PROCEDIMIENTO PARA PRODUCIR UNA SOLUCION ACUOSA DE ACRILAMIDA USANDO UN CATALIZADOR BIOLOGICO
CAMPO DE LA INVENCION La presente invención se refiere a un procedimiento y a un dispositivo para la producción de una solución acuosa de acrilamida por medio de la hidratación de acrilnitrilo en una solución acuosa en la presencia de un catalizador biológico. ANTECEDENTES DE LA INVENCION Se conoce desde hace mucho tiempo la reacción de transformación de acrilnitrilo a acrilamida en la presencia de un catalizador biológico adecuado en agua y se describe por ejemplo en la DE 30 17 005 C2, en este procedimiento el catalizador biológico está inmovilizado. En la DE 44 80 132 C2 y en la EP 0 188 316 Bl se describen catalizadores biológicos especiales para la transformación de acrilnitrilo a acrilamida. La US 5,334,519 muestra la hidratación de acrilnitrilo para dar acrilamida en la presencia de catalizador biológicos y iones de cobalto. Todas esas enseñanzas tienen la desventaja de gue el catalizador biológico se desgasta durante la reacción, de tal forma que su actividad se reduce y se forman más productos secundarios indeseados. SUMARIO DE LA INVENCION La tarea de la presente invención es por lo tanto el presentar un procedimiento en el cual durante la reacción, se desgaste el catalizador biológico lo menos posible, se optimice el tiempo destinado a cada carga y se minimizen los productos secundarios . La tarea se resuelve de acuerdo con la invención por medio de un procedimiento para producir una solución acuosa de acrilamida por medio de la hidratación de acrilnitrilo disuelto en una solución acuosa en la presencia de un catalizador biológico, en el cual se vigila el transcurso de la reacción por medio de una medición en linea. Al inicio de la reacción se introducen al reactor agua completamente desmineralizada y el catalizador biológico y se lleva a una temperatura de 15 a 25° C, preferentemente de 16 a 20° C. Después de que se haya alcanzado la temperatura, se agrega el acrilnitrilo al reactor y empieza la reacción para formar acrilamida. Preferentemente toda la reacción transcurre de forma isotérmica, debiendo enfriarla durante toda la reacción para eliminar el calor de reacción. Con respecto al enfriamiento de la mezcla de reacción se hace referencia a la solicitud paralela con el número de acta interno ST0031, que aquí se presenta como referencia y por lo tanto es válida como parte de la descripción. La concentración de la biomasa en la substancia seca es al inicio de la reacción preferentemente 0.03-2.5 g/1, especialmente se prefiere 0.05-1 g/1 y el valor de pH es 6.0-8.0 especialmente 6.5-7.5. De acuerdo con la invención la reacción de transformación de acrilnitrilo a acrilamida se vigila con una medición en linea. Una medición en linea en el sentido de la invención es una medición en la cual se realiza el análisis de la mezcla de reacción continua o semi-continuamente directamente en la instalación. Esta medición en linea puede ser realizado con cualquier aparato de medición adecuado, en el cual la mezcla de reacción fluya continuamente a través del aparato de medición en linea, preferentemente durante toda la duración de la reacción. Sin embargo la medición en linea se realiza con un aparato infrarrojo de transformación de Fourier (aparato FT-IR) . Preferentemente se realiza la medición en linea en un circuito de bombeo, en el cual una parte de la mezcla de reacción se hace circular con la ayuda de una bomba. En este circuito de bombeo está colocado cuando menos un intercambiador de calor, con el cual puede eliminarse el calor de la reacción. Preferentemente el intercambiador de calor es un intercambiador de calor en forma de haz tubular, en el cual la mezcla de reacción ventajosamente no cambia de dirección con lo que se evita la descomposición de la misma sobre las superficies del intercambiador de calor. En una forma de realización preferida de la presente invención la bomba y el intercambiador de calor se colocan de tal forma que por un lado se evitan variaciones de temperatura en el reactor y por otro lado se evita que la bomba proporcione demasiada energía. Preferentemente la bomba es una bomba de canal lateral acoplada magnéticamente .
Ventajosamente el intercambiador de calor está colocado en el circuito de bombeo antes de la medición en linea, para que con esto esa medición se realice en lo posible a las mismas temperaturas, de tal forma que pueda evitarse un error en la medición provocado por oscilaciones en la temperatura . En una forma de realización preferida, con la medición en linea se determina cuando menos la concentración de acrilnitrilo y la de acrilamina. Preferentemente esas concentraciones se determinan cuando menos cada cuatro minutos, en especial se prefiere por los menos cada dos minutos . En este espacio de tiempo se toma preferentemente 1 espectro con 32 o 64 exploraciones (scans), en especial se prefieren 64 exploraciones - para lo cual se suman los interferrogramas y luego se dividen entre el número de mediciones- y el valor obtenido se divide entre el espectro del fondo. El espectro asi obtenido se utiliza para determinar la concentración de acrilnitrilo o de acrilamida. En una forma de realización preferida de la presente invención los valores medidos por medio de la medición en linea se utilizan para regular la reacción de transformación biocatali zada de acrilnitrilo a acrilamida. Preferentemente se regulan la concentración de catalizador biológico, la temperatura y/o la concentración de acrilnitrilo. Además con la medición en linea puede determinarse el momento en el cual se interrumpe la reacción . Después de terminar la dosificación del acrilnitrilo se requiere un tiempo de post-reacción de preferentemente 4 a 20 minutos, en especial se prefieren 5 a 10 minutos, para que el acrilnitrilo se transforme lo más completamente posible. Durante este tiempo de post-reacción es ventajoso el que el enfriamiento se reduzca sucesivamente con el desvio. Igualmente puede controlarse la extensión del tiempo de post-reacción por medio de la medición en linea. El procedimiento de acuerdo con la invención puede realizarse con cualquier catalizador biológico, que catalice la transformación de acrilnitrilo a acrilamida.
Preferentemente sin embargo el catalizador biológico es Rhodococcus rhodochrous que se encuentra depositado con el número de deposito 14230 en la DSMZ, Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH (Colección alemana de microorganismos y cultivos celulares, S.deR.L.), Mascheroder Weg Ib, D-38124
Braunschweig, Alemania. El procedimiento de acuerdo con la invención tiene las ventajas de que durante la reacción de transformación de acrilnitrilo a acrilamida, el catalizador biológico se mantiene constante la actividad del catalizador biológico, de que se presentan pocos productos secundarios, de que la transformación del acrilnitrilo es casi completa y de que puede obtenerse una solución de acrilamida de hasta el 50% en peso. El procedimiento de acuerdo con la invención puede realizarse de manera sencilla y económica. Los tiempos de reacción pueden reducirse drásticamente con el procedimiento de acuerdo con la invención. El catalizador biológico se aprovecha de manera óptima .
El procedimiento de acuerdo con la invención se realiza preferentemente en un dispositivo para producir una solución acuosa de acrilamida por medio de la hidratación de acrilnitrilo en una solución acuosa en la presencia de un catalizador biológico que presenta una medición en linea. Este dispositivo es por lo tanto otro objeto de la presente invención. De acuerdo con la invención el dispositivo presenta una medición en linea. Una medición en linea en el sentido de la invención es una medición en la cual se realiza el análisis de la mezcla de reacción continua o semi-continuamente directamente en la instalación. Esta medición en linea puede ser realizado con cualquier aparato de medición adecuado, en el cual la mezcla de reacción fluya continuamente a través del aparato de medición en linea, preferentemente durante toda la duración de la reacción. Sin embargo la medición en linea se realiza preferentemente con un aparato infrarrojo de transformación de Fourier (aparato FT-IR) , quedando el técnico sorprendido de que este método de medición ha demostrado ser especialmente adecuado a pesar de la mezcla de reacción muy turbia. Para la medición en linea con un FT-IR no se debe exceder una disolución de 8 cm"1. En especial se prefiere una disolución de 4.0 cm-1. Preferentemente se realiza la medición en linea en un circuito de bombeo, en el cual una parte de la mezcla de reacción se hace circular con la ayuda de una bomba. Este circuito de bombeo está unido preferentemente con un reactor en el cual tiene lugar la transformación del acrilnitrilo a acrilamida. En este circuito de bombeo preferentemente está provisto cuando menos un intercambiador de calor, con el cual puede eliminarse el calor de reacción, que se forma durante la transformación de acrilnitrilo a acrilamida. Preferentemente el intercambiador de calor es un intercambiador de calor en forma de haz tubular, en el cual la mezcla de reacción ventajosamente no cambia de dirección, evitándose la descomposición de la mezcla sobre las superficies del intercambiador de calor. En una forma de realización preferida de la presente invención, se colocan la bomba y el o los intercambiadores de calor de tal forma que por un lado se evitan variaciones de temperatura en el reactor y por otro lado se evita que la bomba proporcione demasiada energía. Preferentemente la bomba es una bomba de canal lateral . Ventajosamente el intercambiador de calor está colocado en el circuito de bombeo antes de la medición en línea, para que con esto esa medición se realice en lo posible a las mismas temperaturas, de tal forma que pueda evitarse un error en la medición provocado por oscilaciones en la temperatura . En una forma de realización preferida, con la medición en línea se determina cuando menos la concentración de acrilnitrilo y la de acrilamina. Preferentemente esas concentraciones se determinan cuando menos cada cuatro minutos, en especial se prefiere por los menos cada dos minutos. En este espacio de tiempo se toma preferentemente 1 espectro con 32 o 64 exploraciones (scans), en especial se prefieren 64 exploraciones - para lo cual se suman los interferrogramas y luego se dividen entre el número de mediciones - y el valor obtenido se divide entre el espectro del fondo. El espectro asi obtenido se utiliza para determinar la concentración de acrilnitrilo o de acrilamida. En una forma de realización preferida de la presente invención los valores medidos por medio de la medición en linea se utilizan para regular la reacción de transformación biocatali zada de acrilnitrilo a acrilamida. Preferentemente se regulan la concentración de catalizador biológico, la temperatura y/o la concentración de acrilnitrilo. Además con la medición en linea puede determinarse el momento en el cual se interrumpe la reacción . Después de terminar la dosificación del acrilnitrilo se requiere un tiempo de post-reacción de preferentemente 4 a 20 minutos, en especial se prefieren 5 a 10 minutos, para que el acrilnitrilo se transforme lo más completamente posible. Durante este tiempo de post-reacción es ventajoso el que el enfriamiento se reduzca sucesivamente con el desvio. Igualmente puede controlarse la extensión del tiempo de post-reacción por medio de la medición en linea. El dispositivo de acuerdo con la invención tiene las ventajas de que durante la reacción de transformación de acrilnitrilo a acrilamida, el catalizador biológico se mantiene constante la actividad del catalizador biológico, de que se presentan pocos productos secundarios, de que la transformación del acrilnitrilo es casi completa y de que puede obtenerse una solución de acrilamida de hasta el 50% en peso. El dispositivo de acuerdo con la invención puede producirse de manera sencilla y económica. Los tiempos de reacción pueden reducirse drásticamente con el procedimiento de acuerdo con la invención. El catalizador biológico se aprovecha de manera óptima . DESCRIPCIÓN DE LA FIGURA A continuación se describirá la invención más detalladamente con la ayuda de la figura 1. Estas descripciones son principalmente e emplificativas y no limitan el alcance general de la invención. La figura 1 muestra un esquema del procedimiento de acuerdo con la invención o de partes del dispositivo de acuerdo con la invención. DESCRIPCIÓN DE LA INVENCION Antes del inicio de la propia reacción de transformación de acrilnitrilo a acrilamida, se introduce en el reactor 3 agua completamente desmineralizada 1 y la suspensión 2, que contiene al catalizador biológico. El contenido del reactor 3 se mezcla homogéneamente con un agitador 16 impulsado con un motor. En la parte exterior del reactor 3 se encuentran colocadas mangueras de enfriamiento 17, que están conectadas con la entrada de agua fría 5 y con la salida de agua fría . El técnico puede reconocer que con estas mangueras de enfriamiento también puede precalentarse el contenido del reactor a una temperatura determinada, antes del inicio de la propia reacción. Además el reactor 3 presenta un circuito de bombeo 18, a través el cual se hace circular una parte del contenido del reactor por medio de una bomba de canal lateral 7 acoplada de forma magnética. En el circuito de bombeo 18 están colocados tres intercambiadores de calor 6 en forma de haces tubulares, los cuales se encuentran conectados en paralelo, con los cuales se puede calentar o enfriar el contenido del reactor. Los intercambiadores de calor 6 igualmente están conectados en serie con la entrada o con la salida agua fría. Además el circuito de bombeo presenta una desviación 15, con la cual se puede evitar el paso a través del intercambiador de calor 6. Las válvulas correspondientes no han sido representadas. En el circuito de bombeo está colocado además del aparato infrarrojo de transformación de Fourier (aparato FT-IR) 9 para medir en linea la concentración de acrilnitrilo y de acrilamida en la corriente circulante 18 y con esto en el reactor 3. La corriente de muestra se toma en el circuito de bombeo 18 y se impulsa continuamente con la bomba de émbolo-membrana 8 hacia el aparato FT-IR 9 y allí se analiza. El aparato FT-IR es un Avatar System 360 de la firma Niolet (sede de la sucursal alemana: Offenbach, Alemania). El aparato en el transcurso de 1.5 minutos produce un espectro con 64 exploraciones.
El espectro obtenido de esa forma se utiliza para determinar la correspondiente concentración de acrilnitrilo o acrilamida. La disolución es de 4 cm"1. Después de 2 minutos se mide el siguiente espectro, de tal forma que cada dos minutos se obtiene un valor medido de la concentración de acrilamida y de acrilnitrilo. Los valores medidos se utilizan para controlar el procedimiento. Justo antes de que el circuito de bombeo 18 entre otra vez al reactor, desde el deposito para acrilnitirlo 10 con la ayuda de la bomba dosificadora de membrana 11 vez al reactor 3, se le agrega el acrilnitrilo que va a transformarse. El deposito de acrilnitrilo 10 y el reactor 3 están conectados entre si a través de un conducto pendular 19 del lado de entrada del gas. El conducto 19 se abre antes de iniciar la dosificación del acrilnitrilo y se vuelve a cerrar después de haber terminado la dosificación. Al terminar la reacción se separa la acrilamida acuosa de la biomasa con la ayuda de una centrifuga con ranuras anulares 12 y la acrilamida acuosa se envia al deposito 13 y la biomasa al deposito 14.
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Referencia del archivo del solicitante o Solicitud internacional no. : agente : ST0030PCT
INDICACIONES RELACIONADAS A UN MICROORGANISMO U OTRO MATERIAL BIOLOGICO DEPOSITADO [Regla 13bis PCT)
A. Las indicaciones siguientes se refieren a los microorganismos referidos en la descripción en la página 3 linea 31-32 B. IDENTIFICACIÓN DEL DEPOSITO Otros depósitos se identifican en hojas separadas ? Nombre de la Institución de deposito DSM-Deutsche Sammlun für Mikroor anismen und
C. INDICACIONES ADICIONALES [en su caso dejar en blanco] Esta información continua en otra hoja ?
D. PAÍSES DESIGNADOS PARA LOS CUALES SE REALIZAN LAS INDICACIONES [si las indicaciones no son para todos los países}
E. PRESENTACIÓN SEPARADA DE INDICACIONES [en su caso dejar en blanco]
Las siguientes indicaciones se enviaron después a la Oficina Internacional (especificar la naturaleza de las indicaciones, por ejemplo "Numero de acceso de depósito") Para el uso de la oficina receptora únicamente Para el uso de la Oficina Internacional únicamente 13 Esta forma fue recibida con la solicitud internacional ? La forma fue recibida por la Oficina Internacional el: 09 julio 2002 (09.07.02) Oficial certificante Oficial autorizador Cocky van Amstel