[发明专利]有机酸及其酯的生产方法

说明书

背景技术

本发明涉及一种生产和回收有机酸如乳酸及其酯的方法。

有机酸如乳酸有许多化学用途，例如用于食品加工、药物、塑料、纺织工业中，以及作为多种化学过程中的原材料。众所周知，可以将通过对糖、淀粉或干酪乳清进行发酵来生产有机酸，利用微生物如德氏乳杆菌(Lactobacillus delbrueckii)将单糖如葡萄糖、果糖、或半乳糖，或二糖如蔗糖或乳糖，转化为有机酸如乳酸。发酵得到的培养物既包含酸还包含未发酵的糖、碳水化合物、氨基酸、蛋白质和盐。这些物质中的一部分产生不想要的颜色。因此在实际使用之前，通常必须从该发酵培养物中回收酸。

通过发酵生产有机酸如乳酸期间，发酵培养物中酸浓度的增加会减小pH值。当pH值下降时，微生物的生长受到限制甚至停止，从而停止产生酸。为了防止这一点，通常通过添加一种起中和作用的碱如铵或钠或钙碱来控制发酵培养物的pH值。但是，添加这些碱的一个结果是形成该酸的盐(例如硝酸铵)。因此，通常需要将盐转化为游离酸或另外一种形式，例如随后可以被转化为游离酸的酯。这里将游离酸的形成称为“酸化作用”。如果酯可以被蒸馏产生高纯度的产物，然后再被转化为高纯度的游离酸时，生产酯则是有利的。这也符合该方法的另外一个称之为“纯化”的目的。

已经提出了许多不同的将盐转化为游离酸的方法，包括：先添加一种强酸，如硫酸，再沉淀形成的盐如硫酸钙；离子交换；电渗析；以及其它方法。这些方法中大部分存在产生大量废物或副产品如硫酸钙的缺点。

将该酸的盐转化为游离酸的其它方法都很昂贵。将有机酸的盐转化为游离有机酸和游离碱溶液的电渗析方法在资金和运行成本方面都很昂贵。已经提出的另一种方法包括在胺的提取剂中采用高压二氧化碳。这种方法比电渗析便宜，但是更复杂而且操作困难。

乳酸是当今犹为重要的一种有机酸，因为预计它对用作聚合体的原料有相当大的需求。如上所述，在乳酸主要以其盐的形式存在的pH值范围对发酵生产乳酸最为有效。这样回收纯乳酸就要求将盐转化为游离酸。而且还要求纯化步骤。一种这样的方法是生产乳酸酯以及纯化该酯。酯是工业上非常重要的有机化合物，比如用作溶剂和试剂。形成酯的一种方法是使一种有机酸与一种醇反应形成酯和水，如反应(1)所示：

             反应(1)

有机酸+醇酯+水

酯化的许多方法或体系集中在去除水以提高产量或转化率。水的去除使平衡偏向方程(1)右边的产物。这种酯化方法已经成功地应用于宽范围的有机酸和醇上。

有机酸的铵盐可以酯化为：

反应(2)

有机酸的铵盐+醇酯+氨+水

在该方法中，理论上是将氨和水从反应介质中除去以提高反应速度。

但是，已知很容易进行一种如下的反应：

                        反应(3)

有机酸+氨酰胺+水

可以发生的另一个反应是：

酯+氨酰胺+醇                                          反应(4)

通常认为这是不想得到的副反应。

发生的另一个反应包含酰胺的醇解，它可以酸催化：

酰胺+醇酯+氨                                          反应(5)

这个反应进行的相当慢，而且不是反应(2)的一部分。但是，它却是一个很有用的副反应。

可以发生的另一个反应是：

氨+酸铵盐                                             反应(6)

该反应可以作为反应(2)的一部分存在。

通常酰胺在有机酸生产中是不需要的产品。力图先对反应(2)成功地进行反应，但由于反应(3)同时也可能反应，所以这就受到了限制。另外，在环境温度下系统的正常运行中，反应(2)进行得相当缓慢。

许多研究者已经试图开发将铵盐转化为游离酸或酯的方法。