α-羟基异丁酸酰胺的制造方法和反应装置的制造方法_3

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于,除了上述的方式1的优点以外,与方式1相比, 能够更有效地降低对各反应区域供给的反应区域供给液(C)中的ACH浓度,能够以更少数 量的反应区域有效地提高从最终反应区域流出的反应生成液中的HBD浓度,因此,能够构 建更有效的工艺。以下,对本发明的HBD制造方法的第二方式(以下,有时称为并用法)进 行详细说明。
[0106] 作为第二方式,例如,使用串联连接有3个反应区域的反应装置进行ACH的水合反 应时,能够对第一个反应区域和第二个反应区域分开供给ACH,或者对第一个反应区域和第 三个反应区域分开供给ACH,还能够对全部3个反应区域分开供给ACH。
[0107] 作为方式2的优点,可以列举如下3点:能够容易降低对各反应区域供给的反应区 域供给液(C)中的ACH浓度;能够减小供给ACH的各个反应区域的反应负荷差;即使各反应 区域的ACH浓度低也能够提高最终反应区域出口的反应液中的HBD。以下进行说明。
[0108] 首先,降低对各反应区域供给的反应区域供给液(C)中的ACH浓度,除了如上所述 单纯减低催化剂的反应负荷的效果以外,还有伴随反应的锰离子的溶出变少这样非常重要 的效果。即,通过ACH的分开供给,降低对各反应区域供给的反应区域供给液(C)中的ACH 浓度,由此,能够抑制锰离子的溶出,提高催化剂寿命,还能够减少工厂故障。
[0109] 对第二个优点进行说明。众所周知,不进行反应原料的分开供给的单纯的连续流 通式反应的情况下,反应原料通过填充有催化剂的反应区域的距离与转化率的关系不为正 比例的关系,在反应原料通过的前半部分的反应区域中进行大部分的反应,在后半部分的 反应区域进行反应的比例少。ACH的水合反应也不例外。因此,将ACH对2个以上的反应区 域分开供给,能够减小各个反应区域的反应负荷差,能够期待由此带来的催化剂寿命的延 长效果。
[0110] 对第三个优点进行说明。方式2的方法中,在供给了 ACH的第一反应区域中ACH的 一部分形成为HBD之后,在第二个反应区域以后的反应区域追加 ACH,因此,具有能够将对 各反应区域供给的反应区域供给液(C)中的ACH浓度保持得较低,阶段性提高各反应区域 出口的反应液中的HBD浓度的特征。例如,不进行ACH的分开供给的单程的反应装置中,使 用ACH浓度为25重量%的反应原料液进行反应时,即使反应完全进行,最终反应区域出口 的反应生成液中的HBD浓度也仅为30重量%,但是,采用上述的分开供给ACH的方法,即使 使对反应装置内的全部反应区域供给的反应区域供给液(C)中的ACH浓度为25重量%以 下,从最终反应区域流出的反应生成液中的HBD浓度也能够为例如40重量%以上。因此, 能够降低精制体系中的HBD与水、丙酮等的分离成本,非常经济。
[0111] 如以上所说明的那样,通过分开供给ACH,用于HBD的制造的反应原料液中的ACH 浓度即使为30重量%以上,也能够有效地降低对各反应区域供给的反应区域供给液(C)中 的ACH浓度,能够减小供给ACH的各个反应区域的反应负荷差,因此,与现有方法相比,能够 延长催化剂寿命。另外,对各反应区域供给的反应区域供给液(C)的ACH浓度即使低,也能 够提高从最终反应区域流出的反应液、即反应装置的出口的反应生成液中的HBD浓度,与 现有的反应工艺相比,更为经济。
[0112] 方式2中的分开供给ACH的反应区域的数量为2个以上即可,没有特别限定。但 是,分开供给ACH的反应区域的数量过多时,装置变得复杂,另外,各个反应区域的反应控 制也变得繁杂,因此,实用上优选为2~5个的范围,进一步特别优选为3~4个的范围。
[0113] 方式2中,分开供给ACH的反应区域间的ACH的分配比例(ACH分割率)没有特 别限制,相对于对反应装置供给的总ACH量,优选向第一反应区域供给的ACH量的比例为 50~98重量%,将剩下的ACH向第二个反应区域以后的反应区域分开供给。这是由于方式 2中向第一反应区域进行反应液的循环供给,即使增加向第一反应区域的ACH分开供给量, 与仅进行ACH的分开供给的方法相比,能够容易地降低ACH浓度,由此,能够以少量的反应 区域有效地提高最终反应区域出口的反应液中的HBD浓度。
[0114] 方式2中,除了第一反应区域(I)以外,对第一反应区域以外的至少一个反应区域 也循环供给反应液,由此能够容易降低对反应区域供给的反应区域供给液(C)中的ACH浓 度,锰离子的溶出变少,并且能够构建反应区域的数量更少的高效工艺,从以上观点考虑, 更为优选。另外,特别优选对分开供给ACH的反应区域循环供给反应液。对第一反应区域 以外的反应区域循环供给反应液的情况下,期望至少一个从设置于比取出向第一反应区域 (I)循环供给的反应液的反应区域(将其称为第一反应液取出口)更靠近反应装置出口 (下游侧)的部位的反应区域取出反应液(将其称为第二反应液取出口),向设置于第一反 应液取出口与第二反应液取出口之间的任意反应区域、或者具备第二反应液取出口的反应 区域本身供给。
[0115] 方式2中,能够在反应装置设置多个第一反应液取出口,从多个反应区域向第一 反应区域(I)循环供给反应液。此时,关于多个第一反应液取出口与接受反应液的循环供 给的第一反应区域以外的反应区域和第二反应液取出口的期望位置关系如下所述。即,方 式2中,接受反应液的循环供给的第一反应区域以外的反应区域和第二反应液取出口的至 少一组,期望位于比设置有多个的第一反应液取出口之中最靠近反应装置的入口的取出口 更接近反应装置的出口(下游侧)的部位。进一步换而言之,期望位于比从设置有多个的 第一反应液取出口分别取出的反应液的累计量超过从设置有多个的全部第一反应液取出 口取出的反应液的合计量的50%的最初的第一反应液取出口更靠近反应装置的出口(下 游侧)的一侧,最期望接受反应液的循环供给的第一反应区域以外的反应区域和第二反应 液取出口的至少一组设置于比全部第一反应液取出口都更靠近反应装置的出口(下游侧) 的部位的情况。这样,除了由第一反应区域(I)、取出向第一反应区域(I)循环供给的反应 液的反应区域和循环线路所形成的反应液的循环通路的以外,在反应装置的更靠近出口的 部分,设置某种程度上独立的另一反应液的循环通路。这样,能够对存在于各个反应液的循 环通路的反应区域的反应条件分别管理、优化,能够更容易地使填充的催化剂的能力最大 限度地发挥。
[0116] 方式2中,通过含有水、丙酮、HBD、甲酰胺等具有稀释作用的化合物的反应液自身 的循环供给,进行对反应区域供给的反应区域供给液(C)的ACH浓度的调整,因此,为了调 整ACH浓度,可以在反应液以外,不另外使用上述的稀释剂。但是,实用上,对第一反应区域 (I)供给的反应区域供给液(C)中的ACH浓度利用稀释剂和循环供给的反应液这两者进行 调整,在能够将后面说明的循环比控制在合适的范围的方面为优选。作为稀释剂,除了使用 水、丙酮以外,甲酰胺、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、也作为反应产物的HBD等酰胺类也能 够作为稀释剂使用。上述化合物可以单独使用,也可以组合多种使用。其中,作为稀释剂, 优选水、丙酮、HBD、甲酰胺,酰胺类之中特别优选HBD。
[0117] 方式2中,对反应装置内的全部反应区域供给的反应区域供给液(C)中的水与ACH 的摩尔比没有特别限定,优选相对于1摩尔ACH,水在1~200摩尔的范围内,特别优选10~ 100的范围内。丙酮与ACH的摩尔比没有特别限定,优选相对于1摩尔丙酮,ACH在0. 1~ 10摩尔的范围内。
[0118] 方式2中,相对于在反应装置内的全部反应区域填充的催化剂重量的合计,对反 应装置供给的各个反应原料液中所含的水的供给量的合计和ACH的供给量的合计没有特 别限定,在为水时,优选相对于Ig催化剂以〇. 0625~0. 625g/hr的范围的速度供给,更优 选以0. 125~0. 25g/hr的速度供给,最优选以0. 15~0. 225g/hr的速度供给。在为ACH 时,优选相对于Ig催化剂以〇. 05~0. 5g/hr的范围的速度供给,更优选以0. 1~0. 2g/hr 的速度供给,最优选以〇. 12~0. 18g/hr的速度供给。
[0119] 循环供给的反应液的供给量由循环供给的反应液的供给速度(X)、和对反应区域 供给的反应区域供给液(C)的供给速度(Y),作为循环比,以下式(1)定义。
[0120] 循环比=(χν((γ)-(χ))式(1)
[0121] 方式2中的循环比没有特别限定,以体积速度比表示,优选在0. 5~50的范围内, 特别优选在1~20的范围内。循环比是影响对反应区域供给的反应区域供给液(C)中的 ACH浓度的因素,越大则催化剂寿命越长,但是,超过50时,通过反应区域的液量变多,因 此,ACH的反应率降低,压降变大等,有时反应性能变差。
[0122] 如上所述,方式2与仅进行反应生成液的循环供给的方法(方式1)相比,能够以 少量的反应区域更有效地提高最终反应区域出口的反应液中的HBD浓度,因此,是最经济 的工艺。
[0123] 此外,反应区域的数量为3个以上时,如之前所说明的那样,也可以进行向最终反 应区域的ACH的分开供给,但是优选不向最终反应区域进行ACH的分开供给。这是由于反应 区域为3个以上时,向直至最终反应区域的前一个的反应区域分开供给全部ACH,进行反应 使得最终反应区域入口液的ACH浓度为5重量%左右,将在最终反应区域剩余的5重量% 左右的ACH尽量转化为HBD,是更有效的工艺。另外,方式1、方式2中,也包括在循环供给 反应液的循环线路的中途设置反应区域的方式。
[0124] 本发明的HBD的制造中,为了防止以锰氧化物为主成分的催化剂被还原而失活, ACH的水合反应优选在反应装置内的全部反应区域中在氧化剂的存在下进行。作为为此供 给氧化剂的方法,氧化剂与在反应装置内流通的液体一起流通,因此,通常也可以对反应装 置内的至少一个反应区域供给氧化剂。例如,如果对第一反应区域供给氧化剂,则在第二个 反应区域以后的反应区域也流通氧化剂,因此,可以对第一反应区域供给氧化剂。但是,氧 化剂在各反应区域被缓慢消耗,因此,特别优选根据各反应区域的氧化剂浓度对第二个反 应区域以后的反应区域也进行氧化剂的供给。即,本发明的HBD制造中,特别优选对第一反 应区域和第一反应区域以外的至少一个反应区域供给氧化剂。当然,也可以对全部反应区 域供给氧化剂。
[0125] 作为本发明的HBD的制造中能够使用的氧化剂,可以列举氧、臭氧等含有氧原子 的气体类、过氧化氢、过氧化钠、过氧化镁、过氧化苯甲酰、过氧化二乙酰等过氧化物或过甲 酸、过乙酸、过硫酸铵等过酸和过酸盐或高碘酸、高氯酸、高碘酸钠、碘酸、溴酸、氯酸钾、次 氯酸钠等含氧酸和含氧酸盐等,这些之中,优选氧、臭氧这样的含有氧原子的气体,特别优 选氧。这些氧化剂可以单独使用,也可以混合两种以上使用。另外,这些氧化剂可以溶解于 原料、稀释剂溶液对反应区域供给,也可以以气体的形态对反应区域供给。这些氧化剂的供 给量,以相对于原料ACH的摩尔比表示,优选在0. 001~0. 15的范围,特别优选在0. 005~ 0. 05的范围。
[0126] 作为氧化剂使用氧时,可以使用纯氧,通常,用氮、稀有气体等的不活泼气体稀释 使用。当然也可以直接使用空气,或者在空气中混合氧或不活泼气体调整浓度来使用。这样 的含有氧的气体中的氧浓度没有特别限定,优选为2~50容量%的范围,特别优选为5~ 10容量%的范围。
[0127] 将含有氧的气体作为氧化剂使用时,优选使用作为固定床填充催化剂、在固相与 气相之间流通反应液的所谓滴流床型的反应器,由此能够良好地实施反应液与气体的分散 和反应液与催化剂的接触。这样的反应方式称为灌液式连续反应。反应液和气体的流动可 以为对流、并流的任一种。
[0128] 将含有氧的气体作为氧化剂使用时,在为并流时从第一反应区域入口供给含有氧 的气体,在为对流时从最终反应区域出口供给含有氧的气体,使气体遍及全部反应区域即 可,因此,优选含有氧的气体的供给对第一或最终反应区域进行。但是,由于在各反应区域 中氧被缓慢消耗,所以更优选根据各反应区域的氧浓度对第一或最终反应区域以外的反应 区域也进行含有氧的气体的供给。此时,优选在各反应区域中,边取出氧浓度降低后的气 体,边供给氧浓度充分的气体,更换反应区域的气体。这里,氧浓度降低后的气体的氧浓度 没有特别限定。例如,使用含有10%浓度的氧的气体时,可以边取出降低至5%左右的浓度 的气体,边供给新的含有10%浓度的氧的气体。气体的更换速度能够根据各反应区域的氧 浓度来确定适当的速度。
[0129] 即,以并流流通含有氧的气体时,优选在第一反应区域和第一反应区域以外的至 少一个反应区域中,进行氧浓度充分的气体的供给和氧浓度降低后的气体的取出。当然,也 可以在全部反应区域中进行氧浓度充分的气体的供给和氧浓度降低后的气体的取出。另一 方面,在以对流流通含有氧的气体时,优选在最终反应区域和最终反应区域以外的至少一 个反应区域中,进行氧浓度充分的气体的供给和氧浓度降低后的气体的取出。当然,也可以 在全部反应区域进行氧浓度充分的气体的供给和氧浓度降低后的气体的取出。
[0130] 对于在反应区域中取出氧浓度降低后的气体的比例,没有特别限制,能够将其全 部量取出到体系外之后,从取出气体的地方或其附近供给新的含氧量充足的气体,也能够 将取出量限制为在催化剂区域流通的气体的一部分。
[0131] 作为本发明的HBD的制造中所使用的以锰氧化物为主成分的催化剂,能够使用二 氧化猛。一般而言,二氧化猛为具有MnO1^-MnO 2的组成式的猛氧化物,已知有α型、β 型、γ型、δ型、ε型等各种结晶结构。另外,也已知有在结晶结构中含有碱金属元素的二 氧化锰(以下,在本说明书中记为改性二氧化锰),已知改性二氧化锰也有α型、δ型结构 等各种结晶结构。本发明中,能够适合使用这些二氧化锰,更优选使用改性二氧化锰,特别 优选使用α型结构的改性二氧化锰。改性二氧化锰中所含的碱金属元素的种类没有
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