一种生物法管式水和反应制备丙烯酰胺的方法技术

本发明专利技术涉及一种生物法管式水和反应制备丙烯酰胺的方法，涉及生物技术领域，包括以下步骤：在种子罐加入培养基和无机盐进行一次发酵，后导入至发酵罐内进行二次扩大发酵，发酵后通过离心机分离得到浓发酵液，导入至缓冲反应釜；将浓发酵液混合去离子水导入管式水和反应器内，采用滴加的方式将丙烯腈加入到管式水和反应器中，待丙烯酰胺浓度大于等于45～50％，停止滴加丙烯腈；待丙烯腈浓度小于0.01％后，进入缓冲反应釜的丙烯酰胺水溶液经管式水合反应器，流向多组中空纤维膜和树脂交换柱送入成品储罐，本发明专利技术具有使丙烯腈浓度提高25％，水合反应时间缩短为釜式反应时间的10～15％，节水20～30％，丙烯酰胺水溶液浓度提高到45～52％的优点。高到45～52％的优点。高到45～52％的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种生物法管式水和反应制备丙烯酰胺的方法


[0001]本专利技术涉及生物
，尤其涉及一种生物法管式水和反应制备丙烯酰胺的方法。

技术介绍

[0002]现在丙烯酰胺的生产方法以生物酶催化丙烯腈水合反应制备为主，虽然生物酶催化具有专一性，在水合过程中一般不产生其他副反应，但在实际生产过程中，生产出的丙烯酰胺水溶液中却伴生丙烯酸产物：因为腈水合酶通过诺卡氏菌培养分离的，诺卡氏菌在过程中不可能不仅产生腈水合酶，同时产生微量的酰胺酶，该微量酰胺酶的存在导致丙烯腈水解反应未能全部停止在酰胺阶段，而是进一步水解为丙烯酸。
[0003]主反应如下：CH2＝CHCN+H2O
→
CH2＝CHCONH2；
[0004]副反应：CH2＝CHCN+2H2O
→
CH2＝CHCOOH+NH3；
[0005]目前丙烯腈水合反应多采用在反应釜内搅拌下进行，在进行水合反应前，需将菌丝体与发酵液进行离心分离，受技术条件限制，也不可能把发酵液中的无机离子彻底分离；在反应釜内，部分菌丝体受到搅拌桨作用而被破坏，加之受热不均匀、某些化学物质、杂菌作用下加重了水合酶的破坏，降低了腈水合酶活性，也产生部分对以后聚合有害的离子，如大分子蛋白、有机酸等，加之水合反应的副产物也产生了大量有害离子，正是这些杂质的存在，虽然丙烯腈一次转化率及丙烯腈目的产物选择性均可达99％以上，但丙烯酰胺产品浓度一般不高于30％，若是丙烯酰胺产品浓度做到超过30％，溶液中其它产物相对增多，虽然经过离子交换，产品纯度降低，会导致丙烯酰胺在聚合时诱导期缩短，分子量降低，严重影响最终产品的质量。
[0006]因此，针对以上不足，需要提供一种生物法管式水和反应制备丙烯酰胺的方法。

技术实现思路

[0007](一)要解决的技术问题
[0008]本专利技术要解决的技术问题是解决丙烯酰胺产品浓度受限，造成丙烯酰胺生产过程时间长，水耗、能耗较高，职业健康、环保压力大、成本高的问题。
[0009](二)技术方案
[0010]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种生物法管式水和反应制备丙烯酰胺的方法，包括以下步骤，
[0011]Ⅰ.在种子罐加入培养基和无机盐进行一次发酵，后导入至发酵罐内进行二次扩大发酵，发酵后通过离心机分离得到浓发酵液，导入至缓冲反应釜；
[0012]Ⅱ.将浓发酵液混合去离子水导入管式水和反应器内，同时丙烯腈筒采用滴加的方式将丙烯腈加入到管式水和反应器中，第一阶段以流量质量分数的4～5％滴加，第二阶段以流量质量分数的3～4％滴加；流经管式水和反应器后再流入缓冲反应釜搅拌并再次导入管式水和反应器，从开始反应起每6～8min取样一次检测丙烯酰胺的浓度，待丙烯酰胺浓
度大于等于45～50％，停止滴加丙烯腈；
[0013]Ⅲ.待丙烯腈浓度小于0.01％后，进入缓冲反应釜的丙烯酰胺水溶液经管式水合反应器流经中空纤维超滤膜和第一中空纤维钠滤膜除去溶性蛋白质和大部分杂质；
[0014]Ⅳ.过滤后的丙烯酰胺水溶液依次经阳离子树脂交换柱、阴离子树脂交换柱和混合离子交换柱进行去离子精制处理；随后流入第二中空纤维纳滤膜进行二次膜过滤后送入成品储罐。
[0015]作为对本专利技术的进一步说明，优选地，培养基和无机盐包括酵母膏、尿素、葡萄糖、硫酸镁和磷酸二氢钾，发酵前还通入120～130℃的蒸汽以进行灭菌消毒，之后通入冷却水降温到28℃后，使用无菌接种法接入菌种，开始一次发酵。
[0016]作为对本专利技术的进一步说明，优选地，一次发酵完成后利用无菌压缩空气将一次发酵的物料压送至发酵罐，发酵罐内放有8～10倍的培养基和无机盐，以及去离子水，在28℃，70～85rpm/min条件下进行二次扩大发酵。
[0017]作为对本专利技术的进一步说明，优选地，缓冲反应釜内设有搅拌结构，在加入去离子水和浓发酵液后，控制搅拌速度为45～65rpm/min，搅拌时间为1～2min。
[0018]作为对本专利技术的进一步说明，优选地，缓冲反应釜内保持常压氮封，温度介于19～21℃，pH值为7～7.5。
[0019]作为对本专利技术的进一步说明，优选地，管式水合反应器采用冷却管与反应管间隔布置，管式水合反应器内的管孔径为4～6mm，管内液体流速控制在1.8～2.2m/s。
[0020]作为对本专利技术的进一步说明，优选地，阳离子树脂交换柱采用732#树脂制成，阴离子树脂交换柱采用717#树脂制成，混合离子树脂交换柱采用732#树脂：717#树脂＝1:1的比例制成。
[0021]作为对本专利技术的进一步说明，优选地，第一中空纤维钠滤膜、阳离子树脂交换柱、阴离子树脂交换柱、混合离子树脂交换柱和第二中空纤维纳滤膜外壳均透明。
[0022]作为对本专利技术的进一步说明，优选地，当缓冲反应釜中丙烯酰胺水溶液液位到达最低限位时，向缓冲反应釜加入去离子水，观察到第二中空纤维纳滤膜内进行二次膜过滤后液相透明无色时，停止出料；随后向缓冲反应釜加入去离子水与浓发酵液，启动搅拌1～2min；之后向管式水合反应器内泵入去离子水与浓发酵液混合液，后面按管式水合反应工序要求以实现正常循环生产。
[0023]作为对本专利技术的进一步说明，优选地，当溶液中杂质离子超出指标时，采用5％盐酸、5％液碱对阳离子树脂交换柱、阴离子树脂交换柱和混合离子树脂交换柱进行交替式的反洗、再生、正洗的操作以使树脂再生。
[0024](三)有益效果
[0025]本专利技术的上述技术方案具有如下优点：
[0026]本专利技术的水合反应主要在管式水合反应器内进行，缓冲反应釜为辅，降低反应釜搅拌速率，减少了搅拌桨对菌丝体的破坏作用，提高了活性酶对丙烯腈的耐受性，降低活性酶染菌率，有利于提高正反应速率，降低溶液酸值调节剂用量。且采用超滤、纳滤，去离子过滤，再经过纳滤的多次过滤净化方式，有效去除水合副反应产生的有害离子、衰竭的细胞体、大于1000分子量的蛋白及氨基酸，从源头进一步保证了丙烯酰胺产品纯度，使最后菌种培育时间缩短大约20％左右，丙烯腈浓度提高25％，水合反应时间缩短为釜式反应时间的
10～15％，节水20～30％，丙烯酰胺水溶液浓度由原来的28～30％，提高为45～52％。
附图说明
[0027]图1是本专利技术的设备简图。
[0028]图中：1、种子罐；2、发酵罐；3、离心机；4、缓冲反应釜；5、丙烯腈筒；6、管式水合反应器；7、循环冷却系统；8、中空纤维超滤膜；9、第一中空纤维钠滤膜；10、阳离子树脂交换柱；11、阴离子树脂交换柱；12、混合离子树脂交换柱；13、第二中空纤维钠滤膜；14、成品储罐。
具体实施方式
[0029]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物法管式水和反应制备丙烯酰胺的方法，其特征在于：包括以下步骤，Ⅰ.在种子罐(1)加入培养基和无机盐进行一次发酵，后导入至发酵罐(2)内进行二次扩大发酵，发酵后通过离心机(3)分离得到浓发酵液，导入至缓冲反应釜(4)；Ⅱ.将浓发酵液混合去离子水导入管式水和反应器(6)内，同时丙烯腈筒(5)采用滴加的方式将丙烯腈加入到管式水和反应器(6)中，第一阶段以流量质量分数的4～5％滴加，第二阶段以流量质量分数的3～4％滴加；流经管式水和反应器(6)后再流入缓冲反应釜(4)搅拌并再次导入管式水和反应器(6)，从开始反应起每6～8min取样一次检测丙烯酰胺的浓度，待丙烯酰胺浓度大于等于45～50％，停止滴加丙烯腈；Ⅲ.待丙烯腈浓度小于0.01％后，进入缓冲反应釜(4)的丙烯酰胺水溶液经管式水合反应器(6)流经中空纤维超滤膜(8)和第一中空纤维钠滤膜(9)除去溶性蛋白质和大部分杂质；Ⅳ.过滤后的丙烯酰胺水溶液依次经阳离子树脂交换柱(10)、阴离子树脂交换柱(11)和混合离子交换柱(12)进行去离子精制处理；随后流入第二中空纤维纳滤膜(13)进行二次膜过滤后送入成品储罐(14)。2.根据权利要求1所述的一种生物法管式水和反应制备丙烯酰胺的方法，其特征在于：培养基和无机盐包括酵母膏、尿素、葡萄糖、硫酸镁和磷酸二氢钾，发酵前还通入120～130℃的蒸汽以进行灭菌消毒，之后通入冷却水降温到28℃后，使用无菌接种法接入菌种，开始一次发酵。3.根据权利要求2所述的一种生物法管式水和反应制备丙烯酰胺的方法，其特征在于：一次发酵完成后利用无菌压缩空气将一次发酵的物料压送至发酵罐(2)，发酵罐(2)内放有8～10倍的培养基和无机盐，以及去离子水，在28℃，70～85rpm/min条件下进行二次扩大发酵。4.根据权利要求1所述的一种生物法管式水和反应制备丙烯酰胺的方法，其特征在于：缓冲反应釜(4)内设有搅拌结构，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李金江，张久亮，王兵杰，荣洪杰，
申请(专利权)人：山东蓝湾新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：