CN105377810A - α-羟基异丁酸酰胺的制造方法和反应装置 - Google Patents

α-羟基异丁酸酰胺的制造方法和反应装置 Download PDF

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Abstract

根据本发明，能够提供一种α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其特征在于：使用串联连接有至少2个反应区域的反应装置，在以锰氧化物为主成分的催化剂的存在下，通过丙酮氰醇的水合反应来制造α-羟基异丁酸酰胺，该方法包括：工序(B)：对上述反应装置中的第一反应区域(I)，循环供给从至少一个反应区域取出的反应液的至少一部分的工序；和工序(b1)：进一步对第一反应区域以外的至少一个反应区域，循环供给从至少一个反应区域取出的反应液的至少一部分的工序，对上述反应装置内的至少一个反应区域供给氧化剂。

Description

α-羟基异丁酸酰胺的制造方法和反应装置
技术领域
本发明涉及利用丙酮氰醇的水合反应的α-羟基异丁酸酰胺的工业制造方法和反应装置。α-羟基异丁酸酰胺是作为对应的羟基羧酸酯或不饱和羧酸酯的制造原料重要的化合物，开发工业上稳定制造α-羟基异丁酸酰胺的方法的意义巨大。
背景技术
作为以锰氧化物为主成分的催化剂的存在下，通过丙酮氰醇的水合反应制造α-羟基异丁酸酰胺的方法，至今为止公开了各种各样的方法。例如专利文献1公开了在使用锰氧化物的丙酮氰醇的水合反应中，在丙酮氰醇和水的反应原料中添加丙酮，由此改善反应成绩，丙酮氰醇转化率为99.0％，α-羟基异丁酸酰胺收率为95％。但是，专利文献1记载的方法中，催化剂寿命的改善不充分，难以以大规模的商业工厂设备实施。
对于专利文献1记载的方法，提出了数种改良方法，例如，公开有使氧、臭氧等氧化剂共存的方法(专利文献2)、调整反应原料的pH的方法(专利文献3和专利文献4)、为了调整反应原料的pH而使反应生成液的一部分循环的方法(专利文献3)、使二氧化碳共存的方法(专利文献5)、在反应前预先用还原液将催化剂进行前处理的方法(专利文献6)、在减压下进行反应的方法(专利文献7)。
这些方法分别有提高催化剂活性、催化剂寿命的效果，但是使用含有30重量％以上浓度的丙酮氰醇的反应原料，难以长时间、稳定地保持高的丙酮氰醇转化率。例如，上述专利文献4在实施例中记载了将调整反应原料的pH的方法与使氧化剂共存的方法组合，使用含有30.4重量％浓度的丙酮氰醇的反应原料的例子，但是以转化率降低至低于开始时的50％的时间进行定义的寿命再长也不过58天。
另外，专利文献8和专利文献9中公开了虽然丙酮氰醇转化率低，仍将反应生成液中的未反应丙酮氰醇热分解为丙酮和氰酸，将它们从反应生成液分离回收之后，再次形成为丙酮氰醇的方法，但是该方法在热分解反应、丙酮氰醇合成反应时需要额外的能量，因此是不经济的。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开昭52-222号公报
专利文献2：日本特开平3-188054号公报
专利文献3：日本特开平2-196763号公报
专利文献4：日本特表2010-510276号公报
专利文献5：日本特开平7-076563号公报
专利文献6：日本特开平2-298718号公报
专利文献7：日本特开平4-149164号公报
专利文献8：日本特开平6-172283号公报
专利文献9：日本特开平6-184072号公报
发明内容
发明所要解决的课题
一般而言，利用氰酸和丙酮的反应的丙酮氰醇的合成在碱催化剂的存在下定量地进行，因此，能够容易地得到50重量％以上的高浓度的丙酮氰醇。但是，以锰氧化物为主成分的催化剂的存在下，使用含有高浓度的丙酮氰醇的反应原料进行水合反应时，催化剂活性迅速降低，因此，一般作为原料使用低浓度的丙酮氰醇。然而，使用低浓度的丙酮氰醇时，得到的反应生成液中的α-羟基异丁酸酰胺的浓度也低，在浓缩、精制工序中消耗大量的能量。
本发明的课题在于提供一种方法，其在以锰氧化物为主成分的催化剂的存在下，通过丙酮氰醇的水合反应制造α-羟基异丁酸酰胺时，即使在从含有30重量％以上浓度的丙酮氰醇的反应原料合成α-羟基异丁酸酰胺的严酷条件下，也能够长时间、稳定地保持高的丙酮氰醇转化率。
用于解决课题的方法
本发明的发明人等为了解决上述课题，进行了深入研究，结果发现，催化剂活性降低的主要原因在于作为催化剂的主成分的锰的溶出，并且锰的溶出量与反应液中的丙酮氰醇浓度有密切的关系。因此，通过以下的本发明，能够降低各反应区域中的丙酮氰醇浓度，能够改善催化剂寿命，并且即使在从含有30重量％以上的浓度的丙酮氰醇的反应原料合成α-羟基异丁酸酰胺的严酷条件下，也能够与现有技术相比更大幅度地长时间、稳定地保持高的丙酮氰醇转化率，从而完成了本发明。
即，本发明如下。
<1>一种α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其特征在于：
使用串联连接有至少2个反应区域的反应装置，在以锰氧化物为主成分的催化剂的存在下，通过丙酮氰醇的水合反应来制造α-羟基异丁酸酰胺，
上述方法包括：
工序(B)：对上述反应装置中的第一反应区域(I)，循环供给从至少一个反应区域取出的反应液的至少一部分的工序；和
工序(b1)：进一步对第一反应区域以外的至少一个反应区域，循环供给从至少一个反应区域取出的反应液的至少一部分的工序，
对上述反应装置内的至少一个反应区域供给氧化剂。
<2>一种α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其特征在于：
使用串联连接有至少2个反应区域的反应装置，在以锰氧化物为主成分的催化剂的存在下，通过丙酮氰醇的水合反应来制造α-羟基异丁酸酰胺，
上述方法包括：
工序(A)：对上述反应装置中的第一反应区域(I)和第一反应区域以外的至少一个反应区域，分开供给含有丙酮氰醇的反应原料液的工序；
工序(B)：对上述反应装置中的第一反应区域(I)，循环供给从至少一个反应区域取出的反应液的至少一部分的工序；和
工序(b1)：进一步对第一反应区域以外的至少一个反应区域，循环供给从至少一个反应区域取出的反应液的至少一部分的工序，
对上述反应装置内的至少一个反应区域供给氧化剂。
<3>如上述<1>或<2>所述的α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其特征在于，上述工序(b1)之中的至少一部分工序在比为了向第一反应区域(I)循环供给反应液而取出该反应液的至少一个反应区域中的最靠近反应装置的入口的反应区域更靠近反应装置的出口的位置进行。
<4>如上述<3>所述的α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其特征在于，上述工序(b1)之中的至少一部分工序在比为了向第一反应区域(I)循环供给反应液而取出该反应液的所有的反应区域都更靠近反应装置的出口的位置进行。
<5>如上述<1>～<4>中任一项所述的α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其中，上述工序(b1)中的上述第一反应区域以外的至少一个反应区域与上述至少一个反应区域为同一反应区域。
<6>如上述<1>～<5>中任一项所述的α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其中，上述串联连接的反应区域的数量为7个以下。
<7>如上述<2>所述的α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其中，工序(A)中的供给含有丙酮氰醇的反应原料液的反应区域的数量为5个以下。
<8>如上述<1>所述的α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其特征在于，包括供给含有丙酮氰醇的反应原料液的工序，该反应原料液的总量中的丙酮氰醇的比例为30重量％以上。
<9>如上述<2>所述的α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其特征在于，上述反应原料液的总量中的丙酮氰醇的比例为30重量％以上。
<10>如上述<1>～<9>中任一项所述的α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其特征在于，对上述至少2个反应区域供给的反应区域供给液(C)的总量中，丙酮氰醇的比例为25重量％以下，上述反应区域供给液(C)是对各个反应区域供给的液体，为选自反应原料液、稀释剂和从反应区域流出或取出的反应液的至少一种。
<11>如上述<1>～<10>中任一项所述的α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其特征在于，作为上述氧化剂使用含有氧的气体，含有氧的气体中的氧浓度在2～50容量％的范围内。
<12>如上述<11>所述的α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其特征在于，边取出氧浓度降低后的气体，边供给氧浓度充足的气体，对反应区域的气体进行更换。
<13>如上述<1>～<12>中任一项所述的α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其特征在于，上述以锰氧化物为主成分的催化剂为二氧化锰。
<14>如上述<1>～<13>中任一项所述的α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其特征在于，上述以锰氧化物为主成分的催化剂含有组成式：MnaKbMcOd(式中，Mn表示锰，K表示钾，O表示氧，M表示选自V、Sn和Bi中的至少一种元素，各元素的原子比在a＝1时，b为0.005～0.5的范围，c为0.001～0.1的范围，d＝1.7～2.0的范围)所示的化合物。
<15>一种反应装置，用于在以锰氧化物为主成分的催化剂的存在下通过丙酮氰醇的水合反应制造α-羟基异丁酸酰胺，
上述反应装置串联连接至少2个反应区域而成，并且具有：
(a)：用于对上述反应装置中的第一反应区域(I)和第一反应区域以外的至少一个反应区域分开供给含有丙酮氰醇的反应原料液的配管，和/或
(b)：用于对上述反应装置中的第一反应区域(I)循环供给从至少一个反应区域取出的反应液的至少一部分的配管，
且具有用于对至少一个反应区域进一步供给氧化剂的配管。
<16>如上述<15>所述的反应装置，其中，还具有用于对第一反应区域以外的至少一个反应区域循环供给从至少一个反应区域取出的反应液的至少一部分的配管。
<17>如上述<16>所述的反应装置，其特征在于，具有一个以上循环回路，该循环回路由以下三者构成，该三者为第一反应区域以外的至少一个反应区域、取出向该反应区域循环供给的反应液的至少一个反应区域和连接这两个区域的配管，构成该循环回路之中的至少一个循环回路(V)的上述第一反应区域以外的至少一个反应区域和取出上述反应液的至少一个反应区域均设置于比为了对第一反应区域(I)循环供给反应液而取出该反应液的至少一个反应区域之中的最靠近反应装置的入口的反应区域更靠近反应装置的出口的位置。
<18>如上述<17>所述的反应装置，其特征在于，构成循环回路(V)的上述第一反应区域以外的至少一个反应区域和取出上述反应液的至少一个反应区域均设置于比为了对第一反应区域(I)循环供给反应液而取出反应液的任意反应区域更靠近反应装置的出口的位置。
<19>如上述<15>～<18>中任一项所述的反应装置，其中，用于取出氧化剂的设备连接于第一反应区域(I)和/或第一反应区域以外的至少一个反应区域与其他反应区域之间、或者第一反应区域(I)和/或第一反应区域以外的至少一个反应区域的中间部。
发明的效果
根据本发明，在以锰氧化物为主成分的催化剂的存在下通过丙酮氰醇的水合反应制造α-羟基异丁酸酰胺时，即使在从含有30重量％以上浓度的丙酮氰醇的反应原料合成α-羟基异丁酸酰胺的严酷条件下，也能够与现有技术相比更大幅度地长时间、稳定地保持高的丙酮氰醇转化率，因此，工业上的意义极大。
附图说明
图1是表示进行ACH(丙酮氰醇)的分开供给和反应液的循环供给的本发明的反应装置的一例的工艺流程图。
图2是表示进行ACH的分开供给和反应液的循环供给的本发明的反应装置的另一例的工艺流程图(在反应器内设置多个反应区域的方式)。
图3是表示进行ACH的分开供给和反应液的循环供给的本发明的反应装置的另一例的工艺流程图(将取出的反应液使用热交换器调整液温后返回原来的反应区域的方式)。
图4是表示进行ACH的分开供给和反应液的循环供给的本发明的反应装置的另一例的工艺流程图(使循环液返回多个反应区域的方式)。
图5是表示实施例1中的反应装置的工艺流程图。
图6是表示实施例3中的反应装置的工艺流程图。
具体实施方式
以下，详细说明本发明。
本发明的能够用于制造α-羟基异丁酸酰胺(以下，原则上记为HBD)的反应装置为串联连接有至少2个反应区域的反应装置。这里，反应区域是指在丙酮氰醇(以下，原则上记为ACH)的水合反应中，使具有催化剂活性的以锰氧化物为主成分的催化剂存在的独立的区域，在该反应区域中，ACH与水反应，转换为目的物的HBD。该反应区域可以为填充有以锰氧化物为主成分的催化剂的反应器，也可以为在一个反应器中分为若干个的各个催化剂区域(催化剂层)。
本发明的HBD的制造方法中，串联连接的反应区域的数量只要为2个以上即可，没有特别限定。但是，串联连接的反应区域的数量过多时，装置变得复杂，另外，各个反应区域的反应控制也变得繁杂，因此，串联连接的反应区域的数量在实用上优选为2～7个的范围，进一步特别优选为3～5个的范围。另外，反应区域的总数的上限也没有特别限定，另外，也可以有相对于串联连接的反应区域为并列的关系的反应区域。
本发明的HBD的制造方法中，反应原料液是指通过反应原料液供给线路向反应装置内的反应区域供给的含有ACH的原料液。即，ACH作为反应原料液，通过反应原料液供给线路向反应区域供给。从最终反应区域流出的反应生成液中的HBD浓度根据反应原料液中的ACH浓度和水合反应的转化率确定。上述HBD浓度低时，在浓缩、精制工序中耗费大量的能量，HBD的精制成本变高。从上述的HBD的精制成本的观点考虑，优选提高反应原料液的ACH浓度。如后所述，对多个反应区域分开供给反应原料液时，由多个反应原料液供给线路供给反应原料液。对多个反应区域供给的反应原料液中的ACH浓度可以不同。
一般而言，以氰酸和丙酮为原料的ACH合成反应在碱催化剂的存在下定量地进行，以50重量％以上的浓度得到ACH。本发明的HBD的制造方法中，作为HBD的制造中使用的含有ACH的反应原料液，可以使用以上述ACH合成反应得到的以高浓度含有ACH的反应液。或者，也可以使用对以上述ACH合成反应得到的以高浓度含有ACH的反应液混合稀释剂得到的液体作为含有ACH的反应原料液。即，HBD的制造中所使用的反应原料液的ACH浓度可以根据需要利用稀释剂调整为上述的规定浓度。作为稀释剂，与现有技术同样，能够过量使用作为水合反应的原料的水，也能够使用具有抑制副反应的ACH分解反应的作用的丙酮。另外，除了水、丙酮以外，还能够使用甲酰胺、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、也作为反应产物的HBD等酰胺类作为稀释剂。作为稀释剂，可以单独使用上述化合物，也可以组合多种使用。其中，作为稀释剂，优选水、丙酮、HBD、甲酰胺，酰胺类之中特别优选HBD。本发明中，定义为从反应区域流出或取出的反应液含有若干量的未反应的ACH，而上述稀释剂中则不包含。
作为含有ACH的反应原料液，使用对以ACH合成反应得到的以高浓度含有ACH的反应液混合稀释剂得到的液体时，对于混合稀释剂的时期和方式，没有特别限制。例如，通过在储藏罐内混合以高浓度含有ACH的反应液和稀释剂，稀释为所期望的ACH浓度的方法，得到含有ACH的反应原料液。另外，在即将对任一反应区域直接供给以上述ACH合成得到的以高浓度含有ACH的反应液之前，与稀释剂供给线路合而为一，由此，也能够得到含有ACH的反应原料液。
本发明中，含有ACH的反应原料液为对以通过ACH合成反应得到的以高浓度含有ACH的反应液混合稀释剂得到时，反应原料液的总量中的ACH的比例定义为相对于以ACH合成反应得到的以高浓度含有ACH的反应液和上述稀释剂的合计重量的ACH的重量分率。
另外，将以ACH合成反应得到的以高浓度含有ACH的反应液作为反应原料液使用时，反应原料液的总量中的ACH的比例定义为相对于该反应液的总重量的ACH的重量分率。
如上所述，本发明的HBD的制造方法中，也可以对多个反应区域分开供给反应原料液。另外，对各个反应区域供给的反应原料液中的ACH浓度可以相同，也可以不同。对多个反应区域供给反应原料液时，反应原料液的总量中的ACH的比例是指相对于对各反应区域供给的反应原料液的合计重量，对各反应区域供给的反应原料液中所含的ACH的合计重量所占的比例(重量分率)。
反应原料液的总量中的ACH的比例优选为30重量％以上，更优选为30重量％以上83重量％以下，最优选为35重量％以上53重量％以下。
本发明的HBD的制造中，上述HBD的制造中所使用的反应原料液的总重量中的ACH的比例如上所述优选为30重量％以上，以下所记载的反应区域供给液(C)中的ACH浓度低于反应原料液中的ACH浓度。反应区域供给液(C)是指对各个反应区域供给的液体，包括选自反应原料液、稀释剂和从反应区域流出或取出的反应液中的至少一种。本发明中，反应区域供给液(C)的总量中的ACH量的比例优选为25重量％以下。这里，反应区域供给液(C)的总量是指将对各个反应区域供给的反应区域供给液(C)合计得到的量。另外，对反应装置内的全部反应区域供给的反应区域供给液(C)中的ACH浓度优选调整为25重量％以下，进行水合反应，更优选调整为20重量％以下，进行水合反应，更加优选调整为15重量％以下，进行水合反应。其理由在于，降低反应区域入口的反应液中的ACH浓度，除了单纯降低催化剂的反应负荷的效果以外，还有使伴随反应的锰离子的溶出变少这样非常重要的效果。溶出的锰离子在位于比溶出锰的部位下游的催化剂表面作为反应活性低、或反应非活性的形态的锰氧化物、锰氢氧化物析出，成为催化剂寿命降低的原因。另外，溶出的锰离子的析出使催化剂彼此粘合，成为催化剂更换时的障碍，或者成为反应生成液送液泵、精制体系的泵的故障、配管堵塞的原因，引起工厂故障。
本发明的HBD的制造方法中，对于将反应区域供给液(C)的总量中的ACH量的比例调整为25重量％以下进行水合反应的时间没有特别限定，优选为进行水合反应总时间的至少一半以上的时间，进一步特别优选为进行水合反应的总时间的8成以上的时间。
为了得到对应于HBD的制造中所使用的反应原料液的ACH浓度的高浓度的HBD溶液，仅靠单纯的稀释操作不可能得到，需要进行反应液的循环供给操作，优选进一步组合ACH的分开供给操作。即，本发明的HBD的制造方法以下述的2个方式的任一种方式实施。
[方式1]：反应液的循环供给。
[方式2]：反应液的循环供给和ACH的分开供给。
以下，对各方式进行详细说明。
本发明的HBD的制造方法的第一方式(以下，原则上记为方式1)为一种α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其特征在于，使用串联连接有至少2个反应区域的反应装置，在以锰氧化物为主成分的催化剂的存在下，通过丙酮氰醇的水合反应来制造α-羟基异丁酸酰胺，该方法包括：
工序(B)：对上述反应装置中的第一反应区域(I)循环供给从至少一个反应区域取出的反应液的至少一部分的工序；和
工序(b1)：进一步对第一反应区域以外的至少一个反应区域循环供给从至少一个反应区域取出的反应液的至少一部分的工序，
对上述反应装置内的至少一个反应区域供给氧化剂。
方式1中，循环使用从至少一个反应区域取出的反应液的至少一部分。由此，能够降低对各反应区域供给的反应区域供给液(C)中的ACH浓度，实现催化剂寿命的提高和工厂故障的减少，同时提高最终反应区域出口的反应液中的HBD浓度。另外，反应液的循环使用由于具有将对反应区域供给的反应区域供给液(C)的pH调整为在催化剂寿命的方面优选的4以上的作用，因此，有能够以pH调整所得到的效果与ACH浓度调整所得到的锰溶出抑制效果的双重效果，延长催化剂寿命的特征。
工序(B)中的为了对第一反应区域(I)循环供给反应液的至少一部分而取出该反应液的至少一个反应区域只要为第一反应区域本身、或为位于比第一反应区域更靠近反应装置的出口的位置(下游侧)的反应区域即可。即，只要不妨碍工序(b1)的实施，可以为本发明的反应装置中的任意反应区域。
工序(b1)中的为了对第一反应区域以外的至少一个反应区域循环供给反应液的至少一部分而取出该反应液的至少一个反应区域只要为接受反应液的循环供给的该第一反应区域以外的至少一个反应区域本身、或者为位于比该第一反应区域以外的至少一个反应区域更靠近反应装置的出口的位置(下游侧)的反应区域即可。
工序(B)中的为了对第一反应区域(I)循环供给反应液的至少一部分而取出该反应液的至少一个反应区域也可以为多个。另外，工序(b1)中的为了对第一反应区域以外的至少一个反应区域循环供给反应液的至少一部分而取出该反应液的至少一个反应区域也可以为多个。工序(B)中取出用于循环供给的反应液的至少一个反应区域和工序(b1)中取出用于循环供给的反应液的至少一个反应区域可以相同或不同，优选不同。
方式1中，通过除了对第一反应区域(I)，还对第一反应区域以外的至少一个反应区域也循环供给反应液，容易降低对反应区域供给的反应区域供给液(C)中的ACH浓度，锰离子的溶出变少，并且能够构建反应区域的数量更少的高效工艺，从以上观点考虑，更为优选。对第一反应区域以外的反应区域循环供给反应液的时候，期望至少一个从设置于比取出向第一反应区域(I)循环供给的反应液的反应区域(将其称为第一反应液取出口)更靠近反应装置出口(下游侧)的部位的反应区域取出反应液(将其称为第二反应液取出口)，向设置于第一反应液取出口与第二反应液取出口之间的任意反应区域、或者具备第二反应液取出口的反应区域本身供给。
方式1中，能够在反应装置设置多个第一反应液取出口，从多个反应区域向第一反应区域(I)循环供给反应液。此时，关于多个第一反应液取出口与接受反应液的循环供给的第一反应区域以外的反应区域和第二反应液取出口的期望位置关系如下所述。即，方式1中，接受反应液的循环供给的第一反应区域以外的反应区域和第二反应液取出口的至少一组，期望位于比设置有多个的第一反应液取出口之中最靠近反应装置的入口的取出口更接近反应装置的出口(下游侧)的部位。进一步换而言之，期望位于比从设置有多个的第一反应液取出口分别取出的反应液的累计量超过从设置有多个的全部第一反应液取出口取出的反应液的合计量的50％的最初的第一反应液取出口更靠近反应装置的出口(下游侧)的一侧，最期望接受反应液的循环供给的第一反应区域以外的反应区域和第二反应液取出口的至少一组设置于比全部第一反应液取出口都更靠近反应装置的出口(下游侧)的部位的情况。这样，除了由第一反应区域(I)、取出向第一反应区域(I)循环供给的反应液的反应区域和循环线路所形成的反应液的循环通路以外，在反应装置的更靠近出口的部分，设置某种程度上独立的另一个反应液的循环通路。这样，能够对存在于各个反应液的循环通路的反应区域的反应条件分别管理、优化，能够更容易地使填充的催化剂的能力最大限度地发挥。
方式1中，通过含有水、丙酮、HBD、甲酰胺等具有稀释作用的化合物的反应液自身的循环供给，进行对反应区域供给的反应区域供给液(C)的ACH浓度的调整，因此，可以不另外使用稀释剂。但是，实用上，对第一反应区域(I)供给的反应区域供给液(C)中的ACH浓度优选利用稀释剂和循环供给的反应液这两者进行调整。作为稀释剂，除了使用水、丙酮以外，甲酰胺、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、也作为反应产物的HBD等酰胺类也能够作为稀释剂使用。上述化合物可以单独使用，也可以组合多种使用。其中，作为稀释剂，优选水、丙酮、HBD、甲酰胺，酰胺类之中特别优选HBD。
循环供给的反应液的供给量由循环供给的反应液的供给速度(X)和对反应区域供给的反应区域供给液(C)的供给速度(Y)，作为循环比，以下式(1)定义。
循环比＝(X)/((Y)-(X))式(1)
方式1中的循环比没有特别限定。
方式1中，对反应装置内的全部反应区域供给的反应区域供给液(C)中的水与ACH的摩尔比没有特别限定，优选相对于1摩尔ACH，水在1～200摩尔的范围内，特别优选10～100的范围内。丙酮与ACH的摩尔比没有特别限定，优选相对于1摩尔丙酮，ACH在0.1～10摩尔的范围内。
方式1中，相对于在反应装置内的全部反应区域填充的催化剂重量的合计，对反应装置供给的反应原料液中所含的水的供给量和ACH的供给量没有特别限定，在为水时，优选相对于1g催化剂以0.0625～0.625g/hr的范围的速度供给，更优选以0.125～0.25g/hr的速度供给，最优选以0.15～0.225g/hr的速度供给。在为ACH时，优选相对于1g催化剂以0.05～0.5g/hr的范围的速度供给，更优选以0.1～0.2g/hr的速度供给，最优选以0.12～0.18g/hr的速度供给。
作为本发明的HBD的制造方法，特别优选以下所示的第二方式。本发明的HBD的制造方法的第二方式为一种α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其特征在于：
使用串联连接有至少2个反应区域的反应装置，在以锰氧化物为主成分的催化剂的存在下，通过丙酮氰醇的水合反应来制造α-羟基异丁酸酰胺，
上述方法包括：
工序(A)：对上述反应装置中的第一反应区域(I)和第一反应区域以外的至少一个反应区域，分开供给含有丙酮氰醇的反应原料液的工序；
工序(B)：对上述反应装置中的第一反应区域(I)，循环供给从至少一个反应区域取出的反应液的至少一部分的工序；和
工序(b1)：进一步对第一反应区域以外的至少一个反应区域，循环供给从至少一个反应区域取出的反应液的至少一部分的工序，
对上述反应装置内的至少一个反应区域供给氧化剂。
上述方式2中，工序(A)中的第一反应区域以外的至少一个反应区域、即分开供给反应原料液的第一反应区域以外的至少一个反应区域可以为多个。另外，工序(b1)中的至少一个反应区域、即作为循环供给从至少一个反应区域取出的反应液的至少一部分的对象的第一反应区域以外的至少一个反应区域可以为多个。另外，工序(A)中的第一反应区域以外的至少一个反应区域与工序(b1)中的第一反应区域以外的至少一个反应区域可以相同也可以不同。
即，除了上述所说明的循环供给从至少一个反应区域取出的反应液的至少一部分以外，特别优选分开供给ACH。其理由在于，除了上述的方式1的优点以外，与方式1相比，能够更有效地降低对各反应区域供给的反应区域供给液(C)中的ACH浓度，能够以更少数量的反应区域有效地提高从最终反应区域流出的反应生成液中的HBD浓度，因此，能够构建更有效的工艺。以下，对本发明的HBD制造方法的第二方式(以下，有时称为并用法)进行详细说明。
作为第二方式，例如，使用串联连接有3个反应区域的反应装置进行ACH的水合反应时，能够对第一个反应区域和第二个反应区域分开供给ACH，或者对第一个反应区域和第三个反应区域分开供给ACH，还能够对全部3个反应区域分开供给ACH。
作为方式2的优点，可以列举如下3点：能够容易降低对各反应区域供给的反应区域供给液(C)中的ACH浓度；能够减小供给ACH的各个反应区域的反应负荷差；即使各反应区域的ACH浓度低也能够提高最终反应区域出口的反应液中的HBD。以下进行说明。
首先，降低对各反应区域供给的反应区域供给液(C)中的ACH浓度，除了如上所述单纯减低催化剂的反应负荷的效果以外，还有伴随反应的锰离子的溶出变少这样非常重要的效果。即，通过ACH的分开供给，降低对各反应区域供给的反应区域供给液(C)中的ACH浓度，由此，能够抑制锰离子的溶出，提高催化剂寿命，还能够减少工厂故障。
对第二个优点进行说明。众所周知，不进行反应原料的分开供给的单纯的连续流通式反应的情况下，反应原料通过填充有催化剂的反应区域的距离与转化率的关系不为正比例的关系，在反应原料通过的前半部分的反应区域中进行大部分的反应，在后半部分的反应区域进行反应的比例少。ACH的水合反应也不例外。因此，将ACH对2个以上的反应区域分开供给，能够减小各个反应区域的反应负荷差，能够期待由此带来的催化剂寿命的延长效果。
对第三个优点进行说明。方式2的方法中，在供给了ACH的第一反应区域中ACH的一部分形成为HBD之后，在第二个反应区域以后的反应区域追加ACH，因此，具有能够将对各反应区域供给的反应区域供给液(C)中的ACH浓度保持得较低，阶段性提高各反应区域出口的反应液中的HBD浓度的特征。例如，不进行ACH的分开供给的单程的反应装置中，使用ACH浓度为25重量％的反应原料液进行反应时，即使反应完全进行，最终反应区域出口的反应生成液中的HBD浓度也仅为30重量％，但是，采用上述的分开供给ACH的方法，即使使对反应装置内的全部反应区域供给的反应区域供给液(C)中的ACH浓度为25重量％以下，从最终反应区域流出的反应生成液中的HBD浓度也能够为例如40重量％以上。因此，能够降低精制体系中的HBD与水、丙酮等的分离成本，非常经济。
如以上所说明的那样，通过分开供给ACH，用于HBD的制造的反应原料液中的ACH浓度即使为30重量％以上，也能够有效地降低对各反应区域供给的反应区域供给液(C)中的ACH浓度，能够减小供给ACH的各个反应区域的反应负荷差，因此，与现有方法相比，能够延长催化剂寿命。另外，对各反应区域供给的反应区域供给液(C)的ACH浓度即使低，也能够提高从最终反应区域流出的反应液、即反应装置的出口的反应生成液中的HBD浓度，与现有的反应工艺相比，更为经济。
方式2中的分开供给ACH的反应区域的数量为2个以上即可，没有特别限定。但是，分开供给ACH的反应区域的数量过多时，装置变得复杂，另外，各个反应区域的反应控制也变得繁杂，因此，实用上优选为2～5个的范围，进一步特别优选为3～4个的范围。
方式2中，分开供给ACH的反应区域间的ACH的分配比例(ACH分割率)没有特别限制，相对于对反应装置供给的总ACH量，优选向第一反应区域供给的ACH量的比例为50～98重量％，将剩下的ACH向第二个反应区域以后的反应区域分开供给。这是由于方式2中向第一反应区域进行反应液的循环供给，即使增加向第一反应区域的ACH分开供给量，与仅进行ACH的分开供给的方法相比，能够容易地降低ACH浓度，由此，能够以少量的反应区域有效地提高最终反应区域出口的反应液中的HBD浓度。
方式2中，除了第一反应区域(I)以外，对第一反应区域以外的至少一个反应区域也循环供给反应液，由此能够容易降低对反应区域供给的反应区域供给液(C)中的ACH浓度，锰离子的溶出变少，并且能够构建反应区域的数量更少的高效工艺，从以上观点考虑，更为优选。另外，特别优选对分开供给ACH的反应区域循环供给反应液。对第一反应区域以外的反应区域循环供给反应液的情况下，期望至少一个从设置于比取出向第一反应区域(I)循环供给的反应液的反应区域(将其称为第一反应液取出口)更靠近反应装置出口(下游侧)的部位的反应区域取出反应液(将其称为第二反应液取出口)，向设置于第一反应液取出口与第二反应液取出口之间的任意反应区域、或者具备第二反应液取出口的反应区域本身供给。
方式2中，能够在反应装置设置多个第一反应液取出口，从多个反应区域向第一反应区域(I)循环供给反应液。此时，关于多个第一反应液取出口与接受反应液的循环供给的第一反应区域以外的反应区域和第二反应液取出口的期望位置关系如下所述。即，方式2中，接受反应液的循环供给的第一反应区域以外的反应区域和第二反应液取出口的至少一组，期望位于比设置有多个的第一反应液取出口之中最靠近反应装置的入口的取出口更接近反应装置的出口(下游侧)的部位。进一步换而言之，期望位于比从设置有多个的第一反应液取出口分别取出的反应液的累计量超过从设置有多个的全部第一反应液取出口取出的反应液的合计量的50％的最初的第一反应液取出口更靠近反应装置的出口(下游侧)的一侧，最期望接受反应液的循环供给的第一反应区域以外的反应区域和第二反应液取出口的至少一组设置于比全部第一反应液取出口都更靠近反应装置的出口(下游侧)的部位的情况。这样，除了由第一反应区域(I)、取出向第一反应区域(I)循环供给的反应液的反应区域和循环线路所形成的反应液的循环通路的以外，在反应装置的更靠近出口的部分，设置某种程度上独立的另一反应液的循环通路。这样，能够对存在于各个反应液的循环通路的反应区域的反应条件分别管理、优化，能够更容易地使填充的催化剂的能力最大限度地发挥。
方式2中，通过含有水、丙酮、HBD、甲酰胺等具有稀释作用的化合物的反应液自身的循环供给，进行对反应区域供给的反应区域供给液(C)的ACH浓度的调整，因此，为了调整ACH浓度，可以在反应液以外，不另外使用上述的稀释剂。但是，实用上，对第一反应区域(I)供给的反应区域供给液(C)中的ACH浓度利用稀释剂和循环供给的反应液这两者进行调整，在能够将后面说明的循环比控制在合适的范围的方面为优选。作为稀释剂，除了使用水、丙酮以外，甲酰胺、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、也作为反应产物的HBD等酰胺类也能够作为稀释剂使用。上述化合物可以单独使用，也可以组合多种使用。其中，作为稀释剂，优选水、丙酮、HBD、甲酰胺，酰胺类之中特别优选HBD。
方式2中，对反应装置内的全部反应区域供给的反应区域供给液(C)中的水与ACH的摩尔比没有特别限定，优选相对于1摩尔ACH，水在1～200摩尔的范围内，特别优选10～100的范围内。丙酮与ACH的摩尔比没有特别限定，优选相对于1摩尔丙酮，ACH在0.1～10摩尔的范围内。
方式2中，相对于在反应装置内的全部反应区域填充的催化剂重量的合计，对反应装置供给的各个反应原料液中所含的水的供给量的合计和ACH的供给量的合计没有特别限定，在为水时，优选相对于1g催化剂以0.0625～0.625g/hr的范围的速度供给，更优选以0.125～0.25g/hr的速度供给，最优选以0.15～0.225g/hr的速度供给。在为ACH时，优选相对于1g催化剂以0.05～0.5g/hr的范围的速度供给，更优选以0.1～0.2g/hr的速度供给，最优选以0.12～0.18g/hr的速度供给。
循环供给的反应液的供给量由循环供给的反应液的供给速度(X)、和对反应区域供给的反应区域供给液(C)的供给速度(Y)，作为循环比，以下式(1)定义。
循环比＝(X)/((Y)-(X))式(1)
方式2中的循环比没有特别限定，以体积速度比表示，优选在0.5～50的范围内，特别优选在1～20的范围内。循环比是影响对反应区域供给的反应区域供给液(C)中的ACH浓度的因素，越大则催化剂寿命越长，但是，超过50时，通过反应区域的液量变多，因此，ACH的反应率降低，压降变大等，有时反应性能变差。
如上所述，方式2与仅进行反应生成液的循环供给的方法(方式1)相比，能够以少量的反应区域更有效地提高最终反应区域出口的反应液中的HBD浓度，因此，是最经济的工艺。
此外，反应区域的数量为3个以上时，如之前所说明的那样，也可以进行向最终反应区域的ACH的分开供给，但是优选不向最终反应区域进行ACH的分开供给。这是由于反应区域为3个以上时，向直至最终反应区域的前一个的反应区域分开供给全部ACH，进行反应使得最终反应区域入口液的ACH浓度为5重量％左右，将在最终反应区域剩余的5重量％左右的ACH尽量转化为HBD，是更有效的工艺。另外，方式1、方式2中，也包括在循环供给反应液的循环线路的中途设置反应区域的方式。
本发明的HBD的制造中，为了防止以锰氧化物为主成分的催化剂被还原而失活，ACH的水合反应优选在反应装置内的全部反应区域中在氧化剂的存在下进行。作为为此供给氧化剂的方法，氧化剂与在反应装置内流通的液体一起流通，因此，通常也可以对反应装置内的至少一个反应区域供给氧化剂。例如，如果对第一反应区域供给氧化剂，则在第二个反应区域以后的反应区域也流通氧化剂，因此，可以对第一反应区域供给氧化剂。但是，氧化剂在各反应区域被缓慢消耗，因此，特别优选根据各反应区域的氧化剂浓度对第二个反应区域以后的反应区域也进行氧化剂的供给。即，本发明的HBD制造中，特别优选对第一反应区域和第一反应区域以外的至少一个反应区域供给氧化剂。当然，也可以对全部反应区域供给氧化剂。
作为本发明的HBD的制造中能够使用的氧化剂，可以列举氧、臭氧等含有氧原子的气体类、过氧化氢、过氧化钠、过氧化镁、过氧化苯甲酰、过氧化二乙酰等过氧化物或过甲酸、过乙酸、过硫酸铵等过酸和过酸盐或高碘酸、高氯酸、高碘酸钠、碘酸、溴酸、氯酸钾、次氯酸钠等含氧酸和含氧酸盐等，这些之中，优选氧、臭氧这样的含有氧原子的气体，特别优选氧。这些氧化剂可以单独使用，也可以混合两种以上使用。另外，这些氧化剂可以溶解于原料、稀释剂溶液对反应区域供给，也可以以气体的形态对反应区域供给。这些氧化剂的供给量，以相对于原料ACH的摩尔比表示，优选在0.001～0.15的范围，特别优选在0.005～0.05的范围。
作为氧化剂使用氧时，可以使用纯氧，通常，用氮、稀有气体等的不活泼气体稀释使用。当然也可以直接使用空气，或者在空气中混合氧或不活泼气体调整浓度来使用。这样的含有氧的气体中的氧浓度没有特别限定，优选为2～50容量％的范围，特别优选为5～10容量％的范围。
将含有氧的气体作为氧化剂使用时，优选使用作为固定床填充催化剂、在固相与气相之间流通反应液的所谓滴流床型的反应器，由此能够良好地实施反应液与气体的分散和反应液与催化剂的接触。这样的反应方式称为灌液式连续反应。反应液和气体的流动可以为对流、并流的任一种。
将含有氧的气体作为氧化剂使用时，在为并流时从第一反应区域入口供给含有氧的气体，在为对流时从最终反应区域出口供给含有氧的气体，使气体遍及全部反应区域即可，因此，优选含有氧的气体的供给对第一或最终反应区域进行。但是，由于在各反应区域中氧被缓慢消耗，所以更优选根据各反应区域的氧浓度对第一或最终反应区域以外的反应区域也进行含有氧的气体的供给。此时，优选在各反应区域中，边取出氧浓度降低后的气体，边供给氧浓度充分的气体，更换反应区域的气体。这里，氧浓度降低后的气体的氧浓度没有特别限定。例如，使用含有10％浓度的氧的气体时，可以边取出降低至5％左右的浓度的气体，边供给新的含有10％浓度的氧的气体。气体的更换速度能够根据各反应区域的氧浓度来确定适当的速度。
即，以并流流通含有氧的气体时，优选在第一反应区域和第一反应区域以外的至少一个反应区域中，进行氧浓度充分的气体的供给和氧浓度降低后的气体的取出。当然，也可以在全部反应区域中进行氧浓度充分的气体的供给和氧浓度降低后的气体的取出。另一方面，在以对流流通含有氧的气体时，优选在最终反应区域和最终反应区域以外的至少一个反应区域中，进行氧浓度充分的气体的供给和氧浓度降低后的气体的取出。当然，也可以在全部反应区域进行氧浓度充分的气体的供给和氧浓度降低后的气体的取出。
对于在反应区域中取出氧浓度降低后的气体的比例，没有特别限制，能够将其全部量取出到体系外之后，从取出气体的地方或其附近供给新的含氧量充足的气体，也能够将取出量限制为在催化剂区域流通的气体的一部分。
作为本发明的HBD的制造中所使用的以锰氧化物为主成分的催化剂，能够使用二氧化锰。一般而言，二氧化锰为具有MnO1.7～MnO2的组成式的锰氧化物，已知有α型、β型、γ型、δ型、ε型等各种结晶结构。另外，也已知有在结晶结构中含有碱金属元素的二氧化锰(以下，在本说明书中记为改性二氧化锰)，已知改性二氧化锰也有α型、δ型结构等各种结晶结构。本发明中，能够适合使用这些二氧化锰，更优选使用改性二氧化锰，特别优选使用α型结构的改性二氧化锰。改性二氧化锰中所含的碱金属元素的种类没有特别限定，优选为锂、钠、钾。改性二氧化锰中所含的碱金属元素量也没有特别限定，以碱金属元素相对于锰元素的原子比表示，优选为碱金属元素/锰＝0.005～0.5的范围，特别优选为0.01～0.25的范围。
二氧化锰在自然中也存在，但作为催化剂使用时，适于通过单独或组合使用各种将二价的锰氧化来制备的方法和将七价的锰还原来制备的方法得到的二氧化锰。作为这样的二氧化锰的制造方法，例如，可以列举在中性至碱性的区域将高锰酸化合物在20～100℃还原的方法(Zeit.Anorg.Allg.Chem.,309,p.1～p.32和p.121～p.150,(1961))、在酸性条件下使高锰酸钾水溶液与硫酸锰水溶液反应的方法(J.Chem.Soc.,p.2189,(1953)、日本特开昭51-71299号公报)、将高锰酸盐用卤化氢还原的方法(日本特开昭63-57535号公报)、将高锰酸盐用多元羧酸或多元醇还原的方法(日本特开平9-24275号公报、日本特开平9-19637号公报)、将高锰酸盐用肼、羟基羧酸或其盐还原的方法(日本特开平6-269666号公报)和将硫酸锰水溶液电解氧化的方法。
作为本发明中的以锰氧化物为主成分的催化剂的制备方法，能够使用上述各种方法，从能够控制改性二氧化锰的晶型、比表面积的大小以及碱金属元素的种类和量的观点考虑，优选同时使用二价的锰化合物和七价的锰化合物的方法。作为催化剂制备中所使用的二价的锰源，优选硫酸盐、硝酸盐、卤化物等水溶性的化合物，其中，特别优选硫酸盐。另一方面，作为七价的锰源，优选碱金属元素的高锰酸盐，其中，特别优选高锰酸锂、高锰酸钠、高锰酸钾。作为碱金属源，能够使用硫酸盐、硝酸盐、碳酸氢盐、氢氧化物等水溶性的化合物，通常特别优选将上述的高锰酸盐作为碱金属源使用。能够在液性为酸性下或碱性下都能够制备改性二氧化锰，特别优选在酸性下制备，在碱性下制备时，优选在反应前用稀硫酸等酸性溶液对改性二氧化锰进行清洗。
作为本发明中的以锰氧化物为主成分的催化剂，也能够使用含有锰、碱金属元素以外的其它元素、例如选自元素周期律表2、3、4、5、6、8、9、10、11、12、13、14、15族的至少一种元素的二氧化锰。其中，含有选自碱土金属、Sc、Y、Zr、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Zn、Ga、In、Ge、Sn、Pb或Bi中的至少一种元素的二氧化锰的ACH水合反应的反应活性和HBD的选择性优异，故而优选。另外，含有选自V、Sn或Bi中的至少一种元素的二氧化锰的ACH水合反应的反应活性和HBD的选择性特别优异，故而特别优选。当然，也能够适合使用含有两种以上元素的二氧化锰。
作为在二氧化锰中含有这些元素的方法，可以使用含浸、吸附、混炼、共沉淀等任一种方法。作为元素源，能够使用硝酸盐、硫酸盐这样的水溶性的化合物、氧化物、氢氧化物等。例如，在制备含有钒的锰氧化物催化剂时，作为钒源，优选使用硫酸钒、氯化钒这样的水溶性的盐，特别优选使用硫酸钒。另外，制备含有锡的锰氧化物催化剂时，作为锡源，优选使用硫酸锡、氯化锡这样的水溶性的盐，特别优选使用硫酸锡。制备含有铋的锰氧化物时，作为铋源能够使用硫酸铋、硝酸铋这样的水溶性的盐，特别优选使用氧化铋。
二氧化锰中所含有的这些元素的量没有特别限定，以相对于锰元素的原子比表示，优选为二氧化锰中含有的元素/锰＝0.001～0.1的范围，特别优选为0.002～0.04的范围。
本发明中特别优选的以锰氧化物为主成分的催化剂含有下述组成式所示的化合物。
组成式：MnaKbMcOd
(式中，Mn表示锰，K表示钾，O表示氧，M表示选自V、Sn和Bi中的至少一种元素，各元素的原子比在a＝1时，b为0.005～0.5的范围，c为0.001～0.1的范围，d＝1.7～2.0的范围)。
另外，在以锰氧化物为主成分的催化剂中，除了上述化合物以外，还可以含有水合水。
本发明的HBD的制造中，能够将通过上述方法制备的锰氧化物成型加工为粒状、片状得到的产物作为固定床催化剂，或者将成型加工为颗粒状、微小球状得到的产物作为浆态床催化剂，填充或分散于反应区域，用于ACH的水合反应。另外，也能够应用使用二氧化硅、粘土矿物这样具有塑性和结合性的化合物成型得到的产物。
本发明的HBD的制造中能够使用的原料的ACH的制造方法没有特别限定，例如，能够使用从通过甲酰胺的脱水反应得到的氰酸与丙酮合成的ACH。另外，也能够使用通过ANDREW法、BMA法这样的从甲烷与氨的反应得到的氰酸与丙酮合成的ACH、从通过丙烷的氨氧化得到的氰酸与丙酮合成的ACH等。一般而言，利用氰酸和丙酮的反应的ACH的合成在碱金属化合物、胺类、碱性离子交换树脂等催化剂的存在下定量地进行，能够以高收率得到ACH，本发明的HBD的制造中，能够使用用这些催化剂合成的ACH。此时，ACH能够使用蒸馏精制后的产物，也能够不经蒸馏精制就使用。
本发明中的ACH的水合反应的反应温度优选为20～120℃的范围，特别优选30～90℃的范围。反应压力可以为减压下也可以为高压下，优选为0.01～1.0MPa的范围，特别优选为0.05～0.5MPa的范围。各个反应区域中的ACH的滞留时间可以根据反应方式、催化剂活性选择更为适当的值，通常优选为30秒～15小时，更优选为15分钟～10小时，特别优选为30分钟～5小时。
本发明的HBD的制造中对各反应区域供给的反应区域供给液(C)的pH优选调整为4以上，特别优选调整为4～8的范围。pH的调整除了之前说明的通过反应液的循环供给进行的调整以外，还能够使用日本特开平11-335341号公报中所公开的胺类、日本特开平2-193952号公报所公开的碱金属的氧化物、氢氧化物进行。
用于制造本发明的HBD的反应装置用于在以锰氧化物为主成分的催化剂的存在下通过丙酮氰醇的水合反应制造α-羟基异丁酸酰胺，上述反应装置串联连接至少2个反应区域而成，并且具有：
(a)：用于对上述反应装置中的第一反应区域(I)和第一反应区域以外的至少一个反应区域分开供给含有丙酮氰醇的反应原料液的配管，和/或
(b)：用于对上述反应装置中的第一反应区域(I)循环供给从至少一个反应区域取出的反应液的至少一部分的配管，
且具有用于对至少一个反应区域进一步供给氧化剂的配管。
用于制造本发明的HBD的反应装置优选具有用于对第一反应区域以外的至少一个反应区域循环供给从至少一个反应区域取出的反应液的一部分的配管。此时，用于向反应区域循环供给从上述反应区域取出的反应液的配管的方式没有特别限制，例如，可以为连接向反应区域独立地循环供给从反应区域取出的反应液的配管的方式，可以为向反应区域供给前预先在原料制备槽、贮存槽等中将反应原料液、水、丙酮、HBD等稀释剂混合并将它们同时以1个配管向反应区域供给的方式，也可以为向对反应区域供给反应原料液、水、丙酮、HBD等稀释剂的配管、连接反应区域间的配管连接循环供给从反应区域取出的反应液的配管的方式。另外，也可以在循环供给反应液的循环线路的中途设置反应区域。另外，可以具有一个以上的由以下三者构成的循环回路，该三者为上述第一反应区域以外的至少一个反应区域(II)、取出向该反应区域循环供给的反应液的至少一个反应区域(IV)和连接这两个区域的配管，更优选构成该循环回路之中的至少一个循环回路(V)的反应区域(II)和反应区域(IV)均设置于比为了对第一反应区域(I)循环供给反应液而取出反应液的至少一个反应区域之中的最靠近反应装置入口的反应区域更靠近本发明的反应装置的出口一侧(下游侧)。或者，从多个反应区域取出用于向反应区域(I)循环供给反应液的反应液时，更加优选相比于从各个反应区域取出的反应液的累计值最开始超过向反应区域(I)循环供给的反应液的总量的50％的反应区域，构成该循环回路之中的至少一个循环回路(V)的反应区域(II)和反应区域(IV)均设置于更靠近反应装置的出口一侧(下游侧)，最优选构成该循环回路之中的至少一个循环回路(V)的反应区域(II)和反应区域(IV)均设置于比为了对第一反应区域(I)循环供给反应液而取出反应液的所有反应区域都更靠近反应装置的出口一侧(下游侧)。
作为构成循环回路(V)的反应区域(II)和反应区域(IV)的配置，优选反应区域(IV)设置于比反应区域(II)更靠近本发明的反应装置的出口一侧。或者，优选反应区域(II)和反应区域(IV)为同一反应区域。
用于制造本发明的HBD的反应装置优选具有用于对至少一个反应区域供给含有选自水、丙酮、HBD和甲酰胺中的至少一种化合物的稀释剂的配管。其中，更优选具有用于对分开供给ACH的反应区域供给上述稀释剂的配管。此时，用于向反应区域供给上述稀释剂的配管的方式没有特别限定，例如，可以为连接向反应区域独立供给上述稀释剂的配管的方式，也可以在向反应区域供给之前预先在原料制备槽中与反应原料液混合并与反应原料液同时以1个配管向反应区域供给的方式，也可以是向对反应区域供给反应原料液的配管连接供给上述稀释剂的配管的方式。
用于制造本发明的HBD的反应装置具有用于对至少一个反应区域供给氧化剂的配管。此时，用于向反应区域供给氧化剂的配管的方式没有特别限定。
用于制造本发明的HBD的反应装置优选用于取出氧化剂的设备连接于第一反应区域(I)和/或第一反应区域以外的至少一个反应区域与其它反应区域之间、或者第一反应区域(I)和/或第一反应区域以外的至少一个反应区域的中间部。
<用于实施本发明的反应装置和制造方法的具体例>
以下，例示用于实施本发明的合适的反应装置和制造方法的具体例(并用法)。图1是以第一反应器1a、第二反应器1b、第三反应器1c的这3个反应器构成的用于制造HBD的反应装置的工艺流程图的例子。
第一反应器1a、第二反应器1b、第三反应器1c中，设置分别填充有催化剂的第一反应区域2a、第二反应区域2b、第三反应区域2c。在第一反应器1a连接对第一反应区域入口供给的反应液的供给线路10a和氧化剂供给线路4a，隔着第一反应区域2a在相反侧连接有来自第一反应区域出口的反应液的流出线路11a和氧化剂取出线路5a。在第二反应器1b连接有对第二反应区域入口供给的反应液的供给线路10b和氧化剂供给线路4b，隔着第二反应区域2b在相反侧连接有来自第二反应区域出口的反应液的流出线路11b和氧化剂取出线路5b。在第三反应器1c连接有对第三反应区域入口供给的反应液的供给线路10c和氧化剂供给线路4c，隔着第三反应区域2c在相反侧连接有来自第三反应区域出口的反应液的流出线路11c和氧化剂取出线路5c。
3a、3b为含有ACH的反应原料液的供给线路。6a、6b为用于将来自反应区域出口的反应液返回原来的反应区域入口的循环线路。7为用于对来自反应区域出口的循环的反应液进行冷却的冷却器。8为用于对来自反应区域出口的反应液进行输送的泵。9为用于将反应原料液加热到规定的温度的加热器。12a、12b为用于暂时贮存放置来自反应区域出口的反应液的液体贮存部。
例示使用图1的反应装置制造HBD的方法。含有ACH的反应原料液从反应原料液供给线路3a和3b经由加热器9分开供给。从3a供给在ACH和水的混合物中至少添加有丙酮的混合原料作为反应原料液。另一方面，从3b供给ACH单独原料、或在ACH中至少添加有水和/或丙酮的混合原料作为反应原料液。此外，图1中，在混合含有ACH、水、丙酮等的反应原料之后使用3a、3b对反应器供给，但是也可以将这些成分分别利用独立的供给线路对反应器供给。
从3a供给的反应原料液中的ACH浓度和水浓度没有特别限定，实用上，优选为ACH30～60重量％、水70～40重量％，进一步特别优选为ACH35～50重量％、水65～50重量％。另外，反应原料液中的丙酮浓度也没有特别限定，优选为3～20重量％，更优选为5～15重量％。另一方面，从3b供给的反应原料液中的ACH浓度和水浓度也没有特别限定，优选为ACH30～100重量％、水0～50重量％。另外，反应原料液中的丙酮浓度优选为0～20重量％。
从3a、3b供给的含有ACH的反应原料液与从6a、6b循环的来自反应区域出口的反应液混合，通过10a、10b向各反应器供给。如上所说明的那样，从6a、6b循环的来自反应区域出口的反应液的供给速度(X)相对于对2a、2b的反应区域供给的总反应液的供给速度(Y)与从6a、6b循环供给的反应液的供给速度(X)之差的比((X)/((Y)-(X)))、即循环比没有特别限定，以体积速度比表示，优选为0.5～50的范围，特别优选为1～20的范围。此外，图1中，混合反应原料液和来自反应区域出口的反应液之后通过10a、10b对反应器供给，但是也可以将这些液体分别利用独立的供给线路对反应器供给。
ACH的水合反应以上述所说明的反应温度、反应压力进行。控制ACH的水合反应的反应温度的方法没有特别限定，能够使用在填充有催化剂的反应区域的周围安装循环热介质或温水的夹套的方法、在反应区域的内部设置传热线圈的方法、在反应区域的外部实施用于防止热的扩散的保温措施、在反应原料液和来自反应区域出口的反应液的流通线路(图1的3a、6a、13a、3b、6b、13b)设置加热器9或冷却器7调整反应液的温度的方法等。此外，图1是设置加热器9、冷却器7的例子，在不使用加热器9、冷却器7也能够将混合反应原料液和来自反应区域出口的反应液时的液温控制为用于进行ACH的水合反应的规定温度的情况下，也可以不设置加热器9、冷却器7。但是，实用上，设置加热器9和冷却器7控制反应温度，容易使反应装置稳定运转，故而优选。
如上述所说明的那样，为了防止以锰氧化物为主成分的催化剂被还原而失活，从氧化剂供给线路4a、4b、4c供给氧化剂。将含有氧的气体作为氧化剂使用时，从氧化剂供给线路4a、4b、4c供给含有氧的气体，从氧化剂取出线路5a、5b、5c抽出氧浓度降低后的气体。作为从4a、4b、4c供给的气体，可以使用新鲜的含有氧的气体，也可以使用在从5a、5b、5c抽出的氧浓度降低后的气体中混合新鲜的含有氧的气体直至氧浓度变得充分后的气体。在从5a、5b、5c抽出的气体的氧浓度仍充分时，也可以直接通过4a、4b、4c向原来的反应区域或其它反应区域供给。
从反应液供给线路10a供给的ACH，在第一反应区域2a中其一部分通过水合反应形成为HBD。从第一反应区域2a流出的来自反应区域出口的反应液通过流出线路11a，暂时贮存放置于液体贮存部12a。然后，作为向第一反应区域的循环液以规定的比例分配给6a，作为向第二反应区域的供给液以规定的比例分配给13a。通常，向第二反应区域的液体供给速度与从3a供给的反应原料液的供给速度相同。
从13a送出的向第二反应区域的供给液与从3b供给的反应原料液、从6b送出的来自第二反应区域出口的循环液合并，通过反应液供给线路10b向第二反应区域2b供给。第二反应区域中，从3b供给的ACH和从6b循环来的ACH转化为HBD，因此，来自第二反应区域出口的反应液的HBD浓度高于来自第一反应区域出口的反应液的HBD浓度。从第二反应区域2b流出的来自反应区域出口的反应液通过流出线路11b暂时贮存放置于液体贮存部12b。然后，作为向第二反应区域的循环液以规定的比例分配给6b，作为向第三反应区域的供给液以规定的比例分配给13b。通常，向第三反应区域的液体供给速度与从3b供给的反应原料液的供给速度和从13a供给的向第二反应区域的液体供给速度之和相同。
从13b送出的向第三反应区域的供给液经过10c向第三反应区域2c供给。在第三反应区域2c中，反应液中的大部分的ACH转化为HBD，最终形成40重量％以上的浓度的HBD溶液，从11c向下一个工序的装置或贮存装置输送。
用于实施本发明的合适的反应装置的工艺流程图不限定于图1。例如，也能够列举在一个反应器设置多个反应区域、分别设置反应液循环线路的方式(图2)；从一个反应区域的中途取出反应液、使用热交换器调整液温之后返回原来的反应区域的方式(图3)；将循环液返回1个反应区域的多个部位的方式(图4)等各种方式。
(实施例)
以下，列举实施例和比较例对本发明更进一步具体说明，但是本发明不受这些例子限定其范围。
催化剂的制备
在75℃搅拌下，将硫酸锰一水合物54.43g(0.322mol)溶解于水215ml，进一步混合浓硫酸99.54g(0.964mol)，将得到的液体快速注加于将高锰酸钾62.92g(0.398mol)溶解于水220ml得到的液体中。在70℃连续搅拌2小时，进一步在90℃搅拌4小时进行熟化之后，快速注加将氧化铋(III)1.90g(0.007mol)悬浮在水440ml得到的液体。在室温搅拌30分钟之后，过滤所得到的沉淀物，用水200ml进行4次清洗，得到沉淀滤饼。
将所得到的滤饼用挤出成型机(料筒直径35mmΦ、喷嘴直径1.5mmΦ×24孔、开孔率4.4％、油压式)成型，用静置干燥机在110℃干燥15小时，得到直径约长5～10mm的粒料状的成型催化剂约60g。测定所得到的催化剂的金属成分的含量，结果全部都为铋/钾/锰＝0.01/0.09/1.0(原子比)。
ACH的水合反应
实施例1
使用图5所示的反应装置进行ACH的水合反应。1a、1b、1c为具备夹套的内径约的玻璃制反应器(分别为第一反应器、第二反应器、第三反应器)。2a为第一反应区域，填充有以上述方法制备的催化剂16g。2b为第二反应区域，填充有以上述方法制备的催化剂16g。2c为第三反应区域，填充有以上述方法制备的催化剂8g。3a为第一反应原料液的供给线路，以14.8g/hr的速度供给由纯水55.5重量％、丙酮9.5重量％、ACH35重量％构成的第一反应原料液。3b为第二反应原料液的供给线路，以2.47g/hr的速度供给由纯水17重量％、丙酮13重量％、ACH70重量％构成的第二反应原料液。对第一反应原料液的供给线路供给的ACH相对于供给的总ACH的比例为75重量％。4a为第一氧化剂供给线路，以26.7ml/hr的速度供给由以体积基准计为氧9％、氮91％构成的含氧气体。由4a供给的含氧气体经由第一反应区域2a导向第一反应器出口(流出线路)11a、第一反应区域出口的反应液贮存部(液体贮存部)12a，从第一氧化剂取出线路5a全部抽出到体系外。4b为第二氧化剂供给线路，以26.7ml/hr的速度供给由以体积基准计为氧9％、氮91％构成的含氧气体。由4b供给的含氧气体经由第二反应区域2b、第二反应器出口(流出线路)11b、第二反应区域出口的反应液贮存部(液体贮存部)12b、第三反应区域入口液体供给线路10c导入第三反应器1c，进一步经由第三反应区域2c，从第三反应器出口(流出线路)11c与第三反应区域出口的反应液一起抽出到体系外。从第一反应器出口11a流出的来自第一反应区域出口的反应液暂时全部收集在第一反应区域出口的反应液贮存部12a中。收集的反应液的一部分通过送液泵8a以120g/hr的速度经由来自第一反应区域出口的反应液循环线路6a送到第一反应区域入口液体供给线路10a。循环至第一反应区域入口的反应液的循环比为8.1。在第一反应区域出口的反应液贮存部12a具备液面传感器，大于120g/hr的从第一反应器出口11a流出的反应液在通过该液面传感器和送液泵8t将第一反应区域出口的反应液贮存部12a的液面控制为保持一定的状态下，经由向第二反应区域的送液线路13a向第二反应器1b输送。由送液泵8t送出的液体的供给速度为14.8g/hr。12b为第二反应区域出口的反应液贮存部(液体贮存部)。从第二反应器出口(流出线路)11b流出的反应液暂时全部收集在第二反应区域出口的反应生成液贮存部12b中。收集的反应液的一部分通过送液泵8b以26.5g/hr的速度经由来自第二反应区域出口的反应液循环线路6b送到第二反应区域入口液体供给线路10b。循环至第二反应区域入口的反应液的循环比为1.5。使以大于26.5g/hr的速度从第二反应器出口11b流出的来自第二反应区域出口的反应液从设置于第二反应区域出口的反应液贮存部12b的侧面的开口部溢流，经由送液管(送液线路)13b，向第三反应器1c送出。此外，从第二氧化剂供给线路供给的含氧气体也从同一送液管13b向第三反应器1c送出。向第三反应器1c送出的来自第二反应区域出口的反应液通过第三反应区域2c从第三反应器出口11c抽出到体系外。各反应区域2a、2b、2c中，反应液沿着催化剂的表面落下，催化剂层均被保持为称为所谓滴流床的状态。对第一反应区域出口的反应液贮存部12a、第二反应区域出口的反应液贮存部12b、第三反应器出口11c的液体用HPLC进行分析，分析了ACH的浓度。适当调整反应温度，使得第三反应器出口11c的ACH的浓度不超过1重量％。在表1中表示目的物的HBD的生产量和原料的ACH的转化率的经时变化，在表2中表示从各分析值和液流量算出的各反应器1a、1b、1c的入口、出口的液体中的ACH浓度。此外，在任一时刻第三反应器出口11c的目的物HBD的收率都为95％以上。另外，用偏光塞曼原子吸光光度计(日立高科技公司制、
Z-2000)测定第一反应区域出口的反应液贮存部12a中的液体中的锰浓度。在表2中表示结果。
在用于将第三反应器出口11c的ACH的浓度保持为1％以下的反应温度为56℃以上的时刻结束反应。反应天数为750天，总计的HBD的生产量为每1g催化剂为3717.8g。
[表1]
[表2]
实施例2
从3a的第一反应原料液的供给线路以17.28g/hr的速度供给由纯水50重量％、丙酮10重量％、ACH40重量％构成的反应原料液，从3b的第二反应原料液的供给线路不供给原料，除此以外，以与实施例1相同的反应条件实施ACH的水合反应。在表3中表示目的物的HBD的生产量和原料的ACH的转化率的经时变化，在表4中表示从各分析值和液流量算出的各反应器1a、1b、1c的入口、出口的液体中的ACH浓度。此外，在任一时刻第三反应器出口(流出线路)11c的目的物HBD的收率都为95％以上。另外，用偏光塞曼原子吸光光度计(日立高科技公司制、Z-2000)测定第一反应区域出口的反应液贮存部(液体贮存部)12a中的液体中的锰浓度。在表4中表示结果。其结果，第一反应区域出口的反应液中的Mn浓度为1.8～2.0ppm。
用于将第三反应器出口11c的ACH的浓度保持为1％以下所需要的反应温度在反应天数第102天为47.5℃，在该时刻的总计的HBD的生产量为每1g催化剂为483.8g。
[表3]
[表4]
实施例3
使用图6所示的反应装置进行丙酮氰醇的水合反应。1a、1b、1c为具有夹套的内径约的玻璃制反应器(分别为第一反应器、第二反应器、第三反应器)。2a为第一反应区域，填充有以上述方法制备的催化剂8g。2b为第二反应区域，填充有以上述方法制备的催化剂8g。2c为第三反应区域，填充有以上述方法制备的催化剂8g。3a为原料供给管(供给线路)，以12.0g/hr的速度供给由纯水50.0重量％、丙酮10.0重量％、丙酮氰醇(表中为ACH)40重量％构成的第一原料。4a为氧化剂供给管(供给线路)，以16.0ml/hr的速度供给空气作为含氧气体。从4a供给的含氧气体经由第一反应区域2a向反应器出口(流出线路)11a、第一反应液贮存部(液体贮存部)12a、送液管(送液线路)13a、第二反应器1b、第二反应区域2b、反应器出口(流出线路)11b、第二反应液贮存部(液体贮存部)12b、送液管(送液线路)13b、第三反应器1c、第三反应区域2c，与反应液一起从反应器出口(流出线路)11c排出到体系外。12a为第一反应液贮存部。从第一反应器1a流出的反应液暂时全部收集在第一反应液贮存部12a中，由送液泵8a以120g/hr的速度经由反应液循环线路6a送到反应液供给管(供给线路)10a。从第一反应器1a以大于120g/h的速度流出的反应液从设置于第一反应液贮存部12a的侧面的开口部溢流，经由送液管13a向第二反应器1b送出。从反应液供给管10b向第二反应器1b送出的反应液通过第二反应区域2b，从反应器出口11b送至第二液贮存部12b，被暂时收集。反应液从第二液贮存部12b由送液泵8b以120g/hr的速度经由反应液循环线路6b送至反应液供给管10b。从第二反应器1b以大于120g/hr的速度流出的反应液从设置于第二反应液贮存部12b的侧面的开口部溢流，经由送液管13b向第三反应器1c送出。向第三反应器1c送出的反应液通过第三反应区域2c从第三反应器出口11c向体系外排出。各反应区域2a、2b、2c中，反应液沿着催化剂的表面落下，催化剂层均被保持为称为所谓滴流床的状态。用HPLC分析第一反应液贮存部12a、第二反应液贮存部12b、第三反应器出口11c的反应液，分析了丙酮氰醇的浓度。适当调整反应温度，使得第三反应器出口11c的丙酮氰醇的浓度不超过1重量％。在表5中表示目的物的α-羟基异丁酸酰胺(HBD)的生产量和原料的丙酮氰醇的转化率的经时变化，在表6中表示从各分析值和反应液流量算出的各反应器1a、1b、1c的入口、出口的反应液中的丙酮氰醇浓度。此外，在任一时刻第三反应器出口11c的目的物α-羟基异丁酸酰胺的收率都为95％以上。另外，用原子吸光光度计(日立高科技公司制、Z-2000)测定第一反应液贮存部12a的反应液中的锰浓度。在表6中表示结果。
在用于将第三反应器出口11c的ACH的浓度保持为1％以下的反应温度为56℃以上的时刻结束反应。总计的α-羟基异丁酸酰胺的生产量为每1g催化剂为2261.5g。
[表5]
[表6]
本发明还包括以下的方式。
<1>一种α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其特征在于，
使用串联连接有至少2个反应区域的反应装置，在以锰氧化物为主成分的催化剂的存在下，通过丙酮氰醇的水合反应来制造α-羟基异丁酸酰胺，
上述方法包括选自下述工序(A)和工序(B)中的至少一个工序，
工序(A)：对上述反应装置中的第一反应区域(I)和第一反应区域以外的至少一个反应区域(II)供给含有丙酮氰醇的反应原料液的工序，
工序(B)：对上述反应装置中的第一反应区域(I)循环供给从至少一个反应区域(III)取出的反应液的至少一部分的工序。
<2>如<1>所述的α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其中，上述串联连接的反应区域的数量为7个以下。
<3>如<1>或<2>所述的α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其中，工序(A)中的供给含有丙酮氰醇的反应原料液的反应区域的数量为5个以下。
<4>如<1>～<3>中任一项所述的α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其特征在于，对上述反应区域供给的反应区域供给液(C)中的水与丙酮氰醇的摩尔比为，水相对于1摩尔丙酮氰醇在1～200摩尔的范围内。
<5>如<4>所述的α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其特征在于，反应区域供给液(C)中含有丙酮。
<6>如<4>或<5>所述的α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其特征在于，反应区域供给液(C)中含有α-羟基异丁酸酰胺。
<7>如<1>～<6>中任一项所述的α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其特征在于，反应区域供给液(C)的总量中的丙酮氰醇的比例为25重量％以下。
<8>如<1>～<7>中任一项所述的α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其特征在于，上述反应原料液中的丙酮氰醇浓度为30重量％以上。
<9>如<1>～<8>中任一项所述的α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其特征在于，工序(B)中，进一步对第一反应区域以外的至少一个反应区域(II)循环供给从至少一个反应区域(III)取出的反应液的至少一部分。
<10>如<1>～<9>中任一项所述的α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其特征在于，对上述反应装置内的至少一个反应区域(III)供给氧化剂。
<11>如<1>～<10>中任一项所述的α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其特征在于，对上述反应装置中的全部反应区域供给氧化剂。
<12>如<10>或<11>所述的α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其特征在于，作为上述氧化剂使用含有氧原子的气体。
<13>如<10>或<11>所述的α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其特征在于，作为上述氧化剂使用含有氧的气体，含有氧的气体中的氧浓度为2～50容量％的范围内。
<14>如<13>所述的α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其特征在于，边取出氧浓度降低后的气体，边供给氧浓度充分的气体，对反应区域的气体进行更换。
<15>如<12>～<14>中任一项所述的α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其特征在于，反应方式为灌液式连续反应方式。
<16>如<1>～<15>中任一项所述的α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其特征在于，上述以锰氧化物为主成分的催化剂为二氧化锰。
<17>如<1>～<16>中任一项所述的α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其特征在于，上述以锰氧化物为主成分的催化剂含有组成式：MnaKbMcOd(式中，Mn表示锰，K表示钾，O表示氧，M表示选自V、Sn和Bi中的至少一种元素，各元素的原子比在a＝1时，b为0.005～0.5的范围，c为0.001～0.1的范围，d＝1.7～2.0的范围)所示的化合物。
<18>如<17>所述的α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其中，上述以锰氧化物为主成分的催化剂还含有水合水。
<19>如<1>所述的α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其特征在于，具有工序(A)和工序(B)。
<20>如<19>所述的α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其特征在于，相对于工序(A)中对反应装置供给的反应原料液中所含的总丙酮氰醇量，向第一反应区域供给的反应原料液中所含的丙酮氰醇量的比例为50～98重量％。
<21>如<19>或<20>所述的α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其特征在于，工序(B)中的循环比以体积速度比表示，在0.5～50的范围内。
<22>一种反应装置，用于在以锰氧化物为主成分的催化剂的存在下通过丙酮氰醇的水合反应制造α-羟基异丁酸酰胺，
上述反应装置串联连接至少2个反应区域而成，并且具有：
(a)：用于对上述反应装置中的第一反应区域(I)和第一反应区域以外的至少一个反应区域(II)供给含有丙酮氰醇的反应原料液的配管，和/或
(b)：用于对上述反应装置中的第一反应区域(I)循环供给从至少一个反应区域(III)取出的反应液的至少一部分的配管。
<23>如<22>所述的反应装置，其中，(b)中，还具有用于对第一反应区域以外的至少一个反应区域(II)循环供给从至少一个反应区域(III)取出的反应液的至少一部分的配管。
<24>如<22>或<23>所述的反应装置，其中，还具有用于对至少一个反应区域(III)供给含有选自水、丙酮、α-羟基异丁酸酰胺和甲酰胺中的至少一种化合物的稀释剂的配管。
<25>如<22>～<24>中任一项所述的反应装置，其中，还具有用于对至少一个反应区域(III)供给氧化剂的配管。
<26>如<22>～<25>中任一项所述的反应装置，其中，用于取出氧化剂的设备连接于第一反应区域(I)和/或第一反应区域以外的至少一个反应区域(II)与其它反应区域之间、或者第一反应区域(I)和/或第一反应区域以外的至少一个反应区域(II)的中间部。
符号说明
1a：第一反应器
1b：第二反应器
1c：第三反应器
2a：第一反应区域
2b：第二反应区域
2c：第三反应区域
3a、3b：反应原料液的供给线路
4a、4b、4c：氧化剂的供给线路
5a、5b、5c：氧化剂的取出线路
6a、6b：循环线路
7：冷却器
8：泵
9：加热器
10a、10b、10c：反应液的供给线路
11a、11b、11c：反应液的流出线路
12a、12b：液体贮存部
13a、13b：送液线路

Claims (19)

1.一种α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其特征在于：
使用串联连接有至少2个反应区域的反应装置，在以锰氧化物为主成分的催化剂的存在下，通过丙酮氰醇的水合反应来制造α-羟基异丁酸酰胺，
所述方法包括：
工序(B)：对所述反应装置中的第一反应区域(I)，循环供给从至少一个反应区域取出的反应液的至少一部分的工序；和
工序(b1)：进一步对第一反应区域以外的至少一个反应区域，循环供给从至少一个反应区域取出的反应液的至少一部分的工序，
对所述反应装置内的至少一个反应区域供给氧化剂。
2.一种α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其特征在于：
使用串联连接有至少2个反应区域的反应装置，在以锰氧化物为主成分的催化剂的存在下，通过丙酮氰醇的水合反应来制造α-羟基异丁酸酰胺，
所述方法包括：
工序(A)：对所述反应装置中的第一反应区域(I)和第一反应区域以外的至少一个反应区域，分开供给含有丙酮氰醇的反应原料液的工序；
工序(B)：对所述反应装置中的第一反应区域(I)，循环供给从至少一个反应区域取出的反应液的至少一部分的工序；和
工序(b1)：进一步对第一反应区域以外的至少一个反应区域，循环供给从至少一个反应区域取出的反应液的至少一部分的工序，
对所述反应装置内的至少一个反应区域供给氧化剂。
3.如权利要求1或2所述的α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其特征在于：
所述工序(b1)之中的至少一部分工序在比为了向第一反应区域(I)循环供给反应液而取出该反应液的至少一个反应区域中的最靠近反应装置的入口的反应区域更靠近反应装置的出口的位置进行。
4.如权利要求3所述的α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其特征在于：
所述工序(b1)之中的至少一部分工序在比为了向第一反应区域(I)循环供给反应液而取出该反应液的所有的反应区域都更靠近反应装置的出口的位置进行。
5.如权利要求1～4中任一项所述的α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其特征在于：
所述工序(b1)中的所述第一反应区域以外的至少一个反应区域与所述至少一个反应区域为同一反应区域。
6.如权利要求1～5中任一项所述的α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其特征在于：
所述串联连接的反应区域的数量为7个以下。
7.如权利要求2所述的α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其特征在于：
工序(A)中的供给含有丙酮氰醇的反应原料液的反应区域的数量为5个以下。
8.如权利要求1所述的α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其特征在于：
包括供给含有丙酮氰醇的反应原料液的工序，该反应原料液的总量中的丙酮氰醇的比例为30重量％以上。
9.如权利要求2所述的α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其特征在于：
所述反应原料液的总量中的丙酮氰醇的比例为30重量％以上。
10.如权利要求1～9中任一项所述的α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其特征在于：
对所述至少2个反应区域供给的反应区域供给液(C)的总量中，丙酮氰醇的比例为25重量％以下，所述反应区域供给液(C)是对各个反应区域供给的液体，为选自反应原料液、稀释剂和从反应区域流出或取出的反应液的至少一种。
11.如权利要求1～10中任一项所述的α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其特征在于：
作为所述氧化剂使用含有氧的气体，含有氧的气体中的氧浓度在2～50容量％的范围内。
12.如权利要求11所述的α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其特征在于：
边取出氧浓度降低后的气体，边供给氧浓度充足的气体，对反应区域的气体进行更换。
13.如权利要求1～12中任一项所述的α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其特征在于：
所述以锰氧化物为主成分的催化剂为二氧化锰。
14.如权利要求1～13中任一项所述的α-羟基异丁酸酰胺的制造方法，其特征在于：
所述以锰氧化物为主成分的催化剂含有组成式：MnaKbMcOd所示的化合物，
式中，Mn表示锰，K表示钾，O表示氧，M表示选自V、Sn和Bi中的至少一种元素，各元素的原子比在a＝1时，b为0.005～0.5的范围，c为0.001～0.1的范围，d＝1.7～2.0的范围。
15.一种反应装置，其特征在于：
用于在以锰氧化物为主成分的催化剂的存在下通过丙酮氰醇的水合反应制造α-羟基异丁酸酰胺，
所述反应装置串联连接至少2个反应区域而成，并且具有：
(a)：用于对所述反应装置中的第一反应区域(I)和第一反应区域以外的至少一个反应区域分开供给含有丙酮氰醇的反应原料液的配管，和/或
(b)：用于对所述反应装置中的第一反应区域(I)循环供给从至少一个反应区域取出的反应液的至少一部分的配管，
且具有用于对至少一个反应区域进一步供给氧化剂的配管。
16.如权利要求15所述的反应装置，其特征在于：
还具有用于对第一反应区域以外的至少一个反应区域循环供给从至少一个反应区域取出的反应液的至少一部分的配管。
17.如权利要求16所述的反应装置，其特征在于：
具有一个以上循环回路，该循环回路由以下三者构成，该三者为第一反应区域以外的至少一个反应区域、取出向该反应区域循环供给的反应液的至少一个反应区域和连接这两个区域的配管，构成该循环回路之中的至少一个循环回路(V)的所述第一反应区域以外的至少一个反应区域和取出所述反应液的至少一个反应区域均设置于比为了对第一反应区域(I)循环供给反应液而取出该反应液的至少一个反应区域之中的最靠近反应装置的入口的反应区域更靠近反应装置的出口的位置。
18.如权利要求17所述的反应装置，其特征在于：
构成循环回路(V)的所述第一反应区域以外的至少一个反应区域和取出所述反应液的至少一个反应区域均设置于比为了对第一反应区域(I)循环供给反应液而取出反应液的任意反应区域更靠近反应装置的出口的位置。
19.如权利要求15～18中任一项所述的反应装置，其特征在于：
用于取出氧化剂的设备连接于第一反应区域(I)和/或第一反应区域以外的至少一个反应区域与其他反应区域之间、或者第一反应区域(I)和/或第一反应区域以外的至少一个反应区域的中间部。
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