シアノヒドリンに関連する化学反応のための改善された方法
【課題】シアノヒドリンに関連する化学反応の改善された方法を提供する。
【解決手段】本発明は、シアノヒドリンに関連する発熱化学反応におけるシアノヒドリンの分解を最小限に抑える方法を提供する。この方法は、反応媒体および反応物質を、内部混合手段を有する管状リアクターに提供し、反応媒体および反応物質を混合して均一な反応混合物を形成し、反応プロセスから熱を除去し、反応物質を反応させて、バルク温度を有する混合生成物を製造することを含む。この方法はさらに、反応媒体を管状リアクターに提供する前に、前記反応媒体を混合された生成物のバルク温度よりも１〜１０℃低い温度に冷却することを含む。
【解決手段】本発明は、シアノヒドリンに関連する発熱化学反応におけるシアノヒドリンの分解を最小限に抑える方法を提供する。この方法は、反応媒体および反応物質を、内部混合手段を有する管状リアクターに提供し、反応媒体および反応物質を混合して均一な反応混合物を形成し、反応プロセスから熱を除去し、反応物質を反応させて、バルク温度を有する混合生成物を製造することを含む。この方法はさらに、反応媒体を管状リアクターに提供する前に、前記反応媒体を混合された生成物のバルク温度よりも１〜１０℃低い温度に冷却することを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アセトンシアノヒドリンの加水分解反応などのシアノヒドリンに関連する化学反応においてシアノヒドリンの熱分解を最小限に抑えて、全体的生成物収率を増大させることに関する。
【背景技術】
【０００２】
シアノヒドリンを反応物質または生成物のいずれかとして含む化学プロセスは数多くある。例えば、メタクリル酸（ＭＡＡ）およびそのエステル、例えばメチルメタクリレート（ＭＭＡ）およびブチルメタクリレート（ＢＭＡ）をアセトンシアノヒドリンから製造するための周知の商業的プロセスは典型的には、アセトンシアノヒドリンの硫酸での、最初の加水分解反応を含む一連の反応を含む。ＭＡＡおよびＭＡＡのエステルの製造法は、加水分解生成物のクラッキングおよびさらなる反応、例えばＭＡＡを形成するための酸性化反応、またはＭＡＡのエステルを形成するためのエステル化反応も含む。加えて、アセトンシアノヒドリンはそれ自体アセトンのシアン化水素との反応の生成物である。ＭＡＡおよびそのエステルの市場は、非常にコストに敏感であり、従って生成物収率における改良はわずかであっても、有意なコスト節減につながり得る。
【０００３】
シアノヒドリンは強酸（例えば硫酸またはリン酸）または強塩基（例えば苛性アルカリまたはジエチルアミン）の存在下で分解を受けやすく、シアン化水素または他の分解生成物（シアノヒドリンの性質に依存する）を高温、例えば約７０℃より高い温度で形成することが知られている。シアノヒドリンそれ自体が所望の生成物である反応においてシアノヒドリンが分解すると、その結果、生成物収率が直接的に減少する。シアノヒドリンが中間体またはさらなる反応、例えばＭＡＡおよびそのエステルの製造における反応物質である反応においてシアノヒドリンが分解すると、シアノヒドリンの一部は、本当に望ましい反応生成物を製造するためのさらなる反応により消費されるのではなく、分解されるので、間接的に生成物収率が減少する。従って、シアノヒドリンの分解を最小限に抑えることが、その反応がシアノヒドリンに関連する化学物質製造の現行の目標である。
【０００４】
温度が高くなると、概して、シアノヒドリンに関連する化学反応の反応速度が増大するが、このような反応は典型的には発熱反応であることも知られている。従って、高温でのシアノヒドリンの分解の可能性を考慮すると、シアノヒドリンに関連するプロセスの反応温度を厳密に制御することがシアノヒドリンの分解を最小限に抑えつつ反応速度を維持するために重要である。
【０００５】
アセトンシアノヒドリンの硫酸で加水分解反応をはじめとする、シアノヒドリンに関連する反応の反応温度を厳密に制御するための当該分野において公知の１つの方法は、１以上の連続撹拌槽リアクター（ＣＳＴＲ）において反応ゾーン（反応が起こる場所）を含むことである。ＣＳＴＲは典型的にはよく撹拌された釜またはタンクであり、さまざまな理由から反応プロセスは直列に連結された２以上のＣＳＴＲを含み得る。ＣＳＴＲは均一な反応環境、すなわち反応混合組成および反応温度が反応ゾーン全体にわたって均一である環境を提供することが周知であり、当該分野において理解されているので、均一性を必要とする特定の化学反応の反応ゾーンを含むようにしばしば選択される。このことは、ＣＳＴＲ内で反応が起こる組成および温度は、ＣＳＴＲ内、ならびにＣＳＴＲ流出流れのあらゆる位置での組成および温度と同じであると理解され、当該分野において仮定されているＣＳＴＲ内で反応が起こる組成および温度を意味する。このような温度および組成の均一性は、従来法にしたがって、アセトンシアノヒドリンの加水分解反応などのシアノヒドリンに関連するものをはじめとする化学反応の収率を最適化するために有用である。
【０００６】
例えば、Ｋｉｒｋ−ＯｔｈｍｅｒによるＥｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、第４版、第１６巻、Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ、１９９５年、１６〜１８ページおよび図４は、ＣＳＴＲ中でアセトンシアノヒドリンを硫酸で加水分解することで始まる周知プロセスを使用したＭＡＡおよびそのエステルの調製を教示している。同様に、米国特許公開番号２００３／０２０８０９３（米国特許‘０９３）は、ＭＡＡおよびそのエステルの製造法であって、一連の２〜３のＣＳＴＲがアセトンシアノヒドリンの硫酸での加水分解反応に用いられる方法を教示している。米国特許‘０９３は、加水分解反応温度が典型的には７０℃〜１３５℃であることを教示している（これは、ＣＳＴＲにおけるバルク反応混合物の温度が７０℃〜１３５℃であることを意味する）。両文献の教示によると、加水分解反応により、α−スルファトイソブチルアミド（ＳＩＢＡＭ）、α−ヒドロキシイソブチルアミド（ＨＩＢＡＭ）、および少量のメタクリルアミド（ＭＡＭ）を含む加水分解混合物が製造される。加水分解混合物はＳＩＢＡＭおよびＨＩＢＡＭがさらなるＭＡＭに変換されるクラッキング反応に付される。結果として得られるＭＡＭ生成物は、さらに水と反応してＭＡＡを生成し、アルカノール（（例えばメタノール、ブタノール）と反応してＭＡＡのエステル（例えばＭＭＡ、ＢＭＡ）を生成することができる。
【０００７】
しかしながら、驚くべきことに、また当該分野における一般常識と対照的に、ＣＳＴＲがシアノヒドリンに関連する反応、例えばアセトンシアノヒドリンの硫酸での加水分解反応において用いられる場合、反応物質フィードがＣＳＴＲ中に導入される位置（以下、「添加点」と称する）およびその周辺で高温が持続する領域があることが見いだされた。これらの高温の局在化領域（本明細書において「ホットスポット（ｈｏｔ ｓｐｏｔ）」と称する）は、別の方法では均一であるＣＳＴＲ内のバルク反応混合物の温度よりも最高１０℃、またはさらには最高２０℃高い。これらのホットスポットは、シアノヒドリンの熱分解を促進し、これは生成物収率の減少の明らかな原因となる。
【０００８】
従って、例えば、反応温度が８０℃〜９０℃の安全と推定される範囲内に維持される、ＣＳＴＲにおけるアセトンシアノヒドリンの硫酸での加水分解反応を含むＭＡＡおよびそのエステルの製造プロセスにおいて、アセトンシアノヒドリンの添加点でのホットスポットは９０℃よりも高く、これは、さらなる下流反応および最終的なＭＡＡおよびそのエステルの製造に必要とされる好ましい加水分解生成物（すなわち、ＳＩＢＡＭ、ＨＩＢＡＭおよびＭＡＭ）の製造よりもアセトンシアノヒドリンの分解を促進する。このような回復できない収率の損失は３％もある場合があり、従って全ＭＡＡおよびＭＡＡエステル製造プロセスに対してかなり大きい。
【０００９】
前述の加水分解反応におけるプロセス変数の全てのうち、研究により、反応温度がアセトンシアノヒドリン分解に関して最も重要であることが明らかになった。平均して、本出願者らによる実験室的研究から、アセトンシアノヒドリン分解は加水分解反応温度において１０℃上昇するごとに約１％加水分解収率を低下させることが明らかになった。例えば、実験室規模のＣＳＴＲにおいて行われるアセトンシアノヒドリンの硫酸での加水分解反応において、加水分解温度が８５℃から９５℃まで１０℃上昇すると、生成物収率損失が１％増加することが明らかになった。
【００１０】
さらに、反応物質を反応媒体と反応ゾーンにおいて素速く、よく混合することは、シアノヒドリンに関連する反応における温度制御を容易にすることをはじめとする様々な理由から重要である。米国特許第５，７６３，６８７号は、芳香族モノニトロ化合物を製造するための化学反応において良く混合することは、特定の内部構造を有する管状部材の使用により達成できることを開示している。さらに詳細には、複数のねじれた管状リアクターは、反応物質がリアクターに供給された場合、リアクター中をそれらが通過する際に効率よく混合されるように管状リアクター内に整列・配置される。
【特許文献１】米国特許公開番号第２００３／０２０８０９３号明細書
【特許文献２】米国特許第５，７６３，６８７号明細書
【非特許文献１】Ｋｉｒｋ−ＯｔｈｍｅｒによるＥｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、第４版、第１６巻、Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ、１９９５年、１６〜１８ページおよび図４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ＣＳＴＲを使用するシアノヒドリンに関連する反応を行うことの、その前述した困難および欠点の観点から、結果としてＣＳＴＲの添加点での有害なホットスポットの形成を新たに見いだし、シアノヒドリンの分解の可能性を最小限に抑える反応を行う方法が必要とされる。本発明の方法は、反応ゾーンにおける反応媒体と反応物質の急速かつ徹底した撹拌を確実にする反応装置を使用し、また反応温度を操作することによりこの目的を達成する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一般的な実施形態において、シアノヒドリンに関連する発熱反応プロセスにおけるシアノヒドリンの分解を最小限に抑える方法が提供される。この方法は：（ａ）少なくとも１つの反応ゾーンをその中に含み、少なくとも１つの反応ゾーン中に位置する内部混合手段を有する管状リアクターに反応媒体を提供する工程；（ｂ）１以上の反応物質を管状リアクターに提供する工程；および（ｃ）反応媒体を１以上の反応物質と少なくとも１つの反応ゾーンにおいて混合する工程を含み、これにより実質的に均一な組成および実質に均一な反応温度を有するバルク反応混合物を形成する。発熱反応はある量の熱を発生し、従って、本発明の方法は、（ｄ）発熱反応プロセスからのある量の熱を除去する工程（熱の量は、発熱反応プロセスにより生じる熱の量と等しい）；および（ｅ）１以上の反応物質を少なくとも１つの反応ゾーンにおいて反応させて、バルク温度を有する混合生成物を製造する工程をさらに含む。
【００１３】
管状リアクターは、実際に、互いに平行または直列に配列された２以上の管状リアクターを含むことができる。管状リアクターの内部混合手段は：スタティックミキサー、オリフィスプレート、ベンチュリ、ジェットミキサー、エダクター、多孔板、スパージャー、アジテーター、ロータリーミキサー、高速循環ループ、およびスプレーノズルからなる群より選択される少なくとも１つの装置でありうる。さらに、反応媒体および１以上の反応物質を、前記管状リアクターに反応媒体：反応物質が２：１から２００：１の範囲の比で提供することができる。
【００１４】
本発明の特定の実施形態において、熱を除去する工程は、反応媒体を管状リアクターに提供する前に、反応媒体をバルク温度より１℃から１０℃低い温度に冷却することにより行うことができる。
【００１５】
本発明の別の特定の実施形態において、１以上の反応物質の第一のものを、管状リアクター装置の周囲に位置する複数のインジェクター装置により複数の添加点の少なくとも１つにおいて管状リアクターに提供することができる。反応媒体を１以上の反応物質と混合して均一なバルク反応混合物を形成する工程は、少なくとも一部、複数のインジェクター装置の１硫黄を選択し、用いて、管状リアクターの１以上の反応物質の少なくとも最初の１つを提供することにより達成することができる。
【００１６】
本発明のさらに別の実施形態において、シアノヒドリンに関連する発熱反応プロセスは、加水分解反応であり、ここにおいて第一反応物質はアセトンシアノヒドリンを含み、第二反応物質は硫酸、オルエムおよびその混合物からなる群から選択される酸を含む。この実施形態において、バルク反応混合物中に存在する酸：アセトンシアノヒドリンのモル比は、１．３：１〜１．９：１の範囲でありうる。さらに、この実施形態において、加水分解反応の混合生成物は：α−スルファトイソブチルアミド、α−ヒドロキシイソブチルアミド、およびメタクリルアミドからなる群から選択される１以上の生成物を含むことができ；前記方法は：（ｆ）クラッカーリアクターにおいて加水分解反応からの混合生成物を熱変換して、メタクリルアミドおよびメタクリル酸を含むクラッカーリアクター混合物を製造し；さらに（ｇ）少なくとも１つのリアクターにおいてクラッカーリアクター混合物を、アルカノールおよび水から選択される物質と反応させて、メタアクリル酸およびそのエステルから選択されるモノマーを製造することをさらに含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
さらなる特徴および利点は、添付の図面と合わせて本発明の様々な実施形態の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。図中、同様の参照番号は同様の構造を示す。
図１は、反応プロセスがアセトンシアノヒドリンの酸での加水分解反応である本発明の実施形態の概略図である。
図２は、比較のために提供される、アセトンシアノヒドリンの酸での加水分解の公知従来技術のプロセスの概略図である。
【００１８】
前述のように、シアノヒドリンは、強酸の存在下、例えば約７０℃より高い温度などの高温の場合に分解し、その結果、プロセス収率が低下する。さらに、アセトンシアノヒドリン（ＡＣＨ）の硫酸での加水分解反応の記載において、アセトンシアノヒドリンが分解してアセトンとシアン化水素になると、加水分解生成物、そして次いでは下流ＭＡＡおよびＭＡＡエステル生成物の収率が低下するだけでなく、加水分解系におけるさらなる複雑さをももたらしうる。
【００１９】
例えば、アセトンシアノヒドリンの分解により形成されるシアン化水素は、加水分解反応において急速に加水分解され、ホルムアミドに変換される。その後、ゆっくりした速度で、ホルムアミドが熱分解して一酸化炭素（ＣＯ）ガスおよび硫酸アンモニウム塩が形成される。生成物混合物が適切に脱気されないと、ＣＯの存在はそれ自体がポンプキャビテーションとして発現し、プロセス全体およびユニットの操作不能の一因となりうる。プロセスの全体的な温度における増加は、脱気プロセスに役立ち得るが、上昇した加水分解反応温度はアセトンシアノヒドリンの分解のレベルの増大につながる。
【００２０】
さらに、Ｋｉｒｋ−Ｏｔｈｍｅｒ、Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙに記載されている典型的な操作条件下で、アセトンは硫酸によりスルホン酸化されて、モノおよびジスルホン酸の混合物になる。加水分解セクションにおいて、アセトンモノ硫酸（ＡＭＳＡ）が優勢であり、反応が進行するにつれて、さらにアセトンジスルホン酸（ＡＤＳＡ）が増大し、優勢になる。アセトンの各スルホン化反応は水の化学量論的生成が付随するので、この一連の反応は重要である。当該分野において周知であり、米国特許‘０９３において指摘されるように、加水分解反応混合物中に水が存在する場合、これは反応してＳＩＢＡＭをＨＩＢＡＭに変換し、これはその後のクラッキング反応においてＭＡＭに変換するのがさらに困難であり、さらに高温を必要とする。
【００２１】
一般的実施形態において、シアノヒドリンに関する発熱反応プロセスにおいてシアノヒドリンの分解を最小限に抑えるための本発明の方法は、反応媒体を管状リアクターに提供し、１以上の反応物質を管状リアクターに提供する工程を含む。管状リアクターは、少なくとも１つの反応ゾーンをその中に含み、前記の少なくとも１つの反応ゾーン中に位置する内部混合手段を有する。本発明の方法は、少なくとも１つの反応ゾーンにおいて１以上の反応物質と反応媒体を混合することをさらに含む。この混合により、実質的に均一な組成および実質的に均一な反応温度を有するバルク反応混合物が形成される。この方法はさらに、発熱反応プロセスからある量の熱を除去することを含み、ここにおいて除去される熱の量は、発熱反応プロセスにより生じる熱の量と等しい。除去される熱の量と発生する熱の量は本発明の目的に関して等しく、ここにおいて前記量は±１０％、さらには例えば１％以内で互いにほぼ等しい。最後に、本発明の方法は、少なくとも１つの反応ゾーンにおいて１以上の反応物質を反応させて、バルク温度を有する混合生成物を製造する工程を含む。混合生成物のバルク温度は、反応が停止し（例えば、１以上の反応物質の少なくとも１つの実質的に全てが反応したとき）、および混合生成物が管状リアクターを出た後に最適に測定される。
【００２２】
「シアノヒドリンに関連する」発熱反応プロセスとは、反応プロセスの１以上の反応物質および生成物が１以上のシアノヒドリンを含むことを意味する。さらに、当業者らに認識されるように、発熱反応は、ある量の熱を発生する反応であり、ここにおいて熱の量は、これらに限定されないが、反応物質の種類および量、および反応の温度および期間をはじめとする多くの因子に依存する。
【００２３】
本明細書において用いられる場合「シアノヒドリン」なる用語は、一般式：
【化１】
（式中、ＲおよびＲ’は同一または異なっていてもよく、水素および炭化水素からなる群から選択される）を有する化合物を意味する。炭化水素の構造は、特に限定されず、直鎖、分岐鎖、芳香環などを含むことができ、炭化水素は、飽和、置換、または不飽和であってよい。加えて、ＲおよびＲ’は一緒になって脂環式または複素環式部分を形成することができる。
【００２４】
管状リアクターに関して、本発明の方法は、シアノヒドリンに関連する発熱反応プロセスを行うために用いられる１より多い管状リアクター、またはさらには複数の管状リアクター（例えば、シェル＆チューブ式リアクター装置）がある実施形態を含む。１より多い管状リアクターが用いられる場合、少なくとも１つ、好ましくは全部の管状リアクターが、その中に少なくとも１つの反応ゾーンを含み、かつ少なくとも１つの反応ゾーンに位置する内部混合手段を有する。
【００２５】
さらに、管状リアクターの内部混合手段は、静的混合エレメントを含むスタティックミキサー、オリフィスプレート、ベンチュリ、ジェットミキサー、エダクター、多孔板、スパージャー、アジテーター、ロータリーミキサー、高速循環ループ、およびスプレーノズルからなる群より選択される少なくとも１つの装置である。静的混合エレメントは、ブレード、ピン、バフル、管状装入物、および他の剪断誘発装置からなる群から選択される１以上のエレメントでありうる。このような装置および静的混合エレメントは周知であり、例えばＫｏｃｈ−Ｇｌｉｔｓｃｈ，Ｉｎｃ．（カンサス州ウィチタ）、Ｃｈｅｍｉｎｅｅｒ，Ｉｎｃ．（オハイオ州デートン）およびＳｕｌｚｅｒ Ｃｈｅｍｅｔｅｃｈ Ｌｔｄ．（オクラホマ州タルサ）から商業的に入手可能である。
【００２６】
当業者には理解されるように、反応プロセスが腐食性物質（例えば、硫酸または苛性アルカリ）の使用を含む場合、管状リアクターおよびその内部混合手段は、ステンレス鋼（例えば、３００シリーズ、９０４Ｌ、６−ｍｏｌｙ）、タンタル、ジルコニウム、およびＨＡＳＴＥＬＬＯＹ（登録商標）（例えば、Ｂ、Ｂ−２、Ｂ−３、Ｃ−２２、およびＣ−２７６）を包含するが、これに限定されない腐食耐性物質で構築されるべきである。
【００２７】
反応媒体は、反応により消費されず、所望の化学反応の反応物質との混合、含有、および輸送に適した任意の物質であることができ、所望の化学反応および必要とされる反応物質の性質に依存する。例えば、制限なく、適当な反応媒体は、シアノヒドリンに関連する反応プロセスにより製造されることが予想されるのと同じ種類の化合物を含むことができる。実際、反応媒体は、好適には捕捉され、リサイクルされた反応プロセスの生成物を含み得る。従って、ＳＩＢＡＭ、ＨＩＢＡＭおよびＭＡＭを生じると予想されるアセトンシアノヒドリンおよび硫酸の加水分解反応の場合、反応媒体は、適当にはＳＩＢＡＭ、ＨＩＢＡＭおよびＭＡＭのうちの１以上を含みうる。いくつかの態様においては、反応媒体はさらに、希釈物質、例えばヘキサン、二酸化硫黄、または直鎖炭化水素を含みうる。
【００２８】
１以上の反応物質（例えば、加水分解反応における酸）は、反応媒体が管状リアクターに供給される前に、まず１以上の反応物質を反応媒体に添加することにより管状リアクターに間接的に供給することができる。
【００２９】
反応プロセスに用いられる１以上の反応物質は、所望の反応および反応生成物に依存し、適当な反応物質を選択することは当業者の能力の範囲内である。例えば、ＭＡＡおよびそのエステルにさらに変換するためにＳＩＢＡＭ、ＨＩＢＡＭおよびＭＡＭを調製するのが望ましい場合、好適な反応物質はアセトンシアノヒドリンおよび、硫酸、オレウムおよびその混合物からなる群から選択される酸でありうる（前出の米国特許‘０９３に開示されるとおり）。アセトンシアノヒドリンがそれ自体所望の生成物である場合、反応物質はアセトンおよびシアン化水素であることができ（Ｋｉｒｋ−Ｏｔｈｍｅｒ，Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙに記載されているとおり）、強塩基、たとえば水酸化ナトリウムが存在してもよい。この反応において、水も希釈剤として存在することができ、反応は典型的には０℃から２０℃の間で行うことができ、高温（約２０℃超）はこの反応系におけるシアノヒドリンの分解を促進する。メチルエチルケトンシアノヒドリンとして知られている特定のシアノヒドリンを製造するのが望まれる場合、反応物質はシアン化水素酸およびメチルエチルケトン（米国特許第６，７４３，９３８号に開示されているとおり）であり、反応は強塩基、例えばジエチルアミンの存在下で行うことができる。従って、シアノヒドリンは反応プロセスにおいては反応物質であるかまたは反応生成物であることができ、本発明の方法はシアノヒドリンに関連する任意の発熱反応プロセスに有利に適用することができる。
【００３０】
反応媒体を１以上の反応物質と混合して、実質的に均一な組成および実質的に均一な反応温度を有するバルク反応混合物を形成する工程は、少なくとも部分的に本発明に従って、前記の内部混合手段を有する管状リアクターの使用により行われる。
【００３１】
本発明に従って反応媒体および１以上の反応物質を急速かつ十分に混合して均一なバルク反応混合物を形成するための別の方法は、管状リアクター装置の周りに位置する複数のインジェクター装置、例えば制限なく、インジェクターノズルなどを用いて、少なくとも１つの反応物質を管状リアクターに複数の添加点で提供することである。インジェクター装置は、管状リアクタのまわりに、円周上、縦方向またはその両方で配置することができる。さらに、少なくとも１つの反応物質を管状リアクターに様々な異なる添加点で提供するために、インジェクター装置の全てを任意の所定の時間に使用する必要はないが、少なくとも１つ、好ましくは１より多くのインジェクター装置を使用すべきである。この配列は、反応物質を反応媒体中により均一に分布させる働きをする。本発明の特定の実施形態において、前記インジェクター装置から提供される反応物質の注入速度は用いられる各インジェクター装置で同じでありうる。さらに、反応物質の注入速度は、有効な混合を達成するためには、例えば制限なく、１０ｆｔ／秒から８０ｆｔ／秒（３ｍ／秒から２４ｍ／秒）の間、または２０ｆｔ／秒から６５ｆｔ／秒（６ｍ／秒から２０ｍ／秒）の間、さらには２８ｆｔ／秒から４２ｆｔ／秒（８．５ｍ／秒から１３ｍ／秒）の間に維持することができる。
【００３２】
本発明に従って、インジェクター装置を用い、より少ないインジェクターをより低い全製造速度で操作することにより、また同様により多くのインジェクター装置をより高い製造速度で操作することにより、同じ数のインジェクター装置を常に使用し、各ノズルを通る流速を調整するよりは、最適の混合効率を維持することも可能である。後者の手順の結果、反応ゾーン内の異なる位置で、様々な注入速度になり、従って様々な混合効率になるため、前者の手順は、後者の手順よりも良好であると考えられる。例えば、１０のインジェクター装置を異なる注入速度で操作して、１００ポンド／時の全反応物質供給速度を達成することにより、異なる管状リアクターにおいて様々な混合条件および不均質バルク反応混合物が得られる。１０のインジェクター装置をそれぞれ１０ポンド／時で操作することにより、より均一な混合およびより均一なバルク反応混合物が得られる。わずか５０ポンド／時の反応物質の供給速度しか必要でないように製造速度を減少させることに決定されるならば、５つのインジェクター装置のみを操作でき、それぞれは同じ１０ポンド／時であり、一方、他の５のインジェクター装置は使用不能であるかまたは停止され、従って管状リアクター内の混合の均一性が維持される。前記手順のさらなる最適化、ならびに最適インジェクター操作手順を決定するために必要な計算および変換は当業者の能力の範囲内であると考えられる。
【００３３】
アセトンシアノヒドリンの硫酸での加水分解反応である本発明の特定の実施形態において、反応物質、例えばアセトンシアノヒドリンの添加速度は、添加点での温度が、管状リアクターを離れる混合生成物のバルク温度を超えないように制御される。これは、それ以外の方法ではインジェクター装置を通る反応物質の添加点で発生しうるホットスポットを最小限に抑えるか、またはさらには除去する働きをする。
【００３４】
ほとんどの発熱反応に関して、シアノヒドリンに関連する発熱反応プロセスにより生じる熱は、連続的な定常状態において時間にわたり反応プロセスを維持するために除去されなければならない。任意の慣用の冷却手段、例えば、次の装置：シェル＆チューブ式熱交換器、スパイラルクーラー、プレート＆フレーム式交換器、ジャケット付配管部、および内部冷却コイルまたはジャケットを有する容器の１以上を用いて、管状リアクターを冷却することにより熱を除去することができるが、これはもちろんその中の反応ゾーンおよびバルク反応混合物も冷却する。冷却効率を改善するため、および／または汚れに対抗するために、シェル＆チューブ式熱交換器のチューブにおいて攪拌機を使用することが可能である。
【００３５】
本発明に従って、反応媒体を管状リアクターに提供する前に、反応媒体を混合生成物のバルク温度より１℃から１０℃低い温度に冷却することにより、発熱反応プロセスから熱を除去することもできる。本発明のこの態様の結果、反応物質を反応媒体と管状リアクターの少なくとも１つの反応ゾーンにおいて混合すると冷却されたバルク反応混合物が形成され、これは、反応ゾーンにおいて、シアノヒドリンが添加される反応物質であるか、または形成される生成物であるかどうかにかかわらず、シアノヒドリンのクーラー環境を提供する。
【００３６】
さらに、シアノヒドリンはその分解を最小限に抑えるために反応媒体とともに少なくとも１つの反応ゾーンにある際に、シアノヒドリンから熱を除去するのが有利である。本発明の方法に従って、これは少なくとも部分的に、提供される反応物質の量と比較して過剰の反応媒体を少なくとも１つの反応ゾーンに提供することにより達成することができ、これにより反応媒体はヒートシンクになり、シアノヒドリンからの熱の一部を吸収する。例えば、反応媒体および１以上の反応物質は、２：１から２００：１の間、または３：１から１００：１の間、またはさらには４：１から４０：１の間の反応媒体：反応物質の比で提供することができる。反応媒体：反応物質の比が高いほど、より多量の熱を吸収できるさらに大きなヒートシンクを提供すると考えられるので、より良好である。
【００３７】
本発明のもう一つ別の実施形態において、１以上の反応物質は管状リアクターに提供される前に、例えば別の熱交換器（図示せず）を用いることにより冷却することができる。
【００３８】
シアノヒドリンに関連する発熱反応プロセスが、前記のようにＳＩＢＡＭ、ＨＩＢＡＭ、およびＭＡＭを含む混合生成物を生じるアセトンシアノヒドリンおよび硫酸の加水分解反応である場合、ＭＡＡおよびそのエステルを製造するためのさらなる反応について、前記方法はさらに、クラッカーリアクターにおいて加水分解反応からの混合生成物を熱変換して、メタクリルアミドおよびメタクリル酸を含むクラッカーリアクター混合物を製造することを含みうる。クラッカーリアクター混合物を次いで少なくとも１つのリアクターにおいて、アルカノールおよび水から選択される物質と反応させて、メタクリル酸およびそのエステルから選択されるモノマーを製造することができる。適当なアルカノールの例としては、これらに限定されるわけではないが、メタノール、エタノール、およびブタノールが挙げられる。
【００３９】
前記特徴に加えて、当業者らは、本発明の方法に対する多くの追加および修正（その全ては本発明の範囲内に含まれることが意図される）を認識し、開発することが可能である。例えば、発熱反応プロセスがアセトンシアノヒドリンの硫酸での加水分解反応である場合、反応プロセスは二段階系、すなわち２つの管状リアクターを有し、ここにおいてアセトンシアノヒドリン反応物質フィードが２つのリアクター間で分割され、５０％から９５％の間のアセトンシアノヒドリン反応物が第一リアクターに提供され、残りが第二リアクターに提供される。
【００４０】
当業者らには理解されるように、シアノヒドリンを含む反応プロセスは、高粘度のプロセス流れを輸送し、ポンプで送り込む必要性も含みうる。高粘度サービスポンプ、例えばこれらに限定されないが、ディスクポンプ（Ｄｉｓｃｆｌｏ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（カリフォルニア州サンティー）から商業的に入手可能）、容積移送式ポンプ、またはギアポンプを用いてプロセス装置間で反応媒体および混合生成物の１以上を輸送し、循環することができる。さらに高い局在化モル比を提供し、粘度効果を低下させるために、１以上の反応物質、例えば加水分解反応における酸を、管状リアクターに反応媒体を提供する前に反応媒体中に注入することができる。
【００４１】
例えば反応プロセスがアセトンシアノヒドリンの硫酸での加水分解反応である場合の反応プロセスにおける条件は、混合生成物の脱気を有利にすることができる。このような状況において、これらに限定されないが：緩衝板、コアレッサー、バフル、遠心分離器（例えば、ＮＡＴＣＯ Ｇｒｏｕｐ，Ｉｎｃ．（テキサス州ヒューストン）から入手可能な「Ｐｏｒｔａ−Ｔｅｓｔ Ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎ」脱気器）、バキュームチャンバー、ディストリビューター、ノズル、絞り弁、フラッシュタンク、沈殿チャンバー、ＡＳＰ型脱気ポンプ（Ｙｏｋｏｔａ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｏ．（日本、広島）から商業的に入手可能）、およびＫｕｒａｂｏインライン脱気装置（Ｋｕｒａｂｏ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ Ｌｔｄ（日本、大阪）から商業的に入手可能）からなる群から選択される１以上の装置をふくむ任意の公知の脱気手段が好適である。
【００４２】
当業者により容易に決定できるように、１以上の重合阻害剤を反応プロセス、例えば１以上の反応物質に、これらを管状リアクターに提供する前に添加することも有利である。好適な重合阻害剤は、少なくとも部分的に、反応プロセスに含まれる反応物質および生成物の種類に依存する。例えば、発熱反応プロセスがアセトンシアノヒドリンの硫酸での加水分解反応である場合、好適な阻害剤は、これらに限定されないが、フェノチアジンを含む。
【００４３】
さらに、発熱反応プロセスがアセトンシアノヒドリンの硫酸での加水分解反応である場合、バルク反応混合物中に存在する酸：アセトンシアノヒドリンのモル比は、１．３：１〜１．９：１の範囲である。
【００４４】
これらおよび他の類似した改変は、当業者には容易に示唆され、本明細書において開示される本発明の精神および添付の請求の範囲内に含まれることを意図される。
【実施例】
【００４５】
以下の実施例は、同じ条件で作動する２種の商業的規模の加水分解反応プロセスについての比較収率を提供する。これらの実施例の結果は、特にアセトンシアノヒドリンの硫酸での加水分解反応に適用された場合に、シアノヒドリンに関連する従来のＣＳＴＲベースの反応プロセスよりすぐれた本発明の方法により得られる収率の利点を示す。アセトンシアノヒドリン反応物質および硫酸反応物質の組成は、実施例１および実施例２のどちらについても同じであった。
【００４６】
実施例１
比較例−従来法
Ｋｉｒｋ−Ｏｔｈｍｅｒおよび米国特許‘０９３に開示されているタイプの第一加水分解プロセス（従来技術）を図２により示し、直列に並んだ２つのＣＳＴＲリアクターを含んでいた。このシステムは、Ｈ２ＳＯ４：ＡＣＨモル比が１．４８、ＡＣＨ添加分割比が２．３：１で操作され、ここにおいて全ＡＣＨフィードの７０重量％が第一反応段階に添加され、全ＡＣＨフィードの３０重量％が第二反応段階に添加された。硫酸を９９．５％の濃度で、そしてＡＣＨを９８．５％の濃度でこのシステムにおける反応物質として使用した。
【００４７】
特に、この実施例において用いられる加水分解システムの第一反応段階は、第一段階ＣＳＴＲ２３０、遠心ポンプ２１０、熱交換器２２０、および関連する第一段階循環パイプ（２０３、２０４、２０５）を含んでいた。ＣＳＴＲ２３０は、５０００ｇａｌ（１９立方メートル）の容器およびリアクター内容物の効率の高い撹拌のためのデュアルインペラー勾配付ブレードアジテータを備えていた。第一段階ＣＳＴＲ２３０への液面下ＡＣＨ添加は、第一ディップパイプを用いて２０１を介して提供された。同様に、第一段階ＣＳＴＲ２３０への液面下硫酸添加は、第二ディップパイプを用いて２０２を介して提供された。これらのディップパイプは、混合の効率を最大にするために、アジテーターブレードの先端付近の乱流ゾーン中に反応物質の流れを向ける働きをした。アセトン中ＰＴＺ阻害剤溶液（図示せず）も、ポリマー形成を遅らせるためにＣＳＴＲ２３０中に添加された。熱電対Ｔ２３０を用いてＣＳＴＲ２３０の底部におけるバルク液体の温度をモニターすることができた。
【００４８】
流れ２０３は加水分解ミックスをポンプ２１０に提供し、次いで約２８０万 ｌｂｓ／時（すなわち、４０００ｇｐｍ、１５，１４０リットル／分）の連続速度で第一段階循環パイプを通って加水分解ミックスを循環させた。流れ２０４は加水分解ミックスをポンプ２１０の排出から熱交換器２２０へと輸送し、ここで冷却された。熱交換器２２０はシェル＆チューブ式交換器であり、プロセス流れ（加水分解ミックス）はシェル側を通り、基準温度６０℃に調節された水流はチューブ側を通った。冷却された加水分解ミックスは流れ２０５により熱交換器をでて、ＣＳＴＲ２３０に戻された。加水分解ミックスから除去された気体は、廃棄するためにプロセスフレアヘッダー（図示せず）に排出された。脱気された加水分解ミックスはＣＳＴＲ２３０側面からあふれ出し、流れ２０９により第二反応段階に向けて輸送された。
【００４９】
この実施例において用いられる加水分解システムの第二反応段階は、第二段階ＣＳＴＲ２６０、遠心ポンプ２４０、熱交換器２５０、および関連する第２段階循環パイプ（２１３、２１４、２１５）を含んでいた。ＣＳＴＲ２６０は、５０００ｇａｌ（１９立方メートル）の容器およびリアクター内容物の効率の高い撹拌のためのデュアルインペラー勾配付ブレードアジテータを備えていた。第二段階ＣＳＴＲ２３０への液面下ＡＣＨ添加は、第一ディップパイプを用いて２１１を介して提供された。第二段階ＣＳＴＲ２３０への任意の液面下硫酸（２１２）添加は、この実施例においては使用しなかった。第一段階ＣＳＴＲディップパイプと同様に、これらの第二段階ディップパイプは、混合の効率を最大にするために、アジテーターブレードの先端付近の乱流ゾーン中に反応物質の流れを向ける働きをした。熱電対Ｔ２６０を用いてＣＳＴＲ２６０の底部におけるバルク液体の温度をモニターすることができた。
【００５０】
流れ２１３は、加水分解ミックスをポンプ２４０に提供し、次いで約４２０万 ｌｂｓ／時（すなわち、６０００ｇｐｍ、２２，７００リットル／分）の連続速度で第二段階循環パイプを通って加水分解ミックスを循環させた。流れ２１４は加水分解ミックスをポンプ２４０の排出物から熱交換器２５０へと輸送し、ここで冷却された。熱交換器２５０はシェル＆チューブ式交換器であり、プロセス流れ（加水分解ミックス）はシェル側を通り、基準温度６５℃に調節された水流はチューブ側を通った。冷却された加水分解ミックスは流れ２１５により熱交換器をでて、ＣＳＴＲ２６０に戻された。加水分解ミックスから除去された気体は、廃棄するためにプロセスフレアヘッダー（図示せず）に排出された。脱気された加水分解ミックスはＣＳＴＲ２６０側面からあふれ出し、流れ２１９によりクラッカーリアクターに向けて輸送された。
【００５１】
この実施例において、第一反応段階ＣＳＴＲ（２３０）を出る反応混合物のバルク温度は、熱電対Ｔ２３０で測定されるように、８５℃に一定に保たれ；第二反応段階ＣＳＴＲ（２６０）を出る反応混合物のバルク温度は、熱電対Ｔ２６０で測定されるように、１０１℃に一定に保たれた。
【００５２】
定常条件下で、最終加水分解ミックスのサンプルを、十分に断熱されたサンプル容器（Ｔｈｅｒｍｏｓ（商標）ブランド 真空瓶）を用いて流れ２１９から集めた。
【００５３】
代表的な加水分解ミックスのアリコート（〜１０ｇ）を取り出し、撹拌棒を含む、風袋を測定したジャーに入れ、その重量を記録した。メタンスルホン酸（９９．５％純度、〜３ｇ、Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから入手）を内部標準としてシリンジから添加し、重量を全て記録した。混合物を６０℃の恒温水浴中で４０分間撹拌した。結果として得られる混合物のアリコート（〜０．２ｇ）を取り出し、ＮＭＲチューブ中に入れ、重水素化ニトロメタン（ＣＤ３ＮＯ２、Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから入手）で希釈した。透明で均一な混合物をＶａｒｉａｎ Ｉｎｏｖａ ５００装置でＮＭＲにより分析した。
【００５４】
前記プロセスにより製造されるＳＩＢＡＭ、ＨＩＢＡＭおよびＭＡＭの合計モル収率を表１に記載する。
【００５５】
実施例２
本発明の方法による改善された加水分解システム（発明）を図１により示し、２つの連続流反応段階を含んでいた。このシステムは、前記実施例１のＣＳＴＲベースの加水分解システムに使用したのと同じ条件下で操作された。
【００５６】
詳細には、この改良された加水分解システムは、Ｈ２ＳＯ４：ＡＣＨモル比が１．４８、ＡＣＨ添加分割比が２．３：１で操作され、ここにおいて全ＡＣＨフィードの７０重量％が第一反応段階に添加され、全ＡＣＨフィードの３０重量％が第二反応段階に添加された。前記実施例におけるのと同様に、硫酸を９９．５％の濃度で、そしてＡＣＨを９８．５％の濃度で反応物質として使用した。
【００５７】
この実施例において用いられる加水分解システムの第一反応段階は、ＡＣＨ混合装置１０、脱気装置２０、遠心ポンプ３０、熱交換器４０、および関連する第一段階循環パイプ（３、４、５、７、８）を含んでいた。硫酸（６）を混合Ｔ字管を通って流れ５において加水分解ミックス中に添加した。流れ５は加水分解ミックスをポンプ３０に供給し、これは次いで約２５０万 ｌｂｓ／時（３５００ｇｐｍ、１３，２５０リットル／分）の連続速度で第一段階循環パイプを通って加水分解ミックスを循環させた。流れ７は加水分解ミックスをポンプ３０の排出から熱交換器４０へと輸送し、ここで冷却された。熱交換器４０はシェル＆チューブ式交換器であり、プロセス流れ（加水分解ミックス）はシェル側を通り、基準温度６０℃に調節された水流はチューブ側を通った。冷却された加水分解ミックスは流れ８により熱交換器を出た。冷却された加水分解ミックスの温度を、熱電対Ｔ８を用いてモニターすることができた。加水分解ミックスは次いでＡＣＨ混合装置１０に入り、ここにおいてＡＣＨは加水分解ミックス流れ中に添加された。ＡＣＨ混合装置１０は、直径１２”の配管セクション内に直列に取り付けられた４つのＫｏｃｈ ＳＭＸＬ混合エレメント（Ｋｏｃｈ−Ｇｌｉｔｓｃｈ，Ｉｎｃ．（カンサス中ウィチタ）から入手可能）からなる１つの静的混合ユニットを含んでいた。静的混合ユニットは約１９０インチの長さであった。ＡＣＨ混合装置１０は、２組のＡＣＨインジェクター：前記混合装置の入口末端から約３０”離れて配置された４つのインジェクターの第一組（１）および前記混合エレメントの入口末端から約４５”離れて配置された４つのインジェクターの第二組（２）をさらに含んでいた。一組になった４つのインジェクターのうちのそれぞれは、パイプセクションの円周に沿って等間隔であった。例えば、１つのインジェクターがそれぞれパイプセクションの中心線に関して０°、９０°、１８０°、および２７０°で配置されていた。各インジェクターは内径０．２９０”のオリフィスを含み、配管セクションの壁上にフラッシュマウントされ、これを通って液体ＡＣＨが１秒当たり約３６フィート（１秒当たり約１１メートル）の速度で静的混合ユニット中に流れた。この速度で、静的混合ユニットの中心線に向かってパイプセクションの壁から横断するために十分な運動エネルギーを有するＡＣＨの噴流が生じ、これにより急速で、有効な混合が確実にできた。この特定の具体例の操作速度に関して、８つのインジェクターのうち６つ：インジェクターの第一組の４つ全部およびインジェクターの第二組の２つを使用した。作動しているインジェクターの内、全部を同じＡＣＨ流速で作動させた。発熱ＡＣＨ加水分解反応の結果として、加水分解ミックスはＡＣＨ混合装置内で温められた。温加水分解ミックスは流れ３によりＡＣＨ混合装置から出て、脱気装置２０中に入った。アセトン中ＰＴＺ阻害剤溶液（９）を加水分解ミックス流れ３中に添加して、ポリマー形成を遅らせた。
【００５８】
脱気装置２０は撹拌されていない５６００ガロン（２１立方メートル）の脱気容器を備えており、「Ｐｏｒｔａ−Ｔｅｓｔ Ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎ」型遠心気体／液体分離器（ＮＡＴＣＯ Ｇｒｏｕｐ，Ｉｎｃ．（テキサス州ヒューストン）により設計および製造された）が取り付けられていた。加水分解ミックスから除去された気体を廃棄するためにプロセスフレアヘッダー（図示せず）に排出させ；脱気された加水分解ミックスを脱気容器の底部においてバルク液体として集めた。脱気容器の底部におけるバルク液体の温度は、熱電対Ｔ２０を用いてモニターすることができた。脱気された加水分解ミックスを脱気容器の底部から抜き取り、２つの流に分割した：流れ４９は加水分解ミックスの第一の部分を第二反応段階へ向かって輸送し、一方、流れ５は加水分解ミックスの第二の部分を第一段階循環を維持するために遠心ポンプ３０に戻した。
【００５９】
この実施例において用いられる本発明の加水分解システムの第二反応段階は、ＡＣＨ混合装置５０、脱気装置６０、遠心ポンプ７０、熱交換器４０、および関連する第二段階循環パイプ（１３、１４、１５、１７、１８）を含んでいた。流れ４９からの加水分解ミックスは第二段階に入り、流れ１５中の加水分解ミックスと組み合わせられた。この特定の具体例において、任意の硫酸（１６）は添加されなかった。流れ１５は加水分解ミックスをポンプ７０に供給し、これは次いで約２２０万 ｌｂｓ／時（３０００ｇｐｍ、１１，３６０リットル／分）の連続速度で第二段階循環パイプを通って加水分解ミックスを循環させた。流れ１７は加水分解ミックスをポンプ７０の排出から熱交換器８０へと輸送し、ここで冷却された。熱交換器８０はシェル＆チューブ式交換器であり、プロセス流れ（加水分解ミックス）はチューブ側を通り、基準温度７０℃に調節された水流はシェル側を通った。冷却された加水分解ミックスは流れ１８により熱交換器を出た。冷却された加水分解ミックスの温度を、熱電対Ｔ１８を用いてモニターすることができた。加水分解ミックスは次いでＡＣＨ混合装置５０に入り、ここにおいてＡＣＨは加水分解ミックス流れ中に添加された。ＡＣＨ混合装置５０は、直径１２”の配管セクション内に直列に取り付けられた４つのＫｏｃｈ ＳＭＸＬ混合エレメントからなる１つの静的混合ユニットを含んでいた。静的混合ユニットは約２１０インチの長さであった。ＡＣＨ混合装置５０はさらに、２組のＡＣＨインジェクター：前記混合装置の入口末端から約３０”離れて配置された４つのインジェクターの第一組（１）および前記混合エレメントの入口末端から約４５”離れて配置された４つのインジェクターの第二組（２）をさらに含んでいた。一組になった４つのインジェクターのうちのそれぞれが、パイプセクションの円周に沿って等間隔であった。例えば、１つのインジェクターはそれぞれパイプセクションの中心線に関して０°、９０°、１８０°、および２７０°で配置されていた。各インジェクターは内径０．１７５”のオリフィスを含み、配管セクションの壁上にフラッシュマウントされ、これを通って液体ＡＣＨが１秒当たり約６２フィート（１秒当たり約１９メートル）の速度で静的混合ユニット中に流れた。この速度で、静的混合ユニットの中心線に向かってパイプセクションの壁から横断するために十分な運動エネルギーを有するＡＣＨの噴流が生じ、これにより急速で、有効な混合が確実にできた。この特定の具体例の操作速度に関して、４つのインジェクターの第一組のみを使用し；作動しているインジェクターのうち、全部を同じＡＣＨ流速で作動させた。発熱ＡＣＨ加水分解反応の結果として、加水分解ミックスはＡＣＨ混合装置内で温められた。温加水分解ミックスは流れ１３によりＡＣＨ混合装置を出て、脱気装置６０に入った。この特定の実施例において、任意のアセトン中ＰＴＺ阻害剤溶液（１９）は添加されなかった。
【００６０】
脱気装置６０は撹拌されていない１０，９００ガロン（４１立方メートル）の脱気容器を備えており、その中には「Ｐｏｒｔａ−Ｔｅｓｔ Ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎ」型遠心気体／液体分離器（ＮＡＴＣＯ Ｇｒｏｕｐ，Ｉｎｃ．（テキサス州ヒューストン）により設計および製造される）が取り付けられた。加水分解ミックスから除去された気体を廃棄するためにプロセスフレアヘッダー（図示せず）に排出させ；脱気された加水分解ミックスを脱気容器の底部においてバルク液体として集めた。脱気容器の底部におけるバルク液体の温度は、熱電対Ｔ６０を用いてモニターすることができた。脱気された加水分解ミックスを脱気容器（１４）の底部から抜き取り、２つの流れに分割した：流れ９９は加水分解ミックスの第一の部分をクラッカーリアクター（１００）へ向けて輸送し、一方、流れ１５は加水分解ミックスの第二の部分を、第二段階循環を維持するために遠心ポンプ７０に戻した。
【００６１】
この実施例において、第一段階脱気装置（２０）を出る反応混合物のバルク温度は、熱電対Ｔ２０により測定されるように、８５℃に一定に保持され；第二段階脱気装置（６０）を出る反応混合物のバルク温度は、熱電対Ｔ６０により測定されるように、１０１℃に一定に保持された。
【００６２】
定常条件下で、最終加水分解ミックスのサンプルを、十分に断熱されたサンプル容器（Ｔｈｅｒｍｏｓ（商標）ブランド 真空瓶）を用いて流れ９９から集めた。
【００６３】
前記実施例においてと同様に、加水分解ミックスサンプルを酸性化し、希釈し、ＮＭＲにより分析した。前記の本発明の方法により製造されるＳＩＢＡＭ、ＨＩＢＡＭおよびＭＡＭの合計モル収率を表１に記載する。
【００６４】
【表１】
【００６５】
この比較例は、本発明の連続流反応システムがＡＣＨ加水分解反応を行うために使用される場合、従来法ＣＳＴＲベースのシステムよりも高いＡＣＨ収率をもたらすことを示す。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】図１は、反応プロセスがアセトンシアノヒドリンの酸での加水分解反応である本発明の実施形態の概略図である。
【図２】図２は、比較としての、アセトンシアノヒドリンの酸での加水分解の公知従来技術のプロセスの概略図である。
【符号の説明】
【００６７】
１ インジェクター第一組
２ インジェクター第二組
３、４、５、７、８、２０３、２０４、２０５ 第一段階循環パイプ
６ 硫酸
Ｔ８、Ｔ１８、Ｔ２０、Ｔ６０、Ｔ２３０、Ｔ２６０ 熱電対
９ アセトン中ＰＴＺ阻害剤溶液
１０、５０ ＡＣＨ混合装置
１１、１２、４９、９９、２０９、２１９ 流れ
１３、１５、１７、１８、２１３、２１４、２１５ 第二段階循環パイプ
１４ 脱気容器の底部（第二段階循環パイプ）
１６ 任意の硫酸
１９ 任意のアセトン中ＰＴＺ阻害剤溶液
２０ 第一段階脱気装置
３０、７０、２１０、２４０ 遠心ポンプ
４０、８０、２２０、２５０ 熱交換器
６０ 第二段階脱気装置
１００ クラッカーリアクター
２０１、２１１ 第一ディップパイプ
２０２ 第二ディップパイプ
２１２ 任意の液面下硫酸
２３０ 第一反応段階ＣＳＴＲ
２６０ 第二反応段階ＣＳＴＲ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アセトンシアノヒドリンの加水分解反応などのシアノヒドリンに関連する化学反応においてシアノヒドリンの熱分解を最小限に抑えて、全体的生成物収率を増大させることに関する。
【背景技術】
【０００２】
シアノヒドリンを反応物質または生成物のいずれかとして含む化学プロセスは数多くある。例えば、メタクリル酸（ＭＡＡ）およびそのエステル、例えばメチルメタクリレート（ＭＭＡ）およびブチルメタクリレート（ＢＭＡ）をアセトンシアノヒドリンから製造するための周知の商業的プロセスは典型的には、アセトンシアノヒドリンの硫酸での、最初の加水分解反応を含む一連の反応を含む。ＭＡＡおよびＭＡＡのエステルの製造法は、加水分解生成物のクラッキングおよびさらなる反応、例えばＭＡＡを形成するための酸性化反応、またはＭＡＡのエステルを形成するためのエステル化反応も含む。加えて、アセトンシアノヒドリンはそれ自体アセトンのシアン化水素との反応の生成物である。ＭＡＡおよびそのエステルの市場は、非常にコストに敏感であり、従って生成物収率における改良はわずかであっても、有意なコスト節減につながり得る。
【０００３】
シアノヒドリンは強酸（例えば硫酸またはリン酸）または強塩基（例えば苛性アルカリまたはジエチルアミン）の存在下で分解を受けやすく、シアン化水素または他の分解生成物（シアノヒドリンの性質に依存する）を高温、例えば約７０℃より高い温度で形成することが知られている。シアノヒドリンそれ自体が所望の生成物である反応においてシアノヒドリンが分解すると、その結果、生成物収率が直接的に減少する。シアノヒドリンが中間体またはさらなる反応、例えばＭＡＡおよびそのエステルの製造における反応物質である反応においてシアノヒドリンが分解すると、シアノヒドリンの一部は、本当に望ましい反応生成物を製造するためのさらなる反応により消費されるのではなく、分解されるので、間接的に生成物収率が減少する。従って、シアノヒドリンの分解を最小限に抑えることが、その反応がシアノヒドリンに関連する化学物質製造の現行の目標である。
【０００４】
温度が高くなると、概して、シアノヒドリンに関連する化学反応の反応速度が増大するが、このような反応は典型的には発熱反応であることも知られている。従って、高温でのシアノヒドリンの分解の可能性を考慮すると、シアノヒドリンに関連するプロセスの反応温度を厳密に制御することがシアノヒドリンの分解を最小限に抑えつつ反応速度を維持するために重要である。
【０００５】
アセトンシアノヒドリンの硫酸で加水分解反応をはじめとする、シアノヒドリンに関連する反応の反応温度を厳密に制御するための当該分野において公知の１つの方法は、１以上の連続撹拌槽リアクター（ＣＳＴＲ）において反応ゾーン（反応が起こる場所）を含むことである。ＣＳＴＲは典型的にはよく撹拌された釜またはタンクであり、さまざまな理由から反応プロセスは直列に連結された２以上のＣＳＴＲを含み得る。ＣＳＴＲは均一な反応環境、すなわち反応混合組成および反応温度が反応ゾーン全体にわたって均一である環境を提供することが周知であり、当該分野において理解されているので、均一性を必要とする特定の化学反応の反応ゾーンを含むようにしばしば選択される。このことは、ＣＳＴＲ内で反応が起こる組成および温度は、ＣＳＴＲ内、ならびにＣＳＴＲ流出流れのあらゆる位置での組成および温度と同じであると理解され、当該分野において仮定されているＣＳＴＲ内で反応が起こる組成および温度を意味する。このような温度および組成の均一性は、従来法にしたがって、アセトンシアノヒドリンの加水分解反応などのシアノヒドリンに関連するものをはじめとする化学反応の収率を最適化するために有用である。
【０００６】
例えば、Ｋｉｒｋ−ＯｔｈｍｅｒによるＥｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、第４版、第１６巻、Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ、１９９５年、１６〜１８ページおよび図４は、ＣＳＴＲ中でアセトンシアノヒドリンを硫酸で加水分解することで始まる周知プロセスを使用したＭＡＡおよびそのエステルの調製を教示している。同様に、米国特許公開番号２００３／０２０８０９３（米国特許‘０９３）は、ＭＡＡおよびそのエステルの製造法であって、一連の２〜３のＣＳＴＲがアセトンシアノヒドリンの硫酸での加水分解反応に用いられる方法を教示している。米国特許‘０９３は、加水分解反応温度が典型的には７０℃〜１３５℃であることを教示している（これは、ＣＳＴＲにおけるバルク反応混合物の温度が７０℃〜１３５℃であることを意味する）。両文献の教示によると、加水分解反応により、α−スルファトイソブチルアミド（ＳＩＢＡＭ）、α−ヒドロキシイソブチルアミド（ＨＩＢＡＭ）、および少量のメタクリルアミド（ＭＡＭ）を含む加水分解混合物が製造される。加水分解混合物はＳＩＢＡＭおよびＨＩＢＡＭがさらなるＭＡＭに変換されるクラッキング反応に付される。結果として得られるＭＡＭ生成物は、さらに水と反応してＭＡＡを生成し、アルカノール（（例えばメタノール、ブタノール）と反応してＭＡＡのエステル（例えばＭＭＡ、ＢＭＡ）を生成することができる。
【０００７】
しかしながら、驚くべきことに、また当該分野における一般常識と対照的に、ＣＳＴＲがシアノヒドリンに関連する反応、例えばアセトンシアノヒドリンの硫酸での加水分解反応において用いられる場合、反応物質フィードがＣＳＴＲ中に導入される位置（以下、「添加点」と称する）およびその周辺で高温が持続する領域があることが見いだされた。これらの高温の局在化領域（本明細書において「ホットスポット（ｈｏｔ ｓｐｏｔ）」と称する）は、別の方法では均一であるＣＳＴＲ内のバルク反応混合物の温度よりも最高１０℃、またはさらには最高２０℃高い。これらのホットスポットは、シアノヒドリンの熱分解を促進し、これは生成物収率の減少の明らかな原因となる。
【０００８】
従って、例えば、反応温度が８０℃〜９０℃の安全と推定される範囲内に維持される、ＣＳＴＲにおけるアセトンシアノヒドリンの硫酸での加水分解反応を含むＭＡＡおよびそのエステルの製造プロセスにおいて、アセトンシアノヒドリンの添加点でのホットスポットは９０℃よりも高く、これは、さらなる下流反応および最終的なＭＡＡおよびそのエステルの製造に必要とされる好ましい加水分解生成物（すなわち、ＳＩＢＡＭ、ＨＩＢＡＭおよびＭＡＭ）の製造よりもアセトンシアノヒドリンの分解を促進する。このような回復できない収率の損失は３％もある場合があり、従って全ＭＡＡおよびＭＡＡエステル製造プロセスに対してかなり大きい。
【０００９】
前述の加水分解反応におけるプロセス変数の全てのうち、研究により、反応温度がアセトンシアノヒドリン分解に関して最も重要であることが明らかになった。平均して、本出願者らによる実験室的研究から、アセトンシアノヒドリン分解は加水分解反応温度において１０℃上昇するごとに約１％加水分解収率を低下させることが明らかになった。例えば、実験室規模のＣＳＴＲにおいて行われるアセトンシアノヒドリンの硫酸での加水分解反応において、加水分解温度が８５℃から９５℃まで１０℃上昇すると、生成物収率損失が１％増加することが明らかになった。
【００１０】
さらに、反応物質を反応媒体と反応ゾーンにおいて素速く、よく混合することは、シアノヒドリンに関連する反応における温度制御を容易にすることをはじめとする様々な理由から重要である。米国特許第５，７６３，６８７号は、芳香族モノニトロ化合物を製造するための化学反応において良く混合することは、特定の内部構造を有する管状部材の使用により達成できることを開示している。さらに詳細には、複数のねじれた管状リアクターは、反応物質がリアクターに供給された場合、リアクター中をそれらが通過する際に効率よく混合されるように管状リアクター内に整列・配置される。
【特許文献１】米国特許公開番号第２００３／０２０８０９３号明細書
【特許文献２】米国特許第５，７６３，６８７号明細書
【非特許文献１】Ｋｉｒｋ−ＯｔｈｍｅｒによるＥｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、第４版、第１６巻、Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ、１９９５年、１６〜１８ページおよび図４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ＣＳＴＲを使用するシアノヒドリンに関連する反応を行うことの、その前述した困難および欠点の観点から、結果としてＣＳＴＲの添加点での有害なホットスポットの形成を新たに見いだし、シアノヒドリンの分解の可能性を最小限に抑える反応を行う方法が必要とされる。本発明の方法は、反応ゾーンにおける反応媒体と反応物質の急速かつ徹底した撹拌を確実にする反応装置を使用し、また反応温度を操作することによりこの目的を達成する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一般的な実施形態において、シアノヒドリンに関連する発熱反応プロセスにおけるシアノヒドリンの分解を最小限に抑える方法が提供される。この方法は：（ａ）少なくとも１つの反応ゾーンをその中に含み、少なくとも１つの反応ゾーン中に位置する内部混合手段を有する管状リアクターに反応媒体を提供する工程；（ｂ）１以上の反応物質を管状リアクターに提供する工程；および（ｃ）反応媒体を１以上の反応物質と少なくとも１つの反応ゾーンにおいて混合する工程を含み、これにより実質的に均一な組成および実質に均一な反応温度を有するバルク反応混合物を形成する。発熱反応はある量の熱を発生し、従って、本発明の方法は、（ｄ）発熱反応プロセスからのある量の熱を除去する工程（熱の量は、発熱反応プロセスにより生じる熱の量と等しい）；および（ｅ）１以上の反応物質を少なくとも１つの反応ゾーンにおいて反応させて、バルク温度を有する混合生成物を製造する工程をさらに含む。
【００１３】
管状リアクターは、実際に、互いに平行または直列に配列された２以上の管状リアクターを含むことができる。管状リアクターの内部混合手段は：スタティックミキサー、オリフィスプレート、ベンチュリ、ジェットミキサー、エダクター、多孔板、スパージャー、アジテーター、ロータリーミキサー、高速循環ループ、およびスプレーノズルからなる群より選択される少なくとも１つの装置でありうる。さらに、反応媒体および１以上の反応物質を、前記管状リアクターに反応媒体：反応物質が２：１から２００：１の範囲の比で提供することができる。
【００１４】
本発明の特定の実施形態において、熱を除去する工程は、反応媒体を管状リアクターに提供する前に、反応媒体をバルク温度より１℃から１０℃低い温度に冷却することにより行うことができる。
【００１５】
本発明の別の特定の実施形態において、１以上の反応物質の第一のものを、管状リアクター装置の周囲に位置する複数のインジェクター装置により複数の添加点の少なくとも１つにおいて管状リアクターに提供することができる。反応媒体を１以上の反応物質と混合して均一なバルク反応混合物を形成する工程は、少なくとも一部、複数のインジェクター装置の１硫黄を選択し、用いて、管状リアクターの１以上の反応物質の少なくとも最初の１つを提供することにより達成することができる。
【００１６】
本発明のさらに別の実施形態において、シアノヒドリンに関連する発熱反応プロセスは、加水分解反応であり、ここにおいて第一反応物質はアセトンシアノヒドリンを含み、第二反応物質は硫酸、オルエムおよびその混合物からなる群から選択される酸を含む。この実施形態において、バルク反応混合物中に存在する酸：アセトンシアノヒドリンのモル比は、１．３：１〜１．９：１の範囲でありうる。さらに、この実施形態において、加水分解反応の混合生成物は：α−スルファトイソブチルアミド、α−ヒドロキシイソブチルアミド、およびメタクリルアミドからなる群から選択される１以上の生成物を含むことができ；前記方法は：（ｆ）クラッカーリアクターにおいて加水分解反応からの混合生成物を熱変換して、メタクリルアミドおよびメタクリル酸を含むクラッカーリアクター混合物を製造し；さらに（ｇ）少なくとも１つのリアクターにおいてクラッカーリアクター混合物を、アルカノールおよび水から選択される物質と反応させて、メタアクリル酸およびそのエステルから選択されるモノマーを製造することをさらに含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
さらなる特徴および利点は、添付の図面と合わせて本発明の様々な実施形態の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。図中、同様の参照番号は同様の構造を示す。
図１は、反応プロセスがアセトンシアノヒドリンの酸での加水分解反応である本発明の実施形態の概略図である。
図２は、比較のために提供される、アセトンシアノヒドリンの酸での加水分解の公知従来技術のプロセスの概略図である。
【００１８】
前述のように、シアノヒドリンは、強酸の存在下、例えば約７０℃より高い温度などの高温の場合に分解し、その結果、プロセス収率が低下する。さらに、アセトンシアノヒドリン（ＡＣＨ）の硫酸での加水分解反応の記載において、アセトンシアノヒドリンが分解してアセトンとシアン化水素になると、加水分解生成物、そして次いでは下流ＭＡＡおよびＭＡＡエステル生成物の収率が低下するだけでなく、加水分解系におけるさらなる複雑さをももたらしうる。
【００１９】
例えば、アセトンシアノヒドリンの分解により形成されるシアン化水素は、加水分解反応において急速に加水分解され、ホルムアミドに変換される。その後、ゆっくりした速度で、ホルムアミドが熱分解して一酸化炭素（ＣＯ）ガスおよび硫酸アンモニウム塩が形成される。生成物混合物が適切に脱気されないと、ＣＯの存在はそれ自体がポンプキャビテーションとして発現し、プロセス全体およびユニットの操作不能の一因となりうる。プロセスの全体的な温度における増加は、脱気プロセスに役立ち得るが、上昇した加水分解反応温度はアセトンシアノヒドリンの分解のレベルの増大につながる。
【００２０】
さらに、Ｋｉｒｋ−Ｏｔｈｍｅｒ、Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙに記載されている典型的な操作条件下で、アセトンは硫酸によりスルホン酸化されて、モノおよびジスルホン酸の混合物になる。加水分解セクションにおいて、アセトンモノ硫酸（ＡＭＳＡ）が優勢であり、反応が進行するにつれて、さらにアセトンジスルホン酸（ＡＤＳＡ）が増大し、優勢になる。アセトンの各スルホン化反応は水の化学量論的生成が付随するので、この一連の反応は重要である。当該分野において周知であり、米国特許‘０９３において指摘されるように、加水分解反応混合物中に水が存在する場合、これは反応してＳＩＢＡＭをＨＩＢＡＭに変換し、これはその後のクラッキング反応においてＭＡＭに変換するのがさらに困難であり、さらに高温を必要とする。
【００２１】
一般的実施形態において、シアノヒドリンに関する発熱反応プロセスにおいてシアノヒドリンの分解を最小限に抑えるための本発明の方法は、反応媒体を管状リアクターに提供し、１以上の反応物質を管状リアクターに提供する工程を含む。管状リアクターは、少なくとも１つの反応ゾーンをその中に含み、前記の少なくとも１つの反応ゾーン中に位置する内部混合手段を有する。本発明の方法は、少なくとも１つの反応ゾーンにおいて１以上の反応物質と反応媒体を混合することをさらに含む。この混合により、実質的に均一な組成および実質的に均一な反応温度を有するバルク反応混合物が形成される。この方法はさらに、発熱反応プロセスからある量の熱を除去することを含み、ここにおいて除去される熱の量は、発熱反応プロセスにより生じる熱の量と等しい。除去される熱の量と発生する熱の量は本発明の目的に関して等しく、ここにおいて前記量は±１０％、さらには例えば１％以内で互いにほぼ等しい。最後に、本発明の方法は、少なくとも１つの反応ゾーンにおいて１以上の反応物質を反応させて、バルク温度を有する混合生成物を製造する工程を含む。混合生成物のバルク温度は、反応が停止し（例えば、１以上の反応物質の少なくとも１つの実質的に全てが反応したとき）、および混合生成物が管状リアクターを出た後に最適に測定される。
【００２２】
「シアノヒドリンに関連する」発熱反応プロセスとは、反応プロセスの１以上の反応物質および生成物が１以上のシアノヒドリンを含むことを意味する。さらに、当業者らに認識されるように、発熱反応は、ある量の熱を発生する反応であり、ここにおいて熱の量は、これらに限定されないが、反応物質の種類および量、および反応の温度および期間をはじめとする多くの因子に依存する。
【００２３】
本明細書において用いられる場合「シアノヒドリン」なる用語は、一般式：
【化１】
（式中、ＲおよびＲ’は同一または異なっていてもよく、水素および炭化水素からなる群から選択される）を有する化合物を意味する。炭化水素の構造は、特に限定されず、直鎖、分岐鎖、芳香環などを含むことができ、炭化水素は、飽和、置換、または不飽和であってよい。加えて、ＲおよびＲ’は一緒になって脂環式または複素環式部分を形成することができる。
【００２４】
管状リアクターに関して、本発明の方法は、シアノヒドリンに関連する発熱反応プロセスを行うために用いられる１より多い管状リアクター、またはさらには複数の管状リアクター（例えば、シェル＆チューブ式リアクター装置）がある実施形態を含む。１より多い管状リアクターが用いられる場合、少なくとも１つ、好ましくは全部の管状リアクターが、その中に少なくとも１つの反応ゾーンを含み、かつ少なくとも１つの反応ゾーンに位置する内部混合手段を有する。
【００２５】
さらに、管状リアクターの内部混合手段は、静的混合エレメントを含むスタティックミキサー、オリフィスプレート、ベンチュリ、ジェットミキサー、エダクター、多孔板、スパージャー、アジテーター、ロータリーミキサー、高速循環ループ、およびスプレーノズルからなる群より選択される少なくとも１つの装置である。静的混合エレメントは、ブレード、ピン、バフル、管状装入物、および他の剪断誘発装置からなる群から選択される１以上のエレメントでありうる。このような装置および静的混合エレメントは周知であり、例えばＫｏｃｈ−Ｇｌｉｔｓｃｈ，Ｉｎｃ．（カンサス州ウィチタ）、Ｃｈｅｍｉｎｅｅｒ，Ｉｎｃ．（オハイオ州デートン）およびＳｕｌｚｅｒ Ｃｈｅｍｅｔｅｃｈ Ｌｔｄ．（オクラホマ州タルサ）から商業的に入手可能である。
【００２６】
当業者には理解されるように、反応プロセスが腐食性物質（例えば、硫酸または苛性アルカリ）の使用を含む場合、管状リアクターおよびその内部混合手段は、ステンレス鋼（例えば、３００シリーズ、９０４Ｌ、６−ｍｏｌｙ）、タンタル、ジルコニウム、およびＨＡＳＴＥＬＬＯＹ（登録商標）（例えば、Ｂ、Ｂ−２、Ｂ−３、Ｃ−２２、およびＣ−２７６）を包含するが、これに限定されない腐食耐性物質で構築されるべきである。
【００２７】
反応媒体は、反応により消費されず、所望の化学反応の反応物質との混合、含有、および輸送に適した任意の物質であることができ、所望の化学反応および必要とされる反応物質の性質に依存する。例えば、制限なく、適当な反応媒体は、シアノヒドリンに関連する反応プロセスにより製造されることが予想されるのと同じ種類の化合物を含むことができる。実際、反応媒体は、好適には捕捉され、リサイクルされた反応プロセスの生成物を含み得る。従って、ＳＩＢＡＭ、ＨＩＢＡＭおよびＭＡＭを生じると予想されるアセトンシアノヒドリンおよび硫酸の加水分解反応の場合、反応媒体は、適当にはＳＩＢＡＭ、ＨＩＢＡＭおよびＭＡＭのうちの１以上を含みうる。いくつかの態様においては、反応媒体はさらに、希釈物質、例えばヘキサン、二酸化硫黄、または直鎖炭化水素を含みうる。
【００２８】
１以上の反応物質（例えば、加水分解反応における酸）は、反応媒体が管状リアクターに供給される前に、まず１以上の反応物質を反応媒体に添加することにより管状リアクターに間接的に供給することができる。
【００２９】
反応プロセスに用いられる１以上の反応物質は、所望の反応および反応生成物に依存し、適当な反応物質を選択することは当業者の能力の範囲内である。例えば、ＭＡＡおよびそのエステルにさらに変換するためにＳＩＢＡＭ、ＨＩＢＡＭおよびＭＡＭを調製するのが望ましい場合、好適な反応物質はアセトンシアノヒドリンおよび、硫酸、オレウムおよびその混合物からなる群から選択される酸でありうる（前出の米国特許‘０９３に開示されるとおり）。アセトンシアノヒドリンがそれ自体所望の生成物である場合、反応物質はアセトンおよびシアン化水素であることができ（Ｋｉｒｋ−Ｏｔｈｍｅｒ，Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙに記載されているとおり）、強塩基、たとえば水酸化ナトリウムが存在してもよい。この反応において、水も希釈剤として存在することができ、反応は典型的には０℃から２０℃の間で行うことができ、高温（約２０℃超）はこの反応系におけるシアノヒドリンの分解を促進する。メチルエチルケトンシアノヒドリンとして知られている特定のシアノヒドリンを製造するのが望まれる場合、反応物質はシアン化水素酸およびメチルエチルケトン（米国特許第６，７４３，９３８号に開示されているとおり）であり、反応は強塩基、例えばジエチルアミンの存在下で行うことができる。従って、シアノヒドリンは反応プロセスにおいては反応物質であるかまたは反応生成物であることができ、本発明の方法はシアノヒドリンに関連する任意の発熱反応プロセスに有利に適用することができる。
【００３０】
反応媒体を１以上の反応物質と混合して、実質的に均一な組成および実質的に均一な反応温度を有するバルク反応混合物を形成する工程は、少なくとも部分的に本発明に従って、前記の内部混合手段を有する管状リアクターの使用により行われる。
【００３１】
本発明に従って反応媒体および１以上の反応物質を急速かつ十分に混合して均一なバルク反応混合物を形成するための別の方法は、管状リアクター装置の周りに位置する複数のインジェクター装置、例えば制限なく、インジェクターノズルなどを用いて、少なくとも１つの反応物質を管状リアクターに複数の添加点で提供することである。インジェクター装置は、管状リアクタのまわりに、円周上、縦方向またはその両方で配置することができる。さらに、少なくとも１つの反応物質を管状リアクターに様々な異なる添加点で提供するために、インジェクター装置の全てを任意の所定の時間に使用する必要はないが、少なくとも１つ、好ましくは１より多くのインジェクター装置を使用すべきである。この配列は、反応物質を反応媒体中により均一に分布させる働きをする。本発明の特定の実施形態において、前記インジェクター装置から提供される反応物質の注入速度は用いられる各インジェクター装置で同じでありうる。さらに、反応物質の注入速度は、有効な混合を達成するためには、例えば制限なく、１０ｆｔ／秒から８０ｆｔ／秒（３ｍ／秒から２４ｍ／秒）の間、または２０ｆｔ／秒から６５ｆｔ／秒（６ｍ／秒から２０ｍ／秒）の間、さらには２８ｆｔ／秒から４２ｆｔ／秒（８．５ｍ／秒から１３ｍ／秒）の間に維持することができる。
【００３２】
本発明に従って、インジェクター装置を用い、より少ないインジェクターをより低い全製造速度で操作することにより、また同様により多くのインジェクター装置をより高い製造速度で操作することにより、同じ数のインジェクター装置を常に使用し、各ノズルを通る流速を調整するよりは、最適の混合効率を維持することも可能である。後者の手順の結果、反応ゾーン内の異なる位置で、様々な注入速度になり、従って様々な混合効率になるため、前者の手順は、後者の手順よりも良好であると考えられる。例えば、１０のインジェクター装置を異なる注入速度で操作して、１００ポンド／時の全反応物質供給速度を達成することにより、異なる管状リアクターにおいて様々な混合条件および不均質バルク反応混合物が得られる。１０のインジェクター装置をそれぞれ１０ポンド／時で操作することにより、より均一な混合およびより均一なバルク反応混合物が得られる。わずか５０ポンド／時の反応物質の供給速度しか必要でないように製造速度を減少させることに決定されるならば、５つのインジェクター装置のみを操作でき、それぞれは同じ１０ポンド／時であり、一方、他の５のインジェクター装置は使用不能であるかまたは停止され、従って管状リアクター内の混合の均一性が維持される。前記手順のさらなる最適化、ならびに最適インジェクター操作手順を決定するために必要な計算および変換は当業者の能力の範囲内であると考えられる。
【００３３】
アセトンシアノヒドリンの硫酸での加水分解反応である本発明の特定の実施形態において、反応物質、例えばアセトンシアノヒドリンの添加速度は、添加点での温度が、管状リアクターを離れる混合生成物のバルク温度を超えないように制御される。これは、それ以外の方法ではインジェクター装置を通る反応物質の添加点で発生しうるホットスポットを最小限に抑えるか、またはさらには除去する働きをする。
【００３４】
ほとんどの発熱反応に関して、シアノヒドリンに関連する発熱反応プロセスにより生じる熱は、連続的な定常状態において時間にわたり反応プロセスを維持するために除去されなければならない。任意の慣用の冷却手段、例えば、次の装置：シェル＆チューブ式熱交換器、スパイラルクーラー、プレート＆フレーム式交換器、ジャケット付配管部、および内部冷却コイルまたはジャケットを有する容器の１以上を用いて、管状リアクターを冷却することにより熱を除去することができるが、これはもちろんその中の反応ゾーンおよびバルク反応混合物も冷却する。冷却効率を改善するため、および／または汚れに対抗するために、シェル＆チューブ式熱交換器のチューブにおいて攪拌機を使用することが可能である。
【００３５】
本発明に従って、反応媒体を管状リアクターに提供する前に、反応媒体を混合生成物のバルク温度より１℃から１０℃低い温度に冷却することにより、発熱反応プロセスから熱を除去することもできる。本発明のこの態様の結果、反応物質を反応媒体と管状リアクターの少なくとも１つの反応ゾーンにおいて混合すると冷却されたバルク反応混合物が形成され、これは、反応ゾーンにおいて、シアノヒドリンが添加される反応物質であるか、または形成される生成物であるかどうかにかかわらず、シアノヒドリンのクーラー環境を提供する。
【００３６】
さらに、シアノヒドリンはその分解を最小限に抑えるために反応媒体とともに少なくとも１つの反応ゾーンにある際に、シアノヒドリンから熱を除去するのが有利である。本発明の方法に従って、これは少なくとも部分的に、提供される反応物質の量と比較して過剰の反応媒体を少なくとも１つの反応ゾーンに提供することにより達成することができ、これにより反応媒体はヒートシンクになり、シアノヒドリンからの熱の一部を吸収する。例えば、反応媒体および１以上の反応物質は、２：１から２００：１の間、または３：１から１００：１の間、またはさらには４：１から４０：１の間の反応媒体：反応物質の比で提供することができる。反応媒体：反応物質の比が高いほど、より多量の熱を吸収できるさらに大きなヒートシンクを提供すると考えられるので、より良好である。
【００３７】
本発明のもう一つ別の実施形態において、１以上の反応物質は管状リアクターに提供される前に、例えば別の熱交換器（図示せず）を用いることにより冷却することができる。
【００３８】
シアノヒドリンに関連する発熱反応プロセスが、前記のようにＳＩＢＡＭ、ＨＩＢＡＭ、およびＭＡＭを含む混合生成物を生じるアセトンシアノヒドリンおよび硫酸の加水分解反応である場合、ＭＡＡおよびそのエステルを製造するためのさらなる反応について、前記方法はさらに、クラッカーリアクターにおいて加水分解反応からの混合生成物を熱変換して、メタクリルアミドおよびメタクリル酸を含むクラッカーリアクター混合物を製造することを含みうる。クラッカーリアクター混合物を次いで少なくとも１つのリアクターにおいて、アルカノールおよび水から選択される物質と反応させて、メタクリル酸およびそのエステルから選択されるモノマーを製造することができる。適当なアルカノールの例としては、これらに限定されるわけではないが、メタノール、エタノール、およびブタノールが挙げられる。
【００３９】
前記特徴に加えて、当業者らは、本発明の方法に対する多くの追加および修正（その全ては本発明の範囲内に含まれることが意図される）を認識し、開発することが可能である。例えば、発熱反応プロセスがアセトンシアノヒドリンの硫酸での加水分解反応である場合、反応プロセスは二段階系、すなわち２つの管状リアクターを有し、ここにおいてアセトンシアノヒドリン反応物質フィードが２つのリアクター間で分割され、５０％から９５％の間のアセトンシアノヒドリン反応物が第一リアクターに提供され、残りが第二リアクターに提供される。
【００４０】
当業者らには理解されるように、シアノヒドリンを含む反応プロセスは、高粘度のプロセス流れを輸送し、ポンプで送り込む必要性も含みうる。高粘度サービスポンプ、例えばこれらに限定されないが、ディスクポンプ（Ｄｉｓｃｆｌｏ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（カリフォルニア州サンティー）から商業的に入手可能）、容積移送式ポンプ、またはギアポンプを用いてプロセス装置間で反応媒体および混合生成物の１以上を輸送し、循環することができる。さらに高い局在化モル比を提供し、粘度効果を低下させるために、１以上の反応物質、例えば加水分解反応における酸を、管状リアクターに反応媒体を提供する前に反応媒体中に注入することができる。
【００４１】
例えば反応プロセスがアセトンシアノヒドリンの硫酸での加水分解反応である場合の反応プロセスにおける条件は、混合生成物の脱気を有利にすることができる。このような状況において、これらに限定されないが：緩衝板、コアレッサー、バフル、遠心分離器（例えば、ＮＡＴＣＯ Ｇｒｏｕｐ，Ｉｎｃ．（テキサス州ヒューストン）から入手可能な「Ｐｏｒｔａ−Ｔｅｓｔ Ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎ」脱気器）、バキュームチャンバー、ディストリビューター、ノズル、絞り弁、フラッシュタンク、沈殿チャンバー、ＡＳＰ型脱気ポンプ（Ｙｏｋｏｔａ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｏ．（日本、広島）から商業的に入手可能）、およびＫｕｒａｂｏインライン脱気装置（Ｋｕｒａｂｏ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ Ｌｔｄ（日本、大阪）から商業的に入手可能）からなる群から選択される１以上の装置をふくむ任意の公知の脱気手段が好適である。
【００４２】
当業者により容易に決定できるように、１以上の重合阻害剤を反応プロセス、例えば１以上の反応物質に、これらを管状リアクターに提供する前に添加することも有利である。好適な重合阻害剤は、少なくとも部分的に、反応プロセスに含まれる反応物質および生成物の種類に依存する。例えば、発熱反応プロセスがアセトンシアノヒドリンの硫酸での加水分解反応である場合、好適な阻害剤は、これらに限定されないが、フェノチアジンを含む。
【００４３】
さらに、発熱反応プロセスがアセトンシアノヒドリンの硫酸での加水分解反応である場合、バルク反応混合物中に存在する酸：アセトンシアノヒドリンのモル比は、１．３：１〜１．９：１の範囲である。
【００４４】
これらおよび他の類似した改変は、当業者には容易に示唆され、本明細書において開示される本発明の精神および添付の請求の範囲内に含まれることを意図される。
【実施例】
【００４５】
以下の実施例は、同じ条件で作動する２種の商業的規模の加水分解反応プロセスについての比較収率を提供する。これらの実施例の結果は、特にアセトンシアノヒドリンの硫酸での加水分解反応に適用された場合に、シアノヒドリンに関連する従来のＣＳＴＲベースの反応プロセスよりすぐれた本発明の方法により得られる収率の利点を示す。アセトンシアノヒドリン反応物質および硫酸反応物質の組成は、実施例１および実施例２のどちらについても同じであった。
【００４６】
実施例１
比較例−従来法
Ｋｉｒｋ−Ｏｔｈｍｅｒおよび米国特許‘０９３に開示されているタイプの第一加水分解プロセス（従来技術）を図２により示し、直列に並んだ２つのＣＳＴＲリアクターを含んでいた。このシステムは、Ｈ２ＳＯ４：ＡＣＨモル比が１．４８、ＡＣＨ添加分割比が２．３：１で操作され、ここにおいて全ＡＣＨフィードの７０重量％が第一反応段階に添加され、全ＡＣＨフィードの３０重量％が第二反応段階に添加された。硫酸を９９．５％の濃度で、そしてＡＣＨを９８．５％の濃度でこのシステムにおける反応物質として使用した。
【００４７】
特に、この実施例において用いられる加水分解システムの第一反応段階は、第一段階ＣＳＴＲ２３０、遠心ポンプ２１０、熱交換器２２０、および関連する第一段階循環パイプ（２０３、２０４、２０５）を含んでいた。ＣＳＴＲ２３０は、５０００ｇａｌ（１９立方メートル）の容器およびリアクター内容物の効率の高い撹拌のためのデュアルインペラー勾配付ブレードアジテータを備えていた。第一段階ＣＳＴＲ２３０への液面下ＡＣＨ添加は、第一ディップパイプを用いて２０１を介して提供された。同様に、第一段階ＣＳＴＲ２３０への液面下硫酸添加は、第二ディップパイプを用いて２０２を介して提供された。これらのディップパイプは、混合の効率を最大にするために、アジテーターブレードの先端付近の乱流ゾーン中に反応物質の流れを向ける働きをした。アセトン中ＰＴＺ阻害剤溶液（図示せず）も、ポリマー形成を遅らせるためにＣＳＴＲ２３０中に添加された。熱電対Ｔ２３０を用いてＣＳＴＲ２３０の底部におけるバルク液体の温度をモニターすることができた。
【００４８】
流れ２０３は加水分解ミックスをポンプ２１０に提供し、次いで約２８０万 ｌｂｓ／時（すなわち、４０００ｇｐｍ、１５，１４０リットル／分）の連続速度で第一段階循環パイプを通って加水分解ミックスを循環させた。流れ２０４は加水分解ミックスをポンプ２１０の排出から熱交換器２２０へと輸送し、ここで冷却された。熱交換器２２０はシェル＆チューブ式交換器であり、プロセス流れ（加水分解ミックス）はシェル側を通り、基準温度６０℃に調節された水流はチューブ側を通った。冷却された加水分解ミックスは流れ２０５により熱交換器をでて、ＣＳＴＲ２３０に戻された。加水分解ミックスから除去された気体は、廃棄するためにプロセスフレアヘッダー（図示せず）に排出された。脱気された加水分解ミックスはＣＳＴＲ２３０側面からあふれ出し、流れ２０９により第二反応段階に向けて輸送された。
【００４９】
この実施例において用いられる加水分解システムの第二反応段階は、第二段階ＣＳＴＲ２６０、遠心ポンプ２４０、熱交換器２５０、および関連する第２段階循環パイプ（２１３、２１４、２１５）を含んでいた。ＣＳＴＲ２６０は、５０００ｇａｌ（１９立方メートル）の容器およびリアクター内容物の効率の高い撹拌のためのデュアルインペラー勾配付ブレードアジテータを備えていた。第二段階ＣＳＴＲ２３０への液面下ＡＣＨ添加は、第一ディップパイプを用いて２１１を介して提供された。第二段階ＣＳＴＲ２３０への任意の液面下硫酸（２１２）添加は、この実施例においては使用しなかった。第一段階ＣＳＴＲディップパイプと同様に、これらの第二段階ディップパイプは、混合の効率を最大にするために、アジテーターブレードの先端付近の乱流ゾーン中に反応物質の流れを向ける働きをした。熱電対Ｔ２６０を用いてＣＳＴＲ２６０の底部におけるバルク液体の温度をモニターすることができた。
【００５０】
流れ２１３は、加水分解ミックスをポンプ２４０に提供し、次いで約４２０万 ｌｂｓ／時（すなわち、６０００ｇｐｍ、２２，７００リットル／分）の連続速度で第二段階循環パイプを通って加水分解ミックスを循環させた。流れ２１４は加水分解ミックスをポンプ２４０の排出物から熱交換器２５０へと輸送し、ここで冷却された。熱交換器２５０はシェル＆チューブ式交換器であり、プロセス流れ（加水分解ミックス）はシェル側を通り、基準温度６５℃に調節された水流はチューブ側を通った。冷却された加水分解ミックスは流れ２１５により熱交換器をでて、ＣＳＴＲ２６０に戻された。加水分解ミックスから除去された気体は、廃棄するためにプロセスフレアヘッダー（図示せず）に排出された。脱気された加水分解ミックスはＣＳＴＲ２６０側面からあふれ出し、流れ２１９によりクラッカーリアクターに向けて輸送された。
【００５１】
この実施例において、第一反応段階ＣＳＴＲ（２３０）を出る反応混合物のバルク温度は、熱電対Ｔ２３０で測定されるように、８５℃に一定に保たれ；第二反応段階ＣＳＴＲ（２６０）を出る反応混合物のバルク温度は、熱電対Ｔ２６０で測定されるように、１０１℃に一定に保たれた。
【００５２】
定常条件下で、最終加水分解ミックスのサンプルを、十分に断熱されたサンプル容器（Ｔｈｅｒｍｏｓ（商標）ブランド 真空瓶）を用いて流れ２１９から集めた。
【００５３】
代表的な加水分解ミックスのアリコート（〜１０ｇ）を取り出し、撹拌棒を含む、風袋を測定したジャーに入れ、その重量を記録した。メタンスルホン酸（９９．５％純度、〜３ｇ、Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから入手）を内部標準としてシリンジから添加し、重量を全て記録した。混合物を６０℃の恒温水浴中で４０分間撹拌した。結果として得られる混合物のアリコート（〜０．２ｇ）を取り出し、ＮＭＲチューブ中に入れ、重水素化ニトロメタン（ＣＤ３ＮＯ２、Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから入手）で希釈した。透明で均一な混合物をＶａｒｉａｎ Ｉｎｏｖａ ５００装置でＮＭＲにより分析した。
【００５４】
前記プロセスにより製造されるＳＩＢＡＭ、ＨＩＢＡＭおよびＭＡＭの合計モル収率を表１に記載する。
【００５５】
実施例２
本発明の方法による改善された加水分解システム（発明）を図１により示し、２つの連続流反応段階を含んでいた。このシステムは、前記実施例１のＣＳＴＲベースの加水分解システムに使用したのと同じ条件下で操作された。
【００５６】
詳細には、この改良された加水分解システムは、Ｈ２ＳＯ４：ＡＣＨモル比が１．４８、ＡＣＨ添加分割比が２．３：１で操作され、ここにおいて全ＡＣＨフィードの７０重量％が第一反応段階に添加され、全ＡＣＨフィードの３０重量％が第二反応段階に添加された。前記実施例におけるのと同様に、硫酸を９９．５％の濃度で、そしてＡＣＨを９８．５％の濃度で反応物質として使用した。
【００５７】
この実施例において用いられる加水分解システムの第一反応段階は、ＡＣＨ混合装置１０、脱気装置２０、遠心ポンプ３０、熱交換器４０、および関連する第一段階循環パイプ（３、４、５、７、８）を含んでいた。硫酸（６）を混合Ｔ字管を通って流れ５において加水分解ミックス中に添加した。流れ５は加水分解ミックスをポンプ３０に供給し、これは次いで約２５０万 ｌｂｓ／時（３５００ｇｐｍ、１３，２５０リットル／分）の連続速度で第一段階循環パイプを通って加水分解ミックスを循環させた。流れ７は加水分解ミックスをポンプ３０の排出から熱交換器４０へと輸送し、ここで冷却された。熱交換器４０はシェル＆チューブ式交換器であり、プロセス流れ（加水分解ミックス）はシェル側を通り、基準温度６０℃に調節された水流はチューブ側を通った。冷却された加水分解ミックスは流れ８により熱交換器を出た。冷却された加水分解ミックスの温度を、熱電対Ｔ８を用いてモニターすることができた。加水分解ミックスは次いでＡＣＨ混合装置１０に入り、ここにおいてＡＣＨは加水分解ミックス流れ中に添加された。ＡＣＨ混合装置１０は、直径１２”の配管セクション内に直列に取り付けられた４つのＫｏｃｈ ＳＭＸＬ混合エレメント（Ｋｏｃｈ−Ｇｌｉｔｓｃｈ，Ｉｎｃ．（カンサス中ウィチタ）から入手可能）からなる１つの静的混合ユニットを含んでいた。静的混合ユニットは約１９０インチの長さであった。ＡＣＨ混合装置１０は、２組のＡＣＨインジェクター：前記混合装置の入口末端から約３０”離れて配置された４つのインジェクターの第一組（１）および前記混合エレメントの入口末端から約４５”離れて配置された４つのインジェクターの第二組（２）をさらに含んでいた。一組になった４つのインジェクターのうちのそれぞれは、パイプセクションの円周に沿って等間隔であった。例えば、１つのインジェクターがそれぞれパイプセクションの中心線に関して０°、９０°、１８０°、および２７０°で配置されていた。各インジェクターは内径０．２９０”のオリフィスを含み、配管セクションの壁上にフラッシュマウントされ、これを通って液体ＡＣＨが１秒当たり約３６フィート（１秒当たり約１１メートル）の速度で静的混合ユニット中に流れた。この速度で、静的混合ユニットの中心線に向かってパイプセクションの壁から横断するために十分な運動エネルギーを有するＡＣＨの噴流が生じ、これにより急速で、有効な混合が確実にできた。この特定の具体例の操作速度に関して、８つのインジェクターのうち６つ：インジェクターの第一組の４つ全部およびインジェクターの第二組の２つを使用した。作動しているインジェクターの内、全部を同じＡＣＨ流速で作動させた。発熱ＡＣＨ加水分解反応の結果として、加水分解ミックスはＡＣＨ混合装置内で温められた。温加水分解ミックスは流れ３によりＡＣＨ混合装置から出て、脱気装置２０中に入った。アセトン中ＰＴＺ阻害剤溶液（９）を加水分解ミックス流れ３中に添加して、ポリマー形成を遅らせた。
【００５８】
脱気装置２０は撹拌されていない５６００ガロン（２１立方メートル）の脱気容器を備えており、「Ｐｏｒｔａ−Ｔｅｓｔ Ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎ」型遠心気体／液体分離器（ＮＡＴＣＯ Ｇｒｏｕｐ，Ｉｎｃ．（テキサス州ヒューストン）により設計および製造された）が取り付けられていた。加水分解ミックスから除去された気体を廃棄するためにプロセスフレアヘッダー（図示せず）に排出させ；脱気された加水分解ミックスを脱気容器の底部においてバルク液体として集めた。脱気容器の底部におけるバルク液体の温度は、熱電対Ｔ２０を用いてモニターすることができた。脱気された加水分解ミックスを脱気容器の底部から抜き取り、２つの流に分割した：流れ４９は加水分解ミックスの第一の部分を第二反応段階へ向かって輸送し、一方、流れ５は加水分解ミックスの第二の部分を第一段階循環を維持するために遠心ポンプ３０に戻した。
【００５９】
この実施例において用いられる本発明の加水分解システムの第二反応段階は、ＡＣＨ混合装置５０、脱気装置６０、遠心ポンプ７０、熱交換器４０、および関連する第二段階循環パイプ（１３、１４、１５、１７、１８）を含んでいた。流れ４９からの加水分解ミックスは第二段階に入り、流れ１５中の加水分解ミックスと組み合わせられた。この特定の具体例において、任意の硫酸（１６）は添加されなかった。流れ１５は加水分解ミックスをポンプ７０に供給し、これは次いで約２２０万 ｌｂｓ／時（３０００ｇｐｍ、１１，３６０リットル／分）の連続速度で第二段階循環パイプを通って加水分解ミックスを循環させた。流れ１７は加水分解ミックスをポンプ７０の排出から熱交換器８０へと輸送し、ここで冷却された。熱交換器８０はシェル＆チューブ式交換器であり、プロセス流れ（加水分解ミックス）はチューブ側を通り、基準温度７０℃に調節された水流はシェル側を通った。冷却された加水分解ミックスは流れ１８により熱交換器を出た。冷却された加水分解ミックスの温度を、熱電対Ｔ１８を用いてモニターすることができた。加水分解ミックスは次いでＡＣＨ混合装置５０に入り、ここにおいてＡＣＨは加水分解ミックス流れ中に添加された。ＡＣＨ混合装置５０は、直径１２”の配管セクション内に直列に取り付けられた４つのＫｏｃｈ ＳＭＸＬ混合エレメントからなる１つの静的混合ユニットを含んでいた。静的混合ユニットは約２１０インチの長さであった。ＡＣＨ混合装置５０はさらに、２組のＡＣＨインジェクター：前記混合装置の入口末端から約３０”離れて配置された４つのインジェクターの第一組（１）および前記混合エレメントの入口末端から約４５”離れて配置された４つのインジェクターの第二組（２）をさらに含んでいた。一組になった４つのインジェクターのうちのそれぞれが、パイプセクションの円周に沿って等間隔であった。例えば、１つのインジェクターはそれぞれパイプセクションの中心線に関して０°、９０°、１８０°、および２７０°で配置されていた。各インジェクターは内径０．１７５”のオリフィスを含み、配管セクションの壁上にフラッシュマウントされ、これを通って液体ＡＣＨが１秒当たり約６２フィート（１秒当たり約１９メートル）の速度で静的混合ユニット中に流れた。この速度で、静的混合ユニットの中心線に向かってパイプセクションの壁から横断するために十分な運動エネルギーを有するＡＣＨの噴流が生じ、これにより急速で、有効な混合が確実にできた。この特定の具体例の操作速度に関して、４つのインジェクターの第一組のみを使用し；作動しているインジェクターのうち、全部を同じＡＣＨ流速で作動させた。発熱ＡＣＨ加水分解反応の結果として、加水分解ミックスはＡＣＨ混合装置内で温められた。温加水分解ミックスは流れ１３によりＡＣＨ混合装置を出て、脱気装置６０に入った。この特定の実施例において、任意のアセトン中ＰＴＺ阻害剤溶液（１９）は添加されなかった。
【００６０】
脱気装置６０は撹拌されていない１０，９００ガロン（４１立方メートル）の脱気容器を備えており、その中には「Ｐｏｒｔａ−Ｔｅｓｔ Ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎ」型遠心気体／液体分離器（ＮＡＴＣＯ Ｇｒｏｕｐ，Ｉｎｃ．（テキサス州ヒューストン）により設計および製造される）が取り付けられた。加水分解ミックスから除去された気体を廃棄するためにプロセスフレアヘッダー（図示せず）に排出させ；脱気された加水分解ミックスを脱気容器の底部においてバルク液体として集めた。脱気容器の底部におけるバルク液体の温度は、熱電対Ｔ６０を用いてモニターすることができた。脱気された加水分解ミックスを脱気容器（１４）の底部から抜き取り、２つの流れに分割した：流れ９９は加水分解ミックスの第一の部分をクラッカーリアクター（１００）へ向けて輸送し、一方、流れ１５は加水分解ミックスの第二の部分を、第二段階循環を維持するために遠心ポンプ７０に戻した。
【００６１】
この実施例において、第一段階脱気装置（２０）を出る反応混合物のバルク温度は、熱電対Ｔ２０により測定されるように、８５℃に一定に保持され；第二段階脱気装置（６０）を出る反応混合物のバルク温度は、熱電対Ｔ６０により測定されるように、１０１℃に一定に保持された。
【００６２】
定常条件下で、最終加水分解ミックスのサンプルを、十分に断熱されたサンプル容器（Ｔｈｅｒｍｏｓ（商標）ブランド 真空瓶）を用いて流れ９９から集めた。
【００６３】
前記実施例においてと同様に、加水分解ミックスサンプルを酸性化し、希釈し、ＮＭＲにより分析した。前記の本発明の方法により製造されるＳＩＢＡＭ、ＨＩＢＡＭおよびＭＡＭの合計モル収率を表１に記載する。
【００６４】
【表１】
【００６５】
この比較例は、本発明の連続流反応システムがＡＣＨ加水分解反応を行うために使用される場合、従来法ＣＳＴＲベースのシステムよりも高いＡＣＨ収率をもたらすことを示す。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】図１は、反応プロセスがアセトンシアノヒドリンの酸での加水分解反応である本発明の実施形態の概略図である。
【図２】図２は、比較としての、アセトンシアノヒドリンの酸での加水分解の公知従来技術のプロセスの概略図である。
【符号の説明】
【００６７】
１ インジェクター第一組
２ インジェクター第二組
３、４、５、７、８、２０３、２０４、２０５ 第一段階循環パイプ
６ 硫酸
Ｔ８、Ｔ１８、Ｔ２０、Ｔ６０、Ｔ２３０、Ｔ２６０ 熱電対
９ アセトン中ＰＴＺ阻害剤溶液
１０、５０ ＡＣＨ混合装置
１１、１２、４９、９９、２０９、２１９ 流れ
１３、１５、１７、１８、２１３、２１４、２１５ 第二段階循環パイプ
１４ 脱気容器の底部（第二段階循環パイプ）
１６ 任意の硫酸
１９ 任意のアセトン中ＰＴＺ阻害剤溶液
２０ 第一段階脱気装置
３０、７０、２１０、２４０ 遠心ポンプ
４０、８０、２２０、２５０ 熱交換器
６０ 第二段階脱気装置
１００ クラッカーリアクター
２０１、２１１ 第一ディップパイプ
２０２ 第二ディップパイプ
２１２ 任意の液面下硫酸
２３０ 第一反応段階ＣＳＴＲ
２６０ 第二反応段階ＣＳＴＲ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ある量の熱を生じさせる、シアノヒドリンに関連する発熱反応プロセスにおいて、シアノヒドリンの分解を最小限にする方法であって：
当該方法が
（ａ）少なくとも１つの反応ゾーンをその中に含み、かつ前記の少なくとも１つの反応ゾーンに位置する内部混合手段を有する管状リアクターに反応媒体を提供する工程；
（ｂ）１以上の反応物質を前記管状リアクターに提供する工程；
（ｃ）前記反応媒体を１以上の反応物質と、前記の少なくとも１つの反応ゾーンにおいて混合し、これにより実質的に均一な組成および実質的に均一な反応温度を有するバルク反応混合物を形成する工程；
（ｄ）発熱反応プロセスからある量の熱を除去する工程であって、前記の熱の量が発熱反応プロセスにより生じる熱の量と等しいものである工程；および
（ｅ）前記の少なくとも１つの反応ゾーンにおいて前記の１以上の反応物質を反応させて、バルク温度を有する混合生成物を製造する工程を含む、方法。
【請求項２】
ある量の熱を除去する工程が、前記反応媒体を前記管状リアクターに提供する前に、前記反応媒体を前記バルク温度よりも１℃から１０℃低い温度に冷却することにより行われる請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記反応媒体および前記の１以上の反応物質が、２：１から２００：１の間の反応媒体：反応物質の比で提供される請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記の１以上の反応物質の少なくとも第一のものが前記管状リアクターに、複数の添加点の少なくとも１つにおいて、前記管状リアクター装置の周りの円周に位置する、複数のインジェクター装置により提供される請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記の１以上の反応物質の少なくとも第一のものを前記管状リアクターに提供するために、前記の複数のインジェクター装置の１以上を選択し、使用することにより、反応媒体を１以上の反応物質と混合する工程が、少なくとも部分的に達成される請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記反応媒体を前記管状リアクターに提供する前に、前記の１以上の反応物質の少なくとも第二のものを前記反応媒体にまず添加することにより、前記の１以上の反応物質の少なくとも第二のものが前記管状リアクターに間接的に提供される請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記内部混合手段が：スタティックミキサー、オリフィスプレート、ベンチュリ、ジェットミキサー、エダクター、多孔板、スパージャー、アジテーター、ロータリーミキサー、高速循環ループ、およびスプレーノズル；からなる群から選択される少なくとも１つの装置である請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記管状リアクターが、少なくとも２つの管状リアクターを含む請求項１記載の方法。
【請求項９】
シアノヒドリンに関連する反応プロセスが加水分解反応であり、第一反応物質が、アセトンシアノヒドリンを含み、第二反応物質が：硫酸、オルエムおよびそれらの混合物；からなる群から選択される酸を含む請求項１記載の方法。
【請求項１０】
バルク反応混合物中に存在する酸：アセトンシアノヒドリンのモル比が、１．３：１〜１．９：１の範囲である請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記加水分解反応の前記混合生成物が：α−スルファトイソブチルアミド、α−ヒドロキシイソブチルアミド、およびメタクリルアミドからなる群から選択される１以上の生成物を含み：
方法が
（ｆ）クラッカーリアクター中で加水分解反応からの混合生成物を熱変換させて、メタクリルアミドおよびメタクリル酸を含むクラッカーリアクター混合物を製造する工程；および
（ｇ）少なくとも１つのリアクター中でクラッカーリアクター混合物を、アルカノールおよび水から選択される物質と反応させて、メタクリル酸およびそのエステルから選択されるモノマーを製造する工程をさらに含む、請求項９記載の方法。
【請求項１】
ある量の熱を生じさせる、シアノヒドリンに関連する発熱反応プロセスにおいて、シアノヒドリンの分解を最小限にする方法であって：
当該方法が
（ａ）少なくとも１つの反応ゾーンをその中に含み、かつ前記の少なくとも１つの反応ゾーンに位置する内部混合手段を有する管状リアクターに反応媒体を提供する工程；
（ｂ）１以上の反応物質を前記管状リアクターに提供する工程；
（ｃ）前記反応媒体を１以上の反応物質と、前記の少なくとも１つの反応ゾーンにおいて混合し、これにより実質的に均一な組成および実質的に均一な反応温度を有するバルク反応混合物を形成する工程；
（ｄ）発熱反応プロセスからある量の熱を除去する工程であって、前記の熱の量が発熱反応プロセスにより生じる熱の量と等しいものである工程；および
（ｅ）前記の少なくとも１つの反応ゾーンにおいて前記の１以上の反応物質を反応させて、バルク温度を有する混合生成物を製造する工程を含む、方法。
【請求項２】
ある量の熱を除去する工程が、前記反応媒体を前記管状リアクターに提供する前に、前記反応媒体を前記バルク温度よりも１℃から１０℃低い温度に冷却することにより行われる請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記反応媒体および前記の１以上の反応物質が、２：１から２００：１の間の反応媒体：反応物質の比で提供される請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記の１以上の反応物質の少なくとも第一のものが前記管状リアクターに、複数の添加点の少なくとも１つにおいて、前記管状リアクター装置の周りの円周に位置する、複数のインジェクター装置により提供される請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記の１以上の反応物質の少なくとも第一のものを前記管状リアクターに提供するために、前記の複数のインジェクター装置の１以上を選択し、使用することにより、反応媒体を１以上の反応物質と混合する工程が、少なくとも部分的に達成される請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記反応媒体を前記管状リアクターに提供する前に、前記の１以上の反応物質の少なくとも第二のものを前記反応媒体にまず添加することにより、前記の１以上の反応物質の少なくとも第二のものが前記管状リアクターに間接的に提供される請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記内部混合手段が：スタティックミキサー、オリフィスプレート、ベンチュリ、ジェットミキサー、エダクター、多孔板、スパージャー、アジテーター、ロータリーミキサー、高速循環ループ、およびスプレーノズル；からなる群から選択される少なくとも１つの装置である請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記管状リアクターが、少なくとも２つの管状リアクターを含む請求項１記載の方法。
【請求項９】
シアノヒドリンに関連する反応プロセスが加水分解反応であり、第一反応物質が、アセトンシアノヒドリンを含み、第二反応物質が：硫酸、オルエムおよびそれらの混合物；からなる群から選択される酸を含む請求項１記載の方法。
【請求項１０】
バルク反応混合物中に存在する酸：アセトンシアノヒドリンのモル比が、１．３：１〜１．９：１の範囲である請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記加水分解反応の前記混合生成物が：α−スルファトイソブチルアミド、α−ヒドロキシイソブチルアミド、およびメタクリルアミドからなる群から選択される１以上の生成物を含み：
方法が
（ｆ）クラッカーリアクター中で加水分解反応からの混合生成物を熱変換させて、メタクリルアミドおよびメタクリル酸を含むクラッカーリアクター混合物を製造する工程；および
（ｇ）少なくとも１つのリアクター中でクラッカーリアクター混合物を、アルカノールおよび水から選択される物質と反応させて、メタクリル酸およびそのエステルから選択されるモノマーを製造する工程をさらに含む、請求項９記載の方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００６−１４３７３２（Ｐ２００６−１４３７３２Ａ）
【公開日】平成１８年６月８日（２００６．６．８）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００５−３３７０１２（Ｐ２００５−３３７０１２）
【出願日】平成１７年１１月２２日（２００５．１１．２２）
【出願人】（５９０００２０３５）ローム アンド ハース カンパニー (524)
【氏名又は名称原語表記】ＲＯＨＭ ＡＮＤ ＨＡＡＳ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月８日（２００６．６．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３３７０１２（Ｐ２００５−３３７０１２）
【出願日】平成１７年１１月２２日（２００５．１１．２２）
【出願人】（５９０００２０３５）ローム アンド ハース カンパニー (524)
【氏名又は名称原語表記】ＲＯＨＭ ＡＮＤ ＨＡＡＳ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
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