KR100446650B1

KR100446650B1 - 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트의증류방법 및 그 제조장치

Info

Publication number: KR100446650B1
Application number: KR10-2001-0062445A
Authority: KR
Inventors: 류대선; 문지중; 고동현; 최재훈; 엄성식
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2001-10-10
Filing date: 2001-10-10
Publication date: 2004-09-04
Anticipated expiration: 2021-10-10
Also published as: KR20030029751A

Abstract

본 발명은 고순도 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트의 증류방법 및 그 제조장치에 관한 것으로서, 특히 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트 제조공정 중에 발생하는 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트, 저비점 부산물, 및 고비점 부산물을 함유하는 혼합 생성물을 증류컬럼에서 증류하여 저비점 부산물과 고비점 부산물을 제거하는 단계를 포함하는 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트의 증류방법에 있어서, 상기 혼합 생성물을 컬럼의 2단 이상의 측면 위치에 사이드컷이 설비된 증류컬럼에서 증류하여 저비점 부산물을 컬럼 상부로 제거하고, 고비점 부산물을 컬럼 하부로 제거하고, 및 잔류물을 사이드컷으로 얻는 단계를 포함하는 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트의 증류방법 및 그 제조장치에 관한 것이다.

Description

2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트의 증류방법 및 그 제조장치{METHOD FOR THE DISTILLATION OF 2,2,4-TRIMETHYL-1,3-PENTANEDIOL MONOISOBUTYRATE AND APPARATUS FOR PREPARING THE SAME}

본 발명은 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트를 고순도로 정제하는 증류방법 및 그 제조장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트 제조공정 중에 발생하는 이소부티르알데하이드(isobutyraldehyde) 회수를 위한 증류탑의 탑저부에서 얻어지는 생성물로부터 저비점 성분들과 고비점 성분들을 차례로 사이드 컷(Side-CUT)을 통해 제거해 줌으로써 고순도로 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트 제품을 얻을 수 있는 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트의 증류방법 및 그 제조장치에 관한 것이다.

2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트는 강염기인 수산화 알카리, 예를 들어 수산화나트륨 또는 수산화칼륨 등의 촉매 하에 두 분자의 이소부티르알데하이드의 알돌 축합 반응 후 또 다른 한 분자의 이소부티르알데하이드와 티쉬켄코반응에 의하여 생성된다. 이때, 반응 생성물에는 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트와 함께, 미반응 이소부티르알데하이드, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 디이소부티레이트, 및 기타 이소부티르알데하이드가 변성되어 생성되는 부산물들을 포함하고 있다. 따라서, 상기 혼합물에서 순수한 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트를 얻기 위해서는 증류를 통한 부산물을 제거하는 정제 과정이 필요하다.

상기 고순도의 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트를 얻기 위한 방법들은 여러 가지가 있지만, 종래 방법들은 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트를 증류를 통해 얻어내는 경우 미량의 이소부티르알데하이드와 이소부티르알데하이드가 변성되어 생성된 부산물들이 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트 제품과 함께 정제되는 경향이 있었다. 상기 이소부티르알데하이드 성분들과 이소부티르알데하이드가 변성된 부산물들은 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트를 사용하고자 하는 일정 도료 등에 적용할 때 황변 등의 문제를 일으킬 수 있기 때문에 이 부산물들을 제거하여 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트의 순도를 높여주는 것이 중요하다.

종래에 알려진 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트를 정제하는 방법들은 다음과 같다.

미국특허 제5,180,847호는 저비점 성분들을 제거하는 40단의 증류탑을 20 torr의 압력, 탑상부의 온도 120 ∼ 125 ℃, 탑저부의 온도 150 ℃인 조건으로 운전하여 탑저부로 시료를 뽑아내고, 이것을 공급물로 하여 제품을 수득하는 5단의 증류탑을 20 torr의 압력, 탑상부의 온도 132 ∼ 136 ℃, 탑저부의 온도 150 ∼ 160 ℃인 조건으로 운전하여 탑 저부로 고비점 부산물을 제거하고 탑 상부로 최종 제품을 얻는데, 이때 제품 생성물은 0.9 중량%의 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올, 91.5 중량%의 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트, 7.3 중량%의 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 디이소부티레이트로 구성되어 있는 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트의 정제 방법을 개시하고 있다. 그러나, 상기 방법은 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트를 99.0 중량% 이상으로 얻는 것은 쉽지 않으며, 이소부티르알데하이드 회수 컬럼 이후에 무동작 혼합기에 의한 혼합, 경사 분리, 저비점 증류, 고비점 증류의 4개의 단위 공정을 거쳐 단위 공정의 수가 많다.

미국특허 제4,883,906호는 이소부티르알데하이드를 회수하는 40단의 증류탑을 305 torr의 압력과 탑저부의 온도 200 ℃인 조건에서 운전하여 탑저부의 사이드 컷을 통해 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트 90.1 중량%, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 1.8 중량%, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 디이소부티레이트 2.3 중량%, 이소부탄올 1.2 중량%, 및 이소부티르알데하이드 1.6 중량%의 함량을 가진 용액을 공급물로 하여 100 torr의 압력과 탑저부의 온도 195±3 ℃인 조건으로 운전하여 순도 98.3 중량%의 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트를 함유하고 이소부티르알데하이드와 이소부탄올의 함량이 각각 0.04 중량%이고, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 디이소부티레이트의 함량이 각각 0.87과 0.63 중량%로 구성되어 있는 제품을 얻는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 상기 방법은 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트를 99.0 중량% 이상으로 얻는 것은 쉽지 않다.

미국특허 제3,718,689호는 관상 반응기와 이소부티르알데하이드 회수 증류탑, 라인믹서를 거쳐 경사 분리기에서 나오는 유기층을 공급물로 하여 탈수 증류탑, 플래시 증발기, 저비점 성분을 탑상부로 제거하는 정제 컬럼, 및 고비점 성분을 탑저부로 제거하는 정제 컬럼의 총 4개의 단위 공정을 사용하여 제품을 수득하는 방법을 개시하고 있다. 그러나 상기 방법은 이소부티르알데하이드로 전환될 수 있는 고비점 부산물들과 이소부티르알데하이드를 모두 제거한 시료를 증류의 공급물로 사용하여 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트 제품을 수득하는 공정이며, 최종 정제 컬럼에서 얻어지는 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트 순도에 대한 언급이 없었다. 또한, 이소부티르알데하이드 회수 컬럼 후에 경사 분리, 세척, 탈수 증류, 저비점 성분들을 제거하는 정제 컬럼, 고비점 성분들을 제거하는 정제 컬럼 등 5개의 단위 공정으로 이루어져 있어 단위 공정의 수가 많다.

미국특허 제3,291,821호는 반응기, 1차 경사 분리기, 공비 증류를 이용한 이소부티르알데하이드 회수 컬럼의 탑저부로 나온 생성물을 공급물로 하여 2차 경사 분리기, 탈수 증류탑, 저비점 성분들을 탑상부로 제거하는 정제 컬럼 1과 고비점 성분들을 탑저부로 제거하는 정제 컬럼 2로 구성되어 있으며, 이소부티르알데하이드 회수 컬럼의 탑저부 물질인 공급물 기준으로 총 4개의 단위 공정을 거치는 방법을 개시하고 있다. 상기 정제 컬럼 1의 경우 탑상부로 저비점 성분들을 제거하고, 정제 컬럼 2의 경우 탑저부로 고비점 성분들을 제거하고 탑상부로 최종 제품인 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트를 수득하는 방법을 기술하고 있다. 상기 이소부티르알데하이드 회수 컬럼에서는 추가의 물을 사용하여 이소부티르알데하이드로부터 변환된 알돌 화합물들을 깨뜨려서 미반응된 이소부티르알데하이드를 모두 회수하여 탑저부의 이소부티르알데하이드 함량이 '0'이 되며, 이에 따라 후속 공정인 3개의 증류탑을 포함한 4개의 단위 공정에서는 이소부티르알데하이드 함량이 '0'인 공급물이 들어가게 된다. 상기 정제 컬럼 2의 증류 운전 압력은 매우 높은 진공인 2 torr의 압력에서 수행하며, 이렇게 얻어진 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트의 총 수율은 78% 임을 나타나고 있으나, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트 제품의 순도는 기재되지 않았다. 또한, 상기 방법 역시 경사 분리, 탈수 증류, 저비점 성분을 제거하는 정제 공정 1과 탑저부로 고비점 성분을 제거하고 탑상부로 제품인 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트를 수득하는 정제 공정 2의 4개의 단위공정으로 이루어져 있어단위 공정의 수가 많다.

일본공개특허공보 평11-315051호는 수직 분할형 증류탑을 설계한 후, 증류탑 안에 제1, 제2, 제3의 증류부를 여러 개의 칸막이로 분리하여 공급물 노즐 쪽에 있는 제 1 증류부에서 농축과 회수 부분이 있고, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트 제품을 수득하는 노즐 쪽의 윗부분인 제 2의 증류부와, 아래 부분인 제 3증류부의 역할에 의해 저비점 부산물들과 고비점 부산물들을 분리하여 하나의 컬럼 안에서 정제 공정을 수행하는 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트를 회수하는 증류 방법과 그와 관련된 장치에 관해서 기술하고 있다. 그러나, 상기 방법은 제 1 ∼ 제 3의 증류부의 가열 및 냉각이 각각 필요 이상으로 반복되지 않기 때문에 계장품의 사용량이 적어지고, 소비 에너지를 적게 할 수 있으며 동시에 증류 장치의 비용을 낮출 수 있기는 하지만, 증류 컬럼의 설계 및 적용이 어렵고 각각의 컬럼이 분리되어 있는 경우보다 원하는 제품의 품질을 안정적으로 얻는 것이 어려울 뿐만 아니라, 공급물의 조성 변화에 따라서 정상적인 운전을 수행하기가 어려운 문제가 있다. 또한, 공급물에 저비점 성분인 이소부티르알데하이드 등으로 전환되는 고비점 성분들이 있는 경우, 사이드 컷 노즐로 저비점 성분들이 따라 나올 수 있기 때문에 원하는 제품의 관리항목을 맞출 수 없게 되기도 한다. 게다가, 상기 방법은 공급물과 최종 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트 제품의 함량 및 순도 등의 조성에 대한 언급이 없다.

따라서, 글리콜 모노에스레르 제품인 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트의 순도를 99.0% 이상의 고순도로 수득하면서, 정제 단위 공정의 수를줄일 수 있고, 또한 정제 공정의 공급물에 이소부티르알데하이드, 이소부탄올, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 디이소부티레이트, 이소부티르알데하이드로 전환될 수 있는 고비점 부산물들 등이 과량 존재하더라도 안정적으로 고순도의 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트를 수득할 수 있는 새로운 공정의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 고려하여, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트의 제조 공정 중에 발생하는 불순물을 효과적으로 제거하여 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트를 고순도로 정제할 수 있는 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트의 증류방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 상기 방법으로 증류되는 고순도의 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트의 제조장치를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 실시예 1 내지 3의 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트의 제조장치의 개략적인 모식도를 나타낸 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 실시예 4 내지 6의 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트의 제조장치의 개략적인 모식도를 나타낸 것이다.

도 3은 실시예 1 내지 3의 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트의 제조장치 중 사이드컷이 설비된 저비점 컬럼에서의 증류 방식의 개략적인 모식도를 나타낸 것이다.

[도면 주요 부분에 대한 부호의 설명]

1: 반응기 2: 혼합상 분리기

3: 이소부티르알데하이드 회수 증류탑

4: 사이드 컷이 설비된 저비점 증류 컬럼

5: 사이드 컷이 설비된 고비점 증류 컬럼

5': 고비점 증류 컬럼

6: 이소부티르알데하이드 공급 도관

7: 수산화 알칼리 촉매 공급 도관

8: 반응 생성물 이송 도관 9: 물 공급 도관

10: 유기층 이송 도간 11: 물층 배출 도관

12: 공급물 이송 도관

13: 이소부티르알데하이드 회수 도관

14: 혼합 생성물 공급노즐

15, 20, 25, 28: 원료공급노즐

19, 24, 32: 사이드 컷 노즐

16: 사이드컷으로 배출된 공급물 이송 도관

17, 22, 26, 30: 무기물과 고비점 부산물 회수 도관

18, 23, 31: 저비점 부산물 회수 도관

27: 고비점 부산물 회수후의 잔류물 이송도관

21, 29: 사이드 컷으로 배출된 생성물 회수 도관

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트 제조공정 중에 발생하는 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트, 저비점 부산물, 및 고비점 부산물을 함유하는 혼합 생성물을 증류컬럼에서 증류하여 저비점 부산물과 고비점 부산물을 제거하는 단계를 포함하는 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트의 증류방법에 있어서,

상기 혼합 생성물을 컬럼의 2단 이상의 측면 위치에 사이드컷이 설비된 증류컬럼에서 증류하여 저비점 부산물을 컬럼 상부로 제거하고, 고비점 부산물을 컬럼 하부로 제거하고, 및 잔류물을 사이드컷으로 얻는 단계

를 포함하는 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트의 증류방법을 제공한다.

바람직하게, 본 발명은

a) 상기 혼합 생성물을 원료공급노즐과 컬럼 탑저부로부터 2단 이상의 사이의 측면 위치에 사이드 컷이 설비된 저비점 증류컬럼에서 증류하여 저비점 부산물을 컬럼 상부로 제거하고, 고비점 부산물을 컬럼의 하부로 제거하고, 및 잔류물을 사이드 컷으로 얻는 단계; 및

b) 상기 a)단계에서 얻은 잔류물을 원료공급노즐과 탑상부 사이의 측면 위치에 사이드 컷이 설비된 고비점 증류컬럼에서 증류하여 미량 남아 있는 저비점 부산물을 컬럼 상부로 제거하고, 컬럼 하부로 나머지 고비점 부산물을 제거하고, 및 잔류물을 사이드 컷으로 얻는 단계를 포함하여 실시할 수 있다.

또한, 바람직하게 본 발명은

a) 상기 혼합 생성물을 고비점 증류컬럼에서 증류하여 고비점 부산물을 컬럼 하부로 제거하고, 및 잔류물을 컬럼의 상부로 얻는 단계; 및

b) 상기 a)단계에서 얻은 잔류물을 원료공급노즐과 컬럼 탑저부로부터 2단 이상의 사이의 측면 위치에 사이드 컷이 설비된 저비점 증류컬럼에서 증류하여 저비점 부산물을 컬럼 상부로 제거하고, 미량 남아 있는 고비점 부산물들을 컬럼 하부로 제거하고, 잔류물을 사이드 컷으로 얻는 단계를 포함하여 실시할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 기재의 방법으로 증류되는 적어도 순도가 99.5 중량%인 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트를 제공한다.

또한, 본 발명은 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트의 제조장치에 있어서,

a) 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트를 제조하기 위한 반응기와,

b) 상기 a)의 반응기에 연결 설치되고, 반응기에서 얻은 혼합생성물의 무기물들을 제거하여 유기층을 분리하기 위한 혼합상 분리기와,

c) 상기 b)의 혼합상 분리기에 연결 설치되고, 증류탑의 상부에 유기층을 증류하여 미반응 이소부티르알데하이드를 회수하는 유출도관이 설비되고, 증류탑의 하부에 잔류물을 얻기 위한 유출도관이 설비된 회수 증류탑과, 및

d) 상기 c)의 이소부티르알데하이드 회수 증류탑의 탑저부에 연결 설치되고, 컬럼의 상부 및 하부에 부산물을 제거하는 유출 도관이 설비되며, 원료공급물을 공급하기 위한 증류 컬럼의 중앙에서 상하로 ±4단 범위 이내에 설비된 공급노즐이 설비되며, 잔류물을 회수하기 위한 상기 공급노즐과 탑저부로부터 2단 이상의 사이의 측면위치에 사이드컷 노즐이 설비된 증류컬럼

을 포함하는 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트의 제조장치를 제공한다.

이하에서 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명은 종래 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명자들은 공급물로 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트 제조 공정 중에 발생하는 이소부티르알데하이드의 회수를 위한 증류탑의 탑저부에서 얻어지는 혼합 생성물을 사용하고 이를 사이드컷을 포함하는 저비점 증류컬럼과 고비점 증류컬럼으로 증류하면, 저비점 부산물과 고비점 부산물을 동시에 제거하여 이소부티르알데하이드가 전혀 없고 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트의 함량이 적어도 99.0 중량% 이상인 제품을 안정적이며 높은 수율로 수득할 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다.

본 발명에 따른 증류방법을 사용하면 이소부티르알데하이드가 전혀 없고 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트, 및 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 디이소부티레이트 이외의 유기물 성분들을 합친 것이 0.05 중량% 이하가 되면서 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올의 함량 0.5 중량% 이하, 보다 바람직하게는 0.3 중량% 이하이고, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 디이소부티레이트의 함량은 1.0 중량% 이하, 보다 바람직하게는 0.6 중량% 이하이며, 특히 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트의 함량은 99.0 중량% 이상이고, 적어도 99.5 중량%인 고순도의 제품을 안정적으로 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 저비점 부산물을 제거하기 위한 저비점 컬럼의 공급물 중의 이소부티르알데하이드와 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올을 제외한 저비점 부산물들의 함량이 3.0 내지 5.0 중량%가 되고, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트를 제외한 고비점 부산물들의 함량이 0.5 내지 1.5 중량%가 되더라도 두 정제 컬럼의 사이드 컷을 통해 적어도 99.0 중량% 이상의 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트 제품을 얻어 낼 수가 있다. 또한, 앞 정제 공정인 저비점 컬럼에서 저비점 성분인 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 성분의 제거가 충분히 이루어지지 않았을 경우에도, 뒤의 정제 공정인 고비점 컬럼에서 다시 한 번 제거가 될 수 있기 때문에 안정적으로 적어도 99.0 중량% 이상의 고순도 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트 제품을 수득할 수 있다.

이러한 본 발명의 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트의 증류방법을 그 제조방법에 의거하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트를 고순도로 정제하기 위해, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트 제조공정 중에 발생하는 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트, 저비점 부산물, 및 고비점 부산물을 함유하는 혼합 생성물을 컬럼의 2단 이상의 측면 위치에 사이드컷이 설비된 증류컬럼에서 증류하여 저비점 부산물을 컬럼 상부로 제거하고, 고비점 부산물을 컬럼 하부로 제거하고, 및 잔류물을 사이드컷으로 얻는 단계를 실시하여 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트를 고순도로 얻을 수 있다.

본 발명의 증류컬럼에서 단의 위치는 탑저부쪽을 기준으로 한다. 본 발명에서 사용하는 증류컬럼은 2단 이상의 측면위치에 사이드 컷이 설비되는 것이 바람직하다. 상기 증류컬럼은 저비점 증류컬럼, 고비점 증류컬럼, 또는 이들을 혼용하여 사용할 수 있다. 이때, 상기 저비점 증류컬럼과 고비점 증류컬럼을 혼용하여 사용할 경우 증류컬럼의 설비순서를 서로 바꾸어 증류를 실시할 수 있으며, 또한 사이드 컷은 하나 이상의 증류컬럼에 설비될 수 있다.

먼저, 본 발명은 공급물로 사용되는 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트 제조공정 중의 이소부티르알데하이드 회수를 위한 회수 증류탑의 탑저부에서 얻은 혼합 생성물을 얻기 위해, 반응기(1)에 도관(6 및 7)을 통해 이소부티르알데하이드와 수산화 알카리 촉매를 각각 공급하여 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트를 합성한다. 이후, 반응 생성물을 도관(8)을 통해 혼합상 분리기(2)로 공급되며, 이때 도관(8)에 포함되어 있는 무기물들을 제거하기 위해 혼합상 분리기로 세척제인 물을 넣어 주어 유기층과 물층을 분리한다. 그런 다음, 혼합상 분리기(2)에서 분리된 유기층은 도관(10)을 통해 공급물로서 미반응 이소부티르 알데히드를 증류하는 회수 증류탑(3)으로 공급되고, 물층은 도관(11)을 통해 배출된다. 상기 이소부티르 알데하이드 회수 증류탑(3)에서는 탑상부(13)로 이소부티르 알데하이드가 회수되며, 나머지 잔류물들은 회수 증류탑(3)의 탑저부를 통해 도관(12)을 거쳐 다단의 저비점 증류 컬럼(4)으로 공급한다.

이후, 본 발명은 상기 혼합 생성물을 컬럼의 2단 이상의 측면 위치에 사이드 컷이 설비된 증류컬럼에서 증류하여 저비점 부산물을 컬럼 상부로 제거하고, 미량의 무기물과 고비점 부산물을 컬럼 하부로 제거하고, 및 잔류물을 사이드컷으로 회수함으로써, 고순도의 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트를 얻을 수 있다.

상기 혼합 생성물내 조성은 이소부티르알데하이드의 함량 5.0 중량% 이하,보다 바람직하게는 3.0 중량% 이하, 이소부탄올의 함량 3.0 중량% 이하, 보다 바람직하게는 0.2 내지 1.8 중량%, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올의 함량은 9.0 중량% 이하인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 1.0 내지 5.0 중량%, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트의 함량은 80.0 내지 95.0 중량%, 보다 바람직하게는 88.0 내지 92.0 중량%, 및 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 디이소부티레이트 함량은 4.0 중량% 이하가 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.5 내지 1.5 중량%인 것이 좋다.

본 발명은 저비점 증류컬럼을 먼저 실시하고 고비점 증류컬럼을 실시할 수 있으며, 바람직한 일 실시예를 도 1을 참조하여 설명하면 하기와 같다.

본 발명은 상기 혼합 생성물을 원료공급노즐과 컬럼 탑저부로부터 2단 이상의 사이의 측면 위치에 사이드 컷이 설비된 저비점 증류 컬럼(4)에서 증류하여 상부의 도관(18)으로 저비점 부산물들을 제거하고, 컬럼의 탑저부의 도관(17)을 통해 미량 남아 있는 무기물들과 고비점 부산물들을 제거하며, 나머지 혼합 생성물들은 저비점 증류 컬럼(4)의 하단부의 사이드 컷(19)을 통해 배출되어 도관 20을 거쳐 고비점 증류 컬럼(5)으로 공급된다.

그 다음으로, 본 발명은 상기에서 얻은 잔류물을 원료공급노즐과 탑상부 사이의 측면 위치에 사이드 컷이 설비된 고비점 증류 컬럼(5)에서 증류하여 컬럼의 하부의 도관(22)을 통해 고비점 부산물인 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 디이소부티레이트를 제거하고, 컬럼의 탑상부의 도관(23)을 통해 미량의 저비점 성분들과 무기물들을 제거하며, 나머지 원하는 생성물인 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트를 고비점 증류 컬럼 상단의 사이드 컷(24)을 통해 원하는 도관(21)로 회수한다.

도 3에서 보면, 사이드컷이 저비점 컬럼에 설비된 경우의 예로 원료공급과 사이드컷을 통해 원하는 제품을 얻은 원리를 간략하게 도시한 것이다. 즉, 원료공급의 경우 기존의 시브-트레이(sieve-tray) 컬럼의 한단을 기준으로 기체가 이동하는 부분에 배관을 설비하여 원료공급노즐(25)로 공급물을 투입하고, 사이드컷의 경우 기체-액체 평형이 이루어지는 부분 중 액체가 존재하는 부분에 배관을 설비하여 펌프를 통해서 뽑아내고, 열교환기를 이용하여 사이드컷 노즐(19)을 통해 원하는 제품을 수득한다. 이때, 고비점 증류컬럼에 사이드컷이 설비되는 경우에도 같은 원리로 원하는 물질을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 고비점 증류컬럼을 먼저 실시하고 저비점 증류컬럼을 실시할 수 있으며, 바람직한 일 실시예를 도 2를 참조하여 설명하면 하기와 같다.

본 발명은 상기와 같이 이소부티르알데하이드 회수 증류탑의 탑저부로부터 얻은 혼합 생성물을 고비점 증류컬럼(5')에서 증류하여 고비점 부산물들을 컬럼 하부의 도관(26)으로 제거하고, 나머지 잔류물은 고비점 증류 컬럼의 상부의 도관(27)을 거쳐 저비점 증류컬럼(4)으로 공급된다.

그런 다음, 원료공급노즐과 컬럼 탑저부로부터 2단 이상의 사이의 측면 위치에 사이드 컷이 설비된 저비점 증류 컬럼(4)에서 증류하여 컬럼 상부의 도관(31)을 통해 저비점 부산물인 이소부틸알데히드, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올을 제거하고, 컬럼 하부의 도관(30)을 미량의 고비점 성분인 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 디이소부티레이트를 제거하며, 저비점 증류 컬럼 하단의 사이드 컷(32)을 통해 원하는 생성물질인 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트를 도관(29)으로 회수한다.

본 발명에서 저비점 증류 컬럼의 압력은 10 내지 100 torr인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 15 내지 50 torr에서 증류를 실시하는 것이 좋다.

또한, 저비점 증류 컬럼의 탑저부의 온도는 150 내지 200 ℃인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 160 내지 190 ℃인 것이 좋다.

상기 저비점 증류 컬럼의 사이드 컷을 통해 얻은 잔류물의 온도는 120 내지 190 ℃인 것이 바람직하다.

본 발명에서 고비점 증류 컬럼의 압력은 10 내지 100 torr인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 15 내지 50 torr의 조건에서 증류를 실시하는 것이 좋다.

또한, 고비점 성분들을 제거하고 제품인 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트를 수득하는 고비점 증류 컬럼의 탑저부의 온도는 150 내지 210 ℃인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 160 내지 200 ℃인 것이 좋다.

상기 고비점 증류 컬럼 5의 사이드 컷으로 얻어지는 잔류물의 온도는 110 내지 180 ℃인 것이 바람직하다.

본 발명은 상기와 같은 증류공정을 통하여 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트의 순도가 99.0 중량%로 얻을 수 있으며, 더욱 바람직하게는 99.5 중량% 이상의 고순도의 제품을 얻을 수 있다. 구체적으로, 본 발명은 상기 공정에의해서 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 0.3 중량% 이하, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 디이소부티레이트 0.6 중량% 이하, 기타 유기물 0.05 중량% 이하, 및 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트를 적어도 99.0 중량% 이상, 보다 바람직하게 99.5 중량%를 포함하는 고순도의 제품을 얻을 수 있다.

한편, 본 발명은 상기 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트의 제조장치를 제공한다. 본 발명에서 사용되는 장치는 다단 장치를 사용하는 것이 바람직하며, 구체적 예를 들면 25단 짜리 올더쇼(oldershaw) 컬럼이 사용될 수 있다. 컬럼의 공급물은 증류탑의 중앙 부분에 투입되고, 탑상부의 생성물은 열교환기를 거쳐 나오며, 탑저부의 생성물은 펌프에 의해 정량적으로 배출되어 연속 운전이 되도록 하며, 사이드 컷 물질은 사이드 컷 노즐에서 펌프로 뽑아 낸다.

더욱 상세하게는, 본 발명의 제조장치는 a) 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트를 제조하기 위한 반응기와, b) 상기 a)의 반응기에 연결 설치되고, 반응기에서 얻은 혼합생성물의 무기물들을 제거하여 유기층을 분리하기 위한 혼합상 분리기와, c) 상기 b)의 혼합상 분리기에 연결 설치되고, 증류탑의 상부에 유기층을 증류하여 미반응 이소부티르알데하이드를 회수하는 유출도관이 설비되고, 증류탑의 하부에 잔류물을 얻기 위한 유출도관이 설비된 회수 증류탑과, 및 d) 상기 c)의 이소부티르알데하이드 회수 증류탑의 탑저부에 연결 설치되고, 컬럼의 상부 및 하부에 부산물을 제거하는 유출 도관이 설비되며, 원료공급물을 공급하기 위한 증류 컬럼의 중앙에서 상하로 ±4단 범위 이내에 설비된 공급노즐이 설비되며, 잔류물을 회수하기 위한 상기 공급노즐과 탑저부로부터 2단 이상의 사이의 측면위치에 사이드컷 노즐이 설비된 증류컬럼을 포함하여 구성된다.

상기 반응기(1)의 입구측에는 반응물인 이소부티르알데하이드를 투입하는 도관(6)이 설비되며, 상기 도관(6)에는 강염기인 수산화알칼리 촉매를 투입하기 위한 도관(7)이 연결되어 있다. 상기 반응기(1)의 우측에는 혼합 생성물을 혼합상 분리기(2)로 유출하기 위한 도관(8)이 연결되어 있다. 이때, 상기 도관(8)에는 무기물을 제거하기 위한 물을 투입하는 도관(9)이 연결되어 있다. 상기 반응기(1)에는 반응물과 강염기를 혼합하기 위한 교반기가 구비 설치되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 혼합상 분리기(2)에는 상기 반응기에서 투입된 혼합 생성물과 도관(9)을 통해 투입된 물을 혼합하여 유기층과 물층으로 분리하기 위한 교반기가 장착되어 있는 것이 바람직하다. 혼합상 분리기(2)의 좌측에는 상기 반응기(1)의 혼합 생성물을 도입하기 위한 도관(8)이 연결되며, 혼합상 분리기(2)의 하부에는 물층을 배출하여 제거하기 위한 도관(11)이 연결되어 있다. 상기 혼합상 분리기(2)의 우측에는 상기 유기층을 이소부티르알데하이드 회수 증류탑(3)으로 공급하기 위한 도관(10)이 장착되어 있다.

상기 이소부티르알데하이드 회수 증류탑(3)에는 이소부티르알데하이드를 회수하기 위한 도관(13)이 설비되어 있다. 또한, 상기 이소부티르알데하이드 회수 증류탑(3)의 탑저부에는 공급물을 공급하기 위한 공급노즐(14)가 좌측면에 설비되며, 공급물을 유출하기 위한 도관(12)이 장착되며, 상기 도관(12)은 저비점 증류컬럼(4) 또는 고비점 증류컬럼(5)의 공급노즐로 연결 설비된다.

이때, 본 발명에서 상기 저비점 증류컬럼이 먼저 설비되고 고비점 증류컬럼이 설비되는 경우, 저비점 증류컬럼(4)의 상부에는 저비점 부산물을 제거하기 위한 유출 도관(18)이 설비되며, 컬럼의 하부에는 고비점 부산물을 제거하기 위한 유출 도관(17)이 구비되고, 좌측면에 원료공급노즐이 설비되어 있다. 특히, 저비점 증류컬럼에는 잔류물을 회수하는 사이드컷 노즐(19)이 설비되어 있으며, 고비점 증류컬럼으로 공급하기 위한 도관(16)이 연결 설치되어 있다. 또한, 고비점 증류컬럼(5)의 상부에는 저비점 부산물을 제거하기 위한 유출 도관(23)이 설비되고, 컬럼의 하부에는 고비점 물질을 제거하기 위한 유출도관(22)이 설비되며, 좌측면에 원료공급노즐이 설비되며, 컬럼 2단 이상(바람직하게는 원료공급노즐과 탑상부 사이)의 측면 위치에 사이드컷 노즐이 설비된다.

또한, 본 발명에서 상기 고비점 증류컬럼이 먼저 설비되고 저비점 증류컬럼이 설비되는 경우, 고비점 증류컬럼(5)의 하부에는 고비점 부산물을 제거하기 위한 유출 도관(26)이 설비되고, 좌측면에 원료공급노즐이 설비되며, 컬럼의 상부에는 잔류물을 회수하기 위한 유출도관(27)이 설비된다. 또한, 저비점 증류컬럼의 상부에는 저비점 부산물을 제거하기 위한 유출 도관(31)이 연결 설비되어 있으며, 컬럼 하부에는 고비점 부산물을 제거하기 위한 유출 도관(30)이 설비되며, 좌측면에 원료공급노즐이 설비되는 것이 바람직하다. 또한, 저비점 증류컬럼의 하단에는 목적잔류물을 얻기 위한 사이드컷 노즐(32)이 설치되며, 잔류물을 회수하기 위한 도관(29)이 설비된다.

본 발명에서 저비점 부산물을 제거하는 저비점 증류컬럼의 경우, 공급물이 들어가는 원료공급노즐(15, 28)의 위치는 증류탑의 중앙에서 상하로 ±4단 사이에있는 것이 바람직하다. 또한, 사이드컷 노즐의 위치는 공급물이 들어가는 노즐과 컬럼 탑저부로부터 2단 이상의 사이의 측면에 위치하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서 고비점 부산물을 제거하고 제품을 사이드컷으로 수득하는 고비점 증류컬럼의 경우, 공급물이 들어가는 원료공급노즐(20, 25)의 위치는 증류탑의 중앙에서 상하로 ±4단 범위 이내에 위치하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 증류 컬럼의 중앙에 위치하는 것이 좋다. 또한, 제품을 얻어내는 사이드컷 노즐의 위치는 탑 중앙과 탑상부 사이의 측면에 위치하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 본 발명에 따르면 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트 제조공정 중의 이소부티르알데하이드 회수를 위한 증류탑의 탑저부에서 얻어지는 생성물로부터 이소부티르알데하이드가 전혀 없고 저비점 부산물과 고비점 부산물이 거의 없이 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트를 적어도 99.5 중량% 이상 고순도의 제품으로 안정적으로 얻을 수 있다.

이하, 본 발명을 하기의 실시예 및 비교예를 참조로 하여 보다 상세히 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

실시예 1

2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트의 회수 장치로는 도 1의 장치를 이용하였다. 저비점 증류 컬럼의 공급물은 이소부티르알데하이드 증류 컬럼에서 나오는 탑저부의 물질로, 이 시료의 조성은 이소부티르알데하이드 0.50 중량%, 이소부탄올 0.66 중량%, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 5.03 중량%, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트 90.89 중량%, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 디이소부티레이트 0.90 중량%이며, 수분 0.30 중량%, 및 기타 저비점 부산물과 고비점 부산물 1.72 중량%로 구성되어 있다. 저비점 증류 컬럼은 25단 짜리 올더쇼(Oldershaw) 컬럼을 사용하여 탑저부로부터 노즐 위치가 13단에 위치한 노즐을 통하여 상기 공급물을 투입하였고, 이때 사이트 컷 노즐은 탑저부로부터 2단에 설치하였다. 이후, 20 torr의 압력, 탑저부의 온도 159 ∼ 164 ℃인 조건으로 증류하여 사이드 컷 물질의 조성이 이소부티르알데하이드 0.10 중량%, 이소부탄올 0.00 중량%, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 0.42 중량%, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트 98.30 중량%, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 디이소부티레이트 1.02 중량%, 수분 0.10 중량%, 기타 물질 0.06 중량%로 구성되어 있는 물질을 얻었다.

이후, 고비점 부산물과 제품 증류를 위한 고비점 증류 컬럼에 상기 저비점 증류 컬럼에서 얻은 사이드 컷 물질을 공급물로 투입하였고, 이때 고비점 증류 컬럼은 탑저부쪽으로부터 공급물의 노즐 위치를 13단으로 하고, 20단에 사이드 컷 노즐이 설치된 25단 짜리 올더쇼(Oldershaw) 컬럼을 사용하였다. 증류 조건은 20 torr의 압력, 탑저부의 온도 170 ∼ 175 ℃에서 증류하였고 사이드 컷 물질의 조성결과를 하기 표 1에 나타내었다.

실시예 2

2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트의 회수 장치로는 도 1의장치를 이용하였다. 저비점 증류 컬럼의 공급물은 이소부티르알데하이드 증류 컬럼에서 나오는 탑저부의 물질로, 이 시료의 조성은 이소부티르알데하이드 0.60 중량%, 이소부탄올 0.76 중량%, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 5.33 중량%, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트 90.29 중량%, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 디이소부티레이트 1.00 중량%이며, 수분 0.30 중량%, 및 기타 저비점 부산물과 고비점 부산물 1.72 중량%로 구성되어 있다. 저비점 증류 컬럼은 25단 짜리 올더쇼(Oldershaw) 컬럼을 사용하여 노즐 위치가 탑저부로부터 13단에 있는 노즐을 통하여 상기 공급물을 투입하였고, 이때 사이트 컷 노즐은 탑저부로부터 2단에 설치하였다. 이후, 75 torr의 압력, 탑저부의 온도 179 ∼ 184 ℃인 조건으로 증류하여 사이드 컷 물질의 조성이 이소부티르알데하이드 0.14 중량%, 이소부탄올 0.00 중량%, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 0.16 중량%, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트 98.81 중량%, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 디이소부티레이트 0.72 중량%, 수분 0.10 중량%, 기타 물질 0.07 중량%로 구성되어 있는 물질을 얻었다.

실시예 3

2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트의 회수 장치로는 도 1의 장치를 이용하였다. 저비점 증류 컬럼의 공급물은 이소부티르알데하이드 증류 컬럼에서 나오는 탑저부의 물질로, 이 시료의 조성은 이소부티르알데하이드 2.12 중량%, 이소부탄올 0.47 중량%, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 4.20 중량%, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트 89.76 중량%, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 디이소부티레이트 0.78 중량%, 수분 0.30 중량%, 기타 저비점 부산물과 고비점 부산물 2.37 중량%로 구성되어 있다. 저비점 증류 컬럼은 25단 짜리 올더쇼(Oldershaw) 컬럼을 사용하여 노즐 위치가 탑저부로부터 13단에 있는 노즐을 통하여 상기 공급물을 투입하였고, 이때 사이트 컷 노즐은 탑저부로부터 24단에 설치하였다. 이후, 20 torr의 압력, 탑저부의 온도 161 ∼ 164 ℃인 조건으로 증류하여 사이드 컷 물질의 조성이 이소부티르알데하이드 0.14 중량%, 이소부탄올 0.00 중량%, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 0.22 중량%, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트 98.72 중량%, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 디이소부티레이트 0.82 중량%, 수분 0.10 중량%, 기타 물질 0.00 중량%로 구성되어 있는 물질을 얻었다.

이후, 고비점 부산물과 제품 증류를 위한 고비점 증류 컬럼에 상기 저비점 증류 컬럼에서 얻은 사이드 컷 물질을 공급물로 투입하였고, 이때 고비점 증류 컬럼은 탑상부 쪽을 기준으로 공급물의 노즐 위치를 13단으로 하고, 6단에 사이드 컷 노즐이 설치된 25단 짜리 올더쇼(Oldershaw) 컬럼을 사용하였다. 증류 조건은 20torr의 압력, 탑저부의 온도 170 ∼ 175 ℃에서 증류하였고 사이드 컷 물질의 조성결과를 하기 표 1에 나타내었다.

비교예 1

저비점 증류의 공급물은 이소부티르알데하이드 증류 컬럼에서 나오는 탑저부의 물질을 사용하였으며, 이 시료의 조성은 이소부티르알데하이드 0.71 중량%, 이소부탄올 0.12 중량%, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 3.85 중량%, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트 93.14 중량%, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 디이소부티레이트 0.90 중량%, 수분 0.30 중량%, 기타 저비점 부산물과 고비점 부산물 0.98 중량%로 구성되어 있다. 사이드 컷이 없는 25단 짜리 올더쇼(Oldershaw) 컬럼을 사용하여 노즐 위치가 탑저부로부터 13단에 있는 노즐을 통하여 상기 공급물을 투입하였다. 이후, 20 torr의 압력, 탑저부의 온도 158 ∼ 162 ℃인 조건으로 증류하여 탑저부의 조성이 이소부티르알데하이드 0.58 중량%, 이소부탄올 0.00 중량%, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 0.15 중량%, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트 97.63 중량%, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 디이소부티레이트 1.00 중량%, 수분 0.10 중량%, 기타 물질 0.54 중량%로 구성되어 있는 물질을 얻었다.

이후, 상기 저비점 증류 컬럼에서 얻은 탑저부의 물질을 고비점 증류 컬럼의 공급물로 투입하고, 이때 고비점 증류 컬럼은 탑저부로부터 공급물의 노즐 위치를 16단으로 하고, 8단에 사이드 컷 노즐이 설치된 25단 짜리 올더쇼(Oldershaw) 컬럼을 사용하였다. 증류 조건은 20 torr의 압력, 탑저부의 온도 167 ∼ 175 ℃에서 증류하였고 사이드 컷 물질의 조성결과를 하기 표 1에 나타내었다.

구 분 (중량%)	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1
이소부티르알데하이드	0	0	0	0.08
이소부탄올	0	0	0	0
2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올	0.09	0.05	0.15	0.33
2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트	99.39	99.71	99.49	98.80
2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 디이소부티레이트	0.57	0.23	0.35	0.66
수 분	0.01	0.01	0.01	0.01
기타 물질	0	0	0	0.12

상기 표 1에서 보는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 3의 경우 이소부티르알데하이드가 전혀 없으며, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트의 함량이 99.39 ∼ 99.49 중량%로 고순도이고, 저비점 부산물인 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올의 함량도 매우 미량임을 알 수 있다. 반면, 비교예 1의 경우 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트의 함량이 98.80 중량%로 실시예 1 내지 3보다 낮으며, 도료에 적용시 황변문제를 일으키는 이소부티르알데하이드가 여전히 0.08 중량%로 남아 있고, 저비점 부산물인 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올의 함량도 높게 나타났다.

실시예 4

2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트의 회수 장치로는 도 2의 장치를 이용하였다. 고비점 증류공정의 공급 원료는 이소부틸알데히드 회수 증류공정에서 얻은 탑 저부의 생성물을 사용하였으며, 이 원료의 조성은 이소부틸알데히드 2.2 중량%, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 4.6 중량%, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트 87.6 중량%, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 디이소부티레이트 0.7 중량%, 수분 2.7 중량%, 및 기타 저비점 및 고비점 부산물 2.2 중량%로구성되어 있다. 이 원료를 컬럼 단수 27단, 원료 공급단 14단, 체판형 컬럼을 사용하여 운전 압력 10 내지 30 torr, 컬럼의 탑 상부의 온도 130 내지 140 ℃, 탑 저부의 온도 170 내지 180 ℃의 조건에서 운전하였으며, 탑 상부로 얻은 생성물의 조성이 이소부틸알데히드 2.2 중량%, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 4.7 중량%, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트 88.2 중량%, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 디이소부티레이트 0.2 중량%, 수분 2.7 중량% 및 기타 저비점 부산물 2.0 중량%로 구성되어 있는 물질을 얻었다.

이후, 상기에서 얻어진 생성물을 저비점 증류공정의 원료로 사용하여 컬럼 단수 22단, 원료 공급단 10단, 체판형 컬럼을 사용하여 운전 압력 1 내지 5 torr, 컬럼 탑 상부의 온도 120 내지 140 ℃, 탑 저부의 온도 150 내지 170 ℃, 사이드 컷 단의 온도 150 내지 160 ℃의 조건에서 운전하였다. 이때, 사이드 컷단은 탑저부로부터 9단에 설치하였다. 이렇게 얻은 제품의 조성은 하기 표 2에 나타내었다.

실시예 5

실시예 4와 동일한 방법으로 실시하되, 저비점 컬럼의 사이드 컷 단 위치를 탑저부로부터 11단에 설치하여 제품을 얻었으며, 이러한 제품의 조성은 하기 표 2에 나타내었다.

실시예 6

실시예 4와 동일한 방법으로 실시하되, 저비점 컬럼의 환류비를 25으로 변화 시켜 제품을 얻었으며, 이러한 제품의 조성은 하기 표 2에 나타내었다.

비교예 2

실시예 4와 동일한 고비점 증류공정에서 얻은 탑 상부의 생성물을 저비점 증류공정의 원료로 사용하여 사이드 컷이 없이 컬럼 단수 22단, 원료 공급단 10단, 체판형 컬럼을 사용하여 운전 압력 1 내지 5 torr, 컬럼 탑 상부의 온도 110 내지 130 ℃, 탑 저부의 온도 140 내지 160 ℃의 조건에서 운전하였다. 이렇게 사이드 컷 없이 탑 하부로 얻은 제품의 조성은 하기 표 2에 나타내었다.

구 분 (중량%)	실시예 4	실시예 5	실시예 6	비교예 2
이소부티르알데하이드	0	0	0	0
2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올	0.3	0.5	0.5	1.1
2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트	99.4	99.2	99.1	98.2
2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 디이소부티레이트	0.2	0.2	0.2	0.3
기타 물질	0.1	0.1	0.2	0.4

상기 표 1에서 보는 바와 같이, 본 발명의 실시예 4 내지 6의 경우 이소부티르알데하이드가 전혀 없으며, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트의 함량이 99.1 ∼ 99.4 중량%로 고순도이고, 저비점 부산물인 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올의 함량도 매우 미량임을 알 수 있다. 반면, 비교예 2의 경우 이소부티르알데하이드는 함유되지 않았지만 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트의 함량이 98.2 중량%로 실시예 4 내지 6보다 낮으며, 도료에 적용시 황변문제를 일으키는 저비점 부산물인 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올의 함량이 1.1 중량%이고 나머지 기타 불순물도 실시예 4 내지 6보다 높게 나타났다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트 제조공정 중의 이소부티르알데하이드 회수를 위한 증류의 탑저부 물질을 공급물로 하여, 사이드컷이 설비된 증류컬럼을 사용함으로써 저비점 부산물과 고비점 부산물들을 효율적으로 제거하여 이소부티르알데하이드가 전혀 없이 적어도 99 중량% 이상의 고순도로 글리콜 모노에스터 제품인 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트를 안정적으로 얻을 수 있다.

Claims

2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트 제조공정 중에 발생하는 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트, 저비점 부산물, 및 고비점 부산물을 함유하는 혼합 생성물을 증류컬럼에서 증류하여 저비점 부산물 및 고비점 부산물을 제거하는 단계를 포함하는 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트의 증류방법으로서,

a) 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트를 제조하기 위한 반응기 및 혼합상 분리기로부터 공급된 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트의 혼합생성물을 이소부티르알데히드 증류컬럼에서 증류하여 미반응 이소부티르 알데히드를 제거하고 나머지 잔류 혼합생성물들을 회수 증류탑의 탑저부에서 다단의 저비점 증류 컬럼으로 공급하고;

b) 상기 이소부티르알데하이드 회수 증류컬럼의 탑저부로부터 공급된 혼합 생성물을 컬럼의 2단 이상의 측면 위치에 사이드컷이 설비된 증류컬럼에서 증류하여 저비점 부산물을 컬럼 상부로 제거하고,

c) 상기 고비점 부산물을 컬럼 하부로 제거하고, 잔류물을 사이드컷으로 얻는 단계

를 포함하며, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트, 및 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 디이소부티레이트를 제외한 이소부티르알데히드를 함유한 유기물 함량이 0.00 내지 0.02 중량%이고, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트의 함량이 99.0 중량% 이상인 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트의 증류방법.
제 1 항에 있어서,

a) 상기 혼합 생성물을 원료공급노즐과 컬럼 탑저부로부터 2단 이상 사이의 측면 위치에 사이드 컷이 설비된 저비점 증류컬럼에서 증류하여 저비점 부산물을 컬럼 상부로 제거하고, 고비점 부산물을 컬럼의 하부로 제거하고, 및 잔류물을 사이드 컷으로 얻는 단계; 및

b) 상기 a)단계에서 얻은 잔류물을 원료공급노즐과 탑상부 사이의 측면 위치에 사이드 컷이 설비된 고비점 증류컬럼에서 증류하여 미량의 저비점 부산물을 컬럼 상부로 제거하고, 컬럼 하부로 나머지 고비점 부산물을 제거하고, 및 잔류물을사이드 컷으로 얻는 단계

를 포함하는 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트의 증류방법.
제 1 항에 있어서,

a) 상기 혼합 생성물을 고비점 증류컬럼에서 증류하여 고비점 부산물을 컬럼 하부로 제거하고, 및 잔류물을 컬럼 상부로 얻는 단계; 및

b) 상기 a)단계에서 얻은 잔류물을 원료공급노즐과 컬럼 탑저부로부터 2단 이상 사이의 측면 위치에 사이드 컷이 설비된 저비점 증류컬럼에서 증류하여 저비점 부산물을 컬럼 상부로 제거하고, 미량의 고비점 부산물들을 컬럼 하부로 제거하고, 잔류물을 사이드 컷으로 얻는 단계

를 포함하는 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트의 증류 방법.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

상기 원료공급노즐이 컬럼 중앙에서 상하로 ±4단 사이의 위치에 설비되는 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트의 증류 방법.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

상기 저비점 증류 컬럼의 운전 압력이 10 내지 100 torr인 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트의 증류방법.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

상기 저비점 컬럼의 탑 저부의 운전 온도가 140 내지 180 ℃이고, 탑 상부의 운전 온도가 110 내지 170 ℃이며, 사이드 컷 단의 운전 온도가 130 내지 170 ℃인 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트의 증류방법.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

상기 고비점 증류 컬럼의 운전 압력이 10 내지 100 torr인 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트의 증류방법.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

상기 고비점 컬럼의 탑 저부의 운전 온도가 150 내지 210 ℃이고, 탑 상부의 운전 온도가 120 내지 160 ℃인 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트의 증류방법.
삭제
2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트의 제조장치에 있어서,

a) 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트를 제조하기 위한 반응기와,

b) 상기 a)의 반응기에 연결 설치되고, 반응기에서 얻은 혼합생성물의 무기물들을 제거하여 유기층을 분리하기 위한 혼합상 분리기와,

c) 상기 b)의 혼합상 분리기에 연결 설치되고, 증류탑의 상부에 유기층을 증류하여 미반응 이소부티르알데하이드를 회수하는 유출도관이 설비되고, 증류탑의 하부에 잔류물을 얻기 위한 유출도관이 설비된 회수 증류탑과, 및

d) 상기 c)의 이소부티르알데하이드 회수 증류탑의 탑저부에 연결 설치되고, 컬럼의 상부 및 하부에 부산물을 제거하는 유출 도관이 설비되며, 원료공급물을 공급하기 위한 증류 컬럼의 중앙에서 상하로 ±4단 범위 이내에 설비된 공급노즐이 설비되며, 잔류물을 회수하기 위한 상기 공급노즐과 탑저부로부터 2단 이상의 사이의 측면위치에 사이드컷 노즐이 설비된 증류컬럼

을 포함하며, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트, 및 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 디이소부티레이트를 제외한 이소부티르알데히드를 함유한 유기물 함량이 0.00 내지 0.02 중량%이고, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트의 함량이 99.0 중량% 이상인 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트의 제조장치.