KR101433421B1 - 니트로화 반응 장치 및 니트로화 방법 - Google Patents

니트로화 반응 장치 및 니트로화 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101433421B1
KR101433421B1 KR1020100116898A KR20100116898A KR101433421B1 KR 101433421 B1 KR101433421 B1 KR 101433421B1 KR 1020100116898 A KR1020100116898 A KR 1020100116898A KR 20100116898 A KR20100116898 A KR 20100116898A KR 101433421 B1 KR101433421 B1 KR 101433421B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
micromixer
nitration
organic compound
heat exchanger
nitrating agent
Prior art date
Application number
KR1020100116898A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20120055263A (ko
Inventor
변영창
최재훈
엄성식
고동현
홍무호
서정현
김유석
송인협
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020100116898A priority Critical patent/KR101433421B1/ko
Publication of KR20120055263A publication Critical patent/KR20120055263A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101433421B1 publication Critical patent/KR101433421B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/30—Micromixers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07B—GENERAL METHODS OF ORGANIC CHEMISTRY; APPARATUS THEREFOR
    • C07B43/00—Formation or introduction of functional groups containing nitrogen
    • C07B43/02—Formation or introduction of functional groups containing nitrogen of nitro or nitroso groups
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C201/00—Preparation of esters of nitric or nitrous acid or of compounds containing nitro or nitroso groups bound to a carbon skeleton
    • C07C201/06—Preparation of nitro compounds

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

본 발명은 니트로화 반응 장치 및 니트로화 방법에 관한 것이다. 본 발명에서는, 바람직하지 못한 부반응 등을 유발하지 않고, 높은 온도와 짧은 반응 시간 내에 효과적으로 니트로화 반응을 진행할 수 있는 반응 장치 및 방법을 제공한다. 또한, 본 발명에서는, 유독성 물질의 사용, 반응 폭주 또는 폭발 등에 의한 위험이 없이, 공업적 규모로의 니트로화 반응의 확장도 용이한 반응 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

Description

니트로화 반응 장치 및 니트로화 방법{Device for nitration reaction and nitration method}
본 발명은, 니트로화 반응 장치 및 니트로화 방법에 관한 것이다.
니트로화(nitration)는 유기 화합물에 1개 또는 2개 이상의 니트로기(―NO2)를 도입하는 반응의 총칭으로, 가장 일반적인 니트로화 반응으로는 알코올의 질산 에스테르화 반응; 또는 탄화수소 또는 그 유도체의 수소 원자를 니트로기로 치환하는 반응을 들 수 있다.
니트로화 반응은 중요한 화학 반응의 하나이다. 예를 들면, 방향족 화합물의 니트로화 반응은 염료 중간체, 의약, 농약 또는 폭약 등의 합성 과정에서의 단위 반응이며, 특정 니트로화물(ex. primary alkyl nitrate 또는 alkoxyalkyl nitrate 등)은 세탄 개량제(cetane improver)로서 사용될 수 있다.
특허문헌 1은 지방족 1차 1가 알코올(aliphatic primary monohydric alcohol)과 알콕시알칸올(alkoxyalkanol)을 저온에서 질산과 반응시켜 연속적으로 니트로화시키는 방법을 개시한다. 그러나, 상기 방법에서는, 질산에 소량으로 포함되어 있는 아질산(nitrous acid)의 부반응에 의한 폭주(fumed off) 현상이 발생할 수 있어, 온도를 낮추어 아질산의 부반응 속도를 최대한 억제할 필요가 있다.
또한, 특허문헌 2는, 질산에 포함되어 있는 아질산을 우레아(urea) 등에 의해 선택적으로 제거함으로써, 니트로화 반응을 보다 안정적으로 진행할 수 있는 방법을 개시한다. 그러나, 상기 미국 특허에서 개시하는 방법은 배치 방식(batch type)으로서, 공업적인 규모의 니트로화 반응에 적용하는 것은 곤란하다.
미국특허 제4,479,905호 미국특허 제5,162,568호
본 발명은 니트로화 반응 장치 및 니트로화 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 유기 화합물과 니트로화제(nitrating agent)를 투입하고, 상기 유기 화합물 및 니트로화제의 혼합물을 형성할 수 있도록 설치된 마이크로믹서; 및 상기 마이크로믹서와 연결되어 있으며, 상기 마이크로믹서에서 형성된 혼합물을 투입하고, 상기 혼합물에 포함된 유기 화합물의 니트로화 반응을 진행할 수 있도록 설치된 열교환기를 포함하는 니트로화 반응 장치에 관한 것이다.
이하, 본 발명의 니트로화 반응 장치를 구체적으로 설명한다.
본 발명의 반응 장치는, 마이크로믹서(micromixer) 및 상기 마이크로믹서와 연결된 열교환기(heat exchanger)를 포함한다. 본 발명에서 용어 「A와 연결된 B」는, A로부터 B 또는 B로부터 A를 향하여 유체를 그 유속 또는 유량 등을 제어하여 이동시킬 수 있도록 설치되어 있는 상태를 의미하고, 상기 용어는 A와 B가 직접 연결되어 있는 경우는 물론 별도의 다른 장치를 매개로 A와 B가 연결되어 있는 경우(ex. A-C-B)도 포함한다.
또한, 본 명세서에서 용어 「전단부」는, 장치의 소정 부분으로서, 상기 장치에서 혼합 또는 화학 반응 등이 일어날 물질이 주입될 수 있는 소정 부분(ex. 주입구(inlet))을 의미하고, 용어 「후단부」는, 장치의 소정 부분으로서, 상기 장치에서 혼합 또는 화학 반응 등이 수행된 물질이 배출되는 소정 부분(ex. 배출구(outlet)을 의미한다.
본 발명에서, 상기 마이크로믹서는, 그 전단부에서 투입된 유기 화합물 및 니트로화제를 혼합하고, 상기 혼합물을 열교환기로 전달할 수 있도록 설치되어 있을 수 있다. 또한, 본 발명에서 상기 열교환기는 그 내부에서 상기 혼합물에 포함된 유기 화합물의 니트로화 반응을 진행한 후, 이를 배출할 수 있도록 설치되어 있을 수 있다.
첨부된 도 1은 본 발명의 하나의 예시에 따른 반응 장치를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 반응 장치(1)에 포함되는 마이크로믹서(11)는, 2개의 주입구(inlet)(111a, 111b) 및 하나의 배출구(outlet)(112)를 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 2개의 주입구(111a, 111b) 중 하나의 주입구로는 유기 화합물이 투입되고, 다른 하나의 주입구로는 니트로화제가 투입될 수 있다. 이와 같이 투입된 유기 화합물 및 니트로화제는 마이크로믹서(11)의 내부에서 혼합되고, 상기 혼합물은 배출구(112)로 배출될 수 있다. 그러나, 상기 마이크로믹서(11)의 형태는 본 발명의 하나의 예시에 불과하다. 즉, 본 발명에서 사용될 수 있는 마이크로믹서는 2개 이상의 주입구 및 하나 이상의 배출구를 포함할 수도 있다. 이 경우 상기 유기 화합물 및 니트로화제는, 복수의 주입구에서 동시에 또는 시간차를 두고 마이크로믹서 내부로 투입될 수 있고, 상기의 니트로화 반응물도 복수의 배출구에서 동시에 또는 시간차를 두고 배출될 수 있다. 상기에서 마이크로믹서 내부로 유기 화합물 및 니트로화제를 주입하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 정량 펌프 등과 같은 장치를 사용하여 주입할 수 있다.
본 발명의 반응 장치에서 마이크로믹서는, 상기와 같이 주입된 유기 화합물 및 니트로화제를 혼합하고, 그 혼합물을 열교환기로 전달할 수 있도록 설치될 수 있다.
본 발명에서는, 상기 마이크로믹서가, 투입된 유기 화합물 및 니트로화제을 혼합하여, 상기를 유화물(emulsion) 형태로 형성할 수 있도록 설치되는 것이 바람직하다. 본 발명에서 용어 「유화물(emulsion) 」은, 상기 유기 화합물이 미세한 액적 상태로 니트로화제 내에 분산되어 있는 상태, 또는 상기 니트로화제가 미세한 액적 상태로 유기 화합물 내에 분산되어 있는 상태를 의미할 수 있다.
본 발명에서는, 예를 들면, 상기 마이크로믹서 내에서 SAR(Spilt and Recombine) 혼합이 일어나도록 장치를 설계함으로써, 상기 유화물 형태의 혼합물을 형성할 수 있다. SAR 혼합은, 유체의 분리, 재결합 및 재조정의 기본 단계를 통하여, 다층의 판상 층류(lamellae)를 생성하는 연속적인 방법이다. 이 분야에서는, 유체의 흐름을 연속적으로 나누고 다시 합침으로써 SAR 혼합을 수행하기 위한 다양한 설계 형태의 마이크로믹서가 알려져 있으며, 그 예에는 포크형 마이크로믹서(fork-like micromixer), 스택형 마이크로믹서(stack-like micromixer), 뫼비우스형 마이크로믹서(Mobius-type micromixer) 및 카테필라형 마이크로믹서(caterpillar micromixer) 등이 포함된다.
본 발명에서는 상기와 같은 마이크로믹서를 제한 없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 카테필라형 마이크로믹서를 사용할 수 있다. 카테필라형 마이크로믹서는, 내부에서 SAR 혼합이 일어날 수 있도록 구조화된 단일의 혼합 채널(mixing channel)을 포함하는 혼합 장치이다. 본 발명에서, 상기와 같은 카테필라형 마이크로믹서를 사용할 경우, 상기 마이크로믹서는, 단면의 직경이 약 0.1 mm 내지 약 4 mm, 바람직하게는 약 0.1 mm 내지 약 3 mm, 보다 바람직하게는 약 0.5 mm 내지 약 2 mm인 혼합 채널을 포함하는 마이크로믹서를 사용할 수 있다. 또한, 본 발명에서, 카테필라형 마이크로믹서를 사용할 경우, 상기 마이크로믹서는, 단면의 직경(D)에 대한 길이(L)의 비율(L/D), 즉 종횡비가 약 10 내지 약 200, 바람직하게는 약 10 내지 약 150, 보다 바람직하게는 약 50 내지 약 100인 혼합 채널을 포함하는 마이크로믹서를 사용할 수 있다. 상기와 같은 형태의 혼합 채널을 포함하는 카테필라형 마이크로믹서를 사용하여, 상기 믹서 내부에서의 유화물 형성 효율을 극대화할 수 있다.
본 발명에서, 상기와 같은 마이크로믹서의 내부로 주입되는 유기 화합물은, 니트로화 반응을 통해 니트로기(―NO2)가 도입되는 화합물이다. 본 발명에서 상기 유기 화합물 단독으로 마이크로믹서로 주입되거나, 또는 적절한 용매에 용해 또는 분산되거나, 또는 다른 성분과 혼합된 상태로 주입될 수 있다.
본 발명에서, 상기 유기 화합물은 알코올(ex. aliphatic monohydric primary alcohol), 알콕시 알칸올(alkoxyalkanol), 방향족 화합물 또는 헤테로고리 화합물의 일종 또는 이종 이상일 수 있다. 상기에서 알코올의 구체적인 예로는, 탄소수 4 내지 12의 1급 알코올을 들 수 있으며, 보다 구체적인 예로는, n-부탄올, 이소부탄올, n-펜탄올, 2-메틸 부탄올, 3-메틸 부탄올, n-헥산올, 2-메틸 펜탄올, 3-메틸 펜탄올, 2-에틸 부탄올, n-옥타놀, 2-에틸 헥산올, 3-에틸 헥산올, n-데칸올, 2-에틸 옥탄올, n-도데칸올 및 2-에틸 데칸올 등의 일종 또는 이종 이상의 혼합을 들 수 있다. 또한, 상기에서 알콕시 알칸올의 예로는, 알킬렌 옥시드를 알코올과 반응시켜 제조한 알콕시 알칸올을 들 수 있으며, 구체적인 예로는 2-메톡시 에탄올, 2-에톡시-1-프로판올 및 2-데실옥시-1-부탄올의 일종 또는 이종 이상의 혼합을 들 수 있다. 또한, 상기에서 방향족 화합물 또는 헤테로고리 화합물의 예로는, 톨루엔, 1,2,3,4-테트라히드로이소퀴놀린(isoquinoline), N-메톡시카보닐-1,2,3,4-테트라히드로이소퀴놀린 또는 벤조푸란 유도체 등의 일종 또는 이종 이상의 혼합을 들 수 있다. 본 발명의 니트로화 반응 장치에 적용될 수 있는 유기 화합물의 종류는, 전술한 종류에 한정되지 않고, 니트로화가 필요한 다양한 화합물이 포함될 수 있다.
본 발명에서, 상기 유기 화합물과 함께 마이크로믹서의 내부로 주입되는 니트로화제는, 또한 그 단독으로 믹서로 주입되거나, 적절한 용매에 용해 또는 분산되거나, 다른 성분과 혼합된 상태로 주입될 수 있다.
본 발명에서 사용할 수 있는 니트로화제의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 이 분야의 통상의 니트로화제가 모두 사용될 수 있다. 이와 같은 니트로화제의 예로는, 발연 질산, 진한 질산 및 묽은 질산과 같은 질산 단독계 니트로화제; 질산과 황산의 혼합물, 질산과 묽은 초산의 혼합물, 질산과 초산의 혼합물, 질산과 인산의 혼합물, 질산과 불화 수소의 혼합물, 질산과 삼불화 붕소(BF3)의 혼합물 또는 질산과 과염소산(HClO4)의 혼합물을 포함하는 혼산계 니트로화제; 또는 오산화 질소(nitrogen pentaoxide)(N2O5) 또는 이산화질소(nitrogen dioxide)(N2O4)와 같은 질소 산화물계 니트로화제 등을 들 수 있으나, 본 발명에서 사용할 수 있는 니트로화제의 종류가 상기에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 하나의 예시에서, 상기 니트로화제는, 질산(nitric acid) 및 황산(sulfuric acid)을 포함하는 수용액일 수 있고, 보다 구체적으로는, 질산 10 중량부 내지 25 중량부 및 황산 50 중량부 내지 75 중량부를 포함하는 수용액, 더욱 구체적으로는 질산 15 중량부 내지 25 중량부 및 황산 60 중량부 내지 75 중량부를 포함하는 수용액, 보다 구체적으로는 질산 18 중량부 내지 22 중량부 및 황산 65 중량부 내지 70 중량부를 포함하는 수용액일 수 있다. 상기에서 단위 「중량부」는 중량 비율을 의미한다.
본 발명의 반응 장치는, 상기와 같은 유기 화합물 및 니트로화제의 혼합물, 바람직하게는 유화물이 투입되어, 상기 유기 화합물의 니트로화 반응을 진행할 수 있는 열교환기를 포함한다. 도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 하나의 예시에서, 상기 열교환기(12)는, 하나 또는 그 이상의 주입구(121) 및 하나 또는 그 이상의 배출구(122)를 포함할 수 있고, 상기에서 주입구(121)는, 마이크로믹서(11)의 배출구(112)와 연결되어 있을 수 있다.
열교환기는, 하나의 매질로부터 다른 매질로 효율적인 열교환기 가능하도록 구성된 장치이며, 본 발명에서는 상기 마이크로믹서 내에서 형성된 혼합물, 바람직하게는 유화물을 상기와 같은 열교환기 내로 주입하여 니트로화 반응을 진행함으로써, 보다 높은 온도 및 짧은 반응 시간 내에 니트로화를 진행할 수 있으며, 또한 상기와 같은 니트로화를 연속적으로 진행할 수 있다.
본 발명에서 사용할 수 있는 상기 열교환기의 구체적인 종류는 특별히 제한되지 않는다. 본 발명에서는, 예를 들면, 상기 열교환기로서 튜브형 열교환기(Tubular heat exchanger) 또는 판형 열교환기(Plate heat exchanger)를 사용할 수 있고, 바람직하게는 튜브형 열교환기를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기에서 튜브형 열교환기는 유화물이 이동할 수 있는 하나 이상의 튜브(유체 유로)를 포함하고, 상기 튜브의 주위에 열교환 매체가 존재 또는 이동하도록 구성될 수 있고, 이에 따라 상기 튜브 내의 유화물 내에서 니트로화 반응이 진행되면서, 상기 니트로화 반응계가 튜브의 주의에 존재하는 열교환 매체와 열교환할 수 있도록 구성될 수 있다. 본 발명에서 튜브형 열교환기를 사용할 경우, 상기 열교환기는 단면의 직경이, 예를 들면, 약 0.5 mm 내지 약 5 mm의 범위에 있을 수 있고, 유체 유로 내의 유량 대비 열교환 면적(즉, 열교환 면적(cm2)/유체 유로 내의 유량(cm3/min))이 약 1 min/cm 내지 약 80 min/cm, 바람직하게는 약 5 min/cm 내지 약 60 min/cm, 보다 바람직하게는 약 5 min/cm 내지 약 40 min/cm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명에서, 상기 튜브형 열교환기에서 튜브의 두께나 길이, 2개 이상의 튜브가 포함될 경우, 각 튜브간의 간격이나 배치 등은 특별히 제한되지 않고, 전술한 열교환 면적이 달성되고, 튜브 내부에서 유체의 원활한 흐름이 확보되면서, 효과적인 니트로화 반응이 수행될 수 있도록 설계된다면, 특별히 제한되지 않는다.
또한, 상기에서 판형 열교환기는, 열교환을 위한 유체 유로 및 큰 표면적을 가지는 복수의 얇은 플레이트가 소정 간격으로 배치되어 있는 형태의 열교환기이다. 본 발명에서, 이와 같은 판형 열교환기를 사용할 경우, 열교환기 내에서 유체 유로 내의 유량 대비 열교환 면적(즉, 열교환 면적(cm2)/유체 유로 내의 유량(cm3/min))이 약 1 min/cm 내지 약 80 min/cm, 바람직하게는 약 5 min/cm 내지 약 60 min/cm, 보다 바람직하게는 약 5 min/cm 내지 약 40 min/cm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명에서, 상기 판형 열교환기의 구체적인 형태 등은, 전술한 열교환 면적이 달성되고, 내부에서 유체의 원활한 흐름이 확보되면서 효과적인 니트로화 반응이 수행될 수 있도록 설계된다면, 특별히 제한되지 않는다.
본 발명의 반응 장치는, 필요에 따라서, 전술한 마이크로믹서 및 열교환기에 추가로, 니트로화 반응이 수행된 반응 혼합물 내에서 목적물(니트로화된 유기 화합물)을 회수할 수 있는 추가적인 설비(ex. decantor)를 포함할 수도 있다.
본 발명은 또한, 유기 화합물 및 니트로화제를 마이크로믹서로 투입하고, 상기 마이크로믹서 내에서 상기 유기 화합물 및 니트로화제를 혼합하는 제 1 단계; 및 제 1 단계를 거쳐 형성된 혼합물을 열교환기에 투입하고, 상기 열교환기 내에서 상기 유기 화합물의 니트로화 반응을 진행하는 제 2 단계를 포함하는 니트로화 방법에 관한 것이다.
본 발명의 상기 니트로화 방법은, 예를 들면, 전술한 본 발명의 니트로화 반응 장치를 사용하여 수행할 수 있다.
본 발명의 제 1 단계는, 유기 화합물 및 니트로화제를 마이크로믹서 내부로 투입하고, 이를 혼합하여, 혼합물, 바람직하게는 유화물을 형성하는 단계이다. 이 경우, 유기 화합물, 니트로화제 및 마이크로믹서의 구체적인 종류 등은 전술한 바와 같다.
본 발명에서는 상기 제 1 단계에서, 상기 유기 화합물 및 니트로화제를 각각 별도의 주입구를 사용하여, 동시에 또는 순차로 마이크로믹서의 내부로 투입할 수 있다.
상기 단계에서, 상기 유기 화합물은, 마이크로믹서의 혼합 채널의 부피 대비 유량(즉, 유기 화합물의 유량(cm3/min)/혼합 채널의 부피(cm3))이 약 1,000 min-1 내지 약 25,000 min-1, 바람직하게는 약 1,500 min-1 내지 약 20,000 min-1, 보다 바람직하게는 약 1,500 min-1 내지 약 15,000 min-1, 더욱 바람직하게는 약 1,500 min-1 내지 약 12,000 min-1이 될 수 있도록 마이크로믹서 내부로 주입될 수 있다. 또한, 상기 니트로화제는, 그 유량이 몰비를 기준으로 상기 유기 화합물의 유량의 약 1배 내지 3배, 바람직하게는 약 1배 내지 2배, 보다 바람직하게는 약 1배 내지 1.5배, 더욱 바람직하게는 약 1.01배 내지 1.1배가 되도록 주입될 수 있다. 본 발명에서 유기 화합물 및 니트로화제의 주입 속도를 상기와 같이 조절함으로써, 마이크로믹서 내에서의 혼합 효율 또는 유화물의 형성 효율을 극대화할 수 있다.
본 발명의 제 2 단계는, 상기와 같은 제 1 단계에서 형성된 혼합물, 바람직하게는 유화물을 열교환기로 주입하고, 상기 열교환기 내부에서 니트로화 반응을 진행하는 단계이다.
즉, 본 발명의 제 2 단계에서는, 제 1 단계에서 형성된 혼합물이 열교환기 내의 유체 유로를 연속적으로 이동하면서, 상기 혼합물에 포함된 유기 화합물이 니트로화제와 반응하여 니트로화 반응이 진행될 수 있다.
본 발명에서, 상기 제 2 단계의 니트로화 반응은, 예를 들면, 약 20℃ 내지 100℃, 바람직하게는 약 30℃ 내지 80℃의 온도에서 진행될 수 있다. 또한, 상기 제 2 단계에서 열교환기 내부에서 유체의 유속은, 혼합물에 포함된 유기 화합물의 단위 반응 시간이 약 0.5분 내지 10분, 바람직하게는 약 0.5분 내지 5분, 보다 바람직하게는 약 0.5분 내지 2.5분이 되도록 제어될 수 있다.
본 발명에서는, 상기와 같이, 마이크로믹서를 사용하여 유기 화합물 및 니트로화제를 우선 혼합하고, 이를 열교환기 내부로 주입하여 니트로화 반응을 진행함으로써, 바람직하지 못한 부반응 등을 유발하지 않고, 높은 온도와 짧은 반응 시간 내에 효과적으로 니트로화 반응을 진행할 수 있다.
본 발명에서는, 바람직하지 못한 부반응 등을 유발하지 않고, 높은 온도와 짧은 반응 시간 내에 효과적으로 니트로화 반응을 진행할 수 있는 반응 장치 및 방법을 제공한다. 또한, 본 발명에서는, 유독성 물질의 사용, 반응 폭주 또는 폭발 등에 의한 위험이 없이, 공업적 규모로의 니트로화 반응의 확장도 용이한 반응 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 예시에 따른 니트로화 반응 장치의 모식도이다.
이하 본 발명에 따르는 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예 1.
단면의 직경이 0.5 mm이고, 길이가 30 mm이며, 내부의 부피가 0.0075 cm2인 혼합 채널을 포함하는 카테필라형 마이크로믹서 및 단면의 직경이 약 1.5 mm인 튜브를 포함하는 튜브형 열교환기를 연결하여 니트로화 반응 장치를 구성하였다. 이 때, 상기 열교환기는 온도가 약 50℃인 욕조(bath) 내에 설치되도록 하였다. 그 후, 상기 마이크로믹서로 2-에틸 헥산올(2-ethyl hexanol)을, 마이크로믹서의 혼합 채널의 내부 부피 대비 유량이 약 2,000 min-1이 되도록 주입하였다. 또한, 다른 주입구로, 질산(HNO3) 20 중량%, 황산(H2SO4) 68 중량% 및 물 12 중량%를 포함하는 니트로화제를, 상기 질산의 유량이 상기 2-에틸 헥산올의 유량의 약 1.05배(몰비 기준)가 되도록 마이크로믹서 내부로 주입하였다. 상기 마이크로믹서 내에서 상기 유기 화합물 및 니트로화제를 혼합하여, 유화물을 형성하고, 이를 다시 열교환기로 주입하여 니트로화 반응을 진행하였다. 이 때, 상기 유화물에 포함된 유기 화합물의 열교환기 내부에서의 단위 반응 시간이 약 1분이 되도록 제어하였다. 반응 결과, 상기 방식을 통해 2-에틸 헥산올의 니트로화 반응을 높은 온도 및 짧은 반응 시간에서 효율적으로 진행할 수 있음을 확인할 수 있었다(2-에틸 헥산올(2-ethyl hexanol) 전환율: 99.7%, 2-에틸 헥실 니트레이트(2-ethyl hexyl nitrate) 수율: 99.4%).
1: 니트로화 반응 장치
11: 마이크로믹서
111a, 111b: 마이크로믹서 주입구
112: 마이크로믹서 배출구
12: 열교환기
121: 열교환기 주입구
122: 열교환기 배출구

Claims (15)

  1. 유기 화합물 및 니트로화제를 투입하고, 상기 유기 화합물 및 니트로화제의 혼합물을 형성할 수 있도록 설치되어 있으며, 2개 이상의 주입구 및 1개 이상의 배출구를 포함하는 마이크로믹서; 및 상기 마이크로믹서에서 형성된 혼합물을 투입하고, 상기 혼합물에 포함된 유기 화합물의 니트로화 반응을 진행할 수 있도록 설치되어 있으며, 1개 이상의 주입구 및 1개 이상의 배출구를 가지는 열교환기를 포함하는 니트로화 반응 장치에 있어서,
    상기 마이크로믹서의 배출구와 상기 열교환기의 주입구가 연결되어 있는 니트로화 반응 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 마이크로믹서는, 유기 화합물 및 니트로화제를 혼합하여 유화물을 형성할 수 있도록 설치되어 있는 니트로화 반응 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 마이크로믹서는, SAR 혼합이 수행될 수 있도록 설치되어 있는 니트로화 반응 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 마이크로믹서는 카테필라형 마이크로믹서인 니트로화 반응 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 카테필라형 마이크로믹서는, 단면의 직경이 0.1 mm 내지 4 mm인 혼합 채널을 포함하는 니트로화 반응 장치.
  6. 제 4 항에 있어서, 카테필라형 마이크로믹서는 종횡비가 10 내지 200인 혼합 채널을 포함하는 니트로화 반응 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 유기 화합물은 알코올, 알콕시 알칸올, 방향족 화합물 및 헤테로고리 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 니트로화 반응 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 니트로화제는 질산 및 황산을 포함하는 수용액인 니트로화 반응 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 열교환기는 튜브형 열교환기 또는 판형 열교환기인 니트로화 반응 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 열교환기는, 내부의 유체 유로 내에서의 유체의 유량 대비 열교환 면적이 1 min/cm 내지 80 min/cm인 니트로화 반응 장치.
  11. 유기 화합물 및 니트로화제를 마이크로믹서의 주입구로 투입하고, 상기 마이크로믹서 내에서 상기 유기 화합물 및 니트로화제를 혼합하는 제 1 단계; 및 제 1 단계를 거쳐 형성된 혼합물을 상기 마이크로믹서의 배출구에 연결된 열교환기의 주입구에 투입하고, 상기 열교환기 내에서 상기 유기 화합물의 니트로화 반응을 진행하는 제 2 단계를 포함하는 니트로화 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 제 1 단계에서, 카테필라형 마이크로믹서를 사용하는 니트로화 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 제 1 단계에서, 유기 화합물을, 마이크로믹서 내의 혼합 채널의 부피 대비 유량이 1,000 min-1 내지 25,000 min-1이 되도록 주입하는 니트로화 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 제 1 단계에서, 니트로화제를 몰비를 기준으로 유기 화합물의 유량의 1배 내지 3배가 되도록 주입하는 니트로화 방법.
  15. 제 12 항에 있어서, 제 2 단계에서 니트로화 반응을 20℃ 내지 100℃의 온도에서 진행하는 니트로화 방법.
KR1020100116898A 2010-11-23 2010-11-23 니트로화 반응 장치 및 니트로화 방법 KR101433421B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100116898A KR101433421B1 (ko) 2010-11-23 2010-11-23 니트로화 반응 장치 및 니트로화 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100116898A KR101433421B1 (ko) 2010-11-23 2010-11-23 니트로화 반응 장치 및 니트로화 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120055263A KR20120055263A (ko) 2012-05-31
KR101433421B1 true KR101433421B1 (ko) 2014-08-27

Family

ID=46270863

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100116898A KR101433421B1 (ko) 2010-11-23 2010-11-23 니트로화 반응 장치 및 니트로화 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101433421B1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070039042A (ko) * 2004-06-11 2007-04-11 코닝 인코포레이티드 혼합 및 압력 강하를 최적화하는 미세구조 설계

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070039042A (ko) * 2004-06-11 2007-04-11 코닝 인코포레이티드 혼합 및 압력 강하를 최적화하는 미세구조 설계

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
J.Antes et al. Analysis and improvement of strong exothermic nitrations in microreactors. Chemical Engineering Research and Design, August 2003, vol.81, Issue.7, pp.760-765 *

Also Published As

Publication number Publication date
KR20120055263A (ko) 2012-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2614868B1 (en) Liquid-liquid extraction unit, multistage liquid-liquid extraction apparatus using the unit, and multistage continuous extraction system for rare earth elements
KR101629045B1 (ko) 병렬 제트 루프 반응기
ES2220629T3 (es) Procedimiento para la preparacion de pigmentos disazoicos de condensacion en microrreactores.
CN111349018B (zh) 通过直接氟化来氟化无机或有机化合物的工艺
EP2222628B1 (en) Formation of nitrate esters in microreactors and millireactors using a continuous product extraction in a turbulent flow regime
US20100124145A1 (en) Mixing apparatus and process
JP6366148B2 (ja) ジアゾ化合物の連続的な製造および反応
CN109467508A (zh) 一种微通道反应器合成二硝基甲苯的方法
CN113582883A (zh) 连续合成对甲苯磺酰氯的方法
EP2948435B1 (en) Facile method for preparation of 5-nitrotetrazolates using a flow system
KR101433421B1 (ko) 니트로화 반응 장치 및 니트로화 방법
KR101433422B1 (ko) 니트로화 반응 장치 및 니트로화 방법
KR101874776B1 (ko) N-부틸 나이트라이트의 제조 방법
US10562873B1 (en) Methods of producing glycidyl nitrate
CN112159428B (zh) 一种连续化生产甲基亚膦酸二乙酯的系统及方法
US20160207892A1 (en) Facile method for preparation of sodium 5-nitrotetrazolate using a flow system
JP5494904B2 (ja) モノニトロ化法とその製造反応装置
EP1284947A1 (de) Verfahren zur formylierung organischer verbindungen
CN110803992B (zh) 一种3-硝基-4-氟苯乙酸酯的制备方法
EP3619188B1 (en) Method for preparation of 5-fluoro-2-methyl-3-nitrobenzoic acid and its methyl ester
JP2011178678A (ja) アルキル置換ベンゼンジオールの製造方法
EP4324538A1 (en) Liquid-liquid system multi-stage device and method for producing specific substance using same
CN117101561A (zh) 一种微通道连续合成氟代碳酸乙烯酯的方法
CN115738989A (zh) 一种连续流还原芳基叠氮类化合物制备芳胺类化合物的装置及方法
CN118026792A (zh) 一种氟化工艺制备硝基化合物的合成方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170718

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180619

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190625

Year of fee payment: 6