KR100584828B1 - 결정질 디-소르비톨의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진공 중에서 D-소르비톨 수용액의 증발 및 이어서 증발에 의해 생성된 D-소르비톨 용융물의 용융 결정화에 의한 결정질 D-소르비톨의 제조방법에 관한 것이다. 본 방법은 함수량이 0.5 중량% 미만이고 온도가 용융물의 응고점보다 5 내지 15 ℃ 높은 D-소르비톨 용융물을, 냉각 용기, 및 디스크 요소와 혼합봉이 장치된 수평 장착된 회전축으로 이루어진 용융 결정화기에서 결정화시키고, 용융 결정화기에서 취한 결정을 분쇄 및 스크리닝하여 90 % 이상 γ-변형종의 결정질 D-소르비톨로 이루어진 완제품을 생산함을 특징으로 한다.

Description

결정질 디-소르비톨의 제조방법{METHOD OF PRODUCING CRYSTALLINE D-SORBITOL}

본 발명은 진공중에서 D-소르비톨 수용액의 증발 및 이어서 증발 중에 수득된 D-소르비톨 용융물의 용융 결정화를 통한 결정질 D-소르비톨의 제조방법에 관한 것이다.

D-소르비톨은 6가 알콜에 속하며 화학식 C₆H₁₄O₆로 표현된다. D-소르비톨은 전기분해성 환원 또는 촉매성 수소화를 통해 D-글루코스로부터 제조된다. D-소르비톨은 단맛을 띠며 설탕 대용품으로서 사용되며, 또한 화장품 및 제약 산업에 및 폴리에테르 및 계면활성제 생산에 사용되고 있다. D-소르비톨은 α-, β- 및 γ-변형종 상태로 결정화되며, 여기에서 γ-변형종이 열역학적으로 안정한 형태이다. D-소르비톨은 농축 수용액 형태 또는 고체상 결정질 형태에서 공업원료로 사용된다. 고체상 결정질 D-소르비톨의 용이한 취급을 확보하기 위해서는, γ-변형종 형태가 열역학적으로 안정할 뿐만 아니라, 비교적 흡습성이 적기 때문에 주로 γ-변형종으로 존재하여야 함이 요망된다.

DE-A 32 45 170로부터는 펠릿화 특성이 개선된 소르비톨 제조방법이 공지되어 있으며, 여기에서 결정화된 글루코스의 용액은 170 ℃ 이하의 온도에서 수소화 되고, 수득된 소르비톨 용액은 140 내지 170 ℃ 범위의 온도에서 분무건조되어, 수득된 산물은 1 % 이하의 함수량을 갖게 된다.

DE-C 23 50 619로부터는 용융 입상 소르비톨을 용기에 도입함으로써 결정화된 소르비톨을 연속 생산하는 방법이 공지되어 있으며, 이 방법에서 수득된 매스는 승온에서 이동상태로 유지된다. 이러한 방법에 있어서, 미립화된 소르비톨 또는 건조물이 90 % 이상인 소적, 시이트, 연무 또는 스트립 형태의 소르비톨은 입자 크기가 5 mm 이하인 20 내지 80 중량% 소르비톨 분말과 함께 용기에 용융 상태로 연속 도입되고, 이렇게 수득된 매스는 수평축 또는 수평선쪽으로 경사진 축을 지닌 개방 용기를 회전시킴으로써 교반되며, 여기에서 용융 소르비톨 또는 소르비톨 분말은 교반 매스 표면에 적용된다. 교반 매스는 90 ℃ 이상의 온도에서 유지되며, 주로 교반 매스 표면에 침전하는 좀더 큰 입자는 오버플로우로 인하여 회전 용기의 배출구에서 트래핑되며 뒤이어서 소르비톨의 결정화를 위한 숙성단계에 투입된다. 용융 결정화에 앞서, 소르비톨 용액을 98 중량% 이상의 건조 함량이 되도록 하기에 알맞은 진공 증발용 용기가 제공된다.

DE-A 37 32 141은 고체 소르비톨의 공지된 제조방법에 대해 개괄하고 있다. 이러한 방법 중 하나에서, 소르비톨 용액은 거의 무수 용융물이 수득될 때까지 진공 중에서 증발시킨다. 냉각시, 가능하게는 결정질 소르비톨을 첨가함으로써, 용융물은 응고되고, 응고된 용융물로부터 입상 분진성 소르비톨이 파쇄 및 분쇄에 의해 수득된다. 그러나, 생성된 산물은 매우 광범위한 입자 크기 범위를 띠며, γ-소르비톨의 함량은 변동폭이 크게 된다. 결정질 소르비톨 외에도, 비정질 소르비 톨 상당량이 함유된다. 이에 따라 자유-유동성이 불량해지고, 저장 중에 산물이 응집되어 경질 매스를 형성한다. 추가의 공지방법에 따르면, 소르비톨 농축 용액이 결정화된 소르비톨의 기계적 이동층에 점적되거나 거칠게(coarsely) 분무된다. 이동하는 습윤 결정층은 여기에 공기 또는 불활성 가스를 통과시킴으로써 물을 증발시키기 위해 60 내지 80 ℃의 온도에서 유지된다. 상응하는 결정화 기간 경과 후, 고체 소르비톨 부분이 냉각하에 연속 취출된다. 수득된 산물도 마찬가지로 매우 광범위한 입자 크기 범위를 보인다. 아울러, 개개 소르비톨 입자는 이들이 공기로부터 거의 수분을 흡수하지 않으므로 신속히 응집되어 경질 매스를 형성하고, 수중 용해기간이 비교적 길다는 점에서 불리하다. 마지막으로, 또다른 방법이 공지되어 있는 데, 여기에서는 50 내지 80 % 순도의 소르비톨 용액이 분무 장치에 의해 극도로 미세한 소적으로 연속적으로 분할되며, 동시에 미분된 결정질 소르비톨은 공기와 함께 분무탑에 도입되어 분무된 소르비톨 용액은 결정질 소르비톨 입자를 박막으로 피복하게 된다. 물의 증발을 위해, 고온 공기 스트림에 추가로 불어 넣는다. 잔류 수분은 고온 공기의 온도 및 고온 공기와 소르비톨 용액 간의 비율에 의해 비교적 광범위내에서 다양할 수 있다. 20 내지 90 분의 결정화 기간 경과 후에, 건조 산물을 40 ℃ 미만의 온도로 냉각시키고, 산물의 일부를 취출하면서 다른 일부를 분무탑으로 재순환시킨다. 심지어는 이러한 방법에 따라 생산된 결정질 소르비톨의 취급성도 최종 분석시 만족스럽지 않다. 공지의 방법에 따라 생산된 산물의 단점을 제거하기 위해, DE-A 37 32 141은 분무 건조 원리에 따라 작업하는, 취급성이 개선된 결정질 소르비톨의 제조방법을 제안하고 있으며, 이 방법에서는 50 내지 80 % 소르비톨 수용액 및 결정질 소르비톨이 분무 건조기에 공급된다.

본 발명의 목적은 용융 결정화 원리에 따라 작업하되, 용융 결정화의 기존 결점을 일소하는 결정질 D-소르비톨 제조방법의 창작에 있다. 본 발명에 따라 생산된 결정질 D-소르비톨은 융점이 98 내지 100 ℃이며, 함수량이 0.5 중량% 미만이며, γ-변형종 함량이 90 % 이상이다. 이러한 산물은 공업원료로서 사용될 때 최적의 취급성을 갖는다. 따라서, 제품의 품질에 대한 요구조건이 경제적인 작업을 또한 요하는 연장된 작업기간에 걸쳐서 안전하고 신뢰할 만하게 유지되도록 전술한 진공증발을 이용하여 용융 결정화 원리에 따라 작업하는 생산공정이 개발되거나 개량되어야 한다.

본 발명의 목적은 함수량이 0.5 중량% 미만이고 온도가 용융물의 응고점보다 5 내지 15 ℃ 높은 D-소르비톨 용융물을, 냉각 용기, 및 디스크 요소와 혼합봉이 장착된 수평 배치된 회전가능한 축(여기에서, 디스크 요소 및/또는 혼합봉은 축에 웜 형태로 배열된다)으로 이루어진 용융 결정화기(여기에서, 디스크 요소, 혼합봉 및/또는 축이 냉각된다)에서 결정화시키고, 용융 결정화기에서 취출된 결정을 분쇄 및 체질에 의해 프로세싱하여 γ-변형종의 결정질 D-소르비톨 90 % 이상으로 이루어진 최종 산물을 수득한다는 점에서 해결된다.

본 발명의 용융 결정화에 기인하여, 용융 결정화의 본 발명의 구성으로 충분량의 결정화 핵이 형성됨에 따라, 고체 D-소르비톨을 D-소르비톨 용융물에 더 이상 첨가할 필요가 없다. 본 발명에 따라 사용될 혼합 요소에 의해 달성되는 비교적 높은 기계 에너지 투입에 기인하여, 평균 입자 크기가 작은 결정이 생성되며, 여기에는 극소량의 용융물만이 포함되며, 따라서 최종 산물은 비정질 D-소르비톨에 의해 눈에 띌만큼 오염되지는 않는다. 본 발명에 따른 방법에 있어서, 따라서 유리하게는 산물의 후속 숙성과정, 즉, 비정질 D-소르비톨 또는 α- 또는 β-변형종으로 존재하는 D-소르비톨의 γ-변형종으로의 전환과정이 생략될 수 있다. 더욱이, 본 발명의 용융 결정화는 유리하게도 분쇄작업에 대한 수고를 아낄 수 있다는 사실로 귀착된다. 최종적으로, 본 발명에 따라 제공된 용융 결정화기의 개별 부품의 냉각에 따라, 매우 호적한 경로의 용융 결정화가 달성되며, 이는 최종 산물이 γ-변형종의 함량이 90 % 이상이라는 사실로 귀결되며, 이에 따라 산물의 후속 숙성과정이 생략될 수 있다.

본 발명에 따르면, D-소르비톨 함량이 60 내지 80 중량%인 수용액을 5 내지 200 mbar, 바람직하게는 50 내지 200 mbar, 및 130 내지 170 ℃, 바람직하게는 130 내지 140 ℃의 온도에서 증발과정을 통해 함수량이 0.5 중량% 미만인 D-소르비톨 용융물로 전환시킨 다음, D-소르비톨 용융물을 용융물의 응고점보다 5 내지 15 ℃, 바람직하게는 10 내지 15 ℃ 높은 온도로 냉각시키는 것이 특히 유리한 것으로 판명되었다. 본 발명의 증발과정에 의해 상당량의 탈수가 달성되어, 유리하게도 D-소르비톨 용융물의 냉각에 비교적 수고가 적게 든다.

본 발명에 따르면, 박막 증발기와 같은 장치 안에서는 증발조건이 매우 정밀하게 유지될 수 있고, 탈수가 비교적 단기간 안에 달성됨에 따라 D-소르비톨 수용액의 증발과정은 박막 증발기내에서 수행하는 것이 특히 유리한 것으로 추가로 판 명되었다.

본 발명의 추가 양태에 따르면, D-소르비톨 용융물은 105 내지 115 ℃ 범위의 온도로 냉각되고, D-소르비톨 용융물은 용융 결정화기내 평균 체류시간이 1 내지 5 시간이며, 용융 결정화기로부터 취출된 결정은 평균 입자 직경 d₅₀이 2 mm 미만이다. 이러한 공정 조건하에서, 고품질의 최종산물이 안전하게 생산될 수 있다.

본 발명에 따라 최종적으로는, 공정이 연속적으로 수행되어 효율에 특히 유리한 효과가 있다는 점이 제공된다. 본 발명에 따른 연속공정의 요구되는 작업 안전성은 신뢰할 만하게 유지된다.

본 발명의 요지를 공정 흐름도를 참조로 하여 상세히 설명하고자 한다.

저장기(1)는 D-소르비톨 함량이 약 70 중량%인 D-소르비톨 수용액을 함유한다. 이러한 용액은 시판되고 있다. D-소르비톨은 수용액 중 D-글루코스의 촉매적 수소화를 통해 생성된다. D-소르비톨의 생성 후, 수용액을 정제하고 농축하여 약 70 중량%의 D-소르비톨 함량이 되게 한다. 저장기(1)에는 도면에 도시되지 않은 교반기가 제공된다.

D-소르비톨 수용액은 라인(2)을 통해, 하나 이상의 와이퍼 블레이드(5)가 제공된 교반기(4)가 장치되어 있는 박막 증발기(3)에 연속 공급된다. D-소르비톨 수용액은 박막 증발기(3)의 벽 아래쪽으로 박막에 점적되고 가열 재킷(6)에서 순환하는 가열 매질에 의해 약 135 ℃의 온도로 가열된다. 박막 증발기(3)에서, D-소르비톨 수용액으로부터 물을 제거하여 잔류 함량 0.5 중량% 미만이 되게 한다. 물의 증발은 약 100 mbar에서 발생하며, 증기는 박막 증발기(3)로부터 라인(7)을 통해 방출된다. 박막 증발기(3)에 생성된 D-소르비톨 용융물은 와이퍼 블레이드(5)에 의해 박막 증발기(3)의 벽으로부터 연속 제거되며 박막 증발기(3)의 하부로부터 약 135 ℃의 온도에서 라인(8)을 통해 냉각기(9)로 연속 유동하며, 여기에서 약 110 내지 115 ℃의 온도로 냉각된다. 이러한 조건하에서, D-소르비톨 용융물은 우수한 유동성을 띠며, 이에 따라 연속 작업이 방해되지 않는다. 라인(8)에서 유동하는 D-소르비톨 용융물은 정상 압력으로 조정되어, 냉각기(9)는 정상 압력에서 작동되게 된다.

온도가 110 내지 115 ℃인 냉각된 D-소르비톨 용융물은 라인(10)을 통해 용융 결정화기(11) 중으로 연속 도입된다. 용융 결정화기(11)는 원통형 용기로 디자인되고, 냉매를 통해 열이 방산되는 냉각 재킷(12)을 구비한다. 또한, 용융 결정화기(11)에는 회전 가능한 축(13)이 제공되며, 축에는 디스크 요소(14)와 혼합봉(15)이 장착된다. 냉매는 축(13) 및 디스크 요소(14)와 혼합봉(15) 모두를 통해 유동하고, 이에 따라 또한, 이들 부품을 통해 용융 결정화기(11)로부터 열이 방산되게 된다. 혼합봉(15)은 디스크 요소(14)에 웜 형태로 배치되어, 디스크 요소(14)에 의해 초래된 방사상 혼합 효과에 혼합봉(15)에 의해 초래된 축 방향 수송 효과가 첨가된다. 또한, 디스크 요소(14)와 혼합봉(15)은 용융 결정화기(11)에 형성된 결정 응집물의 분쇄과정을 제공한다. 용융 결정화기(11)의 전방대에서 D-소르비톨 용융물은 플라스틸리나성(plastilina-like) 매스로 전환된다. 용융 결정화기(11)의 중간대에서, 냉매 및 이미 더욱 고체상태인 D-소르비톨 매스는 혼합 요소에 의해 달성되는 기계 에너지 투입에 의해 분쇄된다. 용융 결정화기(11)의 후 방대에서, 분쇄된 매스는 더욱 분쇄되며, 또한 용융 결정화기(11)의 중간대 및 전방대에 형성된 결정질 D-소르비톨 부분의 내부 순환이 일어난다. 분말상 결정질 D-소르비톨이 측면 배치된 포트를 통해 용융 결정화기(11)로부터 배출되며, 여기에는 용융 결정화기(11)에 존재하는 D-소르비톨의 양을 조절하기 위해 수직 조정 가능한 위어(weir)가 제공된다. 결정질 D-소르비톨은 40 내지 60 ℃의 온도에서 용융 결정화기(11)로부터 배출된다. 특히, 혼합봉(15)은 용융 결정화기(11)내 케이크 형성 방지를 책임진다.

결정질 D-소르비톨은 라인(16)을 통해 산물이 분쇄되는 밀(17)로 전달된다. 그러나, 결정질 D-소르비톨이 항상 평균 입자 직경 d₅₀ 2 mm 미만, 그러나 일반적으로는 평균 입자 직경 d₅₀ 1 mm 미만으로 용융 결정화기(11)로부터 배출됨에 따라, 분쇄 작업이 비교적 적다. 분쇄된 산물은 라인(18)을 통해 시이브(19)로 공급되고, 이로부터 각각 요구되는 입자 크기 범위에 있는 최종 산물이 라인(20)을 통해 취출된다. 목적 크기 이상의 분획은 라인(21)을 통해 밀(17)로 재순환되고, 반면에 목적 크기 이하의 분획은 라인(22)을 통해 저장기(1)로 공급되며, 여기에서 교반에 의해 D-소르비톨 수용액에 용해된다.

라인(20)을 통해 방출된 최종산물은 융점 약 98 내지 100 ℃, 함수량 0.5 중량% 미만, 및 γ-변형종 함량 90 % 이상이며, 여기에서 일반적으로 γ-변형종의 함량은 약 95 %이다. 본 발명에 따른 방법에 의해 생산된 결정질 D-소르비톨은 자유 유동성이 양호하여 취급성이 우수하고, 저장 중에 개개 결정이 응집되지 않는다.

Claims (8)

1. 60 내지 80중량% 함량의 D-소르비톨 수용액을 5 내지 200mbar 및 130 내지 170℃의 온도에서 증발시켜 0.5중량% 미만의 수분함량을 갖는 D-소르비톨 용융물로 전환하고, 생성된 D-소르비톨 결정을 분쇄 및 체질함으로써 최종 산물을 수득하는, 98 내지 100℃의 녹는점 및 0.5중량% 미만의 수분함량을 갖고 90% 이상의 γ-변형종으로 구성되는 결정질 D-소르비톨의 생산 방법으로서,

   상기 D-소르비톨 용융물을 용융물의 응고점보다 5 내지 15℃ 높은 온도로 냉각시키는 단계; 및

   상기 D-소르비톨 용융물을 냉각 용기(i), 및 웜(worm) 형태로 축상에 배열된 냉각된 디스크 요소와 냉각된 혼합봉이 장착된, 수평 배치되고 회전가능한 냉각된 축(ii)으로 구성된 용융 결정화기에서 결정화시키는 단계를 포함하는,

   결정질 D-소르비톨의 생산 방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, D-소르비톨 함량이 60 내지 80 중량%인 수용액을 50 내지 200 mbar 및 130 내지 140 ℃에서 증발에 의해 함수량이 0.5 중량% 미만인 D-소르비톨 용융물로 전환시키고, D-소르비톨 용융물을 용융물의 응고점보다 10 내지 15 ℃ 높은 온도로 냉각시킴을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서, D-소르비톨 수용액의 증발이 박막 증발기에서 달성됨을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1 항에 있어서, D-소르비톨 용융물을 105 내지 115 ℃ 범위의 온도로 냉각시킴을 특징으로 하는 방법.
6. 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, D-소르비톨 용융물이 용융 결정화기내 평균 체류 시간이 1 내지 5 시간임을 특징으로 하는 방법.
7. 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 용융 결정화기로부터 제거된 결정이 평균 입자 직경 d₅₀이 2 mm 미만임을 특징으로 하는 방법.
8. 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 연속 수행됨을 특징으로 하는 방법.

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