BG66496B1

BG66496B1 - Метод и инсталация за производство на воден разтвор на акриламид при използване на биокатализатор

Info

Publication number: BG66496B1
Application number: BG108291A
Authority: BG
Inventors: Burkhard Theis; Michael Colberg; Olaf Petersen
Original assignee: Ashland Licensing & Intellectual Property Llc
Priority date: 2001-04-26
Filing date: 2003-10-27
Publication date: 2015-06-30
Also published as: WO2002088373A3; ZA200308319B; ATE410519T1; CN100523207C; US20040175809A1; BR0209237B1; WO2002088373A1; BG108291A; DE50212867D1; DE10120550A1; JP4246499B2; AU2002302574B2; EP1385972A2; EP1385972B1; BR0209237A; WO2002088373A8; RU2003133139A; KR20040014514A; RU2317976C2; CN1531597A

Abstract

Изобретението се отнася до метод и инсталация за получаване на воден разтвор на акриламид чрез хидратиране на акрилнитрил във воден разтвор в присъствие на биокатализатор. 19 претенции, 1 фигура

Description

Настоящото изобретение се отнася до метод и инсталация за получаване на воден акриламидов разтвор чрез хидратизиране 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 биокатализаторът е имобилизиран. В DE 44 80 132 С2 и в ЕР 0 188 316 В1 са описани специални биокатализатори за превръщане на акрилнитрил в акриламид. Патентът 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 задачата да предложи един метод, при който биокатализаторът уврежда по възможност малко, минимизира страничните продукти и оптимизира времето на цикъла.

Техническа същност на изобретението

Съгласно изобретението тази задача се решава чрез един метод за получаване на воден разтвор от акриламид чрез хидратизиране на акрилнитрил във воден разтвор в присъствието на биокатализатор, при който реактивната смес се разбърква, реакторът притежава помпен кръговрат, при който една част от реакционната смес с помощта на помпа се вкарва в циркулация, както и най-малко един топлообменник.

За стартиране на реакцията в реактора се въвеждат предварително водата и биокатализаторът и се загряват на температура 15 до 25°С, за предпочитане 16 до 20°С. След като температурата бъде достигната, в реактора се дозира акрилнитрила, с което започва превръщането в акриламид. Цялото превръщане протича за предпочитане изотермично. Концентрацията на биомаса, измерена като суха субстанция възлиза на 0,03 до 2,5 g/Ι, за предпочитане 0,05 до 1 g/Ι при pH-стойност за предпочитане 6,0 - 8,0 и особено за предпочитане 6,5 - 7,5.

В реактора е разположен един интензивно действащ разбъркващ орган, с който съдържанието на реактора се хомогенизира. При едно предпочитано изпълнение външно към реактора има тръбна серпантина, в която реактивната смес по време на превръщането на акрилнитрила в акриламид може допълнително да се охлажда.

При едно особено предпочитано изпълнение на настоящото изобретение реакторът има помпен кръговрат, в който една част от реактивната смес се транспортира циркулационно. В този кръговрат е включен най-малко един топлообменник, с който се отвежда топлината на реакцията. Предпочита се топлообменникът да бъде с тръбен сноп, при който направлението на реактивната смес не се променя, за да се избегнат отлагания по стените му.

При едно предпочитано изпълнение на настоящото изобретение помпата и топлообменикът или топлообменниците са избрани така, че да се избягват от една страна температурни колебания в реактора, а от друга и вкарването на много голяма енергия от помпата. За предпочитане помпата е от типа магнитно куплирана помпа със страничен канал.

За предпочитане подаването на акрилнитрил се извършва в помпения кръговрат и то, за предпочитане, непосредствено преди връщането на реактивната смес в реактора. Дозирането се извършва за предпочитане без прекъсване. Като дозираща помпа за акрилнитрил се наложи като особено подходяща, бутално мембранна помпа с управлявана фреквенция.

След завършване на дозирането на акрилнитрила е необходимо следреакционно време, за предпочитане 4 до 20 min и особено за предпочитане 5 до 10 min, за да се завърши възможно най-пълно превръщане. През това време е препоръчително охлаждането плавно да се намали с помощта на байпас.

За оптимизиране на процеса в реактора целесъобразно той се следи с онлайн измерване. С такова измерване е възможно управлението на процеса много бързо да се нагоди според възможни промени. За предпочитане онлайн измерителния уред се разполага в помпения кръговрат, преди подаването на акрилнитрил и особено се предпочита по този начин да се

66496 Bl проследява концентрацията на акрилнитрила и/или тази на акриламида.

Като измерителен уред за онлайн измерването се предпочита използването на инфрачервен спектрометър с Фурие преобразувател (FT-IR УРед).

Измерените данни от онлайн измерването могат да се използват за управляване на процеса на превръщане. Предпочита се да се управляват дебитът на подаване на акрилнитрил, дебитът на циркулационната помпа, дебитът на байпаса и следреакционното време.

Методът съгласно изобретението може да се проведе с всеки биокатализатор, който катализира превръщането на акрилнитрила в акриламид. За предпочитане е обаче биокатализаторът Rhodococcus rhodocrous, както е депозиран с депозитен номер 14230 при DSMZ, Deutsche Sammlung von Mikroorganistnen und Zellkulturen GmbH, Mascheroder Weg lb, D-38124 Braunschweig, Германия.

Методът съгласно изобретението има предимството, че отпадат по-малко странични продукти, че превръщането на акрилнитрила е почти пълно и че се получава един почти 50 тегл. % акриламидов разтвор. Методът съгласно изобретението се провежда просто и евтино. Биокатализаторът се използва оптимално и може да се изхвърля като биологичен отпадък. Времетраенето на реакцията при прилагане на метода съгласно изобретението позволява рязко да се съкрати времетраенето на процеса.

Методът съгласно изобретението се провежда в инсталация за получаване на акриламидов разтвор чрез хидратизиране на акрилнитрил във воден разтвор в присъствието на биокатализатор, което съдържа помпен кръговрат, в който една част от реактивната смес се прекарва с помощта на помпа, като в този кръговрат е предвиден поне един топлообменник, в който може да се отвежда топлината на реакцията. Тази инсталация е също така предмет на настоящото изобретение.

В реактора е вградена една интензивно действаща бъркалка, която хомогенизира съдържанието на реактора. При едно предпочитано изпълнение реакторът притежава разположени отвън тръбни серпантини, с които реакционната смес може допълнително да се охлажда.

Съгласно изобретението реакторът притежава помпен кръговрат, в който една част от реакционната смес от реактора се транспортира циркулационно с помощта на помпа. В този помпен кръговрат е включен за предпочитане поне един 5 топлообменник, с който образуваната при реакцията на превръщане на акрилнитрила в акриламид топлина може да бъде отнета. За предпочитане топлообменникът е от типа топлообменник с тръбен сноп, като посоката на движение на реактивната 10 смес за предпочитане не се отклонява, за да се избегне налепване по стените на топлообменника.

При едно предпочитано изпълнение на настоящото изобретение помпата и топлообменикът или топлообменниците са избрани така, че да се 15 избягват от една страна температурни колебания в реактора, а от друга и вкарването на много голяма енергия от помпата. За предпочитане помпата е от типа магнитно куплирана помпа със страничен канал.

За предпочитане подаването на акрилнитрил става в помпения кръговрат и особено за предпочитане, непосредствено преди връщането на реактивната смес обратно в реактора. Дозирането се извършва за предпочитане непрекъснато. Като дозираща помпа за акрилнитрил много пригодна се оказва бутално-мембранна помпа с управляема фреквенция.

След завършване на дозирането на акрилнитрила е необходимо следреакционно време, 30 за предпочитане 4 до 20 min и особено за предпочитане 5 до 10 min, за да се завърши възможно най-пълно превръщане. През това време е препоръчително охлаждането плавно да се намали с помощта на байпас.

За оптимизиране на процеса в реактора целесъобразно той се следи с онлайн измерване. С такова измерване е възможно управлението на процеса много бързо да се нагоди според възможни промени. За предпочитане онлайн измерителния уред се разполага в помпения кръговрат, преди подаването на акрилнитрил и особено се предпочита по този начин да се проследява концентрацията на акрилнитрила и/или тази на акриламида.

Измерените данни от онлайн измерването 50 могат да се използват за управляване на процеса □

•496 В1 топлообменниците 6 могат да бъдат заобиколени. Съответните вентили не са показани на схемата. В помпения кръговрат освен това е включен един инфрачервен спектрометър с Фурие преобразу5 вател (FT-IR) 9 за непрекъснато измерване на концентрацията на акрилнитрил и акриламид в потока на кръговрата 18 и в реактора 3. Контролният поток се взема от кръговрата 18 посредством бутално-мембранна помпа 8 и се вкарва в FT-IR10 прибора 9, 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 за преработка с помощта на 15 мембранната дозираща помпа 11, черпеща от резервоара 10 акрилнитрил. Резервоарът за акрилнитрил 10 и реактора 3 са свързани с тръбна система откъм газовата страна на реактора. Тръбопроводът 19 се отваря преди началото на 20 въвеждането на акрилнитрил в реактора и се затваря след завършване на дозирането.

След завършване на реакцията, водният акриламид се отделя от биомасата с помощта на центрофугата 12 с пръстеновиден процеп и водният акриламид се отвежда в резервоара 13, а биомасата се улавя в резервоара 14.

Claims

1. Метод за получаване на воден разтвор на акриламид чрез хидратиране на акрилнитрил във воден разтвор в присъствието на биокатализатор, при който реакционната смес се разбърква, хидратирането се извършва в реактор с кръговратен канал и в който част от реакционната смес циркулира с помпа, в която е разположен поне един топлообменник, характеризиращ се с това, че прибавянето на акрилонитрил се осъществява непосредствено преди обратното въвеждане на реакционната смес в реактора и където ходът на реакцията се проследява чрез онлайн измерване на акрилонитрила и/или концентрацията на акриламид в кръговратния канал преди точката на подаване на акрилонитрил.

2. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че реакторът има охладител за предпочитане, разположен външно, тръбен охладител.

3. Метод съгласно претенции 1 или 2, характеризиращ се с това, че охладителят е топлоприем- на превръщане. Предпочита се да се управляват дебитът на подаване на акрилнитрил, дебитът на циркулационната помпа, дебитът на байпаса и следреакционното време.

Методът съгласно изобретението има предимството, че биокатализаторът по време на превръщането на акрилнитрила в акриламид се поврежда възможно най-малко и оттам се минимизира разхода на биокагализатор, отпадат помалко странични продукти, че превръщането на акрилнитрила е почти пълно и че се получава един почти 50 тегл. % акриламидов разтвор. Инсталацията съгласно изобретението е проста и евтина. Биоатализаторът се използва оптимално. При прилагане на метода съгласно изобретението рязко се съкращава времетраенето на процеса.

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 25 съгласно 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. Съдържанието $0 на реактор 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 4 на охладителната 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 кръго- 40 врат 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 45 да се подгрява или да се охлажда. Топлообменниците също са свързани с органи за подвеждане и отвеждане на охладителна вода. Освен това помпеният кръговрат има един байпас 15, по който

66496 Bl ник c тръбен сноп и в него реакционната смес се охлажда, като за предпочитане не се отклонява от направлението на движението си.

4. Метод съгласно всяка една от предходните претенции, характеризиращ се с това, че помпата представлява странично канална помпа.

5. Метод съгласно всяка една от предходните претенции, характеризиращ се с това, че добавянето на акрилнитрил се извършва непрекъснато в кръговратния канал.

6. Метод съгласно претенция 5, характеризиращ се с това, че добавянето на акрилнитрил се извършва за предпочитане с бутално-мембранна помпа с управляема честота.

7. Метод съгласно всяка една от предходните претенции, характеризиращ се с това, че съдържанието на реактора, състоящо се от вода и биокатализатор, се нагрява до температура на реакцията преди започване на реакцията.

8. Метод съгласно всяка една от предходните претенции, характеризиращ се с това, че след завършване на дозирането на акрилнитрила охлаждането се намалява за предпочитане с помощта на байпас.

9. Метод съгласно всяка една от предходните претенции, характеризиращ се с това, че времето на реакцията след завършване на дозирането на акрилнитрила възлиза на още на 4 до 20 min, за предпочитане 5 до 10 min.

10. Метод съгласно всяка една от предходните претенции, характеризиращ се с това, че концентрацията на акрилонитрила и/или концентрацията на акрилоамида се измерва онлайн с помощта на инфрачервен спектрометър с Фурие преобразувател (FTIR).

11. Метод съгласно всяка една от предходните претенции, характеризиращ се с това, че контролът на реакцията се осъществява с онлайн измерване.

12. Метод съгласно претенция 11, характеризиращ се с това, че дебитът на подаване на акрилнитрил, на кръговратния поток и на байпаса и/или на следреакционното време се управляват.

13. Метод съгласно всяка една от предходните претенции, характеризиращ се с това, че биокатализаторът е Rhodococcus rhodochrous, както е депозиран с депозитен номер 14320 с DSMX, 5 Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH [German Collection of Mikroorganismen and cell Cultures], Maschroder Weg lb, D-38124 Braunscheweing, Германия.

14. Инсталация за получаване на воден 10 разтвор на акрилоамид чрез хидратиране на акрилонитрил във воден разтвор в присъствието на биокатализатор, характеризираща се с това, че се състои от последователно свързани реактор (3), помпен кръговрат (18), през който се прекарва една 15 част от реакционната смес чрез помпа (7), поне един топлообменник (6), разположен в помпения кръговрат (18), в който помпен кръговрат (18) е осигурена точка за прибавяне на акрилонитрил, непосредствено преди обратното въвеждане на 20 реакционната смес в реактора (3), и уред (9) за онлайн измерване на концентрацията на акрилонитрил и/или акриламид за проследяване хода на реакцията.

15. Инсталация съгласно претенция 14, 25 характеризираща се с това, че реакторът (3) има охладител, за предпочитане, разположен външно, тръбен охладител.

16. Инсталация съгласно претенции 14 и 15, характеризираща се с това, че топлообменникът 30 (6) е от типа топлообменник с тръбен сноп.

17. Инсталация съгласно претенции от 14 до 16, характеризираща се с това, че помпата (7) е от типа на помпа със страничен канал.

18. Инсталация съгласно претенции от 14 до 35 17, характеризираща се с това, че топлообменникът (6) поне частично може да бъде заобиколен посредством байпас (15).

19. Инсталация съгласно претенции от 14 до 18, характеризираща се с това, че уредът за онлайн 40 измерване (9) е инфрачервен спектрометър с Фурие преобразувател (FTIR).