KR101431363B1 - 숙신산 디암모늄, 숙신산 모노암모늄 및/또는 숙신산을 함유하는 발효액으로부터 숙신산 모노암모늄의 제조방법, 및 숙신산으로 숙신산 모노암모늄의 전환 - Google Patents

숙신산 디암모늄, 숙신산 모노암모늄 및/또는 숙신산을 함유하는 발효액으로부터 숙신산 모노암모늄의 제조방법, 및 숙신산으로 숙신산 모노암모늄의 전환 Download PDF

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Abstract

정화된 숙신산 디암모늄 (DAS)-함유 발효액 또는 정화된 MAS-함유 발효액으로부터 숙신산 모노암모늄 (MAS) 및/또는 숙신산 (SA)의 제조방법은 (a) 물 및 선택적으로 암모늄을 포함하는 오버헤드 및 MAS 또는 SA를 포함하는 액상 버텀을 형성하기 위해 상기 액을 증류시키는 단계; (b) 상기 버텀을 액체 부분과 접촉되어 있는 MAS 또는 SA를 함유하는 고체 부분을 생산하기 위해 충분한 온도 및 조성에 도달하도록 상기 버텀을 냉각 및/또는 증발시키는 단계 및 선택적으로 반용매를 부가시키는 단계; (c) 상기 액체 부분으로부터 상기 고체 부분을 분리시키는 단계; 및 (d) 상기 고체 부분을 회수하는 단계를 포함한다.

Description

숙신산 디암모늄, 숙신산 모노암모늄 및/또는 숙신산을 함유하는 발효액으로부터 숙신산 모노암모늄의 제조방법, 및 숙신산으로 숙신산 모노암모늄의 전환 {Processes for producing Monoammonium Succinate from Fermentation Broths Containing Diammonium Succinate, Monoammonium Succinate and/or Succinic Acid, and Conversion of Monoammonium Succinate to Succinic Acid}
본 출원은 2010년 3월 26일 출원된 미국 가출원 제61/317,799호, 2010년 4월 1일 출원된 미국 가출원 제61/320,053호, 및 2010년 4월 30일 출원된 미국 가출원 제61/329,742호의 우선권을 주장하며, 참조로서 상기 출원의 전체적인 내용은 본 발명에 포함된다.
본 발명은 숙신산 디암모늄 (DAS: diammonium succinate), MAS (monoammonium succinate) 및/또는 숙신산 (SA)을 함유하는 발효액으로부터 숙신산 모노암모늄 (MAS)을 직접 생산하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 MAS를 전환하여 SA을 얻는 것에 관한 것이다.
당 (sugars) 발효의 어떤 탄소질 제품은 탄소-함유 화학제품의 제조를 위한 공급원료로서 사용하기 위한 석유-유도 물질용 대체 물질로 인식되어 있다. 이러한 하나의 제품이 숙신산 모노암모늄 (MAS)이다.
SA는 출발 물질로서 당과 같은 발효성 탄소원을 사용하는 미생물에 의해 생산될 수 있다. 그러나, 문헌에 기술된 대부분 상업적으로 실행가능한, 숙신산 (succinate)을 생산하는 미생물은 최대성장, 전환 및 생산성을 위한 적정 pH를 유지하기 위해 발효액 (fermentation broth)을 중화시킨다. 통상적으로, 상기 발효액의 pH는 상기 액으로 수산화 암모늄의 도입에 의해 pH 7 또는 근처로 유지시켜 SA를 숙신산 디암모늄 (DAS)으로 전환시킨다.
선택적으로, 상기 발효액의 pH는 암모늄염과 혼합물을 포함하는 나트륨, 칼륨, 또는 마그네슘 염들, 또는 이들의 혼합물을 도입시켜 선택된 값에서 유지될 수 있다. 상기 염의 첨가는 상기 SA를 SA의 다른 염들로 전환시킨다. 다른 염들은, 예를 들어, K+, Na+ 및 Mg+ 2를 포함할 수 있다.
Kushiki (일본 공개특허공보 제2005-139156호)는 암모늄염 (ammonium salt)이 반대이온 (counter ion)으로서 첨가된 발효액으로부터 얻어질 수 있는 DAS의 수성 용액으로 부터 MAS를 얻는 방법을 개시한다. 특히, MAS는 4.6 및 6.3 사이의 값으로 상기 용액의 pH가 조정되도록 상기 용액에 아세트산을 첨가시켜 순수하지 않은 MAS를 상기 용액으로부터 결정화를 유발하여 DAS의 수성 용액으로부터 결정화된다.
Masuda (일본 미심사 공개특허 제2007-254354호, 2007년 10월 4일)는 화학식 H4NOOCCH2CH2COONH4로 표시되는 묽은 수성 용액인 "숙신산 암모늄 (ammonium succinate)"의 부분 탈암모니아화 반응 (partial deammoniation)을 기술하고 있다. 상기 개시된 분자식으로부터, "숙신산 암모늄"은 숙신산 탈암모늄임을 알 수 있다. Masuda는 숙신산 암모늄에 부가하여, 적어도 숙신산 모노암모늄, 숙신산, 숙신산 모노아미드, 숙신이미드, 숙신아미드 또는 숙신산 에스터 (ester succinate) 중 하나를 함유하는 고상의 SA-계 (based) 조성물을 산출하기 위해 상기 숙신산 암모늄 용액을 가열시켜 물 및 암모니아를 제거한다. 따라서, Kushiki와 같이, Masuda도 순수하지 않는 MAS의 생산을 결과하는 공정을 개시하는 것으로 추측할 수 있다. Kushiki 및 Masuda의 양자의 상기 방법은 고순도 MAS를 생산하기 위한 다양한 정제 상황 (regimes)에 놓여지는데 필요한 물질을 이끌어 낸다.
본 발명은 DAS, MAS, 및/또는 SA-함유 발효액으로부터 실질적으로 순수한 MAS의 직접 제조를 위한 방법을 제공한다.
본 발명은 정화된(clarified) DAS-함유 발효액으로부터 고순도 MAS를 경제적으로 제조하는 방법을 제공한다. 따라서 본 발명은 (a) 물 및 암모니아를 함유하는 오버헤드, 및 MAS, 적어도 약간 DAS, 및 적어도 약 20 wt%의 물을 함유하는 액상 버텀을 형성하기 위해 상기 DAS-함유 발효액을 증류시키는 단계; (b) 상기 버텀을 DAS-함유 액상 부분 (liquid portion) 및 DAS가 실질적으로 없는 MAS-함유 고체 부분 (solid portion)으로 분리하기에 충분한 온도 및 조성에 도달하도록, 상기 버텀을 냉각 및/또는 증발시키는 단계, 및 선택적으로 상기 버텀에 반용매 (antisolvent)를 첨가시키는 단계; (c) 상기 액체 부분으로부터 상기 고체 부분을 분리시키는 단계; 및 (d) 상기 고체 부분을 회수하는 단계를 포함하며, 바람직하게는 적어도 90 wt%의 총 디암모늄 디카복실산염으로 구성되는 DAS가 상기 액에 함유된 정화된 DAS-함유 발효액으로부터 MAS의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 (a) 물 및 암모니아를 포함하는 제1 오버헤드, 및 MAS, 적어도 약간의 DAS, 및 적어도 약 20wt% 인 물을 포함하는 제1 액상 버텀을 형성하기 위해 상기 액을 증류시키는 단계; (b) 상기 버텀을 DAS-함유 액상 부분 및 DAS가 실질적으로 없는 MAS-함유 고체 부분으로 분리하기에 충분한 온도 및 조성에 도달하도록, 상기 버텀을 냉각 및/또는 증발시키는 단계, 및 선택적으로 상기 버텀에 반용매를 첨가시키는 단계; (c) 상기 액체 부분으로부터 고체 부분을 분리시키는 단계; (d) 상기 고체 부분을 회수하는 단계; (e) 수성의 MAS 용액을 제조하기 위해 물에서 상기 고체 부분을 용해시키는 단계; (f) 물 및 암모니아를 함유하는 제2 오버헤드, 및 대부분의 SA, 부수적인 MAS 및 물을 포함하는 제2 버텀을 형성하기 위해 충분한 온도 및 압력에서 상기 수성의 MAS 용액을 증류시키는 단계; (g) SA로 필수적으로 이루어지고, MAS가 실질적으로 없는 제2 고체 부분과 접촉하고 있는 제2 액상 부분을 분리하기 위해 상기 제2 버텀을 냉각 및/또는 증발시키는 단계; (h) 상기 제2 액체 부분으로부터 제2 고체 부분을 분리시키는 단계; 및 (i) 상기 제2 고체 부분을 회수하는 단계를 포함하는 정화된 DAS-함유 발효액으로부터 SA를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명은 (a) MAS-함유 발효액의 pH가 6 이하로 유지되도록 상기 액에 MAS, DAS, SA, NH3, 및/또는 NH4 + 중 적어도 하나를 선택적으로 첨가시키는 단계; (b) 물 및 선택적으로 암모니아를 포함하는 오버헤드 및 MAS, 적어도 약간의 DAS, 및 적어도 약 20 wt%의 물을 포함하는 액상 버텀을 형성하기 위해 상기 액을 증류시키는 단계; (c) 상기 버텀을 DAS-함유 액체 부분 및 실질적으로 MAS가 없는 MAS-함유 고체 부분으로 분리하기 위해 충분한 온도 및 조성에 도달하도록 냉각 및/또는 증발시키는 단계, 및 선택적으로 상기 버텀에 반용매를 첨가시키는 단계; (d) 상기 액체 부분으로부터 상기 고체 부분을 분리시키는 단계; 및 (e) 상기 고체 부분을 회수하는 단계를 포함하는 정화된 MAS-함유 발효액으로부터 MAS를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명은 (a) MAS-함유 발효액의 pH 6이하로 유지되도록 상기 액에 MAS, DAS, SA, NH3, 및 NH4 + 중 적어도 하나를 선택적으로 첨가시키는 단계; (b) 물 및 선택적으로 암모니아를 포함하는 오버헤드 및 MAS, 적어도 약간의 DAS, 및 적어도 약 20 wt%의 물을 포함하는 액상 버텀을 형성하기 위해 상기 액을 증류시키는 단계; (c) 상기 버텀을 DAS-함유 액체 부분 및 실질적으로 DAS가 없는 MAS-함유 고체 부분으로 분리하기 위해 충분한 온도 및 조성에 도달하도록 냉각 및/또는 증발시키는 단계, 및 선택적으로 상기 버텀에 반용매를 첨가시키는 단계; (d) 상기 액체 부분으로부터 상기 고체 부분을 분리시키는 단계; (e) 상기 제2 고체 부분을 회수하는 단계; (f) 수성의 MAS 용액을 제조하기 위해 물에서 상기 고체 부분을 용해시키는 단계; (g) 물 및 암모니아를 함유하는 제2 오버헤드, 및 대부분의 SA, 부수적인 MAS 및 물을 포함하는 제2 버텀을 형성하기 위해 충분한 온도 및 압력에서 상기 수성의 MAS 용액을 증류시키는 단계; (h) SA로 필수적으로 이루어지고, MAS가 실질적으로 없는 제2 고체 부분과 접촉하는 제2 액체 부분으로 분리시키기 위해 상기 제2 버텀을 냉각 및/또는 증발시키는 단계; (i) 상기 제2 액체 부분으로부터 제2 고체 부분을 분리시키는 단계; 및 (j) 상기 제2 고체 부분을 회수하는 단계를 포함하는 정화된 MAS-함유 발효액으로부터 SA를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명은 또한 정화된 DAS-함유 발효액으로부터 MXS 제조방법을 제공한다. 상기 DAS-함유 발효액에서 숙신산염은 상기 발효액으로부터 MXS를 유도하기 위해 MXS로 전환되는데, 여기서 MXS는 나트륨 (Na)염이 사용된 경우, 숙신산 모노소듐 (MNaS)이고, 칼륨 (K)염이 사용된 경우, 숙신산 모노포타슘 (MKS)이며, 또는 암모니아 (NH4 또는 NH3)염이 사용된 경우, MAS이다. 따라서 상기 방법은 a) 물 및 암모니아를 함유하는 오버헤드, 및 X가 NH4 +, Na+ 및 K+중 적어도 하나인 MXS, DAS 및 숙신산 디소듐 (DNaS) 및 숙신산 디포타슘 (DKS) 중 적어도 하나를 포함하는 적어도 약간의 DYS, 및 적어도 약 20 wt%의 물을 포함하는 액상 버텀을 형성하기 위해 상기 발효액을 증류시키는 단계; (b) 상기 버텀을 DYS-함유 액상 부분 및 DYS가 실질적으로 없는 MXS-함유 고체 부분으로 분리하기에 충분한 온도 및 조성에 도달하도록, 상기 버텀을 냉각 및/또는 증발시키는 단계, 및 선택적으로 상기 버텀에 반용매를 첨가시키는 단계; (c) 상기 액체 부분으로부터 상기 고체 부분을 분리시키는 단계; 및 (d) 상기 고체 부분을 회수하는 단계를 포함한다.
본 발명은 부가적으로 (a) MXS-함유 발효액의 pH가 6으로 유지되도록 상기 액에 SA, NH3, NH4 +, Na+, 및 K+ 중 적어도 하나를 선택적으로 첨가시키는 단계; (b) 물 및 암모니아를 함유하는 오버헤드, 및 MXS, DAS 및 DNaS 및 DKS 중 적어도 하나를 포함하는 적어도 약간의 DYS, 및 적어도 약 20 wt%의 물을 포함하는 액상 버텀을 형성하기 위해 DAS-함유 발효액을 증류시키는 단계; (c) 상기 버텀을 DYS-함유 액상 부분 및 DYS가 실질적으로 없는 MXS-함유 고체 부분으로 분리하기에 충분한 온도 및 조성에 도달하도록, 상기 버텀을 냉각 및/또는 증발시키는 단계, 및 선택적으로 상기 버텀에 반용매를 첨가시키는 단계; (d) 상기 액체 부분으로부터 상기 고체 부분을 분리시키는 단계; 및 (e) 상기 고체 부분을 회수하는 단계를 포함하는 정화된 MXS-함유 발효액으로부터 X가 NH4 +, Na+ 및 K+중 적어도 하나인 MXS를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명은 또한 (a) 물 및 암모니아를 함유하는 오버헤드, 및 MgS, DAS 및 DNaS 및 DKS 중 적어도 하나를 포함하는 적어도 약간의 DYS, 및 적어도 약 20 wt%의 물을 함유하는 액상 버텀을 형성하기 위해 DAS-함유 발효액을 증류시키는 단계; (b) 상기 버텀을 DAS 및 MgS 함유 액상 부분 및 DYS가 실질적으로 없는 MgS-함유 고체 부분으로 분리하기에 충분한 온도 및 조성에 도달하도록, 상기 버텀을 냉각 및/또는 증발시키는 단계, 및 선택적으로 상기 버텀에 반용매를 첨가시키는 단계; (c) 상기 액체 부분으로부터 상기 고체 부분을 분리시키는 단계; 및 (d) 상기 고체 부분을 회수하는 단계를 포함하는 정화된 DAS-함유 발효액으로부터 MgS를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명은 부가적으로 (a) MAS-함유 발효액의 pH에 의존하여 상기 액에 SA, NH3, NH4 + 및 Mg+2 중 적어도 하나를 선택적으로 첨가시키는 단계; (b) 물 및 선택적으로 암모니아를 포함하는 오버헤드 및 MgS, 적어도 약간의 MAS, 및 적어도 약 20 wt%의 물을 포함하는 액상 버텀을 형성하기 위해 상기 액을 증류시키는 단계; (c) 상기 버텀을 MAS-함유 액체 부분 및 실질적으로 MAS가 없는 MgS-함유 고체 부분으로 분리하기 위해 충분한 온도 및 조성에 도달하도록, 냉각 및/또는 증발시키는 단계, 및 선택적으로 상기 버텀에 반용매를 첨가시키는 단계; (d) 상기 액체 부분으로부터 상기 고체 부분을 분리시키는 단계; 및 (e) 상기 고체 부분을 회수하는 단계를 포함하는 정화된 MAS-함유 발효액으로부터 MgS를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명은 DAS, MAS, 및/또는 SA-함유 발효액으로부터 실질적으로 순수한 MAS를 경제적으로 직접 제조할 수 있다.
도 1은 DAS 함유 액으로부터 MAS를 제조하는 일 예의 방법에 대한 블럭도 (block diagram)이다.
도 2는 물 및 30% 수성의 DAS 용액 모두에서 온도 함수에 따른 MAS의 용해도 (solubility)를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 선택된 일 실시 예를 나타내는 흐름도이다.
도 4는 135℃에서 pH의 함수에 따른 MAS (Hsu-), DAS (Su-2), 및 SA (H2Su)의 몰분율 (mole fraction)을 나타내는 그래프이다.
도 5는 25℃에서 도 4와 같은 것과 유사한 그래프이다.
도 6은 선택된 온도에서 MAS, DAS 및 물의 3원 조성도 (ternary diagram)이다.
도 7은 본 발명의 방법에 의해 제조된 MAS 결정의 현미경 사진이다
도 8은 본 발명의 방법에 의해 제조된 SA 결정의 현미경 사진이다.
이하 상세한 설명은 도면을 설명하기 위해 선택된 대표적인 실시 예를 참조하지만, 이에 본 발명이 한정 또는 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 방법은 본 발명의 하나의 대표적인 실시 예,10,에 따른 블럭도를 나타내는 도 1을 참조하여 설명한다.
성장 용기 (12), 통상적으로 인-플레이스 (in-place) 스팀 멸균 발효기는 DAS, MAS, 및/또는 SA-함유 발효액을 제조하기 위해 나중에 활용되는 미생물 배양액 (microbial culture) (도시되지 않음)을 성장시키기 위해 사용될 수 있다. 이러한 성장 용기는 당 업계에 잘 알려져 있어 더 이상 논의하지는 않는다.
상기 미생물 배양액은 탄수화물 (carbohydrate), 당과 같은 발효가능한 탄소원으로부터 SA를 제조할 수 있는 미생물을 포함할 수 있다. 대표적인 미생물의 예로는 Escherichia coli (E. coli ), Aspergillus niger , Corynebacterium glutamicum ( also called Brevibacterium flavum ), Enterococcus faecalis , Veillonella parvula , Actinobacillus succinogenes , Mannheimia succiniciproducens, Anaerobiospirillum succiniciproducens , Paecilomyces Varioti, Saccharomyces cerevisiae , Bacteroides fragilis , Bacteroides ruminicola, Bacteroides amylophilus , Alcaligenes eutrophus , Brevibacterium ammoniagenes, Brevibacterium lactofermentum , Candida brumptii , Candida catenulate, Candida mycoderma , Candida zeylanoides , Candida paludigena , Candida sonorensis , Candida utilis , Candida zeylanoides , Debaryomyces hansenii, Fusarium oxysporum , Humicola lanuginosa , Kloeckera apiculata , Kluyveromyces lactis , Kluyveromyces wickerhamii , Penicillium simplicissimum , Pichia anomala , Pichia besseyi , Pichia media , Pichia guilliermondii , Pichia inositovora, Pichia stipidis , Saccharomyces bayanus , Schizosaccharomyces pombe, Torulopsis candida, Yarrowia lipolytica, 이들의 혼합물 및 이와 같은 것을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
바람직한 미생물은 접수번호 PTA-5132호로 ATCC에 기탁된 E. coli 균주 (strain)이다. 좀 더 바람직하게는 상기 균주가 제거된 3개의 항생제 내성 (antibiotic resistance) 유전자 (cat, amphl, tetA)를 갖는 것이다. 항생제 내성 유전자인 (클로람페닐콜 (chloramphenicol)에 대해 내성을 코딩하는) cat , 및 (카나마이신 (kanamycin)에 대해 내성을 코딩하는) amphl의 제거는 Datsenko KA 및 Wanner BL., Proc. Natl. Acad. Sci. U S A 2000 Jun 6; 97(12) 6640-5에 기술된 바와 같은 소위 "람다-레드 (λ-red)"에 의해 수행될 수 있고, 상기 문헌의 전체적인 내용은 참조로서 본 발명에 포함된다. 상기 테트라사이클린 (tetracycline) 내성 유전자 tetA는 Bochner et al., J Bacteriol. 1980 August; 143(2): 926-933에 의해 최초 기술된 공정을 사용하여 제거될 수 있고, 상기 문헌의 전체적인 내용은 참조로서 본 발명에 포함된다. 글루코스는 상기 미생물에 대해 바람직한 발효 가능한 탄소원이다.
발효가능한 탄소원 (예를 들어, 탄수화물 및 당), 선택적으로 질소원 및 복합 영양물 (예를 들어, 옥수수 침지액 (corn steep liquor)), 비타민, 염 및 세포 성장 및/또는 제품 형성을 개선할 수 있는 다른 물질과 같은 부가적인 메디아 (media) 성분, 및 물은 상기 미생물 배양액의 성장 및 유지를 위해 성장 용기 (12)에 주입될 수 있다. 통상적으로, 상기 미생물 배양액은 산소-풍부 가스 (예를 들어, 공기 등)의 주입에 의해 제공된 호기성 조건하에서 성장된다. 통상적으로, 산 (예를 들어, 황산 (sulphuric acid) 등) 및 수산화 암모늄 (ammonium hydroxide)은 상기 미생물 배양액의 성장 동안에 pH 조절을 위해 제공된다.
일 실시 예 (도시되지 않음)에 있어서, (산소-풍부 가스 주입에 의해 제공된) 상기 성장 용기 (12)에서 호기 조건은 산소-풍부 가스에서 산소-결핍 가스 (예를 들어, CO2 등) 변화에 의해 혐기 조건으로 전환된다. 상기 혐기 환경은 상기 성장 용기 (12)에서 인시튜(in situ)로 SA로 발효 가능한 탄소원의 생물변환 (bioconversion)을 유발한다. 수산화 암모늄은 SA로 발효 가능한 탄소원의 생물변환 동안에 pH 조절을 위해 제공된다. 상기 생산된 SA는 상기 수산화 암모늄의 존재 때문에 적어도 부분적으로 DAS로 중화되어, DAS를 포함하는 액의 생산을 유도한다. 상기 CO2는 SA의 생산을 위한 부가적인 탄소원으로 제공된다.
다른 실시 예에 있어서, 상기 성장 용기 (12)의 내용물은 SA로 탄수화물원의 생물변환을 위한 개별 생물변환 용기 (16)로 스트림 (14)을 통해 이동될 수 있다. 산소-결핍 가스 (예를 들어, CO2 등)는 SA의 생산을 유발하는 혐기성 조건을 제공하기 위해 생물변환 용기 (16)에 주입된다. 수산화 암모늄은 SA로 탄수화물원의 생물변환 동안에 pH 조절을 위해 제공된다. 상기 수산화 암모늄의 존재 때문에, 상기 생산된 SA는 적어도 부분적으로 DAS로 중화되어, DAS를 포함하는 액의 생산을 유도한다. 상기 CO2는 SA의 생산을 위한 부가적인 탄소원으로 제공된다.
또 다른 실시 예에서, 상기 생물변환은 상대적으로 낮은 pH (예를 들어, 3∼6)에서 수행될 수 있다. 염기 (base) (수산화 암모늄 또는 암모니아)는 SA로 상기 탄수화물원의 생물변환 동안에 pH를 조절하기 위해 제공될 수 있다. 요구된 pH에 의존하여, 상기 수산화 암모늄의 존재 또는 부족 때문에, SA는 생산되고 또는 상기 생산된 SA는 MAS, DAS, 또는 SA, MAS 및/또는 DAS를 포함하는 혼합물로 적어도 부분적으로 중화된다. 따라서, 생물변환 동안에 생산된 상기 SA는, 선택적인 부가 단계에서, 암모니아 또는 수산화 암모늄을 제공하여 나중에 중화될 수 있고, DAS를 포함하는 액을 유도한다. 결론적으로, "DAS-함유 발효액"은 일반적으로 생물변환 또는 다른 방법에 의해 첨가 및/또는 생산된, 상기 발효액이 DAS 및 가능한 MAS 및/또는 SA와 같은 많은 다른 성분을 포함하는 것을 의미한다. 유사하게, "DAS-함유 발효액"은 일반적으로 생물변환 또는 다른 방법에 의해 첨가 및/또는 생산된, 상기 발효액이 MAS 및 가능한 DAS 및/또는 SA와 같은 많은 다른 성분을 포함하는 것을 의미한다.
(상기 생물변환이 수행되는 용기 (12) 또는 용기 (16)에 의존하여) 상기 발효 가능한 탄소원의 생물변환으로부터 결과한 상기 액은 통상적으로 증류 전에 정화 장치 (clarification apparatus) (20)로 스트림 (18)을 통하여 이동되는 세포 바이오매스 (cellular biomass) 및 다른 부유물질 (suspended material)과 같은 불용성 고체를 함유한다. 불용성 고체의 제거는 상기 액을 정화시킨다. 이는 나중의 증류 장비의 오염을 감소 또는 방지한다. 상기 불용성 고체는 원심분리 및 여과 (한외 여과 (ultra-filtration), 정밀여과 (micro-filtration) 또는 심층여과 (depth filtration)를 포함하지만 이에 한정되지 않음)를 포함하지만 이에 한정되지 않는 몇몇의 고-액 분리 기술들의 어느 하나 단독 또는 이들의 조합에 의해 제거될 수 있다. 여과 기술의 선택은 알려진 기술을 사용하여 만들어 질 수 있다. 수용성 무기 화합물은 이온-교환, 물리적 흡수와 같은 한정되지 않는 많은 공지의 방법에 의해 제거될 수 있다.
원심분리의 예는 연속 디스크 적층 원심분리 (continuous disc stack centrifuge)이다. 이것은 규조토 (diatomaceous earth) 등과 같은보조 필터를 사용을 포함할 수 있는 전량 유동식 (dead-end flow) 또는 십자 유동식 (cross-flow) 여과, 또는 좀더 바람직하게는 한외여과 또는 정밀여과와 같은 원심분리에 후속하는 마감 여과 단계를 부가하는 것이 유용할 수 있다. 상기 한외여과막 또는 정밀여과막은, 예를 들어, 세라믹 또는 중합체일 수 있다. 중합체 막의 일 예는 Koch Membrane Systems (850 Main Street, Wilmington, MA, USA)에 의해 제조된 SelRO MPS-U20P (pH 안정 한외여과막)이다. 이것은 0.35 내지 1.38 MPa의 압력 (1.55 MPa의 최대 압력) 및 50℃까지의 온도에서 통상적으로 운전되는 25,000 달톤 (Dalton) 분자량 컷-오프 (cut-off)을 갖는 상업적으로 이용가능한 폴리에테르설폰 막 (polyethersulfone membrane)이다. 원심분리 및 마감 여과를 조합하여 사용하는 것 대신에, 십자 유동식 여과는 한외- 또는 정밀여과 막을 사용하여 단독으로 이용될 수 있다.
상기 미생물 배양액 및 다른 고체가 실질적으로 없는 상기 최종 정화된 DAS-함유 액 또는 MAS-함유 액은 증류 장치 (24)로 스트림 (22)을 통하여 이동된다.
상기 정화된 증류 액은 상기 액에서 모든 암모늄 디카르복실산염 (ammonium dicarboxylate salt)의 바람직하게는 적어도 약 70 wt%, 좀더 바람직하게는 80 wt% 및 가장 바람직하게는 적어도 약 90 wt%인 양으로 DAS 및/또는 MAS를 함유할 수 있다. 상기 발효액에서 총 디카르복실산염의 중량 퍼센트 (wt%)로서 상기 DAS 및/또는 MAS의 농도는 고압 액상 크로마토그래피 (high pressure liquid chromatography (HPLC)) 또는 다른 알려진 수단에 의해 용이하게 결정될 수 있다.
물 및 암모니아는 상기 증류 장치 (24)로부터 오버헤드로서 제거되고, 적어도 일 부분은 상기 생물변환 용기 (16) (또는 혐기성 모드로 운전되는 성장 용기 (12))로 스트림 (26)을 통하여 선택적으로 순환된다. 상기 증류가 물 및 암모니아를 함유하는 상기 증류 오버헤드, 및 바람직하게는 적어도 약간의 DAS 및 적어도 약 20 wt%의 물을 포함하는 상기 증류 버텀을 보장하는 방법내에서 수행되는 한, 증류 온도 및 압력은 임계적이지 않다. 좀더 바람직한 물의 양은 적어도 약 30 wt%이고, 좀더 더욱 바람직한 양은 적어도 약 40 wt%이다. 상기 증류 단계로부터 상기 암모니아의 제거율은 온도 증가와 함께 증가하고, 또한 증류 동안에 스팀 취입 (injecting steam)에 의해 증가될 수 있다. 상기 증류 동안에 상기 암모니아의 제거율은 또한 진공하에서, 압력하에서 증류를 수행하여, 또는 상기 증류 장치에 공기, 질소 등과 같은 비-반응성 가스를 주입하여 증가될 수 있다.
상기 증류 단계 동안에 물의 제거는, 상기 버텀이 적어도 약 20 wt%의 물을 함유한다면, 톨루엔, 자일렌, 헥산, 시클로헥산, 메틸 시클로헥산, 메틸 이소부틸 케톤, 헵탄 등과 같은 유기 공비제 (azeotroping agent)의 사용에 의해 향상될 수 있다. 만약 상기 증류가 상기 물 및 시약으로 이루어진 공비 (azeotrope)를 형성할 수 있는 유기 시약의 존재하에서 수행된다면, 상기 증류는 수성 상 (phase) 및 유기 상을 포함하는 2상 (biphasic) 버텀을 생산하며, 어떤 경우에 있어서, 상기 수성 상은 상기 증류 버텀으로 사용된 상기 유기 상 및 수성 상으로부터 분리될 수 있다. 상기 버텀에서 물의 수준이 적어도 약 30 wt%의 수준으로 유지되는 조건이면, 숙식아미드 (succinamide) 및 숙신이미드 (succinimide)와 같은 부산물들은 실질적으로 회피된다.
상기 증류 단계에 대한 바람직한 온도는 압력에 의존하여 약 50 내지 약 300℃의 범위이다. 좀더 바람직한 온도 범위는 압력에 의존하여 약 90 내지 약 150℃이다. 약 110 내지 약 140℃의 증류 온도가 바람직하다. "증류 온도"는 상기 버텀의 온도 (배치 증류 (batch distillations)에 있어서, 이는 마지막 원하는 양의 오버헤드가 실행된 시간에서의 온도일 수 있다)에 관한 것이다.
물 혼화성 (miscible) 유기용매 또는 암모니아 분리 용매의 첨가는 전술한 바와 같은 증류 온도 및 압력의 변화에 따라 탈암모니아를 촉진시킬 수 있다. 이러한 용매는 수동 (passive) 수소결합을 형성할 수 있는 비양자성 (aprotic), 양극 (bipolar), 산소-함유 용매를 포함할 수 있다. 예로는 디글라임 (diglyme), 트리글라임 (triglyme), 테트라글라임 (tetraglyme), 프로필렌글리콜 (propylene glycol), 디메틸설폭사이드 (dimethylsulfoxide (DMSO))와 같은 설폭사이드, 디메틸포름아미드 (DMF) 및 디메틸아세타미드 (dimethylacetamide)와 같은 아미드, 메틸설폰과 같은 설폰, 설포란 (sulfolane), 폴리에틸렌글리콜 (PEG), 부톡시트리글리콜, N-메틸피롤리돈 (NMP), 감마 부티로락톤, 디옥산(dioxane)과 같은 에테르, 메틸에틸케톤 (MEK) 등을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 용매는 상기 정화된 액에서 DAS 또는 MAS로부터 암모니아의 제거를 돕는다. 상기 증류 기술과 관계없이, 상기 증류는 상기 버텀에 적어도 약간의 DAS 및 적어도 약 20 wt%, 좀 더 바람직하게는 적어도 약 30 wt%의 물을 보장하는 방법으로 수행되는 것이 바람직하다.
상기 증류는 대기 (atmospheric), 부압 (sub-atmospheric) 또는 과대기압 (super-atmospheric pressures)에서 실행될 수 있다. 상기 증류는 일-단 플래쉬 (one-stage flash), 다단 증류 (예를 들어, 다단 컬럼 증류) 등일 수 있다. 상기 일-단 플래쉬는 어떤 타입의 플래셔 (flasher) (예를 들어, 와이프 필름 증발기 (wiped film evaporator), 박막 증발기, 열사이펀 (thermosiphon) 플래셔, 강제 순환 플래셔 (forced circulation flasher), 등등)에서 수행될 수 있다. 상기 다단 증류 컬럼은 트레이 (trays), 팩킹 (packing) 등을 이용하여 달성될 수 있다. 상기 팩킹은 랜덤 팩킹 (예를 들어, Raschig 링(rings), Pall 링, Berl 샌들 (saddles) 등등) 또는 구조체 팩킹 (예를 들어, Koch-Sulzer 팩킹, Intalox 팩킹, Mellapak 등등)일 수 있다. 상기 트레이는 어떤 디자인 (예를 들어, 시브 (sieve) 트레이, 밸브 트레이, 버블-캡 (bubble-cap) 트레이 등등)일 수 있다. 상기 증류는 많은 이론적인 단계로 수행될 수 있다.
만약 상기 증류 장치가 컬럼이라면, 외형은 특별히 중요한 것은 아니지만, 상기 컬럼은 잘 알려진 기준을 이용하여 설계될 수 있다. 상기 컬럼은 스트리핑 모드 (stripping mode), 정류 모드 (rectifying mode) 또는 분별 (fractionation) 모드에서 운전될 수 있다. 증류는 배치 또는 연속 모드에서 수행될 수 있다. 상기 연속 모드에 있어서, 상기 액은 상기 증류 장치로 연속적으로 주입될 수 있고, 상기 오버헤드 및 버텀은 그들이 형성됨에 따라 상기 장치로부터 연속적으로 제거될 수 있다. 상기 증류로부터 증류액 (distillate)은 암모니아/물 용액이고, 상기 증류 버텀은 다른 발효 부산물 염 (즉, 암모늄 아세테이트, 암모늄 포메이트 (formate), 암모늄 락테이트 등등) 및 색상체 (color bodies)를 또한 함유할 수 있는 액상의, MAS 및 DAS 수성 용액이다.
상기 증류 버텀은 냉각 장치 (30)으로 스트림 (28)을 통하여 이동될 수 있고, 종래 기술에 의해 냉각된다. 냉각 기술은 임계적이지는 않을 지라도, 바람직한 기술은 하기에 기술될 것이다. (열 회수능을 갖는) 열 교환기는 사용될 수 있다. 플래쉬 기화 냉각기 (vaporization cooler)는 상기 버텀을 약 15℃로 냉각시키기 위해 사용될 수 있다. 0℃로 냉각은 통상적으로, 예를 들어, 글리콜 용액 또는, 다소 바람직하게는 염수 (brine)와 같은 냉각된 냉각제를 사용한다. 농축 단계 (concentration step)는 생산물의 수율을 증가시키기 위해 냉각 전에 포함될 수 있다. 더군다나, 농축 및 냉각은 진공 증발과 같은 공지의 방법 및 통합 냉각 자켓 (cooling jackets) 및/또는 외부 열교환기를 사용하는 열 제거를 이용하여 결합될 수 있다.
본 발명자들은 상기 액상 버텀에서 약간의 DAS의 존재가 상기 액상의 수성 DAS-함유 버텀에서 MAS의 용해도를 감소시켜 적어도 MAS (상기 고체 부분이 적어도 실질적으로 순수한 결정상 MAS을 의미함)로 "필수적으로 이루어진" 고체 부분과 접촉하는 액체 부분으로 상기 버텀의 냉각-유도 분리를 촉진하는 것을 발견하였다. 도 2는 0 내지 60℃의 다양한 온도 범위에 따른 수성의 30% DAS 용액에서 감소된 MAS의 용해도를 나타낸다. 상부 곡선은 0℃에서 조차도 MAS가 물에 상당히 용해되어 (즉, 수성 용액에서 약 20 wt%) 있음을 보여준다. 하부 곡선은 0℃에서 MAS가 30 wt%의 수성 DAS 용액에서 필수적으로 불용성인 것을 보여준다. 따라서, 본 발명자들은 MAS가 수성 용액 외부에서, 만약 약간의 DAS가 또한 상기 용액에 존재한다면, 좀더 완전하게 결정화될 수 있음을 발견했다. 이러한 용액에서 DAS의 바람직한 농축은 ppm 내지 약 3 wt% 범위이다. 이것은 DAS의 부재시 요구될 수 있는 온도보다 높은 온도에서 MAS의 결정 (즉, 상기 증류 버텀의 상기 고체 부분의 형성)을 허용한다.
상기 암모니아의 50%가 수성의 메디움에 함유된 DAS로부터 제거된 경우, 상기 운전 온도 및 압력에 의존하여, 상기 숙신산 종류 (succinate species)는 4.8 내지 5.4의 pH 범위 내에서 DAS:MAS:SA가 약 0.1:0.8:0.1의 평형 몰 분포 (equilibrium molar distribution)를 형성한다. 이러한 조성물이 농축되고 냉각된 경우, MAS는 물에서 이의 한정 용해도를 초과하여 결정화된다. MAS가 고체 상으로 상 변화가 진행된 경우, 액체 상 (liquid phase) 평형은 재설정되어, 이에 의해 좀 더 MAS (DAS가 SA에 암모늄 이온을 공여)를 생산한다. 이는 용액으로부터 좀 더 MAS의 결정화를 유발하고, 상당한 양의 SA가 소모될때까지 계속되며, 상기 pH는 상승하는 경향이 있다. 상기 pH가 상승하는 경우, 상기 액체 상 분포는 DAS에 유리하다. 그러나, DAS가 물에서 많이 용해되기 때문에, MAS는 이의 용해도가 DAS보다 낮은 경우에 결정화는 계속된다. 효과적으로, 상기 액체 상 평형 및 숙신산 종류의 상기 액-고 평형 (equilibria)은 MAS 결정화에 대한 "펌프 (pump)"로 작용하고, 이에 의해 고수율로 MAS 결정화를 가능하게 한다.
상술한 바와 같은 상기 냉각, 증발, 또는 증발 냉각에 부가하여, MAS의 결정화는 반용매의 첨가에 의해 가능할 수 있고, 및/또는 촉진될 수 있다. 이러한 배경에 있에서, 반용매는 물과 통상적인 혼화성 용매일 수 있으나, 상기 용매에서 염의 낮은 용해도 때문에 MAS와 같은 상기 수용성 염의 결정화를 유발한다. MAS에 반용매 효과를 갖는 용매는 에탄올 및 프로판올과 같은 알코올, 메틸 에틸 케톤과 같은 케톤, 테트라하이드로퓨란과 같은 에테르 등일 수 있다. 상기 반용매의 사용은 알려져 있고, 냉각 및 증발의 결합 또는 개별적으로 사용될 수 있다.
상기 증류 버텀은, 유닛(unit) (30)에서 냉각한 후에, 상기 액체 부분으로부터 상기 고체 부분을 분리하기 위한 분리기 (34)(separator)에 스트림 (32)을 통하여 주입될 수 있다. 분리는 (예를 들어, Nutsche 또는 Rosenmond 형태의 압력 필터를 사용하는) 압력 필터, 원심분리 등을 통하여 달성될 수 있다. 상기 최종 고체 생산물은 생산물 (36)로 회수될 수 있고, 만약 원한다면, 표준 방법에 의해 건조된다.
분리 이후에, 상기 고체 부분의 표면 상에 액체 부분이 남아있지 않도록 상기 고체 부분을 취급하는 것이 바람직할 수 있다. 상기 고체 부분의 표면 상에 남아있는 액체 부분의 양을 최소화하는 하나의 방법은 물로 분리된 고체 부분을 세척하고, 최종 세척된 고체 부분 (도시되지 않음)을 건조시키는 것이다. 상기 고체 부분을 세척하기 위한 편리한 벙법은 소위 "바스켓 원심분리 (basket centrifuge)" (도시되지 않음)이다. 적당한 바스켓 원심분리는 The Western States Machine Company (Hamilton, OH, USA)로부터 이용 가능하다.
상기 분리기 (34)의 상기 액체 부분 (예를 들어, 모액)은 잔존하는 용해된 MAS, 어떤 미전환된 DAS, 암모늄 아세테이트, 락테이트, 또는 포메이트와 같은 발효 부산물, 및 다른 부수적 불순물을 함유할 수 있다. 이러한 액체 부분은 다운스트림 (downstream) 장치 (40)로 스트림 (38)을 통하여 주입될 수 있다. 하나의 일 예에 있어서, 장치 (40)는 적당한 양의 수산화 칼륨으로 상기 혼합물을 처리, 예를 들어, 상기 암모늄염을 칼륨염으로 전환시켜 방빙제 (de-icer)를 만드는 수단일 수 있다. 이러한 반응으로 발생된 암모니아는 상기 생물변환 용기 (16) (또는 혐기성 모드에서 운전되는 성장 용기 (12))에서 재사용을 위해 회수될 수 있다. 칼륨염의 최종 혼합물은 방빙제 및 빙결 방지액 (anti-icer)으로 가치가 있다.
상기 고체 분리 단계 (34)로부터 얻은 상기 모액은 MAS의 회수율을 더욱 향상시킬 뿐만 아니라 DAS를 MAS로 더욱 전환시키기 위해, 스트림 (42)을 통하여 상기 증류 장치 (24)로 회수 (또는 부분적 회수)될 수 있다.
상기 냉각-유도된 결정화의 상기 고체 부분은 실절적으로 순수한 MAS이고, 따라서, MAS의 알려진 활용도를 위해 유용하다.
HPLC는 숙신아미드 및 숙신이미드와 같은 질소-함유 불순물의 존재를 검출하는데 사용될 수 있다. MAS의 순도는 기본적인 탄소 및 질소 분석에 의해 결정될 수 있다. 암모니아 전극 (electrode)은 MAS 순도의 근사값을 결정하는데 사용될 수 있다.
상기 상황 및 다양한 운전 입력에 의존하여, 상기 발효액은 정화된 MAS-함유 발효액 또는 정화된 SA-함유 발효액일 수 있다. 이러한 상황에 있어서, 실질적으로 순수한 MAS의 생산을 촉진하기 위해, 이들 발효액에 MAS, DAS, SA, 암모니아 및/또는 수산화 암모늄을 선택적으로 첨가하는 것이 유리할 수 있다. 예를 들어, 상기 발효액의 운전 pH는 상기 액이 MAS-함유액 또는 SA-함유액이 되도록 맞출 수 있다. MAS, DAS, SA, 암모니아 및/또는 수산화 암모늄은 전술한 순수한 MAS의 생산을 촉진하기 위하여 액의 pH를 바람직하게 <6로 달성되도록 이들 액에 선택적으로 첨가될 수 있다. 또한, 다른 소스로부터 MAS, DAS 및/또는 SA는 원하는 만큼 첨가될 수 있다. 하나의 특정 형태에 있어서, 상기 발효액으로 상기 증류 단계 (24)로부터 결과하는 상기 액상 버텀 및 상기 발효액에서 상기 분리기 (34) 유래의 액체 부분으로부터 MAS, DAS 및 물을 순환시키는 것이 특히 유리하다. 상기 MAS-함유액과 관련하여, 이러한 액은 일반적으로 상기 발효액이 생물 전환 또는 다른 방법에 의해 첨가 및/또는 생산된 MAS 및 가능한 많은 DAS 및/또는 SA와 같은 다른 성분을 포함하는 것을 의미한다.
상기 고체 부분은 암모니아를 제거하여 SA로 전환될 수 있다. 이는 다음과 같이 수행될 수 있다. 전술한 어떤 전환 공정으로 얻어진 (MAS로 필수적으로 이루어진) 상기 고체 부분은 수성의 MAS 용액으로 제조되기 위해 물에 용해될 수 있다. 이러한 용액은 그 다음 물 및 암모니아를 포함하는 오버헤드, 및 대부분의 SA, 부수적인 MAS 및 물을 포함하는 버텀을 형성하기 위해 충분한 온도 및 압력에서 증류될 수 있다. 상기 버텀은 SA로 필수적으로 이루어지고, 실질적으로 MAS가 없는 고체 부분과 접촉하는 액체 부분을 분리시키기 위해 냉각될 수 있다. 상기 고체 부분은 상기 제2 액체 부분으로부터 분리될 수 있고, HPLC에 의해 측정하여 실질적으로 순수한 SA로 회수된다.
도 3은 본 발명의 특별하게 바람직한 공정의 하나이다. 도 3에 있어서, (다른 것을 가운데) DAS를 함유하는 정화된 발효액의 스트림일 수 있는 DAS의 스트림 (100)은, 증류 컬럼 (102)에서 반응성 증발/증류에 놓이게 된다. 상기 증류는 약 110 내지 약 145℃의 온도 범위에 걸쳐, 바람직하게는 약 135℃에서 일어날 수 있다. 상기 증류 컬럼 (102)에서 압력은 약 1.5 내지 약 4 bar, 바람직하게는 약 3.5 bar의 넓은 범위에 걸칠 수 있다. 물 및 암모니아는 증류 컬럼 (102)에서 분리되고, 오버헤드 (104)를 형성한다. 상기 액상 버텀 (106)은 MAS, 적어도 약간의 DAS 및 적어도 약 20 wt%의 물을 포함한다. 통상적으로, 버텀 (106)은 약 5내지 약 20 wt%의 MAS, 약 80 wt% 내지 약 95 wt%의 물 및 약 1 내지 약 3 wt%의 DAS를 함유한다. 상기 버텀의 pH는 약 4.6 내지 약 5.6의 범위일 수 있다.
상기 버텀 (106)은 오버헤드 스트림 (110)을 통하여 물을 제거하는 농축기 (108)로 스트림된다. 농축기 (108)는 약 90℃ 내지 약 110℃의 온도 범위, 바람직하게는 약 100℃ 및 약 0.9 bar 내지 약 1.2 bar의 압력 범위에 걸쳐, 바람직하게는 약 1.103 bar에서 운전될 수 있다.
농축기(108)는 통상적으로 약 40 wt% 내지 약 70 wt%, 바람직하게는 약 55 wt%의 MAS를 함유하는 버텀 스트림 (112)을 생성한다. 그러므로, 상기 농축기는 MAS의 양을 통상적으로 약 2 내지 약 11 배 (times), 바람직하게는 약 4 배 내지 약 6 배까지 농축시킨다.
버텀 스트림 (112)은 통상적으로 약 50 내지 약 70℃, 바람직하게는 약 60℃의 온도에서 운전되는 제1 결정화기 (crystallizer)로 흐른다. 물 오버헤드 스트림 (116)은 상기 결정화기에 의해 생성된다. 버텀 (118)은 통상적으로 MAS의 수율이 약 95%인 고체 스트림 (122)을 생성하는 원심분리기 (120)로 흐른다. 잔여 액상 흐름 (124)은 오버헤드 스트림 (128)의 방법에 의해 부가적인 물을 제거하고, 통상적으로 약 30 내지 약 50℃, 바람직하게는 약 40℃의 온도에서 운전되는 제2 결정화기 (126)로 보내진다. 상기 버텀 스트림 (130)은 원심분리기 (132)로 흐른다. 원심분리기는 약 70 내지 약 90℃의 통상적인 온도 범위, 바람직하게는 약 90℃에서 물을 도입하는 물 스트림 (136)으로 재용해되는 고체 스트림 (134)을 생성한다. 상기 스트림은 제1 혼합기 (138)로 흐르고, 제1 결정화기 (114)로 되돌아가는 제1 순환 흐름 (140)을 생성한다.
원심분리기 (132)에 남은 액체는 스트림 (141)을 통하여 물의 오버헤드 스트림 (144)을 생성하는 제3 결정화기 (142)로 흐른다. 제3 결정화기 (142)는 통상적으로 약 10 내지 약 30℃, 바람직하게는 약 20℃의 온도에서 운전된다. 잔여 버텀은 제3 원심분리기 (148)로 스트림 (146)을 통하여 흐르고, 제3 원심분리기 (148)에 의해 생성된 고체 물질은 스트림 (152)을 통해서 제2 혼합기 (150)로 흐른다. 상기 고체 스트림은 약 50 내지 약 70℃의 온도 범위, 바람직하게는 약 70℃에서 통상적으로 물을 도입하는 제2 물 스트림 (154)에 의해 용해된다. 제2 혼합기 (150)는 제2 결정화기 (126)로 순환되는 순환 스트림 (156)을 생성한다. 잔여 물질은 퍼지 (purge) 스트림 (158)을 통하여 제3 원심분리기 (148)로부터 시스템 외부로 흐르고, 스트림 (112)에 함유된 약 5 wt%의 총 MAS를 통상적으로 나타낸다. 결정화기 (114, 126, 및 142)에서 원하는 결정화 온도는 (묘사된 바와 같은) 증발, 외부 냉각 메디움과의 간접 접촉, 또는 이들의 조합에 의해 달성될 수 있다.
도 4는 도 3의 증류 컬럼 (102)에서의 통상적인 온도인 135℃에서 pH의 함수에 따른 MAS, DAS, 및 SA의 몰분율을 나타내는 그래프이다. 도 5은 온도가 25℃인 것을 제외하고는 도 4와 같다. 이러한 도면들은 특정 온도에서 pH에 의존하여 상기 3성분의 상대적인 비율을 보여준다. 본 발명의 방법에 따르면, 상기 증발/증류 유닛 (unit) (102) 및 상기 농축 유닛 (108)의 통상적인 운전 pH는 MAS의 최대 생산을 유도하는 약 5.3일 수 있다. 상기 암모니아의 약 50%가 수성의 메디움에 함유된 DAS로부터 제거된 경우, 상기 운전 온도 및 압력에 의존하여, 상기 숙신산 종류는 약 4.8 내지 약 5.4의 pH 범위 내에서 DAS:MAS:SA가 약 0.1:0.8:0.1의 평형 몰 분포를 형성한다. 어떤 특정 이론에 구속없이, 상기 조성물이 농축되고 냉각된 경우, MAS는 물에서 이의 한정 용해도를 초과하여 결정화된다. 또한, MAS가 고체 상으로 상 변화가 진행된 경우, 상기 액체 상 평형은 찬찬히 재설정되는 것으로 믿어지며, 이에 의해 좀더 MAS (DAS가 SA에 암모늄 이온을 공여)를 생산한다. 이는 용액으로부터 좀 더 MAS의 결정화를 유발하고, 상당한 양의 SA가 소모될때까지 계속되며, 상기 pH는 상승하는 경향이 있다. 상기 pH가 상승하는 경우, 상기 액체 상 분포는 DAS에 유리하다. 그러나, DAS가 물에서 많이 용해되기 때문에, MAS는 이의 용해도가 DAS보다 낮은 경우 결정화는 계속된다. 효과적으로, 상기 액체 상 평형 및 숙신산 종류의 상기 액-고 평형 (equilibria)은 MAS 결정화를 위한 "펌프"로 작용하고, 이에 의해 고수율로 MAS 결정화를 가능하게 한다.
도 6은 3개의 다른 온도, 즉 20℃, 35℃ 및 60℃에서 MAS, DAS 및 물의 3원 조성도이다. 상기 조성도는 다른 온도에서 순수한 MAS 또는 DAS의 결정화를 유발하는 고-액 평형을 설명한다. 본 발명자들은 도 6을 MAS, DAS, 및 물을 함유하는 액체 조성물이 고체 부분의 분리를 유발하기 위해 냉각된 경우 및 상기 액체 조성물이 "A"로 표시된 공융점 (eutectic points)의 좌측에 위치한 경우, 그 다음, 액-고 평형 원칙이 상기 고체 부분이 순수한 MAS임을 암시하는 것을 보여주는 실험적인 용해도 데이터로 구성하였다. 반대로, MAS, DAS, 및 물을 함유하는 액체 조성물이 고체 부분의 분리를 유발하기 위해 냉각된 경우 및 상기 액체 조성물이 "A"로 표시된 공융점의 우측에 위치한 경우, 그 다음, 액-고 평형 원칙은 상기 고체 부분이 순수한 DAS임을 암시한다. 도 3에 대표적으로 묘사된 본 발명의 공정은 "A"로 표시된 공융점의 좌측으로 운전되도록 설계됨에 따라, 순수한 MAS의 생산이 예상된다.
지금부터, 대표적인 공정은 도 3 및 6을 참조하여 기술된다. 통상적으로, 스트림 (100)은 약 5 wt%로 DAS를 함유하는 액인 점 (point) "P"를 대표한다. 상기 반응성 증발/증류 단계 (102)에 있어서, 물 및 암모니아는 점 "Q"에 의해 대표되는 통상적으로 10 wt% MAS 함유 용액을 형성하기 위해 증발/증류된다. 나중에, 상기 농축 유닛 (108)에서, 상기 MAS 함유 용액은 점 "R"로 대표되는 통상적으로 60 wt% MAS 함유 용액을 형성하기 위해 농축된다. 마지막으로, 상기 60 wt% MAS 함유 용액은 고체 부분과 접촉하는 점 "S"에 의해 대표된 약 37 wt% MAS 함유 액체 부분을 생성하기 위해 (증발, 간접 접촉 냉각, 또는 이들의 조합에 의해) 냉각된다. 액-고 평형 원칙에 따르면, 본 발명자들이 상기 공융점의 좌측에서 본 발명의 공정을 통상적으로 운전하기 때문에, 도 6은 상기 고체 부분이 DAS가 실질적으로 없는 필수적으로 순수한 MAS임을 보여준다.
도 7은 본 발명의 방법에 따라 제조된 대표적인 MAS 결정을 보여주는 현미경 사진이다. 유사하게, 도 8은 본 발명의 방법에 따라 제조된 대표적인 SA 결정의 현미경 사진이다. 상기 사진들은 SA의 결정 모양과 뚜렷이 구분되는 것을 확실하게 보여준다. 지금부터, 본 발명자들은 본 발명의 방법을 사용하여 DAS 및 SA 모두가 실질적으로 없는 필수적으로 순수한 MAS를 제조할 수 있음을 보여준다.
실시 예
하기 공정은 제한되지 않는 대표적인 실시 예들로 설명하였다. 많은 실시 예에 있어서, 합성의 수성 DAS 용액은 실제 정화된 DAS-함유 발효액을 대신하여 사용되었다. 다른 실시 예들은 실제 정화된 DAS-함유 발효액을 사용하였다.
합성 DAS 용액의 사용은 실제 액에서 확인된 통상적인 발효 부산물의 용해도 때문에 본 발명의 공정에서 실제 액의 특성에 대한 좋은 모델일 수 있다. 상기 발효 동안에 생산된 주요 부산물은 암모늄 아세테이트, 암모늄 락테이트 및 암모늄 포메이트이다. 만약 이들 불순물들이 증류 단계 동안에 존재한다면, 모든 DAS가 MAS로 전환될 때 까지 암모니아의 손실을 예상할 수 없고, 상당한 양으로 유리산 (free acids)을 형성한다. 이는 아세트산, 락트산 및 포름산이 상기 SA의 제2 산기 (pKa = 5.48)보다 강한 산이기 때문이다. 다시 말하면, 아세테이트, 락테이트, 포메이트 및 모노하이드로겐 숙신산 (monohydrogen succinate) 조차도 디아니온 (dianion) 숙신산보다 약한 염기 (weaker bases)이다. 더군다나, 암모늄 아세테이트, 암모늄 락테이트 및 암모늄 포메이트는 MAS보다 물에서 상당히 많이 용해되고, 각각은 통상적으로 10%의 DAS 농도보다 낮게 상기 액에 존재한다. 부가적으로, 만약 상기 산들 (아세트산, 락트산 및 포름산)이 증류 단계 동안에 형성된다면, 이들은 물과 혼화될 수 있고, 물로부터 결정화되지는 않을 것이다. 이것은 상기 모액 (즉, 상기 액체 부분) 내에 용해된 산 불순물을 남기면서, 상기 MAS는 포화에 도달하고, 용액으로부터 결정화 (즉, 상기 고체 부분 형성)되는 것을 의미한다.
실시 예 1
본 실시 예는 증류를 통하여 DAS의 일부분을 MAS로의 전환 및 냉각-유도 결정화를 통하여 증류 버텀 액체로부터 MAS 고체의 회수를 설명한다.
삼구 500 ㎖ 둥근 바닥 플라스크는 온도계 및 환류 응축기(reflux condenser)를 상부에 구비한 딘-스타크 트랩 (Dean-Stark trap)으로 설치된다. 상기 환류 응축기의 벤트(vent)는 1.4M 아세트산 용액 100g을 함유하는 스크러빙 병(scrubbing bottle)로 연결된다. 상기 플라스크에 10% DAS 수성 용액 (pH 8.5) 400g을 넣는다. 상기 플라스크의 내용물은 자기 교반기 (magnetic stirrer)로 교반되면서 히팅 맨틀(heating mantle)로 가열하여 딘-스타크 트랩을 통하여 증류액 (수성의 암모니아 용액) 320.6g을 증류시켜 제거한다. 상기 증류액의 분석은 약 20%의 함유된 암모니아가 증류 동안에 상기 충진된 DAS로부터 제거되는 것을 나타낸다 (즉, 상기 버텀 액체에서의 염(salts)은 약 40% MAS 및 약 60% DAS임). 오직 암모니아의 흔적은 스크러빙 병에서 발견된다. 마지막 방울 (drop)이 증류 될때까지 포트 (pot)의 최종 온도는 110℃이다. 상기 포트에서의 잔여물 (버텀 액체) (73.4g인 약 53%의 물)은 상온에서 냉각시키기 위해 밤새 플라스크 안에 놓아둔다. 상온에서 냉각시키는 동안, 백색 침상 (white needles)의 MAS가 형성된다. 상기 백색 고체는 진공여과 (vacuum filteration)를 통하여 습식 결정 (wet crystals) (고체부분) 14g 및 모액 (액체 부분) 56g을 얻는다. 상기 습식 결정 (7g)의 일부분은 진공 오븐에서 밤새 건조시켜 칼-피셔 (Karl-Fisher) 분석에 의해 측정한 바에 따라 0.4%의 물을 함유한 6g의 건조된 고체를 얻는다. HPLC로 상기 고체 부분의 분석은 비-MAS 질소-함유 불순물 (예를 들어, 숙신이미드 및 숙신아미드)이 없는 것으로 밝혀졌다.
실시 예 2
본 실시 예는 모액 순환을 설명한다.
1-ℓ 둥근 바닥 플라스크는 합성 4.5% DAS 용액 800g으로 충진되고, 그 다음 증류 헤드 (distillatiom head)는 플라스크에 부착된다. 플라스크의 내용물은 대기압에서 증류하여 플라스크 안에 잔여물 (버텀 액체) 67g을 남긴다. 상기 버텀 액체는 대략 45% 물을 함유한다. 상기 증류액의 암모니아 분석은 제1 증류 순환이 약 26%의 암모니아를 제거하고, DAS 및 MAS의 42/58 mol/mol 혼합물을 만든다고 파악된다. 상기 잔여물 (버텀 액체)은 그런 다음 플라스크에서 제거되고, 수조 (water bath)를 장치한 비이커안에 놓아둔다. 상기 비이커 내용물은 교반하면서 20℃로 냉각시킨다. 상기 잔여물이 20℃에 도달했을 때, MAS의 약간의 결정으로 시드를 형성하고, 30분간 교반된다. 그 다음, 상기 수조의 온도가 15℃로 내려갔을 때, 30분 동안 그 상태를 유지시킨다. 상기 온도가 그 다음 10℃로 내려갔을 때, 30분 동안 그 상태를 유지시킨다. 상기 온도가 5℃로 냉각된 다음, 30분 동안 그 상태를 유지하고, 마지막으로 0℃로 30분 동안 그 상태를 유지시킨다. (고체 및 액체 부분으로 이루어지는) 상기 슬러리는 그 다음 전-냉각 소결된 유리 필터 펀넬 (glass filter funnel) 및 진공 플라스크를 사용하여 재빨리 여과시킨다. 상기 고체는 진공오븐에서 건조되어 건조된 MAS 고체 13.9g을 얻는다. 상기 모액 (액체 부분, 47.2g)은 합성 4.5g DAS 용액 800g과 조합된 다음, 증류하여 잔여물 (버텀 액체) 86.6g을 얻는다. 제2 증류 (즉, 모액 순환 실시)에서, DAS의 전체 양으로부터 약 28%의 암모니아는 제거된다. 상기 잔여물 (버텀 액체)은 그 다음 유사한 방법으로 냉각 (결정화)시킨다. 그러나, 상기 용액은 46℃에서 혼탁해지고, 46℃에서 시드를 형성 및 교반하면서 상온에서 밤새 천천히 냉각시킨다. 다음날 상기 온도를 5℃씩 0℃까지 천천히 램프다운(ramped down)한다. 상기 슬러리 (고체 및 액체 부분)는 전과 같이 여과시키고, 상기 고체는 건조하여 MAS 고체 23.5g을 얻는다. 이것은 증류된 새로운 DAS 용액 800g에서 SA 등가물의 약 75% 회수와 같다. 제1 순환으로부터 회수된 고체는 95% MAS (약 5% 물)이다. 제2 순환에 있어서, 상기 고체는 97% MAS (약 3% 물)이다. 제2 사이클에서의 모액은 28.8% SA 등가물 (즉, SA 염과 같은)을 함유한다.
실시 예 3
본 실시 예는 냉각된 증류 버텀의 고체 부분에서 아미드 및 이미드 종류의 부재를 설명한다.
1-ℓ 둥근 바닥 플라스크에 합성 4.5% DAS 용액 800g을 충진한다. 상기 플라스크는 증류 헤드로 뚜껑을 덮은 5 트레이 1" 올더쇼 섹션 (five tray 1" Oldershaw section)으로 설치된다. 상기 증류액은 얼음 냉각 리시버 (ice cooled receiver)에서 수집된다. 상기 플라스크의 내용물은 히팅 맨틀로 가열되고, 자기교반기로 교반된다. 상기 플라스크의 내용물은 증류되어 오버헤드 증류액 721.1g 및 플라스크에 액체 잔여물 72.2g (즉, 증류 버텀)을 제공한다. 상기 수성의 암모니아 증류액은 0.34% 암모니아 함량을 나타내도록 적정시킨다 (즉, DAS를 MAS로 약 55% 전환). 상기 뜨거운 증류 버텀 (대략 DAS 및 MAS의 47% 염 용액)은 125㎖ 삼각 플라스크 (Erlenmeye flask)에 놓고, 밤새 교반하면서 상온에서 천천히 냉각시킨다. 다음날 아침, 상기 혼탁해진 용액은 교반하면서 15℃로 냉각시켜서 60분 동안 유지하고, 그 다음 10℃로 냉각시켜서 60분 동안 유지하며, 마지막으로 5℃로 냉각시켜 60분간 유지시킨다. 상기 최종 백색 슬러리는 여과시켜 습식 결정 12.9g 및 모액 55.3g이 산출되었다. 상기 결정은 증류수 25.8g에서 용해시킨다. 상기 결정 용액의 HPLC 분석은 검출가능한 양의 아미드 또는 이미드 종류가 없다고 나타났다. 그러나, 상기 모액의 HPLC 분석은 미량의 숙신산이 나타났으나, 검출가능한 숙신아미드 또는 숙신이미드는 없었다.
실시 예 4
본 실시 예는 MAS로 필수적으로 이루어지고, 실질적으로 DAS가 없는 냉각 증류 버텀의 고체 부분을 생산한다.
삼구 1-ℓ 둥근 바다 플라스크는 부가 펀넬 및 증류 헤드로 뚜껑을 덮은 1" 5 트레이 올더쇼 컬럼으로 설치된다. 얼음 냉각 리시버는 증류액을 수집하기 위해 사용된다. 상기 플라스크에 합성 4.5% DAS 용액 800g을 넣는다. 상기 플라스크 내용물은 히팅 맨탈로 가열시키고, 자기 교반기로 교반시킨다. 증류는 시작된다. 상기 증류가 수행하는 동안, 부가적인 1600g의 상기 4.5% DAS 용액은 증류액이 얻어지는 동일한 속도로 상기 플라스크에 천천히 첨가한다. 2135g의 총 증류액이 오버헤드에 얻어진다. 상기 오버헤드에 얻어진 증류액의 적정은 0.33% 암모니아 용액이다. 상기 뜨거운 수성의 증류 버텀 (253.8g)은 플라스크로부터 제거되어 삼각 플라스크에 넣는다. 상기 증류 버텀은 밤새 교반하면서 상온에서 천천히 냉각시킨다. 상기 플라스크의 내용물은 시드를 형성하고, 30분 동안 교반시킨다. 그 다음 상기 슬러리는 계속 교반하면서, 15℃로 냉각되고, 60분 동안 유지시키고, 그 다음 10℃로 냉각되고, 60분 동안 유지시키며, 마지막으로 5℃로 냉각되고, 60분동안 유지시킨다. 상기 슬러리는 차가운 상태로 여과시키고, 상기 고체 (즉, 고체 부분)는 상기 모액 (즉, 상기 액체 부분)을 대체하기 위해 차가운 (약5℃) 20% 염화나트륨 용액의 약 20g으로 세번 세척한다. 공기는 가능한 많은 액체를 제거하기 위해 몇 분동안 케이크 (cake)를 통해 흡입된다. 상기 고체는 그 다음 1 시간동안 75℃의 진공오븐에서 건조되어 7.2g의 백색 결정이 산출되었다. 상기 고체의 탄소 및 질소 분석은 탄소 대 질소의 4.06 원자비 (즉, SA에 대한 암모니아의 1.01 비 또는 약 99% MAS)로 나타났다. 1.00의 비가 얻어지지 않는 것은 상기 고체의 불완전한 세척에 기인하는 것으로 판단된다.
실시 예 5
본 실시 예는 수성의 DAS로부터 얻어진 암모니아 발생 (evolution)에 대한 용매의 영향을 설명한다. 실행 5는 용매가 존재하지 않는 대조 실험이다.
삼구 1-ℓ 둥근 바닥 플라스크의 외부 구 (outer neck)은 온도계 및 스토퍼 (stopper)로 설치된다. 중앙 구 (center neck)는 5 트레이 1" 올더쇼 섹션으로 설치된다. 상기 올더쇼 섹션은 증류 헤드로 뚜껑을 씌운다. 얼음 냉각된 500㎖ 둥근 바닥 플라스크는 증류 헤드를 위한 리시버로서 사용된다. 상기 1-ℓ 둥근 바닥 플라스크는 증류수, 처리될 용매, SA 및 농축된 수산화 암모늄 용액으로 충진된다. 상기 내용물은 모든 고체를 용해시키기 위해 자기교반기로 교반된다. 상기 고체가 용해된 후에, 상기 내용물은 350g의 증류액을 증류시키기 위해 히팅 맨틀로 가열된다. 상기 증류액은 얼음 냉각된 500 ㎖ 둥근 바닥 플라스크에 수집된다. 상기 포트 온도는 증류액의 마지막 방울이 수집될 때까지 기록된다. 상기 포트 내용물은 상온에서 냉각되고, 상기 잔여물의 무게 및 증류액의 무게는 기록된다. 그 다음 상기 증류액의 암모니아 함량은 적정을 통해 측정된다. 그 결과는 표 1에 기록하였다.
실행 번호 1 2 3 4 5
충진된 산 숙신산 숙신산 숙신산 숙신산 숙신산
충진된 산의 Wt (g) 11.81 11.79 11.8 11.79 11.8
충진된 산의 몰 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
충진된 28% NH3 용액 Wt (g) 12.11 12.09 12.1 12.11 12.1
충진된 NH3의 몰 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
용매 디글라임 PG* GBL** 부톡시
트리글리콜		 없음
충진된 용매의 Wt (g) 400 400.1 400 400 0
충진된 물의 (g) 400 400 400 400 800
증류액의 Wt (g) 350.5 351.6 350.1 350.7 351
잔유물 Wt (g) 466.3 461.7 464.3 460.9 466
% 질량 어카운트어빌러티
(Mass Accountability)		 99.1 98.7 98.9 98.5 99.2
증류액에서 NH3의 Wt% (적정) 0.48 0.4 0.27 0.47 0.13
증류액에서 NH3의 몰 0.099 0.083 0.056 0.097 0.027
증류액에서 제거된 NH3 % 49.5 42 28 49 13.4
증류액에서 제거된 1차 NH3 % 99 84 56 98 27
증류액에서 제거된 2차 NH3 % 0 0 0 0 0
최종 포트 온도 (℃) 101 120 110 107 100
*PG는 프로필렌 글리콜
**GBL는 감마 부티로락톤
실시 예 6
본 실시 예는 SA로 필수적으로 이루어지고, 실질적으로 MAS가 없는 냉각된 증류 버텀으로부터 고체 부분을 생산한다.
300㎖의 파 오토클레이브 (Parr autoclave)는 합성 MAS 80g 및 물 120g으로 충진된다. 상기 오토클레이브는 밀봉되고, 상기 내용물은 ~190 psig의 자기압 (autogenic pressure)에서 ~200℃로 가열되고 교반된다. 상기 내용물이 온도에 도달했을때, 물은 ~2g/min의 속도로 오토클레이브에 주입되고, 증기는 배압 조절기 (back pressure regulator)로 ~2g/min 속도로 상기 오토클레이브로부터 제거된다. 상기 오토클레이브에서 배출되는 증기는 리시버에서 응축되고 수집된다. 상기 오토클레이브는 총 1020g의 물이 주입되고, 총 1019g의 증류액이 수집될 때까지 상기 조건하에서 실행된다. 상기 증류액은 암모니아 함량 (0.29중량%의 암모니아)에 대해 적정된다. 이것은 MAS를 SA로의 ~29% 전환으로 해석된다. 상기 오토클레이브의 내용물 (194.6g)은 부분적으로 냉각되고, 반응기로부터 방출된다. 상기 슬러리는 삼각 플라스크에서 밤새 상온에서 교반하면서 방치한다. 상기 슬러리는 그 다음 물 25g으로 헹군다. 상기 습기가 있는 고체는 1시간 동안 75℃의 진공 오븐에서 건조시켜 SA 제품 9.5g이 산출되었다. 암모니아 이온 전극 (ion electrode)을 통한 분석은 고체의 0.013 mmole 암모늄 ion/g을 나타낸다. HPLC 분석은 상기 고체가 0.8% 숙신남산 (succinamic acid) 불순물을 갖는 SA로 나타났다.
실시 예 7
본 실시 예는 E. Coli 균주 ATCC PTA-5132를 함유하는 발효액으로부터 유도된 DAS-함유 정화된 발효액을 사용한다. 본 실시 예는 MAS로 필수적으로 이루어지고, 실질적으로 DAS가 없는 냉각된 증류 버텀의 고체 부분을 생산한다.
삼구 1-ℓ 둥근 바닥 플라스크는 부가 펀넬 및 증류 헤드로 뚜껑을 덮은 1" 5 트레이 올더쇼 컬럼으로 설치된다. 얼음 냉각된 리시버는 상기 증류액을 수집하기 위해 사용된다. 상기 플라스크는 4.4% DAS, 1% 암모늄 아세테이트, 0.05% 암모늄 포메이트 및 0.03% 암모늄 락테이트를 함유하는 정화된 DAS-함유 발효액 800g으로 충진된다. 상기 플라스크의 내용물은 히팅 맨틀로 가열되고, 자기 교반기로 교반된다. 증류는 시작된다. 증류가 실행되는 동안, 부가적인 2200g의 상기 액 용액은 증류액이 제거되는 같은 속도로 상기 플라스크에 첨가된다. 총 2703g의 증류액이 오버헤드에 얻어진다. 상기 증류액의 적정은 상기 오버헤드가 0.28% 암모니아 용액임을 나타낸다. 상기 뜨거운 수성의 증류 버텀 용액 (269.7g)은 플라스크에서 제거되고 삼각 플라스크에 옮긴다. 상기 증류 버텀은 밤새 교반하면서 실온에서 천천히 냉각시킨다. 다음날, 상기 플라스크의 내용물은 시드를 형성하고, 30분간 교반된다. 그 다음 상기 슬러리는 교반하면서 15℃로 냉각시키고 30분간 유지하고, 그 다음 10℃로 냉각시키며 30분간 유지하며, 마지막으로 5℃로 30분간 유지시킨다. 상기 슬러리는 차가운 상태로 여과되고, 공기는 가능한한 많은 액체를 제거하기 위해 몇 분동안 케이크를 통하여 흡입된다. 밝은 갈색 고체 (72.5g) 및 어두운 갈색 모액 (pH 6.4인 188.4g)이 얻어진다. 상기 고체는 50℃의 물 72g에서 분해시켜 상기 모액을 제거하기 위해 재결정화된다. 상기 용액은 그 다음 밤새 교반하면서 실온에서 천천히 냉각된다. 다음날, 상기 플라스크의 내용물은 시드를 형성하고, 30분간 교반된다. 그 다음 상기 슬러리는 교반하면서 15℃로 냉각되고 30분간 유지하고, 그 다음 10℃로 냉각되고 30분간 유지시키며, 마지막으로 5℃로 냉각되고 30분간 유지시킨다. 상기 슬러리는 차가운 상태로 여과되고, 공기는 가능한한 많은 액체를 제거하기 위해 몇 분동안 케이크를 통해 흡입되어, 갈색 모액 (pH 5.0) 110g이 산출되었다. 상기 고체는 그 다음 1시간동안 75℃의 진공 오븐에서 건조되어, 24g의 회백색 (off-white) 결정이 산출되었다. 상기 교체의 탄소 및 질소 분석은 탄소 대 질소의 4.04 몰비를 나타낸다 (즉, SA에 대한 암모니아의 1.01 비 또는 ~99% MAS). HPLC 분석은 상기 MAS가 0.07% 숙신남산을 함유하지만, 숙신아미드, 숙신이미드 또는 아세트산 종류는 검출되지 않는 것으로 나타났다. 다시 말해서, 상기 MAS는 DAS가 없는 실질적으로 순수한 것이다.
실시 예 8
본 실시 예는 E. Coli 균주 ATCC PTA-5132을 함유하는 발효액으로 부터 발효 유도된 MAS를 사용하였다. 본 실시 예는 SA로 필수적으로 이루어지고, 실질적으로 MAS가 없는 냉각된 증류 버텀으로부터 고체 부분을 생산한다.
300㎖의 파 오토클레이브는 80g의 MAS 유도 액 및 120g의 물로 충진된다. 상기 오토클레이브는 밀봉되고, 상기 내용물은 자기압 ~205 psig에서 ~202℃로 가열되고 교반된다. 상기 내용물이 온도에 도달했을 때, 물은 ~2g/min의 속도로 오토클레이브에 주입되고, 증기는 배압 조절기로 ~2g/min 속도로 제거된다. 상기 오토클레이브에서 배출되는 증기는 리시버에서 응축되고 수집된다. 상기 오토클레이브는 총 905g의 물이 주입되고, 총 908g의 증류액이 수집될 때까지 상기 조건하에서 실행된다. 상기 증류액은 암모니아 함량 (0.38중량%의 암모니아)에 대해 적정된다. 이것은 MAS가 SA로 ~34% 전환된 것으로 해석된다. 상기 오토클레이브의 내용물 (178.2g)은 부분적으로 냉각되고, 반응기로부터 방출된다. 상기 슬러리는 삼각 플라스크에서 밤새도록 상온에서 교반하면서 방치한다. 상기 슬러리는 그 다음 여과되고, 상기 고체는 25g의 물로 헹구어진다. 상기 습기를 갖는 고체는 1시간 동안 75℃의 진공 오븐에서 건조시켜 SA 제품 8.5g이 산출되었다. 암모니아 이온 전극을 통한 분석은 고체의 0.027mmole 암모늄 ion/g을 나타낸다. HPLC 분석 결과는 상기 고체가 1.4% 숙신암산 및 0.1% 숙신아미드 불순물을 갖는 SA이었다.
실시 예 9
본 실시 예는 탈암모니아를 돕기 위해 암모니아 방출 용매 (releasing solvent)를 사용했다. 본 실시 예는 SA로 필수적으로 이루어지고, 실질적으로 MAS가 없는 냉각된 증류 버텀으로부터 고체 부분을 생산한다.
500㎖의 둥근 바닥 플라스크는 MAS 고체 29g, 물 51g 및 트리글라임 80g으로 충진된다. 상기 플라스크는 증류 헤드로 뚜껑이 덮어진 5 트레이 1" 올더쇼 섹션으로 설치된다. 또한 물 2500g을 함유하는 부가 펀넬은 플라스크에 연결된다. 상기 플라스크는 자기교반기로 교반되고, 히팅 맨틀로 가열된다. 상기 증류액은 얼음 냉각된 리시버에서 수집된다. 증류액이 증류되기 시작할 때, 부가 펀넬에 있는 상기 물은 상기 증류액이 얻어진는 동일한 속도로 상기 플라스크에 첨가된다. 총 2491g의 증류액을 얻었다. 상기 증류액은 적정에 의해 측정된 바와 같이, 암모니아 2.3g을 함유한다. 이것은 MAS가 SA로 ~63% 전환된 것을 의미한다. 상기 플라스크의 잔여물은 그 다음 삼각 플라스크에 놓고, 교반하면서 -5℃로 냉각된다. 30분 동안 교반한 후에, 상기 슬러리는 차가운 상태로 여과되어 15.3g의 고체가 산출되었다. 상기 고체는 뜨거운 물 15.3g에 용해한 후, 교반하면서 얼음조에서 냉각된다. 상기 차가운 슬러리는 여과되고, 상기 고체는 2시간동안 100℃ 진공 오븐에서 건조시켜 숙신산 6.5g이 산출되었다. HPLC 분석은 상기 고체가 0.18% 숙신암산을 갖는 SA임을 나타낸다.
실시 예 10
본 실시 예는 탈암모니아를 돕기 위해 암모니아 방출 용매를 사용했다. 본 실시 예는 MAS로 필수적으로 이루어지고, 실질적으로 DAS가 없는 냉각된 증류 버텀으로부터 고체 부분을 생산한다.
500㎖의 둥근 바닥 플라스크는 수성 36% DAS 용액 80g 및 트리글라임 80g으로 충진된다. 상기 플라스크는 증류 헤드로 뚜껑이 덮어진 5 트레이 1" 올더쇼 섹션으로 설치된다. 또한 물 700g을 함유하는 부가 펀넬은 플라스크에 연결된다. 상기 플라스크는 자기교반기로 교반되고, 히팅 맨틀로 가열된다. 상기 증류액은 얼음 냉각된 리시버에서 수집된다. 증류액이 증류되기 시작할 때, 부가 펀넬에 있는 상기 물은 상기 증류액이 얻어지는 동일한 속도로 상기 플라스크에 첨가된다. 총 747g의 증류액을 얻었다. 상기 증류액은 적정에 의해 측정된 바와 같이, 암모니아 3.7g을 함유한다. 이것은 상기 암모니아가 ~57%로 제거되었다는 것을 의미한다. 다시 말하면, 상기 DAS 모두가 MAS로 전환 및 상기 MAS의 ~14%가 SA로 전환 되었다는 것을 의미한다. 상기 플라스크의 잔여물은 그 다음 삼각 플라스크에 놓고, 교반하면서 5℃로 냉각된다. 30분동안 교반한 후에, 상기 슬러리는 차가운 상태로 여과되고, 상기 고체는 2시간동안 100℃의 진공 오븐에서 건조시켜 MAS 10.3g이 산출되었다. 분석은 상기 고체가 0.77% 숙신암산 및 0.14% 숙신이미드를 갖는 MAS임을 나타낸다.
실시 예 11
본 실시 예는 공비 용매 (azeotroping solvent)의 사용, 특히, 상기 액 내의 다른 부산물로부터 MAS의 분리를 설명한다.
삼구 500㎖의 둥근 바닥 플라스크는 온도계, 250㎖의 부가 펀넬 및 환류 응축기 (reflux condenser)를 상부에 구비한 딘-스타크 트랩이 설치된다. 상기 플라스크는 100g의 톨루엔 및 100g의 ~9% DAS 액 용액 (또한 약 1%의 아세트산 암모늄 및 포름산 암모늄의 결합물을 함유함)으로 충진된다. 상기 부가 펀넬은 250g의 9%의 숙신산 디암모늄 (diammonim succinate) 액 용액으로 충진되다. 상기 플라스크의 내용물은 자기 교반기로 교반되고, 상기 내용물을 끓이기 위해 히팅 맨틀로 가열된다. 상기 부가 펀넬의 내용물은 상기 플라스크에 천천히 첨가되어 톨루엔-물 공비를 허용하여 상기 플라스크으로 톨루엔이 되돌아오는 딘-스타크 트랩으로 증류시킨다. 상기 부가 펀넬의 상기 내용물 모두를 (실질적으로 상기 증류액과 동등한 속도로) 첨가한 후에, 상기 내용물은 총 277.5g의 수성 상이 딘 스타크 트랩으로부터 수집될 때까지 더욱 환류시킨다. 상기 플라스크의 내용물은 뜨거운 상태로 제거하고, 상기 두 상(two phases)은 따뜻한 분리 펀넬에서 분리된다. 상기 수성 상은 교반하면서 얼음조에서 냉각된다. 상기 최종 고체는 소결된 유리 펀넬을 이용하는 여과를 통하여 회수된다. 상기 모액은 어두운 갈색이고, 상기 여과된 고체는 회백색이다. 상기 고체는 진공오븐에서 건조하고 HPLC를 통하여 분석된다. 상기 건조된 고체 (5.7g)는 나머지는 물을 갖는 ~96%의 숙신산 모노암모늄 및 ~1%의 아세트산 암모늄이다.
실시 예 12
압력 증류 컬럼은 316 SS 프로팍 팩킹 (Propak packing)으로 팩킹된 8 ft 롱 (long) 1.5" 316 SS 스케쥴 40 파이프로 설치된다. 상기 컬럼의 기초는 재가열기 (reboiler)로 제공하기 위한 침수전열기 (immersion heater)가 장착된다. 질소는 압력으로 니들 밸브를 통하여 재가열기로 주입된다. 상기 컬럼의 오버헤드는 리시버를 갖는 316 SS 쉘 (shell) 및 튜브 응축기 (tube condenser)로 연결되는 총 테이크-오프 라인 (take-off line)이 구비된다. 상기 리시버는 압력계 및 배압 조절기가 장착된다. 물질들은 니들 밸브를 통한 블로우케이징 (blowcasing) 통하여 오버헤드 리시버로부터 제거된다. 미리 가열된 공급원료는 펌프를 통하여 상기 팩킹의 상부에서 상기 컬럼으로 주입된다. 미리 가열된 물 또한 펌프를 통하여 재가열기로 주입된다. 상기 컬럼은 137℃ 컬럼 온도를 제공하는 30 psig의 압력에서 운전된다. 상기 컬럼의 상부는 5 ㎖/min 속도로 합성 10% DAS 용액이 공급되고, 물은 5 ㎖/min 속도로 재가열기에 공급된다. 상기 오버헤드 증류속도는 8 ㎖/min 이고, 상기 잔여물 속도는 2 ㎖/min이다. 암모니아에 대한 상기 증류액의 적정은 상기 암모니아의 ~47%가 상기 증류액 (즉, MAS로 전환이 ~94%)으로부터 제거되었음을 나타낸다. 상기 잔여 액체는 ~20% MAS이고, 상기 잔여물의 HPLC 분석은 숙신암산에 대해 ~3% 비효율 (inefficiency)을 나타낸다.
실시 예 13
실시 예 12에서 상기 잔여물 (800g)의 부분은 ~59% MAS 용액(즉, 물 530g가 증류되어 제거)으로 배치 증류를 통하여 농축된다. 상기 잔여물은 교반하면서 5℃로 냉각된다. 상기 최종 슬러리는 여과되고, 상기 고체는 1시간 동안 75℃의 진공 오븐에서 건조시켜 52.5g의 MAS 고체 (즉, ~32% 회수)가 산출되었다. HPLC 분석은 상기 고체가 0.49% 숙신암산은 함유하고, 숙신이미드는 함유하지 않는 것으로 나타낸다.
실시 예 14
실시 예 12에서 상기 압력 컬럼 잔여물 (3200g)의 제2 부분은 증발 결정화기에 놓고, 진공상태에서 60℃의 물 2312g을 증류하여 제거시켜 ~72%의 MAS로 농축시킨다. 상기 최종 뜨거운 슬러리는 원심분리시키고, 상기 회수된 고체는 1시간동안 75℃의 진공오븐에서 건조시켜 MAS 고체 130.7g이 산출되었다. 상기 원심분리 단계에서 상기 모액은 상온에서 냉각되고, 결정의 제2 산출물 (crop)이 형성된다. 이러한 슬러리는 여과되고, 상기 회수된 고체는 진공상태에서 75℃로 건조시켜 MAS 고체 114.8g이 산출되었다. 상기 결정화기에 대한 공급원료의 숙신산 농도를 기초하여, 20% 및 18% 회수는 각각 제1 및 제2 산출물 (즉, 38%의 전체 회수)로 인식된다. 상기 두개의 산출물 고체에 대한 HPLC분석은 제1 산출물은 숙신암산 및 숙신이미드는 검출되지 않은 반면, 제2 산출물은 0.96% 숙신암산 및 0.28% 숙신이미드가 검출된 것으로 나타낸다.
비교 실시 예 1
본 실시 예는 수성의 MAS 용액의 상압 증류에서 트리글라임이 존재하지 않는 경우 매우 적은 암모니아가 제거된다는 것을 설명한다.
500㎖의 둥근 바닥 플라스크에 30g의 MAS 고체 및 120g의 물을 충진시킨다. 상기 플라스크는 증류 헤드로 뚜껑을 덮은 5 트레이 1" 유리 올더쇼 컬럼 섹션으로 설치된다. 600g의 물을 함유하는 부가 펀넬 또한 상기 플라스크에 연결시킨다. 상기 플라스크는 자기 교반기로 교반시키고 히팅 맨틀로 가열된다. 상기 증류액은 얼음 냉각된 리시버로 수집된다. 상기 증류액이 증류되기 시작할 때, 부가 펀넬의 상기 물은 증류액이 얻어지는 것과 동일한 속도로 상기 플라스크에 첨가된다. 총 606g의 증류액은 얻어진다. 적정에 의한 측정에 따라, 상기 증류액은 0.15g의 암모니아를 함유하였다. 이것은 ~4%의 MAS가 SA로 전환된 것을 의미한다.
비교 실시 예 2
본 실시 예는 트리글라임이 존재하지 않을 때 DAS에 대한 암모니아 제거가 감소하는 것을 설명한다.
500㎖의 둥근 바닥 플라스크에 80g의 수성 36% DAS 용액 및 80g의 물을 충진시킨다. 상기 플라스크에는 증류 헤드로 뚜껑을 덮은 5 트레이 1" 유리 올더쇼 컬럼 섹션이 설치된다. 1200g을 함유하는 부가 펀넬 또한 상기 플라스크에 연결시킨다. 상기 플라스크는 자기 교반기로 교반시키고 히팅 맨틀로 가열된다. 상기 증류액은 얼음 냉각된 리시버에 수집된다. 상기 증류액이 증류되기 시작할 때 부가 펀넬의 상기 물은 증류액이 얻어지는 것과 동일한 속도로 상기 플라스크에 첨가된다. 총 1290g의 증류액이 얻어진다. 적정에 의한 측정에 따라, 상기 증류액은 2.2g의 암모니아를 함유하였다. 이것은 ~44%의 상기 DAS가 MAS로 전환된 것을 의미한다.
비록 본 발명의 공정이 특정 단계 및 형식과 결합시켜 기술되었을 지라도, 이것은 첨부된 청구항에 기술된 바와 같은 본 발명의 발명 사상 및 범주를 벗어나지 않는 범위내에서 광범위한 변형의 등가물로 본 발명에 기술된 특정 요소 및 단계를 치환할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
10: 블럭도 12: 성장 용기
14, 18, 22, 26, 28, 32, 38, 42: 스트림 16: 생물변환 용기
20: 정화 장치 24: 증류 장치
30: 냉각 장치 34: 분리기
36: 생산물 40: 장치
100: DAS의 스트림 102: 증류 컬럼
104: 오버헤드 106: 액상 버텀
108: 농축기 또는 농축 유닛 110: 오버헤드 스트림
112: 버텀 스트림 114, 126, 142: 결정화기
116, 144: 물 오버헤드 스트림 118: 버텀
120, 132, 148: 원심분리기 122, 134: 고체 스트림
124: 잔여 액상 흐름 128: 오버헤드 스트림
130: 버텀 스트림 136, 154: 물 스트림
138, 150: 혼합기 140: 제1 순환 흐름
141, 146, 152: 스트림 156: 순환 스트림
158: 퍼지 스트림

Claims (42)

  1. 정화된(clarified) 디암모늄숙시네이트(DAS)-함유 발효액(broth)으로부터 모노암모늄숙시네이트(MAS)를 제조하는 방법으로서,
    (a) 물 및 암모니아를 함유하는 오버헤드, 그리고 모노암모늄숙시네이트(MAS), 디암모늄숙시네이트(DAS) 및 적어도 20 wt%의 물을 함유하는 액상 버텀을 형성하기 위하여 상기 발효액을 증류시키는 단계;
    (b) 상기 버텀을 디암모늄숙시네이트(DAS)-함유 액상 부분, 및 디암모늄숙시네이트(DAS)를 실질적으로 함유하지 않는 모노암모늄숙시네이트(MAS)-함유 고상 부분으로 분리하는데 충분한 온도 및 조성에 도달하도록, 상기 버텀을 냉각 및/또는 증발시키는 단계;
    (c) 상기 액상 부분으로부터 상기 고상 부분을 분리하는 단계; 및
    (d) 상기 고상 부분을 회수하는 단계;
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 고상 부분은 숙신암산, 숙신아미드 및 숙신이미드를 실질적으로 함유하지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 발효액을 증류시키는 단계는 디글라임, 트리글라임, 테트라글라임, 설폭사이드, 아미드, 설폰, 폴리에틸렌글리콜 (PEG), 감마 부티로락톤, 부톡시트리글리콜, N-메틸프롤리돈 (NMP), 에테르, 및 메틸에틸케톤 (MEK)으로 이루어진 군으로부터 적어도 하나가 선택되는 암모니아 분리 용매의 존재, 또는 톨루엔, 자일렌, 메틸시클로헥산, 메틸 이소부틸케톤, 헥산, 시클로헥산 및 헵탄으로 이루어진 군으로부터 적어도 하나가 선택되는 물 공비(azeotroping) 용매의 존재 하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 액상 버텀 내 모노암모늄숙시네이트(MAS)의 농도를 증가시키기 위하여 상기 액상 버텀으로부터 물을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 버텀을 냉각시키는 단계는, 50∼70℃의 제1 단계에서 상기 액상 버텀을 냉각시키는 단계, 30∼50℃의 제2 단계에서 상기 액상 버텀을 냉각시키는 단계, 및 10∼30℃의 제3 단계에서 상기 액상 버텀을 냉각시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 정화된(clarified) 디암모늄숙시네이트(DAS)-함유 발효액으로부터 숙신산(SA)을 제조하는 방법으로서,
    (a) 물 및 암모니아를 포함하는 제1 오버헤드, 그리고 모노암모늄숙시네이트(MAS), 디암모늄숙시네이트(DAS), 및 적어도 20wt%의 물을 포함하는 제1 액상 버텀을 형성하기 위하여 상기 발효액을 증류시키는 단계;
    (b) 상기 제1 버텀을 디암모늄숙시네이트(DAS)-함유 제1 액상 부분, 및 디암모늄숙시네이트(DAS)를 실질적으로 함유하지 않는 모노암모늄숙시네이트(MAS)-함유 제1 고상 부분으로 분리하는데 충분한 온도 및 조성에 도달하도록, 상기 제1 버텀을 냉각 및/또는 증발시키는 단계;
    (c) 상기 제1 액상 부분으로부터 제1 고상 부분을 분리하는 단계;
    (d) 상기 제1 고상 부분을 회수하는 단계;
    (e) 모노암모늄숙시네이트(MAS) 수용액을 제조하기 위하여 물에 상기 제1 고상 부분을 용해시키는 단계;
    (f) 물 및 암모니아를 함유하는 제2 오버헤드, 그리고 다량(major portion)의 숙신산(SA), 소량(minor portion)의 모노암모늄숙시네이트(MAS) 및 물을 포함하는 제2 액상 버텀을 형성하는데 충분한 온도 및 압력에서 상기 모노암모늄숙시네이트(MAS) 수용액을 증류시키는 단계;
    (g) 상기 제2 버텀을 제2 액상 부분, 및 숙신산(SA)으로 필수적으로 이루어지고 모노암모늄숙시네이트(MAS)를 실질적으로 함유하지 않는 제2 고상 부분으로 분리하기 위하여 상기 제2 버텀을 냉각 및/또는 증발시키는 단계;
    (h) 상기 제2 액상 부분으로부터 제2 고상 부분을 분리하는 단계; 및
    (i) 상기 제2 고상 부분을 회수하는 단계;
    를 포함하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 및 제2 고상 부분은 숙신암 산, 숙신아미드 및 숙신이미드를 실질적으로 함유하지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 발효액 및/또는 상기 모노암모늄숙시네이트(MAS) 수용액을 증류시키는 단계는 디글라임, 트리글라임, 테트라글라임, 설폭사이드, 아미드, 설폰, 폴리에틸렌글리콜 (PEG), 감마 부티로락톤, 부톡시트리글리콜, N-메틸프롤리돈 (NMP), 에테르, 및 메틸에틸케톤 (MEK)으로 이루어진 군으로부터 적어도 하나가 선택되는 암모니아 분리 용매의 존재, 또는 톨루엔, 자일렌, 메틸시클로헥산, 메틸 이소부틸케톤, 헥산, 시클로헥산 및 헵탄으로 이루어진 군으로부터 적어도 하나가 선택되는 물 공비 용매의 존재 하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 방법은, 상기 제1 액상 버텀 내 모노암모늄숙시네이트(MAS)의 농도를 증가시키기 위하여 제1 액상 버텀으로부터 물을 제거하고, 상기 제2 액상 버텀 내 숙신산(SA)의 농도를 증가시키기 위하여 제2 액상 버텀으로부터 물을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제6항에 있어서, 상기 버텀을 냉각시키는 단계는, 50∼70℃의 제1 단계에서 상기 액상 버텀을 냉각시키는 단계, 30∼50℃의 제2 단계에서 상기 액상 버텀을 냉각시키는 단계, 및 10∼30℃의 제3 단계에서 상기 액상 버텀을 냉각시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 정화된(clarified) 모노암모늄숙시네이트(MAS)-함유 발효액으로부터 모노암모늄숙시네이트(MAS)를 제조하는 방법으로서,
    (a) 물을 포함하는 오버헤드, 그리고 모노암모늄숙시네이트(MAS), 디암모늄숙시네이트(DAS), 및 적어도 20 wt%의 물을 포함하는 액상 버텀을 형성하기 위하여 상기 발효액을 증류시키는 단계;
    (b) 상기 버텀을 디암모늄숙시네이트(DAS)-함유 액상 부분, 및 실질적으로 디암모늄숙시네이트(DAS)를 함유하지 않는 모노암모늄숙시네이트(MAS)-함유 고상 부분으로 분리하는데 충분한 온도 및 조성에 도달하도록 상기 버텀을 냉각 및/또는 증발시키는 단계;
    (c) 상기 액상 부분으로부터 상기 고상 부분을 분리하는 단계; 및
    (d) 상기 고상 부분을 회수하는 단계;
    를 포함하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 고상 부분은 숙신암산, 숙신아미드 및 숙신이미드를 실질적으로 함유하지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 발효액을 증류시키는 단계는, 디글라임, 트리글라임, 테트라글라임, 설폭사이드, 아미드, 설폰, 폴리에틸렌글리콜 (PEG), 감마 부티로락톤, 부톡시트리글리콜, N-메틸프롤리돈 (NMP), 에테르, 및 메틸에틸케톤 (MEK)으로 이루어진 군으로부터 적어도 하나가 선택되는 암모니아 분리 용매의 존재, 또는 톨루엔, 자일렌, 메틸시클로헥산, 메틸 이소부틸케톤, 헥산, 시클로헥산 및 헵탄으로 이루어진 군으로부터 적어도 하나가 선택되는 물 공비 용매의 존재 하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 액상 버텀 내 모노암모늄숙시네이트(MAS)의 농도를 증가시키기 위하여 상기 액상 버텀으로부터 물을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제11항에 있어서, 상기 버텀을 냉각시키는 단계는, 50∼70℃의 제1 단계에서 상기 액상 버텀을 냉각시키는 단계, 30∼50℃의 제2 단계에서 상기 액상 버텀을 냉각시키는 단계, 및 10∼30℃의 제3 단계에서 상기 액상 버텀을 냉각시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 정화된(clarified) 모노암모늄숙시네이트(MAS)-함유 발효액으로부터 숙신산(SA)을 제조하는 방법으로서,
    (a) 물을 포함하는 제1 오버헤드, 그리고 모노암모늄숙시네이트(MAS), 디암모늄숙시네이트(DAS) 및 적어도 20 wt%의 물을 포함하는 제1 액상 버텀을 형성하기 위하여 상기 발효액을 증류시키는 단계;
    (b) 상기 제1 버텀을 디암모늄숙시네이트(DAS)-함유 제1 액상 부분, 및 실질적으로 디암모늄숙시네이트(DAS)를 함유하지 않는 모노암모늄숙시네이트(MAS)-함유 제1 고상 부분으로 분리하는데 충분한 온도 및 조성에 도달하도록 상기 제1 버텀을 냉각 및/또는 증발시키는 단계;
    (c) 상기 제1 액상 부분으로부터 상기 제1 고상 부분을 분리하는 단계;
    (d) 모노암모늄숙시네이트(MAS) 수용액을 제조하기 위하여 물에 상기 제1 고상 부분을 용해시키는 단계;
    (e) 물 및 암모니아를 함유하는 제2 오버헤드, 그리고 다량(major portion)의 숙신산(SA), 소량(minor portion)의 모노암모늄숙시네이트(MAS) 및 물을 포함하는 제2 버텀을 형성하는데 충분한 온도 및 압력에서 상기 모노암모늄숙시네이트(MAS) 수용액을 증류시키는 단계;
    (f) 상기 제2 버텀을 제2 액상 부분, 및 숙신산(SA)으로 필수적으로 이루어지고, 모노암모늄숙시네이트(MAS)를 실질적으로 함유하지 않는 제2 고상 부분으로 분리하기 위하여 상기 제2 버텀을 냉각 및/또는 증발시키는 단계;
    (g) 상기 제2 액상 부분으로부터 제2 고상 부분을 분리하는 단계; 및
    (h) 상기 제2 고상 부분을 회수하는 단계;
    를 포함하는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제1 및 제2 고상 부분은 숙신암산, 숙신아미드 및 숙신이미드를 실질적으로 함유하지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 발효액 및/또는 모노암모늄숙시네이트(MAS) 수용액을 증류시키는 단계는, 디글라임, 트리글라임, 테트라글라임, 설폭사이드, 아미드, 설폰, 폴리에틸렌글리콜 (PEG), 감마 부티로락톤, 부톡시트리글리콜, N-메틸프롤리돈 (NMP), 에테르, 및 메틸에틸케톤 (MEK)으로 이루어진 군으로부터 적어도 하나가 선택되는 암모니아 분리 용매의 존재, 또는 톨루엔, 자일렌, 메틸시클로헥산, 메틸 이소부틸케톤, 헥산, 시클로헥산 및 헵탄으로 이루어진 군으로부터 적어도 하나가 선택되는 물 공비 용매의 존재 하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제16항에 있어서, 상기 제1 액상 버텀 내 모노암모늄숙시네이트(MAS)의 농도를 증가시키기 위하여 제1 액상 버텀으로부터 물을 제거하고, 제2 액상 버텀 내 숙신산(SA)의 농도를 증가시키기 위하여 제2 액상 버텀으로부터 물을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제16항에 있어서, 상기 액상 버텀을 냉각시키는 단계는, 50∼70℃의 제1 단계에서 상기 액상 버텀을 냉각시키는 단계, 30∼50℃의 제2 단계에서 상기 액상 버텀을 냉각시키는 단계, 및 10∼30℃의 제3 단계에서 상기 액상 버텀을 냉각시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 정화된(clarified) 디암모늄숙시네이트(DAS)-함유 발효액으로부터 모노-X 숙시네이트(여기서, X는 NH4 +, Na+ 및 K+중 적어도 하나임)를 제조하는 방법으로서,
    (a) 물 및 암모니아를 함유하는 오버헤드, 그리고 모노-X 숙시네이트(MXS), 디-Y 숙시네이트(DYS) 및 적어도 20 wt%의 물을 포함하는 액상 버텀을 형성하기 위하여 상기 발효액을 증류시키는 단계, 여기서 디-Y 숙시네이트(DYS)는 디암모늄숙시네이트(DAS), 그리고 디소디움 숙시네이트(DNaS) 및 디포타슘 숙시네이트(DKS) 중 적어도 하나를 포함함;
    (b) 상기 버텀을 디-Y 숙시네이트(DYS)-함유 액상 부분, 및 디-Y-숙시네이트(DYS)를 실질적으로 함유하지 않는 모노-X 숙시네이트(MXS)-함유 고상 부분으로 분리하는데 충분한 온도 및 조성에 도달하도록, 상기 버텀을 냉각 및/또는 증발시키는 단계;
    (c) 상기 액상 부분으로부터 상기 고상 부분을 분리하는 단계; 및
    (d) 상기 고상 부분을 회수하는 단계;
    를 포함하는 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 고상 부분은 숙신암산, 숙신아미드 및 숙신이미드를 실질적으로 함유하지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제21항에 있어서, 상기 발효액을 증류시키는 단계는, 디글라임, 트리글라임, 테트라글라임, 설폭사이드, 아미드, 설폰, 폴리에틸렌글리콜 (PEG), 감마 부티로락톤, 부톡시트리글리콜, N-메틸프롤리돈 (NMP), 에테르, 및 메틸에틸케톤 (MEK)으로 이루어진 군으로부터 적어도 하나가 선택되는 암모니아 분리 용매의 존재, 또는 톨루엔, 자일렌, 메틸시클로헥산, 메틸 이소부틸케톤, 헥산, 시클로헥산 및 헵탄으로 이루어진 군으로부터 적어도 하나가 선택되는 물 공비 용매의 존재 하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제21항에 있어서, 상기 액상 버텀 내 모노-X 숙시네이트(MXS)의 농도를 증가시키기 위하여 상기 액상 버텀으로부터 물을 제거시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제21항에 있어서, 상기 액상 버텀을 냉각시키는 단계는, 50∼70℃의 제1 단계에서 상기 액상 버텀을 냉각시키는 단계, 30∼50℃의 제2 단계에서 상기 액상 버텀을 냉각시키는 단계, 및 10∼30℃의 제3 단계에서 상기 액상 버텀을 냉각시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 정화된(clarified) 모노-X 숙시네이트(MXS)-함유 발효액(여기서, X는 NH4 +, Na+ 및 K+중 적어도 하나임)으로부터 모노-X 숙시네이트(MXS)를 제조하는 방법으로서,
    (a) 물을 함유하는 오버헤드, 그리고 모노-X 숙시네이트(MXS), 디-Y 숙시네이트(DYS) 및 적어도 20 wt%의 물을 포함하는 액상 버텀을 형성하기 위하여 상기 발효액을 증류시키는 단계, 여기서 디-Y 숙시네이트(DYS)는 디암모늄숙시네이트(DAS), 디소디움 숙시네이트(DNaS) 및 디포타슘 숙시네이트(DKS) 중 적어도 하나를 포함함;
    (b) 상기 버텀을 디-Y 숙시네이트(DYS)-함유 액상 부분, 및 디-Y 숙시네이트(DYS)를 실질적으로 함유하지 않는 모노-X 숙시네이트(MXS)-함유 고상 부분으로 분리하는데 충분한 온도 및 조성에 도달하도록, 상기 버텀을 냉각 및/또는 증발시키는 단계;
    (c) 상기 액상 부분으로부터 상기 고상 부분을 분리하는 단계; 및
    (d) 상기 고상 부분을 회수하는 단계;
    를 포함하는 방법.
  27. 제26항에 있어서, 상기 고상 부분은 숙신암산, 숙신아미드 및 숙신이미드를 실질적으로 함유하지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제26항에 있어서, 상기 발효액을 증류시키는 단계는 디글라임, 트리글라임, 테트라글라임, 설폭사이드, 아미드, 설폰, 폴리에틸렌글리콜 (PEG), 감마 부티로락톤, 부톡시트리글리콜, N-메틸프롤리돈 (NMP), 에테르, 및 메틸에틸케톤 (MEK)으로 이루어진 군으로부터 적어도 하나가 선택되는 암모니아 분리 용매의 존재, 또는 톨루엔, 자일렌, 메틸시클로헥산, 메틸 이소부틸케톤, 헥산, 시클로헥산 및 헵탄으로 이루어진 군으로부터 적어도 하나가 선택되는 물 공비 용매의 존재 하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 제26항에 있어서, 상기 액상 버텀 내 모노-X 숙시네이트(MXS)의 농도를 증가시키기 위하여 상기 액상 버텀으로부터 물을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제26항에 있어서, 상기 버텀을 냉각시키는 단계는, 50∼70℃의 제1 단계에서 상기 액상 버텀을 냉각시키는 단계, 30∼50℃의 제2 단계에서 상기 액상 버텀을 냉각시키는 단계, 및 10∼30℃의 제3 단계에서 상기 액상 버텀을 냉각시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 제1항에 있어서, 상기 단계 (b)는 상기 버텀에 반용매를 첨가시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 제6항에 있어서, 상기 단계 (b)는 상기 제1 버텀에 반용매를 첨가시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  33. 제11항에 있어서, 상기 단계 (a)에 앞서 상기 발효액의 pH에 따라 상기 발효액에 모노암모늄숙시네이트(MAS), 디암모늄숙시네이트(DAS), 숙신산(SA), NH3, 및 NH4 + 중 적어도 하나를 첨가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  34. 제11항에 있어서, 상기 오버헤드는 암모니아를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  35. 제11항에 있어서, 상기 단계 (b)는 상기 버텀에 반용매를 첨가시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  36. 제16항에 있어서, 상기 단계 (a)에 앞서 상기 발효액의 pH에 따라 상기 발효액에 모노암모늄숙시네이트(MAS), 디암모늄숙시네이트(DAS), 숙신산(SA), NH3, 및 NH4 + 중 적어도 하나를 첨가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  37. 제16항에 있어서, 상기 단계 (b)는 상기 제1 버텀에 반용매를 첨가시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  38. 제16항에 있어서, 상기 제1 오버헤드는 암모니아를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  39. 제21항에 있어서, 상기 단계 (b)는 상기 버텀에 반용매를 첨가시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  40. 제26항에 있어서, 상기 단계 (a)에 앞서 상기 발효액의 pH에 따라 상기 발효액에 숙신산(SA), NH3, NH4 +, Na+, 및 K+ 중 적어도 하나를 첨가시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  41. 제26항에 있어서, 상기 오버헤드는 암모니아를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  42. 제26항에 있어서, 상기 단계 (b)는 상기 버텀에 반용매를 첨가시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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