KR19990064154A - Heat-Treatment Separation and Dewatering Methods for Recovering Acid Products - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고체 흡착제상에서 열-처리 크로마토그래피를 이용하여 용액중의 다른 화합물로부터 목적하는 화학 생성물을 분리하는 바람직한 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 분리 및 용출상에서 작업 온도를 변화시킴으로써 조장되는 크로마토그래피 원리를 포함한다. 알코올과 같은 유기 용매중에서 산을 탈수시키고 회수하기위한 산 수용액의 처리 방법이 또한 기술되어 있다.The present invention relates to a preferred method for separating the desired chemical product from other compounds in solution using heat-treatment chromatography on a solid adsorbent. The process of the present invention involves the chromatographic principle promoted by varying the operating temperature in the separation and eluting phases. Also described are methods of treating acid aqueous solutions for dehydrating and recovering acids in organic solvents such as alcohols.
Description
선행 기술로서, 카복실산과 같은 산성 화합물과 다른 유용한 화학 생성물의 회수 및 정제에 대해서 효율적이고 비용이 효과적인 이들의 생산 경로를 추구하기위한 노력으로 오랜동안 연구되어 왔다. 예를 들어, 시트르산 및 락트산과 같은 카복실산은 대규모 발효법에 의해 널리 생산되고 있다. 상기와 같은 발효법은 발효 브로쓰를 제공하는데 목적하는 산은 이들 발효 브로쓰로부터 회수되고 정제되어야 한다. 고용량 제조의 경우, 회수 단가를 최소로 유지하는 점이 중요하다는 것은 다시 강조할 필요조차 없다.As prior art, research has long been underway in pursuit of their efficient and cost effective production route for the recovery and purification of acidic compounds such as carboxylic acids and other useful chemical products. For example, carboxylic acids such as citric acid and lactic acid are widely produced by large scale fermentation. Such fermentation methods provide the fermentation broth with the desired acid recovered and purified from these fermentation broths. In the case of high-volume manufacturing, it is not necessary to stress again that it is important to keep the unit cost at a minimum.
최근의 회수 공정 연구는 발효 배지로부터 카복실산을 회수하기위한 고체 중합체 흡착 물질을 사용하는데 촛점을 두고 이루어지고 있다. 이 방법에서는, 발효 브로쓰를 카복실산을 흡착시키는 흡착제상에 통과시켜, 카복실산 생성물을 일정 방법으로 탈착시켜 생성물을 제공하는 것이다. 일반적으로, 다양한 흡착제 및 흡착/탈착 경로가 제안되었다.Recent recovery process studies have focused on using solid polymer adsorbent materials to recover carboxylic acids from fermentation broth. In this method, the fermentation broth is passed over an adsorbent adsorbing the carboxylic acid, and the carboxylic acid product is desorbed in a certain manner to provide the product. In general, various adsorbents and adsorption / desorption routes have been proposed.
예를 들어, 가와바타(Kawabata) 등은 미국 특허 제4,323,702호에 주성분이 피리딘 골격 구조와 가교된 구조를 갖는 중합체성 흡착제인 물질을 사용하여 카복실산을 회수하는 공정을 기술하였다. 카복실산을 흡착제에 흡착시킨 다음, 지방족 알코올, 케톤 또는 에스테르와 같은 극성 유기 물질을 사용하여 탈착시킨다.For example, Kawabata et al. Describe a process for recovering carboxylic acids using US Pat. No. 4,323,702, a material whose main component is a polymeric adsorbent having a structure crosslinked with a pyridine backbone structure. The carboxylic acid is adsorbed to the adsorbent and then desorbed using a polar organic material such as an aliphatic alcohol, ketone or ester.
굴프라티판야(Kulprathipanja) 등은 미국 특허 제4,720,579호, 제4,851,573호 및 제4,851,574호에 중성, 비이온성, 거대망상, 수불용성 가교결합된 스티렌-폴리(비닐)벤젠, 3급 아민 작용기 또는 피리딘 작용기가 부착되어 있는 가교된 아크릴계 또는 스티렌 수지 매트릭스, 지방족 4급 아민 작용기가 부착되어 있는 가교결합된 아크릴계 또는 스티렌 수지 매트릭스를 교시하였다. 이들의 연구에서, 쿨프라티판야는 등열 조건하에서 수행되는 "펄스 시험(pulse tests)"을 기술하였는데, 이 시험은 아세톤/물, 황산 및 물을 탈착제로 사용하고 있다.Kulprathipanja et al., US Pat. Nos. 4,720,579, 4,851,573 and 4,851,574, are neutral, nonionic, macroreticular, water-insoluble crosslinked styrene-poly (vinyl) benzenes, tertiary amine functional groups or pyridine Crosslinked acrylic or styrene resin matrices with functional groups attached, crosslinked acrylic or styrene resin matrices with aliphatic quaternary amine functional groups are taught. In their study, Kulpratipanya described "pulse tests" performed under isothermal conditions, which use acetone / water, sulfuric acid and water as desorbents.
1985년 7월 9일자로 출원된 남아프리카 공화국 특허원 제855155호에는 생성물 산을 이들의 수용액으로부터 회수하는 공정이 기술되어 있다. 흡착 단계에서, 산-함유 용액을 비닐이미다졸/메틸렌-비스-아크릴아미드 중합체, 비닐피리딘/트리페틸올프로판 트리-메트아크릴레이트/비닐트리메틸실란 중합체, 비닐이미다졸/N-비닐-N-메틸아세트아미드/메틸렌-비스-아크릴아미드 중합체, 암버라이트(Amberlite) IRA 35(Rohm & Hass - 디메틸아미노 그룹을 함유하는 아크릴레이트/디비닐벤젠 기제-중합체), 또는 암버라이트 IRA 93 SP(Rohm & Hass) 또는 Dowex MWA-1 또는 WRG-2(Dow Chemical)(이들 마지막으로 언급된 3가지는 디메틸아미노 그룹을 함유하는 스티렌/디비닐벤젠 기제-중합체임)로 이루어진 흡착제 수지를 함유하는 칼럼에 통과시킨다. 산을 탈착시키기 위하여, 통상적으로 90℃에서 칼럼에 통과시킨다. 그러나, 기술되어 있는 단일-통과 용출 공정은 열 에너지를 비효율적으로 사용하며 탈착 용액을 고도로 농축시키는 수지의 수행능을 실질적으로 최대화시키지 못한다. 또한, 본 남아프라카 특허원에서 사용되는 수지는 상대적으로 열적으로 불안정하고 따라서 열수를 사용하는 탈착 공정중에 실질적으로 분해된다.South African Patent Application No. 855155, filed Jul. 9, 1985, describes a process for recovering product acids from their aqueous solutions. In the adsorption step, the acid-containing solution was subjected to vinylimidazole / methylene-bis-acrylamide polymer, vinylpyridine / tripetylolpropane tri-methacrylate / vinyltrimethylsilane polymer, vinylimidazole / N-vinyl-N Methylacetamide / methylene-bis-acrylamide polymer, Amberlite IRA 35 (Rohm & Hass-acrylate / divinylbenzene base-polymer containing dimethylamino group), or Amberlite IRA 93 SP (Rohm) & Hass) or Dowex MWA-1 or WRG-2 (Dow Chemical) (the last three of which are mentioned are styrene / divinylbenzene base-polymers containing dimethylamino groups) Let's do it. To desorb the acid, it is usually passed through a column at 90 ° C. However, the single-pass elution process described does not use thermal energy inefficiently and does not substantially maximize the resin's ability to highly concentrate the desorption solution. In addition, the resins used in this South African patent application are relatively thermally unstable and thus substantially decompose during the desorption process using hot water.
1992년 3월 12자로 출원된 국제 특허원 PCT/US92/02107(1992년 10월 1일자로 공개, WO 92/16534) 및 1992년 3월 12일자로 출원된 PCT/US92/01986(1992년 10월 1일자로 공개, WO 92/16490)(둘다 Reilly Industries, Inc에 의해 출원)에는 각각 락트산과 시트르산을 디비닐벤젠-가교결합된 비닐피리딘 또는 기타 수지로부터 증기 또는 열수를 사용하여 탈착시키는 것을 기술하고 있다. 사용되는 수지는 유리한 흡착/탈착능을 가지며 기술되는 열수 탈착 공정하에서 열적으로 매우 안정하다. 그럼에도 불구하고, 수지 및 탈착시 적용되는 열을 사용함에 있어서 더욱 효율적이고, 생성물의 농도가 더 높은 탈착 용액을 용이하게 제공하는 개선된 방법이 요구되고 있다.International Patent Application PCT / US92 / 02107 filed March 12, 1992 (published October 1, 1992, WO 92/16534) and PCT / US92 / 01986 filed March 12, 1992 (10 1992) Published January 1, WO 92/16490 (both filed by Reilly Industries, Inc.) describes the desorption of lactic acid and citric acid using steam or hot water from divinylbenzene-crosslinked vinylpyridine or other resins, respectively. Doing. The resin used has advantageous adsorption / desorption capacity and is very thermally stable under the hydrothermal desorption process described. Nevertheless, there is a need for an improved method of providing a desorption solution that is more efficient in using resins and the heat applied in desorption and has a higher concentration of product.
또 다른 산 생성물 회수 공정이 제안된 바 있다. 예를 들어, 미국 특허 제5,412,126호에는 시트르산을 원수지상에 흡착시킨 다음 알킬아민을 사용하여 스트리핑시키는 방법이 기술되어 있다. 이어서 물질을 탈수시키고 열로 아민을 제거하여 유리산을 회수한다. 미국 특허 제5,032,686호에는 산 수지를 사용하여 당으로부터 시트르산을 분리시키는 방법이 기술되어 있는 반면, 미국 특허 제5,382,681호에는 다른 화합물을 함유하는 시트르산 용액을 먼저 염기로 처리하여 시트르산을 삼나트륨 시트레이트로 전환시키고, 이후 염기성 매질을 염기 수지상에 통과시켜 다른 화합물을 분리시킨다.Another acid product recovery process has been proposed. For example, US Pat. No. 5,412,126 describes a process in which citric acid is adsorbed onto raw paper and then stripped using alkylamine. The material is then dehydrated and heat is removed to recover the free acid. US Pat. No. 5,032,686 describes a process for separating citric acid from sugars using acid resins, while US Pat. No. 5,382,681 first treats citric acid solutions containing other compounds with base to convert citric acid to trisodium citrate. After conversion, the basic medium is passed over the base resin to separate other compounds.
이들 및 당해 분야의 다른 선행 기술에 비추어, 카복실산 및 기타 유용한 생성물을 정제하고 회수하기 위한 개선되고 효과적인 방법에 대한 필요성이 남아있다. 본 발명은 이들 필요성에 맞추어 수행된 것이다.In light of these and other prior art in the art, there remains a need for an improved and effective method for purifying and recovering carboxylic acids and other useful products. The present invention has been carried out to meet these needs.
본 발명은 일반적으로 유용한 화학 생성물을 회수하기 위한 기술에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 신규한 열-조장된 크로마토그래피 기술을 포함하며, 다른 화합물과 함께 함유되어 있는 목적하는 생성물을 액체 매질로부터 선택적으로 회수하기위한 매우 효율적이고 경제적인 방법에 관한 것이다.The present invention generally relates to techniques for recovering useful chemical products. More particularly, the present invention involves novel heat-enhanced chromatography techniques and relates to a very efficient and economical method for the selective recovery of the desired product from the liquid medium contained with other compounds.
도면 1A 및 1B는 냉 공급/용출(도면 1A) 및 열 공급/용출(도면 1B) 조건하에서 가교결합된 폴리비닐피리딘 중합체인 REILLEX: 등록상표 HP상에서 크로마토그래피 처리된 시트르산/글루코즈 혼합물의 수용액에 대한 용출 프로필을 나타내는 도이다.1A and 1B are polyvinylpyridine polymers crosslinked under cold feed / elute (FIG. 1A) and heat feed / elute (FIG. 1B) REILLEX: for aqueous solutions of chromatographic citric acid / glucose mixtures chromatographed on HP. It is a figure which shows an elution profile.
도면 2는 냉 공급 및 열 용출 조건하에서 가교결합된 폴리비닐피리딘 중합체인 REILLEX: 등록상표 HP상에서 크로마토그래피 처리된 시트르산/글루코즈 혼합물의 수용액에 대한 용출 프로필을 나타내는 도이다.FIG. 2 is a diagram showing the elution profile for an aqueous solution of a citric acid / glucose mixture chromatographed on REILLEX® HP, a polyvinylpyridine polymer crosslinked under cold feed and heat elution conditions.
도면 3A 및 3B는 냉 공급/용출(3A) 및 열 공급/용출(3B) 조건하에서 IRA-93 수지상에서 크로마토그래피 처리된 시트르산/글루코즈 혼합물의 수용액에 대한 용출 프로필을 나타내는 도이다.3A and 3B show elution profiles for aqueous solutions of citric acid / glucose mixtures chromatographed on IRA-93 resin under cold feed / elute (3A) and heat feed / elute (3B) conditions.
도면 4A 및 4B는 냉 공급/용출(4A) 및 열 공급/용출(4B) 조건하에서 가교결합된 폴리비닐피리딘 중합체인 REILLEX: 등록상표 HP상에서 크로마토그래피 처리된 아세트산/글루코즈 혼합물의 수용액에 대한 용출 프로필을 나타내는 도이다.4A and 4B are elution profiles for an aqueous solution of an acetic acid / glucose mixture chromatographed on REILLEX®, a polyvinylpyridine polymer crosslinked under cold feed / elute (4A) and heat feed / elute (4B) conditions. It is a figure which shows.
도면 5A 및 5B는 냉 공급/용출(5A) 및 열 공급/용출(5B) 조건하에서 가교결합된 폴리비닐피리딘 중합체인 REILLEX: 등록상표 HP상에서 크로마토그래피 처리된 아스코르브산/글루코즈 혼합물의 수용액에 대한 용출 프로필을 나타내는 도이다.Figures 5A and 5B show the elution of an aqueous solution of the ascorbic acid / glucose mixture chromatographed on REILLEX® trademark HP under cold feed / elute (5A) and heat supply / elute (5B) conditions. It is a figure which shows a profile.
도면 6A 및 6B는 냉 공급/용출(6A) 및 열 공급/용출(6B) 조건하에서 가교결합된 폴리비닐피리딘 중합체인 REILLEX: 등록상표 HP상에서 크로마토그래피 처리된 락트산/글루코즈 혼합물의 수용액에 대한 용출 프로필을 나타내는 도이다.6A and 6B are elution profiles for an aqueous solution of a lactic acid / glucose mixture chromatographed on REILLEX®, a polyvinylpyridine polymer crosslinked under cold feed / elute (6A) and heat feed / elute (6B) conditions. It is a figure which shows.
도면 7A 및 7B는 냉 공급/용출(7A) 및 열 공급/용출(7B) 조건하에서 가교결합된 폴리비닐피리딘 중합체인 REILLEX: 등록상표 HP상에서 용리액으로서 부탄올을 사용하여 크로마토그래피 처리된 글루코즈/시트르산 혼합물의 수용액에 대한 용출 프로필을 나타내는 도이다.Figures 7A and 7B are glucose / citric acid mixtures chromatographed with butanol as eluent on REILLEX® trademark HP, a crosslinked polyvinylpyridine polymer under cold feed / elute (7A) and heat feed / elute (7B) conditions. It is a figure which shows the elution profile with respect to the aqueous solution of.
도면 8은 가교결합된 폴리비닐피리딘 중합체인 REILLEX: 등록상표 HP상에서 용리액으로서 에탄올을 사용하여 크로마토그래피 처리된 글루코즈/시트르산 혼합물의 수용액에 대한 용출 프로필을 나타내는 도이다.FIG. 8 is a diagram showing the elution profile for an aqueous solution of a glucose / citric acid mixture chromatographed using ethanol as eluent on the crosslinked polyvinylpyridine polymer REILLEX® trademark HP.
도면 9는 냉 공급 및 열 용출 조건하에서 가교결합된 폴리비닐피리딘 중합체인 REILLEX: 등록상표 HP상에서 크로마토그래피 처리된 글루코즈/페놀 혼합물의 수용액에 대한 용출 프로필을 나타내는 도이다.FIG. 9 shows the elution profile for an aqueous solution of a glucose / phenol mixture chromatographed on REILLEX® HP, a polyvinylpyridine polymer crosslinked under cold feed and heat elution conditions.
도면 10은 본 발명에서 사용될 수 있는 연속식 접촉 장치의 부분적인 단면을 나타내는 측면도이다.10 is a side view showing a partial cross section of a continuous contact device that may be used in the present invention.
도면 11은 하기 실시예 12에서 사용되는 연속식 접촉 장치에 대한 포트 배열을 설명하는 도식적 다이아그램이다.11 is a schematic diagram illustrating the port arrangement for the continuous contact device used in Example 12 below.
도면 12는 하기 실시예 13에서 사용되는 연속식 접촉 장치에 대한 포트 배열을 설명하는 도식적 다이아그램이다.12 is a schematic diagram illustrating the port arrangement for the continuous contact device used in Example 13 below.
도면 13은 하기 실시예 14에서 사용되는 연속식 접촉 장치에 대한 포크 배열을 설명하는 도식적 다이아그램이다.FIG. 13 is a schematic diagram illustrating a fork arrangement for a continuous contact device used in Example 14 below.
도면 14는 용리액으로서 메탄올을 사용하여 등열 조건하에서 가교결합된 폴리비닐피리딘 중합체인 REILLEX: 등록상표 HP상에서 크로마토그래피 처리된 락트산 수용액에 대한 용출 프로필을 나타내는 도이다.FIG. 14 is a diagram showing the elution profile for the aqueous solution of lactic acid chromatographed on REILLEX® HP, a polyvinylpyridine polymer crosslinked under isothermal conditions using methanol as eluent.
본 발명의 원리에 대한 이해를 증진시키기 위하여, 이제 본 발명의 특정 양태와 특정 언어를 참고로하여 기술할 것이다. 본 발명의 범주를 이로써 제한하는 것은 아니며, 본 명세서에 기술된 바와 같은 본 발명의 원리의 변형 및 수정 및 적용은 본 발명에 관한 기술 분야의 숙련가들에게 통상적임을 주지하여야 한다.In order to improve understanding of the principles of the present invention, specific aspects and specific language of the present invention will now be described with reference. It is not intended to thereby limit the scope of the invention, but it should be noted that variations, modifications and applications of the principles of the invention as described herein are conventional to those skilled in the art of the invention.
상기 나타낸 바와 같이, 본 발명의 바람직한 양태 중 하나는 흡착제 수지상에서 다른 화합물로부터 생성물을 분리하고, 생성물을 회수하기위한 열-처리 크로마토그래피 분리 방법을 제공한다. 본 발명의 방법에서의 특징은 흡착제 수지와 크로마토그래피 분리에서 흡착/열적 탈착 공정과 관련된 전통적인 현상을 이용한다는 것이다. 따라서, 용액중에서 1종 이상의 다른 화합물로부터 산 생성물을 분리하기 위하여, 1종 이상의 다른 화합물 보다 산에 대한 친화성이 더 높은 흡착제를 함유하며, 열이 감소됨에 따라 산에 대한 친화성이 증가되는 접촉대를 사용하는 것이다. 산과 다른 화합물을 함유하는 제1 용액을 접촉대에 도입한다. 높은 공정 능력을 확립하고 크로마토그래피 분리용 흡착제를 더욱 효과적으로 이용하기 위해서는, 용액이 고농도로, 예를 들면 임의로 산을 흡착제의 산 흡착능을 실질적으로 초과하는 수준으로 산을 함유하는 것이 바람직하다. 산/기타 화합물 함유 용액을 도입시킨 후, 제2 용액, 예를 들면, 물, 산을 함유하지만 다른 화합물은 거의 함유하지 않는 수용액, 또는 유기 용매를 제1 온도 및 1종 이상의 다른 화합물의 전진점으로부터 접촉대에서 분리된 산의 전진점을 확립하기에 유효한 조건하에서 접촉대에 통과시킨다. 이후 산의 전진점을 제1 온도 보다 더 높은, 예를 들어 제1 온도 보다 10℃, 바람직하게는 20℃ 이상 더 높은 제2 온도에서 액체 매질을 사용하여 접촉대로부터 용출시킨다. 이 방법의 경우, 분리 단계중에 산에 대한 흡착제의 친화성을 상대적으로 높은 수준으로 유지시켜 - 산과 1종 이상의 다른 화합물의 분리를 용이하게하고- 용출 단계중에, 다른 화합물을 산 전진점으로부터 분리된 후, 산에 대한 흡착제의 친화성을 상대적으로 낮은 수준으로 유지시켜 - 접촉대로부터 산의 회수 또는 용출을 용이하게하여 주어진 기간에 걸쳐 용출된 산의 양을 증가시키는 "열-처리" 크로마토그래피 방법이 확립된다. 따라서, 본 발명의 상기와 같은 바람직한 방법은 1종 이상의 다른 화합물로부터 산 생성물을 효과적으로 정제하여, 고도로 농축된 생성물 분획을 회수하기위한 크로마토그래피 방법에 있어서 전통적인 흡착/열적 탈착 현상을 기본으로할 수 있다.As indicated above, one of the preferred embodiments of the present invention provides a heat-treatment chromatography separation method for separating the product from other compounds on the adsorbent resin and recovering the product. A feature of the process of the present invention is that it utilizes the traditional phenomena associated with the adsorption / thermal desorption process in adsorbent resin and chromatographic separations. Thus, in order to separate the acid product from the at least one other compound in the solution, a contact containing an adsorbent having a higher affinity for the acid than the at least one other compound and having an increased affinity for the acid as the heat is reduced Is to use a stand. A first solution containing an acid and another compound is introduced into the contact zone. In order to establish a high process capability and to utilize the adsorbent for chromatographic separation more effectively, it is preferred that the solution contains acid at a high concentration, for example optionally at a level substantially exceeding the acid adsorption capacity of the adsorbent. After introducing the acid / other compound containing solution, the second solution, for example, water, an aqueous solution containing acid but little other compound, or an organic solvent at a first temperature and at least one other compound Pass through the contact under conditions effective to establish the forward point of the acid separated from the contact. The advance point of the acid is then eluted from the contact using a liquid medium at a second temperature that is higher than the first temperature, for example 10 ° C., preferably at least 20 ° C., higher than the first temperature. In this process, the affinity of the adsorbent to the acid during the separation step is maintained at a relatively high level-to facilitate separation of the acid and one or more other compounds-and during the elution step, other compounds are separated from the acid advance point. The "heat-treatment" chromatography method then maintains the affinity of the adsorbent for the acid at a relatively low level to facilitate the recovery or elution of the acid from the contact zone, thereby increasing the amount of acid eluted over a given period of time. Is established. Thus, such preferred methods of the present invention can be based on the traditional adsorption / thermal desorption phenomena in chromatographic methods for effectively purifying acid products from one or more other compounds to recover highly concentrated product fractions. .
일반적으로, 유용한 화학 생성물을 회수하기위한 액체-고체 분리 방법이 공지되어 있으며, 다양한 흡착제 수지와 적합한 액체 용리액이 확인되어 있다. 따라서, 당해 분야의 숙련가들은 본 발명에 따라서 적합한 흡착제 수지와 용리액 매질을 용이하게 선택하여 사용할 수 있다.Generally, liquid-solid separation methods for recovering useful chemical products are known, and various adsorbent resins and suitable liquid eluents have been identified. Thus, those skilled in the art can readily select and use suitable adsorbent resins and eluent media in accordance with the present invention.
일반적으로 말해서, 사용되는 흡착제는 목적하는 생성물을 흡착할 수 있는 능력을 갖고 있으며, 이후 기술되는 바와 같이 이용되는 가공 조건하에서 안정하다(즉, 실질적인 분해를 일으키지 않음). 흡착제가 목적하는 생성물(활성탄, 제올라이드 등을 포함)을 흡착할 수 있는 물질이라면 어느것이나 사용할 수 있지만, 본 발명에서 사용하기에 더욱 바람직한 흡착제는 가교결합된 중합체성 흡착제 수지로 열적 및 기계적 안정성과 유리한 물리적 형태를 제공하는 것이다. 비드형 흡착제 수지가 바람직하며, 특히 입자 크기가 약 20 내지 약 200메쉬, 더욱 특히는 약 40 내지 약 120메쉬인 것이다.Generally speaking, the adsorbents used have the ability to adsorb the desired product and are stable under the processing conditions used as described below (ie, do not cause substantial degradation). Any adsorbent may be used as long as it can adsorb the desired product (including activated carbon, zeolite, etc.), but the preferred adsorbent for use in the present invention is a crosslinked polymeric adsorbent resin which is thermally and mechanically stable. And to provide an advantageous physical form. Bead-type adsorbent resins are preferred, particularly those having a particle size of about 20 to about 200 mesh, more particularly about 40 to about 120 mesh.
적합한 여러가지 중합체성 흡착제가 카복실산 또는 다른 산과 같은 목적하는 흡착 생성물의 회수용으로 보고되어 있으며 본 발명의 열-처리 크로마토그래피 회수 방법에서 정지상으로 사용할 수 있다. 이들 중합체성 흡착제는 통상적으로 가교결합-모노머를 포함하는 1종 이상의 모노머의 중합반응을 통하여 형성된다. 중합반응을 수행하여 겔 또는 거대망상형으로 수지 비드를 제공한다. 또한, 이들 수지 비드는 예를 들어 4급 염 또는 산 염 그룹과 같은 이온성 그룹을 수지에 가하여 화학적으로 개질시킬 수 있다. 따라서 생성된 수지는 음이온성, 양이온성 또는 비이온성일 수 있으며 여러가지 물리화학적 특성을 갖는다.Various suitable polymeric adsorbents have been reported for the recovery of the desired adsorption product, such as carboxylic acids or other acids, and can be used as stationary phase in the heat-treated chromatography recovery process of the present invention. These polymeric adsorbents are typically formed through polymerization of one or more monomers, including crosslinking-monomers. The polymerization is carried out to give resin beads in a gel or macroreticular form. In addition, these resin beads can be chemically modified by adding ionic groups such as, for example, quaternary or acid salt groups to the resin. The resulting resin can thus be anionic, cationic or nonionic and has various physicochemical properties.
예를 들면, 적합한 것으로 보고된 수지로는 중성, 비이온성, 거대망상형, 수-불용성 가교결합된 스티렌-폴리(비닐)벤젠, 가교결합된 피리딘-함유 중합체와 같은 염기성 중합체 물질, 예로는 비닐피리딘 중합체, 부착된 3급 아민 작용기 또는 피리딘 작용기를 갖는 가교결합된 아크릴 또는 스티렌 수지 매트릭스, 부착된 지방족 4급 아민 작용기를 갖는 가교결합된 아크릴 또는 스티렌 수지 매트릭스 등이 있다{참조: Kawabata and Kulprathipanja et al, 상기 발명의 배경에 언급된 특허). 이들 및 흡착제로서 사용하기위한 당해 분야에 공지된 수많은 다른 중합체, 예를 들어 스티렌, 아크릴, 에폭시 아민, 스티렌 폴리아민, 및 페놀 포름알데히드를 포함하는 염기 또는 산 이온 교환 수지, 또는 비이온성 흡착 수지가 본 발명에 따르는 온도 변환 흡착/탈착 방법에서 사용하기에 적합하지만, 중합체 흡착제가 N-지방족 또는 N-헤테로시클릭 3급 아민 작용기를 함유하는 가교결합된 중합체와 같은 가교결합된 염기 중합체, 예를 들면 디알킬아미노 또는 피리딘 작용기를 함유하는 중합체가 바람직하다.For example, resins that are reported to be suitable include basic polymeric materials such as neutral, nonionic, macroreticular, water-insoluble crosslinked styrene-poly (vinyl) benzenes, crosslinked pyridine-containing polymers, such as vinyl Pyridine polymers, crosslinked acrylic or styrene resin matrices with attached tertiary amine functionalities or pyridine functional groups, crosslinked acrylic or styrene resin matrices with attached aliphatic quaternary amine functionalities, and the like. See Kawabata and Kulprathipanja et al. al, patents mentioned in the background of the invention). These and numerous other polymers known in the art for use as adsorbents, such as base or acid ion exchange resins comprising styrene, acrylics, epoxy amines, styrene polyamines, and phenol formaldehyde, or nonionic adsorption resins Although suitable for use in the temperature conversion adsorption / desorption process according to the invention, crosslinked base polymers, such as crosslinked polymers containing N-aliphatic or N-heterocyclic tertiary amine functionalities, for example Preference is given to polymers containing dialkylamino or pyridine functional groups.
특히 바람직한 피리딘-함유 중합체는 폴리 2- 및 폴리 4-비닐피리딘 겔 또는 비드형을 나타내는 거대망상형 수지와 같은 폴리비닐피리딘 중합체이다. 이들 수지는 디비닐벤젠과 같은 적합한 가교결합제로 약 2% 이상 가교결합되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직한 수지는 2 내지 50% 가교결합된 비드형 비닐피리딘 중합체, 예를 들어 폴리 2- 및 폴리 4-비닐피리딘 중합체이다.Particularly preferred pyridine-containing polymers are polyvinylpyridine polymers such as poly 2- and poly 4-vinylpyridine gels or macroreticular resins exhibiting bead form. These resins are preferably crosslinked at least about 2% with a suitable crosslinker such as divinylbenzene. More preferred resins are beaded vinylpyridine polymers, for example 2 to 50% crosslinked, for example poly 2- and poly 4-vinylpyridine polymers.
예를 들어, 더욱 바람직한 수지로는 Reilly Industries, Inc.(Indianapolis, Indiana 소재)로부터 REILLEX: 등록상표 중합체 시리즈로 입수가능한 폴리 2- 및 폴리 4-비닐피리딘 수지가 있다. 이들 REILLEX: 등록상표 중합체는 일반적으로 2% 이상 가교결합되었으며, 양호한 열 안정성과 흡착 및 탈착능과 본 명세서에 기술되는 바와 같은 다른 바람직한 특성을 나타낸다. 예를 들어, 상기 타입의 바람직한 수지는 중합체 g당 약 200㎎ 이상의 시트르산 탈착능력을 나타낸다. 다른 바람직한 수지는 상기와 동일한 공급원으로부터 REILLEX: 등록상표 HP 중합체 시리즈로 입수가능한 것이다. 이들 REILLEX: 등록상표 HP 중합체는 또한 유리한 능력을 나타내며 고도로 재생가능하다. 이들 REILLEX: 등록상표 중합체에 관한 더욱 상세한 정보에 대해서는, Reilly Industries, Inc.로부터 입수가능한, REILLEX: 등록상표 리포트 1,2 및 3의 형태의 문헌을 참조할 수 있다.For example, more preferred resins are poly 2- and poly 4-vinylpyridine resins available from REillyEX® polymer series from Reilly Industries, Inc. (Indianapolis, Indiana). These REILLEX® trademarked polymers are generally crosslinked by at least 2% and exhibit good thermal stability and adsorption and desorption and other desirable properties as described herein. For example, preferred resins of this type exhibit at least about 200 mg citric acid desorption capacity per gram of polymer. Other preferred resins are available from the same source as the REILLEX® HP polymer series. These REILLEX® trademark HP polymers also exhibit advantageous capabilities and are highly recyclable. For more detailed information on these REILLEX® trademarked polymers, reference may be made to literature in the form of REILLEX® trademark reports 1,2 and 3, available from Reilly Industries, Inc.
다른 수지, 예를 들어, Rohm and Haas(Philadelphia, Pennsylvania 소재)로부터의 AMBERLYST A-21, AMBERLITE IRA 68, 또는 AMBERLITE IRA 93 수지, 또는 Dow Chemical로부터의 DOWEX MWA-1 수지를 또한 본 발명에서 사용할 수 있다. 이들 수지중에서, A-21은 디비닐벤젠에 의해 가교결합되며(2% 이상) 지방족 3급 아민 작용기(특히, 부착된 디알킬아미노(디메틸아미노)기)를 함유하고; IRA68 수지는 지방족 3급 아민 그룹, 디비닐벤젠-가교결합된 아크릴 매트릭스를 함유하며, 겔 형태를 나타내고; IRA 93 및 MWA-1 수지는 지방족 3급 아민 그룹을 함유하며 거대망상형을 나타내는 디비닐벤젠-가교결합된 스티렌 매트릭스를 기본으로한다. 이들 및 본 발명에서 사용할 수 있는 다른 유사한 수지에 관한 추가의 정보는 제조업자로부터 입수할 수 있는 문헌을 참조할 수 있다.Other resins such as AMBERLYST A-21, AMBERLITE IRA 68, or AMBERLITE IRA 93 resins from Rohm and Haas (Philadelphia, Pennsylvania), or DOWEX MWA-1 resins from Dow Chemical may also be used in the present invention. have. Among these resins, A-21 is crosslinked by divinylbenzene (at least 2%) and contains aliphatic tertiary amine functional groups (in particular, attached dialkylamino (dimethylamino) groups); IRA68 resin contains aliphatic tertiary amine groups, divinylbenzene-crosslinked acrylic matrix, and exhibits a gel form; IRA 93 and MWA-1 resins are based on divinylbenzene-crosslinked styrene matrices containing aliphatic tertiary amine groups and exhibiting macroreticulars. For further information regarding these and other similar resins that may be used in the present invention, reference may be made to literature available from the manufacturer.
본 발명의 열-처리 방법은 관심이 되는 생성물과 흡착제 사이의 평형 농도가 온도가 변화됨에 따라 변하는 특정 잇점을 제공하는데, 예를 들면 고온과 비교하여 상대적으로 저온에서 목적하는 산 생성물을 흡착하거나 억제하는 흡착제의 능력이 실제적으로 더 커지는(즉 무수 흡착제 g당 밀리당량을 기본으로 5% 이상 더 커지는) 잇점을 제공한다. 본 발명에 따라서 회수되는 바람직한 생성물은 산, 특히 pKa 값의 범위가 약 2.0 내지 약 4.5인 산이다. 더욱 일반적으로, pKa 범위가 약 3.0 내지 약 5.0인 바람직한 그룹을 갖는, pKa 범위가 약 2.0 내지 약 6.0인 산이 적합하다. 본 발명에서 사용할 수 있는 산의 예로는 페놀, 살리실산, 오르토-프탈산, 메타-프탈산, 벤조산, 3-클로로벤조산과 같은 방향족 산; 시트르산, 락트산, 디락트산, 말산, 만델산, 벤질산, 글리옥실산, 글리콜산, 타르타르산, 포름산, 글루타르산, 푸마르산, 아세틸아세트산, 아세트산, 숙신산, 이타콘산과 같은 알파-히드록시산; 니코틴산 또는 이소니코틴산과 같은 피리딘카복실산; 이소니페코트산과 같은 피페리딘카복실산; 인산, 설폰산, 텅스텐산, 몰르브덴산, 갈륨(III) 이온, 수은(II) 이온과 같은 무기산 등이 있다. 본 발명에서 사용하기에 적합한 추가의 산에 대해서는, 미국 특허 제4,552,905호, 제4,323,702호 및 제5,412,126호에 확인되어 있는 산을 참조한다. 본 발명에 따르는 이들의 회수 공정에서, 이들 산은 예를 들어, 당, 아미노산, 아미드(예, 대응하는 아미드로부터 카복실산의 분리시)를 포함한, 다른 약-산성 화합물, 또는 천연적으로 또는 공업적 가공중에 발생하는 산과 같은 다른 유사한 화합물로부터 분리될 수 있다.The heat-treatment process of the present invention provides the particular advantage that the equilibrium concentration between the product of interest and the adsorbent changes as the temperature changes, for example to adsorb or inhibit the desired acid product at relatively low temperatures compared to high temperatures. This provides the advantage that the capacity of the adsorbent is substantially greater (i.e., 5% or more based on milliequivalents per gram of anhydrous adsorbent). Preferred products to be recovered in accordance with the invention are acids, especially acids having a pKa value in the range of about 2.0 to about 4.5. More generally, acids having a pKa range of about 2.0 to about 6.0 are suitable, with preferred groups having a pKa range of about 3.0 to about 5.0. Examples of acids that can be used in the present invention include aromatic acids such as phenol, salicylic acid, ortho-phthalic acid, meta-phthalic acid, benzoic acid, 3-chlorobenzoic acid; Alpha-hydroxy acids such as citric acid, lactic acid, dilactic acid, malic acid, mandelic acid, benzic acid, glyoxylic acid, glycolic acid, tartaric acid, formic acid, glutaric acid, fumaric acid, acetylacetic acid, acetic acid, succinic acid, itaconic acid; Pyridinecarboxylic acids such as nicotinic acid or isnicotinic acid; Piperidinecarboxylic acids such as isonifecotic acid; Inorganic acids such as phosphoric acid, sulfonic acid, tungstic acid, molybdate, gallium (III) ions, and mercury (II) ions. For further acids suitable for use in the present invention, reference is made to the acids identified in US Pat. Nos. 4,552,905, 4,323,702 and 5,412,126. In their recovery process according to the invention, these acids are for example other sugar-acidic compounds, including, for example, sugars, amino acids, amides (eg, on the separation of carboxylic acids from the corresponding amides), or natural or industrial processing. It can be separated from other similar compounds such as acids that occur in the middle.
발효, 즉 미생물에 의한 적합한 탄소원의 발효에 의해 생성된 배지로부터 유기산, 특히 지방족 카복실산과 같은 카복실산의 회수가 본 발명에서 특히 관심의 대상이 된다.Of particular interest in the present invention are the recovery of organic acids, in particular carboxylic acids such as aliphatic carboxylic acids, from the media produced by fermentation, ie fermentation of suitable carbon sources by microorganisms.
예를 들어, 시트르산 및 락트산과 같은 유기 카복실산의 실질적인 범용 생산은 발효에 의해 수행된다. 시트르산의 경우, 옥수수당 또는 당밀과 같은 탄소원을 적합한 시트르산-생산균 또는 아스퍼질러스 나이거(Aspergillus Niger)와 같은 다른 미생물을 사용하여 발효시켜 브로쓰를 수득할 수 있다. 락트산은 탄소원 동화시 락트산을 형성시킬 수 있는 세균 또는 다른 미생물을 사용하여 생산한다. 전형적으로, 진균류와 같은 다른 미생물을 사용할 수 있지만, 락토발실라세아에(Lactobacillaceae)류의 세균을 사용한다. 예를 들어, Reilly Industries, Inc.에 의해 1992년 9월 14일자로 출원된 국제 특허원 PCT/US 92/09938(1993년 4월 1일자로 공개, WO 93/06226)에 일반적으로 교시된 바와 같이, 리조푸스 오리재(Rhizopus oryzae) NRRL 395(United States Department of Agriculture, Peria, Illinois)와 같은 리조푸스족의 진균을 사용하여 실질적으로 순수한 L+ 락트산을 생산할 수 있다. 본 발명에 따라서 처리하여 산을 회수할 수 있는, 카복실산과 같은 유기산을 함유하는 발효 브로쓰를 생산하기에 적합한 발효 미생물을 선택하고 사용하는 것은 당해 분야의 숙련가의 능력의 범주내에 있다.For example, substantial general purpose production of organic carboxylic acids such as citric acid and lactic acid is carried out by fermentation. In the case of citric acid, a carbon source such as corn sugar or molasses can be fermented using a suitable citric acid-producing bacterium or other microorganisms such as Aspergillus Niger to obtain broth. Lactic acid is produced using bacteria or other microorganisms that can form lactic acid upon carbon assimilation. Typically, other microorganisms can be used, such as fungi, but bacteria of the Lactobacillaceae family are used. For example, as generally taught in International Patent Application No. PCT / US 92/09938 filed on September 14, 1992 by Reilly Industries, Inc., published April 1, 1993, WO 93/06226. Likewise, fungi of the Rizopus family such as Rizopus oryzae NRRL 395 (United States Department of Agriculture, Peria, Illinois) can be used to produce substantially pure L + lactic acid. The selection and use of fermentation microorganisms suitable for producing fermentation broths containing organic acids, such as carboxylic acids, which can be treated in accordance with the present invention to recover acids are within the scope of the ability of those skilled in the art.
카복실산-함유 발효 배지가 수반되는 경우, 통상적으로 물, 생성물 산, 염, 아미노산, 당, 및 기타 소량의 여러가지 성분을 함유한다. 상기와 같은 발효 배지를 여과하여 흡착 단계전에 현탁된 고체를 제거할 수 있다. 또한, 본 발명에 따라서, 카복실산-함유 발효 배지를 진행중인 카복실산 생성 발효로부터 회수할 수 있으며, 이에 의해, 예를 들어 1993년 4월 1일자로 공개된 WO93/06226(1992년 9월 14일자로 출원된 PCT/US92/07738)에서 락트산에 대해 기술된 바와 같이, 산의 회수 단계를 이의 발효적 생산에 커플링시킬 수 있다. 상기와 같이 커플링된 방법에서는, 분리 공정으로의 공급물이 발효 배지의 일부일 수 있으며, 바람직하게는 여과 또는 본 발명의 분리 공정에 통과시키기 위한 공급물의 제조에 적합한 기타 처리 단계후의 발효 매질의 일부일 수 있다. 카복실산은 본 명세서에 기술된 바와 같은 분리 공정에 의해 회수하고, 분리 공정으로부터의 카복실산이 결핍된 "페액" 용리액 스트림은 발효기로 재순환하여, 발효용 영양물을 재순환시킬 수 있다. 상기와 같은 방법은 예를 들어 락트산 발효에서 일어나는 것으로 공지된 바와 같이, 산 생성물에 의한 산-생성 세포의 피드백 억제를 효과적으로 감소시킬 수 있다.If carboxylic acid-containing fermentation medium is involved, it usually contains water, product acids, salts, amino acids, sugars, and other small amounts of various components. The fermentation medium as described above may be filtered to remove suspended solids prior to the adsorption step. In addition, according to the invention, the carboxylic acid-containing fermentation medium can be recovered from the ongoing carboxylic acid production fermentation, for example by WO 93/06226 published September 14, 1992, filed April 1, 1993. As described for lactic acid in PCT / US92 / 07738, the recovery step of the acid can be coupled to its fermentative production. In such a coupled method, the feed to the separation process may be part of the fermentation medium, preferably part of the fermentation medium after filtration or other processing steps suitable for the preparation of the feed for passing through the separation process of the present invention. Can be. The carboxylic acid may be recovered by a separation process as described herein, and the "waste" eluent stream deficient in carboxylic acid from the separation process may be recycled to the fermentor to recycle fermentation nutrients. Such a method can effectively reduce feedback inhibition of acid-producing cells by acid products, as is known to occur in, for example, lactic acid fermentation.
여러가지 액체 용리액이 본 발명에서 사용될 수 있다. 이들 용리액의 예로는, 알코올(예로, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올 및 메틸이소부틸 카비놀과 같은 C1-C5알코올), 케톤 및 에스테르와 같은 방향족 용매 또는 극성 유기 용매와 같은 유기 용매, 뿐만 아니라 물과 같은 수성 매질(즉, 첨가된 용질이 없는 실질적으로 순순한 물), 산 또는 염기의 수용액, 예로는 염산, 황산 또는 수산화나트륨 수용액, 또는 물/알코올 혼합물과 같은 물/유기 보조 용매 매질이 있다. 일부 바람직한 본 발명의 방법에서는 물을 사용하여 목적하는 생성물의 회수를 복잡하게 만들수 있는 불필요한 용질 또는 보조-용매가 없는 탈착 매질을 제공한다. 다른 바람직한 본 발명의 방법은 알코올과 같은 유기 용매를 산 생성물을 탈수시키고 유기 용매중의 산 생성물을 회수하도록 하는 방식으로 사용한다. 상기와 같은 방법에 알코올을 사용하는 경우, 생성물은 최소량의 물(20중량% 미만, 바람직하게는 10중량% 미만)을 갖는 알코올중에서 회수할 수 있으며, 예를 들어 카복실산(예, 시트르산)의 경우, 회수된 생성물 매질은 에스테르화 공정으로 반응시켜 대응하는 카복실산 에스테르 또는 부분적인 에스테르를 수득할 수 있다.Various liquid eluents can be used in the present invention. Examples of these eluents include alcohols (eg, C 1 -C 5 alcohols such as methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol and methylisobutyl carbinol), aromatic solvents such as ketones and esters or organic solvents such as polar organic solvents. , As well as an aqueous medium such as water (ie substantially pure water without added solute), an aqueous solution of an acid or base, such as an aqueous hydrochloric acid, sulfuric acid or sodium hydroxide solution, or a water / organic co-solvent such as a water / alcohol mixture There is a medium. Some preferred methods of the present invention provide a desorbent medium that is free of unnecessary solutes or co-solvents that can complicate the recovery of the desired product using water. Another preferred method of the invention uses organic solvents such as alcohols in such a way that the acid product is dehydrated and the acid product in the organic solvent is recovered. When alcohol is used in such a process, the product can be recovered in alcohol with a minimum amount of water (less than 20% by weight, preferably less than 10% by weight), for example for carboxylic acids (e.g. citric acid). The recovered product medium can then be reacted in an esterification process to yield the corresponding carboxylic acid ester or partial ester.
일반적으로, 본 발명의 열-처리 방법의 용출 단계에서는 흡착제 수지로부터 생성물을 효과적으로 용출시키기에 충분한, 분리산에 비하여 상승된 온도를 사용한다. 사용되는 특정 용출 온도는 대상이 되는 산 생성물, 사용되는 용리액 등과 같은 수개의 인자에 따른다. 용리액의 비등점 이하의 온도 또는 비등점을 초과하는 온도가 적합하다. 바람직한 방법에서의 용출 온도는 일반적으로 약 50℃ 이상, 더욱 전형적으로는 약 70℃ 이상, 통상적으로는 약 90℃ 이상이다. 시트르산 또는 락트산과 같은 카복실산 회수시, 탈착 온도는 약 90℃ 이상이 바람직하다.In general, the eluting step of the heat-treatment process of the present invention uses elevated temperatures relative to the separated acid, which is sufficient to effectively elute the product from the adsorbent resin. The specific elution temperature used depends on several factors such as the acid product of interest, the eluent used and the like. Temperatures below the boiling point of the eluent or above the boiling point are suitable. The elution temperature in a preferred method is generally about 50 ° C. or higher, more typically about 70 ° C. or higher, and typically about 90 ° C. or higher. In recovering a carboxylic acid such as citric acid or lactic acid, the desorption temperature is preferably about 90 ° C. or higher.
본 발명의 바람직한 열-처리 크로마토그래피 방법에서는, 높은 수준으로 생성물을 함유하는 농축된 생성물 공급물, 일부 방법에서는, 흡착제의 능력을 실질적으로 초과하는 생성물 수준, 예를 들어 흡착능을 20% 이상, 심지어는 100% 이상 초과하는 생성물 농도를 사용하여, 공급물을 칼럼에 통과시킬 때, 분리대서 흡착제가 흡착할 수 있는 것보다 분리대에 생성물이 더 많이 존재하는 분리대를 확립되도록 한다. 이에 대해서, 흡착제의 대상이 되는 생성물의 흡착능을 숙지된 형식으로 나타낼 수 있으며, 예를 들어, 평형 등온 다이아그램에 나타낸 바와 같이 일정한 농도에서 용액중의생성물과 흡착제를 접촉시킴으로써 흡착되는 생성물의 차를 컴류터 분석하여 측정할 수 있다. 사용되는 특정 생성물 공급 농도를, 예를 들어 수지의 사용을 최대화하는 동시에 필수적인 순도를 갖는 생성물 스트림을 수득할 수 있도록, 여러가지 인자를 기준으로하여 선택할 수 있음을 이해하여야 한다.In preferred heat-treatment chromatography methods of the present invention, concentrated product feeds containing products at high levels, in some methods, product levels substantially exceeding the capacity of the adsorbent, for example, 20% or more of adsorption capacity. Using product concentrations in excess of 100%, as the feed passes through the column, it establishes a separator with more product present in the separator than the adsorbent can adsorb to the separator. On the other hand, the adsorption capacity of the product that is the target of the adsorbent can be expressed in a known form. It can be measured by luter analysis. It is to be understood that the specific product feed concentration used can be selected based on a variety of factors, for example to maximize the use of the resin and at the same time obtain a product stream with the necessary purity.
상기와 같이 농축된 공급물을 사용함으로써, 분리를 위하여 더욱 효과적으로 수지를 이용할 수 있으며, 흡착제의 흡착능 또는 흡착능 이하의 생성물 로딩량을 사용하는 방법에서 보다 현저히 더 높은 공정 능력을 성취할 수 있다. 예를 들어, 이후 제시되는 특정 실시예에서, 도면 12와 관련하여 수행되고 기술되는 공정에서는, 시트르산 50%를 사용하여(수지의 능력을 200% 이상 초과하는 농도임), 흡착제(무수) g당 시트르산 3밀리당량을 초과하는 공정 능력을 성취하였다. 상기와 같이 높은 수준으로 흡착제를 이용하면 흡착제 재고 요구량을 감소시키며 산출량을 증가시킨다. 이들은 대규모 분리 공정시 이용될 수 있는 확실한 잇점이다.By using the concentrated feed as described above, the resin can be used more effectively for separation, and a significantly higher process capability can be achieved than in the method using the adsorption capacity of the adsorbent or the product loading below the adsorption capacity. For example, in the specific examples presented hereafter, in the process performed and described in connection with FIG. 12, using 50% citric acid (concentrations in excess of the resin's ability to be at least 200%), per gram of adsorbent (anhydrous) Achieve process capability in excess of 3 milliliters of citric acid. Using the adsorbent at such a high level reduces the adsorbent inventory requirements and increases the yield. These are obvious advantages that can be used in large scale separation processes.
따라서, 당과 같은 불순물로부터 시트르산을 분리시키기에 더욱 바람직한 방법에서는, 시트르산의 농축 용액, 예를 들어 약 25%를 초과하는 농도, 더욱 바람직하게는 30%를 초과하는 농도를 갖는 용액을 생성물 공급물로서 사용한다. 예를 들어, 시트르산의 수준이 약 20% 미만인 시트르산-함유 수성 배지를 발효로부터 초기에 농축시킴으로써 시트르산의 농축 공급물을 수득할 수 있다. 상기 농축 단계는 예를 들어 배지로부터 물을 증발시키는 것과 같은, 허용되는 방식으로 수행할 수 있다. 이어서 시트르산 농도가 상승된 상기 농축 배지를 본 발명의 방법중에 공급물로 사용한다.Thus, in a more preferred method for separating citric acid from impurities such as sugars, a product feed is provided with a concentrated solution of citric acid, for example, a solution having a concentration above about 25%, more preferably above 30%. Use as. For example, a concentrated feed of citric acid can be obtained by initially concentrating citric acid-containing aqueous medium having a level of citric acid less than about 20% from fermentation. The concentration step can be carried out in an acceptable manner, for example by evaporating water from the medium. The concentrated medium with elevated citric acid concentration is then used as feed in the method of the present invention.
본 발명의 다른 특성으로는, 상대적으로 약한 산, 예를 들면 락트산 또는 아세트산과 같이, pKa가 3.5 이상, 예로 3.6 내지 6.0인 약한 카복실산을 효과적으로 탈수시키면서 동시에 등열 크로마토그래피 조건하에서 뿐만 아니라 상기 논의된 바와 같은 열-처리 조건하에서 유리한 용출 프로필을 수득할 수 있다. 따라서, 하기 실시예 13에서 설명되는 바와 같이, 약산의 수용액을 용리액으로서 알코올과 같은 극성 유기 용매를 통과시키는 색상 분리대에 가할 수 있다. 분리대중의 흡착제, 바람직하게는 피리디닐기와 같은 3급 아미노 그룹을 함유하는 흡착제는 물에 대해서보다 산에 대한 친화성이 더 높고, 실질적으로 물이 없는 알코올 용액중에 산을 함유하는 용출액을 수득하는 방식으로 분리 단계를 수행한다. 이에 관하여, 본 명에서에서 사용되는 바와 같이, "실질적으로 없는"이란 회수된 산 생성물을 함유하는 알코올 용액이 물을 최대로 약 20중량% 함유함을 의미하는 것이다. 더욱 바람직하게는, 회수된 알코올 용액이 물을 약 10중량% 미만으로, 가장 바람직하게는 약 5중량% 미만으로 함유한다. 또한, 바람직한 방법에서, 회수된 알코올 용액은 투입된 농도에 비하여 고농도로 산 생성물을 함유한다. 예를 들면, 바람직한 방법에서는 회수된 알코올 용출액중의 산 농도가 산 수용액 공급물에서의 약 50% 이상, 더욱 바람직하게는 약 75% 이상이다.Other features of the present invention include relatively weak acids, such as lactic acid or acetic acid, as well as under the isothermal chromatography conditions as well as simultaneously discussed above while simultaneously dehydrating weak carboxylic acids having a pKa of at least 3.5, such as 3.6 to 6.0. Advantageous elution profiles can be obtained under the same heat-treatment conditions. Thus, as described in Example 13 below, an aqueous solution of weak acid can be added to the color separator through which a polar organic solvent, such as alcohol, is passed as eluent. Adsorbents in the separation band, preferably adsorbents containing tertiary amino groups, such as pyridinyl groups, have a higher affinity for acids than for water and yield eluates containing acids in alcohol solutions that are substantially free of water. The separation step is carried out in a manner. In this regard, as used herein, “substantially free” means that the alcohol solution containing the recovered acid product contains up to about 20% by weight of water. More preferably, the recovered alcohol solution contains less than about 10 weight percent water, most preferably less than about 5 weight percent water. Also, in a preferred method, the recovered alcohol solution contains the acid product at a high concentration relative to the injected concentration. For example, in a preferred method, the acid concentration in the recovered alcohol eluate is at least about 50%, more preferably at least about 75% in the acid aqueous feed.
본 발명의 더욱 바람직한 열적으로 관리되는 탈수 공정은 본 방법의 분리 단계에 생성물을 함유하는 용출액 배지의 공급물을 공급한다. 상기와 같은 생성물-함유 용출액, 예를 들어 생성물을 회수하기 위한 용출 공정전의 생성물을 사용하여 산 생성물로부터 다른 화합물의 분리를 효과적으로 도울 수 있으며, 동시에, 용출액중의 생성물의 존재는 최종 생성물 스트림중 생성물의 농도를 증가시킨다. 따라서, 바람직한 공정으로 연속식 회수 공정으로부터 생성물 용리액 스트림의 일부를 세정 단계로 보내 생성물 스트림중의 생성물의 농도를 증가시킨다.A more preferred thermally managed dehydration process of the present invention feeds the feed of eluate medium containing the product to the separation step of the process. Such product-containing eluents, for example, products prior to the elution process to recover the product, can be used to effectively assist in the separation of other compounds from the acid product, while the presence of the product in the eluate can result in product in the final product stream. To increase the concentration. Thus, in a preferred process, a portion of the product eluent stream from the continuous recovery process is sent to a washing step to increase the concentration of product in the product stream.
본 발명의 다른 특성은 약산과 염기의 상호반응에 의해 약산과 염기를 따로 회수할 수 있도록하는, 형성된 염 용액의 처리방법에 관한 것이다. 물과 같은 적합한 용리액을 사용하여, 상기 용액을 3급 아민 작용기, 바람직하게는 피리딘 작용기를 갖는 중합체를 함유하는 접촉대상에서 크로마토그래피 처리하여, 용리액중 염기의 전진점으로부터 접촉대에서 분리된 용리액중 약산의 전진점을 확립시킨다. 용리액을 연속적으로 통과시켜(등열 조건 또는 본 명세서에 일반적으로 기술된 바와 같은 열-처리 조건하에서) 접촉대로부터 약산의 전진점과 염기의 전진점을 따로 용출시킨다. 이 방법은 발효에 의해 생산되어 발효가 진행됨에 따라 또는 발효후에 염기를 사용하여 중화시키는 락트산과 같은 약산의 회수용으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 락트산의 경우, 이의 생산에 사용되는 미생물은 낮은 pH 및 락트산의 존재하에서 억제되므로, 발효중에 형성됨에 따라, 예를 들어 암모니아, 수산화칼슘(석회) 또는 수산화나트륨으로 락트산을 중화시키는 것이 유리할 수 있다. 이에 따라 배지중에 락테이트염(예, 암모늄, 칼슘 또는 나트륨 락테이트)이 포함되며, 이는 본 발명의 방법에 따라서 처리하여 유리 락트산을 회수할 수 있다.Another aspect of the present invention relates to a process for treating a salt solution formed, which allows the weak acid and base to be recovered separately by interaction of the weak acid and base. Using a suitable eluent such as water, the solution is chromatographed at the contact object containing a polymer having a tertiary amine functional group, preferably a pyridine functional group, in an eluent separated from the contact zone from the advance point of the base in the eluent. Establish the forward point of weak acid. The eluent is passed through continuously (under isothermal conditions or heat-treatment conditions as generally described herein) to elute the advancing point of the weak acid and the advancing point of the base separately from the contact zone. This method can be used for the recovery of weak acids, such as lactic acid, produced by fermentation and neutralized with fermentation as the fermentation progresses or after fermentation. For example, in the case of lactic acid, the microorganisms used for its production are inhibited in the presence of low pH and lactic acid, so it would be advantageous to neutralize lactic acid with, for example, ammonia, calcium hydroxide (lime) or sodium hydroxide as it is formed during fermentation. Can be. Accordingly, lactate salts (eg, ammonium, calcium or sodium lactate) are included in the medium, which can be treated according to the method of the present invention to recover free lactic acid.
본 발명에 유리한 방법은 연속식 접촉 장치("CCA"; Continuous Contacting Apparatus)를 사용하여 수행한다. 예를 들어, 본 발명에서 유용한 연속식 접촉 장치는 플로리다주 레이크랜드 소재의 Advanced Separations Technology, Inc.(AST, Inc.)로부터 입수가능한 ISEP 또는 CSEP 연속식 접촉기와 같은 것일 수 있으며, 또한 1988년 8월 16일자로 허여된 미국 특허 제4,764,276호, 1989년 2월 28일자로 허여된 제4,808,317호 및 1985년 6월 11일자로 허여된 제4,522,726호에 일반적으로 기술되어 있다. 이들 특허에 기술된 바와 같은 상기와 같은 CCA 장치의 간략한 설명을 하기에 나타낸다. 본 발명에서 사용하기에 적합한 CCA의 디자인 및 작동에 관한 더욱 상세한 내용은 "The ISEPTMPrinciple of Continuous Adsorption"을 포함하여 AST, Inc.로부터 입수가능한 문헌 뿐만 아니라 상기 언급한 미국 특허를 참조한다.Advantageous methods of the invention are carried out using a Continuous Contacting Apparatus ("CCA"). For example, a continuous contact device useful in the present invention may be such as an ISEP or CSEP continuous contactor available from Advanced Separations Technology, Inc. (AST, Inc.), Lakeland, FL. US Patent 4,764,276, issued May 16, 4,808,317, issued February 28, 1989, and 4,522,726, issued June 11, 1985. A brief description of such CCA devices as described in these patents is given below. For further details regarding the design and operation of CCAs suitable for use in the present invention, refer to the aforementioned U.S. patents as well as documents available from AST, Inc., including "The ISEP ™ Principle of Continuous Adsorption."
본 발명에서 사용하기에 바람직한 CCA는 고체 흡착제 물질을 수용하기 위하여 채택되며 본 발명의 방법을 위한 접촉대를 함께 또는 따로 제공할 수 있는 다수의 챔버를 포함하는 액체-고체 접촉 장치이다. 상기 챔버는 각각의 주입부와 배출부를 가지며, 중앙축 주변에 회전용이 설치되어 챔버를 지나 주입부와 배출부와 함께 작동하는 공급 및 방출부가 배치되도록 한다. 특히, 챔버 상부의 밸브 어셈블리와 연결되어 있는 도관을 통하여 이들 챔버의 상부의 주입부로 액체가 개별적으로 공급되며, 상기 밸브 어셈블리는 진행됨에 따라 챔버의 주입부와 함께 작동하는 다수의 공급부를 제공한다. 유사하게, 도관은 각 챔버의 하부 말단에서 배출부를 챔버 하부의 밸브 어셈블리로 연결시키는데, 이는 챔버가 진행됨에 따라 배출부와 함께 작동하는 방출부를 제공한다. 밸브 어셈블리는 판을 캐러셀(carousel)로 회전시킴에 따라 주입부를 덮고 덮지 않는 슬롯을 갖는 이동가능한 판을 포함한다. 판중의 슬롯의 크기와 슬롯의 위치를 변화시킴으로써, 공급 도관으로부터 챔버로의 흐름과 챔버로부터 배기관으로의 흐름을 설정된 방식으로 조정할 수 있다. 판 상의 다른 판의 이동은 연속적이거나 지시된 이동일 수 있다. 액체가 챔버중으로 및 외부로 유동하는 시간은 중앙축 주변의 챔버 회전 속도의 함수이다.Preferred CCAs for use in the present invention are liquid-solid contact devices which include a plurality of chambers adapted to receive solid adsorbent material and which may provide together or separately contacting contacts for the method of the present invention. The chamber has a respective inlet and outlet, and a rotation is installed around the central axis such that a supply and outlet that operates with the inlet and outlet is passed through the chamber. In particular, liquid is individually supplied to the inlets of the top of these chambers through conduits connected to the valve assemblies of the top of the chamber, the valve assembly providing a number of supplies that work with the inlets of the chamber as it progresses. Similarly, the conduit connects the outlet at the lower end of each chamber to the valve assembly at the bottom of the chamber, which provides an outlet that works with the outlet as the chamber progresses. The valve assembly includes a movable plate having a slot that covers and does not cover the inlet as the plate is rotated into a carousel. By varying the size of the slot in the plate and the position of the slot, the flow from the supply conduit to the chamber and from the chamber to the exhaust pipe can be adjusted in a set manner. The movement of another plate on the plate may be a continuous or directed movement. The time for liquid to flow into and out of the chamber is a function of the chamber rotational speed around the central axis.
더욱 상세하게는, 본 발명에서 사용하기에 바람직한 접촉 장치가 도면 10에 일반적으로 나타나 있다. 상기 장치는 직사각형 프레임 11을 포함하는데 이는 수직 구동축 12을 지지시킨다. 캐러셀 13은 구동축상에 회전용으로 장착되어 있다. 캐러셀을 축에 공정시키고 축을 프레임 11상에 장착되어 있는 모터 14에 의해 구동시킨다. 다수의 원통형 챔버 15(예로, 30개의 챔버)가 캐러셀 13상에 수직으로 장착되어 있다. 챔버는 캐러셀 주변에서 비틀린 관계로 배열하는 것이 바람직하다. 각각의 챔버에 수지 또는 수행할 특정 공정에 따르는 다른 적합한 고체 흡착제 물질을 충전한다. 도면 10의 단편의 좌측면에 나타낸 바와 같이, 고체 흡착제 물질 16을 챔버 15 높이의 약 절반 이상 충전하는 것이 바람직하다. 컨테이너의 상부를 통하여 고체 물질을 삽입하고 제거하기 위하여 각각의 챔버 15상에 배열체를 제공한다. 파이프 고정물 17과 18을 각각의 챔버 15의 상부 및 하부상의 주입 및 배출 개방부에 제공한다. 상부 밸브체 19와 하부 밸브체 20을 구동축 12상에 장착한다. 밸브체 19와 20은 각각 공급 및 방출부(예, 각각 20)를 제공한다. 각각의 도관 21과 22는 밸브체 19와 20을 각각의 상부 및 하부 파이프 고정물 17과 18로 연결하여, 밸브체 19와 20의 공급 및 방출부가 챔버 15의 주입 및 배출부와 함께 작동하도록 한다. 공급 도관 23(방출 또한 가능함)은 프레임 11의 상부에 장착되어 있으며 밸브체 19로부터 위로 연장되어 있다. 유사하게, 방출 도관 24(공급도 가능함)는 하부 배르체 19로부터 프레임 11로 하부로 연장되어 있다. 이 방법으로, 캐러셀이 회전하여 챔버 15가 진행됨에 따라, 챔버 15의 주입 및 배출부가 밸브체 19와 20의 공급 및 방출부와 함께 작동하여 챔버 15를 통하여 액체를 회전시키기에 유리한 수단을 제공한다.More specifically, preferred contact devices for use in the present invention are generally shown in FIG. The device comprises a rectangular frame 11 which supports the vertical drive shaft 12. The carousel 13 is mounted on the drive shaft for rotation. The carousel is processed on the shaft and the shaft is driven by a motor 14 mounted on the frame 11. A number of cylindrical chambers 15 (eg 30 chambers) are mounted vertically on the carousel 13. The chambers are preferably arranged in a twisted relationship around the carousel. Each chamber is filled with a resin or other suitable solid adsorbent material depending on the particular process to be performed. As shown on the left side of the fragment in FIG. 10, it is desirable to fill solid adsorbent material 16 at least about half the height of chamber 15. An arrangement is provided on each chamber 15 to insert and remove solid material through the top of the container. Pipe fixtures 17 and 18 are provided in the inlet and outlet openings on the top and bottom of each chamber 15. The upper valve body 19 and the lower valve body 20 are mounted on the drive shaft 12. Valve bodies 19 and 20 provide supply and discharge portions (eg 20 respectively). Each conduit 21 and 22 connects valve bodies 19 and 20 to respective upper and lower pipe fixtures 17 and 18 such that the supply and discharge of valve bodies 19 and 20 work with the inlet and outlet of chamber 15. Feed conduit 23 (also capable of discharge) is mounted on top of frame 11 and extends up from valve body 19. Similarly, discharge conduit 24 (also available) extends downward from lower body 19 to frame 11. In this way, as the carousel rotates and chamber 15 proceeds, the inlet and outlet of chamber 15 work in conjunction with the supply and discharge of valve bodies 19 and 20 to provide an advantageous means for rotating the liquid through chamber 15. do.
본 발명의 양태에 따라서, 도면 10의 장치가 분리 및 용출대를 포함하도록 배열되는 것이 바람직하다. 분리대는 대상이 되는 물질, 예를 들면 시트르산이 공급 용액으로부터 챔버 15내에 함유된 흡착제 수지상에서 다른 화합물로부터 분리되도록 통상적으로 작동시킬 수 있다. 일반적으로, 시트르산 또는 다른 생성물을 함유하는 공급 용액은 챔버 15를 통하여 수지상에 역류식으로 통과시킨다. 분리 및 용출대로 표시된 CCA의 수많은 부위가 변화될 수 있으며, 전체적인 공정 경제를 최대화시키도록 결정될 수 있음을 주지하여야 한다. 또한, 상기 논의한 바와 같이 상기 분리대에서 생성물 스트림을 사용하는 잇점이 용출대로부터 분리대로 생성물 분획을 운반시킴으로써 성취될 수 있음을 주지하여야 한다. 상기와 같은 배열에 대한 상세한 설명은 도면 11 및 12와 관련하여 이후 논의된다.In accordance with an aspect of the present invention, it is preferred that the device of FIG. 10 be arranged to include a separation and elution zone. The separator may be operated normally such that the material of interest, for example citric acid, is separated from other compounds on the adsorbent resin contained in chamber 15 from the feed solution. In general, a feed solution containing citric acid or other product is passed countercurrently through the chamber 15 onto the resin. It should be noted that numerous parts of the CCA, marked as separation and elution, can be changed and determined to maximize the overall process economy. It should also be noted that the advantages of using the product stream in the separator as discussed above can be achieved by conveying the product fraction from the eluate to the separator. A detailed description of such an arrangement is discussed below in connection with FIGS. 11 and 12.
따라서, 본 발명의 바람직한 양태 중 하나는 1종 이상의 다른 화합물로부터 산을 분리하기 위한 방법을 제공하는 것인데, 이는 열-처리 크로마토그래피 분리와 용출 단계를 포함한다. 따라서, 다른 화합물과의 혼합물로부터 산을 분리하는 바람직한 방법이 제공되는데, 이는 제1 온도에서 흡착제 수지상에서 다른 화합물로부터 산을 크로마토그래피로 분리한 다음, 흡착제 수지로부터 제1 온도 보다 10℃ 이상 더 높은 제2 온도에서 산 생성물을 용출시킨다. 더욱 바람직한 방법은 1종 이상의 다른 화합물보다 산에 대한 친화성이 더 높고, 온도가 감소함에 따라 산에 대한 친화성을 증가되는 흡착제를 함유하는 접촉대(contacting zone)를 사용한다. 산과 다른 화합물을 함유하는 제1 용액을 접촉대에 도입한다. 높은 작동능을 확립시키기 위하여, 용액은 흡착제의 산 흡수능력을 실질적으로 초과하는 수준으로 산을 함유할 수 있다. 제2 용액(용리액)을 접촉대에 통과시킨다. 상기 제2 용액을 제1 온도에서 1종 이상의 다른 화합물의 전진점으로부터 접촉대에서 분리되는 산의 전진점을 확립하기에 효과적인 조건하에서 통과시킨다. 이어서 산의 전진점을 액체를 사용하여 제2 온도, 예를 들어 제1 온도보다 10℃ 또는 20℃ 더 높은 온도에서 접촉대로부터 용출시킨다. 이 방법의 경우, 분리 단계중에, 흡착제의 산에 대한 친화성이 상대적으로 높은 수준으로 유지되는데, 이는 산을 지체시키고 1종 이상의 다른 화합물로부터 산의 분리를 용이하게하는 반면, 용출 단계중에는, 흡착제의 산에 대한 친화성이 상대적으로 낮은 수준으로 유지되어, 주어진 기간에 걸쳐 용출되는 산의 양이 증가된다. 따라서, 본 발명의 바람직한 방법은 1종 이상의 화합물로부터 산 생성물을 효과적으로 정제하고, 고도로 농축된 생성물 분획을 회수하기위한 크로마토그래피적 분리에서의 전통적인 흡착/열적 탈착 현상을 이용할 수 있다.Accordingly, one of the preferred embodiments of the present invention is to provide a method for separating acids from one or more other compounds, which includes heat-treatment chromatography separation and elution steps. Thus, a preferred method of separating the acid from a mixture with other compounds is provided, which chromatographically separates the acid from the other compound on the adsorbent resin at a first temperature and then at least 10 ° C. higher than the first temperature from the adsorbent resin. The acid product is eluted at the second temperature. More preferred methods use a contacting zone containing an adsorbent which has a higher affinity for acids than one or more other compounds and which increases affinity for acids with decreasing temperature. A first solution containing an acid and another compound is introduced into the contact zone. In order to establish a high operating capacity, the solution may contain acid at a level substantially exceeding the acid absorption capacity of the adsorbent. Pass the second solution (eluent) through the contact. The second solution is passed under conditions effective to establish the advance point of the acid that is separated at the contact zone from the advance point of the one or more other compounds at the first temperature. The advance point of the acid is then eluted from the contact zone using a liquid at a second temperature, for example 10 ° C. or 20 ° C. higher than the first temperature. For this process, during the separation step, the adsorbent's affinity for the acid is maintained at a relatively high level, which retards the acid and facilitates separation of the acid from one or more other compounds, while during the elution step, the adsorbent The acid affinity of is maintained at a relatively low level, increasing the amount of acid eluted over a given period of time. Thus, a preferred method of the present invention may utilize the traditional adsorption / thermal desorption phenomenon in chromatographic separations to effectively purify acid products from one or more compounds and recover highly concentrated product fractions.
본 발명의 특히 바람직한 방법은 다수의 수지-충전된 접촉대(예, 수지 칼럼)를 포함하는 연속 접촉 장치를 사용한다. 다른 화합물로부터 산을 실질적으로 분리시키기에 충분한 양의 흡착제를 함께 함유하는 다수의 접촉대를 포함하는 크로마토그래피적 분리대를 확립한다. 크로마토그래피 분리대는 상대적으로 낮은, 제1의 온도에서 작동된다. 용출대에서는 다른 화합물로부터 일단 실질적으로 분리된 생성물 산을 용출시키는 용출대를 확립한다. 용출대는 제1 온도 보다 더 높은 제2 온도에서 작동된다. 용출대 후, 수지-충전된 접촉대(이제는 실질적으로 생성물이 없음)를 냉각시켜 연속 접촉 장치에서 다음 사이클에서 분리대에 대해 최적인 온도가 되도록 하는 것이 바람직하다. 바람직한 냉각 단계는 액체 매질을 접촉대를 통한 수지 보다 더 낮은 온도에서 통과시키는 것이다. 연속 접촉 장치는 접촉대를 연속해서 분리, 가열, 용출 및 냉각 단계를 거치도록 적합하게 밸브식으로 조절할 수 있으며 본 발명의 열-처리 크로마토그래피적 분리 공정을 수행할 수 있다.Particularly preferred methods of the invention use a continuous contact device comprising a plurality of resin-filled contact zones (eg, resin columns). A chromatographic separator is established that includes a plurality of contacting bands that together contain an amount of adsorbent sufficient to substantially separate the acid from other compounds. The chromatography separator is operated at a relatively low, first temperature. The elution zone establishes an elution zone that elutes the product acid once substantially separated from the other compound. The elution zone is operated at a second temperature that is higher than the first temperature. After the elution zone, it is desirable to cool the resin-filled contact zone (which is now virtually product free) to achieve the optimum temperature for the separator in the next cycle in a continuous contact device. The preferred cooling step is to pass the liquid medium at a lower temperature than the resin through the contact zone. The continuous contact device may be suitably valved to allow the contact stage to undergo a series of separation, heating, elution, and cooling steps and to perform the heat-treatment chromatographic separation process of the present invention.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 열-처리 크로마토그래피적 분리 공정은 흡착제를 함유하는 다수의 접촉대를 연속적으로 가공하는 공정을 확립하는 것인데, 가공은 흡착제의 생성물에 대한 능력을 초과하는 수준으로 생성물을 함유하는 액체 매질을 통과시키고, 다른 화합물로부터 산 생성물이 제1 온도에서 크로마토그래피적으로 분리되도록한 다음, 제1 온도 보다 10℃ 이상 더 높은 제2 온도에서 생성물을 용출시키는 것이다. 본 발명의 상기 양태 및 다른 양태에서, 먼저 가공된 접촉대로부터 생성물-함유 매질 분획이 크로마토그래피적 분리 단계중에 사용되는 용리액중에 포함될 수 있다.According to another aspect of the present invention, a heat-treatment chromatographic separation process establishes a process for continuously processing a plurality of contact zones containing an adsorbent, wherein the processing exceeds the ability of the adsorbent to product. Is passed through a liquid medium, and the acid product is separated chromatographically from the other compound at a first temperature, followed by eluting the product at a second temperature at least 10 ° C. above the first temperature. In this and other aspects of the invention, first, the product-containing medium fraction from the processed contact zone can be included in the eluent used during the chromatographic separation step.
본 발명의 다른 바람직한 양태는 수용액으로부터 유기산 생성물을 탈수시키고 회수하기 위한 방법을 제공하는 것으로, 이는 산 생성물이 실질적으로 물이 없는 알코올 용액중으로 용출되는 조건하에서 이동상으로서 알코올과 같은 수-혼화성 용매를 사용하여 흡착제 수지상에서 산 생성물의 수용액을 크로마토그래피적으로 처리하는 것이다. 상기와 같은 방법은 물 보다 산에 대한 친화성이 더 높은 흡착제를 함유하는 접촉대를 제공하고, 산의 수용액을 접촉대에 도입시킴으로써 수행하는 것이 유리하다. 액체 알코올을 물의 전진점으로부터 접촉대에서 분리되는 유기산의 전진점을 확립하기에 효과적인 조건하에서 접촉대에 통과시키고, 유기산의 전진점을 접촉대로부터 용출시켜, 용액중의 유기산을 함유하는 용출액을 알코올에 제공하는데, 여기서 용출액에는 물이 실질적으로 없다(즉, 물을 약 15중량% 이상 함유하지 않음).Another preferred aspect of the present invention provides a method for dehydrating and recovering an organic acid product from an aqueous solution, which provides a water-miscible solvent such as alcohol as a mobile phase under conditions in which the acid product is eluted into an alcohol solution that is substantially free of water. To chromatographically treat an aqueous solution of the acid product on the adsorbent resin. Such a method is advantageously carried out by providing a contacting zone containing an adsorbent having a higher affinity for acid than water and introducing an aqueous solution of acid into the contacting zone. The liquid alcohol is passed through the contacting zone under conditions effective to establish the forwarding point of the organic acid separated from the contacting zone from the forwarding point of water, and the elution solution containing the organic acid in the solution is eluted by eluting the forwarding point of the organic acid from the contacting zone. Wherein the eluate is substantially free of water (ie contains no more than about 15% by weight of water).
유기산 생성물을 탈수시키기 위한 다른 바람직한 크로마토그래피적 방법은Another preferred chromatographic method for dehydrating organic acid products is
(a) 물에 대한 친화성 보다 산 생성물에 대한 친화성이 더 높은 흡착제를 함유하는 다수의 접촉대를 제공하는 단계,(a) providing a plurality of contact zones containing an adsorbent having a higher affinity for acid products than affinity for water,
(b) 알코올 용리액과 산을 함유하는 수용액을 함께 접촉대에 통과시켜 산이 물로부터 분리되는 크로마토그래피적 공정을 수행하는, 접촉대를 크로마토그래피적 분리대를 통하여 연속해서 가공하는 단계, 및(b) continuously processing the contact zone through a chromatographic separator, which performs a chromatographic process in which an acid eluent and an aqueous solution containing an acid are passed together through a contact zone to separate an acid from water, and
(c) 단계 (b)후, 접촉대를 용출대에 통과시켜, 물이 실질적으로 없는 알코올의 용액중에 1개 이상의 접촉대로부터 산 생성물이 용출되도록 하는 연속적인 가공 단계를 포함한다.(c) After step (b), a contacting stage is passed through the elution stage so that an acid product is eluted from the at least one contacting zone in a solution of alcohol substantially free of water.
본 발명의 다른 양태는 암모늄 락테이트와 같은 약산과 염기와의 염의 용액을 약 염기 수지상에서 크로마토그래피적으로 처리하여 약산과 염기를 따로 용출 및 회수할 수 있음을 발견한 것에 관한 것이다. 따라서 본 발명은 또한 약산과 염기와의 염으로부터 약산과 염기를 따로 회수하기위한 크로마토그래피적 방법을 제공한다. 본 발명의 방법은 3급 아민 작용기를 갖는 중합체를 함유하는 접촉대를 제공하고, 염 용액을 상기 접촉대에 도입하고, 용리액을 염기의 전진점으로부터 접촉대에서 분리되는 약산의 전진점을 확립시키기에 효과적인 조건하에서 접촉대에 통과시키는 것을 포함한다. 용리액을 계속 통과시켜 접촉대로부터 약산의 전진점과 염기의 전진점이 따로 용출되도록 한다. 이 방법은 발효적으로 생성되고 실제로 발효가 계속되도록 중화되는 약산을 회수하는데 특히 유용하다. 예를 들면, 락트산의 경우, 이의 생성에 사용되는 미생물은 낮은 pH에서 및 유리 락트산의 존재하에서 억제되어, 발효중에 형성되는 락트산을 암모니아로 중화시키는 것이 통상적이다. 이에 따라 배지중에 암모늄 락테이트가 함유되는데, 이는 본 발명의 방법에 따라서 처리하여 유리 락트산을 회수할 수 있다.Another aspect of the invention relates to the discovery that a solution of salts of weak acids and bases such as ammonium lactate can be chromatographically treated on weak base resins to elute and recover the weak acids and bases separately. The present invention therefore also provides a chromatographic method for recovering weak acids and bases separately from salts of weak acids and bases. The method of the present invention provides a contacting zone containing a polymer having a tertiary amine functional group, introducing a salt solution into the contacting zone, and establishing an advance point of the weak acid in which the eluent is separated at the contacting point from the advancement point of the base. Passing through the contact under effective conditions. Continue to pass the eluent so that the forward point of the weak acid and the forward point of the base are eluted separately from the contact zone. This method is particularly useful for recovering weak acids that are produced fermentatively and neutralized so that fermentation actually continues. For example, in the case of lactic acid, the microorganisms used for its production are typically inhibited at low pH and in the presence of free lactic acid to neutralize the lactic acid formed during fermentation with ammonia. The ammonium lactate is thus contained in the medium, which can be treated according to the method of the present invention to recover free lactic acid.
본 발명의 열-처리 방법은 농축된 액체 배지중에서 생성물을 회수할 수 있도록 하며, 회수중에 열 에너지를 효율적으로 이용할 수 있도록 하며, 또한 높은 성능을 제공하고 흡착제 발명의 요구조건을 절감시키는 배열로 작동된다. 본 발명은 또한 작업이 용이하고, 농축된 용액중의 다양한 목적 생성물을 회수하는데 사용할 수 있는 방법을 제공한다. 본 발명의 추가적인 바람직한 양태, 특성 및 잇점은 다음 기술 내용으로부터 명백해질 것이다.The heat-treatment method of the present invention allows the product to be recovered in concentrated liquid medium, allows efficient use of thermal energy during recovery, and also operates in an arrangement that provides high performance and reduces the requirements of the adsorbent invention. do. The present invention also provides a process that is easy to work with and that can be used to recover various desired products in a concentrated solution. Further preferred embodiments, features and advantages of the invention will be apparent from the following description.
실시예 1 내지 11Examples 1-11
일반적인 방법:Common way:
이들 실시예의 경우, 일련의 펄스 시험을 수행하여 상이한 3급 아민-함유 중합체를 사용하는, 열-처리 크로마토그래피의 여러가지 산에 대한 적용가능성을 증명한다. 길이가 60㎝이고 내경이 2.54㎝인 칼럼은 용리액 및 산 생성물 공급물용의 각각의 공급 라인을 제공한다. 상기 칼럼은 이후 특정 실시예의 기술 내용에 나타낸 바와 같이, 재킷되어있지 않거나 자동 온도 조절기로 재킷되어 있다. 용리액 공급 라인이 칼럼으로의 용리액 공급물의 온도를 조절하기위한 열교환기를 포함하는 반면, 나타낸 바와 같이, 산 생성물/글루코즈 혼합물 수용액은 실온에서 공급된다. 달리 표시하지 않는한, 산 생성물을 50중량%로, 글루코즈는 2중량%로 존재하며, 생성물/글루코즈 공급물의 100g 펄스가 칼럼에 제공되고, 칼럼상의 로딩량은 달리 표시하지 않는한, 수지 g당 산 3밀리당량에 달한다. 칼럼 제조의 경우, 칼럼에 적합한 수지의 슬러리를 로딩하고 물로 미리 세척하여 공기 방울울 제거한다. 온도 조절기를 고정시키고 베드를 통하여 용리액을 재순환시켜 시스템을 평형시킨다. 공급 혼합물을 베드상으로 펌핑시키고 즉시 용리액을 펌핑시킨다. 칼럼으로부터 용출되는 샘플을 용적을 증가시키면서, 전형적으로 처음 3개의 BV의 경우 1/10 베드 용적(BV)씩, 이어서 수거 기간의 나머지에 대해서는 1/2 BV 샘플로 수거한다. HPLC와 적합한 표준을 사용하여 샘플을 분석한다. 각각의 수행에 있어서, 수지 용적은 350㎖이다.For these examples, a series of pulse tests are performed to demonstrate applicability to various acids of heat-treated chromatography using different tertiary amine-containing polymers. A column 60 cm in length and 2.54 cm in diameter provides respective feed lines for the eluent and the acid product feed. The column is then unjacketed or jacketed with a thermostat, as shown in the description of the particular embodiment. While the eluent feed line includes a heat exchanger to control the temperature of the eluent feed to the column, as shown, the aqueous acid product / glucose mixture solution is fed at room temperature. Unless otherwise indicated, the acid product is present at 50% by weight, the glucose at 2% by weight, and 100 g pulses of product / glucose feed are provided to the column and the loading on the column is per g of resin, unless otherwise indicated. 3 million equivalents of acid. For column preparation, the slurry is loaded with a suitable resin and pre-washed with water to remove air bubbles. Equilibrate the system by fixing the thermostat and recycling the eluent through the bed. The feed mixture is pumped onto the bed and the eluent is pumped immediately. Samples eluting from the column are collected, typically in 1/10 bed volume (BV) for the first three BVs, and then 1/2 BV samples for the remainder of the collection period. Samples are analyzed using HPLC and appropriate standards. In each run, the resin volume is 350 ml.
실시예 1A 및 1BExamples 1A and 1B
시트르산/글루코즈 생성물 수용액 공급물을 REILLEX: 등록상표 HP 수지(30 내지 60메쉬)상에서 20.3㎖/분의 유속으로 재킷되지 않은 칼럼중에서, 용리액으로서 물을 사용하여 처리한다. 실시예 1A의 경우, 공급물과 용리액의 온도는 25℃이다. 실시예 1B의 경우, 공급물과 용리액의 온도는 각각 75℃ 및 86℃이다. 결과를 각각 도면 1A 및 1B에 나타낸다. 도면 1A에 나타낸 바와 같이, 상대적으로 낮은 온도에서 글루코즈와 시트르산의 양호한 분리가 성취되었으나, 시트르산의 피크 농도는 단지 약 3%로, 실질적으로 미량이었다. 한편, 도면 1B에 나타낸 바와 같이, 상대적으로 높은 온도에서는 시트르산의 피크 농도가 훨씬 더 높았지만 글루코즈로부터의 분리가 상대적으로 불량하였다. 따라서, 본 발명은 특별한 잇점을 갖고 상기 분리에 적용될 수 있으며, 분리중에 저온과 실질적인 분리가 수행된 후 시트르산 전진점을 이동시키는데 적용되는 고온을 사용하여, 양호한 시트르산 분리 및 용출 프로필을 모두 수득할 수 있다.The citric acid / glucose product aqueous solution feed is treated using water as eluent in a non-jacketed column at a flow rate of 20.3 ml / min on REILLEX® HP resin (30-60 mesh). For Example 1A, the temperature of the feed and the eluent is 25 ° C. For Example 1B, the temperatures of the feed and the eluent are 75 ° C. and 86 ° C., respectively. The results are shown in FIGS. 1A and 1B, respectively. As shown in FIG. 1A, good separation of glucose and citric acid was achieved at relatively low temperatures, but the peak concentration of citric acid was only about 3%, which was substantially trace. On the other hand, as shown in Fig. 1B, at a relatively high temperature, the peak concentration of citric acid was much higher but the separation from glucose was relatively poor. Thus, the present invention has particular advantages and can be applied to the separation, whereby both good citric acid separation and elution profile can be obtained using low temperature and high temperature applied to shift the citric acid advance point after the substantial separation has been carried out during the separation. have.
실시예 2Example 2
시트르산/글루코즈 생성물 공급물을 REILLEX: 등록상표 HP 수지(30 내지 60메쉬)상에서 재킷되지 않은 칼럼중에서 20.8㎖/분의 유속으로 용리액으로서 물을 사용하여 처리한다. 산 생성물 공급 온도는 25℃이고, 후속되는 소량의 물 공급물의 온도는 25℃이다. 이어서 용리액(물)을 86℃에서 공급한다. 이 방식으로, 분리상에서 칼럼을 통한 이의 이동시 생성물/글루코즈 전진점상에서 상대적으로 저온이 유지되는 반면, 용출중에 시트르산 전진점의 영역중에서는 상대적으로 고온이 된다. 특이적인 결과를 도면 2에 나타내는데, 이는 도면 1A에 대하여 개선된 시트르산 용출 프로필과 도면 2B에 대하여 개선된 분리를 둘다 나타낸다. 따라서, 분리 및 용출 단계중에 칼럼의 열 관리에 의해 분리 및 생성물 회수에 있어서 잇점이 제공된다.The citric acid / glucose product feed is treated with water as eluent at a flow rate of 20.8 mL / minute in an unjacketed column on REILLEX® HP resin (30-60 mesh). The acid product feed temperature is 25 ° C., and the subsequent small amount of water feed is 25 ° C. The eluent (water) is then fed at 86 ° C. In this way, relatively low temperatures are maintained on the product / glucose advance point during its migration through the column in the separation phase, while relatively high temperatures are in the region of the citric acid advance point during elution. Specific results are shown in FIG. 2, which shows both an improved citric acid elution profile for FIG. 1A and an improved separation for FIG. 2B. Thus, the advantages of separation and product recovery are provided by thermal management of the column during the separation and elution steps.
실시예 3A 및 3BExamples 3A and 3B
시트르산/글루코즈 생성물 공급물을 용리액으로서 물을 사용하여, 재킷된 칼럼중에서 약 21㎖/분의 유속으로 IRA-93 수지상에서 처리한다. 실시예 3A의 경우, 공급물과 용리액의 온도는 25℃이다. 실시예 3B의 경우, 공급물과 용리액의 온도는 각각 85℃ 및 86℃이다. 결과를 각각 도면 3A 및 3B에 제시한다. 도면 1A 및 1B에서와 같이 일반적으로, 저온 공급물/용리액 조건하에서 분리가 더 양호하게 일어나는 반면, 더 높은 온도의 공급물/용리액 조건하에서 시트르산의 용출 프로필이 더욱 바람직하게 일어났다. 또한 본 발명에서와 같이 열-처리 크로마토그래피를 사용하여 분리시 잇점을 제공할 수 있음이 증명되었다.The citric acid / glucose product feed is treated on IRA-93 resin at a flow rate of about 21 ml / min in a jacketed column using water as eluent. For Example 3A, the temperature of the feed and the eluent is 25 ° C. For Example 3B, the temperatures of the feed and the eluent are 85 ° C. and 86 ° C., respectively. The results are shown in Figures 3A and 3B, respectively. In general, as shown in Figures 1A and 1B, better separation occurs under cold feed / eluent conditions, while elution profile of citric acid occurs more preferably under higher temperature feed / eluent conditions. It has also been demonstrated that heat-treatment chromatography can be used as in the present invention to provide advantages in separation.
실시예 4A 및 4BExamples 4A and 4B
15% 아세트산/1% 글루코즈 생성물 공급물을 재킷된 칼럼중에서 용리액으로서 물을 사용하여 REILLEX: 등록상표 HP 수지(30 내지 60메쉬)상에서 처리한다. 공급물 60.5g을 칼럼상에 넣고, 수지상의 로딩량을 수지 g당 아세트산 2밀리당량이다. 실시예 4A의 경우, 유속은 20.6㎖/분이고 공급물과 용리액의 온도는 25℃이다. 실시예 4B의 경우, 유속은 22.0㎖/분이고 공급물과 용리액의 온도는 각각 85℃ 및 86℃이다. 결과를 각각 도면 4A와 4B에 제시하는데, 이는 분리에 대한 본 발명의 적용가능성을 설명하는 용출 프로필을 나타낸다.The 15% acetic acid / 1% glucose product feed is treated on REILLEX® HP resins (30-60 mesh) using water as eluent in a jacketed column. 60.5 g of the feed is placed on a column and the loading of the resinous phase is 2 milliequivalents of acetic acid per gram of resin. For Example 4A, the flow rate is 20.6 ml / min and the temperature of the feed and the eluent is 25 ° C. For Example 4B, the flow rate is 22.0 ml / min and the temperature of the feed and the eluent is 85 ° C. and 86 ° C., respectively. The results are shown in Figures 4A and 4B, respectively, which represent dissolution profiles illustrating the applicability of the present invention to separation.
실시예 5A 및 5BExamples 5A and 5B
10% 아스코르브산/1% 글루코즈 생성물 공급물을 재킷된 칼럼중에서 용리액으로 물을 사용하여 REILLEX: 등록상표 HP 수지(30 내지 60메쉬)상에서 처리한다. 총 205.5g의 공급물을 칼럼에 공급하고, 수지상의 로딩량은 수지 g당 아스코르브산 0.72밀리당량이다. 실시예 5A의 경우, 유속은 20.6㎖/분이고 공급물과 용리액 온도는 25℃이다. 실시예 5B의 경우, 유속은 22.0㎖/분이고 공급물과 용리액의 온도는 각각 85℃ 및 86℃이다. 결과를 각각 도면 5A 및 5B에 제시하는데, 이는 아스코르브산의 분리와 회수에 본 발명의 적용가능성을 유사하게 설명한다.The 10% ascorbic acid / 1% glucose product feed is treated on REILLEX® HP resins (30-60 mesh) using water as eluent in a jacketed column. A total of 205.5 g of feed is fed to the column, and the loading of the dendritic phase is 0.72 milliequivalents of ascorbic acid per g of resin. For Example 5A, the flow rate is 20.6 ml / min and the feed and eluent temperatures are 25 ° C. For Example 5B, the flow rate is 22.0 ml / min and the temperature of the feed and the eluent is 85 ° C. and 86 ° C., respectively. The results are shown in Figures 5A and 5B, respectively, which similarly illustrate the applicability of the present invention to the separation and recovery of ascorbic acid.
실시예 6A 및 6BExamples 6A and 6B
18% 락트산/1% 글루코즈 생성물 공급물을 재킷된 칼럼중에서 용리액으로서 물을 사용하여, REILLEX: 등록상표 HP 수지(30 내지 60메쉬)상에서 처리한다. 수지상의 로딩량은 수지 g당 락트산 3밀리당량 수준이다. 실시예 6A의 경우, 유속은 20.0㎖/분이고 공급물과 용리액의 온도는 25℃이다. 실시예 6B의 경우, 유속은 21.6㎖/분이고 공급물과 용리액의 온도는 각각 85℃ 및 86℃이다. 도면 6A 및 6B에 나타낸 바와 같은 결과는 락트산 분리에 본발명의 적용가능성을 설명하는 용출 프로필을 나타낸다.The 18% lactic acid / 1% glucose product feed is treated on REILLEX® HP resins (30-60 mesh) using water as eluent in a jacketed column. The loading of the dendritic phase is 3 milliliter equivalents of lactic acid per gram of resin. For Example 6A, the flow rate is 20.0 ml / min and the temperature of the feed and the eluent is 25 ° C. For Example 6B, the flow rate is 21.6 ml / min and the temperature of the feed and the eluent is 85 ° C. and 86 ° C., respectively. The results as shown in Figures 6A and 6B show an elution profile illustrating the applicability of the present invention to lactic acid separation.
실시예 7A 및 7BExamples 7A and 7B
시트르산/글루코즈 생성물 수용액 공급물을 재킷된 칼럼중에서 20㎖/분의 유속으로 REILLEX: 등록상표 HP 수지(30 내지 60메쉬)상에서 처리한다. 실시예 7A의 경우, 공급물과 용리액의 온도는 25℃이다. 실시예 7B의 경우, 공급물과 용리액의 온도는 85℃이다. 결과를 각각 도면 7A 및 7B에 제시한다. 도면 7A에 나타낸 바와 같이, 상대적으로 낮은 온도에서 한편에서는 글루코즈와 물이, 다른 한편에서는 시트르산이 양호하게 분리되었다. 도면 7B에 나타낸 바와 같이, 상대적으로 높은 온도를 사용하여 시트르산의 피크 농도를 증가시킬 수 있다. 따라서, 분리 단계중에 상대적으로 낮은 온도를 사용하여 생성물의 회수 단계중에는 상대적으로 높은 온도를 사용하는 본 발명은 상기 분리 공정에 유리하게 적용될 수 있으며, 또한 생성물 공급물을 탈수시키고 실질적으로 알코올중에서 회수된 생성물을 제공한다. 상기와 같은 생성물은 예를 들여, 이후 시트르산을 에스테르화시키도록 반응시킬 수 있다.The citric acid / glucose product aqueous solution feed is treated on a REILLEX® HP resin (30-60 mesh) at a flow rate of 20 ml / min in a jacketed column. For Example 7A, the temperature of the feed and the eluent is 25 ° C. For Example 7B, the temperature of the feed and the eluent is 85 ° C. The results are shown in Figures 7A and 7B, respectively. As shown in FIG. 7A, at relatively low temperatures glucose and water on the one hand and citric acid on the other hand were well separated. As shown in Figure 7B, relatively high temperatures can be used to increase the peak concentration of citric acid. Thus, the present invention, which uses a relatively low temperature during the recovery step using a relatively low temperature, can advantageously be applied to the separation process and also dehydrates the product feed and recovers substantially in alcohol. To provide the product. Such products can be reacted, for example, to esterify citric acid.
실시예 8Example 8
실시예 7A를 반복하는데 용리액으로서 에탄올을 사용하는 점이 예외이며, 결과를 도면 8에 제시한다. 이들 결과는 물과 글루코즈로부터 시트르산이 양호하게 분리됨을 나타낸다. 용리액으로서 에탄올을 사용하는 점이 상이할 뿐 실시예 7B를 반복하면 시트르산 회수 프로필을 개선되지만 분리는 감소됨을 나타낸다. 따라서, 탈수되고 정제된 산 생성물을 제공하기 위하여 에탄올을 사용하는 열-조장 크로마토그래피의 적용가능성이 증명된다.The exception is the use of ethanol as eluent to repeat Example 7A, the results are shown in FIG. These results indicate that citric acid is well separated from water and glucose. Repeating Example 7B, which differs in using ethanol as eluent, shows that the citric acid recovery profile is improved but separation is reduced. Thus, the applicability of heat-coated chromatography using ethanol to provide a dehydrated and purified acid product is demonstrated.
실시예 9Example 9
6.5% 페놀/1% 글루코즈 생성물 수용액 공급물을 재킷된 칼럼중에서, 용리액으로서 물을 사용하여, 상기 실시예 2에 일반적으로 기술된 바와 같은 냉 공급물 및 열 용리액 조건하에서 REILLEX: 등록상표 HP 수지(30 내지 60메쉬)상에서 처리한다. 결과를 도면 9에 나타내며 페놀의 분리와 회수에 열-조장 크로마토그래피를 적용할 수 있음이 증명된다.A 6.5% phenol / 1% glucose product aqueous solution feed was used in a jacketed column, using water as eluent, under the cold feed and thermal eluent conditions as generally described in Example 2 above. 30 to 60 mesh). The results are shown in Figure 9, demonstrating that heat-controlled chromatography can be applied to the separation and recovery of phenols.
실시예 10Example 10
16.1% 락트산 수용액의 pH를 암모니아수를 사용하여 pH6.45로 조정하여 재킷된 칼럼중에서 용리액으로서 물을 사용하여 상기 실시예 2에 일반적으로 기술된 바와 같이 냉 공급물과 열 용리액 조건하에서 REILLEX: 등록상표 HP 수지(30 내지 60메쉬)상에서 처리한다. 결과는 산 염(암모늄 락테이트)을 유리산(락트산)과 유리 염기(암모니아)로 분해시키는데 열-조장 크로마토그래피를 적용할 수 있음을 증명한다. 암모늄 락테이트는 또한 냉 용리액 조건하에서 분해시킨다.The pH of the 16.1% lactic acid aqueous solution was adjusted to pH6.45 using ammonia water to use REILLEX® under cold feed and thermal eluent conditions as generally described in Example 2 above using water as eluent in a jacketed column. Treatment is performed on HP resins (30 to 60 mesh). The results demonstrate that heat-coated chromatography can be applied to decompose acid salts (ammonium lactate) into free acids (lactic acid) and free bases (ammonia). Ammonium lactate is also degraded under cold eluent conditions.
실시예 11Example 11
1% 니코틴산/30% 니코틴아미드 생성물 수용액 공급물을 REILLEX: 등록상표 HP 수지(30 내지 60메쉬)상에서 용리액으로서 물을 사용하여, 상기 실시예 2에 일반적으로 기술된 바와 같이 냉 공급물과 열 용리액 조건하에서 처리한다. 결과는 대응하는 아미드(예를 들어 니코틴아미드)로부터 니코틴산과 같은 피리딘카복실산을 분리하는데 열-조장 크로마토그래피를 적용할 수 있음을 증명한다.Cold feed and thermal eluate as described generally in Example 2 above using water as an eluent on REILLEX® HP resins (30 to 60 mesh) using a 1% nicotinic acid / 30% nicotinamide product aqueous solution feed Process under conditions. The results demonstrate that heat-assisted chromatography can be applied to separate pyridinecarboxylic acids such as nicotinic acid from the corresponding amide (eg nicotinamide).
실시예 12Example 12
본 공정은 비교 목적으로 제공된다. 도면 11은 상기 기술된 바와 같은 CCA를 이용하는 배열을 설명한다. 도면 11의 배열을 이용하는 공정은 AST, Inc.로부터 입수가능한 ISEP L100 파이롯트-스케일 CCA에서 수행한다. 상기 장치의 작동은 필수적으로 CCA에 대해 상기한 바와 같은데, 이 장치는 20개의 포트와 상기 포트와 함께 작동하는 30개의 수지 칼럼의 캐러셀을 갖는 정적 분기관을 갖는다. 발생된 밸브 작동으로 상이한 유체 스트림으로부터 칼럼을 분리시키며, 동시에 포트를 통한 연속적인 유동을 유지한다. L100 파일롯트 유니트는 폴리프로필렌 캡을 갖는 유리 칼럼(내경 1 인치, 용적 350㎖)과 수지를 함유하기위한 70메쉬 스크리닝을 갖는다. 칼럼에 연결되어 있는 상부 및 하부 밸브 어셈블리는 폴리프로필렌과 316 스테인레스강으로 제작된다. 상기 장치를 통한 연결은 모두 내경이 1/4 인치인 표준 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 또는 테플론 관으로 이루어져 있다. 도면 11에 설명되어 있는 열 교환기는 튜브-앤-쉘(tube-and-shell) 또는 플레이트-앤-프레임(plate-and-frame) 열 교환기 중 하나이다. 가열용으로 저압 스팀을 사용하고 냉각용으로 냉각수(약 15℃) 또는 수도물(상온)을 사용한다. 다양한 크기(14-18)의 노르프렌 관을 갖는 연동식 펌프를 사용하여 모든 용액을 옮긴다. 관은 주변 환경과의 열 전이를 제한하도록 단열되어 있다.This process is provided for comparison purposes. 11 illustrates an arrangement using CCA as described above. The process using the arrangement of FIG. 11 is performed in an ISEP L100 pilot-scale CCA available from AST, Inc. The operation of the device is essentially as described above for the CCA, which has a static branch having 20 ports and a carousel of 30 resin columns working with the port. The generated valve operation separates the column from the different fluid streams while maintaining continuous flow through the port. The L100 pilot unit has a glass column with a polypropylene cap (1 inch inner diameter, 350 ml volume) and 70 mesh screening to contain the resin. The upper and lower valve assemblies connected to the column are made of polypropylene and 316 stainless steel. Connections through the device consist of standard polypropylene, polyethylene or Teflon tubes all 1/4 inch in diameter. The heat exchanger described in FIG. 11 is either a tube-and-shell or plate-and-frame heat exchanger. Low pressure steam is used for heating and cooling water (about 15 ° C) or tap water (room temperature) is used for cooling. All solutions are transferred using peristaltic pumps with norphrene tubes of various sizes (14-18). The tubes are insulated to limit heat transfer with the environment.
온도는 연결 패널중에서 라인내로 1/4 인치 스테인레스강 J-타입 써모커플을 사용하여 측정하여 Yokogawa HR 1300 챠트 기록기상에 기록한다. 압력은 스테인레스강 게이지를 사용하여 연결 패널에서 라인내로 측정한다. 유속은 다양한 투입 또는 배출 포트에서 시간(일반적으로 30분)에 걸쳐 중량에 의해 수동식으로 측정한다.The temperature is measured on a Yokogawa HR 1300 chart recorder using a 1/4 inch stainless steel J-type thermocouple into the line of the connection panel. Pressure is measured in-line at the connection panel using a stainless steel gauge. The flow rate is measured manually by weight over time (typically 30 minutes) at various inlet or outlet ports.
무수 USP/FCC 등급 시트르산, 말토오스 일수화물 및 무수 D-(+)-글루코즈, 혼합된 아노머, 및 탈이온수를 사용하여 시트르산 공급물 용액을 제조한다. 이들 용액은 잠재적인 세균 성장을 피하기 위하여 사용전에 즉시 제조한다.Citric acid feed solution is prepared using anhydrous USP / FCC grade citric acid, maltose monohydrate and anhydrous D-(+)-glucose, mixed anomers, and deionized water. These solutions are prepared immediately before use to avoid potential bacterial growth.
REILLEX HP: 등록상표 중합체는 Reilly Industries, Inc로부터 물로 습화된 형태로 수득한다. 상기 수지를 체에 통과시켜 크기 범위가 30 내지 60메쉬인 비드를 수득한다. 이후 수지를 15% 시트르산 용액중에 밤새 침지시켜 L100 유리 칼럼으로 옮긴다. 각각의 칼럼을 수배의 베드 용적의 물로 미리 세척하여 미분을 제거한 다음, L100에 연결시킨다. 총 10.5ℓ의 시트르산 팽윤된 수지를 30개의 칼럼에 충전하고, 이는 수팽윤 수지 약 7.55ℓ 또는 무수 수지 2.10 ㎏와 동등시한다.REILLEX HP: The trademarked polymer is obtained from Reilly Industries, Inc. in water moistened form. The resin is passed through a sieve to obtain beads having a size range of 30 to 60 mesh. The resin is then immersed in 15% citric acid solution overnight to transfer to an L100 glass column. Each column is pre-washed with several times the bed volume of water to remove fines and then connected to L100. A total of 10.5 liters of citric acid swelled resin are charged to 30 columns, which equates to about 7.55 liters of water swelling resin or 2.10 kg of anhydrous resin.
도면 11은 시트르산 수행에서 사용되는 L100에서의 바람직한 포트 배열의 도식적 다이아그램을 나타낸다. L100의 칼럼 회전은 용액에 대해 역류식으로, 즉 도면 11에서 우측에서 좌측으로 유동한다. 측정 온도, 유속 및 원심분리, 칼럼을 통한 유동 패턴을 또한 도면 11에 나타낸다. 배열을 간략하게 기술하면, 칼럼을 통한 유동 패턴은 일반적으로 하부유동식이며, 냉 시트르산의 경우 흡착은 포트 P5-P13에서 수행하고, P1-P4에서 세척하며, 포트 P14-P17에서는 열수 탈착시킨다. 포트 P10-P13가 탈착 단계후 수지의 냉각-다운용으로 사용되는 반면, 포트 P18-P19는 탈착 단계전에 로딩된 수지를 예열시키기 위하여 사용된다. 포트 20은 수지 칼럼으로부터 나머지 세액을 밀어넣기 위하여 사용된다.11 shows a schematic diagram of the preferred port arrangement in L100 used in citric acid performance. The column rotation of L100 flows countercurrently to the solution, ie from right to left in FIG. Measurement temperature, flow rate and centrifugation, flow pattern through the column are also shown in FIG. Briefly describing the arrangement, the flow pattern through the column is generally bottom flow, and for cold citric acid the adsorption is carried out in ports P5-P13, washed in P1-P4, and hydrothermal desorption in ports P14-P17. Ports P10-P13 are used for cooling down the resin after the desorption step, while ports P18-P19 are used to preheat the loaded resin before the desorption step. Port 20 is used to push the remaining tax solution from the resin column.
더욱 상세하게는, 시트르산 공급 용액을 탱크 30으로부터 펌프 31을 사용하여 열 교환기 32(냉각용으로 제공됨)를 통하여 포트 P5로 공급한다. 포트 P5를 벗어나는 스트림은 공급 중간단계 탱크 33으로 공급한다. 공급 중간단계 탱크 33으로부터의 용액은 펌프 34를 사용하여 열 교환기 35(냉각용으로 제공됨)를 통하여 평행 유동 배열의 포트 P6 및 P7로 공급한다. P6과 P7을 벗어나는 스트림은 열 교환기 36(냉각용으로 제공됨)을 통하여 평행 유동 배열의 포트 P8 및 P9로 공급된다. 포트 P8과 P9를 벗어나는 스트림은 예비냉각/폐기 중간단계 탱크 37로 공급된다. 탱크 37로부터의 용액은 펌프 38을 사용하여 열 교환기 39(냉각용으로 제공됨)를 통하여 포트 P10 및 P11로 공급되며, 포트 P10 및 P11로부터 방출되는 스트림은 다시 탱크 37로 향하도록 한다. 상기 "펌프-어라운드(pump-around)"는 수지 비드를 시트르산 흡착 단계로 도입시키기 전에 수지 비드의 예비 냉각을 제공한다. 탱크 37에서는 또한 폐액 오우버 플로우 현상이 일어난다.More specifically, the citric acid feed solution is fed from the tank 30 to the port P5 via a heat exchanger 32 (provided for cooling) using a pump 31. The stream leaving port P5 is fed to feed intermediate tank 33. The solution from the feed intermediate tank 33 is supplied to ports P6 and P7 in a parallel flow arrangement via a heat exchanger 35 (provided for cooling) using a pump 34. Streams outside P6 and P7 are fed to ports P8 and P9 in a parallel flow arrangement through heat exchanger 36 (provided for cooling). Streams leaving ports P8 and P9 are fed to a precooling / disposal intermediate stage tank 37. The solution from tank 37 is fed to ports P10 and P11 via heat exchanger 39 (provided for cooling) using pump 38, and the stream exiting ports P10 and P11 is directed back to tank 37. The “pump-around” provides preliminary cooling of the resin beads prior to introducing the resin beads into the citric acid adsorption step. Waste tank overflow also occurs in tank 37.
탈착 단계의 경우, 탈착 매질, 예를 들면 물을 공급물 탱크 40으로부터 펌프 41을 사용하여 평행 유동 배열의 포트 P12 및 P13으로 공급된다. 포트 P12 및 P13으로부터 배출된 스트림은 스트립 중간단계 탱크 42로 유동한다. 펌프 43은 열 교환기 44(가열용으로 제공됨)를 통하여 탱크 42로부터 용액을 공급하여 탱크 42로 다시 공급한다. 열 교환기를 통한 상기 펌프-어라운드는 탈착 공정용 탱크 42중의 용액을 가열한다. 상기 배열에 사용되는 스트립 중간단계 탱크 42와 다른 탱크는 대기에 개방되어 있는 것이 바람직함을 주지하여야 한다. 이는 용액으로부터 방출된 가스, 특히 가열시 방출되는 가스가 수지 칼럼에 도입되기전에 새나가도록 한다. 이는 수지 비드를 통한 가스 유동이 채널을 일으켜 상기 장치의 효율적인 작동에 방해가될 수 있기 때문에 유리하다.In the case of the desorption step, desorption medium, for example water, is fed from feed tank 40 to pumps P12 and P13 in a parallel flow arrangement. The stream exiting ports P12 and P13 flows into the strip intermediate tank 42. Pump 43 supplies solution from tank 42 through heat exchanger 44 (provided for heating) and back to tank 42. The pump-around through a heat exchanger heats the solution in the desorption process tank 42. It should be noted that the strip intermediate stage tank 42 and the other tanks used in this arrangement are preferably open to the atmosphere. This allows the gas released from the solution, in particular the gas released upon heating, to leak out before being introduced into the resin column. This is advantageous because gas flow through the resin beads can create channels that can interfere with the efficient operation of the device.
스트립 중간단계 탱크 42로부터 가열된 용액을 펌프 45를 사용하여 평행 유동의 포트 P14 및 P15로 공급된다. P14 및 P15로부터 방출된 스트림은 미드스트립 중간단계 탱크 46에서 수집된다. 탱크 46중의 물질도 펌프 47과 열 교환기 48(가열용으로 제공됨)을 사용하여 펌프-어라운드시킨다. 탱크 46으로부터의 물질은 또한 평행 유동 배열의 포트 P16과 P17로 공급되어, 대응하는 방출 스트림을 예열/생성물 중간단계 탱크 49에서 수집된다. 탱크 49중의 물질도 펌프 50과 열 교환기 51(가열용으로 제공됨)을 사용하여 펌프-어라운드시킨다. 탱크 49중 물질의 일부가 흘러넘친 생성물로 회수된다. 다른 분획은 펌프 52를 사용하여 포트 P18 및 P19로 공급하고, 대응하는 방출 스트림은 탱크 49로 다시 공급한다. P18 및 P19를 통한 펌프-어라운드는 수지 비드가 공정의 탈착 단계에 도입되기 전에 이들을 예열시킨다. 탱크 49중 물질의 다른 분획은 펌프 53을 사용하여 포트 P20으로 공급하는데, 이는 또한 P20에서 일정 정도로 수지 비드를 예열시킨다.The heated solution from the strip intermediate stage tank 42 is fed to ports P14 and P15 of parallel flow using a pump 45. Streams discharged from P14 and P15 are collected in the midstrip intermediate stage tank 46. The material in tank 46 is also pumped around using pump 47 and heat exchanger 48 (provided for heating). The material from tank 46 is also fed to ports P16 and P17 in a parallel flow arrangement to collect the corresponding discharge stream in the preheat / product intermediate stage tank 49. The material in tank 49 is also pumped around using pump 50 and heat exchanger 51 (provided for heating). Some of the material in tank 49 is recovered as overflow product. The other fraction is fed to ports P18 and P19 using pump 52 and the corresponding discharge stream is fed back to tank 49. Pump-around through P18 and P19 preheats the resin beads before they are introduced into the desorption stage of the process. Another fraction of the material in tank 49 is fed to port P20 using pump 53, which also preheats the resin beads to some extent at P20.
본 발명의 중요한 양태로, 포트 P20으로부터 방출된 스트림은 열 교환기 54(냉각용으로 제공됨)를 통하여 공정의 세척 단계로 공급된다. 상세하게는, 포트 P20 방출 스트림은 평해 유동 배열의 포트 P1 및 P2로 공급된다. 설명되어 있으며 바람직한 배열로, 포트 P20으로부터의 생성물 스트림은 세척 공정중 세제로서만 제공된다. 그러나, 상기 생성물 스트림을 세척 단계로 공급되는 다른 세제, 예를 들어 물과 함께 사용할 수 있다는 것을 알아야 한다. 포트 P1 및 P2로부터 수거한 방출 스트림을 평행 유동 배열로 포트 P3 및 P4로 공급한다. 따라서, 포트 P1 내지 P4에서, 생성물, 예를 들어 시트르산이 로딩된 수지 비드를 세정하여 당과 같은 비- 또는 덜-흡착된 물질을 제거한다. 포트 P3 및 P4로부터의 방출 스트림을 공급 중간단계 탱크 33에서 수집하는데, 여기서 이들을 포트 P5로부터 방출되는 시트르산 공급물과 혼합하여 상기 논의한 바와 같이 이들을 함께 가공한다.In an important aspect of the invention, the stream discharged from port P20 is fed to the washing stage of the process via heat exchanger 54 (provided for cooling). Specifically, the port P20 discharge stream is fed to ports P1 and P2 of the plain flow arrangement. In the described and preferred arrangement, the product stream from port P20 is provided only as a detergent during the washing process. However, it should be appreciated that the product stream can be used with other detergents, such as water, which are fed to the washing step. The discharge stream collected from ports P1 and P2 is fed to ports P3 and P4 in a parallel flow arrangement. Thus, at ports P1 to P4, the resin beads loaded with the product, for example citric acid, are washed to remove non- or less-adsorbed material such as sugars. The discharge streams from ports P3 and P4 are collected in feed intermediate tank 33, where they are mixed with the citric acid feed released from port P5 and processed together as discussed above.
도면 11의 배열을 이용하는 공정에서는, 샘플을 수집하기 전에 3시간 동안 L100 유니트를 연속적으로 작동시켜, 시료 채취전에 시스템이 평형 또는 평형 근처의 조건에 도달되는 것을 조장한다. 산출 샘플을 30분에 걸쳐 수집하여 적당한 대표성을 갖도록 하고, 1개 이상의 샘플을 채취하고자 할 경우 스트림이 동일한 칼럼으로부터 반복적으로 유래되지 않도록 회전 속도에 대해 동요시킨다. 28시간에 걸쳐 연장되는 상기와 같은 수행에서, 0.43% 글루코즈 및 2.03% 말토오즈를 함유하는 14.7% 시트르산 공급물을 시스템에 공급한다. 본 수행에 대한 시스템에서 몇몇 중요한 점에서 유동하는 용액의 유속과 온도는 도면 11에 기술되어 있다. 생성물 스트림에는 평균 9.73%의 시트르산이 함유되어 있으며(회수율 96%) 글루코즈 94% 및 말토오스 97%가 제거된다. 열 교환기 32가 없으며 따라서 칼럼 5에 대한 공급물의 냉각이 생략되는 다른 유사한 공정에서, 생성물 스트림에는 9.76%의 시트르산(회수율 98%)이 함유되어 있으며, 글루코즈와 말토오스의 제거율은 각각 96% 및 98%이다.In the process using the arrangement of FIG. 11, the L100 unit is operated continuously for 3 hours prior to collecting the sample to encourage the system to reach equilibrium or near equilibrium conditions prior to sampling. The resulting sample is collected over 30 minutes to have proper representation and, if one or more samples are to be taken, shake for rotational speed so that the stream does not originate repeatedly from the same column. In this run, extending over 28 hours, a 14.7% citric acid feed containing 0.43% glucose and 2.03% maltose is fed to the system. In some important points in the system for this implementation the flow rate and temperature of the flowing solution is described in FIG. The product stream contains an average of 9.73% citric acid (96% recovery) and removes 94% glucose and 97% maltose. In another similar process where there is no heat exchanger 32 and thus cooling of the feed to column 5 is omitted, the product stream contains 9.76% citric acid (98% recovery) and the removal rates of glucose and maltose are 96% and 98%, respectively. to be.
실시예 13Example 13
도면 12는 본 발명의 방법에서 사용될 수 있는 L100 배열의 도식적 다이아그램을 제공한다. 상기 배열은 도면 11에 나타낸 것과 유사하며, 따라서 통상적인 부품은 다시 기재할 필오가 없다. 그러나, 도면 12의 배열은 흡착제의 유효 능력을 실질적으로 초과하는 생성물 로딩량을 사용하는, 열-처리 크로마토그래피적 분리 및 용출법을 이용하는 공정의 유리한 수행을 위하여 배열된다. 도면 12를 도면 11과 비교하면, 생성물 스트림의 일부를 상기 생성물-로딩된 칼럼(포트 P19-20 및 P1-6) 칼럼상에서 통과시키는 단계용으로 제공되는 포트의 수가 증가됨을 발견하게 된다. 상기 증가는 생성물 로딩량이 더 높은 경우라도, 공급 스트림중의 불순물이 가열된 탈착 단계(포트 P13-P18)전에 칼럼으로부터 제거되는 것과 같이, 추가의 분리력을 제공한다. 도면 11에서와 같이, 측정된 온도와 유속을 도면 12에 나타낸다. 공정중 여러가지 공급물/용리액중 생성물(시트르산)과 불순물의 농도가 또한 도면 12에 나타나 있다. 알수있는 바와 같이, 확실하게도, 용이하게 탄소화될 수 있는 물질(RCS) 수준이 0.486인 50% 시트르산의 공급물을 사용하여, 시트르산 농도가 20.9 %이고 RCS 수준이 단지 0.073인 생성물 스트림을 회수한다. 따라서, 시트르산이 매우 풍로딩고 RCS 함량이 낮은 생성물 스트림이 수득된다. 또한, 도면 12와 함께 기술된 공정은 도면 11과 관련하여 기술된 것 보다 작업능력이 훨씬 더 높았는데, 도면 11과 관련하여 기술된 공정은 무수 수지 g당 시트르산 1.3밀리당량(meq/g 무수 수지)이고, 도면 12와 관련하여 기술된 것은 약 3meq/g 무수 수지이다. 이런 작업능력에서의 증가는 수지 재고량과 장비 크기를 현저하게 감소시켜, 산출량 및 가공 경제를 상당히 개선시키는데 이용될 수 있다.Figure 12 provides a schematic diagram of the L100 arrangement that can be used in the method of the present invention. The arrangement is similar to that shown in FIG. 11, and therefore conventional components need not be described again. However, the arrangement of FIG. 12 is arranged for the advantageous performance of a process using heat-treatment chromatographic separation and elution methods using product loadings substantially exceeding the effective capacity of the adsorbent. Comparing Figure 12 with Figure 11, one finds an increase in the number of ports provided for passing a portion of the product stream on the product-loaded columns (ports P19-20 and P1-6) columns. This increase provides additional separation power, even at higher product loadings, as impurities in the feed stream are removed from the column prior to the heated desorption steps (ports P13-P18). As in FIG. 11, the measured temperature and flow rate are shown in FIG. 12. The concentrations of product (citric acid) and impurities in the various feeds / eluents during the process are also shown in FIG. 12. As can be seen, certainly, using a feed of 50% citric acid with an easily carbonizable substance (RCS) level of 0.486, recover the product stream with a citric acid concentration of 20.9% and an RCS level of only 0.073. . Thus, a product stream with very citric acid and low RCS content is obtained. In addition, the process described in conjunction with FIG. 12 had a much higher working capacity than that described with respect to FIG. 11, wherein the process described in connection with FIG. 11 had 1.3 milliliter equivalents of citric acid per gram of anhydrous resin ) And about 3 meq / g anhydrous resin described in connection with FIG. This increase in work capacity can be used to significantly reduce resin inventory and equipment size, significantly improving yield and processing economy.
실시예 14Example 14
도면 13은 CSEP 장치(이 또한 Advanced Separations Technologies, Inc.로부터 입수가능함)에서 사용될 수 있는 포트배열을 설명하는 도식적 다이아그램이다. 상기 CSEP 장치 상기한 ISEP 장치 보다 크로마토그래피적 분리용으로 더욱 최적이며, 20개의 칼럼과 20개의 포트를 함유하는데, 칼럼은 포트를 지나 연속적으로 색인을 단다. 도면 13에서 알수 있는 바와 같이, 기술된 CSEP 셋업은 일반적으로 역류식, 하부유동 배열을 포함하는데, 여기서 포트에 대해 평행인 공급(상기 ISEP 배열에서와 같은)은 피하여 수지 재고량의 분리력을 가장 효과적으로 이용하도록 한다. 포트 P1으로의 공급물은 포트 P20(이후 논의되는)으로부터의 산-함유 생성물 스트림의 일부이다. 포트 P1과 관련된 칼럼을 방출시킨후, 상기 공급물을 냉각용으로 제공되는 열 교환기 60을 통하여 통과시킨 다음 역류식으로 포트 P2-P5를 통과시킨다. 이어서 상기 스트림을 공급 용액 저장 탱크 61로부터 펌프 62에 의해 펌핑된 공급 용액(예를 들면, 50%의 시트르산과 당 불순물을 함유함)과 합하고, 냉각용으로 제공되는 열 교환기 63을 통하여 포트 P6으로 통과시킨다. 상기 용액을 포트 P7-P9을 통하여 역류 방식으로 통과시키고, 이후 냉각용으로 제공되는 열 교환기 64를 통하여 포트 P10으로 통과시킨다. 포트 P10을 방출하는 스트림은 생성물인 산이 상대적으로 희석되어 있지만 불순물(예, 당)이 농축되어, 폐기물로 보내진다.13 is a schematic diagram illustrating port arrangements that may be used in a CSEP device (which is also available from Advanced Separations Technologies, Inc.). The CSEP device is more optimal for chromatographic separations than the ISEP device described above and contains 20 columns and 20 ports, with columns indexed continuously through the ports. As can be seen in Figure 13, the CSEP setup described generally includes a counterflow, bottomflow arrangement, where the feed parallel to the port (as in the ISEP arrangement above) is avoided to most effectively utilize the separation force of the resin inventory. Do it. Feed to port P1 is part of the acid-containing product stream from port P20 (discussed later). After releasing the column associated with port P1, the feed is passed through a heat exchanger 60 provided for cooling and then through ports P2-P5 in countercurrent. The stream is then combined from feed solution storage tank 61 with feed solution pumped by pump 62 (e.g. containing 50% citric acid and sugar impurities) to port P6 via heat exchanger 63 provided for cooling. Pass it through. The solution is passed in a countercurrent fashion through ports P7-P9 and then through port heat exchanger 64 provided for cooling to port P10. The stream releasing port P10 is relatively diluted in acid, but the product is concentrated in impurities (eg sugars) and sent to the waste.
물 또는 다른 액체를 저장 탱크 65로부터 펌프 68을 통하여 냉각용으로 제공되는 열 교환기 67을 통하여 포트 P11중으로 펌핑시킨다. 포트 P11을 벗어나는 스트림을 예비-냉각 중간단계 탱크 68로 통과시킨다. 탱크 68중의 용액의 일부를 펌프 69를 통하여 냉각용으로 제공되는 열 교환기 70을 통하여, 포트 P12로 펌핑되고 탱크 68로 다시 펌핑된다. 포트 P12에서의 이런 펌프 어라운드는 수지를 냉각시킨다. 용액을 또한 포트 P13-P14를 통하여 역류식으로 탱크 68로부터 공급한 다음, 가열용으로 제공되는 열 교환기 71을 통하여 계속 역류식으로 포트 P15-P17로 통과시킨다. 포트 P18로부터 방출되는 스트림은 예열 중간단계 탱그 73으로의 공급물이다. 탱크 73중의 용액의 일부를 가열용으로 제공되는 열 교환기 74를 통하여 상류식으로 포트 P19를 통하여 통과시킨 다음 탱크 73으로 다시 공급한다. 포트 P19에서의 이런 펌프 어라운드는 수지를 가열한다. 탱크 73중의 물질의 일부를 포트 P20을 통하여 하류식으로 통과시킨다. P20으로부터 방출되는 스트림은 목적하는 산(예, 시트르산)의 농축 용액으로, 원래 공급물중에 존재하는 불순물(예, 당)이 필수적으로 없다. 상기 방출되는 스트림의 일부를 생성물로 수거하고, 다른 일부는 사기 논의한 바와 같이 포트 P1으로 공급한다.Water or other liquid is pumped from storage tank 65 into port P11 via heat exchanger 67 provided for cooling via pump 68. The stream leaving port P11 is passed through a pre-cooled intermediate tank 68. A portion of the solution in tank 68 is pumped to port P12 and back to tank 68 via heat exchanger 70 provided for cooling via pump 69. This pump around at port P12 cools the resin. The solution is also fed from tank 68 countercurrently through ports P13-P14 and then through the heat exchanger 71 provided for heating to the counters P15-P17 in countercurrent flow. The stream exiting port P18 is the feed to the preheating intermediate tank 73. A portion of the solution in tank 73 is passed through port P19 upstream through heat exchanger 74 provided for heating and then fed back to tank 73. This pump around at port P19 heats the resin. Some of the material in tank 73 is passed downstream through port P20. The stream exiting P20 is a concentrated solution of the desired acid (eg citric acid), essentially free of impurities (eg sugar) present in the original feed. A portion of the discharged stream is collected as product and the other is fed to port P1 as discussed above.
도면 13의 CSEP 배열은 산에 대한 칼럼중의 고체 흡착제(예, 상기한 바와 같은 REILLEX HP 수지)의 흡착 능력을 실질적으로 초과하는 수준으로 공급되는 경우라도 생성물 산(예, 시트르산)의 다른 화합물-함유 용액을 효과적으로 가공 농축시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 방법은 크로마토그래피와 전통적인 흡착/열 탈착 현상을 둘다 근간으로함으로써, 상업적인 공정에서의 흡착제 요구조건을 현저하게 감소시키며 고도로 농축된 생성물 분획을 발생시킨다.The CSEP arrangement of FIG. 13 shows other compounds of the product acid (e.g. citric acid), even when supplied at levels substantially exceeding the adsorption capacity of the solid adsorbent (e.g. REILLEX HP resin as described above) in the column to acid. The containing solution can be effectively processed and concentrated. Thus, the process of the present invention is based on both chromatography and traditional adsorption / thermal desorption phenomena, which significantly reduces adsorbent requirements in commercial processes and results in highly concentrated product fractions.
도면 13에 제시된 포트 와 기타 공정 배열은 예시용이며 다른 배열을 사용하여 본 명세서의 본 발명을 실행할 수 있다. 예를 들어, 분리 또는 정제 영역 및 용출 영역으로 기술된 칼럼의 수는 가공 및(또는) 생성물 요구조건에 따라서 변화될 수 있다. 예를 들어, 도면 13에서 포트 P10과 P11 사이에 1개 이상의 포트를 이용하여 완충대를 포함시킬 수 있다. 또한, 작업중에 열 교환기(가열용 또는 냉각용으로 제공됨)의 위치를 변화시켜 본 발명을 실행할 수 있다는 것도 알아야 한다.The ports and other process arrangements shown in FIG. 13 are illustrative and other arrangements may be used to practice the invention herein. For example, the number of columns described as separation or purification zones and elution zones may vary depending on processing and / or product requirements. For example, in FIG. 13, a buffer band may be included using one or more ports between ports P10 and P11. It is also to be understood that the invention may be practiced by varying the position of the heat exchanger (provided for heating or cooling) during operation.
실시예 15Example 15
유리 칼럼(내경 5.8㎝ X 75㎝)에 REILLEX HP 수지 1500㎖를 채우고, 물로 정련시켜 공기를 제거한 다음, 물을 메탄올로 대체한다. 1.29% 글루코즈를 함유하는 13중량% 락트산 수용액을 칼럼상에 펌핑시키고 즉시 메탄올로 100㎖/분의 유속으로 용출시킨다. 상기 공정은 25℃에서 수행한다. 용리액의 샘플을 수거하여 분석함으로써 각 성분의 농도 대 베드 용적의 공급된 용리액의 플롯을 제작한다. 결과가 도면 14에 나타나 있으며, 락트산이 글루코즈 및 메탄올중에 상대적으로 고도로 농축된 락트산의 주요 절단을 제공하는, 거의 모든양의 물로부터 분리됨을 증명한다. 이에 의해 알코올 용리액을 사용한 크로마토그래피 탈수 공정이 등열 조건하에서 수행하는 경우라도 고도로 바람직한 락트산 용출 프로필을 제공함이 증명된다. 따라서, 락트산 또는 아세트산과 같은 다른 유사하게 약한 산의 수용액은 도면 12 및 13에 나타낸 것과 같은 CCA 유동 배열로 등열 조건하에서 유리하게 처리하여, 탈수시키고 알코올 용매중에 고농도로 산을 회수할 수 있다.Fill a glass column (5.8 cm x 75 cm) with 1500 ml of REILLEX HP resin, refine with water to remove air, then replace water with methanol. A 13 wt% aqueous lactic acid solution containing 1.29% glucose is pumped onto the column and immediately eluted with methanol at a flow rate of 100 ml / min. The process is carried out at 25 ° C. A sample of the eluent is collected and analyzed to produce a plot of the supplied eluent of the concentration of each component versus the bed volume. The results are shown in FIG. 14, demonstrating that lactic acid is separated from almost all amounts of water, providing a major cleavage of relatively highly concentrated lactic acid in glucose and methanol. This demonstrates that a chromatographic dehydration process with an alcohol eluent provides a highly desirable lactic acid elution profile even when performed under isothermal conditions. Thus, aqueous solutions of other similarly weak acids, such as lactic acid or acetic acid, can be advantageously treated under isothermal conditions in a CCA flow arrangement as shown in FIGS. 12 and 13 to dehydrate and recover acids in high concentrations in alcohol solvents.
본 발명은 도면 및 전술할 기술로 상세하게 설명되고 기재되었으나, 이는 예시용으로 특성을 제한하는 것이 아니며, 바람직한 양태만을 나타내고 기술하였으며 본 발명의 정신내에서의 모든 변화 및 변형은 보호되어야 함을 이해하여야 한다.While the present invention has been described and described in detail with the drawings and the foregoing description, it is to be understood that the invention is not to be limited in any way for illustrative purposes only, and has been shown and described with respect to the preferred embodiments thereof, that all changes and modifications within the spirit of the invention should be protected. shall.
본 명세서중에서 인용된 모든 공보는 당해 분야의 기술 수준의 지표이며 각각이 개별적으로 참고로 인용되고 완전히 기재되는 바와 같이 본 명세서에서 참고로 인용된다.All publications cited herein are indicative of skill level in the art and are incorporated herein by reference as if each were individually incorporated by reference and fully described.
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