БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АКРИЛАМИДА
BIOTECHNOLOGICAL METHOD OF OBTAINING ACRYLAMIDE

Изобретение относится к химии и биотехнологии на основе органических соединений, а именно к получению водных растворов акриламида.
Акриламид используют для синтеза высокомолекулярных полимеров, применяемых в различных технологических процессах в качестве загустителей в нефтедобыче, флокулянтов, суперабсорбентов для сельского хозяйства и медицинских целей, гидроизолирующих химреагентов при газо- и нефтедобыче. Использование акриламида высокой степени чистоты позволяет синтезировать полимеры на его основе с заданными свойствами. Качество акриламида оценивают по содержанию примесей остаточного акрилонитрила, побочных продуктов - акриловой кислоты и полимера акриламида, а также по полимеризационной способности мономера.
Биотехнологический способ получения акриламида, являющийся высокоселективным, экологически чистым, энергосберегающим, позволяет получать мономер, практически не содержащий примесей. Процесс получения акриламида биотехнологическим способом состоит из стадий приготовления водной суспензии биокатализатора, гидратации акрилонитрила под действием биокатализатора, выделения отработанного биокатализатора из водных растворов акриламида. [Воронин С.П., Козулин С.В., Яненко А.С., Байбурдов Т.А. Биотехнологический способ получения акриламида. Процессы и оборуд. экол. пр-в: Тез. докл. 3 Межресп. науч.-техн. конф., Волгоград, 5-6 дек., 1995. Волгоград. 1995, с.148-149].
Для сохранения активности биокатализатора в процессе гидратации акрилонитрила и получения акриламида требуемого качества (с нормированным содержанием примесей и полимеризационной способностью) используют стабилизирующие добавки, которые предварительно вводят в водную суспензию биокатализатора. Так, в патенте США №4343899, заявл. 13.02.1980, опубл. 10.09.1982 описан способ получения акриламида путем гидратации акрилонитрила под действием биокатализатора, обладающего нитрилгидратазной активностью, обработанного диальдегидом. Добавку вводят на дополнительной стадии обработки биомассы микроорганизмов. В 0.05-0.5 молярном буферном фосфатном растворе растворяют диальдегид. Буферный раствор имеет pH 6-8. Затем в нем при температуре от 0 до 15°C диспергируют в течение 0.5-3 часа биомассу штаммов №771 или 774 бактерий рода Corynebacterium, предварительно отмытой от культуральной жидкости. Содержание диальдегида в суспензии биокатализатора составляет 0.1-10% от массы сухих клеток. В качестве диальдегида используют глиоксаль, малоновый диальдегид, глутароальдегид, диальдегид крахмала. Полученную суспензию биокатализатора центрифугируют, дважды отмывают в 0,05 М фосфатном буферном растворе при рН 8 и концентрируют центрифугированием с получением биомассы микроорганизмов с содержанием сухих веществ 25 мас.%. Полученную биомассу диспергируют в воде в реакторе синтеза акриламида для получения суспензии с массовой концентрацией 2%, в которую дозируют акрилонитрил в течение 6 часов при температуре 10°C со скоростью 2 части в час. Полученный водный раствор акриламида с массовой концентрацией 14% концентрируют упариванием до 50%. По данному способу получают акриламид в виде водных растворов, не содержащий примесей полимера.
Однако мономер не обладает требуемой полимеризационной активностью: при его полимеризации в водных растворах в присутствии окислительно-восстановительной инициирующей системы образуется полиакриламид, содержащий более 8-20% примесей водонерастворимой части. Эффективность действия биокатализатора, обработанного диальдегидом, в процессе гидратации акрилонитрила уменьшается в 1,2 раза. Процесс получения акриламида вышеописанным биотехнологическим способом характеризуется большим количеством сточных вод, образующихся на дополнительной стадии обработки биомассы бактерий.
Наиболее близким по технической сущности является способ получения акриламида путем гидратации акрилонитрила под действием штаммов бактерий, обладающих нитрилгидратазной активностью, водную суспензию которых приготавливают в водном растворе акриловой кислоты. В качестве биокатализатора используют микроорганизмы рода Bacillus, рода Bacteridium, рода Micrococcus, рода Brevibacterium, рода Corynebacterium, рода Nocardia, рода Pseudomonas, рода Microbacterium, рода Rhodococcus, рода Achromo-bacter, рода Pseudonocardia и штамм рода Rhodococcus rhodochrous J-1 (FERM BP-1478). Данный способ осуществляют следующим образом. Предварительно обрабатывают биомассу штамма микроорганизмов рода Rhodococcus rhodochrous, многократно смешивая с водным раствором акриловой кислоты с последующим центрифугированием. Используют водные растворы акриловой кислоты с массовой концентрацией 0,01-10%, нейтрализованной гидроксидом натрия до рН 6-8. Затем в реакторе синтеза акриламида расчетное количество «обработанной» биомассы штамма бактерий при механическом перемешивании диспергируют в 0,02%-ном водном растворе акриловой кислоты, нейтрализованной гидроксидом натрия до рН 7, при температуре 20°С. В полученную водную суспензию биокатализатора, содержащую акриловую кислоту, подают акрилонитрил со скоростью, обеспечивающей поддержание массовой концентрации акрилонитрила в реакционной массе 2%. Полученный водный раствор акриламида фильтруют для отделения примесей отработанного биокатализатора. По данному способу получают продукт - акриламид высокой степени чистоты без примесей полимера. Не образуются примеси полимера и при хранении водных растворов акриламида, содержащих акриловую кислоту с массовой долей 0,02 мас.%, при 50°С в присутствии катализатора полимеризации - ионов железа в течение 7 суток. Мономер обладает требуемой полимеризационной активностью: при его полимеризации в водных растворах с концентрацией 20 мас.%, содержащих акрилат натрия с массовой долей 0,004%, в присутствии окислительно-восстановительной инициирующей системы образуется полиакриламид, не содержащий примесей водонерастворимой части [патент RU 2272844, С12Р 13/02; заявл. 27.03.2002, опубл. 20.01.2005].
Однако способ получения акриламида путем гидратации акрилонитрила под действием биокатализатора в суспензии водного раствора акриловой кислоты с рН 7-8, при котором биомассу штамма бактерий предварительно многократно обрабатывают водным раствором акриловой кислоты с рН 7-8, характеризуется большим объемом сточных промывных вод. Эффективность действия биокатализатора в реакции гидратации акрилонитрила в присутствии акриловой кислоты не изменяется.
Задачей изобретения является получение акриламида требуемого качества способом, обладающим высокой производительностью и экологической безопасностью.
Техническим результатом данного изобретения является увеличение эффективности действия биокатализатора в процессе получения целевого продукта, соответствующего по качеству предъявляемым техническим требованиям, исключение длительной и трудоемкой стадии обработки биомассы микроорганизмов и, следовательно, сточных вод с данной стадии.
Предлагаемый способ получения акриламида осуществляют следующим образом.
Гидратацию акрилонитрила проводят под действием биокатализатора, обладающего нитрилгидратазной активностью, в его водной суспензии, которая содержит стабилизирующую добавку, в качестве которой используют полиакриловую кислоту в количестве 0.0015-0.015 мас.% и динатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты в количестве 0.0005-0.003 мас.%. Содержание добавки (%) рассчитывают по отношению к количеству воды, используемой для приготовления водной суспензии биокатализатора. Водная суспензия биокатализатора содержит 0,08-1,0 г/л сухих клеток. Гидратацию осуществляют при рН 7-8 и при температуре от 12°С до 32°С известным способом, регулируя скорость дозирования акрилонитрила и температуру. Полученный водный раствор акриламида выдерживают для полной конверсии акрилонитрила. Отделение отработанного биокатализатора (биошлама) из полученного водного раствора акриламида проводят фильтрованием.
Стабилизирующую добавку в водную суспензию биокатализатора вводят различными приемами, которые зависят от наличия производственного оборудования. Из-за малых количеств используемых стабилизирующих добавок целесообразно их вводить в воду, а затем диспергировать в ней биомассу микроорганизмов. Например, в скоростном смесителе смешивают воду, стабилизирующую добавку и биомассу микроорганизмов с последующим разбавлением полученной гомогенной водной суспензии биокатализатора водой в реакторе синтеза. Введение стабилизирующей добавки в водную суспензию биокатализатора также осуществляют в реакторе синтеза при смешении воды, стабилизирующей добавки и биомассы микроорганизмов.
Использование добавки полиакриловой кислоты и динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты позволяет повысить эффективность действия биокатализатора в реакции гидратации акрилонитрила и получить акриламид требуемого качества.
В отличие от прототипа по предлагаемому способу целевой продукт получают при гидратации акрилонитрила в водной суспензии биокатализатора, содержащей стабилизирующую добавку полиакриловой кислоты и динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты. Приготовление суспензии биокатализатора осуществляют смешением биомассы штамма микроорганизмов с водными растворами предлагаемых добавок, что позволяет упростить технологические операции приготовления водной суспензии биокатализатора, а также исключить образование сточных промывных вод.
Эффективность действия биокатализатора в присутствии стабилизирующей добавки в реакции гидратации акрилонитрила увеличивается.
Для приготовления биокатализатора используют биомассу штамма М 8 рода Rhodococcus rhodochrous - продуцента нитрилгидратазы, выпускаемую по ТУ 9291-001-04836741-95.
Используют полиакриловую кислоту, выпускаемую по ТУ 2216-004-55373366-2006.
Используют динатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты, выпускаемую по ГОСТ 10652-73.
Целевым продуктом следует считать водные растворы акриламида, соответствующие техническим требованиям потребителей к качеству мономера:
- содержание остаточного акрилонитрила не более 0,1%,
- содержание акриловой кислоты не более 0,2%,
- содержание полимера - отсутствие,
- стабильность при хранении - не менее 7 суток,
- полимеризационная активность - содержание водонерастворимых примесей в полиакриламиде не более 0,2%.
Концентрацию акриламида и содержание примесей акрилонитрила и акриловой кислоты в целевом продукте определяют методом газожидкостной хроматографии.
Наличие полимера в целевом продукте оценивают визуально по изменению прозрачности смеси 100 мл метанола и 10 мл раствора акриламида. Если в растворе акриламида присутствует полимер, его спиртовой раствор мутнеет или приобретает опалесцирующий оттенок.
Стабильность водных растворов акриламида при хранении оценивают по наличию полимера в них после выдержки водных растворов акриламида в емкости из полимерных материалов при 40°С в течение 7 суток.
3
Полимеризационную активность целевого продукта оценивают по содержанию водонерастворимой части в полиакриламиде, полученном полимеризацией акриламида по тестовой методике. Согласно тесту в реактор Дьюара вместимостью 150 см вводят 98 мл водного раствора акриламида с массовой долей 20%, обескислороживают барботированием азота в течение 0,5 часа и вводят инициаторы (0,004% персульфата калия и 0,004% метабисульфита натрия) при температуре 20°С. Полимеризация акриламида завершается при достижении температуры реакционной массы 70°C. Полученный полимерный блок выдерживают в течение 2 часов для полной конверсии мономера. Выделение полимерного продукта в порошкообразной форме проводят известными приемами путем измельчения резиноподобного полимерного блока, сушки гелеобразных полимерных частиц при 70°С и дроблении для получения сухих полимерных гранул с размером менее 1.2 мм.
Для оценки содержания водонерастворимой части навеску порошкообразного полиакриламида в количестве 0,55 г диспергируют при перемешивании со скоростью 700 об/мин в 200 г дистиллированной воды в течение 30 минут, выдерживают без перемешивания в течение 4 часов и перемешивают для растворения полимера в течение 4 часов. Затем полученный раствор полиакриламида фильтруют через предварительно высушенный и взвешенный фильтр. В качестве фильтра используют металлическую сетку (20×20 см) с номинальным размером отверстий 1 мм. После фильтрации фильтр промывают 50 г дистиллированной воды и выдерживают в термошкафу при температуре 105°С до постоянного веса. Содержание водонерастворимой части (НЧ) в полиакриламиде рассчитывают по формуле: НЧ=(Мвф-Мф)·100/0.55; где Мвф - масса высушенного фильтра после фильтрации, Мф - масса фильтра до фильтрации.
бкт
бкт
Сравнительную оценку эффективности действия биокатализатора (Э) проводят по тестовой методике на лабораторной установке получения акриламида. При получении акриламида измеряют количество акрилонитрила, участвующего в реакции гидратации в присутствии добавки (Мд) и участвующего в реакции гидратации в отсутствие добавки (Мо). Эффективность действия биокатализатора рассчитывают по формуле: Э=Мд/Мо. Согласно тесту предварительно 1,12 г 25%-ной пасты биомассы штамма микроорганизмов Rhodococcus rhodochrous M8 диспергируют с помощью магнитной мешалки в 4 г воды. Для получения водной суспензии биокатализатора, содержащей стабилизирующую добавку, 4 г воды смешивают с помощью магнитной мешалки с 0,009-0,09 г полиакриловой кислоты и 0,003-0,018 г динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты до полного их растворения, затем добавляют 1,12 г 25%-ной пасты биомассы штамма микроорганизмов Rhodococcus rhodochrous M8 и смешивают до полной гомогенизации суспензии.
В два стеклянных реактора синтеза акриламида, оснащенных перемешивающим устройством и помещенных в водяную баню, вводят по 581 г воды. При перемешивании со скоростью 400 об/мин при нормальных условиях в первый реактор загружают гомогенную водную суспензию биомассы, содержащую стабилизирующую добавку, во второй - водную суспензию биомассы штамма микроорганизмов. Емкости дополнительно промывают 10 г воды для количественного переноса суспензии биомассы, которую загружают в реактор синтеза акриламида. Суспензию биокатализатора в реакторе синтеза перемешивают в течение 10-15 минут. Затем в реакторы синтеза с водной суспензией биокатализатора при перемешивании дозируют с помощью градуированной делительной воронки в течение 5 часов акрилонитрил со скоростью, обеспечивающей поддержание массовой концентрации акрилонитрила в реакционной массе 2%. Контроль реакции гидратации осуществляют, отбирая пробу реакционной массы каждые полчаса и анализируя состав реакционной массы хроматографическим способом. Температуру реакционной массы в интервале 16-22°С регулируют введением хладагента в водяную баню. Через пять часов подачу акрилонитрила прекращают и замеряют количество акрилонитрила, введенного в первый и во второй реактор синтеза акриламида. По вышеприведенной формуле рассчитывают эффективность действия биокатализатора.
Полученный водный раствор акриламида для полной конверсии акрилонитрила выдерживают в течение 30 минут. Для отделения биошлама водный раствор акриламида при 22-25°С отстаивают в течение 2 часов и фильтруют. Фильтрацию водного раствора акриламида осуществляют с помощью вакуумного насоса при пониженном давлении, равном 0,075-0,08 МПа, через фильтрующий материал, состоящий из бязи и бельтинга. Полученный прозрачный раствор акриламида анализируют на соответствие качества техническим требованиям к целевому продукту.
Осуществляемость способа иллюстрируют следующие примеры.
Пример 1 (по прототипу)
Для оценки действия биокатализатора согласно тесту параллельно приготавливают две суспензии биокатализатора со стабилизирующей добавкой и без нее.
Предварительно пасту биомассы обрабатывают акриловой кислотой, для чего 1,12 г 25%-ной пасты биомассы штамма микроорганизмов Rhodococcus rhodochrous M8 трижды диспергируют с помощью магнитной мешалки в 4 г 10%-ного водного раствора акриловой кислоты, нейтрализованной гидроксидом натрия до рН 6-8, с последующим центрифугированием. 16 г отработанного 10%-ного раствора акриловой кислоты сливают, а полученную после центрифугирования биомассу штамма бактерий загружают в первый реактор синтеза акриламида, содержащий 585 г воды и 0,12 г акриловой кислоты, предварительно нейтрализованной гидроксидом натрия до рН 7. Емкость дополнительно промывают 10 г воды для количественного переноса суспензии биомассы, которую загружают в реактор синтеза акриламида. В полученном 0,02%-ном растворе акриловой кислоты биомассу штамма бактерий при механическом перемешивании со скоростью 400 об/мин диспергируют при 20°С в течение 10-15 минут.
Для второго реактора 1,12 г 25%-ной пасты биомассы штамма микроорганизмов Rhodococcus rhodochrous M8 диспергируют с помощью магнитной мешалки в 4 г воды. Полученную гомогенную водную суспензию биомассы при перемешивании со скоростью 400 об/мин при нормальных условиях загружают в 581 г воды во втором реакторе. Емкость дополнительно промывают 10 г воды для количественного переноса суспензии биомассы, которую загружают в реактор синтеза акриламида. Суспензию биокатализатора в реакторе синтеза перемешивают в течение 10-15 минут.
Затем в реакторы синтеза с водной суспензией биокатализатора при перемешивании дозируют с помощью градуированной делительной воронки в течение 5 часов акрилонитрил со скоростью, обеспечивающей поддержание массовой концентрации акрилонитрила в реакционной массе 2%. Контроль реакции гидратации осуществляют, отбирая пробу реакционной массы каждые полчаса и анализируя состав реакционной массы хроматографическим способом. Температуру реакционной массы в интервале 16-22°С регулируют введением хладагента в водяную баню. Через пять часов синтеза акриламида подачу акрилонитрила прекращают и замеряют количество акрилонитрила, введенного в первый и во второй реакторы синтеза акриламида. Полученные данные приведены в таблице 1.
В первом реакторе количество акрилонитрила (Мд), участвующего в реакции гидратации в присутствии стабилизирующей добавки 0.02 мас.% акриловой кислоты, составляет 210,8 г. Во втором реакторе количество акрилонитрила (Мо), участвующего в реакции гидратации в отсутствие стабилизирующей добавки, составляет 210,8 г. Следовательно, эффективность действия биокатализатора в присутствии стабилизирующей добавки осталась без изменений.
Для оценки соответствия качества целевого продукта техническим требованиям водный раствор акриламида, полученный в присутствии стабилизирующей добавки, в первом реакторе для полной конверсии акрилонитрила выдерживают в течение 30 минут. Для отделения биошлама водный раствор акриламида при 22-25°С отстаивают в течение 2 часов. Фильтрацию водного раствора акриламида осуществляют с помощью вакуумного насоса при пониженном давлении, равном 0,075-0,08 МПа, через фильтрующий материал, состоящий из бязи и бельтинга.
Полученный прозрачный раствор акриламида анализируют на соответствие качества техническим требованиям к целевому продукту. Результаты анализов приведены в таблице 2. Согласно табличным данным качество водного раствора акриламида, полученного в присутствии стабилизирующей добавки акриловой кислоты, соответствует техническим требованиям к целевому продукту.
Пример 2
Для оценки действия биокатализатора согласно тесту параллельно приготавливают две суспензии биокатализатора в присутствии стабилизирующей добавки и без нее.
Для получения водной суспензии биокатализатора, содержащей стабилизирующую добавку, 4 г воды смешивают с помощью магнитной мешалки с 0,009 г полиакриловой кислоты и 0,003 г динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты до полного их растворения, затем добавляют 1,12 г 25%-ной пасты биомассы штамма микроорганизмов Rhodococcus rhodochrous M8 и продолжают перемешивание до полной гомогенизации суспензии.
Для получения водной суспензии биокатализатора 1,12 г 25%-ной пасты биомассы штамма микроорганизмов Rhodococcus rhodochrous M8 диспергируют с помощью магнитной мешалки в 4 г воды.
В два стеклянных реактора синтеза акриламида, оснащенных перемешивающим устройством и помещенных в водяную баню, вводят по 581 г воды. При перемешивании со скоростью 400 об/мин при нормальных условиях в первый реактор загружают гомогенную водную суспензию биомассы, содержащую стабилизирующую добавку, во второй - водную суспензию биомассы штамма микроорганизмов. Для количественного переноса суспензии биомассы емкости дополнительно промывают 10 г воды, которую загружают в реакторы синтеза акриламида. Суспензии биокатализатора в реакторе синтеза перемешивают в течение 10-15 минут.
В первом реакторе синтеза акриламида получают водную суспензию биокатализатора, содержащую 0,0015 мас.% полиакриловой кислоты и 0,0005 мас.% динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты
Затем в реакторы синтеза с водной суспензией биокатализатора при перемешивании дозируют с помощью градуированной делительной воронки в течение 5 часов акрилонитрил со скоростью, обеспечивающей поддержание массовой концентрации акрилонитрила в реакционной массе 2%. Контроль реакции гидратации осуществляют, отбирая пробу реакционной массы каждые полчаса и анализируя состав реакционной массы хроматографическим способом. Температуру реакционной массы в интервале 16-22°С регулируют введением хладагента в водяную баню. Через пять часов подачу акрилонитрила прекращают и замеряют количество акрилонитрила, введенного в первый и во второй реакторы синтеза акриламида. Данные приведены в таблице 1.
В первом реакторе количество акрилонитрила (Мд), участвующего в реакции гидратации в присутствии стабилизирующей добавки 0,0015% полиакриловой кислоты и 0,0005% динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты, составляет 274 г. Во втором реакторе количество акрилонитрила (Мо), участвующего в реакции гидратации в отсутствие стабилизирующей добавки, составляет 210,8 г. Следовательно, эффективность действия биокатализатора в присутствии стабилизирующей добавки повысилась в 1,3 раза.
Для оценки соответствия качества целевого продукта техническим требованиям водный раствор акриламида, полученный в присутствии стабилизирующей добавки, в первом реакторе для полной конверсии акрилонитрила выдерживают в течение 30 минут. Для отделения биошлама водный раствор акриламида при 22-25°С отстаивают в течение 2 часов. Фильтрацию водного раствора акриламида осуществляют с помощью вакуумного насоса при пониженном давлении, равном 0,075-0,08 МПа, через фильтрующий материал, состоящий из бязи и бельтинга.
Полученный прозрачный раствор акриламида анализируют на соответствие качества техническим требованиям к целевому продукту. Результаты анализов приведены в таблице 2. Согласно табличным данным качество водного раствора акриламида, полученного в присутствии стабилизирующей добавки акриловой кислоты, соответствует техническим требованиям к целевому продукту.
В присутствии стабилизирующей добавки 0,0015 мас.% полиакриловой кислоты и 0,0005 мас.% динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты эффективность действия биокатализатора повысилась в 1,3 раза в процессе получения акриламида требуемого качества.
Пример 3
Для оценки действия биокатализатора согласно тесту параллельно приготавливают две суспензии биокатализатора в присутствии стабилизирующей добавки и без нее.
Для получения водной суспензии биокатализатора, содержащей стабилизирующую добавку, 1,12 г 25%-ной пасты биомассы штамма микроорганизмов Rhodococcus rhodochrous M8 диспергируют с помощью магнитной мешалки в 4 г воды. Отдельно смешивают с помощью магнитной мешалки 4 г воды с 0,09 г полиакриловой кислоты и 0,018 г динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты.
В два стеклянных реактора синтеза акриламида, оснащенных перемешивающим устройством и помещенных в водяную баню, вводят 577 г и 581 г воды. При перемешивании со скоростью 400 об/мин при нормальных условиях в первый реактор загружают приготовленные водный раствор стабилизирующей добавки (полиакриловой кислоты и динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты) и гомогенную водную суспензию биомассы. Во второй реактор вводят водную суспензию биомассы штамма микроорганизмов, приготовленную путем смешения 1,12 г 25%-ной пасты биомассы штамма микроорганизмов Rhodococcus rhodochrous M8 с 4 г воды. Для количественного переноса суспензии биомассы емкости дополнительно промывают 10 г воды, которую загружают в реактор синтеза акриламида. Суспензию биокатализатора в реакторе синтеза перемешивают в течение 10-15 минут.
В первом реакторе получают водную суспензию биокатализатора, содержащую 0,015 мас.% полиакриловой кислоты и 0,003% динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты.
Затем в реакторы синтеза с водной суспензией биокатализатора при перемешивании дозируют с помощью градуированной делительной воронки в течение 5 часов акрилонитрил со скоростью, обеспечивающей поддержание массовой концентрации акрилонитрила в реакционной массе 2%. Контроль реакции гидратации осуществляют, отбирая пробу реакционной массы каждые полчаса и анализируя состав реакционной массы хроматографическим способом. Температуру реакционной массы в интервале 16-22°С регулируют введением хладагента в водяную баню. Через пять часов подачу акрилонитрила прекращают и замеряют количество акрилонитрила, введенного в первый и во второй реакторы синтеза акриламида. Полученные данные представлены в таблице 1.
В первом реакторе количество акрилонитрила (Мд), участвующего в реакции гидратации в присутствии стабилизирующей добавки 0,015% полиакриловой кислоты и 0,003% динатриевой соли этилендиаминуксусной кислоты, составляет 221,3 г. Во втором реакторе количество акрилонитрила (Мо), участвующего в реакции гидратации в отсутствие стабилизирующей добавки, составляет 210,8 г. Следовательно, эффективность действия биокатализатора в присутствии стабилизирующей добавки повышается в 1,05 раза.
Для оценки соответствия качества целевого продукта техническим требованиям водный раствор акриламида, полученный в присутствии стабилизирующей добавки, в первом реакторе для полной конверсии акрилонитрила выдержают в течение 30 минут. Для отделения биошлама водный раствор акриламида при 22-25°С отстаивают в течение 2 часов. Фильтрацию водного раствора акриламида осуществляют с помощью вакуумного насоса при пониженном давлении, равном 0,075-0,08 МПа, через фильтрующий материал, состоящий из бязи и бельтинга.
Полученный прозрачный раствор акриламида анализируют на соответствие качества техническим требованиям к целевому продукту. Результаты анализов приведены в таблице 2. Согласно табличным данным качество водного раствора акриламида, полученного в присутствии стабилизирующей добавки акриловой кислоты, соответствует техническим требованиям к целевому продукту.
В присутствии стабилизирующей добавки 0,015 мас.% полиакриловой кислоты и 0,003 мас.% динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты эффективность действия биокатализатора повышается в 1,05 раза в процессе получения акриламида требуемого качества.
Сравнительные данные, приведенные в таблице 1, показывают, что эффективность действия биокатализатора по прототипу не увеличивается. Эффективность действия биокатализатора в присутствии предлагаемой стабилизирующей добавки повышается в 1,05-1,3 раза.
Сравнительные данные, приведенные в таблице 2, показывают, что качество целевого продукта, полученного биотехнологическим способом в присутствии предлагаемой стабилизирующей добавки, соответствует техническим требованиям.
Совокупность существенных признаков изобретения обеспечивает достижение нового технического результата - повышение производительности и экологической безопасности способа получения при сохранении качества целевого продукта.
Таблица 1
Изменение эффективности действия биокатализатора (Э<sub>БКТ</sub>) в реакции гидратации акрилонитрила в присутствии стабилизирующей добавки
Пример
Стабилизирующая добавка
Концентрация добавки в водной суспензии БКТ, мас.%
Количество акрилонитрила, г
Э<sub>бкт</sub>
1 по прототипу
отсутствует
отсутствует
210,8
1,0
акриловая кислота
0,02
210,8
2
отсутствует
отсутствует
210,8
1,3
полиакриловая кислота
0,0015
274,0
динатриевая соль этилендиаминтетра-уксусной кислоты
0,0005
3
отсутствует
отсутствует
210,8
1,05
полиакриловая кислота
0,015
динатриевая соль этилендиаминтетра-уксусной кислоты
0,003
221,3
Таблица 2
Качество акриламида, полученного биотехнологическим способом
Пример
Массовая доля акрилонитрила, %
Массовая доля акриловой кислоты, %
Наличие примесей полимера
Стабильность при хранении
Массовая доля водонерастворимой части в полиакрил-амиде, %
1 по прототипу
0,1
0,2
отсутствует
стабилен
0,2
2
0,1
0,2
отсутствует
стабилен
0,2
3
0,1
0,2
отсутствует
стабилен
0,1