СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА АКРИЛАМИДА Российский патент 2018 года по МПК C12P13/02 C12M1/34 C12M1/36 

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение предлагает способ и устройство для производства акриламида из акрилонитрила посредством использования биокатализатора.

Уровень техники

[0002] Способ производства заданного соединения посредством использования биокатализатора имеет преимущества, заключающиеся в том, что реакция осуществляется в мягких условиях, продукт реакции имеет высокую чистоту, потому что побочные продукты образуются в малых количествах, и производственный процесс может быть упрощен. С тех пор как был обнаружен биокатализатор, фермент нитрилгидратаза широко используется в производстве амидных соединений для превращения нитрильных соединений в амидные соединения.

[0003] В качестве способа промышленного производства акриламида посредством использования биокатализатора широко используется так называемая непрерывная реакция, в которой произведенный акриламид непрерывно или периодически извлекается из реактора без извлечения его водного раствора в полном количестве в процессе непрерывного или периодического введения исходного материала и биокатализатора в реактор.

[0004] В качестве способа непрерывного производства акриламида посредством использования биокатализатора существует, например, способ, согласно которому объем жидкости в реакторе фиксируется на постоянном уровне, исходный материал и биокатализатор поступают в реактор при постоянной скорости потока, и произведенный водный раствор акриламида выводится из реактора также при постоянной скорости потока (см. патентные публикации 1-3). Кроме того, в патентной публикации 4 описывается способ, согласно которому объем жидкости в реакторе фиксируется на постоянном уровне, но изменяются скорость потока исходного материала и биокатализатора, которые поступают в реактор, и скорость потока водного раствора акриламида, который выводится из реактора.

Публикации предшествующего уровня техники

Патентные публикации

[0005] Патентная публикация 1: японская патентная заявка № JP 2001-340091 A.

Патентная публикация 2: международная патентная заявка № WO 2012/039407 A.

Патентная публикация 3: международная патентная заявка № WO 2009/113654 A.

Патентная публикация 4: международная патентная заявка № WO 2010/038832 A.

Сущность изобретения

Проблемы, решаемые изобретением

[0006] В промышленном масштабе скорость производства акриламида изменяется в соответствии с потребностями. В способах, описанных в патентных публикациях 1-4, согласно которым количество реакционной жидкости в процессе непрерывной реакции фиксируется на постоянном уровне, продолжительность выдерживания реакционной смеси в реакторе изменяется по мере изменения скорости производства акриламида. Другими словами, продолжительность выдерживания реакционной смеси в реакторе уменьшается, когда скорость производства акриламида увеличивается, и, напротив, продолжительность выдерживания реакционной смеси в реакторе увеличивается, когда скорость производства акриламида уменьшается. Активность катализатора уменьшается, когда продолжительность выдерживания увеличивается, поскольку биокатализатор, который содержится в реакционной смеси, теряет свою активность с течением времени. В результате этого катализатор используется в большем количестве в целях компенсации уменьшения активности катализатора для производства акриламида.

[0007] С другой стороны, продолжительность реакции между катализатором и акрилонитрилом субстрата уменьшается, когда продолжительность выдерживания реакционной смеси в реакторе уменьшается, и, таким образом, катализатор используется в большем количестве в целях компенсации уменьшения продолжительности реакции для производства заданного количества акриламида. В промышленном масштабе существует недостаток, заключающийся в том, что продолжительность выдерживания должна увеличиваться или уменьшаться, и в результате этого увеличиваются количество используемого катализатора в целях производства заданного количества акриламида и стоимость производства акриламида.

[0008] Кроме того, даже в тех случаях, в которых скорость производства акриламида не изменяется, или это изменение является незначительным в течение продолжительного период времени, лишь в редких случаях продолжительность выдерживания акриламида в реакторе по отношению к его скорости производства представляет собой оптимальную продолжительность с точки зрения уменьшения количества используемого биокатализатора, даже когда количество реакционной жидкости в процессе непрерывной реакции фиксируется на постоянном уровне.

[0009] Кроме того, способ регулирования количества реакционной жидкости в реакторе посредством соответствующей установки питающего насоса, который направляет исходный материал в каждый реактор, или выпускного насоса, который выводит реакционную жидкость из реактора, в целях изменения продолжительности выдерживания реакционной смеси в процессе непрерывной реакции в соответствии со скоростью производства в промышленном масштабе не является предпочтительным, поскольку это не только усложняет работу, но также в значительной степени увеличивает стоимость оборудования.

[0010] Соответственно основная задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить технологию, которая может легко обеспечивать продолжительность выдерживания реакционной смеси в реакторе, подходящей для скорости производства, посредством регулирования количества реакционной жидкости в соответствии со скоростью производства и, таким образом, может уменьшать количество используемого биокатализатора в способе производства акриламида из акрилонитрила посредством использования биокатализатора.

Средства решения проблем

[0011] В целях решения вышеупомянутых проблем настоящее изобретение предлагает следующие условия [1]-[8].

[1] Способ производства акриламида из акрилонитрила в процессе непрерывной реакции с использованием биокатализатора в реакторах посредством использования двух или более реакторов, соединенных последовательно, в котором:

один реактор A и реактор B, присоединенный к реактору A на стороне впуска, находятся в сообщении друг с другом ниже поверхности реакционных жидкостей в обоих реакторах, причем

данный способ производства включает регулирование объема реакционной жидкости в реакторе B посредством регулирования уровня реакционной жидкости в реакторе A, который должен находиться между заданным положением соединительного отверстия в реакторе B и положением максимального уровня.

[2] Способ производства по пункту [1], в котором:

реактор A включает циркуляционный трубопровод для циркуляции реакционной жидкости и выпускной трубопровод для выпуска реакционной жидкости, и

уровень реакционной жидкости в реакторе A регулируется посредством регулирования объема реакционной жидкости, которая должна быть выпущена из реактора A, и/или объема реакционной жидкости, которая должна быть возвращена в реактор A путем циркуляции.

[3] Способ производства по пункту [1] или [2], в котором объем реакционной жидкости в одном или нескольких других реакторах, расположенных на стороне впуска, регулируется посредством регулирования уровня реакционной жидкости в самом нижнем по потоку реакторе среди двух или более реакторов.

[4] Способ производства по любому из пунктов [1]-[3], в котором объем реакционной жидкости в одном или нескольких других реакторах, расположенных на стороне впуска, составляет от 0,9-кратного до 1,2-кратного объема реакционной жидкости в самом нижнем по потоку реакторе среди двух или более реакторов.

[0012] [5] Устройство для производства акриламида из акрилонитрила в процессе непрерывной реакции с использованием биокатализатора в реакторах, причем данное устройство включает:

два или более реакторов, соединенных последовательно;

детекторный блок для определения уровня реакционной жидкости в реакторе A; и

блок управления для регулирования объема реакционной жидкости, которая должна быть выпущена из реактора A, и/или объема реакционной жидкости, которая должна быть возвращена в реактор A путем циркуляции, в котором

один реактор A и реактор B, присоединенный к реактору A на стороне впуска, имеют соединительное отверстие, расположенное ниже поверхности реакционных жидкостей в обоих реакторах.

[6] Устройство для производства по пункту [5], в котором блок управления принимает сигнал, поступающий от детекторного блока, и регулирует объем реакционной жидкости, которая должна быть выпущена из реактора A, и/или объем реакционной жидкости, которая должна быть возвращена в реактор A путем циркуляции в целях регулирования уровня реакционной жидкости в реакторе A, который должен находиться между заданным положением соединительного отверстия в реакторе B и положением максимального уровня.

[7] Устройство для производства по пункту [5] или [6], в котором:

реактор A включает циркуляционный трубопровод для циркуляции реакционной жидкости и выпускной трубопровод для выпуска реакционной жидкости, и

блок управления представляет собой насос или клапан, установленный в выпускном трубопроводе и/или циркуляционном трубопроводе.

[8] Устройство для производства по любому из пунктов [5]-[7], в котором соединительное отверстие представляет собой соединительное отверстие трубопровода для присоединения реакторов, или просвета, или зазора разделительной стенки к разделенным реакторам.

[0013] Кроме того, согласно еще одному аспекту настоящего изобретения, предлагаются следующие условия [9]-[14].

[9] Способ производства акриламида из акрилонитрила посредством использования биокатализатора, в котором:

объем жидкости в одном или нескольких реакторах, расположенных на стороне впуска, регулируется посредством регулирования количества реакционной жидкости в реакторе, расположенном на стороне выпуска двух или более соединенных реакторов.

[10] Способ производства акриламида по пункту [9], в котором количества реакционной жидкости в одном или нескольких реакторах, расположенных на стороне впуска, регулируются посредством регулирования количества реакционной жидкости в самом нижнем по потоку реакторе среди двух или более соединенных реакторов.

[11] Способ производства акриламида по пункту [9] или [10], в котором реактор, который располагается на стороне выпуска и регулирует количество реакционной жидкости, включает один или несколько циркуляционных трубопроводов реакционной жидкости и один или несколько питающих трубопроводов реакционной жидкости, и количество реакционной жидкости в реакторе, расположенном на стороне впуска, регулируется посредством регулирования скорости направления потока в питающем трубопроводе.

[12] Способ производства акриламида по пункту [11], в котором реактор, который располагается на стороне выпуска и регулирует количество реакционной жидкости, включает устройство для определения высоты поверхности реакционной жидкости и регулирует скорость направления потока реакционной жидкости в соответствии с высотой поверхности жидкости.

[13] Способ производства акриламида по любому из пунктов [9]-[13], в котором объем реакционной жидкости в одном или нескольких реакторах, которые располагаются на стороне впуска и имеют регулируемое количество реакционной жидкости, составляет от 0,9-кратного до 1,2-кратного объема жидкости в реакторе, который располагается на стороне выпуска и регулирует количество реакционной жидкости.

[0014] [14] Устройство для производства акриламида посредством использования биокатализатора, причем данное устройство включает множество реакторов, в котором:

соответствующие реакторы присоединяются друг к другу посредством трубы, или части просвета, или части зазора для разделения, и

реактор, расположенный на стороне выпуска, включает циркуляционный трубопровод для циркуляции реакционной жидкости в другой реактор и питающий трубопровод в целях выведения реакционной жидкости из реактора.

[0015] В настоящем описании термин "сторона впуска" означает сторону, на которой располагается реактор, в который в первую очередь поступает исходный материал для реакции (включая акрилонитрил, воду и биокатализатор) в направлении расположения реакторов, соединенных последовательно. Сторона впуска или сторона выпуска означает относительное положение, занимаемое среди реакторов.

Эффекты изобретения

[0016] В способе производства согласно настоящему изобретению, который представляет собой способ производства акриламида из акрилонитрила посредством использования биокатализатора, оказывается возможным уменьшение количества используемого катализатора посредством регулирования количества реакционной жидкости в реакторе, а также оказывается возможным легкое и экономичное производство акриламида.

Краткое описание чертежей

[0017] Фиг. 1 представляет схематическую диаграмму, иллюстрирующую устройство, которое предназначается для использования в способе производства акриламида согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Вариант(ы) осуществления изобретения

[0018] Далее предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны со ссылкой на сопровождающий чертеж. Следует отметить, что варианты осуществления, которые описываются ниже, являются просто представительными примерами вариантов осуществления настоящего изобретения, и, таким образом, объем настоящего изобретения не должен истолковываться в суженном смысле по этой причине.

[0019] В способе производства акриламида согласно настоящему изобретению осуществляется реакция (так называемая непрерывная реакция), в процессе которой исходный материал (включающий акрилонитрил, воду и биокатализатор) непрерывно или периодически поступает в реактор, а реакционная смесь (далее также называется термином "реакционная жидкость"), которая содержится в реакторе, непрерывно или периодически выводится из него без выведения всего количества. На фиг. 1 проиллюстрировано устройство, которое используется в способе производства акриламида согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения. Непрерывное реакционное устройство 12 включает два или более реакторов (реакторы 1a-1h), которые соединяются последовательно и производят акриламид из акрилонитрила и воды в процессе непрерывной реакции с использованием биокатализатора в каждом реакторе. В частности, в непрерывном реакционном устройстве 12 исходный материал, который должен реагировать, сначала поступает в реактор 1a, занимающий наиболее высокое положение потоку, и присоединенный к нему реактор 1b, чтобы инициировалась реакция, а затем эта реакция протекает в процессе последовательного перемещения реакционной жидкости в реактор, расположенный на стороне выпуска. После этого реакционная жидкость, содержащая акриламид, произведенный таким способом, выводится из самого нижнего по потоку реактора 1h (занимающего наиболее низкое положение по потоку).

[0020] Число реакторов не ограничивается конкретным пределом и может соответствующим образом выбираться в зависимости от условий реакции и других факторов. Например, число реакторов составляет предпочтительно от 2 до 12, предпочтительнее от 2 до 10 и еще предпочтительнее от 2 до 8. В числе реакторов могут присутствовать реакторы, которые соединяются параллельно, если это необходимо. Соответствующие реакторы могут представлять независимые реакторы или реакторы, полученные посредством разделения большого реактора на множество реакторов с помощью разделительной стенки. Соответствующее пространство, которое разделяется разделительной стенкой, рассматривается в качестве одного реактора в случае реактора, разделенного разделительной стенкой.

[0021] Тип реактора не ограничивается конкретным пределом, и, например, оказывается возможным использование реакторов разнообразных типов, таких как реактор с перемешиванием, реактор с неподвижным слоем, реактор с псевдоожиженным слоем, реактор с подвижным слоем, башенный реактор и трубчатый реактор. Среди них оказывается предпочтительным реактор с перемешиванием, который способен ускорять диспергирование и перемешивание исходного материала. Кроме того, оказывается возможным использование реакторов различных типов в сочетании.

[0022] Перемешивающая лопасть представляет собой предпочтительное перемешивающее устройство. Форма перемешивающей лопасти также не ограничивается определенным образом, и соответствующие примеры могут представлять собой лопатка, дисковая турбина, пропеллер, спиральная лента, якорь и смеситель типа Pfaudler.

[0023] Акрилонитрил поступает в самом верхнем по потоку реактор 1a (занимающий наиболее высокое положение по потоку), и реактор 1b, присоединенный к нему ниже по потоку, через подающий акрилонитрил трубопровод 2. Кроме того, вода и катализатор поступают в реактор 1a через подающий воду трубопровод 3 и подающий катализатор трубопровод 4 соответственно. Условный номер 5 обозначает трубопровод, подающий щелочь в реакторы 1a, 1b и 1c.

[0024] Введение исходных материалов не ограничивается самым верхним по потоку реактором 1a, и исходный материал может также поступать в реактор, расположенный ниже по потоку относительно него (например, в реактор 1b).

[0025] Сорт акрилонитрила не ограничивается конкретным пределом и могут использоваться имеющиеся в продаже сорта. Оказывается предпочтительным использование акрилонитрила, в котором содержание цианида составляет 3 части на миллион или менее, в целях уменьшения количества используемого биокатализатора.

[0026] Вода (вода как исходный материал) представляет собой воду, которая используется для гидратации акрилонитрила в процессе производства акриламида. Примеры воды могут представлять собой чистая вода, а также водный раствор, содержащий воду, в которой растворяется кислота, соль или другое вещество. Примерные кислоты могут представлять собой фосфорная кислота, уксусная кислота, лимонная кислота, борная кислота, акриловая кислота и муравьиная кислота. Примерные соли могут представлять собой натриевые соли, калиевые соли и аммониевые соли различных кислот. Конкретные примеры воды могут представлять собой вода, такая как чистая вода, ультрачистая вода или водопроводная вода, а также буферные растворы, такие как трис(гидроксиметил)аминометановый (Tris) буфер, фосфатный буфер, ацетатный буфер, цитратный буфер или боратный буфер, но вода не ограничивается данными примерами. Значение pH (20°C) воды как исходного материала составляет предпочтительно от 5 до 9.

[0027] Биокатализатор представляет собой животные клетки, растительные клетки, клеточные органеллы, бактериальные клетки (жизнеспособные клетки или мертвые клетки), содержащие фермент, которым катализируется заданная реакция, или соответствующий продукт переработки. Примерные продукты переработки могут представлять собой неочищенный фермент или очищенный фермент, выделенный из клеток, клеточных органелл или бактериальных клеток, а также фермент, полученный посредством иммобилизации животных клеток, растительных клеток, клеточных органелл, бактериальных клеток (включая жизнеспособные клетки или мертвые клетки), или сам фермент, для выделения которого используется способ улавливания, способ сшивания, способ связывания на носителе или аналогичный способ.

[0028] Примерные животные клетки могут представлять собой клетки почечной ткани обезьяны COS-7, клетки почки африканской зеленой мартышки линии Vero, клетки яичника китайского хомячка (CHO), клетки L фибробластов мыши, клетки опухоли гипофиза крысы (GH3) и клетки FL человека. Примерные растительные клетки могут представлять собой клетки BY-2 табака.

[0029] Примерные бактериальные клетки могут представлять собой микроорганизмы, которые объединяют род Nocardia, род Corynebacterium, род Bacillus, род Pseudomonas, род Micrococcus, род Rhodococcus, род Acinetobacter, род Xanthobacter, род Streptomyces, род Rhizobium, род Klebsiella, род Enterobacter, род Erwinia, род Aeromonas, род Citrobacter, род Achromobacter, род Agrobacterium или род Pseudonocardia.

[0030] Эти животные клетки, растительные клетки, клеточные органеллы или бактериальные клетки включают не только клетки дикого типа, но также клетки, гены которых были модифицированы.

[0031] Способ улавливания представляет собой один из способов иммобилизации посредством заключения бактериальных клеток или ферментов в тонкую решетку из полимерного геля, или покрытия бактериальных клеток, или ферментов пленкой из полупроницаемого полимера. Способ сшивания представляет собой способ, согласно которому с ферментом сшивается реагент, содержащий две или более функциональных групп (многофункциональный сшивающий реагент). Способ связывания на носителе представляет собой способ, согласно которому фермент связывает нерастворимый в воде носитель. Примерные иммобилизующие носители, которые используются в иммобилизации, могут представлять собой стеклянные шарики, силикагель, полиуретан, полиакриламид, поливиниловый спирт, каррагенан, альгиновую кислоту, агар-агар и желатин.

[0032] Примерные ферменты могут представлять собой нитрилгидратазу, производимую описанными выше микроорганизмами, и подобные ферменты.

[0033] Оказывается возможным добавление растворимого в воде монокарбоксилата, содержащего два или более атомов углерода, в реакционную жидкость. Время добавления растворимого в воде монокарбоксилата не ограничивается конкретным пределом и оказывается также возможным добавление растворимого в воде монокарбоксилата в самом нижнем по потоку реактор, таким образом, что растворимый в воде монокарбоксилат в составе содержащейся в каждом реакторе реакционной жидкости переносился на сторону выпуска вместе с реакционной жидкостью. Кроме того, растворимый в воде монокарбоксилат может добавляться в каждый реактор до или после того как инициируется реакция.

[0034] Оказывается возможным повышение устойчивости акриламида в реакционной жидкости посредством добавления в нее растворимого в воде монокарбоксилата, содержащего или более атомов углерода.

[0035] Растворимый в воде монокарбоксилат может представлять собой насыщенный монокарбоксилат или ненасыщенный монокарбоксилат. Примерные насыщенные карбоновые кислоты могут представлять собой уксусная кислота, пропионовая кислота и н-капроновая кислота. Примерные ненасыщенные карбоновые кислоты могут представлять собой акриловая кислота, метакриловая кислота и винилуксусная кислота. Примерные соли могут представлять собой натриевые соли, калиевые соли и аммониевые соли насыщенных монокарбоновых кислот или ненасыщенных монокарбоновых кислот. Эти растворимые в воде монокарбоксилаты могут использоваться индивидуально или соединения двух или более типов могут использоваться в сочетании.

[0036] Добавляемое количество растворимого в воде монокарбоксилата составляет предпочтительно от 20 до 5000 мкг/кг в расчете на кислоту по отношению к производимому акриламиду.

[0037] Значение pH в процессе реакции для производства акриламида посредством гидратации акрилонитрила составляет предпочтительно от 6 до 9 и предпочтительнее от 7 до 8,5. Для измерения pH осуществляются индикаторный способ, способ с использованием металлического электрода, способ с использованием стеклянного электрода и способ с использованием полупроводникового датчика, но в качестве предпочтительного способа измерения в промышленном масштабе широко применяется способ с использованием стеклянного электрода.

[0038] Температура реакции (температура реакционной жидкости) в процессе гидратации акрилонитрила не ограничивается конкретным пределом, но составляет предпочтительно от 10 до 50°C, предпочтительнее от 15 до 40°C и еще предпочтительнее от 20 до 35°C. Оказывается возможным достаточное повышение реакционной активности биокатализатора посредством установления температуры реакции на уровне 10°C или более высоком уровне. Кроме того, оказывается возможным предотвращение дезактивации биокатализатора посредством установления температуры реакции на уровне 50°C или менее высоком уровне. Кроме того, оказывается предпочтительным при введении добавляемой воды или акрилонитрила установление температуры соответствующей жидкости на уровне, составляющем на 5°C ниже, чем температура реакции, или на более высоком уровне в целях уменьшения теплоотводящей нагрузки реактора.

[0039] Реактор 1a и реактор 1b присоединяются друг к другу посредством соединительного трубопровода 6, причем соединительные отверстия соединительных трубопроводов 6 в реакторе 1a и реактор 1b располагаются таким образом, что они находятся ниже поверхности реакционных жидкостей в соответствующих реакторах. Аналогичным образом реакторы 1b-1g присоединяются к соответствующим расположенным ниже по потоку реакторам 1c-1h посредством соединительных трубопроводов 6 соответственно.

[0040] Положение соединительного отверстия соединительного трубопровода 6 предпочтительно представляет собой положение на уровне 70% или менее, где нижняя поверхность реактора считается находящейся на нулевом уровне в направлении высоты, а верхняя поверхность реактора считается находящейся на уровне 100%. Регулируемый интервал количества реакционной жидкости в соответствии с изменением скорости производства расширяется посредством установления данного положения на уровне 70% или менее высоком уровне.

[0041] В качестве аспекта соединения между реакторами оказывается также возможным использование аспекта, согласно которому устанавливается разделительная стенка, которая разделяет реактор, и реакционная жидкость имеет возможность протекания через просвет или зазор, который присутствует в разделительной стенке, помимо аспекта, согласно которому независимые реакторы присоединяются друг к другу посредством соединительных трубопроводов 6, таким образом, что реакционная жидкость получает возможность протекать через них. В этом случае просвет или зазор соответствует соединительному отверстию соединительного трубопровода 6, и соответствующие просветы или зазоры располагаются таким образом, что они находятся ниже поверхности реакционной жидкости в реакторах.

[0042] В самом нижнем по потоку реакторе 1h располагается определяющее уровень жидкости устройство 10 для определения уровня реакционной жидкости в реакторе. Кроме того, к реактору 1h присоединяются выпускной трубопровод 8 для выпуска реакционной жидкости наружу и циркуляционный трубопровод 9 для направления циркулирующей реакционной жидкости в реактор 1h. Выпускной трубопровод 8 ответвляется от циркуляционного трубопровода 9. Условные номера 7 и 11 обозначают насос, установленный в циркуляционном трубопроводе 9, и регулирующее скорость выпускного потока устройство, установленное в выпускном трубопроводе 8 соответственно. Регулирующее скорость выпускного потока устройство 11 может представлять собой клапан, который обычно используется. Регулирующее скорость выпускного потока устройство 11 принимает сигнал, который направляет определяющее уровень жидкости устройство 10, и регулирует выпускаемое количество и циркулирующее количество реакционной жидкости из реактора 1h.

[0043] В качестве определяющего уровень жидкости устройства 10 могут быть использованы измеритель уровня типа металлической трубки, измеритель уровня плавающего типа, измеритель уровня типа манометра, ультразвуковой измеритель уровня, микроволновый измеритель уровня или аналогичное устройство.

[0044] Выпускной трубопровод 8 может представлять собой независимый трубопровод или трубопровод, который ответвляется от циркуляционного трубопровода 9, как проиллюстрировано на чертеже. Насос может использоваться для выпуска реакционной жидкости. Что касается типа насоса, оказывается возможным использование насоса непрямого вытеснения, такого как центробежный насос, аксиальный насос или диагональный насос, или насоса прямого вытеснения, такого как ротационный насос или возвратно-поступательный насос.

[0045] В непрерывном реакционном устройстве 12 регулирующее скорость выпускного потока устройство 11 принимает сигнал, который направляется из определяющего уровень жидкости устройства 10, и регулирует объем реакционной жидкости, которая должна быть выпущена из реактора 1h, и/или объем реакционной жидкости, которая должна быть возвращена в реактор A путем циркуляции, чтобы регулировать уровень реакционной жидкости в реакторе 1h между заданным положением соединительного отверстия соединительного трубопровода 6 и положением максимального уровня. Это делает возможным произвольное регулирование объема реакционной жидкости в реакторах 1a-1g, расположенных выше по потоку относительно реактора 1h в непрерывном реакционном устройстве 12.

[0046] В качестве предпочтительного аспекта объем жидкости в одном или нескольких реакторах, которые располагаются на стороне впуска, регулируется посредством регулирования уровня реакционной жидкости в реакторе 1h, который занимает положение, максимально низкое по потоку. Это оказывается более предпочтительным для регулирования объема жидкости во всех реакторах, расположенных выше по потоку.

[0047] Давление в реакционной жидкости увеличивается пропорционально расстоянию от поверхности жидкости (глубине реакционной жидкости). Давление реакционной жидкости на глубине жидкости является равным в заданных положениях соединительных отверстий соседних реакторов на стороне впуска и сторона выпуска посредством расположения соединительного отверстия соединительного трубопровода 6 таким образом, что оно находится ниже поверхности реакционных жидкостей в соответствующих реакторах, и, таким образом, глубина от поверхности реакционной жидкости до заданного положения соединительного отверстия является равной ниже по потоку относительно реактора и выше по потоку относительно реактора.

[0048] Посредством регулирования высоты поверхности реакционной жидкости в реакторе, расположенном на стороне выпуска, оказывается возможным совмещение высоты поверхности реакционной жидкости в реакторе, расположенном на стороне впуска, и высоты поверхности реакционной жидкости в реакционной жидкости, расположенной на стороне выпуска.

[0049] Оказывается предпочтительным уменьшение потери давления, поскольку уровень поверхности реакционной жидкости в реакторе, расположенном на стороне впуска, находится выше, чем уровень поверхность реакционной жидкости в реакторе, расположенном на стороне выпуска, на высоту уровня поверхности жидкости, соответствующей потере напора, в том случае, в котором оказывается чрезмерно большой потеря давления в соединительном трубопроводе 6.

[0050] В качестве способа уменьшения потеря давления в случае производства в промышленном масштабе, например, может использоваться способ регулирования внутреннего диаметра соединительного трубопровода 6, но конкретный размер внутреннего диаметра может выбираться соответствующим образом в зависимости от размера реактора, положения (расстояния от поверхности реакционной жидкости) соединительного трубопровода 6 или других условий.

[0051] Например, внутренний диаметр соединительного трубопровода 6 составляет предпочтительно от 5 до 150 мм и предпочтительнее от 10 до 100 мм в том случае, в котором реакция осуществляется посредством соединения реакторов, имеющих рабочий объем, составляющий приблизительно от 5 до 10 л. Посредством установления внутреннего диаметра на уровне 5 мм или на более высоком уровне оказывается возможным уменьшение потери давления в соединительном трубопроводе 6 и предотвращение того, что повышается уровень поверхности реакционной жидкости в реакторе, который располагается на стороне впуска, и реакционная жидкость переполняет реактор и вытекает из него. Посредством установления внутреннего диаметра на уровне 150 мм или на менее высоком уровне оказывается возможным уменьшение стоимости материала трубы. Между прочим, это означает, что внутренний диаметр составляет предпочтительно от 5 до 150 мм, как соответствующий диаметр в том случае, в котором форма соединительного трубопровода 6 не является круглой. Внутренний диаметр или положение каждого соединительного трубопровода 6 может быть таким же или различаться в том случае, в котором три или более реакторов соединяются посредством соединительного трубопровода 6. Они могут выбираться соответствующим образом в зависимости от условия реакции и других условий.

[0052] Когда положение, которое занимает соединительное отверстие (соединительное отверстие соединительного трубопровода 6, или просвет, или зазор разделительной стенки) между реактором, расположенным на стороне впуска, и реактором, расположенным на стороне выпуска, находится на менее высоком уровне, чем поверхность жидкости во всех случаях, и регулируется внутренний диаметр соединительного отверстия, поверхности реакционной жидкости в реакторе, расположенном на стороне впуска, и в реакторе, расположенном на стороне выпуска, находятся на одинаковой высоте, и может выравниваться давление, которое создает глубина жидкости. Благодаря этому оказывается возможным регулирование объема реакционной жидкости в реакторе, расположенном на стороне впуска, посредством регулирования уровня реакционной жидкости в самом нижнем по потоку реакторе. Кроме того, легко регулируется объем жидкости в самом нижнем по потоку реакторе на уровне желательного объема жидкости посредством уменьшения потери давления в соединительном трубопроводе 6.

[0053] Как описывается выше, оказывается возможным произвольное регулирование объема реакционной жидкости в реакторах 1a-1g, расположенных выше по потоку относительно реактора 1h в непрерывном реакционном устройстве 12. Следовательно, в непрерывном реакционном устройстве 12 оказывается возможным простое обеспечение подходящей продолжительности выдерживания реакционной жидкости в реакторе для скорости производства посредством регулирования количества реакционной жидкости в соответствии со скоростью производства, и это делает возможным уменьшение количества используемого биокатализатора.

[0054] Между прочим, продолжительность выдерживания реакционной жидкости (продолжительность реакции) не является ограниченной, но составляет предпочтительно от 1 до 30 часов и предпочтительнее от 2 до 20 часов. Здесь продолжительность выдерживания представляет собой значение, получаемое в результате деления полного рабочего объема [м³] реакционных жидкостей (суммарного количества реакционных жидкостей во всех реакторах) на скорость потока [м³/час] реакционной смеси, которая непрерывно выводится из реактора. Кроме того, количество используемого биокатализатора может выбираться соответствующим образом в зависимости от типа и формы используемого биокатализатора. Например, активность биокатализатора, который должен поступать в реактор, предпочтительно составляет приблизительно от 50 до 500 единиц на 1 мг сухих клеток при температуре реакции, составляющей 10°C. Единица (U) активности в настоящем описании означает способность производства 1 мкмоль акриламида из акрилонитрила в течение одной минуты.

[0055] Оказывается предпочтительным, что количество реакционной жидкости в каждом реакторе, который располагается на стороне впуска, составляет от 0,9-кратного до 1,2-кратного объема реакционной жидкости в реакторе 1h. Посредством установления этого количества на уровне 0,9-кратного объема или на более высоком уровне оказывается возможным увеличение рабочего объема реактора и обеспечение достаточной продолжительности реакции. Кроме того, посредством установления этого количества на уровне 1,2-кратного объема или на менее высоком уровне оказывается возможным предотвращение чрезмерного увеличения рабочего объема для реакции, в результате которого увеличивается продолжительность выдерживания катализатора в реакторе, и, таким образом, катализатор дезактивируется.

[0056] Согласно настоящему варианту осуществления описывается пример, в котором регулирующему скорость выпускного потока устройству 11 предоставляется функция приема сигнала, которое передает определяющее уровень жидкости устройство 10, и регулирования объема реакционной жидкости, которая должна быть выпущена из реактора 1h, и/или объема реакционной жидкости, которая должна циркулировать после выпуска, но данная функция может предоставляться также и насосу 7.

Примеры

[0057] Далее настоящее изобретение будет подробно описано со ссылкой на примеры и сравнительные примеры. Однако настоящее изобретение не ограничивается следующим описанием. При этом в некоторых случаях массовая процентная концентрация акриламида в водном растворе акриламида выражается просто в процентах.

[0058] [Пример 1]

(Регулирование биокатализатора)

Бактерии штамма Rodococcus rhodochrous J1, проявляющие активность нитрилгидратазы, хранящиеся в Международном патентном депозитарии микроорганизмов Национального института передовой промышленной науки и технологии по адресу: центральный корпус 6, дом 1, район Хигаси 1, город Цукуба, префектура Ибараки, Япония, под регистрационным номером FERM BP-1478 от 18 сентября 1987 г., культивировались в аэробных условиях при pH 7,0 в среде, содержащей 2% глюкозы, 1% карбамида, 0,5% пептона, 0,3% экстракта дрожжей и 0,01% гексагидрата хлорида кобальта (все концентрации представлены в массовых процентах) при 30°C. Эту культуру собирали и промывали, используя центрифугу и водный раствор, содержащий 0,1% акрилата натрия и имеющий pH 7,0, и в результате этого получалась бактериальная клеточная суспензия, содержащая 15 мас.% сухих бактериальных клеток.

[0059] (Реакция превращения акрилонитрила в акриламид)

В качестве реакторов были соединены последовательно четыре резервуара, оборудованные мешалками и рубашками охлаждения и имеющие внутренний диаметр 18 см, высоту 26 см и внутренний рабочий объем 6,6 л. Для соединения каждого реактора труба из нержавеющей стали, оборудованная запорным клапаном и имеющая внутренний диаметр 15 мм, прикреплялась в положении на расстоянии 5 см от нижней поверхности реактора. В каждом реакторе помещалась четырехлопастная мешалка, у которой угол наклона лопастей составлял 45°, и диаметр лопастей составлял 8 см. Реакторы обозначались как первый реактор, второй реактор, третий реактор и четвертый реактор в направлении от реактора на стороне впуска, в который поступал исходный материал, и самый нижний по потоку реактор, из которого выпускалась наружу реакционная жидкость, обозначался как четвертый реактор. Циркуляционный трубопровод для возврата реакционной жидкости в четвертый реактор посредством насоса, был установлен на выпуске четвертого реактора.

[0060] Кроме того, циркуляционный трубопровод ответвлялся таким образом, чтобы устанавливался выпускной трубопровод для выпуска реакционной жидкости за пределы реактора. Клапан, который регулировал скорость потока выпускаемой реакционной жидкости, устанавливался на выпускном трубопроводе, через который выпускалась реакционная жидкость. Ультразвуковой измеритель уровня устанавливался на четвертый реактор, и измеритель уровня поверхности жидкости и регулирующий скорость потока клапан, установленный на выпускной трубопровод, взаимно соединялись таким образом, чтобы присутствовала возможность произвольного регулирования объема реакционной жидкости в четвертом реакторе. Регулирующий измеритель pH был установлен в каждом реакторе таким образом, чтобы присутствовала возможность произвольного регулирования значения pH реакционной жидкости.

[0061] В настоящем примере желательная концентрация водного раствора акриламида, который выпускался из реактора, устанавливалась на уровне 50% или на более высоком уровне.

[0062] (Скорость производства акриламида: 40 кг/сутки)

(1) Закрывался клапан соединительного трубопровода, который соединял реакторы.

(2) Водные растворы акриламида, у которых концентрации составляли 35%, 45%, 50% и 50%, вводились по 4 в реакторы от первого реактора до четвертого реактора соответственно.

(3) Бактериальная клеточная суспензия добавлялась по 10 г в каждый реактор от первого реактора до четвертого реактора, соответственно.

(4) Открывался клапан соединительного трубопровода, который соединял реакторы.

(5) Исходные материалы, включая воду, имеющую pH на уровне 7,0, акрилонитрил и бактериальную клеточную суспензию, непрерывно поступали в первый реактор при скорости, составляющей 2040 г/час, 750 г/час и 12 г/час соответственно, только акрилонитрил непрерывно поступал во второй реактор при скорости, составляющей 500 г/час, и непрерывная реакция инициировалась в условиях, в которых скорость производства акриламида устанавливалась на уровне 40 кг/сутки. В течение непрерывной реакции в каждый реактор добавлялся водный раствор, содержащий 1% гидроксида натрия, таким образом, что значение pH реакционной жидкости составляло 7,0.

(6) Количество реакционной жидкости в четвертом реакторе устанавливалось на уровне 4 л посредством взаимного соединения измерителя уровня поверхности жидкости и регулирующего скорость потока клапана выпускного трубопровода, через который выпускается реакционная жидкость.

[0063] Температура регулировалась посредством использования охлаждающей воды (5°C) в рубашке, таким образом, что температура реакционной жидкости в реакторах от первого реактора до четвертого реактора составляла 20, 21, 22 и 23°C соответственно.

[0064] Через одни сутки после того как была инициирована непрерывная реакция, концентрация акриламида в реакционной жидкости, которая вытекала через выпускной трубопровод четвертого реактора, измерялась посредством использования рефрактометра модели ATAGO RX-7000α. Была обнаружена концентрация акриламида, составляющая 50,5% от заданной концентрации акриламида.

[0065] Далее реакция осуществлялась таким же способом, как ранее описанная реакция, за исключением лишь того, что скорость введения бактериальной клеточной суспензии изменялась и составляла 10 г/час, и количество реакционной жидкости в четвертом реакторе устанавливалось на уровне 6 л посредством взаимного соединения измерителя уровня поверхности жидкости и регулирующего скорость потока клапана выпускного трубопровода, через который выпускается реакционная жидкость.

[0066] Через одни сутки после того как изменялись условия реакции, концентрация акриламида в реакционной жидкости, которая вытекала через выпускной трубопровод четвертого реактора, измерялась посредством использования рефрактометра. Была обнаружена концентрация акриламида, составляющая 50,6% от заданной концентрации акриламида.

[0067] После измерения концентрации акриламида введение исходного материала во все реакторы прекращалось, и останавливались насос циркуляционного трубопровода и выпуск реакционной жидкости через выпускной трубопровод, а клапан соединительного трубопровода каждого реактора закрывался. Все количество реакционной жидкости, находящееся в каждом реакторе, удалялось, и ее объем измерялся посредством использования мерного цилиндра, причем объемы реакционной жидкости, присутствующей в соответствующих реакторах, включая первый реактор, второй реактор, третий реактор и четвертый реактор, составляли 6,2 л, 6,1 л, 6,0 л и 5,9 л соответственно.

[0068] [Сравнительный пример 1]

Акриламид производился из акрилонитрила таким же способом, как в примере 1, за исключением того, что перепускная труба (изготовленная из нержавеющей стали и имеющая внутренний диаметр 15 мм) была установлена в положении на расстоянии 16 см от нижней поверхности каждого реактора, таким образом, что объем реакционной жидкости составлял 4 л, вместо установки соединительного трубопровода в реактор, и реакционная жидкость направлялась в реактор вниз по потоку через перепускную трубу, и реакционная жидкость выводилась наружу из реактора через перепускную трубу четвертого реактора.

[0069] Таким же способом, как в примере 1, через одни сутки после введения бактериальной клеточной суспензии, у которой изменялась лишь скорость введения, составляющая 10 г/час, измерялась концентрация акриламида в реакционной жидкости, которая вытекала через перепускную трубу четвертого реактора. Была обнаружена концентрация акриламида, составляющая 46,2% от заданной концентрации акриламида.

[0070] Таким же способом, как в примере 1, было измерено количество реакционной жидкости в каждом реакторе, и объемы реакционной жидкости, присутствующей в соответствующих реакторах, включая первый реактор, второй реактор, третий реактор и четвертый реактор, составляли 4,2 л, 4,1 л, 4,0 л и 3,9 л соответственно.

[0071] [Пример 2]

(Скорость производства акриламида: 80 кг/сутки)

Использовался такой же реактор, как в примере 1.

(1) Закрывался клапан соединительного трубопровода, который соединял реакторы.

(2) Водные растворы акриламида, у которых концентрации составляли 35%, 45%, 50% и 50%, вводились по 6 л в реакторы от первого реактора до четвертого реактора соответственно.

(3) Бактериальная клеточная суспензия, изготовленная в примере 1, добавлялась по 15 г в каждый реактор от первого реактора до четвертого реактора соответственно.

(4) Открывался клапан соединительного трубопровода, который соединял реакторы.

(5) Исходные материалы, включая воду, имеющую pH на уровне 7,0, акрилонитрил и бактериальную клеточную суспензию, непрерывно поступали в первый реактор при скорости, составляющей 4090 г/час, 1500 г/час и 32 г/ча, соответственно, только акрилонитрил непрерывно поступал во второй реактор при скорости, составляющей 1000 г/час, и непрерывная реакция инициировалась в условиях, в которых скорость производства акриламида устанавливалась на уровне 80 кг/сутки. В течение непрерывной реакции в каждый реактор добавлялся водный раствор, содержащий 1% гидроксида натрия, таким образом, что значение pH реакционной жидкости составляло 7,0.

(6) Количество реакционной жидкости в четвертом реакторе устанавливалось на уровне 6 л посредством взаимного соединения измерителя уровня поверхности жидкости и регулирующего скорость потока клапана выпускного трубопровода, через который выпускается реакционная жидкость.

[0072] Температура регулировалась посредством использования охлаждающей воды (5°C) в рубашке, таким образом, что температура реакционной жидкости в реакторах от первого реактора до четвертого реактора составляла 20, 21, 22 и 23°C соответственно.

[0073] Через одни сутки после того как была инициирована непрерывная реакция, концентрация акриламида в реакционной жидкости, которая вытекала через выпускной трубопровод четвертого реактора, измерялась таким же способом, как в примере 1. Была обнаружена концентрация акриламида, составляющая 50,5% от заданной концентрации акриламида.

[0074] Таким же способом, как в примере 1, было измерено количество реакционной жидкости в каждом реакторе. Объемы реакционной жидкости, присутствующей в соответствующих реакторах, включая первый реактор, второй реактор, третий реактор и четвертый реактор, составляли 6,2 л, 6,1 л, 6,0 л и 5,9 л соответственно.

[0075] [Сравнительный пример 2]

Непрерывная реакция осуществлялась таким же способом, как в примере 2, за исключением того, что использовался такой же реактор, как в сравнительном примере 1, и количество реакционной жидкости в каждом реакторе устанавливалось на уровне 4 л.

[0076] Через одни сутки после того как была инициирована непрерывная реакция, концентрация акриламида в реакционной жидкости, которая вытекала через перепускную трубу четвертого реактора, измерялась таким же способом, как в примере 2. Была обнаружена концентрация акриламида, составляющая 45,1% от заданной концентрации акриламида.

[0077] Таким же способом, как в примере 1, было измерено количество реакционной жидкости в каждом реакторе. Объемы реакционной жидкости, присутствующей в соответствующих реакторах, включая первый реактор, второй реактор, третий реактор и четвертый реактор, составляли 4,2 л, 4,1 л, 4,0 л и 3,9 л соответственно.

[0078] [Пример 3]

(Скорость производства акриламида: 80 кг/сутки)

Реакция осуществлялась таким же способом, как в примере 2, за исключением того, что температура регулировалась посредством использования охлаждающей воды (5°C) в рубашке, таким образом, что температура реакционной жидкости во всех реакторах от первого реактора до четвертого реактора составляла 38°C, и количество реакционной жидкости в четвертом реакторе устанавливалось на уровне 2 л посредством взаимного соединения измерителя уровня поверхности жидкости и регулирующего скорость потока клапана выпускного трубопровода, через который выпускается реакционная жидкость.

[0079] Через одни сутки после того как была инициирована непрерывная реакция, концентрация акриламида в реакционной жидкости, которая вытекала через выпускной трубопровод четвертого реактора, измерялась таким же способом, как в примере 1. Была обнаружена концентрация акриламида, составляющая 50,3% от заданной концентрации акриламида.

[0080] Таким же способом, как в примере 1, было измерено количество реакционной жидкости в каждом реакторе. Объемы реакционной жидкости, присутствующей в соответствующих реакторах, включая первый реактор, второй реактор, третий реактор и четвертый реактор, составляли 2,2 л, 2,1 л, 2,0 л и 1,9 л, соответственно.

[0081] [Сравнительный пример 3]

Непрерывная реакция осуществлялась таким же способом, как в примере 3, за исключением того, что использовался такой же реактор, как в сравнительном примере 1, и количество реакционной жидкости в каждом реакторе устанавливалось на уровне 4 л.

[0082] Через одни сутки после того как была инициирована непрерывная реакция, концентрация акриламида в реакционной жидкости, которая вытекала через выпускной трубопровод четвертого реактора, измерялась таким же способом, как в примере 1. Была обнаружена концентрация акриламида, составляющая 48,7% от заданной концентрации акриламида.

[0083] Таким же способом, как в примере 1, было измерено количество реакционной жидкости в каждом реакторе. Объемы реакционной жидкости, присутствующей в соответствующих реакторах, включая первый реактор, второй реактор, третий реактор и четвертый реактор, составляли 4,2 л, 4,1 л, 4,0 л и 3,9 л соответственно.

[0084] [Пример 4]

(Скорость производства акриламида: 20 кг/сутки)

Использовался такой же реактор, как в примере 1.

(1) закрывался клапан соединительного трубопровода, который соединял реакторы.

(2) водные растворы акриламида, у которых концентрации составляли 35%, 45%, 50% и 50%, вводились по 2 л в реакторы от первого реактора до четвертого реактора соответственно.

(3) Бактериальная клеточная суспензия, изготовленная в примере 1, добавлялась по 5 г в каждый реактор от первого реактора до четвертого реактора соответственно.

(4) Открывался клапан соединительного трубопровода, который соединял реакторы.

(5) Исходные материалы, включая воду, имеющую pH на уровне 7,0, акрилонитрил и бактериальную клеточную суспензию, непрерывно поступали в первый реактор при скорости, составляющей 1020 г/час, 375 г/час и 5 г/час соответственно, только акрилонитрил непрерывно поступал во второй реактор при скорости, составляющей 250 г/час, и непрерывная реакция инициировалась в условиях, в которых скорость производства акриламида устанавливалась на уровне 20 кг/сутки. В течение непрерывной реакции в каждый реактор добавлялся водный раствор, содержащий 1% гидроксида натрия, таким образом, что значение pH реакционной жидкости составляло 7,0.

(6) Количество реакционной жидкости в четвертом реакторе устанавливалось на уровне 2 л посредством взаимного соединения измерителя уровня поверхности жидкости и регулирующего скорость потока клапана выпускного трубопровода, через который выпускается реакционная жидкость.

[0085] Температура регулировалась посредством использования охлаждающей воды (5°C) в рубашке, таким образом, что температура реакционной жидкости всех реакторов от первого реактора до четвертого реактора составляла 30°C.

[0086] Через одни сутки после того как была инициирована непрерывная реакция, концентрация акриламида в реакционной жидкости, которая вытекала через выпускной трубопровод четвертого реактора, измерялась таким же способом, как в примере 1. Была обнаружена концентрация акриламида, составляющая 50,7% от заданной концентрации акриламида.

[0087] Таким же способом, как в примере 1, было измерено количество реакционной жидкости в каждом реакторе. Объемы реакционной жидкости, присутствующей в соответствующих реакторах, включая первый реактор, второй реактор, третий реактор и четвертый реактор, составляли 2,2 л, 2,1 л, 2,0 л и 1,9 л соответственно.

[0088] [Сравнительный пример 4]

Непрерывная реакция осуществлялась таким же способом, как в примере 4, за исключением того, что использовался такой же реактор, как в сравнительном примере 1, и количество реакционной жидкости в каждом реакторе устанавливалось на уровне 4 л.

[0089] Через одни сутки после того как была инициирована непрерывная реакция, концентрация акриламида в реакционной жидкости, которая вытекала через выпускной трубопровод четвертого реактора, измерялась таким же способом, как в примере 1. Была обнаружена концентрация акриламида, составляющая 42,0% от заданной концентрации акриламида.

[0090] Таким же способом, как в примере 1, было измерено количество реакционной жидкости в каждом реакторе. Объемы реакционной жидкости, присутствующей в соответствующих реакторах, включая первый реактор, второй реактор, третий реактор и четвертый реактор, составляли 4,2 л, 4,1 л, 4,0 л и 3,9 л соответственно.

[0091] [Таблица 1]

< Регулирование количества реакционной жидкости и концентрации акриламида в реакционной жидкости, которую содержит занимающий наиболее низкое положение по потоку реактор (четвертый реактор)>

Регулирование количество реакционной жидкости Количество реакционной жидкости Скорость производства акриламида Концентрация акриламида Пример 1 Присутствует 6 л 40 кг/сутки 50,6% Пример 2 Присутствует 6 л 80 кг/сутки 50,5% Пример 3 Присутствует 2 л 80 кг/сутки 50,3% Пример 4 Присутствует 2 л 20 кг/сутки 50,7% Сравнительный пример 1 Отсутствует 4 л 40 кг/сутки 46,2% Сравнительный пример 2 Отсутствует 4 л 80 кг/сутки 45,1% Сравнительный пример 3 Отсутствует 4 л 80 кг/сутки 48,7% Сравнительный пример 4 Отсутствует 4 л 20 кг/сутки 42,0%

Промышленная применимость

[0092] Способом производства согласно настоящему изобретению легко регулируется продолжительность выдерживания реакционной жидкости, поскольку количество реакционной жидкости может регулироваться, обеспечивая благоприятную работоспособность способа непрерывного производства акриламида посредством использования биокатализатора, и оказывается возможным снижение расходов на производство акриламида за счет уменьшения количества используемого биокатализатора.

Список условных обозначений:

[0093] 1 - реактор

2 - подающий акрилонитрил трубопровод

3 - подающий воду трубопровод

4 - подающий катализатор трубопровод

5 - подающий щелочь трубопровод

6 - соединительный трубопровод

7 - циркуляционный насос

8 - выпускной трубопровод

9 - циркуляционный трубопровод

10 - определяющее уровень жидкости устройство

11 - регулирующее скорость выпускного потока устройство

12 - непрерывное реакционное устройство

Группа изобретений относится к области биохимии. Предложен способ производства акриламида из акрилонитрила и устройство для осуществления вышеуказанного способа. Устройство содержит два или более соединенных последовательно реакторов A и B, трубопроводы для подачи акрилонитрила, воды и катализатора в верхний по потоку реактор, трубопровод для выпуска части реакционной жидкости из нижнего по потоку реактора, детекторный блок для определения уровня реакционной жидкости в реакторе A и блок управления для регулирования объема реакционной жидкости. Причём реактор A содержит циркуляционный трубопровод и расположенное ниже поверхностей реакционных жидкостей соединительное отверстие с реактором В. Способ включает управление объемом реакционной жидкости в реакторе B посредством управления уровнем реакционной жидкости в реакторе A, где уровень реакционной жидкости в реакторе A управляется посредством регулирования объема реакционной жидкости, которая должна быть выпущена и/или возвращена в реактор А путём циркуляции. Изобретения обеспечивают подходящую для скорости производства продолжительность выдерживания реакционной жидкости в реакторе, а также уменьшение количества используемого катализатора. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 4 пр.

1. Способ производства акриламида из акрилонитрила за счет непрерывной реакции с использованием биокатализатора в реакторах посредством использования двух или более реакторов, соединенных последовательно и имеющих подающий(ие) трубопровод(ы), который подает акрилонитрил, воду и катализатор по меньшей мере в самый верхний по потоку реактор, и выпускной трубопровод, который выпускает часть реакционной жидкости из самого нижнего по потоку реактора, причем

один реактор A и реактор B, присоединенный к реактору A на стороне впуска, находятся в сообщении друг с другом ниже поверхностей реакционных жидкостей в обоих реакторах, и

способ производства включает управление объемом реакционной жидкости в реакторе B посредством управления уровнем реакционной жидкости в реакторе A, который должен находиться между заданным положением соединительного отверстия в реакторе B и положением максимального уровня, и

причем

реактор A включает в себя упомянутый выпускной трубопровод и циркуляционный трубопровод для циркуляции выпускаемой реакционной жидкости в реактор А, и

уровень реакционной жидкости в реакторе A управляется посредством регулирования объема реакционной жидкости, которая должна быть выпущена, и/или объема реакционной жидкости, которая должна быть возвращена в реактор A путем циркуляции.

2. Способ производства по п. 1, в котором объем реакционной жидкости в одном или более других реакторах, расположенных на стороне впуска, управляется посредством управления уровнем реакционной жидкости в самом нижнем по потоку реакторе среди двух или более реакторов.

3. Способ производства по п. 2, в котором объем реакционной жидкости в одном или более других реакторах, расположенных на стороне впуска, составляет от 0,9-кратного до 1,2-кратного объема реакционной жидкости в самом нижнем по потоку реакторе среди двух или более реакторов.

4. Способ производства по п.1, в котором объем реакционной жидкости в одном или более других реакторах, расположенных на стороне впуска, составляет от 0,9-кратного до 1,2-кратного объема реакционной жидкости в самом нижнем по потоку реакторе среди двух или более реакторов.

5. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее:

два или более реакторов, соединенных последовательно, представляющих собой один реактор A и реактор B, присоединенный к реактору A на стороне впуска;

подающий(ие) трубопровод(ы), который подает акрилонитрил, воду и катализатор, по меньшей мере в самый верхний по потоку реактор;

выпускной трубопровод, который выпускает часть реакционной жидкости из самого нижнего по потоку реактора;

детекторный блок для определения уровня реакционной жидкости в реакторе A; и

блок управления для регулирования объема реакционной жидкости, которая должна быть выпущена из реактора A, и/или объема реакционной жидкости, которая должна быть возвращена в реактор A путем циркуляции, причем

реактор A включает в себя упомянутый выпускной трубопровод и циркуляционный трубопровод для циркуляции выпускаемой реакционной жидкости в реактор А,

реактор A и реактор B имеют соединительное отверстие, расположенное ниже поверхностей реакционных жидкостей в обоих реакторах,

блок управления принимает сигнал, поступающий от детекторного блока, и регулирует объем реакционной жидкости, которая должна быть выпущена из реактора A, и/или объем реакционной жидкости, которая должна быть возвращена в реактор A путем циркуляции для регулирования уровня реакционной жидкости в реакторе A, который должен находиться между заданным положением соединительного отверстия в реакторе B и положением максимального уровня.

6. Устройство для производства по п. 5, в котором:

блок управления представляет собой насос или клапан, установленный в выпускном трубопроводе и/или циркуляционном трубопроводе.

7. Устройство для производства по п. 6, в котором соединительное отверстие представляет собой соединительное отверстие трубопровода для присоединения реакторов, или просвета, или зазора разделительной стенки к разделенным реакторам.

8. Устройство для производства по п. 5, в котором соединительное отверстие представляет собой соединительное отверстие трубопровода для присоединения реакторов, или просвета, или зазора разделительной стенки к разделенным реакторам.