KR102547252B1 - 유기물질 기상탈수반응 원료의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발효액을 직접 가열하여 불순물을 제거하여 유기물질 기상탈수반응 원료를 제조하고, 연속적으로 유기물질 기상탈수반응 원료를 기상탈수반응 시키는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 기존에 여러 단계를 통해 제거하던 발효액 내 불순물을 한 단계로 전량 제거할 수 있어 유기물질 기상탈수반응 원료 제조 공정 시간과 공정비 및 공정에너지 절감 효과가 있고, 유기물질 기상탈수반응 원료 제조공정과 기상탈수반응이 연속적으로 진행할 수 있다는 효과가 있다.

Description

유기물질 기상탈수반응 원료의 제조방법{Method for Manufacturing Vapor Dehydration Reaction Feed of Organic Material}
본 발명은 유기물질 기상탈수반응 원료의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 발효액을 직접 가열하여 불순물을 제거하는 유기물질 기상탈수반응 원료를 제조하는 방법에 관한 것이다.
석유계 탄화수소 공급이 감소하여 석유계 탄화수소의 비용이 증가함에 따라, 화학물질 및 연료의 제조를 위한 산업용 미생물 시스템의 개발 및 개선에 대한 관심이 증가해왔다. 이러한 산업용 미생물 시스템은 특정 화학물질의 제조를 위한 석유계 탄화수소의 사용을 완전히 또는 부분적으로 대체할 수 있다.
상기 수단을 통해 항생제 및 항-말라리아성 약품에서 고품질 화학물질 내지 에탄올과 같은 연료에 이르기까지 수많은 화학물질이 제조된다.
특정 화학 생성물에 대한 수율 및 생산성을 개선시키려는 강한 관심에도 불구하고, 발효 미생물 세포에서 상업적으로 실행 가능한 발효 방법을 이용하여 목적하는 화학 생성물을 분리 및 수득하고, 화학생성물을 다른 물질로 전환시키는 방법 개발에 노력이 필요하다.
생물학적 방법으로 제조된 발효액은 화학생성물뿐만 아니라, 화학생성물을 생성하는 균주, 이러한 균주가 대사활동을 통해 생산한 다양한 종류의 유기 불순물도 함께 함유하고 있다. 발효액으로부터 분리된 화학생성물에 유기 불순물이 잔존할 경우, 이후 다른 물질로 전환시키는 반응공정에서 이물질에 의해 반응공정이 방해 받으므로 유기 불순물을 최대한 제거하는 것이 필요하다.
이를 해결하기 위한 방법으로 국제공개특허 WO1998-055442호에서는 발효액을 예비처리단계, 농축단계 및 증류단계를 통해서 화학생성물을 얻는 방법을 개시하고 있고, 미국등록특허 제8597918호에서는 발효액을 액체분획 분리단계, 물 제거단계, 염 제거단계 및 증류단계를 통해 고순도의 화학생성물을 얻는 방법을 개시하고 있다. 하지만 상기 방법들은 원심분리, 한외여과, 나노여과, 이온교환 및 탈염을 이용하여 불순물을 제거하는 방법으로, 여러 단계의 불순물 제거 공정에 의해서 시간과 비용이 많이 든다는 문제점과 이온교환에 사용하는 크로마토그래피는 실제 공정에의 적용이 어렵고, 이온교환수지 사용 시 환경오염 문제를 가지고 있다.
이를 해결하기 위한 방법으로 한국공개특허 제2015-0115533호에서는 발효액을 농축단계, 탈탄산단계, pH조절단계 및 증류탑을 이용한 회수단계를 통해 정제된 고순도의 화학생성물을 얻는 방법을 제시하고 있다. 하지만 상기 방법은 산성 용액과 염기성 용액을 다량 사용하여 환경오염의 문제점이 있고, 금속염의 제거가 효율적으로 이루어지지 못한다는 문제점을 가지고 있다.
이에, 본 발명자는 발효액으로부터 유기물질 기상탈수반응 원료를 효과적으로 제조하고자 예의 노력한 결과, 발효액을 직접 가열 및 농축하므로써 별도의 불순물 제거 공정 없이 기체상태의 유기물질 기상탈수반응 원료의 분리가 가능하고, 기체상태의 유기물질 기상탈수반응 원료를 연속적으로 기상탈수반응 시킬 수 있다는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명의 목적은 발효액으로부터 간단하게 불순물을 제거하여 공정비와 공정에너지를 절감하는 유기물 기상탈수반응 원료를 제조방법과 상기 제조된 유기물 기상탈수반응 원료를 연속적으로 기상탈수 전환하는 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여,
본 발명은 (a) 저농도의 유기물질 함유 발효액을 진공상태에서 100℃ 이하의 온도로 직접 가열하여 유기물질을 농축하는 단계; (b) 상기 (a) 단계에서 농축된 발효액을 100~250℃의 온도로 가열하여 잔여의 물과 유기물질을 기화시키는 단계; (c) 상기 (b) 단계에서 기화된 유기물질과 발효액에 존재하는 이물질을 분리하는 단계; 및 (d) 상기 (c) 단계에서 분리된 기체를 기상탈수반응 온도까지 높여주는 단계를 포함하는 유기물질 기상탈수반응 원료의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 제조된 유기물질 기상탈수반응 원료를 반응온도까지 가열시킨 다음, 기상탈수 반응시키는 것을 특징으로 하는 유기물질의 기상 전환방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 기존에 여러 단계를 통해 제거하던 발효액 내 불순물을 한 단계로 전량 제거할 수 있어 유기물질 기상탈수반응 원료 제조 공정 시간과 공정비 및 공정에너지 절감 효과가 있고, 유기물질 기상탈수반응 원료 제조공정과 기상탈수반응이 연속적으로 진행할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 유기물질 기상탈수반응 원료의 제조방법 및 유기물질의 기상탈수 전환 방법에 대한 공정도이다.
달리 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 명명법 및 이하에 기술하는 실험 방법은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.
산업용 미생물 시스템인 균주발효공정을 통해서 생성된 화학생성물은 반응 공정을 통해 다른 물질로 전환이 가능하다. 하지만 균주발효공정을 통해 만들어지는 발효액은 화학생성물뿐만 아니라 균주, 단백질, 음이온 및 양이온 등의 많은 불순물을 포함하고 있어, 다른 물질로 전환시키는 공정에 방해가 된다.
본 발명에서는 발효액을 직접 가열하여, 발효액 내 불순물과 유기물 기상탈수반응 원료를 쉽게 분리할 수 있다는 것을 확인하고자 하였다. 또한. 본 발명에서는 상기 제조된 유기물질 기상탈수반응 원료를 기상탈수반응시켜 유기물질을 연속적으로 다른 물질로 전환할 수 있다는 것을 확인하고자 하였다.
본 발명의 일 실시예에서는, 발효액을 직접 가열 및 농축하여 불순물을 응집시키고, 유기물 기상탈수반응 원료를 기화시켰다. 그 결과, 발효액 내 불순물이 응집하여 기화된 유기물 기상탈수반응 원료와 간단하게 분리되는 것을 확인할 수 있었다.
따라서, 본 발명은 일 관점에서,
(a) 저농도의 유기물질 함유 발효액을 진공상태에서 100℃ 이하의 온도로 직접 가열하여 유기물질을 농축하는 단계; (b) 상기 (a) 단계에서 농축된 발효액을 100~250℃의 온도로 가열하여 잔여의 물과 유기물질을 기화시키는 단계; (c) 상기 (b) 단계에서 기화된 유기물질과 발효액에 존재하는 이물질을 분리하는 단계; 및 (d) 상기 (c) 단계에서 분리된 기체를 기상탈수반응 온도까지 높여주는 단계를 포함하는 유기물질 기상탈수반응 원료의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 (a)단계의 유기물질 함유 발효액은 균주발효를 통해서 생성되는 유기물질을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 상기 균주발효를 통해서 생성되는 유기물질은 물보다 비점이 높은 물질이면서 기상탈수반응을 통해서 다른 물질로 전환이 가능한 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 발효액은 3-하이드록시 프로피오닉산, 젖산, 탄소수 4개 이상인 알코올류 및 사이클로 알콜로 구성된 군에서 선택되는 유기물질을 함유하는 것을 특징으로 할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 3-하이드록시 프로피오닉산, 젖산, 탄소수 4개 이상인 알코올류, 사이클로 알콜은 물보다 비점이 높으며, 기상탈수반응을 통해서 불포화 탄화수소 물질로 전환된다. 탄소수 4개 이상인 알코올류에는 부탄올, 펜탄올 및 헥산올등이 있고, 사이클로 알코올에는 2-메틸-1-사이클로헥산이 있지만 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서, 상기 (a)단계는 50~750Torr의 진공상태에서 38~100℃의 온도로 유기물질을 함유하고 있는 발효액을 직접 가열하여 농축하는 것을 특징으로 할 수 있다. 발효액에 함유된 상기 유기물질은 온도가 높을 경우 발효액 내 존재하는 양이온이 촉매 역할을 하여 서로 폴리머반응을 일으켜 열교환기의 막힘 현상을 초래하고, 유기물질 회수율을 감소시키므로, 상기 (a)단계는 물만 증발시킬 수 있도록 50~750Torr의 진공상태에서 진행하여 운전온도를 낮추는 것이 바람직하다.
50~750Tor의 진공상태에서 38~100℃ 이하의 온도로 발효액을 가열하면, 발효액 내 저농도의 유기물질을 고농도로 농축이 가능하다. (a)단계인 농축단계 전의 발효액 내 유기물질 농도는 1~30중량%로 (a)단계인 농축단계 후 발효액의 유기물질 농도는 30~80중량%인 것을 특징으로 할 수 있다. 유기물질을 제조하기 위한 균주발효공정에서는 균주의 발효작용을 돕기 위한 많은 물이 포함되어 있으므로, 균주발효공정이 끝난 발효액 내 유기물질은 1~30중량%정도의 저농도일 수 있다. 상기 (a)단계는 발효액 내 물을 제거하는 농축 공정으로, 물이 제거됨에 따라 발효액의 유기물질이 30~80중량%의 고농도로 전환이 가능하다.
상기 (a)단계는 진공도가 높을수록 온도는 낮춰주는 것을 특징으로 할 수 있다. 진공도가 높아질수록 물이 기화되는 온도가 낮아지므로, 진공도가 높을 경우는 발효액 가열 온도를 낮춰주고, 진공도가 낮을 경우 발효액 가열 온도를 높여주는 것이 바람직하다.
상기 (a)단계에서 발효액을 가열하여 물을 제거하면 (b)단계에서 농축이 덜 된 상태보다 불순물들이 쉽게 서로 엉기면서 응집을 하여 제거가 용이한 고체 덩어리로 변하게 되므로, 이물질 제거에 필요한 에너지가 절감되는 효과가 있다.
본 발명에 있어서, 상기 (a)단계는 스파이럴 타입의 열교환기(spiral type heat exchanger) 또는 다단계 증발기(Multi-Stage Evaporator)를 이용해 발효액을 직접 가열하는 것을 특징으로 할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 스파이럴 타입의 열교환기는 두장의 평판을 와류형으로 가공하여 유체통로를 형성시킨 열교환기로 슬러리가 발생하여도 와류를 따라 이송되어 막힘 현상을 최소화할 수 있어 슬러리가 발생될 수 있는 공정에 사용하며, 다단계 증발기는 진공 상태에서 유입된 유체의 표면적을 넓히고 열을 가해서 유체 중 가벼운 물질을 쉽게 증발시킬 수 있으며, 증발량을 증가시키기 위해서 다단으로 구성한 열교환기로 유체 내 무거운 물질의 손실 없이 농축하기에 적합한 장비이다.
본 발명에 있어서, 상기 (a)단계는 농축단계 전에 도 1에 나타난 바와 같이, 예비 가열 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 예비 가열 단계는 발효액이 (a)단계에서 직접 가열 되기 전에 일정한 열을 가해주는 단계로, 기상탈수반응생성물이 함유하고 있는 열량을 활용하여 발효액을 예비 가열하여 증발기에 필요한 열량을 감소시켜 주며, 기상탈수반응생성물의 냉각에 의한 열 손실을 방지하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 (b)단계는 (a)단계에서 농축된 발효액을 100~250℃로 가열하여 유기물질을 기화시키는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 (b)단계의 가열온도는 유기물질에 따라 차이가 있으나, 보편적으로 40~80Torr의 진공상태에서 100~250℃온도인 것을 특징으로 할 수 있다. 가열 온도가 100℃보다 낮을 경우, 물보다 비점이 높은 유기물질이 기화되지 않고, 가열 온도가 250℃보다 높을 경우, 불순물이 분해되어 기화되거나 유기물질이 중합반응에 의해 고분자 물질로 전환되어 유기물질이 손실될 수 있다. 또한, 100~250℃온도는 농축된 발효액을 가열하면 유기물질과 물은 기화되고, 불순물은 기화되지 않는 온도로 불순물과 기화된 유기물질 및 물의 분리가 쉽게 이루어질 수 있으므로, 상기 (b)단계는 100~250℃로 가열하는 것이 바람직하다.
상기 (b)단계는 발효액을 직접 가열하므로써, 불순물을 응집시켜 고형화 하는 것을 특징으로 할 수 있다. 농축된 발효액을 40~80Torr의 진공상태에서 100~250℃로 가열하면, 유기물질과 잔여의 물은 기화되어 유기물질 기상탈수반응 원료가 되고, 농축된 발효액 내 엉김작용(agglomeration)으로 응집된 고형물 형태의 불순물은 기화되지 않으므로, 유기물질과 불순물의 분리가 용이해진다. 상기 (b)단계가 진공상태가 아닌 대기압상태 또는 가압상태에서 진행될 경우, 발효액 내 유기물질의 반응으로 인해, 유기물질 기상탈수반응 원료의 수율이 감소하게 될 수 있으므로, 상기 (b)단계는 진공상태에서 진행되는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 (b)단계는 스크랩드 서페이스 열교환기(scraped surface heat exchanger, 표면긁기 열교환기)를 이용해 농축된 발효액을 직접 가열하는 것을 특징으로 할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 스크랩드 서페이스 열교환기(표면긁기 열교환기)는 전열면에 점성이 큰 유체나 슬러리 등이 전열면표면에 부착되어 전열효과가 낮아지는 것을 막기 위해 표면긁기 장치가 설치된 열교환기로, 점성이 큰 유기물질이 농축된 발효액을 가열하여 유기물질을 기화시키는 열교환기로 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 (c)단계는 고체/기체 분리기 또는 전기집진기를 이용해 (b)단계에서 기화된 유기물질과 잔여의 물을 분리하는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 (b)단계에서 불순물은 고체상태로 응집되고, 유기물질과 잔여의 물은 기화되어 기체상태가 되므로, 유기물질 및 잔여의 물과 불순물을 분리하기 위해 고체/기체분리기 또는 고형화된 불순물 내 음이온이나 양이온에 의한 정전기력을 이용하는 전기집진기로 불순물과 기체상태의 유기물질 및 잔여의 물을 분리하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 (d)단계는 (c)단계에서 분리된 유기물질과 잔여의 물을 기상탈수반응 온도까지 높여주어 유기물 기상탈수반응 원료를 만드는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 (c)단계에서 분리된 기체상태의 유기물질과 잔여의 물을 기상탈수반응 온도인 300~500℃로 가열하면, 분리된 유기물질이 탈수 반응에 의해서 다른 물질로 전환되는 기상탈수반응의 원료가 되는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 (d)단계는 로(furnace)를 이용해 기체상태의 유기물질의 온도를 높여주는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 유기물질 기상탈수반응 원료의 제조방법은 기존의 여러 단계를 통한 발효액 내 불순물 제거 공정 후 유기물질을 기화시키는 방법을 발효액을 직접 가열하여 불순물 제거와 유기물질 기화를 한단계로 하는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 유기물질 기상탈수반응 원료 제조방법은 유기물질을 기화시키면서 동시에 불순물을 제거하는 방법으로, 불순물 제거에 추가 에너지 또는 비용이 들지 않아 공정 에너지와 공정 비용 절감효과를 가져올 수 있다. 또한, 불순물 제거에 흡착제, 이온교환수지, 여과기 또는 재생용 화공약품이 사용되지 않으므로 비용을 절감하고 환경오염 문제를 초래하지 않는다.
본 발명의 다른 실시예에서는, 제조된 유기물질 기상탈수반응 원료를 기상탈수반응기에서 기상탈수반응시켰다. 그 결과, 제조된 유기물질 기상탈수반응 원료가 기상탈수반응하여 불포화 탄화수소 물질로 전환되는 것을 확인할 수 있었다.
따라서, 본 발명은 다른 관점에서,
제조된 유기물질 기상탈수반응 원료를 반응온도까지 가열시킨 다음, 기상탈수 반응시키는 것을 특징으로 하는 유기물질의 기상 전환방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에서 제조된 유기물질 기상탈수반응 원료는 10~400Torr의 진공상태로 유기물질 기상탈수반응 원료의 기상탈수반응온도까지 가열되는 것을 특징으로 할 수 있다. 기상탈수반응온도는 유기물질 기상탈수반응 원료에 따라 차이가 있으나, 보편적으로 10~400Torr의 진공상태에서 200~1000℃, 바람직하게는 300~500℃인 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 기상탈수반응이 진공상태가 아닌 대기압상태 또는 가압상태에서 일어날 경우 기상탈수반응이 가역반응하여 전환 수율이 감소하게 되므로, 기상탈수반응은 진공상태에서 진행하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 유기물질 기상탈수반응 원료는 기상탈수반응기 내에서 기상탈수반응 하여 불포화 탄화수소 물질로 전환되는 것을 특징으로 할 수 있다. 일실시예로 제조된 각각의 유기물질 기상탈수 반응 원료는 기상탈수 반응을 통해 표 1과 같이 전환되는 것을 특징으로 할 수 있다.
유기물질 기상탈수반응 후 전환물질
3-하이드록시 프로피오닉산 아크릴산
젖산 아크릴산
선형 알코올류(예, 부탄올) 알켄류(예, 부텐)
사이클로 알코올류
(예, 2-메틸-1-사이클로헥산올)		 사이클로알켄류
(예, 1-메틸사이크로헥센)
기상탈수반응으로 전환된 각각의 물질은 불포화 탄화수소를 포함하고 있어 폴리머 반응을 통해 다양한 폴리머 제품을 만드는데 사용된다.
본 발명에 따른 상기 유기물질 기상탈수반응 원료의 기상탈수반응은 도 1에 나타난 바와 같이, 기상탈수반응 후 반응생성물에 반응생성물과 반응하지 않고, 잔여 물의 제거가 가능한 차가운 용매를 추가하여 냉각과 동시에 물을 제거하는 소광단계(Quenching Step)와 반응생성물의 잔열로 발효액을 예비 가열(Pre-heating)하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 소광단계(Quenching Step)는 반응생성물을 냉각하고, 잔여 물을 제거하는 단계로, 반응생성물을 냉각하기 위해 20~80℃의 온도의 용매, 바람직하게는 30~50℃의 용매를 사용하는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 용매는 반응생성물과 반응하지 않고, 잔여 물의 제거가 가능한 용매로, 톨루엔, 파라자일렌, 오소자일렌, 메타자일렌, 부틸아세테이트, 에틸아세테이트가 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서, 상기 예비 가열(Pre-heating)단계는 반응생성물의 잔열을 이용해 유기물질 기상탈수반응 원료 제조에 사용하는 발효액을 예비 가열(Pre-heating)하는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 예비 가열 단계는 고온의 기상탈수반응 후 반응생성물의 온도를 내리고, 발효액을 예비 가열하는 단계로, 냉각수를 사용할 때 냉각으로 발생할 수 있는 열의 손실을 줄여주고, 발효액을 농축하는 증발기에 필요한 열량을 감소시켜 주는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 유기물질의 기상탈수 전환 반응은 유기물질 기상탈수반응 원료의 제조방법과 연속적으로 진행되는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 유기물질 기상탈수반응 원료는 기체상태이며 기상탈수반응 온도까지 가열된 유기물질로, 제조된 상태에서 기상탈수반응 공정을 바로 진행 가능한 것을 특징으로 할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
[실시예]
[실시예 1]
1-1. 3- 하이드록시 프로피오닉산 기상탈수반응 원료 제조
균주발효를 통해 3-하이드록시 프로피오닉산이 생성된 발효액을 준비하였다. 균주발효를 통해서 생성된 3-하이드록시 프로피오닉산의 농도는 10wt%였다. 발효액을 스파이럴 타입 열교환기로 500Torr의 진공상태에서 90℃로 가열하여 농축하였다. 발효액 내 3-하이드록시 프로피오닉산 농도가 60wt%가 될 때까지 가열하여 농축하였다. 발효액 내 3-하이드록시 프로피오닉산 농도가 60wt%으로 농축된 발효액을 스크랩드 서페이스 열교환기을 이용해 50Torr의 진공상태에서 180℃의 열을 가해 주었다. 스크랩드 서페이스 열교환기에서 발효액을 기화시키고 나머지 물질은 고형으로 만들었다. 스크랩드 서페이스 열교환기에서 기화된 물질과 고형화된 발효액을 고체/기체 분리기로 이동 시켜 기화된 물질과 고형화된 물질로 분리한 뒤, 기화된 물질을 로(furnace)로 이동시켰다. 로(furnace)로 이동시킨 물질을 350℃의 열을 가해준 후 분석하였다.
그 결과, 기화된 물질은 3-하이드록시 프로피오닉산과 물임을 확인할 수 있었다. 또한, 발효액을 스파이럴 타입 열교환기와 스크랩드 서페이스 열교환기를 통해서 열을 가해주면 발효액이 농축되면서 불순물이 응집하는 것을 확인 할 수 있었다.
1-2. 3-하이드록시 프로피오닉산 기상탈수반응 원료 제조
균주발효를 통해 3-하이드록시 프로피오닉산이 생성된 발효액을 준비하였다. 균주발효를 통해서 생성된 3-하이드록시 프로피오닉산의 농도는 10wt%였다. 발효액을 70℃로 예비 가열된 발효액을 다단계 증발기를 이용하여 350Torr의 진공상태에서 80℃로 가열하여 농축하였다. 발효액 내 3-하이드록시 프로피오닉산 농도가 70wt%가 될 때까지 가열하여 농축하였다. 발효액 내 3-하이드록시 프로피오닉산 농도가 70wt%으로 농축된 발효액을 스크랩드 서페이스 열교환기을 이용해 70Torr의 진공상태에서 200℃의 열을 가해 주었다. 스크랩드 서페이스 열교환기에서 발효액을 기화시키고 나머지 물질은 고형화 만들었다. 스크랩드 서페이스 열교환기에서 기화된 물질과 고형화된 발효액을 고체/기체 분리기로 이동 시켜 기화된 물질과 고형화된 물질로 분리한 뒤, 기화된 물질을 로(furnace)로 이동시켰다. 로(furnace)로 이동시킨 물질을 350℃의 열을 가해준 후 분석하였다.
그 결과, 기화된 물질은 3-하이드록시 프로피오닉산과 물임을 확인할 수 있었다. 또한, 발효액을 스파이럴 타입 열교환기와 다단계 증발기, 스크랩드 서페이스 열교환기를 통해서 열을 가해주면 발효액이 농축되면서 불순물이 응집하는 것을 확인할 수 있었다.
[실시예 2]
2-1. 3-하이드록시 프로피오닉산의 기상탈수반응
실시예 1-1과 1-2에서 제조한 기상탈수반응 원료를 기상반응기로 이동시켜 300Torr의 진공상태에서 450℃의 열을 가해주었다. 진공상태에서 열을 가해주면서 기상탈수반응 원료를 기상탈수반응 시켜주었다. 기상탈수반응을 시켜준 후 기상탈수반응을 통해 전환된 반응생성물에 40℃의 톨루엔을 추가하여 반응생성물을 냉각하면서, 동시에 잔여 물의 일부를 제거하여 주었다. 냉각시키고, 잔여 물을 제거하여 수득한 반응생성물을 분석하였다.
그 결과, 3-하이드록시 프로피오닉산의 기상탈수반응을 통해서 아크릴산이 생성되었음을 확인할 수 있었다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (12)

  1. 다음 단계를 포함하는 유기물질 기상탈수반응 원료의 제조방법:
    (a) 저농도의 유기물질 함유 발효액을 진공상태에서 100℃이하의 온도로 직접 가열하여 유기물질을 농축하는 단계;
    (b) 상기 (a) 단계에서 농축된 발효액을 100~250℃의 온도로 가열하여 잔여의 물과 유기물질을 기화시키는 단계;
    (c) 상기 (b) 단계에서 기화된 유기물질과 발효액에 존재하는 이물질을 분리하는 단계; 및
    (d) 상기 (c) 단계에서 분리된 기체를 기상탈수반응 온도까지 높여주는 단계,
    상기 (a) 단계의 농축에서는 스파이럴 타입 열교환기 또는 다단계 증발기를 사용하는 것을 특징으로 함.
  2. 제1항에 있어서, 상기 발효액의 유기물질 농도는 1~30중량%인 것을 특징으로 하는 유기물질 기상탈수반응 원료의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 (a) 단계에서 농축된 유기물질 농도는 30~80중량%인 것을 특징으로 하는 유기물질 기상탈수반응 원료의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 (a) 단계는 발효액을 50~750Torr의 진공상태에서 38~100℃로 직접 가열하는 것을 특징으로 하는 유기물질 기상탈수반응 원료의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 (b) 단계의 기화에는 스크랩드 서페이스 열교환기를 사용하는 것을 특징으로 하는 유기물질 기상탈수반응 원료의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 (a) 단계 전에 스파이럴 타입 열교환기를 통한 예비 가열하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 유기물질 기상탈수반응 원료의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 (c) 단계는 고체/기체 분리기 또는 전기집진기를 통해 기화된 유기물질과 발효액 내 불순물을 분리하는 것을 특징으로 하는 유기물질 기상탈수반응 원료의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 유기물질은 비점이 물보다 높은 것을 특징으로 하는 유기물질 기상탈수반응 원료의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 유기물질은 3-하이드록시 프로피오닉산, 젖산, 탄소수 4개 이상인 알코올류, 사이클로 알콜로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 유기물 기상탈수반응 원료 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5420304A (en) * 1992-03-19 1995-05-30 Biopak Technology, Ltd. Method to produce cyclic esters
BE1011197A3 (fr) 1997-06-06 1999-06-01 Brussels Biotech En Abrege Bb Procede de purification d'acide lactique.
US6538164B1 (en) * 1999-09-30 2003-03-25 E. I. Du Pont De Nemours And Company Recovery process for volatile compounds from solids in aqueous solution
JP4527825B2 (ja) * 1999-12-28 2010-08-18 株式会社日本触媒 易重合性化合物の熱交換方法
EP2152659B1 (de) * 2007-06-01 2013-04-24 Evonik Röhm GmbH Ein verfahren zur herstellung von methacrylsäure oder methacrylsäureestern
KR102176554B1 (ko) * 2009-06-04 2020-11-09 게노마티카 인코포레이티드 발효액 성분들의 분리 방법
EP2480673B1 (en) * 2009-09-27 2018-05-23 OPX Biotechnologies, Inc. Method for producing 3-hydroxypropionic acid and other products
US20130122145A1 (en) * 2010-05-14 2013-05-16 Lactoscience Inc. Fermentation process of a substrate using a mixed culture for the production of an edible biomass for animal and/or human consumption
US9834491B2 (en) * 2013-03-20 2017-12-05 Cj Cheiljedang Corporation Method for producing bio-based homoserine lactone and bio-based organic acid from O-acyl homoserine produced by microorganisms
KR20150115533A (ko) 2014-04-04 2015-10-14 씨제이제일제당 (주) 1,5-디아미노펜탄의 정제방법

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