KR100580075B1

KR100580075B1 - 이소부티릭산의 정제방법

Info

Publication number: KR100580075B1
Application number: KR1020020078131A
Authority: KR
Inventors: 문지중; 고동현; 이상기; 엄성식; 류대선
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2002-12-10
Filing date: 2002-12-10
Publication date: 2006-05-16
Also published as: KR20040050325A

Abstract

본 발명은 이소부티릭산을 99.5% 이상의 고순도로 정제하는 연속식 증류방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이소부티릭산의 정제방법에 있어서, 이소부티릭산 제조공정 중 반응공정에서 발생하는 생성물이 하나의 증류컬럼에 공급노즐을 통하여 공급되고; 상기 증류컬럼의 탑상부로 저비점 부산물들이 제거되고; 상기 증류컬럼의 탑저부로 고비점 부산물들이 제거되며; 그리고 상기 증류컬럼의 싸이드컷 노즐을 통하여 이소부티릭산이 수득됨을 특징으로 하는 이소부티릭산의 정제방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 싸이드컷 노즐이 하단부에 달린 증류 컬럼 하나만을 사용하여 상기 혼합 생성물로부터 저비점 부산물들을 컬럼 상부로 제거하고, 동시에 고비점 부산물들을 탑저부로 제거하며, 싸이드컷 노즐로 색도가 아파(APHA) 10 이하인 99.5% 이상의 고순도의 이소부티릭산을 고수율로 얻을 수 있는 효과가 있다.

이소부티릭산, 고순도, 증류, 정제, 싸이드컷, 증류컬럼

Description

이소부티릭산의 정제방법{Method for Purifying Isobutyric Acid}

도 1은 본 발명에 의한 실시예 1 내지 2의 이소부티릭산의 정제공정에 관한 것으로, 싸이드컷 노즐이 증류탑의 하단부에 설치된 하나의 컬럼만을 사용하여 이소부티릭산을 정제하는 방법을 나타낸 개략적인 모식도이다.

도 2는 비교예 1의 일반적인 이소부티릭산의 정제공정에 관한 것으로, 저비점 증류 컬럼과 제품 증류 컬럼을 함께 사용하여 이소부티릭산을 정제하는 개략적인 모식도를 나타낸 것이다.

[도면 주요 부분에 대한 부호의 설명]

101: 반응기 102: 이소부티르알데히드 공급도관

103: 산소 공급 도관 104: 반응생성물 이송도관

105: 싸이드컷 노즐이 달린 제품 증류컬럼

106: 싸이드컷 노즐이 달린 증류컬럼의 싸이드컷 생성물

107: 싸이드컷 노즐이 달린 증류컬럼의 탑상부 생성물

108: 싸이드컷 노즐이 달린 증류컬럼의 탑저부 생성물

201: 반응기 202: 이소부티르알데히드 공급도관

203: 산소 공급도관 204: 반응생성물 이송도관

205: 저비점 제거컬럼 206: 저비점 제거컬럼의 탑저부 생성물

207: 저비점 제거컬럼의 탑상부 생성물

208: 제품 증류컬럼 209: 제품 증류컬럼의 탑상부 생성물

210: 제품 증류컬럼의 탑저부 생성물

본 발명은 이소부티릭산의 연속식 정제방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 이소부티릭산 제조공정 중의 반응기에서 얻어지는 생성물로부터 하나의 증류 컬럼만을 사용해 저비점 성분들과 고비점 성분들을 동시에 탑상부와 탑저부로 각각 제거해 줌으로써, 99.5 중량% 이상의 고순도 이소부티릭산을 연속적으로 수득하는 이소부티릭산의 정제방법에 관한 것이다.

이소부티릭산은 일반적으로 가소제, 식품첨가제, 향료 및 각종 화학제품 제조에 사용되는 중간원료로써 매우 유용한 화학 물질이다.

본 발명의 반응물로 사용되어지는 이소부티릭산의 반응 생성물은 이소부티르알데히드와 산소의 반응에 의해 생성되어지며, 반응 생성물에서 나오는 부산물로는 아세톤, 이소프로필 알코올, 과산화물 등이 생성되고 있음을 미합중국특허 특허번호 제 4,350,829호, 일본국 특허공고공보 공고번호 제 55-13223호, 55-13225호, 및 55-17311호 등에 언급되어 있으나, 이소부티릭산의 반응 생성물을 연속식 증류를 사용하여 정제하는 공정, 특히 99.5 중량% 이상의 고순도로 이소부티릭산을 정제하는 방법에 관한 특허는 아직까지 알려진 바가 없다.

일반적으로 이소부티릭산의 합성반응에서 나오는 혼합물을 정제하기 위해서는, 저비점 성분들을 제거하는 저비점 성분 제거 증류컬럼과, 미량의 무기물들을 포함하는 고비점 성분들을 제거하는 고비점 성분 제거 증류컬럼 등이 필요하게 되는데, 도 2의 이소부티릭산의 생산 및 정제공정에서 알 수 있는 바와 같이 이소부티르알데히드(202)와 산소(203)를 이소부티릭산 합성용 반응기(201)에서 반응을 시킨 후에 이를 반응생성물 이송도관(204)을 통하여 저비점 제거 증류컬럼(205)으로 도입하여 탑상부로 저비점 부산물(207)들이 제거시키고 난 후 남은 탑저부 생성물(206)을 이소부티릭산 제품 증류컬럼(208), 즉 고비점 제거 증류컬럼으로 도입하여 탑상부로 정제된 이소부티릭산(209)을 얻어지게 되는 공정이다.

그리고 이소부티릭산의 정제 특허는 아니지만, 일본국 특허공개공보 공개번호 제11-315051호에서는 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트를 회수하는 증류 방법과 그와 관련된 장치에 관해서 기술하고 있는데, 수직 분할형 증류탑을 설계한 후, 증류탑 안에 제1, 제2, 제3의 증류부를 여러 개의 칸막이로 분리하여 공급물 노즐 쪽에 있는 제 1 증류부에서 농축과 회수 부분이 있고, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트 제품을 수득하는 노즐 쪽의 윗부분인 제 2의 증류부와, 아래 부분인 제 3증류부의 역할에 의해 저비점 부산물들과 고비점 부산물들을 분리하여 하나의 컬럼 안에서 정제 공정을 수행하여 탑 중앙부에 설치되어 있는 싸이드컷 노즐로 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트를 회수하는 증류 방법과 그와 관련된 장치에 관해서 기술하고 있다. 상기 방법은 제 1 내지 제 3의 증류부의 가열 및 냉각이 각각 필요 이상으로 반복되지 않기 때문에 계장품의 사용량이 적어지고, 소비 에너지를 적게 할 수 있으며 동시에 증류 장치의 비용을 낮출 수 있기는 하지만, 특수한 형태의 증류 컬럼의 설계, 제작 및 운전, 적용 등이 어렵다는 단점이 있으며, 또한 상기 방법은 공급물중에 녹는점이 52 내지 56℃인 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 성분들이 있기 때문에 굳는 것을 방지하는 장치가 추가적으로 필요하게 되어 장치가 복잡하게 되는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은, 이소부티릭산의 제조 공정 중에 발생하는 불순물이 포함된 반응 혼합물을 공급물로 하여 하나의 증류기만을 이용하여 싸이드컷 노즐을 통하여 99.5 중량% 이상의 고순도를 가지며, 색도가 아파(APHA) 10 이하인 이소부티릭산을 98.5% 이상의 수율로 정제할 수 있는 이소부티릭산의 연속식 정제방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 상기 목적 및 기타 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

이소부티릭산의 정제방법에 있어서, 이소부티릭산 제조공정 중 반응공정에서 발생하는 생성물이 하나의 증류컬럼에 공급노즐을 통하여 공급되고; 상기 증류컬럼의 탑상부로 저비점 부산물들이 제거되고; 상기 증류컬럼의 탑저부로 고비점 부산물들이 제거되며; 그리고 상기 증류컬럼의 싸이드컷 노즐을 통하여 수득된 이소부티릭산의 수율이 98.5 % 이상이고, 색도가 아파(APHA) 10 이하인 것을 특징으로 하는 이소부티릭산의 정제방법을 제공한다.

상기 증류컬럼의 단수는 10 내지 50단이 될 수 있으며, 증류컬럼의 탑상부의 온도가 일정하게 유지될 수 있도록 조절할 수 있는 장치가 설치될 수 있다.

상기 싸이드컷 노즐의 위치는 아래 쪽 기준으로 전체 컬럼 단수의 20%에 해당하는 단수 이하의 단에 설치될 수 있다.

상기 공급노즐의 위치는 중간 단에서 상하로 ±4단 사이에 설치될 수 있고, 환류비는 2 이상일 수 있다.

상기 증류컬럼의 압력조건은 150 내지 1013mb 일 수 있다.

상기 증류컬럼의 탑저부의 온도 조건은 110 내지 150℃ , 탑상부의 온도 조건은 80 내지 100℃ 가 될 수 있다.

상기 증류컬럼의 탑상부에 환류장치가 설치되고, 증류컬럼의 탑저부에 탑저부 용액의 액위를 일정하게 제어할수 있는 장치가 설치될 수 있다.

삭제

또한 본 발명은 상기의 방법에 의하여 정제된 이소부티릭산을 제공한다.

이하 본 발명에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서 공급물로 사용되는 반응 혼합물은 수분, 아세톤, 이소프로필 알코올, 이소프로필 포르메이트, 이소프로필 이소부티레이트, 이소부티릭산, 그 밖의 저비점 성분들과 고비점 성분들을 포함한다. 상기 반응 혼합물의 조성은 수분 0.0 내지 5.0 중량%, 보다 바람직하게는 0.0 내지 3.0 중량%, 아세톤 0.0 내지 5.0 중 량%, 보다 바람직하게는 0.0 내지 3.0 중량%, 이소프로필 포르메이트 0.0 내지 7.0 중량%, 보다 바람직하게는 1.0 내지 5.0 중량%, 이소프로필 알코올 0.0 내지 5.0 중량%, 보다 바람직하게는 0.0 내지 3.0 중량%, 이소프로필 이소부티레이트 0.0 내지 5.0 중량%, 보다 바람직하게는 0.0 내지 2.0 중량%, 이소부티릭산 80.0 내지 97.0 중량%, 보다 바람직하게는 85.0 내지 96.0 중량%, 그리고 고비점 성분들 0.0 내지 5.0 중량%, 보다 바람직하게는 0.0 내지 3.0 중량%이다.

본 발명은 이소부티릭산을 고순도로 연속적으로 회수하기 위해, 저비점 성분들과 고비점 성분들을 동시에 제거하는 싸이드컷이 하단부에 설치된 증류 컬럼을 사용하는데, 이소부티릭산의 함량이 99.5 중량% 이상, 수분의 함량이 0.1% 이하, 저비점과 고비점 성분들을 합한 함량이 0.4% 미만인 고순도의 이소부티릭산을 수득할 수 있다.

본 발명의 증류 컬럼의 공급물이 들어가는 노즐의 위치는 중간 단에서 상하로 ±4단 사이, 보다 바람직하게는 중간 단에서 상하로 ±2단 사이에 설치하며, 싸이드컷 노즐을 아래 쪽에서 전체 컬럼 단수의 20%에 해당하는 단수 아래에, 보다 바람직하게는 싸이드컷 노즐을 아래 쪽에서 전체 컬럼 단수의 15%에 해당하는 단수 아래에 설치하며, 환류비는 2이상, 보다 바람직하게는 5이상이다.

이러한 2이상, 보다 바람직하게는 5이상의 환류비가 필요한 이유는 환류비가 2미만인 경우에는 탑상부로의 이소부티릭산의 손실이 커지게 되고, 싸이드컷 노즐로 나오는 이소부티릭산 제품의 순도가 99.5 중량% 미만으로 떨어지며, 제품의 수분 함량이 0.1 중량%를 넘게 된다.

본 발명의 증류 컬럼의 압력 조건은 150 내지 1013mb, 보다 바람직하게는 300 내지 600mb 이다.

본 발명은 증류 컬럼의 탑저부의 온도 조건은 110 내지 155℃, 보다 바람직하게는 123 내지 140℃이며, 탑상부의 온도는 80 내지 100℃, 보다 바람직하게는 85 내지 96℃이다.

이러한 온도와 압력 범위의 증류 조건에서 효과적인 이소부티릭산의 회수가 얻어지며, 압력 조건이 150mb 이하에서는 탑상부로의 이소부티릭산의 손실이 많아지게 되고, 탑상부의 냉각 열교환기의 용량이 커져야 되는 문제점이 있고, 1013mb인 압력 조건보다는 300 내지 600mb의 압력 조건이 적합한 이유는 동일한 증류 컬럼을 사용하는 경우, 같은 규격의 제품을 같은 수율로 얻을 수는 있지만 공급물을 처리하는 속도가 늘어나서 1013mb의 압력 조건 대비 처리량이 1.5 내지 2배가 늘어나게 된다.

상기 본 발명의 증류 방법에 사용되는 증류 장치는 다단 증류 장치로서 통상적으로 사용되는 증류장치를 사용할 수 있다. 탑상부의 생성물은 열교환기를 거쳐 나오며, 탑저부의 생성물과 싸이드컷 물질은 열교환기를 거쳐 케틀에서 펌프로 빼 내어 준다.

본 발명에 의한 공정의 내용을 도면을 예를 들어 설명하면 다음과 같다.

도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 이소부티릭산의 합성용 반응기(101)에서 생성된 생성물이 반응생성물 이송도관(104)를 통하여 싸이드컷 노즐이 달린 제품 증류컬럼(105)로 공급되고, 컬럼의 탑상부로 저비점 부산물(107)이 제거되고, 컬럼의 탑저부로 고비점 부산물(108)들이 제거됨과 동시에 싸이드컷 노즐을 통하여 고순도의 이소부티릭산(106)을 수득할 수 있게 된다.

이하 하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명의 범위가 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

전체 증류컬럼의 단수가 25단이고, 증류컬럼의 싸이드컷 노즐이 24단(탑상부 쪽 기준)에 설치되고, 공급물의 노즐 위치가 13단에 설치된 제품 증류컬럼에 이소부티릭산 반응기에서 나오는 반응 혼합물을 공급물로 사용하였다.

상기 공급물의 조성은 수분 0.13 중량%, 아세톤 0.59 중량%, 이소프로필 포르메이트 2.79 중량%, 이소프로필 알코올 0.49 중량%, 이소프로필 이소부티레이트 0.13 중량%, 이소부티릭산 95.59 중량%, 기타 저비점 및 고비점 성분들 0.28 중량%로 구성되어 있었고, 이 공급물을 직경 50mm인 25단짜리 올더쇼(Oldershaw) 컬럼에서 공급물 노즐에 투입하고, 1013mb의 압력, 탑저부의 온도 155℃, 탑상부의 온도 96℃인 조건에서 환류비가 1인 조건에서 공급물을 분당 12.00g의 유량으로 흘려 주었으며, 싸이드컷 시료를 분당 11.21g으로 뽑아 내었다.

상기 싸이드컷 물질의 조성은 수분 0.08 중량%, 아세톤 0.03 중량%, 이소프로필 포르메이트 0.00 중량%, 이소프로필 알코올 0.00 중량%, 이소프로필 이소부티레이트 0.00 중량%, 이소부티릭산 99.64 중량%, 기타 저비점 및 고비점 성분들 0.25 중량%로 구성되어 있었으며, 이 때 싸이드컷 물질의 색도는 아파(APHA) 5 이었다.

상기 아파(APHA) 색도는 미국 표준 시험방법인 ASTM D-1209에 따라 백금-코발트 함유 표준용액을 규정대로 묽혀서 네슬러 시험관에 넣고 시료 용액과 색의 크기를 비교하는 색도에 관한 측정방법이고 본 발명에서는 로비본드 PFX-틴토미터(Lovibond PFX-Tintometer)라는 모델의 색도계를 사용하여 색도를 측정하였다.

[실시예 2]

전체 증류 컬럼의 단수가 25단이고, 증류컬럼의 싸이드컷 노즐이 24단(탑상부 쪽 기준)에 설치되고, 공급물의 노즐 위치가 13단에 설치된 제품 증류 컬럼에 이소부티릭산 반응기에서 나오는 반응 혼합물을 공급물로 사용하였다.

상기 공급물의 조성은 수분 0.13 중량%, 아세톤 0.59 중량%, 이소프로필 포르메이트 2.79 중량%, 이소프로필 알코올 0.49 중량%, 이소프로필 이소부티레이트 0.13 중량%, 이소부티릭산 95.59 중량%, 기타 저비점 및 고비점 성분들 0.28 중량%로 구성되어 있었고, 상기 공급물을 직경 50 미리 미터인 25단짜리 올더쇼(Oldershaw) 컬럼에서 공급물 노즐에 투입하고, 600mb의 압력, 탑저부의 온도 139℃, 탑상부의 온도 85℃인 조건에서 환류비가 2인 조건에서 공급물을 분당 10.00g의 유량으로 흘려 주었으며, 싸이드컷 시료를 분당 9.32g으로 뽑아 내었다.

상기 싸이드컷 물질의 조성은 수분 0.08 중량%, 아세톤 0.00 중량%, 이소프로필 포르메이트 0.00 중량%, 이소프로필 알코올 0.00 중량%, 이소프로필 이소부티레이트 0.00 중량%, 이소부티릭산 99.78 중량%, 기타 저비점 및 고비점 성분들 0.14 중량%로 구성되어 있었으며, 이 때 싸이드컷 물질의 색도는 아파(APHA) 4 이 었다.

[비교예 1]

전체 증류 컬럼의 단수가 25단이고, 증류컬럼의 싸이드컷 노즐이 없고, 공급물의 노즐 위치가 13단에 설치된 제품 증류컬럼에 이소부티릭산 반응기에서 나오는 반응 혼합물을 공급물로 사용하였다.

상기 공급물의 조성은 수분 0.13 중량%, 아세톤 0.59 중량%, 이소프로필 포르메이트 2.79 중량%, 이소프로필 알코올 0.49 중량%, 이소프로필 이소부티레이트 0.13 중량%, 이소부티릭산 95.59 중량%, 기타 저비점 및 고비점 성분들 0.28 중량%로 구성되어 있었으며, 상기 공급물을 직경 50 미리 미터인 25단짜리 올더쇼(Oldershaw) 컬럼에서 공급물 노즐에 투입하고, 600mb의 압력, 탑저부의 온도 139℃, 탑상부의 온도 85℃인 조건에서 환류비가 2인 조건에서 공급물을 분당 10.02g의 유량으로 흘려 주었으며, 탑저부 시료를 분당 9.34g으로 뽑아 내었다.

상기 탑저부 물질의 조성은 수분 0.05 중량%, 아세톤 0.00 중량%, 이소프로필 포르메이트 0.00 중량%, 이소프로필 알코올 0.00 중량%, 이소프로필 이소부티레이트 0.00 중량%, 이소부티릭산 99.37 중량%, 기타 저비점 및 고비점 성분들 0.58 중량%로 구성되어 있었으며, 이 때 탑저부 물질의 색도는 아파(APHA) 100 이상이었다.

상기 실시예 및 비교에에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 의한 이소부티릭산의 정제방법은 종래방법에 비하여 고순도의 이소부티릭산을 수득함을 알 수 있었다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 이소부티릭산 제조공정 중의 반응 부분에서 생기는 반응 혼합물을 공급물로 하여 단 하나만의 컬럼을 사용하여 반응에서 생성되는 저비점 성분들과 고비점 성분들을 한꺼번에 제거하여 이소부티릭산의 순도가 99.5 중량% 이상이고, 수분의 함량이 0.1 중량% 이하인 고순도의 이소부티릭산을 싸이드컷 노즐을 통하여 경제적이고 안정적으로 수득할 수 있는 이소부티릭산의 정제방법을 제공하는 유용한 발명인 것이다.

상기에서 본 발명은 기재된 구체예를 중심으로 상세히 설명되었지만, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.

Claims

이소부티릭산의 정제방법에 있어서,

이소부티릭산 제조공정 중 반응공정에서 발생하는 생성물이 하나의 증류컬럼에 공급노즐을 통하여 공급되고;

상기 증류컬럼의 탑상부로 저비점 부산물들이 제거되고;

상기 증류컬럼의 탑저부로 고비점 부산물들이 제거되며; 그리고

상기 증류컬럼의 싸이드컷 노즐을 통하여 수득된 이소부티릭산의 수율이 98.5 % 이상이고, 색도가 아파(APHA) 10 이하인 것을 특징으로 하는 이소부티릭산의 정제방법.
제 1 항에 있어서,

상기 증류컬럼의 단수가 10 내지 50단이며, 증류컬럼의 탑상부의 온도가 일정하게 유지될 수 있도록 조절할 수 있는 장치가 설치된 이소부티릭산의 정제방법.
제 1 항에 있어서,

상기 싸이드컷 노즐의 위치가 아래 쪽 기준으로 전체 컬럼 단수의 20%에 해당하는 단수 이하의 단에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 이소부티릭산의 정제방법.
제 1 항에 있어서,

상기 공급노즐의 위치가 중간 단에서 상하로 ±4단 사이에 설치되고, 환류비가 2 이상인 것을 특징으로 하는 이소부티릭산의 정제방법.
제 1 항에 있어서,

상기 증류컬럼의 압력조건이 150 내지 1013mb 인 것을 특징으로 하는 이소부티릭산의 정제방법.
제 1 항에 있어서,

상기 증류컬럼의 탑저부의 온도 조건이 110 내지 150℃ 이고, 탑상부의 온도 조건이 80 내지 100℃ 인 것을 특징으로 하는 이소부티릭산의 정제방법.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 증류컬럼의 탑상부에 환류장치가 설치되고, 증류컬럼의 탑저부에 탑저부 용액의 액위를 일정하게 제어할수 있는 장치가 설치된 것을 특징으로 하는 상기 이소부티릭산의 정제방법.
삭제