KR100533602B1 - 분리형 열복합 증류탑을 이용한 연속 분별 증류장치 및 그방법 - Google Patents

분리형 열복합 증류탑을 이용한 연속 분별 증류장치 및 그방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 3 성분이 혼합된 원료(F)가 주입되는 전처리탑(110)과 상기 전처리탑(110)에 유입되어진 혼합물의 원료(F)가 1차적으로 저비점 성분(D')과 고비점 성분(B')으로 분리되어진 후 저비점 성분(D')이 유입되는 상부 주탑(121)과 고비점 성분(B')이 유입되는 하부 주탑(122)으로 구성되어지고, 상기 상부 주탑(121)에는 응축기(140), 상기 하부 주탑(122)에는 재비기(160)와 그리고 상기 상부 주탑(121)과 하부 주탑(122)의 사이에 열교환기(150)가 설치되어진 것을 특징으로 하는 분리형 열복합 증류탑을 이용한 연속 분별 증류장치 및 그 방법에 관한 것이다.
상기와 같은 본 발명의 구성에 따른 분리형 열복합 증류탑 공정에서 혼합물에 함유되어 있는 각 성분을 분별 증류하는 장치는 분리형 에너지 절감형 열복합 증류탑을 사용하는 에너지 절감공정으로 대체하는 방안을 제시하였으며, 본 설계를 위하여 구조적 설계법을 활용하였고 조작변수의 설계에는 상업용 설계 프로그램을 이용한 시뮬레이션 방식을 사용하였으며, 특히 본 발명에 의하여 제시된 설계방법으로 새로운 공정을 구성할 수 있었으며 새로운 분리형 열복합 증류탑을 사용하면 기존의 증류탑 공정에 비해 에너지 절감효과를 얻을 수 있고 이는 증류설비를 단순화할 수 있게 함으로서 증류장치의 설비비를 줄일 수 있는 장점이 있다.

Description

분리형 열복합 증류탑을 이용한 연속 분별 증류장치 및 그 방법 {Fractionation Process and Technique Using a Separated Fully Thermally Coupled Distillation Column}
본 발명은 분리형 열복합 증류탑을 이용한 연속 분별 증류장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화학 공정에서 얻어진 혼합물에 함유되어 있는 각각의 성분들을 분리하는데 사용되는 증류탑의 주탑을 상부 주탑과 하부 주탑으로 분리하여 사용 에너지를 절감할 수 있도록 개선한 것을 특징으로 하는 분리형 열복합 증류탑을 이용한 연속 분별 증류장치 및 그 방법에 관한 것이다.
기존 열복합 증류탑은 많은 유용한 가능성이 있음에도 불구하고 도 1에 도시되어진 바와 같이 전처리탑(10)과 증류탑인 주탑(20)이 한 개로 구성되어 있고, 상기 주탑(20)은 그 내부에는 전처리탑(10)과 주탑(20) 상단부를 연결하는 연결단(NR), 주탑(20)의 중간부에서 중간 제품이 유출되는 중간 제품 유출단(NP), 전처리탑(10)과 주탑(20) 하단부를 연결하는 연결단(NS) 등과 같은 각 단들로 구성되어져 있다.
상기와 같은 기존의 증류 장치는 하나의 주탑(20)에 3 성분이 혼합된 혼합물에서 저비점 제품(D), 중간 제품(S) 및 고비점 제품(B)을 각각 생산하려고 할 때, 즉, 3 성분의 부탄올 혼합물에서 비점에 따라 n-부탄올, i-부탄올과 s-부탄올과 같이 각각의 성분들을 분리하려고 할 경우 주탑(20)이 하나인 관계로 증류탑 장치의 조작 및 운용상의 어려움으로 인하여 광범위한 적용에 제한이 따랐다.
따라서 상기와 같은 기존 분별증류 방식은 하나의 증류탑에서 하나의 제품만을 생산하는 방식으로 모든 석유화학공장에서 채택하고 있으며, 최근까지도 생산현장에서는 증류탑의 배열 방식에 대해서는 상기의 방법만을 채택하여야 하는 것으로 알고 있었다.
이에 본 발명자는 상기와 같은 기존의 분별 증류 방식에서 에너지 소비가 과다한 이유는 증류선이 평형증류 조성곡선과 많이 다르기 때문에 기존의 분별증류 방식으로는 본질적으로 이러한 평형증류 조성곡선을 맞출 수 없다는 것을 발견하게 되었다. 즉, 증류탑 내의 액의 조성분포가 평형증류 조성곡선과 유사하면 탑 내에서 스트림의 혼합이 최소가 되어 탑효율을 극대화할 수 있어 에너지 사용을 현저히 절감할 수 있지만, 기존의 방식은 이를 전혀 고려하고 있지 않다는 점을 인식하고 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서 본 발명의 주 목적은 주탑을 두 개의 상,하 주탑으로 분리함으로써, 두 개로 분리된 주탑 사이의 물질 이동이 제한적으로 일어나며, 손쉽게 제품의 조성을 조절할 수 있기 때문에 3 성분 평형증류 곡선에 적합한 분별증류 방식인 것을 특징으로 하는 분리형 열복합 증류탑을 이용한 연속 분별 증류장치 및 그 방법을 제공함에 있다.
상기에서 3 성분 평형증류 곡선에 적합한 분별증류 방식이란 3가지의 성분이 혼합되어 있는 부탄올 혼합물인 경우 비점에 따라 n-부탄올, i-부탄올과 s-부탄올과 같이 각각의 성분들을 분리하는데 적합한 분별증류 방식을 의미하는 것으로서, 상기 부탄올 혼합물 외에도 3 성분이 함유되어 있는 모든 혼합물에서 각각의 성분들을 분리하는데 적용할 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 분별증류장치에 있어서, 주탑을 두 개의 탑으로 분리하여 주탑의 열을 중간단계에서 조절하고, 두 개의 분리된 주탑 사이의 물질이동을 제한시킴으로서, 사용 에너지를 현저히 절감할 수 있고 증류탑의 운전을 용이하게 한 것을 특징으로 하는 분리형 열복합 증류탑을 이용한 연속 분별 증류장치 및 그 방법을 제공함에 목적이 있다.
더욱이, 본 발명은 증류공정에서 증류방식을 개선함으로서 증류단계의 사용 에너지를 절감할 뿐 아니라, 증류설비를 단순화할 수 있게 함으로 증류장치의 설비비를 줄일 수 있는 것을 특징으로 하는 분리형 열복합 증류탑을 이용한 연속 분별 증류장치 및 그 방법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 3 성분 평형증류 곡선에 맞는 분별증류 방식인 분리형 열복합 증류탑을 사용하는데, 보다 상세하게는 주탑을 두 개의 탑으로 분리하여 주탑의 열을 중간단계에서 조절하고, 두 개의 분리된 주탑 사이의 물질이동을 제한시킴으로서, 에너지 소비를 현저히 절감할 수 있고, 손쉽게 제품의 조성을 조절할 수 있기 때문에 증류탑의 운전이 용이한 것이 특징인 분리형 열복합 증류탑을 이용한 연속 분별 증류장치 및 그 방법에 관한 것이다.
상기와 같은 본 발명의 증류탑은 석유화학 공정 및 화학 공정의 분별 증류 공정에 활용하여 비점에 따라 제품을 각각 분리하는 증류공정에서 사용 에너지를 현저히 감소하면서 분별증류가 가능하게 한다.
이하 본 발명의 구성에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 분리형 열복합 증류탑은 주입된 원료를 증류에 의해 1차 분리하여 저비점 성분은 상부 주탑으로 이송하고, 고비점 성분은 하부 주탑으로 이송하는 역할을 하는 전처리탑과, 상기 전처리탑의 상부로부터 이송된 저비점 성분을 증류하여 저비점 제품과 중간제품을 생산하는 상부 주탑과 상기 전처리탑의 하부로부터 이송된 고비점 성분을 증류하여 고비점 제품과 중간제품을 생산하는 하부 주탑으로 구성되어진다.
상기와 같이 본 발명에 따른 분리형 탑을 이용한 열복합 증류방식은 전처리탑에 주입된 혼합물로부터 1차적으로 저비점 성분과 고비점 성분을 각각 상부 주탑과 하부 주탑으로 이송시킴에 따라 상하부 주탑에 유입된 각 성분들의 물질 이동에 제한을 받게 되고, 주탑 효율이 높기 때문에 혼합물의 분리조작을 하면 에너지 사용량을 절감할 수 있고 증류탑의 재비기와 냉각기로 사용하는 열교환기의 용량을 줄일 수 있어 열교환기의 설비비를 줄일 수 있다.
이하 본 발명에 따른 분리형 열복합 증류탑의 구성을 도면을 중심으로 보다 자세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 분리형 열복합 증류탑은 도 2에 도시된 바와 같이, 3 성분이 혼합된 혼합물의 원료(F)가 원료 주입단(NF)으로 주입되는 전처리탑(110)과 상기 전처리탑(110)에서 3 성분이 혼합된 혼합물의 원료(F)가 1차적으로 저비점 성분(D')과 고비점 성분(B')으로 분리되어진 후 저비점 성분(D')이 이송되는 상부 주탑(121)과 고비점 성분(B')이 이송되는 하부 주탑(122)으로 구성되어지고, 상기 상부 주탑(121)에는 응축기(140), 상기 하부 주탑(122)에는 재비기(160), 그리고 상기 상하부 주탑(121, 122)의 사이에 열교환기(150)가 각각 설치되어진다.
먼저, 상부 주탑(121)의 구성에 대해 구체적으로 살펴보면, 그 내부는 저비점 제품(D)이 유출되는 상부와 전처리탑(110)의 상부와 상부 주탑(121)을 연결하는 연결단(NR), 상부 주탑(121)의 하단부에 위치하여 중간 제품(S3)이 유출되는 중간 제품 유출단(NRP), 순환 유량(W1)이 유입되는 순환 유량 유입단(NRR) 등과 같은 각 단들로 구성되어져 있고, 상부 연결단(NR)에서는 전처리탑(110)에서 저비점 성분(D')이 상부 주탑(121)으로 유입됨과 동시에 상부 주탑(121)에서 형성된 액상 유량(L2)이 전처리탑(110)의 상부로 환류되게 된다. 이와 같이 증기와 액이 서로 교차되게 함으로써 열복합 효과를 얻을 수 있으며 이를 통하여 증류탑에서의 소요 에너지를 절약할 수 있다.
그리고 상부 주탑(121)의 상부를 통하여 유출되는 저비점 성분은 응축기(140)를 통하여 응축된 후 저비점 제품(D)으로 생산되고, 그 일부의 액상 유량(LD3)은 다시 상부 주탑(121)의 상부로 환류된다.그리고 상부 주탑(121)의 하부액은 열교환기(150)를 거친 후 다시 증기 유량(VB3)으로 되어 상부 주탑(121)으로 되돌아가고 소량의 고비점 성분을 제거하기 위하여 액의 일부만이 순환 유량(W3)으로 변환되어 하부 주탑(122)의 순환 유량 유입단(NSR)으로 순환하게 된다.
다음으로, 하부 주탑(122)의 구성에 대해 구체적으로 살펴보면, 상부 주탑(121)의 구성과 같이 그 내부는 고비점 제품(B)이 유출되는 하부와 전처리탑(110)의 하부와 하부 주탑(122)을 연결하는 연결단(NS), 하부 주탑(122)의 상단부에 위치하여 중간 제품(S1)이 유출되는 중간 제품 유출단(NSP), 순환 유량(W3)이 유입되는 순환 유량 유입단(NSR) 등과 같은 각 단들로 구성되어지고, 상기 연결단(NS)에서는 전처리탑(110)에서 고비점 성분(B')이 하부 주탑(122)으로 유입됨과 동시에 하부 주탑(122)에서 형성된 증기 유량(V2)이 전처리탑(110)의 하부로 환류되게 된다.
그리고 하부 주탑(122)의 상부 증기는 열교환기(150)를 거친 후 다시 환류 액상 유량(LD)으로 되어 하부 주탑(122)으로 되돌아가고 소량의 저비점 성분을 제거하기 위하여 액의 일부만이 순환 유량(W1)으로 변환되어 상부 주탑(121)의 순환 유량 유입단(NRR)으로 순환하게 된다.상기에서 환류시키는 이유는 증류탑 내에서 기액간의 접촉을 형성하기 위하여 필요하며, 그리고 상부 주탑(121)과 하부 주탑(122) 사이에 물질을 제한적으로 순환시키는 이유는 상기 상하부 주탑(121, 122)에 유입된 제3성분 즉, 상부 주탑(121)에 유입된 소량의 고비점 성분을 하부 주탑(122)으로 이동시키고, 하부 주탑(122)에 유입된 소량의 저비점 성분을 상부 주탑(121)에 이동시킴으로서, 소량의 제3성분이 각각 상부 주탑(121)과 하부 주탑(122)에 축적되는 것을 방지하기 위한 것이다.
즉, 상기의 과정을 거쳐 전처리탑(110)을 사용하여 공급된 원료(F)를 1차 분리하고, 분리된 각각을 상부 주탑(121)과 하부 주탑(122)으로 이동시켜 상부 주탑(121)의 상부에서 저비점 제품(D)을 생산하고, 하부 주탑(122)의 하부에서 고비점 제품(B)을 생산하며, 상부 주탑(121)의 하단부와 하부 주탑(122)의 상단부에서 중간제품(S1, S3)을 각각 생산한다.
이때 발생되는 문제점은 상부 주탑(121)으로 공급되는 흐름에 전처리탑(110)에서 저비점 성분(D')에는 적은 양의 액체가 포함되어져 있다는 점이다. 그리고 하부 주탑(122)에서도 상기와는 반대로 고비점 성분(B')에는 적은 양의 증기가 함유되는 문제점이 발생할 수 있다.
도 2는 이러한 문제를 해결하는 새로운 구조를 보여주고 있는데 이 설계는 하부 주탑(122)의 상부제품과 상부 주탑(121)의 하부제품의 일부분인 제 3 성분이 서로 다른 탑으로 이동하여 순환하게 된다. 중간제품(S1, S3)은 제품의 주성분이 가장 높은 곳에서 생산된다. 그 두 중간제품의 혼합물은 기존의 열복합 증류탑의 중간제품과 같다.
본 발명은 열복합 증류탑의 폭넓은 활용의 장애요인 중 하나인 운전성을 향상시키기 위하여 분리형 에너지 절감형 열복합 증류탑이 제안된 것이다.
탑의 설계절차를 설명하면 분리형 열복합 증류탑의 설계는 기존의 열복합 증류탑의 설계 결과로부터 시작된다. 이것은 분리형 에너지 절감형 열복합 증류탑이 기존의 열복합형 증류탑을 기반으로 구성되어 있기 때문에 이를 설계의 기초로 채택하였다. 기존의 열복합 증류탑에서 주탑을 두개의 탑으로 분리 되었으며 분리된 상하부의 주탑의 총 단수는 원래의 주탑의 단수로부터 쉽게 알 수가 있다. 세 개의 탑 내부연결 위치 또한 기존 구조에서 채택하였다.
본 발명에 따른 증류 방법에 대해 3가지의 성분이 혼합되어 있는 부탄올 혼합물의 예를 들면, 고비점 성분부터 n-부탄올(bp 117.5℃), i-부탄올(107.9℃)과 s-부탄올(97.5℃)이 혼합된 부탄올 혼합물로부터 각각의 성분들을 분리하려고 하면, 먼저 3 성분의 부탄올 혼합물인 원료(F)가 전처리탑(110)에 유입되어 1차적으로 저비점 성분(D')과 고비점 성분(B')으로 분리되어지는 단계; 상부 주탑(121)에 저비점 성분(D'), 하부 주탑(122)에 고비점 성분(B')이 각각 유입되는 단계; 상기 상부 주탑(121)의 상부에서 저비점 제품(D)인 s-부탄올, 상기 하부 주탑(122)의 하부에서 고비점 제품(B)인 n-부탄올, 그리고 상기 상부 주탑(121)의 하단부와 하부 주탑(122)의 상단부에서 중간 제품(S1, S3)인 i-부탄올이 생산되는 단계; 를 거쳐 각 성분들이 분리되어진다.
상기에서 전처리탑(110)에서 1차적으로 분리되어지는 저비점 성분(D')은 s-부탄올이고, 고비점 성분(B')은 n-부탄올이며, i-부탄올의 경우에는 저비점 성분(D')과 고비점 성분(B')에 나뉘어져 함유되어진다. 즉, 저비점 성분(D')인 s-부탄올이 상부 주탑(121)으로 유입되고, 고비점 성분(B')인 n-부탄올이 하부 주탑(122)으로 유입되며, 중간비점 성분인 i-부탄올이 상하부 주탑(121, 122)으로 나뉘어져 유입되게 된다.
상기 상하부 주탑(121, 122)으로 나뉘어져 유입된 3 성분의 부탄올은 상부 주탑(121)의 상부로부터 저비점 제품(D)인 s-부탄올, 하부 주탑(122)의 하부로부터 고비점 제품(B)인 n-부탄올이 각각 생산되어지고, 중간 비점 성분인 i-부탄올은 상하부 주탑(121, 122)의 상하부로부터 중간 제품(S1, S3)이 생산되어진다.
2 개의 중간제품 생산단은 액 조성의 초기계산으로부터 알 수 있는 최고 농도의 중간성분의 위치에 따른다. 그리고 재순환단은 액 조성이 재순환 흐름에 알맞는 조성에 따라 결정하였다. [표 1]은 s-부탄올, i-부탄올 및 n-부탄올이 등몰인 조성 혼합물을 원료로 하여 기존 열복합 증류탑과 분리형 에너지 절감형 열복합 증류탑의 탑구조 자료를 설명하고 있다.
[표 1]기존 열복합 증류탑과 분리형 열복합 증류탑의 구조설계 결과
(단위 : 단수)
위치 기존 탑 분리형 탑 설명
NT 72 31 하부주탑의 단수
NT2 20 20 전처리탑의 단수
NT3 41 상부주탑의 단수
NF 9 9 원료 공급단
NP 31 중간제품생산단
NS 10 13 전처리탑과 연결된 하부주탑의 단
NSR 23 상부주탑에서의 재순환류 공급단
NSP 27 하부주탑에서의 중간제품 생산단
NR 57 26 전처리탑과 연결된 상부주탑의 단
NRR 16 하부주탑에서의 재순환류 공급단
NRP 5 상부주탑에서의 중간제품 생산단
* 단수는 탑상부에서부터 계산한 값임
분리형 열복합 증류탑의 설계절차에서 중간제품 유량과 재순환 유량의 설계부분을 제외한 나머지설계는 기존의 열복합 증류탑설계와 유사하게 설계되었다. 하부 주탑으로의 재순환 유량이 정해졌을 때 상부 주탑의 증기유량은 중간 열교환기의 액위를 일정하게 유지하도록 조절된다.
이와 같이, 하부 주탑의 재순환 양은 상부 주탑의 재순환 양에 따라 결정된다. 재순환 유량은 제 3성분의 조성으로 알 수가 있다. 하부 주탑의 최저비점 성분이 모두 상부 주탑으로 이동되도록 재순환 양을 결정한다. 또 중간제품의 유량을 총 중간제품의 양의 반으로 정한다. 이와 같이 4 가지 유량이 주어졌으며, 나머지 조작변수들은 기존의 열복합 증류탑 설계와 같이 계산되었다. [표 2]는 계산되어진 조작 변수의 값을 보여주고 있다. 이러한 설계의 결과로 두 중간 제품의 혼합조성은 중간성분이 0.90 몰분율이고 상부제품에서 최저비점 성분의 조성은 0.95 몰분율, 하부제품의 최고비점 성분의 조성은 0.95 몰분율이다.
[표 2]여러 가지 조작에 의한 설계 결과
구분 유량 (g moles/hr)
F 100
LD 139.0
LD3 322.3
VB 338.1
VB3 159.6
L2 136.3
V2 174.6
D 33.3
B 33.7
S1 16.7
S3 16.7
W1 16.7
W3 16.7
이러한 설계절차를 단계별로 정리하면 다음과 같다.
1) F(원료), zi(원료조성), xD(상부제품 조성), xB(하부제품 조성), x s(중간제품 조성)를 정함
2) 평형 증류곡선을 이용하여 기존 열복합 증류탑을 설계
3) 기존 설계로부터 NT, NT2,NT3, NR, NS, NRR, NRP 및 NSR를 결정
4) S1, S3, W1, 및 W3를 결정
5) 전처리탑으로의 액분할율을 추정
6) LD, VB의 값을 넣고 L2를 계산
7) 등몰 기액 물질이동을 가정하여 Ln과 Vn을 계산
8) 초기 Xn,i(액체조성)을 계산하기 위해 선형조성의 농도 분포를 계산
9) UNIQUAC식으로 평형상수를 계산
10) 행렬 역변환을 사용하여 Xn,i(액체조성)을 얻음
11) hn(액의 엔탈피), Hn(증기의 엔탈피)를 계산
12) 에너지 수지에서 Vn을 계산
13) 물질 수지에서 Ln을 얻음
14) 총 △Tn(온도차)이 제한값 보다 크면 단계 9)로 간다.
15) 제품조성이 맞지 않으면 LD, VB를 조정하고 단계 6)으로 간다.
16) 최소 LD값을 검증하고 아니면 단계 5)로 간다.
17) 멈춤
도 3은 제안된 분리형 에너지 절감형 열복합 증류탑에서의 각 단의 액체 조성을 도시하였다. 기호 +는 상부 주탑(121)의 조성이다. 그리고 ○는 하부 주탑(122)의 조성이다. 또 ×는 전처리탑(110)의 조성이다. 상부 하부 주탑의 조성분포에서 최고의 중간성분 조성이 탑 끝에서 얻어지지 않고 약간 안 쪽에서 얻어진다. 맨 끝단의 조성은 재순환 흐름의 조성을 표시한다.
도 4는 기존의 열복합 증류탑의 액체조성 분포로서, 전처리탑(10)과 주탑(20)의 하부 연결단 연결위치를 제외하고, 본 발명의 구조와 비슷하다. 하부 주탑의 하부제품의 최고비점 성분의 조성을 증가시키기 위해서는 하부연결단의 위치를 조정하였다.
분리형 에너지 절감형 열복합 증류탑의 구조는 기존 열복합 증류탑과 비슷하게 나타나며, 그리고 분리형 에너지 절감형 열복합탑의 구조설계는 기존 열복합 증류탑의 구조에서 가져왔다. 본 발명에서 제안된 변형의 목적은 기존의 열복합 증류탑의 제어성능을 향상시키기 위한 것이다. 다변수계의 제어성능을 측정하는데 다변수계의 제어성능 지표들이 사용된다. 기존 구조와 변형구조의 지표들이 여기서 계산되고 [표 3]을 통해 나타내었다.
[표 3] 제어성능 지표
(단위 : 몰 분율)
지표 분리탑 기존탑
RGA(상대이득 수열) 0.868, 1.01, 0.551 1.01, 1.09, 0.868
NI(니덜린스키 지수) 1.27 0.90
MRI(모라리 지수) 11.0 1.44
CN(제어수) 4.23 7.22
JEC(자코비 특성치) 0.598 0.789
이러한 수치는 기존 열복합 증류탑과 본 발명에 따른 분리형 열복합 증류탑에서의 동적 시뮬레이션으로 얻어진 결과이며 성능지표는 분리형 열복합 증류탑의 운전성이 기존 열복합 증류탑에 비해 우수함을 보여주고 있다.
본 발명인 분리형 에너지 절감형 열복합 증류탑은 운전성 개선에 목적이 있다. 주탑을 두 부분으로 분리함으로써 물질이동의 제한을 간단한 탑 조작으로 수행할 수 있다. 하지만, 두 부분은 탑의 높은 열효율을 유지하도록 열교환을 통해 열적 결합이 되어 있다.
상기와 같은 본 발명의 구성에 따른 분리형 열복합 증류탑 공정에서 혼합물에 함유되어 있는 각 성분을 분별 증류하는 장치는 분리형 에너지 절감형 열복합 증류탑을 사용하는 에너지 절감공정으로 대체하는 방안을 제시하였으며, 본 설계를 위하여 구조적 설계법을 활용하였고 조작변수의 설계에는 상업용 설계 프로그램을 이용한 시뮬레이션 방식을 사용하였다.
특히 본 발명에 의하여 제시된 설계방법으로 새로운 공정을 구성할 수 있었으며 새로운 분리형 열복합 증류탑을 사용하면 기존의 증류탑 공정에 비해 에너지 절감효과를 얻을 수 있고 이는 증류설비를 단순화할 수 있게 함으로서 증류장치의 설비비를 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 기존 열복합 증류 방법에 따른 증류장치를 개략적으로 나타낸 개략도이고,
도 2는 본 발명의 증류 방법에 따른 증류장치를 개략적으로 나타낸 개략도이고,
도 3은 본 발명의 실제단을 사용한 증류탑의 액체조성 분포를 나타내는 그래프이고,
도 4는 기존 열복합 증류 방법에 따른 액체조성 분포를 나타내는 그래프이다.
*도면의 주요부분의 부호의 설명
10, 110 : 전처리탑 20, 120 : 주탑
121 : 상부 주탑 122 : 하부 주탑
40, 140 : 응축기 150 : 열교환기
60, 160 : 재비기 F : 원료
B : 고비점 제품 D : 저비점 제품
S : 중간 제품 L : 액상 유량
V : 증기 유량 NF : 원료 주입단
NR, NS: 연결단 NRP,NSP : 중간 제품 유출단
NRR, NSR : 순환 유량 유입단 W : 순환 유량

Claims (7)

  1. 원료(F)가 주입되는 전처리탑(110)과 상기 전처리탑(110)에 유입되어진 혼합물의 원료(F)가 1차적으로 저비점 성분(D')과 고비점 성분(B')으로 분리되어진 후 저비점 성분(D')이 유입되는 상부 주탑(121)과 고비점 성분(B')이 유입되는 하부 주탑(122)으로 구성되어지고, 상기 상부 주탑(121)에는 응축기(140), 상기 하부 주탑(122)에는 재비기(160)와 그리고 상기 상부 주탑(121)과 하부 주탑(122)의 사이에 열교환기(150)가 설치되어진 것을 특징으로 하는 분리형 열복합 증류탑을 이용한 연속 분별 증류 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 상부 주탑(121)은 그 내부가 저비점 제품(D)이 유출되는 상부와 전처리탑(110)의 상부와 상부 주탑(121)을 연결하는 연결단(NR), 상부 주탑(121)의 하단부에 위치하여 중간 제품(S3)이 유출되는 중간 제품 유출단(NRP), 순환 유량(W1)이 유입되는 순환 유량 유입단(NRR) 이 포함되는 것을 특징으로 하는 분리형 열복합 증류탑을 이용한 연속 분별 증류 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 연결단(NR)은 전처리탑(110)에서 저비점 성분(D')이 상부 주탑(121)으로 유입됨과 동시에 상부 주탑(121)에서 형성된 액상 유량(L2)이 전처리탑(110)의 상부로 환류되는 것을 특징으로 하는 분리형 열복합 증류탑을 이용한 연속 분별 증류 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 하부 주탑(122)은 그 내부가 고비점 제품(B)이 유출되는 하부와 전처리탑(110)의 하부와 하부 주탑(122)을 연결하는 연결단(NS), 하부 주탑(122)의 상단부에 위치하여 중간 제품(S1)이 유출되는 중간 제품 유출단(NSP), 순환 유량(W3)이 유입되는 순환 유량 유입단(NSR) 이 포함되는 것을 특징으로 하는 분리형 열복합 증류탑을 이용한 연속 분별 증류 장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 연결단(NS)은 전처리탑(110)에서 고비점 성분(B')이 하부 주탑(122)으로 유입됨과 동시에 하부 주탑(122)에서 형성된 증기 유량(V2)이 전처리탑(110)의 하부로 환류되는 것을 특징으로 하는 분리형 열복합 증류탑을 이용한 연속 분별 증류 장치.
  6. 3 성분의 부탄올이 혼합된 원료(F)가 전처리탑(110)에 유입되어 1차적으로 저비점 성분(D')과 고비점 성분(B')으로 분리되어지는 단계; 상부 주탑(121)에 저비점 성분(D'), 하부 주탑(122)에 고비점 성분(B')이 각각 유입되는 단계; 상기 상부 주탑(121)의 상부에서 저비점 제품(D)인 s-부탄올, 상기 하부 주탑(122)의 하부에서 고비점 제품(B)인 n-부탄올, 그리고 상기 상부 주탑(121)의 하단부와 하부 주탑(122)의 상단부에서 중간 제품(S1, S3)인 i-부탄올이 생산되는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 분리형 열복합 증류탑을 이용한 연속 분별 증류 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 저비점 성분(D')은 s-부탄올이고, 고비점 성분(B')은 n-부탄올이며, i-부탄올은 저비점 성분(D')과 고비점 성분(B')에 각각 1/2 정도씩 나뉘어져 함유되어지는 것을 특징으로 하는 분리형 열복합 증류탑을 이용한 연속 분별 증류 방법.
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