对于溶剂使用单独进口的单步骤丙交酯生产工艺的制作方法
本发明涉及用于由乳酸单步骤制备丙交酯的工业工艺。
背景技术：
作为主要由谷物淀粉和甘蔗获得的可再生资源的聚乳酸(pla)是最重要的基于生物的且可生物降解的塑料之一，并且可在许多应用中代替基于石油的塑料。为了生产pla，典型地首先将乳酸(la)转化为作为其环状二聚体的丙交酯(ld)。随后，将该丙交酯经由开环聚合而转化为pla。然而，最昂贵的步骤是乳酸向丙交酯的转化。
目前，工业丙交酯合成主要通过两步骤工艺发生。该两步骤工艺中的第一个步骤是低品质乳酸聚合物的合成。第二个步骤是将该聚合物经由解聚即反咬(backbiting)而转化为丙交酯。该两步骤工艺典型地是耗能的，选择性低，并且产生显著量的内消旋丙交酯，其为不期望的丙交酯。替代地，丙交酯可在填充的固体催化剂床上面以气相工艺合成。虽然比两步骤工艺便宜，但是该工业工艺具有有限的产率和/或有限的容积生产率。
技术实现要素：
鉴于以上，本领域中对于提供用于由乳酸制备丙交酯的替代工业工艺存在需要。本领域中对于提供更便宜的用于由乳酸制备丙交酯的工业工艺存在需要。本领域中对于提供在能耗方面得到优化并且遵从热集成(热综合利用，heatintegration)的工业工艺存在需要。本领域中对于提供消耗更少能量的用于由乳酸制备丙交酯的工业工艺存在需要。本领域中对于提供灵活的用于由乳酸制备丙交酯的工业工艺存在需要。本领域中对于提供更具选择性的用于由乳酸制备丙交酯的工业工艺存在需要。本领域中对于提供具有高产率的用于由乳酸制备丙交酯的工业工艺存在需要。本领域中对于提供具有高的容积生产率的用于由乳酸制备丙交酯的工业工艺存在需要。
本领域中还对提供就进料的组成而言灵活的或者不取决于进料的组成的用于由乳酸制备丙交酯的单步骤工业工艺存在需要。本领域中还对提供需要更少加热器的灵活的用于由乳酸制备丙交酯的单步骤工业工艺存在需要。本领域中还对提供具有更简单的反应器设计的用于由乳酸制备丙交酯的单步骤工业工艺存在需要。本领域中还对提供具有更简单的反应器设计的用于由乳酸制备丙交酯的单步骤工业工艺存在需要。本领域中还对提供具有更小的淤浆泵的用于由乳酸制备丙交酯的单步骤工业工艺存在需要。
本领域中还对提供具有改善的产物产率的用于由乳酸制备丙交酯的单步骤工业工艺存在需要。本领域中还对提供具有改善的总体转化率的用于由乳酸制备丙交酯的单步骤工业工艺存在需要。本领域中还对提供具有反应器设置的独立控制的用于由乳酸制备丙交酯的单步骤工业工艺存在需要。本领域中还对提供在使用催化剂或者不使用催化剂的情况下、在技术故障的情况下仍然能够运行的用于由乳酸制备丙交酯的单步骤工业工艺存在需要。本领域中还对提供使溶剂最少化的用于由乳酸制备丙交酯的单步骤工业工艺存在需要。本领域中还对提供改善停留时间的用于由乳酸制备丙交酯的单步骤工业工艺存在需要。
本领域中还对提供就进料的组成而言灵活的或者不取决于进料的组成的用于由乳酸制备丙交酯的单步骤工业工艺存在需要。本领域中还对提供利用残留低聚物的用于由乳酸制备丙交酯的单步骤工业工艺存在需要。本领域中还对提供就进料中的低聚物的浓度而言灵活的或者不取决于进料中的低聚物的浓度的用于由乳酸制备丙交酯的单步骤工业工艺存在需要。本领域中还对提供控制进入反应器的水量的用于由乳酸制备丙交酯的单步骤工业工艺存在需要。本领域中还对提供控制进入反应器的水量的用于由乳酸制备丙交酯的单步骤工业工艺存在需要。本领域中还对提供就进料中的水的浓度而言灵活的或者不取决于进料中的水的浓度的用于由乳酸制备丙交酯的单步骤工业工艺存在需要。本领域中还对提供就进料中的乳酸的浓度而言灵活的或者不取决于进料中的乳酸的浓度的用于由乳酸制备丙交酯的单步骤工业工艺存在需要。本领域中还对提供避免或限制困难的和/或昂贵的分离步骤(例如用于将催化剂与乳酸分离，例如通过昂贵的技术例如过滤和/或离心)的用于由乳酸制备丙交酯的单步骤工业工艺存在需要。
本领域中还对提供节能的用于由乳酸制备丙交酯的单步骤工业工艺存在需要。本领域中还对提供避免或限制从外部来源添加水的用于由乳酸制备丙交酯的单步骤工业工艺存在需要。本领域中还对提供避免或限制从外部来源添加催化剂的用于由乳酸制备丙交酯的单步骤工业工艺存在需要。本领域中还对提供降低单独的催化剂再生步骤的成本的用于由乳酸制备丙交酯的单步骤工业工艺存在需要。本领域中还对提供在使用和不使用催化剂的情况下均能够毫不另外费力或费成本地运行的用于由乳酸制备丙交酯的单步骤工业工艺存在需要。
本领域中还对提供节能的用于由乳酸制备丙交酯的单步骤工业工艺存在需要。本领域中还对提供其中能量输入极少的用于由乳酸制备丙交酯的单步骤工业工艺存在需要。本领域中还对提供其中能量损失极少的用于由乳酸制备丙交酯的单步骤工业工艺存在需要。
本领域中还对提供用更少的步骤来分离水的用于由乳酸制备丙交酯的单步骤工业工艺存在需要。本领域中还对提供其中水的分离更简单和/或更便宜的用于由乳酸制备丙交酯的单步骤工业工艺存在需要。本领域中还对提供其中水的分离不需要或者需要更少的额外加热的用于由乳酸制备丙交酯的单步骤工业工艺存在需要。本领域中还对提供不具有或者具有更少的丙交酯降解的用于由乳酸制备丙交酯的单步骤工业工艺存在需要。本领域中还对提供不具有或具有更少的溶剂降解的用于由乳酸制备丙交酯的单步骤工业工艺存在需要。本领域中还对提供其中水的分离与所使用的催化剂相容的用于由乳酸制备丙交酯的单步骤工业工艺存在需要。本发明克服前述需要的一个或多个。本发明的优选实施方式克服前述需要的一个或多个。
总体上，本发明提供用于合成丙交酯的工艺，其包括如下步骤：将一种或多种组分提供至至少一个反应器，所述一种或多种组分包括乳酸；将至少部分的所述乳酸转化为丙交酯和水、优选地在一个步骤中转化为丙交酯和水；和回收至少部分的所述丙交酯。
根据第一方面，本发明提供用于合成丙交酯的工艺、优选地用于合成丙交酯的工业工艺，其包括如下步骤：向至少一种溶剂添加热能；将一种或多种组分提供至至少一个反应器，所述一种或多种组分包括乳酸和所述至少一种溶剂；将至少部分的所述乳酸转化为丙交酯和水、优选地在一个步骤中转化为丙交酯和水；和回收至少部分的所述丙交酯；其中向至少一种溶剂添加热能的步骤在将所述至少一种溶剂添加至所述至少一个反应器的步骤之前进行；和其中所述至少一种溶剂是独立于所述乳酸通过所述至少一个反应器中的单独进口提供于所述至少一个反应器中的。
根据第二方面，本发明提供用于合成丙交酯的工艺、优选地用于合成丙交酯的工业工艺，其包括如下步骤：将一种或多种组分提供至至少一个反应器，所述一种或多种组分包括乳酸；将至少部分的所述乳酸转化为丙交酯和水以及转化为乳酸低聚物、优选地在一个步骤中转化为丙交酯和水以及转化为乳酸低聚物；回收至少部分的所述丙交酯；回收至少部分的所述水和至少部分的所述乳酸低聚物；将任选地包括乳酸低聚物和任选地包括水的进料添加至所回收的水和所回收的乳酸低聚物，并且将所述进料与所回收的水及所回收的乳酸低聚物混合以形成混合物；将所述混合物中的至少部分的乳酸低聚物转化为乳酸以及转化为乳酸二聚体、优选地在一个步骤中转化为乳酸以及转化为乳酸二聚体；和从所述混合物除去至少部分的水；由此提供所述混合物的剩余物的至少部分作为被提供至所述至少一个反应器的所述一种或多种组分之一。
根据第三方面，本发明提供用于合成丙交酯的工艺、优选地用于合成丙交酯的工业工艺，其包括如下步骤：向一种或多种组分的至少一种添加热能；将所述一种或多种组分提供至至少一个反应器，所述一种或多种组分包括乳酸；将至少部分的所述乳酸转化为丙交酯和水、优选地在一个步骤中转化为丙交酯和水；回收至少部分的所述丙交酯；回收至少部分的热能；将所回收的热能添加至所述一种或多种组分的至少一种。
根据第四方面，本发明提供用于合成丙交酯的工艺、优选地用于合成丙交酯的工业工艺，其包括如下步骤：将一种或多种组分提供至至少一个反应器，所述一种或多种组分包括乳酸；将至少部分的所述乳酸转化为丙交酯和水、优选地在一个步骤中转化为丙交酯和水；回收至少部分的所述丙交酯；和回收至少部分的所述水；其中回收至少部分的所述水的步骤包括滗析步骤，优选地条件是回收至少部分的所述水的步骤不包括共沸蒸馏步骤。
附图说明
图1由图1a、图1b、图1c、和图1d组成，其表示组合了本发明的几种优选实施方式的工艺的流程图。
图1中附有以下附图标记：原始进料(100)；泵(101、102、103、104)例如真空泵(104)；乳酸la(110)；乳酸二聚体l2a(120)；乳酸低聚物l3a、l4a、lxa(130)；水(140)；溶剂(150)；催化剂体系(160)；丙交酯(200)；丙交酯过滤器(210)；用于丙交酯纯化的阀门(215)；丙交酯纯化器(220)；用于丙交酯结晶的制冷循环(300)；第一结晶反应器(301)；第二结晶反应器(302)；压缩机(310)；用于制冷循环的热交换器(311、312)；用于制冷循环的阀门(315)；高品质水(400)；反应器之间的水分离(410)；滗析步骤(420)；水分离膜(430)；蒸汽发生器(500)；任选的用于蒸汽/进料的热交换器(510)；用于进料的经加热蒸汽(511)；来自进料的经冷却蒸汽(512)；用于蒸汽/溶剂的热交换器(520)；用于溶剂的经加热蒸汽(521)；来自溶剂的经冷却蒸汽(522)；第一热回收步骤(610)；用于第一热回收步骤的热交换器的冷物流和热物流侧(611、612)；第二热回收步骤(620)；用于第二热回收步骤的热交换器的冷物流和热物流侧(621、622)；第三热回收步骤(630)；用于第三热回收步骤的热交换器(632)；第一反应器(710)；第二反应器(720)；任选的再循环反应器或者任选的再生反应器(730)
图2说明可用于本发明中的半间歇催化剂注入系统，其包括：(1)来自离心分离器的经再生的催化剂淤浆入口；(2)进入反应器中的催化剂淤浆出口；(3)用于建立压力的气体入口；和(21、22)阀门。
图3由图3a、图3b、和图3c组成，其说明对于包含原位水分离和热回收而言可能的反应器构型。图3b说明两个冷凝步骤的使用：第一个容器在低于所述溶剂的沸点(但是高于水的沸点)的温度下操作以主要回收所述溶剂，而第二个容器在低于水的沸点的温度下操作以回收水和剩余的痕量溶剂，其被送回到反应器中。图3c说明通过添加一些蒸馏步骤来分离溶剂和将其返回到反应器中而原位分离溶剂，其被植入到反应器内。
图4表示组合了本发明的几种优选实施方式的工艺的流程图。
图5表示在纯化步骤中使用蒸馏的适合于生产丙交酯的工艺的流程图。
图6显示适合于在本发明的一些实施方式中的丙交酯形成中使用的固体催化剂在45℃的水中的再生。
具体实施方式
在描述根据本发明的本工艺之前，应理解，本发明不限于所描述的具体工艺，因为这样的工艺当然可变化。还应理解，本文中使用的术语不意图为限制性的，因为本发明的范围将仅由所附权利要求限制。
当描述本发明时，所使用的术语应根据以下定义解释，除非上下文另有规定。
如本文中使用的，单数形式“一个(种)(a、an)”、和“该(所述)”包含单数个和复数个指示物两者，除非上下文清楚地另有规定。举例来说，“树脂”意指一种树脂或多于一种树脂。在本说明书中提及“一个实施方式”或“一种实施方式”意味着，关于该实施方式描述的具体特征、结构或特性被包含在本发明的至少一个实施方式中。因此，在本说明书中的不同位置中出现短语“在一个实施方式中”或者“在一种实施方式中”不一定均是指相同的实施方式，但是可以指相同的实施方式。此外，在一个或多个实施方式中，如本领域技术人员由本公开内容将明晰的，可将具体的特征、结构或特性以任何合适的方式组合。此外，如本领域技术人员将理解的，虽然本文中描述的一些实施方式包含其它实施方式中包含的一些特征但是不包含所述其它实施方式中包含的其它特征，但是不同实施方式的特征的组合意图在本发明的范围内，并且形成不同的实施方式。例如，在所附权利要求中，任何所要求保护的实施方式可以任意组合使用。如本文中使用的术语“包括”是与“包含”或者“含(有)”同义的，并且是包容性的或者开放式的并且不排除另外的、未叙述的成员、要素或者方法步骤。将领会，如本文中使用的术语“包括”包括术语“由…...构成”。通过端点进行的数值范围的叙述包含囊括在该范围内的所有整数并且酌情，包含囊括在该范围内的分数(例如1-5在涉及例如要素的个数时可包含1、2、3、4，和在涉及例如量度时还可包含1.5、2、2.75和3.80)。端点的叙述还包含端点值自身(例如1.0-5.0包含1.0和5.0两者)。本文中叙述的任何数值范围意图包含囊括在其中的所有子范围。
将本说明书中引用的所有参考文献特此完全引入作为参考。特别地，将本文中具体提及的所有参考文献的教导引入作为参考。
下文中阐述本发明的工艺和用途的优选陈述(特征)和实施方式。如此定义的本发明的各陈述和实施方式可与任何其它陈述和/或实施方式组合，除非清楚地相反指示。特别地，被示为优选或者有利的任何特征可与被示为优选或有利的任何其它一个特征或多个特征组合。关于此，本发明特别地是通过以下编号的方面和实施方式1-139的任一个或者其一个或多个与任何其它陈述和/或实施方式的任意组合而俘获的。
1.用于合成丙交酯的工艺、优选地用于合成丙交酯的工业工艺，其包括如下步骤：将一种或多种组分提供至至少一个反应器，所述一种或多种组分包括乳酸；将至少部分的所述乳酸转化为丙交酯和水、优选地在一个步骤中转化为丙交酯和水；和回收至少部分的所述丙交酯。
2.用于合成丙交酯的工艺、优选地用于合成丙交酯的工业工艺，其包括如下步骤：向至少一种溶剂添加热能；将一种或多种组分提供至至少一个反应器，所述一种或多种组分包括乳酸和所述至少一种溶剂；将至少部分的所述乳酸转化为丙交酯和水、优选地在一个步骤中转化为丙交酯和水；和回收至少部分的所述丙交酯；其中向至少一种溶剂添加热能的步骤在将所述至少一种溶剂添加至所述至少一个反应器的步骤之前进行；和其中所述至少一种溶剂是独立于所述乳酸通过所述至少一个反应器中的单独进口提供于所述至少一个反应器中的；优选地其中将至少部分的所述乳酸转化为丙交酯和水的步骤是在一个步骤中进行的。
3.用于合成丙交酯的工艺、优选地用于合成丙交酯的工业工艺，其包括如下步骤：将一种或多种组分提供至至少一个反应器，所述一种或多种组分包括乳酸；将至少部分的所述乳酸转化为丙交酯和水以及转化为乳酸低聚物、优选地在一个步骤中转化为丙交酯和水以及转化为乳酸低聚物；回收至少部分的所述丙交酯；回收至少部分的所述水和至少部分的所述乳酸低聚物；将任选地包括乳酸低聚物和任选地包括水的进料添加至所回收的水和所回收的乳酸低聚物，并且将所述进料与所回收的水及所回收的乳酸低聚物混合以形成混合物；将所述混合物中的至少部分的乳酸低聚物转化为乳酸以及转化为乳酸二聚体、优选地在一个步骤中转化为乳酸以及转化为乳酸二聚体；和从所述混合物除去至少部分的水；由此提供所述混合物的剩余物的至少部分作为被提供至所述至少一个反应器的所述一种或多种组分之一；优选地其中将至少部分的所述乳酸转化为丙交酯和水的步骤是在一个步骤中进行的。
4.用于合成丙交酯的工艺、优选地用于合成丙交酯的工业工艺，其包括如下步骤：向一种或多种组分的至少一种添加热能；将所述一种或多种组分提供至至少一个反应器，所述一种或多种组分包括乳酸和优选地包括至少一种溶剂；将至少部分的所述乳酸转化为丙交酯和水、优选地在一个步骤中转化为丙交酯和水；回收至少部分的所述丙交酯；优选地回收至少部分的所述至少一种溶剂；回收至少部分的热能，优选地其中至少部分的所回收的热能是从所回收的溶剂回收的；将所回收的热能添加至、优选地在列出的第一和/或第二步骤中添加至所述一种或多种组分的至少一种。
5.用于合成丙交酯的工艺、优选地用于合成丙交酯的工业工艺，其包括如下步骤：将一种或多种组分提供至至少一个反应器，所述一种或多种组分包括乳酸和优选地包括溶剂；将至少部分的所述乳酸转化为丙交酯和水、优选地在一个步骤中转化为丙交酯和水；回收至少部分的所述丙交酯；和回收至少部分的所述水；优选地其中将至少部分的所述乳酸转化为丙交酯和水的步骤是在一个步骤中进行的；和其中回收至少部分的所述水的步骤包括滗析步骤，优选地条件是回收至少部分的所述水的步骤不包括共沸蒸馏步骤。
6.用于合成丙交酯的工艺、优选地用于合成丙交酯的工业工艺，其包括如下步骤：将一种或多种组分提供至至少一个反应器，所述一种或多种组分包括乳酸和至少一种溶剂；将至少部分的所述乳酸转化为丙交酯和水、优选地在一个步骤中转化为丙交酯和水；和回收至少部分的所述丙交酯；其中所述至少一种溶剂是独立于所述乳酸通过所述至少一个反应器中的单独进口提供于所述至少一个反应器中的。
7.用于合成丙交酯的工艺、优选地用于合成丙交酯的工业工艺，其包括如下步骤：向至少一种溶剂添加热能；将一种或多种组分提供至至少一个反应器，所述一种或多种组分包括乳酸和所述至少一种溶剂；将至少部分的所述乳酸转化为丙交酯和水、优选地在一个步骤中转化为丙交酯和水；和回收至少部分的所述丙交酯；其中向至少一种溶剂添加热能的步骤在将所述至少一种溶剂添加至所述至少一个反应器的步骤之前进行。
8.用于合成丙交酯的工艺、优选地用于合成丙交酯的工业工艺，其包括如下步骤：将一种或多种组分提供至至少两个反应器、优选地提供至串联连接的至少两个反应器，所述一种或多种组分包括乳酸；将至少部分的所述乳酸转化为丙交酯和水、优选地在一个步骤中转化为丙交酯和水；和回收至少部分的所述丙交酯。
9.用于合成丙交酯的工艺、优选地用于合成丙交酯的工业工艺，其包括如下步骤：将一种或多种组分提供至至少两个反应器、优选地提供至串联连接的至少两个反应器，所述一种或多种组分包括乳酸和至少一种溶剂；将至少部分的所述乳酸转化为丙交酯和水、优选地在一个步骤中转化为丙交酯和水；和回收至少部分的所述丙交酯；其中将所述至少一种溶剂分成至少两个溶剂部分，和其中将各溶剂部分单独地提供至所述至少两个反应器的各反应器。
10.用于合成丙交酯的工艺、优选地用于合成丙交酯的工业工艺，其包括如下步骤：将一种或多种组分提供至至少一个反应器，所述一种或多种组分包括乳酸和至少一种催化剂体系；将至少部分的所述乳酸转化为丙交酯和水、优选地在一个步骤中转化为丙交酯和水；回收至少部分的所述丙交酯；回收至少部分的所述水，任选地其中所回收的水包括至少一种催化剂体系的至少部分；回收至少部分的所述至少一种催化剂体系，任选地其中所回收的催化剂体系被包括在至少部分的所述水中；和将至少部分的所回收的催化剂体系再生；其中将至少部分的所回收的催化剂体系再生的步骤是经由通过所回收的水水解而进行的。
11.用于合成丙交酯的工艺、优选地用于合成丙交酯的工业工艺，其包括如下步骤：将一种或多种组分提供至至少一个反应器，所述一种或多种组分包括乳酸；将至少部分的所述乳酸转化为丙交酯和水、优选地在一个步骤中转化为丙交酯和水；和回收至少部分的所述丙交酯；其中回收至少部分的所述丙交酯的步骤包括第一结晶步骤和第二结晶步骤。
12.用于合成丙交酯的工艺、优选地用于合成丙交酯的工业工艺，其包括如下步骤：将一种或多种组分提供至至少一个反应器，所述一种或多种组分包括乳酸；将至少部分的所述乳酸转化为丙交酯和水、优选地在一个步骤中转化为丙交酯和水；回收至少部分的所述丙交酯；和回收至少部分的所述水；其中回收至少部分的所述水的步骤包括滗析步骤，优选地条件是回收至少部分的所述水的步骤不包括共沸蒸馏步骤。
13.用于合成丙交酯的工艺、优选地用于合成丙交酯的工业工艺，其包括如下步骤：将一种或多种组分提供至至少一个反应器，所述一种或多种组分包括乳酸；将至少部分的所述乳酸转化为丙交酯和水、优选地在一个步骤中转化为丙交酯和水；回收至少部分的所述丙交酯；和将所回收的丙交酯纯化；优选地其中将所回收的丙交酯纯化的步骤包括真空和加热的组合，和/或其中将所回收的丙交酯纯化的步骤包括纯化结晶步骤。
14.根据前述陈述任一项的工艺，其中将至少部分的所述乳酸转化为丙交酯和水的步骤是在一个步骤中进行的。
15.根据前述陈述任一项的工艺，其中所述一种或多种组分包括至少一种溶剂。
16.根据前述陈述任一项的工艺，其中所述一种或多种组分包括至少一种催化剂体系。
17.根据前述陈述任一项的工艺，其包括如下步骤：回收至少部分的所述水，任选地其中所回收的水包括至少部分的所述至少一种催化剂体系。
18.根据前述陈述任一项的工艺，其包括如下步骤：回收至少部分的所述至少一种催化剂体系，任选地其中所回收的催化剂体系被包括在至少部分的所述水中。
19.根据前述陈述任一项的工艺，其包括如下步骤：回收至少部分的所述水和至少部分的所述至少一种催化剂体系，其中所回收的水包括至少部分的所述至少一种催化剂体系。
20.根据前述陈述任一项的工艺，其包括如下步骤：回收至少部分的所述至少一种溶剂。
21.根据前述陈述任一项的工艺，其包括如下步骤：将至少部分的所述乳酸转化为丙交酯和水以及转化为乳酸低聚物、优选地在一个步骤中转化为丙交酯和水以及转化为乳酸低聚物；和回收至少部分的所述乳酸低聚物。
22.根据前述陈述任一项的工艺，其包括如下步骤：向所述一种或多种组分的至少一种添加热能。
23.根据前述陈述任一项的工艺，其中向所述一种或多种组分的至少一种添加热能的步骤在将所述一种或多种组分添加至所述至少一个反应器的步骤之前进行。
24.根据前述陈述任一项的工艺，其包括如下步骤：从所述一种或多种回收的组分的至少一种回收热能。
25.根据前述陈述任一项的工艺，其包括如下步骤：将所述一种或多种组分提供至至少两个反应器、优选地提供至串联连接的至少两个反应器。
26.根据前述陈述任一项的工艺，其包括如下步骤：向至少一种溶剂添加热能；将一种或多种组分提供至至少一个反应器，所述一种或多种组分包括乳酸和所述至少一种溶剂；将至少部分的所述乳酸转化为丙交酯和水、优选地在一个步骤中转化为丙交酯和水；和回收至少部分的所述丙交酯；其中向至少一种溶剂添加热能的步骤在将所述至少一种溶剂添加至所述至少一个反应器的步骤之前进行；和其中所述至少一种溶剂是独立于所述乳酸通过所述至少一个反应器中的单独进口提供于所述至少一个反应器中的。
27.根据前述陈述任一项的工艺，其包括如下步骤：将一种或多种组分提供至至少一个反应器，所述一种或多种组分包括乳酸；将至少部分的所述乳酸转化为丙交酯和水以及转化为乳酸低聚物、优选地在一个步骤中转化为丙交酯和水以及转化为乳酸低聚物；回收至少部分的所述丙交酯；回收至少部分的所述水和至少部分的所述乳酸低聚物；将任选地包括乳酸低聚物和任选地包括水的进料添加至所回收的水和所回收的乳酸低聚物，并且将所述进料与所回收的水及所回收的乳酸低聚物混合以形成混合物；将所述混合物中的至少部分的乳酸低聚物转化为乳酸以及转化为乳酸二聚体、优选地在一个步骤中转化为乳酸以及转化为乳酸二聚体；和从所述混合物除去至少部分的水；由此提供所述混合物的剩余物的至少部分作为被提供至所述至少一个反应器的所述一种或多种组分之一。
28.根据前述陈述任一项的工艺，其包括如下步骤：向一种或多种组分的至少一种添加热能；将所述一种或多种组分提供至至少一个反应器，所述一种或多种组分包括乳酸；将至少部分的所述乳酸转化为丙交酯和水、优选地在一个步骤中转化为丙交酯和水；回收至少部分的所述丙交酯；回收至少部分的热能；将所回收的热能添加至所述一种或多种组分的至少一种。
29.根据前述陈述任一项的工艺，其包括如下步骤：将一种或多种组分提供至至少一个反应器，所述一种或多种组分包括乳酸；将至少部分的所述乳酸转化为丙交酯和水、优选地在一个步骤中转化为丙交酯和水；回收至少部分的所述丙交酯；和回收至少部分的所述水；其中回收至少部分的所述水的步骤包括滗析步骤，优选地条件是回收至少部分的所述水的步骤不包括共沸蒸馏步骤。
30.根据前述陈述任一项的工艺，其包括如下步骤：将一种或多种组分提供至至少一个反应器，所述一种或多种组分包括乳酸和至少一种溶剂；将至少部分的所述乳酸转化为丙交酯和水、优选地在一个步骤中转化为丙交酯和水；和回收至少部分的所述丙交酯；其中所述至少一种溶剂是独立于所述乳酸通过所述至少一个反应器中的单独进口提供于所述至少一个反应器中的。
31.根据前述陈述任一项的工艺，其包括如下步骤：向至少一种溶剂添加热能；将一种或多种组分提供至至少一个反应器，所述一种或多种组分包括乳酸和所述至少一种溶剂；将至少部分的所述乳酸转化为丙交酯和水、优选地在一个步骤中转化为丙交酯和水；和回收至少部分的所述丙交酯；其中向至少一种溶剂添加热能的步骤在将所述至少一种溶剂添加至所述至少一个反应器的步骤之前进行。
32.根据前述陈述任一项的工艺，其包括如下步骤：将一种或多种组分提供至至少两个反应器、优选地提供至串联连接的至少两个反应器，所述一种或多种组分包括乳酸；将至少部分的所述乳酸转化为丙交酯和水、优选地在一个步骤中转化为丙交酯和水；和回收至少部分的所述丙交酯。
33.根据前述陈述任一项的工艺，其包括如下步骤：将一种或多种组分提供至至少两个反应器、优选地提供至串联连接的至少两个反应器，所述一种或多种组分包括乳酸和至少一种溶剂；将至少部分的所述乳酸转化为丙交酯和水、优选地在一个步骤中转化为丙交酯和水；和回收至少部分的所述丙交酯；其中将所述至少一种溶剂分成至少两个溶剂部分，和其中将各溶剂部分单独地提供至所述至少两个反应器的各反应器。
34.根据前述陈述任一项的工艺，其包括如下步骤：将一种或多种组分提供至至少一个反应器，所述一种或多种组分包括乳酸和至少一种催化剂体系；将至少部分的所述乳酸转化为丙交酯和水、优选地在一个步骤中转化为丙交酯和水；回收至少部分的所述丙交酯；回收至少部分的所述水，任选地其中所回收的水包括至少一种催化剂体系的至少部分；回收至少部分的所述至少一种催化剂体系，任选地其中所回收的催化剂体系被包括在至少部分的所述水中；和将至少部分的所回收的催化剂体系再生；其中将至少部分的所回收的催化剂体系再生的步骤是经由通过所回收的水水解而进行的。
35.根据前述陈述任一项的工艺，其包括如下步骤：将一种或多种组分提供至至少一个反应器，所述一种或多种组分包括乳酸；将至少部分的所述乳酸转化为丙交酯和水、优选地在一个步骤中转化为丙交酯和水；和回收至少部分的所述丙交酯；其中回收至少部分的所述丙交酯的步骤包括第一结晶步骤和第二结晶步骤。
36.根据前述陈述任一项的工艺，其包括如下步骤：将一种或多种组分提供至至少一个反应器，所述一种或多种组分包括乳酸；将至少部分的所述乳酸转化为丙交酯和水、优选地在一个步骤中转化为丙交酯和水；回收至少部分的所述丙交酯；和回收至少部分的所述水；其中回收至少部分的所述水的步骤包括滗析步骤，条件是回收至少部分的所述水的步骤不包括共沸蒸馏步骤。
37.根据前述陈述任一项的工艺，其包括如下步骤：将一种或多种组分提供至至少一个反应器，所述一种或多种组分包括乳酸；将至少部分的所述乳酸转化为丙交酯和水、优选地在一个步骤中转化为丙交酯和水；回收至少部分的所述丙交酯；和将所回收的丙交酯纯化；优选地其中将所回收的丙交酯纯化的步骤包括真空和加热的组合，和/或其中将所回收的丙交酯纯化的步骤包括纯化结晶步骤。
38.根据前述陈述任一项的工艺，其中在将所述至少一种溶剂添加至所述至少一个反应器的步骤之前，所述溶剂具有至少140℃且至多300℃、优选地至少150℃且至多250℃、优选地至少160℃且至多220℃的温度。
39.根据前述陈述任一项的工艺，其中在将所述至少一种溶剂添加至所述至少一个反应器的步骤之前，所述溶剂的温度比所述乳酸的温度高至少5℃、优选地比所述乳酸的温度高至少10℃、优选地比所述乳酸的温度高至少20℃、优选地比所述乳酸的温度高至少30℃、优选地比所述乳酸的温度高至少40℃、优选地比所述乳酸的温度高至少50℃、优选地比所述乳酸的温度高至少60℃、优选地比所述乳酸的温度高至少70℃、优选地比所述乳酸的温度高至少80℃。
40.根据前述陈述任一项的工艺，其中在将所述至少一种溶剂添加至所述至少一个反应器的步骤之前，所述溶剂的温度比所述乳酸的温度高至少5℃且至多100℃、优选地高至少10℃且至多80℃、和优选地高至少15℃且至多50℃。
41.根据前述陈述任一项的工艺，其中将所述一种或多种组分提供至至少两个反应器、优选地提供至串联连接的至少两个反应器。
42.根据前述陈述任一项的工艺，其包括回收至少部分的所述水的步骤，其中所述至少部分的所述水是在所述至少两个反应器之间回收的。
43.根据前述陈述任一项的工艺，其中在所述至少两个反应器之间回收至少50％的水，基于离开所述至少两个反应器的第一反应器的水的总量。
44.根据前述陈述任一项的工艺，其中将所述至少一种溶剂分成至少两个溶剂部分，和其中将各溶剂部分单独地提供至所述至少两个反应器的各反应器。
45.根据前述陈述任一项的工艺，其中所述至少两个溶剂部分包括第一溶剂部分和第二溶剂部分，和其中将至少部分的所述热能添加至所述第一溶剂部分。
46.根据前述陈述任一项的工艺，其中所述至少两个溶剂部分包括第一溶剂部分和第二溶剂部分，和其中将至少部分的所述热能添加至所述第二溶剂部分。
47.根据前述陈述任一项的工艺，其包括如下步骤：将占所述至少一种溶剂的至少50％且至多100％、优选地所述至少一种溶剂的至少60％且至多85％的第一溶剂部分提供至所述至少两个反应器的第一反应器；和将占所述至少一种溶剂的至少0％且至多50％、优选地所述至少一种溶剂的至少15％且至多40％的第二溶剂部分提供至所述至少两个反应器的第二反应器；其中％基于所述第一溶剂部分和所述第二溶剂部分的总重量和。
48.根据前述陈述任一项的工艺，其中添加至所述至少一种溶剂的热能是至少部分地回收的热能，优选地其中所述部分地回收的热能是从回收的溶剂和/或回收的水回收的。
49.根据前述陈述任一项的工艺，其中提供至所述至少一个反应器的所述一种或多种组分包括至少1％重量的乳酸且至多100％重量、优选地至少5％重量且至多95％重量、优选地至少15％重量且至多90％重量的乳酸，其中％重量基于所述一种或多种组分的总重量。
50.根据前述陈述任一项的工艺，其中将所述混合物中的至少部分的乳酸低聚物转化为乳酸以及转化为乳酸二聚体的步骤是经由通过所回收的水水解和/或经由通过存在于所述进料中的水水解而进行的。
51.根据前述陈述任一项的工艺，其中所述一种或多种组分包括至少一种催化剂体系，和其中所述工艺包括如下步骤：将至少一种催化剂体系提供至所述至少一个反应器；回收至少部分的所述至少一种催化剂体系；和将至少部分的所回收的催化剂体系再生。
52.根据前述陈述任一项的工艺，其中将至少部分的所回收的催化剂体系再生的步骤是经由通过所回收的水水解和/或经由通过存在于所述进料中的水水解而进行的。
53根据前述陈述任一项的工艺，其中将所述至少一种催化剂体系用所述至少一个反应器在线再生。
54.根据前述陈述任一项的工艺，其中所述至少一种催化剂体系包括酸性沸石、优选地h-bea。
55.根据前述陈述任一项的工艺，其中从所述混合物除去至少部分的水的步骤是用膜进行的。
56.根据前述陈述任一项的工艺，其中所述进料包括乳酸低聚物。
57.根据前述陈述任一项的工艺，其中所述进料包括至少1％重量乳酸低聚物且至多20％重量乳酸低聚物；优选地至少5％重量乳酸低聚物且至多15％重量乳酸低聚物；优选地约10％重量乳酸低聚物；其中％重量是与组合的乳酸、乳酸二聚体、和乳酸低聚物的总重量比较的。
58.根据前述陈述任一项的工艺，其中将所述混合物中的至少部分的乳酸低聚物转化为乳酸以及转化为乳酸二聚体的步骤、和任选的将至少部分的所回收的催化剂体系再生的步骤在一个或多个再循环管道中进行。
59.根据前述陈述任一项的工艺，其包括如下步骤：回收至少部分的所述水；其中至少部分的所回收的热能是从所回收的水回收的。
60.根据前述陈述任一项的工艺，其中所述一种或多种组分包括至少一种溶剂，所述工艺包括如下步骤：回收至少部分的所述至少一种溶剂；其中至少部分的所回收的热能是从所回收的溶剂回收的。
61.根据前述陈述任一项的工艺，其中至少部分的所回收的热能是从所回收的丙交酯回收的。
62.根据前述陈述任一项的工艺，其中回收至少部分的所述丙交酯的步骤包括第一结晶步骤和第二结晶步骤。
63.根据前述陈述任一项的工艺，其中所述第一结晶步骤和所述第二结晶步骤是各自独立地被冷却的。
64.根据前述陈述任一项的工艺，其中在所述第一结晶步骤期间进行回收至少部分的热能的步骤。
65.根据前述陈述任一项的工艺，其中在所述第二结晶步骤期间进行回收至少部分的热能的步骤。
66.根据前述陈述任一项的工艺，其中将至少部分的所回收的热能添加至所述乳酸。
67.根据前述陈述任一项的工艺，其中所述一种或多种组分包括至少一种溶剂，和其中将至少部分的所回收的热能添加至所述溶剂。
68.根据前述陈述任一项的工艺，其中至少部分的所回收的热能是从所回收的水回收的，和其中将至少部分的所回收的热能添加至所述乳酸。
69.根据前述陈述任一项的工艺，其中至少部分的所回收的热能是从所回收的水回收的，和其中将至少部分的所回收的热能添加至所述溶剂。
70.根据前述陈述任一项的工艺，其中至少部分的所回收的热能是从所回收的溶剂回收的，和其中将至少部分的所回收的热能添加至所述乳酸。
71.根据前述陈述任一项的工艺，其中至少部分的所回收的热能是从所回收的溶剂回收的，和其中将至少部分的所回收的热能添加至所述溶剂。
72.根据前述陈述任一项的工艺，其中至少部分的所回收的热能是从所回收的丙交酯回收的，和其中将至少部分的所回收的热能添加至所述乳酸。
73.根据前述陈述任一项的工艺，其中至少部分的所回收的热能是从所回收的丙交酯回收的，和其中将至少部分的所回收的热能添加至所述溶剂。
74.根据前述陈述任一项的工艺，其中至少部分的所回收的热能是从所回收的水回收的，其中至少部分的所回收的热能是从所回收的溶剂回收的，其中至少部分的所回收的热能是从所回收的丙交酯回收的，和其中将至少部分的所回收的热能添加至所述溶剂。
75.根据前述陈述任一项的工艺，其中如下步骤是用热交换器进行的：
-回收至少部分的热能，其中至少部分的所回收的热能是从所回收的溶剂回收的；和
-将所回收的热能添加至所述一种或多种组分的至少一种。
76.根据前述陈述任一项的工艺，条件是回收至少部分的所述水的步骤不包括液/液萃取步骤。
77.根据前述陈述任一项的工艺，其中所述一种或多种组分包括至少一种催化剂体系且工艺包括如下步骤：回收至少部分的所述水，其中所回收的水包括至少一种催化剂体系的至少部分。
78.根据前述陈述任一项的工艺，其中所述至少一种催化剂体系包括至少一种酸性沸石、优选地h-bea。
79.根据前述陈述任一项的工艺，其包括如下步骤：将一种或多种组分提供至至少两个反应器、优选地提供至串联连接的至少两个反应器。
80.根据前述陈述任一项的工艺，其中所述至少部分的所述水是在所述至少两个反应器之间回收的。
81.根据前述陈述任一项的工艺，其中回收至少部分的所述丙交酯的步骤是通过结晶进行的，优选地其中回收至少部分的所述丙交酯的步骤包括第一结晶步骤和第二结晶步骤。
82.根据前述陈述任一项的工艺，其包括如下步骤：将所回收的丙交酯纯化。
83.根据前述陈述任一项的工艺，其中将所回收的丙交酯纯化的步骤包括真空和加热的组合。
84.根据前述陈述任一项的工艺，其中将所回收的丙交酯纯化的步骤是在至多200毫巴、优选地至多100毫巴、例如至少20毫巴且至多40毫巴、优选地约30毫巴的压力下进行的。
85.根据前述陈述任一项的工艺，其中将所回收的丙交酯纯化的步骤是在至多丙交酯的熔点、优选地至多90℃、例如至少25℃且至多90℃的温度下进行的。
86.根据前述陈述任一项的工艺，其中将所回收的丙交酯纯化的步骤包括纯化结晶步骤。
87.根据前述陈述任一项的工艺，其中所述一种或多种组分包括与水不混溶的溶剂，优选地其中所述溶剂为异丁苯或癸烷、优选地异丁苯。
88.根据前述陈述任一项的工艺，其中将至少部分的所述乳酸转化为丙交酯和水的步骤是在一个步骤中进行的。
89.根据前述陈述任一项的工艺，其中所述工艺为用于合成丙交酯的工业工艺。
90.根据前述陈述任一项的工艺，其中所述工艺为用于合成丙交酯的工业工艺，和其中将至少部分的所述乳酸转化为丙交酯和水的步骤是在一个步骤中进行的。
91.根据前述陈述任一项的工艺，其中所述至少一个反应器为被混合的反应器，优选地其中机械地和/或通过内部或外部流体流动对所述至少一个反应器进行混合。
92.根据前述陈述任一项的工艺，其中所述至少两个反应器为被混合的反应器，优选地其中机械地和/或通过内部或外部流体流动对所述至少两个反应器进行混合。
93.根据前述陈述任一项的工艺，其中向所述一种或多种组分的至少一种添加热能的步骤是在将所述一种或多种组分的所述至少一种添加至所述至少一个反应器的步骤之后例如通过内部交换器或夹套壁进行的。
94.根据前述陈述任一项的工艺，其中向所述一种或多种组分的至少一种添加热能的步骤是在将所述一种或多种组分的所述至少一种添加至所述至少两个反应器的步骤之后例如通过内部交换器或夹套壁进行的。
95.根据前述陈述任一项的工艺，其中回收热能的步骤是在所述至少一个反应器的最后一个反应器之后或者在所述至少两个反应器的最后一个反应器之后进行的。
96.根据前述陈述任一项的工艺，其中回收热能的步骤是在所述至少一个反应器的反应器之间或在所述至少两个反应器的最后一个反应器之后进行的。
97.根据前述陈述任一项的工艺，其中回收热能的步骤使用热交换器进行的。
98.根据前述陈述任一项的工艺，其中将所述乳酸在单个反应器中转化为丙交酯。
99.根据前述陈述任一项的工艺，其中将所述乳酸在所述至少两个反应器的各反应器中独立地转化为丙交酯。
100.根据前述陈述任一项的工艺，其包括回收所述至少一种溶剂的步骤，优选地包括将所述至少一种溶剂再循环的步骤。
101.根据前述陈述任一项的工艺，其中所述至少一种溶剂为c5-c24烷烃。
102.根据前述陈述任一项的工艺，其中所述至少一种溶剂为癸烷。
103.根据前述陈述任一项的工艺，其中所述至少一种溶剂为芳族溶剂、优选地苯，其优选地被一个或多个c1-c4线型或支化的烷基取代。
104.根据前述陈述任一项的工艺，其中所述至少一种溶剂为异丙苯、邻-二甲苯、异丁苯、对-二甲苯、或甲苯，优选地其中所述至少一种溶剂为异丙苯、邻-二甲苯、或异丁苯，优选地其中所述至少一种溶剂为异丁苯。
105.根据前述陈述任一项的工艺，其中所述至少一种催化剂体系以淤浆形式分散在所述至少一个反应器中。
106.根据前述陈述任一项的工艺，其包括如下步骤：回收所述至少一种催化剂体系，优选地将所述至少一种催化剂体系再循环。
107.根据前述陈述任一项的工艺，其中所述至少一种催化剂体系通过所述溶剂再生。
108.根据前述陈述任一项的工艺，其中所述至少一种催化剂体系通过煅烧而再生。
109.根据前述陈述任一项的工艺，其在不存在任何催化剂体系的情况下进行。
110.根据前述陈述任一项的工艺，其中所述工艺有时在至少一种催化剂体系的存在下进行并且有时在不存在任何催化剂体系的情况下进行。
111.根据前述陈述任一项的工艺，其中所述至少一种催化剂体系包括至少一种酸性沸石。
112.根据前述陈述任一项的工艺，其中所述至少一种催化剂体系包括至少一种酸性沸石，所述酸性沸石包括：两种或三种互连且非平行的通道系统，其中所述通道系统的至少一种包括10元以上的环通道；和如通过nmr测量的至少24的骨架si/x2比率；或者三种互连且非平行的通道系统，其中所述通道系统的至少两种包括10元以上的环通道；和如通过nmr测量的至少6的骨架si/x2比率；其中各x为al或b。
113.根据前述陈述任一项的工艺，其中所述互连且非平行的通道系统的至少一种包括12元以上的环通道。
114.根据前述陈述任一项的工艺，其中所述酸性沸石具有0.05-6.5mmol/g干重的布朗斯台德酸密度。
115.根据前述陈述任一项的工艺，其中x为al。
116.根据前述陈述任一项的工艺，其中所述酸性沸石包括至少三种互连且非平行的通道系统。
117.根据前述陈述任一项的工艺，其中所述酸性沸石包括选自包括如下的组的拓扑结构：bea、mfi、fau、mel、fer、和mww，优选地bea。
118.根据前述陈述任一项的工艺，其中所述至少一种催化剂体系包括酸性沸石，优选地其中所述至少一种催化剂体系包括h-bea沸石。
119.根据前述陈述任一项的工艺，其包括回收至少部分的所述水的步骤，任选地其中所述水包括至少部分的所述至少一种催化剂体系。
120.根据前述陈述任一项的工艺，其中回收至少部分的所述水的步骤包括蒸馏步骤。
121.根据前述陈述任一项的工艺，其中回收至少部分的所述水的步骤包括过滤步骤、优选地膜过滤、例如通过反渗透的膜过滤。
122.根据前述陈述任一项的工艺，其中回收热能的步骤是在回收至少部分的所述水的步骤之后进行的。
123.根据前述陈述任一项的工艺，其中所述乳酸是通过葡萄糖或蔗糖的细菌发酵而获得的。
124.根据前述陈述任一项的工艺，其中所述乳酸是通过丙糖、己糖、纤维素、或甘油的化学催化转化而获得的。
125.根据前述陈述任一项的工艺，其中所述乳酸包括l-乳酸。
126.根据前述陈述任一项的工艺，其中所述乳酸包括d-乳酸。
127.根据前述陈述任一项的工艺，其中提供至所述至少一个反应器的所述一种或多种组分包括至少3％重量的水且至多95％重量的水，其中％重量基于所述一种或多种组分的总重量，优选地至少5％重量且至多50％重量，其中％重量基于提供至所述至少一个反应器的所述一种或多种组分的总重量，优选地至少10％重量且至多30％重量，其中％重量基于提供至所述至少一个反应器的所述一种或多种组分的总重量。
128.根据前述陈述任一项的工艺，其中提供至所述至少一个反应器的所述一种或多种组分包括至少90％重量、优选地至少95％重量、优选地至少99.5％重量的溶剂，其中％重量基于所述一种或多种组分的总重量。
129.根据前述陈述任一项的工艺，其中提供至所有反应器的全部量溶剂的质量流量为提供至所有反应器的乳酸的质量的至少4倍-至多30倍、优选地至少6倍-至多25倍、优选地至少9-至多20倍。
130.根据前述陈述任一项的工艺，其中提供至所述至少一个反应器的所述一种或多种组分包括至少1％重量的催化剂体系且至多25％重量的催化剂体系，其中％重量基于所述一种或多种组分的总重量，优选地至少3％重量且至多10％重量，其中％重量基于提供至所述至少一个反应器的所述一种或多种组分的总重量。
131.在一些实施方式中，提供至所述至少一个反应器的所述一种或多种组分包括至多1.00％重量、优选地至多0.10％重量、优选地至多0.01％重量的不同于乳酸的有机酸，其中％重量基于提供至所述至少一个反应器的所述一种或多种组分的总重量。
132.根据前述陈述任一项的工艺，其中回收至少部分的热能的步骤在将所回收的丙交酯纯化的步骤之前进行。
133.根据前述陈述任一项的工艺，其中回收至少部分的热能的步骤在所述纯化结晶步骤之前进行。
134.根据前述陈述任一项的工艺，其中回收至少部分的热能的步骤在将所回收的丙交酯纯化的步骤期间进行。
135.根据前述陈述任一项的工艺，其中回收至少部分的热能的步骤在所述纯化结晶步骤期间进行。
136.根据前述陈述任一项的工艺，其中将所回收的丙交酯纯化的步骤包括溶剂-溶剂萃取步骤。
137.根据前述陈述任一项的工艺，其中将所回收的丙交酯纯化的步骤包括过滤步骤、优选地通过膜的过滤步骤。
138.根据前述陈述任一项的工艺，其具有至少60％、优选地至少65％、优选地至少70％、优选地至少75％、优选地至少80％、优选地至少85％的丙交酯产率。
139.根据前述陈述任一项的工艺，其进一步包括如下步骤：将至少部分的所回收的丙交酯转化为聚乳酸。
在下文中，将更详细地讨论本发明。以下讨论的一个方面的明确示例的和/或优选的实施方式也应被认为是以下讨论的其它方面的明确示例的和/或优选的实施方式。
本发明涉及用于合成丙交酯的工艺、优选地用于合成丙交酯的工业工艺。所述工艺包括如下步骤：将一种或多种组分提供至至少一个反应器，所述一种或多种组分包括乳酸；将至少部分的所述乳酸转化为丙交酯和水、优选地在一个步骤中转化为丙交酯和水；和回收至少部分的所述丙交酯。优选地，将至少部分的所述乳酸转化为丙交酯和水的步骤是在一个步骤中进行的。
在一些实施方式中，所述一种或多种组分包括至少一种溶剂。在一些实施方式中，所述一种或多种组分包括至少一种催化剂体系。在一些实施方式中，所述一种或多种组分包括至少一种溶剂和至少一种催化剂体系。
在一些实施方式中，所述工艺包括如下步骤：回收至少部分的所述水，任选地其中所回收的水包括至少部分的所述至少一种催化剂体系。在一些实施方式中，所述工艺包括如下步骤：回收至少部分的所述至少一种催化剂体系，任选地其中所回收的催化剂体系被包括在至少部分的所述水中。在一些实施方式中，所述工艺包括如下步骤：回收至少部分的所述水和至少部分的所述至少一种催化剂体系，其中所回收的水包括至少部分的所述至少一种催化剂体系。
在一些实施方式中，所述工艺包括如下步骤：回收至少部分的所述至少一种溶剂。
在一些实施方式中，所述工艺包括如下步骤：将至少部分的所述乳酸转化为丙交酯和水以及转化为乳酸低聚物、优选地在一个步骤中转化为丙交酯和水以及转化为乳酸低聚物；和回收至少部分的所述乳酸低聚物。
在一些实施方式中，所述工艺包括如下步骤：向所述一种或多种组分的至少一种添加热能。在一些实施方式中，向所述一种或多种组分的至少一种添加热能的步骤在将所述一种或多种组分添加至所述至少一个反应器的步骤之前进行。在一些实施方式中，所述工艺包括如下步骤：从所述一种或多种回收的组分的至少一种回收热能。
在一些实施方式中，所述工艺包括如下步骤：将所述一种或多种组分提供至至少两个反应器、优选地提供至串联连接的至少两个反应器。
在一些特别优选的实施方式中，本发明提供用于合成丙交酯的工艺，其包括如下步骤：向至少一种溶剂添加热能；将一种或多种组分提供至至少一个反应器，所述一种或多种组分包括乳酸和所述至少一种溶剂；将至少部分的所述乳酸转化为丙交酯和水、优选地在一个步骤中转化为丙交酯和水；和回收至少部分的所述丙交酯。向至少一种溶剂添加热能的步骤在将所述至少一种溶剂添加至所述至少一个反应器的步骤之前进行。
这样的工艺具有如下优点：将热添加至溶剂，该溶剂然后被用于(部分地)加热反应器。可调节溶剂的量和溶剂的温度以适合于乳酸进料。这提供了更灵活的工艺。这样的工艺还具有如下优点：反应器需要更少的、或者甚至不需要加热元件。这容许更便宜且更简单的反应器设计。另外，所述进料和催化剂管线上的热交换器可被除去并且将所需要的热能的全部添加至溶剂流。考虑到进料物流含有固体催化剂并且减少在该管线上的单元操作是更好的，这降低工艺capex并且改善可靠性。
另一优点是，这样的工艺与在反应器中需要热元件例如热交换器管的工艺相比是更高产的。在没有加热元件的反应器中发生的所述工艺容许更好的混合，因为在所述反应器中存在更少的障碍物或者不存在障碍物。反应器中的障碍物例如加热元件妨碍反应器中的流体或淤浆的运动，从而在反应器中产生如下区域：其中流体是静态的，或者其中流体比反应器中通常情况下运动得慢。在这些区域中，试剂可未被足够快地进料到所述区域中，反应产物在所述区域不断积聚，固体催化剂-如果存在的话–沉淀，和/或热量未以与在反应器中的其它位置中相同的方式转移。所有这些事件均对反应的动力学和热力学有影响，从而导致对反应的产率和生产率的负面影响。
当使用加热元件时，在所述加热元件附近的直接(直达，direct)区域中的温度经常高于反应器其余部分中的温度，并且经常高于使反应发生的最佳温度。在该热区域中，可发生副反应。升高的温度还促进乳酸低聚物的形成，这使丙交酯形成反应的总体产率降低。尤其是与如前所述的混合缺陷组合，所述加热元件可导致如下区域：其中热量未被恰当地转移，从而导致显著量的乳酸低聚物。
这样的工艺的又一优点是，混合需要更少的能量，因为经预热的溶剂在反应器中导致对流。
当在反应混合物中存在固体、例如任选的在固体载体上的催化剂时，另一优点是显著的。所述固体将与反应器中的物体例如加热元件碰撞。这些碰撞将腐蚀反应器中的物体，从而缩短它们的寿命。当所述固体为催化剂颗粒时，这些颗粒也将遭受来自与所述物体的碰撞的损害，从而使催化剂的寿命减少。避免在反应器中对这些物体的需要消除这些缺点并且延长任选的催化剂的寿命。此外，这还可防止置于反应器中的设备的腐蚀。
使用串联的两个反应器可允许总体工艺转化率的提高，特别是在这两个反应器之间加入另外的中间水分离步骤的情况下。
溶剂和进料的单独进口可允许将溶剂流用于反应器加热并且可避免进料的高加热。在进料进口上的热交换器可被完全消除。代替的是，可将溶剂加热至更高的温度以补偿该影响。这可降低工艺capex并且可降低工艺易变性，因为在典型地含有在淤浆相中的分散的催化剂的进料管线上可采用更少的单元操作。
溶剂可仅被注入到第一反应器中，或者其可被分配到各反应器的单独的进口中。在此情况下，各反应器可通过调节各反应器中的溶剂的入口流量而被独立地加热。这带来了在温度方面的工艺灵活性的优点。另外，第一反应器中的总溶剂体积与单一进口情况相比可更小。因此，虽然反应器容积是固定的，但是对于进料而言可用的反应器容积可增加。因此，反应物的停留时间可增加并且总体转化率可改善。优选地，溶剂量保持高于溶解所有所产生的丙交酯所需要的最小量。
在用于进料和溶剂的单一进口的情况下，对于整个流体典型地使用大的淤浆泵。通过分离两个流体，对于进料和催化剂入口可使用较小的淤浆泵并且对于溶剂入口可使用另外的常规泵。另外，考虑到进料管线与溶剂管线相比可具有更低的压力，因此与单一泵条件相比对于溶剂可需要更少的压缩。这导致opex节约。
所述至少一种溶剂是独立于所述乳酸通过所述至少一个反应器中的单独进口提供于所述至少一个反应器中的。这样的工艺还具有如下优点：该经加热的溶剂被独立于乳酸进料添加至反应器。这样的工艺具有如下优点：将使用较小的淤浆泵而不是较大的淤浆泵。这容许更便宜、更简单且更可靠的泵设计。
在一些优选实施方式中，在将所述至少一种溶剂添加至所述至少一个反应器的步骤之前，所述溶剂具有至少140℃且至多300℃、优选地至少150℃且至多250℃、优选地至少160℃且至多210℃的温度。所述溶剂可用于加热所述反应器。所述溶剂可用于加热被提供至所述反应器的其它组分。
在一些优选实施方式中，在将所述至少一种溶剂添加至所述至少一个反应器的步骤之前，所述溶剂的温度比所述乳酸的温度高至少5℃、优选地比所述乳酸的温度高至少10℃、优选地比所述乳酸的温度高至少20℃、优选地比所述乳酸的温度高至少30℃、优选地比所述乳酸的温度高至少40℃、优选地比所述乳酸的温度高至少50℃、优选地比所述乳酸的温度高至少60℃、优选地比所述乳酸的温度高至少70℃、优选地比所述乳酸的温度高至少80℃。所述溶剂可用于加热所述乳酸。
在一些优选实施方式中，在将所述至少一种溶剂添加至所述至少一个反应器的步骤之前，所述溶剂的温度比所述乳酸的温度高至少5℃且至多100℃、优选地高至少10℃且至多80℃、和优选地高至少15℃且至多50℃。
在一些优选实施方式中，将所述一种或多种组分提供至至少两个反应器、优选地提供至串联连接的至少两个反应器。这样的工艺具有如下优点：所述反应器之一在出故障的情况下可被绕过。而且，总反应转化率由于串联反应器的使用而增加。
在一些优选实施方式中，所述工艺包括回收至少部分的所述水的步骤，其中所述至少部分的所述水是在所述至少两个反应器之间回收的。这样的工艺允许水分离并且使第二反应器中的转化率增加。这样的工艺还使丙交酯水解为乳酸的风险降低。在一些优选实施方式中，在所述至少两个反应器之间回收、优选地通过蒸馏、滗析、和/或过滤来回收至少50％的水，基于离开所述至少两个反应器的第一反应器的水的总量。
在一些优选实施方式中，将所述至少一种溶剂分成至少两个溶剂部分，其中将各溶剂部分单独地提供至所述至少两个反应器的各反应器。在一些优选实施方式中，所述至少两个溶剂部分包括第一溶剂部分和第二溶剂部分，其中将至少部分的所述热能添加至所述第一溶剂部分。在一些优选实施方式中，所述至少两个溶剂部分包括第一溶剂部分和第二溶剂部分，其中将至少部分的所述热能添加至所述第二溶剂部分。这样的工艺容许添加至各反应器的溶剂量的更好控制、以及添加至各溶剂的热量的更好控制。这容许各反应器的反应器设置的独立控制。其还使第一反应器中的溶剂含量降低并且因此使对于反应物而言可用的反应器容积增加。因此，反应物停留时间增加并且因此反应转化率将改善。
优选地，将较多的溶剂添加至第一反应器并且将较少的溶剂添加至第二反应器。这样的工艺使产物产率和总体转化率改善。对于相同的反应器容积，这样的工艺还使第一反应器中的组分的停留时间改善。这样的工艺还使总体转化率改善。在一些优选实施方式中，所述工艺包括如下步骤：将占所述至少一种溶剂的至少50％且至多100％、优选地所述至少一种溶剂的至少60％且至多85％的第一溶剂部分提供至所述至少两个反应器的第一反应器；和将占所述至少一种溶剂的至少0％且至多50％、优选地所述至少一种溶剂的至少15％且至多40％的第二溶剂部分提供至所述至少两个反应器的第二反应器；其中％基于所述第一溶剂部分和所述第二溶剂部分的总重量和。典型地，所述百分比总计达100％。所添加的溶剂的量可取决于丙交酯在所述溶剂中的溶解性。按照重量进行比较，其优选为进料的乳酸含量的至多20倍、优选地至多15倍、优选地至多10倍、优选地至多8倍。
在一些优选实施方式中，添加至所述至少一种溶剂的热能是至少部分地回收的热能，优选地其中所述部分地回收的热能是从回收的溶剂和/或回收的水回收的。这容许能量优化，其也在本说明书中的其它部分讨论。
在一些特别优选的实施方式中，本发明提供用于合成丙交酯的工艺，其包括如下步骤：将一种或多种组分提供至至少一个反应器，所述一种或多种组分包括乳酸；将至少部分的所述乳酸转化为丙交酯和水以及转化为乳酸低聚物、优选地在一个步骤中转化为丙交酯和水以及转化为乳酸低聚物；回收至少部分的所述丙交酯；回收至少部分的所述水和至少部分的所述乳酸低聚物；将任选地包括乳酸低聚物和任选地包括水的进料添加至所回收的水和所回收的乳酸低聚物，并且将所述进料与所回收的水及所回收的乳酸低聚物混合以形成混合物；将所述混合物中的至少部分的乳酸低聚物转化为乳酸以及转化为乳酸二聚体、优选地在一个步骤中转化为乳酸以及转化为乳酸二聚体；和从所述混合物除去至少部分的水；由此提供所述混合物的剩余物的至少部分作为被提供至所述至少一个反应器的所述一种或多种组分之一。乳酸二聚体也可称作l2a、缩二乳酸(lactyllactate)、或乳酰乳酸，其示于式(i)中。
所述工艺可将在反应之后获得的水添加至原始(最初的)乳酸进料。随后，优选地除去一定量的水，以在进入反应器的进料中提供固定量的水。这样的工艺具有如下优点：实际上添加至反应器的进料的水含量独立于原始进料的水含量，因为进入反应器的水量是单独地控制的。典型地，原始进料将具有宽范围的可能的乳酸浓度，其可范围为整个原始进料的1％-100％重量、典型地5％-95％、典型地15％-90％。对于相同或类似的生产能力，取决于原始进料，这样的工艺导致增加的工艺灵活性。这样的工艺还具有如下优点：不需要蒸馏来将乳酸和任选的催化剂从水分离。例如，通过膜的分离可足够。这样的工艺还具有如下优点：水典型地处于压力下，并且分离因此是高效的。另外，水在此情况下是热的并且这增强了进料低聚物向乳酸和乳酸二聚体的水解以产生丙交酯制造反应的反应物。而且不需要从外部来源添加水。而且，水的高温对于使用该水的催化剂再生是有利的。
将所述进料与在滗析步骤之后的水管线混合允许提高所述进料的温度以及其水浓度以使所述低聚物的水解容易。该水解方面的容易性可避免所述低聚物的单独的裂解步骤来将它们转化为起始材料。因此，可避免分离步骤，可无需预见单独的设备用于该裂解步骤，可不需要将试剂供应至该单独的裂解步骤，和/或可不需要能量来用于该单独的裂解步骤。将进料和来自滗析步骤的含水管线混合允许通过加热而回收该物流的热焓。因此，可在不使用另外的热交换器的情况下加热进料。另外，可降低进入水分离步骤中的流的温度。这可导致更容易的水分离和更少的经由所分离的水的热损失。所述工艺容许使用单个水分离步骤、和优选地一个单一水分离器，以至少部分地将所述进料脱水和至少部分地将包括至少部分的所述乳酸低聚物的所回收的水脱水。
在一些优选实施方式中，提供至所述至少一个反应器的所述一种或多种组分包括至少1％重量的乳酸和至多100％重量的乳酸、优选地至少5％重量且至多95％重量、优选地至少15％重量且至多90％重量，其中％重量基于所述一种或多种组分的总重量。由于水的量在进入反应器之前得到控制，因此原始进料中的乳酸的量可波动。
在一些优选实施方式中，将所述混合物中的至少部分的乳酸低聚物转化为乳酸以及转化为乳酸二聚体的步骤是经由通过所回收的水水解和/或经由通过存在于所述进料中的水水解而进行的。在反应期间，形成低聚物，下文中称作l3a、l4a等。在乳酸存在下，这样的低聚物典型地未被转化为丙交酯。这样的低聚物还可堵塞沸石催化剂的孔。使用水作为载带溶剂，可将积聚的低聚物除去。另外，用相同的水，可将它们水解回乳酸(本文中称作la)，或者水解回乳酸二聚体(本文中称作l2a)。通过使用这样的再生策略，来自反应化合物的所有碳可被再引入到系统中，而没有任何损失。本发明人已经发现，可需要相对短的反应时间来除去和转化源自所述原料的所有碳：低聚物典型地在15分钟萃取之后被除去。这容许高效的工艺，而无需分离所述低聚物和将所述低聚物单独地水解或者单独地由所述低聚物形成丙交酯。所述低聚物可即时(在飞行中，on-the-fly)被水解回la和l2a。
在一些优选实施方式中，所述一种或多种组分包括至少一种催化剂体系，和其中所述工艺包括如下步骤：将至少一种催化剂体系提供至所述至少一个反应器；回收至少部分的所述至少一种催化剂体系；和将至少部分的所回收的催化剂体系再生。
在一些优选实施方式中，将至少部分的所回收的催化剂体系再生的步骤是经由通过所回收的水水解和/或经由通过存在于所述进料中的水水解而进行的。例如，当使用沸石催化剂时，可将所述沸石通过所述水再生。所述沸石典型地在这样的工艺之后恢复其初始活性。这样的工艺具有如下优点：所述水典型地是热的(并且可能处于压力下)，并且因此所述反应是高效的。而且无需从外部来源添加水。
在一些优选实施方式中，将所述至少一种催化剂体系用所述至少一个反应器在线再生。这容许高效的工艺，而无需单独地分离所述催化剂和将所述催化剂再生。所述催化剂可即时被再生。这样的工艺具有如下优点：所述催化剂循环是封闭的。因此可在没有外部催化剂来源、或者甚至没有催化剂的情况下工作。在一些优选实施方式中，所述至少一种催化剂体系包括酸性沸石、优选地h-bea。酸性沸石、并且特别是h-bea非常适合于通过水解、特别是用当前的处于升高温度下的水水解而再生。
在一些优选实施方式中，从所述混合物除去至少部分的水的步骤是用膜进行的。
在一些优选实施方式中，所述进料包括乳酸低聚物(lxa，其中x等于或大于3)。这样的工艺具有如下优点：所述进料中的乳酸低聚物在被进料至反应器之前通过所述在升高温度下的水而被转化为乳酸和乳酸二聚体。此外，所述沸石催化剂也可催化在所述沸石自身中的低聚物的水解，从而提供自动催化的再生。在一些优选实施方式中，所述进料包括至多50％重量乳酸低聚物；优选地至多15％重量乳酸低聚物；优选地约10％重量乳酸低聚物；其中％重量是与组合的乳酸、乳酸二聚体、和乳酸低聚物的总重量比较的。在具有初始100％la的溶液的情况下低聚物的浓度可升高至55％(包含l2、l3、lx…)。最佳情况是30％为水，60％la，9％l2a，和1.0％lxa。
在一些优选实施方式中，将所述混合物中的至少部分的乳酸低聚物转化为乳酸以及转化为乳酸二聚体的步骤、和任选的将至少部分的所回收的催化剂体系再生的步骤在一个或多个再循环管道中进行。这样的工艺具有如下优点：不需要单独的再生反应器。可向所述再循环管道提供另外的加热。
将所述进料与在滗析步骤之后的水管线混合允许提高所述进料的温度和其水浓度以使所述低聚物的水解容易。将进料和来自滗析步骤的含水管线混合允许通过加热而回收该物流的热焓。因此，进料被加热而无需使用另外的热交换器。另外，进入水分离步骤中的流的温度将被降低。这可导致更容易的水分离和更少的经由所分离的水的热损失。
在一些特别优选的实施方式中，本发明提供用于合成丙交酯的工艺，其包括如下步骤：向一种或多种组分的至少一种添加热能；将所述一种或多种组分提供至至少一个反应器，所述一种或多种组分包括乳酸；将至少部分的所述乳酸转化为丙交酯和水、优选地在一个步骤中转化为丙交酯和水；回收至少部分的所述丙交酯；回收至少部分的热能；和将所回收的热能添加至所述一种或多种组分的至少一种。这样的工艺具有如下优点：其不是太耗能。
术语“一步反应”指的是其中试剂通过如下转变为期望的反应产物的反应：经历一个或多个过渡态，而没有形成要从反应混合物的其余部分离析和分离的中间体。典型地，一步反应在一个反应器中使用单一的一组反应条件进行。
术语“两步反应”指的是其中试剂通过如下而转变为期望的反应产物的反应：在产生期望的产物之前，经历至少一个第一过渡态以形成中间体，之后经历至少一个第二过渡态。与用于达到所述至少一个第二过渡态的反应条件相比，可使用不同的反应条件来达到所述至少第一过渡态。可将所述中间体从反应混合物的其余部分离析和分离。典型地，两步反应在各自具有独立的一组反应条件的两个或更多个(序列)反应器中进行。
在一些优选实施方式中，所述工艺包括如下步骤：回收至少部分的所述水；其中至少部分的所回收的热能是从所回收的水回收的。
在一些优选实施方式中，所述一种或多种组分包括至少一种溶剂，和所述工艺包括如下步骤：回收至少部分的所述至少一种溶剂；其中至少部分的所回收的热能是从所回收的溶剂回收的。
取决于溶剂性质和例如癸烷在溶剂中的溶解性，从所述溶剂直接回收热可被限于最低在80℃-130℃范围内的温度。将溶剂冷却至该温度界限以下可导致丙交酯在热交换器内结晶。优选地，回收来自结晶步骤的热以加热进入反应器中的入口流体。结晶可在超过一个步骤中进行以使热回收容易。
可回收在滗析步骤中分离的含水管线中的能量以最少化经由来自水分离单元的水出口(流出)的热损失。该能量可由于将进料和来自滗析的含水管线混合而通过加热所述进料被回收。该能量回收也可通过在管线上使用热交换器而进行。在此情况下，capex可增加，因为需要另外的热交换器。
在一些优选实施方式中，至少部分的所回收的热能是从所回收的丙交酯回收的。在一些优选实施方式中，回收至少部分的所述丙交酯的步骤包括第一结晶步骤和第二结晶步骤。在一些优选实施方式中，所述第一结晶步骤和所述第二结晶步骤是各自独立地被冷却的。在一些优选实施方式中，在所述第一结晶步骤期间进行回收至少部分的热能的步骤。在一些优选实施方式中，在所述第二结晶步骤期间进行回收至少部分的热能的步骤。这样的工艺具有如下优点：对于使丙交酯结晶所必要的除热被用于加热被提供至反应器的组分。在一些优选实施方式中，将至少部分的所回收的热能添加至所述乳酸。在一些优选实施方式中，所述一种或多种组分包括至少一种溶剂，和将至少部分的所回收的热能添加至所述溶剂。
在一些优选实施方式中，至少部分的所回收的热能是从所回收的水回收的，和将至少部分的所回收的热能添加至所述乳酸。这优选地通过所述进料和来自滗析的所分离的水的直接混合而进行。因此，不需要热交换器，这使capex降低。
在一些优选实施方式中，至少部分的所回收的热能是从所回收的水回收的，和将至少部分的所回收的热能添加至所述溶剂。在一些优选实施方式中，至少部分的所回收的热能是从所回收的溶剂回收的，和将至少部分的所回收的热能添加至所述乳酸。在一些优选实施方式中，至少部分的所回收的热能是从所回收的溶剂回收的，和将至少部分的所回收的热能添加至所述溶剂。在一些优选实施方式中，至少部分的所回收的热能是从所回收的丙交酯回收的，和将至少部分的所回收的热能添加至所述乳酸。在一些优选实施方式中，至少部分的所回收的热能是从所回收的丙交酯回收的，和将至少部分的所回收的热能添加至所述溶剂。
在一些优选实施方式中，至少部分的所回收的热能是从所回收的水回收的，至少部分的所回收的热能是从所回收的溶剂回收的，至少部分的所回收的热能是从所回收的丙交酯回收的，和将至少部分的所回收的热能添加至所述溶剂。将热回收至所述溶剂提供经加热的溶剂。经加热的溶剂的优点描述于上。
这样的工艺，单独地和/或组合地，具有如下优点：各个过程(工艺)在能量方面得到优化，和/或整个工艺在能量方面得到优化。
优选地，至少40％、优选地至少50％、优选地至少60％、优选地至少70％的热能是从离开反应器的流回收的。可使用热交换器。热交换器的类型可不同，但是优选地选自包括如下的组：管壳式热交换器、板式热交换器、板壳式热交换器、绝热轮式热交换器、板翅式热交换器、流体热交换器、废热回收单元、动态刮板式热交换器、相变式热交换器、直接接触式热交换器或者微通道热交换器；更优选地逆流热交换器；最优选地管壳式逆流热交换器或板式热交换器。
在一些特别优选的实施方式中，本发明提供用于合成丙交酯的工艺，其包括如下步骤：将一种或多种组分提供至至少一个反应器，所述一种或多种组分包括乳酸；将至少部分的所述乳酸转化为丙交酯和水、优选地在一个步骤中转化为丙交酯和水；回收至少部分的所述丙交酯；和回收至少部分的所述水；其中回收至少部分的所述水的步骤包括滗析步骤，条件是回收至少部分的所述水的步骤不包括共沸蒸馏步骤。
这样的工艺具有如下优点：可不需要水的多步骤回收。这样的工艺具有如下优点：不需要加热。这样的工艺具有如下优点：其未使所述丙交酯热降解。这样的工艺具有如下优点：其未使可被再利用的所述溶剂降解。由于催化剂通常亲水性的性质，因此也可进行除了水分离之外所分离的催化剂的滗析。此外，由于高温以及催化剂将在水相中的事实，催化剂再生可在该段中开始。
优选地，将水和催化剂两者从溶剂物流分离。集成的水和催化剂分离可使能耗和工艺成本降低。通过所述水物流，低聚物和未反应的反应物可在大的程度上从溶剂分离。
在滗析器内水和所分离的催化剂之间的接触允许将所述催化剂内的低聚物水解和在滗析器内开始催化剂再生。考虑到该单元中的高温(其增强低聚物水解)，这是尤其令人感兴趣的。
在一些优选实施方式中，所述一种或多种组分包括至少一种催化剂体系且工艺包括如下步骤：回收至少部分的所述水，其中所回收的水包括至少一种催化剂体系的至少部分。在一些优选实施方式中，所述至少一种催化剂体系包括至少一种酸性沸石、优选地h-bea。优选的沸石如以下进一步描述的。对于亲水性催化剂例如沸石，滗析步骤是特别高效的。
作为滗析的替代方案，可将蒸馏选项直接提供到反应器中用于原位水分离。在此情况下可使用各种反应蒸馏反应器。图3显示一些可能的构型。取决于溶剂的性质，可使用其它种类的设计。可使用一些先进蒸馏系统例如分壁塔以在反应器内产生浓缩的丙交酯出口物流以使下游分离步骤容易。通过使用热集成来回收蒸馏所固有的气化能，可降低能耗。
在一些优选实施方式中，所述工艺包括如下步骤：将一种或多种组分提供至至少两个反应器、优选地提供至串联连接的至少两个反应器。在一些优选实施方式中，所述至少部分的所述水是在所述至少两个反应器之间回收的。
在一些优选实施方式中，回收至少部分的所述丙交酯的步骤是通过结晶进行的，优选地其中回收至少部分的所述丙交酯的步骤包括第一结晶步骤和第二结晶步骤。取决于冷却水的可获得性，可将第二结晶器部分地或完全地用冷水冷却。
在一些实施方式中，结晶器设计导致具有特定的可调节颗粒尺寸的固体晶体形式的固体的形成(用于糖粒产生的技术)。该设计可需要固体分离步骤，其尤其可为过滤或离心分离。在一些实施方式中，考虑到可需要连续地分离和回收所分离的颗粒，过滤技术将是相对富有挑战性的。这可通过自动化过滤系统或者离心分离而解决。离心分离具有以连续模式操作的优点。难点将是ld颗粒的附聚和凝聚性(cohesive)饼状物的形成。这可通过控制离心单元的出口压力和温度以将在所述单元的壁上的所分离的固体ld流体化而解决。
在一些优选实施方式中，所述工艺是在如下条件下进行的：回收至少部分的所述水的步骤不包括液/液萃取步骤。
在一些实施方式中，所述工艺包括如下步骤：将所回收的丙交酯纯化。将所回收的丙交酯纯化的步骤是在回收所述丙交酯的步骤之后进行的。在一些实施方式中，将所回收的丙交酯纯化的步骤包括真空和加热的组合。在一些实施方式中，将所回收的丙交酯纯化的步骤是在至多200毫巴、例如至多100毫巴、例如至少20毫巴且至多40毫巴、优选地约30毫巴的压力下进行的。在一些实施方式中，将所回收的丙交酯纯化的步骤是在至多丙交酯的熔点、优选地至多90℃、例如至少25℃且至多90℃的温度下进行的。这样的工艺具有如下优点：更少的溶剂被损失。这样的工艺还具有如下优点：它们提供能量优化。这样的工艺具有如下优点：可不需要溶剂闪蒸(flaring)。优选地，纯化在通过从癸烷过滤而分离丙交酯之后发生。分离的丙交酯饼状物含有一些溶剂，其应当被分离以产生高品质丙交酯。在替代情况下，可在静态结晶器中进行结晶，其最终将丙交酯分离而无需过滤步骤。
在一些实施方式中，将所回收的丙交酯纯化的步骤包括纯化结晶步骤。丙交酯分离和纯化也可在单个静态或动态结晶器中进行而无需过滤。优选地，最终的丙交酯纯度为至少98.0％、优选地至少99.0％、优选地至少99.5％、优选地至少99.9％。
在一些优选实施方式中，所述一种或多种组分包括与水不混溶的溶剂，优选地其中所述溶剂为异丁苯。这样的工艺具有更容易溶剂–水分离的优点。
优选地，将至少部分的所述乳酸转化为丙交酯和水的步骤是在一个步骤中进行的。该用于将乳酸转化为丙交酯的一步工艺与本领域中的两步骤合成不同之处在于，水除去发生在闭环反应期间并且因此丙交酯是直接由含水乳酸经由缩合、而不是经由酯交换而合成的。在一些优选实施方式中，将至少部分的所述乳酸转化为丙交酯和水的步骤包括闭环反应。优选地，乳酸向丙交酯的转化在单个反应器中进行。当使用多个反应器、例如串联连接的至少两个反应器时，各个反应器各自进行乳酸向丙交酯的一步转化。
该乳酸向丙交酯的一步转化具有如下优点：形成更少的副产物例如lxa低聚物例如l3a和l4a低聚物。如本文中使用的，术语“lxa”指的是包括x个基础乳酸单元的低聚物。通常，术语lxa可用于描述全体的其中x等于或大于3的所有低聚物。lxa低聚物典型地在本工艺中是不期望的，因为它们未被直接转化为丙交酯。该乳酸向丙交酯的一步转化还具有如下优点：丙交酯更少被水解回乳酸。
优选地，所述工艺为用于合成丙交酯的工业工艺。优选地，所述工艺具有至少10000吨丙交酯/年、优选地至少30000吨丙交酯/年、优选地至少40000吨丙交酯/年、优选地至少50000吨丙交酯/年、优选地至少60000吨丙交酯/年、优选地至少70000吨丙交酯/年、优选地至少80000吨丙交酯/年的产量。
反应器可以至少120℃、优选地至少130℃、优选地至少140℃、优选地至少150℃、优选地至少160℃、优选地至少170℃的温度操作。
在一些实施方式中，所述至少一个反应器为被混合的反应器，优选地其中机械地和/或通过内部或外部流体流动对所述至少一个反应器进行混合。在一些优选实施方式中，所述至少两个反应器为被混合的反应器，优选地其中机械地和/或通过内部或外部流体流动对所述至少两个反应器进行混合。
在一些实施方式中，向所述一种或多种组分的至少一种添加热能的步骤是在将所述一种或多种组分的所述至少一种添加至所述至少一个反应器的步骤之后例如通过内部交换器或夹套壁进行的。在一些实施方式中，向所述一种或多种组分的至少一种添加热能的步骤是在将所述一种或多种组分的所述至少一种添加至所述至少两个反应器的步骤之后例如通过内部交换器或夹套壁进行的。可使用内部热交换器。可通过加热进入反应器中的溶剂而加热反应器。可在两个反应器之间安装热交换器。
在一些实施方式中，回收热能的步骤是在所述至少一个反应器的最后一个反应器之后或者在所述至少两个反应器的最后一个反应器之后进行的。在一些实施方式中，回收热能的步骤是在所述至少一个反应器的反应器之间或在所述至少两个反应器的最后一个反应器之后进行的。在一些实施方式中，回收热能的步骤使用热交换器进行的。优选地使用热交换器以将来自热的出口流的热传递至进入反应器之前的冷的入口流。
在一些实施方式中，将所述乳酸在单个反应器中转化为丙交酯。在一些实施方式中，将所述乳酸在所述至少两个反应器的各反应器中独立地转化为丙交酯。
在一些实施方式中，所述一种或多种组分包括至少一种溶剂。溶剂的使用可具有如下优点：丙交酯将溶解在溶剂中，从而减少因水所致的丙交酯水解回乳酸。例如，在芳族溶剂中，丙交酯将偏好有机相。在一些实施方式中，所述工艺包括回收所述至少一种溶剂的步骤，优选地所述工艺包括将所述至少一种溶剂再循环的步骤。
合适的溶剂可为本文中描述的反应产物可溶于其中并且具有合适的沸点的溶剂。更特别地，沸点优选地高到足以使得在沸点温度下，实现可接受的反应速率，但是低到足以使得可避免或者最少化降解产物的形成。在一些实施方式中，所述溶剂与水形成非共沸混合物，从而容许经由蒸馏除去水。非共沸溶剂可包含与水不混溶的芳族溶剂、与水不混溶的脂族或环状烃溶剂、水溶性溶剂、或其混合物。优选与水不混溶的非共沸溶剂，因为在蒸馏之后，它们可容易分离，并且溶剂被再循环且水被从系统取出。而且，在反应过程期间获得的可能的副产物(例如羟基羧酸和/或氨基羧酸的水溶性的短的低聚物)将典型地溶解在水相中，而感兴趣的环状酯和/或环状酰胺典型地保持在有机溶剂相中。这可便于经由萃取将副产物从感兴趣的产物分离，和随后将水溶性的产物(在水解之后)重返到反应工艺中。
由于与环状酯是潜在反应性的而不优选的溶剂包含醇、有机酸、含有醇的酯和醚、过氧化物和/或酸杂质、具有稳定的烯醇形式的酮和醛、和胺。
合适的溶剂可包含芳族烃溶剂例如苯、甲苯、二甲苯、乙苯、三甲苯(例如1,3,5-三甲苯)、甲乙苯、正丙苯、异丙苯、二乙苯、异丁苯、三乙苯、二异丙苯、正戊基萘、和三甲苯；醚溶剂例如乙基醚、异丙基醚、正丁基醚、正己基醚、2-乙基己基醚、环氧乙烷、1,2-环氧丙烷、二氧戊环、4-甲基二氧戊环、1,4-二氧六环、二甲基二氧六环、乙二醇二乙基醚、乙二醇二丁基醚、一缩二乙二醇二乙基醚、一缩二乙二醇二正丁基醚、四氢呋喃、和2-甲基四氢呋喃；脂族烃溶剂例如正戊烷、异戊烷、正己烷、异己烷、正庚烷、异庚烷、2,2,4-三甲基戊烷、正辛烷、异辛烷、环己烷、和甲基环己烷；和酮溶剂例如丙酮、甲基乙基酮、甲基正丙基酮、甲基正丁基酮、二乙基酮、甲基异丁基酮、甲基正戊基酮、乙基正丁基酮、甲基正己基酮、二异丁基酮、三甲基壬酮、环己酮、2-己酮、甲基环己酮、2,4-戊烷二酮、丙酮基丙酮、苯乙酮、和葑酮。
在一些实施方式中，所述至少一种溶剂为c5-c24烷烃或c5-c24烷烃的混合物。在一些实施方式中，所述至少一种溶剂为癸烷。烷烃并且特别是癸烷具有如下优点：它们可容易与水分离，例如在相沉降器中。而且，它们具有相对高的沸点。而且，它们具有更低的hse风险。而且，它们在沸点操作条件下是稳定的。而且，它们相对便宜。
在一些实施方式中，所述至少一种溶剂为：苯，其优选地被一个或多个线型或支化的c1-c4烷基取代；或其混合物。例如，所述至少一种溶剂可选自包括如下的组：异丁苯、甲苯、邻-二甲苯、间-二甲苯、对-二甲苯、乙苯、丙苯、三甲苯、及其混合物。在一些实施方式中，所述至少一种溶剂为异丁苯、异丙苯、邻-二甲苯或甲苯，优选地异丁苯。取代的苯并且特别是异丁苯具有如下优点：它们与水具有更好的乳化，并且在反应器中需要更少的搅动。而且，它们具有相对高的沸点。而且，它们提供高的丙交酯产率。而且，它们提供高的对丙交酯的溶解性。
在一些实施方式中，所述溶剂具有至少50℃-至多250℃、优选地至少100℃-至多200℃、更优选地至少160℃-至多180℃的标准沸点。异丁苯和癸烷具有约175℃的沸点。专利待审tm
在一些实施方式中，所述至少一种催化剂体系以淤浆形式分散在所述至少一个反应器中。在一些实施方式中，所述一个或多个反应器的一个或多个包括单独的催化剂进口，例如其中所述单独的进口包括至少50重量％催化剂、优选地70重量％催化剂、优选地80重量％催化剂。
水分离单元的入口物流典型地含有大含量的催化剂(最高达30重量％)。该高的催化剂含量可对水分离段中使用的膜或过滤有害。在一些实施方式中，可在该单元的上游安装催化剂分离单元以保护过滤器/膜。在此情况下可使用水力旋流器(hydro-cyclone)或离心分离器来分离催化剂和将其再注入到反应器入口物流中或者有可能直接再注入到反应器中。直接将催化剂注入到反应器中具有能够对于反应器入口物流使用通常的泵的优点。优选地，使用与图2中提出的构型类似的半间歇催化剂注入系统。取决于工艺构型，对于各反应器可安装两个或三个催化剂注入系统。
在一些实施方式中，所述工艺包括如下步骤：回收所述至少一种催化剂体系，优选地将所述至少一种催化剂体系再循环。在一些实施方式中，所述至少一种催化剂体系通过所述溶剂再生。在一些优选实施方式中，所述至少一种催化剂体系通过水再生。在一些优选实施方式中，所述至少一种催化剂体系通过煅烧而再生。
优选地，所述催化剂体系包括沸石催化剂。本文中描述的沸石催化剂可在所述工艺中再生和再利用。因此，本文中描述的工艺的具体实施方式可包括将沸石催化剂再生的步骤。所述沸石催化剂的再生可经由洗涤或煅烧而进行。优选地，所述沸石催化剂的再生经由(例如在至少150℃的温度下)煅烧进行。在具体实施方式中，煅烧温度为至少200℃、例如至少300℃、例如至少400℃、例如约450℃。在一些实施方式中，所述至少一种催化剂体系包括至少一种酸性沸石。如本文中使用的术语“沸石”指的是具有如通过x-射线衍射确定的明确的结晶结构的天然和合成的微孔结晶性铝硅酸盐材料两者。沸石包括通道系统，其可与其它通道系统或者或空腔例如侧袋(side-pocket)或笼互连。所述通道系统可为三维的、二维的、或者一维的。沸石包括sio4和xo4四面体，其中x为al(铝)或b(硼)。沸石可包括alo4和bo4四面体的组合。在一种优选实施方式中，x为al，并且所述沸石不包括bo4四面体。sio4和xo4四面体在它们的拐角处经由共用的氧原子连接。theatlasofzeoliteframeworktypes(cbaerlocher,lbmccusker,dholson,6thed.elsevier,amsterdam,2007)连同其网络版(http://www.iza-structure.org/databases/")是关于沸石骨架的拓扑学和结构细节(包含沸石中存在的环结构的类型以及通过各环类型限定的通道的尺寸)的纲要。用于沸石的合成的经证明的制法和良好的实验室实践可参见“verifiedsynthesisofzeoliticmaterials”第二版，2001。用于包括bo4四面体的合成的多种经证明的制法是可用的。例如，cichocki和parasiewicz-kaczmarska已经描述了具有mfi拓扑结构的基于硼的沸石的合成和表征(zeolites1990,10,577-582)。
在一些实施方式中，所述至少一种催化剂体系包括至少一种酸性沸石，所述酸性沸石包括：两种或三种互连且非平行的通道系统，其中所述通道系统的至少一种包括10元以上的环通道；和如通过nmr测量的至少24的骨架si/x2比率；或者三种互连且非平行的通道系统，其中所述通道系统的至少两种包括10元以上的环通道；和如通过nmr测量的至少6的骨架si/x2比率；其中各x为al或b。
如本文中使用的，术语“通道系统”指的是平行且在晶体学上等效的通道的系统，其中所述通道为8元或更大的环通道，例如其中所述通道为10元环通道或12元环通道。因此，如本文中使用的，术语“通道”指的是如下的8元以上的通道：其为平行且在晶体学上等效的通道的系统的一部分。
用于本工艺中的优选沸石包括10元以上的环通道、例如10元环通道(10mr)、12元环通道(12mr)、或更大。各已知沸石骨架类型的环尺寸提供于theatlasofzeoliteframeworktypes(cbaerlocher,lbmccusker,dholson,6thed.elsevier,amsterdam,2007)中，将其引入本文作为参考。
如本文中使用的，术语“8元环通道”或“8mr”指的是包括未被阻塞的8元环的通道，其中所述8元环限定所述通道的最小直径。一个8元环包括(形成所述环的)8个t原子、和8个交替的氧原子，其中各t为si、al或b。如本文中使用的，术语“10元环通道”或“10mr”指的是包括未被阻塞的10元环的通道，其中所述10元环限定所述通道的最小直径。一个10元环包括(形成所述环的)10个t原子、和10个交替的氧原子，其中各t为si、al或b。如本文中使用的，术语“12元环通道”或“12mr”指的是包括未被阻塞的12元环的通道，其中所述12元环限定所述通道的最小直径。一个12元环包括(形成所述环的)12个t原子、和12个交替的氧原子，其中各t为si、al或b。如本文中使用的，术语“10元以上环通道”指的是10元或更大的环通道，并且因此包括例如10元环通道和12元环通道两者。
骨架si/x2比率可经由核磁共振(nmr)测量、更具体地29si和27alnmr测定。在一些实施方式中，x为al。在一种优选实施方式中，不存在骨架b，并且si/x2比率等于si/al2比率。通过nmr测定si/al2比率可如klinowski(ann.rev.mater.sci.1988,18,189-218)所描述的那样、或者如g.engelhardt和d.michel(high-resolutionsolid-statenmrofsilicatetesandzeolites.johnwiley&sons,chichester1987.xiv,485pp)所描述的那样测定。通过nmr测定si/b2比率可如d.trongon等(studiesinsurfacescienceandcatalysis1995,97,535-541；journalofcatalysis，1995年11月，第157卷，第1期，第235–243页)所讨论的那样进行。
本文中描述的工艺中使用的优选沸石可包括alo4四面体、bo4四面体、或两者。因此，在一些实施方式中，x2为(al2+b2)。因此，对于给定沸石，在骨架al被b取代、或者反过来时，si/x2骨架比率保持相同。然而，所虑及的是，在具体实施方式中，所述沸石可不包括bo4四面体、或者微小量的bo4四面体(例如，100或更大的al/b比率)。因此，在具体实施方式中，x2可为al2。本文中涉及的si/x2比率是如经由nmr测定的摩尔比率，除非另有说明。技术人员将理解，本文中涉及的si/x2比率等于sio2/x2o3摩尔比率，其中x2o3为(al2o3和/或b2o3)。而且，技术人员将理解，通过将si/x2比率除以2，得到si/x摩尔比率，其中x为(al和/或b)。因此，在一些实施方式中，用于本文中描述的工艺中的沸石可包括至少24的骨架si/x2比率、例如至少24的骨架si/al2比率，其中所述沸石进一步包括至少两种互连且非平行的通道系统，其中所述互连且非平行的通道系统的至少一种包括10元以上的环通道，即所述通道系统的至少一种包括10元以上的环通道，并且至少一种另外的通道系统包括8元以上环通道。这样的沸石的实例为包括选自包括如下的组的拓扑结构的沸石：fer、mfi、和mww。
在一些实施方式中，所述至少两种通道系统的两者全部包括10元以上的环通道。在一些实施方式中，所述通道系统的至少一种包括12元以上环通道。
在一些实施方式中，用于本文中描述的工艺中的沸石可包括至少6的骨架si/x2比率、例如至少6的骨架si/al2比率；其中所述沸石进一步包括三种互连且非平行的通道系统，其中所述互连且非平行的通道系统的至少两种包括10元以上的环通道，即所述通道系统的至少两种包括10元以上的环通道，并且另外的通道系统包括8元以上环通道。这样的沸石的实例包含，但不限于包括选自包括如下的组的拓扑结构的沸石：bea、fau、和mel。
在一些实施方式中，所述三种通道系统均包括10元以上的环通道。在具体实施方式中，所述通道系统的至少一种包括12元以上通道。在一些实施方式中，所述通道系统的至少两种包括12元以上环通道。这样的沸石的实例包含，但不限于包括选自包括如下的组的拓扑结构的沸石：bea和fau。
优选地，由沸石拓扑结构限定的通道大到足以为乳酸单体所接近，但是小到足以防止三聚体或更高阶低聚物的显著形成和/或扩散。因此，在一些实施方式中，所述沸石仅包括具有至多18、优选地至多14、例如至多12的环尺寸的通道。
在一些实施方式中，用于本文中描述的工艺中的沸石包括选自包括如下的组的拓扑结构：bea、mfi、fau、mel、fer、和mww。这些沸石提供特别高的对丙交酯的选择性。在某些实施方式中，所述沸石包括选自如下的拓扑结构：bea、mfi、fau、和mww。在具体实施方式中，所述沸石包括具有bea拓扑结构的沸石。在一些实施方式中，所述酸性沸石包括选自包括如下的组的拓扑结构：bea、mfi、fau、mel、fer、和mww，优选地bea。在一些实施方式中，所述至少一种催化剂体系包括酸性沸石，优选地其中所述至少一种催化剂体系包括h-bea沸石。适合用于本文中描述的工艺中的示例性的可商购获得的沸石包含，但不限于，β多形体a(bea拓扑结构)、zsm-5(mobil；mfi拓扑结构)、y沸石(fau拓扑结构)、和mcm-22(mobil；mww拓扑结构)。
在一些实施方式中，所述沸石包括具有至少
在一些实施方式中，所述沸石可进一步包括中孔。中孔的存在可增加乳酸到微孔的可达性，并且可因此进一步提高反应速度。然而，也虑及的是，所述沸石可不包括中孔。如本文中使用的，术语“中孔”指的是沸石晶体中的具有2.0nm-50nm的平均直径的孔。对于偏离圆柱形的孔形状，以上范围的中孔直径指的是等效的圆柱形孔。中孔平均直径可通过气体吸附技术例如n2吸附而测定。
所述沸石可原样例如作为粉末使用。在某些实施方式中，可将所述沸石通过与向成品催化剂产品提供额外的硬度或催化活性的其它材料组合而配制成催化剂。可与所述沸石共混的材料可为各种惰性的或催化活性的材料、或者各种粘结剂材料。这些材料包含例如如下的成分：高岭土和其它粘土、磷酸盐、氧化铝或氧化铝溶胶、二氧化钛、金属氧化物例如氧化锆、石英、二氧化硅或二氧化硅溶胶、金属硅酸盐、及其混合物。这些组分在使所述催化剂致密化和提高所配制的催化剂的强度方面是有效的。也可向催化剂配方添加稀土金属的各种形式。所述催化剂可配制成粒料、球、挤出为其它形状、或者形成为经喷雾干燥的颗粒。最终催化剂产品中含有的沸石的量可范围为整个催化剂的0.5-99.9重量％、优选地2.5-99.5重量％、优选地2.5-95重量％、优选地整个催化剂的2.5-90重量％、最优选地2.5-80重量％；例如20-95重量％、优选地20-90重量％、最优选地20-80重量％，其中重量％基于催化剂产品的总重量。
在一些实施方式中，可对用于本文中描述的工艺中的沸石进行(合成后)处理以提高si/x2骨架比率。提高沸石的si/al2比率的方法是本领域中已知的，并且包含经由(水)热处理将骨架脱铝、用酸提取骨架铝、和通过与卤化硅或六氟硅酸盐的反应而将骨架铝用硅代替。remy等方法(j.phys.chem.1996,100,12440-12447；特此引入作为参考)描述了示例性的脱铝方法。
用于本文中描述的工艺中的沸石优选地为布朗斯台德酸性沸石，即其在微孔中具有给质子位点。在一些实施方式中，所述沸石具有0.05-6.5mmol/g干重的布朗斯台德酸密度。当所有的alt-位点用酸性质子(与阳离子相对)抗衡时，布朗斯台德酸密度可直接由si/al2比率得到，例如如在handbookofheterogeneouscatalysis，第二版，编辑g.ertl，
用于本文中描述的工艺中的沸石可以酸性形式(酸性的h形式沸石)获得或者(部分地)用不同于h+的阳离子交换。在一些实施方式中，所述酸性的h形式沸石可原样使用。在一些其它实施方式中，用于本文中描述的工艺中的沸石可经历(合成后)处理以提高布朗斯台德酸密度。沸石中的布朗斯台德酸位点通过如下容易地产生：在水中用铵盐进行离子交换，之后将沸石内的铵离子热分解。替代地，酸位点可通过如下产生：在水中用多价金属阳离子(例如mg2+、ca2+、la3+、或者混合的稀土阳离子)的盐进行离子交换，之后热分解(j.weitkamp,solidstateionics2000,131,175-188；特此引入作为参考)。在一些实施方式中，所述酸性沸石具有0.05-6.5mmol/g干重的布朗斯台德酸密度。
在一些实施方式中，所述工艺在不存在任何催化剂体系的情况下进行。这样的工艺可具有降低最高达25-40％的转化率和产率。然而，这样的工艺具有如下优点：它们可以更低的容量(生产量，capacity)和更低的成本工作。这样的工艺具有如下优点：它们可在更高的再循环情况下工作。这样的工艺具有如下优点：分离是更容易的。
在一些实施方式中，所述工艺有时在至少一种催化剂体系的存在下进行并且有时在不存在任何催化剂体系的情况下进行。可取决于包含进料组成在内的多种因素进行选择。这展现了这样的工艺高的通用性。
在一些实施方式中，至少部分的所述催化剂体系被回收，优选地与至少部分的所述水一起被回收、优选地通过滗析步骤被回收。替代地，所述催化剂体系可通过过滤、离心分离或者用水力旋流器回收。
在一些实施方式中，至少部分的所述催化剂体系存在于所回收的溶剂中。可通过以上描述的方法将所述催化剂体系从所述溶剂分离。
在一些实施方式中，所述工艺包括回收至少部分的所述水的步骤，任选地其中所述水包括至少部分的所述至少一种催化剂体系。
在一些实施方式中，回收至少部分的所述水的步骤包括过滤步骤、优选地膜过滤、例如通过反渗透的膜过滤。在一些实施方式中，回收至少部分的所述水的步骤包括蒸馏步骤。在一些实施方式中，回收至少部分的所述水的步骤包括反应蒸馏。在一些实施方式中，回收至少部分的所述水的步骤包括反应蒸馏。在一些实施方式中，回收至少部分的所述水的步骤包括分壁塔蒸馏。蒸馏塔板可提供在反应器的顶部上。流体加热可由再沸器提供，所述再沸器优选地放置在反应器的底部处。
在一些实施方式中，回收热能的步骤是在回收至少部分的所述水的步骤之后进行的。
乳酸在工业上可经由葡萄糖或蔗糖的细菌发酵而制造。微生物发酵通常导致l-乳酸，这限制了pla的潜力，因为出色的立体复合物plla/pdla需要d-乳酸来源。在一些实施方式中，所述乳酸是通过葡萄糖或蔗糖的细菌发酵而获得的。
替代地，丙糖、己糖、纤维素、或甘油的化学催化转化可导致作为外消旋混合物获得的乳酸。在一些优选实施方式中，所述乳酸是通过丙糖、己糖、纤维素、或甘油的化学催化转化而获得的。
在一些实施方式中，所述乳酸包括l-乳酸。在一些优选实施方式中，所述乳酸包括d-乳酸。在一些实施方式中，所述乳酸包括至少90％重量、例如至少95％重量、例如至少98％重量、例如至少99％重量l-乳酸。
在一些实施方式中，提供至所述至少一个反应器的所述一种或多种组分包括至少3％重量的水且至多95％重量的水，其中％重量基于所述一种或多种组分的总重量；优选地至少5％重量且至多50％重量，其中％重量基于提供至所述至少一个反应器的所述一种或多种组分的总重量；优选地至少10％重量且至多30％重量，其中％重量基于提供至所述至少一个反应器的所述一种或多种组分的总重量。
在一些实施方式中，提供至所述至少一个反应器的所述一种或多种组分至少90％重量、优选地至少95％重量、优选地至少99.5％重量的溶剂，其中％重量基于所述一种或多种组分的总重量。
在一些实施方式中，提供至所有反应器的全部量溶剂的质量流量为提供至所有反应器的乳酸的质量的至少4倍-至多30倍、优选地至少6倍-至多25倍、优选地至少9-至多20倍。
在一些实施方式中，提供至所述至少一个反应器的所述一种或多种组分包括至少1％重量的催化剂体系且至多25％重量的催化剂体系，其中％重量基于所述一种或多种组分的总重量；优选地至少3％重量且至多10％重量，其中％重量基于提供至所述至少一个反应器的所述一种或多种组分的总重量。
在一些实施方式中，提供至所述至少一个反应器的所述一种或多种组分包括至多1.00％重量、优选地至多0.10％重量、优选地至多0.01％重量的不同于乳酸的有机酸，其中％重量基于提供至所述至少一个反应器的所述一种或多种组分的总重量。
丙交酯具有两个不对称碳原子，因此其可以三种立体异构形式获得：其中两个不对称碳原子均具有l(或s)构型的l-l-丙交酯；其中两个不对称碳原子均具有d(或r)构型的d-d-丙交酯；和其中一个不对称碳原子具有l-构型并且另一个具有d-构型的内消旋丙交酯(d-l-丙交酯)。
在本文中描述的工艺的一些实施方式中，所述羟基羧酸为l-乳酸(对映体过量为至少90％、优选地至少95％,更优选地至少98％)并且相应的环状酯为l-l-丙交酯。
在本文中描述的工艺的一些实施方式中，所述羟基羧酸为d-乳酸(对映体过量为至少90％、优选地至少95％,更优选地至少98％)并且相应的环状酯为d-d-丙交酯。
在一些实施方式中，回收至少部分的热能的步骤在将所回收的丙交酯纯化的步骤之前进行。在一些实施方式中，回收至少部分的热能的步骤在所述纯化结晶步骤之前进行。
在一些实施方式中，回收至少部分的热能的步骤在将所回收的丙交酯纯化的步骤期间进行。在一些实施方式中，回收至少部分的热能的步骤在所述纯化结晶步骤期间进行。
在一些实施方式中，将所回收的丙交酯纯化的步骤包括溶剂-溶剂萃取步骤。在一些实施方式中，将所回收的丙交酯纯化的步骤包括过滤步骤、优选地通过膜的过滤步骤。这样的工艺具有如下优点：产生高品质水。所述过滤优选地用于分离来自结晶步骤的固体丙交酯。该过滤可被在不使用过滤器的情况下分离所述固体的结晶系统例如如下的静态结晶器代替：其中丙交酯在所述结晶器的壁上面结晶。纯化步骤典型地在过滤步骤之后(或者如果不使用过滤的话，在结晶化之后)发生。目的是除去所分离的丙交酯中存在的痕量溶剂以产生例如至少99％以上、优选地至少99.9％、优选地至少99.99％的高纯度丙交酯。在该步骤中，可使用、但是不优选溶剂/溶剂萃取。代替地，可使用真空闪蒸以将所述溶剂以低的压力和刚好在如之前段落中书写的丙交酯熔点之下的温度蒸发。
在一些实施方式中，所述工艺具有至少60％、优选地至少65％、优选地至少70％、优选地至少75％、优选地至少80％、优选地至少85％的丙交酯产率。
在一些优选实施方式中，所述工艺进一步包括如下步骤：将至少部分的所回收的丙交酯转化为聚乳酸(pla)、优选地plla。
通过以下实施例说明本发明的优点。
实施例
实施例1
该实施例说明根据本发明实施方式的组合的用于由乳酸合成丙交酯的工艺。参照由图1a、图1b、图1c、和图1d组成的图1，其表示实施例1的工艺的流程图。
提供原始进料(100)，其中原始进料(100)包括乳酸(110)。当所述乳酸由基于生物的原料获得时，原始进料(100)通常还包括乳酸二聚体(120)、乳酸低聚物(130)、和水(140)。所述组分的流循环可通过一个或多个泵(101、102、103、104)进行。
单独地提供溶剂补给(150)。催化剂体系(160)存在于封闭循环中。可提供催化剂补给以替换减活的催化剂。该催化剂补给可直接添加至第一反应器或者注入至进料管线中或者与新鲜进料一起注入。
将进料组分(110、120、130、140)、和任选的催化剂体系(160)提供至适合于一步丙交酯形成的第一反应器(710)。将溶剂(150)单独地提供至第一反应器(710)。将离开第一反应器的混合物提供至适合于一步丙交酯形成的第二反应器(720)。
将进料组分(110、120、130、140)任选地通过蒸汽发生器(500)加热，蒸汽发生器(500)产生加热的蒸汽(511)，蒸汽(511)通过热交换器(510)将热传到进料组分(110、120、130、140)上。所得冷却的蒸汽或者冷凝的水(512)然后可通过蒸汽发生器(500)而被再次加热。
所述溶剂例如通过蒸汽发生器(500)而被加热，蒸汽发生器(500)产生加热的蒸汽(521)，蒸汽(521)通过热交换器(520)将热传到溶剂组分(150)上。所得冷却的蒸汽或冷凝的水(522)然后可通过蒸汽发生器(500)而被再次加热。
可将原始进料(100)与从离开第一反应器(710)和第二反应器(720)的混合物回收的水(140)、和任选的乳酸低聚物(130)和/或催化剂体系(160)组合，以获得混合物。该水(140)与来自原始进料(100)的水(140)一起可用于将(由反应器(710、720)获得或者早已存在于原始进料(100)中的)乳酸低聚物(130)在再循环管道中水解为乳酸(100)和乳酸二聚体(120)。该水(140)与来自原始进料(100)的水(140)一起还可用于将(存在于封闭循环中的)催化剂体系(160)在再循环管道中再生。任选地，提供单独的再循环反应器(730)。
水(140)分离(任选地其中水(140)包括乳酸低聚物(130)和/或催化剂体系(160))可发生在反应器之间(410)、在第二反应器(720)之后作为滗析步骤(420)(或者替代地通过蒸馏或离心)发生。然后将所述混合物在与原始进料(100)混合之后送至水分离膜(430)。这些步骤导致高品质水(400)以及将被送至反应器的具有经调节的水浓度的混合物。来自滗析步骤的含有水的出口物流可由于在滗析器内低聚物的可能水解而具有一些la和l2a。
从离开第二反应器(720)的混合物，在滗析步骤(420)中将任选地包括乳酸低聚物(130)和/或催化剂体系(160)的水(140)从丙交酯(200)和溶剂(150)分离。
将丙交酯(200)和溶剂(150)使用任选的用于丙交酯结晶的制冷循环(300)进一步分离。该冷却可通过制冷(如在该实施例中)、或者简单地通过冷却水进行。用于丙交酯结晶的制冷循环(300)优选地包括压缩机(310)、用于制冷循环的热交换器(311、312)、和用于制冷循环的阀门(315)。优选地，丙交酯结晶以两个步骤发生：丙交酯(200)在第一结晶反应器(301)中结晶(任选地具有热回收)并且丙交酯(200)在第二结晶反应器(302)中结晶以完成结晶。
随后使用丙交酯过滤器(210)将丙交酯(200)从溶剂(150)分离。使用用于丙交酯纯化的阀门(215)和丙交酯纯化器(220)，可进行丙交酯(200)的进一步纯化。
能量优化设置有多个热回收步骤(所选温度示于图1中)。第一热回收步骤(610)通过热交换器(611)从离开第二反应器的丙交酯(200)和溶剂(150)回收热能，并且通过热交换器(612)将所述热能提供至溶剂(150)。第二热回收步骤(620)通过热交换器(621)从离开第一和/或第二反应器的水(140)、和任选的乳酸低聚物(130)和/或催化剂体系(160)回收热能，并且通过热交换器(622)将所述热能提供至溶剂(150)。第三热回收步骤(630)回收结晶步骤(301)期间来自丙交酯(200)和溶剂(150)的热能，并且通过热交换器(632)将所述热能提供至溶剂(150)。
对于10.12吨/h的入口进料流量，该实施例允许产生7.29吨/h的丙交酯和2.84吨/h的水。
入口流包括90％重量的乳酸等同物和明显的10％重量的水。所述乳酸等同物本身包括大约70％重量的乳酸、23％重量的乳酸二聚体和7％重量的乳酸三聚体，％重量基于所述乳酸等同物的总重量。相关地，要添加至所述工艺或者在所述工艺期间释放的热量在图1中(作为q＝…)提及，用于这些热量的单位为kj/秒。在两个结晶化步骤期间，可回收2200kwh，这对应于在所述工艺期间的全部所回收的能量的约20％。这也在制冷循环中需要少50％的冷却能力。
实施例2
图2说明可用于本发明中的半间歇催化剂注入系统。
水分离单元的入口物流典型地含有大含量的催化剂(最高达30重量％)。该高的催化剂含量可对水分离段中使用的膜或过滤器有害。在此情况下，可在该单元的上游安装催化剂分离单元以保护过滤器/膜。在此情况下，可使用水力旋流器或离心分离器来分离催化剂并且将其再注入到反应器入口物流中或者有可能直接再注入到反应器中。将催化剂直接注入到反应器中具有能够对于反应器入口物流使用通常的泵的优点。
催化剂注入到反应器中可需要专门的系统，特别是在加压反应器的情况下。可能的方法是使用与图2中提出的构型类似的半间歇催化剂注入系统。该系统分三个阶段操作：存储：在此期间阀门(22)关闭并且系统从来自离心分离器的物流(1)接收催化剂；-加压：在该阶段中，通过关闭阀门(21)将催化剂入口堵上并且经由气体入口管线(3)使系统处于压力下；-排放：在该阶段期间通过将阀门(22)部分地打开而将催化剂排放到反应器中。
取决于工艺构型，对于各反应器，可安装两个或三个催化剂注入系统。
实施例3
溶剂的作用是避免水和所产生的丙交酯之间的直接接触。然而，水的存在可经由低聚物的水解而具有积极影响。在溶剂对丙交酯具有良好的溶解性并且对水具有很小的溶剂性的情况下，其对于反应器中的丙交酯将是不太有害的。然而，如果溶剂未良好地溶解所产生的丙交酯，则水的存在可导致丙交酯水解。这取决于总体的反应和溶解机理。
在该实施例中提出了一些替代设计以将蒸馏选项直接添加到反应器中用于原位水分离。在此情况下可使用多种类型的反应蒸馏反应器。图3显示一些可能的构型。取决于溶剂的性质，可使用其它种类的设计。可使用一些先进蒸馏系统例如分壁塔以在反应器内产生浓缩的丙交酯出口物流以使下游分离步骤容易。通过利用热集成来回收蒸馏所固有的气化能的至少一部分，可降低能耗。
实施例4
该实施例说明根据本发明实施方式的组合的用于由乳酸合成丙交酯的工艺。参照图4，其表示实施例4的工艺的流程图。将所有的热能经由溶剂物流添加，从而与实施例1相比使capex进一步降低。
提供原始进料(100)，其中原始进料(100)包括乳酸(110)。当所述乳酸由基于生物的原料获得时，原始进料(100)通常还包括乳酸二聚体(120)、乳酸低聚物(130)、和水(140)。所述组分的流循环可通过一个或多个泵(101、102、103、104)进行。
单独地提供溶剂补给(150)。催化剂体系(160)存在于封闭循环中。可提供催化剂补给以替换减活的催化剂。该催化剂补给可直接添加至第一反应器或者注入到进料管线中或者与新鲜进料一起注入。
将进料组分(110、120、130、140)、和任选的催化剂体系(160)提供至适合于一步丙交酯形成的第一反应器(710)。将溶剂(150)单独地提供至第一反应器(710)。将离开第一反应器的混合物提供至适合于一步丙交酯形成的第二反应器(720)。
所述溶剂例如通过蒸汽发生器(500)而被加热，蒸汽发生器(500)产生加热的蒸汽(521)，蒸汽(521)通过热交换器(520)将热传到溶剂组分(150)上。所得冷却的蒸汽或冷凝的水(522)然后可通过蒸汽发生器(500)而被再次加热。
可将原始进料(100)与从离开第二反应器(720)的混合物回收的水(140)、和任选的乳酸低聚物(130)和/或催化剂体系(160)组合，以获得混合物。该水(140)与来自原始进料(100)的水(140)一起可用于将(由反应器(710、720)获得或者早已存在于原始进料(100)中的)乳酸低聚物(130)在再循环管道中水解为乳酸(100)和乳酸二聚体(120)。该水(140)与来自原始进料(100)的水(140)一起还可用于将(存在于封闭循环中的)催化剂体系(160)在再循环管道中再生。任选地，提供单独的再循环反应器(730)。
水(140)分离(任选地其中水(140)包括乳酸低聚物(130)和/或催化剂体系(160))可在第二反应器(720)之后作为滗析步骤(420)(或者替代地通过蒸馏或离心)进行。所述混合物然后在与原始进料(100)混合并且任选地穿过再循环反应器(730)之后被送至水分离膜(430)。这些步骤导致高品质水(400)以及将被送至反应器的具有经调节的水浓度的混合物。来自滗析步骤的含有水的出口物流可由于在滗析器内低聚物的可能水解而具有一些la和l2a。
从离开第二反应器(720)的混合物，在滗析步骤(420)中将任选地包括乳酸低聚物(130)和/或催化剂体系(160)的水(140)从丙交酯(200)和溶剂(150)分离。
将丙交酯(200)和溶剂(150)使用任选的用于丙交酯结晶的制冷循环(300)进一步分离。该冷却可通过制冷(如在该实施例中)、或者简单地通过冷却水进行。用于丙交酯结晶的制冷循环(300)优选地包括压缩机(310)、用于制冷循环的热交换器(311、312)、和用于制冷循环的阀门(315)。优选地，丙交酯结晶以两个步骤发生：丙交酯(200)在第一结晶反应器(301)中结晶(任选地具有热回收)并且丙交酯(200)在第二结晶反应器(302)中结晶以完成结晶。
随后使用丙交酯过滤器(210)将丙交酯(200)从溶剂(150)分离。使用用于丙交酯纯化的阀门(215)和丙交酯纯化器(220)，可进行丙交酯(200)的进一步纯化。
能量优化设置有多个热回收步骤(所选温度示于图4中)。第一热回收步骤(610)通过热交换器(611)从离开第二反应器的丙交酯(200)和溶剂(150)回收热能，并且通过热交换器(612)将所述热能提供至溶剂(150)。第二热回收步骤(620)通过热交换器(621)从离开第一和/或第二反应器的水(140)、和任选的乳酸低聚物(130)和/或催化剂体系(160)回收热能，并且通过热交换器(632)将所述热能提供至溶剂(150)。
与实施例5相比，将以上进料(100)注入到来自滗析步骤(420)的所分离的水物流中。因此，进料(100)在未使用热交换器的情况下由于直接混合而被加热至96℃。这导致与存在于所述进料中的乳酸低聚物水解为la和l2a。而且，所述进料必须穿过水分离膜(430)，其使进料到反应器中的水含量降低。因此，再循环率降低约20％。由于取代了能量密集的蒸馏单元，加热速率显著降低。由于热集成和取代了蒸馏单元，该实施例中需要的全部热为实施例5中的需求的约25％。另外，该实施例中的含有丙交酯的物流(200)的最大温度被限制为168℃，这允许避免ld的热降解。
实施例5
该实施例说明用于由乳酸合成丙交酯的工艺。参照图5，其表示实施例5的工艺的流程图。
提供原始进料(1100)，其中原始进料(1100)包括约10％重量的水(1140)和约90％重量乳酸等同物，所述乳酸等同物自身包括乳酸(1110)、乳酸二聚体(1120)、乳酸低聚物(1130)。所述组分的流循环可通过一个或多个泵(1101、1102、1103、1104)进行。催化剂体系(1160)存在于封闭循环中。
将进料组分(1110、1120、1130、1140)、催化剂体系(1160)、和溶剂(1150)混合和在第一热交换器(1691)中加热，之后这些组分进入适合于一步丙交酯形成的反应器(1740)。在反应器(1740)中1小时的停留时间之后，反应产物离开反应器(1740)并且通过离心(1440)将固体(包括催化剂(1160)从反应混合物的其余部分分离。将所述固体送至再循环反应器(1730)。将液体级分进料到蒸馏塔(1450)中，在其中将重质馏分从轻质馏分分离。所述轻质馏分包括与水(1140)形成共沸物的溶剂(1150)(在此情况下癸烷)。使该轻质馏分穿过热交换器(1693)以被冷却并且将水(1400)从轻质馏分分离。所述重质馏分包括丙交酯(1200)、乳酸二聚体(1120)和乳酸低聚物(1130)。
使所述重质馏分穿过热交换器(1692)以将其冷却，之后将其在结晶反应器(1303)中结晶并且通过过滤器(1210)过滤。滤液被作为溶剂(1150)再利用并且将乳酸二聚体(1120)和乳酸低聚物(1130)携带回反应器中。将固体级分在丙交酯纯化器(1220)进一步纯化以产生期望的丙交酯(1200)。可将任选的再生步骤添加到溶剂和进料物流中以通过用水水解而再生乳酸低聚物(1130)和乳酸二聚体(1120)，之后与催化剂物流混合。
对于10.12吨/h的入口进料流量，该实施例允许产生7.18吨/h的丙交酯和2.83吨/h的水。相关地，要添加至所述工艺或者在所述工艺期间释放的热量在图5中(作为q＝…)提及，其中qc代表“冷却热速率”和qr代表再沸器热速率。用于这些热量的单位为kj/秒。
该实施例中的蒸馏塔需要大量的能量，即30mj/s。并未将所有的乳酸低聚物从所述重质馏分除去。这在丙交酯的纯化期间需要额外的努力并且其使得轻质馏分的循环系统对于将低聚物变成可用于丙交酯形成的起始材料而言不太有效。进一步地，需要有再沸器将包括丙交酯(1200)的重质馏分温热至约288℃。这导致所形成的丙交酯(1200)的部分降解，从而不利地影响整个工艺的产率。所有这些可导致比实施例1的工艺中高出约20％的能耗。
该设置的另一缺点是，进料是刚好在反应器之前添加的，而实施例1和实施例4中的进料被添加在水再循环回路中。实施例1和4中的进料在其进入反应器(710)之前必须穿过再循环反应器(730)。这具有如下优点：即使在进料进入反应之前，存在于进料中的低聚物也正被分解为la或l2a，并且作为有用的起始材料进入反应器(710)。如果将进料直接添加至反应器，则低聚物无法参与反应并且只有在它们经历裂解步骤之后才能够被处理。总的来说，这使整个丙交酯形成的效率降低。
实施例6
催化剂在一定量的乳酸低聚物粘附在催化剂表面上的情况下离开反应器。图6显示所使用的催化剂颗粒在没有再生之后、在水中在45℃下再生15分钟之后和再生30分钟之后的热重分析(tga)。该图的第一张图(0h)显示对在表面上包括低聚物的未经再生的催化剂进行的tga结果。在此情况下可辨别出三个峰，第一个峰(约100℃)对应于水的除去，第二个峰(在200℃和300℃之间)对应于溶剂的除去，和第三个峰(在300℃和370℃之间)对应于低聚物从催化剂表面的除去。第二张图(15min)显示对于在表面上包括低聚物的相同催化剂在与45℃的水接触15分钟以使低聚物水解和使催化剂再生之后的tga结果。在此情况下，与低聚物有关的第三个峰未出现，表明与水的接触已经完全地将低聚物除去和使催化剂再生。第三张图显示对于在表面上包括低聚物的相同催化剂在与45℃的水接触30分钟之后的tga结果。该tga结果与在15分钟水暴露之后的tga结果大致相同。这些结果显示，催化剂可通过水、在15分钟以下的接触时间内有效地再生。
如果水温高于45℃(如其中在滗析器中所分离的水和催化剂物流具有170℃的温度的实施例1和4中所示那样)并且有高的水含量可用，则可减少接触时间。
本领域中为了将催化剂再生而经常使用的技术为使粘至催化剂表面(结焦的催化剂)的低聚物燃烧，其中将所积聚的低聚物从催化剂表面烧掉。然而，该技术需要额外的能量用于该燃烧并且挤压并缩短了催化剂寿命。
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