UA119592C2 - Спосіб виробництва лактиду - Google Patents

Abstract

Винахід стосується способу одержання лактиду, який полягає в: - одержанні розчину молочної кислоти у леткому органічному розчиннику, - випарюванні з цього розчину леткого органічного розчинника та води з одержанням композиції, яка містить олігомер молочної кислоти, - додаванні каталізатора до композиції, яка містить олігомер молочної кислоти, та уведенні суміші у реакційні умови з одержанням лактиду.

Description

Винахід стосується виробництва лактиду.

Лактид є добре відомим у цій галузі, як початковий матеріал для полілактидного полімеру, який також має назву "полімолочної кислоти" або "РІ А". Цей полімер застосовують в медичних цілях, наприклад для отримання біорозкладаних швів, хірургічних затискачів, пластин для скріплення кісткових уламків та біологічно активних засобів з контрольованим вивільненням.

Крім того, завдяки біорозкладаним властивостям, РІ А є привабливим полімером для багатьох застосувань, наприклад, для застосування у пакуванні та його може бути отримано з поновлюваних джерел.

Звичайно лактид виробляють з молочної кислоти з допомогою процесу, який полягає у застосуванні операцій полімеризації молочної кислоти з отриманням олігомерів молочної кислоти та деполімеризації цих олігомерів в присутності каталізатора з отриманням лактиду.

Молочну кислоту може бути отримано з багатьох джерел, наприклад, шляхом піддавання джерела вуглеводню дії середовища, в якому відбувається ферментація з наступним виділенням отриманого продукту.

Для того, щоб зробити РІ А привабливою альтернативою полімерам, які отримують з нафти, у цій галузі існує потреба у способі виробництва лактиду із забезпеченням ефективного отримання цього матеріалу з високою продуктивністю та високою якістю продукту. Заявлений винахід стосується такого способу.

Винахід стосується способу отримання лактиду, який полягає в: - отриманні розчину молочної кислоти у леткому органічному розчиннику, - випарюванні з цього розчину леткого органічного розчинника та води з отриманням композиції, яка містить олігомер молочної кислоти, - додаванні каталізатора до композиції, яка містить олігомер молочної кислоти та приведенні цієї суміші до умов реакції з отриманням лактиду.

Було виявлено, що процес за винаходом має численні переваги.

По-перше, запуск операції виробництва лактиду з розчину молочної кислоти в органічному розчиннику також має технологічні переваги з точки зору загальної економічно ефективної технології виробництва лактиду, що буде більш детально висвітлено нижче. Крім того, було несподівано виявлено, що синтезування лактиду з розчину молочної кислоти у леткому

Зо органічному розчиннику реально надає добрі результати та навіть може призвести до більш високої швидкості реакції порівняно з синтезуванням лактиду з розчину молочної кислоти у воді.

На Фіг. 1 та 2 показано відсоток лактиду, отриманого протягом часу з преполімеру для системи за Прикладом 1 (зразкова система на водяній основі) та, відповідно, за Прикладом 2 (система на основі МІВК за винаходом) та Прикладом 4 (система на основі МТВЕ за винаходом). На фіг. 1 та 2 можна побачити, що ці системи за винаходом виявляють більшу швидкість реакції, ніж вибрана для порівняння система. Це може бути застосовано для конфігурації загального процесу та у відповідній розробці обладнання для зменшення витрат.

Як зазначено вище, цей процес за винаходом є пов'язаним з перевагами самого процесу.

Щоб це пояснити, спочатку буде надано опис традиційного процесу виробництва молочної кислоти.

Молочну кислоту часто виробляють шляхом ферментації. Протягом цього процесу для нейтралізування молочної кислоти часто додають основу, яка також дозволяє тримати загальний рН в межах, прийнятних для мікроорганізму, який виробляє цю молочну кислоту. Це призводить до отримання ферментаційного бульйону, який містить сіль молочної кислоти. Ця сіль молочної кислоти звичайно перетворюється на молочну кислоту шляхом підкислення сильною неорганічною кислотою, яке може бути здійснено відповідно у ферментаційному бульйоні або після усунення з нього біомаси та вибіркових додаткових операцій очищення. В результаті отримують водний розчин, який містить молочну кислоту, сіль (розчинену або тверду), отриману в результаті операції підкислення (катіон лактатної солі та аніон кислоти) та вибірково додаткові компоненти, як-то один або більше додаткових компонентів, отриманих з ферментаційного бульйону.

Існує численна кількість способів виділення та очищення молочної кислоти, починаючи з цього водного середовища, приклади яких включають дистиляцію та екстракцію. У разі застосування операції екстракції, часто після різних операцій очищення, як-то усунення біомаси, відбувається контакт середовища для ферментації з органічним розчинником, що призводить до отримання розчину молочної кислоти у органічному розчиннику, обробку якого звичайно здійснюють з допомогою одного з двох шляхів. Однією можливістю є піддавання розчину молочної кислоти в органічному розчиннику операції зворотної екстракції (екстракції з екстракту), шляхом контакту його з водою. Цей процес описано, наприклад, у Міжнародній бо патентній публікації МУО00/17378, в якій описано застосування амінів, спиртів та етерів,

переважно ізоамілового спирту, дізоопропілового етеру та реагенту Аіатіпе 336, який є третинним аміном з великою температурою кипіння та низькою розчинністю у воді.

У Міжнародній патентній публікації МУМО95/03268 описано екстрагування продукту, який містить карбонову кислоту, наприклад, молочну кислоту, з насиченим киснем розчинником, який має 4-12 атомів карбону та принаймні одну функціональну групу, вибрану з групи, яка складається з гідроксилу, естеру, кето, етеру, карбонільної та амідогрупи. Потім цей екстракт розчинника піддають зворотній екстракції з водною рідиною. Крім того, у УМО2013/093028 описано екстракцію молочної кислоти з водної суміші, яка містить молочну кислоту та хлорид магнію, масова частка якого складає принаймні 5 95, із застосуванням органічного розчинника, вибраного з групи, яка складається з Сб кетонів, діетилового етеру, та метил-і-бутилового етеру. Цей органічний розчин молочної кислоти піддають операції зворотної екстракції шляхом контакту його з водою з отриманням водного розчину молочної кислоти. В процесі цього зразкового прикладу, комбінація звичайної та зворотної екстракції робить можливим отримання продукту у вигляді розчину молочної кислоти, який є більш концентрованим, ніж початковий розчин молочної кислоти.

Окрім зворотної екстракції також було описано екстракцію молочної кислоти з водного розчину із застосуванням леткого розчинника з його наступним усуненням. Наприклад, у

Патенті США 05 2710880 описано екстракцію молочної кислоти з водного середовища, яке містить молочну кислоту та розчинену сіль із застосуванням спиртів або кетонів, які мають 3-4 атоми карбону. В цьому прикладі застосований розчинник усувають шляхом дистиляції.

Аналогічний процес також описано у Патенті Великобританії 58173479.

У Патенті Великобританії 58280969 описано процес, в якому сірчану кислоту та сульфат натрію додають до 80 95 розчину молочної кислоти та отриманий розчин екстрагують з етером.

Отриманий екстракт промивають водою для усунення забруднень. Було виявлено, що цей етер може бути відокремлено "добре відомим способом" та повторно застосовано.

Замість процесу, в якому екстрагент, який містить молочну кислоту піддають операції зворотної екстракції або дистиляції для відновлення молочної кислоти з наступним перетворенням цієї молочної кислоти на олігомер молочної кислоти, в процесі за винаходом безпосередньо як початковий матеріал у виробництві лактиду застосовують розчин молочної

Зо кислоти у леткому органічному розчиннику, що призводить до заощаджень витрат на обладнання та до зменшення вартості процесу обробки. Додатково було неочікувано виявлено, що застосування процесу за винаходом призводить до отримання доброго виходу лактиду без утворення небажаних побічних продуктів та навіть з можливістю підвищення швидкості реакції.

Слід зазначити, що в Патенті США 052009/0093034 описано спосіб екстракції молочної кислоти з ферментаційного середовища з рН 4,8 або менше, із застосуванням розчинника, вибраного з толуолу, ксилену, мезитилену, етилбензолу, метанолу, етанолу, пропанолу, бутанолу та мінерального спирту. Встановлено, що олігомолочну кислоту можна отримати шляхом нагрівання середовища для ферментації молочної кислоти, рН якого складає 4,8 або менше в умовах зниженого тиску з наступним промиванням водою. Також було описано процес, в якому розчинник, як описано вище, додають до середовища для ферментації та отримане ферментативне середовище, яке містить розчинник нагрівають до температури, яка знаходиться між температурою азеотропної суміші розчинника та води та точкою кипіння розчинника для отримання олігомерів молочної кислоти та здійснюють нагрівання отриманого рідкого ферментативного середовища до температури в межах між 60 "С та точкою кипіння розчинника для екстракції з цього середовища олігомолочної кислоти. В цьому зразковому прикладі, між іншого, не описано безпосереднього перетворення отриманого продукту на лактид.

В Патенті США 052012/0116100 описано спосіб отримання гідроксикарбонових циклічних димерів, який полягає у застосуванні етапу деполімеризації олігомерів гідроксикарбонової кислоти, в якому реакційний розчин нагрівають перенесенням тепла шляхом проходження теплоносія в умовах зменшеного тиску під час пропускання реакційного розчину крізь горизонтально розташований канал для цього розчину. Застосування леткого органічного розчинника в цій роботі не описано.

В Патенті США 052011/0155557 описано процес отримання лактиду з олігомерів молочної кислоти, який полягає у застосуванні операції нагрівання олігомеру молочної кислоти у присутності каталізатора при температурі в межах 150-300 "С. Застосування леткого органічного розчинника в цій роботі також не описано.

В Міжнародній патентній публікації УМО2012/110117 описано спосіб виробництва полігідроксикарбонової кислоти, переважно полімолочної кислоти, з допомогою процесу бо полімеризації з розмиканням кільця із застосуванням лактиду, як початкового матеріалу, який також полягає у відокремленні лактиду від полімерного продукту та відновленні його для початку реакції. Виробництво лактиду з допомогою процесу, який полягає у застосуванні леткого органічного розчинника в цій роботі не описано.

В Патенті США 055420304 описано інтегрований процес виробництва циклічних естерів з допомогою послідовного процесу екстракції/реакції із застосуванням багатьох розчинників.

Отримання олігомеру молочної кислоти шляхом випарювання леткого органічного розчинника та води з наступним додаванням каталізатора та отриманням лактиду не описано.

Більш детально цей винахід та його різні втілення буде описано нижче.

Першою операцією процесу за винаходом є отримання розчину молочної кислоти у леткому органічному розчиннику.

У контексті за винаходом, органічний розчинник є летким, якщо його точка кипіння в умовах атмосферного тиску не перевищує 200 "С. Для розчинника, який буде прийнятним для застосування за винаходом є необхідним, щоб він не вступав в реакцію з молочною кислотою в умовах, які виникатимуть у процесі згідно за винаходом. Тому розчинник не повинен містити спиртів у значних кількостях, оскільки вони можуть взаємодіяти з молочною кислотою при утворенні естерів молочної кислоти. Також розчинник не повинен містити амінів у значних кількостях, оскільки вони можуть реагувати з утворенням амідів молочної кислоти. Бажаним для розчинника є загальний вміст спиртів та амінів, масова частка яких буде меншою, ніж 5 95, більш переважно меншою, ніж 2 95 та більш переважно меншою, ніж 1 95.

Також бажано, щоб розчинник не містив суттєвих кількостей естерів, оскільки вони можуть бути залучені до гідролізу, тому для розчинника бажаною є масова частка естерів, яка буде меншою, ніж 5 95, більш переважно меншою, ніж 2 95 та більш переважно меншою, ніж 1 9».

Крім того, бажано, щоб застосований у винаході розчинник мав відносно високу розчинність молочної кислоти, що дозволить отримати розчин молочної кислоти в розчиннику з відносно високою концентрацією, наприклад, з масовою часткою, яка буде складати принаймні 5 95, більш переважно принаймні 10 95. В іншому випадку буде потрібним застосування дуже великих об'ємів розчину. З цієї причини застосування алканів з прямими ланцюгами, а також ароматичних сполук, як--о толуолу, ксилену, мезитилену та етилбензолу вважається менш прийнятним.

Зо Бажаними розчинниками для застосування за винаходом є розчинники, вибрані з групи, яка складається з С2-С10 кетонів та С2-С10 етерів.

Особливо бажаними розчинниками для застосування за винаходом є розчинники, вибрані з групи, яка складається з С2-С8 кетонів та С2-Сб етерів. Було виявлено, що особливо привабливим є застосування метил-ізобутил кетону, метил-етил кетону та 2- або З-пентанону.

Також може бути застосовано суміші різних сполук.

Як зазначено вище, масова частка молочної кислоти, розчиненої у леткому органічному розчиннику переважно складає принаймні 5 95, переважно принаймні 10 95. Це значення не є максимальним показником для концентрації молочної кислоти, оскільки розчинник все одно буде піддано випарюванню. Вища концентрація молочної кислоти, отже більш низький вміст розчинника вимагатиме меншого випарювання розчинника, що буде привабливим з комерційної точки зору. З практичної точки зору, масова частка молочної кислоти загалом буде нижчою за

АО Ов.

Розчин молочної кислоти у леткому органічному розчиннику може містити додаткові компоненти. Переважно, він може містити воду, особливо якщо його отримано шляхом процесу екстракції. Оскільки для виробництва лактидів потрібно буде видалити воду, її вміст повинен бути відносно низьким. Переважно бажано, щоб масова частка води у розчині молочної кислоти в леткому органічному розчиннику була нижчою за 15 95.

В одному втіленні розчин молочної кислоти в леткому органічному розчиннику отримують шляхом екстрагування молочної кислоти з водного середовища, шляхом контакту водного середовища з органічним розчинником та піддавання отриманого таким чином реакційного середовища операції рідинно-рідинного розділення. Це все буде більш детально додатково обговорено у специфікації.

Розчин молочної кислоти у леткому органічному розчиннику піддають операції випарювання для усунення органічного розчинника та води з отриманням композиції, яка містить олігомер молочної кислоти.

Операцію випарювання може бути здійснено із застосуванням відомих у цій галузі способів.

Наприклад, це може бути здійснено при підвищеній температурі в умовах атмосферного тиску або в умовах зниженого тиску. Перевагою операції в умовах зниженого тиску є можливість застосування більш низьких температур, яке може бути привабливим для зменшення бо рацемізації молочної кислоти.

Операція випарювання призводить до отримання композиції, яка містить олігомер молочної кислоти. Олігомери молочної кислоти загалом мають середній ступінь полімеризації, що складає 2-30, переважно 4-20 та більш переважно 5-15. Вважається, що з середнім ступенем полімеризації в цих межах було знайдено баланс між обмеженням, з одного боку, кількості летких низькомолекулярних олігомерів та, з іншого боку, це дозволяє зберігати прийнятні рівні в'язкості, обмежуючи кількість олігомерів з дуже великою молекулярною масою. В контексті цієї специфікації, середній ступінь полімеризації визначено наступним чином:

ОРАТ -- (Л1000/ДЕА"10/90)-90)/72

В цій формулі, ОР є середнім ступенем полімеризації, та ЕА є вмістом (у вигляді масової частки у відсотках) вільної кислоти, як було визначено титруванням.

Композиція може додатково містити залишкову кількість розчинника, наприклад, з масовою часткою в межах 0-5 95, більш конкретно в межах 0-2 95, більш конкретно в межах 0-0,5 Об.

Композиція може додатково містити воду, наприклад, в межах 0-5 95, більш конкретно в межах 0-2 95, більш конкретно в межах 0-0,5 95.

До композиції, яка містить олігомер молочної кислоти додають каталізатор, який каталізує процес деполімеризації / циклізації, який полягає у перетворенні олігомерів молочної кислоти на лактид. Прийнятні каталізатори є відомими в цій галузі та включають оксиди, галіди та металевий пил, а також отримані з карбоксильних кислот органічні металовмісні сполуки тощо та органічні сполуки, як-то гуанідин. Бажаним вважається застосування каталізатора, який містить олово (І. Цей каталізатор може, наприклад, містити оксид олова (І) або 2- етилгексаноат олова (ІІ), застосування яких для цих цілей є добре відомим в цій галузі. Цей каталізатор може, наприклад, бути додано з масовою часткою, яка становить 0,01-5 95, переважно 0,01-2 95, обчисленою від кількості олігомеру молочної кислоти.

Потім для отримання лактиду реакційну суміш розташовують у відповідних реакційних умовах. Прийнятні реакційні умови включають температуру в межах 160-220 "С, переважно в межах 180-200 "С та тиск в межах 1-15 мбар. Після утворення лактид випарюється та його може бути зібрано, наприклад, шляхом конденсації в конденсаторі. Олігомери молочної кислоти з високою температурою кипіння не випарюються, тому стає можливим отримати лактид з високою чистотою.

Зо Лактид, отриманий із застосуванням процесу за винаходом може бути додатково оброблено з допомогою відомих в цій галузі способів. В залежності від передбаченого майбутнього застосування може бути бажано здійснити додаткові операції очищення, як-то очищення шляхом кристалізації або дистиляції.

Лактид (інколи також позначений, як дилактид) є циклічним димером молочної кислоти.

Молочна кислота існує у двох формах, які є оптичними енантіомерами та мають назву О- молочної кислоти та І-молочної кислоти. І-молочна кислота є формою, яка переважно зустрічається в природі та яку зазвичай отримують в процесах ферментації. Існування двох типів молочної кислоти призводить до утворення трьох типів лактиду в залежності від того, чи буде він складатися з двох молекул І -молочної кислоти, двох молекул Ю-молочної кислоти або однієї молекули І-молочної кислоти та однієї молекули Ю-молочної кислоти, об'єднаних з утворенням димеру. Ці три димери відповідно мають назви І-лактиду, ЮО-лактиду та мезолактиду. Слід додати, що 50/50 суміш І -лактиду та О-лактиду з точкою кипіння приблизно у 126 "С в науковій літературі часто позначають, як 0, І -лактид.

Відомо, що оптична активність молочної кислоти та лактиду змінюється у певних умовах та прагне до рівноваги в умовах оптичної неактивності у разі присутності рівних кількостей О - та! - енантіомерів. Відомо, що на швидкість подібної рацемізації впливають відповідні концентрації р- та -- енантіомерів у початкових матеріалах, присутність забруднень або каталізаторів та час реакції при різних значеннях температури та тиску. Оптична чистота молочної кислоти або лактиду є вирішальним фактором для стереохімії полімолочної кислоти, отриманої після полімеризації лактиду з розмиканням кільця та є ключовим параметром властивостей полімеру.

Було виявлено, що у процесі за винаходом оптичну чистоту початкового матеріалу може бути збережено на відносно високому рівні. Інакше кажучи, якщо процес за винаходом розпочинається із застосування молочної кислоти з оптичною чистотою принаймні 90 95, переважно принаймні 95 95, більш переважно принаймні 98,5 95 та більш переважно принаймні 99,5 95, то пару лактиду отримують з реакційної суміші з оптичною чистотою принаймні 85 95, переважно принаймні 92 95, переважно принаймні 97,5 95 та більш переважно принаймні 99 95.

Ця втрата оптичної чистоти переважно є втратою, яка складає 5 95, переважно менш, ніж З 95, переважно менш, ніж 1 96 та переважно менш, ніж 0,5 95, причому втрату оптичної чистоти тут визначено, як різницю між оптичною чистотою початкової молочної кислоти та оптичною чистотою присутньої у лактиді молочної кислоти, тобто молочної кислоти, присутньої у парі лактиду, яку було отримано з реакційної суміші.

У цій заявці визначення оптичної чистоти стосується відсоткової частки О-молочної кислоти або І-молочної кислоти, обчисленої від присутньої в системі загальної кількості молочної кислоти. В залежності від етапу процесу, молочна кислота буде присутньою у формі молочної кислоти, олігомеру молочної кислоти та/або лактиду. Отже, під оптичною чистотою у 90 95 мається на увазі, що цей відсоток обчислено від загальної кількості молекул молочної кислоти, присутніх в системі у будь-якій формі, як-то 90 95 молекул є молекулами І -молочної кислоти та 956 молекул є молекулами ОЮ -молочної кислоти чи 90 956 молекул є молекулами Ю-молочної 10 кислоти та 10 96 молекул є молекулами І-молочної кислоти. Для присутньої в початковому матеріалі молочної кислоти бажано, щоб вона була І -молочною кислотою з оптичною чистотою принаймні 9095, переважно принаймні 9595, більш переважно принаймні 98,5 95, більш переважно принаймні 99,5 95.

У одному втіленні розчин молочної кислоти у леткому органічному розчиннику, який застосовано, як початковий матеріал у процесі за винаходом отримують шляхом екстрагування молочної кислоти з водного середовища. Ця операція екстракції може полягати у контакті водного середовища, яке містить молочну кислоту з летким органічним розчинником, який принаймні частково не змішується з цим водним середовищем, яке містить молочну кислоту.

Посилання на прийнятні для цього процесу органічні розчинники наведено вище.

Вміст молочної кислоти у водному середовищі переважно є якомога вищим. Наприклад, масова частка молочної кислоти у водній суміші може складати принаймні 5 95, переважно принаймні 10 95, більш переважно принаймні 15 95 на основі загальної маси водної суміші.

Показники у принаймні 20 95 та більш переважно у принаймні 25 95 можуть бути особливо бажаними та, як максимальне значення, можна згадати показник цієї масової частки у 40 9.

У одному втіленні зазначена водна суміш має рН 2 або нижче, звичайно рнН, який є меншим за 1, наприклад, рН 0-1. Переважно, щоб рН був відносно низьким для забезпечення наявності молочної кислоти у суміші в кислому вигляді, що дає можливість здійснити екстракцію. Показник рН може бути доведено до потрібного значення додаванням неорганічної кислоти.

У одному втіленні масова частка неорганічної солі, розчиненої у водному середовищі, яке

Зо містить молочну кислоту складає принаймні 590. Було виявлено, що присутність такої розчиненої неорганічної солі призводить до покращення процесу екстракції, оскільки велика кількість молочної кислоти є включеною до складу леткого органічного розчинника. Крім того, присутність розчиненої неорганічної солі свідчить про збільшення розчинності органічного розчинника у водному середовищі, що призводить до зменшення втрат цього розчинника протягом процесу екстракції та є привабливим як з економічної, так і з екологічної точки зору.

Також слід додати, що при зростаючих концентраціях солі розчинність води у органічному розчиннику зменшується. Ці сукупні дії призводять до можливості застосування розчинників, які є здатними до змішування з чистою водою, але лише частково можуть змішуватися з водою, яка містить суттєву кількість солі. Це призводить до розширення асортименту можливих прийнятних розчинників.

Для покращення ефекту за винаходом, концентрація солі переважно є відносно високою.

Може бути бажано, щоб масова частка солі у композиції складала принаймні 10 95, більш переважно принаймні 15 95 та більш переважно принаймні 20 95. В залежності від вмісту молочної кислоти у розчині, масову частку солі може бути збільшено, наприклад, до принаймні 25 95 або принаймні до 30 95 або інколи принаймні до 35 95. Максимальну величину цієї масової частки загалом визначають у відповідності з розчинністю запропонованої солі в запропонованому розчині молочної кислоти та її легко може бути визначено фахівцем у цій галузі.

Прийнятні неорганічні солі для застосування за винаходом є неорганічними солями з високою розчинністю у воді, переважно з розчинністю, яка дозволяє отримати зазначені вище сольові концентрації. Присутні в неорганічній солі катіони переважно є вибраними з групи, як складається з магнію, кальцію, калію, натрію, нікелю, кобальту, заліза, алюмінію та амонію та їх комбінацій. Кращим є застосування одного або кількох катіонів, вибраних із групи, як складається з магнію, кальцію, натрію та калію. Особливо бажаним є застосування катіонів кальцію та магнію, оскільки було виявлено, що ці катіони сприяють присутності молочної кислоти в органічній фазі. Особливо корисним з цієї причини може бути застосування магнію.

Аніон у складі неорганічної солі може, наприклад, бути вибрано з нітрату, сульфату та галіду. Фахівцеві в цій галузі буде зрозуміло, що аніон та катіон повинні бути підібраними таким чином, щоб забезпечити отримання розчинної солі. З практичної точки зору бажаним може бути 60 застосування галідної солі, яка може бути фторидом, хлоридом, бромідом або йодидом та переважним є застосування хлориду. Цей вибір застосовують у поєднанні із зазначеним вище переважним вибором катіонів. Певними прикладами бажаних солей є Мосі», Сасіг, Масі та КСІ.

Також було виявлено, що ці солі сприяють підвищеному розподілу молочної кислоти до органічної фази. Застосування кальцію та хлориду магнію вважається кращим. Особливо бажаним може бути застосування хлориду магнію.

В операції екстракції, водне середовище, яке містить молочну кислоту та переважно розчинену, як описано вище, неорганічну сіль об'єднують з органічним розчинником, загалом в таких умовах, які забезпечують значний контакт між розчинником та цим середовищем з утворенням системи, яка містить водну фазу, яка, у разі наявності, містить розчинну сіль та можливу певну кількість позосталої молочної кислоти та фазу органічного розчинника, яка містить молочну кислоту.

В операції відокремлення здійснюють відокремлення водної фази та фази органічного розчинника з допомогою рідинно-рідинного розділення. Для цього може бути застосовано відомі в цій галузі способи розділення рідинно-рідинної двохфазної системи. Приклади прийнятного обладнання та способів такого відокремлення включають декантування, преципітацію, центрифугування, застосування пластинчастих сепараторів, коагуляторів та гідроциклонів.

Також може бути застосовано й поєднання різних способів та обладнання.

Операцію відокремлення може бути здійснено при будь-якій прийнятній температурі, загалом в межах 5-95 "С. Для розробки складу фази розчинника див. посилання на зазначене вище.

У одному втіленні, водне середовище, яке містить молочну кислоту та переважно містить розчинену неорганічну сіль отримують з допомогою процесу, який полягає у застосуванні операції підкислення, яка полягає у додаванні неорганічної кислоти до солі молочної кислоти з отриманням водного рідкого середовища, яке містить молочну кислоту та розчинену неорганічну сіль.

Ця сіль молочної кислоти може бути у твердій формі, наприклад, у формі фільтрату або суспензії. Це може бути випадком, коли сіль лактату має відносно обмежену розчинність у воді, наприклад, у випадку лактату магнію. З іншого боку, сіль молочної кислоти також може бути надано в розчиненій формі, наприклад, для лактату натрію, лактату калію та лактату кальцію.

Зо Застосована в операції підкислення (яка також має назву операції кислотної обробки) кислота звичайно є сильною кислотою, як-то соляною, сірчаною або азотною. Цю кислоту слід вибирати таким чином, щоб аніон кислоти та катіон солі латату разом утворювали розчинну сіль. Кращим є застосування соляної кислоти або азотної кислоти та особливо бажаним є застосування соляної кислоти. В цьому випадку отримують водну суміш, яка містить молочну кислоту та хлоридну сіль. У бажаному втіленні здійснюють контакт твердого лактату магнію з розчином соляної кислоти, внаслідок чого отримують водне середовище, яке містить молочну кислоту та розчинений лактат магнію.

Підкислення, наприклад, можуть здійснювати забезпеченням контакту солі лактату, яка знаходиться в твердій або розчиненій формі, з водним розчином кислоти. У випадку НСІ, яка також може знаходитися у газоподібному стані, також можливо привнесення розчину або суспензії солі лактату в контакт з газовим потоком, який містить НОСІ.

У разі, якщо підкислення солі лактату здійснюють шляхом його контакту з кислим розчином, цей розчин переважно має якомога високу концентрацію кислоти. Застосування такої високої концентрації кислоти буде призводити до отримання водної суміші з високою концентрацією молочної кислоти, що є бажаним. Тому масова частка кислоти в кислому розчині складає принаймні 5 95, більш переважно принаймні 10 95 та більш переважно принаймні 20 95 на основі загальної маси кислого розчину.

Підкислення звичайно здійснюють із застосуванням надлишку кислоти. Цей надлишок переважно є невеликим, таким, щоб отримана водна суміш була не дуже кислою, що може бути небажаним з огляду на подальшу обробку такої суміші. Наприклад, надлишок застосованої кислоти може бути таким, щоб отримана водна суміш мала рН 2 або нижче, переважно рнН 0-1.

У випадку застосування газового потоку, який містить НСІ може бути здійснено контакт розчину або суспензії лактату з газовим потоком, який містить НСІ, наприклад, шляхом продування цього потоку крізь розчин або суспензію лактату. У випадку застосування газоподібної соляної кислоти її може бути отримано з допомогою операції термічного розкладання, як описано вище.

Підкислення переважно здійснюють при температурі 75 "С або менше. При більш високих температурах стає економічно недоцільним пристосовувати обладнання до жорстких умов кислого середовища.

Після підкислення, твердий матеріал, якщо він присутній, може бути видалено з водної суміші, наприклад, шляхом фільтрації. Наявність твердого матеріалу в водній суміші під час екстракції є небажаною.

Цю водну суміш може бути піддано концентрації після підкислення перед екстракцією до розчинності неорганічної розчинної солі.

У одному втіленні застосовують сіль лактату, переважно лактат кальцію, лактат натрію, лактат калію або лактат магнію, переважно застосовують лактат магнію, який отримують внаслідок процесу ферментації. Відповідно спосіб за винаходом може додатково полягати у застосуванні операції ферментації з отриманням молочної кислоти та цей процес може полягати у застосуванні операцій ферментації джерела карбону, як-то вуглеводу, з допомогою мікроорганізму у відповідному ферментаційному бульйоні з отриманням молочної кислоти та у нейтралізації принаймні частини молочної кислоти шляхом додавання основи, переважно натрієвої, калієвої, кальцієвої або магнієвої основи, переважно магнієвої основи, тим самим отримуючи сіль лактату, як зазначено вище, переважно лактат магнію.

Процеси ферментації, які застосовують для виробництва молочної кислоти є відомими в цій галузі та в цьому разі не вимагають додаткового тлумачення. В межах можливостей фахівця можна вибрати, із застосуванням загальних знань, відповідний процес ферментації в залежності від бажаної кислоти, яку потрібно отримати, джерела вуглецю та наявного мікроорганізму.

Продуктом процесу ферментації є ферментативний бульйон, який є водною рідиною, яка містить сіль лактату, біомасу та вибіркові додаткові компоненти, як-то додатки (цукри, білки, солі тощо). Сіль лактату може бути присутньою в твердій формі, в розчиненій формі, або як в твердій, так і в розчиненій формі. Наприклад, лактат натрію, лактат калію та лактат кальцію загалом присутні в розчиненій формі. В залежності від концентрації, лактат магнію часто є присутнім як в твердій, так і в розчиненій формі.

За бажанням перед додатковою обробкою ферментативний бульйон може бути піддано операції усунення біомаси, наприклад, операції фільтрації. Ця операція загалом є бажаною для покращення якості продукту, переважно його кольору.

Іншою проміжною операцією може бути відокремлення твердого реакційного продукту, наприклад, лактату магнію, від ферментативного бульйону, яке здійснюють перед, після, або одночасно з усуненням біомаси, а також вибіркове промивання твердого продукту, наприклад, лактату магнію. В залежності від концентрації, лактат магнію може утворювати осад у середовищі для ферментації. У одному втіленні твердий лактат магнію відокремлюють від середовища для ферментації, наприклад, шляхом його фільтрації та піддають операції підкислення, як описано вище.

Іншою проміжною операцією може бути концентрація ферментативного бульйону для покращення концентрації солі лактату в композиції перед підкисленням та цю операцію може бути здійснено перед, після, або одночасно з усуненням біомаси. Такий крок може бути привабливим стосовно покращення вмісту твердої солі лактату, яку потім може бути відокремлено з ферментативного бульйону, як описано вище та оброблено, як тверду сіль лактату, переважно лактату магнію у процесі за винаходом.

Також за бажанням може бути здійснено й інші зрозумілі фахівцям в цій галузі проміжні операції, наприклад, операції очищення.

Фахівцям в цій галузі також буде зрозуміло, що бажані аспекти різних операцій, які належать до способу за винаходом за бажанням може бути об'єднано.

Винахід ілюстровано з допомогою наступних прикладів без обмеження ними або їх змістом.

Приклад 1 (порівняльний).

Спочатку було отримано 4520 г розчину молочної кислоти у воді, масова частка якої складала 9 95. Цей розчин було піддано концентрації до досягнення масової частки приблизно у 90 95 під тиском у 100 мбар. Після досягнення концентрації у 480 г у концентрованому розчині молочної кислоти, 400 г концентрованого розчину молочної кислоти піддали 90-хвилинному нагріванню у круглодонній колбі із застосуванням механічної мішалки до заданої температури 180 "С в умовах слабкого вакууму. Впродовж 90 хв. тиск зменшили до 100 мбар з одночасним випарюванням води. Потім впродовж 60 хв. тиск додатково зменшили спочатку до 50 мбар, а потім до 40 мбар. Загальна кількість конденсованої води склала 94 г.

Таким чином в колбі було отримано преполімер з масовою часткою вільної кислоти, яка складала 17 95, як було виміряно титруванням. З цієї кількості може бути обчислено, що середній ступінь полімеризації преполімеру складав 7,1. З допомогою ВЕРХ-хроматографічного аналізу було виявлено, що загальна масова частка О- та І -лактиду в преполімері складала

4,1 95 та загальна масова частка мезолактиду була меншою за 0,1 95. З допомогою титрування по Карлу Фішеру також було виміряно масову частку води в преполімері, яка складала 0,24 95.

Синтез лактиду було здійснено безпосередньо після операції пре-полімеризації в тому ж саме реакторі. Спочатку до реакційної суміші додали 2-етилгексаноат олова (каталізатор), масова частка якого складала 0,05 95. Через дуже високу в'язкість, вміст колби з пре-полімером (263 г) перед початком перемішування спочатку нагріли до 120 "С з наступним підвищенням температури до 200 "С та зниженням тиску до 10 мбар. Протягом 3, 25 год. було випарено та конденсовано 192 г лактиду.

З допомогою ВЕРХ-хроматографії було виміряно, що загальна масова частка О- та І1- лактиду в отриманому лактиді складала 87,8 96 та масова частка мезолактиду в цій сполуці складала 3,3 95. Також з допомогою ВЕРХ-хроматографії було виявлено, що решта компонентів переважно складалася з молочної кислоти, лактоїл-молочної кислоти та лактоїл-лактоїл- молочної кислоти. Вивільнення цих компонентів було здійснено з допомогою каталізатора, який поступово розщеплював лактид від рівномірних та нерівномірних олігомерів та ці сполуки випарювалися разом з лактидом через те, що їх точка кипіння знаходилася в однакових з лактидом межах.

Приклад 2 (за винаходом) - застосування МІВК, як розчинника.

Спочатку було отримано 3977 г розчину молочної кислоти (масова частка якого складала 1095) у метил-ізобутил-кетоні (МІВК), який містив 295 води. Цей розчин було піддано концентрації до досягнення масової частки приблизно у 90 95 при температурі у 90 "С та під тиском у 120 мбар з отриманням 439 г концентрованого розчину молочної кислоти. Далі 420 г концентрованого розчин молочної кислоти було піддано 50-хвилинному нагріванню у круглодонній колбі із застосуванням механічної мішалки до заданої температури у 1807С в умовах слабкого вакууму. Через 60 хв. тиск було знижено до 100 мбар, поки тривало випарювання води та МІВК. При досягненні тиску у 100 мбар було виявлено, що МІВК вже майже не надходить до конденсату, що свідчило про випарювання майже всього МІВК. Потім впродовж наступних 30 хв. тиск було додатково знижено до 50 мбар та було зібрано лише 2 мл конденсату.

Загальним чином було конденсовано 117 г води/МІВК. Масова частка вільної кислоти, як

Зо було виміряно шляхом титрування, дорівнювала 12,2 95, що призвело до отримання середнього рівня полімеризації, який дорівнював 10.

З допомогою ВЕРХ-хроматографії було виміряно, що загальна масова частка О- та І1- лактиду в преполімері складала 5,2. У5 та масова частка мезолактиду в цій сполуці була меншою за 0,5 95. З допомогою титрування по Карлу Фішеру також було виміряно масову частку води в преполімері, яка складала 0,43 95.

Синтез лактиду було здійснено безпосередньо після операції пре-полімеризації в тому ж саме реакторі із застосуванням 296 г преполімеру. Спочатку до реакційної суміші додали 2- етилгексаноат олова (каталізатор), масова частка якого складала 0,05 95 та вміст колби з пре- полімером було нагріто до 200 "С. Далі тиск в реакторі було знижено до 10 мбар та протягом 2,25 год. було випарено та конденсовано 197 г лактиду. Загальна масова частка О- та 1- лактиду в отриманому лактиді складала 87,3 96 та масова частка мезолактиду в цій сполуці складала 1,5 95. Окрім цього, в залишках було виявлено молочну кислоту та високомолекулярні олігомери.

На Фіг. 1 наведено масу лактиду, отриманого протягом часу з преполімеру для систем за

Прикладом 1 (зразкова система на водяній основі) та за Прикладом 2 (система за винаходом на основі МІВК). На фіг. 1 можна побачити, що система за винаходом виявляє більшу швидкість реакції, ніж порівняльна система. Це може бути застосовано для зменшення витрат при розробці обладнання та конфігурації загального процесу.

Приклад З (за винаходом) - застосування 2-пентанону, як розчинника.

Спочатку було отримано 2096, г. розчину молочної кислоти з масовою часткою 20 95 (кристалічна молочна кислота від Ригас (Согбіоп)) у 2-пентаноні (Асго5), масова частка води в якій складала 2 95. Цей розчин було піддано концентрації в умовах зниженого тиску у роторному вакуумному випарювачі при температурі 80-90 "С до досягнення масової частки приблизно у 90 95 (конденсовано 1589,3 г води та 2-пентанон). Після концентрації було отримано 449 г концентрованого розчину молочної кислоти, який налили в обладнану механічною мішалкою круглодонну колбу та піддали 55-хвилинному нагріванню до 180 "С. При досягненні цієї температури тиск було повільно знижено до 100 мбар, протягом 60 хв. відбувалося додаткове випарювання води та 2-пентанону та потім у конденсаторі було отримано двохфазну систему, яку охолодили до кімнатної температури. Після досягнення значення тиску у 100 мбар його додатково знизили ще до 50 мбар до тієї точки, коли певна частина лактиду, яка знаходилася в преполімері у стані рівноваги почала випарюватися та кристалізуватися в конденсаторі.

Взагалі конденсовано 116 г води/2-пентанону, причому 56 г припадало на водну фазу. На основі мас всіх компонентів було підраховано, що отримано преполімер з середнім ступенем полімеризації, що складав 7-8. Загальна масова частка О- та І- лактиду в преполімері складала 4,7 У, а масова частка мезолактиду в цій сполуці складала 0,4 95.

Потім до преполімеру додали 2-етилгексаноат олова (каталізатор), масова частка якого складала 0,05 95, преполімер (315 г) було піддано нагріванню до 200 "С та при досягненні цієї температури тиск було повільно знижено до 10 мбар. Протягом 160 хв. шляхом дистиляції було отримано 157, З г лактиду, швидше, ніж у зразковому прикладі. Загальна масова частка ЮІ. лактиду в отриманому лактиді становила 68,3 95, тобто ця чистота була нижчою, ніж у зразковому прикладі та у разі застосування МІВК, що свідчить про відносно низький середній ступінь полімеризації (ОР) преполімеру та про спільну перегонку молочної кислоти та лактоїл- молочної кислоти, вивільненої внаслідок деполімеризації преполімеру з допомогою каталізатора. З допомогою оптимізації співвідношення температури та тиску протягом преполімеризації, показник ОР преполімеру та відповідно ступінь чистоти лактиду може бути підвищено. Масова частка мезолактиду в отриманому лактиді складала 0,9 95.

Приклад 4 (за винаходом) - застосування МТВЕ, як розчинника.

Спочатку було отримано 3505,9 г молочної кислоти з масовою часткою 12 95 (кристалічна молочна кислота від Ригас (Согріоп)) у МТВЕ (метил третинний бутиловий етер від Асго5) з масовою часткою води, яка складала 4 95. Цей розчин було піддано концентрації в умовах зниженого тиску у роторному вакуумному випарювачі при температурі 80-90 "С до досягнення масової частки приблизно у 90 95 (конденсовано 3040,3 г води та МТВЕ). Після концентрації було отримано 434,9 г концентрованого розчину молочної кислоти, який налили в обладнану механічною мішалкою круглодонну колбу та піддали 101-хвилинному нагріванню до 180 "С. При досягненні цієї температури тиск було повільно знижено до 80 мбар та протягом 23 хв. відбувалося додаткове випарювання води та МТВЕ. Після досягнення значення тиску у 80 мбар певна частина лактиду, яка знаходилася в преполімері у стані рівноваги почала випарюватися та кристалізуватися в конденсаторі та преполімеризацію було зупинено. Взагалі було випарено

Зо 110 г води та МТВЕ. Було передбачено отримання преполімеру з середнім ступенем полімеризації, що складав 7-8.

Загальна масова частка ЮО- та І-лактиду в отриманому преполімері складала 4,7 95 та масова частка мезолактиду складала 0,4 95.

Потім до преполімеру додали 2-етилгексаноат олова (каталізатор), масова частка якого складала 0,05 95, преполімер (316 г) було піддано нагріванню до 200 "С та при досягненні цієї температури тиск було повільно знижено до 5 мбар. Протягом 153 хв. шляхом дистиляції було отримано 180 г лактиду, швидше, ніж у зразковому прикладі. Загальна масова частка ОЇ. лактиду в отриманому лактиді становила 77 956, масова частка мезолактиду в отриманому лактиді складала 1,1 б.

На Фіг. 2 наведено масу лактиду, отриманого протягом часу з преполімеру для систем за

Прикладом 1 (зразкова система на водяній основі) та за Прикладом 4 (система за винаходом на основі МТВЕ). На Фіг. 2 можна побачити, що система за винаходом виявляє більшу швидкість реакції, ніж порівняльна система. Це може бути застосовано для зменшення витрат при розробці обладнання та конфігурації загального процесу.

Приклад 5 (за винаходом) - МЕК, як розчинник.

Спочатку було отримано 1680 г молочної кислоти з масовою часткою 25 95 (кристалічна молочна кислота від Ригас (Согріоп)) у МЕК (метил-етил-кетон від Асго5) з масовою часткою води, яка складала 10 95. Цей розчин було піддано концентрації у роторному вакуумному випарювачі під тиском у 150 мбар та при температурі 80 "С до досягнення масової частки приблизно у 90 95 (конденсовано 1217 г води та МЕК). Після концентрації було отримано 445,5 г концентрованого розчину молочної кислоти, який налили в обладнану механічною мішалкою круглодонну колбу та піддали 81-хвилинному нагріванню до 180 "С. При досягненні цієї температури тиск було повільно знижено до 100 мбар протягом 60 хв., доки відбувалося додаткове випарювання води та МЕК. Після досягнення значення тиску у 100 мбар певна частина лактиду, яка знаходилася в преполімері у стані рівноваги почала випарюватися та кристалізуватися в конденсаторі та преполімеризацію було зупинено. Взагалі було випарено 94 г води та МЕК. Було передбачено отримання преполімеру з середнім ступенем полімеризації, що складав 7-8.

Загальна масова частка ЮО- та І-лактиду в отриманому преполімері складала 3,595 та 60 масова частка мезолактиду складала менш, ніж 0,1 95.

Потім до преполімеру додали 2-етилгексаноат олова (каталізатор), масова частка якого складала 0,05 95, преполімер було піддано нагріванню до 200 "С та при досягненні цієї температури тиск було повільно знижено до 10 мбар.

Протягом 185 хв. шляхом дистиляції було отримано 155 г лактиду, швидше, ніж у зразковому прикладі.

Загальна масова частка ОЇ. лактиду в отриманому лактиді становила 70 906, масова частка мезолактиду в отриманому лактиді складала 1 95.

Claims (15)

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Спосіб одержання лактиду, який полягає в: - одержанні розчину молочної кислоти у леткому органічному розчиннику, - випарюванні з цього розчину леткого органічного розчинника та води з одержанням композиції, яка містить олігомер молочної кислоти, де леткий органічний розчинник містить менше 5 95 від загального вмісту спиртів та амінів, - додаванні каталізатора до композиції, яка містить олігомер молочної кислоти, та уведенні суміші у реакційні умови з одержанням лактиду.

2. Спосіб за п. 1, в якому масова частка молочної кислоти у розчині молочної кислоти у леткому органічному розчиннику складає принаймні 5 95, більш переважно принаймні 10 95 та загалом є нижчою за 40 905.

3. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, в якому розчинник вибирають з групи, яка складається з С2-С:іо-кетонів, С2-Сіо-етерів, переважно з групи, яка складається з Со-Св-кетонів та Со-Св-етерів, більш переважно з метилізобутилкетону, метилетилкетону та 2- або 3- пентанону.

4. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, в якому масова частка води розчину молочної кислоти у леткому органічному розчиннику є нижчою за 15 95, переважно нижчою за 10 905.

5. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, в якому олігомери молочної кислоти у композиції, яка їх містить, мають середній ступінь полімеризації, що складає 2-30, переважно 4-20, більш переважно 5-15.

6. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, в якому композиція, яка містить олігомери молочної Зо кислоти, утворені після операції випарювання, містить залишкову кількість розчинника, масова частка якої складає 0-5 95, більш конкретно 0-2 95, більш конкретно 0-0,5 95, та або воду, масова частка якої складає 0-5 95, більш конкретно 0-2 95, більш конкретно 0-0,5 Об.

7. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, в якому реакційні умови протягом операції утворення лактиду включають температуру в межах 160-220 "С, переважно в межах 180-200 "С, та тиск в межах 1-15 мбар.

8. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, в якому молочна кислота у початковому розчині має оптичну чистоту принаймні 90 95, переважно принаймні 95 95, більш переважно принаймні 98,5 95, найбільш переважно принаймні 99,5 95, та в якому одержують пару лактиду з оптичною чистотою принаймні 85 95, переважно принаймні 92 95, більш переважно принаймні 97,5 бо, найбільш переважно принаймні 99 95.

9. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, в якому втрати оптичної чистоти молочної кислоти протягом реакції отримання лактиду є меншими ніж 5 95, переважно меншими ніж З 95, більш переважно меншими ніж 1 95, та найбільш переважно меншими ніж 0,5 95.

10. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, в якому розчин молочної кислоти у леткому органічному розчиннику, застосований як початковий матеріал у процесі за винаходом, одержують екстрагуванням молочної кислоти з водного середовища.

11. Спосіб за п. 10, в якому масова частка неорганічної солі, розчиненої у водному середовищі, яке містить молочну кислоту, складає принаймні 5 95.

12. Спосіб за п. 11, в якому водне середовище, яке містить молочну кислоту та розчинену неорганічну сіль, одержують з допомогою процесу, який полягає у операції підкислення, яка включає додавання неорганічної кислоти до солі молочної кислоти.

13. Спосіб за п. 12, в якому сіль молочної кислоти вибирають з лактату магнію, лактату кальцію, лактату натрію та лактату калію, переважно лактату магнію.

14. Спосіб за п. 12 або 13, в якому неорганічну кислоту вибирають з соляної кислоти, азотної кислоти та сірчаної кислоти, та в якому цю кислоту вибирають таким чином, що аніон кислоти та катіон солі лактату разом утворюють розчинну сіль, зокрема більш переважно це є соляна або азотна кислота, переважно соляна кислота.

15. Спосіб за будь-яким з пп. 12-14, в якому розчин солі молочної кислоти одержують з процесу ферментації.