KR20220061745A - Method for vaporizing lactic acid, and method for preparing acrylic acid from lactic acid - Google Patents

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KR20220061745A
KR20220061745A KR1020200148082A KR20200148082A KR20220061745A KR 20220061745 A KR20220061745 A KR 20220061745A KR 1020200148082 A KR1020200148082 A KR 1020200148082A KR 20200148082 A KR20200148082 A KR 20200148082A KR 20220061745 A KR20220061745 A KR 20220061745A
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정회인
임용오
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Abstract

The present specification relates to a lactic acid vaporization method, a lactic acid vaporization apparatus, and a method for preparing acrylic acid from lactic acid. According to the lactic acid vaporization method and apparatus of the present invention, the content of lactic acid oligomers can be reduced and the content of lactic acid single molecules can be increased within a short period of time. The lactic acid vaporization method includes a step of mixing and spraying liquid phased first stream including a lactic acid aqueous solution and gas phased second stream including vapor; a step of vaporizing the lactic acid aqueous solution; and a step of obtaining gas phased third stream including lactic acid single molecules.

Description

젖산 기화 방법, 및 아크릴산 제조 방법{METHOD FOR VAPORIZING LACTIC ACID, AND METHOD FOR PREPARING ACRYLIC ACID FROM LACTIC ACID}Lactic acid vaporization method, and acrylic acid production method

본 명세서는 젖산 기화 방법, 및 젖산으로부터 아크릴산을 제조하는 제조 방법에 관한 것이다. The present specification relates to a method for vaporizing lactic acid, and a method for preparing acrylic acid from lactic acid.

젖산은 락트 산, 유산이라고도 불리며, 분자 내에 히드록시 그룹과 카르복실 그룹을 모두 포함하는 비교적 간단한 구조의 유기산이다. Lactic acid, also called lactic acid or lactic acid, is an organic acid with a relatively simple structure that contains both a hydroxy group and a carboxyl group in a molecule.

젖산은 전통적으로는 주로 락토오스나 글루코오스 등의 발효 과정에서 자연적으로 생성되어, 발효 식품의 풍미를 향상시키는 역할을 하였으며, 인체에 독성이 없어 향미제, 보존제, pH 조절제, 등의 식품 분야, 보습제, 피부미백제, 등의 미용 분야, 또는 정맥주사액, 투석액, 칼슘제 등의 의료 분야에서 다양하게 사용되어 왔다. Lactic acid is traditionally mainly produced naturally during the fermentation process of lactose or glucose, and has played a role in improving the flavor of fermented foods. It has been used variously in the cosmetic field, such as a skin whitening agent, or in the medical field, such as an intravenous solution, a dialysis solution, and a calcium agent.

최근, 젖산 고분자, 폴리락타이드는 생분해성이 있어, 석유로부터 제조되는 폴리올레핀, 폴리스티렌, 폴리에스터 등, 자연적으로 분해가 되지 않는 플라스틱을 대체할 수 있는 친환경 대체 고분자로 관심이 높아지고 있으며, 또한, 공업적으로 매우 중요하게 여겨지는 아크릴 산의 전구 물질로도 높은 관심을 받고 있다. Recently, lactic acid polymer and polylactide are biodegradable, so interest is increasing as an eco-friendly alternative polymer that can replace plastics that are not naturally decomposed, such as polyolefin, polystyrene, and polyester manufactured from petroleum. It is also receiving high attention as a precursor of acrylic acid, which is considered to be very important.

젖산은 주로 미생물발효나 화학 합성 방법에 의해 제조할 수 있는데, 최근에는, 옥수수 등의 전분 계열 바이오매스, 사탕수수 등의 설탕 계열 바이오매스, 또는 목본이나 초본성 식물로부터 얻어지는 셀룰로오스 계열 바이오매스 등, 바이오매스 자원을 원료로 하여 젖산을 제조하는 방법들이 연구되고 있다. Lactic acid can be mainly produced by microbial fermentation or chemical synthesis. Recently, starch-based biomass such as corn, sugar-based biomass such as sugar cane, or cellulose-based biomass obtained from woody or herbaceous plants, etc., Methods for producing lactic acid using biomass resources as raw materials are being studied.

이렇게 얻어진 젖산은, 생산 이후 보관이나 유통 과정에서 보통 높은 농도로 농축되어 보관되는데, 분자 내에 히드록시 그룹과 카르복실 그룹을 모두 포함하는 젖산 분자 특유의 구조적 특징으로 인하여 2량체(dimer) 구조를 형성하거나, 물 분자가 제거되어 탈수 축합된 형태의 올리고머를 형성하는 경우가 많다. Lactic acid obtained in this way is usually concentrated and stored at a high concentration during storage or distribution after production. Alternatively, water molecules are removed to form an oligomer in the form of dehydration condensation.

이런 2량체 화 혹은 올리고머 화에 의해 다량의 젖산이 손실되는데, 올리고머 화 된 젖산은, 젖산을 이용한 화학 반응 반응에서 부산물 발생량을 늘리고, 반응 과정에서 코킹을 형성하여, 반응의 효율을 크게 저하시키는 문제점이 있다. A large amount of lactic acid is lost by such dimerization or oligomerization, but the oligomerized lactic acid increases the amount of by-products generated in the chemical reaction using lactic acid and forms coking in the reaction process, which greatly reduces the efficiency of the reaction. There is this.

따라서, 농축 보관된 젖산을 젖산 그 자체로 이용하거나 다른 화학 반응에 투입할 때에는 젖산 올리고머의 함량을 줄일 필요가 있는데, 젖산과 젖산 올리고머 사이의 화학 평형은 젖산의 농도, 즉 젖산과 물의 상대적 함량 비율, 및 온도만 관여하는 것으로 알려져 있고, 그 평형 이동 속도가 매우 느리기 때문에, 농축된 젖산을 사용하기 위한 전처리 방법, 즉, 피드 내 젖산 올리고머의 함량을 줄이고, 젖산 단 분자의 함량을 높이는 방법에 대한 관심이 높아지고 있다. Therefore, it is necessary to reduce the content of lactic acid oligomers when using concentrated and stored lactic acid as lactic acid itself or adding it to other chemical reactions. , and temperature are known to be involved, and since the equilibrium transfer rate is very slow, a pretreatment method for using concentrated lactic acid, that is, a method for reducing the content of lactic acid oligomers in the feed and increasing the content of lactate single molecules. Interest is growing.

본 명세서는 단 시간 내에 젖산 올리고머의 함량을 줄이고, 젖산 단 분자의 함량을 높일 수 있는 젖산 기화 방법을 제공하고자 한다. An object of the present specification is to provide a lactic acid vaporization method capable of reducing the content of lactic acid oligomers and increasing the content of single lactic acid molecules within a short time.

또한, 본 명세서는 상기 기화된 젖산으로부터 아크릴산을 제조하는 방법을 제공하고자 한다. In addition, the present specification is to provide a method for producing acrylic acid from the vaporized lactic acid.

본 명세서는, 젖산 수용액을 포함하는 액상(Liquid phase)의 제1 스트림 및 수증기를 포함하는 기상(gas phase)의 제2 스트림을 혼합 분무하는 단계; Herein, the mixing spraying of a first stream of a liquid phase containing an aqueous lactic acid solution and a second stream of a gas phase containing water vapor;

상기 제1 스트림 및 제2 스트림 사이의 열 교환을 통해 젖산 수용액을 기화하는 단계; 및 vaporizing the aqueous lactic acid solution through heat exchange between the first stream and the second stream; and

젖산 단 분자를 포함하는 기상의 제3 스트림을 수득하는 단계를 포함하는, obtaining a third stream of gaseous phase comprising short molecules of lactic acid;

젖산 기화 방법을 제공한다. A method for vaporizing lactic acid is provided.

발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 스트림에 포함된 상기 젖산 수용액은 젖산 농도가 약 40 내지 약 99 wt%, 약 45 wt% 이상, 또는 약 50 wt% 이상, 또는 약 60 wt% 이상, 또는 약 70 wt% 이상, 또는 약 75 wt% 이상일 수 있고, 약 99 wt% 이하, 약 95 wt% 이하, 또는 약 90 wt% 이하, 또는 약 85 wt% 이하로, 고농도로 농축된 것일 수 있다. According to one embodiment of the invention, the lactic acid aqueous solution included in the first stream has a lactic acid concentration of about 40 to about 99 wt%, about 45 wt% or more, or about 50 wt% or more, or about 60 wt% or more, or about 70 wt% or more, or about 75 wt% or more, and about 99 wt% or less, about 95 wt% or less, or about 90 wt% or less, or about 85 wt% or less, and may be highly concentrated. .

그리고, 상기 제1 스트림에 포함된 상기 젖산 수용액 중 다량체의 농도, 즉, 젖산 2량체 또는 3량체 이상의 젖산 올리고머의 농도는 약 2 내지 약 55 wt%, 또는 약 2 wt% 이상, 또는 약 5% 이상, 또는 약 7 wt% 이상, 또는 약 8 wt% 이상일 수 있고, 약 55 wt% 이하, 또는 약 40wt% 이하, 또는 약 20 wt% 이하로, 다량체의 함량이 상대적으로 높은 것일 수 있다. And, the concentration of the multimer in the aqueous lactic acid solution included in the first stream, that is, the concentration of the lactic acid dimer or trimer or more of the lactic acid oligomer is about 2 to about 55 wt%, or about 2 wt% or more, or about 5 % or more, or about 7 wt% or more, or about 8 wt% or more, about 55 wt% or less, or about 40 wt% or less, or about 20 wt% or less, the content of the multimer may be relatively high .

발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 제1 스트림의 온도는 약 10 내지 약 300 ℃, 바람직하게는 약 10 ℃ 이상, 또는 약 15 ℃ 이상, 또는 약 50 ℃ 이상일 수 있고, 약 300 ℃ 이하, 또는 약 250 ℃ 이하, 또는 약 200 ℃ 이하일 수 있다. According to another embodiment of the invention, the temperature of the first stream may be about 10 to about 300 °C, preferably about 10 °C or more, or about 15 °C or more, or about 50 °C or more, and about 300 °C or less, or about 250° C. or less, or about 200° C. or less.

그리고, 상기 제2 스트림의 온도는 약 200 내지 약 600 ℃, 바람직하게는 약 250 ℃ 이상, 또는 약 300 ℃ 이상, 또는 약 350 ℃ 이상, 또는 약 400 ℃ 이상일 수 있고, 약 600 ℃ 이하, 또는 약 550 ℃ 이하, 또는 약 530 ℃ 이하일 수 있다. And, the temperature of the second stream may be from about 200 to about 600 °C, preferably from about 250 °C or more, or about 300 °C or more, or about 350 °C or more, or about 400 °C or more, and about 600 °C or less, or about 550 °C or less, or about 530 °C or less.

이 때, 상기 제2 스트림과 상기 제1 스트림의 온도 차는 약 200 ℃ 이상, 또는 약 250 ℃ 이상이고, 약 500 ℃ 이하, 또는 약 450 ℃ 이하인 것이 바람직할 수 있다. In this case, the temperature difference between the second stream and the first stream may be about 200 °C or more, or about 250 °C or more, and it may be preferably about 500 °C or less, or about 450 °C or less.

발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 제1 스트림은, 0.05 g/min 내지 1.5 g/min의 유량으로 분무될 수 있고, 그 하한 값은 약 0.05 g/min 이상, 또는 약 0.1 g/min 이상, 또는 약 0.15 g/min 이상, 또는 약 0.18 g/min 이상인 것이 바람직할 수 있으며, 그 상한 값은 약 1.5 g/min 이하, 또는 약 1.0 g/min 이하, 또는 약 0.8 g/min 이하인 것이 바람직할 수 있다. According to another embodiment of the invention, the first stream may be sprayed at a flow rate of 0.05 g/min to 1.5 g/min, and the lower limit thereof is about 0.05 g/min or more, or about 0.1 g/min or more. , or about 0.15 g/min or more, or about 0.18 g/min or more, and the upper limit thereof is preferably about 1.5 g/min or less, or about 1.0 g/min or less, or about 0.8 g/min or less. can do.

그리고, 상기 제2 스트림은, 0.1 g/min 내지 4.0 g/min 의 유량으로 분무될 수 있고, 그 하한 값은 약 0.1 g/min 이상, 또는 약 0.2 g/min 이상, 또는 약 0.3 g/min 이상인 것이 바람직할 수 있으며, 그 상한 값은 약 4.0 g/min 이하, 또는 약 3.0 g/min 이하, 또는 약 2.0 g/min 이하인 것이 바람직할 수 있다. And, the second stream may be sprayed at a flow rate of 0.1 g/min to 4.0 g/min, and the lower limit thereof is about 0.1 g/min or more, or about 0.2 g/min or more, or about 0.3 g/min. or more, and the upper limit thereof may preferably be about 4.0 g/min or less, or about 3.0 g/min or less, or about 2.0 g/min or less.

이 때, 상기 혼합 분무 단계에서 제1 스트림 유량 : 제2 스트림 유량은 약 1 : 1.5 내지 약 1: 5인 것이 바람직할 수 있다. In this case, in the mixing spraying step, the first stream flow rate: the second stream flow rate may be preferably about 1: 1.5 to about 1: 5.

한편, 본 명세서는, On the other hand, this specification,

젖산 수용액을 포함하는 제1 스트림을 공급하는 피드 공급부;a feed supply unit for supplying a first stream comprising an aqueous lactic acid solution;

수증기를 포함하는 제2 스트림을 공급하는 수증기 공급부; a water vapor supply unit for supplying a second stream comprising water vapor;

상기 피드 공급부로부터 이송된 젖산 수용액 및 상기 수증기 공급부로부터 이송된 수증기가 혼합 분무되는, 분무부; a spray unit in which the lactic acid aqueous solution transferred from the feed supply unit and the water vapor transferred from the water vapor supply unit are mixed and sprayed;

혼합 분무 이후 젖산 수용액이 기화되는, 기화 반응부; 및 기화된 젖산 분자를 포함하는 제3 스트림을 수득하는, 수득부를 포함하는, After the mixed spray, the lactic acid aqueous solution is vaporized, the vaporization reaction unit; and an harvesting portion for obtaining a third stream comprising vaporized lactic acid molecules;

젖산의 기화 장치를 제공한다. A device for vaporizing lactic acid is provided.

이 때, 상기 분무부는, 상기 젖산 수용액이 분무되는 젖산 노즐 및 상기 수증기가 분무되는 수증기 노즐을 포함하여, 젖산 수용액과 수증기가 동시에 혼합 분무되는 형태일 수 있다. In this case, the spray unit may include a lactic acid nozzle to which the aqueous lactic acid solution is sprayed and a steam nozzle to which the water vapor is sprayed, in which the lactic acid aqueous solution and water vapor are mixed and sprayed at the same time.

한편, 본 명세서는, 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 방법에 따라 젖산을 기화하여 젖산 분자를 수득하는 단계; On the other hand, the present specification, according to any one of claims 1 to 7, the method comprising the steps of vaporizing lactic acid to obtain a molecule of lactic acid;

상기 젖산 분자를 탈수 반응시켜 아크릴산을 제조하는 단계; 및 producing acrylic acid by dehydrating the lactic acid molecules; and

상기 아크릴산을 수득하는 단계를 포함하는, Comprising the step of obtaining the acrylic acid,

아크릴산 제조 방법을 제공한다. A method for preparing acrylic acid is provided.

본 발명에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용되며, 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 목적으로만 사용된다. In the present invention, terms such as first, second, etc. are used to describe various components, and the terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 예시적인 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. In addition, the terminology used herein is used only to describe exemplary embodiments, and is not intended to limit the present invention.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.

본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 구성 요소 또는 이들을 조합을 설명하기 위한 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성 요소, 이들의 조합 또는 부가 가능성을 배제하는 것은 아니다. In the present specification, terms such as “comprise”, “comprising” or “have” are used to describe an embodied feature, number, step, component, or combination thereof, and include one or more other features, number, or step. , components, combinations or additions thereof are not excluded.

또한 본 명세서에 있어서, 각 층 또는 요소가 각 층들 또는 요소들의 "상에" 또는 "위에” 형성되는 것으로 언급되는 경우에는 각 층 또는 요소가 직접 각 층들 또는 요소들의 위에 형성되는 것을 의미하거나, 다른 층 또는 요소가 각 층 사이, 대상체, 기재 상에 추가적으로 형성될 수 있음을 의미한다. Also in this specification, when it is said that each layer or element is formed "on" or "over" each layer or element, it means that each layer or element is formed directly on each layer or element, or other It means that a layer or element may additionally be formed between each layer, on the object, on the substrate.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 하기에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태로 한정하는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention may have various changes and may have various forms, specific embodiments will be illustrated and described in detail below. However, this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, and should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

본 명세서에서, 젖산이라 함은, 다음 화학식으로 표현되는 화합물로, 본 명세서에서 따로 언급하지 않는 한, 젖산 이성질체, 자연적으로 발생할 수 있는 젖산 이량체 및 젖산 올리고머를 모두 포괄하는 개념으로 사용된다. As used herein, lactic acid is a compound represented by the following formula, and unless otherwise specified in the present specification, is used as a concept encompassing all of lactic acid isomers, naturally occurring lactic acid dimers, and lactic acid oligomers.

Figure pat00001
Figure pat00001

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명의 일 측면에 따르면, 젖산 수용액을 포함하는 액상(Liquid phase)의 제1 스트림 및 수증기를 포함하는 기상(gas phase)의 제2 스트림을 혼합 분무하는 단계; According to one aspect of the present invention, mixing spraying of a first stream of a liquid phase containing an aqueous lactic acid solution and a second stream of a gas phase containing water vapor;

상기 제1 스트림 및 제2 스트림 사이의 열 교환을 통해 젖산 수용액을 기화하는 단계; 및 vaporizing the aqueous lactic acid solution through heat exchange between the first stream and the second stream; and

젖산 단 분자를 포함하는 기상의 제3 스트림을 수득하는 단계를 포함하는, obtaining a third stream of gaseous phase comprising short molecules of lactic acid;

젖산 기화 방법을 제공한다. A method for vaporizing lactic acid is provided.

본 발명의 발명자들은, 고농도로 농축된 젖산 수용액을 수증기와 함께 혼합 분무하여, 직접 열 교환을 통해 기화시키는 경우, 젖산의 올리고머 농도를 매우 빠른 시간 내에 효율적으로 낮출 수 있다는 점을 발견하고, 본 발명을 완성하게 되었다. The inventors of the present invention have discovered that, when a highly concentrated aqueous lactic acid solution is mixed and sprayed with water vapor and vaporized through direct heat exchange, the oligomer concentration of lactic acid can be effectively lowered in a very short time, and the present invention was completed.

젖산은 아크릴 산의 제조에 많이 사용되는데, 젖산을 탈수하여 아크릴 산을 제조하는 경우, 기상 반응에 의해 진행되기 때문에, 젖산을 젖산 분자로 기화할 필요가 있다. Lactic acid is widely used in the production of acrylic acid. When acrylic acid is produced by dehydrating lactic acid, since it proceeds by a gas phase reaction, it is necessary to vaporize lactic acid into lactic acid molecules.

그러나, 전술한 바와 같이, 젖산은, 생산 이후 보관이나 유통 과정에서 보통 높은 농도로 농축되어 보관되는데, 분자 내에 히드록시 그룹과 카르복실 그룹을 모두 포함하는 젖산 분자 특유의 구조적 특징으로 인하여 2량체(dimer) 구조를 형성하거나, 물 분자가 제거되어 탈수 축합된 형태의 올리고머를 형성하는 경우가 많다. However, as described above, lactic acid is usually stored at a high concentration during storage or distribution after production. dimer) structure, or water molecules are removed to form an oligomer in the form of dehydration condensation.

이런 젖산 올리고머 분자는, 기화 단계 혹은 반응 단계에서 탄화되어 코킹을 형성하여, 반응 촉매의 활성 면적을 감소시킬 수 있고, 최종 생성물에도 부산물로 포함될 수 있으며, 무엇보다 젖산 올리고머의 존재로 인하여, 반응에 참여할 수 있는 단 분자 형태 젖산의 함량이 크게 줄어들기 때문에, 농축된 젖산 수용액 내에서 젖산 올리고머를 단 분자 형태로 전환하여, 올리고머의 함량을 낮추고, 젖산 단 분자의 함량을 증가시킬 필요가 있다. Such lactic acid oligomer molecules may be carbonized in the vaporization step or reaction step to form coking, thereby reducing the active area of the reaction catalyst, and may be included as a by-product in the final product. Since the content of lactic acid in the form of single molecules that can participate is greatly reduced, it is necessary to convert the lactic acid oligomer into a single molecule in the concentrated lactic acid aqueous solution to lower the content of the oligomer and increase the content of the single molecule lactate.

그러나, 높은 함량의 젖산 올리고머를 포함하는 농축된 젖산 수용액에 단순히 물을 첨가하여 농도를 묽히는 경우, 평형 이동 속도가 매우 느리기 때문에, 젖산 올리고머의 함량을 낮추는 데 매우 긴 시간이 소모된다. However, when the concentration is diluted by simply adding water to the concentrated aqueous solution of lactic acid containing a high content of lactic acid oligomers, the equilibrium movement speed is very slow, so it takes a very long time to lower the content of the lactic acid oligomers.

일반적으로는 이 시간을 단축시키기 위해, 약 80 wt% 이상 고농도의 젖산 수용액을 가열하여 기화시키는데, 젖산의 기화 효율이 물의 기화 효율보다 낮기 때문에, 물이 먼저 기화되고, 기상에서의 젖산의 비율은 약 20 wt%를 하회하게 된다. 이 경우, 물이 먼저 기화되면서, 남아있던 젖산 수용액의 농도가 더욱 높아지는데, 이에 따라 남은 젖산 수용액에서 올리고머의 농도 역시 더 상승하게 되어, 이를 위한 추가 처리 과정이 요구되는 문제점이 있다. In general, in order to shorten this time, a high concentration of lactic acid aqueous solution of about 80 wt% or more is heated and vaporized. Since the vaporization efficiency of lactic acid is lower than that of water, water is vaporized first, and the ratio of lactic acid in the gas phase It is less than about 20 wt%. In this case, as the water is vaporized first, the concentration of the remaining aqueous lactic acid solution is further increased. Accordingly, the concentration of the oligomer in the remaining aqueous lactic acid solution is also increased, so there is a problem that an additional treatment process is required for this.

이에, 본 발명의 측면에 따른 젖산의 기화 방법에서는, 젖산 수용액을 포함하는 액상(Liquid phase)의 제1 스트림 및 수증기를 포함하는 기상(gas phase)의 제2 스트림을 혼합 분무하는 단계; 상기 제1 스트림 및 제2 스트림 사이의 열 교환을 통해 젖산 수용액을 기화하는 단계; 및 젖산 단 분자를 포함하는 기상의 제3 스트림을 수득하는 단계를 포함한다. Accordingly, in the method for vaporizing lactic acid according to an aspect of the present invention, mixing and spraying a first stream of a liquid phase containing an aqueous lactic acid solution and a second stream of a gas phase containing water vapor; vaporizing the aqueous lactic acid solution through heat exchange between the first stream and the second stream; and obtaining a third stream of gaseous phase comprising short molecules of lactic acid.

즉, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 고농도의 젖산 수용액을 직접 가열하여 기화시키는 것이 아니라, 고농도의 젖산 수용액을 일종의 에어로졸 형태로 분무하되, 여기에 고온의 수증기를 함께 혼합 분무하여, 젖산의 농도를 낮추는 동시에, 에어로졸 형태로 분무된 고농도의 젖산과 수증기 사이에 빠른 열 교환을 통해 젖산을 기화시켜, 기화된 젖산 단 분자를 얻을 수 있게 된다. That is, according to one embodiment of the present invention, rather than directly heating and vaporizing a high-concentration aqueous lactic acid solution, a high-concentration aqueous lactic acid solution is sprayed in the form of an aerosol, but mixed and sprayed with high-temperature water vapor here, the concentration of lactic acid At the same time, it is possible to obtain vaporized lactic acid single molecules by vaporizing lactic acid through rapid heat exchange between water vapor and high concentration of lactic acid sprayed in an aerosol form.

그리고 상기 제3 스트림 내, 젖산의 농도는, 약 30 wt% 이하, 또는 약 25 wt% 이하, 또는 약 20 wt% 이하일 수 있고, 그 하한은 공정 조건에 따라 큰 의미가 없을 수 있으나 약 0.1 wt% 이상, 혹은 약 5 wt% 이상일 수 있다. And the concentration of lactic acid in the third stream may be about 30 wt% or less, or about 25 wt% or less, or about 20 wt% or less, and the lower limit thereof may not have much meaning depending on process conditions, but about 0.1 wt% % or more, or about 5 wt% or more.

여기서 젖산 단 분자를 포함하는 제3 스트림은, 더 구체적으로 예를 들어, 상술한 젖산 올리고머를 약 1 wt% 미만으로 포함, 바람직하게는 약 0.5 wt% 미만, 혹은 약 0.1 wt% 미만으로 포함할 수 있고, 더 바람직하게는, 실질적으로 젖산 올리고머를 포함하지 않는 것이 바람직할 수 있다. wherein the third stream comprising single molecules of lactic acid more specifically comprises, for example, less than about 1 wt%, preferably less than about 0.5 wt%, or less than about 0.1 wt%, of the lactic acid oligomers described above. and, more preferably, substantially free of lactic acid oligomers.

실질적으로 젖산 올리고머를 포함하지 않는다 함은, 해당 공정에서 검출 가능한 한도 내에서, 젖산 올리고머의 함량이 0 wt%인 것을 의미한다. Substantially free of lactic acid oligomer means that the content of lactic acid oligomer is 0 wt% within a detectable limit in the process.

발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 스트림에 포함된 상기 젖산 수용액은 젖산 농도가 약 40 내지 약 99 wt%, 약 45 wt% 이상, 또는 약 50 wt% 이상, 또는 약 60 wt% 이상, 또는 약 70 wt% 이상, 또는 약 75 wt% 이상일 수 있고, 약 99 wt% 이하, 약 95 wt% 이하, 또는 약 90 wt% 이하, 또는 약 85 wt% 이하로, 고농도로 농축된 것일 수 있다. According to one embodiment of the invention, the lactic acid aqueous solution included in the first stream has a lactic acid concentration of about 40 to about 99 wt%, about 45 wt% or more, or about 50 wt% or more, or about 60 wt% or more, or about 70 wt% or more, or about 75 wt% or more, and about 99 wt% or less, about 95 wt% or less, or about 90 wt% or less, or about 85 wt% or less, and may be highly concentrated. .

그리고, 상기 제1 스트림에 포함된 상기 젖산 수용액 중 다량체의 농도, 즉, 젖산 2량체 또는 3량체 이상의 젖산 올리고머의 농도는 약 2 내지 약 55 wt%, 또는 약 2 wt% 이상, 또는 약 5% 이상, 또는 약 7 wt% 이상, 또는 약 8 wt% 이상일 수 있고, 약 55 wt% 이하, 또는 약 40wt% 이하, 또는 약 20 wt% 이하로, 다량체의 함량이 상대적으로 높은 것일 수 있다. And, the concentration of the multimer in the aqueous lactic acid solution included in the first stream, that is, the concentration of the lactic acid dimer or trimer or more of the lactic acid oligomer is about 2 to about 55 wt%, or about 2 wt% or more, or about 5 % or more, or about 7 wt% or more, or about 8 wt% or more, about 55 wt% or less, or about 40 wt% or less, or about 20 wt% or less, the content of the multimer may be relatively high .

여기서 제1 스트림, 즉 공정 상 젖산 피드에 포함된 젖산 수용액은, 젖산이 물에 용해되어 있는 상태로, 전술한 바와 같이, 온도 및 농도 조건에 따라 당연히 젖산 단 분자, 젖산 2량체, 및 젖산 올리고머를 모두 포함하는 상태를 의미하며, 여기에서 설명한 젖산 농도 역시, 젖산 단 분자뿐 아니라, 젖산 단 분자, 젖산 2량체, 및 젖산 올리고머를 모두 포함한 젖산계 화합물의 농도를 의미한다. Here, the first stream, that is, the aqueous lactic acid solution contained in the lactic acid feed in the process is in a state in which lactic acid is dissolved in water, and as described above, naturally, depending on temperature and concentration conditions, lactic acid single molecule, lactic acid dimer, and lactic acid oligomer , and the lactic acid concentration described herein also refers to the concentration of a lactic acid-based compound including not only a single lactate molecule, but also a single lactate molecule, a lactic acid dimer, and a lactic acid oligomer.

더 구체적으로 예를 들어, 알려져 있는 젖산의 올리고머화 평형 상수값을 바탕으로 컴퓨터 모델링에 의해 계산하였을 때, 전체 젖산계 화합물의 농도 별 올리고머의 함량은, 다음 표 1과 같다. More specifically, for example, when calculated by computer modeling based on the known oligomerization equilibrium constant value of lactic acid, the oligomer content for each concentration of the total lactic acid-based compound is shown in Table 1 below.

다만, 이는, 실제 계산 모델에 따라 약간의 계산 오차가 나타날 수 있으며, 실제 측정 값 역시, 측정 조건이나, 측정 방법(적정법, 혹은 HPLC)에 따라 약간의 측정 오차가 나타날 수 있다. However, some calculation errors may appear depending on the actual calculation model, and the actual measured values may also have some measurement errors depending on the measurement conditions or measurement method (titration method or HPLC).

전체 젖산계 화합물의 농도
(wt%)
Concentration of total lactic acid compounds
(wt%)
단 분자 농도
(wt%)
monomolecular concentration
(wt%)
2량체 농도
(wt%)
dimer concentration
(wt%)
3량체 이상 농도
(wt%)
Trimer or higher concentration
(wt%)
55 5.0 5.0 0.0190.019 0.0010.001 1010 9.9 9.9 0.0790.079 0.0110.011 1515 14.8 14.8 0.1870.187 0.0130.013 2020 19.6 19.6 0.350.35 0.050.05 2525 24.3 24.3 0.5750.575 0.1250.125 3030 29.0 29.0 0.8740.874 0.1260.126 3535 33.6 33.6 1.261.26 0.140.14 4040 38.0 38.0 1.751.75 0.250.25 4545 42.3 42.3 2.352.35 0.350.35 5050 46.3 46.3 3.113.11 0.590.59 5555 50.2 50.2 4.034.03 0.770.77 6060 53.8 53.8 5.185.18 1.021.02 6565 56.9 56.9 6.586.58 1.521.52 7070 59.6 59.6 8.318.31 2.092.09 7575 61.5 61.5 10.410.4 3.13.1 8080 62.5 62.5 13.013.0 4.54.5 8585 62.2 62.2 16.216.2 6.66.6 9090 60.1 60.1 19.819.8 10.110.1 9595 55.4 55.4 23.623.6 1616 100100 47.6 47.6 26.626.6 25.825.8

그리고, 피드로부터 공급된 젖산 수용액은, 가열 과정을 거칠 수 있다. And, the lactic acid aqueous solution supplied from the feed may be subjected to a heating process.

발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 제1 스트림의 온도는 약 10 내지 약 300 ℃, 바람직하게는 약 10 ℃ 이상, 또는 약 15 ℃ 이상, 또는 약 50 ℃ 이상일 수 있고, 약 300 ℃ 이하, 또는 약 250 ℃ 이하, 또는 약 200 ℃ 이하일 수 있다. According to another embodiment of the invention, the temperature of the first stream may be about 10 to about 300 °C, preferably about 10 °C or more, or about 15 °C or more, or about 50 °C or more, and about 300 °C or less, or about 250° C. or less, or about 200° C. or less.

상기 제1 스트림이 상기 온도 범위를 벗어나 지나치게 낮은 온도인 경우, 혼합물의 온도가 낮아 젖산이 충분히 기화되지 않는 문제점이 있을 수 있고, 지나치게 높은 온도인 경우, 온도 유지를 위해 압력이 과도하게 높아지는 문제점이 발생할 수 있다. If the first stream is too low outside the temperature range, there may be a problem that the lactic acid is not sufficiently vaporized due to the low temperature of the mixture, and when the temperature is too high, the pressure is excessively high to maintain the temperature. can occur

피드로부터 공급된 젖산 수용액은 가열된 이후, 이송 라인 및 노즐을 통해 기화 반응기 내에 액적 형태로 분무된다. 젖산 수용액의 온도가 높게 유지되어 압력이 높을수록 작은 크기의 액적을 얻는 데 유리하다.The aqueous lactic acid solution supplied from the feed is heated and then sprayed in the form of droplets into the vaporization reactor through a transfer line and a nozzle. The temperature of the lactic acid aqueous solution is maintained high, so that the higher the pressure, the more advantageous it is to obtain small-sized droplets.

그리고 이 때, 상기 제1 스트림과 별도로, 수증기를 포함하는 제2 스트림 역시 이송 라인 및 노즐을 통해 기화 반응기 내에 액적 형태로 상기 제1 스트림과 함께 혼합 분무된다. At this time, separately from the first stream, a second stream including water vapor is also mixed and sprayed with the first stream in the form of droplets in the vaporization reactor through a transfer line and a nozzle.

혼합 분무 시에는, 상기 제1 스트림 및 제2 스트림의 이송 라인이 분무 전에 먼저 합쳐진 이후, 동일한 노즐을 통해 혼합 분무될 수도 있으나, 이보다는 상기 제1 스트림 및 제2 스트림이 각각 별도의 노즐을 통해 기화 반응기 내부로 혼합 분무되는 것이 더 바람직하다. In the case of mixed spraying, after the transfer lines of the first stream and the second stream are first combined before spraying, mixed spraying may be performed through the same nozzle, but rather, the first stream and the second stream are each through separate nozzles It is more preferable to mix and spray into the gasification reactor.

상기 제2 스트림은, 고농도로 농축된 젖산을 포함하는 제1 스트림에서 젖산의 농도를 순간적으로 낮추면서 동시에 제1 스트림에 열 에너지를 전달하여, 젖산 분자의 기화를 촉진시켜, 올리고머의 비율을 낮출 수 있다. The second stream temporarily lowers the concentration of lactic acid in the first stream comprising highly concentrated lactic acid while simultaneously transferring thermal energy to the first stream to promote vaporization of lactic acid molecules, thereby lowering the proportion of oligomers. can

이러한 관점에서 상기 제2 스트림의 온도는 약 200 내지 약 600 ℃, 바람직하게는 약 250 ℃ 이상, 또는 약 300 ℃ 이상, 또는 약 350 ℃ 이상, 또는 약 400 ℃ 이상일 수 있고, 약 600 ℃ 이하, 또는 약 550 ℃ 이하, 또는 약 530 ℃ 이하일 수 있다. In this respect, the temperature of the second stream may be from about 200 to about 600 °C, preferably from about 250 °C or more, or about 300 °C or more, or about 350 °C or more, or about 400 °C or more, and about 600 °C or less, or about 550° C. or less, or about 530° C. or less.

이 때, 상기 제2 스트림과 상기 제1 스트림의 온도 차는 약 200 ℃ 이상, 또는 약 250 ℃ 이상이고, 약 500 ℃ 이하, 또는 약 450 ℃ 이하인 것이 바람직할 수 있다. At this time, the temperature difference between the second stream and the first stream may be about 200 °C or more, or about 250 °C or more, and it may be preferably about 500 °C or less, or about 450 °C or less.

제2 스트림의 온도가 상기 범위를 벗어나 너무 낮은 경우, 혼합물의 온도가 낮아 젖산이 충분히 기화되지 않는 문제점이 발생할 수 있으며, 제2 스트림의 온도가 상기 범위를 벗어나 너무 높은 경우, 온도 유지를 위해 압력이 과도하게 높아지는 문제점이 발생할 수 있다. If the temperature of the second stream is too low out of the above range, the temperature of the mixture is low and lactic acid is not sufficiently vaporized. This excessively high problem may occur.

발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 제1 스트림은, 0.05 g/min 내지 1.5 g/min의 유량으로 분무될 수 있고, 그 하한 값은 약 0.05 g/min 이상, 또는 약 0.1 g/min 이상, 또는 약 0.15 g/min 이상, 또는 약 0.18 g/min 이상인 것이 바람직할 수 있으며, 그 상한 값은 약 1.5 g/min 이하, 또는 약 1.0 g/min 이하, 또는 약 0.8 g/min 이하인 것이 바람직할 수 있다. According to another embodiment of the invention, the first stream may be sprayed at a flow rate of 0.05 g/min to 1.5 g/min, and the lower limit thereof is about 0.05 g/min or more, or about 0.1 g/min or more. , or about 0.15 g/min or more, or about 0.18 g/min or more, and the upper limit thereof is preferably about 1.5 g/min or less, or about 1.0 g/min or less, or about 0.8 g/min or less. can do.

제1 스트림의 분무량 및 분무 속도가 상기 범위를 벗어나 너무 낮은 경우, 공급되는 젖산의 유량이 너무 낮아져서 다음 단계로 진행되는 탈수반응에서 과반응이 진행되는 문제점이 발생할 수 있으며, 너무 높은 경우, 기화에 필요한 열이 많아져서 불완전한 기화가 발생할 수 있다. If the spraying amount and spraying rate of the first stream are too low outside the above range, the flow rate of the supplied lactic acid is too low, and there may be a problem that an overreaction proceeds in the dehydration reaction proceeding to the next step. The more heat required, the more incomplete vaporization can occur.

그리고, 상기 제2 스트림은, 0.1 g/min 내지 4.0 g/min 의 유량으로 분무될 수 있고, 그 하한 값은 약 0.1 g/min 이상, 또는 약 0.2 g/min 이상, 또는 약 0.3 g/min 이상인 것이 바람직할 수 있으며, 그 상한 값은 약 4.0 g/min 이하, 또는 약 3.0 g/min 이하, 또는 약 2.0 g/min 이하인 것이 바람직할 수 있다. And, the second stream may be sprayed at a flow rate of 0.1 g/min to 4.0 g/min, and the lower limit thereof is about 0.1 g/min or more, or about 0.2 g/min or more, or about 0.3 g/min. It may be preferable to be greater than or equal to about 4.0 g/min or less, or about 3.0 g/min or less, or preferably about 2.0 g/min or less.

제2 스트림의 분무량 및 분무 속도가 상기 범위를 벗어나 너무 낮은 경우, 기화에 공급되는 열이 적어져서 불완전한 기화가 발생할 수 있으며, 너무 높은 경우, 젖산의 농도가 묽어져서 차후 생성물의 분리 과정에서 문제점이 발생할 수 있다. If the atomization amount and atomization rate of the second stream are too low outside the above range, incomplete vaporization may occur due to less heat supplied to vaporization. can occur

이 때, 상기 혼합 분무 단계에서 제1 스트림 유량 : 제2 스트림 유량은 약 1 : 1.5 내지 약 1: 5인 것이 바람직할 수 있다. In this case, in the mixing spraying step, the first stream flow rate: the second stream flow rate may be preferably about 1: 1.5 to about 1: 5.

상기 범위를 벗어나 제1 스트림의 유량 비율이 너무 작은 경우, 공급되는 젖산의 유량이 적어 효율이 낮아지고, 생성물 분리 과정에서 부하가 커지는 문제점이 발생할 수 있으며, 제2 스트림의 유량 비율이 너무 작은 경우, 기화에 공급되는 열이 적어져서 불완전한 기화가 발생할 수 있다If the flow rate ratio of the first stream is too small out of the above range, the efficiency is lowered due to a small flow rate of lactic acid supplied, and problems may occur in which the load increases in the product separation process, and when the flow rate ratio of the second stream is too small , less heat is supplied to vaporization, which may lead to incomplete vaporization.

발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 제1 스트림과 상기 제2 스트림이 각각 이송 라인 및 노즐을 통해 기화 반응기 내에 액적 형태로 혼합 분무되기 이전에, 상기 기화 반응기 내부는, 미리 수증기로 포화시켜놓는 것이 바람직할 수 있다. According to another embodiment of the invention, before the first stream and the second stream are mixed and sprayed in the form of droplets in the vaporization reactor through a transfer line and a nozzle, respectively, the interior of the vaporization reactor is saturated with water vapor in advance. it may be desirable

이러한 방법을 통해 제1 스트림이 고온 조건에서 반응기 내부로 분무될 때, 고온 조건에서 순간적으로 분무된 제1 스트림의 액적 내에 물이 증발하여 젖산이 농축되는 것을 방지할 수 있다. Through this method, when the first stream is sprayed into the reactor at a high temperature condition, it is possible to prevent the lactic acid from being concentrated by evaporation of water in the droplets of the first stream instantaneously sprayed under the high temperature condition.

그리고 이 때 기화 반응기는 약 150 내지 약 250 ℃ 의 온도 조건을 유지하는 상태에서 반응을 진행하는 것이 바람직할 수 있다. And at this time, it may be preferable to proceed with the reaction in a state in which the vaporization reactor maintains a temperature condition of about 150 to about 250 °C.

한편, 본 명세서는, 젖산 수용액을 포함하는 제1 스트림을 공급하는 피드 공급부; 수증기를 포함하는 제2 스트림을 공급하는 수증기 공급부; 상기 피드 공급부로부터 이송된 젖산 수용액 및 상기 수증기 공급부로부터 이송된 수증기가 혼합 분무되는, 분무부; 혼합 분무 이후 젖산 수용액이 기화되는, 기화 반응부; 및 기화된 젖산 분자를 포함하는 제3 스트림을 수득하는, 수득부를 포함하는, 젖산의 기화 장치를 제공한다. On the other hand, the present specification, a feed supply for supplying a first stream containing an aqueous lactic acid solution; a water vapor supply unit for supplying a second stream comprising water vapor; a spray unit in which the lactic acid aqueous solution transferred from the feed supply unit and the water vapor transferred from the water vapor supply unit are mixed and sprayed; After the mixed spray, the lactic acid aqueous solution is vaporized, the vaporization reaction unit; and an harvesting unit for obtaining a third stream comprising vaporized lactic acid molecules.

이 때, 상기 분무부는, 상기 젖산 수용액이 분무되는 젖산 노즐 및 상기 수증기가 분무되는 수증기 노즐을 포함하여, 젖산 수용액과 수증기가 동시에 혼합 분무되는 형태일 수 있다. In this case, the spray unit may include a lactic acid nozzle to which the aqueous lactic acid solution is sprayed and a steam nozzle to which the water vapor is sprayed, and the lactic acid aqueous solution and water vapor may be mixed and sprayed at the same time.

한편, 본 명세서는, 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 방법에 따라 젖산을 기화하여 젖산 분자를 수득하는 단계; 상기 젖산 분자를 탈수 반응시켜 아크릴산을 제조하는 단계; 및 상기 아크릴산을 수득하는 단계를 포함하는, 아크릴산 제조 방법을 제공한다. On the other hand, the present specification, according to any one of claims 1 to 7, the method comprising the steps of vaporizing lactic acid to obtain a molecule of lactic acid; producing acrylic acid by dehydrating the lactic acid molecules; And it provides a method for producing acrylic acid, comprising the step of obtaining the acrylic acid.

젖산의 분자 내 탈수에 의한 아크릴 산의 생성 반응은 다음과 같은 화학식으로 표시될 수 있으며, 촉매 존재 하에 1단계로 진행되는 것으로 알려져 있다. The reaction to produce acrylic acid by intramolecular dehydration of lactic acid can be represented by the following chemical formula, and is known to proceed in one step in the presence of a catalyst.

Figure pat00002
Figure pat00002

다만, 본 발명의 일 측면에 따른 아크릴산 제조 방법의 경우, 전술한 젖산 기화와 관련된 내용을 제외하고, 기화된 젖산으로부터 아크릴산을 생성하는 방법과 관련하여서는, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 일반적으로 알려져 있는 촉매, 반응기, 혹은 반응 조건 등을 차용할 수 있다. However, in the case of the method for producing acrylic acid according to one aspect of the present invention, with respect to the method for producing acrylic acid from vaporized lactic acid, except for the contents related to vaporization of lactic acid, it is generally known in the technical field to which the present invention belongs. A catalyst, a reactor, or reaction conditions may be borrowed.

예를 들어, 젖산 탈수 반응에 사용되는 촉매는, CaSO4/ Na2SO4; Na4P2O7/CaSO4; Na4P2O7/Ca3(PO4)2; NaH2PO4-NaHCO3/SiO2; AlPO4-NH3; Ca3(PO4)2/CaSO4 등을 들 수 있다. For example, the catalyst used for the lactic acid dehydration reaction is CaSO 4 / Na 2 SO 4 ; Na 4 P 2 O 7 /CaSO 4 ; Na 4 P 2 O 7 /Ca 3 (PO 4 ) 2 ; NaH 2 PO 4 -NaHCO 3 /SiO 2 ; AlPO 4 -NH 3 ; Ca 3 (PO 4 ) 2 /CaSO 4 and the like.

고체 촉매를 이용한 탈수 반응은 고정식 반응기를 사용한 연속식 반응, 또는 배치식 반응 등으로 진행될 수 있다. 고정식 반응기를 사용하는 경우, 반응기에 고체 촉매를 충진하고 반응물을 연속적으로 반응기에 공급하여 반응시킴으로 생성물을 연속적으로 제조할 수 있다. The dehydration reaction using a solid catalyst may proceed as a continuous reaction using a fixed reactor, a batch reaction, or the like. In the case of using a stationary reactor, a product can be continuously produced by charging a solid catalyst in the reactor and continuously supplying reactants to the reactor to react.

탈수 반응의 온도는 약 300 내지 약 500 ℃, 또는 약 300 내지 약 400 ℃ 일 수 있다. 반응 압력은 약 1 기압 내지 약 5 기압, 또는 약 1 기압 내지 약 2 기압일 수 있다. The temperature of the dehydration reaction may be from about 300 to about 500 °C, or from about 300 to about 400 °C. The reaction pressure may be from about 1 atmosphere to about 5 atmospheres, or from about 1 atmosphere to about 2 atmospheres.

반응물의 공급 속도는 반응기의 형태나 종류, 다른 반응 조건 등에 따라 달라질 수 있지만, 구체적으로 예를 들어, 기체 상의 젖산 공급 속도(Weight Hourly Space Velocity, WHSV)가 약 0.05 내지 약 1.0/hr, 또는 약 0.10 내지 약 0.50/hr가 되도록 진행될 수 있다. The feed rate of the reactant may vary depending on the type or type of the reactor, other reaction conditions, etc., but specifically, for example, the lactic acid feed rate in the gas phase (Weight Hourly Space Velocity, WHSV) is about 0.05 to about 1.0/hr, or about 0.10 to about 0.50/hr.

상기 조건을 벗어나는 경우, 올리고머화 또는 수소화에 의한 분해 반응이 진행되어, 반응 효율이 저하되거나, 전환율이 낮아지는 문제점이 발생할 수 있다. When the above conditions are exceeded, a decomposition reaction by oligomerization or hydrogenation proceeds, which may cause problems in that the reaction efficiency is lowered or the conversion rate is lowered.

본 발명의 일 측면에 따른 젖산 기화 방법 및 장치에 의하면, 높은 농도로 농축되어있던 젖산 수용액에서, 단 시간 내에 젖산 올리고머의 함량을 줄이고, 젖산 단 분자의 함량을 높일 수 있다. According to the lactic acid vaporization method and apparatus according to an aspect of the present invention, it is possible to reduce the content of lactic acid oligomers and increase the content of single lactic acid molecules in a short time in a concentrated aqueous lactic acid solution.

이하, 발명의 구체적인 실시예를 통해, 발명의 작용 및 효과를 보다 상술하기로 한다. 다만, 이러한 실시예는 발명의 예시로 제시된 것에 불과하며, 이에 의해 발명의 권리범위가 정해지는 것은 아니다.Hereinafter, through specific examples of the invention, the operation and effect of the invention will be described in more detail. However, these embodiments are merely presented as an example of the invention, and the scope of the invention is not defined thereby.

<실시예><Example>

다음 표 2에 정리된 바와 같은 농도의 젖산 수용액을 준비하였다. An aqueous lactic acid solution having the concentration as summarized in Table 2 was prepared.

젖산 수용액 농도
(wt%)
Concentration of lactic acid aqueous solution
(wt%)
초기 올리고머 비율Initial oligomer ratio 온도
(℃)
temperature
(℃)
압력
(atm)
enter
(ATM)
실시예 1Example 1 8080 0.240.24 2525 1One 실시예 2Example 2 8080 0.230.23 8080 1One 실시예 3Example 3 8080 0.240.24 8080 1One 실시예 4Example 4 7070 0.150.15 8080 1One 실시예 5Example 5 6060 0.10.1 8080 1One 실시예 6Example 6 8080 0.230.23 180180 1010 실시예 7Example 7 8080 0.240.24 180180 1010

젖산 수용액, 즉, 젖산, 젖산 2량체, 및 젖산 올리고머를 모두 포함하는 피드의 젖산 수용액 농도는, 각 시료를 채취하여 원소 분석을 통해 탄소 함량을 측정하고, 이를 젖산 내 탄소의 함량 비로 나누어 결정하였다. The lactic acid aqueous solution, that is, lactic acid, lactic acid dimer, and the lactic acid aqueous solution concentration of the feed containing all of lactic acid oligomer was determined by taking each sample, measuring the carbon content through elemental analysis, and dividing this by the carbon content ratio in lactic acid .

젖산 수용액 내 젖산 올리고머(2량체 포함)의 비율은, 각 시료를 채취하고, 이를 HPLC를 통해 젖산 단 분자의 함량을 분석한 후, 상기 젖산 수용액의 농도와 단 분자의 함량으로부터, 올리고머 량을 전체 젖산 계 화합물의 양으로 나누어 계산하였다. The ratio of lactic acid oligomers (including dimers) in the aqueous lactic acid solution is determined by taking each sample and analyzing the content of single lactate molecules through HPLC. It was calculated by dividing by the amount of lactic acid-based compound.

그리고, 상기 젖산 수용액을 포함하는 제1 스트림을 공급하는 피드 공급부; 수증기를 포함하는 제2 스트림을 공급하는 수증기 공급부; 상기 피드 공급부로부터 이송된 젖산 수용액 및 상기 수증기 공급부로부터 이송된 수증기가 각각의 노즐을 통해 혼합 분무되는, 분무부; 혼합 분무 이후 젖산 수용액이 기화되는, 기화 반응부; 및 기화된 젖산 분자를 포함하는 제3 스트림을 수득하는, 수득부를 포함하는 형태의 젖산 기화 장치를 준비하였다. And, a feed supply unit for supplying a first stream containing the lactic acid aqueous solution; a water vapor supply unit for supplying a second stream comprising water vapor; A spray unit in which the lactic acid aqueous solution transferred from the feed supply unit and the water vapor transferred from the water vapor supply unit are mixed and sprayed through each nozzle; After the mixed spray, the lactic acid aqueous solution is vaporized, the vaporization reaction unit; and a lactic acid vaporizing device in the form of a harvesting unit for obtaining a third stream containing vaporized lactic acid molecules.

피드 공급부와 수증기 공급부에는 온도계 및 온도 조절 장치가 구비되어, 공급되는 피드(제1 스트림)과 수증기(제2 스트림)의 온도를 조절할 수 있게 하였으며, 수득부에는 제3 스트림의 온도를 측정할 수 있도록 온도계가 구비되었다. The feed supply unit and the water vapor supply unit are equipped with a thermometer and a temperature control device, so that the temperature of the feed (first stream) and water vapor (second stream) can be adjusted, and the temperature of the third stream can be measured in the obtaining unit A thermometer was provided.

먼저, 수증기를 기화 반응기 내부에 투입하여, 기화 반응기 내부가 수증기로 포화되도록 하였다. First, water vapor was introduced into the vaporization reactor so that the interior of the vaporization reactor was saturated with water vapor.

이후, 상기 실시예 1 내지 7에 따른 젖산 수용액을 피드 공급부를 통해 제1 스트림으로 공급하고, 수증기를 수증기 공급부를 통해 공급하여, 각각의 노즐을 통해 기화 반응부 내부로 연속적으로 혼합 분무되도록 하면서, 수득부를 통해 기화된 젖산 분자를 포함하는 제3 스트림을 수득하였다. After that, the lactic acid aqueous solution according to Examples 1 to 7 is supplied to the first stream through the feed supply unit, and water vapor is supplied through the water vapor supply unit, so that it is continuously mixed and sprayed into the vaporization reaction unit through each nozzle, A third stream comprising vaporized lactic acid molecules was obtained through the harvesting section.

분무 조건은 다음 표 3에 정리된 바와 같다. The spray conditions are as summarized in Table 3 below.

젖산 수용액
온도
(℃)
lactic acid aqueous solution
temperature
(℃)
젖산 수용액
압력
(atm)
lactic acid aqueous solution
enter
(ATM)
젖산 수용액
분무량
(g/min)
lactic acid aqueous solution
spray amount
(g/min)
수증기 온도
(℃)
water vapor temperature
(℃)
수증기 분무량
(g/min)
water vapor atomization
(g/min)
실시예 1Example 1 2525 1One 0.60.6 450450 1.81.8 실시예 2Example 2 8080 1One 0.60.6 450450 1.81.8 실시예 3Example 3 8080 1One 0.40.4 500500 1.21.2 실시예 4Example 4 8080 1One 0.40.4 500500 1.01.0 실시예 5Example 5 8080 1One 0.20.2 500500 0.400.40 실시예 6Example 6 180180 1010 0.20.2 450450 0.600.60 실시예 7Example 7 180180 1010 0.20.2 500500 0.350.35

수득되는 제3 스트림을 분석하여, 제3 스트림 내 전체 젖산 계 화합물의 농도와 이 중 올리고머의 비율을 측정 및 계산하여, 하기 표 4에 정리하였다. By analyzing the obtained third stream, the concentration of total lactic acid-based compounds in the third stream and the ratio of oligomers among them were measured and calculated, and summarized in Table 4 below.

제3 스트림
온도
(℃)
third stream
temperature
(℃)
젖산 농도
(wt%)
lactic acid concentration
(wt%)
올리고머 비율oligomer ratio
실시예 1Example 1 2525 1414 0.080.08 실시예 2Example 2 8080 1616 0.100.10 실시예 3Example 3 8080 1717 0.120.12 실시예 4Example 4 8080 1515 0.060.06 실시예 5Example 5 8080 <1<1 00 실시예 6Example 6 180180 1919 0.040.04 실시예 7Example 7 180180 99 0.030.03

상기 표 4를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따르는 경우, 연속적으로 젖산을 기화시켜, 젖산 올리고머의 함량을 매우 짧은 시간 내에 줄일 수 있는 것을 명확히 확인할 수 있다.Referring to Table 4, it can be clearly seen that, according to the embodiment of the present invention, the content of lactic acid oligomer can be reduced in a very short time by continuously vaporizing lactic acid.

Claims (10)

젖산 수용액을 포함하는 액상(Liquid phase)의 제1 스트림 및 수증기를 포함하는 기상(gas phase)의 제2 스트림을 혼합 분무하는 단계;
상기 제1 스트림 및 제2 스트림 사이의 열 교환을 통해 젖산 수용액을 기화하는 단계; 및
젖산 단 분자를 포함하는 기상의 제3 스트림을 수득하는 단계를 포함하는,
젖산 기화 방법.
mixing and spraying a first stream of a liquid phase containing an aqueous lactic acid solution and a second stream of a gas phase containing water vapor;
vaporizing the aqueous lactic acid solution through heat exchange between the first stream and the second stream; and
obtaining a third stream of gaseous phase comprising short molecules of lactic acid;
Lactic acid vaporization method.
제1항에 있어서,
상기 제1 스트림에 포함된 상기 젖산 수용액은 젖산 농도가 40 내지 99 wt%인, 젖산 기화 방법.
The method of claim 1,
The lactic acid aqueous solution contained in the first stream has a lactic acid concentration of 40 to 99 wt%, lactic acid vaporization method.
제1항에 있어서,
상기 제1 스트림에 포함된 상기 젖산 수용액 중 다량체의 농도가 2 내지 55 wt%인, 젖산 기화 방법.
According to claim 1,
The lactic acid vaporization method, wherein the concentration of the multimer in the aqueous lactic acid solution included in the first stream is 2 to 55 wt%.
제1항에 있어서,
상기 제1 스트림의 온도는 10 내지 300 ℃인, 젖산 기화 방법.
The method of claim 1,
The temperature of the first stream is 10 to 300 ℃, lactic acid vaporization method.
제1항에 있어서,
상기 제2 스트림의 온도는 200 내지 600 ℃인, 젖산 기화 방법.
According to claim 1,
The temperature of the second stream is 200 to 600 ℃, lactic acid vaporization method.
제1항에 있어서,
상기 제2 스트림과 상기 제1 스트림의 온도 차는 200 ℃ 내지 500 ℃ 인, 젖산 기화 방법.
According to claim 1,
The temperature difference between the second stream and the first stream is 200 to 500 °C, lactic acid vaporization method.
제1항에 있어서,
상기 제1 스트림은, 0.05 g/min 내지 1.5 g/min 의 유량으로 분무되는, 젖산 기화 방법.
According to claim 1,
wherein the first stream is sprayed at a flow rate of 0.05 g/min to 1.5 g/min.
제1항에 있어서,
상기 제2 스트림은, 0.1 g/min 내지 4.0 g/min의 유량으로 분무되는, 젖산 기화 방법.
According to claim 1,
wherein the second stream is sprayed at a flow rate of 0.1 g/min to 4.0 g/min.
제1항에 있어서,
상기 혼합 분무 단계에서 제1 스트림 유량 : 제2 스트림 유량 = 1 : 1.5 내지 1: 5인, 젖산 기화 방법.
The method of claim 1,
In the mixing spraying step, the flow rate of the first stream: the flow rate of the second stream = 1: 1.5 to 1: 5, the lactic acid vaporization method.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 방법에 따라 젖산을 기화하여 젖산 분자를 수득하는 단계;
상기 젖산 분자를 탈수 반응시켜 아크릴산을 제조하는 단계; 및
상기 아크릴산을 수득하는 단계를 포함하는,
아크릴산 제조 방법.
10. A method comprising: vaporizing lactic acid according to the method of any one of claims 1 to 9 to obtain lactic acid molecules;
producing acrylic acid by dehydrating the lactic acid molecules; and
Comprising the step of obtaining the acrylic acid,
A method for preparing acrylic acid.
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