KR20160076780A - Continuous Reactor for Simultaneous Production and Distillation of Anhydrosugar Alcohol and Method of Preparing Anhydrosugar Alcohol Using the Same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 무수당 알코올의 생산과 증류를 동시에 수행하는 연속 반응기 및 이를 이용한 무수당 알코올의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 솔비톨과 같은 당알코올을 무수당 알코올로 전환시키는 반응과 생성된 무수당 알코올을 증류하여 분리하는 공정을 하나의 반응기 내부에서 수행하기 위한 임펠러 블레이드(Impeller Blade)를 구비하는 반응기의 구조에 관한 것이다.
The present invention relates to a continuous reactor for simultaneous production and distillation of alcohol-free alcohol, and a method for preparing alcohol-free alcohol using the same, and more particularly, to a process for converting sugar alcohol such as sorbitol into alcohol- The present invention relates to a structure of a reactor having an impeller blade for performing a process of distilling and separating an alcohol with an alcohol therein in a single reactor.
당 알코올은 당에서 유래한 알코올로 대부분 H(HCHO)n+1H의 구조를 가진다. 이러한 당 알코올은 탄소의 수에 따라 테트리톨, 헥시톨, 헵티톨 등으로 분류되고, 이중 탄소수가 6개인 헥시톨에는 소르비톨, 만니톨, 이디톨, 갈락티톨 등이 포함되며, 이중 소르비톨과 만니톨은 식음료 분야의 감미료 등으로 효용성이 매우 높다. The sugar alcohol is a sugar-derived alcohol and has mostly the structure of H (HCHO) n + 1 H. Such sugar alcohols are classified into tetritol, hexitol, and heptitol according to the number of carbon atoms. Among them, hexitol having six carbon atoms includes sorbitol, mannitol, iditol, galactitol and the like. Among them, It is very useful because of the sweetener in the field.
무수당 알코올은 당 알코올 분자 내부에서 1개 이상의 물 분자를 제거하는 탈수 반응을 통해 제조되며, 이중 결합, 에테르 결합, 고리형 결합 등과 같이 당 알코올과 전혀 다른 새로운 결합 구조를 갖는다. 예를 들어, 헥시톨에서 2개의 물 분자를 제거하면, 아이소바이드(isosorbide, 1,4-3,6-dianhydrosorbitol), 아이소만나이드 (isomannide, 1,4-3,6-dianhydromannitol), 아이소아이다이드 (isoidide, 1,4-3,6-dianhydroiditol) 등을 제조할 수 있다. 이러한 무수당 알코올은 심장 및 혈관치료제, 접착제, 구강청정제, 유화제, 고분자물질의 첨가제, 바이오플라스틱 등 응용분야가 매우 다양하여 많은 산업에서 응용이 기대되고 있다.Anhydrous alcohol is prepared through a dehydration reaction in which one or more water molecules are removed from the sugar alcohol molecule and has a completely new bonding structure completely different from sugar alcohol such as double bond, ether bond and cyclic bond. For example, when two water molecules are removed from hexitol, isosorbide (1,4-3,6-dianhydrosorbitol), isomannide (1,4-3,6-dianhydromannitol) Isoidide (1,4-3,6-dianhydroiditol), and the like. Such anhydrous alcohol is expected to be applied in many industries because of its wide variety of applications such as heart and blood vessel therapeutic agents, adhesives, mouthwashes, emulsifiers, additives for polymers, and bioplastics.
기존의 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.A conventional process for producing an anhydrous alcohol is a process in which sulfuric acid is used as a catalyst and the reaction is performed under reduced pressure (Korean Patent No. 10-1079518). However, when a strong acid such as sulfuric acid is used as a catalyst, it is necessary to use an expensive reactor to easily corrode the reactor and prevent corrosion, and since the decompression condition must be continuously achieved, a large amount of energy is consumed, . Also, it is not easy to produce continuous vacuum reactors with high reliability, and 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, alcohol-free alcohol has a high boiling point and is easily decomposed by heat at a high temperature. Therefore, when a normal atmospheric distillation is used, separation is difficult, and a vacuum distillation process is frequently used (US 6,639,067). However, the decompression condition must be maintained not only in the reaction process but also in the separation process, and the yield ratio of the alcohol without sugar is lowered every time the process of the multistage process is lowered.
이러한 다단식 반응기의 단점을 해결하기 위하여 하나의 반응기에서 반응과 증류를 동시에 수행하는 반응기가 개발되었다. 이러한 직접 증류방식은 반응기 내부에서 아이소소바이드의 생산과 증류가 동시에 이루어져야 하기 때문에 이를 위한 장치는 반응기의 특징과 증류기의 특징으로 모두 가지는 것이 필요하다. 특히 반응용액 내부에서 형성되는 아이소소바이드를 빠르게 증발시키기 위하여 반응용액의 표면 교반(Surface Renewal)이 필요하다.In order to solve the disadvantages of such a multi-stage reactor, a reactor has been developed which simultaneously performs reaction and distillation in one reactor. This direct distillation method requires the simultaneous production and distillation of isosorbide in the reactor, and therefore it is necessary to have both the characteristics of the reactor and the characteristics of the distiller. In particular, surface renewal of the reaction solution is required to rapidly evaporate the isosorbide formed in the reaction solution.
대한민국 등록특허 1376481에서는 반응과 동시에 증류를 수행하는 반응기에 관하여 기재하고 있다. 이 발명은 고체산 촉매를 이용하여 반응과 동시에 생성되는 아이소소바이드를 증류하므로 촉매의 분리가 용이하고, 아이소소바이드의 수율과 순도를 높일 수 있다는 장점을 가지지만, 아이소소바이드가 증류되는 부분은 액상의 원료 표면에서만 증류되므로 전체적인 반응속도가 늦어진다는 단점을 가진다.Korean Patent No. 1376481 discloses a reactor which performs distillation simultaneously with the reaction. The present invention is advantageous in that the catalyst is easily separated and the yield and purity of isosorbide can be increased by distilling the isosobide generated simultaneously with the reaction using the solid acid catalyst. However, since the isosorbide is distilled Is distilled only on the surface of the liquid raw material, so that the overall reaction rate is slowed down.
이에, 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위하여 노력한 결과, 반응용액의 표면교반(Surface Renewal)을 위하여 수직으로 회전하는 제1임펠러와 반응물을 교반할 수 있는 수평으로 회전하는 제2임펠러를 구비하는 반응기를 사용하여 하나의 반응기 내에서 당알코올의 무수당 알코올로의 전환과 무수당 알코올의 증류를 동시에 수행할 수 있는 반응기를 개발하고, 이를 이용하여 무수당 알코올을 제조한 결과, 반응용액 내부에 생성되는 무수당 알코올의 증발속도가 빨라져 반을 효율이 증진되었을 뿐만 아니라, 고점도의 부반응물을 배출하기 위한 임펠러 블레이드를 추가로 설치할 경우, 부반응물의 배출도 용이하다 것을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
Accordingly, the present inventors have made efforts to solve the above problems. As a result, the present inventors have found that a reactor having a first impeller rotating vertically and a second impeller rotating horizontally capable of stirring a reactant for surface renewing of a reaction solution , A reactor capable of simultaneously carrying out conversion of sugar alcohol to anhydrosugar alcohol and distillation of alcohol without sugar in a single reactor was developed and used as an anhydrosugar alcohol, The evaporation rate of the alcohol without sugar is increased and the half efficiency is improved. In addition, when the impeller blade for discharging the highly viscous byproduct is additionally provided, it is confirmed that the byproduct is easily discharged, .
본 발명의 목적은 무수당 알코올의 생산과 증류를 동시에 수행하는 연속 반응기 및 이를 이용한 무수당 알코올의 제조방법을 제공하는데 있다.
It is an object of the present invention to provide a continuous reactor for simultaneous production and distillation of alcohol-free alcohol and a method for producing alcohol-free alcohol using the same.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 원료공급부, 기체배출구, 액체배출구 및 교반수단을 포함하는 무수당 알코올의 생산과 증류를 동시에 수행하는 연속 반응기에 있어서, 상기 교반수단은 (i) 구동수단에 의해 회전되는 임펠러 축; (ii) 상기 임펠러 축의 중단부에 설치되며, 임펠러의 회전에 따라 수직방향으로 회전하는 제1임펠러; 및 (iii) 상기 임펠러 축의 하단부에 위치하여 임펠러의 회전에 따라 수평방향으로 회전하는 제2임펠러를 구비하는 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 생산과 증류를 동시에 수행하는 연속 반응기를 제공한다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a continuous reactor for simultaneously performing production and distillation of an alcohol-free alcohol including a raw material supply portion, a gas outlet, a liquid outlet and a stirring means, wherein the stirring means includes (i) An impeller shaft rotated by the impeller; (ii) a first impeller installed at a middle portion of the impeller shaft and rotating in a vertical direction in accordance with the rotation of the impeller; And (iii) a second impeller positioned at a lower end of the impeller shaft and rotating in a horizontal direction in accordance with the rotation of the impeller.
본 발명은 또한, 촉매의 존재 하에서 당 알코올을 탈수시켜 무수당 알코올을 제조하는 방법에 있어서, 상기 연속 반응기를 이용하는 것을 특징으로 하는 연속 반응과 증류의 동시 수행을 통한 무수당 알코올의 제조방법을 제공한다.
The present invention also provides a process for producing anhydrosugar alcohol by dehydrating sugar alcohol in the presence of a catalyst, wherein the continuous reaction is used, wherein the continuous reaction is carried out simultaneously with distillation do.
본 발명에 따른 무수당 알코올의 생산과 증류를 동시에 수행하는 연속 반응기 및 이를 이용한 무수당 알코올의 제조방법은 반응기의 특징과 증류기의 특징을 모두 가지는 반응기를 사용하므로, 무수당 알코올의 생산과 증류가 하나의 반응기 내에서 연속적으로 이루어지고, 수직으로 회전하는 제1임펠러에 의해 반응용액의 표면교반(Surface Renewal)이 원활해지고, 수평으로 회전하는 제2임펠러에 의하여 반응물이 교반되므로 생성되는 무수당 알코올의 증류효율이 높아 경제적인 무수당 알코올의 생산에 유용하다.
Since the continuous reactor which simultaneously performs the production and distillation of anhydrosugar alcohol according to the present invention and the method for preparing anhydrosugar alcohol using the reactor according to the present invention uses a reactor having both the characteristics of the reactor and the characteristics of the distiller, The surface irreversibility of the reaction solution is smooth by the first impeller continuously rotating in one reactor and the reactant is stirred by the horizontally rotating second impeller, And is useful for the production of economical alcohol-free alcohol.
도 1은 본 발명에 의한 반응기의 전체적인 구성과 임펠러의 회전방향을 도시한 것이다.
도 2는 제1임펠러의 상세한 모습을 도시한 것이다.
도 3은 제1임펠러의 절단면을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 의한 가림판을 구비하는 무수당 알코올 반응기의 모습을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 사용되는 제1임펠러의 연결부에 사용되는 기어를 표시한 것으로 (a) 웜기어 (b) 직선 베벨기어 (c) 스파이럴 베벨기어 (d) 헬리컬 베벨기어 (e) 수평으로 배열된 기어 2조와 수직으로 배열된 기어 2조의 조합을 각각 도시한 것이다.
도 6은 본 발명에 의한 부반응물(Heavy Residues)을 긁어내는 수단을 구비하는 무수당 알코올 반응기의 모습을 도시한 것이다.
도 7은 부반응물(Heavy Residues)을 긁어내는 수단과 반응기 바닥부의 배출구를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명에 의한 반응기의 벽면으로 연장된 부반응물(Heavy Residues)을 긁어내는 수단을 구비하는 무수당 알코올 반응기의 모습을 도시한 것이다.
도 9는 본 발명에 의한 제2공급부를 구비하는 무수당 알코올 반응기의 모습을 도시한 것이다.1 shows the overall structure of the reactor according to the present invention and the direction of rotation of the impeller.
Fig. 2 shows a detailed view of the first impeller.
Fig. 3 is a cross-sectional view of the first impeller.
FIG. 4 shows a state of the alcohol-free alcohol reactor equipped with the closure plate according to the present invention.
5 shows a gear used in a connecting portion of a first impeller used in the present invention. The worm gear b, the straight bevel gear c, the spiral bevel gear d, the helical bevel gear e, A combination of two gears and two gears arranged vertically, respectively.
FIG. 6 shows a view of an alcohol-free alcohol reactor having means for scraping heavy residues according to the present invention.
Figure 7 shows the means for scraping heavy residues and the outlet of the bottom of the reactor.
Figure 8 shows a view of a mercury free alcohol reactor having means for scraping heavy reactants extending to the wall of the reactor according to the invention.
FIG. 9 shows a state of the alcohol-free alcohol reactor having the second supply unit according to 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 가진다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.Unless otherwise defined, 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 well known and commonly used in the art.
본 발명에서는 무수당 알코올의 연속 반응 및 증류 장치를 사용하여 무수당 알코올을 제조함에 있어서, 수직으로 회전하는 제1임펠러와 수평으로 회전하는 제2임펠러를 구비하는 반응기와 증류기가 일체화된 반응기를 이용하는 경우 생성물이 빠른 속도로 증류되며, 연속적인 운전이 가능한 것을 확인하고자 하였다. In the present invention, in the production of anhydrous alcohol using a continuous reaction of alcohol-free alcohol and a distillation apparatus, a reactor having a vertically rotating first impeller and a horizontally rotating second impeller and a reactor integrated with a still The product was distilled at a high rate and the continuous operation was possible.
본 발명에서는, 교반수단의 회전에 따라 수직방향으로 회전하는 제1임펠러 및 교반수단의 회전에 따라 수평방향으로 회전하는 제2임펠러를 구비하는 무수당 알코올 연속반응기를 이용하여 무수당 알코올의 제조와 증류를 하나의 반응기 안에서 수행하였다. 그 결과 기존의 황산 감압반응과 동일한 수준의 무수당 알코올의 수율을 달성하였으며, 제1임펠러에 의하여 반응 용액의 표면이 교반되므로 생성되는 무수당알코올의 증류속도가 기존의 연속식 반응기보다 향상되는 것을 확인하였다. In the present invention, the first impeller rotating in the vertical direction in accordance with the rotation of the stirring means, and the second impeller rotating in the horizontal direction in accordance with the rotation of the stirring means, Distillation was carried out in one reactor. As a result, the yield of an alcohol-free alcohol of the same level as that of the conventional sulfuric acid decompression reaction was achieved, and the distillation rate of anhydrosugar alcohol produced by stirring the surface of the reaction solution by the first impeller was improved Respectively.
따라서, 본 발명은 일 관점에서, 원료공급부, 기체배출구, 액체배출구 및 교반수단을 포함하는 무수당 알코올의 생산과 증류를 동시에 수행하는 연속 반응기에 있어서, 상기 교반수단은 (i) 회전모터에 의해 회전되는 임펠러 축; (ii) 상기 임펠러 축의 중단부에 설치되며, 임펠러의 회전에 따라 수직방향으로 회전하는 제1임펠러; 및 (iii) 상기 임펠러 축의 하단부에 위치하여 임펠러의 회전에 따라 수평방향으로 회전하는 제2임펠러를 구비하는 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 생산과 증류를 동시에 수행하는 연속 반응기에 관한 것이다.Therefore, in one aspect of the present invention, there is provided a continuous reactor for simultaneously performing the production and distillation of an alcohol-free alcohol including a raw material supply portion, a gas outlet, a liquid outlet and a stirring means, wherein the stirring means comprises: (i) A rotating impeller shaft; (ii) a first impeller installed at a middle portion of the impeller shaft and rotating in a vertical direction in accordance with the rotation of the impeller; And (iii) a second impeller positioned at a lower end of the impeller shaft and rotating in a horizontal direction in accordance with the rotation of the impeller.
본 발명에 있어서, 상기 기체배출구로는 반응을 통해 생성된 물과 무수당 알코올이 기상으로 배출되는 것을 특징으로 할 수 있다. 또한 상기 액체배출구로는 주로 부반응물(Heavy Residues)이 배출되며, 미반응 당 알코올과 완전히 기화되지 못한 무수당 알코올 및 물 등이 함께 배출될 수 도 있다.In the present invention, the gas outlet may be characterized in that water produced by the reaction and alcohol-free alcohol are discharged into the gas phase. In addition, heavy residues are mainly discharged to the liquid outlet, and unreacted alcohol and anhydrous alcohol and water which are not fully vaporized may be discharged together.
본 발명에 있어서, 상기 제1임펠러(220)는 표면에 다수의 홈(221)이 형성되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다. 제1임펠러(220)는 반응기 내에 채워진 원료의 상층부에 위치하는 것이 바람직하지만 이에 제한되는 것은 아니다. 제1임펠러(220)는 임펠러 축(210)과 직교하는 축을 중심으로 회전하게 되며, 이에 따라 원료의 상층부를 지속적으로 교반하게 되어(Surface Renewal) 원료가 반응하여 생성되는 무수당알코올이 쉽게 기화될 수 있도록 한다. 이때 제1임펠러(220)의 표면에는 다수의 홈(221)이 형성되어 있어 제1임펠러(220)의 표면적을 늘려주어 무수당 알코올의 기화가 더욱 빠르게 하는 것이 바람직하다. In the present invention, the
본 발명에 있어서, 상기 제1임펠러(220)는 내부에 전기적 가열수단(222)이 설치되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다. 반응기 내부는 150℃이상의 고온과 200torr이하의 저압 조건이 유지되므로 생성되는 무수당알코올은 자연적으로 증발하게 된다. 하지만 증발의 효율을 높이기 위하여 제1임펠러는 내부에 전기적 가열수단(222)을 설치하는 것이 바람직하다. 이때 상기 표면적을 늘려주는 다수의 홈은 무수당 알코올이 접촉되는 임펠러의 표면적을 늘려주는 역할을 하므로 열에 의한 증발이 더욱 쉬워지게 하는 역할을 할 수 있다.In the present invention, the
본 발명에 있어서, 상기 기체배출구(120)는 반응용액의 배출을 방지하는 반응용액 차단수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 감압조건에서 당 알코올을 반응시키는 경우 생성되는 무수당 알코올과 물이 빠르게 기화하면서 비등현상이 발생한다. 이러한 비등현상으로 인하여 반응용액의 일부가 기체배출구를 통하여 배출(310)되어 생성물의 농도가 저하될 수 있다. 또한 제1임펠러의 회전에 의하여 일부 액체가 기체배출구 쪽으로 비산(310)되어 배출될 수 있다. 이러한 현성을 방지하기 위하여 기체배출구에는 제1임펠러에 의해 비산되거나 비등되는 액체를 생성증기와 분리하는 반응용액 차단 수단을 설치하는 것이 바람직하다. 이때 반응용액 차단 수단은 기체와 액체를 분리하는 수단은 제한없이 사용가능하지만, 바람직하게는 기체배출구를 가릴 수 있는 가림판(300)이나 사이클론 분리기를 사용할 수 있다.In the present invention, the
본 발명에 있어서, 상기 제1임펠러(220)는 임펠러 축과 웜기어, 직선 베벨기어, 스파이럴 베벨기어 또는 헬리컬 베벨기어로 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다. 직교하는 두 개의 축 사이에서 회전을 전달하기 위하여 일반적으로 웜기어나 베벨기어가 사용된다. 특히 베벨기어는 맞물림의 종류에 따라 직선 베벨기어, 스파이럴 베벨기어 또는 헬리컬 베벨기어로 구별되며, 본 발명에서는 임펠러축의 회전을 제1임펠러에 전달하기 위하여 웜기어, 직선 베벨기어, 스파이럴 베벨기어 또는 헬리컬 베벨기어를 사용하는 것이 바람직하다. 이때 제1임펠러는 양측면으로 한쌍이 설치되며, 하부에는 제2임펠러가 연결되므로 수평으로 배열된 기어 2조와 수직으로 배열된 기어 2조의 조합으로 구성되는 것이 바람직하다.In the present invention, the
본 발명에 있어서, 상기 임펠러는 제2임펠러(230)의 하부에 설치되며, 반응기 바닥면의 점도가 높은 부반응물(Heavy Residues)을 긁어내는 수단(240)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 감압반응에 의하여 무수당 알코올을 제조하게 되면, 점도가 높은 폴리머나 탄수화물과 같은 부반응물이 생성된다. 이러한 부반응물은 반응기 하부의 액체배출구로 배출된다. 하지만 부반응물은 유동성이 낮아 원활한 배출이 어려우므로 반응기 바닥면의 점도가 높은 부반응물을 긁어내는 수단을 사용하여 부반응물을 배출하는 것이 바람직하다. 이때 부반응물을 긁어내는 수단은 반응기 바닥과 접촉되는 하단부가 고온에서 안정한 실리콘 또는 플라스틱으로 제작(241)되어 반응기 바닥의 손상을 방지하는 것이 바람직하다. 또한 이 부반응물을 긁어내는 수단은 반응기 내부 바닥의 곡선을 따라 움직이도록 하며, 반응기의 바닥면과 간격을 최소화 하는 것이 바람직하다.In the present invention, the impeller may further include means (240) disposed at the lower portion of the second impeller (230) for scraping heavy residues having a high viscosity on the bottom surface of the reactor have. When a non-hydrogenated alcohol is prepared by a depressurization reaction, a side reaction product such as a polymer or a carbohydrate having a high viscosity is produced. These side reactants are discharged to the liquid outlet at the lower portion of the reactor. However, since the non-reactant has low fluidity, it is difficult to discharge it smoothly. Therefore, it is preferable to discharge the non-reactant using a means for scraping the highly viscous non-reactant on the bottom surface of the reactor. At this time, the means for scraping off the by-products is preferably made of silicon or plastic (241) at the lower end which is in contact with the bottom of the reactor and is stable at a high temperature to prevent the bottom of the reactor from being damaged. It is also preferred that the means for scraping off the by-products move along the curve of the bottom of the reactor and minimize the spacing from the bottom of the reactor.
본 발명에 있어서, 상기 부반응물을 긁어내는 수단은 반응기 바닥면을 따라 반응기 벽면까지 연장되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다. 부반응물을 반응기의 바닥부분에 주로 형성 되지만, 반응기의 벽면에도 형성되어 임펠러의 회전을 방해하므로, 부반응물을 긁어내는 수단은 반응기 바닥을 따라 반응기 벽면까지 연장되어 있는 것이 바람직하다. 또한 부반응물을 긁어내는 수단에는 반응기의 바닥과 벽면에 근접한 부분에 돌출부를 가지고 있어, 반응기의 내면과 더욱 가깝게 위치할 수 있으며, 반응기 내면에 부반응물이 침전되면 상기 돌출부에 의하여 더욱 효과적으로 긁어내는 것이 바람직하다.In the present invention, the means for scraping the side reactant may extend along the bottom surface of the reactor to the reactor wall surface. The secondary reactant is mainly formed in the bottom portion of the reactor, but it is also formed on the wall surface of the reactor and interferes with the rotation of the impeller, so that the means for scraping the side reactant preferably extends to the reactor wall along the bottom of the reactor. Further, the means for scraping off the by-products includes a protrusion at a portion close to the bottom and the wall surface of the reactor, so that it can be positioned closer to the inner surface of the reactor and more effectively scraped off by the protrusion when the side reactants are precipitated on the inner surface of the reactor desirable.
본 발명에 있어서, 상기 반응기는 스팀 또는 생성물의 일부를 반응기로 공급하는 제2공급부(140)를 추가로 구비하는 것을 특징으로 할 수 있다. 공급되는 스팀은 반응기내부에서 생성되는 무수당 알코올의 증발을 도우며, 반응기 내부의 온도를 유지시키는 역할을 한다. 또한 생성물의 일부를 재순환시켜 생성되는 무수당 알코올의 순도를 높일 수 있다. 이때 제2공급부의 반응기 내부에는 스파져가 장착되어 있어, 공급되는 스팀과 생성물의 일부는 스파저를 이용하여 반응기 내부에 균일하게 공급되도록 하는 것이 바람직하다. 아울러 원료가 공급되는 원료공급부의 반응기 내부 또한 스파저가 장착되어 있는 것이 바람직하다.In the present invention, the reactor may further include a
본 발명에 있어서, 상기 원료는 당 알코올 및 산촉매인 것을 특징으로 할 수 있다. 당 알코올을 무수당 알코올로 전환하는 과정에서 산촉매가 사용된다. 기존의 연속 반응에서는 고체산 촉매를 이용하여 촉매의 휘발에 의한 손실을 방지하고 있지만, 본 발명에서는 반응과 동시에 증발되는 무수당 알코올에 비하여 높은 온도의 끓는점(B.P)을 가지는 촉매를 이용하여 증발에 의한 손실을 최소화 한다. 따라서 상기 산촉매는 10mmHg에서 끓는점에 160℃이상이고, pKa가 3.0~3.0이며, 원료와 동질상으로 반응하는 것이 바람직하다. In the present invention, the raw material may be characterized by being a sugar alcohol and an acid catalyst. An acid catalyst is used in the conversion of the sugar alcohol to the alcohol free alcohol. In the conventional continuous reaction, a solid acid catalyst is used to prevent the loss due to the volatilization of the catalyst. However, in the present invention, a catalyst having a higher boiling point (BP) than that of anhydrous alcohol To minimize losses due to Therefore, it is preferable that the acid catalyst has a boiling point of at least 160 ° C at 10 mmHg, a pKa of 3.0 to 3.0, and reacts with the raw material in a homogeneous manner.
본 발명에 적합한 촉매는 하기와 같은 조건을 만족한다.The catalyst suitable for the present invention satisfies the following conditions.
(a) 끓는점(boiling point)(a) Boiling point
반응 중 촉매의 증발 없이 촉매 활성을 유지하기 위하여 아이소소바이드(160℃ at 10mmHg)보다 높은 끓는점을 가진 촉매를 선정한다. 즉, 10mmHg에서의 끓는점이 160℃ 이상이다.To maintain the catalytic activity without catalyst evaporation during the reaction, a catalyst having a boiling point higher than isosoboid (160 ° C at 10 mmHg) is selected. That is, the boiling point at 10 mmHg is 160 캜 or higher.
(b) 산도(acidity, pKa)(b) acidity (pKa)
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 acidity suitable for reducing the formation of byproducts such as polymers or coke at high temperature reaction conditions is used. The pKa range for the yield increase is -3.0 < pKa < 3.0, preferably the range is -2.0 < pKa < 2.5 and more preferably the range is -1.0 < pKa <
(3) 동질상(homogeneous phase)(3) homogeneous phase
촉매와 피드(feed) 간의 접촉 효율을 증가시키고, 반응 조건에서 동질상(homogeneous phase)으로 반응하며, 촉매의 증발 없이 그 활성이 유지되는 촉매를 사용한다. 그러기 위해서는 녹는점이 180℃ 이하일 수 있으며, 바람직하게는 160℃ 이하이고, 더욱 바람직하게는 140℃ 이하이며, 더욱 더 바람직하게는 120℃ 이하이다.A catalyst is used which increases the contact efficiency between the catalyst and the feed, reacts in a homogeneous phase under the reaction conditions, and maintains its activity without evaporation of the catalyst. For this purpose, the melting point may be 180 占 폚 or lower, preferably 160 占 폚 or lower, more preferably 140 占 폚 or lower, even more preferably 120 占 폚 or lower.
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℃이고, 1-나프탈렌 설폰산은 pKa=0.17, m.p.=90℃, b.p.=392℃이다.The catalyst may be naphthalenesulfonic acid. Specific compounds of naphthalenesulfonic acid include 2-naphthalenesulfonic acid or 1-naphthalenesulfonic acid, and these compounds are isomers which are formed by sulfonation of naphthalene. The 2-naphthalenesulfonic acid has pKa = 0.27, m.p. = 91 ° C, b.p. = 391.6 ° C, and 1-naphthalenesulfonic acid has pKa = 0.17, m.p. = 90 ° C and b.p. = 392 ° C.
본 발명에 있어서, 상기 제1임펠러 및 제2임펠러는 각각 2~5개 설치되는 것을 특징으로 할 수 있다. 제1임펠러는 표면을 교반하는 역할을 하며, 제2임펠러는 원료를 교반하는 역할을 한다. 따라서 반응기의 크기와 용량에 따라 2~5개를 설치하는 것이 바람직하다. 이때 제1임펠러와 제2임펠러는 하나의 임펠러 축에 상하로 설치할 수 있으며, 여러 개의 임펠러 축에 각각 설치하는 것 역시 가능하다.
In the present invention, the number of the first impeller and the number of the second impeller are two to five, respectively. The first impeller serves to stir the surface, and the second impeller serves to stir the raw material. Therefore, it is preferable to install 2 to 5 depending on the size and capacity of the reactor. At this time, the first impeller and the second impeller can be installed vertically on one impeller shaft, and it is also possible to install the first impeller and the second impeller on a plurality of impeller shafts, respectively.
본 발명은 다른 관점에서, 촉매의 존재 하에서 당 알코올을 탈수시켜 무수당 알코올을 제조하는 방법에 있어서, 상기 연속 반응기를 이용하는 것을 특징으로 하는 연속 반응과 증류의 동시 수행을 통한 무수당 알코올의 제조방법에 관한 것이다.In another aspect of the present invention, there is provided a process for preparing an alcohol-free alcohol by dehydrating sugar alcohol in the presence of a catalyst, wherein the continuous reactor is used to produce an alcohol-free alcohol .
본 발명에 따른 무수당 알코올의 제조방법은 (a) 당 알코올과 산촉매를 반응기로 투입하는 단계; (b) 제1임펠러를 가열하며, 임펠러 축을 회전시켜 제1임펠러 및 제2임펠러를 회전시켜 반응물을 교반하는 단계; (c) 가열된 제1임펠러에 의하여 증발되는 생성물을 기체배출구에서 회수하는 단계; 및 (d) 고점도의 부반응물을 액체배출구에서 배출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The method for preparing an alcohol-free alcohol according to the present invention comprises the steps of: (a) feeding a sugar alcohol and an acid catalyst into a reactor; (b) heating the first impeller, rotating the impeller shaft to rotate the first impeller and the second impeller, and stirring the reactant; (c) recovering the product evaporated by the heated first impeller at the gas outlet; And (d) discharging the highly viscous byproduct from the liquid outlet.
본 발명에 있어서, 상기 원료는 당 알코올 및 산촉매인 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the raw material may be characterized by being a sugar alcohol and an acid catalyst.
본 발명에 있어서, 상기 산촉매는 10mmHg에서 끓는점에 160℃이상이고, pKa가 3.0~3.0이며, 원료와 동질상으로 반응하는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the acid catalyst may have a boiling point of at least 160 ° C at 10 mmHg, a pKa of 3.0 to 3.0, and reacting with the raw material in a homogeneous state.
본 발명에 있어서, 상기 산촉매는 나프탈렌설폰산(Naphthalenesulfonic Acid, NAS)인 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the acid catalyst may be a naphthalenesulfonic acid (NAS).
본 발명에 있어서, 상기 (c) 단계에서 회수된 생성물을 반응기로 재순환시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 생성된 무수당 알코올을 반응기로 재공급하여 반응기 내의 무수당 알코올의 함량을 높이는 경우 고순도의 무수당 알코올의 생산이 가능하다. 따라서 생성물의 일부를 재순환 시켜 무수당 알코올을 순도를 높이는 것이 바람직하며, 이때 스팀을 추가로 공급하여 반응기 내부의 온도를 유지하고, 무수당 알코올의 증발을 돕는 것이 더욱 바람직하다.
In the present invention, it may further comprise the step of recycling the product recovered in the step (c) to the reactor. It is possible to produce high-purity alcohol-free alcohol when the produced alcohol-free alcohol is fed back to the reactor to increase the content of alcohol-free alcohol in the reactor. Therefore, it is preferable to increase the purity of the alcohol without reacting with a part of the product by recycling part of the product. It is more preferable to further supply steam to maintain the temperature inside the reactor and to help evaporate alcohol without alcohol.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 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 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to specific embodiments thereof, those skilled in the art will appreciate that such specific embodiments are merely preferred embodiments and that the scope of the present invention is not limited thereto will be. Accordingly, the actual scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.
100 : 반응기 110 : 원료공급부
120 : 기체배출구 130 : 액체배출구
140 : 제2공급부 200 : 구동수단
210 : 임펠러 축 220 : 제1임펠러
221 : 제1임펠러 홈 222 : 전기적 가열수단
230 : 제2임펠러
240 : 부반응물을 긁어주는 수단
241 : 부반응물을 긁어주는 수단의 하단부 실리콘 또는 플라스틱
300 : 가림판 310 : 비산되는 반응용액100: Reactor 110: Feedstock
120: gas outlet 130: liquid outlet
140: second supply unit 200: driving means
210: impeller shaft 220: first impeller
221: first impeller groove 222: electric heating means
230: second impeller
240: scraping means for scraping off secondary reactants
241: Lower part of the means for scraping the secondary reactant Silicon or plastic
300: blocking plate 310: scattering reaction solution
Claims (25)
상기 교반수단은 (i) 구동수단에 의해 회전되는 임펠러 축; (ii) 상기 임펠러 축의 중단부에 설치되며, 임펠러의 회전에 따라 수직방향으로 회전하는 제1임펠러; 및 (iii) 상기 임펠러 축의 하단부에 위치하여 임펠러의 회전에 따라 수평방향으로 회전하는 제2임펠러를 구비하는 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 생산과 증류를 동시에 수행하는 연속 반응기.
In a continuous reactor which simultaneously performs the production and distillation of anhydrous alcohol including a raw material supply portion, a gas outlet portion, a liquid outlet portion and an agitating means,
The stirring means includes (i) an impeller shaft rotated by the driving means; (ii) a first impeller installed at a middle portion of the impeller shaft and rotating in a vertical direction in accordance with the rotation of the impeller; And (iii) a second impeller positioned at a lower end of the impeller shaft and rotating in a horizontal direction in accordance with the rotation of the impeller.
The continuous reactor according to claim 1, wherein the first impeller has a plurality of grooves formed on a surface thereof.
The continuous reactor according to claim 1, wherein the first impeller is provided with an electric heating means therein.
The continuous reactor according to claim 1, wherein the gas outlet further comprises reaction solution blocking means for preventing the discharge of the reaction solution.
5. The continuous reactor according to claim 4, wherein the reaction solution blocking means is a closure plate or a cyclone.
The continuous reactor according to claim 1, wherein the first impeller is connected to the impeller shaft by a worm gear, a straight bevel gear, a spiral bevel gear, or a helical bevel gear.
7. The method of claim 6, wherein the straight bevel gear, the spiral bevel gear, or the helical bevel gear comprises a combination of two horizontally arranged gears and two vertically arranged gears. A continuous reactor performing.
제2임펠러의 하부에 설치되며, 반응기 바닥면의 점도가 높은 부반응물을 긁어내는 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 생산과 증류를 동시에 수행하는 연속 반응기.
The method according to claim 1,
And further comprises a means for scraping up the viscous high-reactivity material on the bottom surface of the reactor, provided downstream of the second impeller.
9. The continuous reactor according to claim 8, wherein the means for scraping off the byproducts comprises the production of distilled alcohol without distillation and the distillation simultaneously with the production of distilled alcohol.
9. The continuous reactor according to claim 8, wherein the means for scraping the side reactant extends along the bottom surface of the reactor to the reactor wall surface.
11. The continuous reactor according to claim 10, wherein the means for scraping off the byproducts comprises a plurality of protrusions in the vicinity of the bottom and the wall of the reactor.
The continuous reactor according to claim 1, wherein the reactor further comprises a second supply unit for supplying steam or a part of the product to the reactor at the other side of the lower end.
The continuous reactor according to claim 1, wherein a sparger is installed inside the reactor of the raw material supply unit.
13. The continuous reactor according to claim 12, wherein a sparger is mounted inside the reactor of the second supply part.
The continuous reactor according to claim 1, wherein the raw material is a sugar alcohol and an acid catalyst.
16. The continuous reactor according to claim 15, wherein the acid catalyst has a boiling point of at least 160 DEG C at 10 mmHg and a pKa of 3.0 to 3.0, and is reacted with the raw material in a homogeneous manner.
16. The continuous reactor according to claim 15, wherein the acid catalyst is naphthalenesulfonic acid (NAS).
16. The method according to claim 1 or 15, wherein the raw material supply unit is provided with a sugar alcohol supply unit and a catalyst supply unit, or a sugar alcohol supply unit and a catalyst supply unit are separately provided. Continuous reactor.
A process for producing anhydrosugar alcohol by dehydrating sugar alcohol in the presence of a catalyst, characterized by using a continuous reactor which simultaneously performs the production and distillation of anhydrosugar alcohol according to any one of claims 1 to 18 A process for the production of anhydrosugar alcohol by simultaneous reaction and distillation.
다음의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 반응과 증류의 동시 수행을 통한 무수당 알코올의 제조방법:
(a) 원료를 반응기로 투입하는 단계;
(b) 제1임펠러를 가열하며, 임펠러 축을 회전시켜 제1임펠러 및 제2임펠러 를 회전시켜 반응물을 교반하는 단계;
(c) 증발되는 생성물을 기체배출구에서 회수하는 단계; 및
(d) 고점도의 부반응물을 액체배출구에서 배출하는 단계.
20. The method of claim 19,
A process for the production of anhydrosugar alcohol by simultaneous sequential reaction and distillation comprising the steps of:
(a) feeding a raw material into a reactor;
(b) heating the first impeller, rotating the impeller shaft to rotate the first impeller and the second impeller, and stirring the reactant;
(c) recovering the product to be evaporated at the gas outlet; And
(d) discharging a high-viscosity byproduct from the liquid outlet.
21. The process according to claim 20, wherein the starting material is a sugar alcohol and an acid catalyst.
The process according to claim 21, wherein the acid catalyst has a boiling point of 160 ° C or more at 10 mmHg and a pKa of 3.0 to 3.0, and reacts with the raw material in a homogeneous manner. Way.
22. The method of claim 21, wherein the acid catalyst is a naphthalenesulfonic acid (NAS).
21. The method of claim 20, further comprising recycling a portion of the product recovered in step (c) to the reactor.
25. The process according to claim 24, wherein the steam is further fed in the recycle step.
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