BG66495B1

BG66495B1 - Метод и инсталация за производство на воден акриламидов разтвор с биокатализатор

Info

Publication number: BG66495B1
Application number: BG108289A
Authority: BG
Inventors: Burkhard Theis; Michael Colberg; Olaf Petersen
Original assignee: Ashland Licensing & Intellectual Property Llc
Priority date: 2001-04-26
Filing date: 2003-10-24
Publication date: 2015-06-30
Also published as: WO2002088371A2; MXPA03009752A; JP2005507643A; JP5025881B2; ZA200308318B; DE10120546A1; CN1612933A; BRPI0209257B1; KR100915742B1; BG108290A; US20040175810A1; EP1385974A2; RU2289626C2; MX279101B; KR20040014513A; WO2002088371A3; BG108289A; RU2003133138A; AU2002315322B2; BR0209257A

Abstract

Изобретението се отнася до метод и инсталация за получаване на воден разтвор на акриламид чрез хидратиране на акрилнитрил във воден разтвор в присъствието на биокатализатор. 16 претенции, 1 фигура

Description

Област на техниката

Настоящото изобретение се отнася до метод и инсталация за получаване на воден акриламидов разтвор чрез хидратиране на акрилнитрил във воден разтвор в присъствието на биокатализатор.

Предшестващо състояние на техниката

Превръщането на акрилнитрила в акриламид в присъствието на подходящ биокатализатор във вода е познато от много години и е описано например в DE 30 17 005 С2, като при този метод биокатализаторьт е имобилизиран. В DE 44 80132 С2 и в ЕР 0 188 316 В1 са описани специални биокатализатори за превръщане на акрилнитрил в акриламид. Патент US 5 334 519 описва хидратизиране на акрилнитрил до акриламид в присъствието на биокатализатори и кобалтови йони. Всички тези методи имат общия недостатък, че се получават нежелани странични продукти.

Настоящото изобретение има задача да предложи един, възможно най-благоприятен за околната среда метод, при който страничните продукти са минимизирани.

Техническа същност на изобретението

Съгласно изобретението тази задача се решава чрез метод за получаване на воден разтвор от акриламид чрез хидратиране на акрилнитрил във воден разтвор в присъствие на биокатализатор, при който биокатализаторьт се извежда от водния акриламидов разтвор в продължение на < 2 h, за предпочитане < 1 след завършване на реакцията.

За стартиране на реакцията в реактора се въвеждат предварително водата и биокатализаторьт и се загряват до температура 15 до 20оС, за предпочитане 16 до 20°С. След като температурата бъде достигната, в реактора се дозира акрилнитрилът, с което започва превръщането в акриламид. Цялото превръщане протича за предпочитане изотермично, като за целта се осигурява по време на цялото превръщане охлаждане, за да бъде отвеждана топлината от реакцията. По отношение на охлаждането на реактивната смес се цитира паралелната патента заявка с условен номер ST0031, която по такъв начин се въвежда като част от разкритието по настоящата заявка. Концентрацията на биомаса при началото на реакцията възлиза на 0,03 до 2,5 g/1, за предпочитане 0,05 до 1 g/Ι и особено се предпочита 6,8 до 7,5 g/1.

След завършване на дозирането на акрилнитрила е необходимо време за предпочитане от 4 до 20 min и особено за предпочитане 5 до 10 min, за да се извърши възможно най-пълно превръщане.

По смисъла на настоящото изобретение реакцията е завършена, ако остатъчното съдържание на акрилнитрил в акриламидовия разтвор е по-малко от 10 ppm, за предпочитане, по-малко от 5 ppm.

Съгласно изобретението биокатализаторьт се извежда от водния акриламидов разтвор след завършване на реакцията, в продължение на < 2 h и за предпочитане в продължение на < 1 h.

Извеждането на биокатализатора се извършва за предпочитане с тръбна центрофуга, каквато е описана например от Dr.-Ing. Heinz Hemfort в Separatoren, научно-техническа документация. Документацията може да се получи от фирмата GEA Westfalia Separator AG, Werner Habig-Strasse 1, D-59302 Oelde и тя тук се привежда като цитат и представлява част от разкритието.

Също така за предпочитане е отвеждането на биокатализатора да се извършва с поне една частично непрекъснато действаща центрофуга. Особено предпочитана е центрофугата с пръстеновиден процеп, описана от Dr. - Ing. Heinz Hemfort в Separatoren, научно-техническа документация.

При една предпочитана форма на изпълнение на настоящото изобретение избистрящото действие на центрофугата се контролира с помощта на оптическо средство. Това оптическо средство е за предпочитане една светлинна бариера, която е настроена на определена степен на мътност на акриламвда при избистрянето. Светлинната бариера е монтирана в изходящия канал на центрофугата, където осветява изтичащия воден разтвор на акриламид. Светлинната бариера се състои от светлинен източник и приемник. Интензитетът на светлината на светлинния източник се регулира за предпочитане така, че отслабеният от абсорбацията в осветявания воден акриламидов разтвор

66495 Bl светлинен лъч все още да има останал интензитет, достатъчен за да сигнализира приемника, че отвеждането на катализатора е достатъчно. Ако светлинната абсорбация поради започналото затъмняване от биокатализатора е по-голяма, ще се намали светлинния интензитет и приемникът ще изпрати сигнал, че отделянето на катализатора не е достатъчно. Този сигнал се използва за управление на центрофугите. За предпочитане с този сигнал се управляват интервалите на изпразване и на почистване на центрофугите.

Изгодно е преди извличането биокатализаторът да се пресече. Пресичането може да се извърши в реактора, в който е протекло превръщането на акрилнитрила в акриламид. За предпочитане е, обаче това да стане в отделен реактор за пресичане. Пресичането може да се извърши с всяко подходящо за тази цел средство. За предпочитане е все пак, да се използва алуминиев сулфат и/или някой анионен полимер. Подходящи аниони полимери са например продуктите Praestol® 2510 или Praestol® 2530 на фирмата заявителка.

За предпочитане пресичането се извършва при pH стойност от 6,8 до 8,0, но особено за предпочитане са pH стойност от 7,5 до 7,5. 25

След като биокатализаторът, биомасата, се изведе от водния разтвор на акриламида е препоръчително акриламидовияг разтвор да се доведе до pH стойност от 4,5 до 7,0 и особено за предпочитане от 5,5 до 6,5.

При една предпочитана форма на изпълнение на настоящото изобретение биокатализаторът се освобождава в достатъчно висока степен от акриламид посредством поне еднократно, а подобре неколкократно промиване с отстраняване на промивната вода. За предпочитане е освен това, биокатализаторът да се промива толкова, че концентрацията на акриламид в него да слезе до < 10 ppm, а още по- добре до < 5 ppm.

Замърсената с акрил промивна вода се рециклира в процеса, като например се въвежда в реактора преди началото на процеса. В тази вода се суспендира биокатализаторът, преди да започне същинското превръщане на акрилнитрила в акриламид.

След промиването, за предпочитане, биокатализаторът се стерилизира и след това се изхвърля като обикновен биологичен отпадък. Стерилизацията се осъществява за предпочитане чрез кратковременно нагряване на биокатализатора до температури > 80°С.

Методът съгласно изобретението може да се проведе с всеки биокатализатор, който катализира превръщането на акрилнитрила в 5 акриламид. За предпочитане е обаче биокатализаторът Rhodococcus rhodocrous, както е депозиран с депозитен номер 14230 при DSMZ, Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH, Mascheroder Weg lb, D-381, 10 124 Braunschweig, Германия.

Методът съгласно изобретението има предимството, че отпадат по-малко странични продукти, че получаването на акрилнитрила е почти пълно и че се получава един почти 50% акрила15 мидов разтвор. Методът съгласно изобретението се провежда просто и евтино. Биокатализаторът се използва оптимално и може да се изхвърля като биологичен отпадък. Водата, която се използва за промиване на биокатализатора може да се 20 рециклира в процеса.

Методът, съгласно изобретението се провежда в инсталация за получаване на акриламидов разтвор чрез хидратиране на акрилнитрил във воден разтвор в присъствието на биокатализатор, което съдържа реактор и тръбна центрофуга за отделяне на биокатализатора от водния разтвор на акриламид. Тази инсталация е също обект на настоящото изобретение. Тръбните центрофуги са описани от Dr. - Ing. Heinz Hemfort в научно30 техническата документация 'Separatoren.

Друг предмет на настоящото изобретение е инсталация за получаване на акриламидов разтвор чрез хидратизиране на акрилнитрил във воден разтвор в присъствието на биокатализатор в един 3 5 реактор и една самоизпразваща се, поне частично непрекъснато работеща центрофуга за отделяне на катализатора от водния разтвор на акриламид.

За предпочитане, поне една частично непрекъснато работещата центрофуга е една 40 самоизпразваща се центрофуга с пръстеновиден процеп или дискова центрофуга с пръстеновиден процеп, каквато е описана от Dr.-Ing. Heinz Hemfort в научно-техническатадокументация Separatoren.

Данни за регулиране на центрофугите са 45 описани в посочените описания.

Инсталацията съгласно изобретението има предимството, че отпадат по-малко странични продукти, че превръщането на акрилнитрилае почти пълно и че се получава един почти 50 % 50

66495 Bl акриламидов разтвор. Инсталацията съгласно изобретението се управлява просто и евтино. Биокатализаторът се използва оптимално и може да се изхвърля като биологичен отпадък.

Пояснение на приложената фигура

Изобретението е изяснено по-подробно с помощта на фиг. 1. Тези пояснения имат само примерен характер и не ограничават изобретателската идея.

Фигура 1 представлява една схема на процеса по метода съгласно изобретението и показва също така отделните части на инсталацията съгласно изобретението.

Примери за изпълнение на изобретението

Преди началото на същинското преобразуване на акрилнитрила в акриламид в реактора 3 се зарежда напълно обезсолена вода 1 и суспензия 2, която съдържа биокатализатор. Реакторът 3 се разбърква с бъркалка 16, задвижвана с мотор за поддържане на хомогенност. От външната страна на реактора са разположени тръбни охладители 17, които са свързани с входа 5 и изхода 6 на охладителна вода. За специалиста е ясно, че с помощта на тези тръбни охладители преди започване на същинската реакция реактивната смес може и предварително да се подгрее до определена температура.

По-нататък реакторът 3 има помпен кръговрат 18, с който една част от реактивната смес се транспортира в кръга с помощта на магнитно куплирана външна помпа 7. В кръговрата 18 са включени паралелно три тръбни топлообменника 6, с чиято помощ съдържанието на реактора може да се подгрява и охлажда. Топлообменниците също са свързани с органи за подвеждане и отвеждане на охладителна вода. Освен това помпеният кръговрат има един байпас 15, по който топлообменниците 6 могат да бъдат заобиколени. Съответните вентили не са показани на схемата. В помпения кръговрат освен това е включен и един инфрачервен спектрометър с Фурие преобразувател (FT-IR) 9 за непрекъснато измерване на концентрацията на акрилнитрил и акриламид в потока на кръговрата и в реактора. Контролният поток се взема от кръговрата 18 посредством бутално-мембранна помпа 8 и се вкарва в прибора FT-IR, където се анализира. Данните от анализа се използват за управлението на процеса. Близо преди навлизането на циркулационния поток обратно в реактора в него се въвежда допълнително акрилнитрил от резервоара 10. Резервоарът за акрилнитрил 10 и реакторът 3 са свързани с тръбна система откъм газовата страна на реактора. Тръбопроводът 19 се отваря преди началото на въвеждането на акрилнитрил в реактора и се затваря след завършване на дозирането. След завършване на дозирането на акрилнитрил е необходимо едно следреакционно време от 5 до 20 min, за да може акрилнитрилът да отреагира изцяло. Реакцията се счита за завършена, когато концентрацията на акриламид в биокатализатора достигне < 10 ppm.

След завършване на реакцията суспензията се изпомпва в един отделен резервоар (не е изобразен) и биокатализаторът се пресича при pH стойност 7,0 до 7,5 с алуминиев сулфат. След това биокатализаторът се отделя от акриламида с помощта на частично непрекъснато работеща, самоизпразваща се центрофуга с пръстеновиден процеп модел 12 на фирмата GEA Westfalia Separator AG, Wemer-Habig-Strasse 1, D-59302, Германия, като разделянето се завършва най-късно 1 h след завършване на реакцията. Центрофугата с пръстеновиден процеп се регулира по сигнал от светлинна бариера (не е изобразена), която е разположена в тръбопровода 20. Със сигнала на светлинната бариера се регулира по-специално отчасти непрекъснатото изпразване на центрофугата. Водният акриламид се събира в резервоара 13 и се довежда до pH стойност от 5,5 до 6,5. Биокатализаторът се отвежда в резервоара 14, след което неколкократно се промива с напълно обезсолена вода и се отводнява, за да се освободи напълно от акриламид. Промивната вода се връща през тръбопровода 1 и се рециклира в процеса. Промитият биокатализатор се стерилизира с водна пара и се изхвърля.

Claims

Патентни претенции

1. Метод за получаване на воден разтвор на акриламид чрез хидратиране на акрилонитрил във воден разтвор в присъствието на биокатализатор, характеризиращ се с това, че биокатализаторът се отделя от водния разтвор на акриламида посредством най-малко частично непрекъснато функционираща, самоотводняваща се центрофуга в рамките на ? 2 h, предпочитано в рамките на ? 1 h fc w4naiwiWj|№« и .¹

66495 Bl след края на реакцията, където чистото освобождаване от центрофугата се контролира от оптични средства, и където мониторингът се използва за контрол на центрофугата.
2. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че центрофугата е центрофуга с пръстеновиден луфт.
3. Метод съгласно претенция 1 или 2, характеризиращ се с това, че чистото освобождаване от центрофугата се контролира от светлинна бариера.
4. Метод съгласно всяка една от претенциите от 1 до 3, характеризиращ се с това, че биокатализаторът се флокупира преди разделянето.
5. Метод съгласно претенция 4, характеризиращ се с това, че алуминиевият сулфат се използва като флокулиращ агент.
6. Метод съгласно претенция 4, характеризиращ се с това, че анионен полимер се използва като флокулиращ агент.
7. Метод съгласно всяка една от претенциите от 4 до 6, характеризиращ се с това, че флокулацията се извършва при стойност на pH от 6.8 до 8.0, предпочитано от 7.0 до 7.5.
8. Метод съгласно всяка една от претенциите от 1 до 7, характеризиращ се с това, че воден разтвор на акриламид се освобождава от биокатализатор настроен на стойност на pH от 4.5 до 7.0, предпочитано от 5.5 до 6.5.
9. Метод съгласно всяка една от претенциите от 1 до 8, характеризиращ се с това, че отделеният биокатализатор е освободен от акриламид с наймалко едно, предпочитано многократно измиване и отделяне.
10. Метод съгласно претенция 9, характеризиращ се с това, че се извършва измиване с дейонизирана вода.
11. Метод съгласно претенция 9 или 10, характеризиращ се с това, че концентрацията на акриламид в биокатализатора е < 10 ppm, предпочитано < 5 ppm.

5
12. Метод съгласно всяка една от претен- циите от 9 до 11, характеризиращ се с това, че промивната вода се рециклира в процеса.
13. Метод съгласно всяка една от претенциите от 9 до 12, характеризиращ се с това, 10 че биокатализаторьт се стерилизира след измиване.
14. Метод съгласно всяка една от претенциите от 1 до 13, характеризиращ се с това, че биокатализаторьт е Rhodococcus rhodochrous, заведен под депозитен номер 14320 е DSMZ, 15 deutsche sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH, Maschroder Weg lb, d-38124 Браутшвайг, Германия.
15. Инсталация за получаване на воден разтвор на акриламид чрез хидратиране на 20 акрилнитрил във воден разтвор в присъствието на биокатализатор, състояща се от последователно свързани реактор (3), помпен кръговрат (18), през който се прекарва една част от реакционната смес чрез помпа (7), поне един топлообменник (6), 25 характеризираща се с това, че включва и най-малко една частично непрекъснато работеща самоизпразваща се центрофуга (12), свързана с реактор (3), за отделяне на биокатализатора от водния разтвор на акриламид, чието изпразване се 30 контролира от оптични средства.
16. Инсталация съгласно претенция 15, характеризираща се с това, че центрофугата (12) е центрофуга с пръстенен луфт.