CN111936632B - 酰胺化合物的制造方法 - Google Patents
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Abstract
酰胺化合物的制造方法具有下述工序:使含有腈水合酶的微生物菌体或其菌体处理物、在水性介质中与腈化合物于第一反应器中接触,从而得到包含酰胺化合物的反应液的工序;使前述工序中得到的前述包含酰胺化合物的反应液在具有塞流性的区域的第二反应器中反应的工序,以前述第二反应器中的雷诺数成为5以上且1000以下的方式进行控制。
Description
技术领域
本公开文本涉及酰胺化合物的制造方法。
背景技术
作为酰胺化合物的主要制造方法之一,常常使用以腈化合物为原料的水合法。尤其已知丙烯酰胺一直以来利用雷尼铜(Raney copper)等金属铜催化剂,或者,近年利用含有腈水合酶的微生物菌体及其菌体处理物等水合催化剂,以丙烯腈为原料而制造。尤其是使用了腈水合酶的制造方法,可举出反应条件温和;能得到高纯度的制品;能简化制造工艺等优点。
菌体催化剂的耐热性低,若不除去反应热,则催化剂活性下降(失活),因此,在工业利用中,在抑制失活的同时满足生产率是重要的。因此,作为高效地利用菌体催化剂的方法,国际公开第2003/000914号中,公开了在连续地制造酰胺化合物的方法中提高下游侧的反应槽温度的方法。另外,日本特开2001-340091号公报及日本特开2013-162746号公报中,公开了利用具有塞流性的区域的反应器的方法。作为具有塞流性的区域的反应器,例举了如下的管型反应器:双层管形式的管型反应器;管壳形式的管型反应器;出于赋予塞流性的目的而装备多孔板、填充物的管型反应器;等等。
一般的反应中,与槽型反应器相比,能减小反应容积的管型反应器是有利的。然而,通常的液相反应中必要的反应时间长,应用管型反应器时存在管过长的情况。另外,槽型反应器容易保持温度均匀。因此,多采用槽型反应器。于是,通过发挥槽型反应器及管型反应器各自的长处,在槽型反应器中进行大部分反应,在管型反应器中进行反应的最后阶段,从而能抑制反应器数量,构建最合适的反应体系。
发明内容
发明所要解决的课题
然而,日本特开2001-340091号公报中公开了在制造酰胺化合物的方法中利用槽型反应器和具有塞流性的区域的管型反应器的组合的方法,其在提高反应转化率方面仍不充分,尚有改善余地。另外,成为液相反应中管型反应器的设计指南的知识少。
因此,本公开文本的课题是,提供使用具有塞流性流域的反应器、转化率优异的酰胺化合物的制造方法。
用于解决课题的手段
本申请的发明人为了解决上述课题而进行了深入研究。结果,在以高转化率水合腈化合物而连续地制造高浓度酰胺化合物水溶液的方法中,着眼于管型反应器中的雷诺数进行了深入研究,从而发现,在显示一定范围的雷诺数的管型反应器中,能实现反应转化率的提高。
即,本发明的一个实施方式如下所述。
<1>酰胺化合物的制造方法,其具有下述工序:
使含有腈水合酶的微生物菌体或其菌体处理物、在水性介质中与腈化合物于第一反应器中接触,从而得到包含酰胺化合物的反应液的工序,和
使前述工序中得到的前述包含酰胺化合物的反应液于具有塞流性的区域的第二反应器中反应的工序,
以前述第二反应器中的雷诺数成为5以上且1000以下的方式进行控制。
<2>如<1>所述的酰胺化合物的制造方法,其中,前述第二反应器中的雷诺数为10以上。
<3>如<1>或<2>所述的酰胺化合物的制造方法,其中,前述第二反应器中的雷诺数为100以下。
<4>如<1>~<3>中任一项所述的酰胺化合物的制造方法,其中,前述第二反应器为管型反应器,前述管型反应器的管径为10cm以上。
发明的效果
通过本发明的一个实施方式,可提供使用具有塞流性流域的反应器、转化率优异的酰胺化合物的制造方法。
具体实施方式
以下,对本发明的一个实施方式进行说明,但本发明不限于此,可进行适当变更。
<酰胺化合物的制造方法>
本公开文本为酰胺化合物的制造方法,所述方法具有下述工序:
使含有腈水合酶的微生物菌体或其菌体处理物、在水性介质中与腈化合物于第一反应器中接触,从而得到包含酰胺化合物的反应液的工序;和
使该工序中得到的前述包含酰胺化合物的反应液在具有塞流性的区域的第二反应器中反应的工序,
以第二反应器中的雷诺数(以下,有时称为“Re数”。)成为5以上且1000以下的方式进行控制。
(腈水合酶)
本公开文本的酰胺化合物的制造方法中,使用含有腈水合酶的微生物菌体或其菌体处理物。本公开文本中所述的腈水合酶,是指具有将腈化合物水合、生成对应的酰胺化合物的能力的酶。本文中,作为含有腈水合酶的微生物,没有特别限制,只要是产生具有将腈化合物水合而生成对应的酰胺化合物的能力的腈水合酶,并且在30质量%的丙烯酰胺水溶液中保持腈水合酶的活性的微生物即可。具体而言,可举出属于如下属的微生物作为合适的示例:诺卡氏菌属(Nocardia)、棒状杆菌属(Corynebacterium)、芽胞杆菌属(Bacillus)、嗜热性芽胞杆菌属、假单胞菌属(Pseudomonas)、微球菌属(Micrococcus)、以玫瑰红红球菌(rhodochrous)种为代表的红球菌属(Rhodococcus)、不动杆菌属(Acinetobacter)、黄色杆菌属(Xanthobacter)、链霉菌属(Streptomyces)、根瘤菌属(Rhizobium)、克雷伯氏菌属(Klebsiella)、肠杆菌属(Enterobacter)、欧文氏菌属(Erwinia)、气单胞菌属(Aeromonas)、柠檬酸杆菌属(Citrobacter)、无色杆菌属(Achromobacter)、农杆菌属(Agrobacterium)或以嗜热假诺卡氏菌(thermophila)种为代表的假诺卡氏菌属(Pseudonocardia)。
另外,使任意宿主表达从上述微生物克隆的腈水合酶基因而成的转化体也被包含在本公开文本中所述的微生物中。需要说明的是,本文中所述的任意宿主,可列举如后述的实施例那样的大肠杆菌(Escherichia coli)作为代表例,但不特别地限定于大肠杆菌,也包含枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)等芽孢杆菌属菌、酵母、放线菌等其他微生物菌株。作为上述宿主的例子,可举出MT-10822(本菌株于1996年2月7日,在茨城县筑波市东1丁目1番3号的通商产业省工业技术院生命工学工业技术研究所(现千叶县木更津市Kazusa鎌足2-5-8独立行政法人制品评价技术基盘机构生物技术中心专利生物保藏中心),以保藏编号FERMBP-5785,基于关于专利手续上的微生物保藏的国际承认的布达佩斯条约而被保藏。)。另外,利用重组DNA技术,使该酶的构成氨基酸的1个或2个以上被其他氨基酸取代、缺失、删除或插入,从而表达进一步提高了丙烯酰胺耐性、丙烯腈耐性、温度耐性的突变型的腈水合酶的转化体也被包含在本公开文本所述的微生物中。
在使用上述那样的微生物制造酰胺化合物时,通常使用该微生物的菌体或菌体处理物。菌体可利用分子生物学、生物工程、基因工程的领域中已知的一般方法制备。例如,将该微生物接种至LB培养基、M9培养基等通常的液体培养基后,于适当的培养温度(通常为20℃~50℃,嗜热菌的情况下,可以为50℃以上)使其生长繁殖,然后,通过离心分离从培养液分离、回收而得到该微生物的方法。
另外,本公开文本中的微生物的菌体处理物是指上述微生物菌体的提取物、磨碎物、分离纯化所述提取物、磨碎物的腈水合酶活性级分而得到的后分离物、用适当的载体将所述微生物菌体、所述菌体的提取物、磨碎物、后分离物进行固定化而成的固定化物等。只要具有腈水合酶的活性,就相当于本公开文本的菌体处理物。可使用其中的单独一种,也可同时或交替使用2种以上的不同形态。
(腈化合物)
本公开文本中,腈化合物是在水性介质中与含有腈水合酶的微生物菌体或其菌体处理物接触的物质。例如,设置腈化合物的供给线路,并由该供给线路将腈化合物供给至第一反应器的水性介质中。本公开文本中,对于腈化合物的种类没有特别限制,具体而言,为碳原子数为2~20左右的腈化合物,包括宽范围的腈、例如脂肪族腈、芳香族腈等。作为脂肪族腈,可举出碳原子数2~6的饱和或不饱和腈、例如乙腈、丙腈、丁腈、异丁腈、戊腈、异戊腈、己腈等脂肪族饱和单腈类;丙二腈、丁二腈、己二腈等脂肪族饱和二腈类;丙烯腈、甲基丙烯腈、丁烯腈等脂肪族不饱和腈等。作为芳香族腈,可举出苯甲腈、邻氯苯甲腈、间氯苯甲腈、及对氯苯甲腈、邻氟苯甲腈、间氟苯甲腈、及对氟苯甲腈、邻硝基苯甲腈、间硝基苯甲腈、及对硝基苯甲腈、邻甲苯基腈(tolunitrile)、间甲苯基腈、及对甲苯基腈、苯乙腈(benzylcyanide)等。其中,可举出丙烯腈、甲基丙烯腈、及丁烯腈等作为适当的示例。
(水性介质)
本公开文本中,在包含腈化合物的水性介质中,进行得到酰胺化合物的反应。另外,关于本公开文本中的水性介质,例如,可举出水、或者以适当的浓度溶解有磷酸盐等缓冲剂、硫酸盐、碳酸盐等无机盐、碱金属氢氧化物、或酰胺化合物等的水溶液等。水没有特别限制,可使用蒸馏水、离子交换水等纯化水。水可自原料水供给管供给至第一反应器中。另外,添加水以外的成分的情况下,可另行设置供给线路。
(第一反应器中的工序)
本公开文本具有使含有腈水合酶的微生物菌体或其菌体处理物、在水性介质中与腈化合物于第一反应器中接触的工序(以下,有时称为“第一反应工序”。)。第一反应工序中,得到包含酰胺化合物的反应液。本公开文本中,使用含有腈水合酶的微生物菌体、或该微生物菌体的处理物、从腈化合物得到酰胺化合物时的反应形式使用2台以上的反应器。第一反应工序中,向第一反应器中供给微生物的菌体或菌体处理物、腈化合物及水性介质。作为此时的反应形式,没有特别限制,例如,可以以悬浮床形式进行,也可以为固定床,通常,从反应热的除热容易性考虑,更优选使用具备搅拌机的槽型反应器中的悬浮床。这种情况下,可以从菌体催化剂槽供给含有腈水合酶的微生物菌体或其菌体处理物。
本公开文本中,向第一反应器供给的腈化合物的浓度,在反应开始时,优选为该腈化合物的饱和浓度以上的浓度。该浓度的上限没有特别限制,但是,对于大幅过量的腈化合物的供给而言,为了完成反应,需要大量催化剂及具有过大容积的反应器、及用于除热的过大的热交换器等,设备方面的经济负担变大。因此,在丙烯酰胺的情况下,作为腈化合物的供给浓度,优选以其全部转化为对应的酰胺化合物时的理论生成液浓度为40~80质量%的范围的方式,更具体而言,以相对于1重量份水而言丙烯腈为0.4~1.5重量份的方式来供给。
(第二反应器中的工序)
本公开文本具有使第一反应工序中得到的包含酰胺化合物的反应液、在具有塞流性的区域的第二反应器中反应的工序(以下,有时称为“第二反应工序”。)。本公开文本中的第二反应器为具有塞流性的区域的反应器,是一般被称为管型反应器或管状反应器的反应器。第二反应器由于是在具有配管形状的管中一边使反应液以活塞流方式移动一边进行反应的方式的反应器,为了除去反应热,可使用双层管形式的反应器、管壳形式的反应器等。液体向第二反应器中进料的方式可为向上流、向下流等均可。
此外,即使为了使反应器中的反应液的流动状态均匀,而装备多孔板、填充物的情况下,只要所述反应器由于流速等条件而形成反应液的塞流性流域,其也可作为具有塞流性流域的反应器使用。
本公开文本的酰胺化合物的制造方法中,以第二反应器中的Re数成为5以上且1000以下的方式进行控制。本文中,Re数为反应液流体的雷诺数,意指惯性力与粘性力之比,是用作流动性指标的无量纲数,由下述式表示。
Re=ρud/μ
式中,ρ表示流体密度[kg/m3],u表示管内的平均流速[m/s],d表示管径[m],μ表示流体粘度[Pa·s]。
流体的密度和粘度虽然受温度的影响,但为流体固有的值,因此,通过平均流速u及管径d、即流量和反应器尺寸来调节Re数。
需要说明的是,密度的测定可使用比重计法(hydrometer method)、比重瓶法(pycnometer method)、振动式密度计法等方法。粘度的测定可使用细管式粘度计法、落球式粘度计法、旋转式粘度计法等方法。
需要说明的是,本公开文本中,Re数由管内的平均流速、管径、被投入至第二反应器之前的包含酰胺化合物的反应液的密度及粘度算出。另外,包含酰胺化合物的反应液的密度及粘度是指由第二反应器内的温度求出的值。
另外,具有塞流性流域的反应器存在用作挤出流动性的指标的佩克莱数(Pe数),其是无量纲数。Pe数意指对流速度与扩散速度之比,是用作挤出流动性的指标的无量纲数,在空管的情况下,由下述式表示。
Pe=ud/D
式中的D为扩散系数[m2/s],可通过将导热系数λ[W/m/K]除以比热Cp[J/kg/K]和密度ρ而求出。另外,u表示管内的平均流速[m/s],d表示管径[m]。
D为流体固有的值,但与用于计算Re数的流体的密度、粘度相比,D不易测定。Pe数的值越大,挤出流动性越好,但其与Re数同样可通过平均流速u及管径d来调节,该值的增减示出与Re数同样的倾向。即,将流体的平均流速u及管径d以Re数成为更大值的方式调节时,Pe数示出更大值的倾向。另外,将流体的平均流速u及管径d以Re数成为更小值的方式调节时,Pe数示出更小值的倾向。因此,本公开文本的酰胺化合物的制造方法中,用与Pe数相比、能更简便地测定且实用的Re数来规定适当的范围。
流体的流动越偏离塞流性的区域,每单位体积的反应率越下降。为了确保塞流性,要求是层流,且能忽略轴向即流动方向的混合扩散的影响的范围。因此,Re数需要为5以上,从能达成更高转化率的观点考虑,优选为10以上,更优选为11以上。
为了抑制流体的流动接近乱流,抑制由于管状的反应器的长度过长导致设备方面的负担过大,Re数需要为1000以下,优选为500以下,更优选为300以下,从能达成更高转化率的观点考虑,进一步优选为100以下。
若反应液的流量(供给量)即酰胺化合物的生产量是固定的,则Re数的控制可通过调节反应管径及管长来达成。随着流量增加,完成反应所需要的反应容积增大,但是,作为管壳形式,通过增加反应管数,可以以反应管的管长不会变得过大的方式进行调节。反应管的管径(内径)小时,温度控制性好,但有时所需的反应管数增加,反应器变大。另外,在粘性高的流体中可能发生堵塞。因此,对于反应管的管径而言,从运转稳定性及维护性考虑,优选为5cm以上,从使反应器能够小型化的观点考虑,更优选为10cm以上,进一步优选为12cm以上。另外,反应管的管径的上限根据与流体密度ρ及管内的平均流速u的关系、以Re数成为5以上且1000以下的方式设定即可,没有特别限制。另外,在装备多孔板、填充物而具有塞流性的反应器的情况下,与不具备这些构件的反应器相比,反应管的管径存在变大的倾向。在装备多孔板、填充物的反应器的情况下,反应管的管径可以为例如300cm以下。另一方面,在不装备这些构件的反应器的情况下,反应管的管径可以为例如30cm以下。
本公开文本中,可连接第一反应器和第二反应器以外的反应器。例如,可将与第一反应器同样构成的反应器与第一反应器连接,也可将与第二反应器同样构成的反应器与第二反应器连接。另外,虽然第一反应器与第二反应器介由连接管连接,但这种情况下,可在第一反应器与第二反应器之间存在其他反应器。
关于第一反应器、第二反应器中的催化剂的使用量,可根据反应条件、催化剂的种类、及其形态进行变更,例如,以该微生物干燥菌体重量换算,相对于反应液而言,可以为10~50000质量ppm,优选为50~30000质量ppm。
另外,酰胺化反应通常在常压或常压附近进行,但为了提高腈化合物在水性介质中的溶解度,也可在加压下进行。另外,关于反应温度,没有特别限制,只要为水性介质的冰点以上即可,通常,优选在0~50℃的范围进行,更优选为10~40℃的范围。另外,也可在生成物于反应液中析晶的浆料状态下进行反应。另外,上述酰胺化反应时的反应液的pH没有特别限制,只要能够维持腈水合酶活性即可,优选为pH6~10的范围,更优选为pH7~9的范围。
本公开文本中,可具有上文记载的工序以外的工序,也可不具有上文记载的工序以外的工序。作为上文记载的工序以外的工序,可举出例如,使利用含有腈水合酶的菌体催化剂制造的酰胺化合物与活性炭接触,从而进行纯化的工序等。
活性炭通常是使用煤炭、木、及椰子壳等作为原料的活性炭等,但其并没有特别的限制,可以使用任意的活性炭,只要具有吸附能力即可。然而,尤其是当作为处理对象的酰胺化合物是具有不饱和键的酰胺化合物时,考虑到该酰胺化合物的保存稳定性、聚合容易性等,作为活性炭,优选使用金属成分含量少的活性炭,更优选使用原料为木质的活性炭、或者原料为椰子壳的活性炭。
对酰胺化合物进行纯化处理时使用的活性炭量过少的情况下,难以得到充分的纯化效果,另外,使用过多时,也会变得不经济,因此,相对于含有酰胺化合物的液体而言,其使用量通常为0.01~20质量%的范围,更优选为0.05~10质量%的范围。另外,尤其是使用粉状物作为活性炭的情况下,可直接将该活性炭添加至含有酰胺化合物的液体中,或者也可先使活性炭分散于水等介质中制成浆料状,并将所得浆料状物质添加或供给至含有酰胺化合物的液体中。
然后,本公开文本中,可从经上述接触处理的含有酰胺化合物的液体中分离活性炭,得到该含有酰胺化合物的液体的纯化液。作为分离活性炭的方法,没有特别限制,只要是使用通常使用的固液分离装置的方法即可,可举出例如加压过滤器、减压过滤器、或者离心分离器,此外,也可以是分批式及连续式中的任一种。另外,本公开文本中,将上述分离了活性炭后的含有酰胺化合物的液体冷却,使目标酰胺化合物从液体中晶析,通过采用这样的方法,可得到被进一步纯化的酰胺化合物。
本公开文本中,为了将含有酰胺化合物的液体的pH调节至合适的范围,从而良好地保持纯化处理中的纯化效率,可使用pH调节剂。
适合纯化处理的pH小于7时,可使用酸作为pH调节剂。
作为pH调节剂使用的酸,可以使用任意的无机酸、有机酸。作为无机酸,可举出例如氯化氢、溴化氢、碘化氢等氢卤酸、次氯酸、亚氯酸、盐酸、高氯酸、次溴酸、亚溴酸、溴酸、高溴酸、次碘酸、亚碘酸、碘酸、高碘酸等卤代含氧酸、硫酸、硝酸、磷酸、硼酸。作为有机酸,可举出例如甲酸、乙酸、丙酸、丙烯酸、甲基丙烯酸、巴豆酸、草酸、丙二酸、富马酸、马来酸、柠檬酸、乳酸、苯甲酸等羧酸、甲磺酸、乙磺酸、苯磺酸、对甲苯磺酸等磺酸。作为pH调节剂使用的酸可以以气体、固体、液体中的任意状态使用,但考虑到向纯化处理槽供给的容易性,使用液体状态的酸是优选的,将气体或固体状态的酸以水溶液的形式使用是更优选的。考虑到纯化处理槽的pH调节的控制性,将液体状态的酸也以水溶液的形式使用是更优选的。以水溶液的形式使用时的酸的浓度没有特别限制,但由于使用高浓度的水溶液时难以进行pH调节,因而优选为0.1质量%以上99质量%以下,更优选为1质量%以上90质量%以下,进一步优选为1质量%以上50质量%以下。
适合纯化处理的pH大于7时,可使用碱作为pH调节剂。
关于作为pH调节剂使用的碱,可以使用任意的无机碱、有机碱。作为无机碱,可举出例如氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾等碱金属的氢氧化物、氢氧化镁、氢氧化钙等碱土金属的氢氧化物、碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾等碱金属的碳酸盐、碳酸氢锂、碳酸氢钠、碳酸氢钾等碱金属的碳酸氢盐、氨。作为有机碱,可举出例如三甲胺、三乙胺、苯胺、吡啶。作为pH调节剂使用的碱可以以气体、固体、液体中的任意状态使用,但考虑到向纯化处理槽供给的容易性,使用液体状态的碱是优选的,将气体或固体状态的碱以水溶液的形式使用是更优选的。考虑到纯化处理槽的pH调节的控制性,将液体状态的碱也以水溶液的形式使用是更优选的。以水溶液的形式使用时的碱的浓度没有特别限制,但由于使用高浓度的水溶液时难以进行pH调节,因而优选为0.1质量%以上99质量%以下,更优选为1质量%以上90质量%以下,进一步优选为1质量%以上50质量%以下。
实施例
以下,举出实施例进一步详细地说明本公开文本,但本公开文本不受以下实施例的任何限制。需要说明的是,下述实施例中,只要没有特别说明,%表示质量%。
[实施例1]
〔含有腈水合酶的菌体的制备〕
按照日本特开2001-340091号公报的实施例1中记载的方法,取得No.3克隆菌体,同样地,利用该实施例1的方法进行培养,得到含有腈水合酶的湿菌体。
〔丙烯酰胺的制造〕
作为第一反应器,准备具备搅拌机的槽内径为1m、直线主体部长度为1.5m的带有SUS制夹套式热交换器的槽型反应器(容积:1m3),作为第二反应器,准备容积为0.4m3的SUS制多管圆筒型反应器。第二反应器的结构为具有15根外径为89.1mm、内径为80.7mm、管长为5m的管。第二反应器设置为纵型,从管部的下部流通反应液,在主体部中流通冷却水。
原料水的供给管、pH调节剂的供给管、丙烯腈的供给管及菌体催化剂的供给管分别与第一反应器直接连接。在第一反应器上,设置有具备反应液供给泵的反应液供给线路,反应液供给线路与第二反应器连接。
在第一反应器中,预先装入400kg的水。将用上述培养方法得到的湿菌体悬浮于纯水中。一边对第一反应器内进行搅拌,一边以11kg/h的速度连续地供给该悬浮液。另外,介由丙烯腈的供给管,以32kg/h的速度,向第一反应器连续地供给纯度为99.8%的丙烯腈。介由纯水的供给管,以37kg/h的速度,向第一反应器连续地供给纯水。以反应中的反应液的温度成为20℃的方式,在第一反应器的夹套式热交换器及第二反应器的主体部中流通5℃的冷却水,进行温度控制。使用0.1M-NaOH水溶液作为pH调节剂,以反应液的pH成为7.5~8.5的方式调节供给量,介由pH调节剂的供给管,向第一反应器连续地供给。反应液的pH是在第一反应器出口,利用玻璃电极法测定的。
以反应中的反应液的液面高度成为距槽底面为1m的方式,以80kg/h的速度,将反应液从第一反应器连续地抽出,将抽出的反应液向第二反应器连续地供给,使反应在第二反应器内进一步进行。在第一反应器中的滞留时间为10小时,在第二反应器中的滞留时间为5小时。
反应开始200小时后,在以下的HPLC条件下进行分析,结果,第一反应器出口处的向丙烯酰胺的转化率为90%,并且,第二反应器出口处的丙烯腈浓度为40质量ppm。另外,第二反应器出口处的丙烯酰胺浓度为53质量%。
本文中,分析条件如下所述。
·丙烯酰胺分析条件:
高效液相色谱装置:LC-10A系统(株式会社岛津制作所制)(UV检测器波长为250nm,柱温为40℃)
分离柱:SCR-101H(株式会社岛津制作所制)
洗脱液:0.05%(容积基准)-磷酸水溶液
·丙烯腈分析条件:
高效液相色谱装置:LC-10A系统(株式会社岛津制作所制)(UV检测器波长为200nm,柱温为40℃)
分离柱:Wakosil-II 5C18HG(FUJIFILM Wako Pure Chemical Corporation制)
洗脱液:以各浓度含有7%(容积基准)-乙腈、0.1mM-乙酸、0.2mM-乙酸钠的水溶液
[实施例2]
在实施例1的丙烯酰胺的制造中,将具有15根外径为89.1mm、内径为80.7mm、且管长为5m的管的第二反应器的结构替换为具有9根外径为114.3mm、内径为105.3mm、且管长为5m的管的结构,除此之外,与实施例1同样地操作,进行丙烯酰胺的制造。在第一反应器中的滞留时间为10小时,在第二反应器中的滞留时间为5小时。
反应开始200小时后,在上述HPLC条件下进行分析,结果,第一反应器出口处的向丙烯酰胺的转化率为90%,并且,第二反应器出口处的丙烯腈浓度为15质量ppm。
[实施例3]
在实施例1的丙烯酰胺的制造中,将具有15根外径为89.1mm、内径为80.7mm、且管长为5m的管的第二反应器的结构替换为具有6根外径为139.8mm、内径为130.8mm、且管长为5m的管的结构,除此之外,与实施例1同样地操作,进行丙烯酰胺的制造。在第一反应器中的滞留时间为10小时,在第二反应器中的滞留时间为5小时。
反应开始200小时后,在上述HPLC条件下进行分析,结果,第一反应器出口处的向丙烯酰胺的转化率为90%,并且,第二反应器出口处的丙烯腈浓度为检测限以下(10质量ppm以下)。
[实施例4]
在实施例1的丙烯酰胺的制造中,将具有15根外径为89.1mm、内径为80.7mm、且管长为5m的管的第二反应器的结构替换为具有4根外径为165.2mm、内径为155.2mm、且管长为5m的管的结构,除此之外,与实施例1同样地操作,进行丙烯酰胺的制造。在第一反应器中的滞留时间为10小时,在第二反应器中的滞留时间为5小时。
反应开始200小时后,在上述HPLC条件下进行分析,结果,第一反应器出口处的向丙烯酰胺的转化率为90%,并且,第二反应器出口处的丙烯腈浓度为检测限以下(10质量ppm以下)。
[实施例5]
〔含有腈水合酶的菌体的制备〕
按照日本特开2001-340091号公报的实施例1记载的方法,取得No.3克隆菌体,同样地,用该实施例1的方法进行培养,得到含有腈水合酶的湿菌体。
〔丙烯酰胺的制造〕
作为第一反应器,准备装备搅拌机的、槽内径1m、直线主体部长度1.5m的带有SUS制夹套式热交换器的槽型反应器(容积:1m3),作为第二反应器,准备容积0.4m3的SUS制双层管型反应器。第二反应器的结构为,具有:外径为165.2mm、内径为155.2mm、且管长为20m的管,作为内管;内径为267.4mm的外管,作为夹套。第二反应器设置为纵型,从内管的下部流通反应液,在外管部中流通冷却水。
原料水的供给管、pH调节剂的供给管、丙烯腈的供给管及菌体催化剂的供给管分别与第一反应器直接连接。在第一反应器上,设置装备了反应液供给泵的反应液供给线路,反应液供给线路与第二反应器连接。
在第一反应器中,预先装入400kg的水。将用上述培养方法得到的湿菌体悬浮于纯水中。一边对第一反应器内进行搅拌,一边以11kg/h的速度连续地供给该悬浮液。另外,介由丙烯腈的供给管,以32kg/h的速度,向第一反应器连续地供给纯度为99.8%的丙烯腈。介由纯水的供给管,以37kg/h的速度,向第一反应器连续地供给纯水。以反应中的反应液的温度成为20℃的方式,在第一反应器的夹套式热交换器及第二反应器的外管部中流通5℃的冷却水,进行温度控制。使用0.1M-NaOH水溶液作为pH调节剂,以反应液的pH成为7.5~8.5的方式调节供给量,介由pH调节剂的供给管,向第一反应器连续地供给。反应液的pH是在第一反应器出口,利用玻璃电极法测定的。
以反应中的反应液的液面高度成为距槽底面1m的方式,以80kg/h的速度,将反应液从第一反应器连续地抽出,将抽出的反应液向第二反应器连续地供给,使反应在第二反应器内进一步进行。在第一反应器中的滞留时间为10小时,在第二反应器中的滞留时间为5小时。
反应开始200小时后,在上述HPLC条件下进行分析,结果,第一反应器出口处的向丙烯酰胺的转化率为90%,并且,第二反应器出口处的丙烯腈浓度为检测限以下(10质量ppm以下)。另外,第二反应器出口处的丙烯酰胺浓度为53质量%。
[实施例6]
在实施例5的丙烯酰胺的制造中,将具有外径为165.2mm、内径为155.2mm、且管长为20m的管作为内管,内径为267.4mm的外管作为夹套的第二反应器的结构,替换为具有将外径为139.8mm、内径为130.8mm、且管长为28m的管作为内管,内径为267.4mm的外管作为夹套的结构,除此之外,与实施例5同样地操作,进行丙烯酰胺的制造。在第一反应器中的滞留时间为10小时,在第二反应器中的滞留时间为5小时。
反应开始200小时后,在上述HPLC条件下进行分析,结果,第一反应器出口处的向丙烯酰胺的转化率为90%,并且,第二反应器出口处的丙烯腈浓度为检测限以下(10质量ppm以下)。
[实施例7]
在实施例5的丙烯酰胺的制造中,将具有外径为165.2mm、内径为155.2mm、且管长为20m的管作为内管、内径为267.4mm的外管作为夹套的第二反应器的结构,替换为由3个如下的双层管型反应器串联连接而成的结构,所述双层管型反应器具有外径为89.1mm、内径为80.7mm、且管长为25m的管作为内管,以及内径为155.2mm的外管作为夹套,除此之外,与实施例5同样地操作,进行丙烯酰胺的制造。在第一反应器中的滞留时间为10小时,在第二反应器中的滞留时间为5小时。
反应开始200小时后,在上述HPLC条件下进行分析,结果,第一反应器出口处的向丙烯酰胺的转化率为90%,并且,第二反应器出口处的丙烯腈浓度为30质量ppm。
[比较例1]
在实施例1的丙烯酰胺的制造中,将具有15根外径为89.1mm、内径为80.7mm、且管长为5m的管的第二反应器的结构替换为具有209根外径为27.2mm、内径为21.6mm、且管长为5m的管的结构,除此之外,与实施例1同样地操作,进行丙烯酰胺的制造。在第一反应器中的滞留时间为10小时,在第二反应器中的滞留时间为5小时。
反应开始200小时后,在上述HPLC条件下进行分析,结果,第一反应器出口处的向丙烯酰胺的转化率为90%,并且,第二反应器出口处的丙烯腈浓度为120质量ppm。
将实施例1~7、及比较例1的结果示于表1。
[表1]
由以上记载的结果可知,在具有塞流性的区域的第二反应器中,通过将Re数控制为规定范围,能减少在反应液中残留的丙烯腈。
通过参照,将于2018年3月28日提出申请的日本专利申请2018-62126号公开的全部内容并入本说明书中。
本说明书中记载的所有文献、专利申请、及技术标准通过参照被并入本说明书中,各文献、专利申请、及技术标准通过参照被并入的程度与具体且分别地记载的情况的程度相同。
Claims (1)
1.酰胺化合物的制造方法,其具有下述工序:
使含有腈水合酶的微生物菌体或其菌体处理物、在水性介质中与腈化合物于第一反应器中接触,从而得到包含酰胺化合物的反应液的工序,和
使所述工序中得到的所述包含酰胺化合物的反应液于具有塞流性的区域的第二反应器中反应的工序,
其中,所述第二反应器为管型反应器,所述管型反应器的管径为12cm以上300cm以下,
以所述第二反应器中的雷诺数成为11以上且100以下的方式进行控制。
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