способ получения акриламида

Формула изобретения

Способ получения акриламида путем гидратации акролонитрила в водном растворе с помощью обладающих нитрилгидратазной активностью микроорганизмов в охлаждаемом реакторе с перемешиванием, включающий приготовление водной суспензии биомассы, дозирование акрилонитрила в реактор с перемешиваемой суспензией биомассы, отделение биомассы от раствора акриламида, отличающийся тем, что приготовление суспензии биомассы ведут в емкостном цилиндрическом охлаждаемом аппарате вертикального типа с коническим дном и рамной мешалкой, в который добавлен стеклянный бисер диаметром 1 - 5 мм, при соотношении объемов бисера и биомассы от 0,5 до 2, с линейной скоростью вращения мешалки 1 - 5 м/с, при температуре 12 - 20^oC в течение 10 - 60 мин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к промышленной биотехнологии синтеза акриламида - важнейшего мономера для получения полимеров различного назначения.

Известны различные биотехнологические способы получения акриламида. В частности, например, биомассу штамма Rhodococcus rhodochrous М8 суспендируют в воде в концентрации 0,08 до 4 г/л, затем прибавляют нитрил акриловой кислоты при температуре 3-50^oC. После перемешивания от 15 мин до 7 ч получают 7-38%-ный водный раствор акриламида (Пат. SU 1811698).

Другой, близкий по технической сущности способ заключается в использовании штамма Rhodococcus rhodochrous М33 в концентрации 0,64-4,1 г/л, при этом концентрация нитрила акриловой кислоты в реакторе синтеза поддерживается не выше 0,1% во избежание инактивации биокатализатора. Время реакции 4-6 ч, получаемый продукт - 50-60%-ный водный раствор акриламида (Пат. RU 2077588). Оба приведенных способа при внедрении в промышленное производство имеют существенное ограничение, связанное с доведением биокатализатора на основе штаммов М8 и М33 до суспендированного состояния, применяемого в процессе. При этом использование традиционного диспергирующего оборудования неэффективно, так как изменяются некоторые свойства биокатализатора, в частности активность. Согласно технической документации (ТУ 9291-001-04836741-95 "Биокатализатор М8" и ТУ 9291-003-04836741-97 "Биокатализатор М33") указанные разновидности биокатализатора имеют нижнюю границу активности 60 и 100 единиц соответственно.

Известен способ получения амидов, технической сущностью которого является повышение активности используемых штаммов микроорганизмов инструментальными методами, а именно обработкой суспензии штаммов световой энергией с длиной волны 200-800 нм. При этом наблюдается увеличение скорости процесса до 62 раз (Пат. SU 1811698). Существенным недостатком этого способа является отсутствие среди ускоряемых реакций гидратации акрилонитрила в акриламид.

В качестве прототипа выбран биотехнологический способ получения высококонцентрированных водных растворов акриламида, предназначенный для промышленного использования в реакторах объемом 1-5 м³ (Пат. RU 2112804). Описываемый способ заключается в подготовке биомассы путем ее размалывания в лопастно-фрезерном смесителе (так как согласно ТУ биокатализатор хранят при отрицательных температурах) и суспендирования в бисерной мельнице, загрузке суспензии биомассы и воды в реактор синтеза, дозировке акрилонитрила в реактор при перемешивании с соблюдением необходимых параметров по гидродинамике турбулентных потоков в аппарате, теплосъему и режиму дозирования, очистке раствора акриламида от отработанного биокатализатора. Время синтеза составляет около 5 ч. Способ позволяет получать водные растворы акриламида с концентрацией не менее 30%. Недостатком способа является невысокое содержание акриламида в продукте, длительность процесса, а также высокие требования к режимам подготовки биокатализатора к синтезу для избежания его инактивации. Последний недостаток заключается в узком интервале допуска для времени суспендирования биомассы в бисерной мельнице.

Задачей изобретения является упрощение способа получения акриламида и повышение концентации акриламида в растворе.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе получения акриламида путем гидратации акрилонитрила в водном растворе с помощью обладающих нитрилгидратазной активностью микроорганизмов в охлаждаемом реакторе с перемешиванием, включающем приготовление водной суспензии биомассы, дозирование акрилонитрила в реактор с перемешиваемой суспензией, отделение биомассы от раствора акриламида, приготовление суспензии биомассы ведут в емкостном цилиндрическом охлаждаемом аппарате вертикального типа с коническим дном и рамной мешалкой, в который добавлен стеклянный бисер с диаметром от 1 до 5 мм, при соотношении объемов бисера и биомассы от 0,5 до 2, с линейной скоростью вращения мешалки от 1 до 5 м/с при температуре 12-20^oC в течение 10-60 мин.

В результате проведенных исследований установлено, что использование бисерной мельницы для суспендирования снижает активность биокатализатора. Это вызывается быстрым разогревом биомассы мелющими телами за счет их высокой кинетической энергии (частота вращения 1500-3000 об/мин). Нагрев же биомассы выше 30^oC вызывает потерю нитрилгидратазной активности. В таблице 1 приведены для сравнения различные способы суспендирования биокатализатора Rhodococcus rhodochrous M33, получаемая при этом активность и концентрация акриламида.

Как видно из данных таблицы 1, во время суспендирования с использованием бисерной мельницы происходит падение активности биокатализатора.

На чертеже иллюстрируется примерная зависимость активности биокатализатора M33 от времени суспендирования при различных способах его осуществления.

Из общего вида графиков на чертеже видно, что использование бисерной мельницы не увеличивает активность биокатализатора в достаточной степени и требует точного соблюдения времени диспергирования, в то время как способ по изобретению снижает точность соблюдения времени диспергирования (график более пологий) и существенно повышает активность.

Согласно предлагаемому способу получения акриламида замороженную массу биокатализатора размалывают в лопастно-фрезерном смесителе, затем загружают в емкостной аппарат вертикального типа с рубашкой и мешалкой, добавляют расчетное количество воды и бисера, включают охлаждение, мешалку и диспергируют определенное время. Затем суспензию биокатализатора загружают в реактор синтеза, включают мешалку и охлаждение и дозируют акрилонитрил. После окончания процесса мешалку останавливают, биокатализатор отделяют от раствора акриламида.

Таблица 2 иллюстрирует использование способа по изобретению для синтеза водных растворов акриламида.

Положительный эффект предлагаемого изобретения заключается в увеличении активности биокатализатора синтеза акриламида, что выражается в увеличении скорости процесса биотрансформации, а также упрощении процесса биосинтеза акриламида.