WO2005065655A2 - Method for producing keto-l-gulonic acid spray granules - Google Patents

Method for producing keto-l-gulonic acid spray granules Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a process for the preparation of keto-L-gulonic acid spray granules.
  • Keto-L-gulonic acid is an important intermediate in the production of ascorbic acid (vitamin C).
  • crystalline keto-L-gulonic acid is produced via the process steps of the fermentative production of sodium ketogulonate, cell separation, ion exchange chromatography, evaporation and crystallization.
  • keto-L-gulonic acid spray granules from finely divided, pure keto-L-gulonic acid by using an aqueous or water-containing solution of keto-L-gulonic acid a) a spray fluidized-bed drying, b) a single-component atomization drying or c) a spray drying Sputtering drying supplies.
  • the process according to the invention is particularly advantageous if the aqueous or water-containing solution of pure keto-L-gulonic acid is fed to a fluidized-bed dryer.
  • keto-L-gulonic acid as is available in the prior art, is used as the starting material for the process according to the invention.
  • Keto-L-gulonic acid which has been produced in a fermentative process, is used particularly advantageously.
  • the aqueous or water-containing solution of the pure keto-L-gulonic acid usually contains 10 to 80% by weight, preferably 40 to 70% by weight of keto-L-gulonic acid.
  • water-miscible solvents include, for example, alkanols with a chain length of 1 to 4 carbon atoms.
  • Pure keto-L-gulonic acid is hereinafter referred to as a keto-L-gulonic acid with a degree of purity of higher than 95%, preferably 98 or 99%.
  • the solution is sprayed continuously or discontinuously into a fluidized bed of dry reaction product in the spray fluidized bed drying according to the invention.
  • keto-L-gulonic acid in the form of a keto-L-gulonic acid dry powder is placed in a fluidized bed dryer in a fluidized bed kept at 50 to 150 ° C., for this purpose adds the aqueous or water-containing solution of keto-L-gulonic acid in sprayed form in accordance with the drying rate, removes the keto-L-gulonic acid particles from the fluidized bed after a suitable dwell time and separates them into particle fractions by means of a suitable device, which removes the particle fraction in the particle size range of approximately and returns the finely divided particles and / or the coarser particles to the granulation process, if necessary after comminution.
  • the spray fluidized bed drying can be carried out batchwise or continuously, but the continuous mode of operation is preferred.
  • keto-L-gulonic acid product To carry out the process, such a keto-L-gulonic acid product must first be produced from dry keto-L-gulonic acid powder, with the aid of which a fluidized bed can be produced. In the case of discontinuous operation, a relatively fine-particle product can be placed in the fluidized bed. Depending on the residence time of the particles in the fluidized bed, a dry product with a smaller or larger particle size range is then obtained. Particles in the size range from 50 to 1000 ⁇ m, preferably 100 to 500 ⁇ m, have the desired handling properties and are therefore obtained as a valuable product. Smaller particles and keto-L-gulonic acid product obtained by suitable grinding, for example grinding larger particles, are used as fluidized bed material for further batches.
  • the aqueous or water-containing solution of keto-L-gulonic acid is sprayed continuously into a fluidized bed.
  • the rate of spraying is adjusted so that the fluidized bed has a temperature corresponding to the desired degree of drying. Accordingly, it is ultimately determined by the difference between the inlet and outlet temperatures of the fluidizing gas. If the process is carried out continuously, the first time the fluidized bed dryer is started up, fine-particle keto-L-gulonic acid in the fluidized bed is assumed. Then you get a dry product with an almost constant particle size ratio. A certain part of this is continuously removed and separated into particle size fractions.
  • Customary binders for the spray fluidized-bed drying process according to the invention can also be added to the keto-L-gulonic acid, but the embodiment without the addition of binders is preferred.
  • keto-L-gulonic acid An aqueous solution containing 50% by weight of keto-L-gulonic acid was placed in a laboratory stirred tank, heated to approx. 45 ° C. and continuously pumped into the Miniplant spray vortex dryer under the in Boundary conditions listed in Table 1 injected.
  • the solid produced was continuously discharged. This resulted in 8.5 kg of free-flowing, dust-free keto-L-gulonic acid granules with a residual moisture content of ⁇ 0.5% by weight and the following particle size distribution: 91% ⁇ 900 ⁇ m, 9%> 900 ⁇ m
  • aqueous solution with 35% by weight of keto-L-gulonic acid was placed in a stirred tank and heated to about 35 to 40 ° C. With the help of a peristaltic pump, the solution was continuously injected into the pilot plant spray vortex dryer under the boundary conditions listed in Table 1 over a period of 18 hours.
  • the solid produced was continuously discharged. This resulted in 320 kg of free-flowing, dust-free keto-L-gulonic acid granulate with a residual moisture content of ⁇ 0.5% by weight and the following particle size distribution:

Abstract

The invention relates to a method for producing free-flowing, dustless keto-L-gulonic acid granules from fine-particle, pure keto-L-gulonic acid. According to said method, an aqueous or water-containing solution of keto-L-gulonic acid is supplied to a) a spray fluidised bed drying installation, b) a single-substance nozzle atomisation drying installation, or c) a disk atomisation drying installation.

Description

Verfahren zur Herstellung von Keto-L-gulonsäuresprühgranulaten Process for the preparation of keto-L-gulonic acid spray granules
Beschreibung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Keto-L-gulon- säuresprühgranulaten.Description The present invention relates to a process for the preparation of keto-L-gulonic acid spray granules.
Keto-L-gulonsäure ist ein wichtiges Zwischenprodukt bei der- Hersteilung von Ascorbin- säure (Vitamin C).Keto-L-gulonic acid is an important intermediate in the production of ascorbic acid (vitamin C).
Nach den im Stand der Technik bekannten Verfahren wird kristalline Keto-L-gulonsäure über die Prozessschritte der fermentativen Herstellung von Natriumketogulonat, Zellabtrennung, lonenaustauschchromatographie, Eindampfen und Kristallisation hergestellt.According to the processes known in the prior art, crystalline keto-L-gulonic acid is produced via the process steps of the fermentative production of sodium ketogulonate, cell separation, ion exchange chromatography, evaporation and crystallization.
Diese Verfahren sind jedoch nicht voll zufriedenstellend, da die so hergestellte Keto-L- gulonsäure staubt, schwer fließt und zum Verbacken neigt.However, these processes are not completely satisfactory, since the keto-L-gulonic acid thus produced is dusty, flows poorly and tends to cake.
Es stellt sich somit die Aufgabe, ein wirtschaftliches Trocknungsverfahren für Keto-L- gulonsäure bereitzustellen, bei dem die Keto-L-gulonsäure hinsichtlich Handhabung nicht die oben genannten Nachteile besitzt.It is therefore the task of providing an economical drying process for keto-L-gulonic acid, in which the keto-L-gulonic acid does not have the disadvantages mentioned above with regard to handling.
Gefunden wurde ein Verfahren zur Herstellung von gut rieselfähigen, nichtstaubenden Keto-L-gulonsäuresprühgranulaten aus feinteiliger reiner Keto-L-gulonsäure indem man eine wässrige oder wasserenthaltende Lösung von Keto-L-gulonsäure a) einer Sprühwirbelschichttrocknung, b) einer Einstoffdüsenzerstäubungstrocknung oder c) einer Scheibenzerstäubungstrocknung zuführt.A process was found for producing free-flowing, non-dusting keto-L-gulonic acid spray granules from finely divided, pure keto-L-gulonic acid by using an aqueous or water-containing solution of keto-L-gulonic acid a) a spray fluidized-bed drying, b) a single-component atomization drying or c) a spray drying Sputtering drying supplies.
Besonders vorteilhaft gestaltet sich das erfindungsgemäße Verfahren , wenn man die wässrige oder Wasser enthaltende Lösung der reinen Keto-L-gulonsäure einer Wirbelschichttrocknung zuführt.The process according to the invention is particularly advantageous if the aqueous or water-containing solution of pure keto-L-gulonic acid is fed to a fluidized-bed dryer.
Als Ausgangsmaterial für das erfindungsgemäße Verfahren wird reine Keto-L-gulon säure verwendet, wie sie nach dem Stand der Technik erhältlich ist. Besonders vorteilhaft wird Keto-L-gulonsäure eingesetzt, die in einem fermentativen Verfahren hergestellt worden ist.Pure keto-L-gulonic acid, as is available in the prior art, is used as the starting material for the process according to the invention. Keto-L-gulonic acid, which has been produced in a fermentative process, is used particularly advantageously.
Die wässrige oder Wasser enthaltende Lösung der reinen Keto-L-gulonsäure enthält üblicherweise 10 bis 80 Gew.-%, bevorzugt 40 bis 70 Gew.-% Keto-L-gulonsäure. Als Lösungsmittel kommen neben Wasser mit Wasser mischbare Lösungsmittel beispielsweise Alkanole mit einer Kettenlänge von 1 bis 4 C-Atomen in Betracht. Reine Keto-L-gulonsäure wird im folgenden eine Keto-L-gulonsäure mit einem Reinheitsgrad von höher 95 %, bevorzugt 98 oder 99 % genannt. Im Gegensatz zu den bekannten Sprühtrocknung von Keto-L-gulonsäure-Lösungen , bei der diese üblicherweise mit einer Zweistoffdüse in einen Trockenturm eingesprüht wird, wird bei der erfindungsgemäß angewendeten Sprühwirbelschichttrocknung die Lösung kontinuierlich oder diskontinuierlich in eine Wirbelschicht aus trockenem Reaktionsprodukt eingesprüht. Die Trockeneinrichtung ist mit geeigneten Vorrich- tungen versehen, die es gestatten, eine bestimmte Partikelgrößenfraktion zu gewinnen und den Granulationsprozess aufrechtzuerhalten (vgl. K. Kröll, Trocknungstechnik Bd. 2 „Trockner und Trocknungsverfahren", 2 Auflage, Springer Verlag, Berlin 1978, S. 221-223). Mit Vorteil arbeitet man in einem Sprühtrockner mit integriertem Fliessbett (FSD = Fluidized Spray Dryer) wie er in Chem.-Ing.-Tech. 59, (1987) Nr.2, S. 112-117, insbesondere Seite 115 beschrieben ist.The aqueous or water-containing solution of the pure keto-L-gulonic acid usually contains 10 to 80% by weight, preferably 40 to 70% by weight of keto-L-gulonic acid. In addition to water, water-miscible solvents include, for example, alkanols with a chain length of 1 to 4 carbon atoms. Pure keto-L-gulonic acid is hereinafter referred to as a keto-L-gulonic acid with a degree of purity of higher than 95%, preferably 98 or 99%. In contrast to the known spray drying of keto-L-gulonic acid solutions, in which this is usually sprayed into a drying tower with a two-component nozzle, the solution is sprayed continuously or discontinuously into a fluidized bed of dry reaction product in the spray fluidized bed drying according to the invention. The drying device is provided with suitable devices which allow a specific particle size fraction to be obtained and the granulation process to be maintained (cf. K. Kröll, drying technology vol. 2 "dryer and drying process", 2 edition, Springer Verlag, Berlin 1978, p 221-223) It is advantageous to work in a spray dryer with an integrated fluidized bed (FSD = Fluidized Spray Dryer) as described in Chem.-Ing.-Tech. 59, (1987) No. 2, pp. 112-117, in particular Page 115 is described.
Zur Durchführung der erfindungsgemäßen Sprühwirbelschichttrocknung von Keto-L- gulonsäure-Lösungen geht man im allgemeinen so vor, dass manKeto-L-gulonsäure in Form eines Keto-L-gulonsäuretrockenpulvers in einem Wirbelschichttrockner in einem auf 50 bis 150°C gehaltenen Wirbelbett vorlegt, hierzu die wässrige oder Wasser enthaltende Lösung von Keto-L-gulonsäure nach Maßgabe der Trocknungsgeschwindigkeit in versprühter Form zugibt, die Keto-L-gulonsäurepartikel nach geeigneter Verweilzeit aus dem Wirbelbett abzieht und durch eine geeignete Vorrichtung in Partikelfraktionen auftrennt, die Partikelfraktion im Partikelgrößenbereich von etwa ausschleust und die feinerteiligen Partikel und/oder die gröberen Partikel ggf. nach Zerkleinerung in den Granulationsprozess zurückführt.To carry out the spray fluidized-bed drying of keto-L-gulonic acid solutions according to the invention, the procedure is generally such that keto-L-gulonic acid in the form of a keto-L-gulonic acid dry powder is placed in a fluidized bed dryer in a fluidized bed kept at 50 to 150 ° C., for this purpose adds the aqueous or water-containing solution of keto-L-gulonic acid in sprayed form in accordance with the drying rate, removes the keto-L-gulonic acid particles from the fluidized bed after a suitable dwell time and separates them into particle fractions by means of a suitable device, which removes the particle fraction in the particle size range of approximately and returns the finely divided particles and / or the coarser particles to the granulation process, if necessary after comminution.
Die Sprühwirbelschichttrocknung kann diskontinuierlich oder kontinuierlich durchgeführt werden, bevorzugt ist jedoch die kontinuierliche Fahrweise.The spray fluidized bed drying can be carried out batchwise or continuously, but the continuous mode of operation is preferred.
Zur Durchführung des Verfahrens muss zunächst erst einmal aus Keto-L-gulon- säuretrockenpulver ein solches Keto-L-gulonsäureprodukt hergestellt werden, mit dessen Hilfe man ein Wirbelbett erzeugen kann. Bei diskontinuierlicher Fahrweise kann man ein relativ feinteiliges Produkt im Wirbelbett vorlegen. Je nach der Verweilzeit der Partikel im Wirbelbett erhält man dann ein Trockenprodukt mit einem kleineren oder größeren Partikelgrößenbereich. Partikel im Größenbereich von 50 bis 1000 μm, bevorzugt 100 bis 500 μm weisen die gewünschten Handhabungseigenschaften auf und werden daher als Wertprodukt gewonnen. Kleinere Partikel sowie durch geeignetes Zerkleinern, beispielsweise Zermahlen von größeren Partikeln erhaltenes Keto- L-gulonsäureprodukt wird als Wirbelbettmaterial für weitere Chargen verwendet. Zur Durchführung des kontinuierlichen Verfahrens wird die wässrige oder Wasser enthaltende Lösung von Keto-L-gulonsäure kontinuierlich in ein Wirbelbett eingesprüht. Die Geschwindigkeit des Einsprühens wird so eingestellt, dass die Wirbelschicht eine dem gewünschten Trocknungsgrad entsprechende Temperatur aufweist. Sie wird dementsprechend letztlich bestimmt durch die Differenz der Eintritts- und Austrittstemperatur des Wirbelgases. Bei kontinuierlicher Verfahrensführung geht man nur beim erstmaligen Anfahren des Wirbelschichttrockners von feinteiliger Keto-L-gulonsäure in der Wirbelschicht aus. Danach erhält man ein Trockenprodukt von nahezu konstantem Partikelgrößenverhältnis. Hiervon wird kontinuierlich ein bestimmter Teil entnommen und in Partikelgrößenfraktionen aufgetrennt.To carry out the process, such a keto-L-gulonic acid product must first be produced from dry keto-L-gulonic acid powder, with the aid of which a fluidized bed can be produced. In the case of discontinuous operation, a relatively fine-particle product can be placed in the fluidized bed. Depending on the residence time of the particles in the fluidized bed, a dry product with a smaller or larger particle size range is then obtained. Particles in the size range from 50 to 1000 μm, preferably 100 to 500 μm, have the desired handling properties and are therefore obtained as a valuable product. Smaller particles and keto-L-gulonic acid product obtained by suitable grinding, for example grinding larger particles, are used as fluidized bed material for further batches. To carry out the continuous process, the aqueous or water-containing solution of keto-L-gulonic acid is sprayed continuously into a fluidized bed. The rate of spraying is adjusted so that the fluidized bed has a temperature corresponding to the desired degree of drying. Accordingly, it is ultimately determined by the difference between the inlet and outlet temperatures of the fluidizing gas. If the process is carried out continuously, the first time the fluidized bed dryer is started up, fine-particle keto-L-gulonic acid in the fluidized bed is assumed. Then you get a dry product with an almost constant particle size ratio. A certain part of this is continuously removed and separated into particle size fractions.
Die genaue Einstellung der Bedingungen Wirbelgastemperatur, Trocknungstemperatur, Wirbelgasgeschwindigkeit wird im experimentellen Teil beschrieben und kann anhand dieser Daten auch in üblichen Optimierungsversuchen modifiziert werden.The exact setting of the conditions of the fluidizing gas temperature, drying temperature and fluidizing gas velocity is described in the experimental section and can also be modified on the basis of this data in conventional optimization experiments.
Mann kann der Keto-L-gulonsäure auch übliche Bindemittel für das erfindungsgemäße Sprühwirbelschichttrocknungsverfahren zusetzten, bevorzugt ist jedoch die Ausführungsform ohne Zusatz von Bindemitteln.Customary binders for the spray fluidized-bed drying process according to the invention can also be added to the keto-L-gulonic acid, but the embodiment without the addition of binders is preferred.
Weitere Ausführungsformen sind im experimentellen Teil und in den Ansprüchen ausgeführt.Further embodiments are set out in the experimental part and in the claims.
Die nachfolgenden Beispiele beschreiben das erfindungsgemäße Sprühgranulations- verfahren in einer Miniplant und in einer Technikumsanlage.The following examples describe the spray granulation process according to the invention in a mini-plant and in a pilot plant.
Tabelle 1 Technische Daten und Randbedingungen der VersuchsanlagenTable 1 Technical data and boundary conditions of the test facilities
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Beispiel 1
Figure imgf000004_0001
example 1
Eine wässrige Lösung mit 50 Gew.-% Keto-L-gulonsäure wurde in einem Laborrührbehälter vorgelegt, auf ca. 45°C beheizt und mit einer Schlauchpumpe über einen Zeit- räum von 4,3 Stunden kontinuierlich in den Miniplant-Sprühwirbeltrockner unter den in Tabelle 1 aufgeführten Randbedingungen eingedüst.An aqueous solution containing 50% by weight of keto-L-gulonic acid was placed in a laboratory stirred tank, heated to approx. 45 ° C. and continuously pumped into the Miniplant spray vortex dryer under the in Boundary conditions listed in Table 1 injected.
Der produzierte Feststoff wurde kontinuierlich ausgetragen. Hierbei entstanden 8,5 kg rieselfähiges, staubfreies Keto-L-gulonsäure-Granulat mit einer Restfeuchte < 0,5 Gew.-% und folgender Partikelgrößenverteilung: 91 % < 900 μm, 9 % > 900 μmThe solid produced was continuously discharged. This resulted in 8.5 kg of free-flowing, dust-free keto-L-gulonic acid granules with a residual moisture content of <0.5% by weight and the following particle size distribution: 91% <900 μm, 9%> 900 μm
Die anwendungstechnischen Eigenschaften (Rieselfähigkeit, Staubfreiheit, Stabilität, Dosierverhalten, Löseverhalten) beim weiteren Einsatz waren sehr gut. Die Reinheit war ebenso hoch wie beim Edukt, es gab keine zusätzliche Farbbildung.The application properties (flowability, dust-free, stability, dosing behavior, dissolving behavior) during further use were very good. The purity was as high as that of the educt, there was no additional color formation.
Beispiel 2Example 2
Eine wässrige Lösung mit 35 Gew.-% Keto-L-gulonsäure wurde in einem Rührbehälter vorgelegt, auf ca. 35 bis 40°C temperiert. Mit Hilfe einer Schlauchpumpe wurde die Lösung über einen Zeitraum von 18 Stunden kontinuierlich in den Technikum-Sprühwirbeltrockner unter den in Tabelle 1 aufgeführten Randbedingungen eingedüst.An aqueous solution with 35% by weight of keto-L-gulonic acid was placed in a stirred tank and heated to about 35 to 40 ° C. With the help of a peristaltic pump, the solution was continuously injected into the pilot plant spray vortex dryer under the boundary conditions listed in Table 1 over a period of 18 hours.
Der produzierte Feststoff wurde kontinuierlich ausgetragen. Hierbei entstanden 320 kg rieselfähiges, staubfreies Keto-L-gulonsäure-Granulat mit einer Restfeuchte < 0,5 Gew.-% und folgender Partikelgrößenverteilung:The solid produced was continuously discharged. This resulted in 320 kg of free-flowing, dust-free keto-L-gulonic acid granulate with a residual moisture content of <0.5% by weight and the following particle size distribution:
9 % < 100 μm, 7 % > 1000 μm, 84 % zwischen 100 μm und 1000 μm. Die anwendungstechnischen Eigenschaften (Rieselfähigkeit, Staubfreiheit, Stabilität, Dosierverhalten, Löseverhalten) beim weiteren Einsatz waren sehr gut. Die Reinheit war ebenso hoch wie beim Edukt, es gab keine zusätzliche Farbbildung. 9% <100 μm, 7%> 1000 μm, 84% between 100 μm and 1000 μm. The application properties (flowability, dust-free, stability, dosing behavior, dissolving behavior) during further use were very good. The purity was as high as that of the educt, there was no additional color formation.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung von gut rieselfähigen, nichtstaubenden Keto-L- gulonsäuresprühgranulaten aus feinteiliger reiner Keto-L-gulonsäure indem man eine wässrige oder wasserenthaltende Lösung von Keto-L-gulonsäure a) einer Sprühwirbelschichttrocknung, b) einer Einstoffdüsenzerstäubungstrocknung oder c) einer Scheibenzerstäubungstrocknung zuführt.1. Process for the production of free-flowing, non-dusting keto-L-gulonic acid spray granules from finely divided, pure keto-L-gulonic acid by using an aqueous or water-containing solution of keto-L-gulonic acid a) a spray fluidized bed drying, b) a single-component atomization drying or c) a disc drying supplies.
2. Verfahen nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Lösung aus Keto- L-gulonsäure keine Bindemittel zugesetzt werden.2. The method according to claim 1, characterized in that no binder is added to the solution of keto-L-gulonic acid.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass man die Keto-L- gulonsäuresprühgranulate durch Sprühwirbelschichttrocknung herstellt.3. The method according to claim 1, characterized in that the keto-L-gulonic acid spray granules are produced by spray fluidized bed drying.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung der Sprühwirbelschichttrocknung a) Keto-L-gulonsäure in Form eines Keto-L-gulonsäuretrockenpulvers in einem Wirbelschichttrockner in einem auf 50 bis 150°C gehaltenen Wirbelbett vor- legt, b) hierzu die wässrige oder Wasser enthaltende Lösung von Keto-L-gulonsäure nach Maßgabe der Trocknungsgeschwindigkeit in versprühter Form zugibt, c) die Keto-L-gulonsäurepartikel nach geeigneter Verweilzeit aus dem Wirbelbett abzieht und durch eine geeignete Vorrichtung in Partikelfraktionen auf- trennt, d) die Partikelfraktion im Partikelgrößenbereich von etwa ausschleust und e) die feinerteiligen Partikel und/oder die gröberen Partikel ggf. nach Zerkleinerung in den Granulationsprozess zurückführt. 4. The method according to claim 3, characterized in that to carry out the spray fluidized bed drying a) keto-L-gulonic acid in the form of a keto-L-gulonic acid dry powder in a fluidized bed dryer in a fluidized bed kept at 50 to 150 ° C., b) for this purpose the aqueous or water-containing solution of keto-L-gulonic acid is added in sprayed form in accordance with the drying rate, c) the keto-L-gulonic acid particles are removed from the fluidized bed after a suitable residence time and separated into particle fractions by a suitable device, d) the Particle fraction in the particle size range of approximately ejected and e) the finely divided particles and / or the coarser particles are returned to the granulation process, if necessary after comminution.
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