PL160397B1 - Sposób wydzielania kwasu cytrynowego z roztworów wodnych PL - Google Patents

Abstract

1 . Sposób wydzielania kwasu cytrynowego z roztworów wodnych, zwlaszcza z plynów pofermentacyjnych przez estrakcje, znamienny tym, ze estrakcje prowadzi sie cykloheksa- nonem bezwodnym lub zawierajacym wode w ilosci nie przekraczajacej stezenia nasycenia w stosunku objetosciowym fazy wodnej do organicznej, jak 1:1, po czym otrzymany ekstrakt reekstrahuje sie woda lub woda zawierajaca cykloheksanon w ilosci nie przekraczajacej stezenia nasycenia i nastepnie zateza. PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wydzielania kwasu cytrynowego z roztworów wo^^ch, zwłaszcza z płynów pofermentacyjnych.

Kwas cytrynowy znajduje zastoscwanie w przesyle spożywczym, farmaceutyczny i cheNjczęściej Jest wytwarzany w procesie, którego pierwszym stadiom Jest fermentacja roztworów wodnych cukrów i ml^^. Dalsza obróbka płynu pofermentacyjnego, zawierającego różne związki organiczne i 10-1% wagowych kwasu cytrynowego mi na celu uzyskanie takiego roztworu, z którego przez krystalizację wybiela się czysty kwas cytrynowy.

Klasyczna, do dziś stosowana mtoda węylzielenia kwasu cytrynowego z roztworów wodnych polega na wytrąceniu z tego roztworu cytrynianu wapnie, Jego rozkładzie za pomocą kwasu siarkowego i następnej krystalizacji. Metoda ta Jest Jednak praco- i energochłonna. Vymaga użycia wielu surowców pomorń-czych, a ponadto cechuje Ją znaczna ilość stałych odpadów oraz p^j^s^i^^28nj.e się JaKości. i obniżanie ilości produktu podczas wielostopniowej krystalizacji.

Do innych znanych mtod udzielania kwasów organicznych, w tym kwasu cytrynowego również z płynów pofermentacyjnych należy też zaliczyć mtody polegające na estryfikacji kwasu połączonej z hydrolizą wydzielonego estru, użyciu środków kommllksujących, wyidaiue joω*^, zastosowaniu rnrnmran, bądź też ekstrakcji za pomocą selektywnych rozpuszczalników.

Wydzelan^e kwasów organicznych przez estryfjkację i kommleksowainLe cechuje złożoność procesi i użycie kosztcwnych roteriał<w pimointczych, n^itom^i^t; mtody Jonitowe i membranowe wyrajają operowania dużymi objętościami słabo stężonych roztworów. Z tych też względ<w oraz z u»wgi na niską wydajność oraawanych metod nie znalazły one zastosowania w wtwarzaniu kwasu cytrynowego na skalę przepałową.

Od wielu lat obserwuje się próby wydzieltnia kwasi organicznych z ich roztworów wodnych metodą ekstrakcyjną. Jak wiadomo, z punktu wiZieneα chemicznego, ekstrakcja, jako proces dyfuzyjny ma wybitnie zachowawczy charakter i zapewnia przeprowadzenie rozdziału surowca z zupełrym w^eelmi^r^owani^^m termicznego rozpadu cząsteczek.

W ekstrakcyjnym w^łdielaniu kwasi organicznych, w tym kwasu cytrynowego z roztworów wodnych i pofermntacyjnych, najwaaniejszą sprawą jest dobranie idp<iiiednlegi rozpuszczalnika lub rozpuszczalniki selektwrnych mogących utworzyć dwufazową lub więcej fazową mieszaninę z wodą.

160 397

Podane w różnych publikacjach i zastrzegane w licznych opisach patentowych /na przykład francuskie opisy patentowe nr nr 1 211 066, 1 300 250, 1 494 958, 1 548 328, niemieckie opi sy patentowe nr nr 1 493 196, 2 329 480, opisy patentowe St.Zjedn.Am. nr nr 2 5b3 739,

696 494, 3 810 937, izraelski opis patentowy nr 39 710 odpowiadający polskiemu opisowi patenowemu nr 89 351/ indywidualne i meszane rozpuszczalniki selektywne należą do trzech grup związków chemicznych, tj. do organicznych związki tlenowych, organicznych estrd kwasu ortofosforowego i fosfin oraz amin drugo- i trzeciorzędowych.

I tak na przykład według francuskiego opisu patentowego nr 1 211 066 do ekstrakcji kwasu cytrynowego z Jego roz1wor<w wodnych zastosowano 2-butanol z dodatkiem węglowodorów chlo rwanych lub normli^^ch, eterów, estrw lub ketonów maących na celu obniżenie jego rozpuszczalności w wodzie.

Inny francuski opis patentowy nr 1 300 250 podaje sposób wydzielania kwasów cytrynowego i mekwego z ich mieszanin poiermentacyjnych przez ekstrakcję fosforanem tri-n-butylmym z dodatkiem 5-1% objętościowych benzyny, eteru n-butylwego lub estrów bądź ketonów. Zawarte w ekstrakcie kwasy reekstrahuje się wodą w pa^^wż£^^i^ra^,J temperaturze.

V polskie opisie patentoaym nr 89 351, toźaaoym z izraelskim opieem patentowym nr 39 710 podano sposób wyddieelanie kwasów, w tym kwasu cytrynowego z roztworów wodnych za pomocą aMn, po legający na ekstrakcji wodnego roztworu kwasu nie meszającym się z wodą środkiem, składającym się z roztworu co najmnej Jednej am.ny drugo- lub trzeciorzędowej o całkowitej liczbie etoaór węgle w cząsteczce co najniej 20 albo z roztworu meszaniny takich amin, w nie meszającym się z wodą rozpuszczalnikiem organicznym polarnym lub niepolarnym takim, jak na przykład węglowodory alifatyczne i aromayczne, frakcje ropy naftowej, węglowodory zawierające podstawniki nitrowe i halogenowe, alkohole itp. Ekstrakt organiczny odddiela się następnie od warstwy wodnej w temperaturze wyższej od temperatury przeprowadzonej ekstrakcji, a ekstrakt organiczny poddaje się wtórnej ekstrakcji wodą, po czym wtórny ekstrakt wodny zawierający znaczną częśC kwasu oddziela się od organicznego środka ekstrakcyjnego.

Jak wynika z przeglądu znanych ekstrakcyjnych sposobów wydzielania kwasu cytrynowego z roztworów wodnych lub pofermni8cyjnych, do ekstrakcji stosuje się przeważnie meszaniny dwóch lub kilku rozpuszczalników. WyddJnośC tych znanych sposobów waha się w szerokich granicach i wynosi w zależności od stężenia roztworu wejściowego 40-8% wagowych przy czystości spożywczej wydzielanego produktu.

Olkozało się, że sposobem według wynalazku nożna na drodze ekstrakcji ^yidzeliC kwas cytrynowy z jego wodnych roztworów, w tym również z płynóz pofermntacyjiyJh, za pomocą Jednego tylko rozpuszczalnika organicznego, otrzymując produkt z porównywalną wydajnością i wyższą czystością w stosuku do metod znanych.

Sposób wyizielania kwasu cytrynowego z roztworów wodnych zwłaszcza z płynów pofermentacyjiych przez ekstrakcję według wynalazku polega na tym, że ekstrakcję prowadzi się cykLo heksanonem bezwodnym lub zawierającym wodę w ilości nie przekraczającej stężenia nasycenia w stosuku objętościwyym fazy wcdrej do organicznej jak 1 : 1, po czym otr:ymany ekstrakt reekstrahuje się wodą lub wodą zawierającą cykloheksanon w ilości nie przekraczającej stężenia nasycenia i następnie zatęża. W sposobie według wynalazku ekstrakcję prowadzi się w temperaturze 20-40°C, natomiast reekstrakcję w temperaturze 70-90°C.

Surowcem do ekstrakcji cykloheksanonem może byC wodny roztwór kwasu cytrynowego, bądź też oczyszczony wstępnie roztwór pofermntacyJiy lub zawierające kwas cytrynowy wodne roztwory produkcyjne przerabiane w dalszych etapach prodidocji kwasu cytrynowego.

Sposób wydzielania kwasu cytrynowego przez ekstrakcję cykloheksanonem według wynalazku jest prosty w wykonaniu o stosukowo niskiej energochłonnośl. Może byC wykorzystany zariórno w celu oczyszczenia, jak i zatężenia kwasu, w maej i dużej skali, sposobem okresowym

160 397 lub cićgjłym oraz w szerokim zakresie stężeń. Reekstrakcja wodą lub wodą zawierającą cykloheksanon w ilości nie przekraczającej stężenia nasycenia zwiększa selektywność procesu wydzielania, dającego w wyniku kwas cytrynowy o wydajności 70-90% wwgcwych w stosunku do jego zawartości w surowcu o czystości spożywczej, a nawet farmikojpalnej.

Poradto rafinat organiczny z reekstrakcji, zależnie od resztkowego stężenia kwasu cytrynowego może być w całości lub w części użyty, bez regeinracji, jako rozpuszczalnik do ponownej ekstrakcji - sposób według wynalazku jest vięc sposobem bezodpadcwym.

Przedmiot wyralazku jest bliżej objaśniony w przykładach wykoMfUa.

Przykład I. Z 1000 g poprodukcyjnego roztworu kwasu cytrynowego /III odciek pokrystalizecyjny/ o stężeniu 55,!% wagowych ekstrahuje się kwas w temperaturze 30^OC kolejno trzema porcjami cykloheksanomu nasyconego wodą, przy stosunku objętościowym fazy wodrnj do organicznej, jak 1 : 1. Uzyskuje się 2256 g ekstrakt<w cyklohei3θnoniesch o zawartości 18j% wagowych kwasu cytrynowego. Ekstrakty te zatęża się do 40% wagowych kwasu przez oddestylowanie pod próżnią części rozpuszczalnika i reekstrahuje z nich kwas cytrynowy, w temperaturze 85°C, kolejno trzema porcjami po 380 g wody nasyconej cykloheksanonera. Uzyskuje się 1510 g 25% wagowo roztworu wodnego oczyszczonego kwasu cytrynowego. Łączny stopień wydzielenia oczyszczonego kwasu cytrynowego z surowca wynosi 679% wagcwego. Ekstrakcję i reekstrakcję prowadzono w ekstraktorze zbiornioOTłym z mieszadłem mchaniczrym i płaszczem wodnym zasHaym z ultratermostatu.

Frzykład II. V aparaturze Jak w przykładzie I ekstrahuje się 1000 g poprodukcyjnego roztworu kwasu cytrynowego /IV odciek poliystalizacyjny/ o stężeniu 50,!% wag^wgo, w temperaturze 20°C kolejno dwiema porcjami bezwodnego cykloheksanom» przy stosunku objętościwyym fazy wodiaj do organicznej jak 1 : 1. Uzyskuje się 1888 g ekstrakt» cykliheksαnonowych o zawartości 22,% wagcwego kwasu cytrynowego. Po zatężeniu do 40% wagowych jak w przykładzie I z ekstraktu csiloheksanoncwego reekstrahuje się kwas cytrynowy w 70°C wodą destyowaną, kolejno trzema porcjami po 400 g. Uzyskuje się 2032 g 20,% wagowych roztworu wodnego oczyszczonego kwasu cytrynowego, Łączny stopień w^izielenia z surowca wynosi 87,% wagowych kwasu cytrynowego o czystości fαrmakoi«alrtój.

Przykład III. Z meszanych roztworów poprodukcyjnych o stężeniu 39,% w^oo^ego kwasu cytrynowego ekstrahuje się kwas mtodą ciągłą w 20°C cykloheksanoresm nasyconym wodą w kilLunnieym ekstraktowe pulsacyjnym zaopatrzonym w płaszcz wodny zasilany z ultratermosbtu. Sz^yb^kość zas^arda sur»^ ^/ϊιζι zwarta/ wywoHa L30° cd^/h rozpazczalni^kiem /faz^a roznoszona/ wynooiła ¹7⁰⁰ cm^/h. W^arność e^toatou cykloheksanoncwe^ o stężeniu 19,% wagowych kwasu wynooiła 2235 g/h, a rafinatu wodnego o stężeniu 22,% wwgcwwgo, odpowiednio 1055 g/h. Ekstrakt cykloheksanonowy poddaje się następnie w temperaturze 80°C ree^tralccji wodą nas^yconą c^loheksanonem py sz^kości zasilania 155° cm^/^h surfolki or^ganiczrej ^{c 1300} cm^/h wody. ree^ks^tr^aktu wodnej o st^eniu 1⁸,5% ea^giw^ych wynosiła 1686 g/h, a rafinatu cykloheksanomwego o stężeniu 0,% kwasu cytrynowego odpowiednio 1200 g/h.

Łączny stopień wydzielenil oczyszczonego kwasu cytrynowego wynosi 61,6% wagcwego.

Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 10 000 zł

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wydzielania kwasu cytrynowego z roztworów wodnych, zwłaszcza z płynów poferr mentacyjnych przez ekstrakcję, znamienny tym, że ekstrakcję prowadzi się cykloheksanorem bezwodnym lub zawierającym wodę w ilości nie przekraczającej stężenia nasycenia w stoamku objętościowym fazy wodnej do organicznej, Jak 1 : 1, po czym otrzymany ekstrakt reekstrahuje się wodą lub wodą zawierającą cykloheksanon w ilości nie przekraczającej stężenia nasycenia i następnie zatęża.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ekstrakcję prowadzi się w temperaturze 20-40°C, natomiast reekstrakcję w temperaturze 70-90°C.