KR102520479B1 - Method of Melt Crystallization of Anhydrosugar Alcohols - Google Patents

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Abstract

본 발명은 조(crude) 무수당 알코올 용융물을 강하막식 결정화기(falling film crystallizer)에서 FF 결정화(falling film crystallization)시켜 순도 59% 이상인 무수당 알코올을 회수하는 단계; 및 상기 FF 결정화 잔류물을 스태틱 결정화기(static crystallizer)에 투입하여 SC 결정화(static crystallization)시켜 순도 59% 이상인 무수당 알코올을 회수하는 단계를 포함하는 무수당 알코올의 용융 결정화 방법에 관한 것이다.The present invention comprises the steps of recovering anhydrosugar alcohol having a purity of 59% or more by subjecting the crude anhydrous sugar alcohol melt to FF crystallization in a falling film crystallizer; And it relates to a melt crystallization method of anhydrous sugar alcohol comprising the step of recovering anhydrosugar alcohol having a purity of 59% or more by introducing the FF crystallization residue into a static crystallizer for SC crystallization.

Description

무수당 알코올의 용융 결정화 방법{Method of Melt Crystallization of Anhydrosugar Alcohols}Method of Melt Crystallization of Anhydrosugar Alcohols {Method of Melt Crystallization of Anhydrosugar Alcohols}

본 발명은 무수당 알코올의 용융 결정화 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 직접 증류에 의해 수득된 조(crude) 무수당 알코올을 강하막식 용융 결정화(falling film crystallization)와 스태틱 결정화(static crystallization)가 조합된 결정화 공정을 거치는 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 용융 결정화 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for melt crystallization of anhydrous sugar alcohol, and more particularly, to a combination of falling film melt crystallization and static crystallization of crude anhydrous sugar alcohol obtained by direct distillation. It relates to a melt crystallization method of anhydrous sugar alcohol, characterized in that it undergoes a crystallization process.

세계적인 에너지 수요 증가와 함께 전통적인 에너지원의 고갈로 인하여 현재 대체 에너지 개발에 박차를 가하고 있는 실정이다. 이 중에서도 바이오매스는 크게 주목을 받고 있는 재생이 가능한 양적 생물자원이다.Due to the depletion of traditional energy sources along with the increase in global energy demand, the development of alternative energy is currently being accelerated. Among these, biomass is a renewable and quantitative biological resource that is receiving great attention.

바이오매스 기반 산업원료 중에서 솔비톨(sorbitol, C6H14O6)을 무수화(dehydration)시켜 제조하는 아이소소바이드(isosorbide, C6H10O4)는 비스페놀 에이(BPA, Bisphenol A)를 대체하는 폴리카보네이트(PC, Polycarbonate), 에폭시용 단량체 또는 친환경 가소제의 원료 등의 친환경 재료로서 각광받고 있다. 즉, 아이소소바이드는 솔비톨의 간단한 탈수화 공정을 통하여 얻을 수 있는 물질로, 기존에 사용되던 고분자 제품들을 대체할 수 있는 차세대 고성능, 친환경 소재의 합성에 필요한 단량체로 주목받고 있고, 현재까지 이와 관련된 많은 연구가 진행되고 있다.Among biomass-based industrial raw materials, isosorbide (C 6 H 10 O 4 ), which is produced by dehydrating sorbitol (C 6 H 14 O 6 ), replaces Bisphenol A (BPA). It is in the limelight as an eco-friendly material such as polycarbonate (PC), monomer for epoxy or raw material for eco-friendly plasticizer. In other words, isocarbide is a material that can be obtained through a simple dehydration process of sorbitol, and is attracting attention as a monomer necessary for the synthesis of next-generation high-performance, eco-friendly materials that can replace previously used polymer products. A lot of research is going on.

일반적으로 친환경 원료를 사용하게 되면 석유화학계열의 원료보다 물성이 좋지 못한 것에 반하여, 아이소소바이드는 친환경적이면서도 기존 석유화학계열의 원료보다 우수한 특성을 보인다는 장점이 있다. 또한, 아이소소바이드는 플라스틱을 좀 더 강하고 질기게 만들 수 있는 첨가제로 사용될 수 있으며, 질산염과 결합된 아이소소바이드는 심장질환치료제로도 이용된다.In general, when using eco-friendly raw materials, while physical properties are poorer than those of petrochemical-based raw materials, isosorbide has the advantage of being environmentally friendly and exhibiting superior characteristics than existing petrochemical-based raw materials. In addition, ISO carbide can be used as an additive that can make plastics stronger and tougher, and ISO carbide combined with nitrate is also used as a treatment for heart disease.

바이오매스에서 전처리 과정을 거친 D-글루코즈(D-glucose)를 촉매 하에서 수소화(hydrogenation)시키면 솔비톨이 생성된다. 이 솔비톨을 이중 무수화(double dehydration)시켜 아이소소바이드(isosorbide)를 생성한다. 이 고리화 반응은 온도, 압력, 용매, 촉매 등 여러 가지 반응 조건의 영향을 받는다.Sorbitol is produced when D-glucose, which has undergone a pretreatment process in biomass, is hydrogenated under a catalyst. This sorbitol is double dehydrated to produce isosorbide. This cyclization reaction is affected by various reaction conditions such as temperature, pressure, solvent, and catalyst.

기존의 아이소소바이드(isosorbide)를 포함하는 무수당 알코올을 제조하는 방법은 황산을 촉매로 이용하여 감압조건에서 반응하는 공정이 널리 사용되고 있다(대한민국 등록특허 10-1079518). 하지만 황산과 같은 강산을 촉매로 사용하는 경우 반응기가 쉽게 부식되어 부식을 방지하기 위해 고가의 반응기를 사용해야 되며, 지속적으로 감압조건을 달성해야 하므로 다량의 에너지 소모가 발생하여 전체적으로 생산비용이 상승하게 된다. 또한, 높은 신뢰성을 가지는 연속 진공 반응장치를 제조하는 것이 쉽지 않아 대부분의 공정은 회분식 또는 반회분식 반응기를 이용하고 있다.In the conventional method for producing anhydrous sugar alcohol containing isosorbide, a process of reacting under reduced pressure using sulfuric acid as a catalyst is widely used (Republic of Korea Patent Registration 10-1079518). However, when a strong acid such as sulfuric acid is used as a catalyst, the reactor is easily corroded, so an expensive reactor must be used to prevent corrosion, and a large amount of energy is consumed because the reduced pressure condition must be continuously achieved, resulting in an overall increase in production cost. . In addition, it is not easy to manufacture a highly reliable continuous vacuum reactor, so most processes use batch or semi-batch reactors.

한편, 무수당 알코올은 끓는점이 높으며, 고온의 열에 의하여 쉽게 분해되기 때문에 일반적인 상압증류를 이용하는 경우, 분리가 어려우므로 감압 증류 공정이 많이 사용된다(US 6,639,067). 하지만, 반응공정뿐만 아니라 분리공정에서도 감압조건을 유지하여야 하며, 다단계의 공정을 거칠 때마다 무수당 알코올의 수득비율이 낮아지게 되므로 제조비용이 급격히 증가하는 단점이 있다.On the other hand, since anhydrosugar alcohol has a high boiling point and is easily decomposed by high-temperature heat, when using general atmospheric distillation, it is difficult to separate, so a vacuum distillation process is often used (US 6,639,067). However, it is necessary to maintain reduced pressure conditions not only in the reaction process but also in the separation process, and since the yield rate of anhydrous sugar alcohol is lowered each time a multi-step process is performed, the manufacturing cost rapidly increases.

이에, 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위하여 촉매와 당 알코올의 혼합물을 공급하면서 반응기를 가열하여 무수당 알코올을 제조함과 동시에 무수당 알코올을 증류하여 분리하는 공정 후에 상기 용융물을 강하막식 용융 결정화(falling film crystallization)와 스태틱 용융 결정화(static crystallization)가 조합된 공정을 수행할 경우, 결정화 공정의 수율과 무수당 알코올의 순도를 향상시킬 수 있다는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.Therefore, in order to solve the above problems, the present inventors prepared anhydrous sugar alcohol by heating a reactor while supplying a mixture of a catalyst and sugar alcohol, and at the same time, after distilling and separating anhydrous sugar alcohol, the melt was subjected to falling film type melt crystallization ( It was confirmed that the yield of the crystallization process and the purity of anhydrous sugar alcohol could be improved when performing a process in which falling film crystallization and static melt crystallization were combined, and the present invention was completed.

본 발명의 목적은 당 알코올을 무수당 알코올로 제조 및 정제하는 반응에 있어서, 무수당 알코올의 수율과 순도를 향상시킬 수 있는 무수당 알코올의 용융 결정화 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a method for melt crystallization of anhydrous sugar alcohol that can improve the yield and purity of anhydrous sugar alcohol in the reaction of preparing and refining sugar alcohol into anhydrous sugar alcohol.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 조(crude) 무수당 알코올을 강하막식 결정화(falling film crystallization)하여 무수당 알코올을 회수하는 단계; 및 상기 강막하식 결정화의 잔류물을 스태틱 결정화(static crystallization)하여 무수당 알코올을 추가로 회수하는 단계를 포함하는 무수당 알코올의 용융 결정화 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of recovering anhydrous sugar alcohol by falling film crystallization of crude (crude) anhydrous sugar alcohol; And it provides a method for melt crystallization of anhydrous sugar alcohol comprising the step of further recovering anhydrous sugar alcohol by static crystallization of the residue of the subfractional crystallization.

본 발명에 따르면, 당 알코올의 반응에 의해 수득되는 반응물을 증류 및 냉각하여 수득되는 조(crude) 무수당 알코올을 강하막식 용융 결정화(falling film crystallization)와 스태틱 용융 결정화(static crystallization)를 순서대로 수행하여, 용융 결정화 공정의 수율과 순도를 향상시키는 효과가 있다.According to the present invention, crude anhydrous sugar alcohol obtained by distilling and cooling a reactant obtained by the reaction of sugar alcohol is sequentially subjected to falling film crystallization and static melt crystallization. Thus, there is an effect of improving the yield and purity of the melt crystallization process.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무수당 알코올을 제조 및 정제하는 방법을 개괄적으로 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 강하막식 용융 결정화를 위한 장치를 개괄적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 강하막식 용융 결정화의 반응 단계를 순서대로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스태틱 용융 결정화를 위한 장치를 개괄적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스태틱 용융 결정화의 반응 단계를 순서대로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 흡착 공정을 추가한 무수당 알코올을 제조 및 정제하는 방법을 개괄적으로 도시한 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무수당 알코올을 제조 및 정제하는 방법에서 리사이클 공정을 추가한 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무수당 알코올을 제조 및 정제하는 방법에서 필터를 이용한 리사이클 공정을 추가한 순서도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 무수당 알코올의 직접 증류기의 내부를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 조 아이소소바이드 피드의 YI(Yellowness Index)를 측정한 그래프이다.
1 is a flowchart schematically illustrating a method for producing and purifying anhydrous sugar alcohol according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram schematically illustrating an apparatus for falling film melt crystallization according to an embodiment of the present invention.
3 is a view sequentially showing the reaction steps of falling film melt crystallization according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram schematically illustrating an apparatus for static melt crystallization according to an embodiment of the present invention.
5 is a view sequentially showing reaction steps of static melt crystallization according to an embodiment of the present invention.
6 is a flowchart schematically showing a method for producing and purifying anhydrous sugar alcohol to which an adsorption process is added according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is a flow chart in which a recycling process is added in the method for producing and purifying anhydrous sugar alcohol according to an embodiment of the present invention.
Figure 8 is a flow chart in which a recycling process using a filter is added in the method for producing and purifying anhydrous sugar alcohol according to an embodiment of the present invention.
9 is a view showing the inside of a direct distiller of anhydrous sugar alcohol according to an embodiment of the present invention.
Figure 10 is a graph measuring the YI (Yellowness Index) of crude isosorbide feed according to an embodiment of the present invention.

다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In general, the nomenclature used herein is one well known and commonly used in the art.

일반적으로, 용융 결정화 방법은 강하막식 용융 결정화(falling film melt crystallization, 이하 'FF 결정화'라 함)와 스태틱 용융 결정화(static melt crystallization, 이하 'SC 결정화'라 함)의 2가지 방식이 있다.In general, there are two types of melt crystallization methods: falling film melt crystallization (hereinafter referred to as 'FF crystallization') and static melt crystallization (hereinafter referred to as 'SC crystallization').

강하막식 용융 결정화(falling film melt crystallization, FF 결정화)Falling film melt crystallization (FF crystallization)

낮은 온도로 유지되는 튜브형 층에 조(crude) 아이소소바이드를 흘려서 층 표면에 아이소소바이드 결정을 형성하는 방법이다. 간단하고, 스케일-업(scale-up)이 용이하고 운전이 쉽다는 장점이 있다.It is a method of forming an isosorbide crystal on the surface of the layer by flowing crude isocarbide on a tubular layer maintained at a low temperature. It has the advantage of being simple, easy to scale-up and easy to operate.

도 2에 본 발명에 따른 FF 결정화를 위한 장치를 개괄적으로 도시하였다. 상기 강하막식 결정화는 순수한 무수당 알코올의 어는점보다 낮은 온도로 유지되는 표면에 상기 조(crude) 무수당 알코올을 흘려 보내어 결정을 형성하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 결정이 형성된 표면의 온도를 순수한 무수당 알코올의 어는점 내지 상기 조 무수당 알코올의 결정이 형성된 온도 사이의 값으로 승온하는 단계를 더 포함할 수 있다.2 schematically shows an apparatus for FF crystallization according to the present invention. The falling film crystallization may include forming crystals by flowing the crude anhydrous sugar alcohol on a surface maintained at a temperature lower than the freezing point of pure anhydrous sugar alcohol, and the temperature of the surface on which the crystal is formed is pure It may further include the step of raising the temperature to a value between the freezing point of anhydrous sugar alcohol and the temperature at which crystals of the crude anhydrous sugar alcohol are formed.

도 3에 나타낸 바와 같이, FF 결정화는 온도 조절을 통하여 결정화가 형성되는 3단계를 거친다: 결정화(crystallization) --> 부분적 용융(스웨팅, sweating) --> 용융(melting).As shown in FIG. 3, FF crystallization goes through three stages in which crystallization is formed through temperature control: crystallization -> partial melting (sweating) -> melting.

Step 1: 결정화(crystallization)Step 1: Crystallization

아이소소바이드의 녹는점은 ~63℃이므로, 63℃ 이하의 온도에서 결정화가 가능하다. -40℃ 미만으로 냉각하면 냉각 효율이 낮아져 운영비가 많이 소요된다. 그래서 아이소소바이드 결정이 형성되는 온도는 -40~63℃, 바람직하게는 30~60℃, 더욱 바람직하게는 40~60℃일 수 있다.Since the melting point of isosorbide is ~ 63 ° C, crystallization is possible at a temperature of 63 ° C or less. Cooling below -40°C lowers the cooling efficiency, resulting in high operating costs. So, the temperature at which the isosorbide crystal is formed may be -40 to 63 ° C, preferably 30 to 60 ° C, and more preferably 40 to 60 ° C.

Step 2: 부분 용융(partial melting)Step 2: Partial melting

아이소소바이드 결정이 형성될 때 결정 사이에 불순물이 삽입될 수 있다. 그러므로 결정이 생기는 온도보다 층 온도를 살짝 높이면(40~60℃) 불순물이 유동성을 가지게 된다. 유동성을 갖는 불순물은 결정 표면 밖으로 밀려나 제거되며, 아이소소바이드의 순도가 더 높아지는 효과가 있다.Impurities may be intercalated between the crystals when the isosorbide crystals are formed. Therefore, when the temperature of the layer is slightly higher than the temperature at which crystals are formed (40 to 60 ° C), impurities have fluidity. Impurities having fluidity are pushed out of the crystal surface and removed, and there is an effect of increasing the purity of ISO carbide.

Step 3: 용융(melting)Step 3: Melting

층의 온도를 아이소소바이드 녹는점 이상(60℃)으로 높여서 아이소소바이드 결정을 녹여 회수한다.The temperature of the layer is raised to more than the melting point of isocarbide (60 ° C.) to melt and recover the isosorbide crystal.

스태틱static 용융 결정화(static melt crystallization, SC 결정화) Static melt crystallization (SC crystallization)

SC 결정화는 용기 안에 조(crude) 아이소소바이드를 넣고, 열전달 매체(heat transfer medium, HTM)가 순환되는 플레이트를 조(crude) 아이소소바이드와 접촉시켜 아이소소바이드 결정을 만드는 방법이다.SC crystallization is a method of making an isocarbide crystal by putting crude isosorbide in a container and contacting a plate through which a heat transfer medium (HTM) is circulated with the crude isosorbide.

아이소소바이드 결정이 형성되는 원리는 FF 결정화와 동일하다. 단, 조(crude) 아이소소바이드 용융물의 순도가 조금 낮더라도 사용 가능하고, 장치 구성이 매우 간단하다는 장점이 있다. 본 발명에 따른 SC 결정화를 위한 장치를 도 4에 개괄적으로 도시하였다. 상기 강막하식 결정화의 잔류물이 저장된 용기 내부에서, 표면 온도가 순수한 무수당 알코올의 어는점보다 낮은 온도로 유지되는 물체를 상기 강막하식 결정화의 잔류물과 접촉시켜, 상기 물체의 표면에 결정을 형성하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 결정이 형성된 표면의 온도를 순수한 무수당 알코올의 어는점 내지 상기 강막하식 결정화의 잔류물의 결정이 형성된 온도 사이의 값으로 승온하는 단계를 더 포함할 수 있다.The principle by which the isosorbide crystal is formed is the same as that of FF crystallization. However, it has the advantage that it can be used even if the purity of the crude isocarbide melt is slightly low, and the device configuration is very simple. An apparatus for SC crystallization according to the present invention is schematically shown in FIG. 4 . Inside the vessel in which the remnants of subfilm crystallization are stored, an object whose surface temperature is maintained at a temperature lower than the freezing point of pure anhydrous sugar alcohol is brought into contact with the remnants of subfilm subtype crystallization to form crystals on the surface of the object. It may include the step of forming, and may further include the step of raising the temperature of the surface on which the crystals are formed to a value between the freezing point of pure anhydrous sugar alcohol and the temperature at which the crystals of the remnant of the subfilm crystallization are formed.

SC 결정화는 도 5에 나타낸 바와 같이, 결정화, 드레이닝(draining), 부분적 용융(스웨팅) 및 용융의 단계를 거친다.As shown in FIG. 5, SC crystallization goes through the steps of crystallization, draining, partial melting (sweating) and melting.

FF 결정화는 불순물의 농도가 높더라도 결정화 효율이 우수하다는 장점을 가지므로, FF 결정화의 결정화 잔류물을 SC 결정화로 처리함으로써, 결정화 공정의 수율과 순도를 향상시킬 수 있다.Since FF crystallization has an advantage of excellent crystallization efficiency even when the concentration of impurities is high, the yield and purity of the crystallization process can be improved by treating the crystallization residue of FF crystallization with SC crystallization.

본 발명에서는 당 알코올의 반응에 의해 수득되는 반응물을 증류 및 냉각하여 수득되는 조(crude) 무수당 알코올을 강하막식 용융 결정화(falling film crystallization)와 스태틱 용융 결정화(static crystallization)를 순서대로 수행할 경우, 용융 결정화 공정의 수율과 순도가 향상되는 것을 확인하였다.In the present invention, when crude anhydrous sugar alcohol obtained by distilling and cooling a reactant obtained by the reaction of sugar alcohol is sequentially subjected to falling film crystallization and static melt crystallization , it was confirmed that the yield and purity of the melt crystallization process were improved.

따라서, 본 발명은 일 관점에서, 조(crude) 무수당 알코올을 강하막식 결정화(falling film crystallization)하여 무수당 알코올을 회수하는 단계; 및 상기 강막하식 결정화의 잔류물을 스태틱 결정화(static crystallization)하여 무수당 알코올을 추가로 회수하는 단계를 포함하는 무수당 알코올의 용융 결정화 방법에 관한 것이다.Therefore, the present invention, in one aspect, the step of recovering the anhydrous sugar alcohol by falling film crystallization (falling film crystallization) the crude (crude) anhydrous sugar alcohol; And it relates to a melt crystallization method of anhydrous sugar alcohol comprising the step of further recovering anhydrous sugar alcohol by static crystallization of the residue of the subfractional crystallization.

즉, 본 발명은 용융 결정화 공정의 수율과 순도 향상을 위해서 FF 결정화와 SC 결정화를 조합하여 실시하는 것을 특징으로 한다. 도 6에 FF 결정화와 SC 결정화를 결합한 형태의 단계를 개괄적으로 도시하였다. 결정화 잔류물은 피드(feed)에 비해 불순물의 농도가 높기 때문에, 결정화 잔류물로부터 아이소소바이드를 더 분리하기 위해서는 피드보다 낮은 온도에서 결정화를 수행해야 한다. 즉, FF 결정화 → SC 결정화 공정을 결합할 경우, SC 결정화의 결정화 온도(-40~20℃)는 FF 결정화 온도(0~60℃)보다 낮게 된다.That is, the present invention is characterized in that FF crystallization and SC crystallization are performed in combination to improve the yield and purity of the melt crystallization process. Figure 6 schematically shows the steps of the combined form of FF crystallization and SC crystallization. Since the crystallization residue has a higher concentration of impurities than the feed, crystallization must be performed at a lower temperature than the feed in order to further separate the isocarbide from the crystallization residue. That is, when the FF crystallization → SC crystallization process is combined, the crystallization temperature (-40 to 20 ° C) of SC crystallization is lower than the FF crystallization temperature (0 to 60 ° C).

본 발명에 있어서, 무수당 알코올을 제조하기 위하여 당 알코올을 산촉매의 존재하에 반응시키고 증류를 거치면 불순물이 혼합된 조(crude) 무수당 알코올 용융물, 특히 조(crude) 아이소소바이드 용융물, 이후 '조(crude) 아이소소바이드'라 함) 증기와 수증기의 혼합물을 반응기의 상부(overhead)에서 얻게 된다. 조(crude) 아이소소바이드는 용융 결정화(melt crystallization) 공정으로 투입되어 순도 59% 이상, 특히 99,8% 이상으로 정제된다.In the present invention, in order to produce anhydrous sugar alcohol, when sugar alcohol is reacted in the presence of an acid catalyst and subjected to distillation, a crude (crude) anhydrous sugar alcohol melt mixed with impurities, particularly a crude isosorbide melt, followed by 'crude' (Crude) Isosorbide') A mixture of steam and water vapor is obtained from the overhead of the reactor. Crude isocarbide is introduced into a melt crystallization process and purified to a purity of 59% or more, particularly 99.8% or more.

한편, SC 결정화 공정은 1) 99% 이상(99.8% 이상)의 고순도 아이소소바이드를 직접 생산하거나, 2) FF 결정화 잔류물의 아이소소바이드 순도를 조(crude) 아이소소바이드 용융물의 순도 수준(90~99%)으로 높여, FF 결정화로 리사이클시킬 수 있다. SC 결정화 잔류물의 불순물 농도는 40~90% 이상으로 높은데, SC 결정화의 잔류물을 1) 반응/증류 장치에 공급하여 리사이클시키는 방법 2) SC 결정화 내부에서 리사이클시키는 방법 및 3) 고농도 불순물을 폐기하는 방법을 통해 재활용할 수 있다. 또한, 결정화 공정은 불순물 농도가 매우 높을 때는 효율이 떨어지지만, SC 결정화 잔류물을 반응/증류 장치에 공급하여 리사이클시키면 분리 공정의 수율을 최대로 할 수 있다.On the other hand, the SC crystallization process directly produces high-purity Isocarbide of 1) 99% or more (99.8% or more), or 2) converts the FF crystallization residue to a purity level (90 ~99%), which can be recycled to FF crystallization. The impurity concentration of the SC crystallization residue is as high as 40~90% or more. The method of 1) recycling the residue of SC crystallization by supplying it to the reaction/distillation unit 2) recycling it inside the SC crystallization method and 3) discarding high-concentration impurities can be recycled in any way. In addition, although the efficiency of the crystallization process is low when the impurity concentration is very high, the yield of the separation process can be maximized by recycling the SC crystallization residue by supplying it to the reaction/distillation unit.

이하, 본 발명에 의한 무수당 알코올의 제조 및 정제 방법의 전체적인 공정을 하기에 기술한다.Hereinafter, the overall process of the production and purification method of anhydrous sugar alcohol according to the present invention is described below.

본 발명에 있어서, 도 1에 도시된 바와 같이, 조(crude) 무수당 알코올은 반응기에서 산촉매 존재하에 당 알코올을 반응시킴과 동시에 반응생성물을 증발시키는 단계; 및 증발된 생성물을 냉각시켜 조(crude) 무수당 알코올을 얻는 단계를 거쳐 수득될 수 있다.In the present invention, as shown in Figure 1, crude (crude) anhydrous sugar alcohol is reacted with sugar alcohol in the presence of an acid catalyst in a reactor and at the same time evaporating the reaction product; and cooling the evaporated product to obtain crude anhydrous sugar alcohol.

본 발명은 직접 증류(direct distillation) 이후에 FF 결정화와 SC 결정화를 결합한 용융 결정화(melt crystallization)을 거쳐서 고순도의 아이소소바이드를 제조 및 정제하는 것을 특징으로 한다.The present invention is characterized by preparing and purifying high-purity isocarbide through melt crystallization (melt crystallization) combining FF crystallization and SC crystallization after direct distillation.

직접 증류(Direct Distillation)Direct Distillation

직접 증류(direct distillation)은 솔비톨을 아이소소바이드로 전환하는 반응과 생성된 아이소소바이드를 증류로 분리하는 공정을 하나의 반응기 내부에서 동시에 진행하는 공정이다.Direct distillation is a process in which the reaction of converting sorbitol into isocarbide and the process of separating the produced isocarbide by distillation are performed simultaneously inside one reactor.

본 발명에 의한 촉매는 하기와 같은 조건을 만족한다.The catalyst according to the present invention satisfies the following conditions.

(a) 끓는점(boiling point)(a) boiling point

반응 중 촉매의 증발 없이 촉매 활성을 유지하고, 감압 증류와 같은 정제 공정에서 촉매와 아이소소바이드를 손쉽게 분리하기 위하여, 아이소소바이드(160℃ at 10mmHg)보다 높은 끓는점을 가진 촉매를 선정한다. 즉, 10mmHg에서의 끓는점이 160℃ 이상이다.In order to maintain catalytic activity without evaporation of the catalyst during the reaction and to easily separate the catalyst and ISO carbide in a purification process such as vacuum distillation, a catalyst with a higher boiling point than ISO carbide (160 ° C. at 10 mmHg) is selected. That is, the boiling point at 10 mmHg is 160° C. or higher.

(b) 산도(acidity, pKa)(b) Acidity (pK a )

고온 반응 조건에서 폴리머 또는 코크 등의 부반응물 생성을 저감하기에 적당한 산도를 가진 촉매를 사용한다. 수율 증가를 위한 pKa 범위는 -3.0 <pKa< 3.0이며, 바람직하게는 범위는 -2.0 <pKa< 2.5이고, 더욱 바람직하게는 범위는 -1.0 <pKa< 1.9일 수 있다.A catalyst having an appropriate acidity to reduce the formation of side reactants such as polymer or coke under high temperature reaction conditions is used. The pKa range for yield increase is -3.0 <pK a < 3.0, preferably the range is -2.0 <pK a < 2.5, and more preferably the range may be -1.0 <pK a < 1.9.

(c) 동질상(homogeneous phase)(c) homogeneous phase

촉매와 피드(feed) 간의 접촉 효율을 증가시키고, 반응 조건에서 동질상(homogeneous phase)으로 반응하는 촉매를 사용한다. 그러기 위해서는 녹는점이 180℃ 이하일 수 있으며, 바람직하게는 160℃ 이하이고, 더욱 바람직하게는 140℃ 이하이고 특히 바람직하게는 120℃ 이하이다.A catalyst that increases the contact efficiency between the catalyst and the feed and reacts in a homogeneous phase under reaction conditions is used. To this end, the melting point may be 180°C or less, preferably 160°C or less, more preferably 140°C or less, and particularly preferably 120°C or less.

상기 촉매는 나프탈렌 설폰산(naphthalenesulfonic acid)을 사용할 수 있다. 나프탈렌 설폰산의 구체적인 화합물로는 2-나프탈렌 설폰산 또는 1-나프탈렌 설폰산이 있으며, 이들 화합물은 나프탈렌을 설폰화시키면 생기는 이성질체이다. 2-나프탈렌 설폰산은 pKa=0.27, m.p.=91℃, b.p.=391.6℃(10 mmHg에서는 160℃ 초과의 끓는점을 가짐)이고, 1-나프탈렌 설폰산은 pKa=0.17, m.p.=90℃, b.p.=392℃이다.As the catalyst, naphthalenesulfonic acid may be used. Specific compounds of naphthalene sulfonic acid include 2-naphthalene sulfonic acid and 1-naphthalene sulfonic acid, and these compounds are isomers formed when naphthalene is sulfonated. 2-naphthalene sulfonic acid has pK a =0.27, mp=91 °C, bp=391.6 °C (boiling point greater than 160 °C at 10 mmHg), and 1-naphthalene sulfonic acid has pK a =0.17, mp=90 °C, bp = It is 392°C.

상기 반응기의 온도는 150~220℃, 바람직하게는 170~190℃일 수 있다. 반응온도가 150℃ 미만일 경우, 반응시간 또는 체류시간이 매우 길어지며, 220℃를 초과할 경우 부반응이 촉진되어 수율이 감소할 수 있다. 또한, 상기 반응기의 압력은 1~50torr, 바람직하게는 1~20torr일 수 있다.반응압력이 1torr 미만일 경우에는 고진공에 따른 공정 운전비가 크게 증가하는 문제점이 있으며, 50torr를 초과할 경우에는 반응속도가 느리고 수율이 낮아지는 문제점이 있다.The temperature of the reactor may be 150 to 220 °C, preferably 170 to 190 °C. If the reaction temperature is less than 150 ° C, the reaction time or residence time becomes very long, and if it exceeds 220 ° C, side reactions may be promoted and the yield may decrease. In addition, the pressure of the reactor may be 1 to 50 torr, preferably 1 to 20 torr. When the reaction pressure is less than 1 torr, there is a problem in that the process operation cost greatly increases due to high vacuum, and when the reaction pressure exceeds 50 torr, the reaction rate decreases. There is a problem that it is slow and the yield is low.

공정의 효율성에서 볼 때 첨가되는 촉매의 양은 적을수록 경제성이 높아지는데, 본 발명에서 사용되는 촉매의 첨가량은 당 알코올 100중량부에 대하여 0.01~10중량부를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 0.1~5중량부일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 0.2~3중량부일 수 있다. 촉매의 첨가량이 0.01중량부 미만일 때는 탈수 반응 시간이 너무 오래 걸리는 문제점이 있고, 10중량부를 초과할 때는 부산물인 당류 고분자의 생성이 많아지고 촉매 사용량의 증가로 인해 경제성이 저하되는 문제점이 있다.In terms of process efficiency, the smaller the amount of catalyst added, the higher the economic efficiency. The amount of catalyst used in the present invention may be 0.01 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of sugar alcohol, preferably 0.1 to 5 parts by weight. part, more preferably 0.2 to 3 parts by weight. When the added amount of the catalyst is less than 0.01 parts by weight, there is a problem in that the dehydration reaction time takes too long, and when the amount exceeds 10 parts by weight, the production of saccharide polymers, which are by-products, increases and the economic feasibility decreases due to the increase in the amount of catalyst used.

본 발명에 있어서, 상기 당 알코올은 헥시톨일 수 있으며, 솔비톨, 만니톨 및 이디톨로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있고, 바람직하게는 솔비톨이며, 상기 무수당 알코올은 아이소소바이드, 아이소만니드 또는 아이소이디드 등일 수 있으며, 바람직하게는 아이소소바이드이다.In the present invention, the sugar alcohol may be hexitol, and may be at least one selected from the group consisting of sorbitol, mannitol, and iditol, preferably sorbitol, and the anhydrous sugar alcohol is isocarbide, isoman It may be nide or isoidide, etc., preferably isocarbide.

본 발명에 의한 무수당 알코올의 제조방법은 회분식 또는 연속식으로 수행될 수 있다. 연속교반탱크 반응기(Continuous Stirred Tank Reactor, CSTR), 플러그 흐름 반응기(Plug Flow Reactor, PFR) 또는 회분식 반응기(Batch Reactor, BR)에서 수행될 수 있다.The method for producing anhydrous sugar alcohol according to the present invention may be carried out batchwise or continuously. It may be performed in a Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR), a Plug Flow Reactor (PFR) or a Batch Reactor (BR).

또한, 반응기는 바람직한 실시예로서, 도 9에 도시한 바와 같이, (a) 상부에 분배기(140)가 설치되어 있어, 내부 벽면을 따라 원료가 흘러내리며 반응하는 반응기(100); (b) 반응기 상부의 일측면에 설치되는 원료 공급부(110); (c) 반응기의 하단에서 일정거리가 이격되어 반응기 내부에 설치된, 미반응 원료 및 부산물 분리/회수수단(300); (d) 상기 반응기 내부의 중앙에 위치하며, 상기 분리/회수 수단을 관통하여 설치되는 응축기(200); (e) 반응기의 일측면에 위치하며, 반응기 내부의 압력을 낮추는 수단(500); 및 (f) 반응기 하단부의 중앙에 위치하며, 응축기(200)에서 흘러내리는 생성물을 배출하는 생성물 배출구(130)를 포함할 수 있다.In addition, the reactor is a preferred embodiment, as shown in Figure 9, (a) there is a distributor 140 is installed on the top, the reactor 100 in which the raw material flows down and reacts along the inner wall surface; (b) a raw material supply unit 110 installed on one side of the upper part of the reactor; (c) an unreacted raw material and by-product separation/recovery means (300) installed inside the reactor at a certain distance from the lower end of the reactor; (d) a condenser 200 located in the center of the reactor and installed through the separation/recovery means; (e) a means (500) located on one side of the reactor and lowering the pressure inside the reactor; and (f) a product discharge port 130 located at the center of the lower end of the reactor and discharging the product flowing down from the condenser 200.

직접 증류기의 하부(bottom)로부터 제거되는 미반응물(미반응 당 알코올)과 중간체들(당 알코올이 솔비톨일 경우, 1,4-솔비탄 등)은 다시 직접 증류 공정으로 리사이클될 수 있다. 이때, 상기 반응기의 하부로부터 배출되는 미반응물과 중간체들을 불순물제거수단에 통과시킨 다음, 리사이클시킬 수 있으며, 리사이클되는 피드에 고온/고압의 증기를 혼합하여 열수조건에서 미반응물의 추가 전환을 촉진할 수 있다. 또한, 첨가된 증기는 직접 증류 과정에서 아이소소바이드가 증발하는 것을 돕는 스트리핑제(stripping agent) 역할을 할 수 있다.Unreacted materials (unreacted sugar alcohol) and intermediates (when sugar alcohol is sorbitol, 1,4-sorbitan, etc.) removed from the bottom of the direct distillation unit can be recycled back to the direct distillation process. At this time, unreacted materials and intermediates discharged from the bottom of the reactor may be recycled after passing through an impurity removal means, and high-temperature/high-pressure steam may be mixed with the recycled feed to promote further conversion of unreacted materials under hydrothermal conditions. can In addition, the added steam may serve as a stripping agent that helps the isocarbide evaporate during the direct distillation process.

증발된 생성물의 냉각Cooling of evaporated products

상기에서와 같이 직접 증류를 거치면 불순물이 혼합된 조(crude) 무수당 알코올 증기와 수증기의 혼합물을 반응기의 상부(overhead)에서 얻게 된다. 상기 수증기의 혼합물을 냉각시켜 수득되는 반응물을 ‘조(crude) 무수당 알코올용융물’이라 하며, 특히 무수당 알코올이 아이소소바이드일 때, 조(crude) 아이소소바이드라 한다. 조(crude) 아이소소바이드는 용융 결정화(melt crystallization) 공정으로 투입되어 순도 59% 이상, 특히 99,8% 이상으로 정제된다. 조(crude) 아이소소바이드 증기와 수증기의 혼합물을 60~100℃로 냉각시키면, 물은 제거되고 조(crude) 아이소소바이드 용융물(melt)만을 얻을 수 있다. 조(crude) 아이소소바이드의 용융물의 순도는 90~99%(약 97%)이다. 리시버의 온도는 60~100℃이며, 반응기와 동일한 감압 상태이다.As in the above, when direct distillation is performed, a mixture of crude anhydrous sugar alcohol vapor and water vapor mixed with impurities is obtained from the overhead of the reactor. The reactant obtained by cooling the mixture of water vapor is referred to as 'crude anhydrous sugar alcohol melt', and in particular, when the anhydrous sugar alcohol is isosorbide, it is referred to as crude isosorbide. Crude isocarbide is introduced into a melt crystallization process and purified to a purity of 59% or more, particularly 99.8% or more. When a mixture of crude isosorbide vapor and water vapor is cooled to 60-100° C., the water is removed and only a crude isosorbide melt is obtained. The purity of the crude isocarbide melt is 90-99% (about 97%). The temperature of the receiver is 60 to 100°C, and it is in the same reduced pressure state as the reactor.

리시버에서 물을 대부분 제거할 수도 있고, 리시버의 온도 조절을 통해 수분 함량을 조절할 수도 있다. 용융 결정화 공정 이전에 흡착공정을 거치는 경우, 용융물에 수분이 함유되어 있으면, 별도의 흡착용매를 첨가하지 않아도 되는 장점이 있다.Most of the water can be removed from the receiver, and the moisture content can be controlled by adjusting the temperature of the receiver. When the adsorption process is performed before the melt crystallization process, there is an advantage in that no additional adsorption solvent needs to be added if the melt contains moisture.

본 발명에 있어서, 조(crude) 무수당 알코올은 반응기에서 산촉매 존재하에 당 알코올을 반응시킴과 동시에 반응생성물을 증발시키는 단계; 증발된 생성물을 냉각시켜 조(crude) 무수당 알코올을 얻는 단계; 및 상기 조(crude) 무수당 알코올을 흡착 처리하는 단계를 거쳐 수득될 수 있다.In the present invention, crude (crude) anhydrous sugar alcohol is reacted with sugar alcohol in the presence of an acid catalyst in a reactor and at the same time evaporating the reaction product; cooling the evaporated product to obtain crude anhydrous sugar alcohol; And it can be obtained through the step of adsorbing the crude (crude) anhydrous sugar alcohol.

즉, 직접 증류와 용융 결정화 사이에 용매를 별도로 첨가하지 않고 용융물에 함유되어 있는 물을 용매로 이용하여 흡착 공정을 수행함으로써, 순도를 더욱 높일 수 있다(도 6). 상기 흡착 공정은 상온~60℃ 및 상압에서 수행될 수 있다. 상부 리시버(overhead receiver)의 온도를 조절(상온~60℃)하여, 물을 완전히 제거하지 않고, 물 함량이 1~30중량%인 아이소소바이드와 물이 혼합된 용액의 상태로 회수 가능하며, 상기 물은 흡착공정의 용매 또는 희석제로 작용하여 결정화를 위하여 물을 별도로 추가할 필요가 없다. 아이소소바이드는 63℃ 이상에서 액체가 되고, 점도가 높기 때문에 이전의 기술들에서는 흡착 수행 전에 용매를 추가로 혼합해야 했다. 그러나 본 발명에서는 직접 증류 리시버의 온도 조절만으로 물이 포함된 아이소소바이드 용액을 제조할 수 있다. 따라서 공정이 간단하고 운영비 및 장치비를 절감할 수 있다. 흡착 공정은 활성탄, 이온교환수지 또는 이들의 조합과 같은 흡착제에 아이소소바이드와 물이 혼합된 용액을 통과시켜 칼라 바디(color body)와 불순물을 제거하는 방식으로 진행된다. 흡착제의 종류는 제한되지 않으나, 활성탄을 쓰는 것이 바람직하고, 이온교환수지나 이들을 모두 사용하는 것이 가능하다. 이온교환수지를 수행한 후에 활성탄을 수행할 수 있고, 그 반대의 경우도 가능하다. 흡착 결과물에 포함된 물을 제거하기 위해 순간증발(flash evaporation) 공정과 같은 증발 공정을 선택적으로 추가로 수행할 수 있다.That is, the purity can be further increased by performing the adsorption process using water contained in the melt as a solvent without separately adding a solvent between direct distillation and melt crystallization (FIG. 6). The adsorption process may be performed at room temperature to 60° C. and normal pressure. By controlling the temperature of the overhead receiver (room temperature ~ 60 ℃), it is possible to recover in the state of a mixed solution of isosorbide and water having a water content of 1 to 30% by weight without completely removing the water, The water acts as a solvent or diluent in the adsorption process, so there is no need to separately add water for crystallization. Because ISOcarbide becomes a liquid above 63 °C and has a high viscosity, previous techniques required additional mixing of the solvent before adsorption was performed. However, in the present invention, an isocarbide solution containing water can be prepared only by controlling the temperature of the direct distillation receiver. Therefore, the process is simple and the operating cost and equipment cost can be reduced. The adsorption process proceeds by passing a mixed solution of isosorbide and water through an adsorbent such as activated carbon, ion exchange resin, or a combination thereof to remove color bodies and impurities. The type of adsorbent is not limited, but it is preferable to use activated carbon, and it is possible to use ion exchange resins or all of them. Activated carbon may be performed after performing the ion exchange resin, and vice versa. An evaporation process such as a flash evaporation process may optionally be additionally performed to remove water contained in the adsorption product.

직접 증류 공정의 하부에서 얻어지는 잔류물에는 1) 미반응 솔비톨, 2) 중간체인 1,4-솔비탄 등 3) 폴리머/올리고머 및 4) 탄화물 등이 포함된다.Residues obtained from the bottom of the direct distillation process include 1) unreacted sorbitol, 2) intermediates such as 1,4-sorbitan, 3) polymers/oligomers, and 4) carbides.

반응 온도를 높이고 시간을 길게 하면, 미반응물과 중간체 양은 감소하지만, 폴리머/올리고머와 탄화물의 양이 증가하게 된다. 폴리머/올리고머와 탄화물이 증가하면 아이소소바이드의 수율이 낮아지고, 잔여물의 점도가 높아져서 연속 운전이 어렵게 된다. 심한 경우에는 폴리머/올리고머 등이 모두 탄화되어, 반응기 벽면과 출구에 들러붙고, 셧다운(shutdown)상황을 초래할 수도 있다. 따라서 직접 증류 반응기 내부에서의 체류시간(반응시간)을 짧게 하여 폴리머/올리고머와 탄화물의 형성을 억제하는 것이 필요하며, 미반응물과 중간체는 리사이클을 통해 추가로 전환시켜 아이소소바이드의 수율을 높이는 것이 중요하다. 직접 증류에서는 반응온도를 낮추면 아이소소바이드의 증류가 어렵기 때문에 반응 온도의 조절이 쉽지 않다. 본 발명에서는 상기 반응기의 하부로부터 배출되는 미반응물과 중간체들은 반응기로 리사이클될 수 있으며, 도 7에 나타낸 바와 같이, 직접 증류 공정의 하부 잔류물을 반응기로 리사이클시킬 때, 리사이클플로우(recycle flow)에서 고온/고압의 증기나 온수(hot water)를 혼합하여 미반응물 및 중간체의 추가 전환을 유도할 수 있다. 직접 증류는 감압 공정이기 때문에, 고온/고압의 증기 또는 온수를 혼합하기 위해서는 리사이클 플로우의 전후에 역압력 조절기(back pressure regulator, BPR)를 설치하여 직접 증류 내부의 감압 조건을 유지하며, 직접 공정의 잔여물은 고온/고압 상태에서 증기 또는 온수와 혼합된다.If the reaction temperature is increased and the time is increased, the amounts of unreacted materials and intermediates decrease, but the amounts of polymers/oligomers and carbides increase. When the polymer / oligomer and carbide increase, the yield of isocarbide is lowered, and the viscosity of the residue increases, making continuous operation difficult. In severe cases, all of the polymers/oligomers are carbonized, sticking to the reactor walls and outlets, and may cause a shutdown situation. Therefore, it is necessary to suppress the formation of polymers / oligomers and carbides by shortening the residence time (reaction time) inside the direct distillation reactor, and it is necessary to further convert unreacted materials and intermediates through recycling to increase the yield of isocarbide. It is important. In direct distillation, it is not easy to control the reaction temperature because distillation of isocarbide is difficult when the reaction temperature is lowered. In the present invention, unreacted materials and intermediates discharged from the bottom of the reactor can be recycled to the reactor, and as shown in FIG. 7, when recycling the bottom residue of the direct distillation process to the reactor, in the recycle flow Further conversion of unreacted materials and intermediates can be induced by mixing high-temperature/high-pressure steam or hot water. Since direct distillation is a reduced pressure process, in order to mix high temperature/high pressure steam or hot water, back pressure regulators (BPRs) are installed before and after the recycle flow to maintain the reduced pressure condition inside the direct distillation. The residue is mixed with steam or hot water at high temperature/pressure.

리사이클 플로우의 온도는 150~300℃이며, 바람직하게는 170~250℃의 온도로, 증류 내부보다 고온으로 유지하는 것이 더 바람직하다. 압력은 해당 온도의 포화수증기압 이상으로 유지한다. 예를 들면, 150℃에서 4.76bar 이상, 300℃에서는 85.81bar 이상으로 유지한다.The temperature of the recycle flow is 150 to 300 ° C, preferably 170 to 250 ° C, more preferably maintained at a higher temperature than the inside of the distillation. The pressure is maintained above the saturated water vapor pressure at the temperature. For example, it is maintained at 4.76 bar or more at 150 ° C and 85.81 bar or more at 300 ° C.

본 발명에서 고온 고압의 증기 또는 온수는 3가지 역할을 수행할 수 있다.In the present invention, high-temperature and high-pressure steam or hot water can perform three roles.

먼저, 리사이클 플로우의 내부 압력은 포화수증기압 이상으로 유지되기 때문에, 고온의 액상 물이 존재하게 된다. 고온의 액상 물은 자동이온화(self-ionization) 현상을 통해 산촉매 역할을 수행할 수 있으며, 나프탈렌 설폰산(naphthalenesulfonic acid) 촉매와 함께 미반응물과 1,4-솔비탄(1,4-sorbitan) 중간체를 아이소소바이드로 전환하는 반응을 촉진하게 된다.First, since the internal pressure of the recycle flow is maintained above the saturated water vapor pressure, high-temperature liquid water exists. High-temperature liquid water can act as an acid catalyst through self-ionization, and unreacted materials and 1,4-sorbitan intermediates along with a naphthalenesulfonic acid catalyst It promotes the reaction that converts to isocarbide.

즉, 직접 증류 장치 내부에서는 나프탈렌 설폰산 촉매의 감압 반응을 통해 아이소소바이드를 형성하고, 리사이클 플로우에서는 고온/고압의 열수와 나프탈렌 설폰산 촉매가 함께 작용하여 아이소소바이드를 추가로 형성하는 것이다. 리사이클 플로우에서는 직접 증류 내부보다 더 고온으로 유지하더라도, 증기나 온수가 잔여물을 희석하여 탄화되는 현상을 억제할 수 있다는 장점이 있다.That is, in the direct distillation apparatus, isosorbide is formed through a reduced pressure reaction of the naphthalene sulfonic acid catalyst, and in the recycle flow, the high temperature / high pressure hot water and the naphthalene sulfonic acid catalyst act together to further form isocarbide. In the recycle flow, even if the temperature is maintained at a higher temperature than the inside of the direct distillation, there is an advantage that steam or hot water dilutes the residue and suppresses the carbonization phenomenon.

솔비톨을 아이소소바이드로 탈수시키는 기존의 반응에 있어서 감압 반응을 적용하는 이유는 탈수된 물분자가 촉매의 농도를 희석하고, 반응을 방해하기 때문에 반응물로부터 지속적으로 물을 제거하기 위함이다. 따라서 10mmHg 정도의 감압 조건에서 황산을 이용하여 반응할 경우에는, 반응의 저해 요소가 적기 때문에 약 120~140℃ 정도의 낮은 온도에서도 반응할 수 있다. 반면에 물을 제거하지 않는 고압 반응은 감압 반응보다 반응 저해 요소인 물이 많기 때문에, 동일한 촉매를 사용하더라도 높은 반응 온도가 필요하다. 그런데 반응온도가 높아지면, 분해, 중합(polymerization) 및 차르(char)와 같은 부반응이 더 많이 진행될 수 있다. 특히 황산과 같이 강한 산성 촉매를 사용하면 고온에서 다량의 부반응이 진행될 수 있다. 따라서, 황산보다는 산 특성이 약하고, 고온에서 부반응을 억제할 수 있는 효과적인 촉매를 선정하는 것이 중요하다. 그래서 본 발명에서는 솔비톨을 아이소소바이드로 전환하는 160~260℃의 온도 및 10~50bar의 고온고압 조건의 탈수반응에 있어서, 아이소소바이드보다 높은 끓는점을 가짐으로써 반응 중 촉매의 증발 없이 촉매 활성을 유지시킬 수 있으며, 감압 증류와 같은 정제 공정에서 아이소소바이드와 촉매를 쉽게 분리할 수 있고, 반응 조건에서 동질상(homogeneous phase)로 반응하여 촉매와 피드간 접촉 효율을 높이고, 고온 반응 조건에서 폴리머 또는 코크 등의 부반응물의 생성을 저감하기에 적당한 산도를 가지는 촉매를 사용함으로써 아이소소바이드의 수율을 증가시킬 수 있었다.The reason for applying a reduced pressure reaction in the conventional reaction of dehydrating sorbitol to isosorbide is to continuously remove water from the reactants because the dehydrated water molecules dilute the concentration of the catalyst and hinder the reaction. Therefore, when reacting using sulfuric acid under a reduced pressure condition of about 10 mmHg, the reaction can be reacted even at a low temperature of about 120 to 140 ° C. because there are few factors inhibiting the reaction. On the other hand, since the high-pressure reaction without removing water contains more water, which is a reaction inhibitor, than the reduced-pressure reaction, a high reaction temperature is required even if the same catalyst is used. However, when the reaction temperature is increased, more side reactions such as decomposition, polymerization, and char may proceed. In particular, when a strong acid catalyst such as sulfuric acid is used, a large amount of side reactions may proceed at high temperatures. Therefore, it is important to select an effective catalyst that has weaker acid properties than sulfuric acid and can suppress side reactions at high temperatures. So, in the present invention, in the dehydration reaction at a temperature of 160 ~ 260 ℃ and high temperature and high pressure of 10 ~ 50 bar to convert sorbitol to isocarbide, it has a higher boiling point than isocarbide, thereby catalytic activity without evaporation of the catalyst during the reaction It can be maintained, it can easily separate isosorbide and catalyst in a purification process such as vacuum distillation, reacts in a homogeneous phase under reaction conditions to increase the contact efficiency between catalyst and feed, and polymer under high temperature reaction conditions Alternatively, the yield of isocarbide could be increased by using a catalyst having an acidity suitable for reducing the production of side reactants such as coke.

둘째, 리사이클 플로우에 혼합된 증기와 온수는 직접 증류 내부의 온도를 유지하고 탈수 반응에 필요한 에너지를 추가 공급할 수 있다. 솔비톨을 아이소소바이드로 전환하는 탈수 반응은 약한 흡열 반응이다. 감압 상태로 유지되는 직접 증류 내부에서는 반응으로 생성된 물과 아이소소바이드가 연속해서 증류되기 때문에 반응열 외에도 증류에 사용되는 상변화 에너지가 지속적에서 소모된다. 상업 공정의 경우에는 반응기 외벽을 통해 내부로 에너지를 공급하고, 내부 온도를 일정하게 유지하는 것이 어렵다.Second, the steam and hot water mixed in the recycle flow can directly maintain the internal temperature of the distillation and additionally supply energy required for the dehydration reaction. The dehydration reaction to convert sorbitol to isocarbide is a weakly endothermic reaction. Inside the direct distillation maintained under reduced pressure, since the water produced by the reaction and the isocarbide are continuously distilled, in addition to the reaction heat, the phase change energy used for distillation is continuously consumed. In the case of a commercial process, it is difficult to supply energy to the inside through the outer wall of the reactor and maintain a constant internal temperature.

그러나 본 발명에서는 리사이클 플로우에 혼합한 고온의 증기나 온수가 직접 증류 내부에 도입되면서 반응과 상변화에 필요한 에너지를 공급하게 되어, 직접 증류 반응기 내부 온도를 일정하게 유지할 수 있다는 장점이 있다.However, in the present invention, the high-temperature steam or hot water mixed with the recycle flow is directly introduced into the distillation to supply the energy necessary for the reaction and phase change, so that the temperature inside the direct distillation reactor can be maintained constant.

셋째, 증기 또는 온수는 생성된 아이소소바이드가 직접 증류 내부에서 증류되는 것을 돕는 스트리핑제(stripping agent)의 역할을 수행한다. 아이소소바이드는 높은 끓는점을 갖기 때문에, 이를 증류하기 위해서는 고진공 조건이 필요하며, 일반적으로 박막증류기와 같은 특수한 증류 장비가 이용된다. 본 발명에서는 박막증류기를 이용하지 않고, 하나의 반응장치(직접 증류기) 내부에서 반응과 증류를 동시에 수행하는데 특징이 있다.Third, steam or hot water serves as a stripping agent that helps the produced isocarbide to be distilled inside the distillation directly. Since isocarbide has a high boiling point, high vacuum conditions are required to distill it, and special distillation equipment such as a thin film evaporator is generally used. The present invention is characterized in that the reaction and distillation are simultaneously performed inside one reaction device (direct still) without using a thin film still.

증기 또는 온수는 이러한 아이소소바이드와 공비를 이루어 아이소소바이드의 증류를 촉진할 수 있다.또한, 리사이클 플로우에서 고압 상태에 있던 증기 또는 온수가 감압 상태의 직접 증류기 내부로 도입되면, 급격한 비등 현상을 만들어, 아이소소바이드의 증류를 더욱 촉진할 수 있다.Steam or hot water can form an azeotrope with isosorbide to promote the distillation of isosorbide. In addition, when steam or hot water under high pressure in the recycle flow is introduced into the distillation chamber under reduced pressure, rapid boiling occurs. made, it is possible to further promote the distillation of isocarbide.

한편, 도 8에 나타낸 바와 같이, 직접 증류의 출구와 리사이클플로우 사이에 필터(filter)를 설치하여, 직접 증류 잔여물에 포함된 폴리머/올리고머와 탄화물을 제거한 후, 미반응물과 중간체만을 리사이클시킬 수도 있다. 필터의 종류는 특별히 제한되지 않는다.Meanwhile, as shown in FIG. 8, a filter may be installed between the direct distillation outlet and the recycle flow to remove polymers/oligomers and carbides contained in the direct distillation residue, and then only unreacted materials and intermediates may be recycled. there is. The type of filter is not particularly limited.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are only for exemplifying the present invention, and it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not limited by these examples.

[실시예][Example]

실시예Example 1 One

1,000mL 반응조에 500~1000g의 솔비톨(D-sorbitol, Aldrich사)을 투입하고 반응온도 110~200℃에서 솔비톨을 녹인 다음, 나프탈렌 술폰산하이드레이트(naphthalenesulfonic acid hydrate, Aldrich사) 3.0 wt%을 투입하고 교반하며, 반응압력을 5~10mmHg로 감압하였다. 2~5시간 동안 반응기 상부로 증발되어 배출된 물질을 조 아이소소바이드(crude isosorbide)라고 정의하고, 여러 조건에서 실험한 조 아이소소바이드를 수집하여 로터리 증발기(rotary evaporator)에서 90℃, 30 mbar 조건에서 1시간 이상 수분을 증발시켰다. 이 수분이 증발된 조 아이소소바이드에 수분함량이 2%가 되도록 증류수를 주입하였다.Add 500 to 1000 g of sorbitol (D-sorbitol, Aldrich Co.) to a 1,000 mL reactor, melt the sorbitol at a reaction temperature of 110 to 200 ° C, then add 3.0 wt% of naphthalenesulfonic acid hydrate (Aldrich Co.) and stir and the reaction pressure was reduced to 5 to 10 mmHg. The material evaporated and discharged from the top of the reactor for 2 to 5 hours is defined as crude isosorbide, and the crude isosorbide tested under various conditions is collected and used in a rotary evaporator at 90 ° C. and 30 mbar The moisture was evaporated for 1 hour or more under the condition. Distilled water was injected into the crude isocarbide from which the moisture was evaporated so that the moisture content was 2%.

상기와 같이 준비한 용액을 이용하여 1.5L 교반조에 투입하고 소량의 아이소소바이드 분말을 투입하여 교반하면 아이소소바이드 결정이 생성된다. 결정이 생성된 후 내부의 변화가 없으면 결정 이외의 잔여액을 따라 내고, 교반조 내부 온도를 47℃까지 상승시켜 결정에 갇혀있거나 결정 외부에 묻어있는 불순물들을 일부 녹여내어 따라내었다.When the solution prepared as described above is put into a 1.5L stirring tank and a small amount of isocarbide powder is added and stirred, an isocarbide crystal is produced. After the crystals were formed, if there was no internal change, the remaining liquid other than the crystals was poured out, and the internal temperature of the stirring tank was raised to 47 ° C. to dissolve some of the impurities trapped in the crystals or attached to the outside of the crystals.

상기에서 얻은 아이소소바이드 결정과 결정화 단계 전의 용액을 물로 25배 희석하여 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC, Agilent사 제품, REZEX Monosaccharide column 사용)로 분석하였다. 이 때 결정화 전의 용액의 아이소소바이드 순도는 95.1wt%, 결정화 후의 아이소소바이드 순도는 96.4wt%였다.The above-obtained isocarbide crystals and the solution before the crystallization step were diluted 25-fold with water and analyzed by high-performance liquid chromatography (HPLC, manufactured by Agilent, using a REZEX Monosaccharide column). At this time, the isocarbide purity of the solution before crystallization was 95.1wt%, and the isocarbide purity after crystallization was 96.4wt%.

실시예Example 2 2

실시예 1에서 아이소소바이드 결정 생성 후 따라낸 잔여액에 대하여 실시예 1의 방법과 동일하게 결정화를 진행하였다. 결정 생성 후 잔여액을 따라 내고, 교반조 내부 온도를 37℃까지 상승시켜 추가로 불순물을 녹여내었다.In Example 1, crystallization was performed in the same manner as in Example 1 with respect to the remaining liquid extracted after the crystal production of ISO carbide. After crystal formation, the remaining liquid was poured out, and the internal temperature of the stirring bath was raised to 37° C. to further dissolve impurities.

상기에서 얻은 아이소소바이드 결정의 순도와 피드(feed)로 사용된 용액의 조성을 실시예1의 방법과 같이 분석하였다. 결정화 전의 용액의 아이소소바이드 순도는 91.5wt%, 결정화 후의 아이소소바이드 순도는 94.2wt%였다.The purity of the isocarbide crystals obtained above and the composition of the solution used as the feed were analyzed in the same manner as in Example 1. The isocarbide purity of the solution before crystallization was 91.5wt%, and the isocarbide purity after crystallization was 94.2wt%.

실시예Example 3 3

실시예 1과 동일한 방법으로 조 아이소소바이드를 준비하여 수분을 증발시킨 뒤, 수분이 증발된 조 아이소소바이드에 수분함량이 6%가 되도록 증류수를 주입하였다.After preparing crude isocarbide in the same manner as in Example 1 and evaporating moisture, distilled water was injected into the evaporated crude isocarbide so that the moisture content was 6%.

상기와 같이 준비한 용액을 실시예 1과 동일한 방법으로 결정화를 진행하여 결정을 얻었다. 단, 추가 불순물 제거를 위해 교반조는 30℃정도로 상승시켰다.The solution prepared as described above was crystallized in the same manner as in Example 1 to obtain crystals. However, in order to remove additional impurities, the stirring bath was raised to about 30°C.

상기에서 얻은 아이소소바이드 결정의 순도를 실시예 1의 방법과 같이 분석하였다. 이 때 결정화 전의 용액의 아이소소바이드 순도는 96.1wt%, 결정화 후의 아이소소바이드 순도는 98.7wt%였다.The purity of the isocarbide crystals obtained above was analyzed in the same manner as in Example 1. At this time, the isocarbide purity of the solution before crystallization was 96.1wt%, and the isocarbide purity after crystallization was 98.7wt%.

실시예Example 4 4

실시예 1과 동일한 방법으로 조 아이소소바이드를 준비하여 활성탄에 발색 물질을 흡착시켰다. 활성탄은 NORIT사의 Granule type 제품(GAC 1240)을 준비하여 150℃ 오븐에서 8시간 이상 건조시켜 사용하였다. 직경 50mm, 길이 150mm의 STS 관에 활성탄 130g을 밀집되게 패킹(dense packing)한 뒤, 상향 흐름을 가지도록 조 아이소소바이드를 흘려 주었다. 유속은 1mL/min이 되도록 하였고, 10일 이상 흐름이 유지되도록 하였다. 흡착탑을 통과한 조 아이소소바이드의 색깔을 Yellowness Index (YI)를 통해 측정하였다.Crude isocarbide was prepared in the same manner as in Example 1, and a color-developing material was adsorbed onto activated carbon. Activated carbon was prepared by NORIT's Granule type product (GAC 1240) and dried in an oven at 150 ° C for 8 hours or more. After densely packing 130 g of activated carbon in an STS tube having a diameter of 50 mm and a length of 150 mm, crude isosorbide was flowed in an upward flow. The flow rate was set to 1 mL/min, and the flow was maintained for 10 days or more. The color of the crude isosorbide passing through the adsorption tower was measured through Yellowness Index (YI).

도 10에 나타낸 바와 같이, 피드로 사용된 조 아이소소바이드의 YI는 21.7이었고, 흡착탑을 통과한 흐름의 YI는 약 100시간까지 1 이하의 값을 보이다가 150시간 이후 약 3~5의 값을 보였다. 흡착탑 후단의 YI는 12일(=288 시간)까지 이 수준을 유지하였다.As shown in FIG. 10, the YI of crude isocarbide used as a feed was 21.7, and the YI of the flow passing through the adsorption tower showed a value of 1 or less until about 100 hours, and then increased to a value of about 3 to 5 after 150 hours. seemed YI at the rear end of the adsorption tower maintained this level until 12 days (= 288 hours).

실시예Example 5 5

오토클레이브(autoclave) 반응기에 70wt%의 솔비톨(D-sorbitol, Aldrich사) 수용액 90g (솔비톨 = 63g)및 나프탈렌설폰산 촉매 1.5g를 투여하고, 220℃에서 1시간 동안 교반하여 반응시켰다. 반응 압력은 자생압력(autogeneous pressure)를 이용하였기 때문에, 반응이 진행되는 정도에 따라 반응 압력은 반응 초기와 반응 종료시에 다소 차이를 보였다.In an autoclave reactor, 90 g (sorbitol = 63 g) of 70 wt % sorbitol (D-sorbitol, Aldrich) aqueous solution and 1.5 g of a naphthalenesulfonic acid catalyst were added, followed by stirring at 220° C. for 1 hour. Since autogeneous pressure was used for the reaction pressure, the reaction pressure showed a slight difference between the initial reaction and the end of the reaction depending on the progress of the reaction.

반응이 종료된 후 반응 생성물을 물로 20배 희석하여 고성능 액체크로마토그래피(HPLC, Agilent사 제품, Carbohydrate column 사용)로 분석하였다. 이 때 아이소소바이드의 수율은 47.1wt%였다.After the reaction was completed, the reaction product was diluted 20-fold with water and analyzed by high-performance liquid chromatography (HPLC, manufactured by Agilent, using a Carbohydrate column). At this time, the yield of isocarbide was 47.1wt%.

실시예Example 6 6

ASPEN을 이용하여 솔비톨의 탈수 반응을 직접 증류 방법으로 수행했을 때의 공정을 모사하였다. 솔비톨 수용액의 건조 공정을 거쳐 수분이 1wt% 함유된 피드를 110℃, 8torr의 첫 번째 반응기에 투입하여 90분 동안 반응시켰다. 이 반응물을 180℃, 8torr 조건의 두 번째 반응기에 투입하여 30분 동안 반응시켰다. 첫 번째와 두 번째 반응기에서 물과 아이소소바이드는 상부로 증류되어 생성물로 수득된다.The process when the dehydration reaction of sorbitol was performed by the direct distillation method was simulated using ASPEN. The feed containing 1 wt% of water after the drying process of the sorbitol aqueous solution was introduced into the first reactor at 110° C. and 8 torr, and reacted for 90 minutes. This reactant was added to the second reactor under conditions of 180° C. and 8 torr and reacted for 30 minutes. In the first and second reactors, water and ISOcarbide are distilled upwards to obtain products.

두 번째 반응기의 바닥(bottom) 흐름은 유동성을 유지하기 위하여 약 10%의 아이소소바이드를 갖도록 조건을 설정하여 다시 반응기로 리사이클시켰다. 바닥(bottom) 흐름 중 올리고머(oligomer) 및 폴리머 등이 순환하며 적체되는 현상을 막기 위해 10wt%는 폐기하였다.The bottom stream of the second reactor was recycled back to the reactor, conditioned to have about 10% of ISOcarbide to maintain fluidity. 10wt% was discarded to prevent accumulation of oligomers and polymers in the bottom flow.

실시예Example 7 7

실시예 6과 같은 방법으로 솔비톨 탈수 반응공정을 모사하였다. 단 실시예 1과 같은 방식으로 결정화를 수행한 뒤 발생한 잔여액을 두 번째 반응기로 리사이클시켰다.The sorbitol dehydration reaction process was simulated in the same manner as in Example 6. However, the residual liquid generated after crystallization was performed in the same manner as in Example 1 was recycled to the second reactor.

실시예Example 8 8

실시예 6과 같은 방법으로 솔비톨 탈수 반응공정을 모사하였다. 단 실시예 3과 같은 방식으로 결정화를 수행한 뒤 발생한 잔여액을 두 번째 반응기로 리사이클시켰다.The sorbitol dehydration reaction process was simulated in the same manner as in Example 6. However, the residual liquid generated after crystallization was performed in the same manner as in Example 3 was recycled to the second reactor.

실시예Example 9 9

실시예 6과 같은 방법으로 솔비톨 탈수 반응공정을 모사하였다. 단 실시예 1과 같은 방식으로 결정화를 수행한 뒤 발생한 잔여액을 실시예 6에서의 열수 반응을 거친 후 두 번째 반응기로 리사이클시켰다.The sorbitol dehydration reaction process was simulated in the same manner as in Example 6. However, the residual liquid generated after crystallization was performed in the same manner as in Example 1 was recycled to the second reactor after the hydrothermal reaction in Example 6.

실시예Example 10 10

실시예 6과 같은 방법으로 솔비톨 탈수 반응공정을 모사하였다. 단 실시예 3과 같은 방식으로 결정화를 수행한 뒤 발생한 잔여액을 실시예 5에서의 열수 반응을 거친 후 두 번째 반응기로 리사이클시켰다.The sorbitol dehydration reaction process was simulated in the same manner as in Example 6. However, the residual liquid generated after crystallization was performed in the same manner as in Example 3 was recycled to the second reactor after the hydrothermal reaction in Example 5.

비교예comparative example 1 One

실시예 6과 같은 방법으로 솔비톨 탈수 반응공정을 모사하였다. 단 반응기 바닥(bottom)의 흐름은 리사이클 하지 않고, 바닥 흐름 중 남아 있는 아이소소바이드는 180℃, 1torr의 증발(evaporation) 조건을 통해 증류시켜 상부의 생성물과 합쳐지도록 하였다.The sorbitol dehydration reaction process was simulated in the same manner as in Example 6. However, the flow at the bottom of the reactor was not recycled, and the remaining ISO carbide in the bottom flow was distilled through evaporation conditions of 180 ° C. and 1 torr to combine with the product at the top.

실시예 6 내지 10 및 비교예 1에 의한 생성물의 수율은 하기와 같은 식으로 계산하여 표 1에 나타내었다.The yields of the products according to Examples 6 to 10 and Comparative Example 1 were calculated according to the following equation and are shown in Table 1.

wt% 수율 = 생성된 물질의 중량 / 투입한 솔비톨의 중량 X 100wt% yield = weight of produced material / weight of sorbitol added X 100

모든 경우에 있어 아이소소바이드 외의 다른 생성물들은 0.1 wt%이하로 나타나 별도로 언급하지 않았다.In all cases, other products other than isocarbide were not mentioned separately as they appeared to be less than 0.1 wt%.

리사이클 흐름recycle flow 열수반응 여부Hydrothermal reaction 아이소소바이드 수율(wt%)Isocarbide yield (wt%) 실시예 6Example 6 Reactor BottomReactor Bottom 없음doesn't exist 61.561.5 실시예 7Example 7 수분 2wt% 결정화 모액Moisture 2wt% crystallization mother liquor 없음doesn't exist 65.965.9 실시예 8Example 8 수분 2wt% 결정화 모액Moisture 2wt% crystallization mother liquor 있음has exist 69.069.0 실시예 9Example 9 수분 6wt% 결정화 모액Moisture 6wt% crystallization mother liquor 없음doesn't exist 65.565.5 실시예 10Example 10 수분 6wt% 결정화 모액Moisture 6wt% crystallization mother liquor 있음has exist 68.768.7 비교예 1Comparative Example 1 없음doesn't exist 없음doesn't exist 60.160.1

표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 6 내지 실시예 10에 따라 조(crude) 무수당 알코올을 강하막식 결정화하여 무수당 알코올을 회수하고 강막하식 결정화의 잔류물을 스태틱 결정화하여 무수당 알코올을 추가로 회수하고, 더욱이 SC 결정화 잔류물을 반응/증류 장치에 공급하여 리사이클시키는 경우 무수당 알코올의 분리 공정의 수율을 향상시키는 것을 확인하였고 향상된 무수당 알코올의 함량을 가진 피드가 결정화 공정을 거치면 동일한 조건 하에서 향상된 순도를 가지는 것은 자명하므로, 이와 같은 공정 개선을 통해 순도도 개선되는 것을 알 수 있다.As shown in Table 1, anhydrous sugar alcohol was recovered by falling film crystallization of crude anhydrous sugar alcohol according to Examples 6 to 10, and anhydrosugar alcohol was added by static crystallization of the residue of fall film crystallization. It was confirmed that the yield of the separation process of anhydrous sugar alcohol was improved when the SC crystallization residue was supplied to the reaction/distillation apparatus and recycled, and the feed with improved anhydrosugar alcohol content was subjected to the crystallization process under the same conditions. Since it is obvious that the purity is improved under the condition, it can be seen that the purity is also improved through such process improvement.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.Having described specific parts of the present invention in detail above, it will be clear to those skilled in the art that these specific descriptions are only preferred embodiments, and the scope of the present invention is not limited thereby. will be. Accordingly, the substantial scope of the present invention will be defined by the claims and their equivalents.

100: 반응기
110: 원료 공급부
120: 미반응 원료 및 부산물 배출구
130: 생성물 배출구
140: 분배기
200: 응축기
300: 분리/회수 수단
400: 가열수단
410: 열매(Heating Media) 투입구
420: 열매 배출구
500: 압력을 낮추는 수단
100: reactor
110: raw material supply unit
120: unreacted raw materials and by-product outlet
130: product outlet
140: divider
200: condenser
300: separation/recovery means
400: heating means
410: Heating Media inlet
420: fruit outlet
500 means for lowering the pressure

Claims (20)

다음의 단계를 포함하는 무수당 알코올의 용융 결정화 방법:
조(crude) 무수당 알코올을 강하막식 결정화(falling film crystallization)하여 무수당 알코올을 회수하는 단계; 및
상기 강하막식 결정화의 잔류물을 스태틱 결정화(static crystallization)하여 무수당 알코올을 추가로 회수하는 단계,
여기서, 상기 강하막식 결정화는 순수한 무수당 알코올의 어는점보다 낮은 온도로 유지되는 표면에 상기 조(crude) 무수당 알코올을 흘려 보내어 결정을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 스태틱 결정화는 상기 강하막식 결정화의 잔류물이 저장된 용기 내부에서, 표면 온도가 순수한 무수당 알코올의 어는점보다 낮은 온도로 유지되는 물체를 상기 강하막식 결정화의 잔류물과 접촉시켜, 상기 물체의 표면에 결정을 형성하는 단계를 포함함.
Melt crystallization method of anhydrous sugar alcohol comprising the following steps:
Recovering anhydrous sugar alcohol by falling film crystallization of crude anhydrous sugar alcohol; and
Further recovering anhydrous sugar alcohol by static crystallization of the residue of the falling film crystallization;
Here, the falling film crystallization includes forming crystals by flowing the crude anhydrous sugar alcohol onto a surface maintained at a temperature lower than the freezing point of pure anhydrous sugar alcohol,
The static crystallization is carried out by contacting an object whose surface temperature is maintained at a temperature lower than the freezing point of pure anhydrous sugar alcohol with the remnant of the falling film crystallization in a container in which the remnant of the falling film crystallization is stored, on the surface of the object. Including forming crystals.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 강하막식 결정화는 상기 결정이 형성된 표면의 온도를 순수한 무수당 알코올의 어는점 내지 상기 조 무수당 알코올의 결정이 형성된 온도 사이의 값으로 승온하는 단계를 더 포함하며,
상기 스태틱 결정화는 상기 결정이 형성된 표면의 온도를 순수한 무수당 알코올의 어는점 내지 상기 강하막식 결정화의 잔류물의 결정이 형성된 온도 사이의 값으로 승온하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 용융 결정화 방법.
According to claim 1,
The falling film crystallization further comprises raising the temperature of the surface where the crystals are formed to a value between the freezing point of the pure anhydrous sugar alcohol and the temperature at which the crystals of the crude anhydrous sugar alcohol are formed,
The static crystallization further comprises the step of raising the temperature of the surface on which the crystals are formed to a value between the freezing point of the pure anhydrous sugar alcohol and the temperature at which the crystals of the residue of the falling film crystallization are formed. crystallization method.
제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 스태틱 결정화에서 결정이 형성되는 온도는 상기 강하막식 결정화에서 결정이 형성되는 온도보다 낮은 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 용융 결정화 방법.
According to claim 1 or 3,
Melt crystallization method of anhydrous sugar alcohol, characterized in that the temperature at which crystals are formed in the static crystallization is lower than the temperature at which crystals are formed in the falling film crystallization.
제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 스태틱 결정화에서 결정이 형성되는 온도는 -40~20℃이고, 상기 강하막식 결정화에서 결정이 형성되는 온도는 0~60℃인 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 용융 결정화 방법.
According to claim 1 or 3,
The temperature at which crystals are formed in the static crystallization is -40 to 20 ° C, and the temperature at which crystals are formed in the falling film crystallization is 0 to 60 ° C. Melt crystallization method of anhydrous sugar alcohol.
제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 스태틱 결정화 산물의 일부를 상기 강하막식 결정화의 원료로 리사이클시키는 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 용융 결정화 방법.
According to claim 1 or 3,
Melt crystallization method of anhydrous sugar alcohol, characterized in that for recycling a part of the static crystallization product as a raw material for the falling film crystallization.
제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 스태틱 결정화의 잔류물을 스태틱 결정화의 원료로 리사이클시키는 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 용융 결정화 방법.
According to claim 1 or 3,
Melt crystallization method of anhydrous sugar alcohol, characterized in that for recycling the residue of the static crystallization as a raw material for static crystallization.
제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 강하막식 결정화 및 스태틱 결정화기에서 회수되는 무수당 알코올의 순도는 99% 이상인 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 용융 결정화 방법.
According to claim 1 or 3,
Melt crystallization method of anhydrous sugar alcohol, characterized in that the purity of the anhydrous sugar alcohol recovered from the falling film crystallization and static crystallizer is 99% or more.
제1항에 있어서,
상기 조(crude) 무수당 알코올은 다음 단계를 거쳐 수득된 것임을 특징으로 하는 무수당 알코올의 용융 결정화 방법:
반응기에서 산촉매 존재하에 당 알코올을 반응시킴과 동시에 반응생성물을 증발시키는 단계; 및
증발된 생성물을 냉각시켜 조(crude) 무수당 알코올을 얻는 단계.
According to claim 1,
Melt crystallization method of anhydrous sugar alcohol, characterized in that the crude (crude) anhydrous sugar alcohol is obtained through the following steps:
Reacting the sugar alcohol in the presence of an acid catalyst in a reactor and simultaneously evaporating the reaction product; and
Cooling the evaporated product to obtain crude anhydrous sugar alcohol.
제1항에 있어서,
상기 조(crude) 무수당 알코올은 다음 단계를 거쳐 수득된 것임을 특징으로 하는 무수당 알코올의 용융 결정화 방법:
반응기에서 산촉매 존재하에 당 알코올을 반응시킴과 동시에 반응생성물을 증발시키는 단계;
증발된 생성물을 냉각시켜 조(crude) 무수당 알코올을 얻는 단계; 및
상기 조(crude) 무수당 알코올을 흡착 처리하는 단계.
According to claim 1,
Melt crystallization method of anhydrous sugar alcohol, characterized in that the crude (crude) anhydrous sugar alcohol is obtained through the following steps:
Reacting the sugar alcohol in the presence of an acid catalyst in a reactor and simultaneously evaporating the reaction product;
cooling the evaporated product to obtain crude anhydrous sugar alcohol; and
Adsorbing the crude anhydrous sugar alcohol.
제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 스태틱 결정화의 잔류물을 상기 반응기로 리사이클시키는 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 용융 결정화 방법.
The method of claim 9 or 10,
Melt crystallization method of anhydrous sugar alcohol, characterized in that the residue of the static crystallization is recycled to the reactor.
제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 산촉매는 10mmHg에서 끓는점이 160℃이상이고, pKa가 -3.0~3.0이며, 당 알코올과 동질상으로 반응하는 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 용융 결정화 방법.
The method of claim 9 or 10,
The acid catalyst has a boiling point of 160 ° C. or more at 10 mmHg, a pKa of -3.0 to 3.0, and a melt crystallization method of anhydrous sugar alcohol, characterized in that it reacts homogeneously with sugar alcohol.
제12항에 있어서,
상기 산촉매는 나프탈렌 설폰산인 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 용융 결정화 방법.
According to claim 12,
The acid catalyst is a melt crystallization method of anhydrous sugar alcohol, characterized in that naphthalene sulfonic acid.
제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 반응기의 온도는 150~220℃이고, 압력은 1~50torr인 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 용융 결정화 방법.
The method of claim 9 or 10,
Melt crystallization method of anhydrous sugar alcohol, characterized in that the temperature of the reactor is 150 ~ 220 ℃, the pressure is 1 ~ 50torr.
제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 무수당 알코올은 아이소소바이드이고, 상기 당 알코올은 솔비톨인 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 용융 결정화 방법.
The method of claim 9 or 10,
The anhydrous sugar alcohol is isocarbide, and the sugar alcohol is a melt crystallization method of anhydrous sugar alcohol, characterized in that sorbitol.
제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 반응기는 다음의 구성을 포함하는 하는 무수당 알코올의 용융 결정화 방법:
(a) 상부에 분배기가 설치되어 있어, 내부 벽면을 따라 원료가 흘러내리며 반응하는 반응기;
(b) 반응기 상부의 일측면에 설치되는 원료 공급부;
(c) 반응기의 하단에서 일정거리가 이격되어 반응기 내부에 설치된, 미반응 원료 및 부산물 분리/회수수단;
(d) 상기 반응기 내부의 중앙에 위치하며, 상기 분리/회수 수단을 관통하여 설치되는 응축기;
(e) 반응기의 일측면에 위치하며, 반응기 내부의 압력을 낮추는 수단; 및
(f) 반응기 하단부의 중앙에 위치하며, 응축기에서 흘러내리는 생성물을 배출하는 생성물 배출구.
The method of claim 9 or 10,
The reactor melt crystallization method of anhydrous sugar alcohol comprising the following configuration:
(a) a reactor in which a distributor is installed at the top so that the raw material flows down and reacts along the inner wall;
(b) a raw material supply unit installed on one side of the upper part of the reactor;
(c) means for separating/recovering unreacted raw materials and by-products installed inside the reactor at a certain distance from the lower end of the reactor;
(d) a condenser located in the center of the reactor and installed through the separation/recovery means;
(e) means located on one side of the reactor and lowering the pressure inside the reactor; and
(f) A product outlet located at the center of the lower part of the reactor and discharging the product flowing down from the condenser.
제9항에 있어서,
상기 증발된 생성물을 60~100℃로 냉각시키는 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 용융 결정화 방법.
According to claim 9,
Melt crystallization method of anhydrous sugar alcohol, characterized in that for cooling the evaporated product to 60 ~ 100 ℃.
제10항에 있어서,
상기 증발된 생성물을 상온~60℃로 냉각하여, 1~30 중량%의 물이 포함된 조(crude) 무수당 알코올을 얻는 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 용융 결정화 방법.
According to claim 10,
Melt crystallization method of anhydrous sugar alcohol, characterized in that by cooling the evaporated product to room temperature ~ 60 ℃, to obtain a crude (crude) anhydrous sugar alcohol containing 1 to 30% by weight of water.
제10항에 있어서,
상기 흡착 공정은 활성탄, 이온교환수지 또는 이들의 조합에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 용융 결정화 방법.
According to claim 10,
The adsorption process is a melt crystallization method of anhydrous sugar alcohol, characterized in that carried out by activated carbon, ion exchange resin or a combination thereof.
제10항에 있어서,
상기 흡착 공정 후에 순간증발(flash evaporation) 공정을 추가로 수행하여 물을 제거하는 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 용융 결정화 방법.
According to claim 10,
Melt crystallization method of anhydrous sugar alcohol, characterized in that by further performing a flash evaporation process after the adsorption process to remove water.
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