KR101419071B1 - 분산매 치환 방법 - Google Patents

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미츠비시 가스 가가쿠 가부시키가이샤
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Abstract

제1 분산매와 이소프탈산 결정으로 이루어진 원 슬러리(raw slurry)의 제1 분산매를 제2 분산매로 치환하는 방법이다. 원 슬러리는 분산매 치환장치의 치환조 상부에 배치된 사이클론 모양 노즐의 연직 방향으로 연장되는 원통부에 그 접선 방향으로부터 공급되며, 이 원통부의 내벽면을 따라서 원 운동한다. 원 운동하는 원 슬러리를 이 원통부의 연직 방향 하부의 개구부로부터 유출시키고, 이 치환조 하부로부터 공급된 제2 분산매 중에 분산시킨다. 주로 이소프탈산 결정과 제2 분산매로 이루어진 치환 슬러리는 이 치환조 하부로부터 빼내지며, 제1 분산매는 이 치환조 상부로부터 빼내진다.

Description

분산매 치환 방법{METHOD OF REPLACING DISPERSION MEDIUM}
본 발명은 제1 분산매와 이소프탈산 결정으로 이루어진 원 슬러리(raw slurry)의 제1 분산매를 제2 분산매로 치환하는 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 액상 산화반응으로부터 얻어진, 또는 조(粗) 이소프탈산의 접촉 수소화 처리나 재결정 처리에 의해 얻어진, 불순물이 많은 제1 분산매와 이소프탈산 결정으로 이루어진 원 슬러리의 제1 분산매를 제2 분산매로 효율적으로 치환하는 분산매 치환 방법에 관한 것으로, 고순도 이소프탈산 제조에 바람직한 방법이다.
이소프탈산은 m-크실렌을 대표로 하는 m-디알킬벤젠류의 액상 산화반응에 의해 제조된다. 통상은 아세트산을 용매로 하여 코발트, 망간 등의 촉매 존재하에서, 또는 이 촉매와 브롬 화합물, 아세트알데히드 등의 촉진제의 존재하에서, m-디알킬벤젠류를 액상 산화함으로써 조 이소프탈산을 얻고, 그 다음 조 이소프탈산을 정제하여 고순도 이소프탈산을 얻는다.
그러나 이 반응은 아세트산을 용매로 하고, 반응 생성물은 3-카르복시벤즈알데히드(3CBA), 메타톨루엔산(m-TOL) 등의 불순물을 포함하기 때문에, 고순도의 이소프탈산을 얻기 위해서는 상당히 고도의 정제 기술을 필요로 한다.
상기 반응에서 얻어진 조 이소프탈산을 정제하는 방법으로는, 조 이소프탈산 을 아세트산, 물, 아세트산/물 혼합 용매 등에 고온, 고압 하에서 용해하고, 접촉 수소화 처리, 탈카르보닐화 처리, 산화 처리, 재결정 처리를 하는 방법, 혹은 이소프탈산 결정이 일부 용해된 분산체를 고온침지 처리하는 방법 등의 여러 가지의 방법이 알려져 있다.
액상 산화반응에 의한 조 이소프탈산의 제조, 또는 그 정제에 있어서는, 어느 경우라도 최종적으로는 이소프탈산 결정을 슬러리로부터 분리하는 조작이 필요하다. 액상 산화반응 생성액의 분산매(제1 분산매)가 아세트산이고, 정제에 이용하는 용매(제2 분산매)가 물 등의 제1 분산매와 다른 경우, 액상 산화반응 생성액 중의 결정을 제1 분산매로부터 분리한 후, 제2 분산매에 재분산할 필요가 있다. 또, 액상 산화반응 생성액의 분산매와 정제에 이용하는 용매가 동일하더라도, 액상 산화반응 생성액 또는 제1 분산매와 이소프탈산 결정으로 이루어진 원 슬러리를 정제 처리할 경우, 불순물로서 존재하는 3CBA나 m-TOL 등의 산화 중간체 또는 착색 원인물질 등은 고온에서는 그 대부분이 분산매에 용해되어 있다. 이들 불순물을 용해시킨 채로, 액상 산화반응 생성액 또는 제1 분산매와 이소프탈산 결정으로 이루어진 원 슬러리를 100℃ 전후까지 냉각하면, 이들 불순물은 이소프탈산 결정 중에 받아들여져 고순도의 이소프탈산을 얻는 것은 곤란해진다. 따라서, 액상 산화반응 생성액, 제1 분산매와 이소프탈산 결정으로 이루어진 원 슬러리 또는 정제 처리 후의 슬러리로부터 고순도 이소프탈산을 분리하기 위한 공정을 고온, 가압 조건하에서 실시할 필요가 있다.
슬러리로부터 결정과 분산매를 분리하는 방법으로 가장 일반적으로 이용되고 있는 것은 원심분리법이며, 액상 산화반응 생성액 혹은 제1 분산매와 이소프탈산 결정으로 이루어진 원 슬러리의 경우도 원심분리법이 광범위하게 사용되고 있다.
원심분리법에서는 고속 회전을 하고 있는 바스켓 중에 제1 분산매와 이소프탈산 결정으로 이루어진 원 슬러리를 도입하고, 제1 분산매를 상부로부터 오버플로우시키고, 결정은 하부로 유도한다. 고온, 고압하에서 운전하기 위해서는, 원심분리기의 구조상 및 기능상의 제약으로 인하여 몇 가지의 어려움을 동반하는 것이 알려져 있다.
우선 원심분리중 또는 분리후의 결정의 린스가 어렵기 때문에 결정에 대한 제1 분산매 부착량이 많아지기 쉬워, 원심분리된 이소프탈산 결정에 다시 신선한 고온 용매를 첨가하여 슬러리로 하는 방법이 채택되고 있다. 하지만, 결정과 분산매의 분리 조작을 다시 한번 실시하지 않으면 안 된다. 또한, 고온, 고압에서 고속 회전을 행하기 때문에, 원심분리기의 보전, 보수가 필요하다. 이 보전, 보수는 어렵거나 번잡하기 때문에 제조 비용이 증가한다.
예를 들어, 특허문헌 1에 기재되어 있는 고순도 이소프탈산을 제조하는 방법에서는, 액상 산화에 의해 얻어진 조 이소프탈산을 접촉 수소화하고, 이소프탈산을 정석(晶析)시켜 슬러리를 얻고, 이 슬러리를 고온수에 접촉시켜 분산매를 치환하고 있다. 분산매 치환탑의 탑 꼭대기로부터 이소프탈산의 미세한 결정의 일부를 슬러리 모액과 함께 빼냄으로써, 탑 바닥으로부터 얻어지는 이소프탈산의 품질이 향상되는 것이 개시되어 있다. 그러나 이소프탈산 결정을 분산매 치환탑에 균일하게 분산시키는 것에 관한 기재는 없다.
특허문헌 1: 일본 특허 제3269508호 공보
본 발명은 제1 분산매와 이소프탈산 결정으로 이루어진 원 슬러리를 공급할 때에 슬러리 중의 이소프탈산 결정을 수평 방향으로 균일하게 분산시켜서, 더욱 안정적으로 장기 운전할 수 있는 분산매 치환 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
발명자들은 우선 종래의 단위 분사구의 유로를 좁히는 타입의 디스트리뷰터(distributor)를 이용하여, 이소프탈산 결정을 포함하는 슬러리를 고온수에 접촉시키는 분산매 치환을 실시하였다. 그러나 이소프탈산 결정을 수평 방향으로 균일하게 분산시키는 것이 어려우며, 또 장기 운전도 곤란했었다. 이 문제를 해결하기 위하여 예의 검토를 거듭한 결과, 분산의 추진력으로서 원심력을 이용하는 것에 생각이 도달하여, 간단한 구조이고, 게다가 분산이 좋은 사이클론 모양 노즐을 이용한 분산매 치환방법을 찾아내었다.
즉, 본 발명은 제1 분산매와 이소프탈산 결정으로 이루어진 원 슬러리를, 분산매 치환 장치의 치환조의 상부에 배치된 사이클론 모양 노즐에 공급하고, 이 사이클론 모양 노즐로부터 유출된 원 슬러리를 이 치환조의 하부로부터 공급되고, 이 치환조 내를 상승하는 제2 분산매와 접촉시켜, 이 치환조의 하부로부터 주로 이소프탈산 결정과 제2 분산매로 이루어진 치환 슬러리를 빼내고, 이 치환조의 상부로부터 주로 제1 분산매를 빼내는 분산매 치환 방법으로서, 원 슬러리를 사이클론 모양 노즐의 연직 방향에 축을 갖는 원통부에 그 접선 방향으로부터 이 원통부의 내벽면을 따라서 원 운동하도록 공급하고, 원 운동하는 원 슬러리를 이 원통부의 연직 방향 아랫면의 개구부로부터 유출시켜, 이 제2 분산매 중에 분산시키는 분산매 치환 방법에 관한 것이다.
발명을 실시하기 위한 바람직한 형태
본 발명의 분산매 치환 장치에서는 사이클론 모양 노즐을 이용한다. 그 예를 도 1~3으로 나타내나, 하기에 기재한 조건을 충족하는 한, 사이클론 모양 노즐의 구조, 형상은 이들로 한정되지 않는다.
이 사이클론 모양 노즐은 원 슬러리의 공급부(21)와 이 공급부에 접속하는 원통부(회전체)(20)를 갖는다. 이 원통부는 연직 방향으로 축을 가지며(연직 방향으로 연장되는 원통부), 이 원통부의 연직 방향 윗면 및 아랫면의 적어도 아랫면에는 개구부(28, 29)가 설치되어 있다. 이 공급부(21)는 이 원통부(20)의 접선 방향으로 원 슬러리를 공급하도록 설치되어 있다. 원 슬러리는 이 원통부(20)의 내벽면을 따라서 원 운동하도록 공급된다. 원 운동하는 원 슬러리는 원심력에 의해 원통부 내벽면 방향으로 이동하여, 원통부 내벽면 근방으로 원 운동하는 원 슬러리가 가득찬다. 원 슬러리는 원 운동하면서 하강하며, 원통부(20)의 연직 방향 아랫면의 개구부(29)로부터 원 운동하면서 유출된다. 원통부(20)로부터 유출된 원 슬러리는 원심력에 의해 수평 방향으로 광범위하게 걸쳐서 분산된다. 또, 개구부(29)의 지름은 종래의 디스트리뷰터의 가는 구멍 지름보다 충분히 크게 할 수 있기 때문에 장기 운전해도 폐색(閉塞)을 일으키는 일이 없다. 원통부(20)의 하부 및 필요에 따라 상부에 둑(22, 23)을 설치하는 것이 바람직하다.
이상과 같이, 본 발명에서 이용하는 사이클론 모양 노즐은 이하의 기본 구조 (1)~(3)을 만족하는 것이 바람직하다.
(1) 원 슬러리의 공급부와 이에 접속하는 연직 방향에 축을 가지는 원통부를 가지며, 이 공급부는 원 슬러리를 이 원통부의 접선 방향으로 공급하도록 접속된다.
(2) 이 원통부의 연직 방향 아랫면에는 원 운동하는 원 슬러리를 유출시키기 위한 개구부가 설치되어 있으며, 연직 방향 윗면에는 개구부가 설치되어 있어도 되고, 설치되어 있지 않아도 된다.
(3) 원통부의 하부 및 필요에 따라 상부에 둑이 설치되어 있다.
연직 방향에 축을 가지는 원통부(회전체)를 사용함으로써, 공급된 원 슬러리를 원통부 내벽면을 따라서 원 운동시킬 수 있다. 본 발명에서는 원 슬러리를 원 운동시키면서 노즐로부터 분산매 치환 장치 내에 공급하고, 원심력에 의해 원 슬러리를 수평 방향으로 균일하게 분산시키는 것이 중요하다. 따라서, 원통부의 구조는 원 슬러리의 원 운동을 저해하지 않는 한 특별히 한정되지 않는다. 공급된 원 슬러리가 원통부 내벽면을 따라서 원 운동하기 위해서는, 원통부의 접선 방향으로부터 원 슬러리를 공급하도록 공급부와 원통부가 접속되어 있는 것이 바람직하다.
원 운동하는 원 슬러리를 분산매 치환 장치 내에 유출시키기 위한 개구부는 사이클론 모양 노즐의 연직 방향 아랫면에, 예를 들어 도 1~3에 나타내는 바와 같이 설치된다. 원통부 윗면으로부터 원 슬러리의 분산을 억제할 경우, 이 윗면에는 개구부를 설치하지 않아도 된다(도 3).
원 슬러리의 원 운동을 유지하기 위해서는, 도 1~3에 나타낸 바와 같이, 하부 둑(23)을 설치하는 것이 바람직하다. 필요에 따라 상부 둑(22)을 설치해도 된다. 둑은 원통부(20)의 내벽면으로부터 원통부 중심을 향하여, 수평으로 또는 연직 방향 아래쪽으로 경사지면서 존재하도록 설치된다. 둑을 설치함으로써, 공급된 원 슬러리가 바로 사이클론 모양 노즐로부터 분산매 치환 장치 내에 유출되는 것을 피할 수 있다. 도 11(a)~(g)에 상부 둑(22)과 하부 둑(23)의 형상을 사이클론 모양 노즐의 개략 단면도에 의해 나타내었다.
본 발명의 분산매 치환 방법에서는, 제1 분산매와 이소프탈산 결정으로 이루어진 원 슬러리를 분산매 치환 장치의 상부에 위치하는 사이클론 모양 노즐로부터 공급하고, 제2 분산매를 분산매 치환 장치의 하부로부터 공급하며, 분산매 치환 장치의 하부로부터 주로 이소프탈산 결정과 제2 분산매로 이루어진 치환 슬러리를 빼내고, 상부로부터 주로 제1 분산매를 빼낸다.
제1 분산매와 이소프탈산 결정으로 이루어진 원 슬러리로는, 예를 들어, 액상 산화 반응 생성액 또는 조 이소프탈산의 재결정 슬러리가 이용된다.
액상 산화 반응 생성액은 m-크실렌을 대표로 하는 m-디알킬벤젠류를 아세트산 용매중, 코발트, 망간 등의 촉매, 또는 이 촉매와 브롬 화합물, 아세트알데히드 등의 촉진제의 존재하에서 액상 산화하는 공정으로 얻을 수 있다. 액상 산화 반응 생성액의 제1 분산매는 산화 반응 모액이며 아세트산이 주성분이다. 이 경우의 원 슬러리의 이소프탈산 농도는 10~45 중량%가 바람직하며, 제1 분산매 중의 아세트산 농도는 70~100 중량%가 바람직하다. 분산매 치환 장치에 공급하는 온도는 80~200℃인 것이 바람직하다.
액상 산화 반응 생성액(원 슬러리)을 정제하는 경우, 제2 분산매는 임의로 물을 포함하는 아세트산 또는 물이다. 제2 분산매 중의 물 농도는 50~100 중량%가 바람직하다. 또, 이소프탈산 결정을 물에 재분산하는 경우, 제2 분산매는 물이다.
조 이소프탈산의 재결정 슬러리는 조 이소프탈산을 아세트산, 물, 혹은 이들의 혼합 용매 등에 고온, 고압하에서 용해하고, 접촉 수소화 처리, 탈카르보닐화 처리, 산화 처리, 재결정 처리를 하는 공정으로 얻을 수 있다. 조 이소프탈산의 재결정 슬러리의 제1 분산매는 재결정시에 불순물을 용해한 아세트산이나 물이며, 제2 분산매는 물이다. 이 재결정 슬러리 중의 이소프탈산 농도는 10~45 중량%가 바람직하다. 분산매 치환 장치에 공급하는 온도는 60~180℃인 것이 바람직하다.
사이클론 모양 노즐의 원 슬러리 유출구(원통부 아랫면 개구부)의 면적은 0.03~0.8 ㎡인 것이 바람직하며, 분산매 치환 장치의 수평 단면적에 대한 사이클론 모양 노즐 개수는 0.3~2 개/㎡인 것이 바람직하다. 사이클론 모양 노즐의 개수는 사용하는 분산매 치환 장치의 크기 및 사이클론 모양 노즐로부터 유출된 원 슬러리가 수평 방향으로 분산하는 범위(분산 면적)로부터 결정된다. 통상 한 개의 사이클론 모양 노즐의 유효한 분산 면적은 3 ㎡ 이하이다. 따라서, 분산매 치환 장치의 단위 단면적당 노즐 개수는 0.3 개/㎡ 이상이다. 물론 단위 면적당 노즐 개수는 많이 설정하는 것은 가능하나, 각 사이클론 모양 노즐에 원 슬러리를 균등하게 공급하는 것이 곤란해진다. 따라서, 공업적으로 실시되는 장치의 규모와 사이클론 모양 노즐의 능력을 고려하면 2 개/㎡를 넘는 사이클론 모양 노즐의 설치는 공업적 생산상 불리해진다.
복수 개의 사이클론 모양 노즐에 대한 원 슬러리의 공급에는 여러 가지 방법이 있다. 균등하게 공급하는 가장 확실한 방법은 사이클론 모양 노즐마다 유량을 조절하는 방법이지만, 비용이 드는 방법이기도 한다.
설계시에 각 사이클론 모양 노즐간의 차압을 공학적으로 산출하여, 오리피스(orifice)나 밸브 등으로 유량을 제한함으로써 일부의 사이클론 모양 노즐에 공급이 집중되지 않도록 하는 방법도 있다. 장치의 규모에 따라서는 충분히 가능한 방법이지만 유체가 슬러리인 것과 공학 계산의 정도(精度)를 생각하면 대규모 장치, 즉 다수의 사이클론 모양 노즐에 대한 공급을 균일하게 하는 데는 적당하지 않다.
이와 같은 경우, 도 4에 나타내는 바와 같이, 링 모양 헤더에 2개 이상의 사이클론 모양 노즐을 접속하고, 링 모양 헤더에 공급된 원 슬러리를 각 사이클론 모양 노즐에 공급함으로써, 아주 간단한 구조로, 그리고 매우 균등하게 원 슬러리를 공급할 수 있다. 원 슬러리는 링 모양 헤더의 접선 방향을 따라서 각 사이클론 모양 노즐에 공급하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 링 모양 헤더 내에서의 원 운동을 유지한 채로, 원 슬러리가 사이클론 모양 노즐에 공급되고, 사이클론 모양 노즐에 공급된 원 슬러리는 원 운동을 유지하면서 분산매 치환 장치 내부에 유출되어, 원 운동하면서 분산된다. 이와 같은 와류(渦流)의 찬합 구조(nesting structure)에 의해 제1 분산매의 제2 분산매로의 치환이 효율적으로 행해진다. 또한, 이와 같은 링 모양 헤더를 채용하면, 링 모양 헤더에 공급되는 원 슬러리 유량이 변화해도 원 슬러리는 각 사이클론 모양 노즐에 균등하게 공급된다. 이와 같은 효과는 오리피스나 밸브 등으로 유량을 제한하는 방법으로는 얻을 수 없다.
도 9에 분산매 치환 장치의 일례를 나타낸다. 원 슬러리(이소프탈산 결정/제1 분산매)는 공급 밸브(14), 공급구(15)를 통하여 스테인레스제 등의 치환조(12)의 상부에 배치된 사이클론 모양 노즐(16)에 공급된다. 공업적 규모로 실시하는 경우, 치환조(12)의 지름은 0.3~7 m, 높이는 1~20 m인 것이 바람직하며, 사이클론 모양 노즐(16)의 원통부의 지름은 0.1~1 m인 것이 바람직하다. 사이클론 모양 노즐(16)에 대한 원 슬러리의 공급 속도는 원 슬러리가 원 운동하면서 사이클론 모양 노즐(16)로부터 유출되는 한 특별히 한정되지 않지만, 치환조(12) 및 사이클론 모양 노즐(16)이 상기 크기인 경우 0.5~50 t/h인 것이 바람직하다.
치환조(12)의 바닥부 근방에 배치된 제2 분산매 공급구(18)로부터 밸브를 통하여 제2 분산매를 바람직하게는 0.3~40 t/h의 속도로 공급한다. 공급된 제2 분산매는 치환조(12) 내를 상승한다. 사이클론 모양 노즐(16)로부터 유출된 원 슬러리는 치환조(12) 내를 상승하는 제2 분산매와 접촉하며, 또한 원 운동하면서 제2 분산매 중에 수평 방향으로 균일하게 분산된다. 분산된 이소프탈산 결정은 제2 분산매가 풍부한 상(相)을 중력에 의해 침강시켜, 치환조(12)의 하부에는 이소프탈산 결정과 주로 제2 분산매로 이루어진 치환 슬러리가 축적된다. 이 치환 슬러리는 발출 펌프(13)를 이용하여 치환 슬러리 발출구(19)로부터 뽑아내어 진다. 또한, 치환조(12) 내의 온도는 80~180℃로 유지하는 것이 바람직하다.
제1 분산매는 공급된 제2 분산매에 의해 윗쪽으로 밀어 올려져서 제1 분산매 발출구(20)를 통하여 장치 밖으로 배출된다.
도 1에서, 도 1a는 사이클론 모양 노즐의 예를 나타내는 사시도이며, 도 1b는 도 1a의 선 V-V에 관한 단면도이다.
도 2에서, 도 2a는 사이클론 모양 노즐의 다른 예를 나타내는 사시도이며, 도 2b는 도 2a의 선 V-V에 관한 단면도이다.
도 3에서, 도 3a는 사이클론 모양 노즐의 다른 예를 나타내는 사시도이며, 도 3b는 도 3a의 선 V-V에 관한 단면도이다.
도 4는 링 모양 헤더의 접선 방향으로부터 사이클론 모양 노즐 입구에 원 슬러리가 분배되는 모양을 나타내는 개략도이다.
도 5는 분산매 치환 장치의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 6은 사이클론 모양 노즐을 나타내는 사시도이다.
도 7은 참고예 1의 조(槽)내 슬러리 농도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 8은 비교예 1의 조내 슬러리 농도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 9는 분산매 치환 장치의 다른 예를 나타내는 모식도이다.
도 10은 실시예 1의 조내 슬러리 농도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 11은 둑(堰) 형상을 나타내는 사이클론 모양 노즐의 개략 단면도이다.
이하, 실시예를 들어, 본 발명의 실시 형태를 더욱 구체적으로 설명한다. 단, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
참고예 1
도 5에 나타낸 분산 상황을 관찰하기 위한 실험 장치를 이용하여 실험 치환조(1)(내경 2 m, 높이 4 m) 내에서의 분산 상태를 조사하였다. 원 슬러리로서 입경(평균 입경 95 ㎛)을 조절한 모래의 물 슬러리를 사용하였다(모래의 농도: 35 중량%). 이 원 슬러리를 실험 치환조(1)에 넣고, 바닥부에 모래가 퇴적되지 않도록 순환 펌프(2)를 이용하여 원 슬러리를 전자 유량계(4), 유량 조절 밸브(3)를 통하여 원 슬러리 공급구(5)에 순환시켰다.
순환시킨 원 슬러리를 사이클론 모양 노즐(6)에 공급하여 원 운동을 유지하면서 실험 치환조(1) 내부에 유출시켜 분산시켰다. 사이클론 모양 노즐(6)의 구조를 도 6에 나타내었다. 원통부(10)에는 원 슬러리가 접선 방향으로부터 공급되도록 원 슬러리 공급부(11)가 접속되어 있다. 원통부(10)(내경 0.70 m)의 연직 방향 윗면과 아랫면에는 개구부(8)(개구 지름 0.58 m)과 (9)(개구 지름 0.43 m)가 설치되어 있다.
샘플링구(17)에 삽입 통과되어 실험 치환조(1) 내부를 반경 방향으로 가동한 샘플링 노즐(21)(실험 치환조(1)의 바닥면으로부터 높이 1.50 m의 위치에 설치)을 이용하여 슬러리를 채취하여 슬러리 농도(슬러리 중의 모래의 농도)를 측정하였다. 그 결과를 도 7의 그래프에 나타내었다. 도 7로부터 분명한 바와 같이 모래는 수평 방향으로 균일하게 분산되어 있었다.
슬러리의 순환을 6시간 연속하여 실시하였으나, 사이클론 모양 노즐(6)의 폐 색은 전혀 발생하지 않았다.
비교예 1
사이클론 모양 노즐(6) 대신에 개구부가 아래쪽을 향한 L자형 배관을 피드 노즐로서 이용한것 이외에는 참고예 1과 같게 하여 실험 치환조(1)의 슬러리 농도의 분포를 측정하였다. 결과를 도 8의 그래프에 나타내었다. 도 8로부터 분명한 바와 같이, 모래의 분산 상태는 수평 방향으로 불균일하였다.
비교예 2
비교예 1의 L자형 피드 노즐의 선단에 피그테일(pigtail)형의 분산 장치를 설치한것 이외에는 비교예 1과 같게 하여 원 슬러리의 순환을 실시하였다. 순환 개시 후 10분에 피드 노즐부에서 폐색하였다.
실시예 1
도 9와 같은 구조를 가지는 장치를 사용하여 분산매 치환을 실시하였다. 치환조로서 내경 30 ㎝, 높이 100 ㎝의 스테인레스제 밀폐 용기를 이용하였다.
스테인레스제 밀폐 용기에 100 ℃의 물을 채우고, 실시예 1과 같은 사이클론 모양 노즐에 30 중량%의 이소프탈산을 포함하는 물을 제1 분산매로 하는 원 슬러리를 770 kg/h로 공급하였다. 제2 분산매로서 물을 치환조의 하부로부터 560 kg/h로 공급하였다. 치환조의 하부로부터 주로 이소프탈산 결정과 제2 분산매로 이루어진 치환 슬러리를 빼내고, 치환조의 상부로부터 주로 제1 분산매를 빼냈다. 분산매 치환을 1주간 연속하여 실시하였으나 폐색 등의 트러블은 발생하지 않았다.
샘플링구(17)에 삽입 통과된 샘플링 노즐(21)을 이용하여 수평 방향의 다른 위치(치환조 바닥면으로부터의 높이 40㎝)에서 치환조 내의 슬러리를 샘플링하여, 슬러리 농도(슬러리 중의 이소프탈산 결정의 농도)를 측정하였다. 도 10의 그래프에 나타내는 바와 같이 이소프탈산 결정은 수평 방향으로 균일하게 분산되어 있었다.
본 발명의 분산매 치환 방법은 특정 조건을 만족하는 사이클론 모양 노즐을 이용하고 있기 때문에, 제1 분산매와 이소프탈산 결정으로 이루어진 원 슬러리를 공급할 때에 슬러리 중의 이소프탈산 결정을 수평 방향으로 균일하게 분산시킬 수 있어 더욱 안정된 장기 운전이 가능하다.

Claims (11)

  1. 제1 분산매와 이소프탈산 결정으로 이루어진 원 슬러리(raw slurry)를 분산매 치환 장치의 치환조 상부에 배치된 사이클론 모양 노즐에 공급하고, 이 사이클론 모양 노즐로부터 유출한 원 슬러리를 이 치환조 하부로부터 공급되어 이 치환조 내에 상승하는 제2 분산매와 접촉시켜, 이 치환조 하부로부터 주로 이소프탈산 결정과 제2 분산매로 이루어진 치환 슬러리를 빼내고, 이 치환조 상부로부터 주로 제1 분산매를 빼내는 분산매 치환 방법으로서,
    원 슬러리를 링 모양 헤더에 접속된 2개 이상의 사이클론 모양 노즐의 연직 방향에 축을 갖는 회전체에 그 접선 방향으로부터 이 회전체의 내벽면을 따라서 원 운동하도록 공급하고, 원 운동하는 원 슬러리를 이 회전체의 연직 방향 아랫면의 개구부로부터 유출시켜, 이 제2 분산매 중에 분산시키는 분산매 치환 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 회전체의 연직 방향 아랫면의 개구부 면적이 0.03∼0.8㎡인 분산매 치환 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 치환조의 단면적에 대한 사이클론 모양 노즐 개수가 0.3∼2 개/㎡인 분산매 치환 방법.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    원 슬러리가 m-디알킬벤젠류의 액상 산화반응 생성액인 분산매 치환 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    원 슬러리가 조(crude) 이소프탈산의 재결정 슬러리인 분산매 치환 방법.
  7. (1) 분산매 치환조,
    (2) 치환조의 상부에 구비되고, 연직 방향으로 연장된 축을 가지는 회전체 및 아랫면에 배치된 개구부를 포함하는 사이클론 모양 노즐,
    (3) 제1 분산매 및 이소프탈산 결정으로 이루어진 원 슬러리를 사이클론 모양 노즐에 공급하는 공급부,
    (4) 치환조의 하부에 구비되고, 치환조를 통해 위쪽으로 흐르는 제2 분산매의 공급부,
    (5) 치환조의 하부로부터 주로 이소프탈산 결정 및 제 2 분산매로 이루어진 치환 슬러리를 뽑아내는 발출구, 및
    (6) 치환조의 상부로부터 주로 제1 분산매를 뽑아내는 발출구를 포함하는 분산매 치환 장치로서,
    (i) 상기 (3)의 공급부는 원 슬러리가 회전체의 내벽면을 따라서 원 운동하도록 회전체에 접선 방향으로부터 공급되도록 배치되고,
    (ii) 원 운동하는 원 슬러리가 링 모양 헤더에 접속된 2개 이상의 사이클론 모양 노즐의 개구부로부터 흘러서 치환조를 통해 윗쪽으로 흐르는 제 2 분산매와 접촉함으로써 제 2 분산매 중에 원 슬러리를 분산시키는, 제 1 분산매 및 이소프탈산 결정으로 구성된 원 슬러리 중의 제 1 분산매를 제 2 분산매로 치환하는 분산매 치환 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    회전체의 아랫면은 회전체의 내벽면으로부터 회전체의 중심을 향하여, 수평으로 또는 연직 방향 아래쪽으로 경사지도록 연장되어 있는 둑을 포함하는 분산매 치환 장치.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 원 슬러리는 링 모양 헤더에 공급되는 분산매 치환 장치.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 개구부 면적은 0.03∼0.8㎡인 분산매 치환 장치.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 치환조의 단면적에 대한 사이클론 모양 노즐 개수는 0.3∼2 개/㎡인 분산매 치환 장치.
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