本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2012年5月29日，申請(qǐng)?zhí)枮?01280027002.9，發(fā)明名稱為《丙烯酰胺的制造方法》的中國(guó)專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

本發(fā)明涉及使用生物催化劑由丙烯腈制造丙烯酰胺的方法。本發(fā)明基于2011年5月31日在日本申請(qǐng)的日本特愿2011-121849號(hào)主張優(yōu)先權(quán)，將其內(nèi)容引用于本文中。

背景技術(shù)：

利用生物催化劑制造目標(biāo)化合物的方法具有反應(yīng)條件溫和、副產(chǎn)物少且反應(yīng)產(chǎn)物的純度高、可使制造工藝簡(jiǎn)化等優(yōu)點(diǎn)，因而用于很多化合物的制造。在例如丙烯酰胺等酰胺化合物的制造中，自發(fā)現(xiàn)作為將丙烯腈等腈化合物轉(zhuǎn)化為酰胺化合物的酶的腈水合酶以來(lái)，廣泛利用著包含前述酶的生物催化劑。

在使用生物催化劑制造丙烯酰胺的情況下，需要將反應(yīng)熱進(jìn)行除熱。一般而言，生物催化劑容易對(duì)于熱而失活。將丙烯腈轉(zhuǎn)化為丙烯酰胺的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，在反應(yīng)熱的作用下反應(yīng)液的溫度升高。若反應(yīng)熱的除熱不充分，則在該熱的作用下使生物催化劑失活。

作為將反應(yīng)熱進(jìn)行除熱的方法，例如已知有：使用具備設(shè)置有熱交換器的泵循環(huán)回路的反應(yīng)器、使反應(yīng)混合物的一部分在泵循環(huán)回路中進(jìn)行循環(huán)并且由熱交換器冷卻的方法(專利文獻(xiàn)1)；作為平推流型的反應(yīng)器而使用雙管形式反應(yīng)器、殼管型(shell-and-tubetype)反應(yīng)器的方法(專利文獻(xiàn)2)；在反應(yīng)槽中裝備夾套、冷卻線圈的方法(專利文獻(xiàn)3)等。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特表2004-524047號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：日本特開2001-340091號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)3：國(guó)際公開第03/00914號(hào)小冊(cè)子

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的問(wèn)題

為了工業(yè)化地利用通過(guò)使用生物催化劑制造丙烯酰胺的方法，重要的是以低成本且有效地制造丙烯酰胺，但在以往的方法中，難以以低成本制造丙烯酰胺。

例如如上述那樣，在反應(yīng)熱的除熱不充分的情況下，在該反應(yīng)熱的作用下生物催化劑失活，因而使得丙烯酰胺制造時(shí)的催化劑使用量增加。其結(jié)果，催化劑的成本增加，從而提高丙烯酰胺化合物的制造成本。另一方面，若想要利用上述的專利文獻(xiàn)1～3的方法將反應(yīng)熱充分地除熱，則設(shè)備成本、能量成本變高。

例如在專利文獻(xiàn)1中記載的那樣的在反應(yīng)器外部設(shè)置配設(shè)有熱交換器的泵循環(huán)回路的方法中，裝置變得復(fù)雜因而設(shè)備成本變高。另外，為了將反應(yīng)液循環(huán)到反應(yīng)器外部的熱交換器消耗很大的能量，制造成本變高。另外，在提高每個(gè)反應(yīng)器的生產(chǎn)率的情況下，需要使用過(guò)大的熱交換器，因而設(shè)備成本變高。

在專利文獻(xiàn)2～3中記載的方法的情況下，由于除熱耗費(fèi)時(shí)間，因此反應(yīng)剛開始之后的反應(yīng)熱的除熱容易變得不充分。作為在短時(shí)間進(jìn)行除熱的方法，可考慮將冷卻水的溫度過(guò)量地降低。例如在專利文獻(xiàn)3中，公開了為了將反應(yīng)槽的溫度保持為一定而使用比反應(yīng)溫度低5～15℃左右的冷卻水，但是在較低的反應(yīng)溫度反應(yīng)的情況下，與之相應(yīng)地冷卻水的溫度也需要設(shè)定得低，因而能量成本變高。進(jìn)一步，若將冷卻水的溫度過(guò)量地降低，則還存在在冷卻表面上析出丙烯酰胺的結(jié)晶的擔(dān)憂。在此情況下，不僅在冷卻表面上析出的結(jié)晶導(dǎo)致反應(yīng)熱的除熱變得不充分，而且發(fā)生配管閉塞的問(wèn)題，與之伴隨地需要進(jìn)行維護(hù)等。

本發(fā)明鑒于上述情形而完成，其目的在于提供一種丙烯酰胺的制造方法，其為使用生物催化劑將丙烯腈進(jìn)行水合而制造丙烯酰胺的方法，其可有效率地將丙烯腈的水合時(shí)的反應(yīng)熱進(jìn)行除熱，且為低成本。

用于解決問(wèn)題的方案

以往，在使用了生物催化劑的丙烯酰胺的制造方法中，丙烯腈的水合中使用的原料水在供給于反應(yīng)器之后，調(diào)整為與反應(yīng)溫度相同的溫度(例如記載于專利文獻(xiàn)1)。但本發(fā)明人為了解決上述課題而進(jìn)行了深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)如下事實(shí)，以至完成本發(fā)明：將丙烯腈進(jìn)行水合時(shí)的反應(yīng)溫度為10～40℃時(shí)，通過(guò)將前述原料水的溫度調(diào)整為冰點(diǎn)以上、且比反應(yīng)溫度低5℃以上的溫度之后供給于反應(yīng)器，從而可有效地將丙烯腈的水合時(shí)的反應(yīng)熱進(jìn)行除熱。

本發(fā)明具有以下的實(shí)施方式。

[1]一種丙烯酰胺的制造方法，其為將丙烯腈以及原料水供給于反應(yīng)器、使用生物催化劑將前述丙烯腈進(jìn)行水合從而制造丙烯酰胺的方法，將供給于前述反應(yīng)器的原料水的溫度設(shè)為前述原料水的冰點(diǎn)以上、比反應(yīng)溫度低5℃以上的溫度。

[2]根據(jù)[1]所述的丙烯酰胺的制造方法，其中，將供給于前述反應(yīng)器的丙烯腈的溫度設(shè)為前述原料水的冰點(diǎn)以上、比反應(yīng)溫度低5℃以上的溫度。

[3]根據(jù)[1]或者[2]所述的丙烯酰胺的制造方法，其中，前述丙烯腈的水合通過(guò)半分批反應(yīng)或者連續(xù)反應(yīng)進(jìn)行。

另外，本發(fā)明具有以下的側(cè)面。

[1]一種丙烯酰胺的制造方法，其包括：將原料水供給于反應(yīng)器的工序，將丙烯腈供給于反應(yīng)器的工序，使用生物催化劑將前述丙烯腈進(jìn)行水合的工序；將前述原料水供給于反應(yīng)器的工序中前述原料水的溫度為前述原料水的冰點(diǎn)以上、且比前述反應(yīng)溫度低5℃以上的溫度；

[2]根據(jù)[1]所述的丙烯酰胺的制造方法，其中，將前述丙烯腈供給于反應(yīng)器的工序中前述丙烯腈的溫度為前述原料水的冰點(diǎn)以上、且比前述反應(yīng)溫度低5℃以上的溫度；

[3]根據(jù)[1]或者[2]所述的丙烯酰胺的制造方法，其中，在使用生物催化劑將前述丙烯腈進(jìn)行水合的工序中，前述丙烯腈的水合反應(yīng)通過(guò)半分批反應(yīng)或者連續(xù)反應(yīng)進(jìn)行。

發(fā)明的效果

根據(jù)本發(fā)明，提供一種丙烯酰胺的制造方法，其為使用生物催化劑將丙烯腈進(jìn)行水合而制造丙烯酰胺的方法，由于可有效地將丙烯腈的水合時(shí)的反應(yīng)熱進(jìn)行除熱因而為低成本。

具體實(shí)施方式

以下，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的丙烯酰胺的制造方法。但是本發(fā)明的范圍不受限于這些說(shuō)明，在以下的例示以外，也可在不損害本發(fā)明的宗旨的范圍進(jìn)行適當(dāng)變更而實(shí)施。另外，在本說(shuō)明書中引用的全部的現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)以及公開公報(bào)、特許公報(bào)等其它的專利文獻(xiàn)以參考方式并入本說(shuō)明書中。

在本發(fā)明的制造方法中，將丙烯腈以及原料水供給于反應(yīng)器，使用生物催化劑將前述丙烯腈進(jìn)行水合從而制造丙烯酰胺。即，本發(fā)明的丙烯酰胺的制造方法包括：將原料水供給于反應(yīng)器的工序，將丙烯腈供給于反應(yīng)器的工序，使用生物催化劑將前述丙烯腈進(jìn)行水合的工序。

原料水是在生成丙烯酰胺時(shí)在與丙烯腈的水合反應(yīng)中使用的原料水。作為原料水，可以舉出水，將酸、鹽類等溶解于水而得到的水溶液等。作為酸，可以舉出磷酸、乙酸、檸檬酸、硼酸、丙烯酸、甲酸等。作為鹽類，可以舉出前述酸的鈉鹽、鉀鹽、銨鹽等。原料水的具體例子沒有特別限定，例如可以舉出純水、自來(lái)水、tris緩沖液、磷酸緩沖液、乙酸緩沖液、檸檬酸緩沖液、硼酸緩沖液等。原料水的ph(20℃)優(yōu)選為5～9。

在本發(fā)明的制造方法中，將供給于反應(yīng)器的原料水的溫度設(shè)為前述原料水的冰點(diǎn)(凝固點(diǎn))以上、比反應(yīng)溫度低5℃以上的溫度。

就本發(fā)明的丙烯酰胺的制造方法而言，其特征在于，原料水的溫度為前述原料水的冰點(diǎn)(凝固點(diǎn))以上、且比反應(yīng)溫度低5℃以上的溫度，優(yōu)選為高于冰點(diǎn)、比反應(yīng)溫度低10℃以上的溫度，更優(yōu)選為高于冰點(diǎn)、比反應(yīng)溫度低20℃以上的溫度。由此，可將因丙烯腈的水合而產(chǎn)生的反應(yīng)熱有效地進(jìn)行除熱，可抑制反應(yīng)液的溫度升高。因此可抑制生物催化劑的失活，可抑制催化劑成本。另外，在丙烯腈的水合時(shí)，為了進(jìn)行反應(yīng)溫度的控制、除熱而進(jìn)行使用冷卻水來(lái)冷卻的操作，但是在本申請(qǐng)中可通過(guò)使用規(guī)定溫度的原料水進(jìn)行除熱，因而無(wú)需將冷卻水的溫度過(guò)量地降低，可抑制能量成本。

即，在本發(fā)明的丙烯腈的制造方法中，優(yōu)選將冷卻水的溫度設(shè)為3～15℃，更優(yōu)選設(shè)為比反應(yīng)溫度低10～20℃的溫度。

另外，不需要將冷卻水的溫度過(guò)量地降低，因而不易發(fā)生如下的問(wèn)題：所生成的丙烯酰胺的結(jié)晶的析出、與之伴隨的冷卻效率的降低、配管閉塞。

進(jìn)一步，由丙烯腈向丙烯酰胺的轉(zhuǎn)化效率也提高。

另一方面，若原料水的溫度低于冰點(diǎn)，則不僅原料水的冷卻所需要的能量成本增大，而且原料水容易變得凝固，因此穩(wěn)定地制造丙烯酰胺變得困難。

當(dāng)從反應(yīng)溫度減去原料水溫度而得到的值小于5℃的情況下，即，反應(yīng)溫度與原料水溫度的差小于5℃的情況下，反應(yīng)熱的除熱變得不充分。

如果將原料水供給于反應(yīng)器的工序中的前述原料水的溫度為冰點(diǎn)以上、且比反應(yīng)溫度低5℃以上的溫度，那么可使反應(yīng)熱的除熱變得充分，可穩(wěn)定地制造丙烯酰胺，因而優(yōu)選。另外，由丙烯腈向丙烯酰胺轉(zhuǎn)化的轉(zhuǎn)化效率也降低。反應(yīng)溫度與原料水溫度的差(反應(yīng)溫度-原料水溫度)為5℃以上，優(yōu)選為10℃以上，更優(yōu)選為20℃以上。關(guān)于上限，只要原料水的溫度不成為小于冰點(diǎn)的溫度則沒有特別限定。

在本發(fā)明的制造方法中，進(jìn)一步優(yōu)選將供給于反應(yīng)器的丙烯腈的溫度設(shè)為供給于反應(yīng)器的原料水的冰點(diǎn)以上、比反應(yīng)溫度低5℃以上的溫度。由此，本發(fā)明的效果進(jìn)一步提高。

反應(yīng)溫度與丙烯腈溫度的差(反應(yīng)溫度-丙烯腈溫度)優(yōu)選為5℃以上，進(jìn)一步優(yōu)選為10℃以上。關(guān)于上限，只要丙烯腈的溫度不成為小于前述原料水的冰點(diǎn)的溫度則沒有特別限定。

作為生物催化劑，例如可以舉出含有將作為目標(biāo)的反應(yīng)進(jìn)行催化的酶(腈水合酶)的動(dòng)物細(xì)胞、植物細(xì)胞、細(xì)胞小器官、微生物的菌體(活菌體或死菌體)以及它們的處理物等。

作為前述處理物，可以舉出從動(dòng)物細(xì)胞、植物細(xì)胞、細(xì)胞小器官或者微生物的菌體提取的酶(粗酶或者精制酶)，將動(dòng)物細(xì)胞、植物細(xì)胞、細(xì)胞小器官、微生物的菌體或者酶本身固定化于載體而得到的物質(zhì)等。

作為固定化方法，可以舉出包埋法、交聯(lián)法、載體結(jié)合法等。包埋法是指，將菌體或酶包入高分子凝膠的微細(xì)格子之中、或者由半透膜性的高分子的覆膜進(jìn)行被覆的方法。交聯(lián)法是指，用具有2個(gè)或其以上的官能團(tuán)的試劑(多官能度交聯(lián)劑)將酶交聯(lián)的方法。載體結(jié)合法是指，將酶結(jié)合于水不溶性的載體的方法。

作為固定化中使用的載體(固定化載體)，例如可以舉出玻璃珠、硅膠、聚氨酯、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、角叉菜膠、海藻酸、瓊脂、明膠等。

作為生物催化劑，特別優(yōu)選微生物的菌體或者其處理物。

作為前述微生物，例如可以舉出：屬于諾卡氏菌(nocardia)屬、棒狀桿菌(corynebacterium)屬、芽孢桿菌(bacillus)屬、假單胞菌(pseudomonas)屬、微球菌(micrococcus)屬、紅球菌(rhodococcus)屬、不動(dòng)桿菌(acinetobacter)屬、黃色桿菌(xanthobacter)屬、鏈霉菌(streptomyces)屬、根瘤菌(rhizobium)屬、克雷伯菌(klebsiella)屬、腸桿菌(enterobavter)屬、歐文氏菌(erwinia)屬、氣單胞菌(aeromonas)屬、檸檬酸菌(citrobacter)屬、無(wú)色菌(achromobacter)屬、農(nóng)桿菌(agrobacterium)屬以及假諾卡氏菌(pseudonocardia)屬等中的微生物等。

作為這些微生物的處理物，例如可以舉出前述微生物所產(chǎn)生的腈水合酶。

生物催化劑的用量雖然因所使用的生物催化劑的種類、形態(tài)而異，但是優(yōu)選調(diào)整為導(dǎo)入反應(yīng)器中的生物催化劑的活性在反應(yīng)溫度10℃每1mg干燥菌體成為50～500u左右。其中，前述單位u(unit)表示在1分鐘內(nèi)由丙烯腈生成1微摩爾的丙烯酰胺，是使用用于制造的丙烯腈測(cè)定的值。

另外，關(guān)于原料水的用量，以水合工序結(jié)束后的、相對(duì)于包含丙烯酰胺的反應(yīng)混合物全體的質(zhì)量的丙烯酰胺濃度優(yōu)選為25～60質(zhì)量％、更優(yōu)選為40～55質(zhì)量％進(jìn)行調(diào)整。即，優(yōu)選相對(duì)于丙烯腈1,000kg，加入186～448kg的原料水。

作為使用生物催化劑將丙烯腈進(jìn)行水合的方法，可以舉出分批反應(yīng)、半分批反應(yīng)、連續(xù)反應(yīng)等，可適用任一種反應(yīng)。分批反應(yīng)是：將反應(yīng)原料(包括生物催化劑、丙烯腈、原料水)總量一次性地加入于反應(yīng)器之后進(jìn)行反應(yīng)的方法。半分批反應(yīng)是：將反應(yīng)原料的一部分加入反應(yīng)器，然后連續(xù)性地或間歇性地供給剩余的反應(yīng)原料而反應(yīng)的方法。連續(xù)反應(yīng)是：一邊將反應(yīng)原料連續(xù)性或間歇性地供給于反應(yīng)器，并且進(jìn)行反應(yīng)混合物(包括反應(yīng)原料以及所生成的丙烯酰胺)從反應(yīng)器的連續(xù)性或間歇性的抽取，一邊無(wú)需抽取出反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)混合物總量而連續(xù)地制造的方法。從容易在工業(yè)上大量地且有效地制造丙烯酰胺的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選半分批反應(yīng)或者連續(xù)反應(yīng)。

作為反應(yīng)器的形式，可使用攪拌槽型、固定層型、流化層型、移動(dòng)層型、塔型、管型等各種形式的反應(yīng)器。

反應(yīng)器可僅使用1個(gè)，也可并用多個(gè)。在并用了多個(gè)反應(yīng)器的情況下，越是位于下游側(cè)、即位于催化劑從反應(yīng)體系抽出一側(cè)的反應(yīng)器，反應(yīng)混合物中的丙烯酰胺濃度越高。因此，根據(jù)反應(yīng)器的數(shù)量，也可調(diào)節(jié)最終獲得的丙烯酰胺水溶液的丙烯酰胺濃度。

更具體說(shuō)明，在使用多個(gè)反應(yīng)器而連續(xù)進(jìn)行反應(yīng)的情況下，需要將多個(gè)反應(yīng)器串聯(lián)地連接，將生物催化劑、丙烯腈、原料水連續(xù)地供給于上游側(cè)的反應(yīng)器，從下游側(cè)的反應(yīng)器連續(xù)地抽取出反應(yīng)混合物。這樣地，在連接多個(gè)反應(yīng)器從而連續(xù)地進(jìn)行反應(yīng)的方法中，越是下游側(cè)的反應(yīng)器，向丙烯酰胺的轉(zhuǎn)化率越高，反應(yīng)混合物中的丙烯酰胺濃度越高。另外，在這樣地使用多個(gè)反應(yīng)器的反應(yīng)方法中，每個(gè)反應(yīng)器中反應(yīng)混合物中的丙烯酰胺濃度不同，因而可以在不將反應(yīng)條件進(jìn)行大的變更的情況下獲得具有所希望的丙烯酰胺濃度的反應(yīng)混合物。

使用多個(gè)反應(yīng)器而連續(xù)地進(jìn)行反應(yīng)的情況下，關(guān)于導(dǎo)入生物催化劑、丙烯腈的反應(yīng)器，只要在不使反應(yīng)的效率等過(guò)于惡化的范圍內(nèi)，則不僅限于導(dǎo)入于位于最上游的反應(yīng)器，也可導(dǎo)入于其下游的反應(yīng)器。

將丙烯腈進(jìn)行水合時(shí)的反應(yīng)溫度(反應(yīng)混合物溫度)并沒有限定，但優(yōu)選為10～50℃，更優(yōu)選為20～40℃，最優(yōu)選為15～25℃。如果反應(yīng)溫度為10℃以上，那么可充分提高生物催化劑的反應(yīng)活性。另外，如果反應(yīng)溫度為40℃以下，那么容易抑制生物催化劑的失活。反應(yīng)時(shí)間沒有限定，但優(yōu)選為1～50小時(shí)，更優(yōu)選為3～30小時(shí)。

此處，關(guān)于“反應(yīng)溫度”，在通過(guò)分批反應(yīng)或者半分批反應(yīng)進(jìn)行丙烯腈的水合的情況下，是指(1)從水合反應(yīng)開始起到結(jié)束為止的反應(yīng)混合物溫度的時(shí)間平均值以及(2)使用冷卻水等控制反應(yīng)混合物溫度時(shí)所使用的反應(yīng)混合物溫度的設(shè)定溫度中的任一個(gè)低的一方的溫度。利用連續(xù)反應(yīng)進(jìn)行丙烯腈的水合的情況下，是指反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)混合物溫度；在連續(xù)反應(yīng)中存在多個(gè)反應(yīng)器的情況下，是指各反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)混合物溫度中最低的溫度。

即，關(guān)于本發(fā)明的“反應(yīng)溫度”，在通過(guò)分批反應(yīng)或者半分批反應(yīng)進(jìn)行丙烯腈的水合的情況下，是指(1)反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)混合物的液溫的時(shí)間平均值、或者(2)反應(yīng)器的設(shè)定溫度中的任一個(gè)低的一方的溫度。

也可向前述原料水中、或者反應(yīng)混合物(包括反應(yīng)原料以及所生成的丙烯酰胺)中添加碳原子數(shù)2個(gè)以上的水溶性單羧酸鹽中的至少1種。在本發(fā)明中，也可將包含碳原子數(shù)2個(gè)以上的水溶性單羧酸鹽中的至少1種的原料水供給于反應(yīng)器。使用多個(gè)反應(yīng)器而連續(xù)地進(jìn)行反應(yīng)的情況下，也可在向含有從反應(yīng)器抽取出的丙烯酰胺的反應(yīng)液中添加碳原子數(shù)2個(gè)以上的水溶性單羧酸鹽中的至少1種后，供給于下一個(gè)反應(yīng)器。由此，在反應(yīng)液中的丙烯酰胺的穩(wěn)定性提高。

前述水溶性單羧酸鹽可以是飽和單羧酸鹽、不飽和單羧酸鹽中的任一種。作為飽和羧酸，可以舉出乙酸、丙酸、正己酸等。作為不飽和羧酸，可以舉出丙烯酸、甲基丙烯酸、乙烯基乙酸等。作為鹽，前述飽和單羧酸或不飽和單羧酸的鈉鹽、鉀鹽、銨鹽是代表性的。

關(guān)于前述水溶性單羧酸鹽的添加量，相對(duì)于丙烯酰胺，以酸計(jì)優(yōu)選為20～5000mg/kg。

關(guān)于如以上那樣操作而制造的丙烯酰胺，優(yōu)選作為相對(duì)于含有丙烯酰胺的反應(yīng)混合物全體的質(zhì)量的丙烯酰胺濃度為25～60質(zhì)量％的水溶液來(lái)使用。

當(dāng)相對(duì)于包含丙烯酰胺的反應(yīng)混合物全體的質(zhì)量的丙烯酰胺濃度高于60質(zhì)量％的情況下，在接近常溫時(shí)丙烯酰胺的結(jié)晶變得容易析出，因此不僅需要加熱裝置并且設(shè)備成本增加，而且溫度管理等的操作性也復(fù)雜化。因此，關(guān)于丙烯酰胺水溶液的丙烯酰胺濃度，只要是即使在接近常溫時(shí)也不會(huì)析出丙烯酰胺的結(jié)晶的范圍那么沒有特別限定，但是優(yōu)選為60質(zhì)量％以下，更優(yōu)選為55質(zhì)量％以下，最優(yōu)選為50質(zhì)量％以下。

另一方面，若相對(duì)于包含丙烯酰胺的反應(yīng)混合物全體的質(zhì)量的丙烯酰胺濃度低于25質(zhì)量％，則用于貯藏、保管的罐容積變得過(guò)大，或者輸送成本增大，因而在工業(yè)化地利用時(shí)在經(jīng)濟(jì)方面上造成不利。因此，丙烯酰胺水溶液的丙烯酰胺濃度優(yōu)選為25質(zhì)量％以上，更優(yōu)選為35質(zhì)量％以上，最優(yōu)選為40質(zhì)量％以上。即，如果相對(duì)于包含丙烯酰胺的反應(yīng)混合物反應(yīng)液全體的質(zhì)量的丙烯酰胺濃度為25～60質(zhì)量％，那么丙烯酰胺的結(jié)晶不析出，而且，在工業(yè)利用中在經(jīng)濟(jì)方面有利，因此優(yōu)選。

實(shí)施例

以下舉出實(shí)施例來(lái)更具體說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明不受限于它們。

予以說(shuō)明，在以下的各例中，只要沒有特別限定，“％”、“ppm”分別表示“質(zhì)量％”、“質(zhì)量ppm”。常溫表示20℃。

ph為利用玻璃電極法測(cè)定在20℃的值。

[實(shí)施例1]

(生物催化劑的調(diào)制)

將具有腈水合酶活性的玫瑰色紅球菌(rhodococcusrhodochrous)j1株(1987年9月18日以保藏編號(hào)fermbp-1478國(guó)際保藏于獨(dú)立行政法人產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所專利生物保藏中心(特許生物寄託センター)(日本國(guó)茨城縣筑波市東1丁目1番地1中央第6))，利用含有葡萄糖2％、尿素1％、蛋白胨0.5％、酵母抽提物0.3％、氯化鈷0.05％的培養(yǎng)基(ph7.0)在30℃進(jìn)行了需氧培養(yǎng)。使用離心分離機(jī)以及50mm磷酸緩沖液(ph7.0)將其進(jìn)行集菌洗滌，調(diào)制出作為生物催化劑的菌體懸浮液(干燥菌體15質(zhì)量％)。

(由丙烯腈向丙烯酰胺的反應(yīng))

向內(nèi)容積1l的帶夾套的反應(yīng)器(內(nèi)徑10cm)中加入了冷卻至3℃的50mm磷酸緩沖液(ph7)497g和在5℃保存的菌體懸浮液1.5g。

接著，以50g/hr將常溫的丙烯腈供給到反應(yīng)器從而引發(fā)了反應(yīng)。在反應(yīng)中，向夾套中流入15℃的冷卻水，使反應(yīng)溫度成為25℃。

從反應(yīng)開始起40分鐘后的時(shí)間點(diǎn)開始，將反應(yīng)溫度穩(wěn)定地控制為25℃。在直到穩(wěn)定地控制之前的期間，反應(yīng)溫度一時(shí)性地最高升高至26℃。

反應(yīng)開始起6小時(shí)后，停止丙烯腈的供給，就那樣繼續(xù)進(jìn)行了反應(yīng)。

反應(yīng)開始起9小時(shí)后，利用氣相色譜儀(色譜柱：porapak-ps(waters公司制)，1m，180℃，載氣：氮?dú)?，檢測(cè)器：fid)對(duì)反應(yīng)液進(jìn)行分析，結(jié)果以50.1％的濃度僅檢測(cè)到丙烯酰胺，沒有檢測(cè)到未反應(yīng)的丙烯腈。

[實(shí)施例2]

將冷卻至10℃的50mm磷酸緩沖液(ph7)放入反應(yīng)器，將反應(yīng)溫度設(shè)為15℃，將夾套的冷卻水溫度設(shè)為5℃，除此以外，與實(shí)施例1同樣地進(jìn)行了反應(yīng)。

從反應(yīng)開始起45分鐘后的時(shí)間點(diǎn)，將反應(yīng)溫度穩(wěn)定地控制為15℃。在直到穩(wěn)定地控制之前的期間，反應(yīng)溫度一時(shí)性地最高升高至27.5℃。

反應(yīng)開始起6小時(shí)后，停止丙烯腈的供給，就那樣繼續(xù)進(jìn)行了反應(yīng)。

反應(yīng)開始起12小時(shí)后，利用氣相色譜儀(色譜柱：porapak-ps(waters公司制)，1m，180℃，載氣：氮?dú)?，檢測(cè)器：fid)對(duì)反應(yīng)液進(jìn)行分析，結(jié)果以50.1％的濃度檢測(cè)到丙烯酰胺，以20ppm的濃度檢測(cè)到未反應(yīng)的丙烯腈。

[比較例1]

將冷卻至15℃的50mm磷酸緩沖液(ph7)放入反應(yīng)器，除此以外，與實(shí)施例2同樣地進(jìn)行了反應(yīng)。

從反應(yīng)開始起50分鐘后的時(shí)間點(diǎn)開始，將反應(yīng)溫度穩(wěn)定地控制為15℃。在直到穩(wěn)定地控制之前的期間，反應(yīng)溫度最高升高至34℃。

反應(yīng)開始起6小時(shí)后，停止丙烯腈的供給，就那樣繼續(xù)進(jìn)行了反應(yīng)。

反應(yīng)開始起12小時(shí)后，利用氣相色譜儀(色譜柱：porapak-ps(waters公司制)，1m，180℃，載氣：氮?dú)?，檢測(cè)器：fid)對(duì)反應(yīng)液進(jìn)行分析，結(jié)果以49.6％的濃度檢測(cè)到丙烯酰胺，以4000ppm的濃度檢測(cè)到未反應(yīng)的丙烯腈。

[實(shí)施例3]

將內(nèi)容積1l的帶夾套的反應(yīng)器(內(nèi)徑10cm)連接為7槽串聯(lián)。向第1槽中連續(xù)地以780ml/hr添加冷卻至3℃的50mm磷酸緩沖液(ph7)、以214ml/hr添加常溫的丙烯腈、以2.0g/hr添加在5℃保存的菌體懸浮液，向第2槽中以182ml/hr僅連續(xù)地添加丙烯腈，向第3槽中以133ml/hr僅連續(xù)地添加丙烯腈，向第4槽中以55ml/hr僅連續(xù)地添加丙烯腈，各槽皆進(jìn)行了攪拌。關(guān)于反應(yīng)溫度，使用夾套的冷卻水(15℃)進(jìn)行了控制，使從第1槽到第7槽的液溫成為25、25、26、26、27、28、28℃。

反應(yīng)開始起1天后，從第1槽到第7槽為止將反應(yīng)溫度控制為設(shè)定溫度。利用氣相色譜儀(色譜柱：porapak-ps(waters公司制)，1m，180℃，載氣：氮?dú)猓瑱z測(cè)器：fid)對(duì)從第7槽流出的反應(yīng)液進(jìn)行分析，結(jié)果以50.1％的濃度僅檢測(cè)到丙烯酰胺，沒有檢測(cè)到未反應(yīng)的丙烯腈。

[實(shí)施例4]

向第1槽中連續(xù)地以780ml/hr添加冷卻至15℃的50mm磷酸緩沖液(ph7)，使用夾套的冷卻水(12℃)控制了反應(yīng)溫度，使從第1槽到第7槽的液溫成為20、20、21、21、22、22、23℃，除此以外，與實(shí)施例3同樣地進(jìn)行了反應(yīng)。

反應(yīng)開始起1天后，第1槽的反應(yīng)溫度成為20.7℃。從第2槽到第7槽為止將反應(yīng)溫度控制為設(shè)定溫度。利用氣相色譜儀(色譜柱：porapak-ps(waters公司制)，1m，180℃，載氣：氮?dú)?，檢測(cè)器：fid)對(duì)從第7槽流出的反應(yīng)液進(jìn)行分析，結(jié)果以50.1％的濃度檢測(cè)到丙烯酰胺，以90ppm的濃度檢測(cè)到未反應(yīng)的丙烯腈。

[實(shí)施例5]

向第1槽至第4槽中添加了冷卻至15℃的丙烯腈，除此以外，與實(shí)施例4同樣地進(jìn)行了反應(yīng)。

反應(yīng)開始起1天后，從第1槽到7槽為止將反應(yīng)溫度控制為設(shè)定溫度。利用氣相色譜儀(色譜柱：porapak-ps(waters公司制)，1m，180℃，載氣：氮?dú)?，檢測(cè)器：fid)對(duì)從第7槽流出的反應(yīng)液進(jìn)行分析，結(jié)果以50.1％的濃度檢測(cè)到丙烯酰胺，沒有檢測(cè)到未反應(yīng)的丙烯腈。

[比較例2]

向第1槽中連續(xù)地以780ml/hr添加冷卻至20℃的50mm磷酸緩沖液(ph7)，除此以外，與實(shí)施例4同樣地進(jìn)行了反應(yīng)。

反應(yīng)開始起1天后，從第1槽到第3槽的反應(yīng)溫度分別成為23.4℃、22.5℃、21.6℃。從第4槽到第7槽為止將反應(yīng)溫度控制為設(shè)定溫度。利用氣相色譜儀(色譜柱：porapak-ps(waters公司制)，1m，180℃，載氣：氮?dú)?，檢測(cè)器：fid)對(duì)從第7槽流出的反應(yīng)液進(jìn)行分析，結(jié)果以49.9％的濃度檢測(cè)到丙烯酰胺，以1200ppm的濃度檢測(cè)到未反應(yīng)的丙烯腈。

表1

如實(shí)施例1～2以及比較例1的結(jié)果所示，在半分批反應(yīng)的情況下，反應(yīng)剛開始后反應(yīng)液的溫度容易升高，但是通過(guò)使加入于反應(yīng)器的原料水的溫度為冰點(diǎn)以上且比反應(yīng)溫度低5℃以上的溫度，即使不將冷卻水的溫度過(guò)量地降低，或者即使不使用復(fù)雜結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器作為反應(yīng)器，也良好地進(jìn)行了除熱。因此，冷卻水的冷卻所需要的能量成本、裝置成本可比以往減少。另外，未反應(yīng)的丙烯腈少，并且向丙烯酰胺的轉(zhuǎn)化率高。

另外，如實(shí)施例3～5以及比較例2的結(jié)果所示，在使用了多個(gè)反應(yīng)器的連續(xù)反應(yīng)的情況下，上游側(cè)的反應(yīng)器中反應(yīng)液的溫度容易升高，但是通過(guò)使供給于反應(yīng)器的原料水的溫度為冰點(diǎn)以上且比反應(yīng)溫度低5℃以上的溫度，從而即使不將冷卻水的溫度過(guò)量地降低，或者即使不使用復(fù)雜結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器作為反應(yīng)器，也良好地進(jìn)行了除熱。因此，冷卻水的冷卻所需要的能量成本、裝置成本可比以往減少。另外，未反應(yīng)的丙烯腈少，并且向丙烯酰胺的轉(zhuǎn)化率高。

予以說(shuō)明，表1中，實(shí)施例3～5以及比較例2的反應(yīng)溫度是第1槽的溫度。

產(chǎn)業(yè)上的可利用性

根據(jù)本發(fā)明的丙烯酰胺的制造方法，可有效地將通過(guò)使用生物催化劑將丙烯腈進(jìn)行水合而制造丙烯酰胺時(shí)的反應(yīng)熱進(jìn)行除熱。另外，可提高由丙烯腈向丙烯酰胺的轉(zhuǎn)化率。因此，可以以低成本和高生產(chǎn)率來(lái)制造丙烯酰胺。