JPS62237938A - 固定化生体触媒を用いた反応装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、固定化生体触媒を用いて有用生産物を製造す
るに際し、生産物が反応槽で結晶として析出する場合に
、固定化生体触媒と生産物の結晶とを粒径の大きさの違
いで分離し、生産物のみを結晶で取得することのできる
固定化生体触媒を用いる反応装置に関する。本発明を有
効に利用できる反応としては、たとえば、二）　ＩＪル
を水和してアミドを生成する反応において、水に対する
溶解度の低いアミド、たとえば、メタクリルアミド、ベ
ンズアミド、スクシンアミド、テレフタルアミド、ニコ
チン酸アミドなどの生成反応があげられる。

（従来の技術） 固定化生体触媒を用いて有用生産物を製造する方法は、
すでによく知られているが、通常の攪拌式、流動床式ま
たは固定床式などの反応装置を用いる場合は、触媒と生
産物との分離を容易に行なうため、生産物の濃度が飽和
溶解度を超えないような濃度で用いなければならず、も
し、基質と触媒との反応で得られる生産物が飽和溶解度
以上となるような濃度で用いると１反応の進行に伴なっ
て生産物が触媒の外周部で結晶化し、粒径の異なる固体
どうしが共存し、触媒と生産物との分離が困難であった
。そこで、固定化生体触媒による反応方法（特開昭６ｌ
−５７８９）では、触媒充填反応槽と濾過機能を有する
晶析槽を組合わせた反応方法を開示している。

（発明が解決しようとする問題点） 固定化生体触媒を用いて有用生産物を製造するに際し、
基質溶液の濃度を実質的に高濃度にして。

生産物が反応槽で結晶として析出する場合に、その特徴
を利用することなく、反応槽で生産物の濃度を飽和溶解
度を超えないような濃度に抑制しつつ反応を行なうこと
は、生産物を結晶で取得するという意味において、消費
エネルギー量および設備費などの点で改善の余地が残さ
れていた。とりわけ、温度に対する生産物の溶解度の温
度依存性が小さい場合には、反応槽で得られた生産物の
飽和濃度の反応液を、晶析槽でいくら温度を下げたとし
ても、−回のサイクルで取得できる生産物の量は少量で
あり、必然的に反応槽から晶析槽を経て反応槽へ戻る循
環液量が多くなり、それに要する動力エネルギーならび
に冷却エネルギーは多大となる。また、こうした点から
、設備もより大型なものとならざるを得ない。

（問題点を解決するための手段） 本発明者らは、このような反応槽で結晶として析出する
生産物を、簡素なプロセスで、かつ低エネルギーで製造
し難い工業的な問題点の解決を目標にして、基質を固定
化生体触媒と反応させて有用生産物を製造する反応装置
について、鋭意研究を行なった結果５基質溶液の濃度を
実質的に高濃度にすれば生産物が反応槽で結晶として析
出する場合に、その特性を問題点とするのではなく、固
定化生体触媒と生産物を粒径の大きさの違いで分離する
ことのできる網を反応槽に設けることにより、プロセス
も簡素化され、エネルギー消費も少ない極めて有効な方
法となることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち１本発明は、基質を固定化生体触媒と反応させ
る反応槽の生産物上部と下部の境界に。

固定化生体触媒と生産物の結晶とを粒径の大きさの違い
で分離することのできる網を設けてなる固定化生体触媒
を用いる反応装置に関するものである。

以下、本発明の反応装置をより詳細に説明すると、反応
槽としては、混合槽型、流動床型など従来用いられてい
る反応槽であって、網を用いて実質的に上下に分割する
。そして、反応槽の上部には、固定化生体触媒を充填し
、基質と反応させ生産物を結晶として析出させる。一方
１反応槽の下部には、生産物の結晶を沈降、強制掻き取
りなどにより集積させ、反応槽底部より抜き出す。

本発明に用いる網として、その形状は、平板状あるいは
籠状などで、槽を実質的に上下に分割する構造のもので
あればいずれでもよく、反応槽一槽に設置する網の数は
、単一でもよいし、生産物の結晶の分離性能を向上させ
るため、複数個設置してもよい。網の孔の形状は、角形
あるいは丸形などいずれの形状でもよく、その孔の大き
さは。

生産物の結晶の粒径より大きく、固定化生体触媒の粒径
より小さいものであることが必要であり、一般的な網の
孔径は、１關から２儂の大きさのものを用いる。

なお、本発明に使用される固定化生体触媒としては、基
質との連続反応に耐えうるものであればいずれでもよい
が、好ましい固定化生体触媒としては１例えば、硬化処
理をしたアルギン酸塩のゲル、カラギーナンゲルなどに
包括された微生物。

酵素や、イオン交換樹脂などに化学結合した酵素、シリ
カゲル、ゼオライトなどに吸着した酵素などをあげるこ
とができる。

また、用いる微生物、酵素は、目的とする反応に適した
ものを選択し使用するが、ニトリルを水和してアミドを
生成する場合は、例えば、特公昭５６−３８１１８号公
報記載のフリネバクテリウム属およびノカルジア属、特
願昭６０−１１９７６１号記載のロドコッカス属等より
選定される。好適な微生物としては、例えば、特願昭６
０−１１９７６１号記載のロドコッカス属ＡＫ−３２菌
株（微工研菌寄第８２６９号）およびＡＫ−３３閑株（
微工研菌寄第８２７０号）などを挙げることができる。

固定化生体触媒の攪拌には、攪拌翼を用いた機械攪拌、
スパージャ−を用いたガス攪拌および液撹拌などを用い
ることができる。しかしながら、固定化生体触媒をこう
した攪拌により崩壊させないため［は、攪拌翼の回転数
、スパージャ−からの吹き出しガス流速や液流速を調節
する必要があり、好ま（７い範囲としては、攪拌翼の回
転数は２０〜２００　ｒｐｍ、ガス流速や液流速の線速
度は０．０１〜１ｍ／ｓである。

また、反応生産物の結晶が反応槽の壁面に付着し、上手
く反応槽底部より抜き出せない場合は、付着した結晶を
掻き取るための掻き取り翼などを、一方、結晶が網に付
着し、上手く上部から下部へ生産物が分離しにくい場合
は、網に付着した結晶を掻き落すための掻き取り刷毛な
どを設置しておくことは有効である。

本発明の反応装置を用いた反応の実施にあたっては、反
応槽下部に集積した生産物の懸濁液またはスラリー液を
、反応槽底部より連続的あるいは間歇的に抜き出し、た
とえば、遠心分離機や濾過装置などを用いて固液分離処
理をする。その際、連続的もしくは断続的に循環が行な
えるように、反応槽と固液分離器との間に貯留槽を設け
ることも可能である。こうして結晶を分離した反応液は
、再び反応槽へ循環されると共に、基質を添加され反応
を繰り返す。一方、得られた生産物の結晶は。

必要に応じて精製され製品となる。

次に１本発明の反応装置を図面にしたがって具体的に説
明する。

第１図は、機械攪拌式の平板状の網を装着した反応装置
を用いた実施態様のブロック図である。

二重管ジャケット付きの反応槽１１１ハ、平板状の網（
２１で上部と下部に分割されており、上部には、固定化
生体触媒を攪拌するための攪拌翼（４）と、生産物の結
晶を網から掻き落すための掻き取り刷毛（５）が、下部
には、反応槽内壁に付着した結晶を掻き取るための掻き
取り翼（３）を装着している。掻き取り刷毛（５）と掻
き取り翼（３）は、同じ回転軸に取り付けているが、攪
拌翼（４）は別の回転軸とした、いわゆる二軸同心方式
であるため、攪拌と掻き取りの回転速度を任意に変える
ことが可能である。基質はラインααより反応槽へ供給
され、生産物結晶を含有した反応液は、ラインα１１を
通り抜き出され。

ポンプ（７）により固液分離器（９）へ供給される。固
液分離器（９）では、ライン（Ｉ２１より生産物の結晶
が抜き出され、一方ライン（１３を通って、Ｐ液は反応
槽へ循環される。

第２図は、ガス攪拌式の液状の網を装着した反応装置を
用いた実施態様のブロック図である。

反応槽（１１は、液状の網（２１で上下に分割されてお
り、上部の攪拌を、ラインαをより供給されるガスをス
パージャ−（６）で分散させて行なうこと、および反応
液を貯留槽（８）を経由して固液分離器（９）へ供給す
ること以外は、第１図と同様の機能を備えた反応装置で
ある。

（発明の効果） 本発明の反応装置を用いることにより、反応槽で生産物
が結晶として生成するため、反応液を濃縮し晶析させる
ための余分なエネルギーを必要としないで、反応液から
直接結晶を取り出すことができる。濃縮操作は、一般に
加熱することが多いため、反応性の高い官能基、たとえ
ば、二重結合を有する生産物の場合には、熱変質等によ
り、ロスや純度の低下が懸念されたが、本発明の装置を
用いることにより、純度の高い製品を得ることが期待さ
れる。また、設備に関しても、いわゆる濃縮装置、晶析
装置等を必要としない極めて簡素なプロセスを構築する
ことが可能である。このように、本発明は、工業的に極
めて有利な、固定化生体触媒を用いた反応装置に関する
ものである。

（実施例） 次に、本発明を実施例により、さらに詳細に説明するが
、本発明の範囲は実施例に限定されるものではない。

実施例１ ＡＫ−３２菌株をアルギン酸カルシウムゲルで固定化し
、３．２■φの粒径となるように成形した固定化生体触
媒（特願昭６０−２４７０９８参照）を用い、メタクリ
ロニトリルを水和してメタクリルアミドを製造する反応
を、前出の第１図に示した反応装置を用いて実施した。

内径３１０龍φ、高さ５００ｍｍＨの二重管ジャケット
付反応槽の底部より２００ｍｍＨの高さの位置ｆ、２．
５ｍｍ角の目の金網で上下に二分し、上槽に充填した固
定化生体触媒を、直径２００　ＩＩｍの上向きの攪拌翼
で約１０　Ｏｒｐｍの回転速度で攪拌した。

掻き取り刷毛は、直径３００　ｒｎｒＲの金属性回転棒
にナイロン繊維を埋め込み、刷毛とし、金網と刷毛との
クリアランスは１■とした。掻き取り翼は、金属性攪拌
翼の先端にテフロン板を挾み１反応槽内壁とのクリアラ
ンスを２１に加工した。生産物の結晶を掻き落すための
掻き取り刷毛と掻き取り翼は、同一回転軸に取り付け、
約３　Ｏｒｐｍで緩速攪拌した。この反応装置を用いる
ことにより、メタクリロニトリルを水和して生成したメ
タクリルアミド結晶は、金網で固定化生体触媒と分離さ
れ、反応槽から懸濁液またはスラリー液として抜き出す
レる。次に、固液分離器でメタクリルアミドの結晶を分
離されたＰ液は反応槽へ循環され、連続的に反応を継続
することができた。

実施例２ 実施例１と同一の固定化生体触媒を用い、スクシノニト
リルを水和してスクシンアミドを製造する反応を、前出
の第２図に示した反応装置を用いて実施した。

実施例１と同一の反応槽の内部に、上部より５００１ｍ
のところ１で、２．５１１１１角の目の金網で内径２９
０龍φの籠を作り固定１７た。ガ又か一ジャーは、内径
８■φの金属パイプを直径２００酎φの円形に加工し、
そのパイプにｉ　ｆｉｍの穴を２８ケ等間隔に上向きに
あけたものを用い、空気を１ＯＮｔ／Ｒで送り攪拌を行
なった。掻き取り翼の回転数は約３０　ｒｐｍで緩速攪
拌した。この反応装置を用いることにより、スクシノニ
トリルを水和して生成したスクシンアミド結晶は、金網
の籠で固定化生体触媒と分離され、貯留槽を反応槽と固
液分離器との間に設置したことにより、連続的もしくは
断続的に反応を継続することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の反応装置の一例と、その使用態様を示
す概略ブロック図、第２図は同反応装置の別の例と、そ
の使用態様を示す概略ブロック図である。 １・・・・・・反応槽　２・・・・・・網　３・・・・
−・掻き取り翼４・・・・・攪拌翼　５・・・・・・掻
き取り刷毛６・・−・・スパージャ−７・・・・・・ポ
ンプ８・・・・・・貯留槽　９・・・・・・固液分離器
１０・・・・・・基質供給ライン　１１・・・・・・反
応液抜出ライン　１２・・・・・・生産物抜出ライン１
５・・・・・・液循環ライン

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）基質を固定化生体触媒と反応させる反応槽の上部
   と下部の境界に、固定化生体触媒と生産物の結晶とを粒
   径の大きさの違いで分離することのできる網を設けてな
   る固定化生体触媒を用いる反応装置。
2. （２）反応種が固定化生体触媒を攪拌するための装置お
   よび／または生産物の結晶を反応槽内壁または網から掻
   き取るための装置を備えたものである特許請求の範囲第
   １項記載の反応装置。
3. （３）網が平板状あるいは籠状で、網の孔が角形あるい
   は丸形であつて、かつ、孔径の大きさが生産物の結晶の
   粒径より大きく、固定化生体触媒の粒径より小さいもの
   である特許請求の範囲第１項または第２項記載の反応装
   置。