KR101475385B1 - 하나 이상의 관통부를 갖는 격벽을 내부에 포함하는 반응기를 이용한 무수당 알코올의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하나 이상의 관통부를 갖는 격벽을 내부에 포함하는 반응기를 이용한 무수당 알코올의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 수소화 당을 탈수반응시켜 무수당 알코올로 전환하는 단계를 수행함에 있어서 하나 이상의 관통부를 갖는 격벽을 내부에 포함하는 반응기를 사용하여, 바람직하게는 상기 반응기를 2 이상 직렬연결하여 연속식으로 반응을 수행함으로써, 전환율을 향상시킬 수 있고, 전환반응의 작업 안정성 및 전환반응 결과액의 품질 균일성을 높일 수 있으며, 연속식으로 운전시 회분식 대비 반응기 사이즈를 줄일 수 있고, 설비의 유지 보수를 편리하게 하는 등 다양한 장점을 지닌 무수당 알코올의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 하나 이상의 관통부를 갖는 격벽을 내부에 포함하는 반응기를 이용한 무수당 알코올의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 수소화 당을 탈수반응시켜 무수당 알코올로 전환하는 단계를 수행함에 있어서 하나 이상의 관통부를 갖는 격벽을 내부에 포함하는 반응기를 사용하여, 바람직하게는 상기 반응기를 2 이상 직렬연결하여 연속식으로 반응을 수행함으로써, 전환율을 향상시킬 수 있고, 전환반응의 작업 안정성 및 전환반응 결과액의 품질 균일성을 높일 수 있으며, 연속식으로 운전시 회분식 대비 반응기 사이즈를 줄일 수 있고, 설비의 유지 보수를 편리하게 하는 등 다양한 장점을 지닌 무수당 알코올의 제조방법에 관한 것이다.
수소화 당(“당 알코올”이라고도 함)은 당류가 갖는 환원성 말단기에 수소를 부가하여 얻어지는 화합물을 의미하는 것으로, 일반적으로 HOCH2(CHOH)nCH2OH (여기서, n은 2 내지 5의 정수)의 화학식을 가지며, 탄소수에 따라 테트리톨, 펜티톨, 헥시톨 및 헵티톨(각각, 탄소수 4, 5, 6 및 7)로 분류된다. 그 중에서 탄소수가 6개인 헥시톨에는 소르비톨, 만니톨, 이디톨, 갈락티톨 등이 포함되며, 소르비톨과 만니톨은 특히 효용성이 큰 물질이다.
무수당 알코올은 분자 내 하이드록시기가 두 개인 디올(diol) 형태를 가지며, 전분에서 유래하는 헥시톨을 활용하여 제조할 수 있다(예컨대, 한국등록특허 제10-1079518호, 한국공개특허공보 제10-2012-0066904호). 무수당 알코올은 재생 가능한 천연자원으로부터 유래한 친환경 물질이라는 점에서 오래 전부터 많은 관심과 함께 그 제조방법에 관한 연구가 진행되어 오고 있다. 이러한 무수당 알코올 중에서 솔비톨로부터 제조된 이소소르비드가 현재 산업적 응용범위가 가장 넓다.
무수당 알코올의 용도는 심장 및 혈관 질환 치료, 패치의 접착제, 구강 청정제 등의 약제, 화장품 산업에서 조성물의 용매, 식품산업에서는 유화제 등 매우 다양하다. 또한, 폴리에스테르, PET, 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 에폭시 수지 등 고분자 물질의 유리전이온도를 올릴 수 있고, 이들 물질의 강도 개선효과가 있으며, 천연물 유래의 친환경소재이기 때문에 바이오 플라스틱 등 플라스틱 산업에서도 매우 유용하다. 또한, 접착제, 친환경 가소제, 생분해성 고분자, 수용성 락카의 친환경 용매로도 사용될 수 있는 것으로 알려져 있다.
이렇듯 무수당 알코올은 그 다양한 활용가능성으로 인해 많은 관심을 받고 있으며, 실제 산업에의 이용도도 점차 증가하고 있다. 하지만, 기존의 무수당 알코올 제조방법이 탈수반응에 사용되는 촉매 비용이 높고, 전환율, 증류 및 정제수율 등이 낮은 한계를 지니고 있기 때문에, 보다 저렴하고 간단한 방법으로 무수당 알코올을 제조할 수 있는 기술의 개발이 요청되고 있다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점들을 해결하고자 한 것으로서, 특정 구조를 갖는 반응기를 무수당 알코올 전환반응에 사용하는 간단한 방법에 의해 전환율을 향상시킬 수 있고, 전환반응의 작업 안정성 및 전환반응 결과액의 품질 균일성을 높일 수 있으며, 연속식으로 운전시 회분식 대비 반응기 사이즈를 줄일 수 있고, 설비의 유지 보수를 편리하게 하는 등 다양한 장점을 지닌 무수당 알코올의 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상기한 기술적 과제를 해결하고자 본 발명은, 수소화 당을 탈수반응시켜 무수당 알코올로 전환시키는 단계를 포함하는 무수당 알코올의 제조방법에 있어서, 상기 탈수반응이 하나 이상의 관통부를 갖는 격벽을 내부에 포함하는 반응기 내에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 반응기 외부와 유체 연결되는 하나 이상의 원료 투입부, 반응기 외부와 유체 연결되는 하나 이상의 배출부, 반응기 외부와 유체 연결되는 하나 이상의 배기 라인을 가지는 액상 물질용 반응기로서, 그 내부에 하나 이상의 관통부를 갖는 격벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 반응기가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기한 본 발명의 반응기를 2대 이상 포함하며, 상기 2대 이상의 반응기가 직렬연결된 것을 특징으로 하는 액상물질용 반응장치가 제공된다.
본 발명에 따라 수소화 당을 무수당 알코올로 전환시키면, 종래의 다른 전환공정 대비 전환율을 향상시킬 수 있고, 전환반응의 작업 안정성 및 전환반응 결과액의 품질 균일성을 높일 수 있으며, 연속식으로 운전시 회분식 대비 반응기 사이즈를 줄일 수 있고, 교반기의 생략이 가능하여 설비비가 절약되고, 설비가 간단해져 유지 보수가 편리해지는 등 다양한 이점을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 무수당 알코올 제조 방법에서 사용가능한 2단 연속식 반응 설비의 바람직한 일 구체예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 무수당 알코올 제조 방법은, 수소화 당의 탈수반응을 하나 이상의 관통부를 갖는 격벽을 내부에 포함하는 반응기 내에서 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 수소화 당(hydrogenated sugar)은 일반적으로 당 알코올(sugar alcohol)로도 불리우며, 당류가 갖는 환원성 말단기에 수소를 부가하여 얻어지는 화합물을 의미한다. 수소화 당은 탄소수에 따라 테트리톨, 펜티톨, 헥시톨 및 헵티톨(각각, 탄소수 4, 5, 6 및 7)로 분류된다. 그 중에서 탄소수가 6개인 헥시톨에는 소르비톨, 만니톨, 이디톨, 갈락티톨 등이 포함되며, 소르비톨과 만니톨은 특히 효용성이 큰 물질이다.
본 명세서에 있어서 상기 ‘무수당 알코올’이라는 표현은 임의의 방식으로 하나 이상의 단계에서 상기 수소화 당(또는 당 알코올)의 원래 내부 구조로부터 하나 이상의 물 분자를 제거하여 얻은 임의의 물질을 의미한다.
본 발명에 있어서 수소화 당으로는 헥시톨이 바람직하게 사용되며, 보다 바람직하게는 소르비톨, 만니톨, 이디톨 및 이들의 혼합물로부터 선택된 수소화 당이 사용된다.
따라서, 본 발명에 있어서 바람직하게는 상기 무수당 알코올로서 헥시톨의 탈수물인 디언하이드로헥시톨이 얻어지며, 보다 바람직하게는 이소소르비드(1,4-3,6-디언하이드로소르비톨), 이소만니드(1,4-3,6-디언하이드로만니톨), 이소이디드(1,4-3,6-디언하이드로이디톨) 및 이들의 혼합물로부터 선택된 무수당 알코올이 얻어진다. 그 중에서 이소소르비드는 산업적, 의약적 활용도가 특히 높다.
상기 수소화 당은 탈수 반응에 의하여 무수당 알코올로 전환된다. 수소화 당을 탈수하는 방법에는 특별한 제한이 없으며, 당 분야에 알려진 공지의 방법을 그대로 또는 적절히 변형하여 활용할 수 있다.
수소화 당을 탈수시켜 무수당 알코올로 전환하는 데에는 산 촉매가 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 산 촉매로서 황산, 질산, 염산, p-톨루엔 설폰산, 인산 등의 단일 산 촉매를 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 황산을 사용할 수 있다.
본 발명의 다른 구체예에 따르면, 상기 산 촉매로서 제1산 및 제2산의 혼합산을 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 제1산으로 황산, 제2산으로 p-톨루엔 설폰산, 메탄 설폰산, 에탄 설폰산, 벤젠 설폰산, 나프탈렌 설폰산 및 황산 알루미늄으로 구성되는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 황-함유 산 물질을 사용할 수 있다.
산 촉매의 사용량은 수소화 당(예컨대, 헥시톨) 100중량부당 0.5 내지 10중량부인 것이 바람직하다. 산 촉매의 양이 이 범위보다 지나치게 적으면 무수당 알코올로의 전환 시간이 너무 길어질 수 있고, 반면 산 촉매의 양이 이 범위보다 지나치게 많으면 당류 고분자의 생성이 많아지고 전환율이 저하되는 문제점이 있을 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 수소화 당의 무수당 알코올로의 전환 단계는 상기한 바와 같은 산 촉매의 존재하에 105~200℃의 온도조건(보다 바람직하게는 110~150℃) 및 1 내지 100mmHg의 압력조건(보다 바람직하게는 1 내지 50mmHg) 에서 1~10시간(보다 바람직하게는 2~5시간) 동안 수행될 수 있으나, 이에 반드시 제한되는 것은 아니다.
수소화 당의 탈수 반응시 산 촉매를 사용하는 경우, 반응 결과액은 중화되는 것이 바람직하다. 중화는 탈수 반응 완료후 반응 결과액 온도를 낮추고(예컨대, 100℃ 이하) 수산화나트륨과 같은 공지의 알칼리를 첨가하는 것에 의해 수행될 수 있다. 중화된 반응 결과액의 pH는 6~8인 것이 바람직하다.
본 발명의 무수당 알코올 제조 방법의 바람직한 일 구체예에 따르면, 수소화 당의 무수당 알코올로의 전환 단계 결과액은 증류 단계에 투입하기 전에 전처리될 수 있다. 이 전처리는 전환 단계 결과액 내에 잔류하는 수분 및 비점이 낮은 물질을 제거하기 위한 것으로, 통상 90℃~110℃의 온도 및 10 mmHg~100 mmHg의 압력조건 하에서 전환 단계 결과액을 1시간 이상(예컨대, 1~4시간) 교반하는 것에 의해 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서, 상기한 바와 같은 수소화 당의 탈수 반응은 하나 이상의 관통부(through hole)를 갖는 격벽을 내부에 포함하는 반응기 내에서 수행된다.
상기 관통부의 형상에는 특별한 제한이 없으며, 원형, 타원형, 사각형 기타 어떠한 모양이라도 가능하다. 격벽에 포함되는 관통부의 크기 및 수에도 특별한 제한이 없으며, 개별 관통부의 면적과 격벽 전체 면적을 고려하여 적절히 선택하면 된다. 예컨대, 관통부 면적의 총합이 격벽 면적의 5~50%에 해당되도록 하는 크기 및 수의 관통부가 채택될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 관통부의 위치 및 (복수 관통부의 경우 그 분포)에도 특별한 제한은 없다.
격벽은 반응기 내부를 완전히 나눌 수도 있다. 즉, 격벽의 각 끝단이 모두 반응기 내면과 접촉할 수도 있다. 다르게는, 격벽이 반응기 내부를 완전히 나누지 않을 수도 있다. 즉, 격벽의 각 끝단 중 적어도 하나가 반응기 내면과 이격되어 있을 수도 있다. 본 발명의 바람직한 일 구체예에 따르면, 반응기의 종축을 기준으로 하였을 때, 격벽의 상단은 반응기 상단 내면과 이격되고, 격벽의 나머지 끝단(하단 및 좌우 측단)은 모두 반응기 내면과 접촉될 수 있다.
격벽의 재질에는 특별한 제한이 없으며, 반응기 내면과 같은 재질일 수도 있고, 다를 수도 있다. 격벽은 반응기와 일체형으로 형성될 수도 있고, 필요에 따라 추가적으로 반응기 내부에 설치될 수도 있다.
본 발명은 상기와 같은 격벽을 갖는 반응기를 사용함으로써, 반응기에 투입된 반응액(예컨대, 1차 반응기의 경우, 원료; 2차 반응기의 경우, 1차 전환반응 결과액)이 바로 다음 단계로 넘어가지 않고 반응기 내에서 충분한 시간을 갖고 반응할 수 있는 환경이 조성된다.
본 발명의 바람직한 일 구체예에 따르면, 수소화 당을 탈수반응시켜 무수당 알코올로 전환하는 단계가 수행되는 동안, 반응기 내부의 반응액이 반응기 외부에 설치된 히트 펌프를 거치며 순환된다. 반응기와 히트 펌프의 연결구조 및 순환 라인은 도 1에 나타내었다. 이렇게 전환단계 수행시 히트 펌프를 사용하여 반응액을 순환시키면, 반응 온도 상승을 위해 자켓을 별도로 설치하지 않아도 되어 열효율을 개선할 수 있고, 교반기 없이도 전환액에 와류를 생성하여 교반의 효과를 줄 수 있으며, 정확한 온도 조절이 가능하다는 장점이 있다.
본 발명의 무수당 알코올 제조방법은 상기 설명한 관통부를 갖는 격벽을 내부에 포함하는 반응기 1대를 사용하여 회분식으로 운전될 수도 있고, 다르게는 이러한 반응기 2대 이상을 직렬연결하여 연속식으로 수행될 수도 있다. 본 발명의 바람직한 일 구체예에 따르면, 수소화 당을 탈수반응시켜 무수당 알코올로 전환하는 단계가, 상기 설명한 관통부를 갖는 격벽을 내부에 포함하는 반응기 2대를 직렬연결하여 연속식으로 수행된다. 이러한 2단 연속식 반응설비의 일 예를 도 1에 나타내었다. 이러한 연속식 운전을 통해 보다 안정적인 작업이 가능하고, 반응 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 무수당 알코올 제조방법을 2단 연속식으로 수행함에 있어서, 제1단계의 반응 온도는 105~200℃인 것이 바람직하고, 제2단계의 반응 온도는 120~250℃의 범위 내에서 제1단계 반응 온도보다 높은 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는, 제1단계의 반응 온도는 110~160℃인 것이 더욱 바람직하고, 제2단계의 반응 온도는 125~180℃의 범위 내에서 제1단계 반응 온도보다 높은 것이 더욱 바람직하다.
상기와 같이 하여 얻어진, 중화된 수소화 당의 탈수 반응 결과액은 이후, 필요시 전처리후, 증류, 및 후속 정제공정을 거쳐 고순도의 무수당 알코올 제품으로 제조될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구체예에 따르면, 중화된 수소화 당의 탈수 반응 결과액은, 그로부터 수분을 제거하는 공정을 거친 후에 증류공정에 투입된다. 탈수 반응 결과액으로부터 수분을 제거하는 공정은 탈기장치(degasser) 또는 플래시 박스(flash box)를 사용하여 수행될 수도 있고, 또는 저장조 내에서 진공으로 물을 제거하는 방법에 의해 수행될 수도 있으나, 이에 특별히 한정되는 것은 아니다.
수소화 당의 탈수 반응 결과액의 증류에는 특별한 제한이 없으며, 당 분야에 알려진 공지의 방법 및 장치를 그대로 또는 적절히 변형하여 활용할 수 있다. 예컨대, 일반적인 컨덴서 타입 증류기 또는 증류탑 증류기를 사용할 수도 있고, 박막 증류기를 활용하여 실시할 수도 있다.
증류 결과액의 후속 정제공정으로는, 결정화, 탈색처리 및 이온교환수지 처리로부터 선택된 하나 이상을 들 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 그 순서에도 특별한 제한은 없다. 이들 후속 정제공정 역시 특별한 제한 없이, 해당 처리공정을 위하여 당 분야에 알려진 공지의 방법 및 장치를 그대로 또는 적절히 변형하여 활용할 수 있다.
본 발명의 구체예에 따르면, 상기 증류는 박막 증류기를 사용하여 수행될 수 있고, 상기 결정화는 용매(예컨대, 아세톤 용매)를 사용한 결정화 방법에 의해 수행될 수도 있고 용매를 사용하지 않는 용융결정화 방법에 의해 수행될 수도 있다. 상기 탈색처리는 활성탄을 사용하여 수행될 수 있고, 상기 이온교환수지 처리는 강양이온성 교환수지, 강음이온성 이온교환수지, 또는 이들 모두를 순차적으로 사용하여 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 액상 물질 반응방법은 수소화 당을 무수당 알코올로 전환하는 데에 바람직하게 사용되나, 그 외의 액상 물질의 반응에도 적용될 수 있다. 이러한 관점에서 본 발명의 다른 측면에 따르면, 하나 이상의 관통부를 갖는 격벽을 내부에 포함하는 반응기 내에서 액상 물질을 반응시키는 것을 특징으로 하는 액상 물질 처리방법이 제공된다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 반응기 외부와 유체 연결되는 하나 이상의 원료 투입부, 반응기 외부와 유체 연결되는 하나 이상의 배출부, 반응기 외부와 유체 연결되는 하나 이상의 배기 라인을 가지는 액상 물질용 반응기로서, 그 내부에 하나 이상의 관통부를 갖는 격벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 반응기가 제공된다. 본 발명의 액상 물질용 반응기의 구체예 및 그 사용예에 대해서는 앞서 설명한 바와 같으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기한 본 발명의 반응기를 2대 이상 포함하며, 상기 2대 이상의 반응기가 직렬연결된 것을 특징으로 하는 액상물질용 반응장치가 제공된다. 본 발명의 액상물질용 연속식 반응장치의 구체예 및 그 사용예에 대해서는 앞서 설명한 바와 같으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이로써 한정되는 것은 아니다.
[
실시예
및
비교예
]
실시예
1
도 1에 도시된 바와 같이 히트 펌프가 외부에 장착되고 복수의 관통부를 갖는 격벽을 내부에 갖는 2L 반응기 2개가 직렬로 연결되어 있는 2단 반응설비를 사용하여 수소화 당의 탈수반응을 수행하였다.
수분함량이 1% 이하인 소르비톨 용액(D-소르비톨, ㈜삼양제넥스)을 515mL/hr의 속도로 1차 반응기에 투입하였다. 이때 황산(덕산화공)과 메탄설폰산(덕산화공)을 각각 7.2g/hr, 3.6g/hr의 속도로 함께 첨가하였다. 반응기 내부 압력을 50 mmHg 이하로 조절하면서 탈수전환 중에 발생하는 물을 제거하였다. 히트 펌프를 이용하여 각 반응기 내의 반응액을 순환시킴으로써 반응기의 내부 온도를 유지하였다. 1차 반응기의 내부 온도는 130℃로 유지하였고, 2차 반응기의 내부 온도는 140℃로 유지하였다. 히트 펌프로 반응액을 순환시키면서 온도를 유지함과 동시에 반응액의 혼합도 실시하였다.
도 1에 따라 반응물의 흐름을 설명하면, 소르비톨과 황산, 메탄설폰산은 1차 반응기의 격벽 좌측으로 투입되고, 격벽의 관통부를 통해 1차 반응기의 우측으로 이동되며, 1차 반응이 끝난 무수당 알코올 전환액은 2차 반응기의 격벽 좌측으로 투입된 후 격벽의 관통부를 통해 2차 반응기의 우측으로 흘러 반응이 완료되었다. 2차 반응기 배출액의 속도는 432 mL/hr이었다. 이 때 반응을 종결하기 위해 2차 반응기 배출구 후단에 50% 액상 수산화나트륨(㈜삼전순약)을 15g/hr의 속도로 연속적으로 투입하였다. 2차 반응까지 완료된 전환액의 무수당 알코올 전환율은 78%이었다.
결과물 분석에는 가스크로마토 분석기(GC, gas chromatography, HP)를 이용하였다.
- 전환율: [생성된 무수당 알코올 mole / 투입된 헥시톨(소르비톨) mole] x 100
비교예
1
히트 펌프가 장착되어 있지 않고, 반응기 내부가 격벽으로 분할되어 있지 않으며, 그대신 교반기가 장착되고 자켓으로 온도를 조절할 수 있는 2L 반응기 2개가 직렬로 연결되어 있는 2단 반응설비를 사용하여, 실시예 1과 동일한 원료들을 가지고 수소화 당의 탈수반응을 수행하였다.
소르비톨, 황산, 메탄설폰산 및 수산화나트륨은 실시예 1과 동일한 속도로 첨가하였으며, 2차 반응기로부터 배출되는 전환액의 속도도 동일하였다. 1차 및 2차 반응기의 온도는 자켓을 이용하여 조절하였으며, 1차 반응기의 내부 온도는 130℃로 유지하였고, 2차 반응기의 내부 온도는 140℃로 유지하였다. 2차 반응까지 완료된 전환액의 무수당 알코올 전환율은 72%이었다.
비교예
2
교반기와 자켓이 달린 6L 회분식 반응기를 사용하여, 실시예 1과 동일한 원료들을 가지고 수소화 당의 탈수반응을 수행하였다.
수분함량이 1% 이하인 소르비톨 용액 3090g 을 반응기에 넣고, 황산과 메탄설폰산을 각각 30.9g과 15.5g 첨가한 후에, 반응기의 내부 온도를 135℃로 유지하면서 6시간동안 교반하였다. 반응기의 내부 압력을 50 mmHg이하로 유지하면서 반응 중에 발생하는 물을 제거하였다. 6시간 반응이 완료된 후에 50% 수산화나트륨 용액을 70g 첨가하여 반응을 종결하였다. 반응이 완료된 전환액의 무수당 알코올 전환율은 74%이었다.
상기 실시예 및 비교예들의 반응조건 및 결과들을 하기 표 1에 정리하였다.
| 반응조 크기 | 반응설비 형태 | 전환율(%) | 생산방식 | |
| 실시예 1 | 2L X 2 | 2단, 격벽유 | 78.2 | 연속식 |
| 비교예 1 | 2L X 2 | 2단, 격벽무 | 72.4 | 연속식 |
| 비교예 2 | 6L | 1단, 격벽무 | 74.5 | 회분식 |
상기 표 1 에서 알 수 있듯이, 관통부가 있는 격벽을 포함하는 2단 반응기를 사용하여 연속식으로 운전한 실시예 1의 경우, 동일하게 2단 연속식으로 반응하지만 반응기 내에 격벽이 없는 비교예 1이나 회분식으로 운전한 비교예 2보다 높은 전환율을 얻을 수 있었다. 또한, 관통부가 있는 격벽을 포함하는 반응기를 이용한 연속식 반응이 회분식 반응에 비해 반응기의 사이즈를 줄일 수 있었고, 보다 균일한 품질의 무수당 알코올 전환액을 얻을 수 있었다.
1: 1차 반응기
1-1: 소르비톨 투입 라인
1-2: 산촉매 투입 라인
1-3, 2-2: 진공 라인
1-4, 2-3: 반응액 순환 라인
1-5, 2-4: 히트 펌프
1-6: 1차 반응 결과액 이송 라인
1-7: 1차 반응 결과액 배출 라인
1-8: 밸브
1-9, 2-6: 격벽
1-10, 2-7: 관통홀
2: 2차 반응기
2-1: 1차 반응 결과액 투입 라인
2-5: 2차 반응 결과액 배출 라인
1-1: 소르비톨 투입 라인
1-2: 산촉매 투입 라인
1-3, 2-2: 진공 라인
1-4, 2-3: 반응액 순환 라인
1-5, 2-4: 히트 펌프
1-6: 1차 반응 결과액 이송 라인
1-7: 1차 반응 결과액 배출 라인
1-8: 밸브
1-9, 2-6: 격벽
1-10, 2-7: 관통홀
2: 2차 반응기
2-1: 1차 반응 결과액 투입 라인
2-5: 2차 반응 결과액 배출 라인
Claims (19)
105~200℃의 온도조건 및 1~100mmHg의 압력조건에서 1~10시간 동안 수소화 당을 탈수반응시켜 무수당 알코올로 전환시키는 단계를 포함하며,
상기 탈수반응이 복수의 관통부를 갖는 격벽을 내부에 포함하는 반응기 내에서 수행되고, 상기 복수의 관통부의 면적 총합이 상기 격벽 면적의 5~50%에 해당되는 것을 특징으로 하는, 무수당 알코올의 제조방법.
상기 탈수반응이 복수의 관통부를 갖는 격벽을 내부에 포함하는 반응기 내에서 수행되고, 상기 복수의 관통부의 면적 총합이 상기 격벽 면적의 5~50%에 해당되는 것을 특징으로 하는, 무수당 알코올의 제조방법.
제1항에 있어서, 격벽의 상단은 반응기 상단 내면과 이격되고, 격벽의 나머지 끝단은 모두 반응기 내면과 접촉하는 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 제조방법.
제1항에 있어서, 수소화 당을 탈수반응시켜 무수당 알코올로 전환하는 단계가 수행되는 동안, 반응기 내부의 반응액이 반응기 외부에 설치된 히트 펌프를 거치며 순환되는 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 제조방법.
제1항에 있어서, 수소화 당을 탈수반응시켜 무수당 알코올로 전환하는 단계가, 복수의 관통부를 갖는 격벽을 내부에 포함하는 복수의 반응기를 직렬연결하여 연속식으로 수행되며, 상기 복수의 관통부의 면적 총합이 상기 격벽 면적의 5~50%에 해당되는 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 제조방법.
제4항에 있어서, 수소화 당을 탈수반응시켜 무수당 알코올로 전환하는 단계가 2단 연속식으로 수행되며, 여기서, 제1단계의 반응 온도는 110~160℃이고, 제2단계의 반응 온도는 125~180℃의 범위 내이되 제1단계 반응 온도보다는 높은 온도인 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 제조방법.
제1항에 있어서, 수소화 당을 탈수시켜 무수당 알코올로 전환하는 단계에서 산 촉매가 사용되는 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 제조방법.
제6항에 있어서, 산 촉매가 황산, 질산, 염산, p-톨루엔 설폰산 및 인산으로부터 선택되는 단일 산인 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 제조방법.
제6항에 있어서, 산 촉매가 제1산 및 제2산의 혼합산이며, 여기서 제1산은 황산이고, 제2산은 p-톨루엔 설폰산, 메탄 설폰산, 에탄 설폰산, 벤젠 설폰산, 나프탈렌 설폰산 및 황산 알루미늄으로 구성되는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 황-함유 산 물질인 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 제조방법.
제1항에 있어서, 수소화 당의 탈수 반응 결과액을 중화시키는 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 제조방법.
제9항에 있어서, 중화된 수소화 당의 탈수 반응 결과액으로부터 수분을 제거한 뒤에 이를 증류하는 단계를 추가로 포함하는 무수당 알코올의 제조방법.
제10항에 있어서, 중화된 수소화 당의 탈수 반응 결과액으로부터의 수분 제거가 탈기장치(degasser) 또는 플래시 박스(flash box)를 사용하여 수행되거나, 또는 저장조 내에서 진공으로 물을 제거하는 방법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 제조방법.
제10항에 있어서, 증류가 박막증류기를 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 제조방법.
제10항에 있어서, 증류후 결과액을 결정화, 탈색처리 및 이온교환수지 처리로부터 선택된 하나 이상의 공정에 의해 정제하는 것을 추가로 포함하는 무수당 알코올의 제조방법.
제13항에 있어서, 결정화가 유기 용매를 사용한 결정화 방법 또는 용융결정화 방법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 제조방법.
제13항에 있어서, 탈색처리가 활성탄을 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 제조방법.
제13항에 있어서, 이온교환수지 처리가 강양이온성 교환수지, 강음이온성 이온교환수지, 또는 이들 모두를 순차적으로 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 제조방법.
삭제
반응기 외부와 유체 연결되는 원료 투입부, 반응기 외부와 유체 연결되는 배출부, 반응기 외부와 유체 연결되는 배기 라인을 가지는 무수당 알코올 제조용 반응기로서, 그 내부에 복수의 관통부를 갖는 격벽을 포함하고, 상기 복수의 관통부의 면적 총합이 상기 격벽 면적의 5~50%에 해당되는 것을 특징으로 하는, 무수당 알코올 제조용 반응기.
제18항에 따른 반응기를 복수로 포함하며, 상기 복수의 반응기가 직렬연결된 것을 특징으로 하는 무수당 알코올 제조용 반응장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120114051A KR101475385B1 (ko) | 2012-10-15 | 2012-10-15 | 하나 이상의 관통부를 갖는 격벽을 내부에 포함하는 반응기를 이용한 무수당 알코올의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120114051A KR101475385B1 (ko) | 2012-10-15 | 2012-10-15 | 하나 이상의 관통부를 갖는 격벽을 내부에 포함하는 반응기를 이용한 무수당 알코올의 제조방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20140048435A KR20140048435A (ko) | 2014-04-24 |
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Family
ID=50654444
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020120114051A KR101475385B1 (ko) | 2012-10-15 | 2012-10-15 | 하나 이상의 관통부를 갖는 격벽을 내부에 포함하는 반응기를 이용한 무수당 알코올의 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| KR (1) | KR101475385B1 (ko) |
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|---|---|---|---|---|
| KR102262460B1 (ko) * | 2014-09-16 | 2021-06-09 | 에스케이이노베이션 주식회사 | 2단계 열수반응을 이용한 무수당 알코올의 제조방법 |
| WO2016105106A2 (ko) * | 2014-12-23 | 2016-06-30 | 에스케이이노베이션 주식회사 | 무수당 알코올의 연속적인 생산방법 |
| WO2016105107A2 (ko) * | 2014-12-23 | 2016-06-30 | 에스케이이노베이션 주식회사 | 무수당 알코올의 효과적인 생산 및 정제 방법 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003535085A (ja) * | 2000-05-26 | 2003-11-25 | イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー | アンヒドロ糖アルコールの連続的製造方法およびそれに有用な反応器 |
-
2012
- 2012-10-15 KR KR1020120114051A patent/KR101475385B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003535085A (ja) * | 2000-05-26 | 2003-11-25 | イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー | アンヒドロ糖アルコールの連続的製造方法およびそれに有用な反応器 |
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| KR20140048435A (ko) | 2014-04-24 |
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