專利名稱：生產(chǎn)有機酸的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及生產(chǎn)具有高熔點的有機酸的方法，比如是二元羧酸、三元羧酸或氨基酸(下文中有時通稱為有機酸A)。更具體而言，本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)有機酸的方法，該方法包括有機酸的新的分離/純化步驟，該方法適合于通過微生物轉化由諸如葡萄糖、果糖或纖維素等源自生物的物質來生產(chǎn)有機酸。
背景技術：
羧酸，比如琥珀酸或其衍生物，被廣泛用作聚合物的材料，比如是聚酯或聚酰胺，特別是用作生物可降解聚酯的材料，或者作為食品、藥物和化妝品的材料。此外，諸如檸檬酸等三元羧酸廣泛地用作食品添加劑等。近年來，特別是琥珀酸以及乳酸被認為是生物可降解聚合物的材料。
迄今為止，琥珀酸一直通過馬來酸的氫化來工業(yè)化制備，同時，馬來酸是源自石油的一種材料。因此，作為一項以源自植物的材料來生產(chǎn)諸如有琥珀酸、馬來酸、酒石酸或檸檬酸等有機酸的技術，使用發(fā)酵操作的技術一直在進行研究。此外，通過發(fā)酵方法已經(jīng)生產(chǎn)出氨基酸，但是，氨基酸的分離和純化一般通過等電點沉淀來進行，所述沉淀采用了硫酸。
另外，諸如二元羧酸或三元羧酸這樣的有機酸具有至少兩個羧基、或者羧基和氨基來作為官能團。由于這種氫鍵，其熔點通常是高的(通常至少120℃)，而在生產(chǎn)過程中，作為普通分離/純化方法的蒸餾操作，并不能采用。此外，在使用發(fā)酵的這種有機酸生產(chǎn)中，由于諸如真菌或霉菌等用于發(fā)酵的微生物通常在低pH條件下不會表現(xiàn)出充足的活性，因而通常需要進行中和。因此，從發(fā)酵罐中獲得的有機酸通常與用于中和的堿形成鹽的形式。這是一個使得這種有機酸的分離/純化變得更為困難的因素。
此前，對于由發(fā)酵形成的有機酸的鹽來說，一種采用電滲析的方法(JP-A-2-283289)可作為普通的分離/純化方法。然而，電滲析具有一個問題，即由于設備的大小與生產(chǎn)規(guī)模成比例，而即使以工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)，規(guī)模效益仍是小的，結果成本往往是高的。
另外，已經(jīng)建議一種采用離子交換樹脂的方法(美國專利6284904)。然而，該方法中，在再生該離子交換樹脂的時候，會形成強酸和強堿的鹽(比如NaCl)，結果則是，這種鹽需要被除去或用電滲析來處理。
另外，已經(jīng)建議了一種用硫酸來分解琥珀酸鈣的方法(JP-A-3-030685)。然而在該方法中，硫酸鈣將作為副產(chǎn)物而大量形成，而其處理是成問題的。
另外，作為一種有效的方法，已經(jīng)建議了一種通過鹽的交換反應來進行反應結晶的方法，所述交換反應使用了硫酸(JP-A-2001-514900，美國專利5958744)。換句話說，這是一種通過進行反應結晶來沉淀和分離有機酸的方法，其中使用了將硫酸加入有機酸的銨鹽中的方式。
在這種方法中，在通過結晶來分離有機酸之后，可溶解量的有機酸銨鹽將留在結晶母液中，并且硫酸銨也將包含于這種結晶母液中。為了增加整個處理的回收率，有必要回收保留在結晶母液中的這種有機酸銨鹽，但即使再將結晶操作應用于這種結晶母液，要分離出固體形式的硫酸銨、而又使有機酸銨鹽保留在液體中，這是極其困難的。否則，即使試圖通過諸如蒸餾等氣/液分離操作來進行分離，有機酸銨鹽和硫酸銨具有非常高的熔點，在來使這些化合物蒸發(fā)的這種高溫條件下，有機酸銨鹽將發(fā)生脫水反應，從而要回收該有機酸將是不可能的。另外，使用這種方法，為了從硫酸銨中回收以及再利用硫酸，則需要特殊的設備來在至少300℃的溫度下進行硫酸銨的熱解。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個目的是解決這樣的常規(guī)問題，并提供一種新的生產(chǎn)具有高純度的有機酸A的方法，該方法通過在中和劑的存在下從有機酸A的鹽中分離出并純化游離的有機酸A，所述有機酸A的鹽通過經(jīng)碳源微生物轉化的發(fā)酵方法而形成。
本發(fā)明的另一個目的是提供這樣一種方法，通過分解和再利用在前述生產(chǎn)有機酸A的新方法中形成的副產(chǎn)品鹽來有效地生產(chǎn)有機酸A，該方法成本低，而且出于環(huán)境的考慮，其廢物量低。
作為對上述問題深入研究的結果，本發(fā)明人對由本發(fā)明獲得的有機酸A的下述特性給予特別的關注在弱的一元羧酸(下文中稱為酸B)比如乙酸或丙酸中，有機酸A的溶解度通常是低的，而其溫度依賴性是高的，并且有機酸A的銨鹽在酸B中具有高的溶解度?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，通過利用這些特性，可通過使用酸B的反應結晶從而以酸的形式分離出有機酸A的銨鹽，所述銨鹽單從pKa(Ka電離常數(shù)，pKa＝log10Ka)判斷應該是幾乎不可分解的，并且，可在相對溫和加熱的條件下分解作為副產(chǎn)物形成的酸B的銨鹽，并且可再利用分解所獲得的氨。
在本發(fā)明中，除另有說明外，“銨鹽”指單、二和/或三銨鹽。
公知的是，一般而言，弱酸鹽可被強酸通過交換反應所分解，從而產(chǎn)生作為副產(chǎn)物的強酸鹽，并獲得弱酸。這就是前述用來進行鹽的交換反應的常規(guī)方法，其中使用了硫酸(美國專利5958744)。另外，在采用離子交換樹脂的方法中，離子交換樹脂還需是一種比二元羧酸或三元羧酸更強的酸。然后，正如前面所述，在這樣的方法中，將形成比所需有機酸更強的酸的鹽作為副產(chǎn)物。
如果以pKa作為酸強度的指數(shù)來作比較，例如，琥珀酸和乙酸的pKa見下面，顯然，琥珀酸二銨(二級kPa)能與乙酸進行酸/堿交換反應，但是琥珀酸一銨則幾乎不能與乙酸進行這樣的酸/堿反交換反應。
琥珀酸 一級pKa 4.21琥珀酸 二級pKa 5.64乙酸 pKa 4.76因此，如前所述，采取使用強酸或具有強酸性的離子交換樹脂的方法已經(jīng)是常用的。如JP-A-2001-514900中所示，在采用無機酸的結晶中，通常要求通過單級結晶具有高的回收率，因為無機酸的銨鹽通常是不易揮發(fā)的。因此，在琥珀酸的情況中，一級pKa為4.21，由此為獲得足夠的回收率，其pH必須小于2.1。因而在JP-A-2001-514900中，在反應結晶中使用硫酸。在這種方法中，pH要求在1.5-1.8。
然而，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，單靠酸/堿反應很難獲得的有機酸A可被輕松地分離出并純化，所用方式是使用諸如一元羧酸等酸B來進行反應結晶，所述酸B是一種比所需酸A更弱的酸。
也就是說，在中和劑的存在下通過微生物轉化而獲得的有機酸A，在弱酸B中作為有機酸A的銨鹽具有高的溶解度，而作為游離有機酸A則具有低的溶解度，注意到上述事實，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，存在一個區(qū)域，其中在酸B中，作為有機酸A的銨鹽是可溶的，但作為無氨有機酸A則是不可溶的。
另一方面，酸B可作為質子源，因而通過允許足量的酸B共存并降低pH，可以將有機酸A的銨鹽通過與酸B的酸/堿反應來轉化成無氨有機酸A。如果這種無氨有機酸A的存在超過了溶解度，則無氨有機酸A將沉淀出。此時，銨鹽形式的有機酸A在酸B中具有足夠高的溶解度，因而不會同時沉淀。
在上述發(fā)現(xiàn)的基礎上，本發(fā)明人成功地通過反應結晶來分離出有機酸A，所述有機酸A單靠酸/堿反應是難以獲得的，所述反應結晶中使用了比有機酸A更弱的酸B。
另一方面，在這種情況中，與通過采用強酸的常規(guī)結晶相比較，每級的回收可能是較低的。因此，優(yōu)選的是，作為副產(chǎn)物形成的酸B的銨鹽以及有機酸A的銨鹽(這兩者都包含在母液中)可通過工業(yè)化操作來從母液中分離和回收，以及再循環(huán)。另外，如果作為副產(chǎn)物形成的酸B的銨鹽被除去，則將像常規(guī)技術一樣產(chǎn)生所除去廢物的問題，因此，優(yōu)選分解和再利用作為副產(chǎn)物形成的酸B的銨鹽。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，構成有機酸A的銨鹽的氨是一種揮發(fā)性堿，而在揮發(fā)性酸(優(yōu)選具有低沸點的飽和一元羧酸，比如乙酸或丙酸)被用作酸B的情況中，可以使酸B的銨鹽蒸發(fā)。通過這個操作，成功地通過反應結晶從所含母液中回收了有機酸A。
因此，本發(fā)明通過具有下述特征來得以表征。
1.一種生產(chǎn)有機酸A的方法，該方法包括用滿足下面公式(1)的酸B來使有機酸A的銨鹽進行反應結晶，從而分離出固體形式的有機酸ApKa(A)≤pKa(B) (1)其中，pKa(A)和pKa(B)分別代表有機酸A和酸B的電離指數(shù)，假若它們具有多個值，則代表其中最小的pKa。
2.根據(jù)第1項所述的方法，其中，酸B是揮發(fā)性的。
3.根據(jù)第1或2項所述的方法，其中，有機酸A是熔點至少為120℃的有機酸。
4.根據(jù)第1或2項所述的方法，其中，有機酸A是C4-12的二元羧酸或三元羧酸，或者C4-12的氨基酸。
5.根據(jù)第1-4任一項所述的方法，其中，酸B是一元羧酸。
6.根據(jù)第1-4任一項所述的方法，其中，酸B是乙酸或丙酸。
7.根據(jù)第1-6任一項所述的方法，其中，以單級或多級的方式進行反應結晶，并且至少在一級中，pH為2.1-6.5。
8.根據(jù)第1-7任一項所述方法，其中，有機酸A的銨鹽通過微生物轉化步驟而獲得，在該微生物轉化步驟中，在至少一種中和劑的存在下，碳源被微生物轉化，所述中和劑選自于氨、碳酸銨和尿素。
9.根據(jù)第1-7任一項所述方法，其中，有機酸A的銨鹽以有機酸A的銨鹽水溶液的形式而獲得，其獲得的方式是通過微生物轉化步驟，來獲得包含有機酸A的堿金屬鹽和/或堿土金屬鹽的反應溶液，在該微生物轉化步驟中，碳源在至少一種中和劑的存在下被微生物轉化，所述中和劑選自于堿金屬氫氧化物、堿土金屬氫氧化物、堿金屬碳酸鹽和堿土金屬碳酸鹽；將氨和二氧化碳和/或碳酸銨加入所述包含有機酸A的堿金屬鹽和/或堿土金屬鹽的反應溶液中，來進行反應結晶，從而沉淀出堿金屬碳酸鹽和/或堿土金屬碳酸鹽(索爾韋法處理步驟)；以及，分離所沉淀的碳酸鹽。
10.根據(jù)第8或9項所述的方法，所述方法包括對在微生物轉化步驟中獲得的反應溶液進行濃縮的濃縮步驟，并且，使在濃縮步驟中獲得的濃縮物進行反應結晶。
11.根據(jù)第1-7任一項所述的方法，其中，有機酸A的銨鹽形成于一化學過程。
12.根據(jù)第1-11任一項所述的方法，其中，分離出通過反應結晶而沉淀的有機酸A；在分離之后，通過分解步驟來分解結晶母液中的酸B的銨鹽，從而獲得酸B；并將獲得的酸B再循環(huán)用作反應結晶中的溶劑。
13.根據(jù)第12項所述的方法，其中，分離出通過反應結晶而沉淀的有機酸A；在分離之后，通過蒸發(fā)結晶母液中的酸B來濃縮結晶母液；然后，分解/蒸發(fā)酸B及其銨鹽，以回收有機酸A及其銨鹽。
14.根據(jù)第13項所述的方法，其中，在不高于酸B的銨鹽的熔點的溫度下，進行酸B的蒸發(fā)。
15.根據(jù)第13或14項所述的方法，其中，通過在0.001mmHg-200mmHg的減壓下加熱，來進行酸B及其銨鹽的分解/蒸發(fā)。
16.根據(jù)第12-15任一項所述的方法，其中，分解步驟包括加熱步驟，加熱一種含有酸B的銨鹽、酸B的堿金屬鹽和/或堿土金屬鹽和水的液體，并排出堿性水溶液的氣體；和在不高于酸B的銨鹽的熔點的溫度下，使從加熱步驟中排出的堿性水溶液直接或冷凝之后，進行氣/液分離、氣/固分離或氣/液/固分離的步驟。
17.根據(jù)第12-15任一項所述的方法，其中，分解步驟包括以下加熱步驟將含有酸B的銨鹽、酸B的堿金屬鹽和/或堿土金屬鹽和水的液體供應到蒸餾塔，并從蒸餾塔的頂部排出堿性水溶液的氣體，所述蒸餾塔具有至少兩塊塔板作為實際的塔板數(shù)。
18.根據(jù)第17項所述的方法，其中，在加熱步驟中，將含有酸B的銨鹽、酸B的堿金屬鹽和/或堿土金屬鹽和水的液體供應到蒸餾塔的一個位置，該位置的溫度不高于酸B的銨鹽的熔點，所述蒸餾塔具有至少兩塊塔板作為實際的塔板數(shù)。
19.根據(jù)第16-18任一項所述的方法，其中，構成酸B的堿金屬鹽和/或堿土金屬鹽的堿金屬和/或堿土金屬是選自于Na、K、Ca和Mg中的至少一種。
20.根據(jù)第16-18任一項所述的方法，其中，在加熱步驟中排出堿性水溶液的氣體之后的液體，通過分離步驟進行處理從而回收酸B，所述分離步驟在減壓或常壓以及至少125℃的溫度下進行。
21.根據(jù)第20項所述的方法，其中，將分離步驟后的殘留液體與一含有水的體系混合，從而水解酰胺化合物，然后再循環(huán)到加熱步驟中，所述酰胺化合物在加熱步驟和分離步驟中作為副產(chǎn)品形成。
22.根據(jù)第1-10和12-21任一項所述的方法，其中，有機酸A的銨鹽通過微生物轉化步驟作為包含有機酸A的銨鹽的反應溶液而獲得，在所述微生物轉化步驟中，通過微生物并用氨作為中和劑來進行轉化；分離通過反應結晶而沉淀的有機酸A，所述反應結晶通過加入酸B來進行；在分離之后，結晶母液中酸B的銨鹽被分解，從而獲得氨；以及將氨用作微生物轉化步驟中的中和劑。
23.根據(jù)第1-10和12-21任一項所述的方法，其中，有機酸A的銨鹽以有機酸A的銨鹽水溶液的形式而獲得，其獲得的方式是通過微生物轉化步驟，來獲得包含有機酸A的堿金屬鹽和/或堿土金屬鹽的反應溶液，在該微生物轉化步驟中，碳源在至少一種中和劑的存在下被微生物轉化，所述中和劑選自于堿金屬氫氧化物、堿土金屬氫氧化物、堿金屬碳酸鹽和堿土金屬碳酸鹽；將氨和二氧化碳和/或碳酸銨加入所述包含有機酸A的堿金屬鹽和/或堿土金屬鹽的反應溶液中，來進行反應結晶，從而沉淀出堿金屬碳酸鹽和/或堿土金屬碳酸鹽(索爾韋法(Solvay)處理步驟)；分離所沉淀的碳酸鹽；分離通過反應結晶而沉淀的有機酸A，所述反應結晶通過加入酸B來進行；在分離之后，結晶母液中酸B的銨鹽被分解，從而獲得氨；并將氨用作索爾韋法處理步驟中的氨源。
24.根據(jù)第1-23任一項所述的方法，其中，反應結晶以多級的方式來進行，并在第二級或其后級的反應結晶中，在分離沉淀的有機酸A之后，將結晶母液直接地或在下述步驟之后再循環(huán)到前級的用于反應結晶的結晶器中在通過包含酸B的反應結晶溶劑的汽化來濃縮酸B的銨鹽之后，或者在分離出溶解于母液中的有機酸A或其鹽之后。
25.在通過將酸B的銨鹽分解成酸B和氨來分離和回收酸B和氨的過程中，一種用來分解酸B的銨鹽的方法，所述方法包括加熱步驟，加熱含有酸B的銨鹽、酸B的堿金屬鹽和/或堿土金屬鹽和水的液體，并排出堿性水溶液的氣體；和在不高于酸B的銨鹽的熔點的溫度下，使從加熱步驟中排出的堿性水溶液的氣體直接地或在冷凝之后，進行氣/液分離、氣/固分離或氣/液/固分離的步驟。
26.在通過將酸B的銨鹽分解成酸B和氨從而分離和回收酸B和氨的過程中，一種用來分解酸B的銨鹽的方法，所述方法包括加熱步驟，該加熱步驟為，將含有酸B的銨鹽、酸B的堿金屬鹽和/或堿土金屬鹽和水的液體供應到蒸餾塔的一個位置，并從蒸餾塔的頂部排出堿性水溶液的氣體，所述蒸餾塔具有至少兩塊塔板作為實際的塔板數(shù)，所述位置的溫度不高于酸B的銨鹽的熔點。
27.根據(jù)第25或26項所述的方法，其中，構成酸B的堿金屬鹽和/或堿土金屬鹽的堿金屬和/或堿土金屬是選自于Na、K、Ca和Mg中的至少一種。
28.根據(jù)第25-27任一項所述的方法，其中，酸B是選自于甲酸、乙酸、丙酸和丁酸中的至少一種。
29.根據(jù)第25-28任一項所述的方法，該方法包括回收酸B的步驟，在該步驟中，使在加熱步驟中排出堿性水溶液的氣體之后的液體進行分離步驟，從而回收酸B，所述分離步驟在減壓或常壓以及至少125℃的溫度下進行。
30.根據(jù)第25-29任一項所述的方法，其中，將分離步驟后的殘留液體與一含有水的體系混合，從而水解酰胺化合物，然后再循環(huán)到加熱步驟中，所述酰胺化合物在加熱步驟和分離步驟中作為副產(chǎn)品形成。
31.有機酸A，其通過第1-24任一項所述的方法來生產(chǎn)。
32.使用有機酸A作為原料制備的聚合物，所述有機酸A通過第1-24任一項所述的方法來生產(chǎn)。


圖1是表示一套設備的構造的示意流程圖，所述設備適合用來進行分解本發(fā)明酸B的銨鹽的方法。
圖2是表示另一套設備的構造的示意流程圖，所述設備適合用來進行分解本發(fā)明酸B的銨鹽的方法。
圖3是表示另一套設備的構造的示意流程圖，所述設備適合用來進行分解本發(fā)明酸B的銨鹽的方法。
圖4是表示另一套設備的構造的示意流程圖，所述設備適合用來進行分解本發(fā)明酸B的銨鹽的方法。
圖5是表示另一套設備的構造的示意流程圖，所述設備適合用來進行分解本發(fā)明酸B的銨鹽的方法。
圖6是表示在測試例2-2和2-3中所采用設備的構造的流程圖。
符號的含義1、1A、1B蒸餾塔 2汽化器3乙酰胺分解器4薄膜蒸發(fā)器 5閃蒸罐10蒸餾塔 12油浴13燒瓶 16喂料罐 17預熱器具體實施方式
現(xiàn)在，將詳細表述根據(jù)本發(fā)明來生產(chǎn)有機酸的方法的實施方式。
有機酸A的銨鹽的形成通過本發(fā)明來生產(chǎn)的有機酸A可以是，例如，一種熔點優(yōu)選為至少120℃的有機酸。其碳數(shù)目優(yōu)選為4-12，并優(yōu)選具有直鏈的形式。典型的例子有例如二元羧酸或三元羧酸。優(yōu)選的二元羧酸或三元羧酸具有2或3個與飽和或不飽和脂肪烴相結合的羧基，并且可具有支鏈或環(huán)狀結構，以及可具有取代基。另外，有機酸A包括熔點優(yōu)選至少120℃的氨基酸。
詳細而言，有機酸A可以是，例如，琥珀酸、富馬酸、馬來酸、蘋果酸、酒石酸、天冬氨酸、戊二酸、谷氨酸、己二酸、辛二酸、檸檬酸、衣康酸、對苯二酸、苯丙氨酸、色氨酸、天冬酰胺酸、纈氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、組氨酸、蛋氨酸或酪氨酸。這些酸可以是它們中兩種或多種的混合物。其中，優(yōu)選作為有機酸A的是，例如，琥珀酸、己二酸、谷氨酸、辛二酸、酒石酸或檸檬酸。特別優(yōu)選的是琥珀酸、己二酸、谷氨酸或辛二酸。
這種有機酸A可通過，例如，使用碳源作為起始原料的微生物轉化來形成。作為碳源，可使用例如，可發(fā)酵的碳水化合物，比如半乳糖、乳糖、葡萄糖、果糖、甘油、蔗糖、saccharose、淀粉或纖維素等碳水化合物，或者諸如甘油(glycerine)、甘露醇、木糖醇或核糖醇等多元醇。其中，優(yōu)選葡萄糖、果糖或甘油。特別優(yōu)選葡萄糖。作為更廣義的來自植物的材料，優(yōu)選纖維素這種紙的主要成分。另外，也可使用含有上述可發(fā)酵碳水化合物的淀粉糖化液體或糖蜜。這種可發(fā)酵碳水化合物可以單獨使用，或者以它們兩種或多種的混合物來結合使用。
所用于這種微生物轉化的微生物沒有特別的限制，只要其具有產(chǎn)生有機酸A的能力即可。例如，可使用厭氧細菌，比如厭氧螺菌屬(Anaerobiospirillum)(美國專利5143833)；兼性厭氧細菌，比如放線桿菌屬(Actinobacillus)(美國專利5504004)或埃希氏菌屬(Escherichia)(美國專利5770435)；或者好氧細菌，比如棒狀桿菌屬(Corynebacterium)(JP 11113588)。微生物轉化中的反應條件，比如反應溫度、壓力等，取決于所選擇的真菌、霉菌等的活性，但是為獲得相應有機酸A的合適條件可根據(jù)各自情況來合適地選擇。
在上面的微生物轉化中，如果pH變低，則微生物的代謝活動趨于變低，或者微生物趨向于停止其活動，從而產(chǎn)品收得率可能變差，或者微生物可能死亡。因此，使用了中和劑。通常，反應體系中的pH通過pH傳感器來測定，并且每當加入中和劑時，將pH調節(jié)在指定的pH范圍內。在本發(fā)明中，添加中和劑的方法沒有特別的限制，其可以是連續(xù)添加或間斷添加。
中和劑可以是，例如，氨、碳酸銨、尿素、堿金屬氫氧化物、堿土金屬氫氧化物、堿金屬碳酸鹽或堿土金屬碳酸鹽。優(yōu)選氨、碳酸銨或尿素。也就是說，如上所述，在采用堿金屬氫氧化物或堿土金屬氫氧化物或者堿金屬碳酸鹽或堿土金屬碳酸鹽的情況中，在使用酸B的反應結晶中，酸B的堿金屬鹽或堿土金屬鹽將作為副產(chǎn)物而形成，而用于中和的堿金屬或堿土金屬不能被直接回收。因此，在索爾韋法處理步驟中，需要一個獲得有機酸A的銨鹽的步驟。另外，堿金屬氫氧化物或堿土金屬氫氧化物可以是，例如，NaOH、KOH、Ca(OH)2、Mg(OH)2或其混合物。堿金屬碳酸鹽或堿土金屬碳酸鹽可以是，例如，Na2CO3、K2CO3、CaCO3、MgCO3、NaKCO3或其混合物。
通過這種中和劑來調節(jié)的pH值，根據(jù)所用真菌或霉菌的類型，被調節(jié)在最大效率獲得其活性的范圍內。通常，pH在4-10的范圍內，優(yōu)選6-9。
作為通過本發(fā)明生產(chǎn)的有機酸A的起始原料，有機酸A的銨鹽并不限制于由上述微生物轉化而獲得的有機酸A的銨鹽，而可以是從石化過程或其它各種過程中產(chǎn)生的或作為副產(chǎn)物產(chǎn)生的有機酸A的銨鹽。
反應結晶一般而言，結晶指的是一種將必要成分沉淀而非必要成分溶解于溶劑中的操作。而在本發(fā)明中，“反應結晶”指的是一種通過反應來獲得必要成分、同時進行結晶的操作。也就是說，其指的是一種操作，在該操作中，在進行一反應來獲得待結晶的所需產(chǎn)物的同時，進行所需產(chǎn)物的結晶。在本發(fā)明中，如前所述，這種有機酸A的分離和純化通過反應結晶來進行，所述反應結晶采用了酸B，這是一種比有機酸A弱的酸。所用的酸B，需滿足下面的公式(1)pKa(A)≤pKa(B) (1)此處公式(1)中，Ka(A)和Ka(B)分別代表有機酸A和酸B的電離常數(shù)，在它們具有多個值的情況中，則代表其中最小的pKa。雖然取決于有機酸A的官能團，但在滿足上面公式(1)的同時，優(yōu)選pKa(B)比pKa(A)大0-3。
作為酸B的實例，優(yōu)選C1-6、特別優(yōu)選C1-4的一元羧酸?？闪信e選自于甲酸、乙酸、丙酸、正丁酸和異丁酸中的至少一種。其中，從對設備的材料的腐蝕性和蒸發(fā)潛熱的角度來看，優(yōu)選乙酸或丙酸。更優(yōu)選的是，它是一種由用于微生物轉化的真菌產(chǎn)生的作為副產(chǎn)物的酸。例如，在JP-A-11-206385或JP2002-34826所公開真菌的情況中，優(yōu)選乙酸。
另外，酸B必須是揮發(fā)性的，這樣它就可從其堿金屬鹽中分離。此外，優(yōu)選它是熱穩(wěn)定的。不優(yōu)選以下酸具有碳-碳雙鍵或三鍵，且在不高于200℃的條件下在堿金屬或堿土金屬的存在下能進行聚合或分解的酸；或者具有過氧官能團，且在不高于200℃的條件下在堿金屬或堿土金屬的存在下能進行自分解的酸；或者在一個分子如乳酸、酒石酸或氨基酸中具有多個官能團且可形成聚合物(比如聚酯或聚酰胺)的酸。
如上所述，有機酸A從發(fā)酵罐中作為一種稀水溶液以鹽的形式而獲得，并伴有在微生物轉化中采用的中和劑。因此，從該發(fā)酵罐放出的反應溶液中分離和純化有機酸A，由此生產(chǎn)出作為商品的有機酸A。在此，將表述一種情況，其中選自于氨、碳酸銨和尿素的至少一種物質被用作中和劑(下文中有時稱為氨型中和劑)。
在該情況中，來自發(fā)酵罐的含有機酸A的銨鹽的反應溶液通常是稀的水溶液，優(yōu)選濃縮這種反應溶液。用來濃縮的方法沒有特別的限制，例如，可提及蒸發(fā)、用醇等來結晶、使用反滲透的膜分離、或使用離子交換膜的電滲析。其中，如前所述，電滲析具有困難，即不能獲得規(guī)模效益，并且設備或操作的成本是高的。使用醇等的結晶中，需要另外的蒸餾設備來回收醇。從這種觀點及成本的觀點看，優(yōu)選蒸餾，優(yōu)選地，可提及使用多效蒸發(fā)器來蒸餾。
關于反應溶液濃縮的程度，甚至在高濃度的水溶液這種情況中，例如，對于有機酸A的銨鹽的濃度至少為40重量％的高度濃縮的水溶液，也可進行濃縮，直到有機酸A的銨鹽以固體形式沉淀出。在高度濃縮的水溶液中，有個優(yōu)點是，溶解進入酸B是容易的，并且該操作相對于漿體或固體而言是容易的。另一方面，在有機酸A的銨鹽被制成固體形式的情況中，可避免水和酸B的混合，這是有利的，即，即便過量的氨或酸B的銨鹽作為副產(chǎn)物形成，這種氨或銨鹽也可在干燥/蒸發(fā)步驟中通過汽化來除去，例如，通過使用薄膜蒸發(fā)器來進行汽化。合適地確定濃縮的程度，可將包括微生物轉化的反應條件在內的整個過程最優(yōu)化，這些反應條件對于雜質的類型和量都具有影響。
根據(jù)有機酸A或酸B的類型，可以單級或多級(多數(shù)級)來進行反應結晶。由于諸如初期投資、操作條件或回收率等的限制，通常以多級來進行，在許多情況中特別優(yōu)選以2-4級來進行。另外，在進行多級結晶的情況中，pH不高于7的結晶符合本發(fā)明中的反應結晶。當pH不高于7時，例如，如果有機酸A是琥珀酸，則琥珀酸一銨鹽可從琥珀酸二銨鹽中獲得，由此，在隨后的反應結晶中，可以獲得更高回收率的琥珀酸。因此，這符合結晶反應。
在最后一級反應結晶中(以單一級來進行反應結晶時，是指該單一級結晶)，加入反應溶液中的酸B的量可以是這樣的量通過酸B的添加從而使有機酸A沉淀，即對于通過酸B與有機酸A的銨鹽的酸/堿反應來形成有機酸A而言，量是足夠的，并且足夠使形成的有機酸A沒有溶解地沉淀出。酸B的量根據(jù)酸B的類型和pKa、酸A的類型和pKa、發(fā)酵反應溶液濃縮的程度等而變化，并且沒有特別的限制。從操作效率、沉淀效率等的觀點看，當濃縮物為固體形式時，所添加酸B的量以摩爾計為有機酸A的銨鹽的大約1-100倍，優(yōu)選以摩爾計為大約1.5-30倍，更優(yōu)選以摩爾計為大約2-20倍。
另外，在沉淀上述有機酸A的體系中，可含有水。尤其在氨大量存在的條件下，為溶解作為副產(chǎn)物形成的酸B的銨鹽，在許多情況下系統(tǒng)中含有水是理想的，而當所用酸B的量小的時候，也可添加水。
對于通過添加酸B的有機酸A反應結晶的條件而言，并沒有特別的限制。然而，通常，可將酸B加入上述反應溶液的濃縮物中，接著加熱，然后將該混合物放置冷卻。另外，可加入水從而溶解有機酸A的銨鹽，然后加入酸B來結晶。后面的方法對于這樣的有機酸A比如谷氨酸而言是有效的，谷氨酸酸形式在水中具有低的溶解度，當形成鹽時則具有高的溶解度，它的溶解度差別是顯著的。
結晶時加熱溫度、加熱時間和冷卻溫度還可以根據(jù)濃縮物中有機酸A的類型、所添加酸B的類型和量等來變化。然而，通常優(yōu)選的是，在60-130℃的溫度下完全溶解，然后在最高50℃、優(yōu)選最高40℃且至少0℃、優(yōu)選至少10℃的溫度下放置冷卻。
在采用乙酸作為酸B的情況中，其熔點為16℃，但通過凝固點降低的影響，可將冷卻溫度降低至接近10℃。對于實際過程來說，冷卻溫度優(yōu)選至少15℃來作為安全條件，以避免酸B的凝固。尤其是在連續(xù)過程的情況中，優(yōu)選熱交換器的導熱劑(utility)(冷卻介質)溫度具有與目標溫度大約10℃的溫差，當酸B是乙酸時，冷卻溫度更優(yōu)選為至少20℃。
本發(fā)明中的反應結晶可根據(jù)通常的方法、使用平常采用的結晶設備來進行。然而，對于一些有機酸A，特別是琥珀酸而言，結晶速度是緩慢的，因此，優(yōu)選采用一些措施來改善結晶的量，比如使晶種循環(huán)或使用長的保留時間。
通過進行反應結晶，具有在酸B中低溶解度的有機酸A將形成，并通過酸B與酸A的銨鹽的酸/堿反應來沉淀出，所述酸A通過采用氨型中和劑的微生物轉化而獲得。因此，使用比如過濾從該結晶溶液中分離出沉淀，通過上述處理，可回收得作為目標產(chǎn)物的高純度有機酸A。所得有機酸A可被純化，例如，根據(jù)情況需要，通過采用比如酸B的重結晶，來獲得最終產(chǎn)物。
另外，在通過微生物轉化的有機酸A的生產(chǎn)中，根據(jù)微生物，可通過中和劑來改變生產(chǎn)率。因此，存在下述情況優(yōu)選使用堿金屬和/或堿土金屬的氫氧化物或者碳酸鹽(下文中有時稱為堿金屬或堿土金屬型中和劑)而不是上面的氨型中和劑，來作為中和劑。在采用堿金屬或堿土金屬型中和劑的情況中，通過微生物轉化的有機酸A將以堿金屬鹽或堿土金屬鹽的形式而形成，但堿金屬或堿土金屬是不揮發(fā)的，由此，要從母液中分離出有機酸A和酸B的堿金屬鹽或堿土金屬鹽，這是困難的，所述母液含有有機酸A和作為該反應結晶的副產(chǎn)物而形成的酸B的堿金屬鹽或堿土金屬鹽。
因此，在采用堿金屬或堿土金屬型中和劑的情況中，采用索爾韋法法作為第一反應結晶步驟，其中進行堿的交換來獲得有機酸A的銨鹽，然后在第二反應結晶步驟將該有機酸A的銨鹽經(jīng)過使用酸B的反應結晶，從而獲得有機酸A。同樣在該情況中，優(yōu)選將在微生物轉化步驟中獲得的反應溶液在進行濃縮之后，供應到第一反應結晶步驟。
在第一反應結晶步驟中，首先，將氨和二氧化碳和/或碳酸銨加入在濃縮步驟中獲得的濃縮物中，從而從有機酸A的堿金屬鹽或堿土金屬鹽水溶液中沉淀出堿金屬的碳酸鹽或堿土金屬的碳酸鹽。在該第一反應結晶步驟中，氨和二氧化碳和/或碳酸銨的添加量并沒有特別的限制，只要其足夠來沉淀堿金屬的碳酸鹽或堿土金屬的碳酸鹽。
通過該第一反應結晶，從有機酸A的堿金屬鹽或堿土金屬鹽中，堿金屬碳酸鹽或堿土金屬碳酸鹽將沉淀，有機酸A的銨鹽將形成。在接下來第二反應結晶步驟中，從在第一反應結晶步驟中形成的有機酸A的銨鹽中，有機酸A將通過反應結晶而沉淀，該反應結晶使用了酸B，其使用方式與采用上述氨型中和劑的情況中的反應結晶中的相同。
在經(jīng)分離的母液中酸B、有機酸A和其銨鹽的分離、回收和再循環(huán)在從反應結晶溶液中分離出有機酸A之后，經(jīng)分離的母液(下文中有時稱為“結晶母液”或“母液”)包含有機酸A的銨鹽、隨酸/堿反應形成的酸B的銨鹽、過量的酸B和殘留的有機酸A。在本發(fā)明中，酸B及其銨鹽通過下面的方法從該經(jīng)分離的母液中有效地分離出，由此，可回收有機酸A的銨鹽和有機酸A。另外，將該分離出的酸B的銨鹽分解，從而獲得氨，并再利用。
在本發(fā)明中，首先，酸B被汽化，并從結晶母液中除去，接著進一步加熱來汽化酸B的銨鹽。酸B從結晶母液中的汽化優(yōu)選在不高于酸B的銨鹽的熔點的溫度下進行，并且可通過比如，釜式蒸發(fā)器、薄膜蒸發(fā)器、具有加熱部分的閃蒸罐、熱交換器和閃蒸罐的結合、或它們的結合來進行。在采用具有蒸餾塔形式的設備的情況中，如果塔內部不高于酸B的銨鹽的熔點，可將結晶母液供應到任何位置，比如冷凝器部分、回流管道等。設備的規(guī)格和形式可以是任意的，只要其能滿足下述條件能在不高于酸B的銨鹽熔點的溫度下將酸B汽化。
酸B汽化的溫度范圍優(yōu)選至少20℃、并且最高為酸B的銨鹽的熔點。乙酸銨作為本發(fā)明中酸B的銨鹽的典型實例，其熔點為114℃。熔點在分子運動中具有特殊的意義，如果乙酸銨超過了其熔點，則將被汽化同時被熱解。酸B的銨鹽的沸點在理論上必定存在，也涉及諸如升華等現(xiàn)象。很難根據(jù)熱解和蒸發(fā)或升華的貢獻來將其分開。因此，酸B的銨鹽的汽化在本發(fā)明中有時可稱為“分解/汽化”。另一方面，丙酸銨具有強的潮解性，而其熔點尚不知道。然而，考慮到與乙酸銨的相似性，很難來簡單地認為乙酸和丙酸間熔點的差別就是它們銨鹽間的差別。然而，略低于114℃的溫度，比如100℃，被推測是丙酸銨的熔點。
乙酸熔點16.6℃乙酸銨熔點 114℃丙酸熔點-20.8℃因此，酸B汽化的溫度也根據(jù)酸B的類型(即酸B的銨鹽的類型)而變化，但是，通常優(yōu)選在40-100℃的范圍內。在這種溫度下汽化的同時，除溫度之外的操作條件并沒有特別的限制。然而，關于壓力條件，優(yōu)選減壓或常壓，因為如果壓力升高，設備的材料的腐蝕將是猛烈的。特別優(yōu)選的是10-400mmHg的減壓，更優(yōu)選40-200mmHg。
在酸B汽化的同時，包含于結晶母液中的具有比酸B更低熔點的物質，比如水等，也將被汽化。
這樣，結晶母液中的酸B被汽化并回收，但從隨后操作的觀點看，即酸B的銨鹽的汽化、殘留有機酸A的銨鹽或有機酸A的回收等，酸B從結晶母液中汽化和除去的量也可根據(jù)酸B和其它成分在結晶母液中的量而變化，但汽化可以達到使母液成為漿狀物的程度。如果用通常的方法通過第二氣化設備來繼續(xù)汽化而獲得固體，導熱率往往變差(例如，薄膜蒸發(fā)器)，這是不盡人意的。作為一個指數(shù)，有機酸A的溶解度將在氣化溫度下飽和。根據(jù)對應于所除去氨的量的酸B的銨鹽的量和結晶溫度下有機酸A的溶解量來測定飽和溶解度。在下文中，汽化酸B之后的結晶母液有時被稱為“第一殘留液”在酸B汽化之后的酸B的銨鹽汽化期間，保留時間是重要的。也就是說，從下文中給出的測試例中顯然可看出，通過在大約120℃的溫度下加熱，將迅速地促進酰胺化反應。另一方面，為了將酸B的銨鹽與有機酸A及其銨鹽相分離，需要更高的溫度，因而特別優(yōu)選至少為酸B的銨鹽熔點的溫度。
因此，作為一種汽化酸B的銨鹽的方法，優(yōu)選具有短的加熱時間的方法，以便防止比如在這樣高溫度條件下的酰胺化等副反應。另外，優(yōu)選在過熱狀態(tài)下進行汽化，即將過程流體置于減壓條件下，并用具有足夠高溫度的熱源對其加熱。作為這樣的熱源，通?？煽紤]，例如，蒸汽或加熱用油。在這種情況中，考慮到例如酸B的腐蝕，考慮將加熱溫度優(yōu)選為最高200℃。另外，例如在通過使用電磁波來賦予分子振動中，溫度將迅速上升。然而，加熱溫度可至少是熔點，保留時間可以不具有上限，只要其足夠短即可。
因此，關于工作流體，操作范圍為至少0.001mmHg(0.133Pa)和最高200mmHg(26.7kPa)，更優(yōu)選最高100mmHg(13.3kPa)。更優(yōu)選的，其為20mmHg(2.67kPa)-90mmHg(12.0kPa)。
作為滿足這樣條件的設備，可提及薄膜蒸發(fā)器，其通常適合于在減壓下短時間加熱。另外，可提及例如，具有噴霧功能的加熱器或者在導熱劑和工作流體間具有至少20℃溫差的蒸發(fā)器。加熱方法沒有特別的限制，其可以是一種通過賦予分子振動的快速加熱方法，其中以微波爐同樣的原理使用了電磁波。可采用任何其它的操作，只要其滿足減壓條件和高溫條件，關于設備、原理或其結構也沒有特別的限制，只要加熱時間是短的，并能提供足夠的熱量。
加熱溫度也可根據(jù)酸B的銨鹽的類型或壓力條件而變化。然而在乙酸銨的情況中，優(yōu)選為115-180℃，更優(yōu)選120-160℃，并在丙酸銨的情況中，優(yōu)選100-180℃。
以這種方式從第一殘留液中汽化酸B的銨鹽，由此獲得的液體或漿狀物(下文中有時稱為“第二殘留液”)中包含有機酸A及其銨鹽、殘留的酸B及其銨鹽，可將其循環(huán)至反應結晶步驟并進行處理，從而進一步回收有機酸A。
在本發(fā)明中，在有機酸A的銨鹽和酸B的反應結晶中沉淀并分離有機酸A之后，通過汽化從結晶母液中分離出酸B，優(yōu)選將酸B再循環(huán)至反應結晶步驟并再利用。這種酸B可含有水和其它物質。所回收的酸B通常被純化，然后作為溶劑來再利用于結晶。然而，根據(jù)雜質的類型和量，可不進行該純化而將其作為溶解而用于結晶。
酸B的銨鹽的分解通過汽化從結晶母液中分離出酸B的銨鹽，將酸B的銨鹽分解成酸B和氨。下面對用來分解酸B的銨鹽的方法作出表述，但其不限于從經(jīng)分離的有機酸A母液中獲得的酸B的銨鹽，并且可相似地應用于從其它過程中獲得的酸B的銨鹽。
在本發(fā)明用來分解酸B的方法中，在一加熱步驟中，將一種液體加熱而排出堿性水溶液的氣體，所述液體為一種含有酸B的銨鹽、堿金屬或堿土金屬和水的液體，優(yōu)選一種在酸B的銨鹽和水混合液中加入酸B的堿金屬鹽或堿土金屬鹽的液體(下文中有時稱為“喂料液”)，。下文中，這個加熱步驟稱為“加熱步驟”，此時的操作有時可稱為“加熱操作”。
如果在加熱步驟中排出的堿性水溶液的氣體的溫度高于酸B的銨鹽的熔點，則可一起排出部分的酸A。因此，將所排出的堿性水溶液的氣體經(jīng)受酸B的銨鹽的氣/液分離、氣/固分離或氣/液/固分離，上述分離直接地或冷凝之后在不高于酸B的銨鹽的溫度下、以及減壓或常壓下進行。這個分離步驟在下文中稱為“分離步驟”，其操作有時可稱為“分離操作”。
形成酸B的堿金屬鹽和/或堿土金屬鹽的堿金屬和/或堿土金屬，優(yōu)選是選自于Na、K、Ca和Mg中的至少一種。特別優(yōu)選的是Na或K。
該加熱步驟中所用的設備可以是任何設備，只要其能進行加熱操作并能分離氣相和液相即可。該加熱和氣/液分離可以在分離設備中進行，或通過熱交換器和閃蒸罐的結合來進行。在釜式熱交換器的情況中，加熱和氣/液分離可在一個設備中進行。另外，加熱裝置沒有特別的限制，其可以是，例如，帶有套的閃蒸罐或者熱傳導盤管。
為了有效率地進行加熱和氣/液分離，最優(yōu)選蒸餾塔。蒸餾塔可以是填充塔或者是板式塔，而對于結構也沒有特別的限制。然而，為了確保下文中所述的保留時間，優(yōu)選板式塔。另外，可在內部或外部附加再沸器。如果采用外部的再沸器，則可以是強制循環(huán)型再沸器、熱虹吸管型再沸器或者釜式再沸器，但并不限制于這些。在本發(fā)明中，通過蒸餾塔和再沸器的結合來進行的操作，被認為是加熱操作。
對于是否存在冷凝器，這沒有限制，冷凝器不是構成加熱操作的一部分。理論上，釜式熱交換器或裝有加熱器的閃蒸罐可被認為是一種單一塔板式蒸餾塔。
從加熱步驟中排出的氣體含有氨，并且必定具有高于7的pH。因此，在本發(fā)明中，這被稱為排出堿性水溶液氣體的加熱步驟。
在進行這種加熱操作來排出這種堿性水溶液氣體的設備中，最優(yōu)選的是蒸餾塔。因此，下面的表述將根據(jù)一個主要采用蒸餾塔的情況來進行。
為了獲得通過鹽效應來分離酸B和水的效果、同時將酸B的銨鹽分解，蒸餾塔是合適的。氨被認為不處于通常的氣/液平衡(蒸發(fā)和冷凝等量)，而是相當大程度受到保留時間和氣/液界面面積大小的影響，因此，為了更有效率地進行加熱步驟，確保液體的滯留量或更長的保留時間是重要的。出于這個目的，優(yōu)選塔板式(盤式)塔作為蒸餾塔。即使用填充塔，也可在一定程度上獲得液體的滯留量，但是，采用塔板式(盤式)塔而非填充塔時，能同時更確定地獲得通過鹽效應來分離酸B和水的效果以及分解酸B的銨鹽的效果。
關于板式塔的盤型，如果考慮在起始或關閉時的操作范圍，則篩盤實際上是較差的，因為漏液可能發(fā)生。即使運行率是低的或為0，液體也可滯留在盤上并且漏液很少發(fā)生，這樣的盤是優(yōu)選的。作為這樣的盤，鼓泡塔盤可提及為一個固定塔盤的實例。使用鼓泡塔盤，為了改善盤上的氣/液接觸，除了用于降液管的堰之外，在來自鼓泡部分結構的盤的氣孔上也存在堰，由此可保持液體的深度。另外，如閥蓋盤一樣，盤上的孔可通過可移動的閥蓋關閉的這種類型的盤，很少發(fā)生漏液，因而優(yōu)選應用于本發(fā)明。
然而，當考慮塔內的溫度分布曲線時，如果溫度在水很少的狀態(tài)下變得高，則酰胺化發(fā)生，因此，優(yōu)選縮短在塔較低部分的保留時間，脫水在該部分進行。因此，優(yōu)選的是，塔的上部是板式塔，而塔下部則是填充塔。它們的比例或塔板數(shù)根據(jù)溫度或壓力而變化，并可合適地進行最優(yōu)化。
為了使用整個設備通過鹽效應來獲得分離酸B和水的效果，在蒸餾塔的情況中，優(yōu)選從塔頂供應原料，即以所謂的提取蒸餾的形式來進行分離。然而，對于供應原料所在的塔板沒有特別的限制。
塔的壓力沒有特別的限制，但為了酸B的銨鹽的充分分解，壓力必須保證至少塔底溫度是至少80℃，優(yōu)選115-180℃。另外，如果塔頂溫度低于酸B的銨鹽熔點和酸B沸點中較高的溫度，則塔頂部分可被認為是加熱步驟之后分離步驟中的氣/液分離設備，由此，在一個設備中進行加熱步驟和分離步驟成為可能，而設備的數(shù)目得以減少，這從投資的觀點看是合乎需要的。在這種情況中，塔頂?shù)臏囟葪l件為，當酸B的銨鹽是乙酸銨時，該溫度不高于114℃(乙酸銨的沸點)，或者在丙酸銨的情況中不高于141℃(丙酸的沸點)。
滿足塔頂條件的壓力條件隨例如酸B或者堿金屬或堿土金屬的類型和量、水的量、水/酸B分離的所需程度而變化，但是通常最高為2.0atm(0.2MPa)，優(yōu)選最高為常壓(1atm(0.1MPa))。另外，滿足上述塔底條件的壓力條件同樣隨例如酸B或者堿金屬或堿土金屬的類型和量、水的量、水/酸B分離的所需程度和由于盤或填充材料而導致的壓力損失而變化，但通常為至少80mmHg(10.6kPa)，優(yōu)選至少200mmHg(26.7kPa)。
當將喂料供應到塔頂部分時，酸B或其銨鹽有時可通過反萃取效應或夾帶(噴濺夾雜物)而被蒸餾出來。在這種情況中，即使加熱操作和分離操作的條件可單獨通過蒸餾塔來滿足，但采取一些措施，比如降低進料塔板或另外安裝氣/液分離設備，這也可能是必要的，上述氣/液分離設備對應于以通過反萃取除去鹽為目標的分離操作。
然而，在作為加熱設備之一的蒸餾塔和氣/液分離設備彼此分離的情況中，從蒸餾塔頂部排出的堿性水溶液氣體可立即通過冷凝器來冷凝，然后供應到氣/液、氣/液/固、氣/固分離設備中。另外，根據(jù)情況需要，可在來自塔頂?shù)呐懦龉苤邪惭b壓力調節(jié)器，從而可將冷凝器制成氣/液、氣/液/固或氣/固分離設備。在前者的情況中，供給氣/液分離設備的物料主要是液體，但其可以以氣/液來供應。在后者的情況中，供給氣/液分離設備的物料可以伴有夾帶(噴濺夾雜物)，但主要是氣體。
從氣/液、氣/液/固或氣/固分離設備中排出的液體、固體或漿狀物主要是這樣的物質，其具有通過反萃取效應而蒸餾出并經(jīng)濃縮的酸B的銨鹽。這種濃縮物可返回到加熱設備中來進行加熱步驟，或被混合成酸B的銨鹽的水溶液，從而被新供應，或者成為酸B的水溶液，并經(jīng)再循環(huán)處理，直至被分解。
在下述情況中，即用于加熱步驟的蒸餾塔和用于分離步驟的氣/液、氣/液/固或氣/固分離設備是整體的，或者在它們是分離的設備的情況中，從塔底排出的液體被分離成酸B和酸B的堿金屬鹽或堿土金屬鹽，分離通過通常的方法來進行，比如使用蒸發(fā)器或薄膜蒸發(fā)器的方法。另外，可從作為加熱器的蒸餾塔的回收部分(回收塔板)排出氣體。
經(jīng)過了在此階段之前的熱處理之后，酸B的銨鹽部分被酰胺化。這種酰胺化合物具有高的沸點，大部分具有與酸B的堿金屬鹽或堿土金屬鹽相似的特性。因為作為典型酰胺化合物的乙酰胺的沸點是222℃，所以酸B中基本上不包含乙酰胺。即使這種酰胺化合物被少許包含在酸B中，例如，通過夾帶，其已經(jīng)可通過通常方法比如蒸餾來分離出。
當添加水和加熱時，在堿金屬或堿土金屬的存在下，這種酰胺化合物將被水解。也就是說，酸B的堿金屬鹽或堿土金屬鹽被回收用于再循環(huán)，使之與新加入的酸B的銨鹽水溶液或酸B水溶液混合，在其供應到加熱步驟之前，即供應到與分離設備相互分開提供的加熱設備、作為加熱器的蒸餾塔或蒸餾設備之前，可對其進行預熱，或者可在加熱設備或蒸餾設備中加熱，由此，酰胺化合物可被水解并除去。
在本發(fā)明中，堿金屬和堿土金屬的類型沒有特別的限制，可單獨使用一種類型，也可兩種或多種類型相結合來使用。同樣地在堿金屬和堿土金屬之間，堿土金屬可能產(chǎn)生橋聯(lián)結構，從而產(chǎn)生高粘度或結晶的問題。因此，優(yōu)選堿金屬。在堿金屬中，在應用本方法的產(chǎn)品是食品添加劑或藥物的情況中，或者當考慮經(jīng)濟效益或處理效率時，特別優(yōu)選鈉或鉀。此外，它們也可混合使用。
在下述條件下加熱酸B的銨鹽而使氨汽化溫度為至少80℃，優(yōu)選100-160℃；pH為至少6.5，優(yōu)選pH7-pH10；共存有酸B的堿金屬鹽(比如鈉鹽或鉀鹽)和/或堿土金屬鹽(比如鎂鹽或鈣鹽)；在適量的水存在下，比如為酸B的銨鹽的0.3-10倍重量，優(yōu)選0.5-5倍重量。
尤其是，當采用反應結晶設備時，塔頂部分為至少pH7，塔底部分為最高pH7。關于這種條件，可通過使用相對于酸B的銨鹽的0.3-5倍重量、優(yōu)選0.5-3倍重量的水，和0.2-2倍重量、優(yōu)選0.5-1.5倍重量的酸B的堿金屬鹽(比如鈉鹽或鉀鹽)和/或堿土金屬鹽(比如鎂鹽或鈣鹽)，來分解酸B的銨鹽。
水的量越小，則能量消耗越小，但酰胺化更可能發(fā)生。因此，根據(jù)酸B的類型、堿金屬或堿土金屬的類型和量、設備的結構、保留時間分布等，來合適地對其進行控制。
另外，通過將氨混合入比如乙酸水溶液中來獲得乙酸銨水溶液，本發(fā)明的方法也可被用作一種在經(jīng)濟上有效率的方法來分離工業(yè)上重要的乙酸水溶液。在這種情況中，所排出的氨水或含有氨的蒸汽被分離成純水和濃縮的氨水，所述分離通過通常方法，比如蒸餾，并且，濃縮的氨水或氨氣被返回到新加入的乙酸水溶液中，從而被再循環(huán)使用。因此，該方法對于乙酸含量低的水的純化而言，是特別有效的。
另外，在本發(fā)明中，在加熱步驟中排出堿性水溶液氣體之后，該液體主要含有游離酸B，所述游離酸B通過酸B的堿金屬鹽或堿土金屬鹽和未分解的酸B的銨鹽的分解而獲得?？蓪υ撘后w在減壓或常壓下加熱，優(yōu)選在減壓下、更優(yōu)選最高100mmHg、特別優(yōu)選75mmHg，并在至少125℃的溫度下、優(yōu)選至少135℃、更優(yōu)選至少160℃、特別優(yōu)選180-220℃，由此可分離和回收酸B。由此回收的酸B可在上述反應結晶步驟中再利用。如果在高溫(至少180℃)和充分的減壓(最高100mmHg)下進行該操作，則酸B酰胺化合物和未反應的酸B的銨鹽將與酸B一起被汽化。通過通常方法(比如蒸餾)將它們分離，從而可獲得具有更高純度的酸B。
另外，如上所述在分離和回收酸B之后的殘留物中，含有堿金屬或堿土金屬、未分解的酸B的銨鹽和作為副產(chǎn)物的酸B酰胺化合物，這種殘留物可再循環(huán)來用作堿金屬或堿土金屬源。在這種情況中，該反應殘留物含有作為副產(chǎn)物的酸B酰胺化合物。在堿金屬和水的存在下可容易地水解該酰胺化合物。在往上述殘留物中加入水或含有酸B和水的液體之后，作為副產(chǎn)物的酸B酰胺化合物可在至少125℃、優(yōu)選至少140℃、更優(yōu)選至少150℃的溫度下進行水解。
現(xiàn)在參考附圖，對進行用來分解酸B的銨鹽的方法的設備的具體結構進行說明。然而應當理解，本發(fā)明并不限制于附圖中所示的方法。另外，在下文中，乙酸銨將被作為酸B的銨鹽的實例，而鈉將被作為堿金屬或堿土金屬。然而，毋庸贅言，本發(fā)明并不局限于乙酸銨和鈉，其可應用于其它酸B的銨鹽和堿金屬或堿土金屬。
在圖1的方法中，乙酸銨和水通過乙酰胺分解器3被供應到蒸餾塔1。將來自后一級的薄膜蒸發(fā)器4的殘留物(含有乙酸鈉、作為副產(chǎn)物的乙酰胺和未分解的乙酸銨)再循環(huán)到該乙酰胺分解器3中，并將該殘留物與乙酸銨水溶液混合，輸送到蒸餾塔1，并引入蒸餾塔1的上部。如上所述，在該乙酰胺分解器3中，乙酰胺與水混合，從而進行乙酰胺的分解。
來自乙酰胺分解器3的混合液體在上述蒸餾條件下在蒸餾塔1中經(jīng)加熱操作和分離操作處理，從而一種含有氨、水和少量乙酸銨的堿性水溶液氣體從蒸餾塔1的頂部被蒸出。在汽化器2中，將該堿性水溶液氣體在不高于乙酸銨熔點的溫度下進行氣/液分離，從而將水和氨分離。將殘留的乙酸銨供應到乙酰胺分解器3，并進行再循環(huán)處理。
來自蒸餾塔1底部的底部液體，含有乙酸、未分解的乙酸銨、作為副產(chǎn)物的乙酰胺和乙酸鈉。在薄膜蒸發(fā)器4中，分離出乙酸，并將殘留物再循環(huán)到乙酰胺分解器3。
圖2中所示的方法與圖1中所示的方法具有下述區(qū)別從汽化器2出來的乙酸銨被返回到蒸餾塔1。但是，加熱操作和分離操作則與圖1中相同的方式來進行。
圖3中所示的方法與圖1中所示的方法具有下述區(qū)別在蒸餾塔1A中進行汽化和蒸餾，而省略了汽化器2。但是，加熱操作和分離操作則與圖1中相同的方式來進行。另外，在該方法中，來自乙酰胺分解器3的混合液體可被引入到汽化部分或到蒸餾塔1A的蒸餾部分的上部。
圖4中所示的方法與圖1中所示的方法具有下述區(qū)別在蒸餾塔1B中，從中間塔板中排出乙酸，也進行乙酸的分離，從而省略了薄膜蒸發(fā)器4。但是，加熱操作和分離操作則與圖1中相同的方式來進行。
圖5中所示的方法與圖1中所示的方法具有下述區(qū)別采用閃蒸罐來代替蒸餾塔。但是，加熱操作和分離操作則與圖1中相同的方式來進行。
在這些方法的任一種中，在蒸餾塔或閃蒸罐等中進行的加熱步驟中，通過在堿金屬或堿土金屬、氨的存在下，回流比例是小的，因而可大量降低在加熱和分離操作中消耗的能量。
分離母液的再循環(huán)在本發(fā)明中，在以多級的方式來進行反應結晶的情況中，在后面級的反應結晶中的母液作為下面(1)-(3)所示的再循環(huán)液，與新供應的有機酸A的銨鹽混合。
(1)后面級的母液按原樣被再循環(huán)，并與新供應的有機酸A的銨鹽混合。在該后面級母液中，含有酸B及其銨鹽、有機酸A及其銨鹽。其中，酸B將與所供應的有機酸A的銨鹽反應，從而轉化成酸B的銨鹽，并沉淀出有機酸A的一銨鹽，在其后的汽化步驟中，其將與后面級母液中的酸B的銨鹽一起被除去。然而，有機酸A及其銨鹽將與所新供應的有機酸A的銨鹽一起，在反應結晶步驟中作為有機酸A和/或其一銨鹽被分離出。
(2)從后面級母液中，將酸B汽化、分離并回收，然后將殘留物再循環(huán)并與新供應的有機酸A的銨鹽混合。
在這種情況中，優(yōu)選將酸B在下述程度上保留在殘留物中在汽化和分離之后殘留物將保持液相。也就是說，在再循環(huán)液體中，酸B以這樣的量存在是必要的酸B的銨鹽、有機酸A及其銨鹽能被充分地溶解于其中。
同樣在該情況中，如(1)的情況一樣，再循環(huán)液體中的酸B將與新供應的有機酸A的銨鹽反應，并被轉化成有機酸B的銨鹽，該有機酸B的銨鹽將在之后的汽化步驟中與后面級母液中的酸B的銨鹽一起被除去。然而，有機酸A及其銨鹽將與所新供應的有機酸A的銨鹽一起，在反應結晶步驟中作為有機酸A和/或其銨鹽被分離出。
(3)從經(jīng)分離母液中，將酸B汽化、分離并回收，然后將酸B的銨鹽汽化并與有機酸A及其銨鹽相分離，將酸B的銨鹽的餾出物再循環(huán)并與新供應的有機酸A的銨鹽混合。
在這種情況中，在酸B的銨鹽的餾出物中，在下述程度上含有酸B該餾出物將保持液相。也就是說，在再循環(huán)液體中，酸B以這樣的量存在是必要的酸B的銨鹽能被充分地溶解于其中。
同樣在該情況中，如(1)的情況一樣，再循環(huán)液體中的酸B將與新供應的有機酸A的銨鹽反應，并被轉化成有機酸B的銨鹽，該酸B的銨鹽將在之后的汽化步驟中與結晶母液中的酸B的銨鹽一起被除去。
另外，從結晶母液中汽化酸B的條件，與上面(2)的情況中相同。另外，為汽化酸B的銨鹽從而將其與有機酸A及其銨鹽分離，優(yōu)選采用與后面提到的汽化步驟中相同的操作條件。通過該方法分離的有機酸A及其銨鹽，被再循環(huán)到反應結晶步驟并處理，從而回收有機酸A。上面(1)和(3)的再循環(huán)液體與所新供應的有機酸A的銨鹽的混合條件，沒有特別的限制，可通過在混合容器中20-40℃、優(yōu)選40-110℃的溫度下攪拌的方式，來進行混合。
有機酸A的應用通過本發(fā)明方法而獲得的、作為所需產(chǎn)物的有機酸A在多種應用中是有用的。其中，二元羧酸可用作聚酯或聚酰胺的原料。
例如，草酸、琥珀酸、衣康酸、戊二酸、己二酸、癸二酸、十二烷酸或它們的低級醇酯、琥珀酐、己二酸酐等，作為通過本發(fā)明所產(chǎn)生的二元羧酸，是用于高分子量聚酯的原料。特別是從聚酯物理性能的方面看，優(yōu)選琥珀酸、己二酸、癸二酸或它們的酸酐。這種通過本發(fā)明經(jīng)過天然碳源的生物發(fā)酵方法所產(chǎn)生的酸，不會給環(huán)境帶來負擔。
另外，用于例如聚酯共聚物生產(chǎn)的二醇，比如1，4-丁二醇、1，5-戊二醇、1，6-己二醇、1，4-環(huán)己二醇、1，6-環(huán)己基二甲醇，也可通過將由本發(fā)明生產(chǎn)的上述有機酸A進行氫化來獲得。
具體優(yōu)選實施方案本發(fā)明的具體優(yōu)選實施方案如下。
1.一種通過碳源的微生物轉化來生產(chǎn)二元羧酸和/或三元羧酸的方法，其包括微生物轉化步驟，其中，在至少一種中和劑的存在下通過微生物來轉化碳源，從而獲得一種含有二元羧酸和/或三元羧酸的銨鹽的反應溶液，所述中和劑選自于氨、碳酸銨和尿素；反應結晶步驟，其中，通過將一元羧酸加入在微生物轉化步驟中獲得的二元羧酸和/或三元羧酸的銨鹽中，來進行反應結晶，從而沉淀所需的二元羧酸和/或三元羧酸；和分離步驟，其中，在反應結晶步驟中沉淀的二元羧酸和/或三元羧酸被分離出。
2.根據(jù)第1項的生產(chǎn)二元羧酸和/或三元羧酸的方法，其包括濃縮步驟來對微生物轉化步驟中獲得的反應溶液進行濃縮，其中，在濃縮步驟中獲得的濃縮物被供應到反應結晶步驟。
3.根據(jù)第1或2項的生產(chǎn)二元羧酸和/或三元羧酸的方法，其包括氨回收步驟，其中，在分離步驟中分離出二元羧酸和/或三元羧酸之后，將一元羧酸汽化并從液體中除去，然后，將液體中的一元羧酸銨鹽汽化并收集，將該一元羧酸銨鹽與水和該一元羧酸的堿金屬鹽和/或堿土金屬鹽混合，接著加熱汽化，從而回收氨；和再循環(huán)步驟，其中，在氨回收步驟中回收的氨被用作上面微生物轉化步驟中的中和劑。
4.一種通過碳源的微生物轉化來生產(chǎn)二元羧酸和/或三元羧酸的方法，其包括微生物轉化步驟，其中，在至少一種中和劑的存在下通過微生物來轉化碳源，從而獲得一種含有二元羧酸和/或三元羧酸的堿金屬鹽和/或堿土金屬鹽的反應溶液，所述中和劑選自于堿金屬氫氧化物、堿土金屬氫氧化物、堿金屬碳酸鹽和堿土金屬碳酸鹽；第一反應結晶步驟，其中，通過將氨和二氧化碳和/或碳酸銨加入在微生物轉化步驟中獲得的二元羧酸和/或三元羧酸的堿金屬鹽和/或堿土金屬鹽中，來進行反應結晶，從而沉淀出堿金屬的碳酸鹽和/或堿土金屬的碳酸鹽，將該碳酸鹽分離，從而獲得二元羧酸和/或三元羧酸的銨鹽的水溶液；第二反應結晶步驟，其中，在第一反應結晶步驟中除去堿金屬的碳酸鹽和/或堿土金屬的碳酸鹽的液體中，加入一元羧酸來進行反應結晶，從而沉淀出所需的二元羧酸和/或三元羧酸；和分離步驟，其中，在第二反應結晶步驟中沉淀的二元羧酸和/或三元羧酸被分離出。
5.根據(jù)第4項的生產(chǎn)二元羧酸和/或三元羧酸的方法，其包括濃縮步驟來對微生物轉化步驟中獲得的反應溶液進行濃縮，其中，在濃縮步驟中獲得的濃縮物被供應到第一反應結晶步驟。
6.根據(jù)第4或5項的生產(chǎn)二元羧酸和/或三元羧酸的方法，其包括氨回收步驟，其中，在分離步驟中分離出二元羧酸和/或三元羧酸之后，將一元羧酸汽化并從液體中除去，然后，將液體中的一元羧酸銨鹽汽化并收集，將該一元羧酸銨鹽與水和該一元羧酸的堿金屬鹽和/或堿土金屬鹽混合，接著加熱汽化，從而回收氨；和再循環(huán)步驟，其中，在氨回收步驟中回收的氨被用作上面第一反應結晶步驟中的氨源。
7.一種生產(chǎn)二元羧酸和/或三元羧酸的方法，其中，二元羧酸和/或三元羧酸從二元羧酸和/或三元羧酸的銨鹽中獲得，該方法包括反應結晶步驟，其中，將一元羧酸加入二元羧酸和/或三元羧酸的銨鹽中，來進行反應結晶，從而沉淀出二元羧酸和/或三元羧酸；分離步驟，其中，在反應結晶步驟中沉淀的二元羧酸和/或三元羧酸被分離出；回收氨和一元羧酸的步驟，其中，在分離步驟中分離出二元羧酸和/或三元羧酸之后，將一元羧酸銨鹽從含有一元羧酸銨鹽的液體中分離出，然后，將該一元羧酸的堿金屬鹽和/或堿土金屬鹽加入這種分離出的一元羧酸銨鹽中，從而獲得一元羧酸和氨；和再循環(huán)步驟，其中，在回收氨和一元羧酸的步驟中回收的氨和一元羧酸，被分別用作二元羧酸和/或三元羧酸銨鹽的氨源和上面反應結晶步驟中的一元羧酸。
8.根據(jù)第7項的生產(chǎn)二元羧酸和/或三元羧酸的方法，其中，二元羧酸和/或三元羧酸的銨鹽系采用選自于氨、碳酸銨和尿素中的至少一種作為中和劑通過碳源的微生物轉化而獲得。
9.根據(jù)第7項的生產(chǎn)二元羧酸和/或三元羧酸的方法，其中，二元羧酸和/或三元羧酸的銨鹽通過索爾韋法方法而獲得，在所述索爾韋法方法中，二元羧酸和/或三元羧酸的銨鹽系采用選自于堿金屬氫氧化物、堿土金屬氫氧化物、堿金屬碳酸鹽和堿土金屬碳酸鹽中的至少一種作為中和劑通過碳源的微生物轉化而獲得。
10.根據(jù)第1-9中任一項的生產(chǎn)二元羧酸和/或三元羧酸的方法，其中，二元羧酸和/或三元羧酸的碳數(shù)目為4-12。
11.根據(jù)第10項的生產(chǎn)二元羧酸和/或三元羧酸的方法，其中二元羧酸和/或三元羧酸為選自于琥珀酸、己二酸、蘋果酸、酒石酸、富馬酸、馬來酸、檸檬酸、天冬氨酸和谷氨酸中的至少一種。
12.根據(jù)第1-11中任一項的生產(chǎn)二元羧酸和/或三元羧酸的方法，其中，一元羧酸的碳數(shù)目為1-6。
13.根據(jù)第12項的生產(chǎn)二元羧酸和/或三元羧酸的方法，其中，一元羧酸是乙酸和/或丙酸。
14.一種生產(chǎn)二元羧酸和/或三元羧酸的方法，其中，二元羧酸和/或三元羧酸從二元羧酸和/或三元羧酸的銨鹽中獲得，該方法包括反應結晶步驟，其中，將一元羧酸加入二元羧酸和/或三元羧酸的銨鹽中，來進行反應結晶，從而沉淀出二元羧酸和/或三元羧酸；分離步驟，其中，在反應結晶步驟中沉淀的二元羧酸和/或三元羧酸被分離出；第一汽化步驟，其中，在分離步驟中分離出二元羧酸和/或三元羧酸的結晶母液中，進一步汽化一元羧酸；第二汽化步驟，其中，在第一汽化步驟之后的結晶母液中汽化一元羧酸銨。
15.根據(jù)第14項的生產(chǎn)二元羧酸和/或三元羧酸的方法，其中，第一汽化步驟是一個在不高于該一元羧酸銨熔點的溫度下、從結晶母液中汽化一元羧酸的步驟。
16.根據(jù)第14或15項的生產(chǎn)二元羧酸和/或三元羧酸的方法，其中，第二汽化步驟是一個在0.001mmHg(0.133Pa)-200mmHg(26.7kPa)的減壓下通過加熱上面的結晶母液從而汽化一元羧酸銨的步驟。
17.根據(jù)第14-16中任一項的生產(chǎn)二元羧酸和/或三元羧酸的方法，其中，二元羧酸和/或三元羧酸的碳數(shù)目為4-12。
18.根據(jù)第17項的生產(chǎn)二元羧酸和/或三元羧酸的方法，其中二元羧酸和/或三元羧酸為選自于琥珀酸、己二酸、蘋果酸、酒石酸、富馬酸、馬來酸、檸檬酸、天冬氨酸、戊二酸和谷氨酸中的至少一種。
19.根據(jù)第14-18中任一項的生產(chǎn)二元羧酸和/或三元羧酸的方法，其中，一元羧酸的碳數(shù)目為1-6。
20.根據(jù)第19的生產(chǎn)二元羧酸和/或三元羧酸的方法，其中，一元羧酸是乙酸和/或丙酸。
21.一種生產(chǎn)二元羧酸和/或三元羧酸的方法，其中，二元羧酸和/或三元羧酸從二元羧酸和/或三元羧酸的銨鹽中獲得，該方法包括
反應結晶步驟，其中，將一元羧酸加入二元羧酸和/或三元羧酸的銨鹽中，來進行反應結晶，從而沉淀出二元羧酸和/或三元羧酸；供應步驟，其中，將二元羧酸和/或三元羧酸的銨鹽供應到反應結晶步驟；和分離步驟，其中，在反應結晶步驟中沉淀的二元羧酸和/或三元羧酸被分離出；并且，該方法包括再循環(huán)步驟，其中，在分離步驟中分離出二元羧酸和三元羧酸之后，將該結晶母液再循環(huán)到上面的供應步驟；混合步驟，其中，在再循環(huán)步驟中所循環(huán)的液體，與在供應步驟中被新供應的二元羧酸和/或三元羧酸的銨鹽一起混合；和汽化步驟，其中，將一元羧酸銨鹽從混合步驟中獲得的混合物中汽化，其中，在汽化步驟中汽化并除去一元羧酸銨鹽之后，將殘留物供應到上面的反應結晶步驟。
22.一種生產(chǎn)二元羧酸和/或三元羧酸的方法，其中，二元羧酸和/或三元羧酸從二元羧酸和/或三元羧酸的銨鹽中獲得，該方法包括反應結晶步驟，其中，將一元羧酸加入二元羧酸和/或三元羧酸的銨鹽中，來進行反應結晶，從而沉淀出二元羧酸和/或三元羧酸；供應步驟，其中，將二元羧酸和/或三元羧酸的銨鹽供應到反應結晶步驟；和分離步驟，其中，在反應結晶步驟中沉淀的二元羧酸和/或三元羧酸被分離出；并且，該方法包括一元羧酸回收步驟，其中，在分離步驟中分離出二元羧酸和/或三元羧酸之后，將一元羧酸從結晶母液中汽化并分離出；再循環(huán)步驟，其中，在一元羧酸回收步驟中除去一元羧酸之后，將殘留物再循環(huán)到上面的供應步驟；混合步驟，其中，在再循環(huán)步驟中所循環(huán)的液體，與在供應步驟中被新供應的二元羧酸和/或三元羧酸的銨鹽一起混合；和汽化步驟，其中，將一元羧酸銨鹽從混合步驟中獲得的混合物中汽化，其中，在汽化步驟中汽化并蒸發(fā)除去一元羧酸銨鹽之后的殘留物被供應到上面的反應結晶步驟。
23.一種生產(chǎn)二元羧酸和/或三元羧酸的方法，其中，二元羧酸和/或三元羧酸從二元羧酸和/或三元羧酸的銨鹽中獲得，該方法包括反應結晶步驟，其中，將一元羧酸加入二元羧酸和/或三元羧酸的銨鹽中，來進行反應結晶，從而沉淀出二元羧酸和/或三元羧酸；供應步驟，其中，將二元羧酸和/或三元羧酸的銨鹽供應到反應結晶步驟；和分離步驟，其中，在反應結晶步驟中沉淀的二元羧酸和/或三元羧酸被分離出；并且，該方法包括第一回收步驟，其中，在分離步驟中分離出二元羧酸和/或三元羧酸之后，將一元羧酸從結晶母液中汽化并分離出；第二回收步驟，其中，在第一回收步驟中除去一元羧酸之后，將二元羧酸和/或三元羧酸及其銨鹽從殘留液中分離出；再循環(huán)步驟，其中，在第二回收步驟中分離出二元羧酸和三元羧酸及其銨鹽之后，將該殘留液再循環(huán)到上面的供應步驟；混合步驟，其中，在再循環(huán)步驟中所循環(huán)的液體，與在供應步驟中被新供應的二元羧酸和/或三元羧酸的銨鹽一起混合；和汽化步驟，其中，將一元羧酸銨鹽從混合步驟中獲得的混合物中汽化，其中，在汽化步驟中汽化并除去一元羧酸銨鹽之的殘留物被供應到上面的反應結晶步驟。
24.根據(jù)第21-23的任一項的生產(chǎn)二元羧酸和/或三元羧酸的方法，其中，在上面的混合步驟中，再循環(huán)液體中一元羧酸的摩爾數(shù)，相對于新供應的二元羧酸和/或三元羧酸的摩爾數(shù)，最高為30倍。
25.根據(jù)第21-24的任一項的生產(chǎn)二元羧酸和/或三元羧酸的方法，其中，汽化步驟是一個在0.001mmHg(0.133Pa)-200mmHg(26.7kPa)的減壓下通過加熱上面的混合物從而汽化一元羧酸銨鹽的步驟。
26.根據(jù)第21-25中任一項的生產(chǎn)二元羧酸和/或三元羧酸的方法，其中，二元羧酸和/或三元羧酸的碳數(shù)目為4-12。
27.根據(jù)第26項的生產(chǎn)二元羧酸和/或三元羧酸的方法，其中二元羧酸和/或三元羧酸為選自于琥珀酸、己二酸、蘋果酸、酒石酸、富馬酸、馬來酸、檸檬酸、天冬氨酸、戊二酸和谷氨酸中的至少一種。
28.根據(jù)第21-27中任一項的生產(chǎn)二元羧酸和/或三元羧酸的方法，其中，一元羧酸的碳數(shù)目為1-6。
29.根據(jù)第28項的生產(chǎn)二元羧酸和/或三元羧酸的方法，其中，一元羧酸是乙酸和/或丙酸。
30.一種將一元羧酸銨鹽分解從而分離和回收一元羧酸和氨的方法，該方法包括加熱步驟，其中，加熱一種含有一元羧酸銨鹽、堿金屬和/或堿土金屬以及水的液體，從而排出堿性水溶液的氣體；和分離步驟，其中，在不高于一元羧酸銨鹽熔點的溫度下，將從加熱步驟中排出的堿性水溶液的氣體直接地或濃縮之后，再經(jīng)歷氣/液分離、氣/固分離或氣/液/固分離。
31.根據(jù)第30項的分解一元羧酸銨鹽的方法，其中，含有一元羧酸、一元羧酸的堿金屬鹽和/或堿土金屬鹽、或者由其產(chǎn)生的離子以及水的液體，被供應到蒸餾塔中，并且從蒸餾塔頂部排出堿性水溶液的氣體。
32.根據(jù)第30或31項的分解一元羧酸銨鹽的方法，其中，堿金屬和/或堿土金屬為選自于Na、K、Ca和Mg中的至少一種。
33.根據(jù)第30-32的任一項的分解一元羧酸銨鹽的方法，其中，一元羧酸是選自于乙酸、丙酸和丁酸中的至少一種。
34.根據(jù)第30-33的任一項的分解一元羧酸銨鹽的方法，該方法包括一元羧酸回收步驟，其中，在加熱步驟中排出堿性水溶液氣體之后，在減壓或常壓下將在至少125℃的溫度下加熱該液體，從而分離并回收該一元羧酸。
35.根據(jù)第34項的分解一元羧酸銨鹽的方法，其中，在一元羧酸回收步驟中分離一元羧酸之后，將一元羧酸銨鹽和水混合入殘留物中，并將該混合物再循環(huán)到上面的加熱步驟。
36.根據(jù)第35項的分解一元羧酸銨鹽的方法，其中，將一元羧酸銨鹽和水混入上面的殘留物，然后在至少90℃的溫度下對該混合物進行預熱，然后再循環(huán)到上面的加熱步驟。
實施例現(xiàn)在，參考實施例更詳細地對本發(fā)明進行表述。
表1

乙酸 pKa 4.76丙酸 pKa 4.86二元羧酸和丙酸的pKa化學和物理手冊(Handbook of Chemistryand Physics)在下面的實施例1-1中，琥珀酸二銨(由和光純藥社生產(chǎn))被用作在濃縮步驟中通過濃縮有機酸A的銨鹽而獲得的濃縮物，該有機酸A的銨鹽由微生物轉化步驟中獲得。另外，乙酸(由和光純藥社生產(chǎn))或丙酸(由和光純藥社生產(chǎn))被用作酸B。
實施例1-1將180g琥珀酸二銨(琥珀酸78重量％，氨22重量％)溶解于720g水中，從而制成900g的20重量％琥珀酸二銨溶液。
在140℃的油浴(蒸發(fā)器內部100℃)中將該水溶液蒸發(fā)并濃縮到256.5g的水平。從其中取249g，并將173g乙酸加入琥珀酸中，接著徹底攪拌。將該混合物(415.5裝料量)放入結晶設備中，并在100℃下保持10分鐘，然后在40℃下保持18小時，并攪拌。
然后，進行真空過濾，然后排出固體成分。濾液為296.6g，固體成分為93.4g。通過液相色譜法來分析所獲固體成分的有機成分，用離子色譜法來分析其中的氨，由此，乙酸為28.4重量％，琥珀酸為58.3重量％，氨為10.4重量％?？偭坎皇?00％，這被認為是由于測量誤差所致，因為氨和有機物質是分開分析的。同樣地，發(fā)現(xiàn)母液中含有59.9重量％的乙酸、25.3重量％的琥珀酸和6.7重量％的氨。
很難相信母液中含有如此大量的乙酸，據(jù)信，大量的乙酸銨共同沉淀了。因此，計算出摩爾比率(假定為100g)并發(fā)現(xiàn)結果如下。
乙酸28.4/60＝0.473 羧酸47mol琥珀酸58.3/118＝0.494羧酸98mol(49×2)氨10.4/17＝0.611 氨61mol如果假定60％的乙酸為乙酸銨(28mol)的形式，則氨相對于琥珀酸的羧酸98mol而言為33mol，因而16mol(所獲固體的1/3)已經(jīng)是通過鹽分解而形成的琥珀酸自身，而余下部分是琥珀酸的一銨鹽。實際上，母液也含有氨，據(jù)信，通過反應結晶，鹽的分解將更為徹底。
另外，將所獲得的90g固體在大約80℃的溫度下溶解于80g乙酸中，并將該溶液(165g)放入結晶設備中，并在80℃下保持10分鐘，然后在40℃下保持7小時，并攪拌。
然后，進行真空過濾，然后排出固體成分。濾液為129.6g，固體成分為16.2g。通過液相色譜法來分析所獲固體成分的有機成分，用離子色譜法來分析其中的氨，由此，乙酸為10.9重量％，琥珀酸為87.4重量％，氨為2.8重量％。同樣地，發(fā)現(xiàn)母液中含有90.2重量％的乙酸、25.2重量％的琥珀酸和6.0重量％的氨。
乙酸10.9/60＝0.182 羧酸18mol
琥珀酸87.4/118＝0.741羧酸148mol(74×2)氨2.8/17＝0.165 氨16mol在該實施例中，從琥珀酸銨中獲得琥珀酸而又不采用電滲析或無機酸，這是可能的，由此證實了成為琥珀酸的分解是單獨通過反應結晶來進行的。
實施例1-2用100ml試劑瓶，在加熱下將15.2g(0.1mol)琥珀酸二銨混合到15.2g(0.25mol)乙酸和6g水中，并在90℃下溶解。將該溶液在水浴中(40℃)放置12小時。從而通過過濾來收集沉淀出的白色固體。所回收的固體為6.1g，分析的結果是，琥珀酸為69重量％，氨為12.8重量％。
將3.1g這種固體再次放入100ml試劑瓶中，并與5.4g乙酸在加熱下混合，并在75℃下溶解。將該溶液在水浴中(40℃)靜置8小時。通過過濾來收集沉淀出的白色固體。所回收的固體為0.5g，分析的結果是，琥珀酸為97重量％，氨為1.6重量％。
實施例1-3用100ml試劑瓶，在加熱下將15g(0.1mol)琥珀酸二銨與35g(0.58mol)乙酸和10g水混合，并在95℃下溶解。將該溶液在水浴中(40℃)靜置12小時。通過過濾來收集沉淀出的白色固體。所回收的固體為4.3g。
將4g這種固體再次放入100ml試劑瓶中，并在加熱下加到16g的乙酸中，并在70℃下溶解。將該溶液在室溫下(大約15℃)靜置8小時。通過過濾來收集沉淀出的白色固體。所回收的固體為2.2g，分析結果是，琥珀酸為90重量％，氨為0.8重量％。
從上述結果中顯然可看出，通過使用乙酸的反應結晶來回收高純度的琥珀酸，這是可能的。
實施例1-4將50.35g琥珀酸二銨和269.72g乙酸放入結晶設備中，在85℃下溶解并保持10分鐘，然后邊攪拌邊冷卻到15℃。在冷卻到15℃之后的第22分鐘結束時，放入1.03g琥珀酸試劑(由和光純藥社生產(chǎn))作為晶種，將該混合物保持4小時。
濾液為299.8g，所回收固體的量為13.1g。通過液相色譜法來分析所獲固體成分的有機成分，通過離子色譜法來分析其中的氨，由此，乙酸為19.5重量％，琥珀酸為82.4重量％，氨為1.1重量％。同樣地，發(fā)現(xiàn)母液中含有80.7重量％的乙酸、9.9重量％的琥珀酸和4.0重量％的氨。
琥珀酸的回收率(13.1×0.824)/(50.35×118/152)＝0.276(27.6％回收率)固體摩爾組成琥珀酸 13.1×0.824/118＝0.0195乙酸13.1×0.195/60＝0.0425氨 13.1×0.011/17＝0.0084實施例1-5將50.46g己二酸二銨(由和光純藥社生產(chǎn))和269.83g酸放入結晶設備中，在85℃下溶解，并保持10分鐘，然后邊攪拌邊冷卻到15℃。立即開始沉淀，將該系統(tǒng)靜置4小時23分鐘。
濾液為253.4g，所回收固體的量為55.4g。通過液相色譜法來分析所獲固體成分的有機成分，通過離子色譜法來分析其中的氨，由此，乙酸為47.1重量％，己二酸為61.8重量％，氨為2.0重量％。同樣地，發(fā)現(xiàn)母液中含有85.0重量％的乙酸、5.1重量％的己二酸和3.7重量％的氨。
己二酸的回收率(55.4×0.618)/(50.465×150.1/184.2)＝0.832(83.2％回收率)固體摩爾組成己二酸 55.4×0.618/150.1＝0.228乙酸55.4×0.471/60＝0.434氨 55.4×0.02/17＝0.065在16℃下用149.78g乙酸對50.21g所獲固體成分進行洗滌30分鐘，接著過濾。所獲得的固體為25.9g，沖洗液為169.5g。對固體進行分析，由此，乙酸為11.6重量％，己二酸為80.3重量％，氨為0.2重量％。同樣地，發(fā)現(xiàn)沖洗液中含有89.4重量％的乙酸、3.9重量％的己二酸和0.5重量％的氨。
己二酸的回收率(25.9×0.803)/(50.46×150.1/184.2)＝0.505(50.5％回收率)固體摩爾組成己二酸25.9×0.803/150.1＝0.139乙酸 25.9×0.116/60＝0.050氨25.9×0.002/17＝0.003實施例1-6將6.08g谷氨酸一銨(由Sigma Co.生產(chǎn))溶解于10.08g水中。將399.69g乙酸放入結晶設備中，并保持在60℃，并往其中引入15.72g谷氨酸一銨水溶液。立即變渾濁，將該系統(tǒng)邊攪拌邊冷卻到16℃。將該系統(tǒng)在16℃下靜置4小時18分鐘。
濾液為387.1g，所回收固體的量為19.3g。通過液相色譜法來分析所獲固體成分的有機成分，通過離子色譜法來分析其中的氨，由此，乙酸為68.2重量％，谷氨酸為24.7重量％，氨為0.15重量％。同樣地，發(fā)現(xiàn)母液中含有92.3重量％的乙酸、和1.4重量％的氨，未檢出谷氨酸。估計剩余的母液是水。
谷氨酸的回收率(19.3×0.247)/(6.08×197.1/214.2×15.72/16.16)＝0.876(87.6％回收率)固體摩爾組成谷氨酸 19.3×0.247/197.1＝0.0247乙酸19.3×0.682/60＝0.224氨 19.3×0.0015/17＝0.0017實施例1-7用100ml試劑瓶，將52.42g的28％氨水(由Kanto Kagaku K.K.生產(chǎn))(0.83mol氨)加入15g(0.086mol)的辛二酸(由Acros OrganicsCo.生產(chǎn))中來溶解。將該溶液在減壓以及80℃下干燥，從而獲得一種鹽。根據(jù)分析，辛二酸為77重量％，氨為9.2重量％，并發(fā)現(xiàn)，62％的辛二酸的羧基成為銨鹽。
將5.01g這種辛二酸銨鹽在加熱下溶解于25.05g乙酸中，并將該溶液在常溫容器中在15℃下靜置18小時。通過過濾收集沉淀出的白色固體。所回收的固體為0.46g，分析結果是，辛二酸為55重量％，乙酸為40重量％，氨為0.2重量％。母液為29.60g，分析結果是，辛二酸為2.6重量％，乙酸為93重量％，氨為1.3重量％。
辛二酸的回收率(0.46×0.55)/(5.01×0.62)＝0.081(8.1％回收率)固體摩爾組成辛二酸0.46×0.55/174＝0.00145乙酸 0.46×0.40/60＝0.00307氨0.46×0.002/17＝0.00005實施例1-8將50.20g己二酸二銨(由和光純藥社生產(chǎn))和399.29g乙酸放入結晶設備中，在95℃下溶解，并保持10分鐘，然后邊攪拌邊冷卻到15℃。在溫度變?yōu)?5℃之后的第55分鐘結束時，加入0.5g己二酸(由和光純藥社生產(chǎn))作為晶種。將該系統(tǒng)靜置3小時，然后用過濾處理。
母液(濾液)為420.5g，所回收固體的量為25.65g。通過液相色譜法來分析所獲固體成分的有機成分，通過離子色譜法來分析其中的氨，由此，丙酸為35.3重量％，己二酸為56.8重量％，氨為5.5重量％。同樣地，發(fā)現(xiàn)母液中含有90.6重量％的丙酸、6.2重量％的己二酸和2.2重量％的氨。
己二酸的回收率(25.65×0.568)/(50.20×150.1/184.2)＝0.356(35.6％回收率)固體摩爾組成己二酸 25.65×0.568/150.1＝0.097乙酸25.65×0.353/74＝0.127氨 25.65×0.055/17＝0.086用99.99g丙酸在95℃下將25.2g所獲固體成分溶解，然后冷卻到15℃。沉淀立即開始。將該系統(tǒng)靜置3小時53分鐘，然后用過濾處理。獲得的固體為16.48g，母液為104.4g。分析該固體，由此，丙酸為28.2重量％，己二酸為69.0重量％，氨為0.4重量％。同樣地，發(fā)現(xiàn)母液中含有94.4重量％的丙酸、3.3重量％的己二酸和1.1重量％的氨。
己二酸的回收率(16.48×0.568)/(25.2×0.690)＝0.794(79.4％回收率)固體摩爾組成己二酸 16.48×0.690/150.1＝0.076乙酸 16.48×0.282/74＝0.063氨 16.48×0.004/17＝0.004實施例2下面，將表述一個關于一元羧酸和該一元羧酸銨鹽的蒸餾的測試。
模型母液的制備①模型母液1的制備反應結晶后的母液組成會受到反應結晶中溶劑的量和再循環(huán)時溶劑純度的影響，并決定于導熱劑條件等最佳操作條件。為觀察基于一元羧酸銨鹽的熔點的分離特性，選擇乙酸作為一元羧酸，乙酸在具有1-6個碳原子一元羧酸中被認為是優(yōu)選的，這在JP-A-2002-135656已公開。二元/三元羧酸的類型對于一元羧酸和一元羧酸銨鹽的分離沒有影響，雖然其在沸點上的影響略有區(qū)別。在本測試例中，作為二元/三元羧酸，選擇琥珀酸作為標準物質。
琥珀酸銨在乙酸中的溶解度證實如下在100℃下溶解直到33重量％，在16℃下溶解直到10重量％。因此，在工業(yè)用水的溫度為大約20℃的假定上，推測結晶溫度為大約30-50℃，并推測在結晶操作之后的結晶母液中，其將保持在大約20重量％的濃度。因此，假定一種通過分離琥珀酸而獲得的結晶母液，所述琥珀酸通過使用乙酸而沉淀，將大約120g乙酸和大約30g琥珀酸銨混合、加熱并完全溶解，從而獲得一種具有大約20重量％琥珀酸銨濃度的溶液，這被指定為“模型母液1”，上述乙酸和琥珀酸銨都由和光純藥社生產(chǎn)。如上所述
琥珀酸一級pKa4.21琥珀酸二級pKa5.64乙酸pKa4.76因此，認為這種模型母液1含有裝料 乙酸 120g(2mol)琥珀酸二銨30.4g(0.2mol，大約20重量％)將該琥珀酸二銨與乙酸反應，從而具有大概下面的組成所溶解液體 乙酸108g(1.8mol)琥珀酸一銨27g(0.2mol)乙酸銨15.4g(0.2mol)②模型母液2的制備將丙酸、琥珀酸二銨和28％氨水按下面的比例混合、加熱并完全溶解，從而獲得一種溶液，其被指定為“模型母液2”，上述丙酸、琥珀酸二銨和28％氨水都由和光純藥社生產(chǎn)。
裝料丙酸 98.75g(1.33mol)琥珀酸二銨 20.29g(0.133mol)28％氨水 13.32g(0.22mol氨)該模型母液2含有琥珀酸一級pKa4.21琥珀酸二級pKa5.64丙酸pKa4.67因此，認為將琥珀酸二銨與丙酸反應，從而具有大概下面的組成所溶解液體 丙酸1.2mol(88.8g)琥珀酸一銨0.133mol乙酸銨0.35mol(0.22mol+0.133mol)水9.6g(7.2重量％)蒸餾測試測試例2-1下限溫度制備模型母液1(乙酸120.00g，琥珀酸二銨30.42g)，然后將該母液放入200ml茄形燒瓶中，并安裝在簡單蒸餾設備中，并在10mmHg下經(jīng)簡單蒸餾處理。采用水冷型冷凝器。在簡單蒸餾設備中不斷循環(huán)極小量的氮氣，從而防止爆沸和增加蒸餾效率。
當燒瓶內溫度變?yōu)?6℃，蒸餾開始，當變?yōu)?9℃時，沒有觀察到大量的餾出物，結束蒸餾。在燒瓶中，觀察到沉淀發(fā)生和凝固。
餾出量為40ml(45.65g)。根據(jù)燒瓶自重的扣除以及測試前后的差額，燒瓶中成分的量為64.78g。據(jù)信，剩余物沒有在冷凝器中徹底冷凝，而是從減壓管釋放到了通流裝置(draft)，因為冷凝器中冷卻水的溫度與減壓程度相比較而言是高的。
測試例2-2上限溫度制備模型母液1(乙酸120.18g，琥珀酸二銨30.40g)，然后將該母液放入200ml茄形燒瓶中，并安裝在簡單蒸餾設備中，并在150mmHg下經(jīng)簡單蒸餾處理。采用水冷型冷凝器。在簡單蒸餾設備中不斷循環(huán)極小量的氮氣，從而防止爆沸和增加蒸餾效率。
當燒瓶內溫度變?yōu)?5℃，蒸餾開始，在油浴溫度變?yōu)?05℃之后，繼續(xù)蒸餾，但以每次10mmHg來降低壓力。在1小時45分鐘后，餾出量達到40ml。此時，回收第一餾出物樣本。在那個時候，燒瓶中溫度為89℃，壓力為120mmHg。
此后，當蒸餾停止時，重復降低壓力的操作，從而使燒瓶的溫度不會超過100℃?？紤]到溫度計的波動或誤差，控制油浴溫度不超過熔點(114℃)，并且109℃是最大值。從第一次取樣開始后1小時47分鐘結束時，當40ml被蒸餾出時收集樣本。在那個時候，燒瓶內溫度為95℃，壓力為60mmHg。
將壓力恢復到常壓，收集到2.55g底部樣本。根據(jù)燒瓶自重的扣除以及測試前后的差額，燒瓶內成分的量為64.96g。在簡單蒸餾期間沒有觀察到結晶沉淀。
測試例2-3溫度超過制備模型母液1(乙酸120.03g，琥珀酸二銨30.41g)，然后將該母液放入200ml茄形燒瓶中，并安裝在簡單蒸餾設備中，并在380mmHg下經(jīng)簡單蒸餾處理。采用水冷型冷凝器。在簡單蒸餾設備中不斷循環(huán)極小量的氮氣，從而防止爆沸和增加蒸餾效率。
當燒瓶內溫度變?yōu)?10℃，蒸餾開始，在大約1小時后，溫度達到114℃。此后，蒸餾速率沒有增大，再過45分鐘，餾出量達到40ml(與測試2-1相一致)。此時，收集第一餾出物樣本。在那個時候，溫度為118℃。當另一個40ml蒸餾出時，(132℃；從第一次取樣開始1小時10分鐘結束時)，立即將壓力恢復到常壓，并收集第二餾出物樣本以及2.55g的底部樣本。在此將壓力降低到380mmHg，并當2.97g被蒸餾出時，終止蒸餾。根據(jù)燒瓶自重的扣除以及測試前后的差額，燒瓶內成分的量為54.47g。在簡單蒸餾期間沒有觀察到結晶沉淀。
測試例2-4水的作用以模型母液1中相同的方式，使用30.40g琥珀酸。用72.02g乙酸(而不是用模型母液1中的120g乙酸)和48.01g水來溶解該琥珀酸。
將該溶液放入200ml茄形燒瓶中，并安裝在簡單蒸餾設備中，并在常壓下經(jīng)簡單蒸餾處理。采用水冷型冷凝器。在簡單蒸餾設備中不斷循環(huán)極小量的氮氣，從而防止爆沸和增加蒸餾效率。
當燒瓶內溫度變?yōu)?32℃時(油浴溫度158℃)，蒸餾開始，并在20分鐘后，蒸餾出40ml(42.64g)，收集樣本。另外，在34分鐘后，蒸餾出40ml(41.88g)(燒瓶內溫度150℃，油浴180℃)，收集樣本。在那時，從底部取樣2.71g。另外，繼續(xù)加熱，當蒸餾出20ml(20.08g)時(燒瓶內溫度169℃，油浴206℃)，終止蒸餾。分別對餾出物和底部取樣。根據(jù)燒瓶自重的扣除以及測試前后的差額，底部殘液為39.27g。
測試例2-5在丙酸的情況中將模型母液2放入200ml茄形燒瓶中，并安裝在簡單蒸餾設備中。在降低壓力到100mmHg后，加熱開始。采用水冷型冷凝器。在簡單蒸餾設備中不斷循環(huán)極小量的氮氣，從而防止爆沸和增加蒸餾效率。
當燒瓶內溫度變?yōu)?2℃時，蒸餾開始。當燒瓶內溫度變?yōu)?3℃，降低壓力來保持該溫度，因而壓力被降低到50mmHg。之后，當溫度變?yōu)?0℃時和從蒸餾開始55分鐘結束時，對餾出物取樣。此時，油浴溫度為100℃。在蒸餾開始1小時結束時，升高溫度到105℃繼續(xù)蒸餾20分鐘，并通過升高溫度到108℃來再蒸餾20分鐘，此時對底部殘液和餾出物取樣。在蒸餾完成時，燒瓶內溫度為95℃。
回收的第一餾出物為37.0g，第二餾出物為15.25g，底部殘液為79.7g。
在測試例2-5中，根據(jù)關于分析的相同基礎，即基于酸和堿各自存在的假定，裝料包括丙酸 98.75g氨 20.29×34/152+13.32×0.28＝8.27g琥珀酸 20.29×118/152＝15.75g水 13.32×0.72＝9.59g測試例2-6乙酸氨汽化的最低溫度考慮到測試例2-1和2-2的結果，通過下面的模型溶液來研究乙酸銨在乙酸-琥珀酸體系中的汽化。
為更精確地掌握乙酸銨的汽化，將29.99g乙酸、15.19g琥珀酸銨以及另外7.69g乙酸銨加入200ml茄形燒瓶中，并安裝在旋轉式汽化器上。將壓力降低到30mmHg，并將燒瓶浸入已加熱到108℃的油浴中，并加熱27分鐘。
白色固體沉淀出并附著在冷凝器部分。底部是沉淀出并凝固的白色固體，其量為27.93g。
根據(jù)關于分析的相同基礎，即基于酸和堿各自存在的假定，裝料包括乙酸 29.99+7.69×60/77＝35.98g氨 15.19×34/152+7.69×17/77＝5.10g琥珀酸 15.19×118/152＝11.79g測試例2-7乙酸銨汽化的最高溫度在測試例2-1和2-2的結果的基礎上，而且考慮到，鑒于測試例2-3和2-4，在高溫條件下添加水可能是具有優(yōu)勢的，因此，用下面的模型溶液來研究乙酸銨在乙酸-琥珀酸體系中的汽化。
為更精確地掌握乙酸銨的汽化，將24.00g酸、15.20g琥珀酸銨、6.11g去離子水以及另外7.68g乙酸銨加入200ml茄形燒瓶中，并安裝在旋轉式汽化器上。將壓力降低到150mmHg，并將燒瓶浸入已加熱到150℃的油浴中，將油浴加熱到178℃。蒸餾速率立即變慢，但考慮與測試例2-6的比較，繼續(xù)加熱30分鐘。
白色固體沉淀出并附著在冷凝器部分。底部是沉淀出并凝固的白色固體，其量為16.07g。
根據(jù)關于分析的相同基礎，即基于酸和堿各自存在的推定，裝料包括乙酸 24.00+7.68×60/77＝35.98g氨15.20×34/152+7.68×17/77＝5.10g琥珀酸15.20×118/152＝11.80g測試例2-8為更精確地掌握乙酸銨的汽化，將30.00g乙酸、15.18g琥珀酸銨以及另外7.71g乙酸銨加入200ml茄形燒瓶中，并安裝在旋轉式汽化器上。將壓力降低到50mmHg，并將燒瓶浸入已加熱到100℃的油浴中。當油浴溫度變?yōu)?32℃時，蒸餾開始，在25分鐘之后，在139℃下底部經(jīng)歷沉淀和凝固，然后終止蒸餾。底部殘液的量為22.71g。色固體沉淀出并附著在冷凝器部分。
根據(jù)關于分析的相同基礎，即基于酸和堿各自存在的假定，裝料包括乙酸 30.00+7.71×60/77＝36.01g氨15.18×34/152+7.71×17/77＝5.10g琥珀酸15.18×118/152＝11.78g測試例2-9水的作用在測試例2-1和2-2的結果的基礎上，考慮到鑒于測試例2-3和2-4，在高溫條件下添加水可能是具有優(yōu)勢的，因此，假定水被加入或將被加入結晶溶液，使用下面的模型溶液來研究乙酸銨在乙酸-琥珀酸體系中的汽化。
為更精確地掌握乙酸銨的汽化，將7.50g乙酸、15.23g琥珀酸銨、35.99g去離子水以及另外7.68g乙酸銨加入200ml茄形燒瓶中，并安裝在旋轉式汽化器上。將壓力降低到50mmHg，并將燒瓶浸入已加熱到137℃的油浴中。在該測試中，油浴溫度在137-138℃范圍內變化。
蒸餾在17分鐘內完成，底部是沉淀出并凝固的白色固體，其量為27.96g。白色固體沉淀出并附著在冷凝器部分。
根據(jù)關于分析的相同基礎，即基于酸和堿各自存在的推定，裝料包括乙酸 7.50+7.68×60/77＝13.48g氨15.23×34/152+7.68×17/77＝5.10g琥珀酸15.23×118/152＝11.82g測試例2-10丙酸銨的汽化丙酸銨并不是市場上有售的。
因此，39.99g丙酸、15.23g琥珀酸銨和由和光純藥社生產(chǎn)的15.16g 28％的氨水被用作模型溶液。
將該模型溶液加入茄形燒瓶中，并安裝在旋轉式汽化器上。將壓力降低到40mmHg，并將燒瓶浸入已加熱到157℃的油浴中。測試期間溫度為160℃。在這個狀態(tài)下，進行蒸餾25分鐘。
白色固體沉淀出并附著在冷凝器部分。底部是沉淀出并凝固的白色固體，其量為25.38g。
根據(jù)關于分析的相同基礎，即基于酸和堿各自存在的假定，裝料包括丙酸 39.99g氨15.20×34/152+15.16×0.28＝3.41g琥珀酸15.23×118/152＝11.82g結果上述蒸餾測試的結果見表2-1-2-4
表2-1簡單蒸餾對應于釜式蒸發(fā)器

*丙酸表2-2簡單蒸餾對應于釜式蒸發(fā)器

*丙酸**(部分漏出而沒有被冷凝)
表2-3旋轉式蒸發(fā)器對應于薄膜型蒸發(fā)器

*丙酸表2-4旋轉式蒸發(fā)器對應于薄膜型蒸發(fā)器

*丙酸***(冷凝器中沉淀的固體)
討論在琥珀酸-乙酸體系中，酸B的銨鹽指的是乙酸銨，其熔點公知是114℃。在測試例2-3中，油浴為134℃-149℃，燒瓶中液體溫度超過114℃，最高為132℃。經(jīng)過時間為大約2小時。在那時，形成的乙酰胺為7.4重量％，另外，形成了琥珀酸酰胺等。所引入的琥珀酸為30.4g(等于0.2mol)，同時，保留在底部殘液中的琥珀酸下降到0.09mol的水平。然而，在測試例2-2中，油浴溫度即燒瓶的壁溫為109℃，燒瓶中液體的溫度為95℃，經(jīng)過時間為3.3小時。不過，僅形成了0.4重量％的水平的乙酰胺，同樣，對應于琥珀酸銨為30.4g(等于0.2mol)，在未從餾分中檢出的狀態(tài)下，琥珀酸對應于0.186mol。因此，區(qū)別是明顯的。
從這些結果中，本發(fā)明人認為必定存在一個溫度，操作期間在大約120℃的水平上作為平均溫度，其對于羧酸銨的酰胺化具有特殊的影響，所述溫度高于測試例2-2中95℃的液體溫度，并且不高于測試例2-3中132℃的液體溫度。
乙酸銨的熔點是114℃，如前所述，丙酸銨的熔點被認為是大約100℃。
在這些測試中，操作溫度被推定大約是熔點或略高于熔點。因此，尤其在餾出物2中，據(jù)認為，氨通過熱解而被輕微蒸發(fā)。然而，在大部分經(jīng)過時間中，觀察到酰胺化并沒有徹底進行。在測試例2-2中乙酸的情況中，保留時間超過3小時，大約1.5小時中溫度至少為90℃。在測試例2-5的情況中，考慮到大約40分鐘的保留時間，酰胺化比例在分析誤差內可被認為實質上相同。
重要的是，作為酸B的乙酸或丙酸以不含有氨的狀態(tài)來排出，并且，濃縮有機酸A及其銨鹽，同時又避免酰胺化或酰亞胺化。對于這種目的來說，有必要以反應特異點約110℃或酸B熔點中較低的溫度作為基準。因此，在乙酸的情況中，反應特異點在嚴格意義上是不清楚的，而基本上與熔點是相同的溫度，因此，將操作條件調整在不高于作為乙酸熔點的114℃。在丙酸的情況中，丙酸的熔點是不清楚的，在測試例中，盡管經(jīng)過了長達1小時40分鐘的保留時間，但氨所蒸發(fā)的量不高于所裝料量的1/10，這被認為是實際上在允許范圍內，因此，在這個測試例中該水平的溫度被認為是上限溫度。也就是說，考慮壁表面的溫度(油浴溫度)，其為110℃。壁表面的溫度通常并不進行測量，因此，110℃作為用來加熱的導熱劑溫度就是上限。這對應于100℃的液體溫度，其被認為等于丙酸銨的熔點。因此，在采用丙酸的情況中，工作流體最高100℃將是操作條件。僅僅要求滿足導熱劑或工作流體的操作條件。
另外，作為對比例，進行了測試例2-3和2-4。這是基于一個觀點，即當含有水時酰胺化和酰亞胺化可能被抑制。在測試例2-1和2-2的條件下，酰胺化和酰亞胺化是輕微的，在分析誤差范圍內沒有觀察到顯著的區(qū)別。因此，研究有意在酰胺化或酰亞胺化發(fā)生的條件下進行。從結果看，清楚地觀察到了明顯的區(qū)別。因此，可以這么說，建議在酸B汽化期間存在一定程度的水。
在酸B從結晶母液中汽化之后，在對汽化酸B的銨鹽的方法進行的測試中，保留時間是不可忽略的。如上所述，酰胺化反應在大約120℃的溫度下變快。另一方面，需要更高的溫度來將酸B的銨鹽從有機酸A及其銨鹽中分離出，因為至少為酸B的銨鹽熔點的溫度是理想的。
在簡單蒸餾設備的情況中，從作為加熱部分的燒瓶出來到冷凝器部分的連接部分，暴露于外部空氣中，因此，外部空氣和該過程進行了熱交換，從而引起內回流。結果是，除非連接部分的熱釋放與燒瓶部分的加熱之間的差是十分巨大的，否則，保留時間增加。在測試例2-3中，油浴溫度快速升高，加熱量是巨大的。盡管如此，保留時間是長的，因為過程與外部空氣間的溫度差也變得巨大，并且在連接部分的熱釋放同樣變得巨大。
因此，本發(fā)明人進行了一個測試，其中，使用了旋轉式蒸發(fā)器。在旋轉式蒸發(fā)器中，將燒瓶傾斜地安裝到油浴中并旋轉，從而使燒瓶直到接近連接部分的部分均能均勻受熱。另外，從燒瓶連接部分到冷凝器間的一部分通過傳動部分被遮蔽起來，與外部空氣隔離，因此，與外部空氣的熱交換實質上被最小化。結果，內回流最小化，并且保留時間可能縮短。
然而，在旋轉燒瓶中的液體溫度不能被測量。也就是說，為了縮短保留時間，與燒瓶尺寸相比，有意減小裝料量，因此，即使可插入溫度計，液體溫度也不能連續(xù)測量，因為液體表面總是在燒瓶內壁附近。另外，燒瓶是旋轉的，在蒸發(fā)的最后階段，有機酸A及其銨鹽將凝固，因此，要測量燒瓶內溫度是困難的。
酸B的銨鹽發(fā)生熱解，因此，精確測定諸如沸點等物理特性是困難的。然而，本發(fā)明人認為，在理論上沸點是必定存在的，并且諸如升華等現(xiàn)象會發(fā)生，因此，可能僅僅是由于熱解因而不能區(qū)別開汽化或者升華的作用。因此，進行一個測試，其中，通過縮短保留時間將酸B的銨鹽在減壓系統(tǒng)下蒸發(fā)。測試例2-6、2-7和2-8是使用旋轉式蒸發(fā)器的實施例。
在測試例2-6中，已發(fā)現(xiàn)通過充分降低壓力并使用油浴——即大約110℃的熱源，可將乙酸銨氣化。這是一種在溫度不高于熔點下的現(xiàn)象，據(jù)推測，發(fā)生了升華。在測試例2-7中，甚至在150mmHg水平的相對輕微減壓條件下，乙酸銨被充分氣化。在實際過程中，保留時間可被縮短，并已證實在該條件下可進行設計。然而，在這個測試中，出于比較的目的，將保留時間延長到與測試例2-6相一致，同時，油浴即熱源被設定在180℃，因此酰胺化在一定程度上發(fā)生。這意味著如果熱源的溫度設高，則必須相應地縮短保留時間。
在測試例2-9中，水快速蒸發(fā)，因此很難決定抑制酰胺化的因素，即是否是由于短時間或是由于水存在下脫水反應受抑制。然而，已經(jīng)證實，兩種作用都實質性地起了促進作用，并且在水存在下酰胺化得以降低。
因此，作為一種在濃縮結晶母液之后汽化酸B的方法，優(yōu)選具有短加熱時間的方法。另外，優(yōu)選在過熱狀態(tài)下汽化，即在減壓條件下通過足夠高溫度的熱源來加熱工作流體。
實施例3測試例3-1證實乙酸銨存在的測試(通過旋轉式蒸發(fā)器來分離)
將6.00g乙酸、15.18g琥珀酸銨、20g水放入200ml茄形燒瓶中，并安裝在旋轉式汽化器上，上述乙酸和琥珀酸銨都由和光純藥社生產(chǎn)。將壓力降低到50mmHg，并將燒瓶浸入已加熱到140℃的油浴中。蒸餾時間為5分鐘。白色固體沉淀出并附著在冷凝器部分。底部殘液為20.8g。該固體的組成為56.1重量％(0.099mol)琥珀酸、19.6重量％(0.068mol)乙酸和15.4重量％(0.189mol)氨。
測試例3-2反應結晶使用100ml試劑瓶，將4.5g(0.03mol)琥珀酸二銨與30g(0.5mol)乙酸在加熱下混合，并在80℃下溶解。將該溶液在室溫(17℃)下靜置2小時。白色固體沉淀出，并通過過濾來收集該固體。所回收的固體為1.92g，分析結果是，其被證實含有96重量％的乙酸和1重量％的氨。
測試例3-3結晶之后的氣/液分離和濃縮將120g乙酸和30g琥珀酸銨混合、加熱、并完全溶解，從而獲得一種溶液，其被指定為結晶母液，上述乙酸和琥珀酸都由和光純藥社生產(chǎn)。另外，琥珀酸一級pKa4.21琥珀酸二級pKa5.64乙酸pKa4.76因此，考慮當裝料為乙酸 120g，2mol琥珀酸二銨30.4g，0.2mol(大約20重量％)時，琥珀酸二銨與乙酸反應，從而大致形成下面的組合物(作為氨2重量％)所溶解的液體乙酸 108g 1.8mol琥珀酸一銨 27g 0.2mol乙酸銨 15.4g 0.2mol將該溶液放入200ml茄形燒瓶中，并安裝在簡單蒸餾設備中，并在150mmHg下經(jīng)簡單蒸餾。采用水冷型冷凝器。在簡單蒸餾設備中不斷循環(huán)極小量的氮氣，從而防止爆沸和增加蒸餾效率。
當燒瓶內溫度變?yōu)?5℃，蒸餾開始，在變?yōu)?05℃之后，進行蒸餾同時以每次10mmHg來降低壓力。在1小時45分鐘后，餾出量達到40ml。此時，回收第一餾出物樣本。在那個時候，燒瓶中溫度為89℃，壓力為120mmHg。
此后，當蒸餾停止時，重復降低壓力的操作，從而燒瓶的溫度不會超過100℃?？紤]到溫度計的波動或誤差，進行該操作時使油浴溫度不超過熔點(114℃)，并且109℃是最大值。從第一次取樣開始后1小時34分鐘期間(總時間3小時19分)，蒸餾出40ml，此時收集樣本。在那個時候，燒瓶內溫度為95℃，壓力為60mmHg。
將壓力恢復到常壓，收集到2.55g底部殘液樣本。根據(jù)燒瓶自重的扣除以及測試前后的差額，燒瓶內成分的量為64.96g。在簡單蒸餾期間沒有觀察到結晶沉淀。
在第一餾出物的組成中，乙酸為102％(由于分析誤差而超過100％)；在第二餾出物的組成中，乙酸為103％(由于分析誤差而超過100％)，在最終底部殘液的組成中，乙酸為54％，乙酰胺0.4％，琥珀酸34％，琥珀酸單酰胺1.8％，氨9.8％。
測試例3-4氣/液或氣/固分離從而獲得二元/三元羧酸及其銨鹽通過下面的模型溶液來研究乙酸銨在乙酸-琥珀酸體系中的汽化。
為更精確地掌握乙酸銨的汽化，將30.00g乙酸、15.18g琥珀酸銨以及另外7.71g乙酸銨加入200ml茄形燒瓶中，并安裝在旋轉式汽化器上，上述乙酸和琥珀酸銨都由和光純藥社生產(chǎn)。將壓力降低到50mmHg，并將燒瓶浸入已加熱到100℃的油浴中，將油浴加熱到140℃。當油浴溫度達到132℃時，蒸餾開始。蒸餾時間為17分鐘。
白色固體沉淀出并附著在冷凝器部分。底部殘液為22.71g。
底部殘液的組成為34％的乙酸，0.3％的乙酰胺，54％的琥珀酸，0.7％的琥珀酸單酰胺和12.7％的氨。
測試例3-5酰胺化條件將120g乙酸和30g琥珀酸銨混合、加熱、并完全溶解從而獲得一種溶液，其被指定為結晶母液，上述乙酸和琥珀酸都由和光純藥社生產(chǎn)。另外，琥珀酸一級pKa4.21琥珀酸二級pKa5.64乙酸pKa4.76因此，考慮當裝料為乙酸 120g，2mol琥珀酸二銨30.4g，0.2mol(大約20重量％)時，琥珀酸二銨與乙酸反應，從而大致形成下面的組合物(作為氨2重量％)所溶解的液體乙酸 108g 1.8mol琥珀酸一銨27g 0.2mol乙酸銨15.4g 0.2mol將該溶液放入200ml茄形燒瓶中，并安裝在簡單蒸餾設備中，并在380mmHg下經(jīng)簡單蒸餾處理。采用水冷型冷凝器。在簡單蒸餾設備中不斷循環(huán)極小量的氮氣，從而防止爆沸和增加蒸餾效率。
當燒瓶內溫度達到110℃，第一滴被蒸餾出，但此后，由于熱釋放導致的內回流，蒸餾明顯減慢。從第一滴開始后1小時40分鐘時間內，餾出量變?yōu)?0ml(與測試例3-1相一致)。此時，回收第一餾出物樣本。在那個時候，燒瓶中溫度為118℃。當再蒸餾出40ml時(132℃，總時間3小時47分)，立即將壓力恢復到常壓，此時，收集到第二餾出物樣本和2.55g底部殘液樣本。此外，立即將壓力再次降低到380mmHg，并當蒸餾出2.97g時，終止蒸餾。根據(jù)燒瓶自重的扣除以及測試前后的差額，燒瓶內成分的量為54.47g。在簡單蒸餾期間沒有觀察到結晶沉淀。
在第一餾出物的組成中，乙酸為100％；在第二餾出物的組成中，乙酸為97％(在誤差范圍內幾乎是100％)，在最終底部殘液的組成中，乙酸為49％，乙酰胺7.3％，琥珀酸18％，琥珀酸單酰胺16％，氨6.1％。
實施例4下面，乙酸銨、乙酸鈉和乙酸鉀使用由和光純藥社生產(chǎn)的高等級試劑。
測試例4-1將15.22g(0.198mol)乙酸銨、20.01g去離子水和由和光純藥社生產(chǎn)5.20g 28％氨水(以氨計為0.086mol)加入200ml燒瓶中，并安裝在簡單蒸餾設備中。將壓力降低到150mmHg，并將燒瓶浸入已加熱到90℃的油浴中。當燒瓶內液體溫度變?yōu)?2℃時，蒸餾開始。當燒瓶內液體溫度變?yōu)?5℃時，對餾出物取樣。餾出物被取樣。量為15.79g。然后，將壓力降低到100mmHg，從而獲得3.35g的餾出物和18.54g的底部殘液。
第一餾出物中含有的乙酸為0.34重量％，第二餾出物中含有的乙酸為0.72重量％，并且底部殘液中含有的乙酸為62.4重量％(0.193mol)。底部殘液中的氨為13.9重量％(0.152mol)。
根據(jù)該結果，證實了乙酸以乙酸銨的形式存在，其在不高于乙酸銨熔點(114℃)的溫度下不能大量汽化，因此，乙酸銨可被分離出。
測試例4-2通過圖6所示的測試設備來進行測試。
作為蒸餾塔10，使用具有20塊塔板的Oldarshow蒸餾塔。為改善液體保持和蒸餾效率，來自鋼瓶11惰性氣體通過浸入油浴12中塔底燒瓶13進入該蒸餾塔10中，并且，未壓縮氣體經(jīng)冷凝器14從氣體吹掃管15進入通流裝置。
裝料為249.9g的乙酸銨、150.0g的乙酸鈉、250.0g的去離子水，并預先在裝有溫度保持裝置的喂料箱16中加熱到90℃。塔底燒瓶的容量為500ml，開始時，裝入30.06g乙酸銨、20.27g乙酸鈉和70.16g乙酸。
當塔底燒瓶13內溫度變?yōu)?20℃時，以165cm3/小時的流速通過預熱器17從蒸餾塔10頂部供應喂料箱中的喂料。在那時，預熱器17的溫度為110℃。
從供應喂料開始51分鐘的操作后，排出63.6g餾出物和燒瓶中的120.5g底部殘液作為第一排出物。再過37分鐘的操作后，排出43.6g餾出物和燒瓶中的71.1g底部殘液作為第二排出物。
此后，假定為穩(wěn)定的狀態(tài)。
另外，36分鐘的操作后，排出44.5g餾出物和燒瓶中的60.3g底部殘液作為第一分析樣本。再過36分鐘的操作后，排出43.6g餾出物和燒瓶中的74.5g底部殘液作為第二分析樣本。
各自分析樣本的組成見表4-1。
表4-1

從表4-1中顯然可看出，在第一和第二分析樣本間在組成上沒有實質性的差別，因此，該操作可被認為是基本穩(wěn)定的。在該操作基本上為穩(wěn)定狀態(tài)的基礎上，如果所供應喂料的組成與第二分析樣本的組成進行比較，則質量平衡見下面的表4-2。在此，通過使用喂料1.14的比重，將165cm3/小時的供應料轉換成g/小時的單位。
另外，乙酰胺化的氨的量通過下述計算而獲得。也就是說，如圖4-1所示，底部殘液中乙酰胺為8.1重量％，其通過摩爾量計算出，然后將其轉換成重量，從而得出1.7g。
表4-2

從表4-2中顯然可看出，氨的總分析值為8.5g/小時(＝3.8+3.0+1.7)，這與9.7g/小時的供應量有顯著差別，并且，與其它物質相比較，該差別是明顯的。這主要是因為下述事實部分氨與未壓縮氣體一起進入通流裝置而喪失了，并且在取樣期間或在用于分析的標準溶液制備期間被蒸發(fā)了。
當考慮保留在底部殘液(從塔底排出)中的乙酸銨和乙酰胺不被分解和蒸發(fā)時，顯然，作為乙酸銨提供的51.3％的氨被蒸發(fā)或者被作為未壓縮空氣而分離，同時，通過僅具有20塊塔板的蒸餾塔，來獲得具有出乎意料低含水量的乙酸以及不含乙酸的氨水，這是可能的。
測試例4-3通過圖6所示的測試設備，以與測試例4-2種相同的方式來進行測試，不同之處在于，使用乙酸銨、乙酸鈉、乙酸鉀作為喂料，并改變喂料的裝料量和操作條件。
裝料為250g的乙酸銨、150.0g的乙酸鉀、250.0g的去離子水，并預熱到90℃。開始時，往塔底燒瓶中裝入30.04g乙酸銨、20.28g乙酸鉀和70.27g乙酸。
當塔底燒瓶內溫度變?yōu)?20℃時，以150cm3/小時的流速從塔頂部供應喂料。在那時，預熱器的溫度為110℃。
從供應喂料開始59分鐘的操作后，排出65.7g餾出物和燒瓶中的133.4g底部殘液作為第一排出物。再過40分鐘的操作后，排出43.5g餾出物和燒瓶中的76.2g底部殘液作為第二排出物。
此后，假定為穩(wěn)定的狀態(tài)。
另外，40分鐘的操作后，排出42.6g餾出物和燒瓶中的68.5g底部殘液作為第一分析樣本。再過40分鐘的操作后，排出43.5g餾出物和燒瓶中的68.1g底部殘液作為第二分析樣本。
各自分析樣本的組成見表4-3。
表4-3

從表4-3中顯然可看出，在第一和第二分析樣本間在組成上沒有實質性的差別，因此，該操作可被認為是基本穩(wěn)定的。在該操作基本上為穩(wěn)定狀態(tài)的基礎上，如果所供應喂料的組成與第二分析樣本的組成進行比較，則質量平衡見下面的表4-4。在此，通過使用喂料1.14的比重，將150cm3/小時的供應料轉換成g/小時的單位。
另外，乙酰胺化的氨的量通過下述計算而獲得。也就是說，如圖4-3所示，底部殘液中乙酰胺為5.0重量％，其通過摩爾量計算出，然后將其轉換成重量，從而得出1.0g。
表4-4

從表4-4中顯然可看出，氨的總分析值為6.2g/小時(＝3.8+1.4+1.0)，這與9.7g/小時的供應量有顯著差別，并且，與其它物質相比較，該差別是明顯的。如在測試例4-2的情況中一樣，這主要是因為下述事實部分氨與未壓縮氣體一起進入通流裝置而喪失了，并且在取樣期間或在用于分析的標準溶液制備期間被蒸發(fā)了。鉀的量明顯差別的原因不清楚。
當考慮保留在底部殘液(從塔底排出)中的乙酸銨和乙酰胺不被分解和蒸發(fā)時，顯然，作為乙酸銨提供的75.4％的氨被蒸發(fā)或者被作為未壓縮空氣而分離，同時，通過僅具有20塊塔板的蒸餾塔，來獲得具有出乎意料低含水量的乙酸以及不含乙酸的氨水，這是可能的。
測試例4-4通過圖6所示的測試設備，以與測試例4-2種相同的方式來進行測試，不同之處在于，使用乙酸銨、乙酸鉀作為喂料，并改變喂料的裝料量和操作條件。
裝料為250.1g的乙酸銨、150.1g的乙酸鉀、160.0g的去離子水，并預熱到90℃。開始時，往塔底燒瓶中裝入30.1g乙酸銨、20.1g乙酸鉀和70.0g乙酸。
當塔底燒瓶內溫度變?yōu)?38.4℃時，以174cm3/小時的流速從塔頂部供應喂料。在那時，預熱器的溫度為109.5℃。
從供應喂料開始22分鐘的操作后，排出19.1g餾出物和燒瓶中的95.0g底部殘液作為第一排出物。再過37分鐘的操作后，排出32.0g餾出物和燒瓶中的90.4g底部殘液作為第二排出物。
此后，假定為穩(wěn)定的狀態(tài)。
另外，35分鐘的操作后，排出22.8g餾出物和燒瓶中的74.6g底部殘液作為第一分析樣本。再過34分鐘的操作后，排出28.4g餾出物和燒瓶中的77.7g底部殘液作為第二分析樣本。
各自分析樣本的組成見表4-5。
表4-5

從表4-5中顯然可看出，在第一和第二分析樣本間在組成上沒有實質性的差別，該操作可被認為是基本穩(wěn)定的。在該操作基本上為穩(wěn)定狀態(tài)的基礎上，如果所供應喂料的組成與第二分析樣本的組成進行比較，則質量平衡見下面的表4-6。在此，通過使用喂料1.18的比重，將174cm3/小時的供應料轉換成g/小時的單位。
另外，乙酰胺化的氨的量通過下述計算而獲得。也就是說，如圖4-5所示，底部殘液中乙酰胺為2.2重量％，其通過摩爾量計算出，然后將其轉換成重量，從而得出0.72g。
表4-6

從表4-6中顯然可看出，氨的總分析值為4.5g/小時(＝2.1+1.7+0.7)，這與11.4g/小時的供應量有顯著差別，并且，與其它物質相比較，該差別是明顯的。如在測試例4-2的情況中一樣，這主要是因為下述事實部分氨與未壓縮氣體一起進入通流裝置而喪失了，并且在取樣期間或在用于分析的標準溶液制備期間被蒸發(fā)了。鉀的量明顯差別的原因不清楚。
當考慮保留在底部殘液(從塔底排出)中的乙酸銨和乙酰胺不被分解和蒸發(fā)時，顯然，作為乙酸銨提供的78.7％的氨被蒸發(fā)或者被作為未壓縮空氣而分離，同時，通過僅具有20塊塔板的蒸餾塔，來獲得具有出乎意料低含水量的乙酸以及不含乙酸的氨水，這是可能的。
測試例4-5通過圖6所示的測試設備，以與測試例4-2種相同的方式來進行測試，不同之處在于，使用乙酸銨、乙酸鉀作為喂料，并改變喂料的裝料量和操作條件。
裝料為250.1g的乙酸銨、150.1g的乙酸鉀、150.0g的去離子水，并預熱到90℃。開始時，往塔底燒瓶中裝入30.1g乙酸銨、20.0g乙酸鉀和70.1g乙酸。
當從溫度升高開始后21分鐘結束時，以160cm3/小時的流速從塔頂部供應喂料，11分鐘后，獲得第一餾出物。在那時，塔底燒瓶內溫度為137.2℃，預熱器的溫度為108.5℃。
從供應喂料開始19分鐘的操作后，排出10.7g餾出物和燒瓶中的102.8g底部殘液作為第一排出物。再過30分鐘的操作后，排出31.1g餾出物和燒瓶中的79.8g底部殘液作為第二排出物。
此后，假定為穩(wěn)定的狀態(tài)。
另外，37分鐘的操作后，排出31.8g餾出物和燒瓶中的76.9g底部殘液作為第一分析樣本。再過38分鐘的操作后，排出31.1g餾出物和燒瓶中的79.4g底部殘液作為第二分析樣本。
各自分析樣本的組成見表4-7。
表4-7

從表4-7中顯然可看出，在第一和第二分析樣本間在組成上沒有實質性的差別，該操作可被認為是基本穩(wěn)定的。在該操作基本上為穩(wěn)定狀態(tài)的基礎上，如果所供應喂料的組成與第二分析樣本的組成進行比較，則質量平衡見下面的表4-8。在此，通過使用喂料1.20的比重，將160.0cm3/小時的供應料轉換成g/小時的單位。
另外，乙酰胺化的氨的量通過下述計算而獲得。也就是說，如圖4-7所示，底部殘液中乙酰胺為2.2重量％，其通過摩爾量計算出，然后將其轉換成重量，從而得出1.05g。
表4-8

從表4-8中顯然可看出，氨的總分析值為5.6g/小時(＝2.6+2.1+1.1)，這與11.7g/小時的供應量有顯著差別，并且，與其它物質相比較，該差別是明顯的。如在測試例4-2的情況中一樣，這主要是因為下述事實部分氨與未壓縮氣體一起進入通流裝置而喪失了，并且在取樣期間或在用于分析的標準溶液制備期間被蒸發(fā)了。鉀的量差別大的原因不清楚。
當考慮保留在底部殘液(從塔底排出)中的乙酸銨和乙酰胺不被分解和蒸發(fā)時，顯然，作為乙酸銨提供的72.8％的氨被蒸發(fā)或者被作為未壓縮空氣而分離，同時，通過僅具有20塊塔板的蒸餾塔，來獲得具有出乎意料低含水量的乙酸以及不含乙酸的氨水，這是可能的。
對比測試例4-1將15.23g(0.198mol)乙酸銨、15.21g(0.185mol)乙酸鈉、5.02g(0.051mol)乙酸鉀和50.01g去離子水放入200ml燒瓶中，并安裝在簡單蒸餾設備中。將其浸入以加熱到180℃的油浴中。當燒瓶內液體溫度變?yōu)?80℃時，蒸餾開始。當燒瓶內液體溫度變?yōu)?50℃時，停止加熱，并對餾出物和底部殘液取樣。蒸餾時間為63分鐘。餾出物的量為53.18g，底部殘液的量為30.28g。從第一蒸餾起大約30分鐘后，開始沉淀，因而不可能測定pH。
餾出物中含有的乙酸為5.47重量％(0.049mol)，氨為2.98重量％(0.093mol)。底部殘液中含有的乙酸為79.32重量％(0.400mol)，氨為0.64重量％。
如果排除以堿金屬鹽形式存在的乙酸(0.236mol；根據(jù)裝料量)，則其為0.164mol，這表明24.7重量％應被分解的乙酸銨(0.198mol；根據(jù)裝料量)中的乙酸被蒸發(fā)掉了。部分氨未經(jīng)冷凝便被排放，這就是不平衡的原因。
對比測試例4-2將15.22g(0.198mol)乙酸銨、10.00g(0.102mol)乙酸鉀和50.05g去離子水放入200ml燒瓶中，并安裝在簡單蒸餾設備中。將其浸入以加熱到180℃的燒瓶中。當燒瓶內液體溫度變?yōu)?06℃時，蒸餾開始。當燒瓶內液體溫度變?yōu)?50℃時，停止加熱，并對餾出物和底部殘液取樣。蒸餾時間為51分鐘。餾出物的量為53.19g，底部殘液的量為20.26g。取樣之后沉淀立即開始，因而不可能測定pH。
餾出物中含有的乙酸為5.05重量％(0.045mol)，氨為3.22重量％(0.101mol)。底部殘液中含有的乙酸為76.51重量％(0.258mol)，氨則未檢出。
如果排除以堿金屬鹽形式存在的乙酸(0.102mol；根據(jù)裝料量)，則其為0.156mol，這表明22.7重量％應被分解的乙酸銨(0.198mol；根據(jù)裝料量)中的乙酸被蒸發(fā)掉了。部分氨未經(jīng)冷凝便被排放，這就是不平衡的原因。
對比測試例4-3將15.20g(0.197mol)乙酸銨、5.00g(0.061mol)乙酸鈉、15.00g(0.153mol)乙酸鉀和50.04g去離子水放入200ml燒瓶中，并安裝在簡單蒸餾設備中。將其浸入以加熱到180℃的油浴中。當燒瓶內液體溫度變?yōu)?08℃時，蒸餾開始。當燒瓶內液體溫度變?yōu)?50℃時，停止加熱，并對餾出物和底部殘液取樣。蒸餾時間為41分鐘。餾出物的量為53.32g，底部殘液的量為31.32g。取樣之后沉淀立即開始，因而不可能測定pH。
餾出物中含有的乙酸為5.72重量％(0.050mol)，氨為3.68重量％(0.113mol)。底部殘液中含有的乙酸為72.21重量％(0.377mol)，氨則未檢出。
如果排除以堿金屬鹽形式存在的乙酸(0.214mol；根據(jù)裝料量)，則其為0.163mol，這表明25.4重量％應被分解的乙酸銨(0.197mol；根據(jù)裝料量)中的乙酸被蒸發(fā)掉了。部分氨未經(jīng)冷凝便被排放，這就是不平衡的原因。
對比測試例4-4將15.20g(0.197mol)乙酸銨、10.02g(0.102mol)乙酸鉀和15.27g去離子水放入200ml燒瓶中，并安裝在簡單蒸餾設備中。將其浸入以加熱到180℃的油浴中。當燒瓶內液體溫度變?yōu)?16℃時，蒸餾開始。當燒瓶內液體溫度變?yōu)?50℃時，停止加熱，并對餾出物和底部殘液取樣。蒸餾時間為23分鐘。餾出物的量為16.65g，底部殘液的量為21.76g。取樣之后沉淀立即開始，因而不可能測定pH。
餾出物中含有的乙酸為8.43重量％(0.023mol)，氨為7.00重量％(0.069mol)。底部殘液中含有的乙酸為75.62重量％(0.274mol)，氨為2.13重量％。
如果排除以堿金屬鹽形式存在的乙酸(0.102mol；根據(jù)裝料量)，則其為0.172mol，這表明11.7重量％應被分解的乙酸銨(0.197mol；根據(jù)裝料量)中的乙酸被蒸發(fā)掉了。部分氨未經(jīng)冷凝便被排放，這就是不平衡的原因。
對比測試例4-5將15.20g(0.197mol)乙酸銨、10.01g(0.122mol)乙酸鉀和15.19g去離子水放入200ml燒瓶中，并安裝在簡單蒸餾設備中。將其浸入以加熱到180℃的油浴中。當燒瓶內液體溫度變?yōu)?16℃時，蒸餾開始。當燒瓶內液體溫度變?yōu)?35℃時，觀察到固體沉淀。當燒瓶內液體溫度變?yōu)?50℃時，停止加熱，并對餾出物和底部殘液取樣。蒸餾時間為23分鐘。餾出物的量為17.17g，底部殘液的量為21.25g。沉淀開始，因而不可能測定pH。
餾出物中含有的乙酸為11.33重量％(0.032mol)，氨為6.02重量％(0.061mol)。底部殘液中含有的乙酸為83.97重量％(0.297mol)，氨為2.13重量％(0.027mol)。
如果排除以堿金屬鹽形式存在的乙酸(0.122mol；根據(jù)裝料量)，則其為0.175mol，這表明16.2重量％應被分解的乙酸銨(0.197mol；根據(jù)裝料量)中的乙酸被蒸發(fā)掉了。部分氨未經(jīng)冷凝便被排放，這就是不平衡的原因。
工業(yè)實用性根據(jù)本發(fā)明，可從高熔點有機酸A的銨鹽獲得固體形式的有機酸A，所述有機酸比如是二元羧酸、三元羧酸或氨基酸，其通過碳源的微生物轉化而產(chǎn)生，而有機酸A的制備通過反應結晶來進行，在反應結晶中利用了酸/堿反應，在該反應中采用了弱酸B，比如一元羧酸，所述酸B是比有機酸A更弱的酸。這在常規(guī)的酸堿反應中是意料不到的。
另外，在通過用反應結晶來沉淀和分離有機酸A之后，可以從結晶母液中回收有機酸A及其銨鹽，所用方式是汽化和有效分離酸B(比如一元羧酸)和酸B的銨鹽(比如一元羧酸銨鹽)。通過防止在該汽化操作中的副反應，可以增加分離以及各物質回收的效率?？梢栽傺h(huán)和再利用分離出的酸B、有機酸A及其銨鹽，而無需麻煩的操作。
另外，提供了一種方法，其中，利用堿金屬鹽或堿土金屬鹽將分離出的酸B的銨鹽(比如一元羧酸銨鹽)分解成酸B(比如一元羧酸)和氨。在那時，可以容易地分離出存在于反應體系中的水和酸B(比如一元羧酸)，并且有效率地回收低含水量的酸B以及不含該酸的氨水。
權利要求
1.一種生產(chǎn)有機酸A的方法，該方法包括以下步驟用滿足下面公式(1)的酸B來使有機酸A的銨鹽進行反應結晶，從而分離出固體形式的有機酸ApKa(A)≤pKa(B) (1)其中，pKa(A)和pKa(B)分別代表有機酸A和酸B的電離指數(shù)，假若它們具有多個值，則代表其中最小的pKa。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，酸B是揮發(fā)性的。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中，有機酸A是熔點至少為120℃的有機酸。
4.據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中，有機酸A是C4-12的二元羧酸或三元羧酸，或者C4-12的氨基酸。
5.根據(jù)權利要求1-4任一項所述的方法，其中，酸B是一元羧酸。
6.根據(jù)權利要求1-4任一項所述的方法，其中，酸B是乙酸或丙酸。
7.根據(jù)權利要求1-6任一項所述的方法，其中，以單級或多級的方式進行所述反應結晶，并且至少在一級中，pH為2.1-6.5。
8.根據(jù)權利要求1-7任一項所述的方法，其中，有機酸A的銨鹽通過微生物轉化步驟而獲得，在該微生物轉化步驟中，在至少一種中和劑的存在下，碳源被微生物轉化，所述中和劑選自于氨、碳酸銨和尿素。
9.根據(jù)權利要求1-7任一項所述的方法，其中，有機酸A的銨鹽以有機酸A的銨鹽水溶液的形式而獲得，其獲得的方式是通過微生物轉化步驟，來獲得包含有機酸A的堿金屬鹽和/或堿土金屬鹽的反應溶液，在該微生物轉化步驟中，碳源在至少一種中和劑的存在下被微生物轉化，所述中和劑選自于堿金屬氫氧化物、堿土金屬氫氧化物、堿金屬碳酸鹽和堿土金屬碳酸鹽；將氨和二氧化碳和/或碳酸銨加入包含有機酸A的堿金屬鹽和/或堿土金屬鹽的所述反應溶液中，來進行反應結晶，從而沉淀出堿金屬碳酸鹽和/或堿土金屬碳酸鹽，此即索爾韋法處理步驟；和分離所沉淀的碳酸鹽。
10.根據(jù)權利要求8或9所述的方法，該方法包括對在所述微生物轉化步驟中獲得的反應溶液進行濃縮的濃縮步驟，并且其中，使在該濃縮步驟中獲得的濃縮物進行反應結晶。
11.根據(jù)權利要求1-7任一項所述的方法，其中，有機酸A的銨鹽形成于一化學過程。
12.根據(jù)權利要求1-11任一項所述的方法，其中，分離出通過所述反應結晶而沉淀的有機酸A；在該分離之后，通過分解步驟來分解結晶母液中的酸B的銨鹽，從而獲得酸B；并將獲得的酸B再循環(huán)用作所述反應結晶中的溶劑。
13.根據(jù)權利要求12所述的方法，其中，分離出通過所述反應結晶而沉淀的有機酸A；在該分離之后，通過蒸發(fā)所述結晶母液中的酸B來濃縮該結晶母液；然后，分解/蒸發(fā)酸B及其銨鹽，以回收有機酸A及其銨鹽。
14.根據(jù)權利要求13所述的方法，其中，在不高于酸B的銨鹽的熔點的溫度下，進行酸B的蒸發(fā)。
15.根據(jù)權利要求13或14所述的方法，其中，通過在0.001mmHg-200mmHg的減壓下加熱，來進行酸B及其銨鹽的分解/蒸發(fā)。
16.根據(jù)權利要求12-15任一項所述的方法，其中，所述分解步驟包括加熱步驟，即加熱一種含有酸B的銨鹽、酸B的堿金屬鹽和/或堿土金屬鹽和水的液體，并排出堿性水溶液的氣體；以及氣/液分離、氣/固分離或氣/液/固分離的步驟，即，在不高于酸B的銨鹽的熔點的溫度下，使從該加熱步驟中排出的堿性水溶液的氣體直接或將其冷凝之后，進行氣/液分離、氣/固分離或氣/液/固分離。
17.根據(jù)權利要求12-15任一項所述的方法，其中，所述分解步驟包括以下加熱步驟將含有酸B的銨鹽、酸B的堿金屬鹽和/或堿土金屬鹽和水的液體供應到蒸餾塔，并從該蒸餾塔的頂部排出堿性水溶液的氣體，所述蒸餾塔具有至少兩塊塔板作為實際的塔板數(shù)。
18.根據(jù)權利要求17所述的方法，其中，在所述加熱步驟中，將含有酸B的銨鹽、酸B的堿金屬鹽和/或堿土金屬鹽和水的液體供應到蒸餾塔的一個位置，該位置的溫度不高于酸B的銨鹽的熔點，所述蒸餾塔具有至少兩塊塔板作為實際的塔板數(shù)。
19.根據(jù)權利要求16-18任一項所述的方法，其中，構成酸B的堿金屬鹽和/或堿土金屬鹽的堿金屬和/或堿土金屬是選自于Na、K、Ca和Mg中的至少一種。
20.根據(jù)權利要求16-18任一項所述的方法，其中，對在所述加熱步驟中排出堿性水溶液的氣體之后的液體，通過分離步驟進行處理從而分離和回收酸B，所述分離步驟在減壓或常壓以及至少125℃的溫度下進行。
21.根據(jù)權利要求20所述的方法，其中，將所述分離步驟后的殘留液體與一含有水的體系混合，從而水解酰胺化合物，然后再循環(huán)到所述加熱步驟中，所述酰胺化合物是在所述加熱步驟和分離步驟中形成的副產(chǎn)品。
22.根據(jù)權利要求1-10和12-21任一項所述的方法，其中，有機酸A的銨鹽通過微生物轉化步驟作為包含有機酸A的銨鹽的反應溶液而獲得，在所述微生物轉化步驟中，通過微生物并用氨作為中和劑來進行轉化；分離通過反應結晶而沉淀的有機酸A，所述反應結晶通過加入酸B來進行；在所述分離之后，將結晶母液中酸B的銨鹽分解，從而獲得氨；并且將所得的氨用作所述微生物轉化步驟中的中和劑。
23.根據(jù)權利要求1-10和12-21任一項所述的方法，其中，有機酸A的銨鹽以有機酸A的銨鹽水溶液的形式而獲得，其獲得的方式是通過微生物轉化步驟，來獲得包含有機酸A的堿金屬鹽和/或堿土金屬鹽的反應溶液，在該微生物轉化步驟中，碳源在至少一種中和劑的存在下被微生物轉化，所述中和劑選自于堿金屬氫氧化物、堿土金屬氫氧化物、堿金屬碳酸鹽和堿土金屬碳酸鹽；將氨和二氧化碳和/或碳酸銨加入包含有機酸A的堿金屬鹽和/或堿土金屬鹽的所述反應溶液中，來進行反應結晶，從而沉淀出堿金屬碳酸鹽和/或堿土金屬碳酸鹽，此即索爾韋法處理步驟；分離所沉淀的碳酸鹽；分離通過所述反應結晶而沉淀的有機酸A，所述反應結晶通過加入酸B來進行；在該分離之后，將結晶母液中酸B的銨鹽分解，從而獲得氨；并將所述氨用作索爾韋法處理步驟中的氨源。
24.根據(jù)權利要求1-23任一項所述的方法，其中，所述反應結晶以多級的方式來進行，并在第二級或其以后級的反應結晶中，在分離沉淀的有機酸A之后，將結晶母液直接地或在下述步驟之后再循環(huán)到前級的用于反應結晶的結晶器中在通過包含酸B的反應結晶溶劑的汽化來濃縮酸B的銨鹽之后，或者在分離出溶解于該母液中的有機酸A或其鹽之后。
25.在通過將酸B的銨鹽分解成酸B和氨從而分離和回收酸B和氨的過程中，一種用來分解酸B的銨鹽的方法，所述方法包括加熱步驟，即加熱含有酸B的銨鹽、酸B的堿金屬鹽和/或堿土金屬鹽和水的液體，并排出堿性水溶液的氣體；以及氣/液分離、氣/固分離或氣/液/固分離的步驟，即，在不高于酸B的銨鹽的熔點的溫度下，使從該加熱步驟中排出的堿性水溶液的氣體直接地或在將其冷凝之后，進行氣/液分離、氣/固分離或氣/液/固分離。
26.在通過將酸B的銨鹽分解成酸B和氨從而分離和回收酸B和氨的過程中，一種用來分解酸B的銨鹽的方法，所述方法包括加熱步驟，該加熱步驟為，將含有酸B的銨鹽、酸B的堿金屬鹽和/或堿土金屬鹽和水的液體供應到蒸餾塔的一個位置，并從該蒸餾塔的頂部排出堿性水溶液的氣體，所述蒸餾塔具有至少兩塊塔板作為實際的塔板數(shù)，所述位置的溫度不高于酸B的銨鹽的熔點。
27.根據(jù)權利要求25或26所述的方法，其中，構成酸B的堿金屬鹽和/或堿土金屬鹽的堿金屬和/或堿土金屬是選自于Na、K、Ca和Mg中的至少一種。
28.根據(jù)權利要求25-27任一項所述的方法，其中，酸B是選自于甲酸、乙酸、丙酸和丁酸中的至少一種。
29.根據(jù)權利要求25-28任一項所述的方法，該方法包括回收酸B的步驟，在該步驟中，對在所述加熱步驟中排出堿性水溶液的氣體之后的液體，通過分離步驟進行處理，從而回收和分離酸B，所述分離步驟在減壓或常壓以及至少125℃的溫度下進行。
30.根據(jù)權利要求25-29任一項所述的方法，其中，將所述分離步驟后的殘留液體與一含有水的體系混合，從而水解酰胺化合物，然后再循環(huán)到所述加熱步驟中，所述酰胺化合物是所述加熱步驟和分離步驟中形成的副產(chǎn)品。
31.有機酸A，其通過權利要求1-24任一項所述的方法制得。
32.使用有機酸A作為原料制備的聚合物，所述有機酸A通過權利要求1-24任一項所述的方法制得。
全文摘要
一種制備有機酸的新方法，該方法包括以下步驟用滿足下面公式(1)的酸B(比如一元羧酸)來使有機酸A(比如二元羧酸、三元羧酸或氨基酸)銨鹽進行反應結晶，從而分離出固體形式的有機酸ApKa(A)≤pKa(B)(1)，其中，pKa(A)和pKa(B)分別代表有機酸A和酸B的電離指數(shù)，假若它們具有多個值，則代表其中最小的pKa。沉淀和分離出有機酸A后，從所得母液中分離出酸B，再分離出酸B的銨鹽，之后，被再循環(huán)利用于反應結晶步驟。將酸B的銨鹽分解成酸B和氨，它們分別被再循環(huán)用作反應結晶步驟和作為微生物轉化步驟中的中和劑。
文檔編號C07C51/02GK1653027SQ0381059
公開日2005年8月10日 申請日期2003年5月9日 優(yōu)先權日2002年5月10日
發(fā)明者磯谷篤志 申請人:三菱化學株式會社