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KR101969530B1 - 다가 알코올의 탈색 및 탈취 방법 - Google Patents

다가 알코올의 탈색 및 탈취 방법 Download PDF

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KR101969530B1
KR101969530B1 KR1020170098271A KR20170098271A KR101969530B1 KR 101969530 B1 KR101969530 B1 KR 101969530B1 KR 1020170098271 A KR1020170098271 A KR 1020170098271A KR 20170098271 A KR20170098271 A KR 20170098271A KR 101969530 B1 KR101969530 B1 KR 101969530B1
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Abstract

본 발명의 실시예들에 따른 다가 알코올의 탈색 및 탈취 방법과 탈색 및 탈취 시스템에 있어서, 분리 공정에 의해 수득된 제1 다가 알코올을 함유하는 혼합액을 제조한다. 혼합액을 증류 처리를 통해 이색 및 이취 물질을 예비적으로 제거하여 전처리 액을 생성한다. 전처리 액을 흡착 처리한다. 증류 처리 및 흡착 처리의 조합을 통해 이색, 이취 물질의 제거율을 증가시킬 수 있다.

Description

다가 알코올의 탈색 및 탈취 방법{METHOD OF DECOLORIZATION AND DEORDORIZATION OF POLYHYDRIC ALCOHOL}
본 발명은 다가 알코올의 탈색 및 탈취 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 분리 공정 이후의 다가 알코올의 탈색 및 탈취 방법에 관한 것이다.
다가 알코올은 하나의 분자 내에 복수의 히드록시기(-OH)가 존재하는 화합물로서 2가 알코올의 경우 글리콜, 3가 알코올의 경우 글리세롤이라고 불리기도 한다. 다가 알코올은 친수성, 양자성 용제로서 사용되며, 또한 각종 화장료 조성물, 약품 첨가제, 자동차 부동액 등과 같이 다양한 분야에 적용되고 있다.
예를 들면, 2,3-부탄디올(Butane-2,3-diol)은 전자재료 첨가제, 살충제, 화장품, 미용 제품 등의 원료 또는 첨가제로서 광범위하게 사용되며, 카이랄(chiral) 특성에 의해 의약 분야에서도 활용 가능성이 증가되고 있다.
2,3-부탄디올은 2,3-부텐옥사이드의 수화반응 등 화학적인 방법으로 생성될 수 있으며, 또한 특정 광학적 활성의 2,3-부탄디올 생성을 위해 바이오 기반의 발효 공정을 통해 합성될 수도 있다.
화장품, 의약 등에 적용되기 위해 무색, 무취의 2,3-부탄디올이 생성될 필요가 있으나. 분리 및 정제 과정에서 제거되지 않은 미량의 불순물들로 인해 2,3-부탄디올 원액이 예를 들면, 노랑의 미색을 띠면서 악취를 가질 수 있다.
또한, 미생물, 균주와 같은 바이오 기반 공정을 이용해 2,3-부탄디올이 합성된 경우 단백질, 바이오매스 등으로부터 유래되는 이색, 이취 물질이 다수 포함될 수 있다.
예를 들면, 중국공개특허공보 제105418367호에서 2,3-부탄디올 원액에 활성탄을 처리하여 이색 유발 물질을 제거하는 방법이 제시되어 있다. 하지만 활성탄 처리만으로는 2,3-부탄디올 원액에서 이색, 이취 유발 물질을 모두 제거하는 데는 한계가 있다.
중국공개특허공보 제105418367호(2016.03.23.)
본 발명의 일 과제는 높은 효율, 제거 용량을 갖는 다가 알코올의 탈색 및 탈취 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 과제는 높은 효율, 제거 용량의 다가 알코올의 탈색 및 탈취 시스템을 제공하는 것이다.
1. 분리 공정에 의해 수득된 제1 다가 알코올을 함유하는 혼합액을 제조하는 단계; 상기 혼합액을 증류 처리를 통해 이색 및 이취 물질을 예비적으로 제거하여 전처리 액을 생성하는 단계; 및 상기 전처리 액을 흡착 처리하는 단계를 포함하는, 다가 알코올의 탈색 및 탈취 방법.
2. 위 1에 있어서, 상기 혼합액은 상기 제1 다가 알코올, 물 및 중화제를 포함하는, 다가 알코올의 탈색 및 탈취 방법.
3. 위 2에 있어서, 상기 중화제는 탄산염과 금속수산화물을 포함하는, 다가 알코올의 탈색 및 탈취 방법.
4. 위 2에 있어서, 상기 중화제는 상기 제1 다가 알코올 100 중량부 대비 0.1 내지 1 중량부의 함량으로 포함되는, 다가 알코올의 탈색 및 탈취 방법.
5. 위 1에 있어서, 상기 증류 처리는 분별 증류 처리 및 탈거 처리를 포함하는, 다가 알코올의 탈색 및 탈취 방법.
6. 위 5에 있어서, 상기 분별 증류 처리는 상기 혼합액에 대해 직접 수행되며, 상기 탈거 처리는 상기 분별 증류 처리 이후 수득된 제2 다가 알코올에 대해 수행되는, 다가 알코올의 탈색 및 탈취 방법.
7. 위 6에 있어서, 상기 탈거 처리는 상기 제2 다가 알코올에 물 또는 스팀을 주입한 후 증류 칼럼 또는 단증류를 통해 물을 제거하는 것을 포함하는, 다가 알코올의 탈색 및 탈취 방법.
8. 위 7에 있어서, 상기 탈거 처리에 있어서 추가되는 물 또는 스팀의 양은 상기 제2 다가 알코올 100 중량부 대비 40 내지 200 중량부인, 다가 알코올의 탈색 및 탈취 방법.
9. 위 6에 있어서, 상기 탈거 처리는 공기 또는 질소에 의한 퍼징을 더 포함하는, 다가 알코올의 탈색 및 탈취 방법.
10. 위 6에 있어서, 상기 분별 증류 처리는 상기 증류 칼럼에서의 초류를 배출하는 단계를 더 포함하는, 다가 알코올의 탈색 및 탈취 방법.
11. 위 10에 있어서, 상기 분별 증류 처리는 상기 증류 칼럼의 저부에 수집되는 잔류를 제거하는 단계를 더 포함하는, 다가 알코올의 탈색 및 탈취 방법.
12. 위 1에 있어서, 상기 흡착 처리는 상기 전처리 액을 활성탄 처리하는 것을 포함하는, 다가 알코올의 탈색 및 탈취 방법.
13. 위 12에 있어서, 상기 활성탄 처리는 분말 활성탄 또는 활성탄 고정 베드를 사용하는, 다가 알코올의 탈색 및 탈취 방법.
14. 위 13에 있어서, 상기 분말 활성탄을 사용하는 경우 흡착 처리액으로부터 상기 활성탄을 분리하는 공정을 더 포함하는, 다가 알코올의 탈색 및 탈취 방법.
15. 위 12에 있어서, 상기 흡착 처리는 상기 전처리 액 100 중량부 대비 10 내지 100 중량부의 물을 첨가하는 것을 포함하는, 다가 알코올의 탈색 및 탈취 방법.
16. 위 15에 있어서, 흡착 처리액을 감압 증발시키는 공정을 더 포함하는, 다가 알코올의 탈색 및 탈취 방법.
17. 위 1에 있어서, 상기 분리 공정은 다가 알코올 발효액에 대한 이온교환 처리, 전기 투석 또는 감압 증류 중 적어도 하나를 포함하는, 다가 알코올의 탈색 및 탈취 방법.
18. 위 17에 있어서, 상기 다가 알코올 발효액은 바이오 기반으로 합성된 2,3-부탄디올을 포함하는, 다가 알코올의 탈색 및 탈취 방법.
19. 분리 공정에 의해 수득된 제1 다가 알코올을 증류 처리하는 분별 증류 유닛; 상기 분별 증류 유닛으로부터 공급된 제2 다가 알코올을 증류 처리하는 탈거 유닛; 및 상기 탈거 유닛으로부터 공급되는 다가 알코올에 잔류하는 이색 및 이취 물질을 제거하는 흡착 유닛을 포함하는, 다가 알코올의 탈색 및 탈취 시스템.
본 발명의 실시예들에 따르면, 분리/정제 공정을 통해 생성된 다가 알코올 탈색/탈취 공정에 있어서, 예를 들면 활성탄 처리와 같은 흡착 처리 전에 증류처리를 수행할 수 있다. 따라서, 기화 또는 분별증류 메커니즘에 의해 이색, 이취 물질이 제거되어 상기 흡착 처리의 로드가 감소되고, 제거 효율/제거 용량이 증가될 수 있다.
상기 증류 처리는 복수 스텝의 연속 증류 공정들을 포함할 수 있다. 상기 증류 처리는 분별 증류 처리 및 탈거 처리를 포함할 수 있다. 상기 분별 증류 처리를 통해 끓는점 차이에 의해 이색, 이취 물질을 벌크 단위로 제거하고, 상기 탈거 처리를 통해 잔류하는 이색, 이취 물질이 보다 미소 단위로 제거될 수 있다.
상기 증류 처리 이후 흡착 처리를 수행하여, 실질적으로 이색, 이취 물질이 완전히 제거된 무색, 무취의 다가 알코올이 수득될 수 있다. 예를 들면, 바이오 기반으로 합성되어 다수의 불순물, 이색, 이취 물질이 포함된 2,3-부탄디올 합성액으로부터 실질적으로 무색, 무취의 2,3-부탄디올이 생성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 다가 알코올의 탈색 및 탈취 시스템을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 다가 알코올의 탈색 및 탈취 방법을 나타내는 공정 흐름도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 제시하나, 이들 실시예들은 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예들에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 다가 알코올의 탈색 및 탈취 시스템을 설명하기 위한 개념도이다. 도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 다가 알코올의 탈색 및 탈취 방법을 나타내는 공정 흐름도이다.
이하에서는, 도 1 및 도 2를 참조하여, 다가 알코올의 탈색 및 탈취 시스템, 및 방법을 함께 설명한다.
도 1을 참조하면, 예시적인 실시예들에 따른 다가 알코올의 탈색 및 탈취 시스템(100)(이하, "시스템"으로 약칭한다)은 증류 유닛 및 흡착 유닛(C)을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 상기 증류 유닛은 분별 증류 유닛(A) 및 탈거(stripping) 유닛(B)을 포함할 수 있다.
분별 증류 유닛(A)은 제1 저장부(200) 및 분별 증류 칼럼(210)을 포함할 수 있다. 탈거 유닛(B)은 제2 저장부(205) 및 탈거 칼럼(230)을 포함할 수 있다. 흡착 유닛(C)은 흡착 처리 챔버(250)를 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 제1 다가 알코올을 함유하는 제1 혼합액을 제조할 수 있다(예를 들면, 단계 S10). 예시적인 실시예들에 따르면, 상기 제1 다가 알코올은 다가 알코올 발효액에 대한 분리 공정 이후 수집되는 다가 알코올일 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 다가 알코올 발효액은 바이오 원료 물질을 균주를 이용해 발효시켜 생성될 수 있다. 상기 바이오 원료 물질은 곡류(kernel), 목질계 및/또는 전분계 물질을 사용할 수 있다. 예시적인 실시예들에 있어서, 상기 바이오 원료 물질로서 전분계 물질을 사용할 수 있으며, 상기 전분계 물질의 예로서 옥수수, 호밀 등과 같은 전분 함유 곡류, 카사바(cassava), Raw-sugar, 글루코오스(glucose) 등을 사용할 수 있다.
상기 균주로서 예를 들면, 디올(diol) 함유 발효산물 생산능력을 갖는 미생물을 특별한 제한 없이 활용할 수 있다. 예를 들면, 상기 미생물로서 클렙시엘라(Klebsiella), 바실러스(Bacillus), 세라티아(Serratia), 엔테로벡터 (Enterobacter), 클로스트리디움(Clostridium), 효모, 대장균(E.coli) 등이 활용될 수 있다.
원하는 타겟 디올을 고려하여 상기 바이오 원료 물질 및 균주를 선택할 수 있다. 본 발명의 예시적인 실시예들에 있어서, 상기 타겟 디올은 2,3-부탄디올일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 타겟 디올은 2,3-부탄디올의 광학 이성질체 중 2R,3S-부탄디올을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 2,3-부탄디올 생성을 위해 상기 바이오 원료 물질로서 카사바, 상기 균주로서 클렙시엘라를 사용할 수 있다. 예를 들면, 상기 균주로서 클렙시엘라 옥시토카(K. oxytoca), 클렙시엘라 뉴모니아(K. pneumoniae) 등을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 클렙시엘라 옥시토카(K. oxytoca)를 사용할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 다가 알코올 발효액은 당화 공정 및 발효 공정을 통해 제조될 수 있다. 예를 들면 상기 바이오 원료 물질을 분쇄한 후, 담수와 같은 액체 내에 혼합하고, 당화 효소를 투입하여 상기 바이오 원료 물질과 반응시켜 당화액을 제조할 수 있다. 상기 당화 효소는 예를 들면 아밀라제 계열 효소를 포함할 수 있다.
이후, 상기 당화액에 상기 균주를 투입하여 발효 배양액을 제조할 수 있다. 상기 발효 배양액은 예를 들면, 타겟 디올인 2,3-부탄디올 뿐만 아니라, 모노알콜, 다른 글리콜류(예를 들면, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 1,3-프로판디올, 1,2-프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜 등)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 발효 배양액은 각종 무기염, 유기산, 및 상기 균주 또는 이의 대사산물로부터 유래된 바이오 부산물과 같은 이색, 이취 유발 불순물을 포함할 수 있다.
상기 분리 공정은 원하는 타겟 디올을 선택적으로 수집하기 위한 공정을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 분리 공정은 이온 교환 공정, 전기 투석 공정, 감압 증류 공정 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 탈색 및 탈취 방법 및 시스템은 상기 분리 공정 이후 수행되기 위한 공정 및 공정 시스템일 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 제1 혼합액은 상기 제1 다가 알코올(예를 들면, 2,3-부탄디올), 물, 및 중화제를 포함할 수 있다. 또한 상기 제1 혼합액 내에는 상기 분리 공정에서 제거되지 못한 이색 및 이취 물질을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 중화제는 탄산염과 금속수산화물을 포함할 수 있다. 상기 탄산염의 비제한적인 예로서 NaHCO3, KHCO3 , Na2CO3 , K2CO3 등을 들 수 있으며, 상기 탄산염은 단독으로 사용되거나, 2종 이상이 혼합되어 사용될 수 있다. 상기 금속수산화물의 비제한적인 예로서 Ca(OH)2, Mg(OH)2 등을 들 수 있으며, 상기 금속수산화물은 단독으로 사용되거나, 2종 이상이 혼합되어 사용될 수 있다.
상기 탄산염과 금속 수산화물은 상기 제1 혼합액의 pH를 조절하고, 상기 제1 혼합액 내에 존재하는 유기산, 무기산 등의 산 물질들을 중화 혹은 침전 반응을 통해 제거할 수 있다. 또한, 상기 탄산염 첨가를 통해 끓는 점 차이를 통한 이색, 이취 물질의 제거가 촉진될 수 있다. 따라서, 상기 증류 유닛에서의 이색, 이취 물질 제거 효율성이 향상될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 중화처리 효율을 위해 1가 탄산염 및 2가 탄산염이 함께 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 중화제로서 NaHCO3 및 K2CO3을 함께 사용할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 중화제는 상기 제1 혼합액에 포함된 제1 다가 알코올 100 중량부 대비 약 0.1 내지 1 중량부의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 중화제 함량이 약 0.1 중량부 미만인 경우, 상술한 산 제거 효과가 충분히 구현되지 않을 수 있다. 상기 중화제의 함량이 약 1 중량부를 초과하는 경우, 예를 들면 분별 증류 종료 시 발생하는 잔류의 양이 증가하여 회수율이 낮아질 수 있다.
상기 제1 혼합액에 있어서, 물은 상기 제1 다가 알코올 100 중량부 대비 약 5 내지 10 중량부로 포함될 수 있다. 물의 함량이 약 5 중량부 미만인 경우, 이색, 이취 물질을 포함하는 불순물이 충분히 용해되지 않을 수 있다. 물의 함량이 약 10 중량부를 초과하는 경우, 공정 수율 및 효율이 저해될 수 있다.
상기 이색, 이취 물질의 비제한적인 예로서 아세트알데히드(acetaldehyde), 아세토인(acetoin), 디아세틸(diacetyl), 푸르푸랄(furfural), 메탄올(methanol) 등을 들 수 있다.
상기 제1 혼합액을 증류 처리하여 이색, 이취 물질을 적어도 부분적으로 제거할 수 있다(예를 들면, 단계 S20). 예시적인 실시예들에 따르면, 상기 증류 처리는 분별 증류 처리 및 탈거 처리를 포함할 수 있다.
분별 증류 유닛(A)에서는 상기 제1 혼합액을 직접 공급받아 분별 증류 처리하여 제2 다가 알코올을 생성할 수 있다(예를 들면, 단계 S22). 상기 제2 다가 알코올은 상기 제1 다가 알코올로부터 이색, 이취 물질이 적어도 부분적으로 제거된 알코올 액을 의미할 수 있다.
상기 제1 혼합액은 제1 공급 유로(105)를 통해 분별 증류 유닛(A)에 포함된 제1 저장부(200)로 도입될 수 있다. 제1 공급 유로(105)는 상기 분리 공정을 위한 장치, 챔버, 칼럼 등에 연결되어 상기 제1 다가 알코올을 공급받을 수 있다.
제1 저장부(200)에 공급된 상기 제1 혼합액은 분별 증류 칼럼(210)으로 공급되어, 끓는점 차이에 의해 제1 다가 알코올이 분별 증류 칼럼(210) 상부로부터 제1 배출 라인(110)으로 배출되어 상기 제2 다가 알코올이 수득될 수 있다.
예를 들면, 상기 제1 다가 알코올의 끓는 점은 상기 이색, 이취 물질보다 낮을 수 있으며, 이에 따라 분별 증류 칼럼(210)의 탑(Top) 부에서 상기 제1 다가 알코올이 분리되어 배출될 수 있다.
예를 들면, 분별 증류 칼럼(210)에서 제1 다가 알코올이 분리되어 배출될 수 있는 온도는 60℃ 내지 80℃이고, 압력은 7mbar 내지 10mbar 범위로 유지될 수 있다.
제1 배출 라인(110)을 통해 배출된 상기 제2 다가 알코올은 제1 콘덴서(310)를 통해 농축되어 제2 공급 유로(120)를 통해 이동할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 분별 증류 칼럼(210)으로부터 배출되는 초류는 예를 들면, 제2 공급 유로(120)로부터 분기되는 제2 배출 라인(125)을 통해 외부로 제거될 수 있다. 예를 들면, 분별 증류 초기 단계에서는 상기 다가 알코올 및 불순물(이색, 이취 물질 포함)이 분자간 상호작용에 의해 끓는 점 차이에도 불구하고 상기 제1 다가 알코올과 함께 기화되어 배출될 수 있다. 따라서, 상기 초류를 배출, 제거함에 따라 상기 제2 다가 알코올에서의 순도를 향상시킬 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 초류는 예를 들면, 제1 콘덴서(310)와 연결된 제1 회수라인(115)을 통해 다시 분별 증류 칼럼(210)으로 환류될 수도 있다. 이 경우, 타겟 다가 알코올의 수율을 향상시키고, 공정 부산물 혹은 폐기물의 양을 감소시킬 수 있다.
제1 저장부(200) 내에는 상술한 분별 증류 처리 이후의 미처리된 상기 제1 혼합액의 잔류가 저장될 수 있다. 상기 잔류는 분별 증류 유닛(A)으로부터 외부로 제거 또는 배출하여 상기 제2 다가 알코올의 순도를 향상시킬 수 있다.
예를 들면, 상기 제1 혼합액에 포함된 다가 알코올 총 100 중량부 중, 상기 초류 및/또는 잔류가 제거되어 약 85 내지 90 중량부가 상기 제2 다가 알코올로 생성될 수 있다.
이후, 제2 공급 유로(120)로부터 탈거 유닛(B)으로 공급되는 상기 제2 다가 알코올에 대해 탈거 처리를 수행할 수 있다(예를 들면, 단계 S24)
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 제2 다가 알코올에 물이 부가된 제2 혼합액이 제2 저장부(205)로 공급될 수 있다. 예를 들면, 물 공급 유로(127)를 통해 제2 저장부(205) 내로 물이 공급되어 상기 제2 다가 알코올과 혼합된 상기 제2 혼합액이 생성될 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 제2 저장부(205)에 스팀이 공급되어 제2 다가 알코올과 혼합된 제2 혼합액이 생성될 수도 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 제2 다가 알코올 100 중량부 대비 물 또는 스팀의 함량은 사용되는 컬럼의 단수에 따라 약 40 내지 200 중량부일 수 있다. 상기 물 또는 스팀의 첨가량이 약 40 중량부 미만인 경우, 탈거 처리를 통한 이색, 이취 물질 제거 수행이 용이하지 않을 수 있다. 상기 물 또는 스팀의 첨가량이 약 200 중량부를 초과하는 경우, 탈거 유닛(B)에서의 로드가 지나치게 증가하며, 타겟 알코올의 생산성과 수율이 저하될 수 있다.
상기 제2 혼합액은 제2 저장부(205)로부터 탈거 칼럼(230)으로 공급되어 탈거 처리가 수행될 수 있다. 상기 탈거 처리에 의해 상기 제2 혼합액 내에 잔류하는 이색, 이취 물질이 물과 함께 기화되어 제거될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 탈거 처리는 타겟 다가 알코올의 끓는점보다 낮고, 물의 끓는점보다 높은 온도에서 수행될 수 있다. 또한, 상기 탈거 처리는 상기 분별 증류 처리에서의 온도(예를 들면, 상기 분별 증류 처리에서의 최대온도)보다 낮은 온도에서 수행될 수 있다.
예를 들면, 상기 탈거 처리는 약 20℃ 내지 30℃의 온도, 약 15mbar 내지 25mbar의 압력 조건하에서 수행될 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 증류 칼럼을 이용하는 것뿐만 아니라, 단증류를 통해 물을 제거하는 과정을 거칠 수도 있다.
상기 탈거 처리에 의해 상기 분별 증류에서 끓는점 차이에 의해 제거되기 힘든 이색, 이취 물질이 예를 들면, 물과의 수소 결합 등과 같은 상호작용에 의해 제거될 수 있다.
일 실시예에 있어서, ppm 수준의 이색, 이취 물질이 상기 탈거 처리를 통해 제거될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 분별 증류 처리를 통해 제거되지 않은 미세 이취 물질들이 상기 탈거 처리를 통해 추가적으로 제거될 수 있다. 또한, 탈거 처리 중의 공기 또는 질소에 의한 퍼징을 통해 이와 같은 이색, 이취 물질의 제거가 촉진될 수 있다.
상기 이색, 이취 물질이 함유된 물은 탈거 칼럼(230)의 상부(예를 들면, 탑부)로부터 기화 및 취출되어 제2 배출 라인(235)을 통해 배출될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 제2 배출라인(235)으로부터 배출된 물은 제2 콘덴서(330) 및 제2 회수라인(125)을 통해 탈거 칼럼(230)내로 환류될 수 있다. 이 경우, 물에 일부 포함된 타겟 다가 알코올이 회수되어 공정 수율이 향상될 수 있다.
이색, 이취 물질이 기화되어 적어도 부분적으로 제거됨으로서 상기 제2 혼합액으로부터 타겟 다가 알코올이 보다 농축 또는 정제된 전처리 액이 생성될 수 있다.
이후, 상기 전처리액을 흡착 처리하여 잔류하는 이색, 이취 물질을 추가적으로 제거할 수 있다(예를 들면, 단계 S30). 일부 실시예들에 있어서, 상기 흡착 처리를 통해 이색, 이취 물질이 실질적으로 완전히 제거될 수 있다.
상기 전처리액은 제2 저장부(205)와 연결된 제3 공급유로(130)를 통해 흡착 유닛(C)의 흡착 처리 챔버(250)로 공급될 수 있다.
흡착 처리 챔버(250) 내에는 흡착제가 내장되어, 상기 전처리액과 접촉 또는 혼합될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 상기 흡착제는 활성탄을 포함할 수 있다.
흡착 처리 챔버(250)는 예를 들면, 분말 활성탄이 내장되어 상기 전처리액과 교반을 통해 접촉되며, 잔류하는 이색, 이취 물질이 제거될 수 있다.
흡착 반응의 활성화를 위해 상기 전처리액 100 중량부 대비 10 내지 100 중량부의 물이 추가될 수 있으며, 흡착 처리 챔버(250) 내의 온도는 약 70℃ 내지 90℃의 온도로 유지될 수 있다.
상기 활성탄은 상기 전처리액 100 중량부 대비 0.3 내지 1.0 중량부로 사용될 수 있다. 상기 활성탄을 기존 공정대비 상대적으로 적은 양을 사용함에도 이색, 이취 물질 제거를 효율적으로 수행할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 흡착 처리 챔버(250)는 활성탄이 고정화된 베드 또는 칼럼을 포함할 수 있다. 활성탄이 고정화된 베드 또는 칼럼을 사용하는 경우, 상기 시스템은 상기 베드 또는 칼럼 세척을 위한 세정부를 더 포함할 수도 있다.
분말 활성탄이 흡착제로 사용되는 경우, 이색, 이취 물질이 흡착된 활성탄을 분리하는 공정이 추가로 수행될 수 있다. 예를 들면, 흡착 처리 챔버(250)로부터 타겟 다가 알코올이 함유된 흡착 처리액이 제4 공급 유로(140)를 통해 여과부(400)로 공급될 수 있다. 여과부(400)를 통해 활성탄이 이색, 이취 물질과 함께 걸러지고, 고순도의 실질적으로 무색, 무취의 타겟 다가 알코올이 수집 유로(150)를 통해 획득될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 여과부(400)로부터 배출되는 처리액은 제3 회수 라인(145)을 통해 흡착 처리 챔버(250)로 리사이클되어 흡착 처리가 반복적으로 수행될 수도 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 흡착 처리시 물이 첨가되는 경우 여과부(400)로부터 배출되는 흡착 처리액에 대하여 감압증발을 통해 물을 제거함으로써 이색, 이취 성분을 추가적으로 제거할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 시스템은 예를 들면, 제1 콘덴서(310) 및 제2 콘덴서(330)의 압력 조절을 위한 진공 펌프(360)를 더 포함할 수도 있다. 진공 펌프(360)는 제1 배기 라인(320) 및 제2 배기 라인(350)을 통해 각각 제1 콘덴서(310) 및 제2 콘덴서(330)와 연결될 수 있다.
이하에서는, 구체적인 실험예들을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 다가 알코올의 탈색 및 탈취 방법에 대해 상세히 설명한다. 실험예에 포함된 실시예 및 비교예들은 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
< 실시예 및 비교예 >
실시예 1
원료 물질로 카사바를 분쇄한 후 당화시켜 탄소원으로 사용하고 K. oxytoca GSC112 LK 균주를 사용하여 2,3-부탄디올을 포함하는 다가 알코올 발효액을 수득한 후 상기 발효액을 여과, 전기투석, 이온교환, 증류과정을 거처 2,3-부탄디올(제1 다가 알코올)을 얻었다. 상기 2,3-부탄디올(제1 다가 알코올) 100 중량부에 대해, NaHCO3 0.3 중량부, K2CO3 0.1 중량부 및 물 5 중량부가 혼합된 제1 혼합액을 제조하고, 감압분별증류 칼럼 상부를 통해 최대 온도 80℃에서 다가 알코올(제2 다가 알코올) 90 중량부를 취출하였다.
이후, 상기 제2 다가 알코올 100 중량부 대비 40 중량부의 물을 추가하여 탈거 칼럼을 통해 24℃의 온도에서 탈거 처리한 후, 저부에 잔류하는 전처리액을 전처리액 100 중량부 대비 활성탄 0.3 중량부와 초순수 10 중량부가 내장된 챔버 내에 공급하여 80℃ 조건하에 30분간 500rpm의 속도로 교반시켰다.
흡착 처리된 액을 여과막에 통과시켜 최종적으로 2,3-부탄디올을 수득하였다.
실시예 2
탈거 처리된 전처리액을 전처리액 100 중량부 대비 활성탄 0.6 중량부와 초순수 100 중량부가 내장된 챔버 내에 공급하여 80℃ 조건하에 30분간 500 rpm의 속도로 교반시켰다.
교반이 끝난 흡착 처리액을 여과막에 통과시킨 후 여과액을 감압증발을 통해 13mbar, 24℃의 온도에서 물을 제거하여 최종적으로 2,3-부탄디올을 수득하였다.
비교예
실시예 1과 동일한 제1 다가 알코올을 제1 다가 알코올 100 중량부대비 50 중량부의 물과 5 중량부의 활성탄이 내장된 처리 챔버에 공급하여 교반 후, 감압증발을 통해 40mbar, 50℃ 조건에서 물을 제거하고 10mbar 조건에서 2,3-부탄디올을 획득하였다.
< 실험예 >
실시예 및 비교예들에 의해 수득된 2,3-부탄디올 액에 대해 가스크로마토그래피를 이용하여 2,3-부탄디올의 순도(면적비)를 측정하였다.
가스크로마토그래피 분석은 Agilent 6890 GC-MS(컬럼:HP-5MS)를 사용하였다.
품질 평가를 위하여 실시예 및 비교예 들에 의해 수득된 2,3-부탄디올 액의 색깔에 대해 APHA Color index를 측정하였으며, 취의 경우, 30명의 패널을 대상으로 아래의 평가 기준에 대해 이취 발현 여부를 관능 평가하여 평균 점수를 계산하였다. 평가 결과는 하기의 표 1에 나타낸다.
<이취 평가>
1: 강한 이취 발생
2: 중간 정도의 이취 발생
3: 옅은 이취가 짧게 발생
4: 무취
2,3-부탄디올 순도(면적비) 색상 평가
(APHA color)		 이취 평가
실시예 1 99.8% 0 3.5
실시예 2 99.8% 0 4
비교예 99.6% 5 1.8
표 1을 참조하면, 증류처리가 수행된 실시예들의 경우 비교예에 비해 이색, 이취 물질의 제거량이 현저히 상승하였다.
활성탄 흡착 시 물을 첨가한 후 감압증발로 물을 제거한 실시예 2의 경우, 실질적으로 이색, 이취 물질이 완전히 제거되었음을 알 수 있다.
100: 탈색 및 탈취 시스템 105: 제1 공급 유로
110: 제1 배출 라인 115: 제1 회수라인
125: 제2 회수라인 145: 제3 회수 라인
120: 제2 공급 유로 127: 물 공급 유로
130: 제3 공급 유로 140: 제4 공급 유로
150: 수집 유로 200: 제1 저장부
210: 분별 증류 칼럼 205: 제2 저장부
230: 탈거 칼럼 235: 제2 배출 라인
250: 흡착 처리 챔버 310: 제1 콘덴서
330: 제2 콘덴서

Claims (19)

  1. 분리 공정에 의해 수득되며 이색 및 이취 물질을 함유하는 제1 다가 알코올을 함유하는 제1 혼합액을 제조하는 단계;
    상기 제1 혼합액을 분별 증류하여 상기 이색 및 이취 물질이 적어도 부분적으로 제거된 제2 다가 알코올을 수득하는 단계;
    상기 제2 다가 알코올에 물을 공급하여 제2 혼합액을 생성하는 단계;
    상기 제2 혼합액을 탈거 처리하여 상기 이색 및 이취 물질이 물과 함께 기화됨으로써 타겟 다가 알코올이 농축 또는 정제된 전처리 액을 생성하는 단계; 및
    상기 전처리 액을 흡착 처리하는 단계를 포함하며,
    상기 탈거 처리는 상기 타겟 다가 알코올의 끓는점보다 낮고, 물의 끓는점보다 높은 온도에서 수행되는, 다가 알코올의 탈색 및 탈취 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 혼합액은 상기 제1 다가 알코올, 물 및 중화제를 포함하는, 다가 알코올의 탈색 및 탈취 방법.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 중화제는 탄산염과 금속수산화물을 포함하는, 다가 알코올의 탈색 및 탈취 방법.
  4. 청구항 2에 있어서, 상기 중화제는 상기 제1 다가 알코올 100 중량부 대비 0.1 내지 1 중량부의 함량으로 포함되는, 다가 알코올의 탈색 및 탈취 방법.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 탈거 처리는 상기 분별 증류보다 낮은 온도에서 수행되는, 다가 알코올의 탈색 및 탈취 방법.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 탈거 처리는 15 내지 25mbar 압력 및 20 내지 30℃ 온도에서 수행되는, 다가 알코올의 탈색 및 탈취 방법.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 탈거 처리는 증류 칼럼 또는 단증류를 통해 물을 제거하는 것을 포함하는, 다가 알코올의 탈색 및 탈취 방법.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 탈거 처리에 있어서 추가되는 물의 양은 상기 제2 다가 알코올 100 중량부 대비 40 내지 200 중량부인, 다가 알코올의 탈색 및 탈취 방법.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 탈거 처리는 공기 또는 질소에 의한 퍼징을 더 포함하는, 다가 알코올의 탈색 및 탈취 방법.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 분별 증류는 증류 칼럼에서의 초류를 배출하는 단계를 더 포함하는, 다가 알코올의 탈색 및 탈취 방법.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 분별 증류는 증류 칼럼의 저부에 수집되는 잔류를 제거하는 단계를 더 포함하는, 다가 알코올의 탈색 및 탈취 방법.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 흡착 처리는 상기 전처리 액을 활성탄 처리하는 것을 포함하는, 다가 알코올의 탈색 및 탈취 방법.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 활성탄 처리는 분말 활성탄 또는 활성탄 고정 베드를 사용하는, 다가 알코올의 탈색 및 탈취 방법.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 분말 활성탄을 사용하는 경우 흡착 처리액으로부터 상기 활성탄을 분리하는 공정을 더 포함하는, 다가 알코올의 탈색 및 탈취 방법.
  15. 청구항 12에 있어서, 상기 흡착 처리는 상기 전처리 액 100 중량부 대비 10 내지 100 중량부의 물을 첨가하는 것을 포함하는, 다가 알코올의 탈색 및 탈취 방법.
  16. 청구항 15에 있어서, 흡착 처리액을 감압 증발시키는 공정을 더 포함하는, 다가 알코올의 탈색 및 탈취 방법.
  17. 청구항 1에 있어서, 상기 분리 공정은 다가 알코올 발효액에 대한 이온교환 처리, 전기 투석 또는 감압 증류 중 적어도 하나를 포함하는, 다가 알코올의 탈색 및 탈취 방법.
  18. 청구항 17에 있어서, 상기 다가 알코올 발효액은 바이오 기반으로 합성된 2,3-부탄디올을 포함하는, 다가 알코올의 탈색 및 탈취 방법.
  19. 분리 공정에 의해 수득된 제1 다가 알코올을 분별 증류하는 분별 증류 유닛;
    상기 분별 증류 유닛으로부터 공급된 제2 다가 알코올에 물을 공급하고 타겟 다가 알코올의 끓는점보다 낮고 물의 끓는점보다 높은 온도에서 탈거 처리하는 탈거 유닛; 및
    상기 탈거 유닛으로부터 공급되는 다가 알코올에 잔류하는 이색 및 이취 물질을 제거하는 흡착 유닛을 포함하는, 다가 알코올의 탈색 및 탈취 시스템.
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