JPWO2015008740A1 - α−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法及び反応装置 - Google Patents

α−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法及び反応装置 Download PDF

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Abstract

本発明によれば、少なくとも２つの反応領域を直列に接続した反応装置を用いて、マンガン酸化物を主成分とする触媒の存在下、アセトンシアンヒドリンの水和反応でα−ヒドロキシイソ酪酸アミドを製造する方法であって、工程（Ｂ）：前記反応装置における最初の反応領域（Ｉ）に、少なくとも１つの反応領域から抜出した反応液の少なくとも一部を循環供給する工程、及び工程（ｂ１）：さらに最初の反応領域以外の少なくとも１つの反応領域に、少なくとも１つの反応領域から抜出した反応液の少なくとも一部を循環供給する工程、を有し、前記反応装置内の少なくとも１つの反応領域に対して酸化剤を供給することを特徴とするα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法を提供することができる。

Description

本発明は、アセトンシアンヒドリンの水和反応によるα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの工業的な製造方法及び反応装置に関する。α−ヒドロキシイソ酪酸アミドは、対応するヒドロキシカルボン酸エステル又は不飽和カルボン酸エステルの製造原料として重要な化合物であり、α−ヒドロキシイソ酪酸アミドを工業的に安定して製造する方法を開発することの意義は大きい。
マンガン酸化物を主成分とする触媒の存在下、アセトンシアンヒドリンの水和反応によりα−ヒドロキシイソ酪酸アミドを製造する方法は、これまでに様々な方法が開示されている。例えば特許文献１は、マンガン酸化物を用いたアセトンシアンヒドリンの水和反応において、アセトンシアンヒドリンと水の反応原料にアセトンを添加することで反応成績が改善され、アセトンシアンヒドリン転化率９９．０％、α―ヒドロキシイソ酪酸アミド収率９５％となることが開示されている。しかし、特許文献１記載の方法では触媒寿命の改善は不十分であり、大規模な商業プラントでの実施は困難であった。
特許文献１記載の方法に対してはいくつかの改良方法が提案されており、例えば、酸素やオゾンなどの酸化剤を共存させる方法（特許文献２）、反応原料のｐHを調整する方法（特許文献３及び特許文献４）、反応原料のｐHを調整するために反応生成液の一部を循環させる方法（特許文献３）、二酸化炭素を共存させる方法（特許文献５）、反応に先立ち触媒を還元液にて前処理する方法（特許文献６）、減圧下で反応を行う方法（特許文献７）が開示されている。
これらの方法は、それぞれ触媒活性や触媒寿命を向上させる効果があるが、３０重量％以上の濃度のアセトンシアンヒドリンを含む反応原料を用いて、アセトンシアンヒドリン転化率を長期間、安定的に高く保つことは難しい。例えば、前記特許文献４は、反応原料のｐHを調整する方法と酸化剤を共存させる方法とを組合せ、３０.４重量％濃度のアセトンシアンヒドリンを含む反応原料を用いた例を実施例に記載しているが、転化率が開始時の５０％未満に低下するまでの時間として定義されている寿命は長くても５８日である。
また、特許文献８及び特許文献９は、アセトンシアンヒドリン転化率が低くても、反応生成液中の未反応アセトンシアンヒドリンをアセトンと青酸に熱分解し、反応生成液からこれらを分離回収したのち、再度アセトンシアンヒドリンにする方法を開示しているが、この方法は熱分解反応やアセトンシアンヒドリン合成反応に余計なエネルギーを必要とするため経済的ではない。
特開昭５２−２２２号公報 特開平３−１８８０５４号公報 特開平２−１９６７６３号公報 特表２０１０−５１０２７６号公報 特開平７−０７６５６３号公報 特開平２−２９８７１８号公報 特開平４−１４９１６４号公報 特開平６−１７２２８３号公報 特開平６−１８４０７２号公報
一般に、青酸とアセトンの反応によるアセトンシアンヒドリンの合成は、アルカリ触媒の存在下で定量的に進行するため、５０重量％以上の高濃度のアセトンシアンヒドリンを容易に得ることができる。しかし、マンガン酸化物を主成分とする触媒の存在下、高濃度のアセトンシアンヒドリンを含む反応原料を用いて水和反応を行うと、触媒活性の低下が速いため、原料として低濃度のアセトンシアンヒドリンを使用することが一般的である。しかしながら、低濃度のアセトンシアンヒドリンを使用した場合、得られる反応生成液中のα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの濃度も低く、濃縮、精製工程に多大のエネルギーが費やされることになる。
本発明の課題は、マンガン酸化物を主成分とする触媒の存在下、アセトンシアンヒドリンの水和反応でα−ヒドロキシイソ酪酸アミドを製造する際、３０重量％以上の濃度のアセトンシアンヒドリンを含む反応原料からα-ヒドロキシイソ酪酸アミドを合成する過酷な条件でも、アセトンシアンヒドリン転化率を長期間、安定的に高く保つことができる方法を提供することにある。
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、触媒活性の低下は触媒の主成分であるマンガンの溶出が主原因であること、マンガンの溶出量は反応液中のアセトンシアンヒドリン濃度と密接な関係があることを発見した。そして、以下の本発明によって、各反応領域におけるアセトンシアンヒドリン濃度を低くでき、触媒寿命を改善できること、さらには、３０重量％以上の濃度のアセトンシアンヒドリンを含む反応原料からα-ヒドロキシイソ酪酸アミドを合成する過酷な条件でも、アセトンシアンヒドリン転化率を従来技術よりも大幅に長い期間、安定的に高く保つことができることを見出し、本発明を完成させた。
即ち、本発明は以下の通りである。
＜１＞ 少なくとも２つの反応領域を直列に接続した反応装置を用いて、マンガン酸化物を主成分とする触媒の存在下、アセトンシアンヒドリンの水和反応でα−ヒドロキシイソ酪酸アミドを製造する方法であって、
工程（Ｂ）：前記反応装置における最初の反応領域（Ｉ）に、少なくとも１つの反応領域から抜出した反応液の少なくとも一部を循環供給する工程、及び
工程（ｂ１）：さらに最初の反応領域以外の少なくとも１つの反応領域に、少なくとも１つの反応領域から抜出した反応液の少なくとも一部を循環供給する工程、
を有し、
前記反応装置内の少なくとも１つの反応領域に対して酸化剤を供給することを特徴とするα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法である。
＜２＞ 少なくとも２つの反応領域を直列に接続した反応装置を用いて、マンガン酸化物を主成分とする触媒の存在下、アセトンシアンヒドリンの水和反応でα−ヒドロキシイソ酪酸アミドを製造する方法であって、
工程（Ａ）：前記反応装置における最初の反応領域（Ｉ）および最初の反応領域以外の少なくとも１つの反応領域に、アセトンシアンヒドリンを含む反応原料液を分割供給する工程、
工程（Ｂ）：前記反応装置における最初の反応領域（Ｉ）に、少なくとも１つの反応領域から抜出した反応液の少なくとも一部を循環供給する工程、及び
工程（ｂ１）：さらに最初の反応領域以外の少なくとも１つの反応領域に、少なくとも１つの反応領域から抜出した反応液の少なくとも一部を循環供給する工程、
を有し、
前記反応装置内の少なくとも１つの反応領域に対して酸化剤を供給することを特徴とするα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法である。
＜３＞ 前記工程（ｂ1）のうちの少なくとも一部が、最初の反応領域（Ｉ）へ反応液を循環供給するために該反応液を抜出する少なくとも１つの反応領域の中で、最も反応装置の入り口に近い反応領域よりも反応装置の出口に近い位置で行われることを特徴とする、上記＜１＞または＜２＞に記載のα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法である。
＜４＞ 前記工程（ｂ1）のうちの少なくとも一部が、最初の反応領域（Ｉ）へ反応液を循環供給するために該反応液を抜出するいずれの反応領域よりも反応装置の出口に近い位置で行われることを特徴とする、上記＜３＞に記載のα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法である。
＜５＞ 前記工程（ｂ1）における、前記最初の反応領域以外の少なくとも１つの反応領域と、前記少なくとも１つの反応領域とが同一の反応領域である、上記＜１＞〜＜４＞のいずれかに記載のα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法である。
＜６＞ 前記直列に接続した反応領域の数が７以下である、上記＜１＞〜＜５＞のいずれかに記載のα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法である。
＜７＞ 工程（Ａ）におけるアセトンシアンヒドリンを含む反応原料液を供給する反応領域の数が５以下である、上記＜２＞に記載のα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法である。
＜８＞ アセトンシアンヒドリンを含む反応原料液を供給する工程を有し、該反応原料液の全量中のアセトンシアンヒドリンの割合が、３０重量％以上であることを特徴とする、上記＜１＞に記載のα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法である。
＜９＞ 前記反応原料液の全量中のアセトンシアンヒドリンの割合が、３０重量％以上であることを特徴とする、上記＜２＞に記載のα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法である。
＜１０＞ 前記少なくとも２つの反応領域に供給される反応領域供給液（Ｃ）の全量中の、アセトンシアンヒドリンの割合が２５重量％以下であり、前記反応領域供給液（Ｃ）が、各々の反応領域に供給される液であり、反応原料液、希釈剤、および反応領域より流出若しくは抜出した反応液からなる群より選ばれる少なくとも１つであることを特徴とする、上記＜１＞〜＜９＞のいずれかに記載のα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法である。
＜１１＞ 前記酸化剤として酸素を含むガスを用い、酸素を含むガス中の酸素濃度が２〜５０容量％の範囲内であることを特徴とする、上記＜１＞〜＜１０＞のいずれかに記載のα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法である。
＜１２＞ 酸素濃度が低下してしまったガスを抜き出しながら酸素濃度が充分なガスを供給して反応領域のガスを入れ替えることを特徴とする、上記＜１１＞に記載のα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法である。
＜１３＞ 前記マンガン酸化物を主成分とする触媒が、二酸化マンガンであることを特徴とする、上記＜１＞〜＜１２＞のいずれかに記載のα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法である。
＜１４＞ 前記マンガン酸化物を主成分とする触媒が、
組成式：ＭｎａＫｂＭｃＯｄ
（式中、Ｍｎはマンガンを、Ｋはカリウムを、Ｏは酸素を表し、Ｍは、Ｖ、Ｓｎ及びＢｉから選択される少なくとも１種類の元素を表し、各元素の原子比は、ａ＝１とするとき、ｂは０．００５〜０．５の範囲、ｃは０．００１〜０．１の範囲、ｄ＝１．７〜２．０の範囲である）
で表わされる化合物を含むことを特徴とする、上記＜１＞〜＜１３＞のいずれかに記載のα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法である。
＜１５＞ マンガン酸化物を主成分とする触媒の存在下、アセトンシアンヒドリンの水和反応でα−ヒドロキシイソ酪酸アミドを製造するための反応装置であって、前記反応装置は少なくとも２つの反応領域を直列に接続してなり、更に
（ａ）:前記反応装置における最初の反応領域（Ｉ）および最初の反応領域以外の少なくとも１つの反応領域に対してアセトンシアンヒドリンを含む反応原料液を分割供給するための配管、及び／又は、
（ｂ）:前記反応装置における最初の反応領域（Ｉ）に対して少なくとも１つの反応領域から抜出した反応液の少なくとも一部を循環供給するための配管、
を有し、
少なくとも１つの反応領域に対して、さらに酸化剤を供給するための配管を有する反応装置である。
＜１６＞ さらに、最初の反応領域以外の少なくとも１つの反応領域に、少なくとも１つの反応領域から抜出した反応液の少なくとも一部を循環供給するための配管を有する、上記＜１５＞に記載の反応装置である。
＜１７＞ 最初の反応領域以外の少なくとも１つの反応領域、その反応領域へ循環供給する反応液を取り出す少なくとも１つの反応領域、およびその両者をつなぐ配管の三者から構成される循環ループを１つ以上有し、該循環ループのうちの少なくとも１つの循環ループ（Ｖ）を構成している、前記最初の反応領域以外の少なくとも１つの反応領域と前記反応液を取り出す少なくとも１つの反応領域の両方が、最初の反応領域（Ｉ）に対して反応液を循環供給するために該反応液を抜出する少なくとも１つの反応領域のうちの最も反応装置の入り口に近い反応領域よりも、反応装置の出口に近い位置に設置されることを特徴とする、上記＜１６＞に記載の反応装置である。
＜１８＞ 循環ループ（Ｖ）を構成している、前記最初の反応領域以外の少なくとも１つの反応領域と前記反応液を取り出す少なくとも１つの反応領域の両方が、最初の反応領域（Ｉ）に対して反応液を循環供給するために反応液を抜出するいずれの反応領域よりも、反応装置の出口により近い位置に設置されることを特徴とする、上記＜１７＞に記載の反応装置である。
＜１９＞ 酸化剤を抜き出すための設備が、最初の反応領域（Ｉ）、及び／又は最初の反応領域以外の少なくとも１つの反応領域から他の反応領域までの間、若しくは、最初の反応領域（Ｉ）、及び／又は最初の反応領域以外の少なくとも１つの反応領域の中間部に接続されている、上記＜１５＞〜＜１８＞のいずれかに記載の反応装置である。
本発明によれば、マンガン酸化物を主成分とする触媒の存在下、アセトンシアンヒドリンの水和反応でα−ヒドロキシイソ酪酸アミドを製造する際、３０重量％以上の濃度のアセトンシアンヒドリンを含む反応原料からα-ヒドロキシイソ酪酸アミドを合成する過酷な条件でも、アセトンシアンヒドリン転化率を従来技術よりも大幅に長い期間、安定的に高く保つことができるため、工業的な意義は極めて大きい。
ACH（アセトンシアンヒドリン）の分割供給と反応液の循環供給を行う本発明の反応装置の一例を示すプロセスフローダイヤグラムである。 ACHの分割供給と反応液の循環供給を行う本発明の反応装置の別の一例を示すプロセスフローダイヤグラムである（反応器内に複数の反応領域を設ける方式）。 ACHの分割供給と反応液の循環供給を行う本発明の反応装置の別の一例を示すプロセスフローダイヤグラムである（抜き出した反応液を、熱交換器を用いて液温を調整した後に元の反応領域に戻す方式）。 ACHの分割供給と反応液の循環供給を行う本発明の反応装置の別の一例を示すプロセスフローダイヤグラムである（循環液を複数の反応領域に戻す方式）。 実施例１における反応装置を示すプロセスフローダイヤグラムである。 実施例３における反応装置を示すプロセスフローダイヤグラムである。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明のα−ヒドロキシイソ酪酸アミド（以下、原則としてHBDと記す）の製造に用いることができる反応装置は、少なくとも２つの反応領域を直列に接続した反応装置である。ここで、反応領域とは、アセトンシアンヒドリン（以下、原則としてACHと記す）の水和反応において触媒活性を持つマンガン酸化物を主成分とする触媒を存在させた独立した区画のことで、この反応領域において、ACHは水と反応し、目的物のHBDに変換される。この反応領域は、マンガン酸化物を主成分とする触媒を充填した反応器であっても良く、一つの反応器の中でいくつかに分けられた個々の触媒ゾーン（触媒層）であっても良い。
本発明のHBDの製造方法において、直列に接続した反応領域の数は２以上であれば特に限定されない。ただ、直列に接続した反応領域の数が多すぎると装置が複雑になり、また、個々の反応領域の反応制御も煩雑になるので、直列に接続した反応領域の数は実用的には２〜７の範囲が好ましく、更には３〜５の範囲が特に好ましい。また、反応領域の総数の上限も特に限定されず、更には、直列に接続された反応領域に対して並列の関係にある反応領域があっても差し支えない。
本発明のHBDの製造方法において、反応原料液とは反応原料液供給ラインを通じて反応装置内の反応領域へ供給されるACHを含む原料液のことである。すなわち、ACHは反応原料液として、反応原料液供給ラインを通じて反応領域へ供給される。最後の反応領域から流出してくる反応生成液中のHBD濃度は、反応原料液中のACH濃度と水和反応の転化率によって決まる。前記HBD濃度が低いと、濃縮、精製工程に多大のエネルギーが費やされ、HBDの精製コストが高くなる。反応原料液のACH濃度を高くすることは、上記のHBDの精製コストの観点から好ましい。後述するように、複数の反応領域に対して反応原料液を分割して供給する場合、複数の反応原料液供給ラインより反応原料液を供給する。複数の反応領域に供給する反応原料液中のACH濃度は異なっていてもよい。
一般に、青酸とアセトンを原料としたACH合成反応は、アルカリ触媒の存在下で定量的に進行し、５０重量％以上の濃度でACHが得られる。本発明のHBDの製造方法では、HBDの製造に用いるACHを含む反応原料液としては、上記ACH合成反応で得られた、ACHを高濃度で含む反応液を用いてもよい。あるいは、上記ACH合成反応で得られたACHを高濃度で含む反応液に対して希釈剤を混合したものを、ACHを含む反応原料液として用いてもよい。すなわち、HBDの製造に用いる反応原料液のACH濃度は、必要に応じて、希釈剤を用いて上記した所定の濃度に調整してもよい。希釈剤としては、従来技術と同様、水和反応の原料である水を過剰に用いることができ、副反応のACH分解反応を抑制する働きがあるアセトンも用いることができる。また、水、アセトンの他に、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、反応生成物でもあるHBDなどのアミド類も希釈剤として使用できる。希釈剤として、上記化合物を単独で用いてもよく、複数を組み合わせて用いてもよい。中でも希釈剤としては、水、アセトン、HBD、ホルムアミドが好ましく、アミド類のなかではHBDが特に好ましい。本発明において、反応領域から流出ないし抜き出された反応液は、若干量の未反応のACHを含んでおり、上記希釈剤には含まないことと定義する。
ACHを含む反応原料液として、ACH合成反応で得られたACHを高濃度で含む反応液に対して希釈剤を混合したものを用いる場合、希釈剤を混合する時期や方式については、特に制約はない。例えば、ACHを含む反応原料液は、貯蔵タンク内においてACHを高濃度で含む反応液と希釈剤を混合し、所望するACH濃度に希釈する方法により得られる。また、上記ACH合成で得られたACHを高濃度で含む反応液を、いずれかの反応領域に直接供給する直前で、希釈剤供給ラインと合一させることによっても、ACHを含む反応原料液を得ることが可能である。
本発明において、ACHを含む反応原料液が、ACH合成反応で得られたACHを高濃度で含む反応液に対して希釈剤を混合して得られる場合、反応原料液の全量中のACHの割合とは、ACH合成反応で得られたACHを高濃度で含む反応液と上記希釈剤の合計重量に対する、ACHの重量分率のことであると定義する。
また、ACH合成反応で得られた、ACHを高濃度で含む反応液を反応原料液として用いる場合、反応原料液の全量中のACHの割合とは、当該反応液の全重量に対するACHの重量分率であると定義する。
前述したように、本発明のHBDの製造方法では、複数の反応領域に反応原料液を分割して供給してもよい。また、各々の反応領域に供給される反応原料液中のACH濃度は同じでもよく、異なっていてもよい。複数の反応領域に反応原料液を供給する場合は、反応原料液の全量中のACHの割合とは、各反応領域に供給される反応原料液の合計重量に対して、各反応領域に供給される反応原料液中に含まれるACHの合計重量が占める割合（重量分率）のことを指す。
反応原料液の全量中のACHの割合は３０重量％以上であることが好ましく、より好ましくは３０重量％以上８３重量％以下、最も好ましくは３５重量％以上５３重量％以下である。
本発明のHBDの製造では、前記HBDの製造に用いる反応原料液の全重量中のACHの割合は、上記したように３０重量％以上であることが好ましいが、以下に記載する反応領域供給液（Ｃ）中のACH濃度は、反応原料液中のACH濃度よりも低い。反応領域供給液（Ｃ）とは、各々の反応領域に供給される液のことを指し、反応原料液、希釈剤、および反応領域より流出若しくは抜出した反応液、から選ばれる少なくとも１つからなる。本発明において、反応領域供給液（Ｃ）の全量中のACH量の割合は、２５重量％以下であることが好ましい。ここで、反応領域供給液（Ｃ）の全量とは、各々の反応領域に供給される反応領域供給液（Ｃ）を合計したものである。さらに、反応装置内の全ての反応領域に供給される、反応領域供給液（Ｃ）中のACH濃度が２５重量％以下になるように調整して水和反応を行うのが好ましく、２０重量％以下になるように調整して水和反応を行うのがより好ましく、更には１５重量％以下になるように調整して水和反応を行うのが特に好ましい。この理由は、反応領域入口における反応液中のACH濃度を低くすることは、単純に触媒の反応負荷を下げる効果に加え、反応に伴うマンガンイオンの溶出が少なくなるという非常に重要な効果があるからである。溶出したマンガンイオンは、マンガンが溶出した箇所よりも下流にある触媒表面に、反応活性の低い、或いは、反応不活性な形態のマンガン酸化物やマンガン水酸化物として析出し、触媒寿命低下の原因となる。また、溶出したマンガンイオンの析出は、触媒どうしを固着させて触媒交換の際の障害となったり、反応生成液送液ポンプや精製系のポンプの故障、配管閉塞の原因となってプラントトラブルを起こす。
本発明のHBDの製造方法において、反応領域供給液（Ｃ）の全量中のACH量の割合を、２５重量％以下になるように調整して水和反応を行う期間は特に限定されないが、水和反応を行う全期間の少なくとも半分以上の期間であるのが好ましく、更には水和反応を行う全期間の８割以上の期間であるのが特に好ましい。
HBDの製造に用いる反応原料液のACH濃度に対応する高濃度のHBD溶液を得るには、単純な希釈操作だけでは不可能であり、反応液の循環供給操作を行う必要があり、更にACHの分割供給操作を組み合わせることが好ましい。すなわち、本発明のHBDの製造方法は、下記の２つの態様のいずれかの形態で実施する。
[態様１]：反応液の循環供給。
[態様２]：反応液の循環供給およびACHの分割供給。
以下に各態様について詳細に説明する。
本発明のHBDの製造方法の第１の態様（以下、原則として態様１と記す）は、少なくとも２つの反応領域を直列に接続した反応装置を用いて、マンガン酸化物を主成分とする触媒の存在下、アセトンシアンヒドリンの水和反応でα−ヒドロキシイソ酪酸アミドを製造する方法であって、
工程（Ｂ）：前記反応装置における最初の反応領域（Ｉ）に、少なくとも１つの反応領域から抜出した反応液の少なくとも一部を循環供給する工程、及び
工程（ｂ１）：さらに最初の反応領域以外の少なくとも１つの反応領域に、少なくとも１つの反応領域から抜出した反応液の少なくとも一部を循環供給する工程、を有し、
前記反応装置内の少なくとも１つの反応領域に対して酸化剤を供給することを特徴とするα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法である。
態様１では、少なくとも１つの反応領域から抜出した反応液の少なくとも一部を循環使用する。これにより、各反応領域に供給される反応領域供給液（Ｃ）中のACH濃度を低減して触媒寿命の向上およびプラントトラブルの減少を図り、同時に最後の反応領域出口における反応液中のHBD濃度を高くすることができる。また、反応液の循環使用は、反応領域に供給される反応領域供給液（Ｃ）のｐHを触媒寿命の点で好適な４以上に調整する作用があるので、ｐH調整による効果とACH濃度調整によるマンガン溶出抑制効果との二重の効果で触媒寿命を延ばすことができる特徴がある。
工程（Ｂ）における、最初の反応領域（Ｉ）に対し、反応液の少なくとも一部を循環供給するために該反応液を抜出する少なくとも１つの反応領域は、最初の反応領域そのものであるか、または最初の反応領域よりも反応装置の出口に近い位置（下流側）に位置する反応領域であればよい。すなわち、工程（ｂ１）の実施を妨げないかぎりにおいて、本発明における反応装置におけるいずれの反応領域であっても構わない。
工程（ｂ１）における、最初の反応領域以外の少なくとも１つの反応領域に対し、反応液の少なくとも一部を循環供給するために該反応液を抜出する少なくとも１つの反応領域は、反応液の循環供給を受ける当該最初の反応領域以外の少なくとも１つの反応領域そのものであるか、または当該最初の反応領域以外の少なくとも１つの反応領域よりも反応装置の出口に近い位置（下流側）に位置する反応領域であればよい。
工程（Ｂ）における、最初の反応領域（Ｉ）に対し、反応液の少なくとも一部を循環供給するために該反応液を抜出する少なくとも１つの反応領域は複数あってもよい。また、工程（ｂ１）における、最初の反応領域以外の少なくとも１つの反応領域に対し、反応液の少なくとも一部を循環供給するために該反応液を抜出する少なくとも１つの反応領域は複数あってもよい。工程（Ｂ）において循環供給するための反応液を抜き出す少なくとも１つの反応領域と、工程（ｂ１）において循環供給するための反応液を抜き出す少なくとも１つの反応領域は、同一であっても異なっていてもよいが異なっていることが好ましい。
態様１において、最初の反応領域（Ｉ）に加えて、最初の反応領域以外の少なくとも１つの反応領域に対しても反応液を循環供給することにより、反応領域に供給される反応領域供給液（Ｃ）中のACH濃度を低減し易くなりマンガンイオンの溶出が少なくなる点や、反応領域の数がより少ない効率的なプロセスを構築できる観点から、より好ましい。最初の反応領域以外の反応領域に対して反応液を循環供給する場合、少なくとも一つは、最初の反応領域（Ｉ）へ循環供給する反応液を取り出す反応領域（これを第一反応液取り出し口と名付ける）よりも反応装置出口（下流側）に近い場所に設置された反応領域から反応液を取り出し（これを第二反応液取り出し口と名付ける）、第一反応液取り出し口から第二反応液取り出し口の間に設置されたいずれかの反応領域、あるいは第二反応液取り出し口を備える反応領域そのものへ供給することが望ましい。
態様１において、反応装置に第一反応液取り出し口を複数設け、複数の反応領域より最初の反応領域（Ｉ）へ反応液を循環供給することは可能である。その場合、複数の第一反応液取り出し口と、反応液の循環供給を受ける最初の反応領域以外の反応領域、および第二反応液取り出し口の望ましい位置関係については以下の通りである。即ち、態様１において、反応液の循環供給を受ける最初の反応領域以外の反応領域および第二反応液取り出し口の少なくとも一組は、複数設けられた第一反応液取り出し口の中で最も反応装置の入り口に近いものよりも、反応装置の出口（下流側）に近い場所にあることが望ましい。さらに言えば、複数設けられた第一反応液取り出し口のそれぞれから抜き出される反応液の積算量が、複数設けられた全ての第一反応液取り出し口から抜き出される反応液の合計量の５０％を上回る最初の第一反応液取り出し口よりも、反応装置の出口（下流側）に近い側にあることが望ましく、最も望ましいのは、反応液の循環供給を受ける最初の反応領域以外の反応領域および第二反応液取り出し口の少なくとも一組が、全ての第一反応液取り出し口よりも反応装置の出口（下流側）に近い場所に設置された場合である。このようにすれば、最初の反応領域（Ｉ）と、最初の反応領域（Ｉ）へ循環供給する反応液を取り出す反応領域および循環ラインによって形成される反応液の循環経路の他に、反応装置のより出口に近い部分に、ある程度独立したもう一つの反応液の循環経路を設けることになる。そうすれば各々の反応液の循環経路に存在する反応領域の反応条件は、個々で管理、最適化することが可能となり、充填された触媒の能力を最大に引き出すことがより容易となる。
態様１においては、水、アセトン、HBD、ホルムアミドなどの希釈作用を持つ化合物が含まれる反応液自身の循環供給によって、反応領域に供給される反応領域供給液（Ｃ）のACH濃度の調整を行うので、別途希釈剤を用いなくてもよい。ただ実用的には、最初の反応領域（Ｉ）に供給される反応領域供給液（Ｃ）中のACH濃度は、希釈剤と循環供給する反応液の両方を用いて調整するのが好ましい。希釈剤としては、水、アセトンの他に、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、反応生成物でもあるHBDなどのアミド類も希釈剤として使用できる。上記化合物を単独で用いてもよく、複数を組み合わせて用いてもよい。中でも希釈剤としては、水、アセトン、HBD、ホルムアミドが好ましく、アミド類のなかではHBDが特に好ましい。
循環供給する反応液の供給量は、循環供給する反応液の供給速度（Ｘ）、及び反応領域に供給される反応領域供給液（Ｃ）の供給速度（Ｙ）とから、循環比として、下式（１）で定義される。
循環比＝（Ｘ）／（（Ｙ）−（Ｘ）） 式（１）
態様１における循環比は特に限定されない。
態様１において、反応装置内の全ての反応領域に供給される反応領域供給液（Ｃ）中の水とACHのモル比は特に限定されないが、ACH１モルに対して水が１〜２００モルの範囲内であることが好ましく、１０〜１００の範囲内が特に好ましい。アセトンとACHのモル比も特に限定されないが、アセトン１モルに対してACHが０．１〜１０モルの範囲内であることが好ましい。
態様１において、反応装置内の全ての反応領域に充填されている触媒重量の合計に対して、反応装置に供給される反応原料液中に含まれる水の供給量およびACHの供給量は特に限定されないが、水の場合は触媒１gに対して０．０６２５〜０．６２５ｇ／ｈｒの範囲の速度で供給されることが好ましく、０．１２５〜０．２５ｇ／ｈｒの速度で供給されることがより好ましく、０．１５〜０．２２５ｇ／ｈｒの速度で供給されることが最も好ましい。ACHの場合は触媒１gに対して０．０５〜０．５ｇ／ｈｒの範囲の速度で供給されることが好ましく、０．１〜０．２ｇ／ｈｒの速度で供給されることがより好ましく、０．１２〜０．１８ｇ／ｈｒの速度で供給されることが最も好ましい。
本発明のHBDの製造方法としては、以下に示す第２の態様が特に好ましい。本発明のHBDの製造方法の第２の態様は、
少なくとも２つの反応領域を直列に接続した反応装置を用いて、マンガン酸化物を主成分とする触媒の存在下、アセトンシアンヒドリンの水和反応でα−ヒドロキシイソ酪酸アミドを製造する方法であって、
工程（Ａ）：前記反応装置における最初の反応領域（Ｉ）および最初の反応領域以外の少なくとも１つの反応領域に、アセトンシアンヒドリンを含む反応原料液を分割して供給する工程、
工程（Ｂ）：前記反応装置における最初の反応領域（Ｉ）に、少なくとも１つの反応領域から抜出した反応液の少なくとも一部を循環供給する工程、及び
工程（ｂ１）：さらに最初の反応領域以外の少なくとも１つの反応領域に、少なくとも１つの反応領域から抜出した反応液の少なくとも一部を循環供給する工程、を有し、
前記反応装置内の少なくとも１つの反応領域に対して酸化剤を供給することを特徴とするα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法である。
上記態様２において、工程（Ａ）における最初の反応領域以外の少なくとも１つの反応領域、すなわち反応原料液が分割供給される最初の反応領域以外の少なくとも１つの反応領域は、複数あってもよい。また、工程（ｂ１）における少なくとも１つの反応領域、すなわち少なくとも１つの反応領域から抜出した反応液の少なくとも一部を循環供給する対象となる最初の反応領域以外の少なくとも１つの反応領域は、複数あってもよい。また、工程（Ａ）における最初の反応領域以外の少なくとも１つの反応領域と、工程（ｂ１）における最初の反応領域以外の少なくとも１つの反応領域とは、同一であっても異なっていてもよい。
すなわち、上記に説明した少なくとも１つの反応領域から抜出した反応液の少なくとも一部を循環供給することに加え、ACHを分割供給するのが特に好ましい。その理由は、上記した態様１の利点に加え、態様１に比べて、より効率的に各反応領域に供給される反応領域供給液（Ｃ）中のACH濃度を低くでき、より少ない数の反応領域で効率的に最後の反応領域から流出する反応生成液中のHBD濃度を高くできるため、より効率的なプロセスを構築できるからである。以下に、本発明のHBD製造方法の第２の態様（以下、併用法と称することがある）について詳しく説明する。
第２の態様として例えば、３つの反応領域を直列に接続した反応装置を用いてACHの水和反応を行う場合は、最初の反応領域と２番目の反応領域にACHを分割供給することができ、或いは、最初の反応領域と３番目の反応領域にACHを分割供給することができ、更には、３つ全ての反応領域にACHを分割供給することができる。
態様２の利点としては、各反応領域に供給される反応領域供給液（Ｃ）中のACH濃度を低くすることが容易であること、ACHを供給するそれぞれの反応領域の反応負荷の差を小さくできること、各反応領域のACH濃度が低くても最後の反応領域出口における反応液中のHBDを高濃度にできることの３点が挙げられる。以下に説明する。
まず、各反応領域に供給される反応領域供給液（Ｃ）中のACH濃度を低くすることは、上記したように単純に触媒の反応負荷を下げる効果に加え、反応に伴うマンガンイオンの溶出が少なくなるという非常に重要な効果があるからである。すなわち、ACHの分割供給によって各反応領域に供給される反応領域供給液（Ｃ）中のACH濃度を低くすることにより、マンガンイオンの溶出を抑えて触媒寿命を向上させることができ、また、プラントトラブルを減少させることができる。
２つ目の利点について説明する。良く知られているように、反応原料の分割供給を行わない単純な連続流通式反応では、触媒が充填された反応領域を反応原料が通過する距離と転化率との関係は正比例の関係ではなく、反応原料が通過する前半部分の反応領域で大部分の反応が進み、後半部分の反応領域で反応する割合は少ない。ACHの水和反応も例外ではない。このため、ACHを２以上の反応領域に分割供給することは、それぞれの反応領域の反応負荷の差を小さくでき、これによる触媒寿命の延長効果が期待できる。
３つ目の利点について説明する。態様２の方法では、ACHを供給した最初の反応領域中でACHの一部がHBDとなった後に、２番目以降の反応領域にACHを追加していくので、各反応領域に供給される反応領域供給液（Ｃ）中のACH濃度を低く保ったまま、各反応領域出口における反応液中のHBD濃度を段階的に高くすることができる特徴がある。例えば、ACHの分割供給を行わないワンパスの反応装置で、ACH濃度が２５重量％の反応原料液を用いて反応を行った場合、反応が完全に進行しても最後の反応領域出口における反応生成液中のHBD濃度は３０重量％にしかならないが、上記したACHを分割供給する方法によれば、反応装置内の全ての反応領域に供給される反応領域供給液（Ｃ）中のACH濃度を２５重量％以下にしても、最後の反応領域から流出してくる反応生成液中のHBD濃度を例えば４０重量％以上にすることができる。このため、精製系におけるHBDと水、アセトンなどとの分離コストを低くでき、非常に経済的である。
以上に説明したように、ACHを分割供給することによりHBDの製造に用いる反応原料液中のACH濃度が３０重量％以上であっても、各反応領域に供給される反応領域供給液（Ｃ）中のACH濃度を効率的に低くでき、ACHを供給するそれぞれの反応領域の反応負荷の差を小さくできるため、従来方法より触媒寿命を長くすることができる。更に、各反応領域に供給される反応領域供給液（Ｃ）のACH濃度が低くても最後の反応領域から流出してくる反応液、すなわち、反応装置の出口における反応生成液中のHBD濃度を高くできるため、従来の反応プロセスより経済的となる。
態様２におけるACHを分割供給する反応領域の数は、２以上であれば特に限定されない。ただ、ACHを分割供給する反応領域の数が多すぎると装置が複雑になり、また、個々の反応領域の反応制御も煩雑になるので、実用的には２〜５の範囲が好ましく、更には３〜４の範囲が特に好ましい。
態様２においては、ACHを分割供給する反応領域間のACHの分配割合（ACH分割率）は特に制限されないが、反応装置に供給する全ACH量に対する、最初の反応領域へ供給するACH量の割合が５０〜９８重量％であり、残りのACHを２番目以降の反応領域へ分割して供給するのが好ましい。これは、態様２では最初の反応領域へ反応液の循環供給を行うため、最初の反応領域へのACH分割供給量を多くしても、ACHの分割供給のみを行う方法に比べて容易にACH濃度を低くでき、このようにすることで、少ない数の反応領域で効率的に最後の反応領域出口における反応液中のHBD濃度を高くすることができるからである。
態様２においても、最初の反応領域（Ｉ）に加えて、最初の反応領域以外の少なくとも１つの反応領域に対しても反応液を循環供給することにより、反応領域に供給される反応領域供給液（Ｃ）中のACH濃度を低減し易くなりマンガンイオンの溶出が少なくなる点や、反応領域の数がより少ない効率的なプロセスを構築できる観点から、より好ましい。更には、ACHを分割供給する反応領域に対して反応液を循環供給するのが、特に好ましい。最初の反応領域以外の反応領域に対して反応液を循環供給する場合、少なくとも一つは、最初の反応領域（Ｉ）へ循環供給する反応液を取り出す反応領域（これを第一反応液取り出し口と名付ける）よりも反応装置出口（下流側）に近い場所に設置された反応領域から反応液を取り出し（これを第二反応液取り出し口と名付ける）、第一反応液取り出し口から第二反応液取り出し口の間に設置されたいずれかの反応領域、あるいは第二反応液取り出し口を備える反応領域そのものへ供給することが望ましい。
態様２において、反応装置に第一反応液取り出し口を複数設け、複数の反応領域より最初の反応領域（Ｉ）へ反応液を循環供給することは可能である。その場合、複数の第一反応液取り出し口と、反応液の循環供給を受ける最初の反応領域以外の反応領域、および第二反応液取り出し口の望ましい位置関係については以下の通りである。即ち、態様２において、反応液の循環供給を受ける最初の反応領域以外の反応領域および第二反応液取り出し口の少なくとも一組は、複数設けられた第一反応液取り出し口の中で最も反応装置の入り口に近いものよりも、反応装置の出口（下流側）に近い場所にあることが望ましい。さらに言えば、複数設けられた第一反応液取り出し口のそれぞれから抜き出される反応液の積算量が、複数設けられた全ての第一反応液取り出し口から抜き出される反応液の合計量の５０％を上回る最初の第一反応液取り出し口よりも、反応装置の出口（下流側）に近い側にあることが望ましく、最も望ましいのは、反応液の循環供給を受ける最初の反応領域以外の反応領域および第二反応液取り出し口の少なくとも一組が、全ての第一反応液取り出し口よりも反応装置の出口（下流側）に近い場所に設置された場合である。このようにすれば、最初の反応領域（Ｉ）と、最初の反応領域（Ｉ）へ循環供給する反応液を取り出す反応領域および循環ラインによって形成される反応液の循環経路の他に、反応装置のより出口に近い部分に、ある程度独立したもう一つの反応液の循環経路を設けることになる。そうすれば各々の反応液の循環経路に存在する反応領域の反応条件は、個々で管理、最適化することが可能となり、充填された触媒の能力を最大に引き出すことがより容易となる。
態様２では、水、アセトン、HBD、ホルムアミドなどの希釈作用を持つ化合物が含まれている反応液自身の循環供給によって、反応領域に供給される反応領域供給液（Ｃ）のACH濃度の調整を行うので、ACH濃度の調整のために、反応液以外に別途、上記した希釈剤を用いなくてもよい。ただ実用的には、最初の反応領域（Ｉ）に供給される反応領域供給液（Ｃ）中のACH濃度は、希釈剤と循環供給する反応液の両方を用いて調整するのが、後で説明する循環比を好適な範囲に制御できる点で好ましい。希釈剤としては、水、アセトンの他に、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、反応生成物でもあるHBDなどのアミド類も希釈剤として使用できる。上記化合物を単独で用いてもよく、複数を組み合わせて用いてもよい。中でも希釈剤としては、水、アセトン、HBD、ホルムアミドが好ましく、アミド類のなかではHBDが特に好ましい。
態様２において、反応装置内の全ての反応領域に供給される反応領域供給液（Ｃ）中の水とACHのモル比は特に限定されないが、ACH１モルに対して水が１〜２００モルの範囲内であることが好ましく、１０〜１００の範囲内が特に好ましい。アセトンとACHのモル比も特に限定されないが、アセトン１モルに対してACHが０．１〜１０モルの範囲内であることが好ましい。
態様２において、反応装置内の全ての反応領域に充填されている触媒重量の合計に対して、反応装置に供給される各々の反応原料液中に含まれる水の供給量の合計、およびACHの供給量の合計は特に限定されないが、水の場合は触媒１gに対して０．０６２５〜０．６２５ｇ／ｈｒの範囲の速度で供給されることが好ましく、０．１２５〜０．２５ｇ／ｈｒの速度で供給されることがより好ましく、０．１５〜０．２２５ｇ／ｈｒの速度で供給されることが最も好ましい。ACHの場合は触媒１gに対して０．０５〜０．５ｇ／ｈｒの範囲の速度で供給されることが好ましく、０．１〜０．２ｇ／ｈｒの速度で供給されることがより好ましく、０．１２〜０．１８ｇ／ｈｒの速度で供給されることが最も好ましい。
循環供給する反応液の供給量は、循環供給する反応液の供給速度（Ｘ）、及び反応領域に供給される反応領域供給液（Ｃ）の供給速度（Ｙ）とから、循環比として、下式（１）で定義される。
循環比＝（Ｘ）／（（Ｙ）−（Ｘ）） 式（１）
態様２における循環比は特に限定されないが、体積速度比で表わして、０．５〜５０の範囲内が好ましく、１〜２０の範囲内が特に好ましい。循環比は反応領域に供給される反応領域供給液（Ｃ）中のACH濃度に影響する因子であり、大きいほど触媒寿命は長くなるが、５０を超えると反応領域を通過する液量が多くなるため、ACHの反応率が低くなる、圧力損失が大きくなるなど、反応性能が悪くなることがある。
以上に述べたように、態様２は反応生成液の循環供給のみを行う方法（態様１）に比べて、少ない数の反応領域でより効率的に最後の反応領域出口における反応液中のHBD濃度を高くできるため、最も経済的なプロセスとなる。
なお、反応領域の数が３以上の場合、先に説明したように、最後の反応領域へのACHの分割供給を行っても差し支えないが、最後の反応領域へはACHの分割供給は行わないのが好ましい。これは、反応領域が３以上の場合、最後の反応領域の１つ前の反応領域までに全てのACHを分割供給して、最後の反応領域入口液のACH濃度が５重量％程度となるように反応を行い、最後の反応領域で残りの５重量％程度のACHをできる限りHBDに変換するのが、より効率的なプロセスであるからである。また、態様１、態様２においては、反応液を循環供給する循環ラインの途中に反応領域を設けた態様も含まれる。
本発明のHBDの製造では、マンガン酸化物を主成分とする触媒が還元されて失活するのを防ぐため、ACHの水和反応は反応装置内の全ての反応領域において酸化剤の存在下で行うのが好ましい。そのために酸化剤を供給する方法としては、反応装置内を流通する液とともに酸化剤も流通するので、通常は反応装置内の少なくとも１つの反応領域に対して酸化剤を供給すれば差し支えない。例えば、最初の反応領域に酸化剤を供給すれば２番目以降の反応領域にも酸化剤が流通するので、最初の反応領域に対して酸化剤を供給してもよい。ただし、各反応領域において酸化剤は徐々に消費されてしまうので、各反応領域の酸化剤濃度に応じて２番目以降の反応領域にも酸化剤の供給を行うのが特に好ましい。すなわち、本発明のHBD製造では、最初の反応領域及び最初の反応領域以外の少なくとも１つの反応領域に酸化剤を供給するのが特に好ましい。もちろん、全ての反応領域に酸化剤を供給しても良い。
本発明のHBDの製造で用いることができる酸化剤としては、酸素、オゾンなどの酸素原子を含むガス類、過酸化水素、過酸化ナトリウム、過酸化マグネシウム、過酸化ベンゾイル、過酸化ジアセチルなどの過酸化物または過ギ酸、過酢酸、過硫酸アンモニウムなどの過酸及び過酸塩または過ヨウ素酸、過塩素酸、過ヨウ素酸ナトリウム、ヨウ素酸、臭素酸、塩素酸カリウム、次亜塩素酸ナトリウムなどの酸素酸及び酸素酸塩などが挙げられるが、これらの中で酸素、オゾンのような酸素原子を含むガスが好ましく、特に酸素が好ましい。これらの酸化剤は単独で用いても良いし、２種類以上を混合して用いても良い。また、これらの酸化剤は、原料や希釈剤溶液に溶解して反応領域に供給しても良く、ガスの形態で反応領域に供給しても良い。これら酸化剤の供給量は、原料ACHに対するモル比で表わして０．００１〜０．１５の範囲が好ましく、０．００５〜０．０５の範囲が特に好ましい。
酸化剤として酸素を用いる場合、純酸素を用いても良いが、通常は窒素、希ガスなどの不活性ガスで希釈して用いられる。もちろん空気をそのまま、或いは空気に酸素または不活性ガスを混合して濃度を調整して使用しても良い。このような酸素を含むガス中の酸素濃度は特に限定されないが、２〜５０容量％の範囲が好ましく、５〜１０容量％の範囲が特に好ましい。
酸素を含むガスを酸化剤として用いる場合は、触媒を固定床として充填し、固相とガス相の間を反応液が流れるいわゆるトリクルベッド型の反応器を用いるのが好ましく、これにより良好な反応液とガスとの分散及び反応液と触媒との接触が実施できる。このような反応方式は、灌液式連続反応と呼ばれる。反応液とガスの流れは向流、並流のいずれでも良い。
酸素を含むガスを酸化剤として用いる場合、並流の場合は最初の反応領域入口から、向流の場合は最後の反応領域出口から、酸素を含むガスを供給して全ての反応領域にガスを行き渡らせれば良いので、酸素を含むガスの供給は最初または最後の反応領域に対して行うのが好ましい。ただ、各反応領域において徐々に酸素が消費されるので、各反応領域の酸素濃度に応じて最初または最後の反応領域以外の反応領域に対しても酸素を含むガスの供給を行うのがより好ましい。その際、各反応領域において酸素濃度が低下してしまったガスを抜き出しながら酸素濃度が充分なガスを供給して反応領域のガスを入れ替えるのが特に好ましい。ここで、酸素濃度が低下してしまったガスの酸素濃度は特に限定されない。例えば、１０％濃度の酸素を含むガスを使用する場合、５％程度の濃度まで低下したガスを抜き出しながら、新たに１０％濃度の酸素を含むガスを供給しても良い。ガスの入れ替え速度は、各反応領域の酸素濃度に応じて適当な速度に決めることができる。
即ち、並流で酸素を含むガスを流通させる場合は、最初の反応領域と最初の反応領域以外の少なくとも１つの反応領域において酸素濃度が充分なガスの供給及び酸素濃度が低下してしまったガスの抜出しを行うのが好ましい。もちろん全ての反応領域において酸素濃度が充分なガスの供給及び酸素濃度が低下してしまったガスの抜出しを行っても良い。一方、向流で酸素を含むガスを流通させる場合は、最後の反応領域と最後の反応領域以外の少なくとも１つの反応領域において酸素濃度が充分なガスの供給及び酸素濃度が低下してしまったガスの抜出しを行うのが好ましい。もちろん全ての反応領域において酸素濃度が充分なガスの供給及び酸素濃度が低下してしまったガスの抜出しを行っても良い。
反応領域において酸素濃度が低下してしまったガスを抜き出す割合については特に制限はなく、その全量を系外に抜き出してから、新たに酸素含有量が十分なガスをガス抜き出し地点ないしその近傍より供給することも可能であるし、抜き出す量を触媒領域を流通するガスの一部に留めることも可能である。
本発明のHBDの製造に用いられるマンガン酸化物を主成分とする触媒としては、二酸化マンガンを使用することができる。一般に、二酸化マンガンはMnO1.7〜MnO2の組成式を持つマンガン酸化物であり、α型、β型、γ型、δ型、ε型など種々の結晶構造のものが知られている。また、結晶構造中にアルカリ金属元素を含む二酸化マンガン（以下、本明細書では変性二酸化マンガンと記述する）も知られており、変性二酸化マンガンもα型、δ型構造など種々の結晶構造のものが知られている。本発明ではこれらの二酸化マンガンを好適に用いることができるが、変性二酸化マンガンがより好ましく、α型構造の変性二酸化マンガンが特に好ましい。変性二酸化マンガンに含まれるアルカリ金属元素の種類は特に限定されないが、リチウム、ナトリウム、カリウムであるのが好ましい。変性二酸化マンガンに含まれるアルカリ金属元素量も特に限定されないが、アルカリ金属元素のマンガン元素に対する原子比で表わして、アルカリ金属元素／マンガン＝０．００５〜０．５の範囲であるのが好ましく、０．０１〜０．２５の範囲であるのが特に好ましい。
二酸化マンガンは天然にも存在するが、触媒として使用する場合には、二価のマンガンを酸化して調製する方法及び七価のマンガンを還元して調製する方法のそれぞれを単独または組み合わせて用いることにより得られる二酸化マンガンが適する。このような二酸化マンガンの製造方法としては、例えば、中性ないしアルカリ性の領域で過マンガン酸化合物を２０〜１００℃で還元する方法（Zeit. Anorg. Allg. Chem., 309, p.1〜p.32及びp.121〜p.150，(1961)）、酸性条件下で過マンガン酸カリウム水溶液と硫酸マンガン水溶液とを反応させる方法（J. Chem. Soc., p.2189, (1953)、特開昭５１−７１２９９号公報）、過マンガン酸塩をハロゲン化水素酸で還元する方法（特開昭６３−５７５３５号公報）、過マンガン酸塩を多価カルボン酸または多価アルコールで還元する方法（特開平９−２４２７５号公報、特開平９−１９６３７号公報）、過マンガン酸塩をヒドラジン、ヒドロキシカルボン酸あるいはその塩で還元する方法（特開平６−２６９６６６号公報）および硫酸マンガン水溶液を電解酸化する方法が挙げられる。
本発明におけるマンガン酸化物を主成分とする触媒の調製方法としては、前記した各種の方法が使用できるが、変性二酸化マンガンの結晶型や比表面積の大きさ、並びにアルカリ金属元素の種類や量を制御できる点で、二価のマンガン化合物及び七価のマンガン化合物を同時に使用する方法が好ましい。触媒調製に使用される二価のマンガン源としては、硫酸塩、硝酸塩、ハロゲン化物などの水溶性の化合物が好ましく、その中で硫酸塩が特に好ましい。一方、七価のマンガン源としては、アルカリ金属元素の過マンガン酸塩が好ましく、その中で過マンガン酸リチウム、過マンガン酸ナトリウム、過マンガン酸カリウムが特に好ましい。アルカリ金属源としては、硫酸塩、硝酸塩、重炭酸塩、水酸化物などの水溶性の化合物を用いることができるが、通常は、前記の過マンガン酸塩をアルカリ金属源として用いるのが特に好ましい。液性は、酸性下でも塩基性下でも変性二酸化マンガンを調製できるが、酸性下での調製が特に好ましく、塩基性下で調製した場合には、反応前に希硫酸などの酸性溶液で変性二酸化マンガンを洗浄するのが好ましい。
本発明におけるマンガン酸化物を主成分とする触媒としては、マンガンやアルカリ金属元素以外の他の元素、例えば周期律表２、３、４、５、６、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５族から選択される少なくとも一種類の元素を含有する二酸化マンガンを使用することもできる。この中で、アルカリ土類金属、Ｓｃ、Ｙ、Ｚｒ、Ｖ 、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ 、Ｚｎ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、またはＢｉから選択される少なくとも一種類の元素を含有する二酸化マンガンが、ACH水和反応の反応活性及びHBDの選択性に優れるので好ましい。更には、Ｖ、Ｓｎ、またはＢｉから選択される少なくとも一種類の元素を含有する二酸化マンガンが、ACH水和反応の反応活性及びHBDの選択性に特に優れるので特に好ましい。もちろん、二種類以上の元素を含有する二酸化マンガンも好適に用いることができる。
これらの元素を二酸化マンガンに含有させる方法としては、含浸、吸着、混練、共沈などいずれの方法を用いても良い。元素源としては、硝酸塩、硫酸塩のような水溶性の化合物や、酸化物、水酸化物などを用いることができる。例えば、バナジウムを含有するマンガン酸化物触媒を調製する場合は、バナジウム源として硫酸バナジウム、塩化バナジウムのような水溶性の塩を用いるのが好ましく、硫酸バナジウムを用いるのが特に好ましい。また、スズを含有するマンガン酸化物触媒を調製する場合は、スズ源として硫酸スズ、塩化スズのような水溶性の塩を用いるのが好ましく、硫酸スズを用いるのが特に好ましい。ビスマスを含有するマンガン酸化物を調製する場合は、ビスマス源として硫酸ビスマス、硝酸ビスマスのような水溶性の塩を用いることができるが、酸化ビスマスを用いるのが特に好ましい。
二酸化マンガンに含有させるこれらの元素の量は特に限定されないが、マンガン元素に対する原子比で表わして、二酸化マンガンに含有させる元素／マンガン＝０．００１〜０．１の範囲であるのが好ましく、０．００２〜０．０４の範囲であるのが特に好ましい。
本発明における特に好ましいマンガン酸化物を主成分とする触媒は、
組成式：ＭｎａＫｂＭｃＯｄ
（式中、Ｍｎはマンガンを、Ｋはカリウムを、Ｏは酸素を表し、Ｍは、Ｖ、Ｓｎ及びＢｉから選択される少なくとも１種類の元素を表し、各元素の原子比は、ａ＝１とするとき、ｂは０．００５〜０．５の範囲、ｃは０．００１〜０．１の範囲、ｄ＝１．７〜２．０の範囲である）
で表わされる化合物を含む。更には、マンガン酸化物を主成分とする触媒中には、上記化合物に加えて水和水を含んでいてもよい。
本発明のHBDの製造では、上記の方法で調製したマンガン酸化物を、ペレット状やタブレット状に成型加工したものを固定床触媒として、或いは、顆粒状や微小球状に成型加工したものをスラリー床触媒として、反応領域に充填または分散してACHの水和反応に使用することができる。また、シリカや粘土鉱物のような可塑性と結合性を有する化合物を用いて成型したものを用いることもできる。
本発明のHBDの製造に用いることができる原料のACHの製造方法は特に限定されるものではなく、例えば、ホルムアミドの脱水反応で得られる青酸とアセトンとから合成されるACHを使用することができる。また、アンドリュー法やBMA法のようなメタンとアンモニアの反応で得られる青酸とアセトンから合成されるACH、プロパンのアンモ酸化で得られる青酸とアセトンから合成されるACHなども使用できる。一般に、青酸とアセトンの反応によるACHの合成は、アルカリ金属化合物、アミン類、塩基性イオン交換樹脂などの触媒の存在下で定量的に進行し、高収率でACHが得られるが、本発明のHBDの製造では、これらの触媒を用いて合成したACHを使用することができる。その際、ACHは蒸留精製したものを使用することができるが、蒸留精製しないで用いることもできる。
本発明におけるACHの水和反応の反応温度は２０〜１２０℃の範囲が好ましく、３０〜９０℃の範囲が特に好ましい。反応圧力は減圧下でも高圧下でも差し支えないが、０．０１〜１．０ＭＰaの範囲が好ましく、０．０５〜０．５ＭＰａの範囲が特に好ましい。各々の反応領域におけるACHの滞留時間は、反応方式や触媒活性により最適な値が選ばれるが、通常は３０秒〜１５時間が好ましく、１５分〜１０時間がより好ましく、３０分〜５時間が特に好ましい。
本発明のHBDの製造における各反応領域に供給される反応領域供給液（Ｃ）のｐHは４以上に調整するのが好ましく、４〜８の範囲に調整するのが特に好ましい。ｐHの調整は先に説明した反応液の循環供給による調整のほか、特開平１１−３３５３４１号公報で開示しているアミン類、特開平２−１９３９５２号公報で開示しているアルカリ金属の酸化物、水酸化物を用いることができる。
本発明のHBDを製造するための反応装置は、マンガン酸化物を主成分とする触媒の存在下、アセトンシアンヒドリンの水和反応でα−ヒドロキシイソ酪酸アミドを製造するための反応装置であって、前記反応装置は少なくとも２つの反応領域を直列に接続してなり、更に
（ａ）:前記反応装置における最初の反応領域（Ｉ）および最初の反応領域以外の少なくとも１つの反応領域に対してアセトンシアンヒドリンを含む反応原料液を分割供給するための配管、及び／又は、
（ｂ）:前記反応装置における最初の反応領域（Ｉ）に対して少なくとも１つの反応領域から抜出した反応液の少なくとも一部を循環供給するための配管、を有し、
少なくとも１つの反応領域に対して、さらに酸化剤を供給するための配管を有する反応装置である。
本発明のHBDを製造するための反応装置は、最初の反応領域以外の少なくとも１つの反応領域に対して少なくとも１つの反応領域より抜出した反応液の一部を循環供給するための配管を有するのが好ましい。その際、反応領域へ前記反応領域より抜出した反応液を循環供給するための配管の態様は特に限定されず、例えば、反応領域へ独立に反応領域より抜出した反応液を循環供給する配管を接続した態様であっても良く、反応領域へ供給する前に予め原料調製槽や貯留槽などで反応原料液、水、アセトン、HBDなどの希釈剤と混合してこれらと同時に１つの配管で反応領域へ供給する態様であっても良く、反応領域へ反応原料液、水、アセトン、HBDなどの希釈剤を供給する配管や反応領域間を接続する配管へ反応領域より抜出した反応液を循環供給する配管を接続した態様であっても良い。また、反応液を循環供給する循環ラインの途中に反応領域を設けてもよい。さらには、上記最初の反応領域以外の少なくとも１つの反応領域（ＩＩ）と、その反応領域へ循環供給する反応液を取り出す少なくとも１つの反応領域（ＩＶ）、およびその両者をつなぐ配管の三者から構成される循環ループを１つ以上有していてもよく、該循環ループのうちの少なくとも１つの循環ループ（Ｖ）を構成している、反応領域（ＩＩ）と、反応領域（ＩＶ）の両方が、最初の反応領域（Ｉ）に対して反応液を循環供給するために反応液を抜き出す少なくとも１つの反応領域のうちの最も反応装置入り口に近い反応領域よりも、本発明における反応装置の出口により近い側（下流側）に設置されていることが、より好ましい。あるいは、複数の反応領域から反応領域（Ｉ）へ反応液を循環供給するための反応液を抜き出す場合、それぞれの反応領域から抜出した反応液の積算値が、反応領域（Ｉ）へ循環供給する反応液の全体量の５０％を最初に超える反応領域よりも、該循環ループのうちの少なくとも１つの循環ループ（Ｖ）を構成している、反応領域（ＩＩ）と、反応領域（ＩＶ）の両方が、反応装置の出口により近い側（下流側）に設置されていることがさらに好ましく、該循環ループのうちの少なくとも１つの循環ループ（Ｖ）を構成している、反応領域（ＩＩ）と、反応領域（ＩＶ）の両方が、最初の反応領域（Ｉ）に対して反応液を循環供給するために反応液を抜き出す全ての反応領域よりも、反応装置の出口により近い側（下流側）に設置されていることが最も好ましい。
循環ループ（Ｖ）を構成する、反応領域（ＩＩ）および反応領域（ＩＶ）の配置としては、反応領域（ＩＶ）は反応領域（ＩＩ）よりも本発明における反応装置の出口に近い側に設置されることが好ましい。または、反応領域（ＩＩ）と、反応領域（ＩＶ）が、同一の反応領域であることが好ましい。
本発明のHBDを製造するための反応装置は、少なくとも１つの反応領域に対して水、アセトン、HBD及びホルムアミドから選ばれる少なくとも１つの化合物を含む希釈剤を供給するための配管を有することが好ましい。中でも、ACHを分割して供給する反応領域に対して前記希釈剤を供給するための配管を有するのがより好ましい。その際、反応領域へ前記希釈剤を供給するための配管の態様は特に限定されず、例えば、反応領域へ独立に前記希釈剤を供給する配管を接続した態様であっても良く、反応領域へ供給する前に予め原料調製槽で反応原料液と混合して反応原料液と同時に１つの配管で反応領域へ供給する態様であっても良く、反応領域へ反応原料液を供給する配管へ前記希釈剤を供給する配管を接続した態様であっても良い。
本発明のHBDを製造するための反応装置は、少なくとも１つの反応領域に対して酸化剤を供給するための配管を有する。その際、反応領域へ酸化剤を供給するための配管の態様は特に限定されない。
本発明のHBDを製造するための反応装置は、酸化剤を抜き出すための設備が、最初の反応領域（Ｉ）、及び／又は最初の反応領域以外の少なくとも１つの反応領域から他の反応領域までの間、若しくは、最初の反応領域（Ｉ）、及び／又は最初の反応領域以外の少なくとも１つの反応領域の中間部に接続されているのが好ましい。
＜本発明を実施するための反応装置と製造方法の具体例＞
以下に、本発明を実施するための好適な反応装置と製造方法の具体例（併用法）を示す。図１は、第一反応器１ａ、第二反応器１ｂ、第三反応器１ｃの３つの反応器で構成されたHBDを製造するための反応装置のプロセスフローダイヤグラムの例である。
第一反応器１ａ、第二反応器１ｂ、第三反応器１ｃには、各々触媒が充填された第一反応領域２ａ、第二反応領域２ｂ、第三反応領域２ｃが設置されている。第一反応器１ａには第一反応領域入口に供給される反応液の供給ライン１０ａ及び酸化剤供給ライン４ａが接続されており、第一反応領域２ａを隔てた反対側には第一反応領域出口からの反応液の流出ライン１１ａ及び酸化剤抜出ライン５ａが接続されている。第二反応器１ｂには第二反応領域入口に供給される反応液の供給ライン１０ｂ及び酸化剤供給ライン４ｂが接続されており、第二反応領域２ｂを隔てた反対側には第二反応領域出口からの反応液の流出ライン１１ｂ及び酸化剤抜出ライン５ｂが接続されている。第三反応器１ｃには第三反応領域入口に供給される反応液の供給ライン１０ｃ及び酸化剤供給ライン４ｃが接続されており、第三反応領域２ｃを隔てた反対側には第三反応領域出口からの反応液の流出ライン１１ｃ及び酸化剤抜出ライン５ｃが接続されている。
３ａ、３ｂはACHを含む反応原料液の供給ラインである。６ａ、６ｂは反応領域出口からの反応液を、元の反応領域入口に戻すための循環ラインである。７は反応領域出口から循環する反応液を冷却するための冷却器である。８は反応領域出口からの反応液を送液するためのポンプである。９は反応原料液を所定の温度に加熱するための加熱器である。１２ａ、１２ｂは反応領域出口からの反応液を一時的に貯め置くための液貯めである。
図１の反応装置を用いてHBDを製造する方法について例示する。ACHを含む反応原料液は、反応原料液供給ライン３ａ及び３ｂより加熱器９を経由して分割供給される。３ａからはACHと水との混合物に少なくともアセトンを添加した混合原料が反応原料液として供給される。一方、３ｂからはACH単独原料、或いは、ACHに少なくとも水及び／またはアセトンを添加した混合原料が反応原料液として供給される。なお、図１ではACH、水、アセトンなどからなる反応原料を混合してから３ａ、３ｂを用いて反応器に供給しているが、これらの成分を各々独立した供給ラインを用いて反応器に供給しても差し支えない。
３ａから供給される反応原料液中のACH濃度と水濃度は特に限定されないが、実用的には、ACH３０〜６０重量％、水７０〜４０重量％が好ましく、更にはACH３５〜５０重量％、水６５〜５０重量％が特に好ましい。また、反応原料液中のアセトン濃度も特に限定されないが、好ましくは３〜２０重量％、より好ましくは５〜１５重量％である。一方、３ｂから供給される反応原料液中のACH濃度と水濃度も特に限定されず、ACH３０〜１００重量％、水０〜５０重量％が好ましい。また、反応原料液中のアセトン濃度は０〜２０重量％が好ましい。
３ａ、３ｂから供給されるACHを含む反応原料液は、６ａ、６ｂから循環される反応領域出口からの反応液と混合され、１０ａ、１０ｂを通じて各反応器に供給される。先に説明したように、６ａ、６ｂから循環される反応領域出口からの反応液の供給速度（Ｘ）の、２ａ、２ｂの反応領域に供給される全反応液の供給速度（Ｙ）と６ａ、６ｂより循環供給される反応液の供給速度（Ｘ）との差に対する比（（Ｘ）／（（Ｙ）−（Ｘ）））、即ち、循環比は特に限定されないが、体積速度比で表わして、０．５〜５０の範囲が好ましく、１〜２０の範囲が特に好ましい。なお、図１では反応原料液と反応領域出口からの反応液を混合してから１０ａ、１０ｂを通じて反応器に供給しているが、これらの液を各々独立した供給ラインを用いて反応器に供給しても差し支えない。
ACHの水和反応は先に説明した反応温度、反応圧力で行われる。ACHの水和反応の反応温度を制御する方法は特に限定されないが、触媒を充填した反応領域の周囲に熱媒や温水の循環するジャケットを装着する方法、反応領域の内部に伝熱コイルを設置する方法、反応領域の外部に熱の放散を防ぐための保温措置を施し、反応原料液及び反応領域出口からの反応液の流れるライン（図１の３ａ、６ａ、１３ａ、３ｂ、６ｂ、１３ｂ）に、加熱器９または冷却器７を設置して反応液の温度を調整する方法などを使用することができる。なお、図１は加熱器９、冷却器７を設置している例であるが、加熱器９、冷却器７を用いなくても反応原料液と反応領域出口からの反応液とを混合した際の液温をACHの水和反応を行うための所定温度に制御できる場合は、加熱器９、冷却器７を設置しなくても差し支えない。ただ、実用上は、加熱器９及び冷却器７を設置して反応温度を制御するのが反応装置を安定して運転しやすいので好ましい。
先に説明したように、マンガン酸化物を主成分とする触媒が還元されて失活するのを防ぐために、酸化剤供給ライン４ａ、４ｂ、４ｃから酸化剤が供給される。酸素を含むガスを酸化剤として用いる場合は、酸化剤供給ライン４ａ、４ｂ、４ｃから酸素を含むガスが供給され、酸化剤抜出ライン５ａ、５ｂ、５ｃから酸素濃度が低下してしまったガスが抜出される。４ａ、４ｂ、４ｃから供給されるガスとしては、フレッシュな酸素を含むガスを用いても良く、５ａ、５ｂ、５ｃから抜出された酸素濃度が低下してしまったガスに酸素濃度が充分になるまでフレッシュな酸素を含むガスを混合したガスを用いても良い。５ａ、５ｂ、５ｃから抜出されたガスの酸素濃度がまだ充分である場合は、そのまま４ａ、４ｂ、４ｃを通じて元の反応領域またはその他の反応領域へ供給しても差し支えない。
反応液供給ライン１０ａより供給されたACHは、第一反応領域２ａにおいてその一部が水和反応によりHBDとなる。第一反応領域２ａから流出する反応領域出口からの反応液は、流出ライン１１ａを通って、液貯め１２ａに一時的に貯め置かれる。その後、第一反応領域への循環液として６ａに、第二反応領域への供給液として１３ａに、所定の割合で振り分けられる。通常、第二反応領域への液供給速度は３ａから供給される反応原料液の供給速度と同じである。
１３ａから送られる第二反応領域への供給液は、３ｂから供給される反応原料液と、６ｂから送られてくる第二反応領域出口からの循環液と合一され、反応液供給ライン１０ｂを通じて第二反応領域２ｂに供給される。第二反応領域において、３ｂから供給されたACHと６ｂから循環してきたACHはHBDに変換されるため、第二反応領域出口からの反応液のHBD濃度は第一反応領域出口からの反応液のHBD濃度よりも高くなる。第二反応領域２ｂから流出する反応領域出口からの反応液は、流出ライン１１ｂを通って、液貯め１２ｂに一時的に貯め置かれる。その後、第二反応領域への循環液として６ｂに、第三反応領域への供給液として１３ｂに、所定の割合で振り分けられる。通常、第三反応領域への液供給速度は３ｂから供給される反応原料液の供給速度と１３ａから供給される第二反応領域への液供給速度との和と同じである。
１３ｂから送られる第三反応領域への供給液は、１０ｃを経て第三反応領域２ｃへ供給される。第三反応領域２ｃにおいて、反応液中の大部分のACHはHBDに変換され、最終的に４０重量％以上の濃度のHBD溶液となり、１１ｃから次の工程の装置または貯蔵装置に送られる。
本発明を実施するための好適な反応装置のプロセスフローダイヤグラムは図１に限定されるものではない。例えば、一つの反応器に複数の反応領域を設け、各々に反応液循環ラインを設ける方式（図２）、一つの反応領域の途中から反応液を抜き出し、熱交換器を用いて液温を調整した後に元の反応領域に戻す方式（図３）、循環液を１つの反応領域の複数の場所に戻す方式（図４）など種々の方式を挙げることができる。
（実施例）
以下、本発明を実施例及び比較例をもって更に具体的に説明するが、本発明はこれらの例によってその範囲を限定されるものではない。
触媒の調製
過マンガン酸カリウム６２．９２ｇ（０．３９８ｍｏｌ）を水２２０ｍｌに溶解した液に対して、７５℃攪拌下、硫酸マンガン一水和物５４．４３ｇ（０．３２２ｍｏｌ）を水２１５ｍｌに溶解し、更に濃硫酸９９．５４ｇ（０．９６４ｍｏｌ）と混合した液を速やかに注加した。７０℃で２時間攪拌を継続し、更に９０℃で４時間攪拌し熟成させた後、酸化ビスマス（ＩＩＩ）１．９０ｇ（０．００７ｍｏｌ）を水４４０ｍｌに懸濁させた液を速やかに注加した。室温で３０分間攪拌後、得られた沈殿物を濾過し、水２００ｍｌで４回洗浄して沈殿ケーキを得た。
得られたケーキを押し出し成型機（シリンダー径３５ｍｍΦ、ノズル径１．５ｍｍΦ×２４穴、開孔率４．４％、油圧式）で成型し、静置乾燥機にて１１０℃、１５時間乾燥し、直径約１ｍｍφ、長さ５〜１０ｍｍのペレット状の成型触媒を約６０ｇ得た。得られた触媒の金属成分の含有量を測定した結果、何れもビスマス/カリウム/マンガン＝０.０１/０.０９/１.０（原子比）であった。
ACHの水和反応
ACHの水和反応を図５に示す反応装置を用いて行った。１ａ、１ｂ、１ｃはジャケットを備えた内径約１８ｍｍφのガラス製反応器（それぞれ、第一反応器、第二反応器、第三反応器）である。２ａは第一反応領域であり、上記方法で調製した触媒１６ｇを充填した。２ｂは第二反応領域であり、上記方法で調製した触媒１６ｇを充填した。２ｃは第三反応領域であり、上記方法で調製した触媒８ｇを充填した。３ａは第一反応原料液の供給ラインであり、純水５５．５重量％、アセトン９．５重量％、ACH３５重量％からなる第一反応原料液を１４．８ｇ／ｈｒの速度で供給した。３ｂは第二反応原料液の供給ラインであり、純水１７重量％、アセトン１３重量％、ACH７０重量％からなる第二反応原料液を２．４７ｇ／ｈｒの速度で供給した。供給された全ACHに対する第一反応原料液の供給ラインに供給されたACHの割合は７５重量％であった。４ａは第一酸化剤供給ラインであり、体積基準で酸素９％、窒素９１％からなる酸素含有ガスを２６．７ｍｌ／ｈｒの速度で供給した。４ａより供給された酸素含有ガスは、第一反応領域２ａを経て第一反応器出口（流出ライン）１１ａ、第一反応領域出口における反応液だまり（液貯め）１２ａに導かれ、第一酸化剤抜出ライン５ａより系外に全て抜出した。４ｂは第二酸化剤供給ラインであり、体積基準で酸素９％、窒素９１％からなる酸素含有ガスを２６．７ｍｌ／ｈｒの速度で供給した。４ｂより供給された酸素含有ガスは、第二反応領域２ｂ、第二反応器出口（流出ライン）１１ｂ、第二反応領域出口における反応液だまり（液貯め）１２ｂ、第三反応領域入り口液供給ライン１０ｃを経て第三反応器１ｃに導かれ、更に第三反応領域２ｃをへて第三反応器出口（流出ライン）１１ｃより第三反応領域出口における反応液とともに系外に抜出した。第一反応器出口１１ａより流出した第一反応領域出口からの反応液は、一旦全て第一反応領域出口における反応液だまり１２ａに集めた。集めた反応液の一部は、送液ポンプ８ａにより１２０ｇ／ｈｒの速度で第一反応領域出口からの反応液循環ライン６ａを介して第一反応領域入り口液供給ライン１０ａに送った。第一反応領域入口に循環される反応液の循環比は、８．１であった。第一反応領域出口における反応液だまり１２ａには液面センサーが備えられており、１２０ｇ／ｈｒよりも多く第一反応器出口１１ａより流出した反応液は、この液面センサーと送液ポンプ８ｔにより、第一反応領域出口における反応液だまり１２ａの液面を一定に保つように制御しながら第二反応領域への送液ライン１３ａを介して第二反応器１ｂへ送った。送液ポンプ８ｔより送った液の供給速度は１４．８ｇ／ｈｒであった。１２ｂは第二反応領域出口における反応液だまり（液貯め）である。第二反応器出口（流出ライン）１１ｂより流出した反応液は、一旦全て第二反応領域出口における反応生成液だまり１２ｂに集めた。集めた反応液の一部は、送液ポンプ８ｂにより２６．５ｇ／ｈｒの速度で第二反応領域出口からの反応液循環ライン６ｂを介して第二反応領域入り口液供給ライン１０ｂに送った。第二反応領域入口に循環される反応液の循環比は、１．５であった。第二反応器出口１１ｂから２６．５ｇ／ｈｒより多く流出した第二反応領域出口からの反応液は、第二反応領域出口における反応液だまり１２ｂの側面に設けられた開口部よりオーバーフローさせ送液管（送液ライン）１３ｂを介して、第三反応器１ｃへ送った。なお、第二酸化剤供給ラインより供給した酸素含有ガスも同一の送液管１３ｂより第三反応器１ｃへ送った。第三反応器１ｃへ送られた第二反応領域出口からの反応液は、第三反応領域２ｃを通過して第三反応器出口１１ｃから系外に抜出した。各反応領域２ａ、２ｂ、２ｃでは、反応液は触媒の表面を伝いながら落下してゆき、触媒層はいずれも所謂トリクルベットと呼ばれる状態に保たれていた。第一反応領域出口における反応液だまり１２ａ、第二反応領域出口における反応液だまり１２ｂ、第三反応器出口１１ｃにおける液をＨＰＬＣにより分析し、ACHの濃度を分析した。第三反応器出口１１ｃにおけるACHの濃度が１重量％を超えないよう適宜反応温度を調整した。目的物のHBDの生産量及び原料のACHの転化率の経時変化を表１に、各分析値と液流量から算出される各反応器１ａ、１ｂ、１ｃの入口、出口における液中のACH濃度を表２に示す。なお、いずれの時点においても第三反応器出口１１ｃにおける目的物HBDの収率は９５％以上であった。また、第一反応領域出口における反応液だまり１２ａにおける液中のマンガン濃度を偏光ゼーマン原子吸光光度計（日立ハイテクノロジー社製、Ｚ−２０００）により測定した。結果を表２に示す。
第三反応器出口１１ｃにおけるACHの濃度を１％以下に保つための反応温度が５６℃以上になった時点で反応を終了した。反応日数は７５０日であり、通算のHBDの生産量は触媒１ｇあたり３７１７．８ｇであった。
Figure 2015008740
Figure 2015008740
３ａの第一反応原料液の供給ラインより純水５０重量％、アセトン１０重量％、ACH４０重量％からなる反応原料液を１７．２８ｇ／ｈｒの速度で供給し、３ｂの第二反応原料液の供給ラインからは原料を供給しなかったことを除き、実施例１と同一の反応条件でACHの水和反応を実施した。目的物のHBDの生産量及び原料のACHの転化率の経時変化を表３に、各分析値と液流量から算出される各反応器１ａ、１ｂ、１ｃの入口、出口における液中のACH濃度を表４に示す。なお、いずれの時点においても第三反応器出口（流出ライン）１１ｃにおける目的物HBDの収率は９５％以上であった。また、第一反応領域出口における反応液だまり（液貯め）１２ａにおける液中のマンガン濃度を偏光ゼーマン原子吸光光度計（日立ハイテクノロジー社製、Ｚ−２０００）により測定した。結果を表４に示す。その結果、第一反応領域出口における反応液中のMn濃度は１．８〜２．０ｐｐｍであった。
第三反応器出口１１ｃにおけるACHの濃度を１％以下に保つために必要な反応温度は反応日数１０２日目で４７．５℃であり、その時点での通算のHBDの生産量は触媒１ｇあたり４８３．８ｇであった。
Figure 2015008740
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アセトンシアンヒドリンの水和反応を図６に示す反応装置を用いて反応を行った。１ａ、１ｂ、１ｃはジャケットを備えた内径約１８ｍｍφのガラス製反応器（それぞれ、第一反応器、第二反応器、第三反応器）である。２ａは第一反応領域であり、上記方法で調製した触媒８ｇを充填した。２ｂは第二反応領域であり、上記方法で調製した触媒８ｇを充填した。２ｃは第三反応領域であり、上記方法で調製した触媒８ｇを充填した。３ａは原料供給管（供給ライン）であり、純水５０．０重量％、アセトン１０．０重量％、アセトンシアンヒドリン（表中ではＡＣＨ）４０重量％からなる第一原料を１２．０ｇ／ｈｒの速度で供給した。４ａは酸化剤供給管（供給ライン）であり、酸素含有ガスとして空気を１６．０ｍｌ／ｈｒの速度で供給した。４ａより供給された酸素含有ガスは第一反応領域２ａを経て反応器出口（流出ライン）１１ａ、第一反応液だまり（液貯め）１２ａ、送液管（送液ライン）１３ａ、第二反応器１ｂ、第二反応領域２ｂ、反応器出口（流出ライン）１１ｂ、第二反応液だまり（液貯め）１２ｂ、送液管（送液ライン）１３ｂ、第三反応器１ｃ、第三反応領域２ｃをへて反応液と共に反応器出口（流出ライン）１１ｃより系外に排出した。１２ａは第一反応液だまりである。第一反応器１ａより流出した反応液は、一旦全て第一反応液だまり１２ａに集められ、送液ポンプ８ａにより１２０ｇ／ｈｒの速度で反応液循環ライン６ａを介して反応液供給管（供給ライン）１０ａに送られる。第一反応器１ａから１２０ｇ／ｈｒより多く流出した反応液は、第一反応液だまり１２ａの側面に設けられた開口部よりオーバーフローして送液管１３ａを介し、第二反応器１ｂへ送られる。反応液供給管１０ｂより第二反応器１ｂへ送られた反応液は第二反応領域２ｂを通過し、反応器出口１１ｂから第二液だまり１２ｂに送られ一旦集められる。第二液だまり１２ｂから反応液は、送液ポンプ８ｂにより１２０ｇ／ｈｒの速度で反応液循環ライン６ｂを介して反応液供給管１０ｂに送られる。第二反応器１ｂから１２０ｇ／ｈｒより多く流出した反応液は、第二反応液だまり１２ｂの側面に設けられた開口部よりオーバーフローして送液管１３ｂを介し、第三反応器１ｃへ送られる。第三反応器１ｃへ送られた反応液は第三反応領域２ｃを通過して第三反応器出口１１ｃから系外に排出した。各反応領域２ａ、２ｂ、２ｃでは、反応液は触媒の表面を伝いながら落下してゆき、触媒層はいずれも所謂トリクルベットと呼ばれる状態に保たれていた。第一反応液だまり１２ａ、第二反応液だまり１２ｂ、第三反応器出口１１ｃにおける反応液をＨＰＬＣにより分析し、アセトンシアンヒドリンの濃度を分析した。第三反応器出口１１ｃにおけるアセトンシアンヒドリンの濃度が１重量％を超えないよう適宜反応温度を調整した。目的物のα−ヒドロキシイソ酪酸アミド（ＨＢＤ）の生産量および原料のアセトンシアンヒドリンの転化率の経時変化を表５に、各分析値と反応液流量から算出される各反応器１ａ、１ｂ、１ｃの入口、出口における反応液中のアセトンシアンヒドリン濃度を表６に示す。なお、いずれの時点においても第三反応器出口１１ｃにおける目的物α−ヒドロキシイソ酪酸アミドの収率は９５％以上であった。また、第一反応液だまり１２ａにおける反応液中のマンガン濃度を原子吸光光度計（日立ハイテクノロジー社製、Ｚ−２０００）により測定した。結果を表６に示す。
第三反応器出口１１ｃにおけるアセトンシアンヒドリンの濃度を１％以下に保つための反応温度が５６℃以上になった時点で反応を終了した。通算のα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの生産量は触媒１ｇあたり２２６１．５ｇであった。
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本発明は、以下の態様をも含むものである。
＜１＞ 少なくとも２つの反応領域を直列に接続した反応装置を用いて、マンガン酸化物を主成分とする触媒の存在下、アセトンシアンヒドリンの水和反応でα−ヒドロキシイソ酪酸アミドを製造する方法であって、下記工程（Ａ）および工程（Ｂ）
工程（Ａ）：前記反応装置における最初の反応領域（Ｉ）および最初の反応領域以外の少なくとも１つの反応領域（ＩＩ）に、アセトンシアンヒドリンを含む反応原料液を供給する工程、
工程（Ｂ）：前記反応装置における最初の反応領域（Ｉ）に、少なくとも１つの反応領域（ＩＩＩ）から抜出した反応液の少なくとも一部を循環供給する工程、
から選ばれる少なくとも１つの工程を有することを特徴とするα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法。
＜２＞ 前記直列に接続した反応領域の数が７以下である、＜１＞に記載のα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法。
＜３＞ 工程（Ａ）におけるアセトンシアンヒドリンを含む反応原料液を供給する反応領域の数が５以下である、＜１＞または＜２＞に記載のα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法。
＜４＞ 前記反応領域に供給される反応領域供給液（Ｃ）中の、水とアセトンシアンヒドリンのモル比が、アセトンシアンヒドリン１モルに対して水が１〜２００モルの範囲内であることを特徴とする＜１＞〜＜３＞のいずれかに記載のα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法。
＜５＞ 反応領域供給液（Ｃ）中に、アセトンが含まれていることを特徴とする＜４＞に記載のα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法。
＜６＞ 反応領域供給液（Ｃ）中に、α−ヒドロキシイソ酪酸アミドが含まれていることを特徴とする＜４＞または＜５＞に記載のα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法。
＜７＞ 反応領域供給液（Ｃ）の全量中の、アセトンシアンヒドリンの割合が２５重量％以下であることを特徴とする＜１＞〜＜６＞のいずれかに記載のα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法。
＜８＞ 前記反応原料液中のアセトンシアンヒドリン濃度が、３０重量％以上であることを特徴とする＜１＞〜＜７＞のいずれかに記載のα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法。
＜９＞ 工程（Ｂ）において、さらに最初の反応領域以外の少なくとも１つの反応領域（ＩＩ）に、少なくとも１つの反応領域（ＩＩＩ）から抜出した反応液の少なくとも一部を循環供給することを特徴とする＜１＞〜＜８＞のいずれかに記載のα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法。
＜１０＞ 前記反応装置内の少なくとも１つの反応領域（ＩＩＩ）に対して酸化剤を供給することを特徴とする＜１＞〜＜９＞のいずれかに記載のα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法。
＜１１＞ 前記反応装置における全ての反応領域に対して酸化剤を供給することを特徴とする＜１＞〜＜１０＞のいずれかに記載のα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法。
＜１２＞ 前記酸化剤として酸素原子を含むガスを用いることを特徴とする、＜１０＞または＜１１＞に記載のα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法。
＜１３＞ 前記酸化剤として酸素を含むガスを用い、酸素を含むガス中の酸素濃度が２〜５０容量％の範囲内であることを特徴とする＜１０＞または＜１１＞に記載のα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法。
＜１４＞ 酸素濃度が低下してしまったガスを抜き出しながら酸素濃度が充分なガスを供給して反応領域のガスを入れ替えることを特徴とする＜１３＞に記載のα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法。
＜１５＞ 反応方式が灌液式連続反応方式であることを特徴とする＜１２＞〜＜１４＞のいずれかに記載のα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法。
＜１６＞ 前記マンガン酸化物を主成分とする触媒が、二酸化マンガンであることを特徴とする＜１＞〜＜１５＞のいずれかに記載のα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法。
＜１７＞ 前記マンガン酸化物を主成分とする触媒が、
組成式：ＭｎａＫｂＭｃＯｄ
（式中、Ｍｎはマンガンを、Ｋはカリウムを、Ｏは酸素を表し、Ｍは、Ｖ、Ｓｎ及びＢｉから選択される少なくとも１種類の元素を表し、各元素の原子比は、ａ＝１とするとき、ｂは０．００５〜０．５の範囲、ｃは０．００１〜０．１の範囲、ｄ＝１．７〜２．０の範囲である）
で表わされる化合物を含むことを特徴とする＜１＞〜＜１６＞のいずれかに記載のα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法。
＜１８＞ 前記マンガン酸化物を主成分とする触媒が、さらに水和水を含む、＜１７＞に記載のα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法。
＜１９＞ 工程（Ａ）および工程（Ｂ）を有することを特徴とする、＜１＞に記載のα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法。
＜２０＞ 工程（Ａ）における反応装置に供給する反応原料液中に含まれる全アセトンシアンヒドリン量に対する、最初の反応領域へ供給する反応原料液に含まれるアセトンシアンヒドリン量の割合が５０〜９８重量％であることを特徴とする、＜１９＞に記載のα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法。
＜２１＞ 工程（Ｂ）における、循環比が、体積速度比で表わして０．５〜５０の範囲内であることを特徴とする＜１９＞または＜２０＞に記載のα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法。
＜２２＞ マンガン酸化物を主成分とする触媒の存在下、アセトンシアンヒドリンの水和反応でα−ヒドロキシイソ酪酸アミドを製造するための反応装置であって、前記反応装置は少なくとも２つの反応領域を直列に接続してなり、更に
（ａ）:前記反応装置における最初の反応領域（Ｉ）および最初の反応領域以外の少なくとも１つの反応領域（ＩＩ）に対して、アセトンシアンヒドリンを含む反応原料液を供給するための配管、
及び／又は、
（ｂ）:前記反応装置における最初の反応領域（Ｉ）に対して少なくとも１つの反応領域（ＩＩＩ）から抜出した反応液の少なくとも一部を循環供給するための配管、
を有する反応装置。
＜２３＞ （ｂ）において、さらに最初の反応領域以外の少なくとも１つの反応領域（ＩＩ）に対して、少なくとも１つの反応領域（ＩＩＩ）から抜出した反応液の少なくとも一部を循環供給するための配管を有する、＜２２＞に記載の反応装置。
＜２４＞ さらに、少なくとも１つの反応領域（ＩＩＩ）に対して水、アセトン、α−ヒドロキシイソ酪酸アミド、およびホルムアミドから選ばれる少なくとも１つの化合物を含む希釈剤、を供給するための配管を有する、＜２２＞または＜２３＞に記載の反応装置。
＜２５＞ 少なくとも１つの反応領域（ＩＩＩ）に対して、さらに酸化剤を供給するための配管を有する＜２２＞〜＜２４＞のいずれかに記載の反応装置。
＜２６＞ 酸化剤を抜き出すための設備が、最初の反応領域（Ｉ）、及び／又は最初の反応領域以外の少なくとも１つの反応領域（ＩＩ）から他の反応領域までの間、若しくは、最初の反応領域（Ｉ）、及び／又は最初の反応領域以外の少なくとも１つの反応領域（ＩＩ）の中間部に接続されている＜２２＞〜＜２５＞のいずれかに記載の反応装置。
１ａ：第一反応器
１ｂ：第二反応器
１ｃ：第三反応器
２ａ：第一反応領域
２ｂ：第二反応領域
２ｃ：第三反応領域
３ａ、３ｂ：反応原料液の供給ライン
４ａ、４ｂ、４ｃ：酸化剤の供給ライン
５ａ、５ｂ、５ｃ：酸化剤の抜出ライン
６ａ、６ｂ：循環ライン
７：冷却器
８：ポンプ
９：加熱器
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ：反応液の供給ライン
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ：反応液の流出ライン
１２ａ、１２ｂ：液貯め
１３ａ、１３ｂ：送液ライン

Claims (19)

  1. 少なくとも２つの反応領域を直列に接続した反応装置を用いて、マンガン酸化物を主成分とする触媒の存在下、アセトンシアンヒドリンの水和反応でα−ヒドロキシイソ酪酸アミドを製造する方法であって、
    工程（Ｂ）：前記反応装置における最初の反応領域（Ｉ）に、少なくとも１つの反応領域から抜出した反応液の少なくとも一部を循環供給する工程、及び
    工程（ｂ１）：さらに最初の反応領域以外の少なくとも１つの反応領域に、少なくとも１つの反応領域から抜出した反応液の少なくとも一部を循環供給する工程、
    を有し、
    前記反応装置内の少なくとも１つの反応領域に対して酸化剤を供給することを特徴とするα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法。
  2. 少なくとも２つの反応領域を直列に接続した反応装置を用いて、マンガン酸化物を主成分とする触媒の存在下、アセトンシアンヒドリンの水和反応でα−ヒドロキシイソ酪酸アミドを製造する方法であって、
    工程（Ａ）：前記反応装置における最初の反応領域（Ｉ）および最初の反応領域以外の少なくとも１つの反応領域に、アセトンシアンヒドリンを含む反応原料液を分割供給する工程、
    工程（Ｂ）：前記反応装置における最初の反応領域（Ｉ）に、少なくとも１つの反応領域から抜出した反応液の少なくとも一部を循環供給する工程、及び
    工程（ｂ１）：さらに最初の反応領域以外の少なくとも１つの反応領域に、少なくとも１つの反応領域から抜出した反応液の少なくとも一部を循環供給する工程、
    を有し、
    前記反応装置内の少なくとも１つの反応領域に対して酸化剤を供給することを特徴とするα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法。
  3. 前記工程（ｂ1）のうちの少なくとも一部が、最初の反応領域（Ｉ）へ反応液を循環供給するために該反応液を抜出する少なくとも１つの反応領域の中で、最も反応装置の入り口に近い反応領域よりも反応装置の出口に近い位置で行われることを特徴とする、請求項１または２に記載のα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法である。
  4. 前記工程（ｂ1）のうちの少なくとも一部が、最初の反応領域（Ｉ）へ反応液を循環供給するために該反応液を抜出するいずれの反応領域よりも反応装置の出口に近い位置で行われることを特徴とする、請求項３に記載のα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法。
  5. 前記工程（ｂ1）における、前記最初の反応領域以外の少なくとも１つの反応領域と、前記少なくとも１つの反応領域とが同一の反応領域である、請求項１〜４のいずれかに記載のα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法。
  6. 前記直列に接続した反応領域の数が７以下である、請求項１〜５のいずれかに記載のα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法。
  7. 工程（Ａ）におけるアセトンシアンヒドリンを含む反応原料液を供給する反応領域の数が５以下である、請求項２に記載のα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法。
  8. アセトンシアンヒドリンを含む反応原料液を供給する工程を有し、該反応原料液の全量中のアセトンシアンヒドリンの割合が、３０重量％以上であることを特徴とする、請求項１に記載のα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法。
  9. 前記反応原料液の全量中のアセトンシアンヒドリンの割合が、３０重量％以上であることを特徴とする、請求項２に記載のα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法。
  10. 前記少なくとも２つの反応領域に供給される反応領域供給液（Ｃ）の全量中の、アセトンシアンヒドリンの割合が２５重量％以下であり、前記反応領域供給液（Ｃ）が、各々の反応領域に供給される液であり、反応原料液、希釈剤、および反応領域より流出若しくは抜出した反応液からなる群より選ばれる少なくとも１つであることを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載のα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法。
  11. 前記酸化剤として酸素を含むガスを用い、酸素を含むガス中の酸素濃度が２〜５０容量％の範囲内であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載のα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法。
  12. 酸素濃度が低下してしまったガスを抜き出しながら酸素濃度が充分なガスを供給して反応領域のガスを入れ替えることを特徴とする、請求項１１に記載のα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法。
  13. 前記マンガン酸化物を主成分とする触媒が、二酸化マンガンであることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載のα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法。
  14. 前記マンガン酸化物を主成分とする触媒が、
    組成式：ＭｎａＫｂＭｃＯｄ
    （式中、Ｍｎはマンガンを、Ｋはカリウムを、Ｏは酸素を表し、Ｍは、Ｖ、Ｓｎ及びＢｉから選択される少なくとも１種類の元素を表し、各元素の原子比は、ａ＝１とするとき、ｂは０．００５〜０．５の範囲、ｃは０．００１〜０．１の範囲、ｄ＝１．７〜２．０の範囲である）
    で表わされる化合物を含むことを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載のα−ヒドロキシイソ酪酸アミドの製造方法。
  15. マンガン酸化物を主成分とする触媒の存在下、アセトンシアンヒドリンの水和反応でα−ヒドロキシイソ酪酸アミドを製造するための反応装置であって、前記反応装置は少なくとも２つの反応領域を直列に接続してなり、更に
    （ａ）:前記反応装置における最初の反応領域（Ｉ）および最初の反応領域以外の少なくとも１つの反応領域に対してアセトンシアンヒドリンを含む反応原料液を分割供給するための配管、及び／又は、
    （ｂ）:前記反応装置における最初の反応領域（Ｉ）に対して少なくとも１つの反応領域から抜出した反応液の少なくとも一部を循環供給するための配管、
    を有し、
    少なくとも１つの反応領域に対して、さらに酸化剤を供給するための配管を有する反応装置。
  16. さらに、最初の反応領域以外の少なくとも１つの反応領域に、少なくとも１つの反応領域から抜出した反応液の少なくとも一部を循環供給するための配管を有する、請求項１５に記載の反応装置。
  17. 最初の反応領域以外の少なくとも１つの反応領域、その反応領域へ循環供給する反応液を取り出す少なくとも１つの反応領域、およびその両者をつなぐ配管の三者から構成される循環ループを１つ以上有し、該循環ループのうちの少なくとも１つの循環ループ（Ｖ）を構成している、前記最初の反応領域以外の少なくとも１つの反応領域と前記反応液を取り出す少なくとも１つの反応領域の両方が、最初の反応領域（Ｉ）に対して反応液を循環供給するために該反応液を抜出する少なくとも１つの反応領域のうちの最も反応装置の入り口に近い反応領域よりも、反応装置の出口に近い位置に設置されることを特徴とする、請求項１６に記載の反応装置。
  18. 循環ループ（Ｖ）を構成している、前記最初の反応領域以外の少なくとも１つの反応領域と前記反応液を取り出す少なくとも１つの反応領域の両方が、最初の反応領域（Ｉ）に対して反応液を循環供給するために反応液を抜出するいずれの反応領域よりも、反応装置の出口により近い位置に設置されることを特徴とする、請求項１７に記載の反応装置。
  19. 酸化剤を抜き出すための設備が、最初の反応領域（Ｉ）、及び／又は最初の反応領域以外の少なくとも１つの反応領域から他の反応領域までの間、若しくは、最初の反応領域（Ｉ）、及び／又は最初の反応領域以外の少なくとも１つの反応領域の中間部に接続されている、請求項１５〜１８のいずれかに記載の反応装置。
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