BR112015013264B1 - Método para produzir acrilamida - Google Patents
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Abstract
método para produzir acrilamida. provido um método que é para produzir acrilamida, produzir acrilamida continuamente a partir de acrilonitrila us ando um biocatalisador, e é caracterizado em que uma reação contínua é iniciada por meio da introdução de acrilamida dentro de um vaso de reação e então fazendo com que a acrilonitrila contate um biocatalisador. o método para produzir acrilamida tem operabilidade superior e um baixo custo, e é capaz de extrair continuamente uma solução aquosa de acrilamida com uma concentração alvo em um curto período de tempo após o início da reação contínua.
Description
[001] A presente invenção se refere a um método para produzir acrilamida, mais especificamente a um método para produzir acrilamida a partir de acrilonitrila usando um biocatalisador.
[002] A produção de um composto desejado usando um biocatalisador tem benefícios tais como condições de reação suaves, um nível de pureza superior do produto de reação com menos subprodutos contidos ali, e procedimentos de produção simplificados. Consequentemente, tal método é usado para produzir vários compostos. Para produzir compostos de amida, biocatalisadores têm sido amplamente usados desde a descoberta de nitrila hidratase, que é uma enzima para converte um composto de nitrila em um composto de amida correspondente.
[003] Quanto a produzir industrialmente acrilamida usando um biocatalisador, um chamado método de reação continua é amplamente usado; isto é, enquanto matérias primas e um biocatalisador são introduzidos dentro de um vaso de reação continuamente ou intermitentemente, uma solução da acrilamida produzida é continuamente ou intermitentemente restaurada do vaso. Exemplos de reações contínuas são descritos nas publicações de patente 1~4.
[004] Em um método conhecido para produzir acrilamida continuamente, água é introduzida dentro de um vaso de reação antes do início de reações contínuas. As publicações de patente 1 e 2 descrevem métodos para introduzir água dentro de um vaso de reação antes do início de reações contínuas. Igualmente, nas publicações de patente 3 e 4, após água e um biocatalisador serem introduzidos antes do início de reações contínuas e serem então aquecidos para uma temperatura predeterminada, acrilonitrila é fornecida dentro do vaso de reação para iniciar as reações contínuas. PUBLICAÇÃO DA TÉCNICA ANTECEDENTEPUBLICAÇÃO DE PATENTEPublicação de patente 1: JP2001-340091APublicação de patente 2: WO2012/039407Publicação de patente 3: JP2004-524047APublicação de patente 4: JP2004-528037A
[005] Após o início das reações contínuas, leva um tempo para aconcentração de uma solução de acrilamida restaurada do vaso alcançar o nível desejado. A acrilamida produzida é diluída com a água que foi introduzida dentro do vaso de reação de antemão em cada das publicações de patente 1~4 mencionadas acima. Consequentemente, a concentração da solução de acrilamida restaurada do vaso permanece inferior ao nível desejado durante algum tempo após as reações contínuas serem iniciadas.
[006] A solução de acrilamida com uma concentração inferior a donível de concentração desejado não pode servir como um produto acabado. Desse modo, é necessário concentrar a solução em um nível desejado ou reciclar a solução restaurando a mesma do vaso de reação e a alimentando de volta para o vaso. Como um resultado, o custo de dispositivos de equipamento necessários para concentração ou para propósitos de reciclagem, junto com custos de energia, aumenta. Além disso, os procedimentos operacionais serão complexos.
[007] Considerando o acima, o objetivo da presente invenção éprover um método para produzir acrilamida continuamente a partir de acrilonitrila usando um biocatalisador; isto é, prover um método para produzir acrilamida com baixo custo com procedimentos simplificados, o que permite que uma solução de acrilamida com um nível de concentração desejado seja restaurada continuamente logo após as reações contínuas serem iniciadas.
[008] Para resolver os problemas mencionados acima, em um método para produzir acrilamida continuamente a partir de acrilonitrila usando um biocatalisador, a presente invenção é caracterizada em que acrilamida é introduzida dentro de um vaso de reação, e então reações contínuas são iniciadas colocando acrilonitrila em contato com o biocatalisador.
[009] Mais especificamente, um aspecto da presente invenção é prover um método de produção em que reações contínuas são conduzidas em P púogtqu fg xcuqu fg tgc>«q *“P” fi wo púogtq kpVgktq fg 3 qw ockqt+ swg são conectados em série. Antes do início das reações contínuas, a concentração da solução de acrilamida a ser introduzida dentro do i-enésimo xcuq fg tgc>«q *“k” fi wo púogtq kpVgktq fg 1\P) fi cjwuVcfc c Ei [% em massa] ou superior obtida pela fórmula (1) mostrada abaixo.
(na fórmula, ∑Xn indica a taxa total de fluxo [kg/h] de umasoluÁ„o de acrilonitrila a ser fornecida para o primeiro atravÈs dos i-enÈsimosvasos de reaÁ„o;∑F1n indica a taxa total de fluxo [kg/h] de ·gua bruta a serfornecida para o primeiro atravÈs dos i-enÈsimos vasos de reaÁ„o; e∑F2n indica a taxa total de fluxo [kg/h] da soluÁ„o debiocatalisador a ser fornecida para o primeiro atravÈs dos i-enÈsimos vasos dereaÁ„o.)
[0010] No método de produção, é preferido que a concentração de Ci seja 5%~60%. Além disso, é preferido que acrilamida seja introduzida dentro de um vaso de reação dentro do qual uma solução de acrilonitrila é fornecida diretamente. Além disso, é preferido que a quantidade de líquido da solução de acrilamida presente em um vaso de reação antes do início das reações contínuas seja 70%~i20% da quantidade de líquido no vaso de reação durante as reações contínuas. Igualmente, antes do início das reações contínuas, é preferido que um vaso de reação contenha 3000~150000U de um biocatalisador (atividade a temperatura de reação de 10°C) por 1 litro do líquido no vaso de reação. O método de produção usa um vaso de reação contínua que é feito de 2~10 unidades conectadas, por exemplo.
[0011] Pcu I'oπncu fg tgcnkzc>«q fc rtgugpVg kpxgp>«q. “um método rctc rtofwzkt cetklcoifc eontimicnigntg” ukipkfiec wo ofiVofo fg rtofw>«o contínua (reações contínuas) realizado fornecendo continuamente ou intermitentemente materiais de reação (incluindo biocatalisador, acrilonitrila e água bruta); e restaurando continuamente ou intermitentemente uma mistura de reação (incluindo os materiais de reação e acrilamida produzida) sem restaurar a quantidade total da mistura de reação no vaso de reação.
[0012] De acordo com um aspecto da presente invenção, uma solução de acrilamida tendo um nível de concentração desejado é obtida logo antes do início das reações contínuas, permitindo assim a produção eficiente, e com baixo custo de acrilamida.
[0013] A seguir está uma descrição detalhada de um método para produzir acrilamida de acordo com as formas de realização da presente invenção.
[0014] Biocatalisadores incluem células de animais, células de plantas, organelas, células bacterianas (células vivas ou células mortas) e produtos tratados dos mesmos que contenham enzimas para catalisar as reações desejadas. Exemplos de produtos tratados são enzimas brutas ou purificadas extraídas das células, organelas ou células bacterianas, assim como células de animais, células de plantas, organelas, células bacterianas (células vivas ou células mortas) ou enzimas das mesmas imobilizadas usando métodos amplos, métodos de reticulação, métodos de ligação de veículo ou similares.
[0015] Exemplos de células de animais incluem células de macaco COS-7, células Vero, células CHO, células L de camundongos, células GH3 de ratos, células FL humanas e similares. Exemplos de células de plantas incluem células BY-2 de tabaco.
[0016] Exemplos de células bacterianas são microrganismos que pertencem ao gênero Nocardia, ao gênero Corynebacterium, ao gênero Bacillus, ao gênero Pseudomonas, ao gênero Micrococcus, ao gênero Rhodococcus, ao gênero Acinetobacter, ao gênero Xanthobacter, ao gênero Streptomyces, ao gênero Rhizobium, ao gênero Klebsiella, ao gênero Enterobacter, ao gênero Erwinia, ao gênero Aeromonas, ao gênero Citrobacter, ao gênero Achromobacter, ao gênero Agrobacterium, ao gênero Pseudonocardia e similares.
[0017] Aquelas células de animais, células de plantas, organelas e células bacterianas incluem tipos selvagens e tipos geneticamente modificados.
[0018] Quanto a métodos de imobilização, um método amplo é envolver células bacterianas ou enzimas em uma malha fina de um gel de polímero ou revestir as mesmas com membranas de polímero semipermeáveis; um método de reticulação é reticular enzimas usando um agente tendo dois ou mais grupos funcionais (agente de reticulação polifuncional); e um método de ligação de veículo é ligar as enzimas em um veículo insolúvel em água. Veículos a serem usados para a imobilização são, por exemplo, contas de vidro, géis de sílica, poliuretano, poliacrilamida, alcoóis polivinílicos, caragenano, ácidos algínicos, ágars, gelatinas e similares.
[0019] Exemplos de enzimas são, por exemplo, nitrilas hidratases produzidas pelos microrganismos mencionados acima ou similares.
[0020] A quantidade de um biocatalisador a ser usado é selecionada apropriadamente de acordo com o tipo e forma do biocatalisador. Por exemplo, é preferido que a atividade de um biocatalisador a ser introduzido dentro do vaso de reação seja ajustada para ser aproximadamente 50~500 U por 1 miligrama de células secas a uma temperatura de reação de 10°C. No rtgugpVg rgfkfq. woc wpkfcfg “W” uigniíkec cVkxkfcfg rctc rtqfwzkt 3 oketq- mole/1 min. de acrilamida a partir de acrilonitrila.
[0021] Água bruta é usada para reações de hidratação com acrilonitrila quando acrilamida é produzida. Exemplos de água bruta são água, soluções obtidas pela dissolução de ácidos ou sal em água e similares. Exemplos de ácidos são ácidos fosfóricos, ácidos acéticos, ácidos cítricos, ácidos bóricos, ácidos acrílicos, ácidos fórmicos e similares. Exemplos de sais são sais de sódio, sais de potássio, sais de amônio e similares dos ácidos listados acima. Exemplos específicos de água bruta não são particularmente limitados a qualquer tipo, mas incluem água pura, água ultra pura e água da bica; e tampões tais como tampão tris, tampão fosfato, tampão acetato, tampão citrato e tampão borato. É preferido que o pH (a 20°C) da água bruta seja 5~9.
[0022] O tipo de acrilonitrila não é especificamente limitado, e qualquer acrilonitrila disponível comercialmente pode ser usada. Para reduzir o consumo de um biocatalisador quando acrilamida é produzida, acrilonitrila com uma concentração de ácido hidrociânico de 3 ppm ou inferior é preferida.
[0023] A temperatura de reação (temperatura da mistura de reação) para as reações de hidratação de acrilonitrila não é especificamente limitada, mas é preferido que seja 10~50°C, mais preferivelmente 15~40°C, e ainda mais preferivelmente 20~35°C. Quando a temperatura de reação é 10°C ou superior, a atividade de reação de um biocatalisador é bem aumentada. Igualmente, quando a temperatura de reação é 50°C ou inferior, a inativação do biocatalisador é mais fácil de suprimir.
[0024] Um vaso de reação pode ser usado, ou múltiplos vasos de reação podem ser usados em combinação. No entanto, quando levando em consideração a operação eficiente na produção industrial em massa de acrilamida, o uso de dois ou mais vasos de reação, por exemplo, 2~10 vasos, é preferido.
[0025] Exemplos de vasos de reação são reatores de tanque agitado, leito fixo, leito fluidizado, leito em movimento, colunares, e tubulares. Vasos de reação com tipos diferentes também podem ser combinados. Um dispositivo de agitação é preferido para ser provido para o vaso de reação. Lâminas de agitação são preferidas como dispositivo de agitação. A forma das lâminas de agitação não é especificamente limitada, e pás, turbinas com disco, propulsores, cintas helicoidais, âncoras, agitadores Pfaudler e similares podem ser usados.
[0026] Quanto ao vaso de reação dentro do qual água bruta, um biocatalisador e acrilonitrila são fornecidos, ele não está limitado ao vaso que está posicionado sobre o lado a montante mais distante, mas pode ser qualquer vaso de reação sobre o lado à jusante contanto que a eficiência de reação ou similares não seja diminuída. Aqui, um lado a montante significa o lado dentro do qual os materiais de reação fluem e um lado à jusante significa o lado a partir do qual a mistura de reação é restaurada.
[0027] A água bruta ou uma mistura de reação (incluindo materiais de reação e a acrilamida produzida), pelo menos um tipo de monocarboxilato solúvel em água tendo dois ou mais átomos de carbono pode ser adicionados Água bruta contendo pelo menos um tipo de monocarboxilato solúvel em água tendo dois ou mais átomos de carbono também pode ser fornecida para um vaso de reação. Alternativamente, quando reações contínuas são conduzidas usando múltiplos vasos de reação, pelo menos um tipo de monocarboxilato solúvel em água tendo dois ou mais átomos de carbono pode ser adicionado ao líquido de reação contendo acrilamida restaurada de um vaso de reação, e então a mistura pode ser fornecida para o próximo vaso de reação. Fazendo isso, a estabilidade da acrilamida no líquido de reação é melhorada.
[0028] Um monocarboxilato solúvel em água pode ser qualquer monocarboxilato saturado ou monocarboxilato insaturado. Exemplos de ácidos carboxílicos saturados são ácidos acéticos, ácidos propiônicos, ácidos n-capróicos e similares. Exemplos de ácidos carboxílicos insaturados são ácidos acrílicos, ácidos metacrílicos, ácidos vinil acéticos e similares. Os sais mais prováveis de serem usados são sais de sódio, sais de potássio e sais de amônio de ácidos monocarboxílicos saturados ou ácidos monocarboxílicos insaturados.
[0029] É preferido que a quantidade de um monocarboxilato solúvel em água a ser adicionado na acrilamida seja 20~5000 mg/kg em termos de ácido.[Condições Gerais de Reação]
[0030] O tempo de retenção para a mistura de reação (tempo de reação) não é especificamente limitado, mas 1~30 horas, mais preferivelmente 2~20 horas, são preferidas. Aqui, tempo de retenção indica o valor obtido quando o volume total [m3] de líquido de reação (quando existem múltiplos vasos de reação, a soma da mistura de reação contida em todos os vasos de reação) é dividido pela taxa de fluxo [m3/h] da mistura de reação a ser restaurada continuamente do vaso de reação.
[0031] Para diminuir a carga de resfriamento de um vaso de reação, é preferido que água bruta e/ou acrilonitrila a serem fornecidas tenha uma temperatura de pelo menos 5°C inferior a temperatura de reação. É preferido que o pH para reações de hidratação de acrilonitrila para produzir acrilamida seja 6~9, mais preferivelmente 7~8,5. Os valores do pH são medidos, por exemplo, usando indicadores, eletrodos de metal, eletrodos de vidro, sensores semi-condutores ou similares. Entre estes, um método de eletrodo de vidro amplamente usado para produção industrial é preferido.
[0032] O método para produzir acrilamida de acordo com a forma de realização da presente invenção é produzir acrilamida continuamente a partir de acrilonitrila usando um biocatalisador, caracterizado por colocar a acrilonitrila em contato com um biocatalisador na presença de acrilamida a fim de iniciar as reações contínuas. Mais especificamente, quando acrilamida está presente em um vaso de reação, materiais de reação (incluindo biocatalisador, acrilonitrila, água bruta) são fornecidos para o vaso de reação para iniciar as reações contínuas. É uma opção introduzir acrilamida primeiro dentro de um vaso de reação e iniciar as reações pela adição dos materiais de reação dentro do vaso de reação, ou introduzir simultaneamente acrilamida e materiais de reação dentro de um vaso de reação para iniciar as reações. O estado da acrilamida não é especificamente limitado, mas uma solução aquosa é preferida levando em consideração a facilidade de manipulação. Quando as reações são iniciadas na presença de acrilamida, é mais fácil restaurar uma solução de acrilamida com a concentração desejada rapidamente após a reação ter iniciado.
[0033] Quando múltiplos vasos de reação são usados, acrilamida é introduzida antes dentro de pelo menos um vaso de reação antes do início das reações contínuas. Para restaurar uma solução de acrilamida com a concentração desejada rapidamente após as reações terem iniciado, é preferido que acrilamida esteja presente em um vaso de reação dentro do qual acrilonitrila é fornecida diretamente, ou mais preferivelmente dentro de todos os vasos de reação, antes do início de reações contínuas.
[0034] Após uma solução de acrilamida ser introduzida dentro de um vaso de reação e antes do início das reações contínuas, é preferido que a temperatura e/ou o valor do pH da solução de acrilamida sejam ajustados para a temperatura e/ou o valor de pH apropriado para reações contínuas.[Concentração da Solução de Acrilamida]
[0035] Quando múltiplos vasos de reação são usados, é preferido que a concentração de uma solução de acrilamida a ser introduzida dentro de um vaso de reação antes do início das reações contínuas seja ajustada separadamente para cada vaso de reação. Em particular, quando um número N fg xcuqu fg tgc>«q *“P” fi wo púogtq kpVgktq fg 3 qw ockqt+ fi eqpgeVcfq go série para conduzir reações contínuas, uma solução de acrilamida com uma concentração de Ci [% em massa] ou superior, que é obtida pela fórmula (1) abaixo, é introduzida dentro do i-gpfiukoq xcuq fg tgc>«q *“k” fi wo púogtq inteiro de 1~N) antes do início das reações contínuas. Aqui, quando apenas um vaso de reação é usado, é também considerado que ele seja conectado em série.
(na fórmula, ∑Xn indica a taxa total de fluxo [kg/h] de umasoluÁ„o de acrilonitrila a ser fornecida para o primeiro atravÈs dos i-enÈsimosvasos de reaÁ„o;∑F1n indica a taxa total de fluxo [kg/h] da ·gua como materialbruto a ser fornecida para o primeiro atravÈs dos i-enÈsimos vasos de reaÁ„o;e∑F2n indica a taxa total de fluxo [kg/h] da soluÁ„o debiocatalisador a ser fornecida para o primeiro atravÈs dos i-enÈsimos vasos dereaÁ„o.)
[0036] Concentração C1 indica uma concentração que é 10% em massa inferior a concentração máxima de acrilamida na mistura de reação em cada vaso de reação quando as reações contínuas estão em uma fase constante.
[0037] Se a concentração de uma solução de acrilamida a ser introduzida dentro de um vaso de reação é inferior a de C1 antes do início das reações contínuas, é difícil obter uma solução de acrilamida com uma concentração desejada em um curto período de tempo (dentro do tempo de retenção mencionado acima, por exemplo) após as reações contínuas serem iniciadas. Desse modo, a própria solução de acrilamida produzida não pode ser usada como um produto acabado, e outra concentração ou restauração é exigida em um processo de reação subsequente. Como um resultado, um aumento nos custos causa desvantagens para produção industrial.
[0038] Por outro lado, é preferido que o limite superior da concentração de uma solução de acrilamida a ser introduzida dentro de um vaso de reação antes do início de reações contínuas seja (C1+15) [% em massa] ou inferior. Se a concentração de uma solução de acrilamida a ser introduzida dentro de um vaso de reação é superior a (C1+15) [% em massa], um processo de diluição da acrilamida é exigido em um processo de reação subsequente. Além disso, é mais provável que uma concentração alta de solução de acrilamida cause deterioração do biocatalisador após as reações contínuas serem iniciadas, resultando em um aumento na quantidade do biocatalisador, que por sua vez causa um aumento no custo de produção.
[0039] Para ajustar a concentração de uma solução de acrilamida, é uma opção introduzir dentro de cada vaso de reação uma solução de acrilamida tendo uma concentração de % em massa C1 ou superior, ou diluir uma solução de acrilamida ou acrilamida cristalina em um vaso de reação usando água bruta a fim de ajustar a concentração na % em massa C1 ou superior.[Exemplo Específico da Concentração da Solução de Acrilamida]
[0040] A concentração de C1 preferida é ajustada a 5%~60%. Mais preferivelmente, a concentração de C1 é ajustada como se segue dependendo do número de vasos de reação.(1) Número de vasos de reação (N) é um
[0041] Pelo ajuste da concentração de C1 a 20~40%, uma concentração desejada de acrilamida de 25~34% é alcançada na mistura de reação restaurada continuamente do vaso de reação.
[0042] Pelo ajuste da concentração de C1 a 30~50%, uma concentração desejada de acrilamida de 35~44% é alcançada na mistura de reação restaurada continuamente do vaso de reação
[0043] Pelo ajuste da concentração de C1 a 40~60%, uma concentração desejada de acrilamida de 45~55% é alcançada na mistura de reação restaurada continuamente do vaso de reação.(2) Número de vasos de reação (N) é 2
[0044] Pelo ajuste das concentrações de C1 e C2 no primeiro vaso de reação posicionado respectivamente sobre o lado a montante da reação e o segundo vaso posicionado sobre seu lado à jusante a 20~40% cada, uma concentração desejada de acrilamida de 25~34% é alcançada na mistura de reação restaurada continuamente do segundo vaso de reação.
[0045] Igualmente, pelo ajuste das concentrações de C1 e C2 a 30~50% cada, uma concentração desejada de acrilamida de 35~44% é alcançada na mistura de reação restaurada continuamente do segundo vaso de reação.
[0046] Além disso, pelo ajuste das concentrações de C1 e C2 a 40~60% cada, uma concentração desejada de acrilamida de 45~55% é alcançada na mistura de reação restaurada continuamente do segundo vaso de reação.(3) Número de vasos de reação (N) é 3
[0047] Pelo ajuste da concentração de C1 no primeiro vaso de reação posicionado sobre o lado a montante mais distante da reação a 15~35%, e pelo ajuste das concentrações de C2 e C3 no segundo e terceiro vasos de reação posicionados do lado a montante 20~40% cada, uma concentração desejada de acrilamida de 25~34% é alcançada na mistura de reação restaurada continuamente do terceiro vaso de reação.
[0048] Igualmente, pelo ajuste da concentração de C1 a 25~45%, e concentrações de C2 e C3 a 30~50% cada, uma concentração desejada de acrilamida de 35~44% é alcançada na mistura de reação restaurada continuamente do terceiro vaso de reação.
[0049] Além disso, pelo ajuste da concentração de C1 a 35~55%, e concentrações de C2 e C3 a 40~60% cada, uma concentração desejada de acrilamida de 45~55% é alcançada na mistura de reação restaurada continuamente do terceiro vaso de reação.(4) Número de vasos de reação (N) é 4
[0050] Pelo ajuste da concentração de C1 no primeiro vaso de reação posicionado sobre o lado a montante mais distante da reação a 10~30%, e pelo ajuste das concentrações de C2~C4 no segundo aos quartos vasos de reação posicionados do lado a montante a 20~40% cada, uma concentração desejada de acrilamida de 25~34% é alcançada na mistura de reação restaurada continuamente do quarto vaso de reação.
[0051] Igualmente, pelo ajuste da concentração de C1 a 20~40% e concentrações de C2~C4 a 30~50% cada, uma concentração desejada de acrilamida de 35~44% é alcançada na mistura de reação restaurada continuamente do quarto vaso de reação.
[0052] Além disso, pelo ajuste da concentração de C1 a 30~50% e concentrações de C2~C4 a 40~60% cada, uma concentração desejada de acrilamida de 45~55% é alcançada na mistura de reação restaurada continuamente do quarto vaso de reação.(5) Número de vasos de reação (N) é 5
[0053] Pelo ajuste da concentração de C1 no primeiro vaso de reação posicionado sobre o lado a montante mais distante da reação a 10~30%, pelo ajuste da concentração de C2 no segundo vaso de reação posicionado como o segundo a partir do lado a montante a 15~35%, e pelo ajuste das concentrações de C3~C5 no terceiro aos quintos vasos de reação a 20~40% cada, uma concentração desejada de acrilamida de 25~34% é alcançada na mistura de reação restaurada continuamente do quinto vaso de reação.
[0054] Igualmente, pelo ajuste da concentração de C1 a 15~30%, a concentração de C2 a 25~45%, e concentrações de C3~C5 a 30~50% cada, uma concentração desejada de acrilamida de 35~44% é alcançada na mistura de reação restaurada continuamente do quinto vaso de reação.
[0055] Além disso, pelo ajuste da concentração de C1 a 25~45%, a concentração de C2 a 35~55%, e concentrações de C3~C5 a 40~60% cada, uma concentração desejada de acrilamida de 45~55% é alcançada na mistura de reação restaurada continuamente do quinto vaso de reação.(6) Número de vasos de reação (N) é 6
[0056] Pelo ajuste da concentração de C1 no primeiro vaso de reação posicionado sobre o lado a montante mais distante da reação a 5~25%, pelo ajuste da concentração de C2 no segundo vaso de reação posicionado como o segundo a partir do lado a montante a 10~30%, pelo ajuste da concentração de C3 no terceiro vaso de reação a 15~35%, e pelo ajuste das concentrações de C4~C6 no quarto aos sextos vasos de reação a 20~40% cada, uma concentração desejada de acrilamida de 25~34% é alcançada na mistura de reação restaurada continuamente do sexto vaso de reação.
[0057] Igualmente, pelo ajuste da concentração de C1 a 10~30%, a concentração de C2 a 20~40%, a concentração de C3 a 25~45%, e concentrações de C4~C6 a 30~50% cada, uma concentração desejada de acrilamida de 35~44% é alcançada na mistura de reação restaurada continuamente do sexto vaso de reação.
[0058] Além disso, pelo ajuste da concentração de C1 a 20~40%, a concentração de C2 a 30~50%, a concentração de C3 a 35~55%, e concentrações de C4~C6 a 40~60% cada, uma concentração desejada de acrilamida de 45~55% é alcançada na mistura de reação restaurada continuamente do sexto vaso de reação.(7) Número de vasos de reação (N) é 7
[0059] Pelo ajuste da concentração de C1 no primeiro vaso de reação posicionado sobre o lado a montante mais distante da reação a 5~20%, a concentração de C2 no segundo vaso de reação posicionado como o segundo a partir do lado a montante a 10~30%, a concentração de C3 no terceiro vaso de reação a 15~35%, e pelo ajuste das concentrações de C4~C7 no quarto até o sétimo vaso de reação a 20~40% cada, uma concentração desejada de acrilamida de 25~34% é alcançada na mistura de reação restaurada continuamente do sétimo vaso de reação.
[0060] Igualmente, pelo ajuste da concentração de C1 a 10~30%, a concentração de C2 a 20~40%, a concentração de C3 a 25~45%, e concentrações de C4~C7 a 30~50% cada, uma concentração desejada de acrilamida de 35~44% é alcançada na mistura de reação restaurada continuamente do sétimo vaso de reação.
[0061] Além disso, pelo ajuste da concentração de C1 a 15~35%, a concentração de C2 a 25~45%, a concentração de C3 a 35~55%, e concentrações de C4~C7 a 40~60% cada, uma concentração desejada de acrilamida de 45~55% é alcançada na mistura de reação restaurada continuamente do sétimo vaso de reação.(8) Número de vasos de reação (N) é 8 ou maior
[0062] Pelo ajuste da concentração de C1 da solução de acrilamida contida no primeiro vaso de reação posicionado sobre o lado a montante mais distante a 5~15%, e pelo ajuste da concentração em um vaso de reação do lado à jusante para ser pelo menos o mesmo que, mas não maior do que uma adição de 10% a concentração no vaso de reação adjacente ao mesmo sobre o lado a montante, uma concentração desejada de acrilamida de 25~34% é alcançada na mistura de reação restaurada continuamente do vaso de reação posicionado no lado mais baixo da corrente.
[0063] Igualmente, pelo ajuste da concentração de C1 a 5~20%, e pelo ajuste da concentração em um vaso de reação do lado à jusante para ser pelo menos o mesmo, mas não maior do que uma adição de 10% a concentração no vaso de reação adjacente ao mesmo sobre o lado a montante, uma concentração desejada de acrilamida de 35~44% é alcançada na mistura de reação restaurada continuamente do vaso de reação posicionado no lado mais baixo da corrente.
[0064] Além disso, pelo ajuste da concentração de C1 a 10~30%, e pelo ajuste da concentração em um vaso de reação do lado a montante para ser pelo menos o mesmo, mas não maior do que uma adição de 10% para a concentração no vaso de reação adjacente ao mesmo sobre o lado a montante, uma concentração desejada de acrilamida de 45~55% é alcançada na mistura de reação restaurada continuamente do vaso de reação posicionado no lado mais baixo da corrente.
[0065] A quantidade de líquido de uma solução de acrilamida a ser introduzida antecipadamente dentro de um vaso de reação antes do início das reações contínuas da presente invenção é ajustada a 70~120% da quantidade de líquido no vaso de reação durante as reações contínuas. É preferido que a quantidade de líquido de uma solução de acrilamida seja 80~110%, mais preferivelmente 90~105%.
[0066] Quando a quantidade de líquido de uma solução de acrilamida a ser introduzida é ajustada a 70% ou mais, não levará muito tempo a partir do início das reações contínuas até uma solução de acrilamida ser restaurada. Como um resultado, a deterioração de um biocatalisador é evitada e a quantidade de consumo do biocatalisador não aumentará. Além disso, quando a quantidade de líquido da solução de acrilamida a ser introduzida é ajustada a 120% ou menos, é evitado que o tempo de retenção para o líquido de reação após o início de reações contínuas seja encurtado e cause reações incompletas. Consequentemente, a acrilonitrila não reagida não será misturada dentro da solução de acrilamida produzida.
[0067] Na forma de realização da presente invenção, a quantidade de um biocatalisador a ser introduzida em um vaso de reação antes do início das reações contínuas é ajustada a 3000~150000U (atividade a temperatura de reação de 10°C) por 1 litro do líquido no vaso de reação. Aqui, o líquido em um vaso de reação indica a solução de acrilamida a ser introduzida no vaso de reação antes do início das reações contínuas. O tempo para a introdução de um biocatalisador pode ser antes ou após uma solução de acrilamida ser introduzida. No entanto, para suprimir a deterioração de um biocatalisador, é preferido que seja após uma solução de acrilamida ser introduzida e logo antes do início das reações contínuas. Pela introdução de um biocatalisador antes do início das reações contínuas, é evitado que um aumento agudo na concentração de acrilonitrila ocorra após as reações contínuas terem iniciado, e a quantidade de consumo de biocatalisador é reduzida. Além disso, as reações irão alcançar uma fase estável rapidamente.
[0068] A menos que um aumento na concentração de acrilonitrila logo após o início de reações contínuas seja suficientemente suprimido, o biocatalisador deteriora devido à alta concentração de acrilonitrila; no entanto, tal deterioração pode ser evitada quando a concentração de um biocatalisador a ser introduzido em um vaso é ajustada a 3000U/L ou superior. Como um resultado, um aumento na quantidade de consumo de um biocatalisador é evitado, e o custo de produção de acrilamida é mantido baixo.
[0069] Por outro lado, quando a concentração de um biocatalisador é ajustada a 150,000U/L ou inferior, é evitado que as impurezas derivadas do catalisador sejam misturadas dentro da solução de acrilamida produzida. Como um resultado, efeitos adversos no tom da cor da solução de acrilamida ou na produção de polímeros de são evitados.
[0070] A seguir, a presente invenção é descrita em detalhes com referência aos exemplos e exemplos comparativos. No entanto, a presente invenção não está limitada as descrições abaixo. A concentração de soluções de acrilamida pode set ukornguogpVg fguetkVc rgnq wuq fg “%” go xgz fg “% go OCUUCo”
[0071] Em um meio (pH 7,0) contendo glicose a 2%, uréia a 1%, peptona a 0,5%, extrato de levedo a 0,3% e cloreto de cobalto hexahidratado a 0,01% (as porcentagens são todas % em massa), Rhodococcus rhodochrous J1 tendo atividade nitrila hidraase (depositado internacionalmente em 18 de ugVgodtq fg 1987, púogtq fg ceguuq “HGTO DR-369:” eqo q KpVgtPcVkqpcn Patent Organism Depositary, o National Institute of Advanced Industrial Science and Technology em Chuo 6 1-1-1 Higashi, Tsukuba-shi, Ibaraki Prefecture, Japan) foi cultivado aerobicamente a 30°C. As células foram coletadas e lavadas usando uma centrífuga e um tampão fosfato 50 mM (pH 7,0). Consequentemente, uma suspensão de célula (contendo 15% em massa de células secas) foi obtida.(Reações para produzir acrilamida a partir de acrilonitrila)
[0072] Seis vasos de reação tendo cada tendo um volume interno de 5 litros e uma camisa de resfriamento (diâmetro interno: 18 cm) ajustada ao vaso foram conectados em série. Um misturador com quatro laminas com pás inclinadas (ângulo de inclinação: 45 graus, diâmetro da lâmina: 8 cm) foi provido em cada vaso de reação. Na presente forma de realização, a concentração alvo de uma solução de acrilamida a ser restaurada de um vaso de reação foi ajustada a 50~55% (a concentração alvo foi ajustada do mesmo modo nos Exemplos 2 e 3 e Exemplo Comparativos 1 e 2). (1) As válvulas de um canal conectando os vasos de reação foram fechadas.(2) Quatro litros de soluções de acrilamida com concentrações a 21%, 35%, 43%, 50%, 52% e 52% foram introduzidos respectivamente dentro do primeiro aos sextos vasos de reação.(3) A suspensão de célula preparada no Exemplo 1 foi adicionada em cada do primeiro aos sextos vasos de reação na quantidade para alcançar 135.000U de atividade (a temperatura de reação de 10°C).(4) As válvulas do canal conectando cada vaso de reação foram abertas.(5) Reações contínuas foram iniciadas fornecendo continuamente 50 mM de tampão fosfato (pH 7,0) a 2146 g/h, acrilonitrila a 569 g/h e a suspensão de célula preparada no Exemplo 1 a 8 g/h dentro do primeiro vaso; e no segundo aos quartos vasos, apenas acrilonitrila foi fornecida continuamente a 380 g/h, 292 g/h, e 127 g/h respectivamente.(6) A abertura de drenagem de transbordamento do sexto vaso foi ajustada de modo que a quantidade de líquido da mistura de reação em cada vaso de reação foi mantida a 4 litros.
[0073] As temperaturas de líquidos de reação no primeiro aos sextos vasos foram controladas para estarem a 20°C, 21°C, 22°C, 23°C, 24°C e 25°C respectivamente usando água resfriada (5°C) nas camisas.
[0074] Imediatamente após as reações contínuas terem iniciado, a concentração de acrilamida no líquido de reação fluindo para fora do sexto vaso foi analisada usando um refratômetro (RX-9222g."hgkvq"rgnc"Cvciq"Eq0." Ltd.). Uma concentração alvo de acrilamida de 52% foi detectada.
[0075] Cinco horas após o início de reações contínuas, a concentração de acrilamida no líquido de reação fluindo para fora do sexto vaso foi analisada. Uma concentração alvo de acrilamida de 50% foi detectada.
[0076] Dez horas após o início de reações contínuas, a concentração de acrilamida no líquido de reação fluindo para fora do sexto vaso foi analisada. Uma concentração alvo de acrilamida de 51% foi detectada.
[0077] Quinze horas após o início de reações contínuas, a concentração de acrilamida no líquido de reação fluindo para fora do sexto vaso foi analisada. Uma concentração alvo de acrilamida de 52% foi detectada.
[0078] O mesmo procedimento como aquele no Exemplo 1 foi empregado exceto que quatro litros de soluções de acrilamida com concentrações a 32%, 43%, 50%, 50%, 52% e 52% foram introduzidos respectivamente dentro do primeiro aos sextos vasos de reação antes do início de reações contínuas.
[0079] Imediatamente após as reações contínuas terem iniciado, a concentração de acrilamida no líquido de reação fluindo para fora do sexto vaso foi analisada usando o mesmo método como no Exemplo 1. Uma concentração alvo de acrilamida de 52% foi detectada.
[0080] Cinco horas após o início de reações contínuas, a concentração de acrilamida no líquido de reação fluindo para fora do sexto vaso foi analisada. Uma concentração alvo de acrilamida de 54% foi detectada.
[0081] Dez horas após o início de reações contínuas, a concentração de acrilamida no líquido de reação fluindo para fora do sexto vaso foi analisada. Uma concentração alvo de acrilamida de 53% foi detectada.
[0082] Quinze horas após o início de reações contínuas, a concentração de acrilamida no líquido de reação fluindo para fora do sexto vaso foi analisada. Uma concentração alvo de acrilamida de 52% foi detectada.
[0083] O mesmo procedimento como aquele no Exemplo 1 foi empregado exceto que quatro litros de soluções de acrilamida com concentrações a 15%, 27%, 37%, 40%, 40% e 40% foram introduzidos respectivamente dentro do primeiro aos sextos vasos de reação antes do início de reações contínuas.
[0084] Imediatamente após as reações contínuas terem iniciado, a concentração de acrilamida no líquido de reação fluindo para fora do sexto vaso foi analisada usando o mesmo método como no Exemplo 1. Uma concentração de acrilamida de 40%, que era inferior a concentração alvo, foi detectada.
[0085] Cinco horas após o início de reações contínuas, a concentração de acrilamida no líquido de reação fluindo para fora do sexto vaso foi analisada. Uma concentração de acrilamida de 48%, que era inferior a concentração alvo, foi detectada.
[0086] Dez horas após o início de reações contínuas, a concentração de acrilamida no líquido de reação fluindo para fora do sexto vaso foi analisada. Uma concentração alvo de acrilamida de 51% foi detectada.
[0087] Quinze horas após o início de reações contínuas, a concentração de acrilamida no líquido de reação fluindo para fora do sexto vaso foi analisada. Uma concentração alvo de acrilamida de 52% foi detectada.
[0088] O mesmo procedimento como aquele no Exemplo 1 foi empregado exceto que quatro litros de água foram introduzidos dentro de cada do primeiro aos sextos vasos de reação antes do início de reações contínuas.
[0089] Imediatamente após as reações contínuas terem iniciado, a concentração de acrilamida no líquido de reação fluindo para fora do sexto vaso foi analisada usando o mesmo método como no Exemplo 1. Nenhuma acrilamida foi detectada.
[0090] Cinco horas após o início de reações contínuas, a concentração de acrilamida no líquido de reação fluindo para fora do sexto vaso foi analisada. Uma concentração de acrilamida de 8%, que era inferior a concentração alvo, foi detectada.
[0091] Dez horas após o início de reações contínuas, a concentração de acrilamida no líquido de reação fluindo para fora do sexto vaso foi analisada. Uma concentração de acrilamida de 42%, que era inferior a concentração alvo, foi detectada.
[0092] Quinze horas após o início de reações contínuas, a concentração de acrilamida no líquido de reação fluindo para fora do sexto vaso foi analisada. Uma concentração de acrilamida de 48%, que era inferior a concentração alvo, foi detectada.
[0093] O mesmo procedimento como aquele no Exemplo 1 foi empregado exceto que nem solução de acrilamida nem água bruta foram introduzidas dentro do primeiro aos sextos vasos de reação antes do início de reações contínuas.
[0094] Imediatamente após as reações contínuas terem iniciado, nenhum líquido de reação foi fluido para fora do sexto vaso. Durante algum tempo após o início de reações contínuas, a superfície líquida da mistura de reação ficou abaixo das lâminas do misturador, e a água bruta, biocatalisador e acrilonitrila fornecidos para os vasos de reação não foram bem misturados.
[0095] Cinco horas após as reações contínuas terem iniciado, nenhum líquido de reação tinha fluido do sexto vaso. Dez horas após o início de reações contínuas, a concentração de acrilamida no líquido de reação fluindo para fora do sexto vaso foi analisada. Uma concentração de acrilamida de 36%, que era inferior a concentração alvo, foi detectada.
[0096] Quinze horas após as reações contínuas terem iniciado, a concentração de acrilamida no líquido de reação fluindo para fora do sexto vaso foi analisada. Uma concentração de acrilamida de 43%, que era inferior a concentração alvo, foi detectada.<Concentração da solução de acrilamida introduzida dentro do vaso de reação antes do início de reações contínuas>
<A concentração de acrilamida no líquido de reação fluiu para fora do sexto vaso >
[0097] De acordo com um método para produzir continuamente acrilamida usando um biocatalisador como descrito na forma de realização da presente invenção, uma solução de acrilamida com um nível de concentração desejada é restaurada continuamente logo após o início de reações contínuas. Como um resultado, um procedimento de concentração ou recuperação é simplificado ou não exigido, e acrilamida é produzida com baixo custo com procedimentos simplificados.
Claims (7)
1. Método para produzir acrilamida, usando um biocatalisador para produzir acrilamida continuamente a partir de acrilonitrila,em que reações contínuas são conduzidas em N números de vasos de reação, “N” sendo um número inteiro de 2 ou maior, que são conectados em série,caracterizado pelo fato de que acrilamida é introduzida antecipadamente dentro de pelo menos um vaso de reação antes do início das reações contínuas, e então reações contínuas são iniciadas colocando acrilonitrila em contato com o biocatalisador.
2. Método para produzir acrilamida de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que reações contínuas são conduzidas em N números de vasos de reação, “N” sendo um número inteiro de 2 ou maior, que são conectados em série, e antes do início das reações contínuas, a concentração da solução de acrilamida a ser introduzida dentro do i-enésimo vaso de reação,“i” sendo um número inteiro de 1~N, é ajustada a Ci [% em massa] ou superior obtida pela fórmula (1) abaixo
em que ∑Xn indica a taxa total de fluxo [kg/h] de uma solução de acrilonitrila a ser fornecida para o primeiro através dos i-enésimos vasos de reação;∑F1n indica a taxa total de fluxo [kg/h] de água bruta a ser fornecida para o primeiro através dos i-enésimos vasos de reação; e∑F2n indica a taxa total de fluxo [kg/h] da solução de biocatalisador a ser fornecida para o primeiro através dos i-enésimos vasos de reação.
3. Método para produzir acrilamida de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a concentração de Ci é 5%~60%.
4. Método para produzir acrilamida de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que acrilamida é introduzida antecipadamente dentro de um vaso de reação dentro do qual uma solução de acrilonitrila é fornecida diretamente.
5. Método para produzir acrilamida de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 4, caracterizado pelo fato de que a quantidade de líquido da solução de acrilamida presente em um vaso de reação antes do início das reações contínuas é ajustada a 70%-120% da quantidade de líquido no vaso de reação durante as reações contínuas.
6. Método para produzir acrilamida de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 5, caracterizado pelo fato de que antes do início das reações contínuas, um biocatalisador com 3000-150000U de atividade a uma temperatura de reação de 10°C está contido por 1 litro do líquido no vaso de reação.
7. Método para produzir acrilamida de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 6, caracterizado pelo fato de que 2-10 vasos de reação conectados são usados.
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