Verfahren zur Herstellung von Milchsäure bzw. eines Salzes davon

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Salzes der Milchsäure durch Behandeln von Dihydroxyaceton mit einer Base in einem wässerigen Medium. Die Milchsäure kann mit einer Säure aus dem Lactat freigesetzt werden. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von Calciumlactat.

Die Umlagerung von Dihydroxyaceton (DHA) zu Milchsäure wurde bereits in den Jahren 1910 bis 1912 von Oppenheimer [1], Embden [2], Buchner und Meisenheimer [3] untersucht und veröffentlicht. Bei diesen Experimenten wurde neben Dihydroxyaceton auch Glycerinaldehyd und Traubenzucker als Einsatzprodukt für die Milchsäurebildung untersucht. Die Umlagerung wurde in Gegenwart von NaOH durchgeführt. Der dieser Umlagerung wahrscheinlich zugrunde liegende Mechanismus wurde von Evans und Comthwaite [4] 1928 publiziert.

Diese bekannte Bildung von Laktat bzw. Milchsäure aus DHA ist jedoch für eine wirtschaftliche und industrielle Produktion nicht geeignet, u.a., weil für eine ausreichend gute Umsetzung ein sehr hoher überschuss an NaOH benötigt wird, was wiederum ein Recycling der Natronlauge erforderlich macht. Dieses Recycling kann nur durch eine kostenintensive Elektrodialyseanlage bewerkstelligt werden. Außerdem kann die Gewinnung der Milchsäure oder des Natriumlactates nur sehr aufwändig durchgeführt werden, da eine Isolierung durch Kristallisation aus der Lösung aufgrund der hohen Löslichkeit beider Substanzen äußerst schwierig ist.

Bei diesem vorbekannten Verfahren kann nach eigenen Versuchen der Anmelderinnnen nur eine Umsetzung von maximal 60% erreicht werden, und selbst dafür muß als Base die Natronlauge in konzentrierter Form (5 molar) eingesetzt werden. Eine Rückgewinnung von NaOH ist zwingend erforderlich. Diese Rückführung in den Prozess ist jedoch nur mit sehr hohem technologischem Aufwand in einer Elektrodialyseanlage und/oder Eindampfanlage realisierbar.

Die Isolierung von Natriumlactat aus dem Laugekonzentrat durch Eindampfen ist durch die Stoffeigenschaften (sehr hygroskopisch) und die anfallenden Nebenprodukte nicht möglich.

Hier setzt nun die vorliegende Erfindung an, die sich zum Ziel setzt, ein Verfahren zur Herstellung von Milchsäure bzw. eines Salzes davon zur Verfügung zu stellen, welches die oben genannten Nachteile nicht aufweist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Salzes der Milchsäure durch Behandeln von Dihydroxyaceton mit einer Base in einem wässerigen Medium, ist dadurch gekennzeichnet, dass als Base ein Erdalkalihydroxid, welches im wässerigen Medium suspendiert vorliegt, eingesetzt wird, wobei ein Erdalkalilactat gebildet wird.

Es hat sich gezeigt, dass die im Stand der Technik bestehenden Nachteile hinsichtlich der Abtrennung und Rückgewinnung der Base nicht bestehen. Erdalkalihydroxide besitzen eine geringe Löslichkeit (bei Ca(OH) ₂ : l,7g/l in Wasser bei 20°C) und können nach der Umsetzung des DHA zum Lactat ganz einfach durch Fest/Flüssig-Trennverfahren, wie Zentrifugieren oder Filtrieren, abgetrennt werden. überraschenderweise hat sich gezeigt, dass trotz Vorliegens der Base als Feststoff im wässerigen Reaktionsmedium eine Umsetzung mit hoher Geschwindigkeit und guter Ausbeute möglich ist.

Das Erdalkalihydroxid liegt bevorzugt im 1,5- bis 2,5-fachen stöchiometrischen überschuß zum Dihydroxyaceton vor.

Eine bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist auf die Herstellung von Calciumlactat gerichtet und dadurch gekennzeichnet, dass als Erdalkalihydroxid Calciumhydroxid eingesetzt wird.

Eine besonders bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahren besteht darin, dass das wässerige Medium nach der Umlagerung filtriert wird, wobei ein Erdalkalihydroxid-hältiger Filterkuchen und ein Erdalkalilactat-hältiges Filtrat erhalten werden, und das Erdalkalilactat aus dem Filtrat auskristallisiert wird. Dies kann z.B. durch Abdampfen des Prozesswassers erfolgen, da das Erdalkalilactat bei Raumtemperatur eine geringe Wasserlöslichkeit aufweist (Calciumlactat: ca. 50g/l hat).

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass statt der Filtration eine Zentrifugation oder ein anderes Fest/Flüssig-Trennverfahren angewendet wird, wobei ein Erdalkalihydroxid-hältiger Feststoff und ein Erdalkalilactat- hältige, wässerige Flüssigkeit erhalten werden.

Der Filterkuchen bzw. der Erdalkalihydroxid-hältiger Feststoff kann sehr gut als Base für eine weitere Charge Dihydroxyaceton eingesetzt werden.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung von Milchsäure und ist dadurch gekennzeichnet, dass ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenes Erdalkalilactat mit Säure behandelt wird, um die Milchsäure freizusetzen.

Mit dem nachfolgenden Beispiel wird eine bevorzugte Ausführungsform des erfmdungsgemäßen Verfahrens näher beschrieben. Dieses Beispiel wird in einer Anlage, wie sie in der beigefügten Zeichnung schematisch dargestellt ist, ausgeführt.

Beispiel

Für die Herstellung von Ca-Lactat aus DHA wird in einem ersten Schritt 41,06 g Ca(OH) ₂ (entspricht der 2-fach stöchiometrischen Menge) in einem Liter Wasser, welches in einem Rührkessel vorgelegt wird, suspendiert. Danach wird unter ständigem Rühren 50 g DHA zugegeben. Die Umsetzung erfolgt im Rührkessel unter Luftabschluss und ständigem Rühren bei 20°C. Die Isolierung zur Umgebung ist erforderlich, da Ca(OH) ₂ mit dem in der Luft befindlichem CO ₂ Calciumcarbonat bilden würde.

Unter den genannten Reaktionsbedingungen wird ein Umsetzungsgrad von DHA zu Calciumlactat von 72% erreicht.

Nach der Umsetzung liegt im Rührkessel eine Suspension vor, wobei der Festkörper in erster Linie aus Ca(OH) ₂ besteht. Durch Zentrifugieren oder Filtrieren kann das überschüssige, feste Ca(OH) ₂ abgetrennt und zur Verwendung für eine zweite Charge wieder in den Rührkessel rückgeführt werden.

Die beim Zentrifugieren gewonnene Mutterlauge enthält gelöstes Ca-Lactat. Sie wird bei einem Druck von 120 mbar eingedampft, bis das Ca-Lactat auskristallisiert. Das gebildete Kristallisat kann durch Filtration oder Zentrifugation oder andere Fest/Flüssig- Trennoperationen von der Restlösung getrennt werden. Die Mutterlauge kann vor dem Eindampfen auch auf einen pH- Wert von pH<8 vorneutralisiert werden.

Aus dem Calciumlactat kann Milchsäure durch Behandeln mit einer Säure freigesetzt und gewonnen werden.

Literatur:

[1] M. Oppenheimer: über die Einwirkung verdünnter Natronlauge auf Glycerinaldehyd und Dihydroxyaceton, Biochemische Zeitschrift 45, 1912, S 134 ff

[2] G. Embden, K. Baldes,E. Schmitz: Formation of Lactic Acid from Glucose in the Animal Body, Biochemische Zeitschrift 45, 1912, S108 ff

[3] E. Buchner, J. Meisenheimer: Chemical Processes in Alcoholic Fermentation IV, Berichte der Deutschen chemischen Gesellschaft 43, 1910, S 1773 ff

[4] W.L.Eavans, W.R.Cornthwaite: The Mechanism of Carbohydrate Oxidation. VII The Action of Potassium Hydroxide on Dihydroxyacetone, Journal of the American Chemical Society 50, 1928, S486 ff