RU2575709C2 - Method for obtaining polyhydroxycarboxylic acid - Google Patents
Method for obtaining polyhydroxycarboxylic acid Download PDFInfo
- Publication number
- RU2575709C2 RU2575709C2 RU2013138432/04A RU2013138432A RU2575709C2 RU 2575709 C2 RU2575709 C2 RU 2575709C2 RU 2013138432/04 A RU2013138432/04 A RU 2013138432/04A RU 2013138432 A RU2013138432 A RU 2013138432A RU 2575709 C2 RU2575709 C2 RU 2575709C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lactide
- crystallization
- stream
- stage
- polylactic acid
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к способу получения полигидроксикарбоновой кислоты, в частности полимолочной кислоты, в котором выход увеличен по отношению к конечному продукту за счет повторного использования лактида из боковой фракции, возникающей из очистки неочищенной полимолочной кислоты, и за счет повторного использования лактида, полученного в результате данной очистки. Кроме того, настоящее изобретение относится к устройству для выполнения данного способа получения полимолочной кислоты. Настоящее изобретение также относится к способу послойной кристаллизации из расплава парообразного биоразлагаемого межмолекулярного циклического сложного диэфира альфа-гидроксикарбоновой кислоты.The present invention relates to a method for producing polyhydroxycarboxylic acid, in particular polylactic acid, in which the yield is increased relative to the final product due to the reuse of the lactide from the side fraction resulting from the purification of the crude polylactic acid, and due to the reuse of the lactide obtained as a result of this cleaning up. In addition, the present invention relates to a device for performing this method of producing polylactic acid. The present invention also relates to a method for melt crystallization of a vaporous biodegradable intermolecular cyclic alpha-hydroxycarboxylic acid diester.
Полимолочная кислота, которая будет также называться как ПМК в последующем тексте, является биоразлагаемым полимером, который синтезируют из молочной кислоты. Особым преимуществом таких полимеров является их биосовместимость. Термин «биосовместимость» означает, что они обладают только очень ограниченным отрицательным воздействием на какие-либо живые создания в окружающей среде. Дальнейшее преимущество состоит в том, что полилактидные полимеры получают из полностью возобновляемого сырья, такого как, например, крахмал и другие сахариды, происходящие из сахарного тростника, сахарной свеклы и аналогичного.Polylactic acid, which will also be referred to as PMA in the following text, is a biodegradable polymer that is synthesized from lactic acid. A particular advantage of such polymers is their biocompatibility. The term "biocompatibility" means that they have only a very limited negative effect on any living creatures in the environment. A further advantage is that polylactide polymers are obtained from completely renewable raw materials, such as, for example, starch and other saccharides derived from sugar cane, sugar beet and the like.
Полилактидные полимеры все в большей мере превращаются в источник дохода уже с середины 20 века. Однако в основном из-за ограниченной доступности мономера и высоких производственных затрат их оригинальное использование осуществлялось в основном в медицинской области, такой как хирургические имплантаты или хирургические нити, например, штифты, винты, зашивочный материал или усиливающий материал для трещин костей. Интересное свойство ПМК заключается в разложении полилактидных полимеров в теле, избавляя от вторичной хирургической обработки для удаления любого имплантата. Кроме того, ПМК может использоваться в капсулах с замедленным высвобождением для контролируемого дозирования лекарств.Polylactide polymers are increasingly turning into a source of income since the middle of the 20th century. However, mainly due to the limited availability of monomer and high manufacturing costs, their original use was mainly carried out in the medical field, such as surgical implants or surgical threads, for example, pins, screws, suturing material or reinforcing material for bone cracks. An interesting property of PMC is the decomposition of polylactide polymers in the body, eliminating the need for secondary surgical treatment to remove any implant. In addition, MVP can be used in sustained release capsules for controlled dosage of drugs.
В последние десятилетия благодаря значительному увеличению цен на сырую нефть и осознанию важности экологических проблем, наряду с усовершенствованием способов производства, получение полилактидных полимеров стало более привлекательным для упаковки, в частности, пищи, как жесткой упаковки, так и гибкой фольги, такой как одноосно- и двуоснорастянутые пленки. Другими применениями являются волокна, например, для тканей, используемых в одежде, в мебельных обивочных материалах или в коврах. Кроме того, производят экструдированные продукты, аналогичные одноразовым столовым приборам или контейнерам, для офисных поставок или гигиеническим изделиям. Полилактидные полимеры могут также комбинировать с другими материалами с образованием композитных материалов.In recent decades, due to a significant increase in crude oil prices and the recognition of the importance of environmental problems, along with improved production methods, the production of polylactide polymers has become more attractive for packaging, in particular, food, both rigid packaging and flexible foils, such as uniaxial and biaxially stretched films. Other uses are fibers, for example, for fabrics used in clothing, in furniture upholstery or in carpets. In addition, extruded products similar to disposable cutlery or containers are produced for office supplies or hygiene products. Polylactide polymers can also be combined with other materials to form composite materials.
В настоящее время известно два способа производства ПМК.Currently, there are two known methods for the production of PMC.
Первый из данных способов получения включает прямую поликонденсацию молочной кислоты с образованием полимолочной кислоты, как описано в JP 733861 или в JP 5996123. Для осуществления реакции поликонденсации дополнительно к молочной кислоте используют растворитель. Кроме того, необходимо непрерывно удалять воду на протяжении всего процесса поликонденсации для того, чтобы сделать возможным образование полилактидных полимеров с высокой молекулярной массой. По всем этим причинам данный способ не применяют в серийном производстве.The first of these production methods involves direct polycondensation of lactic acid to form polylactic acid, as described in JP 733861 or JP 5996123. A solvent is used in addition to lactic acid to carry out the polycondensation reaction. In addition, it is necessary to continuously remove water throughout the entire polycondensation process in order to enable the formation of high molecular weight polylactide polymers. For all these reasons, this method is not used in mass production.
Способ, который был создан для серийного производства ПМК, использует промежуточный продукт лактид для начала последующей полимеризации с раскрытием кольца, ведущей от лактида к полимолочной кислоте. Ряд вариантов данных способов раскрывается, например, в US 5142023, US 4057537, US 5521278, ЕР 261572, JP 564688 В, JP 2822906, ЕР 0324245, WO 2009121830. Способы, описанные в этих документах, имеют совокупно следующие основные стадии. В первой стадии обрабатывают сырье, например, крахмал, или другие сахариды, извлеченные, например, из сахарного тростника или сахарной свеклы, кукурузы, пшеницы; во второй стадии выполняется ферментация с использованием подходящих бактерий для получения молочной кислоты; в третьей стадии растворитель - обычно воду - удаляют из смеси для предотвращения отрицательного действия растворителей в последующих стадиях. В четвертой стадии молочную кислоту подвергают каталитической димерзации с образованием неочищенного лактида. Обычно осуществляют необязательную промежуточную стадию, которая включает предварительную полимеризацию молочной кислоты до полимолочной кислоты с низкой молекулярной массой и последующую деполимеризацию с образованием неочищенного лактида. Пятая стадия включает очистку лактида для удаления инородных веществ, которые могут оказывать отрицательное влияние на полимеризацию и вносить вклад в окрашивание, а также в запах конечного продукта. Разделение может выполняться или дистилляцией, или кристаллизацией. В шестой стадии получают полимеризацию с раскрытием кольца для получения неочищенной полимолочной кислоты с высокой молекулярной массой. Молярная масса составляет примерно от 20000 до 500000 г/моль в соответствии с US 6187901.The method, which was created for the mass production of PMC, uses the lactide intermediate to begin the subsequent polymerization with the opening of a ring leading from lactide to polylactic acid. A number of variants of these methods are disclosed, for example, in US 5142023, US 4057537, US 5521278, EP 261572, JP 564688 B, JP 2822906, EP 0324245, WO 2009121830. The methods described in these documents collectively have the following main stages. In the first stage, raw materials, for example, starch, or other saccharides extracted, for example, from sugar cane or sugar beets, corn, wheat; in a second step, fermentation is carried out using suitable bacteria to produce lactic acid; in a third step, a solvent — usually water — is removed from the mixture to prevent the negative effects of the solvents in subsequent steps. In a fourth step, lactic acid is subjected to catalytic dimerization to form crude lactide. An optional intermediate step is usually carried out, which involves pre-polymerizing lactic acid to low molecular weight polylactic acid and subsequent depolymerization to form crude lactide. The fifth stage involves the purification of lactide to remove foreign substances that can have a negative effect on the polymerization and contribute to the staining, as well as to the smell of the final product. Separation can be performed either by distillation or crystallization. In a sixth step, ring-opening polymerization is obtained to obtain a high molecular weight crude polylactic acid. The molar mass is from about 20,000 to 500,000 g / mol in accordance with US 6187901.
Необязательно в процессе полимеризации с раскрытием кольца могут быть добавлены сополимеризационные соединения. В седьмой стадии неочищенную полимолочную кислоту очищают для получения очищенной полимолочной кислоты. В данной стадии удаляют низкокипящие соединения, которые уменьшили бы стабильность полимера и оказали бы отрицательное влияние на такие параметры последующего производства пластиков, как вязкость или реологические свойства расплавленного полимера, и которые внесли бы вклад в окрашивание и нежелательные запахи конечного продукта. В соответствии с US 5880254, неочищенную полимолочную кислоту можно сделать твердой, образуя гранулят, который приводится в контакт с умеренным потоком инертного газа, например, в псевдоожиженном слое. Наиболее низкокипящие соединения из неочищенной полимолочной кислоты уносятся инертным газом. Еще один способ описан в US 6187901. В соответствии с данным способом, жидкая неочищенная полимолочная кислота распыляется множеством форсунок, чтобы образовать множество жидких нитей. Инертный газ проходит вокруг жидких нитей, и лактид испаряется в поток горячего инертного газа. Поток низкокипящих соединений типично содержит вплоть до 5 мас.% дилактида.Optionally, copolymerization compounds may be added during ring opening polymerization. In a seventh step, the crude polylactic acid is purified to obtain purified polylactic acid. In this step, low boiling compounds are removed that would reduce the stability of the polymer and adversely affect the parameters of subsequent plastics production, such as viscosity or rheological properties of the molten polymer, and which would contribute to staining and undesirable odors of the final product. According to US Pat. No. 5,880,254, the crude polylactic acid can be solidified to form a granulate which is brought into contact with a moderate inert gas stream, for example in a fluidized bed. The lowest boiling compounds from crude polylactic acid are carried away by an inert gas. Another method is described in US 6187901. In accordance with this method, liquid crude polylactic acid is sprayed with a plurality of nozzles to form a plurality of liquid filaments. Inert gas flows around the liquid filaments and the lactide evaporates into the hot inert gas stream. The low boiling point stream typically contains up to 5% by weight of dilactide.
Молочная кислота имеет два энантиомера, L-молочную кислоту и D-молочную кислоту. Химически синтезированная молочная кислота содержит L-лактид и D-лактид в рацемической смеси, состоящей из 50% каждого из энантиомеров. Однако процесс ферментации делается более селективным при использовании соответствующих микробных культур для селективного получения L- или D-молочной кислоты.Lactic acid has two enantiomers, L-lactic acid and D-lactic acid. Chemically synthesized lactic acid contains L-lactide and D-lactide in a racemic mixture consisting of 50% of each of the enantiomers. However, the fermentation process is made more selective by using appropriate microbial cultures to selectively produce L- or D-lactic acid.
Молекулы лактида, которые получают димеризацией молочной кислоты, существуют в трех различных формах: L-L-лактид, который также называют L-лактидом, D-D-лактид, который также называют D-лактидом, и L, D-лактид (или D, L-лактид), который называют мезолактидом. L и D-лактиды являются оптически активными, в то время как мезолактид не является. Стадии очистки для очистки неочищенного лактида типично включают разделение потока, богатого L-лактидом, и потока, богатого D-лактидом, и далее потока, богатого мезолактидами, каждый из которых может быть очищен отдельно. Путем смешивания, по меньшей мере, двух из трех форм лактидов можно воздействовать на механические свойства и точку плавления полимеров, образованных полимолочной кислотой. Например, примешиванием подходящего количества одного энантиомера к другому уменьшают скорость кристаллизации полимера, что, в свою очередь, делает возможным вспенивание произведенной пластмассы без помех, вызванных слишком быстрым затвердеванием.Lactide molecules that are obtained by dimerization of lactic acid exist in three different forms: LL-lactide, also called L-lactide, DD-lactide, also called D-lactide, and L, D-lactide (or D, L-lactide ), which is called mesolactide. L and D-lactides are optically active, while mesolactide is not. The purification steps for purifying the crude lactide typically include separating a stream rich in L-lactide and a stream rich in D-lactide, and then a stream rich in mesolactides, each of which may be separately purified. By mixing at least two of the three forms of lactides, the mechanical properties and the melting point of the polymers formed by polylactic acid can be affected. For example, by mixing a suitable amount of one enantiomer with another, the polymer crystallizes at a lower rate, which, in turn, allows foaming of the produced plastic without interference caused by curing too fast.
Были сделаны попытки увеличить выход процесса полимолочной кислоты и сократить производственные затраты на полимолочную кислоту.Attempts have been made to increase the yield of the polylactic acid process and reduce the manufacturing costs of polylactic acid.
US 5142023 сообщает, что газообразный поток низкокипящих компонентов из стадии очистки неочищенного лактида подается, по меньшей мере частично, обратно в лактидный реактор. Тяжелый остаток образуется в лактидном реакторе, который может быть частично отведен обратно в сам реактор или подан обратно в устройство разделения для отделения растворителя от молочной кислоты после ферментации.US 5142023 reports that a gaseous stream of low boiling components from the stage of purification of the crude lactide is fed, at least partially, back to the lactide reactor. A heavy residue forms in the lactide reactor, which can be partially withdrawn back to the reactor itself or fed back to a separation device to separate the solvent from lactic acid after fermentation.
US 7488783 сообщает, что неочищенный лактид кристаллизуется с образованием очищенного лактида. Вторая стадия кристаллизации выполняется над остатком первой стадии кристаллизации, чтобы выделить оттуда лактид. Данный лактид подается обратно в первую стадию кристаллизации или в одну из предыдущих стадий процесса в соответствии с данным способом.US 7488783 reports that the crude lactide crystallizes to form purified lactide. A second crystallization step is performed on the remainder of the first crystallization step in order to isolate the lactide from there. This lactide is fed back to the first stage of crystallization or to one of the previous stages of the process in accordance with this method.
US 5521278 сообщает, что неочищенный лактид кристаллизуют. Поток остатка испаряют, селективно конденсируют и возвращают обратно в одну из предыдущих стадий процесса в соответствии с данным способом.US 5521278 reports that the crude lactide is crystallized. The residue stream is evaporated, selectively condensed and returned back to one of the previous process steps in accordance with this method.
JP 2822906 раскрывает затвердевание потока газообразного неочищенного лактида в чистый лактид. Остаток, который не затвердевает, возвращают обратно в лактидный ректор.JP 2822906 discloses the solidification of a gaseous crude lactide stream into pure lactide. The residue, which does not solidify, is returned back to the lactide rector.
JP 10101777 описывает, что поток газообразного неочищенного лактида частично затвердевает за счет охлаждения потоком инертного газа, образуя чистый лактид. Остаток подают обратно в лактидный реактор. Данный поток неочищенного лактида берет начало из непосредственной реакции поликонденсации. Данный поток неочищенного лактида является газообразным. Охлаждением потока неочищенного лактида, созданного указанной реакцией поликонденсации, до температуры, при которой лактид кристаллизуется, он кристаллизуется в кристаллизационном устройстве с противотоком с функцией самоочистки. Кристаллизационное устройство с противотоком имеет ротационные средства привода для вращения двух винтов, расположенных в цилиндре, посредством чего вращающиеся винты располагаются со сцепленными шестернями. Цилиндр охлаждается охлаждающей средой, циркулирующей в охлаждающей рубашке, размещенной в стенке цилиндра, до температуры, при которой часть из соединения лактида с низкой молекулярной массой и молочной кислоты кристаллизуется и переправляется к выпускному отверстию двумя винтами и течет назад от данного выпускного отверстия в реактор поликонденсации периодического действия. Кристаллизацию осуществляют, используя растворитель. Такой растворитель, например вода, используется для понижения вязкости расплава, что, как считают, улучшает массоперенос. Следовательно, соединения с низкой температурой плавления отделяются более полно от соединений с высокой температурой плавления, которые образуют кристаллическую фракцию на поверхности кристаллизации устройства кристаллизации. Таким образом, считают, что загрязнение кристаллов должно уменьшиться, если вязкость расплава уменьшена. Целью данного изобретения, как раскрыто в JP 10101777, является удаление растворителя.JP 10101777 describes that a gaseous crude lactide stream partially hardens by cooling with an inert gas stream to form pure lactide. The residue is fed back to the lactide reactor. This crude lactide stream originates from a direct polycondensation reaction. This crude lactide stream is gaseous. By cooling the crude lactide stream created by the indicated polycondensation reaction to a temperature at which the lactide crystallizes, it crystallizes in a countercurrent crystallization device with a self-cleaning function. The countercurrent crystallization device has rotational drive means for rotating two screws located in the cylinder, whereby the rotating screws are arranged with engaged gears. The cylinder is cooled by a cooling medium circulating in a cooling jacket located in the cylinder wall to a temperature at which part of the lactide compound with a low molecular weight and lactic acid crystallizes and is transferred to the outlet with two screws and flows back from the outlet to the periodic condensation reactor actions. Crystallization is carried out using a solvent. Such a solvent, such as water, is used to lower the viscosity of the melt, which is believed to improve mass transfer. Therefore, compounds with a low melting point are more fully separated from compounds with a high melting point, which form a crystalline fraction on the crystallization surface of the crystallization device. Thus, it is believed that the fouling of the crystals should decrease if the melt viscosity is reduced. The purpose of this invention, as disclosed in JP 10101777, is the removal of solvent.
Любой из описанных способов касается повторного использования частичного потока из очистки неочищенного лактида. Любой из данных способов служит для увеличения выхода данного способа, однако не раскрывает, можно ли повторно использовать лактид, который все еще находится в неочищенной полимолочной кислоте в процентной концентрации вплоть до 5%.Any of the methods described relates to the reuse of a partial stream from purification of the crude lactide. Any of these methods serves to increase the yield of this method, but does not disclose whether it is possible to reuse lactide, which is still in crude polylactic acid in a percentage concentration up to 5%.
Документ US 6187901 относится к способу удаления лактида из полилактида и к извлечению лактида из лактидсодержащего газа. Неочищенную полимолочную кислоту распыляют в пространство, содержащее горячий инертный газ, с помощью распылительных форсунок. Посредством чего образуются тонкие нити. Эти нити падают под действием силы тяжести и в условиях ламинарного течения. За счет этого полимерный расплав течет быстрее во внутренних частях нити, чем в поверхностной части. Посредством чего полимерный расплав, текущий во внутренней части достаточно тонкой нити, образует переходную поверхность нового материала для испарения лактида в процессе его движения вниз. Лактид частично испаряется и собирается в инертном газе, из которого он кристаллизуется в кристаллизационной камере за счет быстрого охлаждения. Полученные кристаллы отделяют в циклоне или на фильтровальном устройстве и повторно используют в реакторе полимеризации. Количество лактидов в полимолочной кислоте может быть уменьшено данной стадией процесса вплоть до 1%. Однако повторное использование лактида требует потока инертного газа, который должен быть очищен перед его выпуском в виде потока отходов.No. 6,187,901 relates to a method for removing lactide from polylactide and for recovering lactide from a lactide-containing gas. The crude polylactic acid is sprayed into the space containing the hot inert gas using spray nozzles. By means of which thin threads are formed. These threads fall under the action of gravity and in a laminar flow. Due to this, the polymer melt flows faster in the inner parts of the thread than in the surface. By means of which the polymer melt flowing in the inner part of a sufficiently thin filament forms a transition surface of a new material for the evaporation of lactide in the process of its downward movement. Lactide partially evaporates and collects in an inert gas, from which it crystallizes in a crystallization chamber due to rapid cooling. The resulting crystals are separated in a cyclone or on a filter device and reused in the polymerization reactor. The amount of lactides in polylactic acid can be reduced by this stage of the process up to 1%. However, reuse of lactide requires an inert gas stream, which must be purified before it is discharged as a waste stream.
Документ US 5880254 раскрывает способ получения полимолочной кислоты. Неочищенную полимолочную кислоту кристаллизуют в форме гранулята. Гранулят подвергают действию потока горячего инертного газа, проходящего через гранулят, образуя псевдоожиженный слой. Лактид, содержащийся в грануляте, испаряется и уносится с потоком инертного газа и подается обратно в реактор полимеризации. Очищенная полимолочная кислота содержит все еще примерно 1% дилактида.No. 5,880,254 discloses a method for producing polylactic acid. The crude polylactic acid is crystallized in the form of a granulate. The granulate is exposed to a stream of hot inert gas passing through the granulate, forming a fluidized bed. The lactide contained in the granulate evaporates and is carried away with a stream of inert gas and fed back to the polymerization reactor. The purified polylactic acid still contains about 1% dilactide.
Каждый из способов US 6187901 или US 5880254 требует подачи инертного газа, который должен быть обработан для его повторного использования, что, в свою очередь, требует дополнительного оборудования и приводит к увеличенным затратам на очистку полимолочной кислоты.Each of the methods of US 6187901 or US 5880254 requires the supply of an inert gas, which must be processed for reuse, which, in turn, requires additional equipment and leads to increased costs for the purification of polylactic acid.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Цель настоящего изобретения состоит в обеспечении улучшенного способа получения полимолочной кислоты, не имеющего недостатков ранее описанных способов, и дальнейшей целью является уменьшение оборудования, необходимого для обработки инертного газа, и увеличение выхода по сравнению со способами в соответствии с US 6187901 и US 5880254.The purpose of the present invention is to provide an improved method for producing polylactic acid without the disadvantages of the previously described methods, and a further goal is to reduce the equipment necessary for the treatment of inert gas and increase the yield compared to methods in accordance with US 6187901 and US 5880254.
В соответствии с настоящим изобретением, первая цель достигается способом получения полимолочной кислоты, включающим стадии осуществления полимеризации с раскрытием кольца, используя катализатор, и либо соединение деактиватора катализатора, либо добавку, блокирующую концевые группы, для получения неочищенной полимолочной кислоты с молекулярной массой более 10000 г/моль, очистки неочищенной полимолочной кислоты путем удаления и отделения низкокипящих соединений, включающих лактид и примеси, из неочищенной полимолочной кислоты путем удаления летучих компонентов низкокипящих соединений в виде газофазного потока, очистки лактида из стадии удаления летучих компонентов и удаления примесей из газофазного потока испаренных низкокипящих соединений с помощью кристаллизации путем десублимации из газовой фазы, в котором лактид очищают, и удаленные примеси включают остаток катализатора и соединение, содержащее, по меньшей мере, одну гидроксильную группу, так, что очищенный лактид затем полимеризуют, подавая его обратно в полимеризацию с раскрытием кольца.In accordance with the present invention, the first objective is achieved by a method for producing polylactic acid, comprising the steps of ring-opening polymerization using a catalyst, and either a catalyst deactivator compound or an end-blocking additive to produce crude polylactic acid with a molecular weight of more than 10,000 g / mol, purification of the crude polylactic acid by removing and separating low boiling compounds, including lactide and impurities, from the crude polylactic acid by y deletion of the volatile components of low-boiling compounds in the form of a gas-phase stream, purification of lactide from the stage of removal of volatile components and removal of impurities from the gas-phase stream of evaporated low-boiling compounds by crystallization by desublimation from the gas phase in which the lactide is purified, and the removed impurities include a catalyst residue and a compound containing at least one hydroxyl group, so that the purified lactide is then polymerized, feeding it back to the ring opening polymerization.
Дальнейшая цель достигается устройством осуществления данного способа, включающим реактор полимеризации для осуществления полимеризации с раскрытием кольца, чтобы получить неочищенную полимолочную кислоту, устройство удаления летучих компонентов для отделения низкокипящих соединений, включающих лактид и примеси, из неочищенной полимолочной кислоты, и устройство кристаллизации для очистки лактида и удаления примесей с помощью десублимации и кристаллизации в том же самом устройстве кристаллизации.A further objective is achieved by a device for implementing this method, including a ring-opening polymerization reactor to obtain crude polylactic acid, a volatile component removal device for separating low boiling compounds including lactide and impurities from crude polylactic acid, and a crystallization device for purifying lactide and removing impurities by desublimation and crystallization in the same crystallization device.
В предпочтительном варианте осуществления данного способа десублимация происходит на охлажденной поверхности. В другом предпочтительном варианте осуществления данного способа устройство кристаллизации и устройство удаления летучих компонентов работают практически в одинаковых условиях вакуума. В еще одном предпочтительном варианте осуществления десублимация и кристаллизация происходят в одинаковом устройстве. В еще одном предпочтительном варианте осуществления устройство кристаллизации не имеет потока инертного газа. В еще одном предпочтительном варианте осуществления испаренный газофазный поток из стадии удаления летучих компонентов содержит, по меньшей мере, 30% лактида, предпочтительно, по меньшей мере, 60%, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 90%. В еще одном предпочтительном варианте осуществления лактид сначала подвергают стадии выпотевания, за которой следует стадия плавления, перед подачей обратно в полимеризацию с раскрытием кольца. В еще одном предпочтительном варианте осуществления удаление летучих компонентов работает при парциальном давлении лактида, составляющем менее 20 мбар (2 кПа), предпочтительно менее 10 мбар (1 кПа), особенно предпочтительно менее 5 мбар (0,5 кПа). В еще одном предпочтительном варианте осуществления удаленные примеси включают или металлорганическое соединение, или карбоновую кислоту. В еще одном предпочтительном варианте осуществления, по меньшей мере, часть потока продувки из кристаллизации используют повторно в стадии очистки неочищенного лактида, стадии предварительной полимеризации и димеризации или в стадии удаления растворителя в производстве очищенного лактида. В еще одном предпочтительном варианте осуществления жидкость из стадии выпотевания собирают и повторно кристаллизуют для извлечения лактида.In a preferred embodiment of this method, desublimation occurs on a chilled surface. In another preferred embodiment of this method, the crystallization device and the volatile component removal device operate under substantially the same vacuum conditions. In another preferred embodiment, desublimation and crystallization occur in the same device. In yet another preferred embodiment, the crystallization apparatus does not have an inert gas stream. In another preferred embodiment, the vaporized gas phase stream from the volatile component removal step contains at least 30% lactide, preferably at least 60%, most preferably at least 90%. In yet another preferred embodiment, the lactide is first subjected to a sweating step followed by a melting step before being fed back to the ring opening polymerization. In yet another preferred embodiment, the removal of volatile components operates at a partial lactide pressure of less than 20 mbar (2 kPa), preferably less than 10 mbar (1 kPa), particularly preferably less than 5 mbar (0.5 kPa). In yet another preferred embodiment, the removed impurities include either an organometallic compound or a carboxylic acid. In yet another preferred embodiment, at least a portion of the crystallization purge stream is reused in the purification step of the crude lactide, the prepolymerization and dimerization step, or the solvent removal step in the production of purified lactide. In another preferred embodiment, the liquid from the sweating step is collected and recrystallized to recover the lactide.
В предпочтительном варианте осуществления устройства по настоящему изобретению никакие средства дросселирования или вакуумные насосы не располагаются между устройством кристаллизации и устройством удаления летучих компонентов. В другом предпочтительном варианте осуществления теплообменник расположен между устройством удаления летучих компонентов и устройством кристаллизации. В еще одном предпочтительном варианте осуществления устройство кристаллизации имеет поверхности теплообмена для затвердевания газообразного потока.In a preferred embodiment of the device of the present invention, no throttling means or vacuum pumps are located between the crystallization device and the volatile component removal device. In another preferred embodiment, a heat exchanger is disposed between the volatile component removal device and the crystallization device. In yet another preferred embodiment, the crystallization device has heat exchange surfaces for solidifying the gaseous stream.
Подробное описание настоящего изобретенияDetailed description of the present invention
Целью настоящего изобретения является способ, включающий очистку полимеризуемых мономеров или олигомеров, аналогичных лактиду, путем кристаллизации, в котором в первой стадии осуществляют полимеризацию с раскрытием кольца для получения неочищенной полимолочной кислоты с высокой молекулярной массой, составляющей более 10000 г/моль;The aim of the present invention is a method comprising purifying polymerizable monomers or oligomers similar to lactide, by crystallization, in which, in the first step, ring-opening polymerization is carried out to obtain crude polylactic acid with a high molecular weight of more than 10,000 g / mol;
во второй стадии неочищенную полимолочную кислоту очищают, чтобы получить очищенную полимолочную кислоту, в соответствии с чем в процессе второй стадии низкокипящие соединения удаляют, и отделения низкокипящих соединений от полимолочной кислоты достигают путем удаления летучих компонентов, и в третьей стадии лактид повторно используют и примеси удаляют из испаренного газофазного потока второй стадии с помощью кристаллизации или затвердевания из газовой фазы. В процессе третьей стадии примеси удаляют так, чтобы очищенный лактид мог быть добавлен снова в полимеризацию с раскрытием кольца второй стадии. Такие примеси могут включать окрашивающие или образующие запах соединения или любые дополнительные побочные продукты, такие как вода, остатки катализатора, например, металлорганические соединения, побочные продукты реакции, соединения, включающие, по меньшей мере, одну гидроксильную группу (ОН), кислотные соединения, такие как карбоновые кислоты, соединения деактиваторов катализатора или добавки, блокирующие концевые группы.in the second stage, the crude polylactic acid is purified to obtain purified polylactic acid, whereby in the second stage the low boiling compounds are removed and the low boiling compounds are separated from the polylactic acid by removal of volatile components, and in the third stage the lactide is reused and the impurities are removed from the vaporized gas phase stream of the second stage by crystallization or solidification from the gas phase. In the third stage process, impurities are removed so that the purified lactide can be added back to the ring opening polymerization of the second stage. Such impurities may include coloring or odor forming compounds or any additional by-products such as water, catalyst residues, for example organometallic compounds, reaction by-products, compounds comprising at least one hydroxyl group (OH), acidic compounds, such like carboxylic acids, catalyst deactivator compounds or end-blocking additives.
В настоящем описании под "осуществлением полимеризации" подразумевают процесс, при котором лактидный мономер приводят в контакт с катализатором и необязательно инициатором (вещество, содержащие гидроксильные функциональные группы, например, вода, спирты), при температуре и в течение периода времени, которые являются достаточными для обеспечения полимеризации молекул лактида, т.е. для обеспечения химической реакции, которая "раскрывает" и химически связывает молекулы лактида в несколько длинных цепей с образованием полимерной молочной кислоты.As used herein, by “polymerization is carried out” is meant a process in which the lactide monomer is contacted with a catalyst and optionally an initiator (a substance containing hydroxyl functional groups, for example, water, alcohols), at a temperature and for a period of time which are sufficient to providing polymerization of lactide molecules, i.e. to provide a chemical reaction that “opens” and chemically binds lactide molecules in several long chains to form polymer lactic acid.
Полимеризация лактида в полимолочную кислоту в общем описана и рассмотрена в литературе, например A. Sodergard и М. Stolt в "Industrial Production of High Molecular Weight Poly(Lactic Acid) as Chapter 3 of Poly(lactic acid): Synthesis, Structures, Properties, Processing, and Applications, edited by R. Auras, L.-T. Urn, S.E.M. Selke, and H. Tsuji, John Wiley, Hoboken, New Jersey, 2010 (ISBN 978-0-470-29366-9).The polymerization of lactide into polylactic acid is generally described and reviewed in the literature, e.g. A. Sodergard and M. Stolt in "Industrial Production of High Molecular Weight Poly (Lactic Acid) as
Особенно предпочтительный способ непрерывной полимеризации с раскрытием цикла лактида описан в WO 2010/012770 А1.A particularly preferred continuous lactide-opening continuous polymerization process is described in WO 2010/012770 A1.
Пригодные катализаторы для применения в рамках изобретения известны в данной области. В одном варианте осуществления настоящего изобретения лактид полимеризуют с использованием катализатора формулыSuitable catalysts for use within the scope of the invention are known in the art. In one embodiment of the present invention, the lactide is polymerized using a catalyst of the formula
(М) (X1, Х2 … Xm)n,(M) (X1, X2 ... Xm) n,
где М выбран из металлов группы 1, 2, 4, 8, 9, 10, 12, 13, 14 и 15 Периодической таблицы элементов; X1, Х2 … Xm независимо выбраны из группы из алкилов, арилов, оксидов, карбоксилатов, галогенидов, алкоксидов, сложных алкилэфиров; m представляет собой целое число от 1 до 6; и n представляет собой целое число от 1 до 6, где величины тип зависят от окислительного состояния иона металла.where M is selected from metals of
В группе 1 предпочтительным является применение Na. В группе 2 предпочтительным является применение Са. В группе 4 предпочтительным является применение Ti. В группе 8 предпочтительным является применение Fe. В группе 12 предпочтительным является применение Zn. В группе 13 может быть упомянуто применение Al, Ga, In и Tl. В группе 14 предпочтительным является применение Sn и Pb. В группе 15 предпочтительным является применение Sb и Bi. В общем, предпочтительным является применение металлов групп 4, 14 и 15. Предпочтительно, чтобы М был выбран из Sn, Pb, Sb, Bi и Ti. Применение катализатора на основе Sn может быть особенно предпочтительным для лактидного мономера.In group 1, the use of Na is preferred. In group 2, Ca is preferred. In group 4, Ti is preferred. In
В случае галогенидов могут быть упомянуты галогениды олова, такие как SnCl2, SnBr2, SnCl4 и SnBr4. В случае оксидов могут быть упомянуты SnO и PbO. В группе сложных алкилэфиров могут быть упомянуты октаноаты (=2-этилгексаноаты), стеараты и ацетаты, например, в форме октаноата Sn (также известного как бис-2-этилгексаноат Sn(II)), стеарата Sn, дибутилиндиацетата, бутилин-трис(2-этилгексаноата), (2-этилгексаноата) Sb, (2-этилгексаноата) Bi, триацетата Sb, (2-этилгексаноата) Na, стеарата Са, стеарата Mg и стеарата Zn.In the case of halides, tin halides such as SnCl 2 , SnBr 2 , SnCl 4 and SnBr 4 may be mentioned. In the case of oxides, SnO and PbO may be mentioned. In the alkyl ester group, octanoates (= 2-ethylhexanoates), stearates and acetates, for example, in the form of Sn octanoate (also known as Sn (II) bis-2-ethylhexanoate Sn (II)), Sn stearate, dibutyl diacetate, butyl tris (2 ethyl hexanoate), (2-ethylhexanoate) Sb, (2-ethylhexanoate) Bi, Sb triacetate, (2-ethylhexanoate) Na, Ca stearate, Mg stearate and Zn stearate.
Другие подходящие соединения включают тетрафенилолово, трис(этиленгликоксид) Sb, алкоксиды алюминия и алкоксиды цинка.Other suitable compounds include tetraphenyltin, Tris (ethylene glyoxide) Sb, aluminum alkoxides and zinc alkoxides.
Концентрация катализатора, как правило, составляет по меньшей мере 5 м.д. в расчете на массу металла, более конкретно по меньшей мере 10 м.д. Когда используют количества, превышающие традиционные, концентрация катализатора составляет по меньшей мере 30 м.д., более конкретно по меньшей мере 50 м.д. Концентрация катализатора, как правило, составляет не более 200 м.д., в частности, не более 150 м.д.The concentration of the catalyst, as a rule, is at least 5 ppm. based on the weight of the metal, more specifically at least 10 ppm When amounts in excess of conventional are used, the catalyst concentration is at least 30 ppm, more specifically at least 50 ppm. The concentration of the catalyst, as a rule, is not more than 200 ppm, in particular, not more than 150 ppm
Использование Sn(II)-бис(2-этилгексаноата), также обозначаемого как октаноат олова, может быть предпочтительным, поскольку этот материал является коммерчески доступным, жидким при комнатной температуре и температуре реакции и растворимым в жидком лактиде. Кроме того, соединение получило одобрение FDA для многих повседневных конечных применений.The use of Sn (II) bis (2-ethylhexanoate), also referred to as tin octanoate, may be preferred since this material is commercially available, liquid at room temperature and reaction temperature and soluble in liquid lactide. In addition, the compound has received FDA approval for many everyday end use applications.
Если желательно, к лактиду и катализатору можно добавлять сокатализатор, т.е. соединение, которое далее увеличивает скорость полимеризации. Пригодные сокатализаторы известны в данной области. Например, см. US 6166169.If desired, a cocatalyst may be added to the lactide and catalyst, i.e. a compound that further increases the rate of polymerization. Suitable cocatalysts are known in the art. For example, see US 6166169.
Известно, что полимеризация с раскрытием цикла лактида в полимолочную кислоту протекает по механизму координационного встраивания, посредством которого происходит последовательное присоединение молекул лактида к концам полимерной цепи (удлинение). Эта реакция является обратимой и может приводить к деградации полимера посредством реакций взаимодействия с двойной связью в цепи, также происходящих на конце полимерной цепи, которые высвобождают молекулы лактида (деполимеризация).It is known that polymerization with the opening of the lactide cycle in polylactic acid proceeds by the mechanism of coordination incorporation, through which the lactide molecules are sequentially attached to the ends of the polymer chain (elongation). This reaction is reversible and can lead to degradation of the polymer through double-chain interaction reactions also occurring at the end of the polymer chain that release lactide molecules (depolymerization).
Соединения деактиваторов катализатора представляют собой любые вещества, которые реагируют, химически или через образование стабильных комплексов, с конкретным катализатором, используемым для реакции полимеризации, ингибируя его активность ускорения реакции полимеризации. Таким образом, соединения деактиваторов катализатора повышают устойчивость неочищенной полимолочной кислоты к деполимеризации, обесцвечиванию и деградации в целом. Примерами пригодных соединений деактиваторов катализатора являются органические пероксиды, антиоксиданты, фосфорсодержащие соединения, мультифункциональные карбоновые кислоты, экранированные фенольные соединения, деактивирующие катализаторы средства, такие как экранированные алкильные, арильные и фенольные гидразиды, амиды алифатических и ароматических моно- и дикарбоновых кислот, циклические амиды, гидразоны и бисгидразоны алифатических и ароматических альдегидов, гидразиды алифатических и ароматических моно- и дикарбоновых кислот, бис-ацилированные производные гидразинов и гетероциклические соединения. Полимер обрабатывают соединением деактиватора катализатора путем смешения его с полимером, например, при температуре того же порядка, что и температура полимеризации. Это можно проводить с помощью статического смесителя, экструдера или любого другого традиционного способа смешения материалов, по меньшей один из которых является высоковязким.Catalyst deactivator compounds are any substances that react, chemically or through the formation of stable complexes, with the particular catalyst used for the polymerization reaction, inhibiting its activity of accelerating the polymerization reaction. Thus, the catalyst deactivator compounds increase the resistance of the crude polylactic acid to depolymerization, discoloration, and degradation in general. Examples of suitable catalyst deactivator compounds are organic peroxides, antioxidants, phosphorus compounds, multifunctional carboxylic acids, screened phenolic compounds, deactivation catalysts, such as screened alkyl, aryl and phenolic hydrazides, amides of aliphatic and aromatic mono- and dicarboxylic acids, cyclic amides, hydrazones and bishydrazones of aliphatic and aromatic aldehydes, hydrazides of aliphatic and aromatic mono- and dicarboxylic slot, bis-acylated hydrazine derivatives, and heterocyclic compounds. The polymer is treated with a catalyst deactivator compound by mixing it with the polymer, for example, at a temperature of the same order as the polymerization temperature. This can be done using a static mixer, an extruder, or any other conventional method of mixing materials, at least one of which is highly viscous.
Добавка, блокирующая концевые группы, представляет собой любое вещество, которое способно химически реагировать с концевыми элементами цепей полимолочной кислоты и, таким образом, заменять химическую функциональность конца цепи. Примеры добавок, блокирующих концевые группы, включают ангидриты, такие как уксусный ангидрид, янтарный ангидрид и фталовый ангидрид.The end-blocking additive is any substance that is capable of chemically reacting with the end elements of the polylactic acid chains and, thus, replacing the chemical functionality of the end of the chain. Examples of end-blocking additives include anhydrites such as acetic anhydride, succinic anhydride and phthalic anhydride.
Таким образом, как добавки, блокирующие концевые группы, так и соединения деактиваторов катализаторов используют для повышения стабильности полимера.Thus, both end-blocking additives and catalyst deactivator compounds are used to increase polymer stability.
Согласно настоящему изобретению "остаток катализатора" представляет собой не вступивший в реакцию катализатор или продукт деградации или побочный продукт реакции катализатора. Таким образом, он может представлять собой металлоорганическое соединение. Металлоорганический комплекс может быть таким же, как и катализатор, как например, Sn(II)-бис(2-этилгексаноат), или он может представлять собой комплекс, образованный между металлами и соединением деактиватора катализатора, добавкой, блокирующей концевые группы, мономером, олигомером, примесью или побочным продуктом реакции (в противоположность желаемой реакции полимеризации), такой как продукт гидролиза, такой как молочная кислота, или продукт термической деградации мономера, или соединения, или добавки. Также остаток катализатора может быть образован, главным образом, органической частью катализатора (такой как 2-этилгексановая кислота в случае Sn(II)-бис(2-этилгексаноата) в качестве катализатора), которая, как правило, представляет собой летучее органическое соединение.According to the present invention, the “catalyst residue” is an unreacted catalyst or degradation product or a reaction by-product of the catalyst. Thus, it can be an organometallic compound. The organometallic complex can be the same as the catalyst, for example, Sn (II) bis (2-ethylhexanoate), or it can be a complex formed between metals and the catalyst deactivator compound, an end-blocking additive, a monomer, an oligomer , an impurity or a reaction by-product (as opposed to the desired polymerization reaction), such as a hydrolysis product, such as lactic acid, or a product of thermal degradation of a monomer, or compound, or additive. Also, the catalyst residue can be formed mainly by the organic part of the catalyst (such as 2-ethylhexanoic acid in the case of Sn (II) bis (2-ethylhexanoate) as a catalyst), which, as a rule, is a volatile organic compound.
В вариантах осуществления, в которых добавляют соединение деактиватора катализатора, "остаток катализатора" часто представляет собой прямой продукт реакции хелатообразования между соединением деактиватора катализатора и катализатором или продуктом его термической деградации.In embodiments in which a catalyst deactivator compound is added, the “catalyst residue” is often a direct product of the chelation reaction between the catalyst deactivator compound and the catalyst or its thermal degradation product.
Этот признак описан как остаток, поскольку он, как правило, представляет собой производное добавленного катализатора (такое как хелатообразующий комплекс с соединением деактиватора катализатора) или продукт термической деградации добавленного катализатора или продукта его реакции.This feature is described as a residue since it is typically a derivative of an added catalyst (such as a chelating complex with a catalyst deactivator compound) or a product of thermal degradation of the added catalyst or its reaction product.
Согласно настоящему изобретению соединение, содержащее по меньшей мере одну гидроксильную группу, представляет собой примесь, присутствующую в подаваемом материале, таком как вода, молочная кислота, олигомеры или низкомолекулярные спирты. Альтернативно оно может представлять собой продукт гидролиза лактидного мономера, такой как молочная кислота, летучий низкомолекулярный олигомер полимолочной кислоты, такой как димер или тример и т.д., или продукт гидролиза или термической деградации, или побочный продукт реакции лактидного мономера, катализатора, соединения деактиватора катализатора или добавки, такой как добавка, блокирующая концевые группы. Таким образом, такие примеси, содержащие гидроксильные группы, могут происходить из мономера, катализатора, соединения деактиватора катализатора или добавки, блокирующей концевые группы, на стадии осуществления полимеризации с раскрытием цикла.According to the present invention, the compound containing at least one hydroxyl group is an impurity present in the feed material, such as water, lactic acid, oligomers or low molecular weight alcohols. Alternatively, it may be a hydrolysis product of a lactide monomer, such as lactic acid, a volatile low molecular weight oligomer of polylactic acid, such as a dimer or trimer, etc., or a product of hydrolysis or thermal degradation, or a by-product of the reaction of the lactide monomer, catalyst, deactivator compound a catalyst or additive, such as a terminal blocking additive. Thus, such impurities containing hydroxyl groups can be derived from a monomer, catalyst, a catalyst deactivator compound or an end-blocking additive in a ring opening polymerization step.
Преимущественно, молекулярная масса неочищенной полимолочной кислоты составляет, по меньшей мере, 10000 г/моль, предпочтительно, по меньшей мере, 15000 г/моль, особенно предпочтительно, по меньшей мере, 20000 г/моль. Необязательно могут быть включены другие полимеризуемые мономеры или олигомеры, такие как, по меньшей мере, один из группы гликолактидного сополимера, полигликолевой кислоты или полигликолидной кислоты (ПГА), блок-сополимера стирол-бутадиен-метакрилат (СБМ), сополимера полистирола, 1,4-полибутадиена, синдиотактического полиметилметакрилата (ПММА), тройного блок-сополимера с центральным блоком полибутилакрилата, окруженным двумя блоками полиметилметакрилата, полиметилметакрилата (ПММА), полиэфирэфиркетона (ПЭЭК), полиэтиленоксида (ПЭО), полиэтиленгликоля (ПЭГ), поликапролактама, поликапролактона, полигидроксибутирата.Advantageously, the molecular weight of the crude polylactic acid is at least 10,000 g / mol, preferably at least 15,000 g / mol, particularly preferably at least 20,000 g / mol. Optionally, other polymerizable monomers or oligomers may be included, such as at least one of the group of glycolactide copolymer, polyglycolic acid or polyglycolic acid (PHA), block copolymer of styrene-butadiene-methacrylate (SBM), polystyrene copolymer, 1.4 polybutadiene, syndiotactic polymethyl methacrylate (PMMA), a triple block copolymer with a central block of polybutyl acrylate surrounded by two blocks of polymethyl methacrylate, polymethyl methacrylate (PMMA), polyetheretherketone (PEEK), polyethylene oxide (PEO), polyethylene glycol (PEG), polycaprolactam, polycaprolactone, polyhydroxybutyrate.
Типичными сомономерами для сополимеризации молочной кислоты или лактида являются гликолевая кислота или гликолид (ГК), этиленгликоль (ЭГ), этиленоксид (ЭО), пропиленоксид (ПО), (R)-β-бутиролактон (БЛ), δ-валеролактон (ВЛ), ε-капролактон, 1,5-доксепан-2-он (DXO), триметиленкарбонат (ТМК), N-изопропилакриламид (ИПАА).Typical comonomers for the copolymerization of lactic acid or lactide are glycolic acid or glycolide (HA), ethylene glycol (EG), ethylene oxide (EO), propylene oxide (PO), (R) -β-butyrolactone (BL), δ-valerolactone (VL), ε-caprolactone, 1,5-doxepan-2-one (DXO), trimethylene carbonate (TMK), N-isopropyl acrylamide (IPAA).
Неочищенная полимолочная кислота может также содержать другие примеси. При этом в настоящей заявке отсутствуют конкретные ограничения, касающиеся химической природы катализатора, включенного в неочищенную композицию и в сконденсированный поток, и она, безусловно, зависит от типа предварительной обработки неочищенной композиции.The crude polylactic acid may also contain other impurities. However, in this application there are no specific restrictions regarding the chemical nature of the catalyst included in the crude composition and in the condensed stream, and it certainly depends on the type of pre-treatment of the crude composition.
В конце полимеризации достигается зависящее от температуры равновесие между мономером и полимером, в соответствии с чем неочищенная полимолочная кислота содержит примерно 5 мас.% непрореагировавшего лактида. Содержание мономера следует сократить до менее чем 0,5 мас.%, чтобы получить требуемые механические, химические, реологические и термические свойства полимера для дальнейшей его обработки.At the end of the polymerization, a temperature-dependent equilibrium between the monomer and the polymer is achieved, whereby the crude polylactic acid contains about 5% by weight of unreacted lactide. The monomer content should be reduced to less than 0.5 wt.% In order to obtain the required mechanical, chemical, rheological and thermal properties of the polymer for further processing.
Испаренный газофазный поток, выходящий из стадии удаления летучих компонентов, может быть сконденсирован, посредством чего получают сконденсированный поток. Испаренный газофазный поток содержит, по меньшей мере, 30 мас.% лактида. Примеси должны присутствовать только в небольших количествах, так вода должна составлять самое большое 10 част./млн., предпочтительно 5 част./млн., особенно предпочтительно менее 0,5 част./млн. Любая молочная кислота в испаренном газофазном потоке должна составлять меньше 100 ммоль/кг, предпочтительно менее 50 ммоль/кг, особенно предпочтительно менее 10 ммоль/кг. Сконденсированный поток кристаллизуется из своего жидкого состояния, и кристаллизацию преимущественно осуществляют без растворителя. Это является особым преимуществом, что дальнейшие стадии для удаления каких-либо растворителей не требуются.The vaporized gas phase stream leaving the volatile component removal step can be condensed, whereby a condensed stream is obtained. The vaporized gas phase stream contains at least 30 wt.% Lactide. Impurities should be present only in small quantities, so water should be at most 10 ppm, preferably 5 ppm, particularly preferably less than 0.5 ppm. Any lactic acid in the vaporized gas phase stream should be less than 100 mmol / kg, preferably less than 50 mmol / kg, particularly preferably less than 10 mmol / kg. The condensed stream crystallizes from its liquid state, and crystallization is preferably carried out without solvent. This is a particular advantage that no further steps are required to remove any solvents.
Стадию кристаллизации преимущественно осуществляют в одном из устройств послойной кристаллизации из расплава или в устройстве десублимации, таком как, по меньшей мере, одно из устройств кристаллизации с падающей пленкой или устройство стационарной кристаллизации, или кристаллизацию из суспензии, которую осуществляют, по меньшей мере, в одном устройстве кристаллизации из суспензии. Если используют устройство кристаллизации из суспензии, сконденсированный поток охлаждают с тем, чтобы получить кристаллы лактида, свободно плавающие в жидкой фазе устройства кристаллизации из суспензии, посредством чего образуя поток частично кристаллизованной жидкости, который впоследствии подают в устройство промывки.The crystallization step is advantageously carried out in one of the melt layer crystallization devices or in a desublimation device, such as at least one of a falling film crystallization device or a stationary crystallization device, or crystallization from a suspension which is carried out in at least one suspension crystallization device. If a suspension crystallization device is used, the condensed stream is cooled so as to obtain lactide crystals floating freely in the liquid phase of the suspension crystallization device, thereby forming a partially crystallized liquid stream, which is subsequently fed to the washing device.
В качестве альтернативы испаренный газофазный поток может быть десублимирован, а именно охлажден из газовой фазы напрямую в твердую фазу в стадии десублимации.Alternatively, the vaporized gas phase stream may be desublimated, namely, cooled from the gas phase directly to the solid phase in the desublimation step.
Кристаллическая фракция, полученная кристаллизацией в соответствии с любой из альтернатив, изложенных выше, содержит очищенный лактид. Преимущественно удаление летучих компонентов работает при парциальном давлении лактида, составляющем менее 20 мбар (2 кПа), предпочтительно менее 10 мбар (1 кПа), особенно предпочтительно менее 5 мбар (0,5 кПа). Затвердевшая фракция, содержащая очищенный лактид, может быть расплавлена в последующей стадии нагрева, чтобы быть поданной обратно в полимеризацию с раскрытием кольца. Стадия выпотевания может быть осуществлена перед стадией нагрева для затвердевшей фракции, присутствующей в кристаллической форме на поверхностях кристаллизации. Маточный раствор может оставаться между кристаллом и посредством этого образовывать включения, содержащие примеси. В процессе стадии выпотевания эти примеси удаляют.The crystalline fraction obtained by crystallization in accordance with any of the alternatives set forth above contains purified lactide. Advantageously, the removal of volatile components works at a lactide partial pressure of less than 20 mbar (2 kPa), preferably less than 10 mbar (1 kPa), particularly preferably less than 5 mbar (0.5 kPa). The solidified fraction containing purified lactide can be melted in a subsequent heating step to be fed back to the ring opening polymerization. The sweating step may be carried out before the heating step for the solidified fraction present in crystalline form on the crystallization surfaces. The mother liquor may remain between the crystals and thereby form inclusions containing impurities. During the sweating step, these impurities are removed.
Испаренный газофазный поток из стадии удаления летучих компонентов содержит, по меньшей мере, 30% лактида, предпочтительно, по меньшей мере, 60% лактида, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 90% лактида. Для увеличения выхода лактида из испаренного газофазного потока маточный раствор и/или жидкость из стадии выпотевания могут быть поданы в стадию повторной кристаллизации.The vaporized gas phase stream from the volatile component removal step contains at least 30% lactide, preferably at least 60% lactide, most preferably at least 90% lactide. To increase the yield of lactide from the vaporized gas phase stream, the mother liquor and / or liquid from the sweating stage can be fed to the recrystallization step.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, устройство кристаллизации связано напрямую с устройством удаления летучих компонентов с помощью газопровода или необязательно теплообменника, расположенного между удалением летучих компонентов и кристаллизацией. Теплообменник, в частности, имеет конфигурацию газоохладителя. Такой теплообменник обладает особым преимуществом уменьшать поверхность десублимации устройства кристаллизации, поскольку часть контактного тепла может удаляться из потока пара уже перед входом в устройство кристаллизации.According to a preferred embodiment of the present invention, the crystallization device is connected directly to the device for removing volatile components by means of a gas pipe or optional heat exchanger located between the removal of volatile components and crystallization. The heat exchanger, in particular, has a gas cooler configuration. Such a heat exchanger has the particular advantage of reducing the desublimation surface of the crystallization device, since part of the contact heat can be removed from the steam stream already before entering the crystallization device.
Прямая связь между устройством кристаллизации и устройством удаления летучих компонентов дает результат в том, что оба устройства работают практически в одинаковых условиях вакуума. Это означает, что никакие средства дросселирования или вакуумные насосы не располагаются между устройством кристаллизации и устройством удаления летучих компонентов.A direct connection between the crystallization device and the device for removing volatile components gives the result in that both devices operate in almost the same vacuum conditions. This means that no throttling or vacuum pumps are located between the crystallization device and the volatile component removal device.
Авторами изобретения было обнаружено, что, как ни странно, вязкость фракции конденсированного лактида в стадии кристаллизации из расплава делает возможным достаточный массоперенос и, в свою очередь, достаточную очистку кристаллической фракции. Кристаллизацию из расплава следует понимать как кристаллизацию, которая не содержит растворителя. Вязкость расплава может составлять вплоть до 100 мПа·с, в соответствии с чем вязкость составляет предпочтительно менее 10 мПа·с, особенно предпочтительно - менее 5 мПа·с.The inventors have found that, oddly enough, the viscosity of the condensed lactide fraction in the crystallization stage from the melt makes possible sufficient mass transfer and, in turn, sufficient purification of the crystalline fraction. Crystallization from melt should be understood as crystallization that does not contain a solvent. The melt viscosity can be up to 100 mPa · s, whereby the viscosity is preferably less than 10 mPa · s, particularly preferably less than 5 mPa · s.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, данный способ включает первую стадию, в которой сырье обрабатывают для экстракции поддающихся ферментации полисахаридов. Сырье может происходить из зерна, сахароносов, тростника, картофеля или других источников поддающихся ферментации полисахаридов. Во второй стадии осуществляют ферментацию, использующую подходящие бактерии, для получения неочищенной молочной кислоты. В третьей стадии растворитель удаляют из данной смеси. В соответствии с предпочтительным способом, растворитель может быть удален выпариванием. Растворитель может, в частности, быть водой. В четвертой стадии молочную кислоту подвергают каталитической димеризации с образованием неочищенного лактида. Может быть осуществлена необязательная промежуточная стадия, которая включает предварительную полимеризацию молочной кислоты до полимолочной кислоты с низкой молекулярной массой, и последующую деполимеризацию с образованием неочищенного лактида. Молочная кислота, которая не прореагировала с образованием неочищенного лактида, может быть отделена и повторно использована в устройстве для осуществления третьей стадии. Тяжелые остатки из ластидного реактора могут быть повторно использованы в реакторе второй или третьей стадии. Часть тяжелых остатков также может быть добавлена в последующую шестую стадию, которая включает полимеризацию очищенного лактида до полимолочной кислоты или может быть повторно использована в устройстве для осуществления третьей стадии.According to a preferred embodiment, the method comprises a first step in which the feed is processed to extract fermentable polysaccharides. Raw materials can come from grains, sugar crops, reeds, potatoes, or other fermentable polysaccharides. In a second step, fermentation is carried out using suitable bacteria to produce crude lactic acid. In a third step, the solvent is removed from the mixture. According to a preferred method, the solvent can be removed by evaporation. The solvent may in particular be water. In a fourth step, lactic acid is subjected to catalytic dimerization to form crude lactide. An optional intermediate step may be carried out which involves pre-polymerizing lactic acid to low molecular weight polylactic acid and subsequent depolymerization to form crude lactide. Lactic acid, which has not reacted to form crude lactide, can be separated and reused in the device for the third stage. Heavy residues from a lastidium reactor can be reused in a second or third stage reactor. Part of the heavy residues can also be added to the next sixth stage, which includes the polymerization of purified lactide to polylactic acid or can be reused in the device for the third stage.
В пятой стадии осуществляют очистку лактида, чтобы удалить посторонние вещества, которые могут отрицательно влиять на полимеризацию и вносить вклад в окрашивание, а также в запах конечного продукта. Отделение может осуществляться или процессом дистилляции, или кристаллизации. Нежелательные соединения, такие как непрореагировавшая молочная кислота, другие карбоновые кислоты, содержатся в паровой фазе при использовании выпаривания. Эти нежелательные соединения присутствуют в некристаллизуемом остатке. Поток нежелательных соединений может быть повторно использован в любом устройстве третьей или четвертой стадии.In the fifth stage, the lactide is purified to remove foreign substances that can adversely affect the polymerization and contribute to the coloring and also to the smell of the final product. The separation can be carried out either by distillation or crystallization. Undesirable compounds, such as unreacted lactic acid, other carboxylic acids, are contained in the vapor phase using evaporation. These undesirable compounds are present in the non-crystallizable residue. The stream of undesired compounds can be reused in any device of the third or fourth stage.
В шестой стадии происходит полимеризация с раскрытием кольца для получения неочищенной полимолочной кислоты с высокой молекулярной массой. В процессе полимеризации достигается зависящее от температуры равновесие между мономером и полимером. Неочищенная полимолочная кислота содержит примерно 4-6 мас.% непрореагировавшего лактида. Содержание мономера следует сократить до величины менее 0,5%, чтобы получать требуемые механические свойства полимера для его дальнейшей обработки. Следовательно, неочищенную полимолочную кислоту необходимо очищать.In a sixth step, ring opening polymerization takes place to obtain a high molecular weight crude polylactic acid. During the polymerization, a temperature-dependent equilibrium is reached between the monomer and the polymer. The crude polylactic acid contains about 4-6 wt.% Unreacted lactide. The monomer content should be reduced to less than 0.5% in order to obtain the required mechanical properties of the polymer for its further processing. Therefore, crude polylactic acid must be purified.
В седьмой стадии неочищенную полимолочную кислоту очищают, чтобы получить очищенную полимолочную кислоту. В данной стадии удаляют низкокипящие соединения, которые обычно вносят вклад в окрашивание и в нежелательные запахи конечного продукта или могут содержать добавки, которые могли бы оказать нежелательное влияние на процесс полимеризации с раскрытием кольца при повторном использовании. Отделение низкокипящих соединений от неочищенной полимолочной кислоты достигается удалением летучих компонентов, например, мгновенным испарением в условиях вакуума. Испаренный поток содержит, по меньшей мере, 30% лактида, который не прореагировал до полимолочной кислоты в процессе полимеризации с раскрытием кольца в соответствии с шестой стадией. Более того, испаренный газофазный поток может содержать другие низкокипящие соединения, которые вносят вклад в окрашивание или в запах конечного продукта, оба из которых являются наиболее нежелательными свойствами, побочные продукты реакции или добавки, оказывающие нежелательное влияние на полимеризацию с раскрытием кольца при повторном использовании.In a seventh step, the crude polylactic acid is purified to obtain purified polylactic acid. In this step, low boiling compounds are removed, which usually contribute to the coloring and undesirable odors of the final product or may contain additives that could have an undesirable effect on the ring opening polymerization process when reused. Separation of low boiling compounds from crude polylactic acid is achieved by the removal of volatile components, for example, flash evaporation under vacuum. The vaporized stream contains at least 30% lactide which has not reacted to polylactic acid in the ring opening polymerization process according to the sixth stage. Moreover, the vaporized gas phase stream may contain other low boiling compounds that contribute to the coloring or to the smell of the final product, both of which are the most undesirable properties, reaction by-products or additives that have an undesirable effect on ring opening polymerization upon repeated use.
Очистка в соответствии с седьмой стадией может быть осуществлена в одной или более последующих стадиях удаления летучих компонентов. Основная часть лактида, содержащегося в потоке неочищенной полимолочной кислоты, сохраняется в первой стадии удаления летучих компонентов, что составляет общее количество в 5% относительно основной части.Cleaning in accordance with the seventh stage can be carried out in one or more subsequent stages of removal of volatile components. The main part of the lactide contained in the crude polylactic acid stream is stored in the first stage of removal of volatile components, which is a total amount of 5% relative to the main part.
В восьмой стадии лактид очищают и повторно используют из испаренного газофазного потока седьмой стадии с помощью кристаллизации, которая может включать десублимацию, а значит и кристаллизацию из газовой фазы. В процессе данной стадии соединения, образующие окрашивание и запах, или нежелательные добавки удаляют, так что очищенный лактид может быть снова добавлен в полимеризацию с раскрытием кольца шестой стадии, этим предотвращая любое накопление таких соединений, образующих окрашивание и запах или действующих разрушительным образом на процесс в шестой стадии процесса.In the eighth stage, the lactide is purified and reused from the vaporized gas phase stream of the seventh stage by crystallization, which may include desublimation, and hence crystallization from the gas phase. In the process of this step, stain and odor forming compounds or unwanted additives are removed, so that the purified lactide can be added back to the sixth stage ring opening polymerization, thereby preventing any accumulation of stain and odor forming compounds or that would destruct the process in sixth stage of the process.
Содержание лактида в очищенной ПМК, выходящей из стадии удаления летучих компонентов, в качестве потока продукта составляет менее 2%. Предпочтительно содержание лактида в очищенной ПМК составляет менее 0,5 мас.%.The lactide content in the purified PMA, leaving the stage of removal of volatile components, as a product stream is less than 2%. Preferably, the lactide content in the purified PMC is less than 0.5 wt.%.
Содержание лактида в испаренном газофазном потоке составляет, по меньшей мере, 30 мас.%, предпочтительно, по меньшей мере, 60%, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 90%.The lactide content in the vaporized gas phase stream is at least 30 wt.%, Preferably at least 60%, most preferably at least 90%.
В соответствии с одним вариантом данного способа по настоящему изобретению, испаренный поток, выходящий из стадии удаления летучих компонентов, конденсируют и кристаллизуют из его жидкого состояния. Такую кристаллизацию можно осуществить без растворителя как послойную кристаллизацию в устройстве кристаллизации с падающей пленкой или в устройстве стационарной кристаллизации. Альтернативно кристаллизацию можно осуществить в устройстве кристаллизации из суспензии, в котором сконденсированную смесь охлаждают так, чтобы образовать кристаллы лактида, свободно плавающие в жидкости, посредством чего образуя частично кристаллизованный поток жидкости. Данный частично кристаллизованный поток жидкости подают в устройство промывки, в котором осуществляют отделение твердых веществ от жидкого остатка.In accordance with one embodiment of this method of the present invention, the vaporized stream leaving the stage of removing the volatile components is condensed and crystallized from its liquid state. Such crystallization can be carried out without solvent as layer-by-layer crystallization in a crystallizing device with a falling film or in a stationary crystallization device. Alternatively, crystallization can be carried out in a suspension crystallization device in which the condensed mixture is cooled so as to form lactide crystals freely floating in the liquid, whereby forming a partially crystallized liquid stream. This partially crystallized liquid stream is fed to a washing device in which solids are separated from the liquid residue.
Кристаллическая фракция, полученная с помощью любого из вышеуказанных устройств кристаллизации, содержит очищенный лактид и плавится в последней стадии кристаллизации, чтобы быть поданной обратно в полимеризацию с раскрытием кольца в соответствии с шестой стадией. Незакристаллизованный маточный раствор должен быть выпущен из процесса в виде потока отходов или может быть, по меньшей мере частично, повторно использован в любой из вышеуказанных стадий процесса, расположенных выше по потоку, например, 3, 4, 5, как показано на фиг. 2.The crystalline fraction obtained using any of the above crystallization devices contains purified lactide and melts in the last crystallization stage to be fed back to ring opening polymerization in accordance with the sixth stage. The non-crystallized mother liquor must be discharged from the process in the form of a waste stream or can be at least partially reused in any of the above process steps located upstream, for example, 3, 4, 5, as shown in FIG. 2.
В соответствии с одним вариантом способа по настоящему изобретению, устройство кристаллизации, в котором образуются кристаллы лактида, должно быть напрямую связано с устройством удаления летучих компонентов. Удаление летучих компонентов работает при парциальном давлении лактида, составляющем менее 20 мбар (2 кПа), предпочтительно, менее 10 мбар (1 кПа), особенно предпочтительно, менее 5 мбар (0,5 кПа). Лактид из испаренного газофазного потока затвердевает на охлажденных поверхностях кристаллизации, обеспеченных устройством кристаллизации, образующим кристаллизационные слои. Затвердевшая фракция, содержащая очищенный лактид, плавится в последующей стадии нагрева, чтобы подаваться обратно в полимеризацию с раскрытием кольца, в соответствии с шестой стадией. Жидкая фракция, которую не осадили в виде кристаллов на поверхностях кристаллизации, должна выводиться из процесса в виде потока отходов.According to one embodiment of the method of the present invention, a crystallization device in which lactide crystals are formed must be directly connected to a device for removing volatile components. The removal of volatile components works at a partial pressure of lactide of less than 20 mbar (2 kPa), preferably less than 10 mbar (1 kPa), particularly preferably less than 5 mbar (0.5 kPa). The lactide from the vaporized gas-phase stream solidifies on cooled crystallization surfaces provided with a crystallization device forming crystallization layers. The solidified fraction containing purified lactide is melted in a subsequent heating step to be fed back to ring opening polymerization in accordance with a sixth step. The liquid fraction that has not been precipitated as crystals on the crystallization surfaces should be removed from the process as a waste stream.
Стадии нагрева, предназначенной для плавления кристаллов на поверхностях кристаллизации, может предшествовать стадия выпотевания. В процессе стадии выпотевания осуществляют частичное плавление кристаллов. Любые остатки нежелательных соединений, находящиеся между кристаллами поликристаллических слоев или на их поверхностях, могут быть отделены и удалены из кристаллов лактида. Под поликристаллическим слоем понимают слой, который содержит множество кристаллов. Между кристаллами такого поликристаллического слоя могут накапливаться примеси. Эти примеси могут удаляться стадией выпотевания. Жидкая фракция, образованная в процессе стадии выпотевания, должна выводиться из процесса в виде потока отходов.The heating step for melting the crystals on the crystallization surfaces may be preceded by a sweating step. During the sweating stage, crystals are partially melted. Any residual unwanted compounds located between the crystals of the polycrystalline layers or on their surfaces can be separated and removed from the lactide crystals. A polycrystalline layer is understood to mean a layer that contains many crystals. Between crystals of such a polycrystalline layer, impurities can accumulate. These impurities can be removed by a sweating step. The liquid fraction formed during the sweating stage must be removed from the process as a waste stream.
В послойной кристаллизации поликристаллические слои образуются на поверхностях теплообмена, обеспеченных устройством кристаллизации. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, поверхности теплообмена представляют собой пластинки или трубки, через которые циркулирует охлаждающая среда. Устройство кристаллизации, имеющее пластинки в качестве поверхностей теплообмена, также известно как стационарное устройство кристаллизации. Устройство кристаллизации, имеющее трубки в качестве поверхностей теплообмена, также известно как устройство кристаллизации с падающей пленкой.In layer-by-layer crystallization, polycrystalline layers are formed on heat transfer surfaces provided by a crystallization device. According to a preferred embodiment, the heat exchange surfaces are plates or tubes through which a cooling medium circulates. A crystallization device having plates as heat exchange surfaces is also known as a stationary crystallization device. A crystallization device having tubes as heat exchange surfaces is also known as a falling film crystallization device.
Для увеличения чистоты лактидов, образованных из испаренного газофазного потока из стадии удаления летучих компонентов, послойная кристаллизация может осуществляться на множестве стадий. Расплавленные кристаллы, образующиеся в результате кристаллизации разжиженного испаренного газофазного потока, могут кристаллизоваться в дальнейшей стадии кристаллизации, посредством чего чистота кристаллизованной фракции, образующейся в результате данной второй стадии кристаллизации, является закристаллизованной заново, посредством чего чистота кристаллов второй стадии увеличивается. Жидкий остаток из второй стадии кристаллизации может подаваться обратно вместе с любой жидкой фракцией из стадии выпотевания в трубопровод питания первой стадии кристаллизации.To increase the purity of the lactides formed from the vaporized gas-phase stream from the stage of removal of volatile components, layer-by-layer crystallization can be carried out in many stages. The molten crystals resulting from the crystallization of the liquefied vaporized gas phase stream can crystallize in a further crystallization step, whereby the purity of the crystallized fraction resulting from this second crystallization step is recrystallized, thereby increasing the purity of the crystals of the second step. The liquid residue from the second stage of crystallization can be fed back together with any liquid fraction from the stage of sweating in the feed pipe of the first stage of crystallization.
Можно предусмотреть заранее более двух стадий кристаллизации, посредством которых жидкий остаток из последней стадии кристаллизации может подаваться обратно вместе с любой жидкой фракцией из стадии выпотевания в трубопровод питания любой из предшествующих стадий кристаллизации. Оптимальное число стадий кристаллизации зависит от требуемой чистоты лактида.More than two crystallization stages can be foreseen in advance, by means of which the liquid residue from the last crystallization stage can be fed back together with any liquid fraction from the stage of sweating to the feed pipe of any of the previous crystallization stages. The optimal number of crystallization stages depends on the desired purity of the lactide.
Более того, кристаллы, образованные затвердеванием из газовой фазы, могут быть расплавлены и затем повторно кристаллизованы для увеличения чистоты лактида.Moreover, crystals formed by solidification from the gas phase can be melted and then recrystallized to increase the purity of the lactide.
В соответствии с дальнейшим вариантом, для увеличения выхода лактида из потока испаренного газа маточный раствор и/или жидкость из стадии выпотевания могут собираться и повторно кристаллизоваться для извлечения лактида, все еще содержащегося в этих двух фракциях.According to a further embodiment, in order to increase the yield of lactide from the vaporized gas stream, the mother liquor and / or liquid from the sweating stage can be collected and recrystallized to recover the lactide still contained in these two fractions.
Маточный раствор из первой стадии кристаллизации, а значит и сжиженный поток испаренного газа, кристаллизуют, чтобы получить лактид в виде кристаллизованной фракции. Содержание лактида в маточном растворе и/или жидкости из стадии выпотевания данной стадии повторной кристаллизации ниже, чем в соответствующей фракции из кристаллизации сжиженного испаренного газового потока. Продукт кристаллизации из такой стадии повторной кристаллизации может также подаваться в стадию выпотевания и впоследствии плавиться, чтобы быть добавленным в сжиженную фракцию удаления летучих компонентов. Можно использовать дальнейшие стадии повторной кристаллизации, посредством чего содержание лактида в жидком остатке и/или жидкости из стадии выпотевания последующей стадии повторной кристаллизации уменьшится по сравнению с каждой предыдущей стадией повторной кристаллизации. Таким образом, маточный раствор и/или жидкость из стадии выпотевания последующей стадии повторной кристаллизации подают в предыдущую стадию повторной кристаллизации, и расплавленный продукт кристаллизации подают в последующую стадию повторной кристаллизации. Число стадий повторной кристаллизации определяют путем оптимизации затрат на весь процесс.The mother liquor from the first stage of crystallization, and hence the liquefied stream of vaporized gas, is crystallized to obtain a lactide in the form of a crystallized fraction. The lactide content in the mother liquor and / or liquid from the sweating stage of this recrystallization stage is lower than in the corresponding fraction from crystallization of the liquefied vaporized gas stream. The crystallization product from such a recrystallization step can also be fed to a sweating step and subsequently melted to be added to the liquefied volatile component fraction. Further recrystallization steps can be used, whereby the lactide content in the liquid residue and / or liquid from the sweating step of the subsequent recrystallization step is reduced compared to each previous recrystallization step. Thus, the mother liquor and / or liquid from the sweating step of the subsequent recrystallization step is supplied to the previous recrystallization step, and the molten crystallization product is fed to the subsequent recrystallization step. The number of recrystallization stages is determined by optimizing the costs of the entire process.
Послойная кристаллизация в варианте осуществления кристаллизации из расплава или затвердевания из газовой фазы, т.е. десублимации, является периодическим процессом. Преимущественно данные стадии осуществляют в одном или более устройствах кристаллизации, в таком как устройство кристаллизации из расплава или устройство десублимации. Порядок работы данных устройств организован преимущественно так, чтобы осуществлять кристаллизацию или десублимацию в одном из устройств, в то же время осуществляя выпотевание или плавление в любом другом устройстве. Таким образом, непрерывный выпуск испаренного газофазного потока для кристаллизации гарантирован без необходимости промежуточного хранения.Layer crystallization in an embodiment of crystallization from melt or solidification from the gas phase, i.e. desublimation is a batch process. Advantageously, these steps are carried out in one or more crystallization devices, such as a melt crystallization device or a desublimation device. The operating procedure of these devices is organized mainly so as to crystallize or desublimate in one of the devices, while sweating or melting in any other device. Thus, the continuous release of the vaporized gas phase stream for crystallization is guaranteed without the need for intermediate storage.
Значительным преимуществом повторного использования лактида из испаренного газофазного потока из устройства удаления летучих компонентов является использование менее сложного оборудования и более простых процессов по сравнению с предшествующим уровнем техники, таким как процессы, описанные в US 6187901 и US 5880254. Устройство кристаллизации является простой механической конструкцией. Более того, не требуются потоки инертного газа, таким образом, какие-либо стадии обработки для такого дополнительного потока инертного газа не являются необходимыми, что приводит к существенному экономическому эффекту в пользу процесса регенерации лактида в соответствии с настоящим изобретением.A significant advantage of reusing lactide from an vaporized gas phase stream from a volatile component removal device is the use of less sophisticated equipment and simpler processes than the prior art, such as the processes described in US 6187901 and US 5880254. The crystallization device is a simple mechanical design. Moreover, inert gas flows are not required, so any processing steps for such an additional inert gas stream are not necessary, which leads to a significant economic effect in favor of the lactide regeneration process in accordance with the present invention.
Дальнейшей целью настоящего изобретения является улучшение очистки парообразного биоразлагаемого межмолекулярного циклического сложного диэфира альфа-гидроксикарбоновой кислоты и поддержание количества отходов на минимальном уровне и сокращение оборудования для осуществления очистки.A further object of the present invention is to improve the purification of the vaporous biodegradable intermolecular cyclic alpha-hydroxycarboxylic acid diester and to keep the amount of waste to a minimum and to reduce the equipment for purification.
Данная цель достигается способом послойной кристаллизации из расплава парообразного биоразлагаемого межмолекулярного циклического сложного диэфира альфа-гидроксикарбоновой кислоты формулы IThis goal is achieved by the method of layer-by-layer crystallization from a melt of a vaporous biodegradable intermolecular cyclic complex diester of alpha-hydroxycarboxylic acid of the formula I
где R выбирают из водорода или одного из линейных или разветвленных алифатических радикалов, имеющих от одного до шести атомов углерода, из потока расплава, содержащего сложный диэфир формулы I.where R is selected from hydrogen or one of linear or branched aliphatic radicals having from one to six carbon atoms, from a melt stream containing a diester of formula I.
В частности, температуру потока расплава на входе в устройство послойной кристаллизации из расплава для осуществления послойной кристаллизации из расплава устанавливают между 0°C и 130°C, предпочтительно, между 10°C и 110°C, чтобы кристаллизовать сложный диэфир формулы I, когда парциальное давление сложного диэфира в испаренном газофазном потоке составляет не более 20 мбар (2 кПа), предпочтительно, не более 10 мбар (1 кПа), особенно предпочтительно, не более 5 мбар (0,5 кПа). Концентрацию сложного диэфира формулы I в потоке расплава преимущественно регулируют до минимальной величины, составляющей 30 мас.%, предпочтительно, до минимальной величины, составляющей 40 мас.%, особенно предпочтительно, до минимальной величины, составляющей 60 мас.%, в частности, до минимальной величины, составляющей 70 мас.%. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, поток расплава имеет содержание воды, составляющее менее 10%, в частности, менее 5%, наиболее предпочтительно, менее 1%. Данный способ особенно подходит для очистки сложного диэфира формулы I, который представляет собой 3,6-диметил-1,4-диоксан-2,5-дион (дилактид), в частности, L,L-дилактид.In particular, the temperature of the melt stream at the inlet of the melt layer crystallization apparatus for performing melt layer crystallization is set between 0 ° C and 130 ° C, preferably between 10 ° C and 110 ° C, to crystallize the diester of formula I when the partial the pressure of the diester in the vaporized gas phase stream is not more than 20 mbar (2 kPa), preferably not more than 10 mbar (1 kPa), particularly preferably not more than 5 mbar (0.5 kPa). The concentration of the diester of the formula I in the melt stream is preferably controlled to a minimum value of 30% by weight, preferably to a minimum value of 40% by weight, particularly preferably to a minimum value of 60% by weight, in particular to a minimum a value of 70 wt.%. According to a preferred embodiment, the melt stream has a water content of less than 10%, in particular less than 5%, most preferably less than 1%. This method is particularly suitable for the purification of a complex diester of formula I, which is 3,6-dimethyl-1,4-dioxane-2,5-dione (dilactide), in particular L, L-dilactide.
В соответствии с преимущественным вариантом осуществления, по меньшей мере, часть сложного диэфира формулы I образуется из устройства очистки, расположенного выше по потоку, который может, в частности, брать начало, по меньшей мере, в одной из стадий способа получения полилактида, поликонденсации молочной кислоты, термической деполимеризации олигомеров молочной кислоты со средней молекулярной массой между 500 г/моль и 5000 г/моль, ректификации дилактида, полимеризации реакционной смеси, содержащей дилактид, с раскрытием кольца, вакуумной демономеризации полилактида или его сополимеров. Расположенная выше по потоку очистка может включать две или более стадии процесса вышеуказанных процессов и/или несколько из вышеуказанных процессов одновременно.According to an advantageous embodiment, at least a portion of the diester of formula I is formed from a purification device located upstream, which can, in particular, start in at least one of the stages of the method for producing polylactide, polycondensation of lactic acid thermal depolymerization of oligomers of lactic acid with an average molecular weight of between 500 g / mol and 5000 g / mol, rectification of dilactide, polymerization of the reaction mixture containing dilactide, ring opening, vacuum de monomerization of polylactide or its copolymers. The upstream cleaning may include two or more process steps of the above processes and / or several of the above processes simultaneously.
В частности, альфа-гидроксикарбоновая кислота формулы I из альфа-гидроксикарбоновой кислоты формулы IIIn particular, alpha-hydroxycarboxylic acid of formula I from alpha-hydroxycarboxylic acid of formula II
может использоваться для получения биоразлагаемого межмолекулярного циклического сложного диэфира, в котором R выбирают из водорода или одного из линейных или разветвленных алифатических радикалов, имеющих от одного до шести атомов углерода. В соответствии с особенно предпочтительным вариантом осуществления, альфа-гидроксикарбоновая кислота формулы II является молочной кислотой.can be used to obtain a biodegradable intermolecular cyclic complex diester in which R is selected from hydrogen or one of linear or branched aliphatic radicals having from one to six carbon atoms. According to a particularly preferred embodiment, the alpha-hydroxycarboxylic acid of formula II is lactic acid.
Концентрацию альфа-гидроксикарбоновой кислоты формулы II в потоке расплава предпочтительно регулируют до максимальной величины, составляющей 20 мас.%, предпочтительно, до максимальной величины, составляющей 5 мас.%, особенно предпочтительно, до максимальной величины, составляющей 1 мас.% Если концентрация альфа-гидроксикарбоновой кислоты в потоке расплава может быть ограничена до менее чем 10 мас.%, лактид, полученный с помощью устройства кристаллизации из расплава, может иметь более высокую чистоту, и данный лактид может быть подан обратно в предыдущую стадию очистки для увеличения чистоты конечного продукта, а именно полимолочной кислоты. Таким образом можно получать полимолочную кислоту, имеющую высокую чистоту и высокую молекулярную массу.The concentration of alpha-hydroxycarboxylic acid of formula II in the melt stream is preferably controlled to a maximum value of 20 wt.%, Preferably to a maximum value of 5 wt.%, Particularly preferably to a maximum value of 1 wt.%. If the concentration of alpha hydroxycarboxylic acid in the melt stream can be limited to less than 10 wt.%, the lactide obtained by the melt crystallization device can be of higher purity, and this lactide can be fed back previous purification step to increase the purity of the final product, namely lactic acid. In this way, polylactic acid having high purity and high molecular weight can be obtained.
Если концентрацию альфа-гидроксикарбоновой кислоты в биоразлагаемом межмолекулярном циклическом сложном диэфире можно поддерживать на низком уровне, также можно контролировать полимеризацию и регулировать физические и химические свойства биоразлагаемого межмолекулярного циклического сложного диэфира в соответствии с формулой I.If the concentration of alpha-hydroxycarboxylic acid in the biodegradable intermolecular cyclic diester can be kept low, the polymerization can also be controlled and the physical and chemical properties of the biodegradable intermolecular cyclic diester can be controlled in accordance with formula I.
В частности, полимолочная кислота (ПМК), особенно L- или D-полимолочная кислота (PLLA или PDLA), имеющая молекулярную массу, по меньшей мере, 10000, является достижимой. Предпочтительно, молекулярная масса ПМК составляет, по меньшей мере, 20000, особенно предпочтительна молекулярная масса, по меньшей мере, 50000.In particular, polylactic acid (PMA), especially L- or D-polylactic acid (PLLA or PDLA), having a molecular weight of at least 10,000, is achievable. Preferably, the molecular weight of the PMC is at least 20,000, and the molecular weight of at least 50,000 is particularly preferred.
Лактид, извлеченный и повторно использованный в соответствии со способом по настоящему изобретению, имеет достаточную чистоту для того, чтобы быть повторно использованным в процессе полимеризации, ведущей к ПМК, с вышеуказанными желаемыми параметрами.The lactide recovered and reused in accordance with the method of the present invention is of sufficient purity to be reused in the polymerization process leading to PMC with the above desired parameters.
Устройство послойной кристаллизации в соответствии с настоящим изобретением включает сосуд, получающий поток расплава, содержащий биоразлагаемый межмолекулярный циклический сложный диэфир альфа-гидроксикарбоновой кислоты формулы I,A layered crystallization device in accordance with the present invention includes a vessel receiving a melt stream containing a biodegradable intermolecular cyclic alpha-hydroxycarboxylic acid diester of formula I,
где R выбирают из водорода или одного из линейных или разветвленных алифатических радикалов, имеющих от одного до шести атомов углерода. Устройство послойной кристаллизации далее включает теплообменник, имеющий поверхность теплообмена, теплопередающую среду для охлаждения поверхности теплообмена и поверхность кристаллизации, обеспеченную на поверхности теплообмена для роста кристаллов сложного диэфира формулы I.where R is selected from hydrogen or one of linear or branched aliphatic radicals having from one to six carbon atoms. The layer-by-layer crystallization device further includes a heat exchanger having a heat transfer surface, a heat transfer medium for cooling the heat transfer surface, and a crystallization surface provided on the heat transfer surface for growing crystals of the diester of formula I.
Полимеризационная установка для полимеризации сложного диэфира формулы I включает устройство послойной кристаллизации в соответствии с настоящим изобретением. Полимеризационная установка может далее включать, по меньшей мере, устройство для очистки биоразлагаемого межмолекулярного циклического сложного диэфира в соответствии с формулой I, и/или, по меньшей мере, один реактор деполимеризации, расположенный по потоку выше устройства послойной кристаллизации.The polymerization apparatus for the polymerization of the diester of the formula I includes a layer crystallization device in accordance with the present invention. The polymerization unit may further include at least a device for purifying the biodegradable intermolecular cyclic diester in accordance with formula I, and / or at least one depolymerization reactor located upstream of the layer crystallization device.
Эти и другие цели и преимущества настоящего изобретения будут более понятны из следующего подробного описания, взятого в сочетании с сопровождающими чертежами, на которых:These and other objectives and advantages of the present invention will be more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which:
фиг. 1 показывает блок-схему способа по настоящему изобретению.FIG. 1 shows a flow diagram of a method of the present invention.
Фиг. 2 показывает регенерацию лактида из испаренного газофазного потока стадии удаления летучих компонентов с помощью кристаллизации.FIG. 2 shows the regeneration of lactide from a vaporized gas phase stream of a volatile component removal step by crystallization.
Фиг. 3 показывает регенерацию лактида из испаренного газофазного потока стадии удаления летучих компонентов с помощью десублимации.FIG. 3 shows the regeneration of lactide from a vaporized gas phase stream of a volatile component removal step by desublimation.
Фиг. 4 показывает фазовую диаграмму лактида.FIG. 4 shows a phase diagram of a lactide.
Фиг. 5 показывает регенерацию лактида из испаренного газофазного потока стадии удаления летучих компонентов стадией кристаллизации неочищенного лактида.FIG. 5 shows the regeneration of lactide from a vaporized gas phase stream of a volatile component removal step by the crystallization step of the crude lactide.
Фиг. 6 показывает вариант осуществления установки кристаллизации.FIG. 6 shows an embodiment of a crystallization apparatus.
Фиг. 7 показывает вариант осуществления установки кристаллизации из суспензии.FIG. 7 shows an embodiment of a slurry crystallization apparatus.
Фиг. 8 показывает вариант осуществления установки десублимации.FIG. 8 shows an embodiment of a desublimation apparatus.
Фиг. 9 показывает первый вариант осуществления устройства послойной кристаллизации.FIG. 9 shows a first embodiment of a layer crystallization device.
Фиг. 10 показывает второй вариант осуществления устройства послойной кристаллизации.FIG. 10 shows a second embodiment of a layer crystallization device.
Фиг. 1 показывает способ получения ПМК из лактида и полимеризацию с раскрытием кольца. Стадии на фиг. 1 включают стадию приготовления 26 за которой следует стадия ферментации 27, осуществляемая в устройстве ферментации. В процессе стадии приготовления 26, поданный материал биомассы 80 превращается в поток сырья 28. После стадии приготовления 26 поток сырья 28, содержащий полисахариды и/или полисахариды, подается в устройство ферментации для осуществления стадии ферментации 27. Устройство ферментации может быть реакционным сосудом, содержащим жидкую реакционную смесь. При необходимости может быть предусмотрен перемешивающий элемент для гомогенизации реакционной смеси, во время протекания реакции ферментации. Ферментацию можно осуществлять как периодический процесс или как непрерывный процесс. Продукт стадии ферментации, выходящий из устройства ферментации, представляет собой неочищенную молочную кислоту в растворе 29.FIG. 1 shows a process for preparing PMC from lactide and ring opening polymerization. The steps of FIG. 1 include a
В качестве следующей стадии растворитель должен быть удален из неочищенной молочной кислоты в стадии удаления растворителя 30, чтобы получить очищенную молочную кислоту 35. Растворитель может быть переработан и повторно использован, по меньшей мере частично, для добавления в процессе стадии ферментации 20. Очищенную молочную кислоту подвергают стадии предварительной полимеризации и стадии димеризации 40, чтобы получить неочищенный лактид 45.As a next step, the solvent must be removed from the crude lactic acid in the
В качестве следующей стадии неочищенный лактид 45 должен быть очищен в стадии очистки неочищенного лактида 50. Продуктом стадии очистки неочищенного лактида является чистый лактид 55. Поток чистого лактида содержит, по меньшей мере, 85 мас.% лактида. Любая молочная кислота, присутствующая в потоке чистого лактида, составляет менее 0,2%, и любая вода присутствует в количестве менее 1%, предпочтительно, менее 0,1%. Чистый лактид 55 перерабатывают до неочищенной ПМК 65 в стадии полимеризации с раскрытием кольца 60. Неочищенная ПМК 65 может быть далее очищена в стадии очистки неочищенной ПМК 70, чтобы получить чистую ПМК 75. Любые примеси удаляются из устройства очистки в виде продувки 77.As a next step, the
Фиг. 2 показывает регенерацию лактида из испаренного газофазного потока 135 с помощью кристаллизации. Фиг. 2, в частности, относится к обработке продувки 77 из фиг. 1. На фиг. 2 стадии, которые уже обсуждались в связи с фиг. 1, не объясняются вновь. Эти стадии содержат те же самые номера ссылок и не объясняются далее подробно. Неочищенную ПМК 65 из стадии полимеризации с раскрытием кольца 60 очищают в стадии очистки 170. Эту стадию очистки 170 проводят как удаление летучих компонентов в секции удаления летучих веществ. Данной стадией очистки получают очищенную ПМК 175. В секции удаления летучих веществ низкокипящие фракции из неочищенной ПМК 65, содержащие лактид, испаряются в условиях вакуума. Таким путем получают испаренный газофазный поток 135. Испаренный газофазный поток 135 охлаждают и конденсируют в стадии конденсации 140. Конденсат 145 подают в стадию кристаллизации 100. В процессе стадии кристаллизации получают поток чистого лактида 110, который может быть подан в стадию полимеризации с раскрытием кольца 60 вместе с потоком чистого лактида 55. Продувка 120 из стадии кристаллизации 100 является потоком отходов, однако возможно повторно использовать, по меньшей мере, часть его в стадии очистки неочищенного лактида 50, в стадии предварительной полимеризации и димеризации 40 или в стадии удаления растворителя 30.FIG. 2 shows the regeneration of lactide from a vaporized
В качестве альтернативы стадия удаления летучих компонентов может осуществляться в более чем одной стадии. В течение каждой такой дополнительной стадии может создаваться испаренный газофазный поток.Alternatively, the step of removing volatile components may be carried out in more than one step. During each such additional step, an vaporized gas phase stream may be generated.
Одна такая дополнительная стадия конденсации 150 показана на фиг. 2 для испаренного газофазного потока 155 из такой дополнительной стадии удаления летучих компонентов. Конденсат 156 из данной дополнительной стадии конденсации 150 подают или в поток конденсата 145, или прямо в устройство кристаллизации для осуществления стадии кристаллизации 100.One such
Фиг. З показывает вариант способа, как показано на фиг. 2. Стадия конденсации 140, 150 и стадия кристаллизации 100 заменены стадией десублимации 200. Таким образом, конденсация и кристаллизация имеют место в одном и том же устройстве благодаря тому, что испаренный газофазный поток отверждается непосредственно из газофазного потока.FIG. 3 shows a variant of the method, as shown in FIG. 2. The
Альтернативно можно предусмотреть множество стадий десублимации, в частности, если предусмотрено множество стадий удаления летучих компонентов. Дополнительная стадия десублимации 210 показана на фиг. 3 пунктирной линией в качестве необязательной альтернативы. Поток продувки 215 является потоком отходов, однако его можно направить на повторное использование, по меньшей мере его часть, в стадию очистки неочищенного лактида 50, в стадию предварительной полимеризации и димеризации 40 или в стадию удаления растворителя 30.Alternatively, a plurality of desublimation steps can be envisaged, in particular if a plurality of steps for removing volatile components are provided. An additional step of
Такая десублимация возможна в области низкого давления. На фазовой диаграмме лактида фазовый переход из газовой фазы в твердую фазу возможен вдоль кривой 220. Кривая 220 простирается от оси y, которая соответствует температуре 60°C, до тройной точки 230. При охлаждении лактида при давлении или парциальном давлении, составляющем менее 2 мбар (0,2 кПа), происходит прямой переход из газовой фазы в твердую фазу.Such desublimation is possible in the low pressure region. In the lactide phase diagram, a phase transition from the gas phase to the solid phase is possible along
Фиг. 5 показывает дальнейший вариант способа в соответствии с фиг. 2. Фиг. 5 показывает регенерацию лактида из испаренного газофазного потока 135 с помощью кристаллизации. На фиг. 5 стадии, которые уже обсуждались в связи с фиг. 1 или фиг. 2, повторно не объясняются. Стадии, с помощью которых осуществляют те же задачи, что и на фиг. 1 или фиг. 2, содержат те же самые номера позиций и не объясняются далее подробно. Неочищенная ПМК 65 из стадии полимеризации с раскрытием кольца 60 очищается в стадии очистки 170. Данную стадию очистки 170 осуществляют как удаление летучих компонентов в секции удаления летучих компонентов. Испаренный газофазный поток 135, содержащий низкокипящую фракцию из стадии удаления летучих компонентов, охлаждают и конденсируют в стадии конденсации 140. Конденсат 145 подают в оборудование для осуществления стадии очистки лактида 50, которая может включать стадию кристаллизации. Поток продувки, содержащий примеси, которые не должны присутствовать в ПМК, может быть выпущен из устройства очистки лактида для осуществления стадии очистки лактида 50.FIG. 5 shows a further embodiment of the method in accordance with FIG. 2. FIG. 5 shows the regeneration of lactide from a vaporized
Удаление летучих компонентов может осуществляться в более чем одной секции удаления летучих компонентов. Конденсацию 150 испаренного газофазного потока 155 можно проводить отдельно от конденсации 140 первой стадии удаления летучих компонентов.Volatile component removal can be carried out in more than one volatile component removal section. The
Пример 1Example 1
Полимеризация с раскрытием кольца в отсутствие растворителя для получения неочищенной полимолочной кислоты проводилась в двух различных испытаниях. Применялись следующие условия к первому и второму испытаниям примера 1: неочищенную полимолочную кислоту направляли в устройство очистки для осуществления удаления летучих компонентов. Продуктом удаления летучих компонентов является очищенная полимолочная кислота и испаренный газофазный поток, содержащий легкокипящие соединения, такие как лактид. Испаренный газофазный поток из стадии удаления летучих компонентов имеет содержание лактида, составляющее около 98,5%, и сжижается в холодильнике и подается в сосуд устройства послойной кристаллизации для затвердевания с образованием затвердевшей массы. Затвердевание происходит за счет кристаллизации лактида на теплообменных поверхностях устройства послойной кристаллизации. Затем затвердевшую массу плавят после доставки в устройство послойной кристаллизации нагревом сосуда с образованием расплавленной массы. Затем расплавленную массу подают обратно в процесс, то есть в устройство полимеризации с раскрытием кольца.Ring opening polymerization in the absence of solvent to obtain crude polylactic acid was carried out in two different tests. The following conditions were applied to the first and second tests of Example 1: the crude polylactic acid was sent to a purification device to remove volatile components. The product of the removal of volatile components is purified polylactic acid and a vaporized gas phase stream containing boiling compounds such as lactide. The vaporized gas phase stream from the stage of removal of volatile components has a lactide content of about 98.5%, and is liquefied in the refrigerator and fed to the vessel of the layer crystallization device for solidification to form a solidified mass. Hardening occurs due to the crystallization of lactide on the heat exchange surfaces of the layered crystallization device. Then, the hardened mass is melted after delivery to the layer-by-layer crystallization device by heating the vessel to form a molten mass. Then the molten mass is fed back to the process, that is, to the ring opening polymerization device.
Стадию кристаллизации для данного испытания проводили дважды, как показано в таблице 1а. В процессе первой стадии кристаллизации расплавленная масса кристаллизовалась, жидкий остаток выгружался. Затем затвердевшую массу подвергали выпотеванию. Процесс выпотевания осуществлялся в две стадии. В конце каждой стадии проводили измерение точки затвердевания. Точка затвердевания смеси соотносится с чистотой основного компонента в смеси, в соответствии с фазовой диаграммой лактида, согласно фиг. 4, и, следовательно, позволяет оценивать протекание очистки. Чистота лактида, достигаемая после первой стадии выпотевания первой стадии кристаллизации, составляла 99,5%. Чистота, составляющая 99,6%, достигалась после второй стадии выпотевания второй стадии кристаллизации.The crystallization step for this test was performed twice, as shown in table 1a. During the first stage of crystallization, the molten mass crystallized, the liquid residue was discharged. Then the hardened mass was sweated. The process of sweating was carried out in two stages. At the end of each step, a solidification point was measured. The solidification point of the mixture is related to the purity of the main component in the mixture, in accordance with the phase diagram of the lactide, according to FIG. 4, and therefore, allows to evaluate the course of cleaning. The lactide purity achieved after the first stage of sweating of the first stage of crystallization was 99.5%. A purity of 99.6% was achieved after the second stage of sweating of the second stage of crystallization.
Для второго испытания анализ на отдельные примеси, то есть ионы Sn и свободные кислоты, проводился для всех фракций, то есть для сырья, остатка, выпотевающей фракции и затвердевшей массы, формирующей продукт кристаллизации. Результаты второго теста показаны в таблице 1b. В данном испытании стадию выпотевания проводили только один раз.For the second test, analysis for individual impurities, that is, Sn ions and free acids, was carried out for all fractions, that is, for the feed, residue, sweating fraction and hardened mass forming the crystallization product. The results of the second test are shown in table 1b. In this test, the sweating stage was carried out only once.
В третьем испытании продукт кристаллизации второго испытания был расплавлен вновь и кристаллизован. В данном испытании только остаток выгружался, и стадию выпотевания не проводили. Результаты данной кристаллизации суммированы в таблице 2.In the third test, the crystallization product of the second test was again melted and crystallized. In this test, only the residue was discharged and no sweating step was carried out. The results of this crystallization are summarized in table 2.
Ионы Sn возникают из катализатора. Под свободными кислотами подразумевают любые кислоты, которые действовали бы как агент, обрывающий цепь, в процессе полимеризации. Более того, окраску и запах сырья и продукта кристаллизации, полученного каждой из стадий выпотевания, сравнивают друг с другом в таблице 1а и таблице 1b.Sn ions arise from the catalyst. Free acids are understood to mean any acids that would act as a chain terminating agent in the polymerization process. Moreover, the color and smell of the raw material and crystallization product obtained from each of the sweating stages are compared with each other in table 1a and table 1b.
Пример 2Example 2
ДесублимацияDesublimation
В данном испытании проверяли влияние разделения десублимацией на чистоту лактида.In this test, the effect of desublimation separation on lactide purity was tested.
Испаренный газофазный поток из полимеризации с раскрытием кольца, который также использовался для испытаний примера 1, подавали в трубу, имеющую внутренний диаметр 50 мм и длину 3 м, в которой десублимировали лактид, таким образом, отверждаемый непосредственно из газовой фазы, с образованием продукта кристаллизации на теплообменных поверхностях устройства послойной кристаллизации, которое использовалось для испытаний в соответствии с примером 1. Остаток подавали обратно в поток основного процесса, таким образом, в последующую стадию удаления летучих компонентов.The vaporized gas phase ring-opening polymerization stream, which was also used for the tests of Example 1, was fed into a pipe having an inner diameter of 50 mm and a length of 3 m, in which the lactide was desublimated, thus curing directly from the gas phase, to form a crystallization product on the heat exchange surfaces of the layered crystallization apparatus used for testing in accordance with Example 1. The residue was fed back to the main process stream, thus to the subsequent removal stage eniya volatile components.
Слой твердого вещества толщиной от 10 до 15 мм получали и осаждали на внутренней поверхности трубы. При завершении десублимации часть осажденного твердого слоя выгружали из трубы и плавили с образованием расплавленной массы. Определяли точку затвердевания данной расплавленной массы. Точка затвердевания была измерена и составила 96, 97°C. Затвердевшая расплавленная масса была почти бесцветной и имела только слабый запах.A solid layer of a thickness of 10 to 15 mm was obtained and deposited on the inner surface of the pipe. Upon completion of desublimation, part of the deposited solid layer was discharged from the pipe and melted to form a molten mass. The solidification point of this molten mass was determined. The solidification point was measured to be 96, 97 ° C. The hardened molten mass was almost colorless and had only a faint odor.
Каждый из результатов испытаний первого и второго примеров показывает, что очистка лактида из испаренного газофазного потока является достаточно близкой к точке плавления чистого лактида. Чистота лактида, полученного десублимацией в соответствии с данным примером, составляла примерно 99,5%. Для L-лактида точка плавления составляет 97,7°C.Each of the test results of the first and second examples shows that the purification of lactide from the vaporized gas-phase stream is quite close to the melting point of pure lactide. The purity of the lactide obtained by desublimation in accordance with this example was approximately 99.5%. For L-lactide, the melting point is 97.7 ° C.
Данные испытания проводили в стационарном кристаллизаторе для лабораторных испытаний с указанными ниже деталями конструкции. Стационарный кристаллизатор представляет собой специальный вариант осуществления устройства послойной кристаллизации, в котором расплав не подвергается никакой принудительной конвекции в процессе кристаллизации. Стационарный кристаллизатор для испытаний состоит из вертикально расположенной, снабженной рубашкой трубы диаметром 80 мм длиной 1200 мм и имеющей номинальную емкость, равную 6 л. Труба имеет плотно закрывающийся колпачок на верху, позволяющий загружать трубу поступающим расплавом и плотно закрывать трубу в процессе кристаллизации. В нижней части диаметр трубы уменьшается до 20 мм, и имеется выпускной вентиль, расположенный непосредственно ниже прохода уменьшенного диаметра. Данный вентиль позволяет сливать жидкие фракции из трубы под действием силы тяжести. В рубашке данной трубы циркулирует теплопередающая среда, что поставляет энергию охлаждения или нагрева для кристаллизации и последующих стадий выпотевания и плавления. Теплопередающую среду или нагревают, или охлаждают в коммерческом термостатирующем устройстве с температурными профилями, программируемыми по времени.These tests were carried out in a stationary crystallizer for laboratory tests with the following structural details. A stationary crystallizer is a special embodiment of a layer crystallization device in which the melt does not undergo any forced convection during the crystallization process. The stationary mold for testing consists of a vertically arranged, jacketed pipe with a diameter of 80 mm, a length of 1200 mm and having a nominal capacity of 6 liters. The pipe has a tight-fitting cap on top, which allows the pipe to be loaded with incoming melt and to close the pipe tightly during crystallization. In the lower part, the pipe diameter is reduced to 20 mm, and there is an outlet valve located directly below the passage of reduced diameter. This valve allows you to drain liquid fractions from the pipe under the influence of gravity. A heat transfer medium circulates in the jacket of this pipe, which supplies cooling or heating energy for crystallization and subsequent stages of sweating and melting. The heat transfer medium is either heated or cooled in a commercial thermostatic device with time-programmed temperature profiles.
После загрузки кристаллизационной трубы поступающей расплавленной массой загрузочное отверстие закрывают. Температура теплопередающей среды затем падает до величины начала кристаллизации, и затем ее уменьшают в соответствии с запрограммированным профилем температура/время до конечной величины кристаллизации. В течение данного охлаждения кристаллы образуют зародыши и начинают расти на внутренней стенке трубы кристаллизации. После завершения кристаллизации незакристаллизованный осадок сливают в принимающий контейнер, открывая выпускной вентиль в нижней части трубы. Выпотевающую фракцию собирают в различные контейнеры, если требуется в несколько погонов. После завершения выпотевания выпускной вентиль закрывают, и оставшиеся кристаллы плавят и сливают из кристаллизационной трубы в соответствующий контейнер путем повторного открывания выпускного вентиля.After loading the crystallization tube with the incoming molten mass, the loading opening is closed. The temperature of the heat transfer medium then drops to the value of the onset of crystallization, and then it is reduced in accordance with the programmed temperature / time profile to the final crystallization value. During this cooling, crystals form nuclei and begin to grow on the inner wall of the crystallization pipe. After crystallization is complete, the non-crystallized precipitate is poured into the receiving container, opening the outlet valve at the bottom of the pipe. The sweating fraction is collected in various containers, if required in several shoulder straps. After the sweating is completed, the outlet valve is closed, and the remaining crystals are melted and drained from the crystallization tube into an appropriate container by re-opening the outlet valve.
При работе две первые стадии проводили при следующих условиях эксплуатации. Кристаллизационная труба предварительно охлаждалась до 95°C для начала кристаллизации. Температуру теплопередающей среды постепенно уменьшали до конечной величины, составляющей 90°C, в течение шести часов соответственно. В течение данного периода осуществлялась кристаллизация лактида на поверхностях теплообмена. Расплав выдерживали в сосуде устройства кристаллизации, чтобы предоставить кристаллам возможность роста. Когда кристаллизация завершалась, выпускной вентиль открывали для выгрузки жидкого остатка, таким образом, маточного раствора.During operation, the first two stages were carried out under the following operating conditions. The crystallization tube was pre-cooled to 95 ° C to begin crystallization. The temperature of the heat transfer medium was gradually reduced to a final value of 90 ° C. over six hours, respectively. During this period, lactide was crystallized on the heat transfer surfaces. The melt was held in a vessel of a crystallization device to allow crystals to grow. When crystallization was completed, the outlet valve was opened to discharge the liquid residue, thus the mother liquor.
После открывания выпускного вентиля для слива остатка температуру теплопередающей среды постепенно увеличивали до 98°C, чтобы осуществить стадию выпотевания. Стадия выпотевания длилась в течение пяти часов. После завершения стадии выпотевания жидкий остаток снова выгружали, открывая выпускной вентиль.After opening the exhaust valve to drain the residue, the temperature of the heat transfer medium was gradually increased to 98 ° C to carry out the sweating step. The sweating stage lasted for five hours. After completion of the sweating step, the liquid residue was again discharged, opening the outlet valve.
Затем продукт кристаллизации необходимо удалить с теплообменных поверхностей устройства послойной кристаллизации. Плавление проводили при температуре 120°C. В течение плавления выпускной вентиль держали закрытым и открывали только после завершения стадии плавления для выгрузки расплава из кристаллизационного сосуда.Then the crystallization product must be removed from the heat exchange surfaces of the layer crystallization device. Melting was carried out at a temperature of 120 ° C. During melting, the outlet valve was kept closed and opened only after the completion of the melting stage to discharge the melt from the crystallization vessel.
В течение второй стадии кристаллизационную трубу предварительно охлаждали до 96°C для начала кристаллизации. Температуру теплопередающей среды затем постепенно уменьшали до конечного значения, составляющего 92°C в течение шести часов. После открывания выпускного вентиля для слива остатка температуру теплопередающей среды постепенно увеличивали до 98°C в конце выпотевания. Выпотевание длилось пять часов. Плавление выполняли при температуре 120°C.During the second stage, the crystallization tube was pre-cooled to 96 ° C to begin crystallization. The temperature of the heat transfer medium was then gradually reduced to a final value of 92 ° C over six hours. After opening the exhaust valve to drain the residue, the temperature of the heat transfer medium was gradually increased to 98 ° C at the end of sweating. Sweating lasted five hours. Melting was carried out at a temperature of 120 ° C.
Кристаллизацию из расплава в отсутствие растворителя используют в промышленном масштабе. Устройство кристаллизации, включающее кристаллизаторы с падающей пленкой, как описано, например, в патенте США 3621664, производится заводским путем Sulzer Chemtech Ltd., Швейцария.Melt crystallization in the absence of solvent is used on an industrial scale. A crystallization device including falling film crystallizers, as described, for example, in US Pat. No. 3,621,664, is manufactured industrially by Sulzer Chemtech Ltd., Switzerland.
Альтернативно устройство кристаллизации может включать стационарные кристаллизаторы, как описано, например, в ЕР 0728508 (А1), ЕР 1092459 (В1), ЕР 0891798 (В1), и производиться заводским путем, например, компаниями Litwin, Франция, и Sulzer Chemtech Ltd., Швейцария. Стационарный кристаллизатор по существу состоит из резервуара, который заполняют кристаллизованным расплавом, и из поверхностей охлаждения, охлаждаемых/нагреваемых изнутри теплопередающей средой. Теплопередающая среда циркулирует в вертикальном пучке пластин, как показано на фиг. 9, или в пучке труб, как показано на фиг. 10. Кристаллы растут на внешних стенках данных поверхностей теплообмена.Alternatively, the crystallization device may include stationary crystallizers, as described, for example, in EP 0728508 (A1), EP 1092459 (B1), EP 0891798 (B1), and manufactured industrially by, for example, Litwin, France, and Sulzer Chemtech Ltd., Switzerland. A stationary mold essentially consists of a reservoir that is filled with crystallized melt, and of cooling surfaces that are cooled / heated from the inside by a heat transfer medium. The heat transfer medium circulates in a vertical beam of plates, as shown in FIG. 9, or in a tube bundle, as shown in FIG. 10. Crystals grow on the outer walls of these heat transfer surfaces.
Альтернативно устройство кристаллизации может включать устройство кристаллизации из суспензии, как описано, например, в US 6719954 В2, ЕР 1245951 A1, US 6241954 B1, US 6467305 B1, US 7179435 В2, US 2010099893 (A1), и производиться заводским путем компанией GEA Messo РТ, Германия, и Sulzer Chemtech Ltd., Швейцария. В таком устройстве кристаллизации из суспензии образуются небольшие кристаллы, которые растут в суспензии в камере роста. Камера роста и устройство кристаллизации из суспензии могут быть соединены вместе в один блок. Суспензию затем перемещают в промывочную колонну, где кристаллы промывают противотоком, частично возвращают фракцию расплавленных кристаллов, и промывочную жидкость, насыщенную нежелательными компонентами, сбрасывают в виде остатка. Остаток из первого устройства кристаллизации из суспензии может быть собран, повторно кристаллизован и снова промыт во втором устройстве кристаллизации из суспензии похожей конструкции с тем, чтобы извлечь лактид из остатка первого устройства.Alternatively, the crystallization device may include a suspension crystallization device, as described, for example, in US 6719954 B2, EP 1245951 A1, US 6241954 B1, US 6467305 B1, US 7179435 B2, US 2010099893 (A1), and manufactured industrially by GEA Messo PT , Germany, and Sulzer Chemtech Ltd., Switzerland. In such a crystallization apparatus, small crystals are formed from the suspension, which grow in suspension in the growth chamber. The growth chamber and the crystallization device from the suspension can be connected together in one unit. The suspension is then transferred to a washing column, where the crystals are washed countercurrently, the fraction of molten crystals is partially returned, and the washing liquid saturated with undesirable components is discarded as a residue. The residue from the first crystallization device from the suspension can be collected, recrystallized and washed again in the second crystallization device from a suspension of a similar design in order to remove the lactide from the residue of the first device.
На фиг. 6 показано устройство послойной кристаллизации из расплава, включающее стационарный кристаллизатор 1, содержащий пучок пластин. Конструкция такого кристаллизатора имеет те же самые или соответствующие элементы, как в устройстве кристаллизации, показанном на фиг. 9. Кристаллизатор 1 загружают порцией расплавленной массы, которую необходимо подвергнуть кристаллизации, по трубопроводу 2 с помощью насоса 3 из питающего сосуда 4 с лактидом. Сырье поступает в питающий сосуд по подающему трубопроводу 5. Сырье может представлять собой или газообразный поток, или поток расплава. В частности, сырье может представлять собой испаренный газофазный поток из устройства удаления летучих компонентов (70, 170), как показано на фиг. 1, 2, 3, 5.In FIG. 6 shows a melt layer crystallization device including a stationary crystallizer 1 containing a plate bundle. The design of such a crystallizer has the same or corresponding elements as in the crystallization device shown in FIG. 9. The crystallizer 1 is loaded with a portion of the molten mass, which must be crystallized, through line 2 using
Остаток из кристаллизатора 1, а также выпотевшую фракцию и фракцию расплавленных кристаллов сливают в соответствующие сосуды 6, 4 и 7, соответственно, по выпускному трубопроводу 8 и выпускному вентилю 9. Распределительный коллектор 10 с необходимыми вентилями позволяет направлять отдельные сливаемые фракции в соответствующие сосуды. Коллектор имеет функцию распределителя жидкости. Остаток собирают в сосуд 6. Фракция расплавленных кристаллов, которая содержит очищенный лактид, сливается в сосуд 7. Остаток и очищенный лактид могут перемещаться до места их назначения насосами для перекачки 11 и 12. Выпотевшая фракция может собираться в сосуд 6 и выгружаться таким же образом, что и остаток, или она может быть собрана в сосуд 4 для повторного использования в кристаллизаторе 1 по трубопроводу 2. Пучок платин, как показано на фиг. 9, охлаждается и нагревается теплопередающей средой, поступающей по трубопроводу 21 и покидающей пучок по трубопроводу 22. Циркуляционный насос 23 позволяет теплопередающей среде непрерывно циркулировать в энергетической системе. Энергии охлаждения и нагрева подаются посредством теплообменников 24 и 25. Показанные здесь теплообменники представляют только одну, простую возможность подачи энергии в систему кристаллизации. Существуют другие возможные решения, подобные системам с энергетическими буферными емкостями и другим системам подачи энергии, известным специалистам в данной области техники из промышленной практики.The residue from the crystallizer 1, as well as the sweated fraction and the molten crystal fraction, are poured into the corresponding vessels 6, 4 and 7, respectively, through the
В варианте осуществления в соответствии с фиг. 7 сжиженный лактид из стадии удаления летучих компонентов непрерывно подается через трубопровод 301 в отделение кристаллизации устройства кристаллизации из расплавленной суспензии. Устройство кристаллизации из расплавленной суспензии включает кристаллизатор и/или скреперную установку 302 и сосуд 303 для роста кристаллов. Передающий трубопровод 305 ведет от кристаллизатора 302 к сосуду 303, передающий трубопровод 306 - от сосуда 303 к кристаллизатору 302. В передающем трубопроводе 306 может быть установлен циркуляционный насос 304, который позволяет суспензии циркулировать между кристаллизатором 302 и сосудом 303. Кристаллизатор и/или скреперная установка имеет охлаждающую рубашку 321 для охлаждения стенок устройства кристаллизации. Ядра кристаллов на внутренней стенке образуются на поверхностях внутренней стенки кристаллизатора 302. Ядра кристаллов затем непрерывно соскребаются с поверхностей внутренней стенки скребковым элементом 322. Ядрам кристаллов позволяют расти в то время, когда они суспендированы в расплаве, который представляет собой расплав лактида в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления.In the embodiment of FIG. 7, the liquefied lactide from the volatile component removal step is continuously supplied through a
В альтернативной версии оба устройства, кристаллизатор 302 и сосуд 303, могут объединяться в общий блок. Подача лактида может также осуществляться в кристаллизатор 302 или либо в трубопровод циркуляции 305, либо в передающий трубопровод 306, вместо сосуда 303. Детали конструкции серийно производимых устройств кристаллизации из расплавленной суспензии известны специалистам в данной области техники.In an alternative version, both devices, the
Часть потока суспензии отделяется из трубопровода циркуляции к трубопроводу 307, поступающему к колонне промывки 308. Скорость течения данной части потока регулируется вентилем 309. Скорость течения фактически та же самая, что и скорость течения сырья в трубопроводе 301. В колонне промывки 308 кристаллы, содержащиеся в суспензии, вынуждают двигаться в направлении верхней части колонны промывки, и остаток расплава движется по направлению к противоположному концу. Кристаллы перемещаются механическим элементом 310 подобно винтовому конвейеру или поршнем с головкой в форме сита, который многократно заставляет кристаллы двигаться в одном направлении, позволяя расплаву проходить в противоположном направлении. В другом типе серийно производимой колонны промывки 308 требуемые типы потока кристаллов и потока расплава устанавливаются соответствующей конструкцией внутренних частей сосуда таким образом, что нет необходимости в подвижных частях.A part of the suspension stream is separated from the circulation pipe to the
Суспензия кристаллов направляется механическим элементом 310 к концу колонны, в данном примере к нижнему концу или отстойнику, и затем выгружается циркуляционным контуром 311. Принудительная циркуляция суспензии кристаллов поддерживается циркуляционным насосом 312. Суспензия кристаллов затем течет через устройство для плавления 313, в котором кристаллы плавятся с образованием расплавленной массы. Одна часть такой расплавленной массы непрерывно выгружается через трубопровод разгрузки 314 и регулирующий вентиль 315. Данная часть представляет собой, в предпочтительном варианте осуществления в установке полимеризации для производства полимолочной кислоты, очищенный лактид, который затем возвращается в реактор полимеризации или в стадию удаления летучих компонентов. Оставшаяся часть течет через трубопровод возврата 316 назад к колонне промывки. Данную часть используют для поддержания противоточного течения кристаллов и расплава внутри колонны промывки. В другом конце колонны промывки, а именно в верхней части колонны, остаточный расплав выводится из колонны через трубопровод 317 и вентиль 318. Данный остаточный расплав является потоком продувки.The crystal suspension is guided by a
В варианте осуществления в соответствии с фиг. 8, пар лактида поступает через подающий трубопровод 401 из стадии удаления летучих компонентов через открытый вентиль 402 и ответвление трубопровода 403 к устройству затвердевания 404, где затвердевает на охлажденных поверхностях 405. Устройство затвердевания может быть, например, по меньшей мере, одним из устройств десублимации или кристаллизатором. Незатвердевший остаточный пар может течь через трубопровод 406 назад к потоку основного процесса, например, ко второй стадии удаления летучих компонентов, или сбрасываться. Система теплообмена подобна системе, раскрытой на фиг. 6, и здесь далее не описывается. Ссылка сделана к описанию фиг. 6.In the embodiment of FIG. 8, lactide vapor enters through a
После того как часть газообразного потока затвердела на поверхностях теплообмена устройства затвердевания 404, вентиль 402 закрывается, и вентиль 407 открывается, чтобы направить пар во второе устройство затвердевания 408, в котором осуществляется затвердевание пара. Второе устройство затвердевания работает фактически таким же образом, что и устройство затвердевания 404.After a part of the gaseous flow has solidified on the heat exchange surfaces of the
В устройстве затвердевания 404 создают повышенное давление, позволяя инертному газу, например азоту, втекать через вентиль 409, увеличивая рабочее давление для плавления затвердевшей массы. Затвердевшая масса содержит, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления очистки лактидов, фракцию лактида и является продуктом кристаллизации. Поверхности теплообмена в данный момент нагреваются теплопередающей средой для расплавления затвердевшей массы, чтобы получить расплавленную массу. Расплавленная масса, в частности, расплавленный лактид, сбрасывается через вентиль 410 к сборному сосуду 411, из которого ее можно транспортировать насосом 412 в стадию полимеризации или стадию удаления летучих компонентов.The
После расплавления затвердевшей массы выпускной вентиль 410 закрывается и устройство затвердевания 404 опорожняют посредством вентиля 413 и трубопровода 406 перед началом последующего затвердевания.After the solidified mass is melted, the
Минимально два устройства затвердевания необходимы для обеспечения непрерывного приема пара лактида, однако число таких устройств может быть больше, и оно не ограничивается.At least two solidification devices are necessary to ensure continuous reception of lactide vapor, however, the number of such devices may be larger, and it is not limited.
Если никакая последующая стадия удаления летучих компонентов не предусмотрена, остаток является потоком отходов, который впоследствии необходимо обрабатывать в процессе переработки отходов. Необязательно может быть предусмотрена стадия выпотевания. Поверхность теплообмена может быть преимущественно выполнена в виде трубы, которая снабжается охлаждающим кожухом. Если устройство затвердевания скомпоновано в виде устройства кристаллизации с падающей пленкой, оно может быть скомпоновано, как показано на фиг. 10. С помощью охлаждающего кожуха температуру, созданную на внутренней поверхности трубы, поддерживают ниже точки затвердевания для данного парциального давления десублимируемого пара, в частности, лактида.If no subsequent stage of the removal of volatile components is provided, the residue is a waste stream, which subsequently needs to be processed in the waste processing. Optionally, a sweating step may be provided. The heat exchange surface may advantageously be in the form of a pipe, which is provided with a cooling jacket. If the solidification device is configured as a falling film crystallization device, it can be configured as shown in FIG. 10. Using a cooling jacket, the temperature created on the inner surface of the pipe is maintained below the solidification point for a given partial pressure of desublimated steam, in particular lactide.
Фиг. 9 показывает вариант осуществления устройства послойной кристаллизации. Устройство кристаллизации 250 имеет контейнер 253 для приема расплава, который содержит лактид и примеси, которые необходимо удалить из лактида, то есть продукт удаления летучих компонентов, а именно испаренный газофазный поток или поток его расплава. В данном контейнере 253 расположено множество стеновых элементов 255, при этом стеновые элементы разнесены друг от друга. Стеновые элементы 255 содержат закрытые каналы 257 для циркуляции жидкой теплообменной среды. Данные стеновые элементы также называются пучками пластин. Каждый стеновой элемент 255 является селективно нагреваемым или охлаждаемым циркуляцией жидкой теплообменной среды внутри закрытых каналов 257. Закрытые каналы 257 открываются во входной радиатор 259 и выходной радиатор 260, которые служат для распределения жидкой теплообменной среды по отдельным каналам 257 или для приема жидкой теплообменной среды из отдельных каналов.FIG. 9 shows an embodiment of a layer crystallization device. The
Промежуточные пространства 256 между стеновыми элементами 255 при работе заполняются расплавом, который содержит очищаемый лактид. Расплав распределяется по всей совокупности стеновых элементов через притоки 261, которые открываются в элементы распределения притоков 262 так, что стеновые элементы 255 полностью окружаются расплавом. После заполнения устройства кристаллизации 250 расплавом через каналы 257 в качестве охладителя пропускают жидкую теплообменную среду, посредством чего стеновые элементы 255 охлаждаются. Расплав кристаллизуется на стеновых элементах 255 до кристаллизационного слоя, толщина которого непрерывно увеличивается. Из-за различных точек плавления индивидуального лактида и примесей в расплаве слой продукта кристаллизации содержит более высокую часть лактида, обладающего высокой температурой плавления. Сначала на поверхностях кристаллизации стеновых элементов 255 осаждается твердый лактид, что означает, что он, следовательно, концентрируется в слое продукта кристаллизации. Если расплав охлаждают далее, то также могут начать кристаллизоваться примеси с несколько более низкими точками плавления.The
Большая часть примесей остается в жидкой фазе и выпускается посредством вытекающих потоков, которые расположены в области основания 264 устройства кристаллизации 250. Жидкую фазу также называют маточным раствором. Примеси, плавящиеся при более низкой температуре, по сравнению с лактидом концентрируются в маточном растворе. Маточный раствор в таком случае содержит отход производства.Most of the impurities remain in the liquid phase and are discharged by effluent streams that are located in the region of the
Стеновые элементы 255 снова нагревают во второй фазе кристаллизации. В течение данной второй стадии, в так называемой стадии выпотевания, может иметь место также частичное плавление слоя продукта кристаллизации. Фракция лактида, все еще содержащая некоторые примеси, присутствующие в результате включений маточного раствора между кристаллическими поверхностями в процессе роста кристаллов, может быть селективно отделена в процессе фазы выпотевания. Слой продукта кристаллизации по существу остается связанным со стеновыми элементами в фазе выпотевания; отбираются только отдельные капли расплава. Примеси с низкой температурой плавления, которые только высвободились за счет частичного плавления кристаллов, концентрируются в данных первых каплях. Таким образом, в фазе выпотевания возможно очень селективное отделение примесей. Температура на поверхности стеновых элементов 255 предпочтительно непрерывно увеличивается в течение стадии выпотевания. В таком случае множество фракций может быть отобрано в процессе фазы выпотевания.
В третьей фазе происходит расплавление слоя продукта кристаллизации, то есть удаление продукта кристаллизации со стеновых элементов 255. Для данной цели каналы 257 в стеновых элементах 255 контактируют с жидкой теплообменной средой, которая используется как жидкая нагревающая среда.In the third phase, the crystallization product layer melts, that is, the crystallization product is removed from the
Фиг. 10 показывает устройство кристаллизации с падающей пленкой 270. Устройство кристаллизации с падающей пленкой 270 включает контейнер 271, содержащий множество трубок, образующих пучок трубок 272. Контейнер принимает лактид из стадии удаления летучих компонентов, и он подается в контейнер в виде испаренного газофазного потока или потока расплава. Питающий поток входит в устройство кристаллизации через впускную трубу 273. Трубки из пучка трубок 272 являются полыми, чтобы образовать проход для теплообменной жидкости. Теплообменная жидкость поступает в пучок трубок через впускной трубопровод 275 и покидает пучок трубок через выпускной трубопровод 276. Впускной трубопровод открывается в элемент распределения жидкости, находящийся в жидком соединении с проходами трубок пучка трубок. Проходы трубок принимаются в элементе сбора жидкости, находящемся в жидком соединении с выпускным трубопроводом 276.FIG. 10 shows a falling
Теплообменная жидкость может быть нагревающей жидкостью или охлаждающей жидкостью, в зависимости от режима работы устройства кристаллизации. В режиме кристаллизации охлаждающая жидкость циркулирует в трубках, таким образом понижая температуру внешних поверхностей трубы по отношению к температуре подаваемого сырья. Температура понижается, чтобы закристаллизовать соединения, имеющие самые высокие точки плавления. Жидкая фракция, которая не кристаллизуется, а именно маточный раствор, покидает контейнер в сточный резервуар, когда устройство кристаллизации находится в режиме кристаллизации. В режиме кристаллизации он предназначен для осуществления стадии кристаллизации. Оба устройства кристаллизации из фиг. 9 и фиг. 10 сконструированы для периодического действия. Это означает, что после осуществления стадии кристаллизации выполняется стадия плавления для расплавления кристаллической фракции и слива ее в сточный резервуар, из которого ее выгружают посредством разгрузочной трубы 274. Кристаллическая фракция осаждается в течение режима кристаллизации на внешних поверхностях трубок пучка трубок.The heat exchange fluid may be a heating fluid or a cooling fluid, depending on the mode of operation of the crystallization device. In crystallization mode, the coolant circulates in the tubes, thereby lowering the temperature of the outer surfaces of the pipe relative to the temperature of the feed. The temperature drops to crystallize compounds having the highest melting points. A liquid fraction that does not crystallize, namely the mother liquor, leaves the container in the waste tank when the crystallization device is in crystallization mode. In crystallization mode, it is intended for the implementation of the crystallization stage. Both crystallization devices of FIG. 9 and FIG. 10 are designed for intermittent operation. This means that after the crystallization stage is carried out, a melting stage is performed to melt the crystalline fraction and discharge it into a waste tank, from which it is discharged by
Кристаллизация с падающей пленкой делает возможной более быструю кристаллизацию по сравнению с устройством кристаллизации из расплава, использующим стеновые элементы в форме плоских пучков.Crystallization with a falling film makes crystallization faster than a melt crystallization device using wall elements in the form of flat beams.
Claims (25)
(i) осуществления полимеризации с раскрытием цикла, с использованием катализатора, и либо соединения деактиватора катализатора, либо добавки, блокирующей концевые группы, для получения неочищенной полимолочной кислоты с молекулярной массой более 10000 г/моль,
(ii) очистки неочищенной полимолочной кислоты путем удаления и отделения низкокипящих соединений, включающих лактид и примеси, из неочищенной полимолочной кислоты посредством удаления летучих низкокипящих соединений в виде газофазного потока,
(iii) очистки лактида из стадии удаления летучих компонентов и удаления примесей из газофазного потока испаренных низкокипящих соединений с помощью кристаллизации десублимацией из газовой фазы,
в котором лактид очищают, и удаленные примеси включают остаток катализатора и соединение, содержащее по меньшей мере одну гидроксильную группу, при этом очищенный таким образом лактид затем полимеризуют, подавая его обратно в полимеризацию с раскрытием цикла.1. A method of producing polylactic acid, comprising the steps of:
(i) ring-opening polymerization using a catalyst and either a catalyst deactivator compound or an end-blocking agent to produce a crude polylactic acid with a molecular weight of more than 10,000 g / mol,
(ii) purifying the crude polylactic acid by removing and separating low boiling compounds, including lactide and impurities, from the crude polylactic acid by removing volatile low boiling compounds as a gas phase stream,
(iii) purifying the lactide from the step of removing volatile components and removing impurities from the gas phase vaporized low boiling point stream by crystallization by desublimation from the gas phase,
wherein the lactide is purified and the impurities removed include a catalyst residue and a compound containing at least one hydroxyl group, the lactide thus purified then being polymerized, feeding it back to the ring opening polymerization.
реактор полимеризации для проведения полимеризации с раскрытием цикла, чтобы получить неочищенную полимолочную кислоту,
устройство удаления летучих компонентов для отделения низкокипящих соединений, включающих лактид и примеси, от неочищенной полимолочной кислоты,
и устройство кристаллизации для очистки лактида и удаления примесей с помощью десублимации и кристаллизации в том же самом устройстве кристаллизации.21. A device for implementing the method according to claim 1, including:
a loop opening polymerization reactor to obtain crude polylactic acid,
a device for removing volatile components for separating low-boiling compounds, including lactide and impurities, from crude polylactic acid,
and a crystallization device for purifying lactide and removing impurities by desublimation and crystallization in the same crystallization device.
Applications Claiming Priority (9)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP11154930.9 | 2011-02-18 | ||
EP11154929 | 2011-02-18 | ||
EP11154930 | 2011-02-18 | ||
EP11154929.1 | 2011-02-18 | ||
EP11187572 | 2011-11-02 | ||
EP11187571.2 | 2011-11-02 | ||
EP11187571 | 2011-11-02 | ||
EP11187572.0 | 2011-11-02 | ||
PCT/EP2011/070168 WO2012110117A1 (en) | 2011-02-18 | 2011-11-15 | Method for the manufacture of a polyhydroxy-carboxylic acid |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013138432A RU2013138432A (en) | 2015-03-27 |
RU2575709C2 true RU2575709C2 (en) | 2016-02-20 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0755956A2 (en) * | 1995-07-25 | 1997-01-29 | Shimadzu Corporation | Method for producing polylactic acid and apparatus used therefor |
DE19630121A1 (en) * | 1995-07-25 | 1997-01-30 | Shimadzu Corp | Process for the production of polylactic acid |
DE19637404A1 (en) * | 1995-09-14 | 1997-03-20 | Shimadzu Corp | Lactide recovery from poly:lactic acid for economical recycling of waste |
US5866677A (en) * | 1996-07-03 | 1999-02-02 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho | Method and system for producing poly (lactic acid) |
RU2008116595A (en) * | 2005-09-28 | 2009-11-10 | Тейт Энд Лайл Паблик Лимитед Компани (Gb) | NEW METHOD FOR PRODUCING LACTIC ACID |
RU2404198C2 (en) * | 2008-11-12 | 2010-11-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ордена Трудового Красного Знамени Научно-исследовательский физико-химический институт имени Л.Я. Карпова" | Method of producing styrene copolymers with lactic acid |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0755956A2 (en) * | 1995-07-25 | 1997-01-29 | Shimadzu Corporation | Method for producing polylactic acid and apparatus used therefor |
DE19630121A1 (en) * | 1995-07-25 | 1997-01-30 | Shimadzu Corp | Process for the production of polylactic acid |
DE19637404A1 (en) * | 1995-09-14 | 1997-03-20 | Shimadzu Corp | Lactide recovery from poly:lactic acid for economical recycling of waste |
US5866677A (en) * | 1996-07-03 | 1999-02-02 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho | Method and system for producing poly (lactic acid) |
RU2008116595A (en) * | 2005-09-28 | 2009-11-10 | Тейт Энд Лайл Паблик Лимитед Компани (Gb) | NEW METHOD FOR PRODUCING LACTIC ACID |
RU2404198C2 (en) * | 2008-11-12 | 2010-11-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ордена Трудового Красного Знамени Научно-исследовательский физико-химический институт имени Л.Я. Карпова" | Method of producing styrene copolymers with lactic acid |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2572548C2 (en) | Method for obtaining polyhydroxycarboxylic acid | |
RU2510990C2 (en) | Method of continuous obtaining of polyesters | |
JP4672554B2 (en) | Method for producing aliphatic polyester | |
RU2707743C2 (en) | Continuous method of producing polyester from cyclic ester monomer | |
RU2575709C2 (en) | Method for obtaining polyhydroxycarboxylic acid | |
JP3419609B2 (en) | Polylactic acid demonomerization apparatus and demonomerization method using the same | |
JPH0995531A (en) | Method for removing monomer from polylactic acid and apparatus therefor | |
JPH08302163A (en) | Production of biodegradable aliphatic polyester carbonate |