(57)【要約】  生体触媒を用いてアクリロニトリルからアクリルアミドを製造する方法において、生産量に応じて反応液量を制御して当該生産量に適した反応器内の滞留時間を簡便に実現することができ、これによって生体触媒の使用量を抑制することが可能な技術を提供する。直列に連結された２以上の反応器を用い、該反応器内における生体触媒を用いた連続反応によってアクリロニトリルからアクリルアミドを製造する方法において、一の反応器Ａと、反応器Ａと上流側で連結された反応器Ｂとが、両反応器内の反応液の液面よりも下方で連通されており、反応器Ａ内において、反応液の水位を、反応器Ｂとの連通口の配設位置と満水位置との間で制御することにより、反応器Ｂ内の反応液の液量を制御する工程を含むことを特徴とする製造方法を提供する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に連結された２以上の反応器を用い、該反応器内における生体触媒を用いた連続反応によってアクリロニトリルからアクリルアミドを製造する方法において、
一の反応器Ａと、反応器Ａと上流側で連結された反応器Ｂとが、両反応器内の反応液の液面よりも下方で連通されており、
反応器Ａ内において、反応液の水位を、反応器Ｂとの連通口の配設位置と満水位置との間で制御することにより、反応器Ｂ内の反応液の液量を制御する工程を含むことを特徴とする製造方法。
【請求項２】
反応器Ａが、反応液を循環させる循環ラインと、反応液を排出する排出ラインとを備え、
排出される反応液の液量及び／又は反応器Ａへの循環戻り反応液の液量を調節することにより反応器Ａ内の反応液の水位を制御する、請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
前記２以上の反応器のうち最も下流に位置する反応器における反応液の水位を制御することにより、上流側に位置する他の１以上の反応器内の反応液の液量を制御する、請求項１又は２記載の製造方法。
【請求項４】
前記２以上の反応器のうち最も下流に位置する反応器における反応液の液量に対して、上流側に位置する他の１以上の反応器内の反応液の液量が０．９〜１．２倍量である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項５】
直列に連結された２以上の反応器を備え、該反応器内における生体触媒を用いた連続反応によってアクリロニトリルからアクリルアミドを製造する装置において、
反応器Ａ内における反応液の水位を検出する検出部と、
反応器Ａから排出される反応液の液量及び／又は反応器Ａへの循環戻り反応液の液量を調節する制御部と、を備え、
一の反応器Ａと、反応器Ａと上流側で連結された反応器Ｂとが、両反応器内の反応液の液面よりも下方に配設された連通口を有することを特徴とする製造装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記検出部からの信号の入力を受けて、反応器Ａから排出される反応液の液量及び／又は反応器Ａへの循環戻り反応液の液量を調節し、反応器Ａ内における反応液の水位を、反応器Ｂとの連通口の配設位置と満水位置との間で制御する、請求項５記載の製造装置。
【請求項７】
反応器Ａが、反応液を循環させる循環ラインと、反応液を排出する排出ラインとを備え、
前記制御部は、排出ライン及び／又は循環ラインに設けられたポンプ又は弁である、請求項５又は６記載の製造装置。
【請求項８】
前記連通口は、反応器を連結するラインの接続口、又は、反応器を仕切る隔壁の空隙若しくは間隙である、請求項５〜７のいずれか一項に記載の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体触媒を用いてアクリロニトリルからアクリルアミドを製造するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体触媒を利用して目的の化合物を製造する方法は、反応条件が穏和であること、副生物が少なく反応生成物の純度が高いこと、製造プロセスを簡略化できること等の利点がある。アミド化合物の製造においては、ニトリル化合物をアミド化合物に変換する酵素であるニトリルヒドラターゼが見出されて以来、当該生体触媒が広く利用されている。【０００３】
生体触媒を利用して工業的にアクリルアミドを製造する方法として、原料および生体触媒を反応器に連続的または間欠的に供給しつつ、生成したアクリルアミドの水溶液を反応器から全量取り出すことなく連続的または間欠的に取り出す、いわゆる連続反応が広く用いられている。【０００４】
生体触媒を用いてアクリルアミドを連続的に製造する方法として、例えば、反応器内の液量を一定量とし、原料および生体触媒を反応器へ一定流量で供給し、生成したアクリルアミド水溶液を反応器から一定流量で取り出す方法がある（特許文献１〜３参照）。また、反応器内の液量を一定量とし、反応器への原料および生体触媒の供給流量および反応器から取り出すアクリルアミド水溶液の流量を変動させる方法が特許文献４に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３４００９１号公報
【特許文献２】国際公開２０１２／０３９４０７号パンフレット
【特許文献３】国際公開２００９／１１３６５４号パンフレット
【特許文献４】国際公開２０１０／０３８８３２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】
【０００６】
工業的には、アクリルアミドの生産量は、需要に応じて変動する。連続反応の反応液量を一定量とする特許文献１〜４に記載の方法では、アクリルアミドの生産量が変動すると反応器内の反応混合物の滞留時間が変動する。すなわち、アクリルアミドの生産量が増加すると反応混合物の反応器内での滞留時間は短くなり、逆にアクリルアミドの生産量が減少すると、反応混合物の反応器内での滞留時間は長くなる。反応混合物に含まれる生体触媒は経時的に劣化するので、滞留時間が長くなると触媒の活性は低下する。その結果、アクリルアミドを生産するのに低下した触媒活性を補うためより多くの触媒を使用することになる。【０００７】
一方、反応混合物の反応器内での滞留時間が短くなると、触媒と基質であるアクリロニトリルとの反応時間が短くなるので、目的とする量のアクリルアミドを生産するためには反応時間の短縮を補うためにより多くの触媒を使用することになる。滞留時間が長くても短くても、目的とする量のアクリルアミドを得るためには、触媒の使用量が増えてしまい、結果としてアクリルアミドの製造コストが増加するので工業的には不利である。【０００８】
また、アクリルアミドの生産量が長期にわたり変動しない、または変動が少ない場合でも、連続反応の反応液量を一定量に固定しても、その生産量に対する反応器内の滞留時間が生体触媒の使用量を削減する観点から最適な時間になっていることは稀である。【０００９】
さらに、連続反応時の反応混合物の滞留時間を生産量に合わせて変動させるために、各反応器に原料を送る供給ポンプや反応液を反応器から取り出す排出ポンプをそれぞれ設置して反応器内の反応液量を調節する方法では、操作が煩雑となるだけでなく設備コストが大きく増加するため工業的には好ましくない。【００１０】
そこで、本発明は、生体触媒を用いてアクリロニトリルからアクリルアミドを製造する方法において、生産量に応じて反応液量を制御して当該生産量に適した反応器内の滞留時間を簡便に実現することができ、これによって生体触媒の使用量を抑制することが可能な技術を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題解決のため、本発明は、以下の［１］〜［８］を提供する。
［１］直列に連結された２以上の反応器を用い、該反応器内における生体触媒を用いた連続反応によってアクリロニトリルからアクリルアミドを製造する方法において、
一の反応器Ａと、反応器Ａと上流側で連結された反応器Ｂとが、両反応器内の反応液の液面よりも下方で連通されており、
反応器Ａ内において、反応液の水位を、反応器Ｂとの連通口の配設位置と満水位置との間で制御することにより、反応器Ｂ内の反応液の液量を制御する工程を含むことを特徴とする製造方法。
［２］反応器Ａが、反応液を循環させる循環ラインと、反応液を排出する排出ラインとを備え、
反応器Ａから排出される反応液の液量及び／又は反応器Ａへの循環戻り反応液の液量を調節することにより反応器Ａ内の反応液の水位を制御する、［１］記載の製造方法。
［３］前記２以上の反応器のうち最も下流に位置する反応器における反応液の水位を制御することにより、上流側に位置する他の１以上の反応器内の反応液の液量を制御する、［１］又は［２］記載の製造方法。
［４］前記２以上の反応器のうち最も下流に位置する反応器における反応液の液量に対して、上流側に位置する他の１以上の反応器内の反応液の液量が０．９〜１．２倍量である、［１］〜［３］のいずれかに記載の製造方法。【００１２】
［５］直列に連結された２以上の反応器を備え、該反応器内における生体触媒を用いた連続反応によってアクリロニトリルからアクリルアミドを製造する装置において、
反応器Ａ内における反応液の水位を検出する検出部と、
反応器Ａから排出される反応液の液量及び／又は反応器Ａへの循環戻り反応液の液量を調節する制御部と、を備え、
一の反応器Ａと、反応器Ａと上流側で連結された反応器Ｂとが、両反応器内の反応液の液面よりも下方に配設された連通口を有することを特徴とする製造装置。
［６］前記制御部は、前記検出部からの信号の入力を受けて、反応器Ａから排出される反応液の液量及び／又は循環戻り反応液の液量を調節し、反応器Ａ内における反応液の水位を、反応器Ｂとの連通口の配設位置と満水位置との間で制御する、［５］記載の製造装置。
［７］反応器Ａが、反応液を循環させる循環ラインと、反応液を排出する排出ラインとを備え、
前記制御部は、排出ライン及び／又は循環ラインに設けられたポンプ又は弁である、［５］又は［６］記載の製造装置。
［８］前記連通口は、反応器を連結するラインの接続口、又は、反応器を仕切る隔壁の空隙若しくは間隙である、［５］〜［７］のいずれか一項に記載の製造装置。【００１３】
また、本発明は、他の一側面において、以下の［９］〜［１４］を提供する。
［９］生体触媒を用いてアクリロニトリルからアクリルアミドを製造する方法において、
２つ以上の連結された反応器の下流側に位置する反応器中の反応液の量を制御することにより、上流側に位置する１つ以上の反応器の液量を制御することを特徴とする、アクリルアミドの製造方法。
［１０］２つ以上の連結された反応器の最も下流に位置する反応器の反応液の量を制御することにより、上流側に位置する１つ以上の反応器中の反応液の量を制御することを特徴とする、［９］記載のアクリルアミドの製造方法。
［１１］反応液の量を制御する下流側に位置する反応器が、１つ以上の反応液の循環ラインと１つ以上の反応液の送液ラインとを備え、当該送液ラインの送液流量を調整することにより上流側に位置する反応器中の反応液の量を制御することを特徴とする、［９］又は［１０］記載のアクリルアミドの製造方法。
［１２］反応液の量を制御する下流側に位置する反応器が、反応液の液面の高さを検出する装置を備え、当該液面の高さに応じて反応液の送液流量を調整することを特徴とする、［１１］に記載のアクリルアミドの製造方法。
［１３］反応液の量を制御する下流側に位置する反応器内の液量に対して、反応液の量が制御された上流側に位置する１つ以上の反応器内の反応液の液量が、０．９〜１．２倍量であることを特徴とする、［９］〜［１３］のいずれかに記載のアクリルアミドの製造方法。【００１４】
［１４］複数の反応器を有する生体触媒を用いたアクリルアミド製造用装置であって、
各反応器間が配管または仕切りの空隙部若しくは間隙部で連結されており、下流側に位置する反応器が、反応液を他の反応器に循環させる循環ラインと、反応液を反応器外に取り出す送液ラインとを備えたことを特徴とする、装置。【００１５】
本明細書において、「上流側」とは、直列に連結された反応器の配列方向において、反応原料（アクリロニトリル、水及び生体触媒を含む）を最初に添加する反応器の位置する側をいう。上流側又は下流側とは反応器の相対的な位置関係を意味する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の製造方法によれば、生体触媒を用いてアクリロニトリルからアクリルアミドを製造する方法において、反応器内の反応液の量を制御することにより触媒の使用量を抑えることができ、アクリルアミドを簡便に低コストで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のアクリルアミドの製造方法に用いられる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】
【００１８】
以下、本発明を実施するための好適な形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本発明の範囲が狭く解釈されることはない。
【００１９】
本発明に係るアクリルアミドの製造方法は、原料（アクリロニトリル、水及び生体触媒を含む）を反応器へ連続的又は間欠的に供給し、反応器内の反応混合物（以下「反応液」ともいう）を、全量抜き出すことなく、連続的又は間欠的に取り出す反応（いわゆる連続反応）である。図１に、本発明に係るアクリルアミドの製造方法に用いられる装置の好適な実施形態を示す。連続反応装置１２は、直列に連結された２以上の反応器（反応器１ａ〜１ｈ）を備え、各反応器内における生体触媒を用いた連続反応によってアクリロニトリルと水からアクリルアミドを製造するものである。具体的には、連続反応装置１２では、最も上流に位置する反応器１ａ及びこれに連結された反応器１ｂに初めて反応させる原料を添加して反応を開始させ、反応液を順次下流側に位置する反応器へ移動させながら反応を進行させる。そして、最も下流に位置する反応器１ｈから生成したアクリルアミドを含む反応液を回収する。
【００２０】
反応器の数は特には限定されず、反応条件等に応じて適宜選択することができる。例えば、２〜１２個が好ましく、２〜１０個がより好ましく、２〜８個がさらに好ましい。反応器には、必要に応じて並列的に連結されたものが存在してもかまわない。反応器は、それぞれが独立したものであってもよく、大きな反応器を隔壁により複数に仕切ったものであってもよい。隔壁により仕切られた反応器である場合、隔壁で分けられたそれぞれの空間を１つの反応器とみなす。
【００２１】
反応器の形式は、特には限定されず、例えば、撹拌型、固定層型、流動層型、移動層型、塔型及び管型等、種々の形式の反応器を用いることができる。これらの中でも、原料の分散及び混合を促進できる撹拌型が好ましい。形式の異なる反応器を組み合わせて連結することもできる。
【００２２】
撹拌装置としては撹拌翼が好ましい。撹拌翼の形状も特には限定されるものではなく、例えば、パドル、ディスクタービン、プロペラ、ヘリカルリボン、アンカー、ファウドラー等が挙げられる。
【００２３】
アクリロニトリルは、アクリロニトリル供給ライン２により最上流の反応器１ａ及びその下流に連結された反応器１ｂに供給される。また、水及び触媒は、それぞれ水供給ライン３及び触媒供給ライン４により、反応器１ａに供給される。符号５は、反応器１ａ、１ｂ、１ｃへのアルカリ添加ラインを示す。
【００２４】
原料の供給は、最も上流に位置する反応器１ａに限定されず、それよりも下流側に位置する反応器（例えば反応器１ｂ）にも供給することができる。
【００２５】
アクリロニトリルの種類は、特に限定されず、市販のものが使用できる。生体触媒の使用量を低減させるために、シアン濃度が３ｐｐｍ以下であるアクリロニトリルを使用することが好ましい。
【００２６】
水（原料水）は、アクリルアミドを生成する際に、アクリロニトリルとの水和反応に利用されるものである。水としては、純水；酸、塩類等を水に溶解した水溶液等が挙げられる。酸としては、リン酸、酢酸、クエン酸、ホウ酸、アクリル酸、ギ酸等が挙げられる。塩類としては、前記酸のナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩等が挙げられる。水の具体例としては、特に限定されるものではないが、例えば、純水、超純水、市水等の水；トリス緩衝液、リン酸緩衝液、酢酸緩衝液、クエン酸緩衝液、ホウ酸緩衝液などの緩衝液が挙げられる。原料水のｐＨ（２０℃）は、５〜９が好ましい。
【００２７】
生体触媒には、目的とする反応を触媒する酵素を含有する動物細胞、植物細胞、細胞小器官、菌体（生菌体又は死滅体）もしくはその処理物が含まれる。処理物としては、細胞、細胞小器官又は菌体から抽出された粗酵素又は精製酵素、さらに動物細胞、植物細胞、細胞小器官、菌体（生菌体又は死滅体）又は酵素自体を包括法、架橋法、担体結合法等で固定化したものが挙げられる。
【００２８】
動物細胞としては、サル細胞ＣＯＳ−７、Ｖｅｒｏ、ＣＨＯ細胞、マウスＬ細胞、ラットＧＨ３、ヒトＦＬ細胞等を挙げることができる。植物細胞としては、タバコＢＹ−２細胞等を挙げることができる。
【００２９】
菌体としては、例えば、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、シュードモナス（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ）属、ミクロコッカス（Ｍｉｃｒｏｃｏｃｃｕｓ）属、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）属又はシュードノカルディア（Ｐｓｅｕｄｏｎｏｃａｒｄｉａ）属に属する微生物等が挙げられる。
【００３０】
これらの動物細胞、植物細胞、細胞小器官又は菌体には、野生型のものだけでなく遺伝子が改変されたものも含まれる。
【００３１】
固定化の方法の１つである包括法とは、菌体又は酵素を高分子ゲルの微細な格子の中に包み込むか、半透膜性の高分子の皮膜によって被覆する方法である。架橋法とは、酵素を２個又はそれ以上の官能基を持った試薬（多官能性架橋剤）で架橋する方法である。担体結合法とは、水不溶性の担体に酵素を結合させる方法である。固定化に用いる固定化担体としては、例えば、ガラスビーズ、シリカゲル、ポリウレタン、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、カラギーナン、アルギン酸、寒天、ゼラチン等が挙げられる。
【００３２】
酵素としては、例えば、前記微生物等が産生するニトリルヒドラターゼが挙げられる。
【００３３】
反応液中には、炭素数２以上の水溶性モノカルボン酸塩を添加することができる。水溶性モノカルボン酸塩を添加するタイミングは特には限定されず、最も上流側に位置する反応器中に添加し、当該反応液中に含まれる水溶性モノカルボン酸塩が反応液とともに下流側に移動することにより、各反応器中の反応液に含まれるようにすることもできる。また、反応を開始する前または反応を開始した後に、各反応器中に添加してもよい。
【００３４】
炭素数２以上の水溶性モノカルボン酸塩を添加することにより、反応液中でのアクリルアミドの安定性を向上させることができる。
【００３５】
水溶性モノカルボン酸塩は、飽和モノカルボン酸塩及び不飽和モノカルボン酸塩のいずれでもよい。飽和カルボン酸としては、酢酸、プロピオン酸、ｎ−カプロン酸などが挙げられる。不飽和カルボン酸としてはアクリル酸、メタクリル酸、ビニル酢酸などが挙げられる。塩としては、前記飽和モノカルボン酸又は不飽和モノカルボン酸のナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩が挙げられる。これらの水溶性モノカルボン酸塩は、１種を単独で使用することもできるし、２種以上を併用することもできる。
【００３６】
水溶性モノカルボン酸塩の添加量は、生成するアクリルアミドに対し、酸として２０〜５０００ｍｇ／ｋｇが好ましい。
【００３７】
アクリロニトリルを水和してアクリルアミドを生成させる反応のｐＨは、６〜９が好ましく、より好ましくは７〜８．５である。ｐＨ測定方法は、指示薬法、金属電極法、ガラス電極法、半導体センサ法などあるが、工業的に広く利用されているガラス電極法による測定が好ましい。
【００３８】
アクリロニトリルを水和する際の反応温度（反応液の温度）は、特には限定されないが、１０〜５０℃であることが好ましく、１５〜４０℃であることがより好ましく、２０〜３５℃であることがさらに好ましい。反応温度を１０℃以上とすることにより、生体触媒の反応活性を充分に高めることができる。また、反応温度を５０℃以下とすることにより、生体触媒の失活を防ぐことができる。また、反応器の除熱負荷を低減させるために、供給する水またはアクリロニトリルは、反応温度よりも５℃以上低くして供給することが好ましい。
【００３９】
反応器１ａと反応器１ｂは連結管６によって連通されており、反応器１ａ及び反応器１ｂ内の連結管６の連通口は、それぞれの反応器内の反応液の液面よりも下方に位置するように配設されている。同様に、反応器１ｂ〜１ｇは、それぞれその下流の反応器１ｃ〜１ｈに連結管６によって連通されている。
【００４０】
連結管６の連通口の位置は、高さ方向で反応器の底面を０％、反応器の上面を１００％とした場合、７０％以下の位置が好ましい。７０％以下の位置とすることにより、生産量の変動に合わせた反応液量の調整範囲が広くなる。
【００４１】
反応器の連結の態様は、連結管６により独立した反応器間を連結して反応液の通流を可能とする態様の他、反応器を仕切る隔壁を設け、当該隔壁に設けた空隙若しくは間隙を介して反応液を通流させる態様も採用できる。この場合、空隙若しくは間隙が連結管６の連通口に相当するものとなり、それぞれの空隙若しくは間隙が反応器内の反応液の液面よりも下方に位置するように配設される。
【００４２】
最下流の反応器１ｈには、反応器内における反応液の水位を検出する、液面高さ検出装置１０が配設されている。また、反応器１ｈには、反応液を外部に排出する排出ライン８と、反応液を反応器１ｈ内に循環させる循環ライン９が接続されている。排出ライン８は、循環ライン９から分岐している。符号７及び１１は、循環ライン９に設けられたポンプと、排出ライン８に設けられた排出流量調節装置を示す。排出流量調節装置１１は、通常用いられるバルブであってよい。排出流量調節装置１１は、液面高さ検出装置１０からの信号の出力を受け、反応器１ｈからの反応液の排出量と循環量を制御する。
【００４３】
液面高さ検出装置１０としては、金属管式レベル計、フロートタイプレベル計、圧力式レベル計、超音波レベル計、マイクロ波レベル計などを用いることができる。
【００４４】
排出ライン８は独立したラインでもよく、図に示したように循環ライン９から分岐させたラインでもよい。反応液の排出にはポンプを利用できる。ポンプの種類としては、遠心ポンプ、軸流ポンプ、斜流ポンプなどの非容積ポンプや、回転ポンプ、往復ポンプなどの容積ポンプが利用できる。
【００４５】
連続反応装置１２では、排出流量調節装置１１が液面高さ検出装置１０からの信号の出力を受けて、反応器１ｈから排出される反応液の液量及び／又は反応器Ａへの循環戻り反応液の液量を調節し、反応器１ｈ内における反応液の水位を、連結管６の連通口の配設位置と満水位置との間で制御する。これによって、連続反応装置１２では、反応器１ｈの上流側に位置する反応器１ａ〜１ｇの反応液の液量を任意に制御することができる。
【００４６】
好ましい態様としては、最も下流に位置する反応器１ｈ内における反応液の水位を制御することにより、上流側に位置する１つ以上の反応器内の液量を制御する。上流側に位置する反応器すべての液量を制御することがより好ましい。
【００４７】
反応液中の圧力は、液面からの距離（反応液の深さ）に比例して上昇する。連結管６の連通口を、それぞれの反応器内の反応液の液面よりも下方に位置するように配設することにより、隣り合う上流側と下流側の反応器の連通口の配設位置における、液深による反応液の圧力が等しくなるので、反応液の液面から連通口の配設位置までの深さが、下流側反応器と上流側反応器とで等しくなる。
【００４８】
下流側に位置する反応器内の反応液の液面の高さを調整することにより、上流側に位置する反応器内の反応液の液面の高さを下流側に位置する反応液中の反応液の液面の高さに揃えることができる。
【００４９】
連結管６の圧力損失が大きすぎる場合は、下流側に位置する反応器内の反応液の液面よりも上流側に位置する反応液の液面の高さは損失水頭に相当する分、液面が高くなるため、圧力損失は小さくした方が好ましい。
【００５０】
工業規模の製造において圧力損失を小さくする方法としては、例えば、連結管６の内径を調整する方法が考えられるが、具体的な内径のサイズは、反応器の大きさや連結管６の位置（反応液の液面からの距離）等に応じて適宜選択することができる。
【００５１】
例えば、５〜１０Ｌ程度の反応器を連結して反応を行う場合、連結管６の内径を５〜１５０ｍｍが好ましく、１０〜１００ｍｍがより好ましい。内径を５ｍｍ以上とすることにより、連結管６での圧力損失を抑制することができ、上流側に位置する反応器内の反応液の液面が上昇して反応器から溢流するのを防ぐことができる。内径を１５０ｍｍ以下とすることにより、配管材料のコストを抑制することができる。なお、連結管６の形状が円形でない場合、相当直径として５〜１５０ｍｍが好ましいことを意味する。３以上の反応器を連結管６で連結させる場合、各連結管６の内径や位置は同じであっても異なっていてもよい。それらは、反応条件等に応じて適宜選択することができる。
【００５２】
上流側に位置する反応器と下流側に位置する反応器の連結部（連結管６の連通口又は隔壁の空隙や間隙）の位置を常に液面よりも低い位置に設置し、その内径を調整することにより、上流側に位置する反応器と下流側に位置する反応器の反応液の液面が同じ高さになり、液深による圧力を均一化することができる。これによって、最下流の反応器内の反応液の水位を制御することにより、上流側に位置する反応液の液量を制御することが可能となる。さらに連結管６における圧力損失を低減させることにより、下流側反応器の液量を所望の液量に制御し易くなる。
【００５３】
以上のように、連続反応装置１２では、反応器１ｈの上流側に位置する反応器１ａ〜１ｇの反応液の液量を任意に制御することができる。従って、連続反応装置１２では、生産量に応じて反応液量を制御して当該生産量に適した反応器内の滞留時間を簡便に実現することができ、これによって生体触媒の使用量を抑制することが可能となる。
【００５４】
なお、反応液の滞留時間（反応時間）は限定されないが、１〜３０時間であることが好ましく、２〜２０時間であることがより好ましい。ここで滞留時間とは、反応液の総容積［ｍ３］（全反応器における反応液量の合計）を反応器から連続的に取り出す反応混合物の流量［ｍ３／ｈｒ］で除した値である。また、生体触媒の使用量は、用いる生体触媒の種類及び形態に応じて適宜選択することができる。例えば、反応器に供給する生体触媒の活性は、反応温度１０℃で乾燥菌体１ｍｇ当たり５０〜５００Ｕ程度であることが好ましい。本明細書において単位Ｕ（ユニット）とは、１分間にアクリロニトリルからアクリルアミドを１マイクロモル生成させることを意味する。
【００５５】
上流側に位置する各反応器内の反応液の量は、反応器１ｈの反応液の液量に対して、０．９〜１．２倍量であることが好ましい。０．９倍量以上とすることにより、反応器の容積を大きくすることができ充分な反応時間を得ることができる。また、１．２倍量以下とすることにより、反応容積が大きくなりすぎて反応器内の触媒の滞留時間が増加して触媒が失活するのを防ぐことができる。
【００５６】
本実施形態では、排出流量調節装置１１に、液面高さ検出装置１０からの信号の出力を受けて、反応器１ｈから排出される反応液の液量及び／又は排出後に循環される反応液の液量を調節する機能を付与する例を説明したが、同機能はポンプ７に付与してもよいものとする。
【実施例】
【００５７】
以下、実施例及び比較例を示して本発明を詳細に説明する。ただし、本発明は以下の記載によって限定されるものではない。なお、アクリルアミド水溶液の濃度「質量％」は、単に「％」と表記することもある。【００５８】
［実施例１］
（生体触媒の調整）
ニトリルヒドラターゼ活性を有するロドコッカス・ロドクロウス（Ｒｏｄｏｃｏｃｃｕｓ  ｒｈｏｄｏｃｈｒｏｕｓ）Ｊ１株（受託番号  ＦＥＲＭ  ＢＰ−１４７８として独立行政法人  産業技術総合研究所  特許生物寄託センター（日本国茨城県つくば市東１丁目１番地１中央第６）に１９８７年９月１８日に寄託されている）を、グルコース２％、尿素１％、ペプトン０．５％、酵母エキス０．３％、塩化コバルト６水和物０．０１％（何れも質量％）を含む培地（ｐＨ７．０）により３０℃で好気的に培養した。これを遠心分離機及び０．１％アクリル酸ナトリウム水溶液（ｐＨ７．０）を用いて、集菌および洗浄して菌体懸濁液（乾燥菌体１５質量％）を得た。【００５９】
（アクリロニトリルからアクリルアミドへの反応）
反応器として、ジャケット冷却付撹拌器（内径１８ｃｍ、高さ２６ｃｍ、内容積６．６Ｌ）を４器直列に連結した。各反応器の連結は、反応器底面から５ｃｍの位置に内径１５ｍｍのＳＵＳ製の管（仕切り弁付き）を取り付けた。各反応器には４枚傾斜パドル翼（傾斜角度４５°、翼径８ｃｍ）を配設した。原料を供給する上流側の反応器から第１器、第２器、第３器、第４器とし、反応液を反応器外へ取り出す最下流の反応器を第４器とした。第４器の反応器出口には、反応液をポンプにより第４器へ戻す循環ラインを設けた。【００６０】
また、循環ラインは分岐させて、反応液を反応器外へ取り出す排出ラインを設置した。反応液を取り出す排出ラインには、取り出す反応液の流量を調節する弁を設置した。第４器には超音波式の液面計を設置し、液面計と排出ラインに設置した流量調節弁とを連動させることで、第４器の反応液の液量を任意に制御できるようにした。各反応器にはｐＨ制御計を設置し、反応液のｐＨを任意にコントロールできるようにした。【００６１】
本実施例では、反応器から取り出すアクリルアミド水溶液の目的濃度を５０％以上とした。【００６２】
（アクリルアミド生産量４０ｋｇ／日）
（１）反応器間を繋ぐ連結管の弁を閉じた。
（２）反応器１器目から４器目まで、それぞれ、３５％、４５％、５０％、５０％の濃度のアクリルアミド水溶液を４Ｌずつ、反応器へ導入した。
（３）反応器１器目から４器目まで、前記菌体懸濁液を１０ｇそれぞれ添加した。
（４）反応器間を繋ぐ連結管の弁を開けた。
（５）第１器目に原料水（ｐＨ７．０）を２０４０ｇ／ｈｒで、アクリロニトリルを７５０ｇ／ｈｒで、菌体懸濁液を１２ｇ／ｈｒで、第２器目にはアクリロニトリルのみ５００ｇ／ｈｒで連続的に供給して、アクリルアミドの生産量を４０ｋｇ／日とした条件で連続反応を開始した。連続反応中は、反応液のｐＨが7.0となるように、各反応器に１％水酸化ナトリウム水溶液を添加した。
（６）第４器内の反応液量が４Ｌとなるように、液面計と反応液を取り出す排出ラインの流量調節弁を連動させて制御した。【００６３】
第１器から第４器の反応液温度がそれぞれ２０、２１、２２、２３℃となるようにジャケットの冷却水（５℃）を用いて温度制御した。【００６４】
連続反応開始から１日後、第４器の排出ラインから流出する反応液中のアクリルアミド濃度を屈折計（ＡＴＡＧＯ  ＲＸ−７０００α）により測定した。目的とするアクリルアミド濃度である５０．５％のアクリルアミドが検出された。【００６５】
次に、菌体懸濁液の供給のみ１０ｇ／ｈｒに変更し、第４器内の反応液量が６Ｌとなるように、液面計と反応液を取り出す排出ラインの流量調節弁を連動させて制御した以外は、前記反応と同様に反応させた。【００６６】
反応条件を変更してから１日後、第４器の排出ラインから流出する反応液中のアクリルアミド濃度を前記屈折計により測定した。目的とするアクリルアミド濃度である５０．６％のアクリルアミドが検出された。【００６７】
アクリルアミドの濃度測定後、反応器への全ての原料供給を停止し、循環ラインのポンプおよび排出ラインからの反応液取り出しを停止し、各反応器の連結管の弁を閉止した。各反応器の反応液を全量抜き出し、メスシリンダーにより容積を測定したところ、第１器、第２器、第３器、第４器の各反応器に存在した反応液の容積は、それぞれ６．２Ｌ、６．１Ｌ、６．０Ｌ、５．９Ｌであった。【００６８】
［比較例１］
反応器の連結管を設置する代わりに反応液の液量が４Ｌとなるように、各反応器の底面から１６ｃｍの位置にオーバーフロー管（ＳＵＳ製：内径１５ｍｍ）を設置して下流側反応器へ反応液を送液するようにし、第４器のオーバーフロー管より反応液を反応器外へ取り出すようにした以外は、実施例１と同様にアクリロニトリルからアクリルアミドを生成させた。【００６９】
実施例１と同様に、菌体懸濁液の供給のみを１０ｇ／ｈｒに変更してから１日後、第４器のオーバーフロー管から流出する反応液のアクリルアミド濃度を測定した。目的とするアクリルアミド濃度よりも低い４６．２％のアクリルアミドが検出された。【００７０】
実施例１と同様に、各反応器の反応液量を測定したところ、第１器、第２器、第３器、第４器の各反応器に存在した反応液の容積は、それぞれ４．２Ｌ、４．１Ｌ、４．０Ｌ、３．９Ｌであった。【００７１】
［実施例２］
（アクリルアミド生産量８０ｋｇ／日）
実施例１と同様の反応器を使用した。
（１）反応器間を繋ぐ連結管の弁を閉じた。
（２）反応器１器目から４器目まで、それぞれ、３５％、４５％、５０％、５０％の濃度のアクリルアミド水溶液を６Ｌずつ、反応器へ導入した。
（３）反応器１器目から４器目まで、実施例１で作成した菌体懸濁液を１５ｇそれぞれ添加した。
（４）反応器間を繋ぐ連結管の弁を開けた。
（５）第１器目に原料水（ｐＨ７．０）を４０９０ｇ／ｈｒで、アクリロニトリルを１５００ｇ／ｈｒで、菌体懸濁液を３２ｇ／ｈｒで、第２器目にはアクリロニトリルのみ１０００ｇ／ｈｒで連続的に供給して、アクリルアミドの生産量を８０ｋｇ／日とした条件で連続反応を開始した。連続反応中は、反応液のｐＨが7.0となるように、各反応器に１％水酸化ナトリウム水溶液を添加した。
（６）第４器内の反応液量が６Ｌとなるように、液面計と反応液を取り出す排出ラインの流量調節弁を連動させて制御した。【００７２】
第１器から第４器の反応液温度がそれぞれ２０、２１、２２、２３℃となるようにジャケットの冷却水（５℃）を用いて温度制御した。【００７３】
連続反応開始から１日後、第４器の排出ラインから流出する反応液中のアクリルアミド濃度を実施例１と同様に測定した。目的とするアクリルアミド濃度である５０．５％のアクリルアミドが検出された。【００７４】
実施例１と同様に、各反応器の反応液量を測定した。第１器、第２器、第３器、第４器の各反応器に存在した反応液の容積は、それぞれ６．２Ｌ、６．１Ｌ、６．０Ｌ、５．９Ｌであった。【００７５】
［比較例２］
比較例１と同様の反応器を使用し、各反応器の反応液量を４Ｌとした以外は実施例２と同様に連続反応を行った。【００７６】
連続反応開始から１日後、第４器のオーバーフロー管から流出する反応液中のアクリルアミド濃度を実施例２と同様に測定した。目的とするアクリルアミド濃度よりも低い４５．１％のアクリルアミドが検出された。【００７７】
実施例１と同様に、各反応器の反応液量を測定した。第１器、第２器、第３器、第４器の各反応器に存在した反応液の容積は、それぞれ４．２Ｌ、４．１Ｌ、４．０Ｌ、３．９Ｌであった。【００７８】
［実施例３］
（アクリルアミド生産量８０ｋｇ／日）
第１器から第４器の反応液温度が全て３８℃となるようにジャケットの冷却水（５℃）を用いて温度制御し、第４器内の反応液量が２Ｌとなるように、液面計と反応液を取り出す排出ラインの流量調節弁を連動させて制御した以外は、実施例２と同様に反応させた。【００７９】
連続反応開始から１日後、第４器の排出ラインから流出する反応液中のアクリルアミド濃度を実施例１と同様に測定した。目的とするアクリルアミド濃度である５０．３％のアクリルアミドが検出された。【００８０】
実施例１と同様に、各反応器の反応液量を測定した。第１器、第２器、第３器、第４器の各反応器に存在した反応液の容積は、それぞれ２．２Ｌ、２．１Ｌ、２．０Ｌ、１．９Ｌであった。【００８１】
［比較例３］
比較例１と同様の反応器を使用し、各反応器の反応液量を４Ｌとした以外は実施例３と同様に連続反応を行った。【００８２】
連続反応開始から１日後、第４器の排出ラインから流出する反応液中のアクリルアミド濃度を実施例１と同様に測定した。目的とするアクリルアミド濃度よりも低い４８．７％のアクリルアミドが検出された。【００８３】
実施例１と同様に、各反応器の反応液量を測定した。第１器、第２器、第３器、第４器の各反応器に存在した反応液の容積は、それぞれ４．２Ｌ、４．１Ｌ、４．０Ｌ、３．９Ｌであった。【００８４】
［実施例４］
（アクリルアミド生産量２０ｋｇ／日）
実施例１と同様の反応器を使用した。
（１）反応器間を繋ぐ連結管の弁を閉じた。
（２）反応器１器目から４器目まで、それぞれ、３５％、４５％、５０％、５０％の濃度のアクリルアミド水溶液を２Ｌずつ、反応器へ導入した。
（３）反応器１器目から４器目まで、実施例１で作成した菌体懸濁液を５ｇそれぞれ添加した。
（４）反応器間を繋ぐ連結管の弁を開けた。
（５）第１器目に原料水（ｐＨ７．０）を１０２０ｇ／ｈｒで、アクリロニトリルを３７５ｇ／ｈｒで、菌体懸濁液を５ｇ／ｈｒで、第２器目にはアクリロニトリルのみ２５０ｇ／ｈｒで連続的に供給して、アクリルアミドの生産量を２０ｋｇ／日とした条件で連続反応を開始した。連続反応中は、反応液のｐＨが７．０となるように、各反応器に１％水酸化ナトリウム水溶液を添加した。
（６）第４器内の反応液量が２Ｌとなるように、液面計と反応液を取り出す排出ラインの流量調節弁を連動させて制御した。【００８５】
第１器から第４器の反応液温度が全て３０℃となるようにジャケットの冷却水（５℃）を用いて温度制御した。【００８６】
連続反応開始から１日後、第４器の排出ラインから流出する反応液中のアクリルアミド濃度を実施例１と同様に測定した。目的とするアクリルアミド濃度である５０．７％のアクリルアミドが検出された。【００８７】
実施例１と同様に、各反応器の反応液量を測定した。第１器、第２器、第３器、第４器の各反応器に存在した反応液の容積は、それぞれ２．２Ｌ、２．１Ｌ、２．０Ｌ、１．９Ｌであった。【００８８】
［比較例４］
比較例１と同様の反応器を使用し、各反応器の反応液量を４Ｌとした以外は実施例４と同様に連続反応を行った。【００８９】
連続反応開始から１日後、第４器の排出ラインから流出する反応液中のアクリルアミド濃度を実施例１と同様に測定した。目的とするアクリルアミド濃度よりも低い４２．０％のアクリルアミドが検出された。【００９０】
実施例１と同様に、各反応器の反応液量を測定した。第１器、第２器、第３器、第４器の各反応器に存在した反応液の容積は、それぞれ４．２Ｌ、４．１Ｌ、４．０Ｌ、３．９Ｌであった。【００９１】
【表１】
2015190067.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明の製造方法によれば、生体触媒を用いてアクリルアミドを連続的に製造する方法において、操作性よく反応液量を制御できるので滞留時間の調整が容易であり、生体触媒の使用量を抑制することで低コストでアクリルアミドを製造することができる。
【符号の説明】
【００９３】
１  反応器
２  アクリロニトリル供給ライン
３  水供給ライン
４  触媒供給ライン
５  アルカリ添加ライン
６  連結管
７  循環ポンプ
８  排出ライン
９  循環ライン
１０  液面高さ検出装置
１１  排出流量調節装置
１２  連続反応装置
【図１】
2015190067.tif 000004
【国際調査報告】
2015190067.tif 000005
2015190067.tif 000006