離心接觸式分離器中的連續(xù)化學(xué)工藝的制作方法

專利名稱：離心接觸式分離器中的連續(xù)化學(xué)工藝的制作方法
離心接觸式分離器中的連續(xù)化學(xué)工藝
本發(fā)明涉及將離心接觸式分離器用于進(jìn)行反應(yīng)的用途。本發(fā)明還涉及 在離心接觸式分離器中進(jìn)行反應(yīng)的工藝，并涉及在離心接觸式分離器中進(jìn) 行催化反應(yīng)的工藝。
離心接觸式分離器是已知的設(shè)備。圖1示出了這種離心接觸式分離器 的剖面圖。離心接觸式分離器通常包括一個(gè)設(shè)置在圓筒狀外殼內(nèi)的可旋轉(zhuǎn)
的內(nèi)筒。通常，外殼連接有兩個(gè)進(jìn)口，分別對(duì)應(yīng)于兩個(gè)不互溶的相(A和 B)，這兩個(gè)相被泵送到設(shè)備中。在離心接觸式分離器中，兩個(gè)液相通過(guò) 內(nèi)筒的旋轉(zhuǎn)力而充分混合(見(jiàn)圖1的示意性表示)?；旌习l(fā)生在內(nèi)筒的外 側(cè)，當(dāng)混合物進(jìn)入內(nèi)筒時(shí)也可能在一定程度上發(fā)生在內(nèi)筒的內(nèi)部。然后， 通過(guò)快速旋轉(zhuǎn)內(nèi)筒所產(chǎn)生的離心力來(lái)使兩相在內(nèi)筒中分離。分離之后，兩 個(gè)新相A'和B'分別通過(guò)兩個(gè)出口離開(kāi)設(shè)備(圖l)。
具有設(shè)置在柱狀外殼內(nèi)的可旋轉(zhuǎn)的內(nèi)筒的離心接觸式分離器的已知用 途是分離液體混合物，這是基于這些液體的密度差異。例如，US 3931928 描述，混合液體被引入內(nèi)筒，內(nèi)筒在其軸向一端具有一個(gè)同心的開(kāi)口，被 分離的比重較小的組分從該開(kāi)口通過(guò)。接觸式分離器的用途在放射性材料 加工領(lǐng)域是已知的。Taylor等(1998， Journal of Alloys and Compounds 271-273， 534-537)描述了在核燃料后處理中將Pu (IV)和Np (IV)與U (VI)分離，其中建議使用離心接觸器來(lái)研究Np和U復(fù)合物的分離。離 心接觸式反應(yīng)器的另一個(gè)已知用途是，在離心反應(yīng)分離器中將氣體與液體 或與液體或精細(xì)分散在液體中的固體物質(zhì)反應(yīng)，這在GB 1223610中有報(bào) 道。
US 2,995，612公開(kāi)了將含有多個(gè)逐級(jí)的同心筒的離心接觸器用于烷 烴、芳烴或環(huán)烷烴的催化垸基化反應(yīng)(在液體催化劑的存在下)，其中在 催化劑與烴相之間形成了薄膜式接觸，這極大地限制了烷基化產(chǎn)物與催化 劑接觸，從而抑制了副反應(yīng)。
4許多其它的離心接觸式分離設(shè)備也被描述，例如可從Costner Industries Nevada Corporation (CINC)獲得的CINC分離器。這種類型的 分離器是公知的并且描述在例如以下專利中US 3931928、 3955757、 4175040、 4525155、 4634416、 4816152、 4959158、 5024647、 5762800、 6346069、 6607473、 6719681。通過(guò)引用將這些專利文獻(xiàn)的全部公開(kāi)內(nèi)容 結(jié)合在本文中。另外的信息可例如在Costner Industries的網(wǎng)站w麗.cit-ind.com上找到。其它相關(guān)信息可在Auxill Nederland BV (CINC分離器 (也稱為CIT液液離心器)的銷售商)的網(wǎng)頁(yè)上找到(見(jiàn) www.auxill.nl/uk/cit.separator.php)。除了 CINC離心接觸式分離器以外的離心分離器或萃取器也可從法國(guó) 的Roussel-Robatel of Annanoy獲得，例如離心分離器型號(hào)8XP或型號(hào) BXP 360P。離心萃取器的其它來(lái)源對(duì)于業(yè)內(nèi)人士來(lái)說(shuō)是公知的。這些離心分離器可以以銷售商提供的任何尺寸和形式使用。例如， CINC離心接觸式分離器型號(hào)的尺寸范圍為0.5加侖/分鐘(gpm)(即1.9 升/分鐘(1pm) ) (V-02型)至600 gpm (2271 1pm) (V-36型)，在這 之間還有6 gpm (22.7 1pm) (V-05型)、30 gpm (113.5 1pm) (V-10 型)、90 gpm (340.6 1pm) (V-16型)禾H 200 gpm (757 1pm) (V-20 型)。已知的用于進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的工藝的問(wèn)題是(特別是對(duì)于快速和/或放熱 反應(yīng))，由于傳質(zhì)和/或傳熱的問(wèn)題，在現(xiàn)有的用于進(jìn)行反應(yīng)的設(shè)備中產(chǎn)生 局部的濃度和/或溫度梯度，這可能導(dǎo)致所進(jìn)行的反應(yīng)失控。還可能由于反 應(yīng)物簡(jiǎn)單的接觸而形成爆炸性混合物。此外，反應(yīng)的選擇性也可能受到局 部的高反應(yīng)物梯度或局部過(guò)熱影響。在精細(xì)化學(xué)品的生產(chǎn)中，幾乎總是使 用多用途間歇式反應(yīng)器來(lái)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。顯然，間歇式反應(yīng)器并不十分適 合解決傳質(zhì)和傳熱相關(guān)的問(wèn)題。性能優(yōu)異的連續(xù)反應(yīng)器也是已知的，但這 種反應(yīng)器的設(shè)計(jì)導(dǎo)致其通常僅適用于單一工藝，例如大規(guī)模化學(xué)工藝。因 此，這些解決方案不適合生產(chǎn)精細(xì)化學(xué)品。為了防止在精細(xì)化學(xué)品生產(chǎn)中 出現(xiàn)不可控制的傳質(zhì)和/或傳熱問(wèn)題，已知手段例如是采用微型反應(yīng)器，其 中反應(yīng)物通過(guò)直徑僅為數(shù)微米的通道泵送，這使得混合和散熱十分迅速。然而，這些微型反應(yīng)器價(jià)格昂貴，而且只能通過(guò)將許多微型反應(yīng)器并聯(lián)來(lái) 放大。這導(dǎo)致在規(guī)模上不具優(yōu)勢(shì)。此外，小直徑通道容易因結(jié)垢而堵塞， 這是由小顆?；蛟诜磻?yīng)中作為副產(chǎn)物形成的固體造成的。因此，需要一種 反應(yīng)迅速、反應(yīng)物瞬間精細(xì)混合并且可以通過(guò)增大尺寸以常規(guī)方式放大的 設(shè)備。而且，該設(shè)備應(yīng)當(dāng)具有足夠的靈活性，可用作多產(chǎn)品設(shè)備。
現(xiàn)已令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，通過(guò)在離心接觸式反應(yīng)器中以連續(xù)或半連續(xù)方 式在兩相體系中進(jìn)行反應(yīng)，可使該反應(yīng)以更安全的方式進(jìn)行。因此，本發(fā) 明涉及離心接觸式分離器在兩種不互溶的液體所形成的液液乳液中進(jìn)行反 應(yīng)的用途，其中所述反應(yīng)在至少兩種反應(yīng)物之間進(jìn)行。本發(fā)明還涉及離心 接觸式反應(yīng)器的上述用途，其中所述反應(yīng)是催化反應(yīng)，并且其中的催化劑 可以是均相催化劑(可以是酶或過(guò)渡金屬催化劑)。本發(fā)明還涉及離心接 觸式分離器用于進(jìn)行動(dòng)力學(xué)拆分的用途。
所述反應(yīng)是非放射性反應(yīng)，這在本文中被定義為不涉及任何含有u、
Np或P中的至少一種原子的化合物的反應(yīng)。
乳液是兩種不互溶液體的混合物。兩種液體中的一種以小液滴的形式 分散在另一種液體中。液滴所形成的相通常被稱為分散相，而另一相被稱 為連續(xù)相。
為了本發(fā)明的目的，反應(yīng)被定義為在離心接觸式分離器中形成期望的 最終產(chǎn)物的過(guò)程，即期望的最終產(chǎn)物并不象純粹的分離反應(yīng)那樣是在工藝 開(kāi)始時(shí)引入。
在用于連續(xù)反應(yīng)的離心接觸式分離器中，反應(yīng)區(qū)的體積與待反應(yīng)的反 應(yīng)物和/或產(chǎn)物的總體積相比較小。在使用以劇烈方式進(jìn)行反應(yīng)或易于失控 或可形成爆炸性混合物或爆炸性副產(chǎn)物的反應(yīng)物來(lái)進(jìn)行反應(yīng)的情況下，爆 炸(如果發(fā)生)的影響遠(yuǎn)小于在間歇式反應(yīng)器中使用相同體積的反應(yīng)物的 情況。而且，接觸式分離器中的混合十分迅速，小體積以及快速混合均有 利于防止不可控制的傳質(zhì)或傳熱問(wèn)題，從而減小反應(yīng)失控的可能性。此 外，可以調(diào)節(jié)停留時(shí)間，從而防止可能形成爆炸性副產(chǎn)物的反應(yīng)物之間的 接觸時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。 '
盡管離心接觸式分離器的反應(yīng)體積相對(duì)于待反應(yīng)的反應(yīng)物的總體積較小，但由于離心接觸式分離器可采用較高的流量，仍可獲得良好的產(chǎn)率。 因此，本發(fā)明涉及一種進(jìn)行反應(yīng)的連續(xù)工藝，包括步驟
i) 將液相(A)和液相(B)連續(xù)地引入至少一個(gè)第一離心接觸式分
離器，其中液相(A)和(B)不互溶，并且其中相(A)和/或相(B)包
括至少一種反應(yīng)物；
ii) 將相(A)和相(B)連續(xù)地混合以形成乳液；
iii) 施加可使所述乳液相分離的離心力，從而得到相(A')和
(B，)；
iv) 可選地，回收產(chǎn)物。
優(yōu)選地，通過(guò)離心接觸式分離器中的反應(yīng)生成的產(chǎn)物總量的優(yōu)選大于
70%、更優(yōu)選至少90%、最優(yōu)選大于90%存在于液相(A，)或液相(B') 中，而且如果回收產(chǎn)物，優(yōu)選在步驟iv中回收該百分比的產(chǎn)物。從其中存 在產(chǎn)物總量的優(yōu)選大于70%、更優(yōu)選至少90%、最優(yōu)選大于90%的相中回 收產(chǎn)物。
此工藝可以存在很多變化。連續(xù)工藝可用于進(jìn)行不同類型的反應(yīng)，例 如分解反應(yīng)，其中只有相A包括反應(yīng)物，反應(yīng)發(fā)生之后，至少一種分解產(chǎn) 物主要存在于或者相A'或者相B'中，而其它分解產(chǎn)物優(yōu)選主要存在于另 一相中，從而便于回收每種產(chǎn)物。術(shù)語(yǔ)"主要存在"是指， 一相中存在的 化合物超過(guò)該化合物總量的50%。這種工藝特別有利于反應(yīng)平衡在反應(yīng)物 一側(cè)的反應(yīng)。通過(guò)連續(xù)地移出產(chǎn)物，可使反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，超過(guò)平衡量。
因此，本發(fā)明的一種實(shí)施方式涉及一種進(jìn)行反應(yīng)的連續(xù)工藝，包括
I. 將i)包含反應(yīng)物的液相(A)和ii)液相(B)連續(xù)地引入至少一 個(gè)第一離心接觸式分離器中，其中相(A)和(B)不互溶；
II. 使所述液相(A)和(B)在所述至少一個(gè)第一離心接觸式分離器 中連續(xù)地接觸，在兩相接觸時(shí)形成混合物并發(fā)生反應(yīng)得到第一和第二產(chǎn) 物，接觸式分離器中的混合物由于密度差異而分離形成相(A')和相
(B')，在相(A')和相(B')分離之后，接觸式分離器中生成的第一產(chǎn) 物的總量的至少90%存在于或者液相(A')中或者液相(B，)中，生成的 第二產(chǎn)物的總量的至少90%存在于另一相中；III.在步驟II之后，可選地從其中存在產(chǎn)物總量的至少90%的相中回 收第一產(chǎn)物和/或第二產(chǎn)物。
在本發(fā)明的方案中，連續(xù)工藝被定義為并非純間歇式工藝的任何工 藝。純間歇式工藝被定義為這樣的工藝在引入第一量的每種必要的反應(yīng) 物并開(kāi)始反應(yīng)之后，不向反應(yīng)混合物中加額外的反應(yīng)物。
相A和B被定義為當(dāng)將它們引入連續(xù)接觸式分離器后(不加入任何反
應(yīng)物或其它物質(zhì))是不互溶的，當(dāng)在與反應(yīng)相同的工藝條件下，在離心接
觸式反應(yīng)器出口得到的相A'包含不多于5 vol。/。的相B，優(yōu)選不多于2 vol%、更優(yōu)選不多于1 vol%、最優(yōu)選不多于0.2 vol。/。的相B。使用術(shù)語(yǔ) "密度"分別表示每單位體積的相A、相B、相A'或相B'的質(zhì)量。
應(yīng)當(dāng)理解，A用于描述反應(yīng)器入口處的相A。在出口處，相A的組成 通常會(huì)有所不同，這是因?yàn)橄郃在穿過(guò)離心接觸式分離器時(shí)與相B接觸。 因此，出口處的組成與相A接近但并不相同，用相A，表示。對(duì)于相B也 是如此，在出口處以相B'表示。
通常，本發(fā)明的工藝中使用的第一反應(yīng)物是有機(jī)化合物。存在的第二 反應(yīng)物通常可以為有機(jī)或無(wú)機(jī)化合物。
本發(fā)明的工藝(其中使用離心接觸式分離器進(jìn)行反應(yīng))優(yōu)選為其中使 用均相催化劑的工藝。通過(guò)仔細(xì)地選擇相A和相B中所用的溶劑，可以通 過(guò)使用離心接觸式分離器最終得到包含均相催化劑的相A'和包含期望產(chǎn)物 的相B，，或得到包含期望產(chǎn)物的相A，和包含均相催化劑的相B，，而且使 用離心接觸式分離器進(jìn)行均相催化反應(yīng)的工藝可為連續(xù)工藝。
化學(xué)工業(yè)需要在相同設(shè)備中有效生產(chǎn)各種產(chǎn)品的千克級(jí)到噸級(jí)生產(chǎn)設(shè) 備。例如，在所謂的定制生產(chǎn)工業(yè)中即是如此，定制生產(chǎn)工業(yè)為制藥業(yè)和 農(nóng)業(yè)提供中間體。在定制生產(chǎn)中，某種產(chǎn)品的需求量很大，從而無(wú)法在實(shí) 驗(yàn)室規(guī)模上有效地生產(chǎn)，但該產(chǎn)品的需求量還不至于大到為其建造專門裝 置。目前，這個(gè)問(wèn)題一般通過(guò)在多用途裝置中間歇式生產(chǎn)期望產(chǎn)品來(lái)解 決。通常，合成這種產(chǎn)品的一些必要的反應(yīng)是催化反應(yīng)。特別地，在期望 產(chǎn)品的合成中，通常需要均相催化劑來(lái)進(jìn)行催化反應(yīng)，所述均相催化劑例 如是均相過(guò)渡金屬催化劑、生物催化劑(例如酶或包含具有催化活性的酶的全細(xì)胞)、有機(jī)催化劑或者酸性或堿性催化劑。
已知的是，使用均相催化劑在兩相液體體系中進(jìn)行間歇式反應(yīng)，其中 一相包含均相催化劑，另一相包含將被催化轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品并保留在該相中的 反應(yīng)物。這樣的工藝包括以下步驟
-將反應(yīng)物相裝入反應(yīng)器中；
-加入催化劑相，在攪拌下開(kāi)始反應(yīng)，得到兩相的乳液； -反應(yīng)直到最終轉(zhuǎn)化；
-可選地，在反應(yīng)過(guò)程中冷卻或加熱反應(yīng)器中的相；
-使兩相沉淀；
-從反應(yīng)器中移除一相；
-從反應(yīng)器中移除第二相；
-清洗反應(yīng)器；
-將催化劑相重新加入反應(yīng)器，開(kāi)始下一批量生產(chǎn)。 在多產(chǎn)物間歇式裝置中，反應(yīng)時(shí)間和沉淀時(shí)間可根據(jù)反應(yīng)體系變化。 為了實(shí)現(xiàn)充分沉淀，可能需要很長(zhǎng)時(shí)間，這可能導(dǎo)致產(chǎn)物進(jìn)一步反應(yīng)形成 不期望的副產(chǎn)物。在間歇式反應(yīng)器中進(jìn)行兩相催化反應(yīng)所帶來(lái)的其它問(wèn)題 是
1. 如果反應(yīng)是快速反應(yīng)，則產(chǎn)物可能會(huì)由于停留時(shí)間不可避免地過(guò)長(zhǎng) 而反應(yīng)掉；
2. 如果反應(yīng)是快速反應(yīng)，則可能會(huì)難以移除反應(yīng)熱并由于高溫而形成 副產(chǎn)物；
3. 如果反應(yīng)是快速反應(yīng)，則催化劑可能會(huì)失活，這是因?yàn)榇呋瘎┨幱?活化態(tài)卻缺少反應(yīng)底物，從而進(jìn)行最終導(dǎo)致其失效的不期望的反應(yīng)，在分 層過(guò)程中以及分層之后，催化劑也存在同樣的問(wèn)題；
4. 即使催化劑是穩(wěn)定的，它也可能由于痕量氧氣在排空催化劑相和減 產(chǎn)物相時(shí)進(jìn)入反應(yīng)器而失活。
從以上可知，十分期望的是，將催化劑保留在反應(yīng)器中，并確?？偞?在至少一部分反應(yīng)物以防止催化劑失活。因此，十分期望以連續(xù)方式進(jìn)行 這些催化反應(yīng)。使用均相催化劑進(jìn)行兩相反應(yīng)的連續(xù)工藝是已知的，但這些工藝僅適 用于大產(chǎn)量產(chǎn)品，其產(chǎn)量通常為100000噸/年量級(jí)，從而有必要投資建造 專門的連續(xù)裝置。在這些工藝中，所用設(shè)備以及不同設(shè)備部件之間的連接 被設(shè)計(jì)用于具有特定原料并回收特定產(chǎn)物的特定反應(yīng)。在這種情況下，采 用其中使用均相催化劑的連續(xù)工藝在經(jīng)濟(jì)上是可行的。然而，在精細(xì)化學(xué) 品工業(yè)或所謂的定制生產(chǎn)工業(yè)中，需要用連續(xù)工藝來(lái)代替通常在客戶僅僅 需要較少量的產(chǎn)品時(shí)采用的間歇工藝，同時(shí)不喪失間歇工藝具有的靈活 性。在間歇工藝中，對(duì)于不同的反應(yīng)，每一次僅需使用相同的反應(yīng)器，因 為產(chǎn)品和(可選的)催化劑的回收是"離線"進(jìn)行的。當(dāng)在一個(gè)批量中不 能制得足夠的產(chǎn)品時(shí)，間歇工藝的吸引力顯然會(huì)降低，因?yàn)槊總€(gè)批量得到 的產(chǎn)品的質(zhì)量不同，而且排空間歇反應(yīng)器和開(kāi)始新的批次生產(chǎn)還耗費(fèi)時(shí) 間。
現(xiàn)已令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，使用離心接觸式分離器可以解決上述與定制生 產(chǎn)工藝相關(guān)的問(wèn)題。離心接觸式分離器是較為便宜的設(shè)備部件且其所需空 間較小。而且，當(dāng)反應(yīng)在均相催化劑的存在下進(jìn)行時(shí)，使用離心接觸式分 離器可以連續(xù)生產(chǎn)期望產(chǎn)品。
因此，本發(fā)明的一種實(shí)施方式涉及一種在均相催化劑的存在下進(jìn)行反 應(yīng)的連續(xù)工藝，包括
I. 將包含均相催化劑并可選地包含反應(yīng)物的液相(A)和可選地包含 反應(yīng)物的液相(B)連續(xù)地引入至少一個(gè)第一離心接觸式分離器中，其中
相(A)禾n (B)不互溶；
II. 使所述液相(A)和液相(B)在所述至少一個(gè)第一離心接觸式分
離器中連續(xù)地接觸，在兩相接觸時(shí)形成混合物，其中催化劑與一種或更多 種反應(yīng)物接觸，并發(fā)生催化反應(yīng)得到至少第一產(chǎn)物，并且接觸式分離器中
的混合物由于密度差異而分離形成相(A')和相(B')，在相(A')和相 (B')分離之后，催化劑大部分存在于液相(A')中，產(chǎn)物大部分存在于 相(B，)中；
III. 在步驟II之后，可選地連續(xù)循環(huán)相(A')，和/或可選地再生催化
劑，和/或可選地移除副產(chǎn)物(從相(A，)中)；IV.在步驟II之后，可選地從相(B')中回收產(chǎn)品。
在本發(fā)明的方案中，均相催化劑被定義為以與反應(yīng)物相同的物理狀態(tài) 存在的任何催化劑。反應(yīng)物通常是溶解的，因而催化劑一般也溶解。在本 發(fā)明的方案中，術(shù)語(yǔ)"均相催化劑"涵蓋不同類型的催化劑，包括上述那 些通常溶于水相(A或A')的催化劑。酶和全細(xì)胞或分裂細(xì)胞并非總是完 全溶解的，但可以以與溶解催化劑的相同方式用于本發(fā)明的工藝中。因 此，本發(fā)明的工藝明確包括使用酶或全細(xì)胞作為均相催化劑。為了本發(fā)明 的目的，凝膠狀或膠體態(tài)催化劑也被認(rèn)為是可溶解的。盡管理論上講所有 物質(zhì)均在某種程度上溶解，但在本發(fā)明的工藝中，如果溶液中存在的催化 劑的量足以催化所期望的反應(yīng)，并且未溶解的催化劑的量并未高到在進(jìn)行 連續(xù)工藝時(shí)引起問(wèn)題，則認(rèn)為催化劑是可溶解的。優(yōu)選地，催化劑總量的
多于50 wt。/。以溶解形式存在于離心接觸式分離器中，更優(yōu)選多于70wt%
的催化劑、最優(yōu)選催化劑完全溶解在溶液中。后述的優(yōu)選實(shí)施方式并不適 用于膠體，凝膠、酶和全細(xì)胞，盡管如上所述，它們也被認(rèn)為是可用于本 發(fā)明的均相催化劑。
與催化劑相關(guān)的表述"大部分存在"是指兩相分離后，大于70%的催 化劑、優(yōu)選大于90%、更優(yōu)選大于95%、最優(yōu)選大于99%的催化劑存在于 相A，中。應(yīng)當(dāng)注意，并非所有存在于離心接觸分離器的催化劑均溶解，上 述百分比僅針對(duì)溶解的催化劑的量。
當(dāng)確定相A'中存在的催化劑的量時(shí)，不計(jì)入相轉(zhuǎn)移催化劑或助催化劑 (如果存在)。
與產(chǎn)物相關(guān)的表述"大部分存在"是指兩相分離后，大于70%的產(chǎn) 物、優(yōu)選大于90%、更優(yōu)選大于95%、最優(yōu)選大于99%的產(chǎn)物存在于相 B，中。
本發(fā)明的工藝在兩個(gè)不互溶的相A和B中進(jìn)行。形成相A的液體或 溶劑例如可以是水或水溶液，形成相B的液體或溶劑例如可以是有機(jī)溶劑 或有機(jī)溶劑的混合物。當(dāng)相A由水溶液組成時(shí)，可用所有基本上不與水互 溶的有機(jī)溶劑來(lái)形成相B，例如非極性溶劑，如己烷、庚垸、石油醚； 芳族溶劑，如甲苯和二甲苯；鹵化溶劑，如二氯甲烷、二氯乙烷或氯苯；極性溶劑，如MTBE、戊內(nèi)酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯；高級(jí)醇，如辛醇；
等等。反應(yīng)物和/或反應(yīng)產(chǎn)物也可能形成有機(jī)相，可將其看作相B或相B
的一部分。
通常，相B包含有機(jī)溶劑和反應(yīng)物。如果相B是有機(jī)相，則反應(yīng)物的
濃度僅受限于其在相B中的溶解度；產(chǎn)物的濃度受限于其在相B，中的溶解
度。顯然，為了工藝的經(jīng)濟(jì)性，濃度應(yīng)當(dāng)盡可能高，但有時(shí)較低的濃度更
有利，例如l-10moP/。的濃度，這可能對(duì)選擇性或安全性更有利。
相A和B可包含一種或更多種其它的反應(yīng)物。反應(yīng)物通常以基本上相 同的摩爾濃度存在于溶液中，盡管在某些情況下各種反應(yīng)物采用不同摩爾 濃度會(huì)更有利。
相A和/或相B還可包含對(duì)反應(yīng)有利的添加劑，例如諸如十二烷基磺 酸鈉的表面活性化合物或諸如四烷基銨鹽的相轉(zhuǎn)移催化劑。四烷基銨鹽的 實(shí)例是四丁基溴化銨和甲基三辛基硫酸氫銨。
如果相A為水溶液，則水相A包含反應(yīng)物和/或催化劑。也可能是水 相包含多種反應(yīng)物或催化劑。催化劑和反應(yīng)物的濃度可以變化，但受限于 其在水相中的溶解度。催化劑的濃度還取決于其反應(yīng)性。優(yōu)選地，選擇催 化劑的濃度以使穿過(guò)離心接觸式分離器一次即可使轉(zhuǎn)化率達(dá)到至少20%、 但優(yōu)選至少50%。水相中的反應(yīng)物濃度被保持在足夠高的水平，以使有機(jī) 相中的反應(yīng)物達(dá)到上述期望的轉(zhuǎn)化率。如果需要，可通過(guò)常規(guī)方式將水相 緩沖以使其保持在期望的pH值。
優(yōu)選地，在本發(fā)明的工藝中，所有組分存在于相A和B中，而反應(yīng)后 作為液體或完全溶解的形式存在于相A'和B'中。
在某些情況下，可以使用水溶性有機(jī)反應(yīng)物。這時(shí)將上述體系反相是 有利的。在此情況下，第二反應(yīng)物和/或催化劑可存在于有機(jī)相中。
除了上述有機(jī)相/水相體系，還可以使用有機(jī)溶劑或其混合物與離子液 體的組合。離子液體描述在P. Wasserscheid & T. Welton， Ionic Liquids in Synthesis, Wiley-VCH， Weinheim， 2002，其通過(guò)引用被結(jié)合于此。離子 液體相可以包含各種量的水。離子液體相包含反應(yīng)物和/或催化劑。離子液 體相還可以包含多種反應(yīng)物或催化劑。對(duì)于相A和B,另一種可能的溶劑組合是使用兩種極性明顯不同的不 互溶的有機(jī)溶劑。這種組合的實(shí)例是乙二醇/己烷或丁二醇/己烷。還可以 使用其它組合。極性相包含催化劑和/或反應(yīng)物，而非極性相包含有機(jī)反應(yīng) 物、產(chǎn)物和可能的一種或更多種反應(yīng)物。
另一種可能的相A和B的溶劑的組合是氟溶劑與有機(jī)溶劑的組合，其
中所述氟溶劑例如是全氟己烷、全氟辛烷或全氟甲基環(huán)己垸，所述有機(jī)溶
劑在環(huán)境溫度下與所述氟溶劑不互溶，例如是己烷、甲苯、氯苯、THF或 異丙醇或其混合物。在此情況下，可以通過(guò)在催化劑上連接氟烴基團(tuán)使其 溶于氟相。
當(dāng)然，可以采用任何可能的相A和B的組合，前提是這些相不互溶。 還可以使用一種反應(yīng)物作為溶劑。
在離心接觸式分離器中可以進(jìn)行許多類型的反應(yīng)。這種裝置特別適用 于高度放熱或者含有危險(xiǎn)物質(zhì)的反應(yīng)。例如可用于通過(guò)水相中的疊氮鹽 (如疊氮鈉)與溶解在有機(jī)相中的有機(jī)鹵化物或環(huán)氧化物反應(yīng)來(lái)制造疊氮 化物。
本發(fā)明還特別適用于下類反應(yīng)其中一種或更多種反應(yīng)物與溶解在水
相中的無(wú)機(jī)酸或堿反應(yīng)。無(wú)機(jī)酸的實(shí)例是硫酸或鹽酸。無(wú)機(jī)堿的實(shí)例是
NaOH、 KOH、 NaHC03、 Na2C03、 CsC03。堿催化工藝的實(shí)例是酯或酰胺 的水解。酸催化工藝的實(shí)例是酯或酰胺的水解或由醇和羧酸形成酯。
優(yōu)選地，本發(fā)明中使用的催化劑是僅溶于不含底物的相的催化劑。然 而，可具有手性的相轉(zhuǎn)移催化劑以及有機(jī)催化劑的使用是例外。在此情況 下，有利的是，反應(yīng)之后通過(guò)萃取工藝(可使用另一個(gè)接觸式分離器)將 這些催化劑從包含產(chǎn)物的溶液中移除。
本文使用術(shù)語(yǔ)"底物"是指，最終形成在接觸式分離器中制備的產(chǎn)物 的較大部分的反應(yīng)物。在兩種反應(yīng)物之間可進(jìn)行多種反應(yīng)，這兩種反應(yīng)物 中的一種具有較大的分子，另一種具有較小的分子。在本申請(qǐng)中，底物是 指不同分子中的較大者。
本發(fā)明中使用的均相催化劑可以是過(guò)渡金屬催化劑，'這種催化劑是基 于5-12族過(guò)渡金屬的配合物或團(tuán)簇，其中配合物的通式為MaLig*bLigcI，其中M為5-12族過(guò)渡金屬；^§*為手性配體，可為單齒、二齒、三齒或 四齒配體；Lig為非手性配體；I為反離子；a為1-18的整數(shù)，b、 C、 d為
0-36的整數(shù)。這些催化劑需要具有確保其溶于相A不溶于相B (或反之) 的特性。當(dāng)催化劑存在于水相時(shí)，連上水溶性基團(tuán)(例如C02Na、 S03Na 或P03K或低聚乙二醇單元)是有利的，如果是上述配合物，則連接在 Lig*、 Lig或I上。當(dāng)極性相為離子液體時(shí)，上述特性還可能有利于溶解。 如果催化劑相是氟溶劑，則需要將氟烴基團(tuán)連接到Lig、 ^§*或1上。
金屬的實(shí)例為Rh、 Ru、 Pd、 Ir、 Pt、 Cu、 Au、 Os、 Co、 Ni、 Hf、 Ta、 Re、 Mo、 Mn;手性配體^§*的實(shí)例是對(duì)映體純的聯(lián)吡啶、二亞胺、 噁唑啉、二噁唑啉、膦基噁唑啉、二膦，如BINAP、 DIOP、 Josiphos、 DUPHOS， 二亞磷酸鹽、二亞膦酸鹽、單齒磷配體，如膦、亞磷酰胺、亞 磷酸鹽、亞膦酸鹽。如果b〉1，則Ligf基團(tuán)不需要相同。
Lig配體的實(shí)例是膦、二膦、氨基膦、垸基胺、亞胺、吡啶、二胺、 二亞胺、聯(lián)吡啶、噁挫啉、二噁唑啉、醚(如THF)、溶劑(如乙腈)、 烯烴(如馬來(lái)酸酐)、二烯(如環(huán)辛二烯或降冰片二烯)。
反離子的實(shí)例是氯化物、溴化物、氟化物、乙酸、三氟乙酸、BF4、 PF6、四苯基硼酸或其氟化形式，如BARF。
本發(fā)明中使用的催化劑還可以是過(guò)渡金屬基膠體。這些膠體可以帶有 手性配體(Lig*)和非手性配體(Lig)或其混合物。還可通過(guò)諸如NaBr 或四垸基銨鹽之類的鹽或通過(guò)諸如聚-N-乙烯基-口比咯垸酮這類的聚合物將 上述膠體穩(wěn)定化。本發(fā)明的催化劑還可以是手性或非手性的有機(jī)催化劑， 其實(shí)例是金雞納生物堿衍生物、多肽、二酮哌嗪的衍生物(如環(huán)-Phe-His)、糖衍生物(如YianShi的果糖基酮)、脯氨酸及其衍生物、手性二 甲基氨基吡啶衍生物。這些催化劑還可以帶有使其溶于相A的基團(tuán)(如上 面針對(duì)過(guò)渡金屬催化劑所述)。
本發(fā)明中使用的催化劑可以是酶，例如氧化還原酶(如酒精脫氫 酶)、轉(zhuǎn)移酶(如煙酰胺N-甲基轉(zhuǎn)移酶)、水解酶(如羧基酯酶)、裂合 酶(如丙酮酸去羧化酶)、異構(gòu)酶/消旋酶(如丙氨酸消旋酶)或連接酶 (如酪氨酸-tRNA連接酶)、水解酶(如肽酶、酯酶或脂肪酶)。原則上，顯示出有效的催化活性的任何酶均可用于本發(fā)明。
本發(fā)明中使用的催化劑還可以是裂解或未裂解的全細(xì)胞。這些細(xì)胞含 有例如酶的活性催化劑，如果需要可以遺傳變異和過(guò)度表達(dá)。
根據(jù)本發(fā)明方便地進(jìn)行的反應(yīng)例如是以下反應(yīng)其中底物為有機(jī)相中 的反應(yīng)物，并與水相中的反應(yīng)物反應(yīng)。例如可以是有機(jī)鹵化物或環(huán)氧化物 (作為相B中的有機(jī)反應(yīng)物)與疊氮鈉(作為水相A中的無(wú)機(jī)反應(yīng)物)反 應(yīng)的反應(yīng)。以此方式進(jìn)行反應(yīng)，可以避免積累危險(xiǎn)的NH3。另一種適用的 反應(yīng)是消去反應(yīng)，其中從底物(存在于相B的有機(jī)反應(yīng)物)消除水或鹵化
氫。由于副產(chǎn)物(水或鹵化氫)連續(xù)地轉(zhuǎn)移到相A中，因此反應(yīng)平衡向著
期望的一側(cè)移動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明，還可以方便地進(jìn)行氧化反應(yīng)。底物通常存在于有機(jī)相中
(相B中的有機(jī)反應(yīng)物)并在離心接觸式分離器中與溶于相A的氧化劑反
應(yīng)。氧化劑例如可以是過(guò)氧化氫或次氯酸鈉。顯然，如果大量的有機(jī)底物 與上述強(qiáng)氧化劑在間歇式反應(yīng)器中長(zhǎng)時(shí)間直接接觸，則爆炸或反應(yīng)失控的 危險(xiǎn)性很高。通過(guò)在離心接觸式分離器中進(jìn)行這種反應(yīng)，可以顯著降低這 類風(fēng)險(xiǎn)。
根據(jù)本發(fā)明，還可以方便地進(jìn)行由過(guò)渡金屬配合物催化的催化反應(yīng)。
一個(gè)實(shí)例是使用加到相A (水溶液、離子液體或氟溶劑)的水溶性釕催化 劑來(lái)還原相B中的有機(jī)反應(yīng)物醛、酮或亞胺。還原劑可以是存在于相B的 異丙醇，還可以是作為反應(yīng)物存在于相B中的甲酸鹽。產(chǎn)物分別為伯醇、 仲醇或胺。水溶性釕催化劑是公知的，例如從J.M.J Williams的工作 (Tetrahedron Letters (2001) ， 42 (24) ， 4037-4039)中可知。
水相催化的兩相工藝的許多其它實(shí)例描述在Aqueous-Phase Organometallic Catalysis, Eds. B. Cronils and W. A. Herrmann, Wiley-VCH， Weinheim, 1998及其2004年的第二版中。 一般來(lái)說(shuō)，所有這些反應(yīng)類型均 可在離心接觸式分離器中有利地進(jìn)行。
在離心接觸式分離器中可方便地進(jìn)行許多酶促工藝，實(shí)例是酯和酰胺 的水解，這些可以在水相/有機(jī)相體系中方便地進(jìn)行。還可以進(jìn)行酯交換反 應(yīng)。這些反應(yīng)可以通過(guò)離子液體相中的酶和有機(jī)溶劑中的有機(jī)反應(yīng)物進(jìn)行。
在接觸式分離器中進(jìn)行催化動(dòng)力學(xué)拆分也是十分有利的。在這些工藝 中，催化劑選擇性地僅與外消旋混合物中的一種對(duì)映體反應(yīng)，而保持另一 種對(duì)映體基本不變。酶促動(dòng)力學(xué)拆分方法是公知的。 一個(gè)實(shí)例是使用用于 拆分外消旋仲醇的酯或外消旋羧酸的酯的脂肪酶。通過(guò)進(jìn)行脂肪酶催化的 水解反應(yīng)直到轉(zhuǎn)化率達(dá)到50-60%，兩種對(duì)映體中的一種完全水解為醇和 羧酸酯，而另一種對(duì)映體保持對(duì)映體純形式。本發(fā)明的工藝十分適用于進(jìn) 行這些催化拆分反應(yīng)。如果這些反應(yīng)以間歇方式進(jìn)行，則往往難以確定反 應(yīng)應(yīng)當(dāng)停止的精確點(diǎn)，除非進(jìn)行一些在線實(shí)時(shí)檢測(cè)。在本發(fā)明的設(shè)備中， 可以以將轉(zhuǎn)化率精確保持在期望的百分比的方式來(lái)操控反應(yīng)參數(shù)(流率、 轉(zhuǎn)速、催化劑濃度、溫度)。
盡管并未詳細(xì)描述，但應(yīng)當(dāng)理解，可以使用串聯(lián)的多個(gè)離心接觸式分 離器來(lái)優(yōu)化工藝。這可使一系列反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行。
本發(fā)明還覆蓋了許多不同的在離心接觸式分離器中的連續(xù)工藝的實(shí)施
方式，例如，相A包含反應(yīng)物而相B不含反應(yīng)物，或相A和B均包含反 應(yīng)物，催化劑可存在于相A和B的任一相，反應(yīng)物本身可形成相A或相B 的液體。因此顯而易見(jiàn)，相A和B的所有組分的濃度可在寬范圍內(nèi)變化。
相A可包含0-100 Wt。/。的液體；0-100 Wt。/o的反應(yīng)物；0-100 Wt。/o的
催化劑。相B可包含0-100 wt。/。的液體；0-100 wt。/。的反應(yīng)物；0-100 wt%
的催化劑。
上述重量百分比分別基于相A或相B的總重量。但無(wú)論如何，相A 和相B必須都存在，且或者相A或者相B中必須包含反應(yīng)物。如果反應(yīng) 物也為液體，反應(yīng)物的量以重量百分比表示，而液體的重量百分比為0。
如果本發(fā)明的工藝使用了催化劑，則相分離之后，催化劑優(yōu)選存在于 并非產(chǎn)物主要存在的一相中。這使得含催化劑的相易于再循環(huán)。如果在本 發(fā)明的工藝中形成多于一種產(chǎn)物，則至少一種產(chǎn)物優(yōu)選主要存在于一相 中，而其它產(chǎn)品存在于另一相中。這便于回收期望產(chǎn)物。


圖1為離心接觸式分離設(shè)備的剖面圖，其中 I.混合區(qū)
n.分離區(qū)
III.離心接觸式分離器 圖2為實(shí)施例l使用的實(shí)驗(yàn)裝置圖，其中
A. 庚烷
B. 有機(jī)原料溶液
C. 反滲透水
D. 含水原料溶液
E. 含水廢料
F. CINC V-02離心接觸式分離器
G. 有機(jī)產(chǎn)物
H. 循環(huán)緩沖容器
I. 2和3為三向閥 4禾口 5為閥
圖3為實(shí)施例2使用的實(shí)驗(yàn)裝置圖，其中
A. 庚烷
B. 有機(jī)原料溶液
C. 反滲透水
D. 含水原料溶液
E. 含水廢料
F. CINC V-02離心接觸式分離器
G. 有機(jī)產(chǎn)物
H. 循環(huán)緩沖容器
K.有機(jī)循環(huán)緩沖容器
I. 2、 3、 8和9為三向閥 4、 5、 6和7為閥 P1和P2為泵
圖4為CINC V-20離心接觸式分離器中的1,2-環(huán)氧丁烷開(kāi)環(huán)時(shí)有機(jī)相的氣相色譜分析圖，環(huán)氧化物的初始濃度由水平線(約22mmo1/1)表示， 240分鐘后將底物溶液循環(huán)(垂直虛線)，其中
環(huán)氧丁垸 硝基丁醇 丁二醇
圖5示出了鹵代醇脫鹵酶在離心接觸式分離器實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的穩(wěn)定性
實(shí)施例 實(shí)施例1
離心接觸式分離器中的酶促兩相催化。
在本實(shí)驗(yàn)和以下實(shí)驗(yàn)中使用CIT V-02 (前面稱為CINC V-02，其全面 描述參見(jiàn)例如http:〃www.auxill.nl/uk/dt.ser>arators.php)。可以使用的其它 類似設(shè)備是Rousselet-Robatel的BXP離心分離器(http:〃www.rousselet-robatel.com/products/bxps.php)。
本實(shí)施例采用圖2所示的裝置。
含水原料溶液包含脂肪酶(得自Rhizomucor miehei)緩沖水溶液，這 種緩沖水溶液是通過(guò)將155ml的脂肪酶溶液(Sigma， >20 000 U/g)溶解 在95 ml的磷酸鹽緩沖液(pH 5.6)中制備的，其中磷酸鹽緩沖液通過(guò)將 26.24 g ( 192.81 mmol )的KH2P04禾卩2.58 g ( 7.20 mmol )的 Na2HPCV12H20溶解在2 L的反滲透水中制備。
有機(jī)原料溶液包含598.15 g (2.12 mol)的油酸、202.15 g (2.73 mmol)的1-丁醇和2076 ml的庚垸。
實(shí)驗(yàn)在CITV-02分離器中進(jìn)行。所有情況下都使用低混合底板。系統(tǒng) 的示意圖示于圖1。 VL1000控制蠕動(dòng)管泵，該泵裝有用于分別對(duì)CINC反 應(yīng)器進(jìn)料的兩個(gè)泵壓頭(1.6X1.6X8R)。反應(yīng)在室溫下進(jìn)行。由于系統(tǒng) 中輸入功率，在1小時(shí)中反應(yīng)器的溫度升至約3(TC。
在CINC反應(yīng)器中裝入純庚烷和純水，二者的流率均為6 ml/min。然 后，啟動(dòng)離心機(jī)(40 Hz，相當(dāng)于2380 rpm)，使裝置平衡1小時(shí)。此 時(shí)，通過(guò)三向閥1將庚烷原料流更換為有機(jī)原料流(油酸/l-丁醇庚烷溶
18液)。平衡10分鐘之后，通過(guò)用三向閥2將水流更換為含水原料流(含
有脂肪酶的緩沖水溶液)，從而在CINC中開(kāi)始反應(yīng)。CINC反應(yīng)器運(yùn)行 15分鐘，使兩種原料流一次性通過(guò)反應(yīng)器。在此階段，排出有機(jī)產(chǎn)物流和 含水產(chǎn)物流。此階段后，將三向閥3轉(zhuǎn)為將含水產(chǎn)物流收集到循環(huán)緩沖容 器中。當(dāng)該緩沖容器中收集量達(dá)到20 ml時(shí)，通過(guò)開(kāi)啟閥5并關(guān)閉閥4將 含水流的操作模式從一次性通過(guò)切換到循環(huán)模式。反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行6小時(shí)。 通過(guò)使用氣相色譜測(cè)定有機(jī)流中的油酸丁酯的濃度來(lái)確定油酸的轉(zhuǎn)化率。 取樣頻率在第一個(gè)小時(shí)為5分鐘一次，在第二和第三個(gè)小時(shí)為15分鐘一 次，在其余3個(gè)小時(shí)為30分鐘一次。
50分鐘后，油酸的最大轉(zhuǎn)化率為95%，在剩余的反應(yīng)時(shí)間逐漸趨向恒 定值45%。
實(shí)施例2
在此實(shí)施例中，為了獲得最大轉(zhuǎn)化率而循環(huán)有機(jī)相。使用圖3所示的 裝置。
有機(jī)原料流組成為99.99 g (0.35 mol)的油酸、34.71 g (0.47 mmol) 的l-丁醇和350ml的庚烷。
含水原料流組成為82 ml的磷酸鹽緩沖液(pH=5.6)中的124 ml的
脂肪酶溶液。
在CINC反應(yīng)器中裝入純庚烷和純水，二者的流率均為6 ml/min。然 后，啟動(dòng)離心機(jī)(40 Hz，相當(dāng)于2380 rpm)，使裝置平衡1小時(shí)。此 時(shí)，通過(guò)三向閥1將庚烷原料流更換為有機(jī)原料流(油酸/l-丁醇庚垸溶 液)。平衡10分鐘之后，通過(guò)用三向閥2將水流更換為含水原料流(含 有脂肪酶的緩沖水溶液)，從而在CINC中開(kāi)始反應(yīng)。CINC反應(yīng)器運(yùn)行 15分鐘，使兩種原料流一次性通過(guò)反應(yīng)器。在此階段，排出有機(jī)產(chǎn)物流和 含水產(chǎn)物流。此階段后，切換三向閥3，從而將含水產(chǎn)物流收集到水相循 環(huán)緩沖容器中。當(dāng)該緩沖容器中收集量達(dá)到20 ml時(shí)，通過(guò)開(kāi)啟閥5并關(guān) 閉閥4將含水流的操作模式從一次性通過(guò)切換到循環(huán)模式。
同時(shí)，切換三向閥8以將有機(jī)產(chǎn)物流收集到有機(jī)相循環(huán)緩沖容器中。當(dāng)該緩沖容器中收集量達(dá)到20 ml時(shí)，通過(guò)開(kāi)啟閥6并關(guān)閉閥7將操作模 式切換到循環(huán)模式。通過(guò)三向閥9將泵P3進(jìn)料設(shè)為有機(jī)原料溶液。通過(guò) 切換泵P3和P4 (設(shè)定流率為0.6 ml/min)，將有機(jī)流的操作模式從循環(huán) 模式切換為部分循環(huán)模式(90%循環(huán))。反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行4小時(shí)。從離開(kāi) CINC反應(yīng)器的有機(jī)流取樣。通過(guò)使用氣相色譜測(cè)定有機(jī)流中的油酸丁酯 的濃度來(lái)確定油酸的轉(zhuǎn)化率。取樣頻率在第一個(gè)小時(shí)為5分鐘一次，在第 二和第三個(gè)小時(shí)為15分鐘一次，在其余小時(shí)為30分鐘一次。
經(jīng)約2小時(shí)的操作而達(dá)到穩(wěn)態(tài)之后，油酸的平均轉(zhuǎn)化率為88%。
實(shí)施例3
進(jìn)行以下反應(yīng)
1 +叫f
水相組成為0.2 M的含有1 mM DTT、 307 mM NaN02和0.5 mg/ml純 化的鹵代醇脫鹵酶(HheC)的磷酸鹽緩沖液(pH為6.5)。最終體積為 200 mL。
有機(jī)相為24 mM的經(jīng)蒸餾的1,2-環(huán)氧丁烷在庚垸中的溶液(體積為 2.5 L)。
以10 ml/min的流率將兩相泵入CINC V-2。酶溶液進(jìn)料15分鐘然后 循環(huán)，而有機(jī)相在實(shí)驗(yàn)最初4個(gè)小時(shí)連續(xù)進(jìn)料然后重復(fù)使用。為了監(jiān)測(cè)反 應(yīng)進(jìn)程，從水相和有機(jī)相分別取樣，然后進(jìn)行氣相色譜分析。結(jié)果示于圖 4。
圖5示出了 CINC實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的鹵代醇脫鹵酶的穩(wěn)定性。 從這些結(jié)果可以看出，離心接觸式分離器中使用的酶可隨時(shí)間保持高 活性。
實(shí)施例4.甲酸丁酯水解的連續(xù)工藝在反應(yīng)之前，在NaOH溶液(23 wt%)中鼓泡通入10小時(shí)N2和4小 時(shí)甲酸正丁酯(nBF)。反應(yīng)開(kāi)始前1小時(shí)，將CINC V-02 (使用具有冷 卻系統(tǒng)的定制機(jī)器)冷卻水的流率設(shè)定為1.1 L/min，并監(jiān)測(cè)溫度。在開(kāi)始 將反應(yīng)物進(jìn)料到反應(yīng)器之前，通過(guò)交替進(jìn)行抽真空和氮?dú)獯祾呷问拐麄€(gè) 系統(tǒng)的氣氛為惰性。系統(tǒng)在氮?dú)夥障虏僮鳌?br> 通過(guò)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)(50 Hz)和泵(將NaOH水溶液進(jìn)料到反應(yīng)器中 (30 mL/min))來(lái)開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。在反應(yīng)器的水相出口有液體流出后，啟動(dòng) 有機(jī)相泵(進(jìn)料純nBF (30mL/min))。兩相各自的出口 一流出液體， 即從兩相每?jī)煞昼娙∫淮螛?。有機(jī)相出口有液體流出20分鐘之后，通過(guò) 關(guān)閉泵和發(fā)動(dòng)機(jī)停止實(shí)驗(yàn)，并清洗反應(yīng)器。
用0.1 M的鹽酸對(duì)水相樣品進(jìn)行滴定分析(使用德國(guó)Staufen的CAT Ingenieuburo M. Zipperer GmbH的/^10型Contiburette以及英國(guó)劍橋 Biochrom公司的C14型pH計(jì)(由荷蘭Amsterdam的CMA的Coachlab II 軟件和計(jì)算機(jī)界面驅(qū)動(dòng)))。用GC-FID (HP 5890系列II plus,裝有HP5 柱，注射溫度25(TC，柱溫6(TC)來(lái)分析有機(jī)相樣品。
確定穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)化率為8.4%。
顯然，如果需要的話，通過(guò)改變?cè)狭髀屎蜏囟龋蓪⑥D(zhuǎn)化率升至 100%。
實(shí)施例5.可在離心接觸式分離器中進(jìn)行的化學(xué)催化反應(yīng)
化學(xué)催化反應(yīng)可按以下方式進(jìn)行。催化劑溶液組成為40 g
Na2W04'H20， 6.6 g H2NCH2P03H2， 400 ml水。可將該溶液以封閉回路形 式泵送通過(guò)離心接觸式分離器。在該含水流即將進(jìn)入離心接觸式分離器之 前，在其中加入氧化劑(例如30%的H202)。有機(jī)流可由烯烴(例如含 有1 moP/。甲基三正辛基硫酸氫銨的l-辛烯)組成。依賴于烯烴的反應(yīng) 性，可將有機(jī)溶液預(yù)加熱到30-90°C?？梢哉{(diào)節(jié)流率和轉(zhuǎn)速以達(dá)到完全轉(zhuǎn) 化。然而有利的是，在較低的轉(zhuǎn)化率下進(jìn)行氧化反應(yīng)可以達(dá)到較高的選擇 性。從離心接觸式分離器流出的有機(jī)流可在第二離心接觸式分離器中用飽 和Na2S203溶液洗滌，以去除痕量的過(guò)氧化物。然后，通過(guò)蒸餾來(lái)純化環(huán)氧化物，然后將剩余的乙烯返回到離心接觸式分離器中。
實(shí)施例6.可以進(jìn)行的外消旋羧酸酯的酶促動(dòng)力學(xué)拆分
下面給出在外消旋羧酸酯的酶促動(dòng)力學(xué)拆分中使用離心接觸式分離器 的一種可能的方式。如下制備催化劑溶液將45 g脂肪酶(例如，
Candida Cylindracea脂肪酶(CCL) 、 Porcine Pancreatic脂肪酶(PPL)、 Pseudomonas SP月旨肪酶(PSL) 、 Candida Antarctica脂肪酶A (CAL-A) 、 Candida Antarctica脂肪酶B (CAL-B))加到500 ml的50-100 mM 的磷酸鉀緩沖液(pH為7.0，干重為50 mg/ml緩沖液)中。將該緩沖懸浮 液以封閉回路形式泵送通過(guò)離心接觸式分離器。有機(jī)相包含酯，例如溶解 在庚垸中的2-羥基-4-苯基丁酸乙酯(體積比為1:1)。將有機(jī)相也泵入離 心接觸式分離器，并在上部出口處收集有機(jī)相。通過(guò)調(diào)節(jié)溫度、流率和酶 的濃度，可使反應(yīng)恰好在期望的轉(zhuǎn)化率下進(jìn)行(通常為50-60%，依賴于 酶的環(huán)境因子)。出口的有機(jī)相含有未轉(zhuǎn)化的酯，在本實(shí)施例中為期望產(chǎn) 品(R)-2-羥基丁酸乙酯。水相中富集了另一種異構(gòu)體(S)-羥基丁酸酯。如果 需要，也可以通過(guò)采用膜分離以連續(xù)方式實(shí)現(xiàn)上述分離。如果采用膜分 離，則將含有酶的保留物返回離心接觸式分離器。
權(quán)利要求
1.離心接觸式分離器的用途，用于在由兩種不互溶液體形成的液液乳液中進(jìn)行非放射性反應(yīng)。
2. 如權(quán)利要求1的離心接觸式分離器的用途，其中，所述反應(yīng)是在至少兩種反應(yīng)物之間進(jìn)行的。
3. 如權(quán)利要求1或2的離心接觸式分離器的用途，其中，所述反應(yīng)是 催化反應(yīng)。
4. 如權(quán)利要求3的離心接觸式分離器的用途，其中，使用均相催化劑。
5. 如權(quán)利要求3的離心接觸式分離器的用途，其中，所述均相催化劑 是酶。
6. 如權(quán)利要求3的離心接觸式分離器的用途，其中，所述均相催化劑 是過(guò)渡金屬催化劑。
7. 如權(quán)利要求1-6中任何一項(xiàng)的離心接觸式分離器的用途，用于進(jìn)行 動(dòng)力學(xué)拆分。
8. —種進(jìn)行反應(yīng)的連續(xù)方法，包括如下步驟i) 將液相A和液相B連續(xù)地引入至少一個(gè)第一離心接觸式分離器， 其中液相A和B不互溶，并且其中相A和/或相B包含至少一種反應(yīng)物；ii) 將相A和相B混合以形成乳液；iii) 施加可使所述乳液相分離的離心力，從而得到相A'和B';iv) 可選地，從相A'和B'中的至少一相回收反應(yīng)產(chǎn)物。
9. 如權(quán)利要求8的方法，其中，相A包含一種反應(yīng)物并且相B包含另 一種反應(yīng)物。
10. 如權(quán)利要求8或9的方法，其中，存在催化劑。
11. 如權(quán)利要求8-10中任何一項(xiàng)的方法，其中，在所述乳液相分離 后，所述催化劑主要存在于或者相A'或者相B'中。
12. 如權(quán)利要求11的方法，其中，在所述乳液相分離后，相A'和B' 中存在的催化劑總量的至少90%存在于或者相A'或者相B'中。
13.如權(quán)利要求11或12的方法，其中，將主要包含所述催化劑的相 通過(guò)相A的進(jìn)口循環(huán)到所述接觸式分離器中。
全文摘要
本發(fā)明涉及離心接觸式分離器的用途，用于在由兩種不互溶液體形成的液液乳液中進(jìn)行非放射性反應(yīng)。本發(fā)明還涉及一種在離心接觸式分離器中進(jìn)行反應(yīng)的工藝，并涉及在離心接觸式分離器中進(jìn)行催化反應(yīng)的工藝。該工藝包括如下步驟i)將液相A和液相B連續(xù)地引入至少一個(gè)第一離心接觸式分離器，其中液相A和B不互溶，并且其中相A和/或相B包含至少一種反應(yīng)物；ii)將相A和相B混合以形成乳液；iii)施加可使所述乳液相分離的離心力，從而得到相A’和B’；iv)可選地，從相A’和B’中的至少一相回收反應(yīng)產(chǎn)物。
文檔編號(hào)B01D11/04GK101309748SQ200680042765
公開(kāi)日2008年11月19日 申請(qǐng)日期2006年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月15日
發(fā)明者喬納斯·蓋爾杜斯·漢斯·弗里斯·德, 希羅·珍·黑瑞斯, 格拉爾德·珍·科萬(wàn)特 申請(qǐng)人:帝斯曼知識(shí)產(chǎn)權(quán)資產(chǎn)管理有限公司