71 enthält noch geringe Mengen an Milchsäure und kann als Ansatzwasser für die Kohlenstoffquelle der Fermentation oder von Nährlösungen in der Lösestation der Fermentation 100 genutzt werden.In the next process step, reverse osmosis 7 Concentration of the purified solution, whereby conventional reverse osmosis (up to 70 bar) lactic acid concentrations of 20-25% can be achieved. When using high-pressure reverse osmosis (up to 140 bar), concentrations of up to approx. 35% lactic acid can be obtained. The permeate of reverse osmosis 71 contains still small amounts of lactic acid and can be used as starting water for the carbon source of the fermentation or of nutrient solutions in the dissolution station of the fermentation 100 be used.

Der in der Umkehrosmose vorkonzentrierte Produktstrom wird in der nachfolgenden Membrandestillation 8 auf eine Milchsäurekonzentration von 50-55 % konzentriert werden. Die Membrandestillation läuft bei Temperaturen von 70 bis etwa 80°C ab. Zur Aufheizung des Feedstromes wird das Brüdenkondensat 151 aus der Eindampfung der Ammonuimsulfatlösung genutzt (nur thermische Nutzung des Wärmeinhaltes der Brüden, die Brüden werden stofflich in der SMB genutzt). Für die Destillation 10 ist die Nutzung von Kühlwasser 180/ 181 notwendig.The preconcentrated in the reverse osmosis product stream is in the subsequent membrane distillation 8th be concentrated to a lactic acid concentration of 50-55%. Membrane distillation occurs at temperatures of 70 to about 80 ° C. To heat the feed stream is the vapor condensate 151 used for the evaporation of the ammonium sulfate solution (only thermal utilization of the heat content of the vapors, the vapors are used materially in the SMB). For the distillation 10 it is necessary to use cooling water 180/181.

Das Destillat 80 der Membrandestillation wird, wie zuvor beschrieben als Eluent für die SMB und als Wasser für die Nanofiltrations-Diafiltration eingesetzt. Nach der Membrandestillation 8 wird das Konzentrat in Form einer ca. 50% igen Milchsäurelösung einer nochmaligen Nanofiltration 9 unterzogen. Auch in dieser Filtrationsstufe wird Diafiltrationswasser 83 in Form von Destillat aus der Membrandestillation eingesetzt. Zur Vermeidung von Produktverlusten wird das Retentat 92 der Nanofiltration 9 in die Nanofiltration 60 zurückgeführt.The distillate 80 Membrane distillation is used as eluent for the SMB and as water for nanofiltration diafiltration as previously described. After membrane distillation 8th the concentrate is in the form of an approximately 50% lactic acid solution of a repeated nanofiltration 9 subjected. Diafiltration water also becomes in this filtration stage 83 used in the form of distillate from the membrane distillation. To prevent product loss, the retentate 92 the nanofiltration 9 in the nanofiltration 60 recycled.

Zur Entfernung weiterer Schadstoffe, insbesondere für die Erzeugung einer hochwertigen Milchsäure zur Polymerisation, wird das Permeat 91 der Nanofiltration 9 in der Polishing-Einheit 90 weiter gereinigt. Periodisch wird dabei ein Teilstrom des Nanofiltrations-Retentats 94 in das Abwasser geleitet.To remove further pollutants, in particular for the production of a high-quality lactic acid for the polymerization, the permeate 91 the nanofiltration 9 in the polishing unit 90 further cleaned. Periodically, a partial stream of nanofiltration retentate 94 directed into the sewage.

2 zeigt die Weiterbearbeitung des Permeats aus der Nanofiltration 9 zu 100%iger Milchsäure, die zur besseren Lagerung mit vollentsalztem Wasser über die Zuleitung 53 zu 90%iger Milchsäure verdünnt wird. Dazu wird das Permeat aus der Nanofiltration zunächst in eine Polishing-Einheit 90 geleitet, die aus folgenden Teilen bestehen kann: Kationenaustauscher und/oder Anionenaustauscher und/oder Aktivkohlereinigung. Die bei der Regeneration der Austauscherharze anfallenden Regenerationslösungen werden bei höheren Gehalt an Milchsäure über die Zuleitung 192 der Rückpolymerisation im Behälter 110 zugeführt, oder werden bei geringer Milchsäure-Konzentration über die Ableitung 191 in das Abwasser abgeleitet. 2 shows the further processing of the permeate from nanofiltration 9 to 100% lactic acid, for better storage with demineralized water over the supply line 53 diluted to 90% lactic acid. For this purpose, the permeate from the nanofiltration is first in a polishing unit 90 which may consist of the following parts: cation exchanger and / or anion exchanger and / or activated carbon cleaning. The regeneration solutions obtained in the regeneration of the exchange resins are at higher content of lactic acid via the supply line 192 the re-polymerization in the container 110 fed, or are at low lactic acid concentration on the derivative 191 discharged into the sewage.

Die nun nochmals gereinigte konzentrierte Milchsäure wird einer letzten Membrankonzentrierung in Form einer Membrandestillation 10 unterzogen.The now purified again concentrated lactic acid becomes a final membrane concentration in the form of a membrane distillation 10 subjected.

Der Feedstrom zur Membrandestillation 10 wird analog zur Membrandestillation 8 durch regenerativen Wärmetausch mit ablaufendem Produkt und durch Nutzung des Wärmegehaltes der Brüden 152 aus der Ammoniumsulfat-Eindampfung auf ca. 80°C aufgewärmt. Auf der Destillatseite erfolgt ebenfalls die Kühlung mit Kühlwasser 180/181. Das Destillat 101 der Membrandestillation 10 wird ebenfalls für den Ansatz der Nährstoffe in der Fermentation verwendet.The feed stream for membrane distillation 10 becomes analogous to membrane distillation 8th by regenerative heat exchange with expiring product and by using the heat content of the vapors 152 from the ammonium sulfate evaporation to about 80 ° C warmed. On the distillate side cooling also takes place with cooling water 180/181. The distillate 101 the membrane distillation 10 is also used for nutrient uptake in fermentation.

Die bisher durchgeführte Reinigung und Konzentrierung der Milchsäurelösung durch ein Membranverfahren ist für das Produkt schonend und es wird eine konzentrierte Milchsäure von sehr guter Qualität, d.h. polymerisationsfähig erhalten.The past purification and concentration of the lactic acid solution by a membrane process is gentle on the product and produces a concentrated lactic acid of very good quality, i. obtained polymerizable.

Als letzter Konzentrations- und Reinigungsschritt wird eine Destillation 11 durchgeführt. Die Milchsäure wird dabei auf 100 % konzentriert. Die bei der Destillation über Kopf abgehenden Brüden haben noch einen hohen Milchsäuregehalt und werden deshalb zur Vermeidung von Verlusten über die Zuleitung 111 in die Mischvorrichtung 110 zurückgeführt. Gleiches gilt für das Sumpfprodukt der Destillation, das über die Zuleitung 112 in die Mischvorrichtung 110 geführt wird.The last concentration and purification step is a distillation 11 carried out. The lactic acid is concentrated to 100%. The outgoing in the distillation overhead vapors still have a high lactic acid content and are therefore to avoid losses via the supply line 111 in the mixing device 110 recycled. The same applies to the bottom product of the distillation, via the supply line 112 into the mixing device 110 to be led.

Durch die Mischung von Abprodukten aus der Destillation 11 mit den Regenerationswässern aus dem Polishing 90 kommt es zu einer Rückpolymerisation von höheren Milchsäure-Polymeren zum Monomer. Diese Rückpolymerisation findet im Rührbehälter 110 statt. Zur Vermeidung von Verlusten, wird diese Lösung 120 zur Reinigung der Nanofiltration 60 zugeführt. Alternativ kann die Lösung 120 dem Produktstrom vor der SMB-Chromatographiestufe 5 in den Prozess zugeführt werden. Die enthaltenen Verunreinigungen werden dabei mit dem Retentat 64 ins Abwasser 65 aus dem System ausgetragen.By the mixture of waste products from the distillation 11 with the regeneration waters from the polishing 90 There is a re-polymerization of higher lactic acid polymers to the monomer. This repolymerization takes place in the stirred tank 110 instead of. To avoid losses, this solution becomes 120 for cleaning the nanofiltration 60 fed. Alternatively, the solution 120 the product stream before the SMB chromatography step 5 be fed into the process. The impurities contained are thereby with the retentate 64 into the sewage 65 discharged from the system.

Periodisch wird ein Teil des Sumpfproduktes in das Abwasser 113 ausgetragen. Nach der Erzeugung von 100% iger Milchsäure in der Destillation wird durch Zugabe von vollentsalztem Wasser über die Zuleitung 53 eine lagerstabile 80 bis 90%ige Milchsäure als Endprodukt 12 hergestellt.Periodically, a portion of the bottoms product is in the wastewater 113 discharged. After the production of 100% lactic acid in the distillation is by adding deionized water through the feed line 53 a storage stable 80 to 90% lactic acid as the final product 12 produced.

In 3 ist ein Prozessdiagram einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wiedergegeben, bei dem Milchsäure-haltige Nebenprodukte des Verfahrens für die Herstellung eines von Milchsäure verschiedenen Produkts, z.B. in Form von Milchsäure-Ethylester genutzt wird. Der Grundaufbau dieses Prozessdiagrams entspricht dem aus 1, wobei jedoch anstelle der Rückführung des Milchsäure-haltigen Prozessnebenstroms aus der Nanofiltration 9 eine Zuleitung 95 vorgesehen ist, mit der die Milchsäure-haltige Fraktion einer Veresterungsvorrichtung 160 zugeführt wird. Ein weiterer Unterschied des Prozessdiagrams besteht darin, dass die Nanofiltration 60 nicht als Diafiltration durchgeführt wird, sondern dass das über eine reguläre Nanofiltration erzeugte Retentat ebenfalls einer Veresterungsvorrichtung 160 zugeführt wird.In 3 is a process diagram of another embodiment of the present invention is shown, is used in the lactic acid-containing by-products of the process for the production of a product other than lactic acid, for example in the form of lactic acid ethyl ester. The basic structure of this process diagram corresponds to that 1 but instead of recycling the lactic acid-containing process by-pass stream from nanofiltration 9 a supply line 95 is provided, with the lactic acid-containing fraction of an esterification device 160 is supplied. Another difference of the process diagram is that the nanofiltration 60 is not carried out as a diafiltration, but that produced by a regular nanofiltration retentate also an esterification device 160 is supplied.

4 zeigt ein Prozessdiagram für die Weiterbearbeitung des Permeats aus der Nanofiltration 9 analog 2, wobei aus der Destillation 11 über die Ableitungen 111 und 112 abgeleitete Milchsäure-haltige Nebenprodukt nach durchlaufen der Mischvorrichtung 110 einer Veresterungsvorrichtung 160 zugeführt wird. 4 shows a process diagram for the further processing of the permeate from nanofiltration 9 analogous 2 , where from the distillation 11 about the derivatives 111 and 112 derived lactic acid-containing by-product after passing through the mixing device 110 an esterification device 160 is supplied.

5 zeigt ein Prozessdiagramm zur Aufarbeitung von Kristalle bildenden Carbonsäuren. 5 shows a process diagram for working up of crystal-forming carboxylic acids.

Am Beispiel von Bernsteinsäure wird dieser Prozess im Weiteren näher erläutert. Die Permeate der ersten und zweiten Nanofiltration 61 und 62 werden in der nachfolgenden Umkehrosmose 7 auf eine Konzentration von ca. 12 Ma- % konzentriert. Das Konzentrat dieser Bernsteinsäurelösung wird ebenfalls in der dritten Nanofiltration 9 weiter gereinigt, wobei das Retentat 95 einer Veresterung 160 zugeführt wird.The process of succinic acid explains this process in more detail below. The permeates of the first and second nanofiltration 61 and 62 will be in the following reverse osmosis 7 concentrated to a concentration of about 12% by mass. The concentrate of this succinic acid solution is also in the third nanofiltration 9 further purified, the retentate 95 an esterification 160 is supplied.

Das Permeat der dritten Nanofiltration 9 wird anschließend einer Kühlkristallisation 170 zugeführt. Diese Kühlkristallisation kann wie in DE 10 2014 213 637 beschrieben ausgeführt sein. Die erste Stufe der Kühlkristallisation wird mit Kühlwasser 183/184 und die 2. Stufe zur Steigerung der Kristallausbeute mit Kühlsole 185/ 186 betrieben. Als Endprodukt der Kühlkristallisation werden die gereinigten und getrockneten Bernsteinsäure-Kristalle 171 erhalten.The permeate of the third nanofiltration 9 is then a cooling crystallization 170 fed. This cooling crystallization may be as in DE 10 2014 213 637 be executed described. The first stage of the cooling crystallization is done with cooling water 183 / 184 and the 2nd stage to increase the crystal yield with brine 185 / 186 operated. The final product of the cooling crystallization are the purified and dried succinic acid crystals 171 receive.

Nach dem Stand der Technik fällt in der Kühlkristallisation eine konzentrierte Salzlösung an, welche als Mutterlauge bezeichnet wird. Zur Vermeidung von Produktverlusten kann diese Mutterlauge in den Prozess zurückgeführt werden, oder es kann eine Auskreisung aus dem Prozess 173, bevorzugt mit einer Zuführung in eine Veresterung 160 erfolgen.In the prior art, a concentrated salt solution, referred to as a mother liquor, is produced in the cooling crystallization. To avoid product losses, this mother liquor may be recycled to the process, or it may be a leak from the process 173 , preferably with a feed into an esterification 160 respectively.

Die Mutterlauge 173 wird im Rahmen einer Rückführung zweckmäßig der dritten Nanofiltration 9 zugeleitet. Es ist aber ebenso technologisch möglich eine Rückführung / Teilrückführung 174/175 in die erste Nanofiltration 6, oder vor die SMB-Chromatographie 5 vorzunehmen.The mother liquor 173 is useful in the context of a return of the third nanofiltration 9 fed. But it is also technologically possible a return / partial return 174 / 175 in the first nanofiltration 6 , or before the SMB chromatography 5 make.

Im Folgenden wird die Anmeldung anhand einiger Beispiele näher erläutert, die jedoch nicht als maßgeblich für die Beurteilung des Schutzumfangs der vorliegenden Anmeldung anzusehen sind.In the following, the application will be explained in more detail with reference to some examples, which, however, are not to be regarded as authoritative for the assessment of the scope of protection of the present application.

Beispiele: Examples:

Beispiel 1:Example 1:

2- Stufige Nanofiltration, Vergleich der herkömmlichen Nanofiltration mit einer 2-stufigen Nanofiltration und unterschiedlicher Trenngrenze.2-stage nanofiltration, comparison of conventional nanofiltration with a 2-stage nanofiltration and different separation limit.

In einer Nanofiltrations-Anlage einer großtechnischen Versuchsanlage zur Erzeugung organischer Säuren wurde ein Versuch zur Filtration von wässriger Milchsäurelösung durchgeführt. Diese Nanofiltrationsanlage besteht aus zwei Filtrationsloops, mit jeweils einem Druckrohr und einer Loop-Pumpe. Je Druckrohr waren 3 NF-Polymer-Wickelelemente der Baugröße 8038 mit einer Gesamtmembranfläche von 103,5 m2 eingebaut. Es wurden immer Filtrationschargen von ca. 75 m3 filtriert.In a nanofiltration plant of a large-scale experimental plant for the production of organic acids, an experiment for the filtration of aqueous lactic acid solution was carried out. This nanofiltration system consists of two filtration loops, each with a pressure tube and a loop pump. Each pressure tube was fitted with 3 NF polymer winding elements of size 8038 with a total membrane area of 103.5 m 2 . Filtration batches of about 75 m 3 were always filtered.

Die Eckdaten dieser zweistufigen Nanofiltration sind im Folgenden angegeben: Feedprodukt: Permeat einer Nanofiltration mit Trenngrenze 450 Da Feedstrom: 3,5 m3/ h Temperatur: 40 °C Betriebsdruck: 12- 25 bar, ansteigend für gleichbleibende Fluxrate Fluxrate Loop1: 15- 20 l/ m2 h Fluxrate Loop2: 10- 12 l/ m2 h Konzentrationsfaktor: 70 x Diafiltration: 5 % vom Feedstrom The key data for this two-stage nanofiltration are given below: Feed product: permeate of nanofiltration with separation limit 450 Da Feed current: 3.5 m 3 / h Temperature: 40 ° C Operating pressure: 12-25 bar, increasing for constant flux rate Flux Rate Loop1: 15-20 l / m 2 h Flux Rate Loop2: 10-12 l / m 2 h Concentration factor: 70 x diafiltration: 5 % of the feed stream

Es wurde ein Mischpermeat mit folgender Qualität erzeugt: Sulfatgehalt: 240 mg/ l Ammoniumgehalt: 750 mg/ l Phosphatgehalt: 50 mg/ l APHA- Wert: 150 A mixed permeate with the following quality was produced: Sulfate content: 240 mg / l Ammonium content: 750 mg / l Phosphate content: 50 mg / l APHA value: 150

In einer nachfolgenden Versuchsperiode wurde im 2. Filtrationsloop 3 Stück NF-Wickelmodule mit einer niedrigeren Trenngrenze von 200- 300 Da eingebaut. Dies entspricht den Vorgaben für die erfindungsgemäße zweite Nanofiltration. Wie bei der anderen Versuchsperiode wurden auch jeweils ca. 75 m3 in einem Batch filtriert.In a subsequent trial period was in the 2nd Filtration loop 3 Pieces of NF winding modules with a lower separation limit of 200-300 Da installed. This corresponds to the specifications for the second nanofiltration according to the invention. As in the other experimental period, about 75 m 3 each were filtered in a batch.

Es wurden folgende Parameter eingestellt bzw. im Versuch ermittelt: Feedstrom: 3,5 m3/ h Temperatur: 40 °C Betriebsdruck: 10- 18 bar, ansteigend für gleichbleibende Fluxrate Fluxrate Loop1: 20- 23 l/ m2 h Fluxrate Loop2: 10- 15 l/ m2 h Konzentrationsfaktor: 60 x Diafiltration: 7 % vom Feedstrom The following parameters were set or determined during the experiment: Feed current: 3.5 m 3 / h Temperature: 40 ° C Operating pressure: 10-18 bar, increasing for constant flux rate Flux Rate Loop1: 20-23 l / m 2 h Flux Rate Loop2: 10-15 l / m 2 h Concentration factor: 60 x diafiltration: 7 % of the feed stream

Es wurde ein Mischpermeat mit folgender Qualität erzeugt: Sulfatgehalt: 90 mg/ l Ammoniumgehalt: 450 mg/ l Phosphatgehalt: 20 mg/ l APHA- Wert: 45 A mixed permeate with the following quality was produced: Sulfate content: 90 mg / l Ammonium content: 450 mg / l Phosphate content: 20 mg / l APHA value: 45

Ein Vergleich zwischen der herkömmlichen Nanofiltration und der Trennung in erste und zweite Nanofiltration mit unterschiedlicher Trenngrenze ist in der folgenden Tabelle 1 wiedergegeben: Tabelle 1 Parameter Herkömmliche Nanofiltration Erfindungsgemäße Nanofiltration Verbesserung Permeatqualität Cut off Loop 1 ( Da ) 400- 450 400- 450 Cut off Loop II ( Da ) 400- 450 200- 300 Sulfatkonzentration (mg/l) 240 90 62,5 % Phosphatkonzentration (mg/l) 50 20 60 % Ammoniumgehalt (mg/l) 750 450 40 % APHA- Wert 150 45 70 % A comparison between the conventional nanofiltration and the separation into first and second nanofiltration with different separation limit is given in Table 1 below: TABLE 1 parameter Conventional nanofiltration Nanofiltration according to the invention Improvement of permeate quality Cut off Loop 1 (Da) 400-450 400-450 Cut off Loop II (Da) 400-450 200-300 Sulfate concentration (mg / l) 240 90 62.5% Phosphate concentration (mg / l) 50 20 60% Ammonium content (mg / l) 750 450 40% APHA value 150 45 70%

Beispiel 2:Example 2:

Dritte Nanofiltration: Nanofiltration einer 50 % igen MilchsäurelösungThird Nanofiltration: Nanofiltration of a 50% lactic acid solution

In einer kleintechnischen Filtrations- Versuchsanlage wurde ein Versuch zur Nanofiltration von 50 % ien Milchsäure durchgeführt. Dazu wurde ein Polymer-Wickelelement mit einer Filterfläche von 0,23 m2 verwendet. Die Trenngrenze betrug 200- 300 Da. Es wurden 200 l einer auf 50% igen Milchsäure aus der ersten Eindampfstufe einer großtechnischen Versuchsanlage als Feedprodukt verwendet.In a small scale filtration experimental plant, an attempt was made to nanofilter 50% lactic acid. For this purpose, a polymer winding element with a filter area of 0.23 m 2 was used. The separation limit was 200-300 Da. 200 l of a 50% strength lactic acid from the first evaporation stage of a large-scale pilot plant was used as feed product.

Folgende Parameter konnten im Filtrationsversuch ermittelt werden. Permeatmenge: 192 l Retentatmenge: ca. 8 l Konzentrationsfaktor: 20 x Filtrationsausbeute: 95 % Filtrationsdruck: 33 bar Fluxrate: ca. 20 l/m2 h pH- Wert Feedlösung: 1,25 APHA- Wert Feed: 145 APHA- Wert Permeat: 25 Reduzierung APHA- Wert: 83 % The following parameters could be determined in the filtration test. permeate: 192 l retentate: about 8 l Concentration factor: 20 x Filtration Yield: 95 % Filtration pressure: 33 bar flux rate: about 20 l / m 2 h pH value feed solution: 1.25 APHA value feed: 145 APHA value permeate: 25 Reduction of APHA value: 83 %

Im Vergleich zur Konzentration im Feedprodukt wurde im erhaltenen Permeat-Pool von folgenden Stoffgruppen eine Reduzierung ermittelt: Glucose: 70 % Ammonium: 75 % Sulfat: 95 % In comparison to the concentration in the feed product, a reduction was determined in the permeate pool obtained from the following substance groups: Glucose: 70% Ammonium: 75% Sulfate: 95%

Die Permeabilität der Membran in Bezug auf Milchsäure wurde mit 96 % ermittelt, dass bedeutet, dass trotz des niedrigen pH- Wertes nur ein geringer Teil der Milchsäure bevorzugt im Retentat angereichert wird. Dieser Versuch zeigt demzufolge, dass auch eine 50 % ige Milchsäure mit einer engen Nanofiltrationsmembran gereinigt werden kann.The permeability of the membrane with respect to lactic acid was found to be 96%, which means that despite the low pH only a small part of the lactic acid is preferentially enriched in the retentate. This experiment shows that even a 50% lactic acid can be purified with a narrow nanofiltration membrane.

Beispiel 3:Example 3:

Dritte Nanofiltration: Nanofiltration einer 50 % igen MilchsäureThird Nanofiltration: Nanofiltration of a 50% lactic acid

In einer technischen Versuchsanlage wurde unter Verwendung eines NF-Polymer- Wickelmoduls der Baugröße 2540 folgende Ergebnisse ermittelt. Konzentrationsfaktor: ca. 7 x Filtrationsausbeute: 88 % Filtrationsdruck: 20 bar Fluxrate: ca. 9 l/m2 h pH- Wert Feedlösung: 1,1 APHA- Wert Feed: 290 APHA- Wert Permeat: 42 Reduzierung APHA- Wert: 85,5 % Aminosäuren Feed: 258 mg/ l Aminosäuren Permeat: 104 mg/ l Reduzierung Aminosäuren: 60 % In a technical test facility, the following results were determined using a size 2540 NF polymer winding module. Concentration factor: about 7 x Filtration Yield: 88 % Filtration pressure: 20 bar flux rate: about 9 l / m 2 h pH value feed solution: 1.1 APHA value feed: 290 APHA value permeate: 42 Reduction of APHA value: 85.5 % Amino Acids Feed: 258 mg / l Amino Acids Permeate: 104 mg / l Reduction of amino acids: 60 %

Beispiel 4:Example 4:

In einer Umkehrosmose- Anlage einer großtechnischen Versuchsanlage zur Erzeugung organischer Säuren wurde ein Versuch zur Konzentrierung von wässriger Milchsäurelösung durchgeführt. Die Umkehrosmoseanlage bestand aus zwei Membranstufen, wobei in der 1. Stufe 6 Stück Polymer-Wickelmodule der Baugröße 4040 mit einer Filterfläche von 94,7 m2 und in der 2. Stufe 3 Stück Wickelelemente mit einer Membranfläche von 47,3 m3 eingebaut waren. Der Versuch wurde über einen Zeitraum von 72 h mit Erfolg durchgeführt, wobei folgende Parameter ermittelt wurden: Feedprodukt: Permeat einer Nanofiltration mit Trenngrenze 450 Da Feedstrom: 3,5 m3/ h Temperatur: 38 °C Betriebsdruck: 75 bar Permeatstrom 1. Bank: 1,77 m3/ h Permeatstrom 2. Bank: 0,45 m3/ h Konzentratstrom: 1,3 m3/ h Volumenkonzentrationsrate: 2,7 x LA- Konzentration Feedstrom: 86 g/ l LA- Konzentration Konzentratstrom: 230 g/ l In a reverse osmosis plant of a large-scale experimental plant for the production of organic acids, an attempt was made to concentrate aqueous lactic acid solution. The reverse osmosis system consisted of two membrane stages, wherein in the 1st stage 6 Piece of 4040 polymer wound modules with a filter area of 94.7 m 2 and in the second stage 3 Piece winding elements with a membrane area of 47.3 m 3 were installed. The experiment was successfully carried out over a period of 72 h, with the following parameters being determined: Feed product: permeate of nanofiltration with separation limit 450 Da Feed current: 3.5 m 3 / h Temperature: 38 ° C Operating pressure: 75 bar Permeate stream 1st bank: 1.77 m 3 / h Permeate stream 2nd bank: 0.45 m 3 / h Concentrate stream: 1.3 m 3 / h Volume concentration rate: 2.7 x LA concentration feed stream: 86 g / l LA concentration concentrate stream: 230 g / l

Beispiel 5:Example 5:

In einer 1-stufigen technischen Versuchsanlage wurde mit einem Polymer-Wickelmodul der Baugröße 2540 ein Versuch zur Hochdruck- Umkehrosmose durchgeführt.In a 1-stage technical pilot plant a high-pressure reverse osmosis test was carried out with a size 2540 polymer winding module.

Es wurden folgende Parameter in diesem Versuch ermittelt: Betriebsdruck: 120 bar Temperatur: 24,5 °C Fluxrate: 15,2 l/m2 h Volumenkonzentrationsrate: 2,8 x LA- Konzentration Feedstrom: 117 g/ kg LA- Konzentration Konzentratstrom: 328 g/ kg The following parameters were determined in this experiment: Operating pressure: 120 bar Temperature: 24.5 ° C flux rate: 15.2 l / m 2 h Volume concentration rate: 2.8 x LA concentration feed stream: 117 g / kg LA concentration concentrate stream: 328 g / kg

Beispiel 6:Example 6:

In einer Versuchsanlage mit einer mehrstufigen Vakuum-Multi-Effekt-Membrandestillation (Hersteller der Membranmodule: Fa. Memsys) und einer Membranfläche von 6,4 m2 wurden folgende Parameter ermittelt: Feedstrom: 130 l/ h Rezirkulation: 95 l/ h Destillatfluss: 35 l/ h Fluxrate: 5,5 l/ m2 h Destillationstemperatur: 70- 74 °C Destillatablauftemperatur: ca. 37 °C Volumenkonzentrationsrate: 6,5 x LA- Konzentration Feedstrom: 110,5 g/ kg LA- Konzentration Konzentratstrom: 714,6 g/ kg Rückhalt Milchsäure: 99,6 % In a pilot plant with a multi-stage vacuum multi-effect membrane distillation (manufacturer of the membrane modules: Messrs. Memsys) and a membrane area of 6.4 m 2 , the following parameters were determined: Feed current: 130 l / h recirculation: 95 l / h Distillate flow: 35 l / h flux rate: 5.5 l / m 2 h Distillation temperature: 70-74 ° C Distillate outlet temperature: about 37 ° C Volume concentration rate: 6.5 x LA concentration feed stream: 110.5 g / kg LA concentration concentrate stream: 714.6 g / kg Lactic acid retention: 99.6 %

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Fermentationfermentation
22
Separationseparation
33
Ultrafiltrationultrafiltration
44
Ansäuerungacidification
55
SMB-ChromatographieSMB chromatography
66
Nanofiltration INanofiltration I
77
Umkehrosmosereverse osmosis
88th
Membrandestillation IMembrane distillation I
99
Nanofiltration IIINanofiltration III
1010
Membrandestillation IIMembrane distillation II
1111
Destillationdistillation
1212
Endprodukt 90 % MilchsäureFinal product 90% lactic acid
2121
Biomassesuspensionbiomass suspension
3030
Ultrafiltration- HochkonzentrierungUltrafiltration high concentration
3131
Permeat UltrafiltrationPermeate ultrafiltration
3232
Retentat Ultrafiltration, Feed HochkonzentrierungRetentate ultrafiltration, feed high concentration
3333
Permeat Ultrafiltration HochkonzentrierungPermeate Ultrafiltration High Concentration
5151
SMB- RaffinatSMB raffinate
5252
VE-Wasser-Eluent SMBDI water eluent SMB
5353
VE-Wasser, Verdünnung 100% MilchsäureDI water, dilution 100% lactic acid
60 60
Nanofiltration IINanofiltration II
6161
Permeat Nanofiltration IPermeate Nanofiltration I
6262
Retentat Nanofiltration I, Feed Nanofiltration IIRetentate Nanofiltration I, Feed Nanofiltration II
6363
Permeat Nanofiltration IIPermeate nanofiltration II
6464
Retentat Nanofiltration IIRetentate nanofiltration II
6565
Abwassersewage
7171
Permeat UmkehrosmosePermeate reverse osmosis
8080
Destillat Membrandestillation IDistillate membrane distillation I
8181
Destillat Membrandestillation I, Eluent SMBDistillate membrane distillation I, eluent SMB
8282
Wasser Diafiltration Nanofiltration IIWater Diafiltration Nanofiltration II
8383
Wasser Diafiltration Nanofiltration IIIWater Diafiltration Nanofiltration III
9090
Polishing EinheitPolishing unit
9191
Permeat Nanofiltration IIIPermeate Nanofiltration III
9292
Retentat Nanofiltration IIIRetentate Nanofiltration III
9393
Retentatrückführung Nanofiltration IIIRetentate recycling Nanofiltration III
9494
Retentat Nanofiltration III, AbwasserRetentate nanofiltration III, wastewater
9595
Retentat Nanofiltration IIIRetentate Nanofiltration III
100100
Medienansatz FermentationMedia approach fermentation
101101
Destillat Membrandestillation IIDistillate Membrane Distillation II
110110
Mischen, RückoligomerisierungMixing, re-oligomerization
111111
Brüden-DestillationVapor distillation
112112
Rückführung Sumpfprodukt DestillationRecycling bottom product distillation
113113
Sumpfprodukt Destillation- AbwasserBottom product distillation wastewater
114114
Mischprodukt Rückoligomerisierung zur VeresterungMixed product Rückoligomerisierung for esterification
120120
Rückführung zur Nanofiltration IIRecycling to nanofiltration II
121121
Rückführung zur SMB- ChromatographieFeedback to SMB chromatography
130130
Retentat Ultrafiltration Hochkonzentrierung- AbwasserRetentate ultrafiltration high-concentration wastewater
140140
konzentrierte Schwefelsäureconcentrated sulfuric acid
150150
Eindampfung SMB-RaffinatEvaporation SMB raffinate
151151
Brüden Eindampfung SMB-Raffinat zur thermischen Nutzung in MD IVapors evaporation SMB raffinate for thermal utilization in MD I
152152
Brüden Eindampfung SMB-Raffinat zur thermischen Nutzung in MD IIVapors evaporation SMB raffinate for thermal utilization in MD II
153153
Brüden Eindampfung SMB-Raffinat als Eluent SMBVapors evaporation SMB raffinate as eluent SMB
160160
Veresterungesterification
170170
Kühlkristallisationcooling crystallization
171171
Bernsteinsäure KristalleSuccinic acid crystals
172172
Mutterlauge Rückführung Nanofiltration IIIMother liquor recycling nanofiltration III
173173
Mutterlauge zur VeresterungMother liquor for esterification
174174
Mutterlauge Rückführung Nanofiltration IMother liquor recycling Nanofiltration I
175175
Mutterlauge Rückführung SMB- ChromatographieMother liquor recycling SMB chromatography
181181
Kühlwasser Vorlauf MembrandestillationCooling water flow Membrane distillation
182 182
Kühlwasser Rücklauf MembrandestillationCooling water return membrane distillation
183183
Kühlwasser Vorlauf KühlkristallisationCooling water flow cooling crystallization
184184
Kühlwasser Rücklauf KühlkristallisationCooling water return cooling crystallization
185185
Kühlsole Vorlauf KühlkristallisationCooling brine flow cooling crystallization
186186
Kühlsole Rücklauf KühlkristallisationCooling brine return cooling crystallization
191191
Abwasser PolishingWastewater Polishing
192192
Verwertung Spülwasser PolishingRecycling rinse water polishing

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 8957249 [0004]US 8957249 [0004]
  • WO 2013/064219 [0005]WO 2013/064219 [0005]
  • WO 2014/106532 A2 [0006]WO 2014/106532 A2 [0006]
  • WO 2014/106532 [0006]WO 2014/106532 [0006]
  • DE 102014213637 A1 [0052]DE 102014213637 A1 [0052]
  • DE 102014213637 [0068, 0092]DE 102014213637 [0068, 0092]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • J. Dahlmann et al., British Polymer Journal, Bd. 23 (1990), S. 235-240, hervor [0002]Dahlman, J., et al., British Polymer Journal, 23: 235-240, 1990 [0002]

Claims (17)

Verfahren zur Aufreinigung von Carbonsäuren aus Fermentationsprozessen, wobei: (i) eine Biomasse-freie, angesäuerte, Carbonsäure-haltige Fermentationsmischung einer Simulated-Moving-bed-Chromamographiestufe unterzogen wird, (ii) die aus Schritt (i) erhaltene Carbonsäure-haltige Fraktion einer ersten Nanofiltration unterzogen wird, und (iii) die aus Schritt (ii) erhaltene Carbonsäure-haltige Retentat-Fraktion einer zweiten Nanofiltration unterzogen wird, die eine gegenüber der ersten Nanofiltration geringere Trenngrenze aufweist.Process for the purification of carboxylic acids from fermentation processes, in which: (i) subjecting a biomass-free, acidified, carboxylic acid-containing fermentation mixture to a Simulated Moving-Bed chromosome stage, (ii) subjecting the carboxylic acid-containing fraction obtained from step (i) to a first nanofiltration, and (iii) subjecting the carboxylic acid-containing retentate fraction obtained from step (ii) to a second nanofiltration which has a lower cut-off limit than the first nanofiltration. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Carbonsäure in Form einer Hydroxycarbonsäure und bevorzugt in Form von Milchsäure vorliegt.Method according to Claim 1 , characterized in that the carboxylic acid is in the form of a hydroxycarboxylic acid and preferably in the form of lactic acid. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die aus Schritt (ii) erhaltene Carbonsäure-haltige Fraktion einer Umkehrosmose unterzogen wird.Method according to Claim 1 or 2 , characterized in that the obtained from step (ii) carboxylic acid-containing fraction is subjected to a reverse osmosis. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die aus der Umkehrosmose erhaltene Carbonsäure-haltige Fraktion einer Membrandestillation unterzogen wird.Method according to Claim 3 , characterized in that the obtained from the reverse osmosis carboxylic acid-containing fraction is subjected to a membrane distillation. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Carbonsäure-enthaltende Fermentationsmischung vor der Zugabe in die Simulated-Moving-bed Chromamographiestufe im Schritt (i) einer Vorreinigung unterzogen wird, die eine Abtrennung von Biomasserückständen und ein Ansäuern des erhaltenen Rohprodukts, vorzugsweise mit Schwefelsäure, umfasst, um die Biomasse-freie, angesäuerte, Carbonsäure-haltige Fermentationsmischung zu bilden.Method according to one of Claims 1 to 4 characterized in that a carboxylic acid-containing fermentation mixture, prior to being added to the simulated Moving-bed chromamography step in step (i), is subjected to a pre-purification comprising separation of biomass residues and acidification of the resulting crude product, preferably with sulfuric acid to form the biomass-free, acidified, carboxylic acid-containing fermentation mixture. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die für die erste Nanofiltration verwendete Membran eine Trenngrenze von 500 Dalton oder weniger, bevorzugt 400 Dalton oder weniger, und besonders bevorzugt etwa 400 bis 300 Dalton aufweist.A method according to any one of the preceding claims, characterized in that the membrane used for the first nanofiltration has a cut-off of 500 daltons or less, preferably 400 daltons or less, and more preferably about 400 to 300 daltons. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die für die zweite Nanofiltration verwendete Membran eine Trenngrenze von 300 Dalton oder weniger, bevorzugt 250 Dalton oder weniger, und besonders bevorzugt etwa 200 Dalton aufweist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the membrane used for the second nanofiltration has a cut-off of 300 daltons or less, preferably 250 daltons or less, and more preferably about 200 daltons. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren keinen Schritt des Kristallisierens und für die Aufreinigung der Carbonsäure bis zu einer Konzentration von etwa 40 % keinen Schritt des Behandelns der Carbonsäure mit Aktivkohle und/oder Ionenaustauscher einbezieht.A method according to any one of the preceding claims, characterized in that the method does not involve a step of crystallizing and for the purification of the carboxylic acid to a concentration of about 40%, no step of treating the carboxylic acid with activated carbon and / or ion exchanger. Verfahren gemäß Anspruch 4 oder einem davon abhängigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das aus der Simulated-Moving-bed-Chromatographiestufe erhaltene Salz-haltige Nebenprodukt einer Eindampfung unterzogen wird, und dass die aus dieser Eindampfung gewonnene Abwärme für die Membrandestillation genutzt wird.Method according to Claim 4 or any claim depending thereon, characterized in that the salt-containing by-product obtained from the simulated moving-bed chromatography step is subjected to evaporation, and that the waste heat obtained from this evaporation is used for membrane distillation. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das aus der Simulated-Moving-bed-Chromatographiestufe erhaltene Salz-haltige Nebenprodukt einer Eindampfung unterzogen wird und das während der Eindampfung freigesetzte Destillat der Simulated-Moving-bed-Chromatographiestufe (i) als Eluent wieder zugeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the salt-containing by-product obtained from the simulated moving-bed chromatography step is subjected to evaporation and the distillate of the simulated moving-bed chromatography step (i) released during the evaporation is used as eluent is fed again. Verfahren gemäß Anspruch 4 oder einem davon abhängigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die aus der Membrandestillation erhaltene Carbonsäure-haltige Fraktion einer dritten Nanofiltration unterzogen wird, die vorzugsweise bei einem pH von mindestens 3 und insbesondere etwa 1,5 durchgeführt wird, und bevorzugt eine Trenngrenze im Bereich von etwa 150 bis 250 Dalton aufweist.Method according to Claim 4 or a claim dependent thereon, characterized in that the carbonic acid-containing fraction obtained from the membrane distillation is subjected to a third nanofiltration, which is preferably carried out at a pH of at least 3 and in particular about 1.5, and preferably a separation limit in the range of about 150 to 250 daltons. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die nach den Verfahrensschritten gemäß den vorstehenden Ansprüchen erhaltene Carbonsäure-haltige Fraktion einer Destillation unterzogen wird, wobei bevorzugt der in der Destillation anfallende Rückstand mit Wasser versetzt und anschließend der Aufreinigung vor dem Schritt (iii) gemäß Anspruch 1 zugeführt wird.A process according to any one of the preceding claims, characterized in that the carbonic acid-containing fraction obtained by the process steps according to the preceding claims is subjected to distillation, water preferably being added to the residue obtained in the distillation, followed by purification prior to step (iii). according to Claim 1 is supplied. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren nach der dritten Nanofiltration eine Kristallisation einbezieht und dass es sich bei der Carbonsäure um eine Kristalle bildende Carbonsäure handelt.Method according to Claim 11 , characterized in that the process after the third nanofiltration involves crystallization and that the carboxylic acid is a carboxylic acid forming crystals. Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kristallisation als Kühlkristallisation durchgeführt wird, wobei die erhaltene Mutterlauge in vorgelagerte Stufen des Verfahrens zurückgeführt wird. Method according to Claim 13 , characterized in that the crystallization is carried out as a cooling crystallization, wherein the resulting mother liquor is recycled to upstream stages of the process. Vorrichtung zur Aufreinigung von Carbonsäuren aus Fermentationsprozessen umfassend eine Simulated-Moving-bed-Chromamographiestufe (4), die in Fließverbindung mit einer ersten Nanofiltrationsstufe (6) steht, und eine zweite Nanofiltrationsstufe (60), die in Fließverbindung mit der Retentatseite der ersten Nanofiltrationsstufe steht, wobei die zweite Nanofiltrationsstufe eine Membran mit einer im Vergleich zur Membran der ersten Filtrationsstufe geringeren Trenngrenze aufweist.An apparatus for purifying carboxylic acids from fermentation processes comprising a simulated moving bed chromosome stage (4) in fluid communication with a first nanofiltration stage (6) and a second nanofiltration stage (60) in fluid communication with the retentate side of the first nanofiltration stage , wherein the second nanofiltration stage has a membrane with a lower separation limit compared to the membrane of the first filtration stage. Vorrichtung gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin eine Umkehrosmosestufe (7) aufweist, die in Fließverbindung mit der zweiten Nanofiltrationsstufe (60) steht und bevorzugt zusätzlich eine Membrandestillationsstufe (8) aufweist, die in Fließverbindung mit der Umkehrosmosestufe (7) steht.Device according to Claim 15 characterized in that it further comprises a reverse osmosis stage (7) which is in flow communication with the second nanofiltration stage (60) and preferably additionally comprises a membrane distillation stage (8) in fluid communication with the reverse osmosis stage (7). Vorrichtung gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine der Membrandestillationsstufe (8) in Fließrichtung nachgeschaltete Destillationsvorrichtung (11) aufweist, die eine oder mehrere Überleitungen aufweist, mit denen bei der Destillation entstehende Rückstände mit Wasser versetzt und vor der zweiten Nanofiltrationstufe (60) in die Vorrichtung zurückgeführt werden können.Device according to Claim 16 , characterized in that it has one of the membrane distillation stage (8) in the flow direction downstream distillation apparatus (11) having one or more cross-overs, with which formed in the distillation residues with water and recycled before the second Nanofiltrationstufe (60) in the device can be.
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