CZ16892A3 - process of extractive separation of citric acid from fermentation broth - Google Patents
process of extractive separation of citric acid from fermentation broth Download PDFInfo
- Publication number
- CZ16892A3 CZ16892A3 CS92168A CS16892A CZ16892A3 CZ 16892 A3 CZ16892 A3 CZ 16892A3 CS 92168 A CS92168 A CS 92168A CS 16892 A CS16892 A CS 16892A CZ 16892 A3 CZ16892 A3 CZ 16892A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- citric acid
- fermentation broth
- organic phase
- extraction
- solution
- Prior art date
Links
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 129
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 title claims abstract description 35
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims description 10
- 238000000926 separation method Methods 0.000 title abstract description 9
- IMNFDUFMRHMDMM-UHFFFAOYSA-N N-Heptane Chemical compound CCCCCCC IMNFDUFMRHMDMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 30
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 claims abstract description 23
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 239000012074 organic phase Substances 0.000 claims abstract description 21
- KBPLFHHGFOOTCA-UHFFFAOYSA-N caprylic alcohol Natural products CCCCCCCCO KBPLFHHGFOOTCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 10
- 125000005270 trialkylamine group Chemical group 0.000 claims abstract description 10
- YIWUKEYIRIRTPP-UHFFFAOYSA-N 2-ethylhexan-1-ol Chemical compound CCCCC(CC)CO YIWUKEYIRIRTPP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000004821 distillation Methods 0.000 claims abstract description 5
- TVMXDCGIABBOFY-UHFFFAOYSA-N n-Octanol Natural products CCCCCCCC TVMXDCGIABBOFY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 150000001338 aliphatic hydrocarbons Chemical class 0.000 claims abstract description 4
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 claims abstract description 3
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 claims abstract 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 abstract 4
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 37
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 22
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 19
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 10
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 9
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 6
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 description 6
- 150000001735 carboxylic acids Chemical class 0.000 description 6
- 239000003701 inert diluent Substances 0.000 description 6
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 5
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 5
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 5
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 4
- -1 aliphatic ketones Chemical class 0.000 description 3
- 239000006286 aqueous extract Substances 0.000 description 3
- 239000002798 polar solvent Substances 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 150000003512 tertiary amines Chemical class 0.000 description 3
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 2
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 2
- FNAQSUUGMSOBHW-UHFFFAOYSA-H calcium citrate Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O.[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O FNAQSUUGMSOBHW-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 2
- 239000001354 calcium citrate Substances 0.000 description 2
- OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L calcium sulfate Chemical compound [Ca+2].[O-]S([O-])(=O)=O OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 150000008280 chlorinated hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000003113 dilution method Methods 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 239000012442 inert solvent Substances 0.000 description 2
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 2
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XTAZYLNFDRKIHJ-UHFFFAOYSA-N n,n-dioctyloctan-1-amine Chemical compound CCCCCCCCN(CCCCCCCC)CCCCCCCC XTAZYLNFDRKIHJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 2
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 2
- KDYFGRWQOYBRFD-UHFFFAOYSA-N succinic acid Chemical compound OC(=O)CCC(O)=O KDYFGRWQOYBRFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000011044 succinic acid Nutrition 0.000 description 2
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 2
- 235000013337 tricalcium citrate Nutrition 0.000 description 2
- GETQZCLCWQTVFV-UHFFFAOYSA-N trimethylamine Chemical compound CN(C)C GETQZCLCWQTVFV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000228245 Aspergillus niger Species 0.000 description 1
- BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N Calcium cation Chemical compound [Ca+2] BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NTIZESTWPVYFNL-UHFFFAOYSA-N Methyl isobutyl ketone Chemical compound CC(C)CC(C)=O NTIZESTWPVYFNL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UIHCLUNTQKBZGK-UHFFFAOYSA-N Methyl isobutyl ketone Natural products CCC(C)C(C)=O UIHCLUNTQKBZGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L calcium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 description 1
- 229910001861 calcium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001424 calcium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000014633 carbohydrates Nutrition 0.000 description 1
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000000658 coextraction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000005187 foaming Methods 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 description 1
- 150000002238 fumaric acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 150000002689 maleic acids Chemical class 0.000 description 1
- 150000002691 malonic acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 235000013379 molasses Nutrition 0.000 description 1
- 150000004682 monohydrates Chemical class 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 1
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 235000018102 proteins Nutrition 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 239000001384 succinic acid Substances 0.000 description 1
- 150000003444 succinic acids Chemical class 0.000 description 1
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 description 1
- 229910021653 sulphate ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Abstract
Description
Oblast techniky .......Technology .......
Vynález se týká extrakční separace kyseliny citrónové z fermentační půdy obsahující 8 až 20¾ hm. kyseliny citrónové, při kterém se fermentační půda uvádí v intenzivní protiproudý kontakt s koncentrovaným roztokem trialkylaminu s alkylovými skupinami o 8 až 12 uhlíkových atomech ve směsném ředidle obsahujícím polární vysokovroucí a nepolární nízkovroucí, inertní složku.The invention relates to the extraction separation of citric acid from a fermentation broth containing from 8 to 20% by weight. citric acid, wherein the fermentation broth is in intense countercurrent contact with a concentrated solution of a trialkyl amine of C 8 -C 12 alkyl groups in a mixed diluent containing a polar high-boiling and non-polar low-boiling inert component.
Dosavadní stav . technikyBackground. techniques
V současné době se většina kyseliny citrónové dodávané na trh vyrábí fermentací škrobu, cukru nebo melasy vhodným kmenem mikroorganismu Aspergillus niger. Vodný roztok suroviny s přídavkem živin a dalších látek se fermentuje za přístupu kyslíku buď povrchovým nebo submerzním způsobem za vzniku kyseliny citrónové a po odstranění mycelia se získá fermentační půda obsahující kromě 8 až 15¾ kyseliny citrónové též bílkoviny, zbytky uhlohydrátů a živin a další nečistoty.Currently, most of the citric acid available on the market is produced by fermenting starch, sugar or molasses with a suitable strain of Aspergillus niger. The aqueous solution of the feedstock with the addition of nutrients and other substances is fermented with oxygen either superficially or submergedly to form citric acid, and after removal of the mycelium, a fermentation broth containing in addition to 8 to 15¾ citric acid also proteins, carbohydrate and nutrient residues and other impurities.
Doposud se separace kyseliny citrónové z fermentační půdy provádí nejčastěji sražením citranu vápenatého, jeho oddělením a uvolněním kyseliny z něj vodným roztokem kyseliny sírové. Tento způsob je popsán například v Ullmans Encyklopedie der technischen Chemie, 8and 9, 624-636. Verlag Chemie Weinheim, 1975. Při použití škrobu jako suroviny byl navržen způsob oddělení nečistot z fermentační půdy postupně filtrací, ultrafiltrací, čištěním aktivním uhlím a iontoměniči.So far, the separation of citric acid from the fermentation broth is most often accomplished by precipitating calcium citrate, separating it and releasing the acid therefrom with an aqueous sulfuric acid solution. This method is described, for example, in the Ullmans Encyclopedia der technischen Chemie, 8and 9, 624-636. Verlag Chemie Weinheim, 1975. Using starch as a raw material, a method for separating impurities from the fermentation broth was proposed in succession by filtration, ultrafiltration, charcoal purification, and ion exchange.
Dále byla navržena řada způsobů separace kyseliny citrónové z fermentační půdy extrakcí. Jelikož kyselina citrónová má silně hydrofilní povahu, jsou běžná organická rozpouštědla pro její extrakci málo účinná. Nejúčinnějším extrakčním činidlem se ukázaly být terciární aminy (dále Irialkylamin-TAA) s uhlíkovými řetězci o 8 až 12 uhlíkových atomech, které tvoří s kyselinou citrónovou komplexní sloučeniny. Tyto aminy jsou však velmi viskozní a pro praktické použití je třeba je ředit vhodným organickým ředidlem. Přitom některá organická rozpouštědla se chovají jako tzv. inertní ředidla neovlivňující extrační schopnost terciálních aminů. Mezi ně patří například alifatické uhlovodíky jako hexan, heptan a podobně.Furthermore, a number of methods for separating citric acid from the fermentation broth by extraction were proposed. Since citric acid is highly hydrophilic in nature, conventional organic solvents for its extraction are poorly effective. The tertiary amines (hereinafter Irialkylamine-TAA) having carbon chains of 8 to 12 carbon atoms, which form complex compounds with citric acid, have proven to be the most efficient extracting agent. However, these amines are very viscous and must be diluted with a suitable organic diluent for practical use. Some organic solvents behave as so-called inert diluents which do not affect the extraordinary ability of tertiary amines. These include, for example, aliphatic hydrocarbons such as hexane, heptane and the like.
Polární rozpouštědla a rozpouštědla protonizující jako alifab tické ketony, alkoholy nebo chlorované uhlovodíky, jsou aktivní, nebot výrazně zvyšují extrakční schopnost TAA. Bylo navrženo i použití kombinovaných ředidel složených z inertních a aktivních rozpouštědel. Z hlediska extrakce se kyselina citrónová podobá jiným organickým kyselinám jako octové, propionové, mmléčné fumarové, malonové, maleinové a jantarové, je však z těchto kyselin nejobtížněji extrahovatelná. Způsoby ? extrakční separace byly obvykle navrhovány obecně pro tyto f· kyseliny a při jejich uplatnění na kyselinu citrónovou se naráží na obtíže. Nedostatky z hlediska extrakce bývá nedostatečná schopnost dané kombinace TAA s ředidlem extrahovat kyselinu z vodné fáze, což vede v praxi k jejím ztrátám, dále toxicita složek extrakčního činidla, případně nevhodné vlastnosti pro separaci kyseliny citrónové z organického extraktu.Polar solvents and solvents protonating as aliphatic ketones, alcohols or chlorinated hydrocarbons are active since they significantly increase the extraction capacity of TAA. It has also been proposed to use combined diluents composed of inert and active solvents. In terms of extraction, citric acid resembles other organic acids such as acetic, propionic, lactic fumaric, malonic, maleic and succinic acids, but is the most difficult to extract from these acids. Ways? extractive separation have usually been designed for these general f · acids and of their application to citric acid is fraught with difficulties. The drawbacks in terms of extraction tend to be the lack of ability of a given combination of TAA with a diluent to extract acid from the aqueous phase, which leads to losses in practice, toxicity of extractant components, or unsuitable properties for the separation of citric acid from organic extract.
U inertních rozpustidel může vznikat během extrakce druhá organická fáze. Uvedený stav je popsán například ve Wennersten R.: The extraction of citric acid from fermentation broth using - a solution of tertiary amine. J.Chem.Tech. Biotechnol.,In the case of inert solvents, a second organic phase may be formed during the extraction. This is described, for example, in Wennersten R .: The extraction of citric acid from fermentation broth using a solution of tertiary amine. J.Chem.Tech. Biotechnol.,
33B, 85-84 (1983); Kertes A.S., King C.J.: Extraction che’ mistry of fermentation product carboxylic acids. 8iotechnology and Bioengineering, 28, 269-282 (1986).33B, 85-84 (1983); Kertes A.S., King C.J .: Extraction Cheers of Fermentation Product Carboxylic Acids. Biotechnology and Bioengineering, 28, 269-282 (1986).
Hlavní obtíž při použití TAA k separaci kyseliny citrónové z fermentační půdy spočívá v separaci kyseliny z organického extraktu. Všechny navržené postupy předpokládají reextrakci kyseliny do vody nebo do vodného roztoku vhodných činidel. Obtíž spočívá v tom, že čím lepším extrakčním činidlem pro kyselinu citrónovou je zvolený roztok aminu v ředidle, tím obtížnější je z něj kyselinu vyextrahovat. K překonání této obtíže bylo navrženo (Bauer U.,Marr R.,Riickl W.,Siebenhofer M.: Extraction of citric acid from aqueous Solutions. Chem. Biochem. Eng. Q.,2, 230-232 (1988) reixtrahovat kyselinu citrónovou vodným roztokem silnější těkavé kyseliny, například kyseliny mravenčí a potom oddělit tuto kyselinu od kyseliny citrónové destilací. Dále bylo navrženo (Pooke L.3.,King C.J.: Regeneration of carboxylic acid-amine exctracts by backextraction with an aqueous solution of volatile amine. Ing.The main difficulty in using TAA to separate citric acid from the fermentation broth is the separation of the acid from the organic extract. All of the proposed procedures assume the reextraction of the acid into water or an aqueous solution of suitable reagents. The difficulty is that the better the extracting agent for citric acid is the chosen amine solution in the diluent, the more difficult it is to extract the acid from it. To overcome this difficulty, it has been proposed (Bauer U., Marr R., Riickl W., Siebenhofer M .: Extraction of citric acid from aqueous solutions. Chem. Biochem. Eng. Q., 2, 230-232 (1988) to re-extract the acid It has also been proposed (Pooke L.3., King CJ: Regeneration of carboxylic acid-amine by extracting it with an aqueous solution of volatile amine). Ing.
Eng. Chem. Res., 30, 923-929 (1991) provádět reextrakci karboxylových kyselin z roztoku TAA vodným roztokem těkavého aminu například trimethylaminu, který se pak rozdělí destilací.Eng. Chem. Res., 30, 923-929 (1991) to re-extract carboxylic acids from a TAA solution with an aqueous solution of a volatile amine such as trimethylamine, which is then separated by distillation.
Bylo také navrženo (Baniel A.M., Blumberg R., Hajdu K. : Recovery of acides from aqueous Solutions. U.S.Patent 4,275 234 (1981), provádět reextrakci karboxylových kyselin za zvýšené teploty vodou, nebot extrakční schopnost TAA se stoupající teplotou klesá a usnadňuje se tedy reextrakce. Nedostatkem dosud známých kombinací TAA a ředidel je, že z hlediska extrakce mají malou schopnost extrahovat kyselinu z vodné fáze.It has also been suggested (Baniel AM, Blumberg R., Hajdu K.: Recovery of Acides from Aquatic Solutions. US Pat. 4,275,234 (1981)) to re-extract carboxylic acids at elevated temperature with water, since the extraction capacity of TAA decreases with increasing temperature and facilitates A drawback of the previously known combinations of TAA and diluents is that they have little ability to extract the acid from the aqueous phase in terms of extraction.
Konečně bylo navrženo (Tamada J.A., King C.J.: Extraction of carboxylic acids with amine extractants. 3. Effect of temperature, water coextraction and process considerations.Finally, it has been proposed (Tamada J.A., King C.J .: Extraction of carboxylic acids with amine extractants. 3. Effect of temperature, water coextraction and process considerations.
Ind.End.Chem.Res., 29, 1333-1338 (1990) využít okolnosti, že extrakční schopnost TAA pro karboxylové kyseliny klesá při ředění inertním ředidlem, zředit extrakt ^ímto ředidlem a po reextrakci kyseliny vodou inertní ředidlo opět oddestilovat. Alternativně je možno rozpustit TAA ve směsi těkavého polárního rozpustidla a málo těkavého inertního ředidla a před reextrakci oti deštil©/a t část polárního rozpustidla a tím snížit extrakční schopnost směsi.Ind.End.Chem.Res., 29, 1333-1338 (1990), take advantage of the fact that the extraction capacity of TAA for carboxylic acids decreases when diluted with an inert diluent, dilute the extract with this diluent and distil the inert diluent after re-extraction of the acid with water. Alternatively, the TAA can be dissolved in a mixture of a volatile polar solvent and a low volatile inert diluent and, prior to reextracting, a portion of the polar solvent to reduce the extraction ability of the mixture.
Uvedené způsoby separace kyseliny citrónové z fermentační půdy mají různé nevýhody. Způsob založený na srážení citranu vápenatého vede k veliké spotřebě hydroxidu vápenatého a kyseliny sírové; na tunu kyseliny citrónové vzniká až 2,5 tun odpadního síranu vápenatého. Získaný vodný roztok kyseliny citrónové je nutno před krystalizaci zbavit značného množství síranových a vápenatých iontů nákladnou iontovýměnou.Said methods of separating citric acid from the fermentation broth have various disadvantages. The method based on the precipitation of calcium citrate leads to a large consumption of calcium hydroxide and sulfuric acid; per ton of citric acid, up to 2.5 tonnes of waste calcium sulfate are produced. The aqueous citric acid solution obtained must be freed from a considerable amount of sulphate and calcium ions by costly ion exchange prior to crystallization.
Způsoby založené na extrakci roztokem TAA a reextrakci vodným roztokem kyseliny mravenčí nebo TAA jsou energeticky náročné, nebot dokonalé oddělení těchto činidel od kyseliny citrónové je obtížné. Způsob založený na extrakci kyseliny roztokem TAA za chladu á reextrakci kyseliny vodou za zvýšené.....Methods based on extraction with a TAA solution and reextraction with an aqueous solution of formic acid or TAA are energy intensive, since perfect separation of these agents from citric acid is difficult. Method based on extraction of acid with TAA solution in cold and re-extraction of acid with water under increased .....
teploty je poměrně snadno proveditelný u některých karboxylových kyselin, například kyseliny jantarové. Z této kyseliny lze při extrakci trioktylaminem v mety.lisobutylketonu při 25°C dosáhnout distribučního koeficientu 5, který postačuje ý k získání vysokého výtěžku kyseliny. Při reextrakci při 75 C klesne tento koeficient na 0,8, takže lze dalekosáhle regene' rovat extrakční činidlo a dosáhnout tak současně dostatečné , vyskoké koncentrace kyseliny ve vodném roztoku pro krystalizací.temperature is relatively easy to carry out with some carboxylic acids, for example succinic acid. From this acid, a distribution coefficient of 5 can be achieved by extraction with trioctylamine in methyl isobutyl ketone at 25 ° C, which is sufficient to obtain a high yield of acid. When reextracted at 75 ° C, this coefficient drops to 0.8, so that the extractant can be largely regenerated and at the same time a sufficient, high acid concentration in the aqueous solution for crystallization can be achieved.
' U kyseliny citrónové se dosud nepodařilo připravit takové ře£ didlo nebo směs ředidel, která by zajištovala podobně výhodné rozpětí distribučních koeficientů v závislosti na teplotě.In the case of citric acid, it has not been possible to prepare a diluent or a mixture of diluents which provides a similarly advantageous range of distribution coefficients as a function of temperature.
£ Oinak řešeno, ředidla, která byla dosud navržena, umožňují buď dobrý výtěžek kyseliny citrónové při extrakci z fermentační půdy ,ale nezajištují dostatečnou reextrakci vodného reextraktu, nebo naopak.In other words, the diluents which have been proposed so far allow either a good yield of citric acid when extracted from the fermentation broth, but do not ensure sufficient reextraction of the aqueous reextract, or vice versa.
s- Při použití inertních nebo slabě polárních ředidel vzniká při vyšším nasycení TAA kyselinou citrónovou druhá organická i s - When inert or weakly polar diluents are used, a higher organic saturation of TAA with citric acid results in a second organic i
fáze, takže kapacita extrakčního činidla je velice omezena (viz výše citovanou práci Wennerstena), při použití silně polárních ředidel nelze zvýšením teploty dosáhnout dostatečného , snížení distribučního koeficientu. Podobná obtíž nastává i při použití metody ředění organické fáze před reextrakci inertr ním ředidlem. Metody ředění TAA směsí těkavého polárního a netěkavého inertního ředidla nelze v případě kyseliny citrónové pro potravinářské účely použít, nebot polární těkavá rozpouštědla jsou buď příliš rozpustná ve vodě nebo toxická (například chlorované uhlovodíky),phase, so that the capacity of the extraction agent is very limited (see Wennersten, cited above), when the strongly polar diluents are used, a sufficient reduction in the distribution coefficient cannot be achieved by increasing the temperature. A similar difficulty occurs when using the organic phase dilution method prior to reextraction with an inert diluent. Dilution methods of TAA with a mixture of volatile polar and non-volatile inert diluents cannot be used for citric acid for food use, as polar volatile solvents are either too water soluble or toxic (eg chlorinated hydrocarbons),
Úlohou vynálezu je oddělení kyseliny citrónové od všech uvedených látek extrakcí a získání jejího vodného roztoku zpětnou extrakcí vedou, kterýžto roztok se pak obvyklým způsobem zpracovává krystalizací na bezvodou kyselinu, případně její monohydrát a odstranit nedostatky dosud používaných nebo navržených způsobů.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to separate the citric acid from all the above-mentioned substances by extraction and to obtain an aqueous solution thereof by back-extraction, which solution is then worked up by crystallization to anhydrous acid or its monohydrate.
Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION
Podstata způsobu extrakční separace kyseliny citrónové z fermentační půdy spočívá v tom, že pro protiproudý kontakt fermentační půdy s roztokem trialkylaminu ve směsném ředidle se jako polární vysokovroucí složka použije n-oktanol nebo 2-ethylhexanol v množství 20 až 50¾ hm. a jako inertní Složka n-hexan, n-heptan nebo směs alifatických uhlovodíků o bodu varu 60 až 110°C, v množství 10 až 55¾ hm., vztaženo na celý roztok trialkylaminu a směsného ředidla, a že se získaná organická fáze zředí inertní složkou v poměru 0,5 a 2, vztaženo na původní obsah směsného ředidla a uvede se v protiproudý kontakt s vodou za teoloty 65 až 100°C a přidaná inertní složka se z organické fáze odstraní destilací a takto získaný roztok trialkylaminu se po ochlazení opět použije k protiproudému kontaktu s fermentační půdou.The principle of the extraction separation of citric acid from the fermentation broth is that for countercurrent contact of the fermentation broth with a solution of trialkylamine in a mixed diluent, n-octanol or 2-ethylhexanol in an amount of 20 to 50¾ wt. and as an inert component n-hexane, n-heptane or a mixture of aliphatic hydrocarbons boiling at 60 to 110 ° C, in an amount of 10 to 55¾ wt.%, based on the whole solution of trialkylamine and mixed diluent, and that the obtained organic phase is diluted in a ratio of 0.5 and 2, based on the original content of the mixed diluent, and countercurrently contacted with water at 65-100 ° C and the added inert component is removed from the organic phase by distillation, and after cooling the trialkylamine solution is reused countercurrent contact with the fermentation broth.
Přitom poměr hmotnostních průtoků fermentační půdy a koncentrovaného roztoku trialkylaminu je s výhodou 0,5 až 0,9 a poměr hmotnostních průtoků vody a organické fáze zředěné inertní složkou je 0,1 až 0,2.The ratio of the mass flow rates of the fermentation broth to the concentrated trialkylamine solution is preferably 0.5 to 0.9, and the ratio of the mass flow rates of water to the organic phase diluted with the inert component is 0.1 to 0.2.
Účinek způsobu se dále zvýší, jestliže se protiproudý kontakt zředěné organické fáze s vodou provádí za vibrací.The effect of the process is further enhanced if the countercurrent contact of the diluted organic phase with water is performed under vibration.
Způsob podle vynálezu má řadu výhodných vlastností a účinků. Nespotřebovávají se v něm žádné suroviny a nevznikají žádné odpady s výjimkou vyextrahované fermentační půdy. Použité extrakční činidlo je netoxické. Energetické nároky na ohřev a destilaci jsou vhledem k nízkým specifickým výparným teplům použitých organických látek nízké. Přitom umožňuje navržený způsob získat výstupní vodný roztok kyseliny citrónové o koncentraci 23 až 29^ což znamená, že ce dosahuje významného zahuštění a tedy úspory tepelné energie v následující krystalizací.The process of the invention has a number of advantageous properties and effects. No raw materials are consumed and no waste is generated except for the extracted fermentation broth. The extraction agent used is non-toxic. The energy requirements for heating and distillation are low due to the low specific evaporation temperatures of the organic substances used. In this case, the proposed process makes it possible to obtain an aqueous solution of citric acid having a concentration of 23 to 29%, which means that it achieves a significant concentration and thus a saving of thermal energy in the subsequent crystallization.
Ve způsobu podle vynálezu je důležité i uplatnění vibračního pohybu při extrakci a reextrakci. Kolony s vibrujícími patry se vyznačují vysokou extrakční účinností a umožňují zpracovávat i pěnivé roztoky znečištěné povrchově aktivními , látkami, což je právě případ fermentační půdy.In the process according to the invention it is also important to apply the vibrational movement during extraction and reextraction. The vibratory tray columns are characterized by high extraction efficiency and also allow foaming solutions contaminated with surfactants, which is the case with fermentation broth.
Dále jsou uvedeny příklady provádění způsobu podle vyy nálezu, aniž by tím byl rozsah možností jeho využití nějak omezen.The following are examples of carrying out the process of the invention without limiting its scope.
Příklady provedeni vynálezu | Příklad 1DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Example 1
Fermentační půda obsahující 9¾ hm. kyseliny citrónové byla protiproudně extrahována v extrační koloně s vybrujícími i patry roztokem trioktylaminu ve směsi 2 váhových dílů n-oktano'» lu a 3 váhových dílů n-heptanu, přičemž roztok obsahoval 1,5Fermentation broth containing 9¾ wt. citric acid was countercurrently extracted in an extractor column with removal tray with trioctylamine solution in a mixture of 2 parts by weight of n-octanol and 3 parts by weight of n-heptane, the solution containing 1.5
I molů aminu na 1 kg. ředidla. Poměr hmotnostních průtoků vodné a δ organické fáze vyjádřený jako průtok vody a ředidla byl 0,5.1 mole of amine per kg. thinners. The ratio of the mass flow rate of the aqueous phase to the δ of the organic phase expressed as water and diluent flow rate was 0.5.
Extrakce probíhala při 25°C,extraktor měl účinnost odpovídající 4 teoretickým stupňům. Získaný extrakt byl protiproudně 1 kontaktován s čistou vodou v poměru hmotnostních průtokuThe extraction was carried out at 25 ° C, the extractor had an efficiency corresponding to 4 theoretical stages. The extract was counter-currently contacted with one clean water in a ratio of mass flow
I vody a ředidla ve vodné a organické fázi 0,2 za teploty 75°C v extraktoru s vibrujícími patry, který mě| účinost odpovídající 6 teoretickým stupňům. Organická fáze zbavená takto ý částečně kyseliny byla znovu ochlazena na 25°C a použita k extrakci fermentační půdy; tento pracovní cyklus byl opako·> ván až do ustálení koncentrací vodného rafinátu z extrakce a vodného extraktu z reextrakce. Ustálená koncentrace kyseliny ’ citrónové ve vodném rafinátu byla 1,9 % hm. a ve vodném reextraktu byla 16,0 % hm. To odpovídá výtěžku 80% a relativnímu zahuštění vodného roztoku kyseliny citrónové l,8krát.I of water and diluent in aqueous and organic phase 0,2 at 75 ° C in a vibratory tray extractor which has | efficiency corresponding to 6 theoretical degrees. The organic acid-free phase was re-cooled to 25 ° C and used to extract the fermentation broth; this working cycle was repeated until the concentrations of the aqueous raffinate from the extraction and the aqueous extract from the re-extraction were stabilized. The steady-state concentration of citric acid in the aqueous raffinate was 1.9 wt%. and in the aqueous reextract was 16.0 wt. This corresponds to a yield of 80% and a relative thickening of the aqueous citric acid solution 1.8 times.
l· Příklad 2l · Example 2
Fermentační půda stejná,jako v příkladu 1 byla podrobena extrakci za stejných podmínek, načež byl získaný extrakt zředěn n-heptanem tak, že hmotnostní množství přidaného heptanu se rovnalo původnímu množství směsi oktanolu a heptanu. Takto upravená organická fáze se protiproudně reextrahovala vodou v poměru hmotnostních průtoků vody a ředidla v organické fázi 0,2 při teplotě 25°C na Stejném zařízení jako v příkladu 1.The fermentation broth as in Example 1 was subjected to extraction under the same conditions, after which the extract obtained was diluted with n-heptane such that the weight amount of heptane added was equal to the original amount of the mixture of octanol and heptane. The organic phase so treated was re-extracted countercurrently with water at a ratio of the mass flow rate of water and diluent in organic phase 0.2 at 25 ° C in the same apparatus as in Example 1.
Poté bylo oddestilováním heptanu upraveno složení organické fáze a cyklus byl opakován až do ustálení výstupních koncentrací vodných fází z obou extračních stupňů. Koncentrace kyseliny citrónové ve vodném rafinátu z extrakce byla 6,5 % hm., koncentrace kyseliny citrónové ve vodném reextraktu 3.3 % hm. Tomu odpovídá výtěžek 29 % a relativní zahuštění vodného roztoku kyseliny citrónové 0,37.Subsequently, the composition of the organic phase was distilled off by distilling off the heptane, and the cycle was repeated until the output concentrations of the aqueous phases from both extra steps were stabilized. The concentration of citric acid in the aqueous raffinate from the extraction was 6.5% by weight, the concentration of citric acid in the aqueous reextract 3.3% by weight. This corresponds to a yield of 29% and a relative concentration of an aqueous citric acid solution of 0.37.
Příklad 3Example 3
Fermentační půda stejná jako v příkladu 1 byla podrobena extrakci za stejných podmínek, načež byla organická fáze zředěna n-heptanem jako v příkladu 2 a podrobena reextrakci vodou při poměru hmotnostních průtoků vodné a organické fáze 0,2 ale za teploty 75°C. Po reextrakci byl z organické fáze oddestilován n-heptan jako v příkladě 2. Po ustálení byly získány tyto výsledk:: koncentrace kyseliny citrónové ve vodném rafinátu z extrakce byla 0,025 % hm., koncentrace kyseliny ve vodném extraktu z reextrakce byla 10,6 % hm. Tomu odpovídá výtěžek kyseliny 99,7 % a zahuštění 1,18. .The fermentation broth as in Example 1 was subjected to extraction under the same conditions, after which the organic phase was diluted with n-heptane as in Example 2 and reextracted with water at a water to organic phase weight ratio of 0.2 but at 75 ° C. After reextraction, n-heptane was distilled off from the organic phase as in Example 2. After stabilization, the following results were obtained: the concentration of citric acid in the aqueous raffinate from the extraction was 0.025% by weight, the concentration of acid in the aqueous extract of the reextraction was 10.6% . This corresponds to an acid yield of 99.7% and a concentration of 1.18. .
Příklad 4Example 4
Fermentační půda stejná jako v předchozích příkladech byla extrahována za stejných podmínek a extrakt zředěn n-heptanem, jako v příkladu 3., načež byl reextrahován protiproudně vodou za teploty 75°C a to při poměru hmotnostních průtoků vody a ředidla 0,12. Další postup byl stejný jako v příkladu 3. Po ustálení byly dosaženy tyto výsledky: koncentrace kyseliny citrónové ve vodném roztoku byla 0,025 % hm., koncentrace kyseliny ve vodném extraktu z reestrakce byla 16,5 % hm. Tomu odpovídá Výtěžek kyseliny 99,2 % a zahuštění 1,83.The fermentation broth as in the previous examples was extracted under the same conditions and the extract was diluted with n-heptane as in Example 3. and re-extracted countercurrently with water at 75 ° C at a water to diluent weight ratio of 0.12. The following procedure was the same as in Example 3. After stabilization, the following results were obtained: the concentration of citric acid in the aqueous solution was 0.025 wt%, the concentration of the acid in the aqueous extract of reestraction was 16.5 wt%. This corresponds to an acid yield of 99.2% and a concentration of 1.83.
Z příkladu 1 vyplývá, že při extrakci fermentační půdy při 25°C a reextrakci při 75°C se sice dosáhne určitého zvýšení koncentrace kyseliny ve vodné fáz; ale výtěžek extrakce je nedostatečný. Příklad 2 ukazuje, že při použití reextrakce za zředění organické fáze inertním rozpouštědlem jsou výsledky zcela nepřijatelné. Příklad 3 ukazuje však zcela nečekaný efekt kombinace obou metod reextrakce. Při jinak nezměněných podmínkách se radikálně zvýšil výtěžek v reextrakci a současně se dosáhlo mírného zvýšení koncentrace kyseliny v reextraktu : ve srovnání s koncentrací ve fermentační půdě. Konečně příklad ukazuje, že lze úpravou poměru průtoků fází v reextrakci dojf·. w · · z sáhnout vyššího zahuštěný,než při reextrakci za použiti samotí'- něho zvýšení teploty. Tento příklad také naznačuje nečekanou příznivou vlastnost způsobu podle vynálezu, totiž možnost ovlivňovat změnami poměru průtoků fází v reextrakci výrazné ř zahuštění, aniž by docházelo ke změnám výtěžku v extrakci.Example 1 shows that some extraction of the fermentation broth at 25 [deg.] C and reextraction at 75 [deg.] C results in a certain increase in the acid concentration in the aqueous phase; but the extraction yield is insufficient. Example 2 shows that when using reextraction with dilution of the organic phase with an inert solvent, the results are completely unacceptable. However, Example 3 shows a completely unexpected effect of a combination of both reextraction methods. Under otherwise unchanged conditions, the yield in the reextraction radically increased and at the same time a slight increase in the acid concentration in the reextract was achieved: compared to the concentration in the fermentation broth. Finally, the example shows that by adjusting the ratio of the phase flow rates in the reextraction, it can be achieved. The concentration is higher than that of reextraction using a temperature alone. This example also indicates the unexpected advantageous properties of the invention, namely the possibility to influence the flow rate ratio change phases in the reextraction of significant thickening without causing changes in the yield of extraction.
To například dovoluje vyrovnávat v praxi změny koncentrace kyseliny citrónové ve fermentační půdě po fermentací, takže neovlivní koncentraci reextraktu a tedy vstupní podmínky následujícího odpařování a krystalizace.This makes it possible, for example, to compensate for variations in the concentration of citric acid in the fermentation broth after fermentation, so that it does not affect the reextract concentration and thus the inlet conditions of subsequent evaporation and crystallization.
i. Průmyslová využitelnosti. Industrial Applicability
Způsob podle vynálezu lze využít při jakékoliv výrobě kyseliny citrónové založené na fermentací.The process according to the invention can be used in any production of citric acid based on fermentation.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS92168A CZ16892A3 (en) | 1992-01-20 | 1992-01-20 | process of extractive separation of citric acid from fermentation broth |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS92168A CZ16892A3 (en) | 1992-01-20 | 1992-01-20 | process of extractive separation of citric acid from fermentation broth |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ277812B6 CZ277812B6 (en) | 1993-05-12 |
| CZ16892A3 true CZ16892A3 (en) | 1993-05-12 |
Family
ID=5333366
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CS92168A CZ16892A3 (en) | 1992-01-20 | 1992-01-20 | process of extractive separation of citric acid from fermentation broth |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ16892A3 (en) |
-
1992
- 1992-01-20 CZ CS92168A patent/CZ16892A3/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ277812B6 (en) | 1993-05-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4275234A (en) | Recovery of acids from aqueous solutions | |
| EP2327464B1 (en) | Process for producing 1,3-propanediol | |
| EP2794544B1 (en) | Lactic acid extraction | |
| US6630603B1 (en) | Method of industrial-scale purification of lactic acid | |
| US6187951B1 (en) | Lactic acid production, separation and/or recovery process | |
| EP1317407B1 (en) | Method for the purification of alpha-hydroxy acids on an industrial scale | |
| JPH09500649A (en) | Organic acid recovery method | |
| HUE024575T2 (en) | Carboxylic acid recovery from magnesium carboxylate mixture | |
| EP0460854B1 (en) | Production of citric acid | |
| JPH0767671A (en) | Method of recovering citric acid from crude product mixture of low purity by adding strong acid and its salts | |
| US2658078A (en) | Solvent extraction of oxytetracycline | |
| EP1317408B1 (en) | Method for the purification of lactic acid on an industrial scale | |
| US5237098A (en) | Production of citric acid and trisodium citrate from molasses | |
| US6509179B1 (en) | Continuous process for preparing lactic acid | |
| CZ16892A3 (en) | process of extractive separation of citric acid from fermentation broth | |
| EP1317409B2 (en) | Method for the purification of an alpha-hydroxy acid on an industrial scale | |
| US4749495A (en) | Process for separating oxygenous organic compounds from aqueous media | |
| CN119015748B (en) | Separation method and separation system for separating phosphoric acid in process of separating and purifying carboxylic acid by liquid-liquid extraction method | |
| JP2825503B2 (en) | Method for purifying lysoserine solids | |
| JPH0592102A (en) | Crystallization method for organic acid or organic acid ester | |
| JP2001011013A (en) | Purification of shikimic acid | |
| EP2998285B1 (en) | Extraction of carboxylic acids from a dilute aqueous stream | |
| JPH04141204A (en) | Recovery of high purity organic acid | |
| JPS5925691A (en) | Purification of lactic acid |