KR20040015173A - 생촉매를 사용하는 아크릴아미드 수용액 제조 장치 및 방법 - Google Patents

생촉매를 사용하는 아크릴아미드 수용액 제조 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 생촉매의 존재 하의 수용액에서 아크릴니트릴의 수화작용에 의한 아크릴아미드 수용액의 제조 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

생촉매를 사용하는 아크릴아미드 수용액 제조 장치 및 방법{Method and device for producing an aqueous acrylamide solution using a biocatalyst}
물에서의 적절한 생촉매 존재하의 아크릴아미드로 아크릴로니트릴의 변환은 오랫동안 알려져 있고, 예를 들어, 고정화된 생촉매를 사용하는 방법의 DE 30 17 005 C2에서 기재되어 있다. DE 44 80 132 C2 및 EP 0 188 316 B1은 아크릴아미드로 아크릴로니트릴의 변환을 위한 특정 생촉매를 기재한다. US 5,334,519는 생촉매 및 코발트 이온의 존재하에서 아크릴아미드를 형성하는 아크릴로니트릴의 수화작용을 나타낸다. 이러한 모든 지침은 원하지 않는 부생성물이 제조되는 단점을 갖는다.
본 발명은 생촉매 존재하의 수용액에서 아크릴로니트릴을 수화함으로서 아크릴아미드 수용액을 제조하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 방법 또는 본 발명에 따른 장치의 일부의 개략도이다.
그러므로, 본 발명의 목적은 부생성물을 최소화하는 점에서 가능한 한환경친화적인 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따라서, 상기 목적은 생촉매 존재하의 수용액에서 아크릴로니트릴의 수화작용으로 아크릴아미드 수용액을 제조하는 방법으로 이루어지고, 상기 생촉매는 반응 후 ≤2시간이내에, 바람직하게는 ≤1시간이내에 아크릴아미드 수용액으로부터 분리된다.
반응 개시에서, 물 또는 생촉매는 반응기에 위치하고, 15 내지 25℃, 바람직하게는 16 내지 20℃의 온도로 가열된다. 온도가 도달하면, 아크릴로니트릴이 반응기에 첨가되고, 아크릴아미드의 변환이 시작된다. 바람직하게는, 모든 변환은 등온적으로 발생하여, 반응열을 제거하기 위해서는 모든 변환 중에 냉각이 필요하다. 반응 혼합물의 냉각에 관하여, 참조문헌은 내부문서번호 ST0031과 동시에 계류중인 출원으로, 여기서 참조문헌으로 사용되므로, 본 명세서의 일부분으로 간주될 것이다. 반응 개시에서, 생물량(biomass)의 농도는 바람직하게는 0.03-2.5g/l, 더욱 바람직하게는 0.05-1g/l이고, pH값은 바람직하게는 6.0-8.0, 더욱 바람직하게는 6.8-7.5이다.
아크릴로니트릴의 첨가가 완결되면, 바람직하게는 4 내지 20분, 더욱 바람직하게는 5 내지 20분의 이차 반응이 가능한 한 완전히 아크릴로니트릴을 변환시키기 위하여 요구된다.
반응은 아크릴아미드 수용액에서 아크릴로니트릴의 잔류량이 10ppm미만, 바람직하게는 5ppm미만일 때에 본 발명의 목적을 위해 종결된다.
본 발명에 따라서, 반응 후에 생촉매는 ≤2시간이내에, 바람직하게는 ≤시간이내에 아크릴아미드 수용액으로부터 분리된다.
바람직하게는, 생촉매는 예를 들어, "Separators", Techical and Scientific Documentation에서 Dr.-Ing. Heinz Hemfort에 의해 개시된 바와 같은 관상 원심분리기에 의하여 분리된다. 참고문서는 회사 GEA Westfalia Separator AG, Werner-Habig-Strasse 1, D-59302 Oelde로부터 얻을 수 있고, 여기서 참고문서로 도입되므로, 본 명세서의 일부분으로 간주될 것이다.
또한, 바람직하게는 생촉매는 적어도 부분적으로 지속적인 자체-배출 원심분리기로 분리된다. 더욱 바람직하게는, 이 원심분리기는 예를 들어, "Separators", Techical and Scientific Documentation에서 Dr.-Ing. Heinz Hemfort에 의해 개시된 바와 같은 환상 갭(annular gap) 원심분리기이다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 원심분리기로부터의 투명한 배출액은 광학적인 수단을 사용하여 모니터된다. 이 광학적인 수단은 바람직하게는 투명한 배출액에서 아크릴아미드의 원하는 혼탁도에 대한 장치된 광선 장벽(light barrier)이다. 광선 장벽은 원심분리기에서 배출액 밸브에 합체되고, 배출된 아크릴아미드 수용액을 통하여 광선을 통과시킨다. 광선 장벽은 광선 원천 및 수신기를 포함한다. 광선 원천의 광선 강도는 바람직하게는 투과된 아크릴아미드 수용액에서 흡수되어 약해진 광선이 생촉매의 알맞은 분리를 수신기가 나타내기에 충분한 잔류 강도로 수신기에 도착하도록 장치된다. 생촉매에 의해 야기된 혼탁의 개시는 광선 흡수가 더 커지도록 야기한다면, 광선 강도는 감소하고, 수신기는 생촉매의 분리가 더 이상 알맞지 않음을 나타내는 신호를 방출한다. 이 신호는 바람직하게는 원심분리를 조절하도록 사용된다. 바람직하게는, 이 신호는 원심분리기의 배출 또는 간격을 규제하도록 사용된다.
유익하게는, 생촉매는 분리 전에 응집된다. 응집은 아크릴로니트릴이 아크릴아미드로 변환되는 동일한 반응기에서 수행될 수 있다. 하지만, 바람직하게는 응집은 분리 응집기에서 수행된다. 응집은 적절한 응집 제제와 같이 수행될 수 있다. 하지만, 이롭게는 상기 응집은 알루미늄 술페이트와 같이 및/또는 음이온성 폴리머와 같이 수행된다. 적절한 음이온성 폴리머는 예를 들어, 출원인의 생산물 Praestol® 2510 또는 Praestol® 2530이다.
바람직하게는, 응집은 6.8-8.0의 pH값에서, 더욱 바람직하게는 7.0-7.7의 pH값에서 수행된다.
생촉매, 생물량은 아크릴아미드 수용액에서 제거되었을 때, 아크릴아미드 수용액은 바람직하게는 4.5-7.0, 더욱 바람직하게는 5.5-6.5의 pH값에서 장치된다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 생촉매는 적어도 단일, 더욱 바람직하게는 다중 세척 및 세척수의 분리에 의해 아크릴아미드에서 제거된 넓은 범위이상이다. 바람직하게는, 세척은 탈이온수로 수행한다. 또한, 바람직하게는, 생촉매는 생촉매에서의 아크릴아미드 농도가 ＜10ppm, 바람직하게는 ＜5ppm이하일때까지 세척된다.
아크릴아미드가 섞인 세척수는 공정에서 재순환되고, 예를 들어, 반응기에 위치된다. 그런 다음, 생촉매는 아크릴아미드로 아크릴로니트릴의 실질적인 변환이 시작되기 전에 이 물에 현탁된다.
세척 후, 생촉매는 바람직하게는 소독된 다음, 일반적인 생폐기물로 처리된다. 소독은 간략하게 ＞80℃의 온도로 생촉매를 가열하는 것으로 수행되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 방법은 아크릴아미드로 아크릴로니트릴의 변환을 촉진하는 어느 생촉매로 수행할 수 있다. 하지만, 바람직하게는 생촉매는 DSMZ, DeutscheSammlung von Mikrooganism und Zellkulturen GmbH (German Collection of Microorganisms and Cell Cultures Ltd), Mascheroder Weg 1b, D-38124 Braunschweig, Germany에 수탁번호 14230로 수탁된Rhodococcus rhodochrous이다.
본 발명에 따른 방법은 부생성물이 거의 제조되지 않고, 아크릴로니트릴의 변환이 거의 완전히 발생하고, 50 중량%의 아크릴아미드 용액이 성취될 수 있다는 이점이 있다. 생촉매는 최적의 범위까지 활용되고, 생폐기물로 처리될 수 있다. 생촉매를 세척하는데 사용된 물은 공정에서 재순환될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 바람직하게는 반응기 및 아크릴아미드 수용액으로부터 생촉매를 분리하기 위한 관상 원심분리기를 갖는, 생촉매 존재하의 수용액에서 아크릴로니트릴의 수화반응에 의한 아크릴아미드 수용액의 제조장치에서 수행된다. 그러므로, 이 장치는 본 발명의 추가적인 주제이다. 관상 원심분리기는 예를 들어, "Separators", Techical and Scientific Documentation에서 Dr.-Ing. Heinz Hemfort에 의하여 개시된다.
본 발명의 추가적인 주제는 바람직하게는 반응기 및 아크릴아미드 수용액으로부터 생촉매를 분리하기 위한 자체-배출 원심분리기를 갖는, 생촉매 존재하의 수용액에서 아크릴로니트릴의 수화반응에 의한 아크릴아미드 수용액의 제조장치이다.
바람직하게는 적어도 부분적으로 지속적인 자체-배출 원심분리기는 예를 들어, "Separators", Techical and Scientific Documentation에서 Dr.-Ing. Heinz Hemfort에 의해 개시된 바와 같은 환상 갭 원심분리기 또는 환상 갭 플레이트 원심분리기이다.
참조문헌은 원심분리기의 규제에 대한 참조문헌으로 상기 설명으로 구성된다.
본 발명에 따른 장치는 부생성물이 거의 제조되지 않고, 아크릴로니트릴의 변환이 거의 완전히 발생하고, 50 중량%의 아크릴아미드 용액이 성취될 수 있다는 이점이 있다. 본 발명에 따른 장치는 간단하고, 작동하기에 비용이 적게 든다. 생촉매는 최적의 범위까지 활용되고, 생폐기물로 처리될 수 있다.
본 발명은 도 1을 참조로 하여 추가 설명된다. 하지만, 이러한 설명은 오직 예로서 제시되는 것이며 본 발명의 일반 개념을 제한하지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 방법 또는 본 발명에 따른 장치의 일부의 개략도이다. 아크릴아미드로 아크릴로니트릴의 실질적인 전환의 개시 전에, 탈이온수(1)와 생촉매를 함유하는 현탁액(2)을 반응기(3)에 놓는다. 반응기(3)는 모터-구동 교반기(16)로 균질하게 혼합한다. 반응기(3) 외부에, 냉각수 주입구(5) 및 냉각수 배출구(4)와 연결된 냉각코일(17)이 있다. 당업자들은 이들 냉각 코일이 또한 실질적인 반응의 개시 전에 반응기 내용물을 특정 온도로 가열하는데 사용될 수 있음을 인식할 것이다.
추가로, 반응기(3)는 반응기 내용물의 일부가 자기적으로 연결된 측면 채널펌프(7)를 수단으로 순환되는 펌핑 서킷(18)을 포함한다. 펌핑 서킷(18)에는 반응기 내용물이 가열 또는 냉각될 수 있고 병렬적으로 연결된 3개의 원통 다관형 열 교환기(6)가 배치된다. 열교환기(6)는 또한 냉각수 주입구 또는 배출구와 연결된다. 이에 더하여, 펌핑 서킷은 열 교환기(6)가 우회될 수 있는 바이패스(15)를 포함한다. 상응하는 밸브는 나타내지 않는다. 펌핑 서킷은 또한 순환된 흐름 중 및 따라서 반응기 중의 아크릴로니트릴 및 아크릴아미드의 농도의 온-라인 측정을 위한 푸리에 변환 적외선 장치(FT-IR device)(9)를 포함한다. 샘플 흐름은 펌핑 서킷(18)으로부터 채취하여 피스톤-다이아프램 펌프(8)를 수단으로 FT-IR 장치(9)로 보내져서 분석된다. 분석 데이타는 방법을 조절하는 데 이용된다. 펌핑 서킷(18)이 반응기(3)로 다시 들어가기 직전에, 변환되어질 아크릴로니트릴이 다이아프램-공급 펌프(11)를 수단으로 아크릴로니트릴 리시버(10)으로부터 그것에 첨가된다. 아크릴로니트릴 리시버(10) 및 반응기(3)는 서로 가스 사이드(gas side)에서 펜듈럼 라인(pendulum line)(19)을 수단으로 연결된다. 라인(19)은 아크릴로니트릴의 첨가 개시 전에 열리고 첨가 완료 후에 닫힌다. 반응이 종료되면, 바람직하게는 5-20분의 이차 반응이 수성 아크릴아미드를 거의 완전하게 아크릴로니트릴로 변환하기 위해 필요하다. 반응은 생촉매에서 아크릴아미드 농도가 ＜10ppm일 때에 완결된 것으로 간주된다.
반응 종결되었을 때, 현탁액은 분리기(나타내지 않음)로 펌프되고, 생촉매는 알루미늄 술페이트로 7.0 내지 7.5의 pH값에서 응집된다. 그런 다음, 생촉매는 회사 GEA Westfalia Separator AG, Werner-Habig-Strasse 1, D-59302, FederalRepublic of Germany로부터 제조된, 부분적으로 지속적인 자체-배출 환상 갭 원심분리기(12)에서 아크릴아미드로부터 분리되고, 분리는 반응 후 적어도 1시간에 완결된다. 환상 갭 원심분리기는 라인(20)에 위치한 광선 장벽(나타내지 않음)으로부터의 신호로 인하여 조절된다. 특히, 광선 장벽으로부터의 신호는 원심분리기의 부분적으로 지속적인 배출을 조절한다. 수성 아크릴아미드는 리시버(13)에서 수집된 다음, 탈이온수로 여러번 세척되고, 생촉매를 아크릴아미드로부터 제거하기 위하여 배출된다. 세척수는 라인(1)을 통하여 공정에서 재순환된다. 새척된 생촉매는 증기로 소족되고 생폐기물로 처리된다.
본 발명의 상세한 설명 5페이지 3-7째 줄에 기재된 기탁된 미생물에 관한 사항
국제 기탁 기관
명칭: 저먼 콜렉션 오브 마크로올가리즘 앤 셀 컬쳐 리미티드
주소: 독일, 부라운쉬바이히 D-38124, 마쉐로더 벡 1b
수탁번호: DSM 14230
수탁일자: 2001.4.11.

Claims (22)

  1. 생촉매 존재하의 수용액에서 아크릴로니트릴의 수화 반응에 의하여 아크릴아미드 수용액을 제조하는 방법으로, 상기 생촉매는 반응 후 ≤ 2시간이내에, 바람직하게는 ≤1시간이내에 아크릴아미드 수용액으로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 생촉매는 관상 원심분리기로 분리되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 생촉매는 적어도 부분적으로 지속적으로 작동하는, 자체-배출 원심분리기로 분리되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 원심분리기는 환상(annular) 갭 원심분리기인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 2항 또는 제 4항에 있어서, 상기 원심분리기로부터의 투명한 배출액은 바람직하게는 광학적인 수단, 더욱 바람직하게는 광선 배리어(light barrier)를 사용하여 모니터하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 모니터는 원심분리기를 조절하는데 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1항 또는 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 생촉매는 분리전에 응집되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 알루미늄 술페이트가 응집제로 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 7항에 있어서, 음이온성 폴리머가 응집제로 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 7항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 응집은 6.8 ~ 8.0, 바람직하게는 7.0 ~ 7.5의 pH 값에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 생촉매가 제거된 아크릴아미드 수용액은 4.5 ~ 7.0, 바람직하게는 5.5 내지 6.5의 pH 값으로 되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분리된 생촉매는 적어도단일, 바람직하게는 다중 세척 및 분리에 의하여 아크릴아미드로부터 제거되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 세척은 탈이온수로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 12항 또는 제 13항에 있어서, 상기 생촉매 중의 아크릴아미드 농도는 ＜10ppm, 바람직하게는 ＜5ppm인 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 12항 또는 14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세척수는 공정에서 재순환 (재사용)되는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 12항 또는 15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 생촉매는 세척후에 소독되는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 1항 또는 제 16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 생촉매는 DSMZ(Deutsche Sammlung von Mikrooganism und Zellkulturen GmbH (German Collection of Microorganisms and Cell Cultures Ltd), Mascheroder Weg 1b, D-38124 Braunschweig, Germany)에 수탁번호 14230로 기탁된Rhodococcus rhodochrous인 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 반응기 및 아크릴아미드 수용액으로부터 생촉매를 분리하기 위한 관상 원심분리기를 갖는, 생촉매 존재하의 수용액에서 아크릴로니트릴의 수화반응에 의한 아크릴아미드 수용액을 제조하기 위한 장치.
  19. 반응기 및 아크릴아미드 수용액으로부터 생촉매를 분리하기 위한 적어도 부분적으로 지속적으로 작동하는 자체-배출 원심분리기를 갖는, 생촉매 존재하의 수용액에서 아크릴로니트릴의 수화반응에 의한 아크릴아미드 수용액을 제조하기 위한 장치.
  20. 제 19항에 있어서, 상기 원심분리기는 환상 갭 원심분리기인 것을 특징으로하는 장치.
  21. 제 18항 내지 제 20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원심분리기로부터의 투명한(clear) 배출액은 광학적인 수단을 사용하여 모니터되는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 제 21항에 있어서, 상기 신호는 원심분리기를 조절하는데 사용되는 것을 특징으로하는 장치.
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