(57)【要約】【課題】工業的に非常に重要なアミド化合物の効率的な製造方法、および該方法に好適に用いられるアミド化合物の製造装置を提供する。【解決手段】ニトリルヒドラターゼを含有する菌体および／またはその菌体処理物を用いてアミド化合物を製造する方法において、直列に設置された複数の撹拌槽型槽型反応器を用い、それぞれの反応器に設置されたポンプを用いて下段下流側の反応器へ反応液を供給することを特徴とするアミド化合物の製造方法、およびニトリルヒドラターゼを含有する菌体および／またはその菌体処理物を用いて製造されたアミド化合物を製造する直列に設置され、それぞれの反応器にポンプを有する複数の撹拌槽型槽型反応器を備えるアミド化合物の製造装置【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ニトリルヒドラターゼを含有する菌体および／またはその菌体処理物を用いてアミド化合物を製造する方法において、直列に設置された複数の槽型反応器を用い、上流側の槽型反応器の反応液をそれぞれの反応器に設置されたポンプを用いて下流側の槽型反応器へ供給することを特徴とするアミド化合物の製造方法
【請求項２】
アミド化合物がアクリルアミドまたはメタクリルアミドである請求項１に記載の製造方法
【請求項３】
ニトリルヒドラターゼを含有する菌体および／またはその菌体処理物を用いて製造されたアミド化合物を製造する直列に設置され、それぞれの反応器にポンプを有する複数の槽型反応器を備えるアミド化合物の製造装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、菌体および／またはその菌体処理物を触媒として用い、ニトリル化合物を水和してアミド化合物を得るアミド化合物の製造方法、ならびにアミド化合物の製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アミド化合物の主要な製造方法の一つとして、ニトリル化合物を原料とする水和法は多くの場合に用いられており、アクリルアミド等のアミド化合物の工業的製法としては、例えば、ラネー銅等の金属銅を触媒として用い、アクリロニトリル等のニトリル化合物を水和する方法、あるいは近年ではニトリルヒドラターゼを含有する菌体および／またはその菌体処理物等を触媒として用い、ニトリル化合物を水和する方法が知られている。
【０００３】
菌体および／またはその菌体処理物を触媒として用いる方法は、アクリロニトリル等のニトリル化合物の転化率および選択率が高いことから工業的に注目を浴びている。
【０００４】
例えば特許文献１では、より少ない菌体量で高濃度アクリルアミドを得る方法として、菌体または菌体処理物を利用したアクリルアミドの製法において、原料アクリロニトリルを、反応の開始時または反応途中のアクリロニトリル濃度が水性媒体中でのアクリロニトリルの飽和濃度以上となるように添加する方法が提案されている。また、特許文献２には、ニトリル化合物を高い転化率で水和して高濃度アミド化合物水溶液を連続的に製造する方法として、菌体またはその菌体処理物を水性媒体中でニトリル化合物と接触させた後、得られた反応液をプラグフロー性を有する二重管形式やシェル＆チューブ形式の筒型反応器を用いて製造する方法が提案されている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１および２の方法においては、効率的でかつ高品質のアミド化合物の製造方法としては不十分であり、未だ検討の余地が残されている。  
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１／８９５７５号パンフレット
【特許文献２】特開２００１／３４００９１号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
菌体および／またはその菌体処理物を用いたニトリル化合物の水和反応においては、より効率的にアミド化合物を製造することが求められている。
【０００８】
本発明の課題は、アミド化合物を効率的に製造する方法、および当該方法において好適に用いられるアミド化合物の製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者等は上記課題を解決すべく鋭意研究を行った。その結果、下記工程を有するアミド化合物の製造方法により上記課題を解決できることを見出し、本発明に至った。
【００１０】
すなわち、本発明は以下の通りである。
〔１〕ニトリルヒドラターゼを含有する菌体および／またはその菌体処理物を用いてアミド化合物を製造する方法において、直列に設置された複数の槽型反応器を用い、上流側の槽型反応器の反応液をそれぞれの反応器に設置されたポンプを用いて下流側の槽型反応器へ供給することを特徴とするアミド化合物の製造方法
〔２〕アミド化合物がアクリルアミドまたはメタクリルアミドである前記〔１〕に記載の製造方法
〔３〕ニトリルヒドラターゼを含有する菌体および／またはその菌体処理物を用いてアミド化合物を製造する直列に設置され、それぞれの反応器にポンプを有する複数の槽型反応器を備えるアミド化合物の製造装置
【発明の効果】
【００１１】
本願発明においては、菌体および／またはその菌体処理物を用いたニトリル化合物の水和反応において効率的にアミド化合物を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の製造装置の一実施形態を示す模式図である。
【図２】図２は、本発明の製造装置の一実施形態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明のアミド化合物の製造方法および製造装置について説明する。
〔アミド化合物の製造方法〕
本発明のアミド化合物の製造方法は、ニトリルヒドラターゼを含有する菌体および／またはその菌体処理物を用いてアミド化合物を製造する方法において、直列に設置された複数の槽型反応器を用い、それぞれの反応器に設置されたポンプを用いて下流側の反応器へ反応液を供給して反応を行う工程を有する。
＜ニトリルヒドラターゼを含有する菌体および／またはその菌体処理物＞
本発明では、ニトリルヒドラターゼを含有する菌体および／またはその菌体処理物（以下、これらを単に「菌体触媒」ともいう。）をニトリル化合物のアミド化合物への水和触媒として用いる。
【００１４】
ニトリルヒドラターゼとは、ニトリル化合物を加水分解して対応するアミド化合物を生成する能力（以下、「ニトリルヒドラターゼ活性」ともいう。）を有する酵素（たんぱく質）をいう。
【００１５】
ニトリルヒドラターゼを含有する菌体としては、ニトリルヒドラターゼを産生し、かつニトリル化合物およびアミド化合物の水溶液中でニトリルヒドラターゼ活性を保持している菌体であれば特に限定されない。ニトリルヒドラターゼを産生する菌体としては、ノカルディア(Nocardia)属、コリネバクテリウム(Corynebacterium)属、バチルス(Bacillus)属、好熱性のバチルス属、シュードモナス(Pseudomonas)属、ミクロコッカス(Micrococcus)属、ロドクロウス(rhodochrous)種に代表されるロドコッカス(Rhodococcus)属、アシネトバクター(Acinetobacter)属、キサントバクター(Xanthobacter)属、ストレプトマイセス(Streptomyces)属、リゾビウム(Rhizobium)属、クレブシエラ(Klebsiella)属、エンテロバクター(Enterobacter)属、エルウィニア(Erwinia)属、エアロモナス(Aeromonas)属、シトロバクター(Citrobacter)属、アクロモバクター(Achromobacter)属、アグロバクテリウム(Agrobacterium)属またはサーモフィラ(thermophila)種に代表されるシュードノカルディア(Pseudonocardia)属、バクテリジューム（Bacteridium）属、ブレビバクテリウム（Brevibacterium）属に属する菌体等が挙げられる。これらは一種で用いても二種以上を併用しても良い。
また、これら菌体よりクローニングしたニトリルヒドラターゼ遺伝子を任意の宿主で高発現させた形質転換体、および組換えＤＮＡ技術を用いて該ニトリルヒドラターゼの構成アミノ酸の一個または二個以上を他のアミノ酸で置換、欠失、削除もしくは挿入することにより、アミド化合物耐性やニトリル化合物耐性、温度耐性を更に向上させた変異型のニトリルヒドラターゼを発現させた形質転換体等も挙げられる。尚、ここでいう任意の宿主には、後述の実施例のように大腸菌(Escherichia coli)が代表例として挙げられるが、特に大腸菌に限定されるものではなく枯草菌(Bacillus subtilis)等のバチルス属菌、酵母や放線菌等の他の菌株も含まれる。その様なものの例として、ＭＴ−１０８２２〔本菌株は、１９９６年２月７日に茨城県つくば市東１丁目１番３号の通商産業省工業技術院生命工学工業技術研究所（現  茨城県つくば市東１−１−１  つくばセンター  中央第６  独立行政法人  品評価技術基盤機構  特許生物寄託センター）に受託番号ＦＥＲＭＢＰ−５７８５として、特許手続き上の菌体の寄託の国際的承認に関するブダペスト条約に基づいて寄託されている。〕が挙げられる。
【００１６】
これら菌体の中でも、高活性、高安定性のニトリルヒドラターゼを有するという点で、シュードノカルディア(Pseudonocardia)属に属する菌体、および該菌体よりクローニングしたニトリルヒドラターゼ遺伝子を任意の宿主で高発現させた形質転換体、および変異型のニトリルヒドラターゼを発現させた形質転換体が好ましい。なお、上記形質転換体は、ニトリルヒドラターゼの安定性をより高め、菌体当たりの活性がより高い点で好ましい。
【００１７】
また、菌体内にニトリルヒドラターゼを高発現できる、ロドコッカス・ロドクロウス（Rhodococcus rhodochrous）Ｊ−１、該菌体よりクローニングしたニトリルヒドラターゼ遺伝子を任意の宿主で高発現させた形質転換体も同様に好ましい。上記ニトリルヒドラターゼを産生する菌体は、分子生物学・生物工学・遺伝子工学の分野において公知の一般的な方法により調製できる。
【００１８】
本発明に係る組換えベクターは、ニトリルヒドラターゼをコードする遺伝子を含有するものであり、ベクターにニトリルヒドラターゼをコードする遺伝子を連結することにより得ることができる。ベクターとしては、特に限定されるものではなく、例えばpET-21a(+)、pKK223-3、pUC19、pBluescriptKS(+)およびpBR322等に代表される市販の発現プラスミドに、ニトリルヒドラターゼをコードする遺伝子を組み込むことにより、該ニトリルヒドラターゼの発現プラスミドを構築することができる。また、形質転換に使用する宿主生物としては、組換えベクターが安定、かつ自己増殖可能で、さらに外来のＤＮＡの形質が発現できるものであれば良く、例えば大腸菌が好例として挙げられるが、大腸菌だけに限らず枯草菌、酵母等に導入することにより、ニトリルヒドラターゼの産生能を有する形質転換体を得ることができる。
【００１９】
上述のようなニトリルヒドラターゼを産生する菌体は、公知の方法により、適宜培養し増殖させ、ニトリルヒドラターゼを産生させても良い。この場合使用される培地としては炭素源、窒素源、無機塩類およびその他の栄養素を適量含有する培地であれば合成培地または天然培地のいずれも使用可能である。例えば、ＬＢ培地、Ｍ９培地等の通常の液体培地に、菌体を植菌した後、適当な培養温度（一般的には２０℃〜５０℃であるが、好熱菌の場合は５０℃以上でも良い。）で培養させることにより調製できる。培養は前記培養成分を含有する液体培地中で振とう培養、通気攪拌培養、連続培養、流加培養等の通常の培養方法を用いて行うことができる。形質転換体の培養温度としては、１５〜３７℃が好ましい。培養条件は、特に限定されるものではなく、培養の種類、培養方法により適宜選択すれば良く、菌株が生育しニトリルヒドラターゼを産生することが出来れば良い。
【００２０】
本発明では上述のニトリルヒドラターゼを産生する菌体を、ニトリル化合物と反応させるために、遠心等による集菌や、破砕し菌体破砕物を作製する等、さまざまな処理を行っても良く、これらのなんらかの処理を施した菌体を菌体処理物と総称する。
【００２１】
破砕される菌体の形態としては、ニトリルヒドラターゼを産生する菌体を含む限り特に限定はされず、例えば、該菌体を含む培養液そのもの、その培養液を遠心分離して分離・回収された集菌体、さらにこの集菌体を生理食塩水等で洗浄したものが挙げられる。
＜ニトリル化合物＞
ニトリル化合物としては、例えば、炭素数２〜２０の脂肪族ニトリル化合物、炭素数６〜２０の芳香族ニトリル化合物が挙げられ、一種で用いても二種以上を併用しても良い。
【００２２】
脂肪族ニトリル化合物としては、例えば、炭素数２〜６の飽和または不飽和ニトリルが挙げられ；具体的には、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、イソブチロニトリル、バレロニトリル、イソバレロニトリル、カプロニトリル等の脂肪族飽和モノニトリル；マロノニトリル、サクシノニトリル、アジポニトリル等の脂肪族飽和ジニトリル；アクリロニトリル、メタクリロニトリル、クロトンニトリル等の脂肪族不飽和ニトリルが挙げられる。
【００２３】
芳香族ニトリル化合物としては、例えば、ベンゾニトリル、ｏ−，ｍ−またはｐ−クロロベンゾニトリル、ｏ−，ｍ−またはｐ−フルオロベンゾニトリル、ｏ−，ｍ−またはｐ−ニトロベンゾニトリル、ｏ−，ｍ−またはｐ−トルニトリル、ｏ−，ｍ−またはｐ−シアノピリジン、ベンジルシアナイドが挙げられる。
【００２４】
ニトリル化合物の中でも、アクリロニトリル、メタクリロニトリルが好ましい。
＜水（原料水）＞
原料水は特に限定されず、蒸留水、イオン交換水等の精製水を用いることができる。
＜ｐＨ調節剤＞
ｐＨ調節剤は、反応混合物のｐＨを菌体触媒の活性を良好に保つための好適な範囲に調節するために用いられる。
反応に好適なｐＨが７よりも小さい場合には、ｐＨ調節剤として酸を用いることができる。
ｐＨ調節剤として用いる酸としては、無機酸、有機酸のいずれも用いることができる。無機酸としては、例えば、塩化水素、臭化水素、沃化水素等のハロゲン化水素酸、次亜塩素酸、亜塩素酸、塩素酸、過塩素酸、次亜臭素酸、亜臭素酸、臭素酸、過臭素酸、次亜沃素酸、亜沃素酸、沃素酸、過沃素酸等のハロゲン化オキソ酸、硫酸、硝酸、燐酸、硼酸が挙げられる。有機酸としては、例えば、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、蓚酸、マロン酸、フマル酸、マレイン酸、クエン酸、乳酸、安息香酸等のカルボン酸やメタンスルホン酸、エタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、ｐ−トルエンスルホン酸等のスルホン酸が挙げられる。ｐＨ調節剤として用いる酸は、気体、固体、液体いずれの状態でも用いることができるが、反応槽への供給の容易性を考慮すると、液体の状態のものを用いることは好ましく、気体あるいは固体の状態の酸は水溶液として用いることはより好ましい。反応槽のｐＨ調節の制御性を考慮すると、液体の状態の酸も水溶液として用いることはより好ましい。水溶液として用いる場合の酸の濃度は、特に制限はないが、高濃度の水溶液を用いるとｐＨ調節が困難となるため、好ましくは０．１ｗｔ％以上９９ｗｔ％以下、より好ましくは１ｗｔ％以上９０ｗｔ％以下、さらに好ましくは１ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下である。
反応に好適なｐＨが７よりも大きい場合には、ｐＨ調節剤として塩基を用いることができる。
【００２５】
ｐＨ調節剤として用いる塩基としては、無機塩基、有機塩基のいずれも用いることができる。無機塩基としては、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属の水酸化物、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム等のアルカリ土類金属の水酸化物、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等のアルカリ金属の炭酸塩、炭酸水素リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム等のアルカリ金属の炭酸水素塩、アンモニアが挙げられる。有機塩基としては、例えば、トリメチルアミン、トリエチルアミン、アニリン、ピリジンが挙げられる。ｐＨ調節剤として用いる塩基は、気体、固体、液体いずれの状態でも用いることができるが、反応槽への供給の容易性を考慮すると、液体の状態のものを用いることは好ましく、気体あるいは固体の状態の塩基は水溶液として用いることはより好ましい。反応槽のｐＨ調節の制御性を考慮すると、液体の状態の塩基も水溶液として用いることはより好ましい。水溶液として用いる場合の塩基の濃度は、特に制限はないが、高濃度の水溶液を用いるとｐＨ調節が困難となるため、好ましくは０．１ｗｔ％以上９９ｗｔ％以下、より好ましくは１ｗｔ％以上９０ｗｔ％以下、さらに好ましくは１ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下である。
＜反応槽＞
本発明では、直列に設置された複数の槽型反応器から構成される多段の反応槽を用いる（以下、「反応槽」という）。反応槽の構成としては、菌体触媒、ニトリル化合物、原料水及びｐＨ調節剤を上流側の槽型反応器に供給し、上流側の槽型反応器から取り出された反応液（菌体触媒、未反応原料、ｐＨ調節剤および生成したアミド化合物等を含む。）を、下流側の槽型反応器へ供給する態様をとる。槽型反応器は、複数設置されていれば良く、その数は特に限定するものではないが、通常２〜１０基の範囲であり、好ましくは２〜５基である。槽型反応器の数は、２基以上であれば菌体触媒による反応効率を良好に維持でき、少量の菌体触媒により十分な効果を得ることができる。槽型反応器の数の上限は特に限定するものではないが、多くの槽型反応器を用いる場合には、反応効率の向上に比べ、設備費用が過大になる等好ましくない。
それぞれの槽型反応器は攪拌機を備えていることが好ましい。槽型反応器に設置される攪拌機の攪拌翼は任意の形状のものを選択でき、例えば、プロペラ翼、フラットパドル翼、ピッチドパドル翼、フラットタービン翼、ピッチドタービン翼、リボン翼、アンカー翼、フルゾーン翼が挙げられる。攪拌翼は、１枚であっても良く、複数枚備えていても良い。
それぞれの槽型反応器には、反応液を下流側の反応槽へ供給するための反応液供給ポンプを備えた反応液供給ラインが設置されている。反応液供給ポンプを備えた反応液供給ラインは、各撹拌反応器に一つ設置されていても、複数設置されていても良い。
それぞれの槽型反応器の、反応液供給ラインに備えられた反応液供給ポンプは、特に限定されるものではなく、例えば、遠心ポンプ、傾斜ポンプあるいは軸流ポンプ等のターボ式ポンプや、往復ポンプや回転ポンプ等の容積型ポンプが挙げられる。
槽型反応器には、循環ポンプを備えた外部循環ラインが設置されていても良い。循環ポンプを備えた外部循環ラインは、槽型反応器に一つ設置されていても、複数設置されていても良い。循環ポンプを備えた外部循環ラインが設置される場合には、複数の槽型反応器の全てに設置されていても良く、いずれか一つの槽型反応器にのみ設置されていても良い。
槽型反応器に循環ポンプを備えた外部循環ラインを設置する場合の、外部循環ラインに備えられた循環ポンプは、特に限定されるものではなく、例えば、遠心ポンプ、傾斜ポンプあるいは軸流ポンプ等のターボ式ポンプや、往復ポンプや回転ポンプ等の容積型ポンプが挙げられる。
槽型反応器にポンプを備えた外部循環ラインを設置する場合には、外部循環ラインに備えられたポンプを用いて、反応液の一部が槽型反応器内から取り出され、外部循環ラインを経由して槽型反応器へ戻される。
槽型反応器に循環ポンプを備えた外部循環ラインを設置する場合には、外部循環ラインを分岐させ、分岐させたラインを下流側の反応器へ接続することにより当該分岐ラインを反応液供給ラインとすることができる。この場合には反応液供給ポンプの役割を循環ポンプが兼ねる。
本発明では、直列に設置された複数の槽型反応器に加えて、槽型反応器以外の形態の反応器を組み合わせ用いても良い。槽型反応器以外の形態の反応器とは、好ましくは、管型反応器である。直列に設置された複数の槽型反応器と最下流側の槽型反応器に接続される管型反応器とから構成される反応槽を用い、直列に設置された最下流側の槽型反応器から取り出される反応液を管型反応器で更に反応させる形態とする反応槽は、転化率を向上できるのでより好ましい。
反応槽は、温度制御装置を有していても良く、温度制御装置を有していなくても良いが、反応液の温度を制御する観点から、温度制御装置を有することは望ましい。
反応槽が温度制御装置を有する場合の温度制御装置は、反応槽自体に設けても良く、反応槽に設置される外部循環ラインに設けても良い。反応槽における温度制御装置としては、例えば、熱交換器が挙げられる。熱交換器としては、例えば、ジャケット式熱交換器、コイル式熱交換器等の反応槽に直接設置する形態のもの、あるいは多管円筒式交換器、渦巻管式交換器、渦巻板式交換器、プレート式交換器、二重管式交換器等の反応槽の外部循環ラインに設置する形態のものが挙げられる。反応器が管型反応器である場合は、反応器自体を多管円筒式あるいは二重管式の熱交換器で構成することが可能である。
【００２６】
本発明において、反応槽内の液温である反応槽温度は、菌体触媒の耐熱性にもよるが、通常は０〜５０℃の範囲に設定される。好ましくは１０〜４０℃に設定される。反応槽温度が前記範囲にあると、菌体触媒のニトリルヒドラターゼ活性を良好に維持できる点で好ましい。反応槽温度とは、複数の反応器の各々の反応器内の温度を指す。反応器内の温度は、例えば、熱電対法（例：Ｋタイプ）により測定することができる。反応器内の温度は、反応器内の任意の場所で測定可能であり、具体的には反応器出口（反応液取り出し口）で測定可能である。
【００２７】
反応槽の容積は、特に限定するものではないが、工業的な生産を考慮すると、通常０．１ｍ3以上、好ましくは１〜１００ｍ3、より好ましくは５〜５０ｍ3である。前記容積は反応器の各々の容積を指す。
【００２８】
反応は、一般的には常圧下で行われるが、ニトリル化合物の溶解度を高めるために加圧下で行うこともできる。
反応槽内のｐＨは、菌体触媒の活性を良好に保つための好適な範囲であれば特に限定されないが、好ましくはｐＨ５〜ｐＨ１０の範囲にある。ｐＨが前記範囲にあると、ニトリルヒドラターゼ活性を良好に維持できる点で好ましい。
【００２９】
反応槽のｐＨとは、複数の反応器の各々の反応器内のｐＨを指す。反応器内のｐＨは、例えば、指示薬法、水素電極法、キンヒドロン電極法、アンチモン電極法、ガラス電極法により測定することができる。反応器内のｐＨは、反応器内の任意の場所で測定可能であり、具体的には反応器出口（反応液取り出し口）で測定可能である。
＜菌体触媒貯槽＞
菌体触媒貯槽とは、菌体触媒の懸濁液を保有し、菌体触媒の懸濁液を反応槽に供給する触媒供給管を有する。菌体触媒貯槽は、温度制御装置を有していても良く、温度制御装置を有していなくても良いが、菌体触媒の懸濁液の液温を制御する観点から、温度制御装置を有することは好ましい。
菌体貯槽が温度制御装置を有する場合の温度制御装置は、菌体貯槽が有しても良い外部循環ライン上に設けても良く、菌体貯槽自体に設けても良い。菌体貯槽における温度制御装置としては、例えば、熱交換器が挙げられる。熱交換器としては、例えば、多管円筒式熱交換器、渦巻管式熱交換器、渦巻板式熱交換器、プレート式熱交換器、二重管式熱交換等の菌体貯槽の外部循環ラインに設置する形態のもの、あるいはジャケット式熱交換器、コイル式熱交換器等の菌体触媒貯槽に直接設置する形態のものが挙げられる。
菌体触媒貯槽は攪拌機を有していても良く、攪拌機を有していなくても良いが、菌体触媒の液温を制御する観点から、攪拌機を有することは好ましい。菌体触媒貯槽が攪拌機を有する場合の攪拌機の攪拌翼は任意の形状のものを選択でき、例えば、プロペラ翼、フラットパドル翼、ピッチドパドル翼、フラットタービン翼、ピッチドタービン翼、リボン翼、アンカー翼、フルゾーン翼が挙げられる。攪拌翼は、一枚であっても良く、複数枚備えていても良い。
＜反応原料の供給＞
反応槽へ供給される原料水は、単独で反応槽へ供給されても良く、ニトリル化合物と混合した後に反応槽へと供給されても良い。原料水は、一段目の槽型反応器（最も上流に位置する槽型反応器）のみへの供給に限定されず、一段目の槽型反応器に加えて二段目以降の槽型反応器（下流に位置する槽型反応器）に供給しても良い。すなわち、二段目以降の槽型反応器には、上流側の槽型反応器から取り出された反応液（菌体触媒、未反応原料、ｐＨ調節剤および生成したアミド化合物等を含む。）の供給に加えて、原料水を供給しても良い。原料水を単独で反応槽へ供給する場合、原料水供給管の反応槽中の反応液への供給口の設置位置には特に制限はなく、反応液の上部へ設置しても、反応液中へ設置しても良い。
原料水を単独で反応槽へ供給する場合の原料水の供給方法は、特に限定するものではなく、公知の方法を用いることができる。原料水を反応槽へ供給する方法としては、液体輸送機能を有する機器を使用することができ、例えば、遠心ポンプ、傾斜ポンプあるいは軸流ポンプ等のターボ式ポンプや、往復ポンプや回転ポンプ等の容積型ポンプ等のポンプ類、スクリューコンベア等のコンベア類を用いることができる。原料水を反応槽へ供給する方法として、上記の液体輸送機能を有する機器を使用しないで供給することもできる。液体輸送機能を有する機器を使用しない場合には、例えば、原料水を貯蔵する原料水貯槽を反応槽の上部へ設置し、原料水貯槽と反応槽を原料水供給管により接続し、重力を用いた落下により供給する方法が挙げられる。あるいは、原料水貯槽を加圧することにより生じる原料水貯槽と反応槽との圧力差を用いて供給する方法が挙げられる。
【００３０】
原料水を反応槽へ供給する原料水供給管は、一つの反応器につき一本であっても良く、複数本であっても良い。原料水供給管の供給口は、一本の供給管につき一つであっても良く、複数あっても良い。原料水供給管の供給口の形状は特に制限はなく、通常使用される形状のものであればいずれも好適に使用できる。
原料水とニトリル化合物を混合した後に反応槽へ供給する場合の原料水とニトリル化合物を混合する方法としては、公知の方法を用いることができ、例えば、攪拌槽を用いて攪拌混合する方法、原料水とニトリル化合物を配管中で混合する方法等が挙げられる。攪拌槽を用いる場合には、撹拌槽の形状は特に限定されるものではないが、一般的に円筒形の撹拌槽が用いられ、縦型円筒形、横型円筒形、いずれの場合も用いることができる。撹拌槽には邪魔板を供えていても良く、邪魔板を供えていなくても良い。
【００３１】
攪拌槽を用いる場合の、攪拌翼は任意の形状のものを選択でき、例えば、プロペラ翼、フラットパドル翼、ピッチドパドル翼、フラットタービン翼、ピッチドタービン翼、リボン翼、アンカー翼、フルゾーン翼が挙げられる。攪拌翼は、一枚であっても良く、複数枚備えていても良い。
原料水とニトリル化合物を配管中で混合させるには、原料水供給管とニトリル化合物供給管を結合することにより原料水とニトリル化合物を直接混合させることができ、さらには配管中にスタティックミキサー等のラインミキサーを設置することにより積極的に混合する方法等が挙げられる。
【００３２】
原料水とニトリル化合物を混合した後に反応槽へ供給する場合に、ニトリル化合物は水との混合後、完全に水に溶解していても良いが、必ずしも水に完全に溶解している必要はなく、任意の比率で混合させれば良い。好ましくは水：ニトリル化合物の比率が、体積比で１００：１〜１：１００、より好ましくは５０：１〜１：５０、さらに好ましくは１０：１〜１：１０である。
【００３３】
原料水とニトリル化合物を混合した後に反応槽へ供給する場合の、原料水とニトリル化合物の混合物の供給方法は、公知の方法を用いることができ、具体的には、上記の原料水を単独で反応槽へ供給する場合の原料水の供給方法で例示した方法を用いることができる。
【００３４】
原料水とニトリル化合物を混合した後に反応槽へ供給する場合の、原料水とニトリル化合物の混合物を反応槽へ供給する供給管は、一つの反応器につき一本であっても良く、複数本あっても良い。供給管の供給口は、一本の供給管につき一つであっても良く、複数あっても良い。供給管の供給口の形状は特に制限はなく、通常使用される形状のものであればいずれも好適に使用できる。
反応槽へ供給されるニトリル化合物は、原料水と混合した後に反応槽へと供給されても良く、単独で反応槽へ供給されても良い。ニトリル化合物は、一段目の槽型反応器（最も上流に位置する槽型反応器）のみへの供給に限定されず、一段目の槽型反応器に加えて二段目以降の槽型反応器（下流に位置する槽型反応器）に供給しても良い。すなわち、二段目以降の槽型反応器には、上流側の槽型反応器から取り出された反応液（菌体触媒、未反応原料、ｐＨ調節剤および生成したアミド化合物等を含む。）の供給に加えて、ニトリル化合物を供給しても良い。ニトリル化合物を単独で反応槽へ供給する場合、ニトリル化合物供給管の反応槽中の反応液への供給口の設置位置には特に制限はなく、反応液の上部へ設置しても、反応液中へ設置しても良い。
ニトリル化合物を単独で反応槽へ供給する場合のニトリル化合物の供給方法は、特に限定するものではなく、公知の方法を用いることができ、具体的には、上記の原料水を反応槽へ供給する方法で例示した方法を用いることができる。
ニトリル化合物を反応槽へ供給するニトリル化合物供給管は、一つの反応器につき一本であっても良く、複数本であっても良い。ニトリル化合物供給管の供給口は、一本の供給管につき一つであっても良く、複数あっても良い。ニトリル化合物供給管の供給口の形状は特に制限はなく、通常使用される形状のものであればいずれも好適に使用できる。
＜ｐＨ調節剤の供給＞
反応槽へ供給されるｐＨ調節剤は、単独で反応槽へ供給されても良く、反応槽へ供給される水系媒体および／または水系媒体を含有する混合物に混合された後に反応槽へ供給されても良い。ｐＨ調節剤は、一段目の槽型反応器（最も上流に位置する槽型反応器）のみへの供給に限定されず、一段目の槽型反応器に加えて二段目以降の槽型反応器（下流に位置する槽型反応器）に供給しても良い。すなわち、二段目以降の槽型反応器には、上流側の槽型反応器から取り出された反応液（菌体触媒、未反応原料、ｐＨ調節剤および生成したアミド化合物等を含む。）の供給に加えて、ｐＨ調節剤を供給しても良い。ｐＨ調節剤を単独で反応槽へ供給する場合、ｐＨ調節剤の供給管の反応槽中の反応液への供給口の設置位置には特に制限はなく、反応液の上部へ設置しても、反応液中へ設置しても良い。
ｐＨ調節剤を単独で反応槽へ供給する場合のｐＨ調節剤の供給方法は、特に限定するものではなく、公知の方法を用いることができ、具体的には、上記の原料水を反応槽へ供給する方法で例示した方法を用いることができる。
ｐＨ調節剤を反応槽へ供給するｐＨ調節剤の供給管は、一つの反応器につき一本であっても良く、複数本であっても良い。ｐＨ調節剤の供給管の供給口は、一本の供給管につき一つであっても良く、複数あっても良い。ｐＨ調節剤の供給管の供給口の形状は特に制限はなく、通常使用される形状のものであればいずれも好適に使用できる。
ｐＨ調節剤と水系媒体および／または水系媒体を含有する混合物を混合した後に反応槽へ供給する場合のｐＨ調節剤が混合される水系媒体とは、好ましくは原料水である。ｐＨ調節剤が混合される水系媒体を含有する混合物とは、例えば、原料水とニトリル化合物の混合物や菌体触媒、未反応原料、ｐＨ調節剤および生成したアミド化合物等を含む反応液が挙げられる。
【００３５】
ｐＨ調節剤が原料水と混合された後に反応槽へ供給される場合の、ｐＨ調節剤と原料水を混合する方法としては、公知の方法を用いることができ、具体的には、上記の原料水とニトリル化合物を混合する方法で例示した方法を用いることができる。
ｐＨ調節剤が原料水と混合された後に反応槽へ供給する場合の、ｐＨ調節剤と原料水の混合物を供給方法は、公知の方法を用いることができ、具体的には、上記の原料水を単独で反応槽へ供給する場合の原料水の供給方法で例示した方法を用いることができる。
反応槽へ供給されるｐＨ調節剤と水系媒体および／または水系媒体を含有する混合物は任意の比率で混合されれば良く、好ましくは、ｐＨ調節剤：水系媒体および／または水系媒体を含有する混合物の比率が、体積比で１：１〜１：１００，０００，０００、より好ましくは、１：１０〜１：１０，０００，０００である。
【００３６】
ｐＨ調節剤が原料水とニトリル化合物と混合された後に反応槽へ供給する場合の、ｐＨ調節剤と原料水とニトリル化合物の混合物を混合する方法としては、公知の方法を用いることができ、具体的には、上記の原料水とニトリル化合物を混合する方法で例示した方法を用いることができる。
【００３７】
ｐＨ調節剤が菌体触媒、未反応原料、ｐＨ調節剤および生成したアミド化合物等を含む反応液と混合された後に反応槽へ供給する場合の、ｐＨ調節剤と菌体触媒、未反応原料、ｐＨ調節剤および生成したアミド化合物等を含む反応液と混合する方法としては、例えば以下の方法を用いることができる。反応槽に反応混合物の一部を反応槽に戻すためのポンプを備えた外部循環ラインを設置し、当該外部循環ラインとｐＨ調節剤供給管を結合させることにより、水系媒体を含有する混合物として反応槽内から取り出された反応混合物の一部を用い、反応混合物の一部とｐＨ調節剤を外部循環ライン中で直接混合する方法等が挙げられる。外部循環ラインにて直接混合された反応混合物の一部とｐＨ調節剤は、そのまま外部循環ラインを用いて反応槽へ供給される。
【００３８】
＜菌体触媒の供給＞
反応槽へ供給される菌体触媒は、単独で反応槽へ供給されても良く、反応槽へ供給される水系媒体および／または水系媒体を含有する混合物に混合された後に反応槽へ供給されても良い。菌体触媒は、一段目の槽型反応器（最も上流に位置する槽型反応器）のみへの供給に限定されず、一段目の槽型反応器に加えて二段目以降の槽型反応器（下流に位置する槽型反応器）に供給しても良い。すなわち、二段目以降の槽型反応器には、上流側の槽型反応器から取り出された反応液（菌体触媒、未反応原料、ｐＨ調節剤および生成したアミド化合物等を含む。）の供給に加えて、菌体触媒を供給しても良い。菌体触媒を単独で反応槽へ供給する場合、菌体触媒の供給管の反応槽中の反応液への供給口の設置位置には特に制限はなく、反応液の上部へ設置しても、反応液中へ設置しても良い。
菌体触媒を単独で反応槽へ供給する場合の菌体触媒の供給方法は、特に限定するものではなく、公知の方法を用いることができ、具体的には、上記の原料水を反応槽へ供給する方法で例示した方法を用いることができる。
菌体触媒を反応槽へ供給する菌体触媒の供給管は、一つの反応器につき一本であっても良く、複数本であっても良い。菌体触媒の供給管の供給口は、一本の供給管につき一つであっても良く、複数あっても良い。菌体触媒の供給管の供給口の形状は特に制限はなく、通常使用される形状のものであればいずれも好適に使用できる。
菌体触媒と水系媒体および／または水系媒体を含有する混合物を混合した後に反応槽へ供給する場合の菌体触媒が混合される水系媒体とは、好ましくは原料水である。菌体触媒が混合される水系媒体を含有する混合物とは、例えば、原料水とニトリル化合物の混合物や菌体触媒、未反応原料、菌体触媒および生成したアミド化合物等を含む反応混合物が挙げられる。
【００３９】
菌体触媒が原料水と混合された後に反応槽へ供給される場合の、菌体触媒と原料水を混合する方法としては、公知の方法を用いることができ、具体的には、上記の原料水とニトリル化合物を混合する方法で例示した方法を用いることができる。
菌体触媒が原料水と混合された後に反応槽へ供給する場合の、菌体触媒と原料水の混合物を供給方法は、公知の方法を用いることができ、具体的には、上記の原料水を単独で反応槽へ供給する場合の原料水の供給方法で例示した方法を用いることができる。
反応槽へ供給される菌体触媒と水系媒体および／または水系媒体を含有する混合物は任意の比率で混合されれば良く、好ましくは、ｐＨ調節剤：水系媒体および／または水系媒体を含有する混合物の比率が、体積比で１：１〜１：１００，０００，０００、より好ましくは、１：１０〜１：１０，０００，０００である。
【００４０】
菌体触媒が原料水とニトリル化合物と混合された後に反応槽へ供給する場合の、菌体触媒と原料水とニトリル化合物の混合物を混合する方法としては、公知の方法を用いることができ、具体的には、上記の原料水とニトリル化合物を混合する方法で例示した方法を用いることができる。
【００４１】
菌体触媒と菌体触媒、未反応原料、ｐＨ調節剤および生成したアミド化合物等を含む反応混合物と混合する方法としては、例えば以下の方法を用いることができる。反応槽に反応混合物の一部を反応槽に戻すためのポンプを備えた外部循環ラインを設置し、当該外部循環ラインと菌体触媒の供給管を結合させることにより、水系媒体を含有する混合物として反応槽内から取り出された反応混合物の一部を用い、反応混合物の一部と菌体触媒を外部循環ライン中で直接混合する方法等が挙げられる。外部循環ラインにて直接混合された反応混合物の一部と菌体触媒は、そのまま外部循環ラインを用いて反応槽へ供給される。
【００４２】
菌体触媒の使用量は、反応条件や触媒の種類およびその形態により変化するが、上記菌体の乾燥菌体重量換算で、反応液に対して、通常１０〜５０，０００重量ｐｐｍ、好ましくは５０〜３０，０００重量ｐｐｍである。
【００４３】
反応時間（反応液の滞留時間）は、通常０．５〜５０時間、好ましくは２〜２５時間である。反応時間とは、全反応器における合計の反応時間（反応液の滞留時間）を指す。
〔アミド化合物の製造装置〕
本発明のアミド化合物の製造装置は、ニトリルヒドラターゼを含有する菌体および／またはその菌体処理物を用いてアミド化合物を製造する直列に設置され、それぞれの反応器にポンプを有する複数の槽型反応器を備える。
【００４４】
反応槽の構成については、上述した通りである。
【００４５】
以下、本発明のアミド化合物の製造装置の具体例を、図面を参照して説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４６】
図１の製造装置は、攪拌機５を備える一段目の槽型反応器１と、一段目の槽型反応器１に接続された原料水供給管２とニトリル化合物供給管３と菌体触媒供給管４を備える。一段目の槽型反応器１は反応液供給ライン６と反応液供給ポンプ７を備え、反応液供給ラインは攪拌機５’を備える二段目の槽型反応器１’に接続されている。
【００４７】
図２の製造装置は、攪拌機５を備える一段目の槽型反応器１と、一段目の槽型反応器１に接続された原料水供給管２とニトリル化合物供給管３と菌体触媒供給管４を備える。一段目の精製処理器は外部循環ライン６’備え、外部循環ライン上には循環ポンプ７’と熱交換器８を備える。外部循環ライン６’は分岐し一部が反応液供給ライン６となり反応液供給ライン６は攪拌機５’を備える二段目の槽型反応器１’に接続されている。
【実施例】
【００４８】
次に本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４９】
［実施例１］
〔ニトリルヒドラターゼを含有する菌体の調製〕
特開２００１−３４００９１号公報の実施例１に記載の方法に従いＮｏ．３クローン菌体を取得し、同じく、同実施例１の方法で培養してニトリルヒドラターゼを含有する湿菌体を得た。
【００５０】
〔アクリルアミドの製造〕
最終製品として、水溶液中のアクリルアミド濃度が５０重量％の製品を得るため、以下の条件で反応を行った。
【００５１】
第１撹拌反応器および第２撹拌反応器としてそれぞれ攪拌機を備えた、槽内径０．８ｍ、直胴部長さ１ｍの２基のＳＵＳ製ジャケット式熱交換器付槽型反応器（容積：０．５ｍ３）を準備した。原料水の供給管、ｐＨ調節剤の供給管、アクリロニトリルの供給管および菌体触媒の供給管はそれぞれ第１撹拌反応器へ直接接続している。第１撹拌反応器には反応液供給ポンプを備えた反応液供給ラインが設置され、反応液供給ラインは第２撹拌反応器へ接続している。
第１撹拌反応器には、予め２００ｋｇの水を仕込んだ。上記培養方法で得られた湿菌体を純水に懸濁した。第１撹拌反応器内を撹拌しながら、この懸濁液を１０ｋｇ/ｈの速度で連続的に供給した。また、純度９９．８％のアクリロニトリルを３２ｋｇ/ｈの速度でアクリロニトリルの供給管を介し、第１撹拌反応器へ連続的に供給した。純水を３８ｋｇ/ｈの速度で純水の供給管を介し、第１撹拌反応器へ連続的に供給した。反応中の反応液の温度は２０℃となるように、第１撹拌反応器および第２撹拌反応器のジャケット式熱交換器に５℃の冷却水を流通して温度制御を行った。ｐＨ調節剤として０．１Ｍ−ＮａＯＨ水溶液を用い、反応液のｐＨが７．５〜８．５となるように供給量を調節し、ｐＨ調節剤の供給管を介し、第１撹拌反応器へ連続的に供給した。反応液のｐＨは第１撹拌反応器出口においてガラス電極法を用いて測定した。
反応中の反応液の液面を槽底面から０．８ｍの高さとなるように、反応液を第１撹拌反応器から８０ｋｇ/ｈの速度で反応液供給ポンプを用いて連続的に抜き出し、第２撹拌反応器に連続的に供給して、第２撹拌反応器内でさらに反応を進行させた。反応中の反応液の液面を槽底面から０．８ｍの高さとなるように、反応液を第２反応器から８０ｋｇ/ｈの速度で連続的に抜き出した。第１撹拌反応器および第２撹拌反応器での反応時間はそれぞれ６時間であり、撹拌反応器における反応時間は合計１２時間であった。
【００５２】
反応開始から２００時間後に以下のＨＰＬＣ条件にて分析を行ったところ、第１撹拌反応器出口でのアクリルアミドへの転化率が９５％、かつ第２撹拌反応器出口でのアクリロニトリル濃度が検出限界以下（１０重量ｐｐｍ以下）となった。また、第２撹拌反応器出口でのアクリルアミド濃度は５３．１重量％であった。
【００５３】
ここで分析条件は以下のとおりであった。
・アクリルアミド分析条件：
高速液体クロマトグラフ装置：ＬＣ−１０Ａシステム（株式会社島津製作所製）
（ＵＶ検出器波長２５０ｎｍ、カラム温度４０℃）
分離カラム              ：ＳＣＲ-１０１Ｈ (株式会社島津製作所製)
溶離液           ：０．０５％（容積基準）−リン酸水溶液
・アクリロニトリル分析条件：
高速液体クロマトグラフ装置：ＬＣ−１０Ａシステム（株式会社島津製作所製）
（ＵＶ検出器波長２００ｎｍ、カラム温度４０℃）
分離カラム：Ｗａｋｏｓｉｌ-ＩＩ ５Ｃ１８ＨＧ (和光純薬製)
溶離液           ：７％（容積基準）−アセトニトリル、０．１ｍＭ−酢酸、
０．２ｍＭ−酢酸ナトリウムを各濃度で含有する水溶液 
［比較例１］
実施例１のアクリルアミドの製造において、攪拌機を備えた、槽内径０．８ｍ、直胴部長さ１ｍの２基のＳＵＳ製ジャケット式熱交換器付槽型反応器（容積：０．５ｍ３）を使用する代わりに攪拌機を備えた、槽内径１ｍ、直胴部長さ１．３６ｍの１基のＳＵＳ製ジャケット式熱交換器付槽型反応器（容積：１ｍ３）を使用した以外は、実施例１と同様にして、アクリルアミドの製造を行った。すなわち、撹拌反応器として攪拌機を備えた、槽内径１ｍ、直胴部長さ１．３６ｍのＳＵＳ製ジャケット式熱交換器付槽型反応器（容積：１ｍ３）を準備した。原料水の供給管、ｐＨ調節剤の供給管、アクリロニトリルの供給管および菌体触媒の供給管はそれぞれ撹拌反応器へ直接接続している。
撹拌反応器には、予め４００ｋｇの水を仕込んだ。特開２００１−３４００９１号公報の実施例１に記載の培養方法で得られた湿菌体を純水に懸濁した。撹拌反応器内を撹拌しながら、この懸濁液を１０ｋｇ/ｈの速度で連続的に供給した。また、純度９９．８％のアクリロニトリルを３２ｋｇ/ｈの速度でアクリロニトリルの供給管を介し、撹拌反応器へ連続的に供給した。純水を３８ｋｇ/ｈの速度で純水の供給管を介し、撹拌反応器へ連続的に供給した。反応中の反応液の温度は２０℃となるように、撹拌反応器のジャケット式熱交換器に５℃の冷却水を流通して温度制御を行った。ｐＨ調節剤として０．１Ｍ−ＮａＯＨ水溶液を用い、反応液のｐＨが７．５〜８．５となるように供給量を調節し、ｐＨ調節剤の供給管を介し、撹拌反応器へ連続的に供給した。反応液のｐＨは撹拌反応器出口においてガラス電極法を用いて測定した。
反応中の反応液の液面を槽底面から１ｍの高さとなるように、反応液を撹拌反応器から８０ｋｇ/ｈの速度で連続的に抜き出した。撹拌反応器での反応時間は１２時間であった。
反応開始から２００時間後に以下のＨＰＬＣ条件にて分析を行ったところ、撹拌反応器出口でのアクリロニトリル濃度が２５０重量ｐｐｍとなった。また、撹拌反応器出口でのアクリルアミド濃度は５２．３重量％であった。
撹拌反応器出口にて、未反応のアクリロニトリルが検出されたため、反応を完結させるために菌体触媒の供給量を増してアクリルアミドの製造を行った。すなわち、菌体触媒の懸濁液を１５ｋｇ/ｈの速度で撹拌反応器へ連続的に供給し、純水を３３ｋｇ/ｈの速度で撹拌反応器へ連続的に供給した。
反応開始から２００時間後に以下のＨＰＬＣ条件にて分析を行ったところ、撹拌反応器出口でのアクリロニトリル濃度が検出限界以下（１０重量ｐｐｍ以下）となった。また、撹拌反応器出口でのアクリルアミド濃度は５３．０重量％であった。
【００５４】
［実施例２］
第１撹拌反応器および第２撹拌反応器としてそれぞれ攪拌機を備えた、槽内径０．８ｍ、直胴部長さ１ｍの２基のＳＵＳ製ジャケット式熱交換器付槽型反応器（容積：０．５ｍ３）、管型反応器として容積０．５ｍ３のＳＵＳ製二重管型反応器を準備した。原料水の供給管、ｐＨ調節剤の供給管、アクリロニトリルの供給管および菌体触媒の供給管はそれぞれ第１撹拌反応器へ直接接続している。第１撹拌反応器には反応液供給ポンプを備えた反応液供給ラインが設置され、反応液供給ラインは第２撹拌反応器へ接続している。第２撹拌反応器には反応液供給ポンプを備えた反応液供給ラインが設置され、反応液供給ラインは管型反応器へ接続している。
第１撹拌反応器には、予め２００ｋｇの水を仕込んだ。特開２００１−３４００９１号公報の実施例１に記載の培養方法で得られた湿菌体を純水に懸濁した。第１撹拌反応器内を撹拌しながら、この懸濁液を８ｋｇ/ｈの速度で連続的に供給した。また、純度９９．８％のアクリロニトリルを３２ｋｇ/ｈの速度でアクリロニトリルの供給管を介し、第１撹拌反応器へ連続的に供給した。純水を４０ｋｇ/ｈの速度で純水の供給管を介し、第１撹拌反応器へ連続的に供給した。反応中の反応液の温度は２０℃となるように、第１撹拌反応器および第２撹拌反応器のジャケット式熱交換器および管型反応器の二重管に５℃の冷却水を流通して温度制御を行った。ｐＨ調節剤として０．１Ｍ−ＮａＯＨ水溶液を用い、反応液のｐＨが７．５〜８．５となるように供給量を調節し、ｐＨ調節剤の供給管を介し、第１撹拌反応器へ連続的に供給した。反応液のｐＨは第１撹拌反応器出口においてガラス電極法を用いて測定した。
反応中の反応液の液面を槽底面から０．８ｍの高さとなるように、反応液を第１撹拌反応器から８０ｋｇ/ｈの速度で反応液供給ポンプを用いて連続的に抜き出し、第２撹拌反応器に連続的に供給して、第２撹拌反応器内で反応を進行させた。反応中の反応液の液面を槽底面から０．８ｍの高さとなるように、反応液を第２反応器から８０ｋｇ/ｈの速度で反応液供給ポンプを用いて連続的に抜き出し、管型反応器に連続的に供給して、管型反応器内でさらに反応を進行させた。第１撹拌反応器および第２撹拌反応器での反応時間はそれぞれ６時間であり、撹拌反応器における反応時間は合計１２時間であった。管型反応器における反応時間は６時間であった。
【００５５】
反応開始から２００時間後に以下のＨＰＬＣ条件にて分析を行ったところ、第１撹拌反応器出口でのアクリルアミドへの転化率が８８％、第２撹拌反応器出口でのアクリルアミドへの転化率が９４％、かつ管型反応器出口でのアクリロニトリル濃度が検出限界以下（１０重量ｐｐｍ以下）となった。また、管型反応器出口でのアクリルアミド濃度は５３．２重量％であった。
【００５６】
［比較例２］
実施例２のアクリルアミドの製造において、攪拌機を備えた、槽内径０．８ｍ、直胴部長さ１ｍの２基のＳＵＳ製ジャケット式熱交換器付槽型反応器（容積：０．５ｍ３）を使用する代わりに攪拌機を備えた、槽内径１ｍ、直胴部長さ１．３６ｍの１基のＳＵＳ製ジャケット式熱交換器付槽型反応器（容積：１ｍ３）を使用した以外は、実施例２と同様にして、アクリルアミドの製造を行った。すなわち、撹拌反応器として攪拌機を備えた、槽内径１ｍ、直胴部長さ１．３６ｍのＳＵＳ製ジャケット式熱交換器付槽型反応器（容積：１ｍ３）、管型反応器として容積０．５ｍ３のＳＵＳ製二重管型反応器を準備した。原料水の供給管、ｐＨ調節剤の供給管、アクリロニトリルの供給管および菌体触媒の供給管はそれぞれ撹拌反応器へ直接接続している。撹拌反応器には反応液供給ポンプを備えた反応液供給ラインが設置され、反応液供給ラインは管型反応器へ接続している。
撹拌反応器には、予め４００ｋｇの水を仕込んだ。特開２００１−３４００９１号公報の実施例１に記載の培養方法で得られた湿菌体を純水に懸濁した。撹拌反応器内を撹拌しながら、この懸濁液を８ｋｇ/ｈの速度で連続的に供給した。また、純度９９．８％のアクリロニトリルを３２ｋｇ/ｈの速度でアクリロニトリルの供給管を介し、撹拌反応器へ連続的に供給した。純水を４０ｋｇ/ｈの速度で純水の供給管を介し、撹拌反応器へ連続的に供給した。反応中の反応液の温度は２０℃となるように、撹拌反応器のジャケット式熱交換器および管型反応器の二重管に５℃の冷却水を流通して温度制御を行った。ｐＨ調節剤として０．１Ｍ−ＮａＯＨ水溶液を用い、反応液のｐＨが７．５〜８．５となるように供給量を調節し、ｐＨ調節剤の供給管を介し、撹拌反応器へ連続的に供給した。反応液のｐＨは撹拌反応器出口においてガラス電極法を用いて測定した。
反応中の反応液の液面を槽底面から１ｍの高さとなるように、反応液を撹拌反応器から８０ｋｇ/ｈの速度で反応液供給ポンプを用いて連続的に抜き出し、管型反応器に連続的に供給して、管型反応器内でさらに反応を進行させた。撹拌反応器での反応時間は１２時間であり、管型反応器における反応時間は６時間であった。
反応開始から２００時間後に以下のＨＰＬＣ条件にて分析を行ったところ、撹拌反応器出口でのアクリルアミドへの転化率が９２％、かつ管型反応器出口でのアクリロニトリル濃度が３２０重量ｐｐｍとなった。また、撹拌反応器出口でのアクリルアミド濃度は５２．１重量％であった。
管型反応器出口にて、未反応のアクリロニトリルが検出されたため、反応を完結させるために菌体触媒の供給量を増してアクリルアミドの製造を行った。すなわち、菌体触媒の懸濁液を１１ｋｇ/ｈの速度で撹拌反応器へ連続的に供給し、純水を３７ｋｇ/ｈの速度で撹拌反応器へ連続的に供給した。
反応開始から２００時間後に以下のＨＰＬＣ条件にて分析を行ったところ、撹拌反応器出口でのアクリルアミドへの転化率が９５％、かつ管型反応器出口でのアクリロニトリル濃度が検出限界以下（１０重量ｐｐｍ以下）となった。また、管型反応器出口でのアクリルアミド濃度は５３．２重量％であった。
【符号の説明】
【００５７】
１：一段目の槽型反応器
１’：二段目の槽型反応器
２：原料水供給管
３：ニトリル化合物供給管
４：菌体触媒供給管
５：攪拌機
５’：攪拌機
６：反応液供給ライン
６’：外部循環ライン
７：反応液供給ポンプ
７’：循環ポンプ
８：熱交換器
９：冷却水入口
１０：冷却水出口
【図１】
2018000079.tif 000002
【図２】
2018000079.tif 000003