特許 6588476 擬似移動床反応器を操作するためのプロセス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6588476

(24)【登録日】2019年9月20日

(45)【発行日】2019年10月9日

(54)【発明の名称】擬似移動床反応器を操作するためのプロセス

(51)【国際特許分類】

   B01D 15/00 20060101AFI20191001BHJP

   B01J 8/04 20060101ALI20191001BHJP

【ＦＩ】

   B01D15/00 101A

   B01J8/04 301

【請求項の数】10

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2016-571328(P2016-571328)

(86)(22)【出願日】2015年6月4日

(65)【公表番号】特表2017-523905(P2017-523905A)

(43)【公表日】2017年8月24日

(86)【国際出願番号】US2015034175

(87)【国際公開番号】WO2015187931

(87)【国際公開日】20151210

【審査請求日】2018年5月21日

(31)【優先権主張番号】62/008,560

(32)【優先日】2014年6月6日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】505477235

【氏名又は名称】ジョージア テック リサーチ コーポレイション

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100077517

【弁理士】

【氏名又は名称】石田 敬

(74)【代理人】

【識別番号】100087413

【弁理士】

【氏名又は名称】古賀 哲次

(74)【代理人】

【識別番号】100102990

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 良博

(74)【代理人】

【識別番号】100128495

【弁理士】

【氏名又は名称】出野 知

(74)【代理人】

【識別番号】100147212

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 直樹

(72)【発明者】

【氏名】ヨシアキ・カワジリ

(72)【発明者】

【氏名】アンドレアス・ボマリウス

(72)【発明者】

【氏名】ジュンミン・オー

(72)【発明者】

【氏名】ガウラヴ・アグラワル

(72)【発明者】

【氏名】バラムラリ・スリーダラ

【審査官】 河野 隆一朗

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００５／０１６７３６５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００２−１５３２９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２２９３０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０４６７８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−３４１１７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−０２０００８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｄ １５／００ − １５／０８

Ｇ０１Ｎ ３０／４６

Ｂ０１Ｊ １９／００ − １９／３２

Ｃ０７Ｃ １／００ − ４０９／４４

Ｂ０１Ｊ ２１／００ − ３８／７４

Ｂ０１Ｊ ８／００ − ８／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

逐次的反復注入サイクルの各ステップにおいて、第１の反応物質及び第２の反応物質を、擬似移動床反応器（ＳＭＢＲ）に供給することであって、前記ＳＭＢＲは、それぞれ注入点を有し、それぞれ固体分離媒体を含有するゾーンを含む、供給することと、
前記逐次的反復注入サイクルの間、前記ＳＭＢＲ内で前記第１の反応物質及び前記第２の反応物質を反応させ、第１の生成物を形成することと、
前記ＳＭＢＲ内の前記第１の生成物を、前記固体分離媒体を用いて分離することと、
前記逐次的反復注入サイクルのステップの間、前記ＳＭＢＲの前記注入点の１つ以上において注入される前記第１の反応物質及び前記第２の反応物質の一方または両方の量を変化させることと
を含むプロセス。

【請求項2】

前記第１の反応物質及び前記第２の反応物質の一方または両方の前記量を変化させることは、前記逐次的反復注入サイクルの各ステップにおいて行われる、請求項１に記載のプロセス。

【請求項3】

前記逐次的反復注入サイクルの各ステップは、所定時間（ｔ_ｓｔｅｐ）を有し、前記第１の反応物質及び前記第２の反応物質の一方または両方の前記量を変化させることは、ｔ_ｓｔｅｐの第１のパーセンテージに達したら開始する、請求項１または２に記載のプロセス。

【請求項4】

ｔ_ｓｔｅｐの前記第１のパーセンテージは、ｔ_ｓｔｅｐの５０パーセント（％）から１００％未満である、請求項３に記載のプロセス。

【請求項5】

前記第１の反応物質及び前記第２の反応物質の一方または両方の前記量を変化させることは、前記逐次的反復注入サイクルのステップの間に２回以上行われる、請求項１に記載のプロセス。

【請求項6】

前記量を変化させることは、前記逐次的反復注入サイクルの各ステップの間、前記ＳＭＢＲの前記注入点の１つ以上において注入される前記第１の反応物質及び前記第２の反応物質の１つ以上の入口濃度を変化させることを含む、請求項１に記載のプロセス。

【請求項7】

前記第１の反応物質を前記ＳＭＢＲに供給することは、前記第１の反応物質が、前記ＳＭＢＲの抽残液ストリーム及び抽出物ストリームの両方の脱着剤として作用するのに十分多い化学量論的過剰量で、前記第１の反応物質を前記ＳＭＢＲに供給することを含む、請求項１に記載のプロセス。

【請求項8】

前記第１の反応物質に対して化学量論的に不足量の前記第２の反応物質を、前記ＳＭＢＲ内で消滅するまで反応させることを含む、請求項７に記載のプロセス。

【請求項9】

抽残液ストリーム及び抽出物ストリームの少なくとも１つの一部を、前記ＳＭＢＲの前記ゾーンの少なくとも１つに供給することを含む、請求項１に記載のプロセス。

【請求項10】

前記逐次的反復注入サイクルの間、前記ＳＭＢＲ内で前記第１の反応物質及び前記第２の反応物質を反応させることは、第１の生成物及び第２の生成物を形成し、
前記ＳＭＢＲ内の前記第１の生成物を、前記固体分離媒体を用いて分離することは、前記第１の生成物を、前記ＳＭＢＲ内の前記第２の生成物から、前記固体分離媒体を用いて分離することをさらに含む、請求項１から９のいずれか一項に記載のプロセス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、概して、擬似移動床反応器を操作するためのプロセスに関する。

【発明の概要】

【0002】

本開示は、逐次的反復注入サイクルの各ステップにおいて、第１の反応物質及び第２の反応物質を、擬似移動床反応器（ＳＭＢＲ）に供給することであって、ＳＭＢＲは、それぞれ注入点を有し、それぞれ固体分離媒体を含有するゾーンを含む、供給することと、逐次的反復注入サイクルの間、ＳＭＢＲ内で第１の反応物質及び第２の反応物質を反応させ、第１の生成物を形成することと、ＳＭＢＲ内の第１の生成物を、固体分離媒体を用いて分離することと、逐次的反復注入サイクルのステップの間、ＳＭＢＲの注入点の１つ以上において注入される第１の反応物質及び第２の反応物質の一方または両方の量を変化させることと、のためのプロセスを提供する。

【0003】

本開示は、さらに、逐次的反復注入サイクルの各ステップにおいて、第１の反応物質及び第２の反応物質を、擬似移動床反応器（ＳＭＢＲ）に供給することであって、ＳＭＢＲは、それぞれ注入点を有し、それぞれ固体分離媒体を含有するゾーンを含む、供給することと、逐次的反復注入サイクルの間、ＳＭＢＲ内で第１の反応物質及び第２の反応物質を反応させ、第１の生成物及び第２の生成物を形成することと、第１の生成物を、ＳＭＢＲ内の第２の生成物から、固体分離媒体を用いて分離することと、逐次的反復注入サイクルのステップの間、ＳＭＢＲの注入点の１つ以上において注入される第１の反応物質及び第２の反応物質の一方または両方の量を変化させることと、のためのプロセスを提供する。プロセスに関して、第１の反応物質及び第２の反応物質の一方または両方の量を変化させることは、逐次的反復注入サイクルの各ステップにおいて行われてもよい。プロセスに関して、逐次的反復注入サイクルの各ステップは、所定時間（ｔ_ｓｔｅｐ）を有し、第１の反応物質及び第２の反応物質の一方または両方の量を変化させることは、ｔ_ｓｔｅｐの第１のパーセンテージに達したら開始してもよい。例えば、ｔ_ｓｔｅｐの第１のパーセンテージは、ｔ_ｓｔｅｐの５０パーセント（％）から１００％未満であってもよい。さらなる例において、ｔ_ｓｔｅｐの第１のパーセンテージは、ｔ_ｓｔｅｐの６５％から６７％であってもよい。他の値も可能である。

【0004】

プロセスに関して、第１の反応物質及び第２の反応物質の一方または両方の量を変化させることは、逐次的反復注入サイクルのステップの間、２回以上行われてもよい。プロセスに関して、第１の反応物質及び第２の反応物質の一方または両方の量を変化させることは、段階的変化として行われてもよい。あるいは、第１の反応物質及び第２の反応物質の一方または両方の量を変化させることは、線形変化として行われてもよい。量を変化させることの例は、逐次的反復注入サイクルの各ステップの間、ＳＭＢＲの注入点の１つ以上において注入される第１の反応物質及び第２の反応物質の１つ以上の入口濃度を変化させることを含む。

【0005】

プロセスはまた、第１の反応物質が、ＳＭＢＲの抽残液ストリーム及び抽出物ストリームの両方の脱着剤として作用するのに十分多い、第２の反応物質に対する化学量論的過剰量で、第１の反応物質をＳＭＢＲに供給することを含んでもよい。第１の反応物質が第２の反応物質に対して化学量論的に過剰量である場合（例えば、第２の反応物質が第１の反応物質に対して化学量論的に不足量である場合）、第２の反応物質は、ＳＭＢＲ内で消滅するまで反応し得る。本開示のプロセスはまた、さらなる使用のためにＳＭＢＲに戻される抽残液ストリーム及び／または抽出物ストリームの一部を含んでもよい。例えば、プロセスは、抽残液ストリーム及び抽出物ストリームの少なくとも１つの一部を、ＳＭＢＲのゾーンの少なくとも１つに供給することを含んでもよい。固体分離媒体は、反応物質及び生成物を分離するための補助に加えて、第１の反応物質及び第２の反応物質の反応の触媒として作用してもよい。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】本開示のプロセスに好適なＳＭＢＲユニットの例を示す図である。

【図2】本開示の一実施形態による逐次的反復注入サイクルの単一ステップの間に、１回供給組成物を変化させることの例を示す図である。

【図3】本開示の一実施形態による逐次的反復注入サイクルの単一ステップの間に、２回以上供給組成物を変化させることの例を示す図である。

【図4】単一カラムパルス注入実験の概略図である。

【図5(a)】本開示の一実施形態による、フィッティングされたモデル及び実験的クロマトグラムにより説明される溶出プロファイルの比較を示す図である。

【図5(b)】本開示の一実施形態による、フィッティングされたモデル及び実験的クロマトグラムにより説明される溶出プロファイルの比較を示す図である。

【図6】本開示の一実施形態による、一定供給物濃度、及び反応物質の量を変化させるプロセスの両方に対するＰａｒｅｔｏプロットである。

【図7(a)】一定供給物濃度、及び本開示の一実施形態による供給物濃度の両方に対するＳＭＢＲプロセス仕様と比較した、最適ＰＭＡ回収（７（ａ））のプロットである。

【図7(b)】一定供給物濃度、及び本開示の一実施形態による供給物濃度の両方に対するＳＭＢＲプロセス仕様と比較した、抽残液ストリーム中の水純度（７（ｂ））のプロットである。

【図8】本開示の一実施形態による、酢酸の７０％変換のための単一ステップ内での入口供給物濃度プロファイルの図である。

【図9】本開示の一実施形態による、酢酸の８０％変換のための単一ステップ内での入口供給物濃度プロファイルの図である。

【図10】本開示の一実施形態による、酢酸の９０％変換のための単一ステップ内での入口供給物濃度プロファイルの図である。

【図11(a)-11(b)】一定供給物濃度（図１１（ａ））及び本開示の一実施形態による供給物濃度プロファイル（図１１（ｂ））の両方に対する、ステップ開始時の内部濃度プロファイル及びＳＭＢＲ内の正味反応速度の図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

本開示は、擬似移動床反応器（ＳＭＢＲ）を操作するためのプロセスを提供する。本明細書において議論されるように、本開示のプロセスは、平衡制限反応の効率を改善することを補助し得るＳＭＢＲの使用を可能にする。本明細書においてさらに議論されるように、本開示によるＳＭＢＲを使用するプロセスはまた、生成物（複数種を含む）及び副生成物不純物の両方の同時の反応及び分離を可能にする。生成物（複数種を含む）及び副生成物不純物の除去は、平衡限界を超える改善された変換率を可能にし、改善された収率及び単純化された下流側の精製を提供する。

【0008】

カラム内での分離よび反応の両方を統合する反応性クロマトグラフィーの考えは、過去数十年にわたり極めて注目されてきた。そのようなメカニズムは、その熱力学的平衡を超えるように可逆反応を促進し、したがってより多くの生成物形成をもたらし得る。しかしながら、これらのプロセスは、バッチ式で操作される。一方、擬似移動床反応器（ＳＭＢＲ）は、連続的に反応性クロマトグラフィーを実行するプロセスである。ＳＭＢＲ操作は、加水分解及びエステル化等の平衡制限可逆反応に対する経済的利益を提供し得る。そのような操作において、生成物（複数種を含む）のｉｎ ｓｉｔｕ分離は、熱力学的平衡を超えて可逆反応を完了まで促進し、また高純度の生成物（複数種を含む）を得るのに役立つ。ＳＭＢＲの利点は多くの研究において明らかにされているが、そのようなシステムの開発及び設計の困難さに起因して、工業的応用は極めて少ない。

【0009】

本明細書において提供されるように、本開示は、ＳＭＢＲに供給される反応物質の量（例えば、反応物質の濃度）が一定に維持される従来のＳＭＢＲ操作の代替を提供する。本開示において、ＳＭＢＲに供給される反応物質の量は経時的に変動し、これは、ＳＭＢＲ内で生じる反応の生産性を大幅に増加させるのに役立ち得る。本開示の潜在的な用途は、アルドール縮合等の縮合、エステル化を含むアシル化反応、トランスアルキル化、トランスエステル化、及び、アミンとカルボン酸等の酸との反応が関与するアミド化、ならびにアルキル化、水和、脱水、アミン化、エーテル化、加水分解、異性化、及びオリゴマー化を含む。他の反応もまた可能である。

【0010】

ＳＭＢＲの使用のプロセスは、固体を実際に移動させることのない、液相及び固定相の連続的な対向する移動を利用する。図１に示されるように、ＳＭＢＲユニットは、循環的配置で相互接続された複数のクロマトグラフィーカラムからなる。第１の反応物質（例えば「Ａ」）及び第２の反応物質（例えば「Ｂ」）は、逐次的反復注入サイクルの各ステップにおいてＳＭＢＲに供給されてもよく、ＳＭＢＲは、本明細書において議論されるように、それぞれ注入点を有し、それぞれ固体分離媒体を含有するゾーンを含む。第１の反応物質または第２の反応物質のいずれか１つは、ＳＭＢＲプロセスにおいて脱着剤として使用され得る。反応物質及び脱着剤は両方とも連続的に供給され、その期間中、抽出物ストリーム及び抽残液ストリームは、出口ポートを介してＳＭＢＲから引き出される。一実施形態において、逐次的反復注入サイクルの間、第１の反応物質及び第２の反応物質はＳＭＢＲ内で反応し、第１の生成物（例えば「Ｃ」）を形成する。固体分離媒体は、反応物質及び生成物を分離するための補助に加えて、第１の反応物質及び第２の反応物質の反応の触媒として作用してもよい。第１の生成物は、ＳＭＢＲの抽残液ストリームから回収されるようにＳＭＢＲのクロマトグラフィーカラムを通して迅速に移動してもよく、または、第１の生成物は、ＳＭＢＲの抽出物ストリームを介して回収されてもよい。

【0011】

別の実施形態において、逐次的反復注入サイクルの間、第１の反応物質（例えば「Ｄ」）及び第２の反応物質（例えば「Ｅ」）はＳＭＢＲ内で反応し、第１の生成物（例えば「Ｆ」）及び第２の生成物（例えば「Ｇ」）を形成する。固体分離媒体は、反応物質及び生成物を分離するための補助に加えて、第１の反応物質及び第２の反応物質の反応の触媒として作用してもよい。第１の生成物または第２の生成物のいずれか１つは、ＳＭＢＲの抽残液ストリームから回収されるようにＳＭＢＲのクロマトグラフィーカラムを通してより迅速に移動し、他方の生成物（より強く保持される成分）は、ＳＭＢＲの抽出物ストリームを介して回収される。

【0012】

ＳＭＢＲは、注入点（第１の反応物質及び第２の反応物質のための第１の注入点、ならびに、第１の反応物質または第２の反応物質のいずれか１つの脱着剤入口のための第２の注入点）と、出口点（抽出物ストリーム及び抽残液ストリーム）とを含み、これらはＳＭＢＲを４つのゾーンに分割している。各ゾーンは、異なる速度を有するように許容され、したがって、４つの制御パラメータがある。液相及び吸着剤相の対向する動きは、液体流の方向で、一定間隔で注入点及び出口点の両方を同時に切り替えることにより達成される。これらの一定間隔のそれぞれは、ＳＭＢＲの１つの逐次的反復注入サイクルに入るステップである。このポートの切り替え時間もまた、制御パラメータである。

【0013】

したがって、ＳＭＢＲは、単一の装置内で化学反応及び分離を組み合わせる連続的及び対向する動作を提供する。ＳＭＢＲユニットは、複数の固定床カラム（またはカラムのセクション）を使用し、各固定床カラムは、反応生成物（複数種を含む）を分離するための分離媒体を含有し、また反応の触媒を含有してもよい。異なる反応には、異なる数及び構成の複数の固定床カラムが必要となり得る。例えば、４〜２４個の固定床カラムが、ＳＭＢＲの形成に使用され得る。ＳＭＢＲの主要な入力及び出力は、供給物、抽出物、及び抽残液であり、各固定床カラムは、注入点及び出口点を含む。各ストリームは、個々の場所において、独立して制御される特定の流速でＳＭＢＲの固定床カラムに流入またはそこから流出する。

【0014】

プロセスの間、ＳＭＢＲは、真の対向する固液二相流の理論性能に近づけるために、１つのカラムから別のカラムに（またはカラムセクション間で）液体の注入点及び出口点を切り替える。１つのカラムから別のカラムに注入点及び出口点を切り替えることは、複数の固定床カラムの入口及び出口ラインと連動して動作する弁（例えば、回転弁または２位置弁もしくは多位置弁のネットワーク）を使用して達成され得る。流体誘導デバイスは、複数の固定床カラムの適切な注入点または出口点にストリームを誘導することによって、入力及び出力ストリームの位置の移動を達成する。緩やかに、及び急速に溶出する反応生成物（第１の生成物及び第２の生成物が形成される場合）が、入口及び出口ポートの移動または切り替えに対して反対の方向に移動するように、供給物ストリームの液体流速、及びＳＭＢＲの弁のステップ時間が制御される。

【0015】

例えば、ＳＭＢＲの固定床カラムは、反応を提供するため、及び混合物から反応生成物（複数種を含む）を、緩やかに溶出する分画を含む抽出物、及び急速に溶出する分画を含む抽残液の２つの分画に分離するための４つのゾーンを提供するように構成され得る。ＳＭＢＲの４つのゾーンは、それぞれ異なる機能を実行する。ゾーンＩは、脱着剤入口と抽出物ストリームとの間に固定床カラムを含有し、ゾーンＩＩは、抽出物ストリームと供給物入口との間に固定床カラムを含有し、ゾーンＩＩＩは、供給物入口と抽残液ストリームとの間に固定床カラムを含有し、ゾーンＩＶは、抽残液ストリームと脱着剤入口との間に固定床カラムを含有する。ＳＭＢＲ内で、ゾーンＩＩ及びＩＩＩは、急速及び遅い成分がさらに離れていくことを可能にするように機能し、一方ゾーンＩ及びＩＶは、それぞれ、遅い成分が過度に遅れるのを防止し、急速な成分が過度に前に進むのを防止するように機能する。

【0016】

本明細書において議論されるように、ＳＭＢＲの固定床カラムは、反応の触媒、及び反応生成物（複数種を含む）を分離するための分離媒体を含んでもよい。触媒及び分離媒体は、ＳＭＢＲの固定床カラム内に、１つの構造で提供されてもよく、または別個の構造で提供されてもよい。ＳＭＢＲの固定床カラム内で使用される分離媒体は、反応成分がより弱く吸着される一方で反応副産物（複数種を含む）がより強く吸着され、それにより固体の擬似移動に対向してそれらを運搬するように選択され得る。したがって、例えば、強酸陽イオン交換樹脂の使用によって、より極性の低い反応成分は、ＳＭＢＲから抽残液ストリーム中に除去され得、一方、より極性の高い反応成分は、ＳＭＢＲから抽出ストリーム中に除去され得る。

【0017】

本開示のプロセスは、反応及び分離を行うために、多くの異なる種類の触媒及び分離媒体を使用することができる。プロセスは、触媒及び分離媒体の両方として作用し得る単一固体、１種以上の固体触媒及び分離媒体の組み合わせ、または１種以上の分離媒体を含む均一触媒を使用してもよい。分離媒体は、これらに限定されないが、ポリマー樹脂、シリカ、アルミナ、分子篩、活性炭、または反応生成物（複数種を含む）を分離し得る他の知られた分離媒体を含む、吸着型プロセスにおいて使用される従来の材料であってもよい。好ましい固体は、単一固体の形態で触媒及び分離媒体の両方として機能し得るものである。そのような固体の例は、これらに限定されないが、スルホン化イオン交換樹脂、例えばＡｍｂｅｒｌｙｓｔ（商標）１５、Ａｍｂｅｒｌｙｓｔ（商標）７０、ＤＯＷＥＸ（商標）ＭＯＮＯＳＰＨＥＲＥ（商標）Ｍ−３１、または他の市販の強酸ポリマー樹脂を含む。

【0018】

異なる反応及び生成物（複数種を含む）の分離には、異なる触媒及び分離媒体の組み合わせ、ならびに／または分離媒体に対する触媒の異なる体積比が必要となり得る。例えば、触媒及び分離媒体は、ＳＭＢＲ内に、１：１００から１００：１の範囲の体積比（触媒：分離媒体）で存在してもよい。また、触媒及び分離媒体は、ＳＭＢＲ内に、様々な構成で存在し得る。例えば、別個の構造として存在する場合、触媒及び分離媒体は、ＳＭＢＲの固定床カラム全体にわたり均一な混合物として存在してもよい。あるいは、触媒及び分離媒体は、ＳＭＢＲの固定床カラムに沿って、触媒及び分離媒体の交互層として存在してもよい。層の厚さ及び相対位置は、反応及び分離する必要がある生成物（複数種を含む）に依存し得る。

【0019】

ＳＭＢＲは、同じ単位操作内で生成される生成物の同時精製を可能にし得る。例えば、第１及び第２の反応物質（「Ａ」及び「Ｂ」）から第１の生成物（「Ｃ」）を生成する以下の平衡制限反応を考える。
Ａ＋Ｂ⇔Ｃ

【0020】

ＳＭＢＲ内で生じ得るもの等の反応性分離プロセスにおいて、第１の生成物「Ｃ」は、反応が連続的に進行している間に精製及び除去され得る。したがって、全体的変換率が平衡限界を超えることが可能である。

【0021】

追加的な例において、第１の反応物質（「Ｄ」）及び第２の反応物質（「Ｅ」）から第１の生成物（「Ｆ」）及び第２の生成物（「Ｇ」）を生成する以下の平衡制限反応を考える。
Ｄ＋Ｅ⇔Ｆ＋Ｇ

【0022】

ＳＭＢＲ内で生じ得るもの等の反応性分離プロセスにおいて、第１の生成物「Ｆ」及び／または第２の生成物「Ｇ」は、反応が連続的に進行している間に精製及び除去され得る。したがって、全体的変換率が平衡限界を超えることが可能である。本開示のプロセスは、３種以上の反応物質を使用し、及び／または４種以上の生成物を生成する他の平衡制限反応にも使用され得ることが理解される。

【0023】

従来のＳＭＢＲ操作戦略において、反応物質のそれぞれの量（例えば、入口供給物濃度）は、逐次的反復注入サイクルの各ステップの間固定される。したがって、例えば、反応物質の供給物濃度は、ＳＭＢＲの操作の間中一定である。一定量の反応物質が使用されるのとは対照的に、本開示のプロセスは、ＳＭＢＲの注入点の１つ以上において注入される第１の反応物質及び第２の反応物質の一方または両方の量が、逐次的反復注入サイクルの１つ以上のステップの間変化されることを可能にする。換言すれば、反応物質の１つ以上の量は、経時的に変動させることができ、これは、生産性を大幅に増加させる。例えば、第１の反応物質及び／または第２の反応物質の一方または両方の量が、逐次的反復注入サイクルのステップにおいて変化され得る。本明細書において議論されるように、逐次的反復注入サイクルの各ステップは、所定時間（ｔ_ｓｔｅｐ）を有し、第１の反応物質及び第２の反応物質の一方または両方の量を変化させることは、ｔ_ｓｔｅｐの第１のパーセンテージに達したら開始してもよい。例えば、ｔ_ｓｔｅｐの第１のパーセンテージは、ｔ_ｓｔｅｐの５０パーセント（％）から１００％未満であってもよい。さらなる例において、ｔ_ｓｔｅｐの第１のパーセンテージは、ｔ_ｓｔｅｐの１０％から９０％であってもよい。さらに、ｔ_ｓｔｅｐの第１のパーセンテージは、ｔ_ｓｔｅｐの６５％から６７％であってもよい。これらの値は極めて状況依存的であるため、他の値も可能である。

【0024】

本開示のプロセスに関して、第１の反応物質及び／または第２の反応物質の一方または両方の量を変化させることは、逐次的反復注入サイクルのステップの間、１回行われてもよい。例えば、図２は、逐次的反復注入サイクルのステップの間、第１の反応物質の量を変化させることを例示しているが、純粋な脱着剤（例えば、第２の反応物質）が、ステップの第１の部分でＳＭＢＲに供給され、一方第１の反応物質は、ステップの第２の部分で高濃度で供給される。追加的な実施形態において、第１の反応物質及び／または第２の反応物質の一方または両方の量を変化させることは、逐次的反復注入サイクルのステップの間、２回以上行われてもよい。図３は、この戦略を例示している。反応物質の量のこれらの調節は、ＳＭＢＲの内側の内部濃度プロファイルの分離限界を克服することにより、プロセス性能を改善するのに役立ち得る。

【0025】

プロセスに関して、第１の反応物質及び第２の反応物質の一方または両方の量を変化させることは、ステップの間の段階的変化として行われてもよい。あるいは、第１の反応物質及び第２の反応物質の一方または両方の量を変化させることは、ステップの間の線形変化として行われてもよい。ステップの間の段階的変化及び線形変化の組み合わせを使用することも可能である。逐次的反復注入サイクルのステップの間、ＳＭＢＲ内に注入される第１の反応物質及び／または第２の反応物質の量を変化させる上で、他の機能が使用されてもよい。

【0026】

様々な実施形態に関して、量を変化させることの例は、逐次的反復注入サイクルのステップの間、ＳＭＢＲの注入点の１つ以上において注入される第１の反応物質及び第２の反応物質の１つ以上の入口濃度（例えば、モル／体積）を変化させることを含む。逐次的反復注入サイクルのステップの間量を変化させることは、ＳＭＢＲの注入点の１つ以上において注入される第１の反応物質及び第２の反応物質の一方または両方の流速（例えば、体積／時間）を変化させることにより達成されてもよいことが理解される。

【0027】

図２及び３に示されるように、ＳＭＢＲの注入点の１つ以上において注入される第１の反応物質及び第２の反応物質の総量に対する第１の反応物質の量は、異なる値を有してもよい。例えば、第１の反応物質の量（例えば、重量パーセントまたは濃度）は、逐次的反復注入サイクルのステップの少なくとも第１の部分の間、ＳＭＢＲの所与の注入点において注入される第１の反応物質及び第２の反応物質の総量に対する第１の値を有してもよく、次いで、逐次的反復注入サイクルのステップの第２の部分において、第２の値に変化してもよい（例えば、図２）。図２に示されるように、ステップの第１の部分の間、第１の反応物質の量は、所与の注入点において注入される第１の反応物質及び第２の反応物質の総量に対してゼロ（０）であってもよく、次いで、ステップの第２の部分において、第１の反応物質の量は、所与の注入点において注入される第１の反応物質及び第２の反応物質の総量に対してゼロより大きい値に変化してもよい。そのような値は、ゼロから１００パーセント（例えば、ゼロから７５パーセント）の範囲であってもよい。したがって、例えば、第１の反応物質の量は、逐次的反復注入サイクルのステップの異なる部分の間、ＳＭＢＲの注入点の１つ以上において注入される第１の反応物質及び第２の反応物質の総量に対して１００％であってもよい。

【0028】

プロセスはまた、第１の反応物質が、ＳＭＢＲの抽残液ストリーム及び抽出物ストリームの両方の脱着剤として作用するのに十分多い、第２の反応物質に対する化学量論的過剰量で、第１の反応物質をＳＭＢＲに供給することを含んでもよい。第１の反応物質が第２の反応物質に対して化学量論的に過剰量である場合（例えば、第２の反応物質が第１の反応物質に対して化学量論的に不足量である場合）、第２の反応物質は、ＳＭＢＲ内で消滅するまで反応し得る。反応のために、第２の反応物質に対する化学量論的過剰量で第１の反応物質を供給することの好適な例は、１：１．１から１：１０の範囲内、１：１．５から１：５の範囲内、または１：２から１：３の範囲内の第１の反応物質に対する第２の反応物質の化学量論比を供給することを含む。

【0029】

ＳＭＢＲは、反応に好適な圧力及び所定温度で操作され得る。操作条件は、ＳＭＢＲ内で使用される触媒及び分離媒体に依存する。ＳＭＢＲ内での反応のための所定温度は、０℃から２００℃であってもよい。ＳＭＢＲ内での反応のための典型的な操作圧力は、１０１ＫＰａから２０００ＫＰａであってもよい。当業者に理解されるように、反応に依存して、他の所定温度及び圧力も可能である。操作条件は、反応物質のストリームが液相にあり、全ての成分が液相にあるように設定され得る。

【0030】

本開示のプロセスはまた、さらなる使用のためにＳＭＢＲに戻される（例えば、ＳＭＢＲの１つ以上のゾーンにリサイクルされる）抽残液ストリーム及び／または抽出物ストリームの一部を含んでもよい。したがって、プロセスは、抽残液ストリーム及び／または抽出物ストリームの少なくとも１つの一部を、ＳＭＢＲのゾーンの少なくとも１つに供給することを含んでもよい。例えば、抽残液ストリーム及び抽出物ストリームの一方または両方が分離プロセスに供され、２つ以上の分画を生成してもよい。これらの分画の１つ以上は、その内容物に依存して、ＳＭＢＲに（例えば、第１の反応物質及び／または第２の反応物質の一方または両方のモル組成が同様のモル濃度を有するＳＭＢＲ内の場所に）戻されてもよく、一方、他の分画の１つ以上は、生成物として、または廃棄物として収集されてもよい。

【実施例】

【0031】

以下の実施例は、１−メトキシ−２−プロパノール（ＤＯＷＡＮＯＬ（商標）ＰＭグリコールエーテル、Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ、以降「ＰＭ」）及び酢酸（以降「ＡＡ」）のエステル化による、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート（（ＤＯＷＡＮＯＬ（商標）ＰＭＡグリコールエーテルアセテート、Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ、以降「ＰＭＡ」）の生成を考慮している。エステル化反応は、触媒及び吸着剤の両方として機能する陽イオン交換樹脂であるＡＭＢＥＲＬＹＳＴ（商標）１５（Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ）により触媒される。以下の実施例に関して、ＰＭＡ生成物の生成のための反応分離戦略を見出すために、多目的最適化問題が定式化される。

【0032】

本明細書において提供される数学モデルは、全体が本明細書に組み込まれる、Ａｇｒａｗａｌ，Ｇ．；Ｏｈ，Ｊ．；Ｓｒｅｅｄｈａｒ，Ｂ．；Ｔｉｅ，Ｓ．；Ｄｏｎａｌｄｓｏｎ，Ｍ．Ｅ．；Ｆｒａｎｋ，Ｔ．Ｃ．；Ｓｃｈｕｌｔｚ，Ａ．Ｋ．；Ｂｏｍｍａｒｉｕｓ，Ａ．Ｓ．；Ｋａｗａｊｉｒｉ，Ｙ．，Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｍｏｖｉｎｇ ｂｅｄ ｓｙｓｔｅｍｓ ｗｉｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｅｅｄ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｇｌｙｃｏｌ ｅｔｈｅｒ ｅｓｔｅｒ．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ Ａ ２０１４，１３６０，１９６−２０８において議論されている。吸着速度に対する線形推進力による輸送分散モデルをＳＭＢＲのモデル化に使用し、反転法を使用して、バッチ及び単一カラム注入実験から吸着平衡及び反応速度パラメータを推定する。ＳＭＢＲプロセスを設計するために、多目的最適化問題を定式化する。多目的は、ＤＯＷＡＮＯＬ（商標）ＰＭＡグリコールエーテルアセテートの生成速度及びエステル化反応の変換率を最大化することである。従来のＳＭＢＲ操作戦略が、本開示のプロセスに対して最適化及びさらに拡張されているが、これは、逐次的反復注入サイクルのステップの間、ＳＭＢＲに供給される反応物質の量の変化に基づいている。

【0033】

図１に示されるように、ＳＭＢＲユニットは、循環的配置で相互接続された複数のクロマトグラフィーカラムからなる。供給物は、ＡＡ及びＰＭの混合物であり、脱着剤は、ＰＭからなる。ＡＡは酸触媒条件下でＰＭと反応し、ＰＭＡ及び水を形成する。このエステル化はＳＭＢＲ内で進行するため、ＰＭＡ及び水は連続的に除去され、したがって平衡が順方向にシフトする。ＰＭＡは、より迅速に移動する成分であるため、抽残液ストリームから回収され、一方強く保持される成分である水は、抽出物ストリームを介して回収される。

【0034】

図１に示されるＳＭＢＲユニットは、反応物質及び脱着剤の２つの入口ストリーム、ならびに抽出物ストリーム及び抽残液ストリームの２つの出口ストリームを含む。これらの入口及び出口ストリームは、ＳＭＢＲ全体を４つのゾーンに分割する。各ゾーンは、独立して制御され得るため、反応物質、脱着剤、抽出物及びゾーンの１つの速度の自由度４がある。ゾーン速度は、一般に、ゾーンＩＩ及びＩＩＩが反応プラス分離ゾーンとなり、一方ゾーンＩ及びＩＶがカラムを再生するように選択される。さらに、固相の対向する動きは、液体流の方向で、入口及び出口ポートの両方を同時に切り替えることにより擬似される。ポートの２つの連続した切り替えがステップを決定付け、このステップが継続する期間もまた自由度である。４つのそのようなステップは、逐次的反復注入サイクルを完結させ、ＳＭＢＲシステムは再びその元の構成に戻る。このＳＭＢＲの循環的動作は、抽残液及び抽出物ストリームから純粋なＰＭＡ及び水を抽出するために常に反復される。ＳＭＢＲの性能に影響する自由度の総数は５である。しかしながら、実行されているＳＭＢＲ操作戦略に依存して、いくつかの余分な自由度が存在してもよい。

【0035】

例えば、一定の供給物濃度のために、ステップ全体の間、供給物濃度が一定に維持される。しかしながら、供給物濃度、すなわちＡＡ及びＰＭのパーセンテージは、ＳＭＢＲ最適化の間に最適化される。したがって、この操作戦略におけるＳＭＢＲの性能に影響する自由度の数は６であり、供給物組成、切り替え時間、ならびに脱着剤、供給物、抽出物及びゾーンＩの速度である。必ずしも１００％ではない最適供給物濃度が存在することが判明している。供給物濃度が過度に高いと、供給物が脱着剤と効率的に混合され得ないため、達成される変換率は低くなる。対照的に、本開示は、モデル及び非線形最適化を使用して最適供給物濃度を見つける。

【0036】

本開示の生産性及び特定の戦略により、供給物濃度が抽残液及び抽出物ストリームから離れて位置する鋭い局所的ピークを有するように、供給物濃度が経時的に変化する様式で操作され得る。供給混合物のそのような局所的増加は、同じ生産性及び溶媒消費に対してより高い純度及び回収率を可能にし得る。本明細書において提供される実施例は、図２に示されるように、供給物濃度がステップにおいて１回だけ変化される操作に注目している。入口供給物濃度が変化する時間間隔は、余分な自由度である。したがって、この操作戦略におけるＳＭＢＲの性能に影響する自由度は８であり、２つの異なる時間間隔における２つの供給物組成、中間時点ｔ_ｉ、脱着剤速度、切り替え時間、供給物、抽出物及びゾーンＩの速度である。本発明のプロセスの実施形態は、そのより大きな柔軟性のために、標準的ＳＭＢＲ動作と比較したＰＭＡ生成速度の改善の点でより有望となり得る。入口供給物濃度の調節は、ＳＭＢＲ内の内部濃度プロファイルの分離限界を克服することにより、プロセス性能を改善し得る。そのようなプロセスは、平行な２つのポンプを使用して、または勾配ベースの供給ポンプを使用することにより実行され得る。

【0037】

本開示の実施例は、ＳＭＢＲをモデル化するために、吸着速度に対する線形駆動力を用いた輸送分散モデルを利用する。ここで、カラム内での軸方向分散現象及び吸着剤粒子内への拡散は、全体的軸方向分散係数及び各成分の個々の物質移動係数を使用して、別個に考慮される。ｊ番目の吸着カラム内の成分ｉに対する液相及び固相における物質収支式は、以下のように記述される。

【0038】

液相での物質収支：

【0039】

【数1】

【0040】

式中、

【0041】

【数2】

【0042】

は、それぞれ、軸方向距離ｘ及び時間ｔにおける液相及び固相中の濃度であり、

【0043】

【数3】

【0044】

は、液相と平衡にある固相中の濃度であり、Ｅｂは、床の空隙率であり、Ｋｍ，ｉは、ｉ番目の成分の固相ベースの物質移動係数であり、Ｄａｘは、軸方向分散係数であり、ｕ^ｊ（ｔ）は、カラムの超臨界速度であり、ｘは、軸方向距離であり、ｔは、時間である。下付き文字ｉは、成分の指数を表し、一方上付き文字ｊは、ｊ番目のカラムを指す。固相での物質収支は、以下の通りである：

【0045】

【数4】

【0046】

式中、Ｖｉは、ｉ番目の成分の化学量論的反応係数であり、ｒ^ｊ（ｘ，ｔ）は、距離ｘ及び時間ｔにおけるｊ番目のカラム内の正味反応速度である。固相と液相との間の平衡は、以下の線形吸着等温式により表される：

【0047】

【数5】

【0048】

式中、Ｈｉは、ヘンリー定数である。エステル化反応の反応速度は、以下の二次モデルとして与えられると仮定される：

【0049】

【数6】

【0050】

式中、ｋ_１は、順方向反応速度定数であり、一方Ｋｅｑは、エステル化反応の平衡定数である。下付き文字ＡＡ、ＰＭ、ＰＭＡ及びｗａｔｅｒは、それぞれ、酢酸、ＰＭ、ＰＭＡ及び水成分を指す。反応は、固相においてのみ仮定され、したがって、式（４）は、不均一触媒反応を表すことに留意する必要がある。

【0051】

境界条件は、以下のように与えられる：
ｊ番目のカラムと（ｊ＋１）番目のカラムとの間の物質収支は、以下の通りである：

【0052】

【数7】

【0053】

式中、

【0054】

【数8】

【0055】

は、それぞれ、抽残液、抽出物、脱着剤及び入口供給物ストリームの速度である。これらの値は、抽残液、抽出物、脱着剤、または供給物が引き出される、または供給される場合にのみ正であり、それ以外はゼロである。記号Ｃ_ｉ，Ｆ及びＣ_ｉ，Ｄは、それぞれ、供給物中のｉ番目の成分及び脱着剤の濃度であり、Ｌは、カラムの長さである。他の境界条件は、カラムの出口における濃度を決定付ける。

【0056】

【数9】

【0057】

入口及び出口ポートでの流量収支もまた、流量の一貫性を維持するために満足されるべきである。したがって、以下の式が記述される。

【0058】

【数10】

【0059】

式中、記号Ｎ_Ｃｏｍｐは、成分の総数を指し、Ｎ_{Ｃｏｌｕｍｎ}は、カラムの総数である。ＳＭＢＲにおいて、固相の対向する移動は、入口及び出口ポートの個別のシフトにより模擬される。その結果、ＳＭＢＲシステムは、循環定常状態（ＣＳＳ）に到達する。ＣＳＳにおいて、濃度プロファイルは、カラム内でまだ変化するが、ステップの開始時及び終了時の内部濃度プロファイルのスナップショットは、カラム１つ分の長さだけシフトすることを除いて同一である。ＳＭＢＲは対称的操作であるため、すなわち全てのステップは、弁の切り替えによる入口及び出口ストリームのシフトを除いて同一であるため、ＣＳＳを記述するために単一ステップの定式化が使用される。この定式化において、ｊ番目のカラムにおけるステップの開始時の濃度プロファイルは、（ｊ＋１）番目のカラムにおけるステップの終了時の濃度プロファイルと同一である。定式化は、以下のように記述される：

【0060】

【数11】

【0061】

式中、ｔ_ｓｔｅｐは、ステップ時間である。

【0062】

ＳＭＢＲの好ましい設計を見出すために、多目的最適化問題が定式化される。多目的は、抽残液ストリーム中のＰＭＡの生成速度、及びエステル化反応の変換率を最大化することである。さらに、水は、下流側の処理においてＰＭＡとの共沸混合物を形成し得るため、抽残液ストリーム中の水の量は最小限となる。したがって、抽残液ストリーム中の水の純度は、強制的に１．０重量％未満となる。同様に、抽残液ストリーム中に回収されるＰＭＡを最大化することも望ましい。したがって、抽残液ストリームからのＰＭＡ回収率は、強制的に９０重量％超となる。

【0063】

これらのパラメータを考慮して、全体的な問題は以下の通りである：
ＰＭＡ生成速度（ｇ／時間）の最大化：

【0064】

【数12】

【0065】

酢酸の変換率の最大化：

【0066】

【数13】

【0067】

式（１）〜（１１）に従い、抽残液ストリーム出口における水の純度（重量％）：

【0068】

【数14】

【0069】

抽残液ストリーム出口におけるＰＭＡ回収率：

【0070】

【数15】

【0071】

ゾーン流速の限界：

【0072】

【数16】

【0073】

式中、Ｐ_ｒ及びＣ_ｏは、目的関数であり、Ａ_ｃｓは、カラムの断面の面積であり、ＭＷ_ｉは、ｉ番目の成分の重量平均分子量であり、Ｃ_ｉ，Ｒ及びＣ_ｉ，Ｅｘは、それぞれ、抽残液及び抽出物ストリーム中のｉ番目の成分の濃度である。さらに、ＳＭＢＲシステムにおけるポンプが経験し得る最大圧力降下の制限に起因して、下界及び上界がゾーン速度に対して導入される。記号ｕ_Ｌ及びｕ_Ｕは、下界及び上界を指し、それらの対応する値は、それぞれ０ｍ／時間及び１０ｍ／時間に設定される。この多目的問題は、酢酸（ＡＡ）の変換が制約として課されるイプシロン制約法を使用することにより、単目的問題に変換される。

【0074】

【数17】

【0075】

数学モデルにおけるパラメータを得るために、Ａｇｒａｗａｌ，Ｇ．；Ｏｈ，Ｊ．；Ｓｒｅｅｄｈａｒ，Ｂ．；Ｔｉｅ，Ｓ．；Ｄｏｎａｌｄｓｏｎ，Ｍ．Ｅ．；Ｆｒａｎｋ，Ｔ．Ｃ．；Ｓｃｈｕｌｔｚ，Ａ．Ｋ．；Ｂｏｍｍａｒｉｕｓ，Ａ．Ｓ．；Ｋａｗａｊｉｒｉ，Ｙ．，Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｍｏｖｉｎｇ ｂｅｄ ｓｙｓｔｅｍｓ ｗｉｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｅｅｄ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｇｌｙｃｏｌ ｅｔｈｅｒ ｅｓｔｅｒ．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ Ａ ２０１４，１３６０，１９６−２０８において議論されているように、室内実験を行った。単一カラムパルス注入実験の概略図を、図４に示す。図４に示される単一カラムパルス注入システムは、内径０．８ｃｍ及び高さ２５ｃｍのステンレス鋼カラムを含む。Ａｍｂｅｒｌｙｓｔ １５陽イオン交換樹脂を、ＡＡ中に保持することにより膨潤させ、後にスラリー技術を使用したカラムの充填に使用した。Ｒｈｅｏｄｙｎｅ製のＲＨ−７７２５ｉ弁を使用してＡＡ及びＰＭ混合物のパルスをカラム内に注入し、純粋なＰＭを脱着剤として使用した。システム内に供給する前に、３Å分子篩を使用してＰＭを脱水した。次いで、カラムの出口側を、分画収集機（島津製作所、ＦＲＣ−１０ａ）を使用して分画し、ＴＣＤ検出器を有するガスクロマトグラフィー（ＧＣ）を使用してＡＡ、ＰＭ、ＰＭＡ及び水の濃度を測定するために分析した。ＴＣＤ検出器は、５体積％未満の水濃度を正確に測定した。機器の様々な部分を接続する配管は全て、外径０．１６ｃｍ（１／１６インチ）であり、全追加カラム体積は０．３４３ｍｌであった。実験の詳細を表１に示す。

【0076】

カラム空隙率は、トレーサーとしてデキストラン（Ｄｅｘｔｒａｎ ２５０００、Ｓｐｅｃｔｒｕｍ）を注入することにより推定した。デキストランは、Ａｍｂｅｒｌｙｓｔ １５の細孔内に貫通することができない高分子量物質である。デキストランはＰＭに可溶ではないため、カラムをまず水で飽和させ、次いで水に溶解したデキストランをシステムに注入した。デキストランの保持時間から追加カラム体積を差し引いた後、床の空隙率は０．３１と計算された。

【0077】

以下は、ＳＭＢＲモデルの吸着平衡、軸方向分散係数及び反応速度パラメータの推定に使用された方法を説明している。これらのモデルパラメータは、モデルを複数のパルス注入実験（単一カラムに対して行われた）にフィッティングすることにより推定され、Ａｇｒａｗａｌ，Ｇ．；Ｏｈ，Ｊ．；Ｓｒｅｅｄｈａｒ，Ｂ．；Ｔｉｅ，Ｓ．；Ｄｏｎａｌｄｓｏｎ，Ｍ．Ｅ．；Ｆｒａｎｋ，Ｔ．Ｃ．；Ｓｃｈｕｌｔｚ，Ａ．Ｋ．；Ｂｏｍｍａｒｉｕｓ，Ａ．Ｓ．；Ｋａｗａｊｉｒｉ，Ｙ．，Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｍｏｖｉｎｇ ｂｅｄ ｓｙｓｔｅｍｓ ｗｉｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｅｅｄ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｇｌｙｃｏｌ ｅｔｈｅｒ ｅｓｔｅｒ．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ Ａ ２０１４，１３６０，１９６−２０８において議論されている。

【0078】

【表1】

【0079】

モデルのパルス注入実験へのフィッティング

【0080】

反転法による手法は、その実験の単純さのため、モデルパラメータの推定に使用される。反転法による手法では、モデルパラメータの信頼性のあるセットを推定するために、パルス注入実験の擬似濃度プロファイルが、実験的クロマトグラムにフィッティングされる。モデル及び実験観察により予測された濃度の間の差の二乗の和を最小化する、最小二乗法が使用される。目的関数Φは、以下のように定式化される：

【0081】

【数18】

【0082】

式中、下付き文字ｉ及びｌは、成分、及び試料が収集される時点を指し、一方上付き文字ｋは、実験指数を示す。記号Ｎ_ｅｘｐは、考慮される実験の総数を指し、Ｎ_ｃｏｍｐは、システム内に存在する成分の総数を指し、Ｎ^ｋ_ｔ，ｉは、ｋ番目の実験におけるｉ番目の成分に対して考慮される濃度データ点の総数を指し、Ｎ_ｒｅｇは、以下で議論される正則化パラメータの数である。目的関数において、別個の実験から推定されるパラメータ値の著しい偏差を防止するために、ティホノフ正則化項が含められた。ティホノフ正則化は、推定されるパラメータセットの非一意性を低減するための標準的な手法である。

【0083】

【数19】

【0084】

における平衡定数Ｋｅｑ及び床の空隙率もまた含められた。これは、クロマトグラムでのパラメータ推定において、これらのパラメータがフィッティングに対して敏感ではないことが分かっているためである。正則化項の係数ρは、モデルフィッティングと、所望のものからのｅ_ｂ及びＫ_ｅｑ値の偏差との間の最善の妥協点により見出される。モデルフィッティングのための得られる連立方程式は、内点法アルゴリズムによるｆｍｉｎｃｏｎ最適化プログラムを使用して、ＭＡＴＬＡＢにおいて解かれる。

【0085】

ここで、パルス注入実験のモデルフィッティング結果を議論する。４つのヘンリー定数、４つの物質移動係数、２つの反応パラメータ、軸方向分散係数及び床の空隙率の合計１２のモデルパラメータがある。これらのパラメータは、単一カラムモデルを２つの異なるパルス注入実験にフィッティングすることにより同時に推定されている。５０体積％及び７５体積％のＡＡ濃度のパルスを、それぞれ１１０℃で５ｍｌの注入ループ及び０．５ｍｌ／分の流速でＰＭに注入することにより、２つのパルス注入実験を行った。推定されるパラメータセットの信頼性を増加させるために、２つの実験クロマトグラムを考慮した。図５（ａ）及び５（ｂ）は、フィッティングされたモデル及び実験クロマトグラムにより説明される溶出プロファイルの比較を示す。ＡＡ、ＰＭＡ及び水の濃度プロファイルが左ｙ軸にプロットされ、一方ＰＭ濃度が右ｙ軸に示されている。実線は、モデルからの予測濃度プロファイルを表し、マーカーは、実験データを表す。図５（ａ）及び５（ｂ）から確認され得るように、モデルは、両方の実験において、合理的な程度まで全ての成分の濃度プロファイルをフィッティングすることができた。対応する最適モデルパラメータを、表２に列挙する。

【0086】

【表2】

【0087】

本開示による一定供給物濃度、及び反応物質の量を変化させるプロセスの両方に対する、多目的最適化問題のＰａｒｅｔｏプロットを図６に示す。図６から確認され得るように、抽残液ストリームを介したＰＭＡの生成速度は、ＡＡの変換率の増加と共に減少する。したがって、ＳＭＢＲの内部濃度プロファイルを議論しながら後に議論される所見であるＰＭＡの高い生成速度には、酢酸のより高い変換率は有利ではない。さらに、本開示のプロセスは、ＡＡの７０〜９０％変換率において、一定供給物濃度戦略に対する一貫した改善を示す。さらに、ＰＭＡ生成速度の改善は、一定供給物濃度戦略に対してより高いＡＡ変換率においてより顕著となる。したがって、本開示のプロセスは、ＳＭＢＲのプロセス性能を改善する大きな潜在性を有する。

【0088】

Ｐａｒｅｔｏプロットに加えて、回収されたＰＭＡの量及び抽残液ストリーム出口における水純度（重量％）もまた、ＳＭＢＲの必要なプロセス仕様と比較される。図７（ａ）から確認され得るように、ＰＭＡ回収率は、常に一定供給物濃度戦略のための最適解における有効な制約であった。しかしながら、そのようなことは、本開示のプロセスには当てはまらない。本開示において、得られたＰＭＡ回収率は、９０％超であり、その値はＡＡの変換率の増加と共に増加した。したがって、本開示のプロセスは、抽残液ストリームを介したＰＭＡの高い回収率を得るためにより有利である。抽残液ストリームにおける水純度を図７（ｂ）に示すが、これは高い変換率を達成するための障害とはならない。この制約は、操作戦略の両方に対して有効ではなかった。したがって、水の純度は常に１重量％未満であり、このように全操作範囲にわたり必要なプロセス仕様を満足した。抽残液ストリーム出口における水の量は、下流側の蒸留中の共沸混合物形成のため、重要である。したがって、抽残液ストリーム中のより低い含水量が、下流側の分離の容易化に役立つ。本開示のプロセスは、一定供給物濃度戦略と比較してより低い水の純度をもたらすため、下流側の費用の削減にも有利である。

【0089】

ここで、両方の操作戦略により得られた入口供給物濃度プロファイルを議論するが、入口供給物組成は、０％から７５％のＡＡの間で変化させた。ＡＡの７０％、８０％及び９０％変換に対する単一ステップにおける供給物濃度プロファイルを、それぞれ図８、９及び１０に示す。さらに、両方の操作戦略における供給物濃度値もまた、表３に列挙する。

【0090】

【表3】

【0091】

これらの供給物濃度プロファイルは、循環定常状態で得られる。したがって、前のステップの終わりが、図８〜１０に示されるステップに先行する。表３から確認され得るように、一定供給物濃度戦略において、供給物濃度は、ＡＡの変換率を７０％から９０％に増加させながら、３１．５％から２６．３％ＡＡに変化する。一方、本開示のプロセスは、様々なシナリオにおいて非常に類似している。本開示のプロセスにおいて、低濃度の純粋なＰＭまたはＡＡのいずれかが、ステップ時間の最初の６６％の間に供給され、次いで供給物組成は７５％ＡＡに切り替えられる。これらの供給物濃度プロファイルは、ＳＭＢＲ内の内部濃度プロファイル及び反応速度から説明され得る。

【0092】

図１１（ａ）及び１１（ｂ）は、それぞれ、一定供給物濃度（図１１（ａ））及び本開示のプロセス（図１１（ｂ））における、内部濃度プロファイル及び正味反応速度ｒ^ｊ（ｘ，ｔ）のスナップショットを示す。推測されるように、両方の操作戦略において、ＳＭＢＲ内の正味反応速度はゾーンＩＩ内において最も高く、ＡＡがＰＭと反応してＰＭＡ及び水を形成する。強く保持される成分である水は、抽出物ストリームから回収され得、一方より急速に移動する成分であるＰＭＡはゾーンＩＩＩに送られ、最終的に抽残液ストリームから回収される。

【0093】

これらの２つの異なる操作戦略の濃度プロファイルには、著しい差がある。特に、ＡＡの濃度プロファイルは著しく異なり、本開示のプロセスにおいて、ＡＡの濃度は、ゾーンＩＩにおいて著しくより鋭いピークを有する（図１１（ｂ））。本開示のプロセスにおけるゾーンＩＩにおけるＡＡ濃度のこの増加は、より高い正味反応速度をもたらし、一方、一定供給物濃度戦略における正味反応速度は、ゾーンＩＩ及びＩＩＩの両方において広がる比較的平坦なプロファイルを有する（図１１（ａ））。一定供給物濃度戦略の制限された生成速度は、ゾーンＩＩ及びＩＩＩにおける反応平衡により説明され得る。供給物がより速い流速で供給された場合、ゾーンＩＩＩにおける正味反応速度は増加し、過剰のＰＭＡの形成をもたらす。過剰のＰＭＡは、ゾーンＩＶに移動し、このゾーン内に存在する少量の水と逆反応を開始する。この逆反応はＡＡ及びＰＭを形成し、変換率は減少する。ゾーンＩＩＩ内の反応速度がさらにより高い場合、より多量のＰＭＡが形成され、これがリサイクルラインを通してゾーンＩに進入し、さらにより高い逆反応速度をもたらす。

【0094】

一方、本開示のプロセスは、供給物濃度の調節によりゾーンＩＩＩ内の高い正味反応速度を回避する。図８〜１０において確認され得るように、ステップの開始時において、供給物中のＡＡの濃度はゼロであり、これは、ゾーンＩＩＩ内の正味反応速度の増加を防止する。全ての成分が下流側に移動した後、供給物中のＡＡの濃度が増加する。この供給物濃度の調節は、ＡＡ濃度の局所的増加を可能にし、これはゾーンＩＩ内において局所的にのみ正味反応速度を増加させる。そのような反応速度の局所的増加は、より高い純度及び回収率を可能にしながら、同時にＰＭＡの生成速度を増加させる。

【0095】

したがって、本明細書において議論されたように、抽残液ストリーム出口を介したＰＭＡの生成速度は、両方の操作戦略において、ＡＡの変換率の増加と共に減少する。したがって、ＰＭＡの高い生成速度には、ＡＡのより高い変換率は有利ではない。さらに、本開示のプロセスは、抽残液ストリームを介したＰＭＡの高い回収率を得るためにより有利であり、また、一定供給物濃度戦略と比較して下流側の分離費用を削減するのにより有利であることが判明した。したがって、本開示のプロセスは、ＳＭＢＲのプロセス性能を改善する大きな潜在性を有する。
（態様）
（態様１）
逐次的反復注入サイクルの各ステップにおいて、第１の反応物質及び第２の反応物質を、擬似移動床反応器（ＳＭＢＲ）に供給することであって、前記ＳＭＢＲは、それぞれ注入点を有し、それぞれ固体分離媒体を含有するゾーンを含む、供給することと、
前記逐次的反復注入サイクルの間、前記ＳＭＢＲ内で前記第１の反応物質及び前記第２の反応物質を反応させ、第１の生成物を形成することと、
前記ＳＭＢＲ内の前記第１の生成物を、前記固体分離媒体を用いて分離することと、
前記逐次的反復注入サイクルのステップの間、前記ＳＭＢＲの前記注入点の１つ以上において注入される前記第１の反応物質及び前記第２の反応物質の一方または両方の量を変化させることと
を含むプロセス。
（態様２）
前記第１の反応物質及び前記第２の反応物質の一方または両方の前記量を変化させることは、前記逐次的反復注入サイクルの各ステップにおいて行われる、態様１に記載のプロセス。
（態様３）
前記逐次的反復注入サイクルの各ステップは、所定時間（ｔ_ｓｔｅｐ）を有し、前記第１の反応物質及び前記第２の反応物質の一方または両方の前記量を変化させることは、ｔ_ｓｔｅｐの第１のパーセンテージに達したら開始する、態様１または２に記載のプロセス。
（態様４）
ｔ_ｓｔｅｐの前記第１のパーセンテージは、ｔ_ｓｔｅｐの５０パーセント（％）から１００％未満である、態様３に記載のプロセス。
（態様５）
ｔ_ｓｔｅｐの前記第１のパーセンテージは、ｔ_ｓｔｅｐの６５％から６７％である、態様３に記載のプロセス。
（態様６）
前記第１の反応物質の前記量は、前記ＳＭＢＲの前記注入点の１つ以上において注入される前記第１の反応物質及び前記第２の反応物質の総量に対してゼロ（０）である、態様１から５のいずれか一項に記載のプロセス。
（態様７）
前記第１の反応物質の前記量は、前記ＳＭＢＲの前記注入点の１つ以上において注入される前記第１の反応物質及び前記第２の反応物質の総量に対して１００％である、態様１から５のいずれか一項に記載のプロセス。
（態様８）
前記第１の反応物質及び前記第２の反応物質の一方または両方の前記量を変化させることは、前記逐次的反復注入サイクルのステップの間に２回以上行われる、態様１から７のいずれか一項に記載のプロセス。
（態様９）
前記第１の反応物質及び前記第２の反応物質の一方または両方の前記量を変化させることは、段階的変化として行われる、態様１から８のいずれか一項に記載のプロセス。
（態様１０）
前記第１の反応物質及び前記第２の反応物質の一方または両方の前記量を変化させることは、線形変化として行われる、態様１から８のいずれか一項に記載のプロセス。
（態様１１）
前記量を変化させることは、前記逐次的反復注入サイクルの各ステップの間、前記ＳＭＢＲの前記注入点の１つ以上において注入される前記第１の反応物質及び前記第２の反応物質の１つ以上の入口濃度を変化させることを含む、態様１から１０のいずれか一項に記載のプロセス。
（態様１２）
前記第１の反応物質を前記ＳＭＢＲに供給することは、前記第１の反応物質が、前記ＳＭＢＲの抽残液ストリーム及び抽出物ストリームの両方の脱着剤として作用するのに十分多い化学量論的過剰量で、前記第１の反応物質を前記ＳＭＢＲに供給することを含む、態様１から１１のいずれか一項に記載のプロセス。
（態様１３）
前記第１の反応物質に対して化学量論的に不足量の前記第２の反応物質を、前記ＳＭＢＲ内で消滅するまで反応させることを含む、態様１２に記載のプロセス。
（態様１４）
前記抽残液ストリーム及び前記抽出物ストリームの少なくとも１つの一部を、前記ＳＭＢＲの前記ゾーンの少なくとも１つに供給することを含む、態様１から１３のいずれか一項に記載のプロセス。
（態様１５）
前記固体分離媒体は、前記第１の反応物質及び前記第２の反応物質の反応の触媒としても作用する、態様１から１４のいずれか一項に記載のプロセス。
（態様１６）
前記逐次的反復注入サイクルの間、前記ＳＭＢＲ内で前記第１の反応物質及び前記第２の反応物質を反応させることは、第１の生成物及び第２の生成物を形成し、
前記ＳＭＢＲ内の前記第１の生成物を、前記固体分離媒体を用いて分離することは、前記第１の生成物を、前記ＳＭＢＲ内の前記第２の生成物から、前記固体分離媒体を用いて分離することをさらに含む、態様１から１５のいずれか一項に記載のプロセス。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5(a)】

【図5(b)】

【図6】

【図7(a)】

【図7(b)】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11(a)】

【図11(b)】