KR20110056280A - 대응하는 에스테르를 함유하는 공급 흐름으로부터 아세트산의 회수를 위한 공정 및 장치 - Google Patents

대응하는 에스테르를 함유하는 공급 흐름으로부터 아세트산의 회수를 위한 공정 및 장치 Download PDF

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Abstract

대응하는 에스테르, 알코올 및 소량의 물 그리고 어떤 경우에는 카복실산을 함유하는 수성 공급 흐름으로부터, 카복실산 예를 들어, 아세트산의 회수를 위한 장치 및 공정은 산성 촉매를 포함하는 촉매 증류 컬럼과 증류 컬럼을 포함한다.
알코올은 촉매에 의해 대응하는 에테르와 물로 탈수되고, 물은 에스테르와 반응하여 액체 카복실산 풍부 생성물 흐름을 발생시킨다. 산은 증류 컬럼에서 증류에 의해 회수된다. 두번째 실시예에서는, 추가적 메탄올 및/또는 물은 공급물과 함께 공급되거나 또는 촉매 증류 컬럼에 직접 공급되고, 그결과 실질상 순수한 아세트산의 액상 바닥 생성물 흐름과 실질상 순수한 에테르의 상단 증류액 스트림을 생성한다.

Description

대응하는 에스테르를 함유하는 공급 흐름으로부터 아세트산의 회수를 위한 공정 및 장치{PROCESS AND APPARATUS FOR RECOVERY OF ACETIC ACID FROM A FEED STREAM CONTAINING THE CORRESPONDING ESTER}
본 발명은 대응하는 에스테르와 알코올을 함유하는 수성 공급물 흐름으로부터의 카복실산의 회수, 특히 폴리비닐 알코올 생산 공정으로부터, 아세트산메틸과 메탄올을 함유하는 수성 공급물 흐름으로부터의 아세트산의 회수에 관한 것이다.
몇가지 산업 공정은 카복실산의 한가지 이상의 에스테르, RO. CO. R'(이때 R 과 R'은 하이드로카빌 라디칼 또는 치환된 하이드로카빌 라디칼 중에서 선택됨)을 함유하는 스트림(흐름)을 생성한다. 이러한 산업 공정의 예는 비닐 알코올 폴리머 또는 테레프탈산의 제조를 위한 것들을 포함한다. 카복실산 에스테르는 등식 1에서 나타낸 바와 같이, 가수분해되어 대응하는 산과 알코올을 생성할 수 있다. 등식 1은 평형 반응이고 반응을 완전히 오른쪽 방향으로 진행시키기 위해서는 과잉의 물을 필요로한다.
RO.CO.R'+ H2O ↔ ROH + HO.CO.R' [1]
폴리비닐 알코올 (PVA) 및 그것의 유도체의 제조 공정은 Kirk-Othmer Encyclopedia of Technology, John Wiley & Sons, Inc.의 "비닐 알코올 폴리머" 에서 Marten 에 의해 기술되어 있다. 다양한 비닐 에스테르 단량체는 중합되어 폴리머를 형성할 수 있고, 그것의 폴리비닐 아세테이트 (PVAc)가 바람직하다. PVAc 는 그후 더 반응하여 PVA를 제조한다. 일반적으로, PVAc는 메탄올 (MeOH)과 반응하여 PVA와 아세트산메틸 (MeOAc)을 형성한다. 중합 반응 혼합물의 성분들을 연속적으로 분리시킨다. 미반응 단량체는 예를 들어, 메탄올 증기를 사용하여 반응기로부터 탈거(strip)할 수 있다. 탈거장치(스트리퍼)로부터의 탑위(overhead) 부분은 비닐 에스테르 단량체와, 메탄올과 같은 적어도 한 용매의 혼합물을 포함한다. 비닐 에스테르 단량체는 그후 중합 반응기로 재순환을 위해서 추출된다. 폴리비닐 알코올 (PVA)의 제조에 있어서 MeOAc는 부산물로서 PVA의 톤 당, 1.68 톤의 MeOAc의 비율로 생성된다.
하나의 출구 스트림(흐름)은 전형적으로 MeOAc, MeOH와 소량의 물을 포함하는 혼합물을 포함한다. 이들 성분들의 중량비는 상대적인 농도의 범위에 대해서 변하며, 그중에서 전형적인 조성은 대략 75% MeOAc, 23% MeOH 및 2% 물이다. 이들 성분 중에서 MeOH와 물은 MeOAc와 아세트산 (HOAc)의 값과 비교할 때, 상대적으로 낮은 값을 갖는다.
MeOH 과 MeOAc은 증류하여 제거될 수 있고, 동시에, 수성 PVA 용액을 얻기 위해서 물을 추가할 수 있다. 그러나, 이러한 접근법에는 단점이 있다. 결과로 생기는 PVA 현탁액이 미세하여 여과하기 어렵고 따라서 공정이 비경제적이다. 더욱이, 이러한 접근법은 시간이 걸리고, 에너지 집약적이며 따라서 복수의 증류 컬럼을 필요로하는 다량의 용매의 고가의 증류를 필요로한다. PVA의 제조를 위해 화학적인 효율과 공정의 경제성을 개선하기 위해 몇가지 접근법이 착수되었다 . 특히, 가치있는 부산물을 회수하기 위해 용매의 재순환과 출구 스트림의 프로세싱에 노력이 집중되었다.
2004 년에 등록된 미국 특허 6,743,859 에서 Kowaka 등은 고도의 비누화를 갖는 고강도 PVA의 제조를 위한 방법을 기술한다. '859의 공정을 위한 장치는 도면 1 내지 3 에서 참조 번호 7로 식별된 MeOH과 MeOAc의 회수를 위해 출구 라인을 포함하고 있으나, 그러한 성분들의 분리와 회수를 위한 공정에 대해 상세내용은 제시되지 않았다.
2003 년에 등록된 미국 특허에서, 6,576,720 Bauer 등은 MeOH, MeOAc 및 HOAc를 포함하는 액상을, 추가의 폴리비닐 에스테르의 에스테르교환반응에서 사용하기 위해 재순환시키는 대안적인 접근법을 기술한다. '720의 공정은 다른 알코올과 에스테르를 위해 사용될 수 있다. 알코올과 대응하는 에스테르의 혼합물은 중합 반응 매체로서 사용하기 위해 재순환된다. 재순환 혼합물의 조성을 유지하기 위해 MeOH과 HOAc중 하나 또는 둘다를 포함하는 구성(Make-up)을 제공한다. KOH와의 비누화와 그후 바람직하게는 HCl과 같은 강산으로 중화반응을 사용하여 PVA이 제조되고 분리된다. 따라서, MeOH 과 HOAc의 반응과 중화반응 프로세스 둘다에 의해 초기 반응 혼합물에서 1중량% 미만의 물이 생성된다.
MeOAc은 판매되거나 HOAc를 회수하기 위해 더 가수분해될 수 있다.
1998년에 등록된 미국 특허 5,770,770에서 Kim 등은 MeOAc의 촉매 가수분해로부터 MeOH와 HOAc의 회수를 위해 잘 알려진 평형 반응 2 를 위한 반응 증류 공정을 기술한다. 반응 2 는 등식 1에서 보여준 반응의 타입의 특정 예이다.
MeOAc + H2O ↔ MeOH + HOAc [2]
예로서, 1982년에 등록된 미국 특허 4,352,940에서 Adelman 등에 의해 기술된 바와 같이, 이 반응이 PVA 제조 공정으로부터 MeOAc로부터 HOAc 를 회수하기 위해 사용될 수 있다는 것은 오래동안 알려져왔다. 또한 '940에서는 PVA 제조 공정에서 회수의 비용을 줄이고 반응으로부터의 생성물을 재사용하기 위해 공정에 사용된 물의 양을 최소화할 필요가 있다는 것이 인식되었다. 그러나, 최소량의 물이 사용될 때, 평형 반응 2는 왼쪽 방향에 위치한다. 반응 2는 오직 적어도 하나의 생성물의 연속적인 제거에 의해서만이, 오른쪽 방향으로 진행될 수 있다.
PVA 제조 출구 스트림의 처리를 위한 대안적인 접근법에 있어서, 추출 증류를 사용하여 MeOAc를 혼합물로부터 분리할 수 있다. 이 방법의 한가지 예는 화학적 Engineering Science, volume 56, 페이지 6553-6562 (2001)에서 Xiao 등에 의해 기술되었다. 제 1 컬럼에서, PVA 플랜트로부터 물이 액상 스트림에 추가된다. 제 1 컬럼으로부터의 휘발성물질을 그다음 MeOAc를 MeOH과 HOAc로의 가수분해를 촉진하는, 산성 촉매의 층(bed)를 포함하는 고정층(fixed bed) 반응기에서 가수분해한다. 고정층(fixed bed) 반응기로부터의 유출 스트림을 제 2 증류 컬럼에서 증류하여 휘발성물질 스트림과 바닥 스트림을 제공한다. 제 2 컬럼으로부터의 휘발성물질은 제 1 추출 증류 컬럼으로의 추가 MeOAc 공급과 혼합하기 위해 재순환된다. 제 2 컬럼으로부터의 바닥부를 제 3 컬럼에서 증류에 의해, 물 풍부 스트림과 HOAc 풍부 스트림으로 분리시킨다. 제 1 컬럼으로부터 바닥부를 제 4 컬럼에서 증류에 의해 물 풍부 스트림과 MeOH 풍부 스트림으로 분리시킨다. 따라서 HOAc의 회수를 위한 전체적인 공정은 4개의 증류 컬럼과 고정층(fixed bed) 반응기를 필요로한다. 더 나아가, 오른쪽 방향, 등식 2에서 보여준 잘 알려진 촉매 MeOAc 가수분해 평형 반응으로 완전히 진행시키기 위해서는, 많은 양의 물의 사용이 필요하다. 그러므로 물이 제 2 및 제 3 컬럼 모두에서 휘발되어야 하므로 이 공정은 에너지 집약적이다.
상기 각각의 공정들은 PVA 제조 반응기로부터 스트림의 성분들을 반응시키고, 분리시키고 회수하기 위해서 복수의 컬럼과 반응기의 사용을 필요로한다. 결과적으로, 자본과 운영 비용이 높다. 게다가, 시약으로서 또는 추출 증류를 위해서 물이 추가될 때, 그 물을 또한 분리해야 하고, 이것은 비용과 시간이 소모되는 점이다.
2003년에 등록된 미국 특허 6,518,465 에서 Hoyme 등은 시중에서 시판되는 프로그램 Aspen Plus를 사용한 시뮬레이션으로부터 도출된, 또다른 발상을 기반으로 한 공정을 기술하는데, 여기에서는 PVA 제조로부터 MeOAc을 함유하는 스트림은 반응 증류 컬럼에서 반응하여 DME 과 HOAc을 생성한다. 물을 추가하여 MeOAc를 가수분해하고 그로인해 HOAc를 발생시켜 이것을 회수한다. 공정 흐름에서 물의 몰 비는 0.05% 내지 20% 사이, 바람직하게는 0.3% 내지 3% 사이이다. 이 공정에서는 등식 3으로 나타낸 또한 잘 알려진 산 촉매화 평형 반응에서 메탄올이 또한 반응하여 다이메틸 에테르 (DME)와 물을 생성할 수 있다는 것이 인식되었다. '465 에서 Hoyme 등의 공정은 물을 첨가함으로써 근본적으로 MeOAc를 HOAc로 가수분해한다.
2 MeOH ↔ Me2O + H2O [3]
발명의 개요
본 발명의 목적은 폴리비닐 알코올 (PVA)이 제조되는 반응기로부터, 에스테르와 알코올 예를 들어, 메틸 알코올을 함유하는 수성 공급 흐름에서, 대응하는 에스테르, 대표적인 경우에 아세트산메틸(MeOAc)의 가수분해에 의해 제조된 카복실산 예를 들어, 아세트산 (HOAc)의 분리와 회수를 위한 장치와 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 실시예에 따르면, 수성 스트림의 촉매 증류에 의해 카복실산 예를 들어, HOAC 와 대응하는 에테르 예를 들어, DME를 형성함으로써, 대응하는 에스테르 예를 들어, MeOAc와 알코올 예를 들어, MeOH와 소량의 물, 그리고 어떤 경우에는 산 예를 들어, HOAc를 함유하는 수성 공급물 흐름으로부터 카복실산 예를 들어, HOAc의 회수를 위한 장치가 제공되며, 상기 장치는 산성 촉매를 함유하는 촉매 증류 컬럼과, 액상 바닥(탑저) 생성물 흐름으로서 카복실산 예를 들어, HOAc 회수를 위한 증류 컬럼을 포함한다.
장치의 제 2 실시예에서는, 카복실산 예를 들어, 아세트산이 회수될, 에스테르를 함유하는 공급 흐름의 조성에 관계없이 공정의 최적 작동을 유지하고, 실질상 순수한 DME인, 휘발성의 상단(tops) 생성물 흐름과 실질상 순수한 아세트산인 액상의 바닥 생성물 흐름을 제공하기 위해서, 촉매 증류 컬럼 안으로 공급되기 전에 공급 흐름에, 또는 컬럼 상의 적절한 위치에서 컬럼에 직접적으로, 보충량의 메탄올 및/또는 물을 추가하기 위한 수단이 제공된다. 이 경우에, 액상 바닥 생성물 흐름으로부터 아세트산을 분리하기 위한 증류 컬럼은 필요없다.
본 발명의 제 1 실시예의 또다른 양태에 따르면, 대응하는 에스테르 예를 들어, MeOAc과 알코올 예를 들어, MeOH 및 소량의 물 그리고 어떤 경우에는 산 예를 들어, HOAc을 함유하는 수성 공급 흐름으로부터 카복실산 예를 들어, HOAc의 회수를 위한 공정이 제공되며, 상기 공정은
(a) 산성 촉매를 함유하는 촉매 증류 컬럼에 수성 공급 흐름을 제공하는 단계, (여기서 하나의 반응에서는 알코올이 탈수되어 대응하는 에테르와 물을 생성하고, 또다른 반응에서는 이 물이 사용되어 에스테르를 대응하는 알코올과 산으로 가수분해하며, 이때 두가지 반응 모두 가역 평형에서 동시에 진행되어, 촉매 증류 컬럼을 빠져나가는 산을 함유하는 바닥 액상 생성물 흐름을 생산하고), 그리고
(b) 바닥 생성물 흐름을, 실질상 순수한 산이 그곳으로부터 액상 바닥 생성물 흐름으로서 회수되는, 증류 컬럼으로 이동시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 제 2 실시예의 공정 양태에 따르면, 카복실산 예를 들어, 아세트산이 회수될 에스테르를 함유하는 공급 흐름의 조성에 상관없이, 공정의 최적의 운전(작동)을 유지하고, 실질상 순수한 DME인 휘발성 상단 생성물 흐름과, 실질상 순수한 아세트산인 액상 바닥 생성물 흐름을 제공하기 위해, 촉매 증류 컬럼에 공급되기 전의 공급 흐름에, 또는 컬럼상의 적절한 위치에서 컬럼에 직접, 보충량의 메탄올 및/또는 물을 추가한다.
추가 설명으로, 본 발명에 따른 공정에서는, 촉매 증류 컬럼에서, 2단계 동시발생 반응 공정을 통해 MeOAc-MeOH과 소량의 물, 그리고 어떤 경우에는 HOAc를 함유하는 수성 공급 흐름을, 각각 HOAc와 DME으로 전환하기 위해, 산성 촉매의 존재하에서 반응성 증류를 사용한다. 하나의 반응은 MeOH의 가역 평형 탈수(반응)을 수반하여 DME 및 물을 형성한다. 다른 반응은 가역 평형 가수분해 반응에서 이 물을 사용하여 MeOAc과 반응시켜, MeOH 과 HOAc을 생성한다. MeOAc의 가수분해 동안에 생산된 MeOH 는 그후 MeOH 탈수(반응)에 더 참여하여 더 많은 물을 생산할 수 있다. 사실상, 2가지 반응은 "자동 공급식(self-feeding)"이며 아래와 같이 시각적으로 나타낼 수 있다:
Figure pct00001
본 발명의 제 1 실시예의 반응성 증류 공정의 중요한 이점은 추가의 물을 공급물로 첨가하지 않고도, 컬럼에서 반응할 수 있는 물 및/또는 MeOH이 존재하는 한, 공정이 계속된다는 점이다. 일단 MeOAc-MeOH 공비혼합물이 깨지면(파괴되면), 액상 바닥 생성물 흐름에서 MeOAc과 HOAc의 어떠한 추가적인 분리가 간단한 증류의 문제가 된다.
제 2 실시예의 중요한 이점은 HOAc를 분리하는데 증류 컬럼을 필요로하지 않는다는 점이다.
본 발명의 상세한 설명
하기의 설명은 실험실에서의 실험과 ASPEN PLUS® 소프트웨어를 사용한 시뮬레이션을 통해 얻어진 데이터를 포함한다. 그러나, 시뮬레이션을 수행하고 그럼으로써 실험 데이터를 이론과 상호관련시키기 위해서는, 각각의 반응 혼합물에서 일어나는 물리적이고 화학적인 평형에 대한 데이터를 얻을 필요가 있었다. 개별적인 반응 2 와 3에 대한 데이터는 공개된 문헌에서 이용가능하다. 그러나, 수반된 모든 5가지 성분들을 포함하는 혼합물에 대한 물리적 및 화학적 동역학 데이터는 얻을 수 없었다. 정확한 시뮬레이션 결과를 얻기 위해서, 모든 5가지 성분들이 조합 중에서 반응에 대한 동역학적 데이터를 얻기 위한 실험을 수행하였다. 아래의 간략한 설명은 이용가능한 배경적 데이터와 평형상태 매개변수를 결정하기 위해 사용된 수단을 제공한다.
지금까지는 당업자들에게 입수불가능했던, 물리적이고 화학적인 평형에 대한 실험 데이터를 갖는 결과로서, 구성, 실험적 증명 및 본원에서 기술된 본 발명을 포함하는 공정의 모델링은 다른곳에서 기술된 것들보다 신뢰도가 더 높다. 처음으로, 본 발명자들은 단일의 반응기에서 일어나는, 2가지 동시발생 연속적 가역 평형 반응을 포함하는 프로세스(공정)을 정확하게 보여주는데, 하나는 MeOH 로부터 물과 DME을 발생시키고 또다른 하나는 MeOAc과의 반응에 의해 상기 물을 소비하여 MeOH과 HOAc 두가지 모두를 생성한다. 하나의 반응기에서 발생된 물은 나머지 반응에서 소비되고, 후자의 반응에서 발생된 MeOH은 전자의 반응에서 소비된다.
본 발명의 제 1 실시예에서:
Figure pct00002
전반적인 공정에서 발생된 물이 본질상 없으며, 가수분해를 겪게될 과잉의 MeOAc가 존재할 때, 실질상 모든 물이 소비되고;
Figure pct00003
탑위에서 실질상 순수한 휘발성 증류액으로서 DME가 회수되고;
Figure pct00004
DME의 회수와는 별도로, 본질상 무수의 실질상 순수한 HOAc의 회수를 위해 증류 컬럼으로 이동하기 위한, HOAc이 풍부한 액상 바닥 스트림을 촉매 증류 컬럼에서 발생시키고;
Figure pct00005
추가된 고농도의 물을 제거하기 위해 에너지를 소비할 필요가 없기 때문에, 공정은 전체적으로 높은 에너지 효율을 가지도록 하기 위해, 본 발명자들은 처음으로 반응 혼합물 중의 각각의 성분들의 역할과 영향을 완전히 계산하고, 계산된 데이터를 실험적으로 입증하고, 따라서 운전(작동) 매개변수들을 확립할 수 있었다.
따라서, 본 발명의 공정은 선행 기술에서 기술된 것들보다 우수한 이점들을 제공한다.
이제 본 출원인은 본 발명의 제 1 실시예에서, 2가지 가역 평형 반응이 일어나고 있는 단일 촉매 증류 컬럼 반응기로부터 액상 바닥 생성물 흐름의 구성성분들이, MeOAc 및 더 적은 양의 추가적인 성분들과 함께, 공급물 흐름보다 훨씬 더 높은 농도의 HOAc을 포함한다는 것을 보여줄 것이다. 높은 에너지 효율로 작동하고 실질상 순수한 HOAc을 발생시키는 총체적인 공정을 위해서는, 촉매 증류 컬럼으로부터 액상 바닥부를 별도의 간단한 증류 컬럼으로 이동시키는 것이 필요하다.
본 발명의 제 2 실시예에서는, 뱃치 반응기 또는 연속 반응 시스템 중의 하나를 사용하여, 만약 공급 흐름이나 촉매 증류 컬럼에, 보충량의 메탄올 및/또는 물의 추가를 통해서 공급물 조성을 조절한다면, DME은 매우 휘발성이며 공급 흐름 반응 혼합물으로부터 완전히 제거될 수 있기 때문에, 실질상 순수한 HOAc이 단일 촉매 증류 컬럼에서 제조될 수 있다. 따라서, DME가 촉매 증류에 의해 상단 생성물 흐름에서 증류액으로서 완전히 제거될 때, 모든 메틸 종들이 변환되고, 그 결과로서 액상 바닥 스트림은 실질상 순수한 HOAc이라는 점이 본 발명의 제 2 실시예의 특징이다. 이 경우에는, 증류 컬럼이 필요하지 않다.
물리적인 평형:
어떠한 반응성 증류 시뮬레이션에서 중요한 고려 사항은 물리적인 평형 모델의 선택과 다성분(계) 증기-액체 평형 (VLE)과 액체-액체 평형 (LLE)을 신뢰도있게 예측할 수 있는 능력이다. 신뢰성 높은 VLE와 LLE는 증류 경계를 정하고 공비혼합물과 상 분리가 일어나는지 여부와 어디서 일어나는지를 결정하기 위해 필요하다. MeOAc-MeOH-물-HOAc-DME 의 다성분(계) 혼합물과 각각의 하위시스템에 대해 공개 문헌에는 많은 패치워크(patchwork)/단편(piecemeal) 상 평형 데이타가 존재한다. 이들 시스템을 모델링하는데 사용된 다양한 등식은 증기 상의 비이상 상태를 고려한다 (HOAc의 이합체화로 인해).
화학적 평형:
공정에서 고려된 2개의 동시발생 가역 반응은 MeOAc의 가수분해와 MeOH의 탈수반응이다. 산 촉매 위에서의 MeOAc의 물과의 가수분해는 HOAc과 MeOH을 생성한다 (등식 2). 반응 2는 25℃에서 0.13의 보고된 평형 상수로 제한된 평형이다(Ge 등, "아세트산메틸의 불균질 가수분해의 반응속도론", Chemical Reaction and Engineering and Technology (중국 저널), Vol. 14, No.2, 1998, pp 138-144). 메탄올의 탈수는 2몰의 메탄올을 소비하여, 1몰의 DME와 1몰의 물을 생성한다(등식 3).
평형 상수는 85 ℃ 내지 115 ℃ 범위의 온도에서 68.4 내지 52.3 범위인 것으로 보고되었다. (Nisoli 등, "Attainable Regions for Reaction with Separation [분리를 수반한 반응에 대한 도달가능 영역]" in AIChE Journal, Vol. 43, No. 3 (2), 1997, pp 374-387). 전체적인 반응은 다음에 의해 주어진다:
MeOAc + MeOH ↔ DME + HOAc (4)
물이 화학양론적으로 소비되고 또한 생산되기 때문에, 그것은 총체적인 반응 등식에서 탈락된다.
본 발명:
본 발명을 제한하지 않는 대표적인 실시예는 이제 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명될 것이다. 한 예로서, 본 발명의 제 1 실시예를 위해 기술된 장치와 공정 매개변수들은 PVA 제조 설비로부터 장치에 공급된 공급물 흐름 혼합물로부터 MeOAc의 가수분해에 의해 HOAc의 회수를 참조하여 제시될 것이다. 공급 흐름(혼합물)은 비록 그것이 또한 일부의 HOAc를 함유할 수는 있지만, 일반적으로 MeOAc, MeOH 및 물을 포함한다. 만일 일부 HOAc가 공급 흐름에 포함되어 있을 때, 상기 기술된 평형 반응에서 어떤 영향이 일어날 것이다. PVC 플랜트(공장)에서 공급 흐름의 스펙은 HOAc을 포함하지 않는다는 것을 유의한다. 그러나, HOAc가 이들 플랜트에서 광범위하게 사용되기 때문에, 따라서 일부 스트림이 HOAc로 오염될 수 있는 가능성이 있다.
장치의 운전의 방법과 원리는 회수되는 그러한 카복실산과 에스테르의 물성에 따라 운전 매개변수들이 수정될 때, 다른 혼합물로부터 다른 저급 카복실산의 회수에 적용될 것이라는 점이 인정될 것이다.
도 1을 참조하면, 장치(10)은 촉매 증류 컬럼(12)와 증류 컬럼(14)를 포함한다. 본원에서 사용된 바와 같이 용어 "촉매 증류"는 공급 흐름 혼합물 내의 성분들의 동시발생 가역적 평형 화학 반응을 뜻하며, 컬럼에서 발생하는 적어도 하나의 반응이 촉매에 의해 촉진된다.
촉매 증류 컬럼(12)은 상단 부분 ("정류(rectifying) 구역") (18), 중간 부분 ("반응성 구역") (20) 및 바닥 부분 ("탈거(stripping) 구역") (22)을 갖는다. 산성 촉매 (26)를 함유하는 고정층(fixed bed) (24)는 촉매 증류 컬럼 (12)의 중간 부분(20) 내에 놓이게 된다.
예를 들어, 공급물(30)이 예컨대 PVA 제조 설비와 같은 화학물질 제조 설비(도시하지 않음)로부터의 MeOAc 풍부한 스트림일 때, 공급 라인(28)은 공급물(30)을 고정층(fixed bed) (24) 바짝 아래에, 촉매 증류 컬럼 상의 위치(32)로 운반한다. 제 1 응축기(34)를 사용하여 상단 부분(18)에 있는 증기의 일부를 응축하고, 그것으로부터 소부분은 증류 컬럼 (12)으로 재순환되고 또다른 소부분은 제 1 휘발성물질 출구 라인(36)을 통해 첫번째 휘발성물질 생성물(44)로서 회수된다. 제 1 뤼보일러(reboiler) (38)를 사용하여, 촉매 증류 컬럼 (12)으로 재순환하기 위해 바닥 부분 (22)을 빠져나가는 제 1 액체 바닥부 (40)의 일부를 되끓이고, 제 1 액체 바닥부(40)의 또다른 일부분은 제 1 액체 바닥 출구 라인 (42)을 통해 제거한다.
산성 촉매 (26)는 몇가지 다른 산성 촉매 중 한가지 이상이 될 수 있다. 이것으로 제한되지는 않지만, 시중에서 시판되는 수지, Amberlyst ®15, 35 또는 37의 산성 형태의 사용을 포함하여, 몇가지 산성 수지 촉매 중 어떠한 한가지가 등식 2에 따르는 MeOAc의 촉매 수화에 사용하기에 적합하다는 것을 실험을 통해서 발견하였다. Amberlyst® 촉매가 산 촉매화 반응에 널리 이용된다. 그들은 스티렌 다이비닐 벤젠 공중합체에 부착된 SO3H+ 반응성 자리를 포함한다.
증류 컬럼(14)은 상단 부분(50), 중간 부분(52), 바닥 부분(54), 제 2 응축기 (56) 및 제 2 뤼보일러(reboiler) (58)을 갖는다. 촉매 증류 컬럼(12)으로부터 제 1 액체 바닥부 (40)의 또다른 일부분이 제 1 액체 바닥 출구 라인 (42)를 통해, 증류 컬럼 (14)의 중간 부분 (52)의 대략 중간 상부 위치(60)로 공급된다. 하기 실시예에서 기술한 바와 같이, 제 1 액체 바닥부 출구 라인(42)과 증류 컬럼 (14)의 연결을 위한 최적의 위치 (60)는 모델링를 사용하여 실험에 의해 결정되었고 예측된 운전(작동) 성능 데이타는 실험에 의해 확증되었다.
제 2 응축기 (56)은 증류 컬럼(14)로의 재순환을 위해 상단 부분 (50)에 있는 증기의 일부분을 응축시키고, 또다른 부분은 제 2 휘발성물질 출구 라인 (62)을 통해 두번째 휘발성물질 생성물(61)로서 회수된다. 제 2 뤼보일러 (58)은 증류 컬럼(14)의 바닥 부분(54)에 있는 제 2 액체 바닥부(64)의 일부분을 되끓이고, 제 2 액체 바닥부(64)의 또다른 일부분은 제 2 액체 바닥 출구 라인(66)을 통해 회수된다.
화학물질 공정 설비로 한가지 이상의 PVA와 PVA의 유도체를 제조할 때, 공급물(30)은 전형적으로 MeOAc, MeOH 및 물을 포함하는, 제조 설비로부터의 흐름이다. 아세트산을 회수하는 것이 바람직하고, 이것은 PVA의 제조를 위해 차례로 중합될 수 있는 비닐 아세테이트의 제조에 사용하기 위해 재순환될 것이다. MeOH의 탈수(반응)으로부터 형성된 에테르는 DME이고 그것은 제 1 휘발성물질 생성물(44)로서 회수된다. DME는 판매를 위해 또는 다른 용도를 위해 회수될 수 있다.
증류 컬럼(14)으로부터 제 2 휘발성물질 생성물(61)은 공급물(30)보다 MeOAc가 훨씬 더 풍부하고, 이 스트림은 판매용으로 회수하거나 또는 증류 컬럼(12)으로 재순환될 수 있다.
이제 예로서 HOAc의 회수를 위한 MeOAc의 반응 가수분해를 사용하여, 도 3 내지 5를 참조하여 장치(10)의 사용 방법을 설명할 것이다.
PVA 제조 설비로부터의 공급물(30)의 조성을 표 3에서 보여준다. 또한 표 3에서는 운전 매개변수들의 하나의 예시 세트로서, 제 1 휘발성물질 출구 라인 (36)을 통해 회수된 제 1 휘발성 생성물(44)의 일부분과, 제 1액체 바닥부 출구 라인 (42)을 통해 제거된 제 1 액체 바닥부 (40)의 일부분의 조성이다.
하기 실시예 1에서 기술한 실험실 실험은, DME을 형성하는 MeOH의 탈수반응의 속도가 (등식 3) 초기에 MeOH-물-HOAc-MeOAc을 포함하는, 수성 공급 흐름 혼합물(30)중의 물과 MeOH 모두의 농도에 의해 영향을 받는다는 것을 보여주었다. 그러므로, 효율적인 운전을 유지하기 위해서는, 촉매 증류 컬럼(12)로 공급된 혼합물이 최적의 조성 프로파일을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 2 실시예는 도 1에서 도해한, 촉매 증류 컬럼(12)으로 공급 라인(28)을 통해 공급되기 전에, 공급물(30)의 조성물에서 때때로 일어날 수 있는 변동에 관계없이, 공정의 보다 효율적인 운전을 가능하게 한다. 메탄올과 물 중 하나 또는 둘다의 추가적인 양을 촉매 증류 컬럼(12)에 독립적으로 공급할 수 있는 적어도 하나의 추가 공급 라인 (도시하지 않음)이 제공된다. 공급물(30)의 조성에 따라, 공급물(30) 전이나, 또는 촉매 증류 컬럼(12)상의 적절한 위치에서, 추가의 메탄올 및/또는 물을 공급 라인(28)으로 추가할 수 있다. 본 출원인은 촉매 증류 컬럼(12)을 따라, 메탄올과 물 둘다의 실질상 최적의 농도 프로파일을 확보한 결과는 증류 컬럼의 필요없이, 거기에서 일어나는 공정의 운전이 실질상 순수한 DME 와 HOAc의 제조이며, 따라서 공정을 위한 운전 비용이 최소화된다는 것을 발견하였다.
본 발명의 제 2 실시예의 사용으로부터의 이점은 장치가 좀더 다용도라는 점이다. 공급물(30)에 더하여, 메탄올과 물 중 한가지 또는 둘다의 보충량을 제공하는 능력은 대응하는 가수분해성 에스테르를 함유하는 다양한 다른 산업용 스트림으로부터 실질상 순수한 HOAc의 회수를 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 제 2 실시예를 위한 장치(10)의 사용으로부터 기인하는 또다른 이점은 실질상 순수한 DME과 HOAc의 스트림을 생성물로서 제조하기 위해, 공정을 운전할 수 있다는 것이다. 이 실시예에서, 실질상 모든 메틸 종이 DME로 전환되고 따라서 시스템으로부터 제거되도록, DME는 장치(10)으로부터 휘발성 상단 스트림으로서 연속적으로 제거되고, 그 결과로서 제 1액체 바닥부 (40)는 실질상 순수한 HOAc를 포함하게 된다.
하기의 실시예는 본 발명에 따라 HOAc의 회수를 위한 장치와 방법의 응용을 예증할 것이다. 조건들의 각각의 세트는 ASPEN® 소프트웨어를 사용하여 모델링되었고 모델링으로부터의 결과는 실험을 통해 확증되었다.
본 발명의 완벽한 이해와 그것의 목적 및 이점들의 추가 설명을 위해, 하기 첨부된 도면을 참조한다.
도 1은 촉매 증류 컬럼과 증류 컬럼을 포함하는 본 발명에 따르는 장치의 모형도이다.
도 2는 촉매 증류 컬럼에서 온도 프로파일에 대한 변화하는 압력의 영향을 나타내는 그래프이다.
도 3은 CD 컬럼에서 생성물 분포에 대한 과잉의 물의 영향을 나타내는 그래프이다.
도 4는 공급물에 물 함량이 없을 때 CD 컬럼에서 생성물 분포에 대한 영향을 나타내는 그래프이다.
도 5는 MeOAc-MeOH 공급이 0.55; RR-1.8의 몰 비, D/F=0.475, T=120℃ 및 P=150 psi 일때의 조성 프로파일에 대한 영향을 보여주는 그래프이다.
도 6은 DME의 생산에 대한 혼합물 조성의 영향을 결정하기 위한 실험을 위한 본 발명에 따르는 장치를 보여주는 모형도이다.
실시예
실시예 1: 뱃치 증류
DME와 HOAc의 형성을 위한 2개의 촉매 반응에 대한 문헌 데이타를 확인하고추가적 통찰력을 얻기 위해서, 도 6에서 도해한 장치(100)을 사용하여, 실험실 실험을 수행하였다. 뱃치 비-평형 실험적 반응을 수행하기 위한 장치(100)은 DME 함유 스트림(108)의 회수와 분석을 위해 반응 용기(102), 응축기(104) 및 라인(106)을 포함하였다. 공급물(110)은 다른비율로 MeOH, 물 및 MeOAc의 몇가지 다른 혼합물을 포함하였다. 각각의 반응 혼합물(110)과 촉매(112)를 반응 용기(102)에서 혼합하였고 환류시켰다. 라인 (106)을 통해 나가는 DME 함유 스트림(108)의 양은 중량측정으로 결정하였고 그것의 조성은 가스 크로마토그래피를 사용하여 결정하였다. 장치(100)를 사용하여, DME과 HOAc 형성의 속도는 거기에서 촉매 (112)의 농도는 물론이고, 반응 혼합물(110)의 조성에 의존한다는 것을 발견하였다. 특히, DME의 형성이 반응 혼합물(110)에 존재하는 물과 MeOH의 양에 의존한다는 것을 발견하였다. 그렇게 얻어진 데이타는 그후 공정 설계와 시뮬레이션에 사용되었다.
본 실험실 실험에서 증명되고 도 6에서 도해한 시스템을 사용하여, MeOAc로부터 모든 메틸 기를 DME로서 제거함으로써, HOAc가 풍부한 액체 생성물을 제조할 수 있고, 이것이 반응 용기(102)에 남아있다. 본 발명의 이러한 추가 실시예 에서는, MeOAc로부터 모든 메틸 기를 가수분해로 분리시키기 위해, 충분한 MeOH 및/또는 물이 반응 혼합물(110)에 첨가되었다. 메틸 기를 휘발화에 의해 DME로서 제거한다. 형성된 생성물은 HOAc이 풍부한 액체 생성물과, DME이 풍부한 휘발성 증류액 생성물이다. 이 경우에, 아세트산을 회수하는데 증류 컬럼은 필요하지 않다.
실시예 2: 모델 뱃치 촉매 증류
물리적인 그리고 반응 평형 모델의 신뢰도 및 유효성을 고찰하기 위해, 뱃치 촉매 증류 시뮬레이션을 수행하고 실험실에서 수집한 실험 데이타와 비교하였다.
실험적 테스트를 위해, 뱃치 Parr 반응기에 30 g의 사전에 건조된 산 촉매 (Amberlyst 35®)와 함께, 75:25 중량비로 MeOAc/MeOH 공급의 150 g 혼합물을 적재하였다. 뱃치 반응기의 상단을 스테인레스 스틸 응축기로 개질하고, 이것은 대부분의 휘발성 성분 (즉, DME)이 날라가게 하였다. 응축기를 냉수로 냉각시켰고; 응축기로부터 오프가스의 GC 분석으로 > 99% DME 이 반응기를 떠났다는 것을 확인하였다. 반응기를 120℃와 150 psig 에서 13 시간에 걸쳐서 평형에 도달할때까지 작동시켰다. 몇개의 샘플에 대해서 일정한 농도를 보여준 반응기로부터의 증기와 액체 샘플에 근거하여 평형이 확립되었음을 결정하였다. 증기 및 액체 샘플을 모세관 컬럼 및 TCD가 구비된 HP® 6890 GC에서 측정하였다. 증류 컬럼을 갖는 2-단계 평형 반응기는 Aspen Plus®에서 뱃치 증류 공정을 모델링하는데 충분하였다. 표 1은 뱃치 촉매 증류 시뮬레이션에 대한 액체 조성을 보여주고 그것을 실험적 뱃치 촉매 증류 결과와 비교한다.
Figure pct00006
시뮬레이션과 실험적 결과로부터의 데이터의 비교를 통해, 본 출원인의 모델으로부터 예측이 반응 속도와 평형 상수의 면에서 정확하다는 것을 확인하였다.
실시예 3: 연속 촉매 증류 컬럼의 시뮬레이션
연속 촉매 증류 공정은 전체 응축기와 부분 뤼보일러(reboiler)와 함께 20 단계 CD 컬럼으로 구성된다. 기본 케이스 시뮬레이션에 대한 매개변수들이 표 2에 제공된다. 모든 공급 흐름은 25 ℃에서 투입된다.
Figure pct00007
실시예 4: 압력의 영향
운전 압력은 CD 컬럼의 설계에 있어서 핵심 요소 중 하나이다. 촉매 증류 컬럼을 위한 운전 압력의 선택은 탑위 온도, 바닥 온도, 반응 온도 및 시스템에서의 성분들의 상대적인 휘발성과 같은 여러 고려사항들에 의존한다. 컬럼 압력은 컬럼 내에서 온도의 하한과 상한을 설정한다. 본 발명의 공정을 위해서 운전 압력은 물이 탑위 응축기에 대한 냉각수로 사용되고 스팀이 뤼보일러에 대한 가열 매체로서 사용될 수 있도록하는 범위 내에서 선택된다. 이러한 범위내에서, 반응 온도는 주로 운전 압력을 결정한다. 촉매 반응이 액체 상내에서 일어나기 때문에, 반응 온도는 촉매 주변을 흐르는 액체의 비등점과 가깝다. 그 결과 반응 온도가 컬럼 압력에 따라 증가한다. 도 2는 컬럼에서 온도 프로파일에 대한 컬럼 압력의 영향을 보여준다. 본 시뮬레이션에서 매개변수들은 환류 비를 제외하고는 기본 케이스에서와 같은 것들이다. 컬럼 압력이 증가할 수록, 시뮬레이션에서 수학적인 수렴을 달성하기 위해, 환류 비 또한 동시에 증가되었다. 환류 비는 CD 컬럼의 수렴을 만족시키는 최소량만큼 증가되었고, 다른 모든 매개변수들은 일정하게 유지되었다.
실시예 5: 물의 영향
물은 가수분해 반응에서 필수 반응물이기 때문에 공급에서 물의 양은 CD 공정에서 중요한 변수이다. 그러나, 물은 또한 MeOH 탈수반응을 통해 생산된다. 그러므로, 반응 혼합물에 많은 양의 물을 축적시키지 않고 두가지 반응을 손쉽게 진행시켜줄 최적 양의 물이 있어야 한다. 최적의 공정은 반응물의 최대 전환을 달성하는 반면, 동시에 모든 생성물 흐름으로부터 물을 완전히 제거한다. 도 3은 공급 흐름의 과잉의 물 함량의 영향을 보여준다 (공급 중의 MeOAc:MeOH의 상대 비는 일정하게 남아있다). 과잉의 물이 공급의 성분으로서 도입될 때, 가수분해 반응은 MeOAc의 농도에 의해 제한된다. MeOAc은 완전히 소비되고 과잉의 물은 바닥부 생성물에서의 HOAc과 함께 빠져나간다.
반대로, 물이 공급물에 도입되지 않을때는, 오직 MeOH 탈수반응을 통해 생성된 물만이 가수분해 반응에 이용가능하다. 이 경우에는 DME가 다시 증류액 생성물이고, HOAc와 MeOAc의 혼합물은 이제 액상 바닥 생성물이다. 물과 MeOH 모두는 반응되어 버린다. 모든 CD 컬럼 반응 혼합물 성분들의 농도의 최종 프로파일은 도 4에 나와있다.
실시예 6: MeOAc/MeOH 비의 영향
등식 (4)로 주어진 총체적인 반응 등식에 근거하면, MeOAc 대 MeOH의 비의 변화로부터 발생한, 공정에 대한 매우 작은 영향이 존재할 수 있다는 것을 예측할 것이다. 공급에서 MeOH 또는 MeOAc 중의 어느 하나를 증가시키는 것은 DME 및 HOAc 생성물 형성을 촉진해야 한다. 그러나, 개별적인 반응의 화학양론에 기반하면, 이것은 반드시 진실은 아니다. MeOAc/MeOH 공급 비를 증가시키는 영향은 도 4에서 보여준 것과 유사한 프로파일을 가지고 CD 컬럼에서 물과 메탄올의 완전한 전환을 초래한다. 오직 가수분해 반응만을 고려할 때, 공급에서 MeOAc의 양을 증가시킴으로써, 물이 완료까지 보다 쉽게 반응할 수 있다는 것을 예상할 것이다. 물이 소비되고 MeOH이 생성될때, 탈수에 대한 평형은 결과로서 DME의 생산을 촉진하도록 이동한다. MeOAc/MeOH 비가 특정한 화학양론적 양 아래로 감소할때, MeOAc 반응물은 제한하는 반응물이 된다.
시뮬레이션 결과는 컬럼 혼합물로부터 MeOAc 와 MeOH 둘다를 완전히 제거하기 위해 컬럼 매개변수가 변할 수 있고, 물과 HOAc의 혼합물은 바닥부 생성물로서 남아있다는 것을 보여준다. 도 5는 0.55의 MeOAc/MeOH 몰 공급 비를 사용할때의 이러한 영향을 도해한다.
실시예 7: 제 1 실시예의 공정의 시뮬레이션:
촉매 증류 컬럼(12)은 20 단계를 갖는다. 공급물(30)은 약 75% MeOAc, 23% MeOH 및 2% 물을 함유하는 혼합물을 포함하고, 단계 12로 100 kg.h-1 로 100℃에서 촉매 증류 컬럼(12)안으로 공급된다. 공급물(30)이 공급되는 압력은 10 atm이다. 컬럼은 5 atm에서 작동하고, 따라서 공급물(30)은 배압(back-pressure) 조절기(도시하지 않음)를 통해 공급된다. 환류 비는 2이고 증류액-대-공급물 비는 0.45이다. 정상 상태에서, 반응 구역의 상단에서 단계 3에서의 온도는 31℃이고 반응 구역의 바닥에서, 단계 16은 127℃이다.
촉매 증류 컬럼(12)의 상단 부분(18)을 빠져나가는 제 1휘발성 생성물 (44)은 거의 전부 DME (99% 초과; 표 3)를 포함한다. 촉매 증류 컬럼(12)의 바닥 부분 (22)을 빠져나가는 제 1 액체 바닥부(40)는 약 91% HOAc을 포함하고 나머지는 9% 미만의 MeOAc과, 오직 미량의 MeOH, 물 및 DME (표 3)이다.
보다 구체적으로는, 제 1휘발성물질 생성물(44)은 100%에 가까운 DME을 포함한다. 제 1액체 바닥부 (40)는 약 91% HOAc, 8.9% MeOAc, 0.04% 물, 및 미량의 MeOH 및 DME의 혼합물을 포함한다.
증류 컬럼(14)은 10 단계를 가지며 7의 환류 비와 0.07의 증류액-대-공급물 비를 갖는다. 촉매 증류 컬럼(12)으로부터의 제 1 액체 바닥부(40)는 단계 5에서 170.5 ℃의 온도와 5 atm의 압력에서 증류 컬럼 (14)로 공급된다.
증류 컬럼(14)으로부터 제 2 액체 바닥부(64)는 실질상 순수한 HOAc (표 4 참조)이다. 제 2 휘발성물질 생성물(60)은 MeOAc가 풍부하고 재활용가능하다.
Figure pct00008
Figure pct00009
인용 참증
미국 특허 문헌
4352940 1982년 10월, Adelman 등. 562/607
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기타 참고문헌
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Claims (13)

  1. 수성 스트림의 촉매 증류에 의해 아세트산과 다이메틸 에테르를 형성함으로써, 아세트산메틸 및 메틸 알코올 및 소량의 물, 그리고 어떤 경우에는 아세트산을 함유하는 수성 공급물 흐름으로부터 아세트산을 회수하기 위한 장치로서, 산 촉매화 화학 반응을 위한 산성 촉매를 함유하는 촉매 증류 컬럼과, 액상 바닥 생성물 흐름으로서 아세트산의 회수를 위한 회수 증류 컬럼을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 촉매 증류 컬럼은 상단 부분, 산성 촉매를 함유하는 반응성 구역을 포함하는 중간 부분 및 바닥 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 산성 촉매는 스티렌 다이비닐 벤젠 공중합체에 부착된 SO3H+ 반응성 자리를 함유하는, 산성 형태의 시중에서 시판되는 수지 중에서 선택된, 아세트산메틸의 촉매 수화에 사용하기에 적합한 몇가지 산성 수지 촉매 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 추가적으로, 상단 부분을 빠져나가는 증기의 일부를 응축하기 위한 제 1 응축기를 포함하며, 그것으로부터 소부분이 촉매 증류 컬럼으로 재순환되고, 실질상 순수한 다이메틸 에테르를 포함하는 또다른 소부분은 제 1 휘발성물질 생성물로서 회수되는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 2 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 재순환을 위한 제 1 소부분과, 제거 및 회수 증류 컬럼으로 보내기 위한 아세트산 및 아세트산메틸을 포함하는 또다른 소부분을 제조하기 위해, 촉매 증류 컬럼의 바닥 부분을 빠져나가는 제 1액상 바닥 생성물 흐름을 되끓이기 위한 제 1 뤼보일러(reboiler)를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 회수 증류 컬럼은 상단 부분, 중간 부분 및 바닥 부분을 포함하고, 추가적으로, 상단 부분을 빠져나가는 증기를 응축하기 위한 제 2 응축기 (그것으로부터 소부분이 회수 증류 컬럼으로 재순환되고 또다른 다이메틸 아세테이트를 포함하는 소부분은 제 2 휘발성물질 생성물로서 회수되며), 및 회수 증류 컬럼의 바닥 부분을 빠져나가는 제 2 액상 바닥 생성물 흐름을 되끓여, 재순환하기 위한 소부분을 생성하고, 또다른 소부분은 실질상 순수한 아세트산으로서 회수되는 제 2 뤼보일러(reboiler)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 수성 스트림의 촉매 증류에 의해 아세트산과 다이메틸 에테르을 형성함으로써 아세트산메틸 및 메틸 알코올 및 소량의 물, 그리고 어떤 경우에는 아세트산을 함유하는 수성 공급 흐름으로부터 아세트산의 회수를 위한 장치로서,
    아세트산이 회수될 에스테르 함유 공급 흐름의 조성에 관계없이 최적의 운전을 유지하고, 실질상 순수한 다이메틸 에테르인 휘발성 상단 생성물 흐름과, 실질상 순수한 아세트산인 액상 바닥 생성물 흐름을 제공하기 위해,
    산 촉매화 화학 반응을 위한 산성 촉매를 함유하는 촉매 증류 컬럼과, 촉매 증류 컬럼에 공급되기 전에 공급물 흐름에, 또는 컬럼 상의 적절한 위치에서 컬럼에 직접, 보충량의 메탄올 및/또는 물의 추가를 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 2항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 중간 부분 바짝 아래에, 컬럼 상의 한 위치에서 촉매 증류 컬럼에 공급물 흐름을 보충하기 위한 공급 라인을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 아세트산메틸, 메틸 알코올 및 소량의 물과 어떤 경우에는 아세트산을 함유하는 수성 공급 흐름으로부터 아세트산을 회수하기 위한 공정으로서,
    (a) 수성 공급 흐름을 산성 촉매를 함유하는 촉매 증류 컬럼에 공급하는 단계, 이때 하나의 반응에서는 알코올이 탈수되어 다이메틸 에테르와 물을 생산하고, 또다른 반응에서는 물이 사용되어 아세트산메틸을 메틸 알코올과 아세트산으로 가수분해하고, 이때 두개의 반응 모두 가역 평형으로 동시에 진행하여, 촉매 증류 컬럼을 빠져나가는 산을 함유하는 액상 바닥 생성물 흐름을 제조하며,
    (b) 액상 바닥 생성물 흐름을, 거기로부터 실질상 순수한 아세트산이 액상 바닥 생성물 흐름으로서 회수되는 회수 증류 컬럼으로 이동시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
  10. 아세트산메틸, 메틸 알코올 및 소량의 물과 어떤 경우에는 아세트산을 함유하는 수성 공급 흐름으로부터 아세트산을 회수하기 위한 공정으로서,
    (a) 수성 공급 흐름을 산성 촉매를 함유하는 촉매 증류 컬럼에 공급하는 단계 (이때 하나의 반응에서는 알코올이 탈수되어 다이메틸 에테르와 물을 생산하고, 또다른 반응에서는 물이 사용되어 아세트산메틸을 메틸 알코올과 아세트산으로 가수분해하고, 이때 두개의 반응 모두 가역 평형으로 동시에 진행하며), 및
    (b) 아세트산이 회수될 에스테르 함유 공급 흐름의 조성에 관계없이 공정의 최적의 운전을 유지하고, 실질상 순수한 다이메틸 에테르인 휘발성 상단 생성물과, 실질상 순수한 아세트산인 액상 바닥 생성물 흐름을 제공하기 위해,
    촉매 증류 컬럼에 공급되기 전에 공급 흐름에, 또는 컬럼 상의 적절한 위치에서 컬럼에 직접적으로, 보충량의 메탄올 및/또는 물을 추가하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
  11. 제 9항 또는 제 10항에 있어서, 산성 촉매는 스티렌 다이비닐 벤젠 공중합체에 부착된 SO3H+ 반응성 자리를 함유하는, 산성 형태의 시중에서 시판되는 수지들 중에서 선택된, 아세트산메틸의 촉매 수화에서 사용하기에 적합한 몇가지 산성 수지 촉매 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 공정.
  12. 제 9항, 제 10항 또는 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 수성 공급 흐름은 폴리비닐 알코올과 폴리비닐 알코올의 유도체로부터 적어도 하나의 생성물을 제조하기 위한 설비에서 제조된 스트림인 것을 특징으로 하는 공정.
  13. 제 10항에 있어서, 공급물 흐름에서 실질상 모든 메틸 종이 다이메틸 에테르로 전환되고 그로인해 반응 혼합물로부터 제거되도록, 다이메틸 에테르가 시스템으로부터 연속적으로 제거되어, 액체 생성물 흐름이 실질상 아세트산인 것을 특징으로 하는 공정.
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