KR20050055386A - Apparatus and method for concentration of acrylamide solution - Google Patents

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KR20050055386A KR1020030088593A KR20030088593A KR20050055386A KR 20050055386 A KR20050055386 A KR 20050055386A KR 1020030088593 A KR1020030088593 A KR 1020030088593A KR 20030088593 A KR20030088593 A KR 20030088593A KR 20050055386 A KR20050055386 A KR 20050055386A
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Abstract

본 발명은, 금속 촉매 또는 미생물을 이용한 아크릴로니트릴의 수화반응에 의해 생산되는 아크릴아미드 수용액을 농축하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 농축탑, 가열증발기, 기-액 분리기 및 제품냉각장치를 포함하는 아크릴아미드 수용액의 농축장치 및 상기 농축장치를 이용하는 것을 특징으로 하는 아크릴아미드 수용액의 농축방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and a method for concentrating an aqueous acrylamide solution produced by hydration of acrylonitrile using a metal catalyst or microorganism. More specifically, the present invention relates to a concentrating device for acrylamide aqueous solution including a concentrating tower, a heating evaporator, a gas-liquid separator, and a product cooling device, and a method for concentrating an acrylamide aqueous solution, wherein the concentrating device is used.

본 발명에 따르면, 가열 및 증발이 이루어지는 농축장치 내부가 건조되지 않도록 하여 중합물의 발생을 방지하고, 아크릴아미드 수용액 중에는 항상 산소가 포화되도록 하여 중합발생 없이 안정된 고품질의 고농도 아크릴아미드 수용액을 제조할 수 있다.According to the present invention, it is possible to prepare a high quality acrylamide aqueous solution of stable high quality without the occurrence of polymerization by preventing the inside of the condenser that is heated and evaporated to prevent drying of the polymerized product, and to always saturate oxygen in the acrylamide aqueous solution. .

Description

아크릴아미드 수용액의 농축 장치 및 방법 {Apparatus and Method for Concentration of Acrylamide Solution} Apparatus and Method for Concentration of Acrylamide Solution

발명의 분야Field of invention

본 발명은 금속 촉매 또는 미생물을 이용한 아크릴로니트릴의 수화반응에 의해 생산되는 아크릴아미드 수용액을 농축하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 중합발생을 방지하기 위하여 다른 중합방지제의 첨가 없이 공기만 주입하여 상압, 고온의 조건에서 물을 제거하는 농축법으로 고농도의 아크릴아미드를 얻을 수 있는 유용한 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for concentrating an aqueous acrylamide solution produced by the hydration of acrylonitrile using a metal catalyst or microorganism. More specifically, the present invention relates to a useful apparatus and method for obtaining a high concentration of acrylamide by a concentration method of removing water at atmospheric pressure and high temperature by injecting only air without adding another polymerization agent to prevent polymerization.

발명의 배경Background of the Invention

아크릴아미드는 지력증강제, 응집제, 침전제, 토양개질제, 석유회수제 등에 다용도로 사용되고 있는 폴리아크릴아미드의 단량체로 분말 또는 30-50%수용액으로 시장에 공급되고 있다. 이러한 아크릴아미드를 제조하는 방법에 있어서 종래의 황산법을 대신하여, 최근에는 금속구리계 촉매 혹은 미생물을 사용한 아크릴로니트릴의 수화반응에 의한 제조법이 개발되었다. Acrylamide is a monomer of polyacrylamide that is used for a variety of applications such as strength enhancers, flocculants, precipitants, soil modifiers and petroleum recovering agents, and is supplied to the market in powder or 30-50% aqueous solution. Instead of the conventional sulfuric acid method in the manufacturing method of such acrylamide, the manufacturing method by the hydration reaction of acrylonitrile using a metal copper type catalyst or a microorganism was developed recently.

아크릴로니트릴의 수화반응으로 아크릴아미드 제조시 반응액중의 아크릴로니트릴의 농도를 높게 하면 아크릴로니트릴의 수화반응속도가 저하되므로 통상 아크릴로니트릴 농도를 30%이하의 농도로 사용하고 있다. 그 결과 제조되는 아크릴아미드의 농도가 낮으므로 아크릴아미드를 중합물의 원료로 유용하게 사용하기 위한 고농도 또는 분말제품으로 얻기 위하여 농축공정이 필요하게 된다. 그러나 농축시 아크릴아미드의 중합이 발생하기 쉽고 수용성 중합물이 제품에 포함되면 품질 저하의 원인이 되므로 농축공정중 중합발생을 방지에 대하여 여러 가지 방법이 제안되어 왔다. When the acrylonitrile concentration in the reaction solution is increased by acrylonitrile hydration reaction, the acrylonitrile hydration reaction rate is lowered. Therefore, the acrylonitrile concentration is generally used at a concentration of 30% or less. As a result, the concentration of acrylamide produced is low, so that a concentration process is required to obtain acrylamide as a high concentration or powder product for useful use as a raw material of the polymer. However, since the polymerization of acrylamide during the concentration is easy to occur and the water-soluble polymer is included in the product, it is a cause of quality deterioration. Therefore, various methods have been proposed for the prevention of polymerization during the concentration process.

일반적으로 알려진 아크릴아미드의 중합방지제로는 알킬아민, 벤조퀴논, 메톡시페놀, 티오요소, 제1구리이온, 제2구리이온, 망간이온 등이 있으나, 증발 농축시에는 중합방지에 효과적이지 못하며, 이들은 액체 또는 고체의 형태로 증기압이 낮아 농축후에도 농축액에 잔존하기 때문에 중합을 지연시키는 문제가 있다. Generally known polymerization inhibitors of acrylamide include alkylamines, benzoquinones, methoxyphenols, thioureas, cupric ions, cupric ions and manganese ions. They have a problem of delaying polymerization because the vapor pressure is low in the form of liquid or solid and remains in the concentrate even after concentration.

일본국 특개소48-62713에서는 아크릴로니트릴이 아크릴아미드의 중합을 제어하는 작용이 있다고 하여 아크릴로니트릴-아크릴아미드-물 3성분계의 용액을 제조한 후, 원심박막증발기를 이용하여 단시간 내에 감압 증류하여 농축하는 방법을 제시하였고, 일본국 특공소55-27048에서는 구리 이온을 환원하여 1가의 상태로 하여 비산화성 분위기 하에서 아크릴로니트릴을 유출시키면 50∼200℃범위에서 중합을 제어하는 효과가 있다는 내용이 기재되어 있다. 그러나 아크릴아미드를 중합물의 원료로서 고품질의 제품을 수득하기 위해서는 아크릴로니트릴의 함량을 0.1%이하로 할 필요가 있으며 구리이온을 첨가하는 경우에는 농축 후 제거하는 공정이 추가되어야 한다는 단점이 있다.In Japanese Patent Application Laid-Open No. 48-62713, acrylonitrile has a function of controlling the polymerization of acrylamide. Thus, an acrylonitrile-acrylamide-water three-component solution is prepared, and then vacuum distillation is carried out in a short time using a centrifugal thin film evaporator. The method of concentrating by means of the present invention was proposed, and Japanese Patent Office 55-27048 reduced the copper ions to a monovalent state, and when acrylonitrile was discharged in a non-oxidizing atmosphere, the polymerization was effective in the range of 50 to 200 ° C. This is described. However, in order to obtain a high quality product of acrylamide as a raw material of the polymer, the content of acrylonitrile needs to be 0.1% or less, and when copper ions are added, there is a disadvantage that a process of concentration and removal must be added.

아크릴아미드-물의 2성분계에서 구리이온을 첨가하지 않는 방법으로써 중합방지제로 산소를 주입하면서 감압 저온의 조건에서 농축하는 방법이 이용되고 있다. 이때 주입되는 산소의 양이 적으면 중합을 개시하는 작용이 있다고 하여 일본국 특개소 54-106420에서는 일산화질소를 각 장치내에 주입되는 산소 1몰당 4몰 이상 첨가하는 방법을 제시하고 있다. 그러나 일산화질소가 고가이고 유해하다는 점에서 상업화 규모에서의 사용은 실질적으로 부적합하다. In the acrylamide-water two-component system, copper ions are not added, and a method of concentrating under low pressure and low pressure while injecting oxygen into the polymerization inhibitor is used. At this time, since the action of initiating polymerization when the amount of oxygen injected is small, Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-106420 proposes a method of adding at least 4 moles of nitrogen monoxide per mole of oxygen injected into each device. However, its use on a commercial scale is practically inadequate in that nitrogen monoxide is expensive and harmful.

일본국 특공소 55-27898에서는 묽은 아크릴아미드 수용액을 산소가스흡수장치, 가열장치, 감압증발장치로 구성된 농축기에 공급하고 공급 아크릴아미드 수용액에 대해 10∼500배의 농후 아크릴아미드 수용액을 농축장치내에 순환시키면서 산소가스 흡수장치에서 수용액중에 산소를 용존시켜 가열장치에서 20∼60℃로 가열한 후, 증발장치로의 공급액과 배출액과의 온도차를 1∼20℃의 범위로 유지하게 하여 감압하에서 물을 증발 제거하는 방법이 제안되었다.Japanese Special Office 55-27898 supplies dilute acrylamide aqueous solution to a concentrator consisting of an oxygen gas absorber, a heating device, and a reduced pressure evaporator, and circulates 10 to 500 times the concentrated acrylamide aqueous solution in the concentrator. While the oxygen was dissolved in the aqueous solution in the oxygen gas absorber and heated to 20 to 60 ° C in the heating device, the temperature difference between the feed liquid and the discharge liquid to the evaporator was kept in the range of 1 to 20 ° C, and the water was A method of evaporating off has been proposed.

상기에 열거된 종래의 다양한 농축 방법에 있어서, 사용된 장치는 원심박막증발기, 강제순환형 증발기, 상승박막형 증발기, 유하막형 증발기 등이 있었으나, 이들 장치로 농축시 가장 큰 문제점은 비말의 발생으로 장치내부의 기상부 기벽에 부착된 아크릴아미드 수용액 또는 아크릴아미드의 농도가 가장 높은 농축기 하부에서 편류의 발생으로 부착된 아크릴아미드 수용액은 중합물로 진행될 가능성이 높다는 것이었다. 이를 해결하기 위하여 일본국 특개평9-278727에서는 10%이상이 구리재로 된 장치를 이용하여 산소함유가스를 도입하면서 130∼250mmHg 의 압력에서 농축하는 방법을 제시하였다. In the various conventional thickening methods listed above, the apparatuses used were centrifugal thin-film evaporators, forced circulation evaporators, ascending thin-film evaporators, falling film-type evaporators, and the like. The aqueous acrylamide solution attached to the inner gas phase base wall or the acrylamide aqueous solution attached due to the occurrence of drift at the bottom of the concentrator having the highest concentration of acrylamide was likely to proceed to the polymer. In order to solve this problem, Japanese Patent Laid-Open No. Hei 9-278727 proposed a method of concentrating at a pressure of 130 to 250 mmHg while introducing oxygen-containing gas using a device made of copper.

그러나 열에 의한 중합발생 가능성을 최소화 한다는 점에서 감압하여 저온에서 농축하는 것은 상당히 유리한 방법일 수 있으나, 장치를 감압상태로 유지하기 위하여 과량의 산소공급이 불가능하고, 아크릴아미드 수용액내에 산소를 충분히 용해시킨 후라 하더라도, 수분의 증발을 위하여 비점에 이를 때 산소의 탈기가 급속도로 진행되므로 중합방지에 효과적이지 못하다. 또한 비말동반으로 장치의 기상부에 부착한 아크릴아미드는 기벽에서 중합물이 생성되는 경우가 많고, 더욱이 감압하에서 이루어지므로 장치내 기상부의 기벽에 부착하는 아크릴아미드 수용액의 양은 더욱 많아진다. 이렇게 발생한 중합물은 제거가 곤란한 탄성 있는 겔상 혹은 팝콘상의 형태로 탈리되어 아크릴아미드 농축액에 혼입되면 제품의 안정성을 떨어뜨리고 장치 전체의 중합을 유발하게 된다. However, in order to minimize the possibility of polymerization by heat, it may be a very advantageous method to concentrate at low temperature under reduced pressure, but it is impossible to supply excess oxygen in order to keep the device under reduced pressure, and sufficient oxygen is dissolved in the acrylamide aqueous solution. Even if it is, since degassing of oxygen proceeds rapidly when it reaches the boiling point for evaporation of water is not effective in preventing polymerization. In addition, acrylamide attached to the gas phase part of the apparatus with splash is often produced in the base wall, and moreover, since it is made under reduced pressure, the amount of the acrylamide aqueous solution adhering to the base wall of the gas phase part in the apparatus is further increased. The resulting polymer is desorbed in the form of an elastic gel or popcorn, which is difficult to remove, and when incorporated into the acrylamide concentrate, reduces the stability of the product and causes polymerization of the entire apparatus.

이러한 점에서 일본국 특개소 48-62717호 공보에서 알려진 바와 같이, 상압의 조건에서 공기를 주입하여 농축시키는 방법은 상당한 장점을 지닌다. 상압의 조건에서 공기를 양호하게 접촉시키면서 비점보다 낮은 온도로 아크릴아미드를 가열하여 공기중에 수분을 흡수시켜 농축시키는 방법으로 감압장치가 생략되므로 장치가 간단해지고 운전이 용이해지며 액의 비등이 없으므로 산소의 용해도를 높일 수 있어 중합방지 측면에서 한층 안정성을 가지는 등의 장점이 있다. In this regard, as known from Japanese Patent Application Laid-Open No. 48-62717, the method of concentrating by injecting air under atmospheric pressure has significant advantages. The pressure reducing device is omitted by heating the acrylamide to a temperature lower than the boiling point while concentrating air well under normal pressure and absorbing moisture in the air, thus simplifying the device and making it easier to operate. It can increase the solubility of the has the advantage of having more stability in terms of preventing polymerization.

그러나 일본국 특개소 48-62717호 공보의 실시예에서 보여준 농축법도 장치내 중합물 생성 가능성을 완전히 해결하지 못했다는 한계를 보여주고 있다. 이중관으로 된 농축기의 하부에 아크릴아미드 수용액과 공기를 주입하여 농축시 주입되는 공기의 비율이 이론값에 비해 매우 커서 아크릴아미드 비말증가의 우려가 크고 기-액 분리장치는 건조해져 아크릴아미드 중합물의 부착 가능성을 해결하지 못했다. However, the concentration method shown in the examples of Japanese Patent Application Laid-Open No. 48-62717 also shows a limitation that it does not completely solve the possibility of producing a polymer in the apparatus. Injecting acrylamide aqueous solution and air into the lower part of the double tube concentrator, the ratio of air injected during concentration is very large compared with the theoretical value, which increases the risk of acrylamide splashing and the gas-liquid separator is dried to attach acrylamide polymer. It did not solve the possibility.

일본국 특개평 5-78293호 공보에서도 같은 조건에서 농축 가능한 농축기에 대하여 개시하고 있는데, 즉, 가열기 및 기-액 분리기로 구성된 농축기에서 아크릴아미드 수용액을 관벽을 따라 유하시키고 산소함유가스를 공존시켜 가열하여 상압조건에서 산소함유가스에 수분을 함유시켜 제거하는 방법이 기재되어 있다. 그러나 아크릴아미드 수용액이 관벽을 따라 흐르면서 편류를 형성하기 쉽고 산소함유가스와의 접촉이 계면에서만 이루어져 산소의 용해가 불충분하기 쉬워 장치내 중합물의 생성 및 부착 방지에 효과적이지 못했다. Japanese Unexamined Patent Publication No. 5-78293 discloses a concentrator that can be concentrated under the same conditions. That is, in a concentrator composed of a heater and a gas-liquid separator, an aqueous acrylamide solution is flowed along the pipe wall and the oxygen-containing gas coexists and is heated. To remove moisture by containing water in an oxygen-containing gas at atmospheric pressure. However, the aqueous acrylamide solution flows along the wall of the pipe to easily form a drift and contact with the oxygen-containing gas only at the interface, which is insufficient to dissolve oxygen, thereby preventing the formation and adhesion of polymers in the device.

이에 본 발명자들은 가열 및 증발이 이루어지는 전 과정 중에 장치내 모든 부분이 건조되는 일 없이 아크릴아미드 수용액 중에는 항상 산소가 포화되도록 하면서 농축할 경우, 중합발생 없이 안정된 고품질의 고농도 아크릴아미드 수용액을 얻을 수 있다는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.Therefore, the present inventors can obtain a stable, high-quality acrylamide aqueous solution that is stable without polymerization by concentrating with oxygen being always saturated in the acrylamide aqueous solution without drying all parts in the apparatus during the whole process of heating and evaporation. It confirmed and completed this invention.

결국, 본 발명의 주된 목적은 아크릴아미드 수용액 중에는 항상 산소가 포화되도록 하여 중합발생 없이 안정된 고품질의 고농도 아크릴아미드 수용액을 얻을 수 있는 농축 장치 및 방법을 제공하는데 있다. As a result, the main object of the present invention is to provide a concentrating device and a method for obtaining a stable high quality high concentration acrylamide aqueous solution without causing polymerization to always saturate oxygen in the acrylamide aqueous solution.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 아크릴아미드 수용액과 공기가 하부로 도입되어 가열과 증발이 동시에 이루어지는 농축탑(6)과; 수분을 함유한 공기와 아크릴아미드 제품을 분리하는 기-액 분리기(7)와; 분리된 고농도의 아크릴아미드 수용액을 즉시 냉각시키기 위한 제품냉각장치(9)와; 수분을 함유한 공기를 냉각하는 응축기(8)를 포함하는 아크릴아미드 수용액의 농축장치에 있어서, 상기 농축탑(6)은 아크릴아미드와 공기의 혼합이 용이하고 아크릴아미드 수용액이 정체되지 않도록 하기 위하여 다수개의 sus 316재질의 관(5)으로 이루어지고, 주입된 공기가 상기 관(5)에 양호하게 분산되도록 하기 위해서 상기 농축탑(6)의 하단에 공기 분산기(4)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 아크릴아미드 수용액의 농축장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention, the acrylamide aqueous solution and air is introduced into the bottom of the concentration tower (6) which is heated and evaporated at the same time; A gas-liquid separator 7 for separating water-containing air and acrylamide products; A product cooling device 9 for immediately cooling the separated high concentration acrylamide aqueous solution; In the concentrator of acrylamide aqueous solution including a condenser (8) for cooling the air containing water, the concentration tower (6) has a plurality of in order to facilitate the mixing of acrylamide and air and to prevent the acrylamide aqueous solution from stagnating Sus 316 tube (5), characterized in that the air disperser (4) is installed at the bottom of the concentration tower (6) in order to ensure that the injected air is well distributed in the tube (5) It provides a concentrator of acrylamide aqueous solution.

본 발명은 또한, 아크릴로니트릴의 접촉수화반응으로 제조된 아크릴아미드 수용액을 상압 조건에서 가열증발하여 농축하는 방법에 있어서, 상기 농축장치를 이용하는 것을 특징으로 하는 아크릴아미드 수용액의 농축방법을 제공한다.The present invention also provides a method for concentrating an acrylamide aqueous solution, wherein the acrylamide aqueous solution prepared by the catalytic hydration reaction of acrylonitrile is heated and evaporated under atmospheric pressure to be concentrated.

본 발명에 있어서, 상기 농축장치의 농축탑 하부에 공기와 아크릴아미드 수용액을 도입하여 아크릴아미드 중의 수분을 공기중으로 흡수·제거하는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the water and acrylamide aqueous solution is introduced into the lower portion of the concentration tower of the concentrating device to absorb and remove moisture in the acrylamide into the air.

본 발명의 농축방법은 농축탑 내 수용액의 온도를 74∼82℃로 유지하고, 기-액 분리기의 온도를 82∼88℃로 유지하며, 공기를 주입하여 기-액 분리기의 습도를 80∼90%로 유지하는 것을 특징으로 할 수 있고, 농축 후 제품을 즉시 상온이하로 냉각하는 것을 특징으로 할 수 있다.In the concentration method of the present invention, the temperature of the aqueous solution in the concentration tower is maintained at 74-82 ° C., the temperature of the gas-liquid separator is maintained at 82-88 ° C., and the air is injected to maintain the humidity of the gas-liquid separator 80-90. It may be characterized by maintaining in%, it is characterized by cooling the product immediately below room temperature after concentration.

즉, 본 발명은 다른 중합방지제를 첨가하지 않은 아크릴아미드 합성 반응액으로부터 물을 제거하여 고농도의 아크릴아미드 수용액으로 농축하는 공정에 있어서, 사용하는 장치가 적어도 가열증발기, 기-액 분리기 및 제품냉각장치와 소정의 농도로 농축되기 위한 양의 수분을 포화할 수 있는 양의 공기를 도입하되 양호하게 분산되어 아크릴아미드 수용액과 충분히 접촉될 수 있도록 도입부에 공기 분산기를 포함하는 농축장치를 사용하여 이러한 농축공정이 상압·고온에서 이루어지도록 하는 것을 특징으로 한다. 농축기 내에서 공기와 충분히 접촉한 아크릴아미드 수용액이 농축기의 관 내부에서 상승하면서 가열되는 온도가 증발되는 수증기와 공기에 비하여 6∼8℃가량 낮은 온도를 유지하여 안정하게 하고, 기-액 분리기는 80%이상의 습도를 유지하게 함으로써 농축장치 내의 모든 부분이 건조되는 문제점이 해결 가능하다. 또한 유출되는 수분을 포함하는 공기가 포화상태를 이루는 최소한의 공기만를 사용하므로, 과잉 공기주입에 의하여 발생되는 비말동반으로 인한 중합발생의 문제를 해결하는 것이 가능하다. That is, in the process of removing water from an acrylamide synthesis reaction solution to which no other polymerization inhibitor is added and concentrating it into a high concentration of acrylamide aqueous solution, the apparatus used includes at least a heating evaporator, a gas-liquid separator, and a product cooling device. And a concentration apparatus including an air disperser at an introduction portion so as to introduce an amount of air capable of saturating an amount of moisture to be concentrated to a predetermined concentration, so that it can be well dispersed and sufficiently contacted with an aqueous acrylamide solution. It is characterized in that it is made at normal pressure and high temperature. The acrylamide aqueous solution sufficiently in contact with the air in the concentrator is stabilized by maintaining the temperature of about 6 to 8 ° C lower than that of the vapor and the vapor, which is heated while rising inside the condenser tube. By maintaining the humidity of more than% it is possible to solve the problem that all parts in the concentrator is dried. In addition, since only the minimum amount of air saturating air containing the outflow of water is used, it is possible to solve the problem of polymerization due to entrainment caused by excessive air injection.

이하, 본 발명의 상세한 내용을 첨부 도면에 따라서 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the detail of this invention is demonstrated according to attached drawing.

도 1은 본 발명에서 사용된 농축장치를 도시한 것이다. 고온의 아크릴아미드는 중합발생 가능성이 더욱 커지므로 일단 가열장치를 통과한 후 정체우려가 있는 밸브류, 펌프류 등을 통과하지 않도록 이들의 설치를 제한하고 최소한의 장치로만 구성된다. 즉, 아크릴아미드 수용액과 공기가 도입되어 가열과 증발이 동시에 이루어지는 농축탑(6)과 수분을 함유한 공기와 아크릴아미드 제품을 분리하는 기-액 분리기(7)와 분리된 고농도의 아크릴아미드 수용액을 즉시 냉각시키기 위한 제품냉각장치(9)와 수분을 함유한 공기를 냉각하는 응축기(8)로 구성된다.1 shows a concentrator used in the present invention. High temperature acrylamide is more likely to occur in polymerization, so once it is passed through a heating device, it is limited to its installation so as not to pass through contaminated valves, pumps, etc., and is composed of only a minimum device. That is, a high concentration acrylamide aqueous solution separated from a concentration tower 6 in which acrylamide aqueous solution and air are introduced to simultaneously heat and evaporate, and a gas-liquid separator 7 separating water-containing air and acrylamide products It consists of a product cooling device 9 for immediate cooling and a condenser 8 for cooling the air containing moisture.

아크릴아미드 수용액(1)과 공기(3)는 농축탑(6)의 하부에서 주입된다. 농축탑(6)은 아크릴아미드와 공기의 혼합이 유리하고 아크릴아미드 수용액이 정체되지 않도록 하기 위하여 내경이 1인치로 비교적 작고 길이가 1m인 22개의 sus 316재질의 관(5)으로 이루어진다. 주입된 공기가 농축탑의 모든 관에 분산이 양호하도록 하기 위해서 농축탑의 하단에는 공기 분산기(4)가 설치된다. 여기서 분산된 공기방울은 아크릴아미드 수용액과 충분히 접촉한 뒤 관 내부에서 상승하면서 아크릴아미드 수용액과 함께 가열된다. Acrylamide aqueous solution 1 and air 3 are injected at the bottom of the concentration column 6. The concentration tower 6 is composed of 22 sus 316 tubes 5 having a relatively small inner diameter of 1 inch and a length of 1 m in order to facilitate mixing of acrylamide and air and to prevent stagnant aqueous acrylamide solution. An air disperser 4 is installed at the bottom of the concentrating tower so that the injected air is well dispersed in all tubes of the concentrating tower. The dispersed air bubbles here are sufficiently brought into contact with the acrylamide aqueous solution and then heated together with the acrylamide aqueous solution while rising inside the tube.

농축기를 통과한 아크릴아미드 수용액 및 수분을 함유하고 있는 공기는 기-액 분리기(7)에 도입되어 수분함유 공기는 응축기(8)를 통하여 응축수(12)와 공기(13)로 분리되고 아크릴아미드 농축액은 하부로 유출된다. 이때 기-액 분리기는 도입되는 습한 공기가 기-액 분리기(7)의 내부를 선회하면서 벽면을 적시도록 사이클론의 형태로 되어있다.The acrylamide aqueous solution and the water containing water passed through the concentrator are introduced into the gas-liquid separator (7) so that the water-containing air is separated into the condensate (12) and the air (13) through the condenser (8) and the acrylamide concentrate Flows out to the bottom. At this time, the gas-liquid separator is in the form of a cyclone such that the humid air introduced therein wets the wall while turning inside the gas-liquid separator 7.

기-액 분리기의 하부로 유출되는 고온의 농축액은 기-액 분리기의 하부에 연결되어있는 제품냉각장치(9)를 통하여 흐르면서 냉각된다. 냉각된 농축액은 약 1.5m 아래에 있는 제품탱크(11)로 이송되어 기-액 분리기에서의 차압은 발생하지 않으며 온도에 의한 중합발생 가능성을 방지함으로써 안정성의 증대 효과를 갖는다.The hot concentrated liquid flowing out to the bottom of the gas-liquid separator is cooled by flowing through the product cooling device 9 connected to the bottom of the gas-liquid separator. The cooled concentrate is transferred to the product tank 11 below about 1.5m so that no differential pressure in the gas-liquid separator is generated and the possibility of polymerization by temperature is prevented, thereby increasing stability.

운전 조건에 있어서, 상기 공정은 상압하에서 이루어지며, 증발온도는 기-액 분리기의 온도를 측정하여 농축기의 열원을 조절하는 방식으로 되어있다. 공기주입량은 각 온도에서 포화할 수 있는 수분량, 즉 포화습도로부터 계산되었다. 아크릴아미드 수용액에 비해 비열이 작은 공기는 농축기를 통과하는 동안 급속하게 가열된다. 즉, 농축기내 수용액의 온도는 74∼82℃인 반면 기-액 분리기에서의 수분을 함유한 공기의 온도는 6∼8℃가량 상승된 82∼88℃의 범위가 된다.In operating conditions, the process takes place under normal pressure and the evaporation temperature is such that the heat source of the concentrator is controlled by measuring the temperature of the gas-liquid separator. The air injection was calculated from the amount of water that can be saturated at each temperature, ie the saturated humidity. Air, which has a lower specific heat than aqueous acrylamide solution, is heated rapidly while passing through the concentrator. That is, the temperature of the aqueous solution in the concentrator is 74 ~ 82 ℃ while the temperature of the air containing water in the gas-liquid separator is in the range of 82 ~ 88 ℃ increased by 6 ~ 8 ℃.

또한, 농축기를 통과하는 공기가 아크릴아미드 수용액과 양호하게 접촉하여 포화습도에 근접하는 수분을 함유함으로써 기-액 분리기에서의 습도는 80∼90%로 유지되어 기-액 분리기가 건조되는 현상은 발생하지 않는다. 수분함유 공기를 냉각하여 얻은 유출액에 포함된 아크릴아미드의 농도는 0.1%이하로 비말동반은 거의 발생되지 않았다. 기-액 분리기에서 분리된 아크릴아미드 농축액은 제품냉각장치를 통과하여 상온으로 냉각되면서 제품탱크로 이송되므로 중합물을 포함하지 않는 안정하고 품질이 우수한 고농도의 아크릴아미드의 제조가 가능하다.In addition, since the air passing through the concentrator is in good contact with the acrylamide aqueous solution and contains water close to the saturated humidity, the humidity in the gas-liquid separator is maintained at 80 to 90%, resulting in the drying of the gas-liquid separator. I never do that. The concentration of acrylamide contained in the effluent obtained by cooling the water-containing air was 0.1% or less, and hardly entrained droplets were generated. The acrylamide concentrate separated in the gas-liquid separator is passed to the product tank while being cooled to room temperature through the product cooling apparatus, so that it is possible to produce a stable and high quality acrylamide containing no polymer.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 이들 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시적인 목적일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These examples are merely for the purpose of helping the understanding of the present invention, but the present invention is not limited thereto.

하기 실시예에 있어서, 농축과정에서 중합물의 생성여부는 농축제품 10㎖를 100㎖의 메탄올에 용해하였을 때 흰색의 불용성 물질을 육안으로 관찰하여 판별하였고 농축 후 중합물의 생성여부는 장치를 해체하여 확인하였다.In the following examples, the formation of the polymer in the concentration process was determined by visually observing the white insoluble matter when 10 ml of the concentrated product dissolved in 100 ml of methanol, and the production of the polymer after concentration was confirmed by dismantling the device. It was.

[실시예 1]Example 1

아크릴로니트릴의 접촉수화반응으로 제조한 아크릴아미드 41%수용액 및 상온의 공기를 각각 56kg/hr 및 21kg/hr로 농축기(6)의 하부로 주입하여 12kg/hr의 물을 공기와 함께 유출하고, 52% 아크릴아미드 농축액 43kg/hr을 얻었다. 이때 열원으로 고온의 증기를 가열증발기의 자켓에 주입하여 농축기에서 가열되어 기-액분리기(7)로 도입되는 수분함유공기의 온도가 82℃를 유지하도록 하였다.Aqueous acrylamide 41% solution prepared by the catalytic hydration of acrylonitrile and air at room temperature were injected into the lower part of the concentrator 6 at 56 kg / hr and 21 kg / hr, respectively, and 12 kg / hr of water was discharged together with the air. 43 kg / hr of 52% acrylamide concentrate was obtained. At this time, a high temperature steam was injected into the jacket of the heating evaporator as a heat source so that the temperature of the water-containing air, which is heated in the concentrator and introduced into the gas-liquid separator 7, was maintained at 82 ° C.

압력은 상압을 유지하였으며 농축기내 아크릴아미드 용액의 온도는 하부 및 상부에서 각각 74 및 77℃로 기-액 간의 온도차이는 5℃이었다. 기-액 분리기내에 존재하는 공기와 수분의 비율을 계산한 결과 습도는 89.2%이었고, 농축 후 제품냉각장치를 통해 제품 탱크로 이송되는 제품의 온도는 35℃이었다. 10일 동안 연속운전하고 장치를 해체하여 점검한 결과, 장치 내 중합물 및 농축제품의 메탄올 불용성분은 생성되지 않았다.The pressure was kept at atmospheric pressure and the temperature of the acrylamide solution in the concentrator was 74 and 77 ° C. at the bottom and top, respectively, and the temperature difference between the gas-liquid was 5 ° C. As a result of calculating the ratio of air and water present in the gas-liquid separator, the humidity was 89.2%, and the temperature of the product transferred to the product tank through the product cooler after concentration was 35 ° C. After 10 days of continuous operation and dismantling of the apparatus, no methanol insoluble components of the polymer and concentrated product in the apparatus were produced.

[비교예 1]Comparative Example 1

기-액 분리기의 하부에 제품냉각장치를 장착하지 않은 것을 제외하고는 나머지 장치는 도 1과 같은 장치를 이용하여 실시에 1과 같은 방법으로 농축하였다. 6시간동안 농축운전을 계속한 결과 제품배관 및 제품탱크에 다량의 중합물이 생성되었다.The rest of the apparatus was concentrated in the same manner as in Example 1 using the apparatus as shown in FIG. 1 except that the product cooling apparatus was not installed at the bottom of the gas-liquid separator. After six hours of concentrated operation, a large amount of polymer was produced in the product piping and the product tank.

[실시예 2]Example 2

주입하는 공기량을 13kg/hr로 감량하고 기-액 분리기(7)의 온도를 88℃로 유지한 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 농축하였다. 아크릴아미드 용액의 온도는 하부 및 상부에서 각각 79 및 82℃로 기-액 간의 온도차이는 6℃이었고, 기-액 분리기내에 존재하는 공기와 수분의 비율을 계산한 결과 습도는 82.8%이었다. 10일 동안 운전하여 실시예 1과 동일한 결과를 얻었다.The amount of air to be injected was reduced to 13 kg / hr and concentrated in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the gas-liquid separator 7 was maintained at 88 ° C. The temperature of the acrylamide solution was 79 and 82 ° C. at the bottom and top, respectively, and the temperature difference between the gas-liquid was 6 ° C., and the humidity was 82.8% when the ratio of air and moisture present in the gas-liquid separator was calculated. It operated for 10 days and obtained the same result as Example 1.

[비교예 2]Comparative Example 2

아크릴아미드 수용액과 공기가 접촉·가열되는 농축기의 형태가 다중관식이 아니라 5/8인치 sus 304제 폴링으로 충전한 직경 20cm인 충전탑인 것을 제외하고는 나머지 장치는 도 1과 같은 장치를 이용하여 실시예 1과 같은 방법으로 농축하였다. 이때 충전탑의 하부 및 상부의 온도는 각각 55 및 80℃이었으며, 기-액 간의 온도차이는 2℃로 작았다. 52시간 농축운전 후 농축제품을 메탄올에 용해시켜 확인한 결과, 불용물질이 검출되었다. 농축장치를 해체하여 점검한 결과 충전탑 내부 및 기-액 분리기 하부에서 중합물이 생성되었다.Except that the type of concentrator in which the acrylamide aqueous solution and air are contacted and heated is not a multi-tubular type but a 20 cm diameter packed column filled with 5/8 inch sus 304 polling, Concentrated in the same manner as in Example 1. At this time, the temperature of the bottom and top of the packed column was 55 and 80 ℃, respectively, and the temperature difference between the gas-liquid was small as 2 ℃. After 52 hours of concentrating, the concentrated product was dissolved in methanol and found to be insoluble. The deconcentrator was dismantled and inspected to produce a polymer inside the packed column and under the gas-liquid separator.

[비교예 3]Comparative Example 3

실시예 1에서와 같은 방법으로 제조된 아크릴아미드 수용액을 강제 박막 유하식 증발기를 이용하여 농축하였다. 증발기의 상부에서 아크릴아미드 수용액 40kg/hr를 주입하고 하부에서 1.5kg/hr의 공기를 주입하였다. 90℃의 수증기로 가열하고 장치내의 압력을 100mmHg로 감압하여 농축운전 한 결과, 30분경과 후 장치 하부 및 배관에 다량의 중합물이 생성되었다.The aqueous acrylamide solution prepared in the same manner as in Example 1 was concentrated using a forced thin film flow type evaporator. 40 kg / hr of acrylamide aqueous solution was injected at the top of the evaporator and 1.5 kg / hr of air was injected at the bottom. As a result of heating by steam at 90 ° C. and depressurizing the pressure in the apparatus to 100 mmHg, a large amount of polymer was formed in the bottom of the apparatus and the pipe after 30 minutes.

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 첨부된 청구항 들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다. Having described the specific part of the present invention in detail, it is obvious to those skilled in the art that such a specific description is only a preferred embodiment, thereby not limiting the scope of the present invention. something to do. Thus, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

본 발명은 묽은 아크릴아미드 수용액을 소정의 농도로 농축시 설비가 간단하고 안정한 농축 장치 및 방법에 관한 것으로서 설비 비용이 절감되고, 운전방법이 용이한 장점을 지닌다. 또한 농축시 아크릴아미드 수용액의 온도 저하, 공기와의 양호한 접촉으로 인한 용존산소량 증가, 장치내 모든 구간을 젖어있게 함으로써 장치내 일부 건조로 인한 중합물 부착 등 종래의 모든 문제에 대한 해결이 가능하다.The present invention relates to a simple and stable concentrating device and method when the diluted acrylamide aqueous solution is concentrated to a predetermined concentration, the equipment cost is reduced, and the operation method is easy. In addition, it is possible to solve all the conventional problems such as the temperature decrease of the acrylamide aqueous solution during concentration, increase in the amount of dissolved oxygen due to good contact with air, and wet all sections in the device, such as adhesion of polymer due to some drying in the device.

도 1은 본 발명에 따른 아크릴아미드 수용액의 농축장치를 도시한 것이다.1 shows a concentrator of acrylamide aqueous solution according to the present invention.

*도면 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

1: 아크릴아미드 수용액 2: 펌프1: aqueous acrylamide solution 2: pump

3: 공기 4: 분산기3: air 4: disperser

5: 관 6: 농축탑 5: tube 6: concentration tower

7: 기-액 분리기 8: 응축기7: gas-liquid separator 8: condenser

9: 제품냉각장치 10: 응축수 용기9: Product chiller 10: Condensate container

11: 제품탱크 12: 응축수 11: product tank 12: condensate

13: 공기13: air

Claims (5)

아크릴아미드 수용액과 공기가 하부로 도입되어 가열과 증발이 동시에 이루어지는 농축탑(6)과; 수분을 함유한 공기와 아크릴아미드 제품을 분리하는 기-액 분리기(7)와; 분리된 고농도의 아크릴아미드 수용액을 즉시 냉각시키기 위한 제품냉각장치(9)와; 수분을 함유한 공기를 냉각하는 응축기(8)를 포함하는 아크릴아미드 수용액의 농축장치에 있어서, 상기 농축탑(6)은 아크릴아미드와 공기의 혼합이 용이하고 아크릴아미드 수용액이 정체되지 않도록 하기 위하여 다수개의 sus 316재질의 관(5)으로 이루어지고, 주입된 공기가 상기 관(5)에 양호하게 분산되도록 하기 위해서 상기 농축탑(6)의 하단에 공기 분산기(4)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 아크릴아미드 수용액의 농축장치.A concentration tower 6 in which acrylamide aqueous solution and air are introduced to the bottom to simultaneously heat and evaporate; A gas-liquid separator 7 for separating water-containing air and acrylamide products; A product cooling device 9 for immediately cooling the separated high concentration acrylamide aqueous solution; In the concentrator of acrylamide aqueous solution including a condenser (8) for cooling the air containing water, the concentration tower (6) has a plurality of in order to facilitate the mixing of acrylamide and air and to prevent the acrylamide aqueous solution from stagnating Sus 316 tube (5), characterized in that the air disperser (4) is installed at the bottom of the concentration tower (6) in order to ensure that the injected air is well distributed in the tube (5) Concentrator of acrylamide aqueous solution. 아크릴로니트릴의 접촉수화반응으로 제조된 아크릴아미드 수용액을 상압 조건에서 가열증발하여 농축하는 방법에 있어서, 제1항의 농축장치를 이용하는 것을 특징으로 하는 아크릴아미드 수용액의 농축방법.A method for concentrating an acrylamide aqueous solution prepared by catalytic hydration of acrylonitrile by heating and evaporating under atmospheric pressure, wherein the concentrating device of claim 1 is used. 제2항에 있어서, 상기 농축장치의 농축탑(6) 하부에 공기와 아크릴아미드 수용액을 도입하여 아크릴아미드 중의 수분을 공기중에 흡수·제거하는 것을 특징으로 하는 아크릴아미드 수용액의 농축방법The method for concentrating an acrylamide aqueous solution according to claim 2, wherein air and acrylamide aqueous solution are introduced into the lower part of the concentrating device 6 to absorb and remove water in the acrylamide. 제2항에 있어서, 농축탑 내 수용액의 온도를 74∼82℃로 유지하고, 기-액 분리기의 온도를 82∼88℃로 유지하며, 공기를 주입하여 기-액 분리기의 습도를 80∼90%로 유지하는 것을 특징으로 하는 아크릴아미드 수용액의 농축방법.The temperature of the aqueous solution in the concentration column is maintained at 74 ~ 82 ℃, the temperature of the gas-liquid separator is maintained at 82 ~ 88 ℃, air is injected to the humidity of the gas-liquid separator is 80 ~ 90 A method of concentrating an acrylamide aqueous solution, which is characterized by maintaining at%. 제4항에 있어서, 농축 후 제품을 즉시 상온이하로 냉각하는 것을 특징으로 하는 아크릴아미드 수용액의 농축방법The method for concentrating an acrylamide aqueous solution according to claim 4, wherein the product is cooled to room temperature immediately after concentration.
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