JP6890605B2 - シアノヒドリン含有液の製造方法 - Google Patents
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Description
[1] 下記工程1〜4を含む、シアノヒドリン含有液の製造方法。
工程1:一般式(A)で表される原料カルボニル化合物および一般式(B)で表されるシアン化剤を反応器に供給する工程であって、原料カルボニル化合物とシアン化剤との少なくとも一方を連続的に供給する工程
工程2:反応器において、工程1で供給された原料カルボニル化合物とシアン化剤とを反応させ反応液を得る工程
工程3:前記反応液に含まれる、原料カルボニル化合物のモル濃度およびシアン化剤のモル濃度の少なくとも一方の濃度、並びにシアノヒドリンのモル濃度を計測する工程
工程4:工程3の結果に基づいて、工程1において反応器に供給される原料カルボニル化合物およびシアン化剤の少なくとも一方のモル濃度を制御する工程
一般式(A):R1COR2
一般式(A)において、R1およびR2はそれぞれ独立に、水素原子、置換基を有していてもよい脂肪族炭化水素基、置換基を有していてもよい脂環式炭化水素基、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基、または置換基を有していてもよい複素環基である。
一般式(B):M(CN)n
一般式(B)において、Mは、水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金属、鉄、銅、または亜鉛であり、nはMの価数である。
要件(1):M1/M3が、0.001〜0.100である。
要件(2):M2/M3が、0.001〜0.100である。
供給された原料を反応させる反応器と、
前記反応器内、または、前記反応器から分岐した流路上に設けられた、反応液中のカルボニル化合物のモル濃度およびシアン化剤のモル濃度の少なくとも一方の濃度、並びに、シアノヒドリンのモル濃度を計測する計測器と
を有する、シアノヒドリン含有液製造装置。
本発明のシアノヒドリン含有液の製造方法においては、次のような反応式を例示できる。
M(CN)n + nHX → nHCN + MXn
nR1COR2 + nHCN → nR1R2C(OH)(CN)
ここで、HXは酸や水であり、M、n、R1、R2 は、後述の通りである。
本発明のシアノヒドリン含有液の製造方法は、下記工程1〜4を含む。
工程1:一般式(A)で表される原料カルボニル化合物および一般式(B)で表されるシアン化剤を反応器に供給する工程であって、原料カルボニル化合物とシアン化剤との少なくとも一方を連続的に供給する工程
工程2:反応器において、工程1で供給された原料カルボニル化合物とシアン化剤とを反応させ反応液を得る工程
工程3:前記反応液に含まれる、原料カルボニル化合物のモル濃度およびシアン化剤のモル濃度の少なくとも一方の濃度、並びにシアノヒドリンのモル濃度を計測する工程
工程4:工程3の結果に基づいて、工程1において反応器に供給される原料カルボニル化合物およびシアン化剤の少なくとも一方のモル濃度を制御する工程
一般式(A):R1COR2
一般式(A)において、R1およびR2はそれぞれ独立に、水素原子、置換基を有していてもよい脂肪族炭化水素基、置換基を有していてもよい脂環式炭化水素基、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基、または置換基を有していてもよい複素環基である。
一般式(B):M(CN)n
一般式(B)において、Mは、水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金属、鉄、銅、または亜鉛であり、nはMの価数である。
前記原料カルボニル化合物は、一般式(A)で表される。
一般式(A):R1COR2
また、前記R1およびR2としては、R1が水素原子であり、かつ、R2が脂肪族炭化水素基であることが好ましく、R1が水素原子であり、かつ、R2が炭素数1〜3のアルキル基であることが特に好ましく、原料カルボニル化合物がアセトアルデヒドであることが最も好ましい。
従来行われていた、原料を供給する際の流量の制御では、流路中で原料の一部が気化することなどに起因する、供給量の変動が起きており、従来の方法では、結果物として得られたラクトニトリル含有液等のシアノヒドリン含有液を分析することにより初めて、前記変動が起きたことが分かったが、本発明では、反応中に反応液における各濃度を計測するため、より素早く、濃度の変動を把握することが可能であり、原料を供給する段階での制御に有用であった。本発明は、流路中で原料の一部が気化する可能性が高い、沸点が低いカルボニル化合物を用いる場合に特に好適に実施され、原料カルボニル化合物としては、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、アセトン、メチルエチルケトン等に好適に実施され、得られる成分の有用性の観点から原料カルボニル化合物が、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒドであることが好ましい。
前記原料カルボニル化合物としては、高沸成分の含有量が好ましくは300質量ppm以下であり、より好ましくは250質量ppm以下であり、特に好ましくは200質量ppm以下である。高沸成分の含有量は、検出限界以下であってもよい。
前記シアン化剤は、一般式(B)で表される。
一般式(B):M(CN)n
一般式(B)において、Mは、水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金属、鉄、銅、または亜鉛であり、nはMの価数である。
前記アルカリ金属としては、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウムが挙げられる。前記アルカリ土類金属としては、例えば、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムが挙げられる。
前記シアン化剤としては、特に制限されず、工業用、研究用等で入手できるものを用いてもよく、他の化合物製造時に副生するものを用いてもよく、合成したものを用いてもよい。例えばシアン化剤が、シアン化水素の場合、アンモ酸化反応等で副生するシアン化水素を使用することも可能であり、メタン等を原料として合成することも可能である。また、シアン化ナトリウムを硫酸等の強酸と反応させてシアン化水素を製造することも可能である。なお、前記アンモ酸化反応としては、プロピレンまたはプロパンからアクリルニトリルを製造する方法が挙げられる。
本発明のシアノヒドリン含有液の製造方法が有する工程1は、一般式(A)で表される原料カルボニル化合物および一般式(B)で表されるシアン化剤と、必要に応じて水等の溶媒とを反応器に供給する工程であって、原料カルボニル化合物とシアン化剤との少なくとも一方を連続的に供給する工程である。
前記反応器としては、原料を連続的に供給することが可能であり、原料カルボニル化合物とシアン化剤とを反応させることができればよく特に限定は無いが、例えば、連続槽型反応器、管型反応器、スクリューフィーダー型混合器、スタティックミキサー等を用いることができる。前記反応器としては、原料を連続的に供給することができることに加えて、シアノヒドリン含有液を連続的に取り出すことが可能な反応器が好ましい。また、前記反応器としては、回分式反応器は、原料を連続的に供給することができないため、用いることができない。前記反応器としては、原料カルボニル化合物が鉄製部材と接触すると、高沸成分の生成が促進されるため、鉄以外の材質であることが好ましい。反応器の材質としては、具体的には、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼、モネル(商標)、ハステロイ(商標)、インコネル(商標)、インコロイ(商標)、フッ素樹脂、ガラス、磁器等が挙げられる。
そして、片方の原料を過剰にすることにより、該過剰となる成分を回収する設備を設ければよく、製造装置を簡略化できるため好ましい。
なお、本発明において連続的に供給するとは、絶え間なく反応器に供給される態様が包含されるのはもちろん、滴下のように僅かな間隔があいていてもよい。なお、連続的に供給するとは、具体的には、供給と供給との間が例えば、数秒から数分で供給されることを意味する。
本発明のシアノヒドリン含有液の製造方法が有する工程2は、反応器において、工程1で供給された原料カルボニル化合物とシアン化剤とを反応させ反応液を得る工程である。前記反応は通常は連続式で行われるが、半回分式で行われてもよい。
本発明のシアノヒドリン含有液の製造方法が有する工程3は、前記反応液に含まれる、原料カルボニル化合物のモル濃度およびシアン化剤のモル濃度の少なくとも一方の濃度、並びにシアノヒドリンのモル濃度を計測する工程である。
また、シアン計にてシアン化剤のモル濃度を計測し、屈折率計によりシアン化剤とシアノヒドリンとの合計のモル濃度を計測し、それによって得られたシアン化剤のモル濃度と前記シアン化剤とシアノヒドリンとの合計のモル濃度からシアノヒドリンのモル濃度を算出する方法が好ましい。
要件(1):M1/M3が、0.001〜0.100である。
要件(2):M2/M3が、0.001〜0.100である。
本発明のシアノヒドリン含有液の製造方法が有する工程4は、工程3の結果に基づいて、工程1において反応器に供給される原料カルボニル化合物およびシアン化剤の少なくとも一方のモル濃度を制御する工程である。
本発明のシアノヒドリン含有液の製造方法は、前記工程1〜4を有しており、さらにその他の工程(工程1〜4以外の工程)を有していてもよい。
本発明のシアノヒドリン含有液製造装置は、原料カルボニル化合物およびシアン化剤を供給する供給部と、供給された原料を反応させる反応器と、前記反応器内、または、前記反応器から分岐した流路上に設けられた、反応液中のカルボニル化合物のモル濃度およびシアン化剤のモル濃度の少なくとも一方の濃度、並びに、シアノヒドリンのモル濃度を計測する計測器とを有する。前記シアノヒドリン含有液製造装置には、通常反応器に反応液を回収するための流路が接続されている。また、シアノヒドリン含有液製造装置は、前述の回収された反応液のpHを調整する工程、回収された反応液を精製する工程を行うための、pH調整剤添加装置や、精製装置を有していてもよい。
シアノヒドリン含有液製造装置を用いることにより、生産性を低下させることなく、高収率でシアノヒドリンを生成させることによって効率的にシアノヒドリン含有液を製造することができる。
抜き出した反応液の一部を用い、紫外線吸光光度計でアセトアルデヒドに特有の波長330nmでの吸光度を求めた。この吸光度から、予め吸光度と反応液中のアセトアルデヒドのモル濃度との相関を求めた検量線から、反応液中のアセトアルデヒドのモル濃度を計測した。
反応液の屈折率を求めるのに先だって以下の検量線を作成した。
1)水/ラクトニトリルの組成比を水100%、ラクトニトリル100%の間で変化させたラクトニトリル水溶液を複数作製し、各々の屈折率を測定し、ラクトニトリルのモル濃度と屈折率との検量線を作成した(検量線A−0)。
2)前記特定のラクトニトリル水溶液にアセトアルデヒドを加え、アセトアルデヒドの濃度が異なるアセトアルデヒド/ラクトニトリル/水の組成液を作製し、それぞれの屈折率を測定した。
3)ラクトニトリルのモル濃度が前記2)とは異なるラクトニトリル水溶液も、2)と同様に屈折率を測定した。
4)アセトアルデヒドのモル濃度が特定の同一濃度である一群のデータを用い、ラクトニトリルのモル濃度と屈折率との検量線を作成した(検量線A−1)。
5)アセトアルデヒドのモル濃度が4)とは異なる濃度であるもののデータについても、同一のアセトアルデヒドのモル濃度毎に、ラクトニトリルのモル濃度と屈折率との検量線を同様に作成した(検量線A−2〜A−X)。
前記反応液の紫外線吸光光度計から求めたアセトアルデヒドのモル濃度に対応する検量線を、(A−0〜A−X)から選択し、または前記検量線群から内挿させて作成し、その検量線と反応液の屈折率nとから、ラクトニトリルのモル濃度を定量した。
抜き出した反応液の一部を用い、シアン計でシアン濃度を求めた。予め前記シアン計でのシアン濃度とシアン化水素濃度との相関を求めた検量線からシアン化水素のモル濃度を計測した。
抜き出した反応液の一部を用い、シアン計でシアン濃度を求めた。予め前記シアン計でのシアン濃度とシアン化水素濃度との相関を求めた検量線からシアン化水素のモル濃度を計測した。
反応液の屈折率を求めるのに先だって以下の検量線を作成した。
1)水/ラクトニトリルの組成比を水100%、ラクトニトリル100%の間で変化させたラクトニトリル水溶液を複数作製し、各々の屈折率を測定し、ラクトニトリルのモル濃度と屈折率との検量線を作成した(検量線B−0)。
2)前記特定のラクトニトリル水溶液にシアン化水素を加え、シアン化水素の濃度が異なるシアン化水素/ラクトニトリル/水の組成液を作製し、それぞれの屈折率を測定した。
3)ラクトニトリルのモル濃度が前記2)とは異なるラクトニトリル水溶液も、2)と同様に屈折率を測定した。
4)シアン化水素のモル濃度が特定の同一濃度である一群のデータを用い、ラクトニトリルのモル濃度と屈折率との検量線を作成した(検量線B−1)。
5)シアン化水素のモル濃度が4)とは異なる濃度であるもののデータについても、同一のシアン化水素のモル濃度毎に、ラクトニトリルのモル濃度と屈折率との検量線を同様に作成した(検量線B−2〜B−X)。
前記反応液のシアン計から求めたシアン化水素のモル濃度に対応する検量線を、(B−0〜B−X)から選択し、または前記検量線群から内挿させて作成し、その検量線と反応液の屈折率nとから、ラクトニトリルのモル濃度を定量した。
抜き出した反応液の一部を用い、紫外線吸光光度計でアセトアルデヒドに特有の波長330nmでの吸光度を求めた。この吸光度から、予め吸光度と反応液中のアセトアルデヒドのモル濃度との相関を求めた検量線から、反応液中のアセトアルデヒドのモル濃度を計測した。
攪拌機および冷却器を備えたCSTR型の反応器(連続槽型反応器)にアセトアルデヒド、シアン化水素を攪拌下でアセトアルデヒド/シアン化水素のモル比が1.01となるようにアセトアルデヒドとシアン化水素とを、各々の流量をコリオリ流量計にて測定し、ポンプで流量制御しながら供給した。反応器内の反応温度を15〜20℃、5質量%の水酸化ナトリウム水溶液でpHを5〜6に調整しながら、滞留時間が3時間になるように、反応液を抜き出しながら反応を行った。
尚、使用したアセトアルデヒドは、予め単蒸留にて精製を行い、高沸成分(常圧における沸点が25℃以上である成分)の含有量160質量ppmに低減したものを使用した。
更に20時間目でのアセトアルデヒドの転化率は99.0%、シアン化水素の転化率は100.0%、ラクトニトリルの収率は、供給アセトアルデヒド量に対して98.9%、供給シアン化水素量に対して100.0%であった。
そして、30時間目でのアセトアルデヒドの転化率は99.0%、シアン化水素の転化率は100.0%、ラクトニトリルの収率は、供給アセトアルデヒド量に対して98.9%、供給シアン化水素量に対して100.0%であった。結果を表1にまとめた。
よって、アセトアルデヒドの転化率およびラクトニトリルの収率は常に安定しており、ラクトニトリルの収率は常に高かった。
抜き出した反応液の一部について、アセトアルデヒドの濃度計測およびラクトニトリルの濃度計測を行わず、前記濃度に基づくアセトアルデヒドおよびシアン化水素の供給量の制御を行わなかった以外は実施例1と同様に反応を行った。
更に20時間目でのアセトアルデヒドの転化率は98.1%、シアン化水素の転化率は100%、ラクトニトリルの収率は、供給アセトアルデヒド量に対して97.2%、供給シアン化水素量に対して99.6%であった。
よって、アセトアルデヒドの転化率およびラクトニトリルの収率は安定せず、ラクトニトリルの収率は時間の経過とともに低下した。
攪拌機および冷却器を備えたCSTR型の反応器(連続槽型反応器)にアセトアルデヒド、シアン化水素を攪拌下でシアン化水素/アセトアルデヒドのモル比が1.01となるようにアセトアルデヒドとシアン化水素とを、各々の流量をコリオリ流量計にて測定し、ポンプで流量制御しながら供給した。反応器内の反応温度を15〜20℃、5質量%の水酸化ナトリウム水溶液でpHを5〜6に調整しながら、滞留時間が3時間になるように、反応液を抜き出しながら反応を行った。
尚、使用したアセトアルデヒドは、予め単蒸留にて精製を行い、高沸成分(常圧における沸点が25℃以上である成分)の含有量160質量ppmに低減したものを使用した。
更に20時間目でのシアン化水素の転化率は99.0%、アセトアルデヒドの転化率は100.0%、ラクトニトリルの収率は、供給シアン化水素量に対して98.9%、供給アセトアルデヒド量に対して100.0%であった。
よって、シアン化水素の転化率、アセトアルデヒドの転化率およびラクトニトリルの収率は常に安定し、ラクトニトリルの収率は高かった。
抜き出した反応液の一部について、シアン化水素の濃度計測およびラクトニトリルの濃度計測を行わず、前記濃度に基づくシアン化水素の供給量の制御を行わなかった以外は実施例2と同様に反応を行った。
よって、シアン化水素の転化率およびラクトニトリルの収率は安定せず、ラクトニトリルの収率は時間の経過とともに低下した。
Claims (10)
- 下記工程1〜4を含む、シアノヒドリン含有液の製造方法。
工程1:一般式(A)で表される原料カルボニル化合物および一般式(B)で表されるシアン化剤を反応器に供給する工程であって、原料カルボニル化合物とシアン化剤との少なくとも一方を連続的に供給する工程
工程2:反応器において、工程1で供給された原料カルボニル化合物とシアン化剤とを反応させ反応液を得る工程
工程3:前記反応液に含まれる、原料カルボニル化合物のモル濃度およびシアン化剤のモル濃度の少なくとも一方の濃度、並びにシアノヒドリンのモル濃度を計測する工程
工程4:工程3の結果に基づいて、該工程3において、原料カルボニル化合物のモル濃度をM1、シアン化剤が有するシアノ基のモル濃度をM2、シアノヒドリンのモル濃度をM3とした際に、下記要件(1)および(2)の少なくとも一方を満たすように、工程1において反応器に供給される原料カルボニル化合物およびシアン化剤の少なくとも一方のモル濃度を制御する工程
一般式(A):R1COR2
一般式(A)において、R1およびR2はそれぞれ独立に、水素原子、置換基を有していてもよい脂肪族炭化水素基、置換基を有していてもよい脂環式炭化水素基、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基、または置換基を有していてもよい複素環基である。
一般式(B):M(CN)n
一般式(B)において、Mは、水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金属、鉄、銅、または亜鉛であり、nはMの価数である。
要件(1):M1/M3が、0.001〜0.100である。
要件(2):M2/M3が、0.001〜0.100である。 - 前記工程3において、原料カルボニル化合物のモル濃度をM1、シアン化剤が有するシアノ基のモル濃度をM2、シアノヒドリンのモル濃度をM3とした際に、下記要件(1)および(2)の少なくとも一方を満たすように前記工程4を行う、請求項1に記載のシアノヒドリン含有液の製造方法。
要件(1):M1/M3が、0.001〜0.050である。
要件(2):M2/M3が、0.001〜0.050である。 - 前記工程1において、供給する原料カルボニル化合物とシアン化剤が有するシアノ基とのモル比(原料カルボニル化合物/シアン化剤が有するシアノ基)が、0.80〜1.25である、請求項1または2に記載のシアノヒドリン含有液の製造方法。
- 前記工程3における計測が、自動サンプリングされた反応液について行われる、請求項1〜3のいずれか一項に記載のシアノヒドリン含有液の製造方法。
- 前記工程3における計測が、反応器から抜出された反応液について行われる、請求項1〜4のいずれか一項に記載のシアノヒドリン含有液の製造方法。
- 前記工程3における計測が、反応器から抜出された反応液について行われ、計測後の反応液を反応器に戻す、請求項1〜4のいずれか一項に記載のシアノヒドリン含有液の製造方法。
- 前記工程3において、モル濃度の計測のために、紫外線吸光光度計および屈折率計、または、シアン計および屈折率計を併用して用いる、請求項1〜6のいずれか一項に記載のシアノヒドリン含有液の製造方法。
- 前記一般式(A)におけるR1が水素原子であり、R2が脂肪族炭化水素基である、請求項1〜7のいずれか一項に記載のシアノヒドリン含有液の製造方法。
- 前記原料カルボニル化合物が、アセトアルデヒドであり、シアノヒドリンがラクトニトリルである、請求項1〜7のいずれか一項に記載のシアノヒドリン含有液の製造方法。
- 前記原料カルボニル化合物が、常圧における沸点が25℃以上である成分の含有量が300ppm以下のアセトアルデヒドであり、シアノヒドリンがラクトニトリルである、請求項1〜7のいずれか一項に記載のシアノヒドリン含有液の製造方法。
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