KR100216278B1

KR100216278B1 - 카프로락탐 폐액 처리방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR100216278B1
Application number: KR1019920017015A
Authority: KR
Inventors: 이중성; 김기수; 이창황; 김양기
Original assignee: 전원중; 주식회사효성
Priority date: 1992-09-18
Filing date: 1992-09-18
Publication date: 1999-08-16
Also published as: KR940006935A

Abstract

본 발명은 카프로락탐 제조시 발생하는 유안함유 유기물폐액의 처리방법 및 그 장치가 제공되는 것으로, 락탐폐액에서 유안을 제조한 후의 잔류유안함유 유기물 폐액을 강제박막 증발기에서 물을 제거하고, 스테틱믹서에서 침전용매인 저급알콜과 균일강제 혼합하고, 결정화기에서 유안을 성장시키고, 원심분리기에서 침전성장된 유안을 분리제거하고, 강제박막 증발기에서 잔류 저급알콜을 회수하는 단계로 구성되며 99% 이상의 잔류유안제거가 가능하고 침전용매가 최소량으로 사용될 뿐만 아니라 이를 회수하여 재사용하는 잇점이 있다.

Description

카프로락탐 폐액 처리방법 및 그 장치

제1도는 본 발명의 장치에 대한 개략공정도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 박막증발기 2 : 응축기

3 : 디켄터(Decanter) 4 : 스테틱믹서(Static Mixer)

5 : 결정화기(Crystallizer) 6 : 원심분리기

7 : 박막증발기 8 : 응축기

9 : 디켄터 10 : 회수용매라인

본 발명은 카프로락탐 제조시 발생하는 유안함유 유기물 폐액의 처리 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 좀더 상세하게 본 발명은 카프로락탐 제조시 발생하는 유안함유 유기물폐액을 저급알코올을 침전용매로 하여 잔류유안을 제거하는 처리방법 및 그 장치에 관한 것이다.

통상 카프로락탐을 제조하는 경우 사이클로헥사논과 하이드록실아민설페이트를 암모니아 존재하에서 반응시켜 사이클로 헥사논옥심을 제조하는 공정 및 사이클로헥사논옥심을 황산 존재하에서 베크만 전위시킨 후 암모니아로 중화하여 카프로락탐을 제조하는 공정의 2개의 공정에서 유안이 부산물로 발생한다. 이 유안액중에는 미량의 아닐린, 아니릴설포닉산, 설폰산, 카프로락탐, 사이클로헥사논 또 고비점의 유기물이 함유되어 있다. 또 베크만 전위공정에 있어서의 유안폐액에는 미정제 카프로락탐을 정제할 때 카프로락탐 중화방지제 및 불순물유기산의 중화제로 가성소다를 사용하는데 이때 소듐설페이트가 생성되어 포함된다. 이러한 미량의 유기, 무기 불순물을 함유하는 유안폐액은 유안제조 공정에서 유안은 농축결정화되어 희수되는 반면 유기불순물은 농축화되어 중량으로 50% 이상 함유한 유기물폐액으로 남게된다. 이때 유안함량은 중량으로 10% 이하지만 공해문제등의 이유 때문에 이의 제거가 필요하게 되며 따라서 폐수처리 및 소각처리시 이에 대한 처리비용이 증가할 뿐만 아니라 황산화물 질소산화물 등의 처리대책도 또한 필요로 한다.

일본특허 소77-153899에는 카프로락탐 부산물인 유안액에 저급알콜을 유안액대비 1∼20배로 첨가하여 처리하는 방법을 제안하고 있으나 이 경우 과량의 저급알콜이 사용되기 때문에 회수비용 및 상대적 설비투자비가 클뿐아니라 미회수 유안은 암모니아 및 황산염의 형태로 분리되어 유안의 소모가 발생되면 이에 따른 황산염 암모니아 희수관련 설비투자를 별도로 필요하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 이들 종래의 결점을 개선하기 위하여 안출된 것으로 카프로락탐 제조시 발생하는 유안함유 유기물폐액을 효율적 일관적으로 처리하는 기술을 제공한다.

즉, 본 발명은 카프로락탐 제조시 발생되는 유안함유 유기물 폐액을 처리함에 있어, 유안함유 유기물폐액을 강제박막 증발기(Thin Film Evaporator)에서 처리하여 물을 제거한 농축유안함유 유기물 폐액을 침전용매와 혼합하고, 결정화기(Crystallizer)에서 침전용매에 의해 결정침전하는 유안을 성장시키고, 원심분리기에서 침전성장된 유안을 농축유기물로부터 분리하고, 및 강제박막증발기를 사용 잔류농축유기물 용액에서 침전용매를 회수하여 리사이클링하는 단계를 포함하는 카프로락탐 제조시 발생하는 유안함유 유기물폐액의 처리방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 또한 제1도에 도시한 바와 같이 카프로락탐 제조시 발생되는 유안함유 유기물폐액을 처리하는 장치에 관한 것으로, 유안함유 유기물폐액에서 물을 제거하여 농축유안함유 유기물폐액으로 하기위한 강제박막증발기(1), 농축유안함유 유기물폐액을 침전용매와 혼합하기 위한 스테틱믹서(4), 침전용매에 의해 결정침전하는 유안을 성장시키기 위한 결정화기(5), 침전 성장된 유안을 농축유기물로부터 분리하기 위한 원심분리기(6), 및 농축유기물 폐액에서 침전용매를 회수하기 위한 강제박막증발기(7)로 주로 구성되는 카프로락탐 제조시 발생 유안함유 유기물폐액의 처리장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 방법 및 장치를 첨부한 도면을 참조하여 일괄적으로 순서적 공정에 따라 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서 피드(feed)로 사용되는 카프로락탐 제조시 발생하는 유안함유 유기물폐액은 카프로락탐 제조부산물인 유안액을 농축 결정화하여 유안을 제조하고 남은 유출액으로써 통상 유기물 50중량% 이상, 유안 10중량%이하, 물 35중량% 이하를 함유하고 있는 것으로 이의 비중은 1.18, 점도는 약 30센티포아즈이다. 이 피트는 강제박막증발기(1)에 투입되어 강하되면서 물을 증발시킨다. 여기에서 상기 강제박막 증발기(1)는 박막을 형성할 수 있는 교반 및 와이퍼를 가지고 있고 열량공정 및 온도조절설비가 장착된 것으로 도면에서는 상세한 기재는 생략하였다. 이 증발기 상부에는 증발되어 올라오는 물을 응축시키는 응축기(2)가 연결되어 있고 진공이 걸린 디켄터(3)에 의해 물이 제거되게 된다. 이때 강제박막증발기(1)내의 온도는 60∼250℃, 진공은 400∼1torr 로 관리하는 것이 좋으며, 더욱 좋기로는 온도 90∼200℃, 진공은 200∼25torr를 유지함이 바람직하다.

강제박막 증발기(1)에서 물을 증발제외시키는 정도는 높을수록 바람직하나 경제성등을 감안하여 처음 피드상태시의 함수율 35중량% 이하에서 적어도 12.5중량% 이하로 하는 점이 바람직하다. 이와같이 하여 강제박막증발기(1)에서 농축된 유안함유 유기물폐액은 2000 센터포아즈 이상의 고점도이기 때문에 침전용매와 혼합하기가 매우 어려워 본 발명에서는 스테틱믹서(4)를 사용한다. 즉 강제박막증발기(1)에서 하부로 인출되는 농축유안함유 유기물폐액은 회수용매라인(10)을 통해 투입되는 침전용매와 함께 스테틱믹서(4)에서 강제혼합이 이루어진다.

본 발명에서는 침전용매로서 저급알코올을 사용하여 특히 메탄올, 에탄올, 프로필알코올, 이소프로필 알콜 등을 사용한다. 이때 첨가하는 침전용매의 양은 중량부로 1∼15배, 더욱 바람직하기로는 1∼5배 수준이 적당하다. 스테틱믹서(4)에서 균일믹싱된 유안함유 유기물 농축액은 결정화기(5)에 보내어져서 균일하게 혼합함에 따라 유안이 결정화된다. 결정화된 유안은 다음공정의 원심분리기(6)에서 유안을 분리시켜 케이크상으로 외부로 인출한다. 이때 원심분리기는 수평형, 수직형, 연속형, 뱃치형등 모두 가능하며 원심분리기 대신에 필터를 사용하여 분리효과를 얻을 수도 있다. 원심분리기(6)에서 유안을 제거한후의 여액은 다시 강제박막증발기(7)에 이송되어 여액내에 존재하는 침전용매인 저급알코올을 분리(Stripping)회수하고 유기물 농축액을 인출시킨다. 이때 분리된 저급알코올은 재사용하기 위해 회수용매라인(10)을 통하여 스테틱믹서(4)에 리사이클(Recycle)된다. 강제박막증류기(7)에 부수된 응축기(8) 및 디켄터(9)는 전술한 응축기(2) 및 디켄터(3)와 같은 역할을 하는 것이어서 설명은 생략하나 운전은 50∼130℃온도를 유지하고 진공은 400∼1torr를 유지한다. 더욱 바람직하기로는 60∼120℃ 온도에서 200∼25torr 진공을 유지하는 것이 좋다. 이때 저급알코올 회수율은 97% 이상 얻을 수 있으며 최종 인출유기물 농축액은 유안성분이 없는 유기물뿐인 고농도의 것이어서 공해없이 소각처리하거나 기타의 방법에 따라 처리가 용이한 것이다.

이와같이 본 발명은 유안을 제조한 후 얻은 농축유안함유 유기물 폐액으로부터 잔류유안을 제거하는 것이기 때문에 침전용매인 저급알코올의 사용량이 감소할 뿐만 아니라 이를 회수하여 재사용하기 때문에 경제적으로 매우 유용하다. 또한 잔류유안을 99% 정도까지 분리제거할 수 있기 때문에 소각처리시 발생하는 황산화물 또는 질소산화물을 최소화할 수 있고 소각처리비용의 감소 및 에너지 절감효과를 기대할 수 있다.

이하에 실시예를 들어 본 발명을 더욱 설명한다.

[실시예 1]

카프로락탐 생산후 부산물인 유안액으로부터 유안을 제조한후 잔류물인 유기물 60중량%, 유안 10중량%, 물 30중량%을 함유하고 있는 유안함유 유기물 폐액 10kg을 실험실용 강제박막증발기(미국 Pope Scientific 사)에 서서히 투입하면서 온도를 90℃ 진공을 25torr로 하여 물이 12.5%가 될 때까지 농축한 후 16kg의 메탄올을 첨가하여 라인믹서(스테틱믹서)에서 강제로 균일 믹싱하였다. 이 균일믹싱액을 혼합장치가 있는 간이 결정화기에 이송하여 충분히 교반시켜 유안결정을 확인한 후 수평식 원심분리기에 서서히 이송투입하여 유안을 제거한다. 이때 유안을 제거한 여액을 다시 강제박막증발기에 서서히 투입하면서 메탄올을 제거분리 응축한다. 이때 강제박막 증발기의 온도는 120℃ 였고 진공은 25torr를 유지하였다.

응축회수한 메탄올은 15.5kg으로 96.9%의 회수율을 보였고 최종유기물 농축액내 잔류유안의 함량은 0.4%에 불과하였다.

Claims

카프로락탐 제조시 발생되는 유안함유 유기물폐액을 처리하는 장치에 있어서, 유안함유 유기물폐액에서 물을 제거하여 농축유안함유 유기물 폐액으로 하기 위한 강제박막증발기(1), 농축유안함유 유기물폐액을 침전용매와 혼합하기 위한 스테틱믹서(4), 침전용매로 인해 결정침전하는 유안을 성장시키기 위한 결정화기(5), 침전성장된 유안을 농축유기물로부터 분리하기 위한 원심분리기(6), 및 농축유기물 폐액에서의 침전용매를 회수하기 위한 강제박막증발기(7)로 주로 구성되는 카프로락탐 제조시발생 유안함유 유기물 폐액의 처리장치.
제1항에 있어서, 상기 강제박막 증발기는 박막을 형성할 수 있는 교반 및 와이퍼를 가지고 열량공급 및 온도조절 설비가 장착된 것임을 특징으로 한 폐액처리장치.
제3항에 있어서, 상기 원심분리기는 분리필터를 장착한 수평면 또는 수직형 원심분리기인 것을 특징으로 하는 폐액처리장치.
카프로락탐 제조시 발생되는 유안함유 유기물폐액을 처리하는 방법에 있어서, (1) 유안함유 유기물폐액을 강제박막증발기에서 처리하여 물을 제거한 농축유안함유 유기물폐액으로 하고, (2) 스테티믹서를 이용하여 상기 농축유안함유 유기물폐액을 침전용매와 혼합하고, (3) 결정화기에서 침전용매로 결정침전하는 유안을 성장시키고, (4) 원심분리기에서 침전성장된 유안을 농축유기물로부터 분리하고, 및 (5) 강제박막 증발기를 사용 잔류농축유기물 용액에서 침전용매를 회수하여 리사이클링하는 단계를 포함하는 카프로락탐 제조시 발생 유안함유 유기물 폐액의 처리방법.
제4항에 있어서, 상기 물을 제거하기 위한 강제박막 증발기의 온도는 60∼250℃, 진공은 400∼1torr인 것을 특징으로한 카프로락탐 제조시 발생 유안함유 유기물폐액의 처리방법.
제4항에 있어서, 상기 침전용매회수용 강제박막 증발기의 온도는 50∼130℃, 진공은 400∼1torr인 카프로락탐 제조시 발생 유안함유 유기물폐액의 처리방법.