CN1397015A - 通过量热法分析催化反应 - Google Patents

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Abstract

用于监视催化反应的方法，其包括测量在至少部分的反应期间，当样品损失或获得的热量分别地小于所述反应产生的热或减少的热时，反应混合物样品的温度随时间的变化，和使用所述测定方法测定反应物之一的浓度。

Description

通过量热法分析催化反应
本发明涉及通过量热法的催化反应的控制，和更具体地涉及生物催化反应的控制。
在催化反应中，重要的是能够监视催化剂的活性和反应进行的程度。对于描述于PCT出版物WO 97/21827的种类的生物催化尤其如此，其中使用腈水解酶将丙烯腈转化成丙烯酸铵，所述腈水解酶描述于PCT出版物WO 97/21805。该生物催化剂在相对低浓度例如＞500mM的丙烯腈减活。为了处理该问题，将所述生物反应器以进料批量方式运行，以便可以将丙烯腈浓度保持在低水平。在所述进料间歇式反应中，丙烯腈以预计速率进料到所述生物反应器，其中所述预计速率被计算为低于催化剂转化丙烯腈的能力。
当所述反应进行时，丙烯酸铵的浓度升高，这引起所述催化剂的一些减活。如果丙烯腈的进料以相同预计速率继续，丙烯腈的量将最后超过所述催化剂转化它的能力。这导致所述催化剂的进一步减活，以致所述问题逐步变得更严重。结果，所述催化剂可能被破坏，而且使所述反应过早地停止。反应的停车不能被预知，并且通常在不及对丙烯腈进料进行任何调整以使反应继续之时才能注意到。
因此必需知道在所述转化期间丙烯腈的浓度，以便可以在上限和下限(所述下限不一定为零)之间调节进料到所述生物反应器的丙烯腈，以使所述反应进行下去。作为可供选择或另外的办法，生物催化剂活性的测定可用于控制所述反应条件。
因此，需要的是能够在高浓度例如25至50％w/w的丙烯酸铵存在下，测量丙烯腈的浓度和低浓度的转化率。并且，对于商品化学品生产的控制，所述测定方法应该是适合地廉价、简单、快速和十分灵敏的，例如±20ppm的基质浓度。
已经提出了各种方法，但是它们当中没有能够满足上述标准的。因此，在分光光度法中，自由单元催化剂引起层析法例如HPLC中的干涉，低丙烯腈浓度在高丙烯酸铵浓度存在下是不清楚的，并且另外催化剂必须除去或将催化剂猝灭以立即终止所述反应，例如通过过滤。用于测定挥发性丙烯腈的液上气液色谱法体系需要对于每个样品进行平衡，这引起延迟。基于测量电导率获得丙烯腈浓度的方法是不灵敏的。使用在线电导测定丙烯酸铵产品浓度，从加入丙烯腈的质量对丙烯腈浓度进行质量平衡推导不是适合的，因为在丙烯酸铵浓度高于10％w/w时流体电导和丙烯酸铵浓度之间非线性的、常常双曲线的关系。在高丙烯酸铵浓度下，电导随产品浓度增加而降低。
GB 1 217 325论述了在绝热状态下，通过离析混合物样品和记录其随时间的温度变化，在反应混合物中测量反应速率的方法。然而没有提供测量反应物浓度的方法。
本发明着眼于这些问题。
按照本发明，提供了用于监视催化反应的方法，所述方法包括测定反应混合物样品随时间的温度变化，所述反应混合物从反应物进料中分离，所述测定在至少部分反应期间进行，其中样品的热损失或获得分别地小于反应产生的热或减少的热，并且使用所述测定计算在反应混合物中至少所述反应物之一的浓度。
优选在样品中的反应应该是零级反应，并且尽可能通过降低在反应物和环境之间的传热至零或接近于零而在绝热状态下进行。对于酶，零级反应是经常的，其中基质浓度超过Km。然而，尽管贯穿样品的恒定绝热状态可能难以实现，但是通过在温度测量位置周围保持停滞的液体状态，可以获得测量反应速率要求的2至5分钟。所述温度/时间曲线的最初部分将具有倾斜，其接近绝热状态，这一点可用于提供与催化剂活性有关的信息。通常对于反应速率的测定，所述时间/温度曲线的最初部分的持续时间，其处在绝热状态之下，不应该少于约1分钟、通常不小于2.5分钟、优选的持续时间为约4.0分钟。如果还测量一种反应物消耗完所用的时间，那么该反应物的浓度也可以测定。
保证在样品中温度变化不是非常大也是有用的，其引起反应加速并且引起反应速率测定的误差。所述温度变化理想地不大于5℃、优选地所述温度变化不超过2℃。
本发明重要的特征是总温升(或降低)不需要是已知的。尤其是，所述催化剂的活性可以由时间/温度变化图的始端斜率和反应物浓度计算，后者根据所述催化剂活性和温升(或下降)的持续时间决定。
在本发明优选的实施方案中，来自反应器的反应混合物样品保持在绝热容器中。容许所述反应进行，并且测量温度上升或下降，例如利用测温探头，借此确定时间/温度曲线。优选地，样品被依次从反应器取出，以便对所述反应器中的反应进展进行定时地监视，和可以调节反应器中的条件至适当值。从反应器取样的适当设置包括优选地绝热的容器，通过该容器来自反应器的流体被循环。每隔一段时间，将所述循环停止，以便在所述容器中保持定量的反应混合物，即样品，并且进行温度测量。虽然这种在线类型的取样是便利的，但不是必需的。完全可以简单地从所述反应器除去一部分反应混合物来取样，然后将样品放入绝热容器中，于是可以测定样品中反应的温度变化图。如果需要，所述绝热容器可以被预热至样品的温度，以便在样品被引入该绝热容器时降低热损失。
现在将通过参考附图的实施例来描述本发明特定的实施方案，在所述附图中：
图1是在绝热条件下零级反应的温度/时间曲线，其中反应物在时间tD用尽；
图2是反应的温度/时间曲线，其中条件最初是绝热的，然后热损失是小的，并且其中反应物在时间tD用尽；
图3是反应的温度/时间曲线，其中条件是非绝热的；
图4是通过一种形式的热量计检测器的垂直剖面图，该检测器可用于实施本发明；
图5是通过图4的热量计的横截面；
图6至9是实施本发明时获得的温度/时间图，图8和9显示在绝热的期间之后温度随时间线性上升，因为恒定速率的热损失；
图10和11一方面是在丙烯腈浓度和温升时间之间的关系和另一方面是丙烯腈浓度和观察的最高温升之间的关系；
图12和13显示利用三种不同种类的热量计得到的冷却曲线，并且表明热量计倾向于影响绝热时间和随后的冷却速率，每个热量计均显示初始绝热区，随后是一段时期的恒定速率的热损失，由菱形表示的曲线得自其中内部和外部容器两者均包含反应流体的热量计，由正方形表示的曲线利用包含反应流体的内部容器获得，而外部容器与大气通连并且包含空气，由三角形表示的曲线得自不具有外部容器的简单的容器；和
图14是用于实施本发明的体系，其使用两个热量计，其中：
A表示循环泵，PU 1304型
B表示热交换器，HE 1311型
C表示neotecha在线的取样器
D表示电导传感器
E表示量热分析器
F表示100mm长的在线混合器
T表示温度传感器；
在本发明的特定描述中，涉及丙烯腈至丙烯酸铵的生物转化，其使用腈水解酶作为生物催化剂。可选择地，本发明可以用于从丙烯腈生产丙烯酰胺的方法。然而应当理解，本发明不局限于仅仅使用该反应。
将来自用于上述生物转化的反应器的样品放入热量计并且测量温度。因为丙烯腈至丙烯酸铵的生物转化是放热的，并且是零级，例如利用如PCT出版物WO 97/21827中所描述的腈水解酶，所以温度将以恒定速率上升直到基本上全部丙烯腈被转化。理想环境示于图1，其中从热量计的热损失是零，并且所述反应在绝热条件下进行，tD＝温升时间和ΔT＝最高温升。从图1，可以进行如下计算：
生物催化剂的活性(A)＝k1*斜率             (1)
丙烯腈的浓度       ＝A*tD               (2)
丙烯腈的浓度       ＝k2*ΔT              (3)
k1和k2是常数，其可以通过校正得到或由所述常数和反应混合物的反应热和热容量之间的关系获得。
因此从斜率和k1的值，可以得到生物催化剂的活性A，和使用所述催化剂活性和温升时间可以测定丙烯腈的浓度。上述第三个方程式表明，丙烯腈的浓度还可以从极限温升得到，但是如已经指明的，这不是得到丙烯腈浓度的优选路线。还可以预见，所述催化剂的活性使得可以预知基质转化速度。这样，可以写出alogrithm，其预知理想基质进料速度，以保持固定基质浓度，并且其有助于所述工艺的计算机控制。
如已经说明的，在所述反应时间，经常不能也不必要降低从所述量热计的热损失至零。必要的是所述热损失率应该大大低于热量生成速率，优选地对于起始阶段为零。这示于图2。所述斜率存在逐渐下降，但是曲线的初始部分基本上与图1的绝热曲线相同。如图3所示，所述温度损失是较大的，并且所述条件是非绝热的，例如在搅拌的反应混合物中。需要的是存在足够的曲线初始部分时间，其在绝热条件之下，以确定所述斜率，所述催化剂的活性使用如下的方程式1计算：
生物催化剂的活性＝k1*起始斜率
可以注意到，在热损失率大大低于热量产生速度的条件下，温升时间不受热损失的影响，因此丙烯腈的浓度仍然可以使用方程式2计算。当存在热损失时，极限温升少于在绝热反应中的温升，并且最高温升与丙烯腈浓度的关系变得复杂。因此方程式3仅仅在绝热条件下成立。
在本发明替代方式中，所述反应器的内含物通过环形配置循环。这可以是简单的导管，通过该导管所述反应混合物回到所述反应器。在本发明的这种形式中，新鲜的基质进料在进入所述反应器之前被引入环形结构，借此所述基质与循环反应混合物在所述环形结构中在被通进所述反应容器之前混合。
图14显示这种设备，其中所述环形结构在所述基质进料点之前包含热量计，和在基质进料点之后放置热量计，其中旁路管路紧跟在所述热量计前和后连接所述环管。所述旁路管路使所述反应器的包含物在反应混合物在热量计中分离时围绕所述环管流动。
在每个被放入所述环形结构中的热量计中测定所述反应混合物的分离部分的温度随时间变化，以测定所述反应介质的温度变化，其中热量计的引入在引入基质之前和在引入基质之后。
该环形结构可以包括多于一个热量计，其在所述基质进料点之前和/或之后放入，因为使用多个热量探测器可以对丙烯腈浓度提供几乎连续的测定。
优选地，所述温度随时间变化的测定基本上立即在所述基质进料点之前和基本上立即在所述基质进料点之后。
在所述环形结构中进行测定的优选方法是借助于定位在环形结构中在所述基质进料点之前的一个热量计和定位在所述环形结构中在所述基质进料点之后的一个热量计进行的，如图14所示。
按照本发明的另一个方面，在反应中的所述反应物的至少一种的浓度通过对所述反应混合物取样和使反应混合物的样品进行催化反应来测定，并且其中样品的热量损失或获得的热量分别地少于所述反应产生的热或减少的热，并且使用所述测定以计算反应混合物中至少一种所述反应物的浓度。在本发明该方面的优选形式中，反应混合物样品进行不同的反应。本发明的该代替方式，在所述样品的催化反应比主反应是更加吸热的或更加放热的时，可能是有价值的。因此，热量生成或减少的速率将大于在所述主反应中的，但是反应物的实测浓度将仍然是所述主反应的。
本发明的该方面对于不是基本上放热的或基本上吸热的反应可能是特别有用的，条件是要测定浓度的反应物在样品中进行放热的或吸热的催化反应。本发明的该方面在从丙烯腈生产丙烯酰胺中可能是有价值的，其中反应器内含物的样品与将丙烯腈转化为丙烯酸铵的腈水解酶细胞的悬浮液结合在一起。在任何从丙烯腈生产丙烯酰胺的工艺中这可能是有价值的，例如使用Raney铜催化剂或生物催化剂。丙烯腈至丙烯酸铵的生物转化比丙烯腈至丙烯酰胺的生物转化是更加放热的。因此，丙烯腈在所述反应器中的浓度可以借助于在样品中的丙烯腈转化为丙烯酸盐而非促进转化至丙烯酰胺而更加准确地测定。
因此，在本发明的该方面，提供了用于监视反应的方法，该方法包括测定反应混合物样品随时间的温度变化，该反应混合物从反应器中分离，在至少部分反应期间进行，其中样品的热损失或获得分别地小于样品的催化反应产生的热或减少的热，并且使用所述测定计算在反应混合物中至少所述反应物之一的浓度。
本发明的另一方面提供监视发酵的方法，其产生酶催化剂，所述方法包括测量发酵混合物样品随时间的温度变化，该混合物分离自发酵容器，其中样品的热量损失或获得分别地少于发酵产生的热或减少的热，并且使用所述测定计算通过所述发酵生产的催化剂的活性。
这可以用许多方法进行。一种方法包括使用二个热量计(前面描述的类型)，一个包含发酵混合物和另一个包含相同的发酵混合物和基质。
例如，优选的发酵混合物可以产生丙烯腈水解酶，因此所述基质将是乙腈。测量在二个热量计之间生热的速度差别提供了数据，由该数据可以计算酶催化剂的活性(或基质的浓度)，其方法如前面所描述的。
必须使用该温度升高的不同速度，因为发酵反应不同于生物转化之处在于发酵由许多生物反应组成，其影响发酵混合物的温度。因此需要对照热量计，以考虑由于发酵的温差。
可选择地，可以使用二个热量计，其中基质或酶被加入热量计之一以测定所述存在于发酵混合物中的催化剂的活性或者测定在发酵混合物中的基质浓度。
可选择地，可以使用单一热量计，其可以是前面描述的类型，并且包含所述发酵混合物和基质。可以从所述混合物取出样品，并且在转入所述热量计之前进行过滤，以从所述发酵除去任何细胞材料，然后将酶加入样品，以便可以测量温度升高的速度，由此可以计算基质的浓度，其方法如前面所描述的。
优选在样品中的反应应该是零级反应，并且尽可能通过降低在反应和环境之间的传热至零或接近于零而在绝热状态下进行。对于酶，零级反应是经常的，其中在操作条件下所述基质浓度超过酶的Km。然而，尽管贯穿样品的恒定绝热状态可能难以实现，但是通过在温度测量位置周围保持停滞的液体状态，可以获得测量反应速率要求的2至5分钟。所述温度/时间曲线的初始部分将具有接近绝热状态的斜率，这一点可用于提供与催化剂活性有关的信息。通常，对于测定所述反应速率，所述时间/温度曲线的初始部分的时间，其处在绝热条件下，不应该少于约1分钟，通常不小于2.5分钟，优选的时间为约4.0分钟，如果还测量一种反应物用尽的时间，那么该反应物的浓度也可以测定。
保证在样品中温度变化不是非常大也是有用的，其引起反应加速并且引起反应速率测定的误差。所述温度变化理想地不大于5℃、优选地所述温度变化不大于2℃。
本发明重要的特征是总温升(或降低)不需要是已知的。尤其是，所述催化剂的活性可以由时间/温度变化图的初始部分斜率和反应物浓度计算，后者根据所述催化剂活性和温升(或下降)的持续时间决定。
在本发明优选的实施方案中，来自反应器的反应混合物样品保持在绝热容器中。容许所述反应进行，并且测量温度上升或下降，例如利用测温探头，借此确定时间/温度曲线。优选地，样品被依次从反应器取出，以便对所述反应器中的反应进展进行定时地监视，和可以调节反应器中的条件至适当值。从反应器取样的适当设置包括优选地绝热的容器，通过该容器来自反应器的流体被循环。每隔一段时间，将所述循环停止，以便在所述容器中保持定量的反应混合物，即样品，并且进行温度测量。虽然这种在线类型的取样是便利的，但不是必需的。完全可以简单地从所述反应器除去一部分反应混合物来取样，然后将样品放入绝热容器中，于是可以测定样品中反应的温度变化图。如果需要，所述绝热容器可以被预热至样品的温度，以便在样品被引入该绝热容器时降低热损失。
在本发明替代方式中，所述反应器的内含物通过环形配置循环。其可以是简单的导管，通过该导管所述反应混合物回到所述反应器，在本发明该形式中，新鲜的基质进料在进入所述反应器之前被引入所述环形结构，借此所述基质与循环反应混合物在所述环形结构中在进入所述反应容器内之前混合。
在每个被放入所述环形结构中的热量计中测定所述反应混合物的分离部分的温度随时间变化，以测定所述反应介质的温度变化，其中热量计的引入在引入基质之前和在引入基质之后。
该环形结构可以包括多于一个热量计，其在所述基质进料点之前和/或之后放入，因为使用多个热量探测器可以对丙烯腈浓度提供几乎连续的测定。
优选地，所述温度随时间变化的测定基本上立即在所述基质进料点之前和基本上立即在所述基质进料点之后。
在所述环形结构中进行测定的优选方法是借助于定位在环形结构在所述基质进料点之前的一个热量计和定位在所述环形结构中在所述基质进料点之后的一个热量计进行的，如图14所示。
按照本发明的另一个方面，在反应中的所述反应物的至少一种的浓度通过对所述反应混合物取样和使反应混合物的样品进行催化反应测定，并且其中由样品获得的热量或损失的热量分别地少于所述反应产生的热或减少的热，并且使用所述测定以计算反应混合物中至少一种所述反应物的浓度。在本发明该方面的优选形式中，反应混合物样品进行不同的反应。本发明的该替代方式，在所述样品的催化反应比主反应是更加吸热的或更加放热的时，可能是有价值的。因此，热量生成或减少的速率将大于在所述主反应中的，但是反应物的实测浓度将仍然是所述主反应的。
本发明的该方面对于不是基本上放热的或基本上吸热的反应可能是特别有用的，条件是要测定浓度的反应物在样品中进行放热的或吸热的催化反应。本发明的该方面在从丙烯腈生产丙烯酰胺中可能是有价值的，其中反应器内含物的样品与将丙烯腈转化为丙烯酸铵的腈水解酶细胞的悬浮液结合在一起。在任何从丙烯腈生产丙烯酰胺的工艺中这可能是有价值的，例如使用Raney铜催化剂或生物催化剂。丙烯腈至丙烯酸铵的生物转化比丙烯腈至丙烯酰胺的生物转化是更加放热的。因此，丙烯腈在所述反应器中的浓度可以借助于在样品中的丙烯腈转化为丙烯酸盐而非促进转化至丙烯酰胺而更加准确地测定。
因此，在本发明的该方面，提供了用于监视反应的方法，该方法包括测定反应混合物样品随时间的温度变化，该反应混合物从反应器中分离，在至少部分反应期间进行，其中样品的热损失或获得分别地小于样品的催化反应产生的热或减少的热，并且使用所述测定计算在反应混合物中至少所述反应物之一的浓度。
以下实施例进一步地说明本发明：
实施例1.
使用如图4和5所示的同心式热量计。所述热量计包括圆形截面的内部容器10，具有连接到生物反应器(未显示)的进口12和出口14。测温探头16伸进所述容器10。外部容器18同心地围绕所述内部容器10，并且装备有进口20和出口22，用于以基本上与内部容器中的反应混合物相同温度输入流体，由此降低从所述内部容器的热损失。在冷却源和温度测量位置之间的距离(绝缘量)可以依据在需要的绝热条件下的时间长度变化。优选地，在所述外部容器中的流体同于在所述内部容器中的所述反应混合物，与在所述内部容器中的所述反应混合物一样保持相同滞止条件，以便其由于所述反应的生热基本上与在所述内部容器内的相同，因此有助于保持绝热条件。如可以在图5中看到的，到两个容器的进口和出口成切线排列，以便在所述容器中保证好的流体混合。
向所述连接着热量计的生物反应器中装入水和生物催化剂。以稍微超过生物催化剂的生物转化速度的速度将丙烯腈泵入所述生物反应器，以便丙烯腈的浓度在所述生物反应器中慢慢地升高。来自所述生物反应器的反应混合物连续地泵送通过所述热量计和回到所述生物反应器。结果，当反应混合物通过所述热量计循环时，在所述热量计中的温度相对于在所述生物反应器中的温度是恒定的。在选择的间隔，在所述生物反应器和热量计之间循环反应混合物的泵被关闭，通过测定得到在所述热量计中的状态的温度/时间图，所述测定花费几分钟，例如大约5分钟，其在至所述热量计的循环被停止直到在所述热量计中的温度开始下降之前进行。从这些图测定温度/时间曲线的斜率、温度升高的时间和极限温升。同时，当至所述热量计的循环被停止时，对反应混合物取样并且立即过滤以除去所述生物催化剂，以测定丙烯腈浓度。
参考图6至9，其显示得到的图形。图6的图形显示在丙烯腈进料至所述生物反应器开始之前在所述热量计中的条件。在所述热量计中温度在反应混合物循环到所述热量计被中止之前在五分钟期间下降。其后，所述温度保持恒定约另外五分钟。这是绝热时间。然后，由于到环境的热损失，所述温度下降。
在图7中的图形在丙烯腈浓度达到36mM时得到。如可以看到的，在五分钟之后，在所述循环被停止时，所述温度在约五分钟的绝热的时间之内线性地随时间升高。从温度线性上升的斜率和从温升的时间，在这种情况下为4.32分钟，可以得到催化剂的活性和丙烯腈的浓度。在所述线性升温的结尾，所述曲线开始下降，表示在所述热量计中的反应已经结束。
示于图8的温度/时间图在经过一段时间以后得到，这时在所述生物反应器中的丙烯腈浓度已经增加到约100mM。所述温升的时间现在是12.82分钟。但是仅仅初始线性部分，即在对应于所述绝热区的温度/时间曲线的第一个五分钟内，被用于测定所述斜率，以计算所述生物催化剂的活性。在所述温升的大约第一个五分钟之后，所述曲线变得平坦，然后在所述反应的结尾突然地下降。
示于图9的图形在生物反应器中的丙烯腈浓度已经达到180mM时得到。如前所述，所述图形在所述绝热区是线性的，并且从该部分的温度/时间曲线，可以用斜率测定所述生物催化剂活性。在线性区域之后，所述曲线变得平坦，因为从所述热量计的热损失，其几乎是恒定的，和其后开始下降。
实施例2
所述设备和步骤同于实施例1，除了在所述生物反应器和热量计之间的循环每半小时停止，以得到温度/时间图，同时从所述生物反应器除去样品用于测定丙烯腈的浓度。丙烯腈浓度对温升时间的图形示于图10，其显示了在这二个值之间的比例。然而，如可以在图11中看到的，在得自连续样品的丙烯腈浓度和极限温度升高的值之间没有这样的比例存在。
应当理解，本发明不仅提供监视生物催化反应进程的方法，而且通过使用得自本发明方法的信息可以控制所述反应。因此通过本发明得到的丙烯腈浓度随时间的变化可用于调节输入的丙烯腈，以保持所述浓度在需要的水平。另外，催化剂活性的值可用于调节催化剂在所述生物反应器中的量，以便在需要时保持恒定水准的活性。
在所述热量计中的丙烯腈浓度的下降与在所述生物反应器中的丙烯腈浓度的下降相当。简单的控制过程是在预定的成为各个抽样周期的延迟时间中止丙烯腈到所述反应器的进料，直到在所述热量计中的温度开始下降。在该点，重新开始所述丙烯腈进料到所述生物反应器。该步骤防止丙烯腈在所述生物反应器中的浓度降低到零。延迟时间的长度决定在所述进料重新开始时丙烯腈在所述反应器中的浓度。
现在参考图12和13，显示了不同类型的热量计的冷却曲线。由菱形表示的曲线得自如上所述的热量计，参考图4和5，在内部和外部容器两者都包含反应流体。由正方形表示的曲线由包含反应流体的内部容器和与大气通连并且包含空气的外部容器得到。由三角形表示的曲线得自简单的没有外部容器的容器。如可以看到的，最好的结果得自图4和5的同心设计，其中反应流体在所述外部容器中。
在将本发明应用于例如用于丙烯腈至丙烯酸铵的转化的反应器中时，其中使用腈水解酶，可以使用如图14说明的体系。在该体系中，安装第一热量计30，以通过循环线34从反应器32接收反应混合物。该热量计被用于测定反应器中的丙烯腈浓度并且可用于测定催化剂的活性，条件是在所述反应器中存在足够的丙烯腈以在所述热量探测器中提供优选大于1分钟的生热斜率。因为有可能没有丙烯腈存在于所述反应混合物，其由第一热量计30接受，第二热量计36定位在丙烯腈进入循环线34的进料38和反应器32之间，以测量零级反应速度，其中保证最低水平的丙烯腈。
本发明不局限于上述描述的实施方案，并且可以进行许多改进和变化。例如存在其它的方法来实施所述量热检测。因此，取样器可以简单地浸入所述反应器的包含物。在另一个实施方案中，进入到所述反应器的进料可以被中断，并且关掉任何在所述反应器中的反应混合物的搅拌，随后测量反应器的全部停滞的包含物的生热。
使用顺序地操作的多个热量探测器可以提供对丙烯腈浓度的近似实时连续测定。又一个方法包括将所述生物催化剂混合入反应物的流程中，然后当测量所述生热时保持所述混合物在滞止条件下。

Claims (36)

1.用于监视催化反应的方法，其包括测量在至少部分的反应期间，当样品损失或获得的热量分别地小于所述反应产生的热或减少的热时，反应混合物样品的温度随时间的变化，和使用所述测定方法测定反应物之一的浓度。
2.权利要求1的方法，其中所述样品中的反应至少部分地在绝热的或基本上绝热的条件下进行。
3.权利要求1或权利要求2的方法，其中在所述样品中的反应在绝热的或基本上绝热的条件下进行不少于1分钟、优选不少于2.5分钟。
4.任何前述权利要求的方法，其中样品获得或损失的热在所述至少一部分反应期间被基本上降低至零。
5.任何前述权利要求的方法，其中所述反应是放热的。
6.任何前述权利要求的方法，其中在所述至少部分反应期间，样品被保持在绝热容器中。
7.任何前述权利要求的方法，其中样品连续地从反应器取出。
8.权利要求7的方法，其中反应混合物在所述反应器和样品容器之间循环，并且每隔一段时间所述循环被中断，以便在样品容器中留下反应混合物的样品，于是对其进行所述测定。
9.从属于权利要求6的权利要求7或8的方法，其中将用于样品的容器加热至所述反应混合物的温度。
10.任何前述权利要求的方法，其中利用测温探头测量样品温度随时间的变化。
11.任何前述权利要求的方法，其中从样品中获得的测定被用于控制所述反应。
12.权利要求11的方法，其中所述反应通过调节反应混合物中的反应物之一来控制。
13.权利要求11或12的方法，其中所述反应通过调节反应混合物中的催化剂的含量进行控制。
14.权利要求11至13任何一项的方法，其中所述反应通过在测量样品时中断反应物之一至所述反应混合物的进料来控制。
15.任何前述权利要求的方法，其中所述反应是生物催化的。
16.任何前述权利要求的方法，其中所述催化剂是选自腈水解酶和腈水合酶的酶。
17.任何前述权利要求的方法，其中所述反应是通过腈水解酶催化的丙烯腈至丙烯酸铵的转化。
18.任何前述权利要求的方法，其中所述反应通过酶催化并且基质的浓度超过酶对于所述基质的Km值。
19.任何前述权利要求的方法，其中所述反应遵循零级动力学直到基本上完成。
20.任何前述权利要求的方法，其中所述反应器的包含物在环形结构中循环并且所述基质进料在进入所述反应器之前被引入环形结构，并且其中反应混合物分离部分随时间的温度变化在基质引入之前和在基质引入之后测量，以测定所述反应介质的温度变化。
21.权利要求20的方法，其中在所述环形结构中的所述温度随时间变化的测定借助于以下进行，在所述环形结构中定位在所述基质进料点之前的一个或多个热量计、在所述环形结构中定位在所述基质进料点之后的一个或多个热量计，和在所述反应混合物在热量计之内被分离时使所述反应器的包含物流过所述环状管线的设置。
22.用于监视反应的方法，其包括测量在至少部分反应期间所述反应混合物样品温度随时间的变化，其中样品的热量损失或获得分别地少于在样品中的催化反应产生的热或减少的热，测量一种反应物被用尽的时间，和使用所述测定计算反应混合物中至少反应物之一的浓度。
23.权利要求22的方法，其中在样品中的所述催化反应与所述反应相比是更加放热的或更加吸热的。
24.权利要求22或23的方法，其中所述反应是丙烯腈到丙烯酰胺的转化。
25.权利要求22至24任何一项的方法，其中在样品中的所述催化反应是丙烯腈至丙烯酸铵的转化，其使用腈水解酶。
26.权利要求22至24任何一项的方法，其结合权利要求1至21的任何特征。
27.用于监视发酵的方法，其产生酶催化剂，所述方法包括测量发酵混合物样品随时间的温度变化，该混合物分离自发酵容器，其中样品的热量损失或获得分别地少于发酵产生的热或减少的热，并且使用所述测定计算通过所述发酵生产的催化剂的活性。
28.权利要求27的方法，其中所述样品中的发酵至少部分地在绝热的或基本上绝热的条件下进行。
29.权利要求27或28的方法，其中在所述样品中的发酵在绝热的或基本上绝热的条件下进行不少于1分钟、优选不少于2.5分钟。
30.任何前述权利要求的方法，其中样品获得或损失的热在所述至少一部分发酵期间被基本上降低至零。
31.任何前述权利要求的方法，其中所述发酵是放热的。
32.任何前述权利要求的方法，其中在所述至少部分发酵期间，样品被保持在绝热容器中。
33.任何前述权利要求的方法，其中样品连续地从反应器取出。
34.权利要求33的方法，其中发酵混合物在所述反应器和样品容器之间循环，并且每隔一段时间所述循环被中断，以便在样品容器中留下发酵混合物的样品，于是对其进行所述测定。
35.从属于权利要求32的权利要求33或34的方法，其中将用于样品的容器加热至所述发酵混合物的温度。
36.权利要求27至35任何一项的方法，其中所述样品的温度随时间的变化用测温探头测定。
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