FR2900654A1 - Procede de purification d'un acide organique par chromatographie - Google Patents

Abstract

L'invention fournit donc un procédé pour séparer un acide organique par passage de cette solution sur un lit fixe chromatographique comprenant une résine anionique et comprenant plusieurs zones en série, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs séquences, chaque séquence comprenant les étapes suivantes :(a) maintenir une circulation continue dans la boucle fermée,(b) introduire ladite solution aqueuse et récupérer un raffinat;(c) introduire l'éluant et récupérer un raffinat;(d) introduire l'éluant et récupérer un extrait;en des points sélectionnés des zones.Application à la purification de l'acide citrique.

Description

PROCEDE DE PURIFICATION D'UN ACIDE ORGANIQUE PAR CHROMATOGRAPHIE

DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention a pour objet un procédé pour séparer un acide organique, comme l'acide citrique, à partir d'une solution aqueuse contenant un tel acide et des impuretés, par chromatographie de cette solution sur un lit fixe de résine. ETAT DE LA TECHNIQUE La production par fermentation d'un acide organique, tel que l'acide citrique, conduit à un bouillon de culture aqueux contenant l'acide organique (par exemple l'acide citrique) dissous, des microorganismes et des impuretés pour l'essentiel constituées des résidus de substrats et de métabolisme cellulaire desdits microorganismes.

Lorsque l'acide est présent, dans ledit bouillon de culture, sous sa forme acide, le moyen traditionnel de purification de cet acide est la formation d'un sel de calcium insoluble par contact dudit bouillon avec de la chaux, puis la récupération par filtration du sel d'acide organique à peu près pur, les principales impuretés restant dans le filtrat.

Par action de l'acide sulfurique sur ce sel, on obtient ensuite, après filtration, une solution aqueuse d'acide organique et du gypse (sulfate de calcium) insoluble. La solution d'acide organique saturée en sels de calcium ainsi obtenue est ensuite purifiée par l'action d'échangeurs d'ions, par cristallisation ou par séparation par solvant.

La technique ci-dessus conduit à la production de quantités importantes de gypse, déchets sans valeur marchande. D'autre part, la régénération des résines de déminéralisation d'une solution saturée en lesdits sels de calcium mobilise des quantités non négligeables d'acide et de base qui se retrouvent dans les effluents.

Pour remédier à ces inconvénients, un certain nombre de procédés ont été proposés. Ainsi, le brevet US-A-4 855 494 décrit un procédé de purification de l'acide citrique, basé sur l'élimination des molécules à haut poids moléculaire par ultrafiltration et adsorption sur une résine adsorbante régénérée à la soude, cette purification primaire étant complétée par une purification par échanges d'ions. Toutefois ce procédé ne permet pas d'éliminer les petits sucres résiduels de la fermentation. X:',24873124873-060505,doc n2006 - 116 Par ailleurs, le brevet US-A-4 720 579 propose une purification directe de l'acide citrique par chromatographie, après clarification, sans passer par les étapes de chaulage et d'acidification. Dans ce brevet, il est proposé d'utiliser une résine adsorbante, de type résine anionique faible, avec élution à l'eau ou à l'acide sulfurique dilué. En maintenant le pH du milieu au-dessous de la première valeur de pKa de l'acide citrique, ce dernier est adsorbé et peut ainsi être séparé du bouillon de culture. Ce même brevet suggère également de réaliser la séparation en continu suivant le procédé en lit mobile simulé (Simulated Moving Bed, SMB) décrit dans le brevet US No. 2 985 589.

Par rapport au procédé objet du brevet US-A-4 855 494, le procédé chromatographique selon le brevet US-A-4 720 579 présente l'avantage d'éliminer les sucres résiduels. Les résines susceptibles d'être utilisées dans ce document sont des résines notamment l'AMBERLITE IRA-68 de la société ROHM & HAAS. Un procédé semblable a également été décrit pour la purification de l'acide lactique dans le brevet US No. 5 068 418. Enfin, le brevet canadien CA-A-2 007 126 décrit un système de chromatographie en continu mettant en oeuvre un système SMB pour la purification d'acides organiques. II recommande l'utilisation d'une résine anionique faible et décrit pour la purification de l'acide citrique, un système SMB à 12 colonnes remplies de résine anionique telle que l'AMBERLITE 1RA-67 de la société ROHM & HAAS. Le rendement obtenu par mise en oeuvre d'un tel système SMB est supérieur à 99 % et la pureté de l'acide citrique obtenu supérieure à 98 %, la productivité du système étant de 520 g d'acide citrique par litre de résine et par jour. Par ailleurs, dans ce procédé, l'élution de l'acide citrique est retardée et il est séparé des impuretés (colorants, minéraux et sucres résiduels de la fermentation). La mise en oeuvre d'un procédé SMB pour une telle purification conduit à l'utilisation d'un volume important de résine. Les résines classiquement disponibles pour cette application, par exemple la résine acrylique du type AMBERLITE IRA-67 de la société ROHM & HAAS, ont une taille moyenne d50 de l'ordre de 650 gm et une faible homogénéité granulométrique, le coefficient d'uniformité étant seulement de l'ordre 1,7 (on rappellera qu'une masse granulaire parfaitement homogène possède un coefficient d'uniformité de 1). RESUME DE L'INVENTION. Il a maintenant été mis en évidence que l'utilisation d'un procédé semi-continu, dit séquentiel SMB (ou SSMB), permettait d'obtenir dans le cadre de la purification d'un acide organique, des résultats tout à fait intéressants. Par ailleurs, il a été trouvé que la granulométrie de la résine influence fortement le procédé de séparation. X:A24873\24873-060505.doc - 5 irai 2006 - 2,16 C'est sur la base de ces constatations qu'ont été élaborés les procédés selon l'invention. Ainsi, l'invention fournit un procédé pour séparer un acide organique à partir d'une solution aqueuse contenant un tel acide et des impuretés, par passage de cette solution sur un lit fixe chromatographique comprenant une résine anionique et comprenant plusieurs zones en série, des moyens d'écoulement de liquide étant disposés entre des zones adjacentes et entre les dernière et première zones de manière à pouvoir créer une circulation de fluide en boucle fermée, ledit acide organique étant sélectivement plus fortement retenu par ladite résine et au moins l'une des impuretés étant relativement moins fortement retenue sur cette résine que l'acide organique, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs séquences, chaque séquence comprenant les étapes suivantes : (a) maintenir une circulation continue dans la boucle fermée, (b) introduire un certain volume de ladite solution aqueuse en tête d'une zone et soutirer sensiblement simultanément le même volume d'un liquide riche en la ou les impuretés relativement moins fortement retenues, au niveau d'un point situé en aval de cette zone, la boucle étant ouverte; (c) introduire un certain volume d'un éluant apte à déplacer l'acide organique plus retenu, en tête d'une zone située en amont de la zone dans laquelle ladite solution aqueuse est introduite et soutirer sensiblement simultanément le même volume d'un liquide riche en la ou les impuretés relativement moins fortement retenues à partir du point situé en aval défini à l'étape (b), la boucle étant ouverte; et (d) introduire ledit éluant dans la même zone que celle dans laquelle il est introduit lors de l'étape précédente (c) et soutirer sensiblement simultanément l'acide organique en un point situé entre cette zone et celle dans laquelle est introduite la solution aqueuse, la boucle étant ouverte; chaque séquence suivante étant effectuée en déplaçant périodiquement vers l'aval, sensiblement d'un même incrément de volume, le point d'introduction de ladite solution aqueuse, le point d'introduction dudit éluant, le point de soutirage de l'acide organique et le point de soutirage de la ou des impuretés relativement moins fortement retenues. Selon un mode de réalisation, ladite résine anionique est une résine acrylique de type anionique, de préférence faible, ayant une taille moyenne d50 située dans la plage de 300 à 500 m, de préférence 350 à 450 m, et un coefficient d'uniformité inférieur ou égal à 1,30, de préférence inférieur ou égal à 1,2. Selon un mode de réalisation, la répartition granulométrique de ladite résine anionique est telle qu'au moins 98,5 % des particules ont une taille inférieure à 600 m. X \24873\24873-060505 doc - 5 mai 2006 - 3 16 Selon un mode de réalisation, les étapes (a), (b), (c) et (d) sont mises en oeuvre selon la séquence (a), puis dans un ordre quelconque les étapes (b), (c) et (d). Selon un mode de réalisation, les étapes (b) et (d) sont mises en oeuvre au moins en partie simultanément.

Selon un mode de réalisation, les étapes (a), (b), (c) et (d) sont mises en oeuvre selon la séquence (a), puis (c) puis ensemble au moins simultanément (b) et (d) ou selon la séquence (a), puis ensemble au moins simultanément (b) et (d), puis (c). Selon un mode de réalisation, ledit lit fixe est réparti en cellules de même volume, chaque zone pouvant comprendre une ou plusieurs cellules, lesdites cellules pouvant correspondre à une colonne ou une partie de colonne. Selon un mode de réalisation, ledit lit fixe est réparti en cellules de même volume, chaque zone pouvant comprendre une ou plusieurs cellules, l'éluant étant introduit en tête de la cellule de la zone définie en (b), l'acide organique étant soutiré en sortie de la cellule de la zone définie en (d), la solution aqueuse étant introduite en tête de la cellule de la zone définie en (b) et la ou les impuretés relativement moins fortement retenues étant soutirées en sortie de la cellule de la zone définie en (b). Selon un mode de réalisation, l'incrément de volume suivant lequel sont déplacés lesdits points d'introduction et lesdits points de soutirage correspond sensiblement au volume d'une cellule.

Selon un mode de réalisation, les zones définies en (b) et (d) comprennent deux ou plusieurs cellules, séparées par au moins une cellule, de préférence au moins deux cellules. Selon un mode de réalisation, ledit procédé est mis en oeuvre à un pH inférieur au premier pK dudit acide.

Selon un mode de réalisation, ledit éluant est de l'acide sulfurique dilué. Selon un mode de réalisation, ladite solution aqueuse est le bouillon de culture obtenu par une fermentation générant ledit acide organique. Selon un mode de réalisation, l'acide organique est l'acide citrique, et de préférence la solution aqueuse est le bouillon de culture obtenu par fermentation du glucose ou du saccharose générant de l'acide citrique. Selon un mode de réalisation, la solution aqueuse est obtenue par clarification du bouillon de culture. Selon un mode de réalisation, ladite clarification comprend une centrifugation suivie d'une filtration sur membrane.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES. Les figures I à 4 représentent schématiquement une installation mettant en oeuvre le procédé selon l'invention. X-\24873\24873-060505 doc - 5 2006 - 4 16 - La figure 5 représente une installation mettant en oeuvre le procédé selon l'invention; - La figure 6 représente une installation selon l'état de la technique. EXPOSE DETAILLE DE MODES DE RÉALISATION DE L'INVENTION.

Dans ce qui suit, on donne une description en référence au cas où lesdites cellules corresponde à des colonnes. Ceci n'est pas limitatif et l'invention s'applique aux systèmes dans lesquelles les cellules, ou encore compartiments, sont des parties de colonne. Pour mémoire, on rappellera que l'acide organique est considéré, en chromatographie, comme plus retenu et donc comme l'extrait (X) et que les impuretés sont moins retenues et sont considérées comme un raffinat (R). Dans l'invention, la pureté dans l'extrait est supérieure par exemple à 95%, de préférence supérieure à 98%, avantageusement supérieure à 99%. Le procédé de l'invention permet une meilleure optimisation des séquences de chargement de la solution aqueuse à traiter et de rinçage des produits séparées ; ceci conduit à une réduction du volume d'éluant (liquide désorbant) nécessaire à la séparation et/ou à une diminution du nombre de cellules (ou compartiments) en cours de rinçage par rapport au procédé SMB classique. Par ailleurs, le procédé selon l'invention permet de réduire de manière sensible le volume de la résine nécessaire à la séparation recherchée de l'acide organique ; de plus, il permet de limiter l'étalement des pics d'élution de l'acide organique et du glucose (l'une des impuretés principales) par rapport à ce qui est observé avec un système SMB, ce moindre étalement ayant pour conséquence une productivité supérieure et une moindre consommation d'éluant.

Dans le procédé SMB, la solution aqueuse à traiter est diluée en continu dans le débit d'éluant. Au cours d'une séquence, les produits introduits se dispersent donc pendant toute la durée de la séquence dans la zone où se fait l'introduction de la solution aqueuse à traiter. La conséquence d'une telle dispersion est que la distance séparant le front du produit à séparer de la sortie de ladite zone est très courte, ce qui affecte les performances de séparation. En ce qui concerne les produits soutirés (extrait:acide organique et raffinat:impuretés), ils représentent un échantillonnage du débit passant à travers la résine. Durant toute la durée du soutirage, la pureté des produits soutirés peut varier et au lieu de soutirer la totalité d'un produit ayant la pureté la plus favorable, on n'en prélève qu'une partie, la majorité étant recyclée. 7:\24873'.24873-060505.doc - - mal 2006 - 5 I6 Dans le fonctionnement proposé selon l'invention, il s'agit au contraire : - pour les soutirages, de choisir le moment où le produit recherché est le plus pur et de prélever alors la totalité du débit passant, pour l'alimentation, d'interrompre toute circulation de fluide et d'injecter directement la solution aqueuse à traiter sans qu'elle soit diluée dans un volume plus grand. Les éléments nouvellement introduits se trouveront alors concentrés dans une fraction plus réduite du lit de résine et la distance à parcourir entre la position en fin d'injection et la position de la sortie s'en trouve augmentée, ce qui se traduit par de meilleures performances de I 0 séparation. Ainsi, l'invention met en oeuvre un procédé selon lequel les étapes comprennent: (a) maintenir une circulation continue dans la boucle fermée, (b) introduire un certain volume de ladite solution aqueuse en tête d'une 15 zone et soutirer sensiblement simultanément le même volume de raffinat, au niveau d'un point situé en aval de cette zone, la boucle étant ouverte; (c) introduire un certain volume d'un éluant apte à déplacer l'acide organique le plus retenu, en tête d'une zone située en amont de la zone dans laquelle ladite solution aqueuse est introduite et soutirer sensiblement simultanément le même 20 volume de raffinat, à partir du point situé en aval défini à l'étape (b), en complément du soutirage effectué à l'étape (b), la boucle étant ouverte; et (d) introduire ledit éluant dans la même zone que celle dans laquelle il est introduit lors de l'étape précédente (c) et soutirer sensiblement simultanément l'extrait en un point situé entre cette zone et celle dans laquelle est introduite la 25 solution aqueuse, la boucle étant ouverte; chaque séquence suivante étant effectuée en déplaçant périodiquement vers l'aval, sensiblement d'un même incrément de volume, le point d'introduction de ladite solution aqueuse, le point d'introduction dudit éluant, le point de soutirage de l'acide organique et le point de soutirage de la ou des impuretés relativement moins 30 fortement retenues. Comme indiqué, l'ordre des séquences (b), (c) et (d) peut être quelconque après l'étape (a) de circulation en boucle fermée. On voit donc que les étapes de soutirage d'extrait et de raffinat s'effectuent boucle ouverte, à la différence de l'état de la technique représentée par le SMB. 35 On notera que lorsque l'acide organique est l'acide citrique, la solution aqueuse peut être le bouillon de culture obtenu par fermentation du glucose ou du saccharose générant de l'acide citrique et l'éluant est alors de l'eau ou préférablement de l'acide sulfurique dilué (notamment d'une concentration non supérieure à 1 % en volume, et X \24873`24873-060505doc - 5 mnt 2006 - 6 16 en particulier de 0.O1N à IN). On pourrait aussi utiliser une eau-mère de cristallisation d'acide citrique ou toute autre solution d'acide citrique. Ladite solution aqueuse est de préférence obtenue par clarification du bouillon de culture, cette clarification pouvant comprendre une centrifugation suivie d'une 5 filtration sur membrane. Le pH auquel est mis en oeuvre le procédé est de préférence inférieur au pKa de l'acide organique recherché, par exemple il est compris entre 0,5 et 2. La température à laquelle on met en oeuvre le procédé peut être comprise entre 20 C et 80 C. La pression est telle que l'on opère en général en phase liquide. IO La résine anionique est de préférence une résine acrylique de type anionique, de préférence faible, ayant une taille moyenne d50 située dans la plage de 300 à 500 m, de préférence 350 à 450 m, et un coefficient d'uniformité inférieur ou égal à 1,30, de préférence inférieur ou égal à 1,2. L'invention utilise par exemple une résine ayant une taille moyenne d5o 15 d'environ 450 m, et un coefficient d'uniformité d'environ 1,2. On rappellera que le coefficient d'uniformité pour les billes de résine est le ratio suivant: (diamètre d'ouverture du tamis laissant passer 60% en masse des billes) 20 (diamètre d'ouverture du tamis laissant passer 10% en masse des billes) Avantageusement, la répartition granulométrique de ladite résine anionique est telle qu'au moins 98,5 % des particules ont une taille inférieure à 600 m. Les groupes d'activation de cette résine sont par ailleurs de préférence constitués par des groupes amino tertiaires, tels que des groupes diméthylamino par 25 exemple; selon un mode de réalisation, la résine est faible. En outre, la résine est de préférence sous la forme salifiée par un acide choisi parmi ceux qui possèdent un anion pour lequel ladite résine présente une affinité égale ou supérieure à celle qu'elle présente pour l'anion de l'acide organique à séparer. Cet acide de salification est avantageusement un acide minéral et notamment 30 l'acide sulfurique. Les caractéristiques ci-dessus de la résine anionique selon l'invention, tout à fait atypiques pour ce type de résine, permettent d'améliorer sensiblement la séparation chromatographique de l'acide organique. Cette résine est utile dans le procédé selon l'invention (SSMB) mais aussi dans les procédés de l'état de la 35 technique, représenté par les brevets US-A-4 720 579 et CA-A-2 007 126. On peut obtenir cette résine à partir de résines disponibles dans le commerce, qui sont classifiées pour obtenir la distribution granulométrique recherchée. Il est X:'2487324873-060505_Joc - 5 ruai 2006 - 7 16 aussi possible d'utiliser des procédés de préparation tels que le "jetting" pour obtenir cette distribution granulométrique resserrée. On rappellera qu'en chromatographie, l'acide citrique est reconnu comme étant un fluide modèle des acides organiques.

Quant au glucose, il s'agit d'un sucre constituant l'une des impuretés principales accompagnant l'acide organique souhaité lorsque ce dernier est fabriqué par fermentation du saccharose ou du glucose. La résine selon un mode de réalisation préféré conduit à un moindre étalement du pic de l'acide sulfurique et un rinçage plus rapide de ce dernier.

Cette différence de positionnement entraîne un écart plus important entre les pics du sucre et de l'acide organique et conduit donc à une bien meilleure séparation. Enfin, la résine selon l'invention est rincée de façon beaucoup plus rapide que la résine classique. Ceci permet de réduire le volume de liquide pour obtenir un rinçage identique ou bien de réduire le volume de résine dans un système de chromatographie en continu pour obtenir un rinçage identique. La présente invention est illustrée à titre d'exemple par la description ci-après de deux modes de réalisation, faite en référence aux figures 1 à 4 des dessins annexés. Comme indiqué plus haut, chaque colonne peut en fait être une cellule ou compartiment de colonne.

Plus précisément, la figure 1 est la représentation schématique d'un exemple d'installation pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention. Cette installation comprend quatre colonnes 1, 2, 3, 4 garnies de la même quantité d'une résine acrylique anionique faible décrite ci-dessus. Ces quatre colonnes sont disposées en série, chacune comportant une entrée II, 21, 31, 41 et une sortie 12, 22, 32, 42. Les entrées 21, 31, 41 des colonnes 2, 3, 4 sont reliées respectivement aux sorties 12, 22, 32 des colonnes 1, 2, 3, par l'intermédiaire de vannes trois voies V1, V2, V3 et la sortie 42 de la dernière colonne 4 est reliée à l'entrée 11 de la colonne 1 par l'intermédiaire d'une vanne trois voies V4.

Grâce à ces diverses connexions, on peut former une boucle fermée comportant, dans cet ordre, les éléments 1, 12, VI, 21, 2, 22, V2, 31, 3, 32, V3, 41, 4, 42, V4, 11. Par ailleurs, les entrées 1 I , 21, 3 1 , 41 sont reliées respectivement à des arrivées de liquide 13, 23, 33, 43 par l'intermédiaire de vannes V5, V6, V7, V8.

D'autre part, les sorties 12, 22, 32, 42 sont reliées respectivement à des conduits de soutirage de liquide 14, 24, 34, 44 respectivement par l'intermédiaire des vannes VI, V2, V3, V4. X524873 24873-060505 doc - 5 mai 2006 - 8.16 En outre, cette installation comprend au moins une pompe P (par ex. aspirante-refoulante) permettant de créer et maintenir une circulation de liquide à débit constant dans la boucle fermée susvisée. Cette pompe P peut être située entre deux colonnes adjacentes ou entre la dernière et la première colonnes (comme cela est montré sur la figure 1). Il est aussi possible, pour les grands volumes, de placer une pompe par colonne, et de faire fonctionner ces pompes ensemble. Conformément au procédé de l'invention, plusieurs séquences successives, au nombre de quatre dans l'exemple choisi, sont mises en oeuvre dans cette installation, chaque séquence comportant quatre étapes successives.

Les quatre étapes de la première séquence sont illustrées par la figure 2 dans laquelle, pour des questions de simplification, ont été omis volontairement toutes les vannes et tous les conduits autres que ceux nécessaires pour illustrer la circulation de liquide. Dans la première étape, la pompe P est mise en marche et les vannes V1 à V8 sont réglées pour que la seule circulation de liquide ayant lieu se fasse dans la boucle fermée susmentionnée. Dans la deuxième étape, la pompe P est arrêtée et les vannes VI à V8 sont réglées pour que la seule circulation de liquide ayant lieu se fasse suivant le circuit 33-V7-31-3-32-V3-34, l'arrivée 33 étant reliée à une source de solution d'acide organique à traiter et le liquide soutiré par le conduit 34 étant riche en impuretés (moins fortement retenues sur la résine que l'acide organique). Dans la troisième étape, la pompe P est arrêtée et les vannes V 1 à V8 sont réglées pour que la seule circulation de liquide ayant lieu se fasse suivant le circuit 13-V5-11-1-12-VI-21-2-22-V2-31-3-32-V3-34, l'arrivée 13 étant reliée à une source d'acide sulfurique dilué (éluant) et le liquide soutiré par le conduit 34 étant riche en lesdites impuretés. Dans la quatrième étape, la pompe P est arrêtée et les vannes V 1 à V8 sont réglées pour que seule la circulation de liquide ayant lieu se fasse suivant le circuit 13-V5-11-1-12-VI-14, l'arrivée 13 étant reliée à une source d'acide sulfurique dilué et le liquide soutiré par le conduit 14 étant riche en acide organique. On passe alors à la deuxième séquence illustrée par la figure 3 dans laquelle, comme précédemment, on a volontairement omis toutes les vannes et tous les conduits autres que ceux nécessaires pour illustrer la circulation de liquide. Cette deuxième séquence ne se différencie de la première que par le simple déplacement vers l'aval, d'un incrément de volume donné, en l'occurrence le volume d'une colonne, des points d'entrée de liquide dans les colonnes et des points de soutirage de ces mêmes colonnes. X.\2487324873-060505 doc - 5 mai 2006 - 9l6 Ainsi : - dans la première étape, la pompe P est mise en route et les vannes V1 à V8 sont réglées pour que la seule circulation de liquide ayant lieu se fasse dans la boucle fermée; - dans la deuxième étape, la pompe P est arrêtée et les vannes VI à v8 sont réglées pour que la seule circulation de liquide ayant lieu se fasse suivant le circuit 43-V8-41-4-42-V4-44, l'arrivée 43 étant reliée à la source de solution aqueuse à traiter et le liquide soutiré par le conduit 44 étant le raffinat (riche en impuretés); - dans la troisième étape, la pompe P est arrêtée et les vannes V1 à V8 sont réglées pour que la seule circulation de liquide ayant lieu se fasse suivant le circuit 23-V6-21-2-22-V2-31-3-32-V3-41-4-42-V4-44, l'arrivée 23 étant reliée à la source d'acide sulfurique dilué et le liquide soutiré par le conduit 44 étant le raffinat (riche en impuretés); - dans la quatrième étape, la pompe P est arrêtée et Ies vannes V1 à v8 sont réglées pour que la seule circulation de liquide ayant lieu se fasse suivant le circuit 23-V6-21-2-22-V2-24, l'arrivée 23 étant reliée à la source d'acide sulfurique dilué et le liquide soutiré par le conduit 24 étant l'extrait (riche en acide organique). On passe ensuite à la troisième séquence, puis à la quatrième séquence en opérant de la même manière, c'est-à-dire en déplaçant à chaque fois vers l'aval, un incrément de volume donné (en l'occurrence le volume d'une colonne), les points d'entrée de liquide dans les colonnes et les points de soutirage à partir de ces mêmes colonnes. On ajoutera que dans une séquence, les étapes peuvent avoir des durées variables de l'une à l'autre.

Etant donné que dans chaque séquence, les deuxième et quatrième étapes n'utilisent pas les mêmes liquides, ni les mêmes zones du lit de résine, les opérations de ces étapes peuvent être mises en oeuvre au moins en partie simultanément, de préférence simultanément. La quatrième étape est alors intégrée à la deuxième étape. De la sorte, chaque séquence ne comportera plus que trois étapes. C'est ce qui est illustré par la figure 4 qui montre que pour la première séquence : - dans la première étape, la seule circulation de liquide qui a lieu se fait dans la boucle fermée. -dans la deuxième étape (qui est mise en oeuvre en même temps que la quatrième étape), les seules circulations de liquide qui ont lieu se font d'une part, suivant le circuit 13 (acide sulfurique dilué)-V5-11--1-12-V1-14 (soutirage d'acide organique) et d'autre part, suivant le circuit 33 (solution aqueuse à traiter) -V7-31-3-32-V3-34-(soutirage d'impuretés), soit les circuits Charge-Raffinat et Eluant-Extrait; X,\24873\24873-060505.doc - 5 n.o 2006 - 10 16 >> -dans la troisième étape, la seule circulation de liquide qui a lieu se fait suivant le circuit 13 (acide sulfurique dilué) -V5-11-1-12-V1-21-2-22-V2-31-3-32-V3-34 (soutirage d'impuretés); Eluant vers Raffinat. L'installation décrite ci-dessus et correspondant aux figures 1 à 4 peut être modifiée en fonction de divers paramètres tels que la nature de l'acide organique, la nature de la résine et la nature de l'éluant. Ainsi, une installation particulièrement adaptée à la séparation de l'acide citrique à partir d'un bouillon de culture clarifié résultant de la fermentation de saccharose en acide citrique comprend 8 colonnes, les introductions et les soutirages l0 de liquides étant réalisés comme suit au cours de la première séquence (à débit constant : - première étape : circulation dans la boucle fermée, d'une durée de 8 min. - deuxième étape : introduction du bouillon de lecture en tête de la 6ème colonne et soutirage d'un liquide riche en impuretés en sortie de la 7eme colonne, d'une durée 15 de 13,8 min. - troisième étape : introduction de l'éluant (acide sulfurique dilué) en tête de la IèCe colonne et soutirage d'unliquide riche en impuretés en sortie de la 7eme colonne, d'une durée de 4,6 min. - quatrième étape : introduction d'éluant (acide sulfurique dilué) en tète de la 20 1 ère colonne et soutirage d'un liquide riche en acide citrique en sortie de la 3ème colonne, d'une durée de13,8 min. Bien entendu, là encore il est possible d'incorporer les opérations de la deuxième étape dans la quatrième étape de façon que chaque séquence ne comporte plus que trois étapes. 25 En pratique, on répète les différentes séquences du procédé suivant l'invention jusqu'à obtention d'un équilibre, c'est-à-dire jusqu'au moment où les liquides soutirés présentent des concentrations sensiblement constantes en soluté. Une fois cet équilibre atteint, on conserve les fractions de liquide riche en acide organique pour isoler ce dernier par concentration. 30 Le tableau ci-après compare les performances du procédé suivant l'invention à celles obtenues avec le procédé SMB décrit dans le brevet canadien CA-A2 007 126 susvisé, représentés schématiquement aux figures 5 et 6, respectivement. Le premier de ces procédés met en oeuvre 8 colonnes de même volume et constituée par une résine acrylique faiblement anionique ayant les caractéristiques 35 granulométriques spécifiques définies ci-dessus (450 m et coefficient 1,2). Le second de ces procédés met en oeuvre 12 colonnes de même volume et constituée par la résine acrylique AMBERLITE IRA-67 . X 1248731,24873-060505. duc - 5 ruai 2006 - 1116 SMB 12 Invention colonnes Solution aqueuse à traiter - acide citrique (%) 43,45 44,00 - sucres (%) 4,60 5,00 Solution purifiée - acide citrique (%) 22,36 22,00 Eluant -quantité par rapport à la solution aqueuse à traiter 3,8 3,6 (1/1 de solution aqueuse) _ Taux de récupération d'acide citrique (%) 99,3 99,0 Pureté de l'acide citrique récupéré (%) 98,5 98,5 Capacité de séparation (kg d'acide citrique/litre de 0,522 0,913 résine /jour) Ce tableau montre que les performances de séparation des deux procédés en cause sont sensiblement identiques (acide citrique de même pureté et taux de récupération d'acide citrique voisins).

En revanche, l'avantage le plus marquant du procédé suivant l'invention réside dans la réduction du nombre de zones de résine de 12 à 8, ce qui conduit à une augmentation très sensible de la capacité spécifique du procédé selon l'invention, la productivité (production d'acide citrique par litre de résine et par jour) passant de 0,522 à 0,913.

X 124873V24873-060505_doc - 5 mai 2006 - 11116

Claims (16)

REVENDICATIONS

1. Procédé pour séparer un acide organique à partir d'une solution aqueuse contenant un tel acide et des impuretés, par passage de cette solution sur un lit fixe chromatographique comprenant une résine anionique et comprenant plusieurs zones en série, des moyens d'écoulement de liquide étant disposés entre des zones adjacentes et entre les dernière et première zones de manière à pouvoir créer une circulation de fluide en boucle fermée, ledit acide organique étant sélectivement plus fortement retenu par ladite résine et au moins l'une des impuretés étant relativement moins fortement retenue sur cette résine que l'acide organique, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs séquences, chaque séquence comprenant les étapes suivantes : (a) maintenir une circulation continue dans la boucle fermée, (b) introduire un certain volume de ladite solution aqueuse en tête d'une zone et soutirer sensiblement simultanément le même volume d'un liquide riche en la ou les impuretés relativement moins fortement retenues, au niveau d'un point situé en aval de cette zone, la boucle étant ouverte; (c) introduire un certain volume d'un éluant apte à déplacer l'acide organique plus retenu, en tête d'une zone située en amont de la zone dans laquelle ladite solution aqueuse est introduite et soutirer sensiblement simultanément le même volume d'un liquide riche en la ou les impuretés relativement moins fortement retenues à partir du point situé en aval défini à l'étape (b), la boucle étant ouverte; et (d) introduire ledit éluant dans la même zone que celle dans laquelle il est introduit lors de l'étape précédente (c) et soutirer sensiblement simultanément l'acide organique en un point situé entre cette zone et celle dans laquelle est introduite la solution aqueuse, la boucle étant ouverte; chaque séquence suivante étant effectuée en déplaçant périodiquement vers l'aval, sensiblement d'un même incrément de volume, le point d'introduction de ladite solution aqueuse, le point d'introduction dudit éluant, le point de soutirage de l'acide organique et le point de soutirage de la ou des impuretés relativement moins fortement retenues.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite résine anionique est une résine acrylique de type anionique, de préférence faible, ayant une taille moyenne d50 située dans la plage de 300 à 500 m, de préférence 350 à 450 m, et un coefficient d'uniformité inférieur ou égal à 1,30, de préférence inférieur ou égal à 1,2. X-v24873124873-060505 doc - 5 mai 2006 - 13.16

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la répartition granulométrique de ladite résine anionique est telle qu'au moins 98,5 % des particules ont une taille inférieure à 600 m.

4. Procédé selon l'une des revendications I à 3, caractérisé en ce que les étapes (a), (b), (c) et (d) sont mises en oeuvre selon la séquence (a), puis dans un ordre quelconque les étapes (b), (c) et (d).

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les lo étapes (b) et (d) sont mises en œuvre au moins en partie simultanément.

6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les étapes (a), (b), (c) et (d) sont mises en oeuvre selon la séquence (a), puis (c) puis ensemble au moins simultanément (b) et (d) ou selon la séquence (a), puis ensemble 15 au moins simultanément (b) et (d), puis (c).

7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit lit fixe est réparti en cellules de même volume, chaque zone pouvant comprendre une ou plusieurs cellules, lesdites cellules pouvant correspondre à une 20 colonne ou une partie de colonne.

8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit lit fixe est réparti en cellules de même volume, chaque zone pouvant comprendre une ou plusieurs cellules, l'éluant étant introduit en tête de la cellule de 25 la zone définie en (b), l'acide organique étant soutiré en sortie de la cellule de la zone définie en (d), la solution aqueuse étant introduite en tête de la cellule de la zone définie en (b) et la ou les impuretés relativement moins fortement retenues étant soutirées en sortie de la cellule de la zone définie en (b). 30

9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'incrément de volume suivant lequel sont déplacés lesdits points d'introduction et lesdits points de soutirage correspond sensiblement au volume d'une cellule.

10. Procédé selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que les zones 35 définies en (b) et (d) comprennent deux ou plusieurs cellules, séparées par au moins une cellule, de préférence au moins deux cellules. X524873'24873-060505.doc - 5 mai 2006 - 14'16

11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit procédé est mis en œuvre à un pH inférieur au premier pK dudit acide.

12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit éluant est de l'acide sulfurique dilué.

13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite solution aqueuse est le bouillon de culture obtenu par une fermentation générant ledit acide organique.

14. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'acide organique est l'acide citrique, et de préférence la solution aqueuse est le bouillon de culture obtenu par fermentation du glucose ou du saccharose générant de l'acide citrique.

15. Procédé selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce que la solution aqueuse est obtenue par clarification du bouillon de culture.

16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que ladite clarification comprend une centrifugation suivie d'une filtration sur membrane. X\24873\24873-060505 doc - 5 mai 2006 - 15.16