專利名稱：一種回收酶法制備7-氨基頭孢烷酸過程中產生的戊二酸副產物的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種回收酶法制備7-氨基頭孢烷酸過程中產生的戊二酸副產物的方法。
背景技術：
7-氨基頭孢烷酸(7-ACA)是最重要的頭孢菌素中間體，有很廣闊的市場需求前景，2010年國內7-ACA理論產能為7600噸，實際產量在5500噸左右。7-ACA目前的合成工藝包括化學裂解法和酶裂解法，酶裂解法的優(yōu)勢顯得十分明顯，主要表現(xiàn)為三廢及環(huán)境污染較小，不需要價格昂貴的化學試劑與苛刻的深冷反應，操作簡便，占地面積少，成本低。酶法生產7-ACA工業(yè)已經在國內大規(guī)模推廣，正迅速取代化學法生產工藝。從各企業(yè)公布的7-ACA改擴建信息推斷，未來幾年國內酶法生產7-ACA產量將輕松突破萬噸，按此規(guī)模，將會產生戊二酸副產物五千噸以上，戊二酸廢液的排放將造成一定的環(huán)境污染。戊二酸及其衍生物是重要的化工原料和有機中間體，在化學、建筑、醫(yī)藥、農業(yè)等方面具有廣泛的應用，戊二酸市場售價在4萬元/噸以上，戊二酸酐售價在8萬元/噸以上。 戊二酸一般由己二酸生產過程中的副產物分離提純制得，環(huán)己醇或環(huán)己酮在釩鹽催化劑的作用下，經硝酸氧化得到己二酸、戊二酸、丁二酸的混合物，混合物分離純化分別得到己二酸、戊二酸、丁二酸。該混合液中含有多種性質相近的二元羧酸，分離提純難度大，污染大， 且戊二酸終產品中仍有約O. 4%己二酸、丁二酸雜質難以去除。本發(fā)明將酶法生產7-ACA過程中產生的戊二酸副產物回收，使得酶法工藝更加環(huán)保，回收得到的戊二酸產品不會含己二酸、丁二酸雜質，應用廣泛，能創(chuàng)造巨大的環(huán)保和經濟效益。7-ACA酶法制備路線見說明書附2，頭孢菌素C經D-氨基酸氧化酶催化氧化得戊二酰-7-ACA，再經裂解酶水解七位，得7-ACA及其副產物戊二酸。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的在于公開一種回收酶法制備7-氨基頭孢烷酸(7-ACA)過程中產生的戊二酸副產物的方法。本發(fā)明戊二酸副產物的回收形式為戊二酸酐、戊二酸、戊二酸酯中的至少一種形式。本發(fā)明回收戊二酸副產物的方法包括如下步驟以戊二酸酐形式回收戊二酸副產物的方法包括如下步驟將酶法制備7-ACA產生的含有戊二酸的廢液濃縮，濃縮液中加入硫酸調節(jié)pH至 O 3，過濾，濾液加熱至190 280°C脫水，濾液中的戊二酸脫水生成戊二酸酐和水，將反應液減壓蒸餾，先將蒸出的氣體在100 160°C冷凝得到戊二酸酐，未冷凝氣體室溫冷凝得水，蒸餾得到的戊二酸酐液體冷至室溫得戊二酸酐固體。
上述以戊二酸酐形式回收戊二酸副產物的方法中，pH優(yōu)選I I. 5，脫水溫度優(yōu)選為230 255°C，戊二酸的冷凝溫度優(yōu)選為120 140°C。以戊二酸形式回收戊二酸副產物的方法包括如下步驟將酶法制備7-ACA產生的含有戊二酸的廢液濃縮，取濃縮液，加入鹽酸或硝酸酸化至pH至O 3，加熱蒸除酸水，熱過濾，濾液冷卻得戊二酸。上述以戊二酸形式回收戊二酸副產物的方法中pH優(yōu)選I. 5 2. 5，蒸除酸水的溫度為 IOO0C- 1900C O或將濃縮液抽濾，濾液使用濃硫酸或鹽酸或硝酸調節(jié)pH至O 2，冷卻至O 10°c,過濾析出固體，干燥，得戊二酸。以戊二酸酯形式回收戊二酸副產物的方法包括如下步驟將酶法制備7-ACA產生的含有戊二酸的廢液濃縮，取濃縮液，濃縮液中加入硫酸調節(jié)pH至O 3，，100°C 190°C蒸除剩余水分，加入甲醇，甲醇量為戊二酸物質的量的5 1000摩爾倍，升溫回流反應，加熱蒸出含水甲醇，得到的殘余物；殘余物過濾，濾液用堿水溶液洗滌，再減壓至真空度O. 08 O. 099999MPa,蒸餾收集100 200°C餾分，即得戊二酸二甲酯?；驓堄辔镏苯訙p壓至真空度O. 08 O. 099999MPa,蒸餾收集100 200°C餾分，也
可得戊二酸二甲酯。上述以戊二酸酯形式回收戊二酸副產物的方法中，pH優(yōu)選I I. 5 ;甲醇可用乙醇、含8個碳原子及以下的醇替代。上述弱堿水溶液包括碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、氫氧化鈉、氫氧化鉀、 氨水的水溶液。以上所述酶法制備7-ACA產生的含有戊二酸的廢液濃縮方法為加熱濃縮或納濾濃縮。所述加熱濃縮指將酶法制備7-ACA產生的含有戊二酸的廢液通過換熱器預熱后加入110 130°C的濃縮釜中，蒸出的水蒸氣通過換熱器冷凝后由水接收罐接收；戊二酸廢液全部加入濃縮釜后，改用冷卻水冷卻水蒸氣，水蒸氣蒸出，戊二酸廢液不斷濃縮，得濃縮液縮液。所述納濾濃縮是指將酶法制備7-ACA產生的含有戊二酸的廢液用I 10mol/L NaOH調節(jié)pH至4 10，使用配卷式NF-45納濾膜元件的納濾裝置濃縮，得濃縮液，操作壓力O. 2 O. 4MPa，控制溫度不超過50°C?，F(xiàn)在工業(yè)上廣泛使用的酶法生產7-ACA工藝，將含有戊二酸的廢液直接排放，戊二酸是有機物，會污染水環(huán)境，本發(fā)明將酶法生產7-ACA過程中產生的戊二酸副產物回收， 在減少環(huán)境污染的同時，形成有經濟價值的戊二酸副產物，使得酶法工藝更加環(huán)保，回收得到的戊二酸產品不含己二酸、丁二酸雜質，應用廣泛，能創(chuàng)造巨大的環(huán)保和經濟效益。


圖I是戊二酸酐回收工藝流程2是酶法生產7-ACA反應過程圖下述實施例用于進一步說明但不限于本發(fā)明。
實施例一酶法制備7-ACA將頭孢菌素C(CPC)轉化成為GL-7-ACA :利用500L套層耐壓反應器；該反應器裝有船用式葉輪、磁性傳動裝置、取樣及進料口、耐壓PH電極、壓力表，且在底部出口處裝有規(guī)格為100目篩網；向此反應器加500KU固定化D-A0D，用蒸餾水洗滌Ih ;配制40g/L，pH = 8. O的CPC溶液300L，經20目過濾器過濾后加入反應器，再將頂蓋密封；然后從底部通氧加壓；pH用pH控制器控制，由泵以流速3L/min壓入3mol/L NaOH，保持pH = 8. O ;反應液保持25°C，以400r/min轉速攪拌90min ;于0、10、30、60和90min時取樣，立即用O. 2mol/L乙酸緩沖液(PH3. 5)稀釋作高效液相色譜分析；反應結束后，溶液從反應器底部放出，立即進入下一步反應器；將GL-7-ACA轉化為7-ACA :利用500L酶反應器。該反應器裝有機械、取樣及進料口、pH電極，且在底部出口處裝有規(guī)格為100目篩網；向此反應器加500KU固定化GL-7-ACA ?；?，用蒸餾水洗滌Ih ;將上一步GL-7-ACA溶液放入反應器。pH用pH控制器控制，由泵以流速3L/min壓入10%的氨水溶液，保持pH = 8. O ;反應液保持25°C，以400r/min轉速攪拌90min ;于0、10、30、60和90min時取樣，立即用O. 2mol/L乙酸緩沖液(ρΗ3· 5)稀釋作高效液相色譜分析；反應結束后，反應液送至結晶罐中，降溫至10°C，結晶罐內加入10%鹽酸溶液，逐步調節(jié)PH至3. 4，并逐步降溫至5°C進行結晶。結晶完畢，過濾機中進行晶體分離，濾餅干燥得7ACA，濾液中含有戊二酸，原生產7-ACA的工藝將此含戊二酸廢液排放，會污染環(huán)境， 本發(fā)明將該廢液中的戊二酸回收。實施例2 :戊二酸廢液加熱濃縮將實施例I中戊二酸廢液通過換熱器預熱后加入120°C的濃縮釜中，蒸出的水蒸氣通過換熱器冷凝后由水接收罐接收；戊二酸廢液全部加入濃縮釜后，改用冷卻水冷卻水蒸氣，水蒸氣蒸出，戊二酸廢液不斷濃縮，得濃縮液。實施例3 :戊二酸納濾膜濃縮將實施例I的將酶法制備7-ACA產生的含有戊二酸的廢液用6mol/L NaOH調節(jié) PH至9，使用配卷式NF-45納濾膜元件的納濾裝置濃縮，操作壓力O. 3MPa，控制溫度不超過 40。。。實施例4 以戊二酸酐形式回收戊二酸廢液濃縮液中加入濃硫酸調節(jié)pH = 1，開啟真空，濃縮液熱抽濾，濾液通過冷凝器I進入脫水釜，脫水釜加熱溫度控制在250°C，戊二酸在硫酸催化下，熱脫水產生戊二酸酐，戊二酸酐蒸汽經冷凝器I冷卻，并將不斷加入的戊二酸濃縮液預熱，戊二酸濃縮液液全部加入脫水釜后，改用冷卻水冷卻，并保持戊二酸酐冷凝液溫度在130°C。冷凝液由酸酐接收罐收集，酸酐接收罐溫度控制在130°C，使水分仍然保持氣態(tài)，并通過冷凝器2冷凝，由水接收罐二接收冷凝水，酸酐接收罐中的冷凝液冷卻結晶得戊二酸酐產品。濃縮液制備，將實施例I中戊二酸廢液通過換熱器預熱后加入120°C的濃縮釜中，蒸出的水蒸氣通過換熱器冷凝后由水接收罐接收；戊二酸廢液全部加入濃縮釜后，改用冷卻水冷卻水蒸氣，水蒸氣蒸出，戊二酸廢液不斷濃縮，得濃縮液。實施例5 以戊二酸形式回收采取實施例2的方法，將戊二酸廢液濃縮至水分含量約60%。取500mL戊二酸廢液濃縮液至于IL圓底燒瓶中，加入300ml濃鹽酸酸化，110°C蒸除酸水，熱過濾，濾液冷卻得
戊二酸。實施例6 以戊二酸形式回收將由實施例3所得的濃縮液抽濾，濾液使用濃硫酸調節(jié)至pH ^ 0，冷卻至0°C，過濾析出的固體，干燥，得戊二酸。實施例7 :以戊二酸二甲酯形式回收采取實施例2的方法，將戊二酸廢液濃縮至水分含量約40%。取300mL戊二酸廢液濃縮液至于IL圓底燒瓶中，加入IlOml濃硫酸酸化，110°C蒸除剩余水分，加入甲醇，在攪拌狀態(tài)下升溫至回流溫度，保持回流3h，反應結束后，先蒸出含水甲醇，再減壓至真空度 O. 094MPa，蒸餾收集100 200°C餾分為戊二酸二甲酯。實施例8 以戊二酸二乙酯形式回收采取實施例3的方法，將戊二酸廢液濃縮至水分含量約30%。取300mL戊二酸廢液濃縮液至于IL圓底燒瓶中，加入130ml濃硫酸酸化，110°C蒸除剩余水分，加入乙醇，在攪拌狀態(tài)下升溫至回流溫度，保持回流3h，常壓蒸出含水乙醇，降溫室溫；過濾，用10%碳酸鈉溶液洗滌，再用水洗至中性；分出油層減壓蒸餾，收集122 128°C (2. 67kPa)餾分，得戊
二酸二乙酯。
權利要求
1.一種回收酶法制備7-氨基頭孢烷酸(7-ACA)過程中產生的戊二酸副產物的方法: 其特征在于將戊二酸副產物以戊二酸酐、戊二酸、戊二酸酯中的至少一種形式進行回收。
2.如權利要求I所述的回收酶法制備7-氨基頭孢烷酸(7-ACA)過程中產生的戊二酸副產物的方法，其特征在于以戊二酸酐形式回收戊二酸副產物的方法包括如下步驟將酶法制備7-ACA產生的含有戊二酸的廢液濃縮，濃縮液中加入硫酸調節(jié)pH至O 3， 過濾，濾液加熱至190 280°C脫水，濾液中的戊二酸脫水生成戊二酸酐和水，將反應液減壓蒸餾，先將蒸出的氣體在100 160°C冷凝得到戊二酸酐，未冷凝氣體室溫冷凝得水，蒸餾得到的戊二酸酐液體冷至室溫得戊二酸酐固體。
3.如權利要求I所述的回收酶法制備7-氨基頭孢烷酸(7-ACA)過程中產生的戊二酸副產物的方法，其特征在于以戊二酸形式回收戊二酸副產物的方法包括如下步驟將酶法制備7-ACA產生的含有戊二酸的廢液濃縮，取濃縮液，加入鹽酸或硝酸酸化至pH至O 3， 加熱蒸除酸水，熱過濾，濾液冷卻得戊二酸。
4.如權利要求I所述的回收酶法制備7-氨基頭孢烷酸(7-ACA)過程中產生的戊二酸副產物的方法，其特征在于以戊二酸形式回收戊二酸副產物的方法包括如下步驟將濃縮液抽濾，濾液使用濃硫酸或鹽酸或硝酸調節(jié)pH至O 2,冷卻至O 10°C,過濾析出固體， 干燥，得戊二酸。
5.如權利要求I所述的回收酶法制備7-氨基頭孢烷酸(7-ACA)過程中產生的戊二酸副產物的方法，其特征在于以戊二酸酯形式回收戊二酸副產物的方法包括如下步驟將酶法制備7-ACA產生的含有戊二酸的廢液濃縮，取濃縮液，濃縮液中加入硫酸調節(jié)pH至 O 3，100°C 190°C蒸除剩余水分，加入甲醇，甲醇量為戊二酸物質的量的5 1000摩爾倍，升溫回流反應，加熱蒸出含水甲醇，得到的殘余物；將殘余物減壓至真空度O. 08 O.099999MPa，蒸餾收集100 200°C餾分，得戊二酸二甲酯。
6.如權利要求2所述的回收酶法制備7-氨基頭孢烷酸(7-ACA)過程中產生的戊二酸副產物的方法，其特征在于所述pH為I I. 5，脫水溫度為230 255°C，戊二酸的冷凝溫度為120 1400C ο
7.如權利要求3所述的回收酶法制備7-氨基頭孢烷酸(7-ACA)過程中產生的戊二酸副產物的方法，其特征在于所述pH為I. 5 2. 5，蒸除酸水的溫度為100°C 190°C。
8.如權利要求5所述的回收酶法制備7-氨基頭孢烷酸(7-ACA)過程中產生的戊二酸副產物的方法，其特征在于將殘余物過濾，濾液用弱堿水溶液洗滌，再減壓至真空度O.08 O. 099999MPa，蒸餾收集100 200°C餾分，得戊二酸二甲酯。
9.如權利要求8所述的回收酶法制備7-氨基頭孢烷酸(7-ACA)過程中產生的戊二酸副產物的方法，其特征在于所述弱堿水溶液包括碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨水的水溶液。
10.如權利要求5所述的回收酶法制備7-氨基頭孢烷酸(7-ACA)過程中產生的戊二酸副產物的方法，其特征在于所述甲醇用乙醇或含8個碳原子及以下的醇替代。
11.如權利要求5所述的回收酶法制備7-氨基頭孢烷酸(7-ACA)過程中產生的戊二酸副產物的方法，其特征在于所述pH為I I. 5。
12.如權利要求1-5任一所述的回收酶法制備7-氨基頭孢烷酸(7-ACA)過程中產生的戊二酸副產物的方法，其特征在于所述酶法制備7-ACA產生的含有戊二酸的廢液濃縮方法為加熱濃縮或納濾濃縮。
13.如權利要求12所述的回收酶法制備7-氨基頭孢烷酸(7-ACA)過程中產生的戊二酸副產物的方法，其特征在于所述加熱濃縮指將酶法制備7-ACA產生的含有戊二酸的廢液通過換熱器預熱后加入110 130°C的濃縮釜中，蒸出的水蒸氣通過換熱器冷凝后由水接收罐接收；戊二酸廢液全部加入濃縮釜后，改用冷卻水冷卻水蒸氣，水蒸氣蒸出，戊二酸廢液不斷濃縮，得濃縮液。
14.如權利要求12所述的回收酶法制備7-氨基頭孢烷酸(7-ACA)過程中產生的戊二酸副產物的方法，其特征在于所述納濾濃縮是指將酶法制備7-ACA產生的含有戊二酸的廢液用I lOmol/L NaOH調節(jié)pH至4 10，使用配卷式NF-45納濾膜元件的納濾裝置濃縮，得濃縮液，操作壓力O. 2 O. 4MPa，控制溫度不超過50°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種回收酶法制備7-氨基頭孢烷酸(7-ACA)過程中產生的戊二酸副產物的方法。將酶法制備7-ACA過程中產生的含戊二酸的副產物進行回收。戊二酸副產物的回收形式為戊二酸酐、戊二酸、戊二酸酯中的至少一種形式，在減少環(huán)境污染的同時，形成有經濟價值的戊二酸副產物，使得酶法工藝更加環(huán)保，回收得到的戊二酸產品不含己二酸、丁二酸雜質，應用廣泛，能創(chuàng)造巨大的環(huán)保和經濟效益。
文檔編號C07C51/493GK102584561SQ201110415048
公開日2012年7月18日 申請日期2011年12月14日 優(yōu)先權日2011年12月14日
發(fā)明者張翔, 張韜, 曹曉紅, 梁隆, 程志鵬, 陽海, 黃耀宗 申請人:伊犁川寧生物技術有限公司