ES2203959T3 - Procedimiento para purificar acido lactico. - Google Patents
Procedimiento para purificar acido lactico.Info
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Abstract
Porcedimiento que comprende la recuperación y la purificación de una solución de ácido láctico obtenida inicialmente a partir de un medio de fermentación o de cualquier otra fuente, que consiste en un pretratamiento destinado a eliminar las cargas iónicas capaces de catalizar la condensación del ácido láctico y basado en el principio de un intercambio iónico o de cualquier otro principio semejante, seguido por al menos una etapa de concentración, a baja temperatura y con tiempo de permanencia corto y con al menos una etapa de destilación del ácido láctico según un procedimiento del tipo capa delgada.
Description
Procedimiento para purificar ácido láctico.
El ácido láctico o ácido
2-hidroxipropanoico es un ácido carboxílico
\alpha-hidroxilado el cual puede ser producido
por medio de fragmentación de varios substratos carbonados puros
(glucosa, sucrosa, lactosa, etc.) o impuros (productos de la
hidrólisis del almidón, melazas, lactosuero, etc.), utilizando
microorganismos tales como bacterias de los géneros
Lactobacillus, Pediococcus, Lactococcus y
Streptococcus, o ciertos hongos tales como Rhizopus
Oryzae. Otras vías para obtener ácido láctico, por medio de
transformaciones químicas de reactivos derivados de la
petroquímica, tales como la hidrólisis de lactonitrilo, obtenido a
su vez a partir del acetaldehído, la cloración y la hidrólisis de
ácido propiónico, o incluso por medio de la nitración del propeno,
son conocidos para el experto en
la materia.
la materia.
El ácido láctico existe en dos formas
diastereoisoméricas: el ácido L(+) y D(-) láctico, y encuentra
nuevas aplicaciones cada día, desde la utilización convencional como
un conservante alimenticio hasta los novedosos desarrollos tales
como la síntesis de solventes, pesticidas, herbicidas, polímeros
biodegradables, etc. No obstante, debido a la exigencia creciente
de los criterios de calidad requeridos y a la necesidad de lograr
unos costos de producción compatibles con el mercado, es crucial
desarrollar técnicas de purificación eficaces poco costosas.
El ácido láctico puede ser purificado o bien
mediante precipitación en forma de lactatos metálicos seguida de
una reacción de neutralización con ácido sulfúrico (Maesato K.,
Komori A., Taki Chem. Co., JP 6.272.646 (25/09/85)), o bien
mediante esterificación con un alcohol, destilación e hidrólisis
del éster formado (Boroda T.A., Polovko V.N., Chistyakova E.A.,
Pishch. Prom. 1966, 4, 35-8), o bien mediante
electrodiálisis (Jacquement J.C., Rhone-Poulenc,
DE-1.957.395 (14/11/68)). Estos procedimientos
adolecen en el primer caso, de la mala calidad del producto y de
grandes pérdidas de ácido láctico, mientras que en los otros dos
casos de costes prohibitivos. Un procedimiento de purificación más
reciente consiste en extraer el ácido láctico mediante extracción
líquido/líquido por medio de por lo menos un solvente orgánico no
miscible en agua, en presencia o no de por lo menos una base de
Lewis tal como una amina terciaria. De acuerdo con este
procedimiento, el ácido láctico debe ser recuperado en una segunda
etapa por medio de una retroextracción líquido/líquido. Esta etapa
permite transferir el ácido láctico nuevamente al agua. (Baniel
A.M., Blumberg R., Hadju K., IMI, DE 2.329.480 (19/06/72); Baniel
A.M., Miles Lab., EP 49.429 (06/10/80)): Por último, el ácido
láctico en forma ácida y/o en forma de lactato de amonio o lactato
metálico puede ser purificado mediante el paso a través de columnas
intercambiadores de iones, catiónicos y/o aniónicos (Napierala W.,
Siminski M, Przem. Ferment. Rolny. 1972, 16 (12),
4-10; Shkurino O. V., Dauksha V.E.,
Khim-Farm. Zh. 1986, 20 (10),
1375-77; Maesato K., Komori A., Taki Chem.
Co., JP 6.272.646 (25/09/85); Obara H., Shimadzu Corp., JP
63. 188.632 (30/01/87); Obara H.,Shimadzu Corp., JP 0.191.788
(30/09/87); Zeleneva N.A., Ivanova E.V., Karpushina I.A., Gaevskaya
M.V., Teoriya I Prakitika Sorbtsionnykil Protsessov, 1982,
67-69).
Debe observarse que todas estas operaciones de
purificación son en general llevadas a cabo a partir de soluciones
diluidas de ácido láctico en agua. Esto se justifica por la
estructura misma del ácido láctico portador a la vez de una función
hidroxilo y de un grupo ácido carboxílico. En efecto, la
bifuncionalidad del ácido láctico es el origen de reacciones de
condensación que generan unidades lactoiláctico, dilactoiláctico,
trilactoiláctico, .... (n-lactoiláctico) también
denominadas oligómeros de ácido láctico. Estas reacciones de
condensación o de oligomerización tienden hacia un equilibrio, pero
un tanto más probables cuanto más elevada es la concentración de
la solución acuosa de partida (Holten, C.H., "Lactic acid:
Properties and chemistry of lactic acid and derivatives", Verlag
Chemie, 1971). La figura 1 muestra el equilibrio que existe entre la
forma monomérica del ácido láctico y los oligómeros en el
intervalo completo de concentración prevista.
Las reacciones de condensación u oligomerización
del ácido láctico que corresponden de hecho a las reacciones de
esterificación; son catalizadas por unos ácidos y unas bases de
Brönsted y de Lewis. Por ello, con el fin de evitar o de minimizar
la aparición de estas reacciones, es imperativo eliminar cualquier
traza de impurezas susceptibles de catalizar la oligomerización
por medio de una etapa de purificación preliminar. Además, reconoce
también que la temperatura acelera la formación de oligómeros
(Holten, C.H., "Lactic acid: Properties and chemistry of lactic
acid and derivatives", Verlag Chemie, 1971). Esto explica
porqué el ácido láctico en solución acuosa ha sido considerado
durante mucho tiempo como una sustancia poco volátil y que no
puede ser destilada a 100ºC. De hecho, el ácido láctico se
condensa para formar oligómeros cuyo punto de ebullición bajo
presión atmosférica es superior a 100ºC. Estudios más recientes
sobre la destilación del ácido láctico mediante arrastre con vapor
a 160-200ºC muestran que es posible destilarlo con
unos rendimientos del orden de 75 a 85%. No obstante, estas
condiciones drásticas son perjudiciales para la calidad del
producto; es imposible evitar la degradación y la racemización.
Noerdlinger (documentos nº 924.494, nº DE-221.786 y
nº DE 224.664) ha propuesto una variante de la destilación mediante
arrastre con vapor de agua. Esta técnica consiste en hacer pasar
aire o gas inerte caliente a alta velocidad sobre la superficie de
una solución de ácido láctico previamente liberada del agua que
contiene. No obstante, el consumo de energía y los bajos
rendimientos obtenidos hacen que el procedimiento sea poco viable
industrialmente. Para fines de concisión, se puede también señalar
que se han aplicado otros perfiles y disposiciones de aparatos,
que permiten, con mayor o menor éxito, concentrar y destilar el
ácido láctico en solución diluida en agua bajo presión reducida en
un evaporador que presenta una gran superficie de vaporización con
respecto al volumen del líquido previsto (Sepitka A., Prumisil
Potravin 13, 385 y 605 (1962) y 14, 45 y 82 (1963); Shishkini A.V.,
Domanskii I.V., U.S.S.R. 709.613 (10/05/77)).
La presente invención consiste en un
procedimiento para la purificación del ácido láctico en solución
acuosa tal como el obtenido a partir de un medio de fermentación o
de cualquier otra fuente, previamente liberado de los compuestos
sólidos y/o de la biomasa. En cuanto a la etapa de separación de
los compuestos sólidos, se hará referencia a cualquier método
conocido por el experto en la materia tal como centrifugación,
floculación, microfiltración, ... Por el contrario, el
procedimiento de purificación descrito en la presente invención es
original en el sentido en que asegura la obtención de una muy alta
calidad de ácido láctico, con un rendimiento másico particularmente
alto y un consumo mínimo de energía. Por el término "muy alta
calidad" se entiende, unas concentraciones residuales de
impurezas minerales y orgánicas tales que el ácido láctico
purificado puede ser utilizado para aplicaciones farmacéuticas de
acuerdo con cualquiera de las farmacopeas actuales. El ácido
láctico mediante el procedimiento descrito en la presente invención
es además termoestable, es decir que permanece incoloro después de
un tratamiento térmico de 2 horas a 180ºC, y conserva la actividad
óptica del ácido láctico empleado (procedimiento
estereoespecífico). Se entiende por "rendimiento en masa", la
proporción expresada en porcentaje, de la masa del ácido láctico
purificado sobre la masa del ácido láctico empleado;
correspondiendo estas masas a unas concentraciones de ácido láctico
de 100%. Evidentemente la técnica propuesta en la presente
invención puede satisfacer también a las aplicaciones que requieren
una menor pureza. Los aspectos cuantitativo y selectivo de este
procedimiento de purificación están asegurados por la realización
conjunta (1) de un pre-tratamiento que prevé la
eliminación de las sustancias susceptibles de catalizar la reacción
de condensación del ácido láctico, (2)de las condiciones de
temperatura, de tiempo de estancia y de viscosidad que permiten
reducir la intervención de estas mismas reacciones de condensación,
y (3) de las condiciones de temperatura, tiempo de estancia, de
viscosidad, de presión y de perfil del equipo que posibilitan la
concentración hasta alcanzar una concentración en peso de 100%, y
la destilación del ácido láctico.
La presente invención describe un procedimiento
para la purificación del ácido láctico que resulta de una solución
acuosa de este ácido, tal como la obtenida a partir de un medio de
fermentación o de cualquier otra fuente previamente liberada de las
sustancias sólidas y/o de la biomasa. La figura 2 ilustra el
procedimiento de purificación del ácido láctico tal y como está
referido en la presente invención. Este procedimiento comprende
esencialmente las siguientes etapas:
El pre-tratamiento considerado
dentro del marco de la invención consiste en eliminar las
sustancias iónicas capaces de catalizar la condensación o la
oligomerización del ácido láctico. Este
pre-tratamiento se lleva a cabo a una baja
concentración de ácido láctico, es decir a una concentración
inferior a 80%, preferentemente inferior a 50% y más
preferentemente aún inferior a 30%. Un enfoque privilegiado de la
presente invención consiste en utilizar resinas de intercambio
iónico para eliminar las sustancias iónicas. De este modo, el
contacto de la solución de ácido láctico con una resina de
intercambio aniónico que ha sido previamente acondicionada en
forma básica (OH^{-}), permite intercambiar las impurezas
aniónicas contenidas en la solución tratada por grupos hidróxidos.
La presente invención no se detiene en el uso de resinas de
intercambio de aniones sólidos, sino que comprende cualquier otra
técnica conocida por el experto en la materia que permita la
eliminación de las cargas aniónicas en beneficio de iones
hidróxidos, tales como el uso de aminas grasas cuaternizadas y
presentes en forma de hidróxido de amonio en solución en por lo
menos un solvente orgánico no miscible en agua. En este caso, el
intercambio anión/hidróxido tiene lugar en la interfaz de las fases
no miscibles y es seguido por una separación de las fases. Un
enfoque preferido de la invención consiste en hacer proceder la
etapa de intercambio aniónico, por un tratamiento caracterizado
porque la solución de ácido láctico es liberada de las cargas
catiónicas mono-, di-, tri- y/o polivalentes, eventualmente. Las
impurezas catiónicas son eliminadas al poner la solución de ácido
láctico en contacto con la resina de intercambio catiónico que ha
sido previamente acondicionada en medio ácido (H^{+}). Este
enfoque es preferido en cuanto que evita la formación y la
precipitación de hidróxidos metálicos poco solubles en agua,
durante el tratamiento aniónico. Aquí también, la invención no se
limita a las resinas de intercambio catiónico, sino que se extiende
a cualquier otra técnica conocida por el experto en la materia
capaz de intercambiar los cationes de la solución de ácido láctico
en beneficio de protones. Se hace referencia, por ejemplo, al uso
de ácido graso del tipo carboxílico o sulfónico en solución en por
lo menos un solvente orgánico no miscible en agua. El intercambio
catión/protón tiene lugar en la interfaz entre solventes no
miscibles y es seguido por una separación de las fases.
Esta etapa de la invención consiste en concentrar
rápidamente y a baja temperatura la solución de ácido láctico,
previamente tratada según el método utilizado como primera etapa
de la invención (1), hasta lograr una concentración comprendida
entre el 50 y 90%, preferentemente entre 70 y 90%. Un enfoque
preferido de la presente invención prevé conducir esta evaporación
bajo presión reducida, mantenida entre 50 y 500 mbar absolutos, y
preferentemente entre 50 y 250 mbar, con el fin de asegurar que la
solución ebulla a una temperatura tan baja como sea posible. Esta
etapa de la invención es llevada a cabo utilizando cualquier
técnica conocida por el experto en la materia, tal como la
evaporación en una película descendente.
Esta etapa permite la
post-concentración de la solución que sale del
aparato utilizado por la etapa (2), hasta una concentración de
ácido láctico de 100%. La operación puede ser ventajosamente
llevada a cabo, con un tiempo de estancia mínimo y a una
temperatura tan baja como sea posible, en un aparato con película
fina mecánicamente agitado (thin-film evaporator),
o utilizando un evaporador de vía corta (short-path
evaporator). La presión es del orden de 10 a 500 mbar,
preferentemente comprendida entre 50 y 300 mbar y más
preferentemente aún entre 50 y 150 mbar. La temperatura de la pared
de calentamiento del cuerpo del evaporador está ajustada para
soportar la vaporización del agua libre contenida en la solución
que va a ser concentrada sin por lo tanto sobrecalentar esta
última; o sea una temperatura comprendida entre 50 y 150ºC,
preferentemente entre 80 y 120ºC. De forma sorprendente, se ha
observado que si el ácido láctico está presente cuantitativamente
en forma del monómero de ácido láctico (y en ausencia de agua libre,
concentración = 100%), es posible destilarlo bajo presión reducida
en un reactor que maximiza la superficie de vaporización en
relación al volumen del líquido. Además de reivindicación la
utilización de dicho perfil de reactor para destilar el ácido
láctico, la presente invención garantiza la obtención cuantitativa
de este ácido concentrado en forma de monómero destilable antes de
su purificación propiamente dicha por destilación.
Esta etapa está caracterizada porque la solución
desmineralizada y concentrada de ácido láctico, tal como se
produce en las etapas (1) a (3), está sujeta a unas condiciones
tales que el monómero (y, en un menor grado, el dímero) de este
ácido es(son) destilados cuantitativa y selectivamente. Se
entiende que "cuantitativamente" significa que la totalidad
de la fracción destilable es efectivamente destilada. Se entiende
que "selectivamente" significa que únicamente el monómero (y
en un grado menor el dímero) del ácido láctico es(son)
destilados, sin ocasionar impurezas o productos de degradación. Esta
etapa es ventajosamente conducida en un reactor que maximiza la
superficie de vaporización en relación al volumen de líquido, es
decir por un reactor que explota las propiedades de la película
digna. Un enfoque preferido de la presente invención consiste en
utilizar para la destilación del ácido láctico un evaporador de
película fina mecánicamente agitado en cuyo exterior se condensa
el ácido láctico purificado (thin-film evaporator),
o un evaporador de vía corta con un condensador interno
(short-path evaporator). El experto en la materia
conoce bien que tal sistema permite maximizar la superficie de
intercambio térmico y la superficie de vaporización. La
temperatura de la pared es mantenida entre 50 y 180ºC,
preferentemente entre 80 y 160ºC, más preferentemente todavía entre
110 y 160ºC. La presión está comprendida entre 10^{-3} y
10^{+2} mbar absolutos, preferentemente entre 10^{-1} t
2\cdot10^{+1} mbar absolutos, todavía más preferentemente entre
1 y 10 mbar. Un enfoque preferido de la presente invención
considera una disposición vertical del evaporador, que permite una
progresión de la película bajo el impulso combinado de la agitación
mecánica y la gravedad. Según una variante mejorada pero no
esencial de la presente invención, el residuo de purificación
puede ser conducido hacia un segundo destilador en el cual las
condiciones de temperatura y presión son más drásticas (figura 2,
etapa 4bis). El ácido láctico fruto de esta
post-destilación y es parcialmente purificado puede
ser reciclado ya sea hacia la alimentación del destilador
principal (etapa 4), o corriente arriba del procedimiento. Una
versión preferida de la presente invención considera la adición de
una sustancia adicional destinada a facilitar el flujo en capa
fina y la evaporización del ácido láctico durante el o los pasos de
destilación y/o post-destilación. Esta sustancia
adicional comprende cualquier sustancia no tóxica, químicamente
inerte frente al ácido láctico, de baja volatilidad, termoestable y
de baja viscosidad en las condiciones de destilación y
post-destilación, y preferentemente no miscible en
el ácido láctico, con el fin de facilitar su separación mediante
decantación y reciclamiento. A título de ejemplo, se mencionará que
la utilización de parafinas tales como Fina Vestan A80B, A180B y,
preferentemente, A360B, permite favorecer el drenaje de las
impurezas y la evaporación del ácido láctico, respondiendo al mismo
tiempo a las exigencias anteriormente mencionadas. Otros detalles
y particularidades de la invención, dados a continuación a título
de ejemplos no limitativos, se pondrán de manifiesto a partir de la
descripción como algunos modos posibles de realización.
Una solución de ácido láctico obtenida mediante
fermentación es desmineralizada mediante percolación sobre resinas
sólidas de intercambio iónico. El análisis de la solución
alimentada es el siguiente: ácido láctico, 185,1 g/litro, pH 2,25,
sulfatos 1250 ppm, calcio 929 ppm, hierro 15,8 ppm, potasio 133
ppm y sodio 98 ppm. Esta solución es alimentada a razón de 3
BV/hora en la parte superior de una columna que contiene 1 BV de
resina macroporosa catiónica fuerte de estructura de poliestireno
reticulado BAYER Lewatit S 2528 previamente acondicionada en forma
de H^{+} mediante el paso de 120 g de ácido clorhídrico puro por
litro de resina en forma de una solución al 6%. El efluente
recogido a la salida de esta columna es a continuación conducido
hacia una columna que contiene el mismo volumen de resina aniónica
de basicidad medida, formada a partir de grupos amino terciarios y
cuaternarios injertados sobre una estructura de poliestireno
comercializada por BAYER bajo la referencia Lewatit S 4328. Esta
resina es previamente acondicionada en forma básica mediante
percolación de 120 g de sosa cáustica pura en forma de una solución
a una concentración de 4%. Después del tratamiento de un volumen
de solución correspondiente a 15 veces el volumen de la resina
catiónica, el análisis promedio de la solución de ácido láctico
tratada bajo estas condiciones es como sigue: ácido láctico 167
g/litro, pH 1,75, sulfatos 0,7 ppm, calcio 0,8 ppm, hierro 0,3
ppm, potasio 1,1 ppm y sodio 0,9 ppm. La saturación de la resina
catiónica que se manifiesta por un incremento en la concentración de
cationes monovalentes en el efluente proveniente de la primera
columna del sistema ocurre después del paso de 15 BV de solución
de ácido láctico. La saturación de la resina aniónica, puesta en
evidencia por la detección de iones sulfato en el efluente de la
segunda columna del sistema, ocurre después del tratamiento de 18
BV de solución alimentada.
Una solución tratada de acuerdo con el Ejemplo 1
es alimentada continuamente dentro de un evaporador de película
descendente, de acero inoxidable, que presenta una superficie de
evaporación de 0,31 m^{2}. La solución concentrada de ácido
láctico es extraída a la misma velocidad que el caudal de
alimentación del (10,45 l/h^{-1}) con el fin de mantener un nivel
constante en el sistema. El calentamiento de la pared es asegurado
mediante la circulación del aceite caloportador en un forro doble.
Las condiciones de presión y temperatura, y las concentraciones
obtenidas, se muestran en la Tabla 1 siguiente.
| Concentración de una solución acuosa al 18,5% en peso de ácido láctico en un evaporador del tipo de película | ||||
| descendente con una superficie de evaporación de 0,31 m^{2}. | ||||
| Presión | Temperatura | Concentración | Concentración^{(1)} | \Delta de concentración |
| (mbar) | (ºC) | prevista (% en peso) | obtenida (% en peso) | (% en peso) |
| 98 | 46,9 | 70 | 68,3 | - 1,7 |
| 102 | 47,2 | 70 | 71,7 | 1,7 |
| 204 | 68,3 | 70 | 70,2 | 0,2 |
| 100 | 21,8 | 75 | 74,4 | -0,6 |
| 103 | 56,4 | 80 | 79,6 | -0,4 |
| 101 | 69 | 85 | 84,6 | -0,4 |
| 197 | 82,6 | 85 | 86,5 | 1,5 |
| 96 | 68,3 | 85 | 82,1 | -2,9 |
| ^{(1)} la concentración o acidez total es determinada por medio de titulación ácido-base después de la saponificación. |
Una solución al 81,75% en peso de ácido láctico
(tasa de polimerización = 13,19%) es alimentada continuamente
dentro de un evaporador de vidrio de borosilicato de película
fina, mecánicamente agitado con un condensador interno
(short-paht) de marca UIC que presenta superficies
de calentamiento y condensación de 0,06 m^{2} precedido por un
desgasificador-precalentador cuya temperatura es
ajustada mediante circulación de aceite caloportador. El
conjunto es mantenido bajo una presión de 50 a 250 mbar absolutos.
Los resultados mostrados en la Tabla 2 fueron obtenidos utilizando
una temperatura de pared de 100ºC, una temperatura de
desgasificación de 80ºC, una temperatura del condensador de 15ºC,
una velocidad de rotación del rotor de 400 rpm (revoluciones por
minuto) y un caudal de alimentación de 1000 g/h^{-1}.
| Post-concentración de una solución de ácido láctico al 81,75% en peso, en un evaporador del tipo | ||||
| short-path UIC de 0,06 m^{2}. | ||||
| Presión (mbar) | Acidez total de | Acidez total | Tasa de | Rendimiento (%) |
| concentrados^{(1)} | de condensados^{(1)} | polimerización de | ||
| (% en peso) | (% en peso) | concentrados^{(2)} (%) | ||
| 50 | 100,8 | 46,1 | 15,5 | 70,7 |
| 100 | 101,8 | 12,1 | 14,4 | 96,2 |
| 150 | 101,5 | 8,4 | 14,2 | 97,9 |
| 200 | 99,7 | 6,9 | 12,9 | 95,9 |
| 250 | 100,2 | 6,5 | 13,6 | 97,6 |
| ^{(1)} la acidez total es determinada por medio de titulación ácido-básica después de la saponificación. | ||||
| ^{(2)} la tasa de polimerización se define como la relación entre la acidez esterificada (porcentaje en peso del grupo | ||||
| ácido carboxílico en forma de éster) y la acidez total. |
Una solución de ácido láctico desmineralizada tal
como la obtenida en los ejemplos 1, 2 y 3, y que presenta una
concentración de 98,1% en peso (tasa de polimerización = 13,1%),
es mantenida a 100ºC y a presión atmosférica por períodos variables
de tiempo. La Tabla 3 muestra la dependencia de la tasa de
polimerización en función del tiempo de estancia.
| Influencia del tiempo de estancia en caliente sobre la tasa de polimerización de una solución de ácido láctico que | ||
| tiene una acidez total de 98,1% en peso. | ||
| Tiempo de estancia (min) | Acidez libre^{(1)} (% en peso) | Nivel de polimerización ^{(2)} (%) |
| 0 | 85,9 | 12,5 |
| 60 | 83,9 | 14,5 |
| 120 | 81,7 | 16,7 |
| 240 | 74,9 | 23,7 |
| 1050 | 65,0 | 33,8 |
| 1395 | 64,0 | 34,8 |
| ^{(1)} la acidez libre es determinada mediante titulación ácido-básica. | ||
| ^{(2)} la tasa de polimerización se define como la relación entre la acidez esterificada y la acidez total o sea 98,1% en | ||
| peso. |
Una solución de ácido láctico que tiene una
concentración igual a 102% en peso es obtenida de una manera
similar a la descrita en los primeros tres ejemplos de la presente
invención, es alimentada a una velocidad constante dentro de un
evaporador de vidrio de borosilicato de película fina UIC
mecánicamente agitado con un condensador interno
(short-path de marca UIC), que presenta unas
superficies de calentamiento y condensación de 0,06 m^{2}. El
sistema es mantenido bajo una presión de 40 mbar absolutos, con la
temperatura del condensador y la temperatura de la pared
respectivamente ajustadas a 18ºC y 160ºC (Tabla 4). Se asume aquí
que, permaneciendo los otros parámetros constantes, el tiempo de
estancia en el aparato en contacto con la pared calentada incrementa
cuando disminuye el caudal de alimentación.
| Influencia de la temperatura sobre la tasa de polimerización de una solución de ácido láctico al 102% en peso en un | ||||||
| evaporador del tipo short-path UIC de 0 0,06 m^{2}. | ||||||
| Caudal (g/h) | Acidez total (% en peso) | % n - mero^{(1)} (%) | ||||
| Mono - | di - | tri - | tetra - | penta - | ||
| 510 | 111,9 | 2,9 | 50,4 | 33,1 | 10,7 | 2,9 |
| 740 | 112,1 | 3,1 | 57,0 | 28,5 | 8,8 | 2,6 |
| 870 | 109,7 | 3,4 | 60,9 | 27,0 | 8,6 | 0,0 |
| ^{(1)} el porcentaje de n - meros es determinado mediante cromatografía de permeación en gel (GPC). |
Una solución de ácido láctico que tiene una
concentración igual a 102% en peso obtenida de manera similar a la
descrita en los primeros tres ejemplos de la presente invención es
alimentada a una velocidad constante dentro de un evaporador de
vidrio de borosilicato de película fina UIC mecánicamente agitado
con un condensador interno short-path de marca UIV
que presenta unas superficies de calentamiento y condensación de
0,06 m^{2}. El sistema, es alimentado a razón de 730 g/h^{-1},
es mantenido bajo una presión de 40 mbar absolutos. La temperatura
del condensador es mantenida a 18ºC (Tabla 5).
| Influencia de la temperatura sobre la tasa de polimerización en un evaporador short-path UIC de 0,06 m^{2}. | ||||||
| Temperatura (ºC) | Acidez total (% en peso) | % n – mero^{(1)} (%) | ||||
| Mono - | di - | tri - | tetra - | penta - | ||
| 140 | 108,5 | 17,4 | 52,3 | 21,7 | 8,5 | 0,0 |
| 150 | 107,8 | 7,1 | 62,8 | 21,9 | 6,1 | 2,4 |
| 160 | 109,3 | 3,1 | 57,0 | 28,5 | 8,8 | 2,6 |
| ^{(1)} el porcentaje de n - mero es determinado por medio de cromatografía de permeación en gel (GPC). |
Las soluciones de ácido láctico tales como las
obtenidas a partir del Ejemplo 4, son introducidas a una velocidad
constante dentro de un evaporador de vidrio de borosilicato de
película delgada mecánicamente agitado con un condensador interno
shot-path de marca UIC que presenta unas
superficies de calentamiento y condensación de 0,06 m^{2},
precedido por un evaporador-precalentador cuya
temperatura es ajustada mediante circulación de aceite
caloportador. El conjunto es mantenido bajo una presión de 5 mbar
absolutos. La Tabla 6 registra los resultados obtenidos utilizando
una temperatura de pared de 140ºC, una temperatura de
desgasificación de 80ºC, una temperatura del condensador de 15ºC,
una velocidad rotacional del rotor de 400 rpm (revoluciones por
minuto) y un caudal de alimentación comprendido entre 798 y 915
g\cdoth^{-1}. La coloración de los destilados resultantes es
considerada como representativa de su pureza química.
| Influencia de la tasa de polimerización sobre el rendimiento de destilación y la calidad de los destilados | ||||
| (evaporador del tipo short-path UIC de 0,06 m^{2}). | ||||
| Tasa de polimerización | Rendimiento másico | Acidez total de los | Tasa de polimerización | Coloración |
| del fluido empleado (%) | (%) | destilados (% en peso) | delos destilados (%) | (1) (Hazen) |
| 14,5 | 89,8 | 96,5 | 4,1 | 0 |
| 81,5 | 97,9 | 6,5 | 0 | |
| 16,7 | 82,1 | 96,8 | 5,7 | 0 |
| 76,4 | 97,0 | 6,6 | 0 | |
| 23,7 | 66,3 | 96,2 | 7,6 | 20 |
| 64,6 | 95,3 | 7,1 | 20 | |
| 33,8 | 64,8 | 96,5 | 9,5 | 70 |
| 34,8 | 43,8 | 94,9 | 9,4 | 275 |
| ^{(1)} la colocación es determinada según la norma APHA (American Public Health Association) |
Se agrega ácido sulfúrico concentrado (98%)
deliberadamente a una solución de ácido láctico desmineralizada
tal como la obtenida en los ejemplos 1, 2 y 3 y cuya concentración
es de 101,46% en peso. Esta solución a continuación introducida
continuamente dentro de un evaporador de vidrio de borosilicato de
película fina mecánicamente agitado con un condensador interno
short-path de marca UIC que presenta unas
superficies de calentamiento y condensación de tamaño 0,06 m^{2},
precedido por un desgasificador-precalentador cuya
temperatura es ajustada mediante circulación de aceite caloportador
(Tabla 7). El conjunto es mantenido bajo una presión de 3,5 mbar
absolutos. Las condiciones impuestas al sistema son las
siguientes: temperatura de la pared: 130ºC, temperatura de
desgasificación: 84ºC, temperatura del condensador: 10ºC, velocidad
rotatoria del rotor: 400 rpm (revoluciones por minuto).
| Efecto de la adición de ácido sulfúrico a una solución de ácido láctico sobre el rendimiento de evaporación en un | ||||
| evaporador de vía corta UIC de 0,06 m^{2}. | ||||
| Contenido^{(1)} de protones | Contenido^{(1)} de iones | Caudal (g/h) | Rendimiento | Arrastre^{(2)} en el |
| exógenos (mmol/kg) | sulfato exógenos (ppm) | másico (%) | desgasificador | |
| (% en peso) | ||||
| 0 | 0 | 622 | 65,2 | 14,2 |
| 625 | 66,6 | |||
| 623 | 68,0 | |||
| 2,1 | 100 | 630 | 64,6 | 15,6 |
| 631 | 65,8 | |||
| 630 | 69,3 | |||
| 5,2 | 200 | 626 | 68,7 | 14,6 |
| 585 | 69,6 |
| Efecto de la adición de ácido sulfúrico a una solución de ácido láctico sobre el rendimiento de evaporación en un | ||||
| evaporador de vía corta UIC de 0,06 m^{2}. | ||||
| Contenido^{(1)} de protones | Contenido^{(1)} de iones | Caudal (g/h) | Rendimiento | Arrastre^{(2)} en el |
| exógenos (mmol/kg) | sulfato exógenos (ppm) | másico (%) | desgasificador | |
| (% en peso) | ||||
| 8,3 | 400 | 623 | 68,0 | - |
| 618 | 68,5 | |||
| 622 | 69,6 | |||
| 12,5 | 600 | 639 | 46,1 | 75,7 |
| 640 | 45,3 | |||
| 24,0 | 1150 | 644 | 43,6 | - |
| 647 | 37,8 | |||
| ^{(1)}"exógenos" se entiende que son los iones (protones y sulfatos) que son introducidos deliberadamente. | ||||
| ^{(2)} el arrastre en el desgasificador expresa el porcentaje de la masa empleada que es recolectada en el desgasifi- | ||||
| cador después del arrastre vesicular. |
Una solución de ácido láctico cuya concentración
es igual a 98,12% en peso obtenida de una manera similar a la
descrita en los primeros tres ejemplos de la presente invención, es
alimentada a una velocidad constante dentro de un evaporador de
vidrio de borosilicato de película fina mecánicamente agitado con
un condensador interno short-path de arca UIC que
presenta superficies de calentamiento y de condensación de 0,06
m^{2}. El sistema es alimentado a razón de 870 g\cdoth^{-1},
es mantenido bajo una presión de 5 mbar absolutos. La temperatura
del condensador es mantenida a 15ºC mediante circulación de agua, y
la del desgasificador es mantenida a 80ºC mediante circulación de
aceite caloportador (Tabla 8).
| Influencia de la temperatura sobre el rendimiento de la destilación y sobre la calidad del destilado en un evaporador | ||
| del tipo short-path UIC de 0,06 m^{2}. | ||
| Temperatura de pared (ºC) | Rendimiento másico (%) | Coloración^{(1)} (Hazen) |
| 130 | 7902 | <5 |
| 140 | 82,7 | <5 |
| 150 | 88,9 | 70 |
| ^{(1)} La coloración es determinada según la norma APHA. |
La misma solución de ácido láctico al 98,12% en
peso, y las mismas condiciones experimentales utilizadas para el
ejemplo 9, se emplean una vez más para dos caudales diferentes de
alimentación, a 870 y 1120 g\cdoth^{-1} respectivamente con una
temperatura de pared de 150ºC. Como en el ejemplo 5, se considera
que el tiempo de estancia en el aparato evoluciona inversamente
proporcional al caudal de alimentación.
| Influencia del caudal de alimentación sobre el rendimiento de destilación y la calidad del destilado en un | ||
| evaporador del tipo short-path UIC de 0,06 m^{2}. | ||
| Caudal de alimentación (g/h) | Rendimiento másico (%) | Coloración ^{(1)} (Hazen) |
| 870 | 88,9 | 70 |
| 1120 | 85,5 | 20 |
| ^{(1)} la coloración es determinada según la norma APHA. |
Claims (11)
1. Procedimiento para la recuperación y
purificación de una solución acuosa de ácido láctico tal como la
obtenida a partir de un medio de fermentación o de cualquier otra
fuente, caracterizado porque comprende un pretratamiento que
permite eliminar las sustancias iónicas capaces de catalizar la
policondensación del ácido láctico, por lo menos una etapa de
concentración que reduce el riesgo de policondensación del ácido
láctico, y por lo menos una etapa de destilación selectiva y
esencialmente cuantitativa del ácido láctico.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el
cual la concentración y la destilación del ácido láctico se
realizan según el principio de la capa fina.
3. Procedimiento según la reivindicación 1, en el
cual la destilación del ácido láctico recurre a la utilización de
un evaporador de película fina mecánicamente agitado provisto de un
condensador interno o externo.
4. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, en el cual la destilación del ácido láctico
se realiza bajo una presión comprendida entre 10^{-3} y 10^{+2}
mbar absolutos y a una temperatura de la superficie calentada
comprendida entre 110 y 160ºC.
5. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, en el cual la solución de ácido láctico es
suplementada, antes de la destilación, con por lo menos 1%, y como
máximo 20% con respecto a su peso, de un compuesto inerte y no
miscible.
6. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, en el cual el residuo de la destilación
del ácido láctico es sometido a una segunda destilación y
reciclado.
7. Procedimiento según la reivindicación 6, en el
cual el residuo de destilación es suplementado, antes de la
destilación, con por lo menos 1%, y como máximo 20%, con respecto a
su peso, de un compuesto inerte y no miscible.
8. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 ó 2, en el cual el ácido láctico es concentrado
en dos etapas con el fin de alcanzar sucesivamente, una
concentración comprendida entre 50 y 90% en peso y una concentración
de 100% en peso de ácido láctico, bajo unas condiciones de presión
comprendidas entre 50 y 500 mbar absolutos.
9. Procedimiento según la reivindicación 8, en el
cual la segunda etapa de concentración se realiza en un evaporador
de película fina mecánicamente agitado y provisto de un condensador
interno o externo, bajo una presión comprendida entre 10 y 500 mbar
y a una temperatura de la superficie calentada comprendida entre 50
y 150ºC.
10. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 9, en el cual el pretratamiento es efectuado a
partir de una solución acuosa de ácido láctico cuya concentración
es inferior a 80% en peso.
11. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 y 10, en el cual las impurezas aniónicas y
catiónicas son eliminadas utilizando resinas intercambiadores de
iones sólidos o líquidos.
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