ES2265994T3 - Proceso continuo de preparacion de acido lactico. - Google Patents
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Abstract
Proceso continuo para preparar ácido láctico, donde el proceso comprende las fases siguientes de: (a) acidificar una alimentación acuosa [1], que ha sido obtenida por fermentación y principalmente contiene lactato, con una corriente [2] conteniendo ácido inorgánico a un pH de 1 a 2.3 para formar una corriente acuosa [3] que principalmente consiste en ácido láctico y una sal, (b) eliminar la sal de la corriente acuosa [3] que principalmente contiene ácido láctico y sal mediante filtración para formar una primera corriente acuosa [4] que principalmente contiene ácido láctico, (c) pasar la primera corriente acuosa [4] que principalmente contiene ácido láctico por una columna que contiene carbón activado para formar una segunda corriente acuosa [5] que principalmente contiene ácido láctico, (d) someter la segunda corriente acuosa [5] que principalmente contiene ácido láctico hasta una primera fase de la extracción, donde la segunda corriente acuosa [5] que principalmente contiene ácido lácticoes puesta en contacto con una corriente sustancialmente insoluble en agua [6] que contiene un extractante, para formar una fase orgánica [7] que principalmente contiene ácido láctico y extractante y una primera fase acuosa [8] que principalmente contiene impurezas, (e) someter la fase orgánica [7] que principalmente contiene ácido láctico y extractante hasta una segunda fase de la extracción, donde la fase orgánica [7] que principalmente contiene ácido láctico y extractante es puesta en contacto con una corriente acuosa [9] para formar una fase acuosa [10] que principalmente contiene ácido láctico y una fase orgánica [11] que principalmente contiene extractante, donde la fase orgánica [11] que principalmente contiene extractante es reciclada hasta la fase (d), y (f) concentrar la fase acuosa [10] que principalmente contiene ácido láctico mediante evaporación del agua para formar una solución de ácido láctico concentrado en agua [12].
Description
Proceso continuo de preparación de ácido
láctico.
La presente invención se refiere a un proceso
continuo de preparación de ácido láctico a partir de una
alimentación acuosa que ha sido obtenida por fermentación y que
principalmente contiene lactato. Los términos "una alimentación
que principalmente contiene lactato" se refiere a una
alimentación que contiene 250 g de ion lactato/l o menos, en base a
la cantidad total de alimentación, al menos el 90% peso de ión
lactato estando presente como ión lactato libre y la cantidad
restante del ión lactato estando presente como ácido no
disociado.
Muchos métodos son conocidos a partir de la
técnica precedente. WO 99/19290, publicada el 22 Abril 1999,
describe varios métodos de purificación del ácido láctico a partir
de una composición acuosa de ácido láctico y una sal de ácido
láctico (un lactato) disuelta en ella, la composición acuosa
habiendo sido obtenida por la fermentación de una alimentación
adecuada a un pH de 4.8 o menos (Reivindicación 1). El pH de la
composición acuosa es en consecuencia de moderada a fuertemente
acídico, así la composición contiene una cantidad sustancial de
ácido láctico y una cantidad sustancial de lactato. Según la página
4, líneas 21 a 28 de WO 99/19290, esto es en realidad ventajoso,
puesto que el lactato después de su separación del ácido láctico
puede ser reciclado a la fase de fermentación donde sirve como
agente tampón para controlar el pH durante la fermentación. En
cambio, en la página 14, líneas 21 a 30 de WO 99/19290 se establece
que los métodos pueden ser implementados usando composiciones con
un pH de al menos 0.86 hasta menos de 6.0, lo cual implica que a
25°C la proporción molar de ácido láctico y su sal en estas
composiciones es de entre 1.000:1 y 0.007:1. Preferiblemente, estas
composiciones tienen un pH de 1.98 a 5.00 (la proporción molar de
ácido láctico y su sal es de entre 75: 1 y 0.070:1) y en particular
un pH de 3.0 a 4.5 (la proporción molar de ácido láctico y su sal
es de entre 7.0:1 y 0.23:1). Se usa el ácido láctico obtenido por
el método según WO 99/19290. En particular para preparar ácido
poliláctico.
La página 40, línea 23, hasta la página 41,
línea 11, de WO 99/19290 describe una forma de realización
preferida, en la que un medio de cultivo adecuado es fermentado
para formar una composición que contiene ácido láctico y un
lactato. En una fase posterior, los sólidos son separados mediante
por ejemplo, filtración, floculación, centrifugado o una combinación
de tales técnicas, para formar una mezcla acuosa de ácido láctico y
lactato. La mezcla acuosa de ácido láctico y lactato es pasada
directamente a un aparato destinado a la extracción, aunque es
posible que la mezcla acuosa sufra una operación antes de ser
pasada al aparato de extracción. Esta operación, por ejemplo, es
una regularización del pH por la adición de un ácido tal como ácido
sulfúrico, el lactato siendo convertido de ese modo en ácido láctico
(pág. 5, líneas 8 a 14 de WO 99119290). Tal operación tendría el
inconveniente, no obstante, de conducir a la formación de un
producto residual que consiste, por ejemplo, en sulfato de calcio
(el sulfato de calcio está formado por la reacción del lactato
formado durante la fermentación con ácido sulfúrico; en el
transcurso de la fermentación, por ejemplo en la fase de puesta en
marcha, el carbonato de calcio es luego añadido para mantener el pH
del medio de fermentación a un valor lo suficientemente alto),
además, pág. 13, líneas 33-36 de WO 99/19290
claramente establece que los métodos descritos en esta referencia
son adecuados especialmente para purificar el ácido láctico de los
medios del cultivo relativamente acídicos que no necesitan ser
tratados con un ácido y que preferiblemente no han sufrido de hecho
tal operación.
Según la forma de realización preferida descrita
anteriormente de WO 99/19290, la mezcla acuosa de ácido láctico y
lactato es separada, mediante extracción, en una fase orgánica que
principalmente contiene ácido láctico y una fase acuosa que
principalmente contiene lactato. Esta extracción puede llevarse a
cabo a una temperatura de 15°C a 60°C y presión atmosférica, y
según la pág. 28, líneas 29 a 32 de WO 99/19290, el extractante
orgánico usado comprende una amina terciaria, un solvente
conteniendo oxígeno y un hidrocarburo, preferiblemente del 60 al
80% en peso de una alquilamina terciaria tal como Alamine 336 (una
mezcla de trialquilaminas que tienen al menos 18 átomos de carbono,
las trialquilaminas conteniendo grupos decilo y octilo) la cual es
comercializada por Henkel Corp., del 5 al 20% en peso de metil
isobutil cetona y del 10 al 30% en peso de un hidrocarburo tal como
Isopor K^{TM}. Luego la fase orgánica que principalmente contiene
ácido láctico es sometida a una retroextracción, el ácido láctico
siendo transferido de nuevo en una fase del solvente polar, por
ejemplo agua. Esta retroextracción se desarrolla, por ejemplo, a
una temperatura de 30°C a 160°C o más, y habitualmente a una
temperatura de 90°C a 160°C (página 30 líneas 26 a 28 de WO
99/19290). Según página 26, líneas 22 y 23 de WO 99/19290, esta
retroextracción puede también efectuarse a una temperatura de al
menos 100°C, por ejemplo 150°C o más, y a una presión de al menos
30 psi(g) (2.1 bar). La fase del solvente polar que se
obtiene a partir de la retroextracción y que contiene ácido láctico
es luego concentrada por destilación, sea el ácido láctico o sea el
solvente polar siendo separado como un vapor, dependiendo de las
volatilidades respectivas. La pág. 20, líneas 15 a 21 de WO
99/19290, describe que tal destilación es preferiblemente realizada
a una presión inferior a 300 mmHg (aproximadamente 0.4 bar), para
evitar en la medida de lo posible la dimerización y la
oligomerización del ácido láctico. La fase acuosa que se forma en
la extracción y que principalmente contiene lactato es reciclada
(opcionalmente después de la purificación) a la fase de
fermentación. Para que este método sea realizable y eficaz, la
mezcla acuosa de ácido láctico y lactato que es purificada según
este método debe necesariamente contener una cantidad sustancial de
ácido láctico y una cantidad sustancial de lactato. Es en
consecuencia necesario que la mezcla acuosa del ácido láctico y
lactato sea de moderada a fuertemente acídica, por ejemplo 4.8 o
menos. El pK_{a} del ácido láctico es 3.86 a 25°C, y 3.89 a 50°C;
ver también figura 11 de WO 99/19290).
La forma de realización preferida descrita
anteriormente del método para purificar el ácido láctico tiene
varios inconvenientes. Para una purificación a gran escala o una
purificación continua, la extracción debería ser realizada bajo
presión del dióxido de carbono, como se describe en la
reivindicación 30 de la patente americana 5.510.526, donde la
presión del dióxido de carbono parcial es al menos de 50
psi(g) (3.5 bar), requiriéndose en consecuencia un
equipamiento relativamente caro que sea capaz de resistir una
presión relativamente alta. Además, la cinética de la extracción de
la presión del dióxido de carbono demuestra ser lenta. Se descubrió
que para una extracción eficaz, el contacto entre la fase orgánica
y la fase acuosa tiene que ser mantenido durante 100 horas para
alcanzar el equilibrio en un sistema agitado.
Otro inconveniente de la forma de realización
preferida anteriormente mencionada es que el reciclado de la fase
acuosa conteniendo principalmente lactato a la fermentación
ocasiona una acumulación de lactato e impurezas en la fermentación.
Ningún equilibrio de masas está descrito en WO 99/19290, pero es
preciso que parte de la composición acuosa del ácido láctico y
lactato formada durante la fermentación sea eliminada de la
fermentación (por medio de un denominado sumidero o
"purgador"), lo cual sin embargo no está descrito en WO
99/19290. La necesidad de un sumidero o "purgador" con una fase
de reciclaje de este tipo se describe, por el contrario, en WO
98/15517 en la página 5, último párrafo. WO 98/15517 y WO 99/19290,
además, proceden del mismo solicitante y nombran los mismos
inventores. El uso de un sumidero o "purgador" naturalmente
reduce el rendimiento de la purificación. Según la forma de
realización preferida el rendimiento es en consecuencia bajo, y la
forma de realización preferida tiene un rendimiento por unidad de
peso relativamente bajo de alimentación por unidad de tiempo. La
falta de datos experimentales en WO 99/19290 además dificulta a los
expertos en la técnica la reproducción del método descrito en
ella.
La extracción bajo presión del dióxido de
carbono también da lugar a carbonato de calcio. En la práctica se
descubrió que este carbonato de calcio es relativamente impuro y
tiene pocos nutrientes minerales y en consecuencia no pueden ser
reciclados a la fermentación. Esta fase de extracción según la
forma de realización preferida descrita anteriormente en
consecuencia da lugar a un residuo, un problema que WO 99/19290
está precisamente intentando evitar. La página 5, líneas 3 a 18,
describe que la primera fase de una purificación habitual de una
composición acuosa de ácido láctico y lactato comprende la adición
de ácido sulfúrico, formándose sulfato de calcio en el proceso (si
se usa carbonato de calcio como regulador del pH durante la
fermentación). Dicho sulfato de calcio está establecido como
producto residual. No obstante, se descubrió que los costes
relacionados con la eliminación del sulfato de calcio del producto
residual y la obtención de ácido sulfúrico son inferiores
considerablemente que los costes relacionados con el uso de dióxido
de carbono durante la fase de extracción. Otro inconveniente de este
método es que se forma un sistema de tres o a veces incluso cuatro
fases (fase orgánica, fase acuosa, fase sólida en forma de
carbonato de calcio y fase gaseosa en forma de dióxido de carbono),
en consecuencia requiriendo un equipamiento complejo y
consecuentemente caro.
Además, se descubrió que en el caso de la
extracción bajo presión del dióxido de carbono, la fase acuosa
conteniendo principalmente lactato contiene cantidades relativamente
grandes de ácido láctico, de modo que una purificación eficaz de
ácido láctico de la composición acuosa obtenida a partir de la
fermentación requiere una fase de reciclaje de dicha fase acuosa. El
rendimiento de esta forma de realización preferida (es decir (1)
fermentación, (2) extracción, (3) retroextracción y (4)
concentración) de WO 99/19290 es en consecuencia relativamente baja
y proporciona ácido láctico de pureza inadecuada. Además, dicha
forma de realización preferida es bastante difícil de implementar o
no está descrita con suficiente claridad en WO 99/19290,
especialmente en vista de la falta de datos experimentales. Otro
inconveniente de este método es que implica un proceso de
cristalización (el carbonato de calcio tiene que precipitar para
que el equilibrio sea desplazado lo bastante hacia el ácido
láctico), lo cual provoca que el método sea muy propenso al
malfuncionamiento. Además, la presencia de carbonato de calcio
sólido puede fácilmente conducir a la formación de emulsiones.
WO 98/37050, publicada el 27 Agosto 1998,
describe un método de producción de ácido láctico y productos
derivados a partir de un medio que contiene un lactato de metal
alcalinotérreo, donde una base conjugada del metal alcalino,
obtenida a partir de una fase realizada previamente, es reaccionada
con el medio para formar un lactato del metal alcalino hidrosoluble
y un compuesto básico del metal alcalinotérreo, la separación del
lactato de metal alcalino hidrosoluble y el compuesto básico de
metal alcalinotérreo, y el seccionamiento del lactato del metal
alcalino hidrosoluble para formar una base conjugada del metal
alcalino y un producto del ácido láctico. El producto del ácido
láctico puede ser ácido láctico como tal, un derivado o una
combinación de ácido láctico y el derivado.
WO 98/15519, publicada el 16 Abril 1998,
describe un método de recuperación de productos del ácido láctico
purificado de una alimentación acuosa que contiene ácido láctico,
lactato o una mezcla de estos, donde la alimentación es puesta en
contacto con un intercambiador aniónico sustancialmente inmiscible
para formar una fase inmiscible en agua que comprende
sustancialmente un aducto de los intercambiadores iónicos y ácido
láctico, efectuando una reacción de la condensación en la fase
inmiscible en agua sustancialmente entre un grupo carboxilo del
ácido láctico y un grupo hidroxilo, un grupo amino primario o un
grupo amino secundario para formar un éster del ácido láctico o una
amida del ácido láctico, y la separación del éster del ácido
láctico o la amida del ácido láctico del intercambiador iónico.
WO 98/15517, publicada el 16 Abril 1998,
describe un método de recuperación del ácido láctico y productos de
éste a partir de una solución acuosa que contiene ácido láctico y
un lactato. El método comprende la extracción de al menos el 70% de
ácido láctico de la solución acuosa poniendo la solución en
contacto con un extractante básico para formar un extracto que
contiene ácido láctico y una solución de lactato acuoso, la
separación del extracto que contiene ácido láctico y la solución
del lactato acuoso, y la desorción del extracto que contiene ácido
láctico mediante métodos conocidos per se. Según una forma
de realización preferida, la solución del lactato acuoso puede ser
acidificada, por ejemplo con ácido sulfúrico para formar ácido
láctico y sulfato de calcio (producto residual), y el ácido láctico
puede después ser eliminado de la solución acuosa, por ejemplo por
extracción. La fase de la extracción según WO 98/15517 asimismo
tiene que efectuarse bajo presión del dióxido de carbono. Según el
Ejemplo 8, esta presión puede ser de 30 atmósferas (30 bar). El
método según WO 98/15517 en consecuencia tiene los inconvenientes
del carbonato de calcio (formado durante la extracción realizada
bajo presión del dióxido de carbono) y del sulfato de calcio
formándose como residuos, altos costes y un producto relativamente
bajo y un rendimiento relativamente bajo.
La patente americana 5.766.439, concedida el 16
Junio 1998, describe un método de producción de un ácido orgánico
tal como ácido láctico, fermentación que da lugar a una mezcla
acuosa de un ácido orgánico mono-, di- o tribásico que tiene de
tres a ocho átomos de carbono. La mezcla es mezclada con una base
del metal alcalinotérreo en tal cantidad que el pH de la mezcla sea
lo suficientemente alto, formándose una sal del ácido y del metal
alcalinotérreo. La sal del ácido y del metal alcalinotérreo es luego
reaccionada con iones amonio para formar una sal amónica del ácido.
La sal amónica es luego convertida en el ácido libre mediante
electrodiálisis del denominado separador de sales.
WO 96/01247, publicada el 18 enero 1996,
describe un método para recuperar un ácido carboxílico de una
solución a base de amina inmiscible en agua de un extracto que
contiene un intensificador de la extracción. Una solución acuosa
impura del ácido carboxílico es puesta en contacto con la solución
del extractante, tras lo cual el intensificador de la extracción es
extraído del extracto que contiene ácido carboxílico obtenido,
mediante una solución acuosa de una sal de ácido carboxílico para
formar una fase acuosa que contiene un intensificador de la
extracción y un extracto que contiene ácido carboxílico (fase
orgánica). El intensificador de la extracción es eliminado de la
fase acuosa que contiene el intensificador de la extracción mediante
destilación. El ácido carboxílico es recuperado del extracto que
contiene ácido mediante una retroextracción con agua. El ácido
láctico no está mencionado en WO 96/01247.
WO 98/55442 describe un método en el que una
solución de ácido láctico en agua según se obtiene a partir de la
fermentación u otra fuente es sometida al menos a tres fases. La
primera fase comprende la eliminación de tales sustancias
ionogénicas de la solución acuosa de ácido láctico puesto que son
capaces de catalizar la oligomerización del ácido láctico, la
solución conteniendo menos del 80%, preferiblemente menos del 50% y
en particular menos del 30% de ácido láctico. Preferiblemente, un
intercambiador aniónico se utiliza para eliminar sustancias
catiónicas, y un intercambiador catiónico es luego usado para
eliminar sustancias anionogénicas. La segunda fase comprende la
concentración de la solución hasta una concentración del 50 al 90%,
preferiblemente del 70 al 90%, por evaporación a presión reducida,
la presión siendo de 50 a 500 mbar y preferiblemente de 50 a 250
mbar y la temperatura siendo mantenida lo más baja posible.
Preferiblemente, la evaporación se realiza con la ayuda de la
evaporación de película fluyente. La tercera fase comprende una
destilación a una presión de 0.001 a 100 mbar, preferiblemente de
0.1 a 20 mbar y en particular de 1 a 10 mbar, la temperatura de la
pared del aparato evaporador siendo de 80 a 160°C y preferiblemente
de 110 a 160°C. La destilación es preferiblemente realizada con la
ayuda de un evaporador de película fina agitado mecánicamente o un
evaporador de corto recorrido y proporciona ácido láctico puro.
Opcionalmente, una fase de postconcentración puede llevarse a cabo
entre la segunda y la tercera fase. Esta postconcentración es
asimismo preferiblemente realizada mediante un evaporador de
película fina agitado mecánicamente o un evaporador de corto
recorrido a una presión de 10 a 500 mbar, preferiblemente de 50 a
250 mbar, y a una temperatura de 50 a 150°C, preferiblemente de 80 a
120°C. Se reivindica que en el transcurso de dicha
postconcentración la concentración de la solución según se obtiene
a partir de la primera fase de la concentración (fase dos) puede
ser aumentada hasta el 100% de ácido láctico. Un inconveniente de
este método es que en el transcurso de la fase de la concentración
(fase dos) se efectúa una separación pobre entre la solución
conteniendo ácido láctico concentrado y la fracción conteniendo
principalmente agua, de modo que la fracción conteniendo
principalmente agua contiene una cantidad considerable de ácido
láctico e impurezas tales como oligómeros de ácido láctico, que son
deletéreos para la eficacia del método. Además, dicha fracción
conteniendo agua debe ser purificada antes de que ésta pueda ser
descargada o ser reciclada en el método.
Unos métodos adicionales de preparación y
purificación de un ácido orgánico tal como ácido láctico o ácido
cítrico mediante fermentación están descritos, por ejemplo, en WO
95/32301, WO 93/06226 (ácido láctico), WO 93/00440 (ácido láctico),
US 3.944.606 (ácido cítrico), US 4.275.234 (ácido cítrico, ácido
láctico, ácido oxálico y ácido fosfórico), US 5.132.456 (ácido
láctico, ácido fumárico, ácido succínico, ácido maleico, ácido
adípico, ácido itacónico, ácido benzoico y ácido salicílico), US
5.510.526 (ácido láctico), US 5.766.439 (ácido láctico), EP A
159.585 (ácido láctico), EP A 432.610 (ácido cítrico), y EP A
613.878 (ácido cítrico). Es importante destacar que la purificación
de ácido cítrico implica muchos menos problemas que la purificación
de ácido láctico, puesto que la fermentación es capaz de dar lugar
a ácido cítrico a una concentración mucho más alta (aproximadamente
40 por ciento en peso). En la fermentación para producir ácido
láctico, se puede conseguir una concentración de aproximadamente el
30 por ciento en peso como mucho de lactato del calcio
(correspondiente a aproximadamente el 21 por ciento en peso de
ácido láctico).
WO 95/32301 describe un método de preparación
continua de un ácido orgánico o la sal derivada, en cuyo transcurso
la fermentación en un biorreactor produce una solución acídica
acuosa que es pasada por un intercambiador aniónico. El ácido es
liberado de la columna por la columna que está tratada con un
hidróxido de metal alcalino.
WO 93/06226 describe una fermentación para
producir ácido láctico, donde se obtiene un producto de la
fermentación, el cual contiene principalmente ácido láctico no
disociado. El ácido láctico es recuperado por el producto de la
fermentación siendo puesto en contacto con un polímero sólido que
contiene grupos piridina, el ácido siendo absorbido por el
polímero.
WO 93/00440 describe un método para preparar
ésteres de ácido láctico y ácido láctico a partir de un producto de
la fermentación, lo cual implica la reacción simultánea de un ácido
fuerte, un alcohol y un producto de la fermentación concentrado que
principalmente contiene lactato, y la eliminación de una mezcla
azeotrópica de agua y alcohol. Los ésteres son purificados mediante
filtración y destilación.
US 5.132.456 describe un método para recuperar
un ácido carboxílico tal como ácido láctico de una composición
acuosa con un pH que es próximo al pK_{a} del ácido, lo cual
implica la purificación del ácido mediante un intercambiador
aniónico.
US 5.510.526 describe un método para preparar
ácido láctico a partir de una alimentación conteniendo lactato
mediante extracción, lo cual implica que la alimentación es puesta
en contacto, bajo presión parcial del dióxido de carbono de al
menos 50 psi(g) (aproximadamente 3.5 bar) con una amina
inmiscible en agua que contiene al menos 18 átomos de carbono, de
modo que el ácido es recogido en la fase de la amina orgánica. El
ácido es liberado nuevamente mediante retroextracción.
US 5.766.439 describe un método para preparar un
ácido orgánico tal como ácido láctico por fermentación, lo cual
implica que se forme una solución acuosa de la sal del ácido. La sal
es convertida en una sal amónica donde el ácido es obtenido
posteriormente.
EP A 159.585 describe un método para preparar
ácido láctico, en cuyo transcurso -después de la fermentación y la
acidificación- el ácido láctico es directamente sometido, es decir,
sin una fase de filtración para eliminar sólidos, a una extracción,
preferiblemente usando un alcohol, en una columna de extracción
especial.
Los métodos descritos en la técnica anterior de
preparación y purificación del ácido láctico son, sin embargo,
insatisfactorios, puesto que el ácido láctico se obtiene con una
producción relativamente baja. Además, la pureza del ácido láctico
obtenido es inadecuada para ciertas aplicaciones tales como
aplicaciones en composiciones farmacéuticas y cosméticas,
aplicaciones industriales tales como en composiciones de
revestimiento para componentes electrónicos (por ejemplo chips) y
aplicaciones que respetan el medio ambiente (p. ej. preparación de
ácido poliláctico biodegradable).
Es en consecuencia un objeto de la presente
invención el hecho de proporcionar un método mediante el cual se
pueda preparar el ácido láctico eficazmente y muy limpiamente. La
invención en consecuencia se refiere a un proceso continuo de
preparación de ácido láctico, donde dicho proceso comprende las
fases siguientes de:
(a) acidificar una alimentación acuosa [1], que
ha sido obtenida por fermentación y principalmente contiene
lactato, con una corriente [2] conteniendo ácido inorgánico a un pH
de 1 a 2.3, para formar una corriente acuosa [3] que principalmente
consiste en ácido láctico y una sal,
(b) eliminar la sal de la corriente acuosa [3]
que principalmente contiene ácido láctico y sal mediante filtración
(o decantación) para formar una primera corriente acuosa [4] que
principalmente contiene ácido láctico,
(c) pasar la primera corriente acuosa [4] que
principalmente contiene ácido láctico por una columna que contiene
carbón activado para formar una segunda corriente acuosa [5] que
principalmente contiene ácido láctico,
(d) someter a la segunda corriente acuosa [5]
que principalmente contiene ácido láctico a una primera fase de
extracción, donde la segunda corriente acuosa [5] que
principalmente contiene ácido láctico es puesta en contacto con una
corriente sustancialmente insoluble en agua [6] que contiene un
extractante, para formar una fase orgánica [7] que principalmente
contiene ácido láctico y extractante y una primera fase acuosa [8]
que principalmente contiene impurezas,
(e) someter a la fase orgánica [7] que
principalmente contiene ácido láctico y extractante a una segunda
fase de extracción, donde la fase orgánica [7] que principalmente
contiene ácido láctico y extractante es puesta en contacto con una
corriente acuosa [9] para formar una fase acuosa [10] que
principalmente contiene ácido láctico y una fase orgánica [11] que
principalmente contiene extractante, donde la fase orgánica [11]
que principalmente contiene extractante es reciclada a la fase (d),
y
(f) concentrar la fase acuosa [10] que
principalmente contiene ácido láctico mediante evaporación del agua
para formar una solución de ácido láctico concentrado en agua
[12].
Como ya se ha mencionado, los términos "una
alimentación que principalmente contiene lactato" se refiere a
una alimentación que contiene 250 g de ión lactato/L o menos, en
base a la cantidad total de alimentación, al menos el 90% peso del
ión lactato estando presente como un ión lactato libre y la
cantidad restante del ión lactato estando presente como ácido no
disociado. Será evidente, no obstante, para los expertos en la
técnica que otras soluciones acuosas conteniendo ácido láctico y/o
lactato pueden ser purificadas usando el método según la invención.
De esta manera será posible que una solución que principalmente
contiene ácido láctico sea purificada llevando a cabo sólo las
fases (c)-(f).
La Figura 1 representa el proceso según la
invención. Las Figuras 2 y 3 simbolizan formas de realización
preferidas del proceso según la invención.
Según la figura 1, una alimentación acuosa [1]
que principalmente contiene lactato es acidificada con la corriente
[2] que contiene ácido inorgánico, para formar una corriente [3]
que principalmente contiene ácido láctico y sal. Luego la sal es
eliminada para formar la primera corriente acuosa [4] que
principalmente contiene ácido láctico y sal. Esta corriente acuosa
[4] es purificada pasándola por una columna que contiene carbón
activado, para formar la segunda corriente [5] que principalmente
contiene ácido láctico. La corriente [5] pasa por una primera
extracción, la corriente [6] contiene el extractante. Así el ácido
láctico es extraído de la fase acuosa a la fase orgánica (corriente
[7]), la fase acuosa principalmente contiene impurezas y una
pequeña cantidad de ácido láctico (corriente [8]). La corriente [7]
es sometida a una segunda extracción para formar una fase acuosa
que principalmente contiene ácido láctico (corriente [10]) y una
fase orgánica que principalmente contiene extractante (corriente
[11]). Finalmente, la corriente [10] es concentrada por evaporación
del agua, la solución del ácido láctico concentrado en agua [12] se
forma en el proceso.
Según la Figura 2, la corriente [7] es sometida
a una fase del lavado usando agua, en cuyo transcurso las impurezas
hidrosolubles que siguen quedando son eliminadas de la fase
orgánica conteniendo ácido láctico, como se describe abajo con más
detalle. En esta fase de lavado es inevitable que una pequeña
cantidad de ácido láctico sea lavada de la fase orgánica (corriente
[7]) al mismo tiempo, de modo que la corriente [13] sea
preferiblemente reciclada en el proceso, preferiblemente hacia
arriba de la fase (c) o hacia arriba de la fase (d), en particular
hacia arriba de (c). Además, la fase orgánica conteniendo
principalmente extractante formada después de la extracción
(corriente [11]) es preferiblemente lavada con una solución acuosa
de una base inorgánica de un metal alcalino, preferiblemente
hidróxido sódico, para eliminar cualquier ácido que siga estando
presente y otras impurezas de la corriente [11]. La corriente así
purificada [11] puede nuevamente ser empleada para la primera
extracción, es decir, ser usada como una alimentación para [6]. En
el transcurso de la purificación de la corriente [11], una
corriente acuosa [14] es liberada la cual es descargada como una
corriente de residuos. Además, la solución del ácido láctico
concentrado [12] es preferiblemente destilada al vacío, para formar
un ácido láctico substancialmente puro (corriente [15]) y un
residuo que, después de un posible tratamiento adicional tal como
una fase de despolimerización, es reciclado en el proceso,
preferiblemente hacia arriba de la fase (c). Preferiblemente, no
obstante, la corriente [12] es posteriormente purificada antes de
la destilación al vacío, preferiblemente pasándola sucesivamente por
una columna que contiene carbón activado y por un intercambiador
fónico. En particular, la corriente [12] es pasada por una columna
que contiene carbón activado y luego por un intercambiador fónico y
es finalmente sometida a la destilación al vacío. Según la
invención es preferible, en particular, que la corriente [12] sea
pasada por (a) una columna conteniendo carbón activado y (b) por un
intercambiador iónico, tras lo cual la solución conteniendo ácido
láctico es posteriormente concentrada, usando uno o más evaporadores
de película descendente, evaporadores de película lubrificada y/o
evaporadores de película fina, junto o no con una o más columnas de
destilación, para luego ser destilada al vacío para formar ácido
láctico altamente puro. En esta forma de realización, la corriente
[12] contiene no más del 50% peso de ácido láctico, en base a la
cantidad total de la corriente [12], puesto que se descubrió que el
intercambiador iónico es difícil de accionar con concentraciones más
altas de ácido láctico. Luego, la solución conteniendo ácido
láctico, que ha abandonado el intercambiador fónico, será
adicionalmente concentrada, en particular, usando uno o más
evaporadores de película descendente, evaporadores de película
lubrificada y/o evaporadores de película fina, junto o no con una o
más columnas de destilación, antes de ser destilada al vacío. Todas
estas fases de purificación adicional específicas y sus ventajas
serán discutidas más abajo con más detalle.
La Figura 3 representa otra forma de realización
preferida, donde la corriente [5] es sometida a una fase de
evaporación. Esta fase de evaporación se realiza a una presión
comprendida entre la presión atmosférica y una presión de 0.1 bar,
en particular de 0.8 a 0.2 bar y a una temperatura de 25° a 140°C,
más preferiblemente de 40° a 100°C y en particular de 50° a 90°C.
Esta fase de evaporación da lugar a una corriente concentrada [17]
que contiene del 30 al 50% peso de ácido láctico, en base a la
cantidad total de la corriente [17]. La corriente [17] es luego
alimentada a la primera fase de la extracción, formándose una
corriente [8] la cual contiene al menos el 99.5% peso de agua y
pudiendo ser descargada sin purificación o tratamiento adicional. En
vez de la corriente [5], la corriente [4] puede ser sometida a esta
fase de evaporación.
Las ventajas de la presente invención son que el
ácido láctico puede ser obtenido con alta pureza y con una
producción elevada por peso unitario de alimentación suministrada
por unidad de tiempo. Se ha encontrado, además, que el proceso
continuo según la presente invención permite que el ácido láctico
sea producido con una eficacia que representa al menos el doble e
incluso cuatro veces la eficacia implementada con una alimentación
que ha sido obtenida por una fermentación realizada con un pH de
4.8 o inferior, como se describe en WO 99/19290. Además, el proceso
continuo según la presente invención permite que el ácido láctico
sea obtenido con un color (después del calentamiento durante 2
horas bajo reflujo) de no más de 50 APHA, preferiblemente no más de
25 APHA y, en particular, no más de 10 APHA (estos valores se
aplican al ácido láctico que contiene el 92% peso de ácido láctico
puro). El proceso según la presente invención puede también ser
accionado con un coste inferior al de los procesos conocidos de la
técnica anterior, en particular porque los costes para descargar la
sal formada en la fase (a) y los costes para obtener el ácido
inorgánico usado en la fase (a) son inferiores considerablemente a
los costes de la inversión en cuanto al equipamiento de la
extracción que es capaz de funcionar bajo presión elevada, por
ejemplo el equipamiento de extracción necesario para llevar a cabo
el proceso según US 5.510.526. Otra ventaja adicional de la
presente invención es que la primera fase de la extracción (d)
puede llevarse a cabo bajo la presión atmosférica. Otra ventaja de
funcionar a presión atmosférica en el caso de la extracción es un
tiempo de respuesta corto (el sistema rápidamente alcanza el
equilibrio), lo cual significa que el método puede ser fácilmente
visualizado y fácilmente controlado y es menos propenso a fallar.
Además, el aumento de los métodos hasta un proceso industrial a
gran escala es más fácil. Finalmente, la extracción es más simple
que las extracciones correspondientes conocidas por la técnica
anterior, puesto que sólo están implicados los sistemas
líquido/líquido.
\global\parskip0.900000\baselineskip
Preferiblemente, la fermentación se realiza a un
pH de 5.2 a 7.0, el pH siendo mantenido, por la adición de una base
inorgánica, a un valor en la gama de 5.2 a 7.0. También, hacia
arriba de la fase (a), la mezcla acuosa conteniendo principalmente
lactato es preferiblemente filtrada para eliminar la biomasa, en
otras palabras, hacia arriba de la fase (a) la alimentación acuosa
conteniendo principalmente lactato [1] es filtrada. Será evidente
para los expertos en la técnica que la biomasa puede también ser
separada de otras maneras conocidas, por ejemplo por
decantación.
La sal formada en la fase (a) está compuesta por
un anión del ácido inorgánico y un catión de la base inorgánica,
según está mostrado por el ejemplo siguiente de la fase de
acidificación:
La corriente acuosa [8] que se forma durante la
primera fase de la extracción (extracción hacia adelante)
preferiblemente contiene al menos el 90% peso de agua, en base a la
mezcla total, y en particular al menos el 95% peso de agua. Además,
la corriente [8] preferiblemente contiene no más del 5% peso de
ácido láctico. Para una extracción eficaz, la corriente [8] es en
consecuencia reciclada en el proceso hacia arriba de la fase (c) o
hacia arriba de la fase (d), en particular hacia arriba de la fase
(c). En ambos casos, con frecuencia será necesario introducir un
"purgador" antes de que dicha corriente [8] sea reciclada en
el proceso, para evitar la acumulación de impurezas. Además, la
primera fase acuosa [8] que principalmente contiene impurezas es
concentrada mediante evaporación del agua, antes de que dicha
corriente sufra un tratamiento adicional, bien como una corriente
de residuos o como una corriente de reciclaje.
Según otra forma de realización preferida según
la invención, la concentración de la corriente [8] puede ser
omitida. En este caso, una fase de la concentración se realiza bien
hacia arriba de la fase (c) o hacia arriba de la fase (d), siendo
concentradas bien la corriente [4] o bien la corriente [5] para dar
lugar a una corriente conteniendo ácido láctico concentrado que
contiene del 30 al 50% peso de ácido láctico, en base a la cantidad
total de corriente. Esta corriente acuosa conteniendo ácido láctico
concentrado es luego sometida a la fase de extracción, dando lugar
a la corriente [8] que principalmente contiene sólo agua (al menos
el 99.5% peso de agua), de modo que esta corriente pueda ser
descargada directamente, es decir sin purificación adicional.
Preferiblemente, la fase orgánica [7] que
principalmente contiene ácido láctico y extractante es sometida,
hacia arriba de la fase (e), a una fase de lavado con agua para
formar una segunda fase acuosa [30] que principalmente contiene
impurezas. Como la corriente [13] además contiene ácido láctico,
esta corriente es preferiblemente reciclada en el proceso según la
invención, preferiblemente hacia arriba de la fase (c) o hacia
arriba de la fase (d) y en particular hacia arriba de la fase
(c).
La fase orgánica [11] que principalmente
contiene extractante es reciclada, posiblemente en parte pero
preferiblemente totalmente, a la primera fase de la extracción. Así
el extractante es convenientemente recirculado durante el proceso.
Es preferible que esta corriente [11] sea sometida a una fase del
lavado usando una solución acuosa de una base inorgánica,
preferiblemente una solución acuosa de un hidróxido de metal
alcalino tal como hidróxido sódico, para formar la fase acuosa
[14]. Esta corriente [14] es descargada como una corriente de
residuos.
La fase (a) del método según la invención es
preferiblemente realizada a presión atmosférica bajo una
temperatura de 20° a 100°C, más preferiblemente a una temperatura
de 40° a 90°C y en particular a una temperatura de 50° a 80°C. El
ácido inorgánico usado en la fase (a) preferiblemente tiene un anión
que forma una sal insoluble en agua sustancialmente con el catión
de la base inorgánica usado en la fermentación. Esto significa que
M^{n}+X_{n} en la ecuación de la reacción mostrada arriba es
una sal que es apenas soluble o sustancialmente insoluble en
agua.
La base inorgánica usada en la fermentación es
preferiblemente un carbonato de metal alcalinotérreo, un
hidrogenocarbonato de metal alcalinotérreo, un hidróxido de metal
alcalinotérreo o un óxido de metal alcalinotérreo, el metal
alcalinotérreo formando una sal sustancialmente insoluble en agua
con el anión del ácido que se usa en la fase (a) y prefe-
riblemente siendo calcio o magnesio. En particular, la base inorgánica es carbonato de calcio o hidróxido de calcio.
riblemente siendo calcio o magnesio. En particular, la base inorgánica es carbonato de calcio o hidróxido de calcio.
Según la invención, el ácido inorgánico usado en
la fase (a) es preferiblemente ácido sulfúrico, y la base usada en
la fermentación, en particular, es una base de calcio. En este
caso, se forma sulfato de calcio tras la acidificación.
La fase (b) del método según la invención es
preferiblemente realizada a la presión atmosférica y a temperatura
ambiente. Opcionalmente, la sal es secada después de la fase (b),
en particular si la fase (a) no ha sido realizada a una presión
elevada. La sal puede ser eliminada por filtración o decantación o
cualquier otra técnica comparable de la corriente acuosa [3] que
principalmente contiene ácido láctico y sal.
En el caso de desear que los cristales de la
secadora sean preparados en la fase (b), la fase (a) es
preferiblemente realizada a una presión de 5 a 10 bar, en
particular a una presión de 6 a 8 bar, y a una temperatura de 100°C,
en particular una temperatura de 100° y 120°C. Si la sal es sulfato
de calcio ésta tiene la ventaja de que los cristales del sulfato de
calcio de la secadora pueden ser usados directamente para varios
otros objetivos, por ejemplo para la fabricación de un tablero de
yeso y porcelana.
La fase (c) del método según la invención es
preferiblemente realizada a la presión atmosférica bajo una
temperatura de 50° a 70°C, en particular a una temperatura de 55° a
65°C. De 0.1 a 5 g de carbón activado por litro de ácido láctico es
preferiblemente usado en la columna conteniendo carbón activado.
La fase (d) del método según la invención es
preferiblemente realizada a la presión atmosférica y a una
temperatura de 0° a 60°C, en particular a una temperatura de 10° a
50°C. Si el extractante no contiene un alcohol y/o acetona, la fase
(d) es preferiblemente realizada, no obstante, a la presión
atmosférica y a una temperatura de 60° a 100°C. La proporción del
volumen de la segunda corriente acuosa [5] que principalmente
contiene ácido láctico (o de [17]) y la corriente sustancialmente
insoluble en agua [6] que contiene el extractante es
preferiblemente entre 20:1 y 1:20, más preferiblemente entre 3:1 y
1:7, y en particular entre 2:1 y 1:5.
El extractante usado en la fase (d) del método
según la invención preferiblemente comprende (1) una amina y (2) un
hidrocarburo. Preferiblemente, el extractante también comprende (3)
un alcohol y/o una acetona. Como se ha apreciado, las condiciones
en las que se realiza la fase (d) del método según la invención
variarán. Si el extractante no contiene un alcohol y/o acetona, la
fase (d) es preferiblemente realizada a la presión atmosférica y a
una temperatura de 60° a 100°C. En el otro caso, la fase (d) es
preferiblemente realizada a la presión atmosférica y a una
temperatura de 0° a 60°C, en particular a una temperatura de 10° a
50°C. La amina es preferiblemente una amina terciaria que tiene al
menos 18 átomos de carbono y preferiblemente contiene de 24 a 42
átomos de carbono. Si el extractante contiene un alcohol, siendo
preferido, el alcohol es un alcohol
C_{8}-C_{12}, el alcohol siendo opcionalmente
lineal o ramificado y preferiblemente siendo un alcohol ramificado.
El hidrocarburo es preferiblemente una fracción de petróleo que
consiste en alcanos saturados, y preferiblemente tiene un punto de
ignición de al menos 40°C. más preferiblemente de al menos 70°C y
en particular un punto de ignición de al menos 90°C. Un punto de
ignición más alto tiene la ventaja de que el requisito de seguridad
impuesto en el equipamiento usado en la fase (e) no precisa ser tan
riguroso. La gama de ebullición del hidrocarburo es preferiblemente
de 150 a 275°C, en particular de 170 a 260°C. El hidrocarburo, en
particular, es Isopor K^{TM} o Isopor M^{TM}. El extractante
preferiblemente contiene del 40 al 75% peso de (1), del 5 al 60%
peso de (2) y del
0 al 25% peso de (3), y en particular del 45 al 60% peso de (1), del 40 al 55% peso de (2) y del 0 al 10% peso de (3).
0 al 25% peso de (3), y en particular del 45 al 60% peso de (1), del 40 al 55% peso de (2) y del 0 al 10% peso de (3).
La proporción del volumen de la fase orgánica
[7] que principalmente contiene ácido láctico y extractante, y la
corriente acuosa [9] -fase (e)- está comprendida preferiblemente
entre 20:1 y 1:20, más preferiblemente entre 3:1 y 1:7 y en
particular entre 2:1 y 1:5, y especialmente entre 1:2 y 1:4.
La fase (e) del método según la invención es
preferiblemente realizado a una presión de 1 a 10 bar, en
particular a una presión de 2 a 9 bar, y a una temperatura de 100°C
a 180°C, en particular una temperatura de 120° a 160°C.
La fase (f) del método según la invención es
preferiblemente realizado en uno o más evaporadores de película
descendente y/o evaporadores de película fina y/o evaporadores de
película lubrificada, la fase (f) preferiblemente siendo realizada
a la presión atmosférica hasta una presión de 0.1 bar, en
particular de 0.8 a 0.2 bar, y a una temperatura de 25° a 140°C, más
preferiblemente de 40° a 100°C y en particular de 60° a 85°C. En el
proceso, la corriente [10] es preferiblemente sometida a una
presión de 0.5 a 1 bar, en particular de 0.7 a 0.9 bar, y a una
temperatura de 50° a 100°C, en particular de 70° a 90°C.
Según la invención es preferible que la solución
del ácido láctico concentrado en agua [12] sea destilada al vacío
para formar ácido láctico [15] y un residuo de la destilación [16],
la corriente [12] conteniendo al menos el 95% peso y
preferiblemente del 99 al 99.9% peso de ácido láctico y la corriente
[15] conteniendo al menos el 99.5% peso de ácido láctico. Para el
objetivo de la invención, el vacío debe ser entendido como una
presión en la gama de 0.1 a 20 mbar, en particular de 2 a 10 mbar.
La temperatura durante la destilación al vacío es preferiblemente
de 100 a 200°C, preferiblemente de 110 a 140°C.
Según otra forma de realización preferida de la
invención, la solución del ácido láctico concentrado [12] es
preferiblemente sometida a una primera y una segunda fase de
destilación. La primera fase de la destilación es preferiblemente
realizada a una temperatura de 80° a 150°C, en particular a una
temperatura de 100° a 140°C, y a una presión de 50 a 250 mbar, en
particular a una presión de 60 a 150 mbar. La primera fase de la
destilación es preferiblemente realizada de manera que la solución
se convierta en la fase de vapor mediante la evaporación de la
película y el vapor sea pasado a una primera columna de destilación.
En el proceso, con reflujo, la separación en dos fracciones ocurre,
la fracción superior conteniendo agua y como mucho el 1% peso de
ácido láctico, preferiblemente como mucho 0.1% peso de ácido
láctico, y la fracción inferior conteniendo del 95 al 100% peso de
ácido láctico, preferiblemente del 99 al 100% peso de ácido
láctico. La evaporación de la película preferiblemente se
desarrolla mediante la evaporación de la película lubrificada,
evaporación de la película fina y/o evaporación de la película
descendente, la columna o columnas de destilación teniendo varias
bandejas teóricas de 1 a 10. El producto obtenido de la primera
fase de destilación contiene al menos el 95% peso de ácido láctico,
en base al peso total del producto.
Luego el producto obtenido de la primera fase de
destilación es sometido, en una segunda fase de destilación, a una
destilación al vacío que es preferiblemente realizada a una presión
de 0.1 a 20 mbar, en particular de 2 a 10 mbar, y a una temperatura
de 100° a 200°C, en particular a una temperatura de 110° a 140°C.
En la segunda fase de la destilación, el producto de la primera
fase de la destilación es transferido en la fase de vapor,
preferiblemente mediante evaporación de la película, y el vapor es
luego pasado a una segunda columna de destilación. Aquí, de nuevo,
la separación en dos fracciones se desarrolla bajo reflujo, la
fracción superior contiene al menos el 99.5% peso de ácido láctico
y el residuo contiene azúcares aparte de ácido láctico. En una
segunda fase de destilación, la evaporación de la película
preferiblemente se desarrolla mediante evaporación de la película
lubrificada, evaporación de la película fina y/o evaporación de la
película descendente, la columna de destilación o columnas
preferiblemente teniendo varias bandejas teóricas de 1 a 10.
Según la invención es preferible, en particular,
que el producto de la primera fase de la destilación sea sometido a
una fase de preparación (la denominada "preignición"), donde
la presión es preferiblemente igual a la de la segunda destilación.
La presión puede, no obstante, de forma alternativa ser más alta al
100%, es decir como mucho 40 mbar. Esta forma de realización
preferida tiene la ventaja de que otra pequeña cantidad de agua es
eliminada antes de que el producto sea sometido a la fase de
destilación. En general, la fase acuosa separada contiene del 10 al
20% peso de ácido láctico.
Si una corriente [12] que contiene no más del
50% peso de ácido láctico, en base a la cantidad total de corriente
[12] ha sido pasada por una columna que contiene carbón activado y
luego por un intercambiador fónico, dicha corriente [12] es
concentrada usando uno o más evaporadores de película lubrificada,
evaporadores de película fina y/o evaporadores de película
descendente, opcionalmente junto con una o más columnas de
destilación que tienen varias bandejas teóricas de 1 a 10, antes de
que dicha corriente [12] sea sometida a la fase de
acondicionamiento. En el transcurso de esta concentración, se
obtiene una corriente la cual contiene al menos el 98% peso de
ácido láctico, en base a la cantidad
total de corriente. Dicha concentración se realiza a una presión de 0.5 a 0.8 bar y a una temperatura de 65° a 150°C.
total de corriente. Dicha concentración se realiza a una presión de 0.5 a 0.8 bar y a una temperatura de 65° a 150°C.
El residuo de la destilación [16] es reciclado
en el proceso, preferiblemente sea hacia arriba de la fase (c) o
sea hacia arriba de la fase (d), o hasta la primera fase de la
destilación, en particular hacia arriba de la fase (c). Si el
residuo de la destilación [16] es reciclado en el proceso hacia
arriba de la fase (c) o hacia arriba de la fase (d) se requiere un
sumidero.
El residuo de la destilación [16] es
preferiblemente sometido a una fase de despolimerización antes de
que dicho residuo sea reciclado en el proceso, en particular porque
el residuo contiene oligómeros de ácido láctico.
La despolimerización es preferiblemente
realizada por una mezcla del 30 al 70% peso, preferiblemente del 40
al 60% peso, de una corriente acuosa que preferiblemente contiene
del 80 al 100% de agua, y del 70 al 30% peso, preferiblemente del
60 al 40% peso, del residuo de la segunda fase de destilación que
se calienta durante 1 a 10 horas bajo presión atmosférica a una
temperatura de 60° a 100°C. Esta corriente acuosa preferiblemente
proviene de la primera destilación y/o "preignición".
La invención también se refiere a una solución
de ácido láctico concentrado en agua [12] que se puede obtener
según el proceso continuo según la invención. La invención también
se refiere al ácido láctico que se puede obtener según el proceso
continuo según la invención, en particular al ácido láctico que
tiene un color (después del calentamiento durante 2 horas bajo
reflujo) de preferiblemente no más de 25 unidades APHA, en
particular no más de 10 unidades APHA. Si el proceso continuo
también comprende una primera y segunda fase de destilación de la
solución de ácido láctico concentrado [12], donde dicha solución ha
sido pasada por una columna que contiene carbón activado y luego
por un intercambiador fónico, la invención también se refiere al
ácido láctico que tiene no más de 60 unidades APHA, preferiblemente
no más de 40 unidades APHA y en particular no más de 5 unidades
APHA (después del calentamiento durante 2 horas bajo reflujo).
Una cantidad de 7 litros de una alimentación
acuosa, que ha sido obtenida por fermentación realizada con un pH
de 6.4 y que contenía el 13 por ciento en peso de lactato de
calcio, fue acidificada, tras un periodo de aproximadamente 45
minutos, con ácido sulfúrico a un pH de 2.0 a una temperatura de
aproximadamente 72° a 75°C. Luego la mezcla obtenida fue filtrada
por un filtro Büchner (S&S 595 filtros), para separar el sulfato
de calcio. El sulfato de calcio tuvo las propiedades que se muestra
en la tabla 1.
| Impurezas | Cantidad (ppm) |
| Cloruro | <40 |
| Silicio | <200 |
| Potasio | 28 |
| Sodio | 45 |
| Impurezas | Cantidad (ppm) |
| Arsénico | <3 |
| Cadmio | 0.5 |
| Cromo | <3 |
| Cobre | <3 |
| Hierro | <50 |
| Magnesio | <20 |
| Níquel | <2 |
| Plomo | <3 |
| Zinc | <10 |
| Fósforo | 62 |
| Mercurio | 0.09 |
El carbón activado fue enjuagado con agua
desionizada. Dos columnas de 75 ml fueron usadas las cuales
contenían carbón activado. La temperatura en las columnas fue
mantenida a 60°C. Una cantidad de 4 títulos de la solución del
ácido láctico impuro fue luego pasada por las columnas a razón de 5
volúmenes de lecho por hora, los primeros 5 volúmenes de lecho de
producto fueron mantenidos aparte; el resto fue usado para los
ensayos de extracción.
\bulletPreparación del extractante.
Dos extractantes fueron usados para la prueba: (a) un extractante
que contenía 48:30:22 (expresado en porcentaje en peso, en base a
la cantidad total del extractante) de Alamine 336^{TM},
1-octanol e Isopar K^{TM}, y (b) un extractante
que contenía 48:7:45 (expresado en porcentaje en peso, en base a la
cantidad total de extractante) de Alamine 336^{TM},
1-octanol e Isopar K^{TM}. Alainine 336^{TM}
fue lavado previamente con una solución del 4% en peso de hidróxido
sódico en agua, en una proporción de volumen de 1:1, y luego con
agua desionizada hasta que el pH de la fase acuosa fuese inferior a
9.0. Luego, se mezcló Alamine 336^{TM} con los demás
componentes.
\bulletPrimera fase de la extracción.
Estos ensayos fueron realizados por quintuplicado con ambos
extractantes (a) y (b). La proporción de la fase orgánica a la fase
acuosa fue 1:1, las dos fases siendo mezcladas durante 120 segundos
usando una velocidad del agitador de 300 a 450 rpm. La mezcla se
efectuó en un aparato de mezcla apto con un agitador de doble aspa
fijo del tipo Cole-Palmer
P-06367-10. Un vaso de 600 ml (8 cm
de diámetro) fue cargado con 150 ml de extractante. Luego 150 ml de
la solución de ácido láctico no purificado según se obtiene en la
fase 2 fueron añadidos, y la mezcla fue agitada durante 120
segundos. Luego la mezcla permitió ser separada a temperatura
ambiente en dos fases, el tiempo requirió ser medido.
\bulletSegunda fase de la extracción.
Estos ensayos fueron realizados en una autoclave a 120°C, 350 ml de
agua desionizada y 500 ml de la mezcla de ácido láctico y
extractante según se obtuvo en la fase precedente se introdujo en la
autoclave. La mezcla fue agitada a 50 rpm y 120°C. Se requiere un
periodo de 1 hora para elevar la temperatura desde la temperatura
ambiente hasta 120°C. Cuando la temperatura fue de 120°C, la
velocidad de agitación fue aumentada de 50 a 300 rpm. Después de 10
minutos, la agitación fue detenida y las fases permitieron ser
separadas durante 10 minutos. Luego se tomaron muestras de ambas
fases y el contenido de la autoclave permitió su enfriamiento a la
temperatura ambiente.
\bulletAnálisis: Todas las muestras
fueron analizadas por su contenido de ácido láctico, otros ácidos
orgánicos, nitrógeno total, aminoácidos, lactato de octilo,
cationes, aniones, sulfato, fosfato, furanos, polifuranos, color
(antes de calentamiento), color (después de calentamiento),
azúcares residuales y polisacáridos. Los datos están mostrados en
la tabla siguiente. Las corrientes son las siguientes:
(A) corriente [1]. (B) corriente [4], (C)
corriente [5]. (D) corriente [10], (E) corriente [8], (F) corriente
[7] y (G) corriente [11]. Los ensayos con (D1)-(G1) fueron
realizados usando un extractante que contenía Alamine 336^{TM},
1-octanol e Isopar K^{TM} con una proporción en
peso de 48:30:22, mientras que los procesos con (D2)-(G2) fueron
realizados usando un extractante que contenía Alamine 336^{TM},
1-octanol e Isopar K^{TM} con una proporción en
peso de 48:7:45.
Claims (18)
1. Proceso continuo para preparar ácido láctico,
donde el proceso comprende las fases siguientes de:
(a) acidificar una alimentación acuosa [1], que
ha sido obtenida por fermentación y principalmente contiene
lactato, con una corriente [2] conteniendo ácido inorgánico a un pH
de 1 a 2.3 para formar una corriente acuosa [3] que principalmente
consiste en ácido láctico y una sal,
(b) eliminar la sal de la corriente acuosa [3]
que principalmente contiene ácido láctico y sal mediante filtración
para formar una primera corriente acuosa [4] que principalmente
contiene ácido láctico,
(c) pasar la primera corriente acuosa [4] que
principalmente contiene ácido láctico por una columna que contiene
carbón activado para formar una segunda corriente acuosa [5] que
principalmente contiene ácido láctico,
(d) someter la segunda corriente acuosa [5] que
principalmente contiene ácido láctico hasta una primera fase de la
extracción, donde la segunda corriente acuosa [5] que
principalmente contiene ácido láctico es puesta en contacto con una
corriente sustancialmente insoluble en agua [6] que contiene un
extractante, para formar una fase orgánica [7] que principalmente
contiene ácido láctico y extractante y una primera fase acuosa [8]
que principalmente contiene impurezas,
(e) someter la fase orgánica [7] que
principalmente contiene ácido láctico y extractante hasta una
segunda fase de la extracción, donde la fase orgánica [7] que
principalmente contiene ácido láctico y extractante es puesta en
contacto con una corriente acuosa [9] para formar una fase acuosa
[10] que principalmente contiene ácido láctico y una fase orgánica
[11] que principalmente contiene extractante, donde la fase
orgánica [11] que principalmente contiene extractante es reciclada
hasta la fase (d), y
(f) concentrar la fase acuosa [10] que
principalmente contiene ácido láctico mediante evaporación del agua
para formar una solución de ácido láctico concentrado en agua
[12].
2. Proceso según la reivindicación 1, donde la
alimentación acuosa [1] que principalmente contiene lactato es
preparada por fermentación a un pH de 5.2 a 7.0, el pH
manteniéndose en un valor en la gama de 5.2 a 7.0 por la adición de
una base inorgánica.
3. Proceso según la reivindicación 1 o
reivindicación 2, donde la fase orgánica [11] que principalmente
contiene extractante es reciclada, o parcialmente reciclada, hasta
la primera fase de la extracción.
4. Proceso según cualquiera de las
reivindicaciones 1-3, donde la segunda corriente
[5] que principalmente contiene ácido láctico es sometida a una
fase de evaporación para producir una corriente concentrada [17] que
contiene del 30 al 50% peso de ácido láctico.
5. Proceso según cualquiera de las
reivindicaciones 1-4, donde la primera corriente
[4] que principalmente contiene ácido láctico es sometida a una
fase de evaporación para producir una corriente concentrada que
contiene del 30 al 50% peso de ácido láctico.
6. Proceso según cualquiera de las
reivindicaciones 1-5, donde la alimentación acuosa
[1] que principalmente contiene lactato tiene un pH en la gama de
5.2 a 7.0 y contiene de 0.1 a 250 g de ión lactato por litro, en
base a la cantidad total de la mezcla.
7. Proceso según cualquiera de las
reivindicaciones 1-6, donde la fase (d) se realiza
a la presión atmosférica y a una temperatura de 0° a 60°C.
8. Proceso según cualquiera de las
reivindicaciones 1-6, donde la fase (d) se realiza
a la presión atmosférica y a una temperatura de 60° a 100°C.
9. Proceso según cualquiera de las
reivindicaciones 1-8, donde la proporción del
volumen de la segunda corriente acuosa [5] que contiene
principalmente ácido láctico o de la corriente [17] y la corriente
sustancialmente insoluble en agua [6] que contiene el extractante es
de entre 20:1 y 1:20.
10. Proceso según cualquiera de las
reivindicaciones 1-9, donde la fase (e) se realiza
a una presión de 1 a 10 bar y a una temperatura de 100°C a
180°C.
11. Proceso según cualquiera de las
reivindicaciones 1-10, donde la proporción del
volumen de la fase orgánica [7] que principalmente contiene ácido
láctico y extractante y la corriente acuosa [9] está comprendida
entre 20:1 y 1:20.
12. Proceso según cualquiera de las
reivindicaciones 1-11, donde la fase (f) se realiza
en uno o más evaporadores de película descendente y/o evaporadores
de película fina y/o evaporadores de película lubrificada.
13. Proceso según cualquiera de las
reivindicaciones 1-12, donde la fase (f) se realiza
a la presión atmosférica hasta una presión de 0.1 bar y a una
temperatura de 25° a 140°C.
14. Proceso según cualquiera de las
reivindicaciones 1-13, donde la fase orgánica [11]
que principalmente contiene extractante es sometida a una fase de
lavado con una solución acuosa de una base inorgánica.
15. Proceso según cualquiera de las
reivindicaciones 1-14, donde la fase acuosa [10]
que principalmente contiene ácido láctico contiene del 0.1 al 30%
peso de ácido láctico.
16. Proceso según cualquiera de las
reivindicaciones 1-15, donde la solución de ácido
láctico concentrado en agua [12] es destilada al vacío para formar
ácido láctico [15] y un residuo de la destilación [16].
17. Proceso según la reivindicación 16, donde la
destilación al vacío se realiza a una presión de 0.1 a 20 mbar y a
una temperatura de 100 a 200°C.
18. Proceso según la reivindicación 16 o 17,
donde el residuo de la destilación [16] es reciclado en el proceso
hacia arriba de la fase (c).
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