PROCEDIMIENTO Y DISPOSITIVO 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 acrilamída 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 catalizador 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 que se forman más productos secundarios indeseados .
SUMARIO DE LA INVENCION La tarea de la presente invención es por lo tanto el presentar un procedimiento que sea lo más amable posible con el medio ambiente y en el cual 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 el catalizador biológico se separa de la solución acuosa de acrilamida en el transcurso de = 2 horas, preferentemente en el transcurso de = 1 hora después del término de la reacción. 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 aqui 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. 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. La reacción de acuerdo con la invención termina cuando el contenido residual de acrilnitrilo en la solución de acrilamida es menor a 10 ppm, preferentemente menor a 5 ppm. De acuerdo con la invención, se retira el catalizador biológico de la solución acuosa de acrilamida, después de terminar la reacción en el transcurso de = 2 horas, preferentemente en el transcurso de = 1 hora. Preferentemente se realiza la separación del catalizador biológico con una centrifuga tubular, como la que es descrita en el documento técnico-científico "Separadores" del Dr. Ing. Heinz Hemfort . La documentación puede obtenerse de la Firma GEA estfalia Separator AG, Werner-Habig-StraBe 1, D-59302 Oelde y se presenta como referencia y por lo tanto es válida como parte de la descripción. Igualmente se realiza la separación del catalizador biológico preferentemente con una centrífuga de trabajo cuando menos semi-continuo, con vaciado automático. Especialmente se prefiere que la centrífuga sea una centrífuga con intersticios anulares, como la que describe el documento técnico-científico "Separadores" del Dr. Ing. Heinz Hemfort. En una forma de realización preferida de la presente invención el flujo claro que sale de la centrífuga se vigila con un medio óptico. Este medio óptico es preferentemente una barrera luminosa que está ajustada al grado de turbiedad deseado de la acrilamina sometida a la aclaración. La barrera luminosa está montada en la armadura de impulsión de la centrífuga y emite la luz sobre la solución acuosa de acrilamida que fluye. La barrera luminosa consiste de una fuente luminosa y un receptor. La intensidad luminosa de la fuente luminosa preferentemente se ajusta de tal forma que el rayo luminoso debilitado por la absorción en la solución acuosa de acrilamida, a la cual es dirigido ese rayo, todavía es suficiente para llegar al receptor con una intensidad residual, para que este envíe una señal que indique que la separación del catalizador biológico es suficiente. Si la absorción de la luz es mayor al empezar a enturbiarse la solución con el catalizador biológico, entonces se reduce la intensidad luminosa y el receptor envía una señal indicadora de que la separación del catalizador biológico ya no es suficiente. Esta señal se utiliza preferentemente para controlar a las centrífugas. Preferentemente con esta señal se regulan los intervalos de vaciado y limpieza de las centrífugas . Ventajosamente el catalizador biológico es floculado antes de ser retirado. La floculación puede tener lugar en el reactor en el cual también se transforma el acrilnitrilo a acrilamida. Sin embargo preferentemente la floculación se realiza en un recipiente de floculación separado. La floculación puede realizarse con cualquier agente floculante adecuado. Ventajosamente sin embargo, la floculación se realiza con sulfato de aluminio y/o con un polímero aniónico . Los polímeros aniónicos adecuados son por ejemplo los productos Praestol® 2510 o Praestol® 2530 de la solicitante. Preferentemente la floculación se realiza a un valor de pH de 6.8 a 8.0 en especialmente se prefiere a un valor de pH de 7.0 a 7.5. Después de que se han eliminado de la solución acuosa de acrilamida, el cataliador biológico y la biomasa, la solución de acrilamida se ajusta a un valor de pH de 4.5 a 7.0, especialmente se prefiere de 5.5 a 6.5. En una forma de realización preferida de la presente invención el catalizador biológico se retira continuamente al lavar la acrilamida cuando menos una vez o preferentemente múltiples veces, y eliminación del agua usada para lavar. Igualmente se prefiere que el catalizador biológico sea lavado tan frecuentemente hasta que la concentración de acrilamida en el catalizador biológico sea < 10 ppm, especialmente <5 ppm. El agua de lavado cargada con acrilamida se recicla en el proceso y por ejemplo se deposita en el reactor. Entonces en esta agua se suspende el catalizador biológico, antes ce que empiece realmente la transformación de acrilnitrilo a acrilamida . Después del lavado, el catalizador biológico preferentemente se esteriliza y después se desecha en forma de basura biológica común. La esterilización se realiza preferentemente por medio de calentamiento corto del catalizador biológico a temperaturas >80° C. El procedimiento de acuerdo con la invención puede realizarse con cualquier biocataliador, el cual cataliza la reacción de 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 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. El catalizador biológico se aprovecha de manera óptima y puede desecharse como basura biológica. El agua que se utiliza para lavar al catalizador biológico puede reciclarse al proceso . 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 con un reactor y una centrifuga tubular para separar el catalizador biológico de la solución acuosa de acrilamida. Este dispositivo es por lo tanto otro objeto de la presente invención. Las centrifugas tubulares son descritas en el documento técnico-cientifico "Separadores" del Dr. Ing. Heinz Hemfort. Otro objeto de la presente invención es un dispositivo para producir una solución acuosa de acrilamida por medio de hidratación de acrilnitrilo en una solución acuosa en la presencia de un catalizador biológico con un reactor y una centrifuga de trabajo cuando menos semi-continuo, con vaciado automático, para separar el catalizador biológico de la solución acuosa de acrilamida. Preferentemente la centrifuga de trabajo cuando menos semi-continuo es una centrifuga de vaciado automático con intersticios anulares o con placas con intersticios anulares, como la que describe el documento técnico-cientifico
"Separadores" del Dr. Ing. Heinz Hemfort. Con respecto a la regulación de la centrifuga se hace referencia a lo antes descrito. El dispositivo de acuerdo con la invención tiene las ventajas 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 realizarse de manera sencilla y económica. El catalizador biológico se aprovecha de manera óptima y puede desecharse como basura biológica . DESCRIPCIÓN DE LA FIGURA A continuación se describirá la invención más detalladamente con la ayuda de la figura 1. Estas descripciones son principalmente ejemplificativas 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 fria 5 y con la salida de agua fria 4. 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. Los valores medidos se utilizan para controlar el procedimiento. Justo antes de que el circuito de bombeo entre otra vez al reactor, desde el deposito para acrilnitirlo 10 con la ayuda de la bomba dosificadora de membrana 11, se le agrega el acrilnitrilo que va a transformarse. El depósito de acrilnitrilo 10 y el reactor 3 están conectados entre sí 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 dosificación del acrilnitrilo se requiere un tiempo de post-reacción de 5-20 minutos, para cuando menos transformar casi completamente el acrilnitrilo. La reacción se considera finalizada cuando la concentración de acrilamida en el catalizador biológica es < 10 ppm. Al finalizar la reacción la suspensión se bombea a un recipiente separado (no representado) y el catalizador biológico se flocula a un valor de pH de 7.0 a 7.5 con sulfato de aluminio. Posteriormente el catalizador biológico se separa de la acrilamida en una centrífuga 12 con intersticios anulares de trabajo cuando menos semi-continuo y con vaciado automático de la firma Westfalia Separator AG, Werner-Habig-StraBe 1, D-59302 República Federal Alemana, terminándose la separación cuando mucho una hora después de haber terminado la reacción. La centrífuga de intersticios anulares se regula con la señal de una barrera luminosa (no representada) , la cual se encuentra en el conducto 20. En especial con la señal de la barrera luminosa se regula el vaciado parcialmente continuo de la centrifuga. La acrilamida acuosa se recibe en el depósito 13 y se ajusta a un valor pH de 5.5 a 6.5. El catalizador biológico se recibe en un depósito 14 y después se lava repetidas veces con agua completamente desmineralizada y se elimina el agua, para liberar al catalizador biológico de la acrilamida. El agua de lavado se recicla otra vez al proceso a través del conducto 1. El catalizador biológico lavado se esteriliza con vapor y se desecha como basura biológica .
Referencia del archivo del solicitante o Solicitud internacional no. agente : ST0032PCT
INDICACIONES RELACIONADAS A UN ICROORGA ISMO U OTRO MATERIAL BIOLOGICO DEPOSITADO [Regla 13bis PCT)
A. Las indicaciones siguientes se refieren a los microorganismos referidos en la descripción en la página 4 linea 10-11 B. IDENTIFICACIÓN D3L DEPOSITO Otros depósitos se identifican en hojas separadas ? Nombre de la Institución de deposito DSM-Deutsche Sammlung für Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH Dirección de la institución de deposito (incluyendo código postal y país:
Mascheroder Weg 18 D-38124 Braunschweig, Alemania Fecha de depósito: Número de acceso 11-04-2001 DSM 14230 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 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 ? Esta forma fue recibida con la solicitud internacional ? La forma fue recibida por la Oficina Internacional el:
Oficial certificante Oficial autorizador