CN112626141B - 一种丙烯酰胺溶液的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于丙烯酰胺工业化生产技术领域，公开了一种丙烯酰胺溶液的生产方法，所述生产方法以丙烯腈和水为原料，在菌种产生的生物催化剂作用下进行水合反应，反应完成后经过滤制得；所述菌种保藏于广东省微生物菌种保藏中心，保藏号：GDMCC No：61193。采用所述生产方法能够无需发酵、精制和加热浓缩等步骤，便可稳定制得高浓度的丙烯酰胺产品，且具有良好的生产效率。

Description

一种丙烯酰胺溶液的生产方法

技术领域

本发明属于丙烯酰胺工业化生产技术领域，特别涉及一种丙烯酰胺溶液的生产方法。

背景技术

丙烯酰胺(AM)是一种用途广泛的有机化工中间体，以往传统的生产方法包括硫酸水合 法和铜催化水合法，而目前国内所采用的主流生产方法为微生物腈水合酶催化法，即在反应 容器中加入丙烯腈(AN)和水，在微生物的酶催化作用下发生水合反应，再对制得的丙烯酰 胺粗溶液用膜进行过滤以分离提纯，得到去除杂质后的丙烯酰胺溶液。

微生物法生产丙烯酰胺的优点在于：1.酶催化反应在常温常压下进行，提高了生产安全 性；2.反应过程中副产物或副反应的发生少，且不需采用含铜催化剂，产品中不含铜离子， 制得的产品纯度更高；3.工艺过程简单，设备投资少，生产经济效益较高，市场前景广阔。

但采用微生物法生产丙烯酰胺的缺陷在于：随着反应溶液中产物浓度逐渐的提高以及反 应周期的延长，催化剂催化效率在高浓产品溶液中的长时间浸泡后发生变化，因而很难生产 出较高浓度的丙烯酰胺溶液，且产品质量波动较大，生产效率降低。

因此，希望提出一种更为高效的丙烯酰胺溶液生产方法。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种丙烯 酰胺溶液的生产方法，能够无需发酵、精制和加热浓缩等步骤，便可稳定制得高浓度的丙烯 酰胺产品，且具有良好的生产效率。

一种丙烯酰胺溶液的生产方法，以丙烯腈和水为原料，在菌种产生的生物催化剂作用下进行水合反应，反应完成后经过滤制得；所述菌种保藏于广东省微生物菌种保 藏中心，保藏单位地址：广州市先烈中路100号大院59号楼5楼，保藏日期：2020

在发生水合反应时，1分子水与1分子丙烯腈反应生成1分子丙烯酰胺，哪怕在生物催 化剂(生物酶)作用下，该反应的转化效率也无法达到100％。因此在采用间歇式水合反应工 艺时，水的投入量要多于丙烯腈，且多于的水可起到溶解丙烯酰胺的作用。

本发明所用菌种的分类学名称为chryseobacterium sp。

优选的，所述菌种的用量为总反应物(水+丙烯腈)质量的1-2‰。

优选的，所述菌种未使用时的存储温度不高于-20℃，所述菌种在使用前需用10-15℃的 低温水进行溶解。

优选的，进行水合反应时温度控制为15-25℃。菌种所产生的生物催化剂具有催化专一性， 高转化率，反应条件温和的特点。同时存在反应物浓度较高或温度较高时，生物酶易失活的 问题。该反应是放热反应，需要热交换保持一定的温度，以保证催化水合反应的顺利进行。

优选的，进行水合反应时pH值控制为6.5-7.5。

优选的，通过搅拌促进水合反应的进行，搅拌的转速为80-100r/min。

优选的，当反应溶液同时满足以下指标时进行过滤；电导≤30μs/cm，色度≤20度、丙 烯腈的质量含量≤0.05％。由于本发明所述菌种的催化效果良好，所生成的副产物少，因此电 导低。一般经反应2.5-3.5h后，即可达到以上标准。

优选的，水合反应完成后采用超滤膜进行过滤。

更优选的，所述超滤膜为中空纤维膜，孔径为0.1-0.15μm。中空纤维膜是一种用新型材 料制成的膜表面含有孔洞结构，并实现一定截留分子量的管束纤维膜。液态流体在特定的压 力作用下，透过膜面使液体中不同分子量的物质实现分离，从而去除反应中生成的渣浆，达 到纯化的目的。

最优选的，采用中空纤维膜进行过滤时的入膜压力为0.08-0.12Mpa。由于中空纤维膜较 为脆弱，过高的入膜压力易对中空纤维膜造成损伤；而采用本发明所述的生产方法制得的丙 烯酰胺粗溶液中丙烯酰胺含量较高，杂质少，因而设置较小的入膜压力也能达到良好的过滤 效果。

一种丙烯酰胺溶液，由以上生产方法所制得；所述丙烯酰胺溶液中丙烯酰胺所占质量比 为50-55％。

相对于现有技术，本发明的有益效果如下：

本发明以本司从土壤中自行分离而获取的产腈水合酶的菌株作为菌种催化剂，进行丙烯 酰胺溶液的生产。由于所述菌种产生的生物催化剂的催化效果相当优异，因而本发明针对该 菌种对生产工艺进行了重新的设计和调整，从而无需对菌种进行发酵培养、精制(去除杂质 阴、阳离子)和加热浓缩，便能生产得到高浓度、高品质的丙烯酰胺溶液。采用本发明所述 生产方法具有以下明显优点：

1.反应过程高效，时间耗费较少(通常2.5-3.5h即可反应完全)，副产物和无机盐等杂质 的生成量少，单位产品污水排放量大幅降低；

2.缩短了生产工序，有效降低了生产成本和单位产品能耗，设备利用率、单位体积设备 产能提升30％以上；

3.本发明所制得的丙烯酰胺溶液中丙烯酰胺质量占比可达50-55％，较传统生产方式至少 高出30％以上，产品质量更优；且所制得的丙烯酰胺溶液可直接打入结晶釜进行低温结晶， 再经离心干燥硫化得到高纯度的丙烯酰胺晶体，而无需传统工艺上的加热蒸发多余水分、提 高丙烯酰胺溶液浓度的步骤，因而生产成本更低。

具体实施方式

为了让本领域技术人员更加清楚明白本发明所述技术方案，现列举以下实施例进行说明。 需要指出的是，以下实施例对本发明要求的保护范围不构成限制作用。

以下实施例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者 可以通过现有已知方法得到。

实施例1

本实施例提供一种丙烯酰胺溶液的生产方法，具体包括以下步骤：

(1)将保藏于广东省微生物菌种保藏中心，保藏单位地址：广州市先烈中路100 号大院59号楼5楼，保藏日期：2020年11月3日，分类命名：黄杆菌36-339 (chryseobacteriumsp.)，保藏号为GDMCC No：61193的菌从-20℃冷库中取出，投

(2)将反应溶液的pH值控制为6.5-7.5，搅拌转速设定为80r/min，开始进行水合反应； 由于水合反应为放热反应，为保证反应的持续进行，通过通入冷冻水调节反应溶液的温度为 15-25℃；

(3)反应3h后，对反应溶液的进行测定，测得结果为：电导28μs/cm，色度为16度、丙烯腈的质量含量为0.04％，符合指标规定；

(4)对符合指标规定的反应溶液经孔径为0.1μm的中空纤维素膜进行过滤，过滤时的入 膜压力为0.1Mpa，以去除反应釜去除渣浆，所得滤液为制得的丙烯酰胺溶液。

经测定，本实施例制得的丙烯酰胺溶液中丙烯酰胺所占质量比为52％。相比于传统生产 方法，本实施例未采用发酵培养、精制和加热浓缩等步骤，有效降低了生产成本和单位产品 能耗，设备利用率、单位体积设备产能提升30％以上。

实施例2

本实施例提供一种丙烯酰胺溶液的生产方法，具体包括以下步骤：

(1)将保藏于广东省微生物菌种保藏中心，保藏号为GDMCC No：61193的菌从-20℃冷库中取出，投入至10-15℃的低温水中进行溶解，得到菌液；然后将菌液与纯水加入反应釜 中，再加入丙烯腈原料，菌的加入量占水与丙烯腈总质量的1.5‰；

(2)将反应溶液的pH值控制为6.5-7.5，搅拌转速设定为100r/min，开始进行水合反应； 由于水合反应为放热反应，为保证反应的持续进行，通过通入冷冻水调节反应溶液的温度为 15-25℃；

(3)反应3.5h后，对反应溶液的进行测定，测得结果为：电导26μs/cm，色度为15度、丙烯腈的质量含量为0.04％，符合指标规定；

(4)对符合指标规定的反应溶液经孔径为0.15μm的中空纤维素膜进行过滤，过滤时的 入膜压力为0.11Mpa，以去除反应釜去除渣浆，所得滤液为制得的丙烯酰胺溶液。

经测定，本实施例制得的丙烯酰胺溶液中丙烯酰胺所占质量比为54％。相比于传统生产 方法，本实施例未采用发酵培养、精制和加热浓缩等步骤，有效降低了生产成本和单位产品 能耗，设备利用率、单位体积设备产能提升30％以上。

Claims (5)

1.一种丙烯酰胺溶液的生产方法，其特征在于，以丙烯腈和水为原料，在菌种产生的生物催化剂作用下进行水合反应，反应完成后经过滤制得；所述菌种为金黄杆菌(chryseobacterium sp.)36-339，保藏于广东省微生物菌种保藏中心，保藏号：GDMCC No：61193；

所述菌种的用量为总反应物质量的1-2‰；所述菌种未使用时的存储温度不高于-20℃，所述菌种在使用前需用10-15℃的低温水进行溶解；进行所述水合反应时温度控制为15-25℃；进行所述水合反应时pH值控制为6.5-7.5。

2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，通过搅拌促进水合反应的进行，搅拌的转速为80-100r/min。

3.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，当反应溶液同时满足以下指标时进行过滤；电导≤30μs/cm，色度≤20度、丙烯腈的质量含量≤0.05%。

4.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，水合反应完成后采用超滤膜进行过滤；所述超滤膜为中空纤维膜，孔径为0.1-0.15μm。

5.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，采用中空纤维膜进行过滤时的入膜压力为0.08-0.12Mpa。