KR101330035B1

KR101330035B1 - 정제 알코올 증류 시스템

Info

Publication number: KR101330035B1
Application number: KR1020100082616A
Authority: KR
Inventors: 성주학; 장병욱; 이세윤; 김성진; 이명호
Original assignee: 주식회사 창해에탄올
Priority date: 2010-08-25
Filing date: 2010-08-25
Publication date: 2013-11-18
Also published as: KR20120022020A

Abstract

본 발명은 정제 알코올 증류 시스템에 관한 것으로서, 원료인 조주정을 추출 증류하여, 메탄올이 함유된 알코올과, 휴젤유와, 지방산 및 OH기가 없는 저비점 화합물로 분리하는 제1추출탑과; 상기 제1추출탑에서 분리된 알코올을 농축시키는 정제탑과; 상기 정제탑에서 농축된 알코올을 메탄올과 에탄올로 분리하는 제품탑과; 상기 제1추출탑과 상기 정제탑과 상기 제품탑으로부터 공급되는 알코올을 알코올 증기와 불순물로 분리하는 제2추출탑을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 공정을 단순화하며, 설비의 규모를 최소화하고 설비 투자비를 줄일 수 있다.

Description

정제 알코올 증류 시스템{REFINE ALCOHOL DISTILLATION SYSTEM}

본 발명은, 정제 알코올 증류 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 원료인 조주정의 알코올 증류 공정을 단순화하며 설비의 규모를 최소화할 수 있는 정제 알코올 증류 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 주정은 녹말 또는 당분이 포함된 재료를 발효시켜 알코올분 85％ 이상으로 증류한 발효주정과, 알코올분이 포함된 재료를 알코올분 85％ 이상으로 증류한 정제주정으로 대별할 수 있으며, 반드시 증류 공정을 거치게 되어 있다.

주정 생산을 위한 연속식 증류 시스템은 초기에는 대부분 정류에 의한 농축분리가 주종을 이루었으며, 이 후 추출 증류 이론을 바탕으로 한 상압식 증류 시스템과, 에너지 절약형 감압식 증류 시스템을 이용하여 제품을 생산하고 있다.

외국에서 수입된 조주정을 원료로 사용하여 음료용 알코올을 생산하기 위한 종래의 상압식 증류 시스템 또는 감압식 증류 시스템은, 기본적으로 제1추출탑, 제2추출탑, 초류탑, 초류탈수탑, 정제탑, 불량주정탑, 제품탑 등 총 7∼9개의 탑(tower)으로 구성되어 있으며, 각 탑은 물질 및 열 밸런스(Heat Balance 및 Material Balance)를 만족시키고 있다.

그런데, 종래의 알코올 증류 시스템은 알코올의 증류 공정이 복잡하고 다수의 탑이 소요되므로, 설비의 규모가 비대해지고 설비 투자비가 많이 소요되며, 또한 에너지 소비가 증대되는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은, 공정을 단순화하며, 설비의 규모를 최소화하고 설비 투자비를 줄일 수 있는 정제 알코올 증류 시스템을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 정제탑의 탑정 증기를 이용하여 에너지 소비를 줄일 수 있는 정제 알코올 증류 시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적은, 원료인 조주정을 추출 증류하여, 메탄올이 함유된 알코올과, 휴젤유와, 지방산 및 OH기가 없는 저비점 화합물로 분리하는 제1추출탑과; 상기 제1추출탑에서 분리된 알코올을 농축시키는 정제탑과; 상기 정제탑에서 농축된 알코올을 메탄올과 에탄올로 분리하는 제품탑과; 상기 제1추출탑과 상기 정제탑과 상기 제품탑으로부터 공급되는 알코올을 알코올 증기와 불순물로 분리하는 제2추출탑을 포함하는 것을 특징으로 하는 정제 알코올 증류 시스템에 의해 달성된다.

여기서, 상기 제1추출탑과 상기 제품탑은 상압보다 낮은 진공상태에서 운전되고, 상기 정제탑은 상압보다 높은 고압에서 운전되며, 상기 제2추출탑은 상압에서 운전되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1추출탑의 하부액과 상기 정제탑의 탑정 증기(overhead vapor)를 열교환하여, 상기 제1추출탑의 하부액을 가열하는 추출탑 리보일러와; 상기 추출탑 리보일러에서 열교환된 정제탑의 탑정 증기와 상기 제품탑의 하부액을 열교환하여, 상기 제품탑의 하부액을 가열하는 제품탑 리보일러를 더 포함함으로써, 에너지 사용량을 최소화하여 에너지 소비를 줄일 수 있다.

그리고, 상기 정제탑의 하부액과 외부로부터 제공되는 스팀을 열교환하여, 상기 정제탑의 하부액을 가열하는 정제탑 리보일러와; 상기 제1추출탑에서 분리된 알코올과 상기 정제탑의 하부액을 열교환하여, 상기 정제탑으로 공급되는 상기 제1추출탑에서 분리된 알코올을 가열하는 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1추출탑에서 분리되어 상기 정제탑으로 공급되는 알코올의 농도는 10％이하이고, 상기 정제탑에서 농축되는 알코올의 농도는 96％ 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 원료인 조주정의 알코올 증류 공정을 개선함으로써, 공정을 단순화하며, 설비의 규모를 최소화하고 설비 투자비를 줄일 수 있다. 또한, 정제탑의 탑정 증기를 이용하여 에너지 소비를 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 정제 알코올 증류 시스템의 구성도이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 설명에 앞서, 원료인 조주정에 대해 간략하게 설명하면, 조주정은 당밀, 옥수수를 원료로 하고, 아세트알데히드, 메탄올, 휴젤유 등의 다량의 불순물을 함유하며, 알코올 농도는 95％∼95.7％로 구성되어 있다. 이에, 조주정은 정제과정 없이는 음용 불가하여, 증류과정을 거쳐 음료용 알코올로서 공급된다.

도 1은 본 발명에 따른 정제 알코올 증류 시스템의 구성도이다. 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 정제 알코올 증류 시스템은 제1추출탑(11)과, 정제탑(31)과, 제품탑(51)과, 제2추출탑(81)을 포함한다.

제1추출탑(11)은 상압보다 낮은 진공상태에서 운전되며, 원료인 조주정을 추출 증류하여, 메탄올이 함유된 알코올과, 휴젤유와, 지방산 및 OH기가 없는 저비점 화합물로 분리한다. 즉, 제1추출탑(11)에 공급된 조주정은 증발, 응축, 환류 공정을 거쳐 제1추출탑(11)의 상부에 발효공정에서 생성되어진 불순물이 농축되어지고, 그 응축액 중 일부는 제2추출탑(81)으로 공급된다.

제1추출탑(11)의 하부는 체판(sieve tray), 상부는 패킹 트레이(packing tray)로 구성되어 있고, 외부로부터 공급되는 조주정을 가수에 의한 휘발도차 변화를 유도한 추출 증류하여, 중·고비점 성분인 휴젤유, 지방산 및 OH기가 없는 저비점 화합물로서 아세트알데히드 등을 제1추출탑(11)의 상부로 집적시키고, 제1추출탑(11)의 하부로는 메탄올이 함유된 비교적 순수한 알코올을 낙하시킨다. 제1추출탑(11)의 하부액, 즉 제1추출탑(11)에서 분리된 알코올은 제1추출탑 하부액 이송펌프(13)에 의해 정제탑(31)으로 이송된다. 여기서, 제1추출탑(11)으로부터 정제탑(31)으로 공급되는 알코올의 농도는 10％이하인 것이 바람직하다.

제1추출탑(11)에서 증발하여 발생되는 알코올 증기(alcohol vapor)는 제1추출탑 응축기(15)에 의해 응축되며, 응축된 응축액의 일부는 제1추출탑 응축액 탱크(17)로 집수되고, 응축액의 나머지는 후술할 제2추출탑 공급탱크(83)로 공급된다. 여기서, 제1추출탑 응축기(15)는 물을 이용하여 알코올 증기를 응축시키며, 셀튜브형 열교환기으로 이루어지는 것이 보다 효과적이다.

제1추출탑 응축액 탱크(17)로 집수된 응축액은 제1추출탑 응축액 환류 펌프(19)에 의해 제1추출탑(11)의 상부로 공급되고, 제1추출탑(11)의 하부액은 제1추출탑 순환펌프(21)에 의해 후술할 추출탑 리보일러(43)를 통과하며 가열되어 다시 제1추출탑(11)으로 순환된다.

정제탑(31)은 상압보다 높은 고압에서 운전되며, 제1추출탑(11)에서 분리된 알코올을 농축시키는 역할을 한다. 정제탑(31)은 제1추출탑(11)에서 미분리된 고비점 불순물(휴젤유 성분)을 분리하고, 메탄올이 함유된 알코올은 정제탑(31)의 중상부에서 제품탑(51)으로 공급된다. 즉, 정제탑(31)에서는 미분리된 휴젤유를 정제탑(31)의 하부에서 집적하여 제거시키고, 정제탑(31)의 상부에서는 메탄올을 함유한 알코올을 농축시킨다. 이에, 제1추출탑(11)에서 공급된 10％ 농도의 알코올은 정제탑(31)에 의해 96％ 농도의 알코올로 농축된다.

정제탑(31)의 하부액은 정제탑 리보일러(33)를 통해 가열되며, 정제탑 리보일러(33)는 정제탑(31)의 하부액과 외부로부터 제공되는 스팀을 열교환시킨다.

또한, 정제탑(31)의 하부액은 정제탑 하부액 이송 펌프(35)에 의해 제1추출탑(11)으로 이송되며, 제1추출탑(11)으로 이송되는 정제탑(31)의 하부액은 열교환기(37)에 의해 제1추출탑(11)에서 분리된 알코올과 열교환하여, 제1추출탑(11)으로부터 정제탑(31)으로 공급되는 알코올을 가열시킨다. 따라서, 열교환기(37)에 의해 제1추출탑(11)으로부터 정제탑(31)으로 공급되는 알코올의 온도를 상승시켜, 정제탑(31)의 물질 및 열 밸런스를 일정하게 하고, 정제탑(31)의 하부액을 제1추출탑(11)의 가수로 사용하기 위해 적정 온도를 유지한다. 여기서, 열교환기(37)에서 열교환되는 제1추출탑(11)에서 분리된 알코올의 온도는 77℃이고, 정제탑(31)의 하부액의 온도는 118℃인 것이 바람직하다. 또한, 열교환기(37)는 판형 열교환기인 것이 보다 효과적이다.

정제탑(31)에는 정제주정의 불순물 중 휴젤유를 농축, 집적시켜 분리하기 위한 휴젤유 사이드 컷(side cut)부(39)와, 휴젤유와 물과의 비중 차이를 이용하여 휴젤유 사이드 컷부(39)에서 공급되는 휴젤유와 알코올 중 휴젤유만을 선택적으로 분리하는 휴젤유 분리기(41)가 마련되어 있다.

또한, 정제탑(31)의 탑정 증기(overhead vapor)는 추출탑 리보일러(43)에 공급되어 제1추출탑(11)의 열원으로 사용되고, 또한 추출탑 리보일러(43)에서 열교환된 정제탑(31)의 탑정 증기는 제품탑 리보일러(45)에 공급되어 제품탑(51)의 열원으로 사용된다.

즉, 추출탑 리보일러(43)는 제1추출탑(11)의 하부액과 정제탑(31)의 탑정 증기를 열교환하여, 제1추출탑(11)의 하부액을 가열한다. 또한, 제품탑 리보일러(45)는 추출탑 리보일러(43)에서 열교환된 정제탑(31)의 탑정 증기와 제품탑(51)의 하부액을 열교환하여, 제품탑(51)의 하부액을 가열한다. 이에, 본 발명에 따른 정제 알코올 증류 시스템은 정제탑(31)의 탑정 증기를 이용하여 에너지 소비를 줄일 수 있게 된다.

제품탑(51)은 제1추출탑(11)과 마찬가지로 상압보다 낮은 진공상태에서 운전되며, 정제탑(31)에서 농축된 알코올을 메탄올과 에탄올로 분리한다. 즉, 제품탑(51)에서는 메탄올을 제거하고, 제품탑(51)의 하부에서 최종 제품을 생산한다.

제품탑(51)은 패킹 트레이(packing tray)로 구성되는 것이 바람직하며, 제품탑(51)은 정제탑(31)에서 공급된 메탄올이 함유된 알코올을 메탄올과 에탄올의 2성분계의 비점차를 이용하여, 제품탑(51)의 상부에서는 메탄올을 집적하고, 제품탑(51)의 하부에서는 최종 제품인 에탄올이 모여진다. 또한, 제품탑(51)은 제1추출탑(11)과 동일하게 상압보다 낮은 동일한 진공상태에서 운전되며, 제품탑(51)과 제1추출탑(11)은 진공펌프(53)에 의해 상호 연동하며 운전된다.

제품탑(51)에서 증발하여 발생되는 알코올 증기는 제품탑 응축기(55)에서 물에 의해 응축되며, 제품탑 응축기(55)는 셀튜브형 열교환기로 이루어지는 것이 보다 효과적이다.

제품탑 응축기(55)에서 응축된 응축액은 제품탑 환류탱크(57)로 수집된 후, 제품탑 환류탱크(57)에 수집된 응축액의 일부는 제2추출탑 공급탱크(83)로 공급되고, 응축액의 나머지는 제품탑 환류액 공급펌프(59)에 의해 제품탑(51)의 상부로 공급된다.

제품탑(51)의 하부액은 제품탑 하부액 이송펌프(61)에 의해 외부로 이송된다.

제품탑 리보일러(45)와 2차 열교환한 정제탑(31)의 탑정 증기의 잔여 증기는 정제탑 응축기(63)에 의해 물을 이용하여 응축되며, 정제탑 응축기(63)는 셀튜브형 열교환기로 이루어지는 것이 보다 효과적이다.

정제탑(31)의 탑정 증기가 제품탑 리보일러(45)와 열교환하여 응축된 응축액은 제품탑 리보일러 응축탱크(65)에 모여진 후, 제품탑 리보일러 응축액 이송펌프(67)에 의해 정제탑 응축액 환류탱크(69)로 이송된다.

정제탑 응축액 환류 탱크(69)에 모여진 응축액은 정제탑 응축액 이송펌프(71)에 의해 정제탑(31)의 상부로 공급된다.

제2추출탑(81)은 상압에서 운전되며, 제1추출탑(11)과 정제탑(31)과 제품탑(51)으로부터 공급된 응축액(응축된 알코올)을 가수에 의한 휘발도차 변화를 유도한 추출 증류를 행하여, 알코올 증기와 불순물로 분리한다. 즉, 제2추출탑(81)에서는 제1추출탑(11)과 정제탑(31)과 제품탑(51)을 거쳐 응축되어진 응축액에 함유된 불순물을 농축하여, 불량 주정으로 제거된다.

제2추출탑(81)의 하부액은 외부로부터 공급되는 소량의 스팀에 의해 가열된다.

제1추출탑(11)과 정제탑(31)과 제품탑(51)으로부터 공급된 응축액은 제2추출탑 공급탱크(83)에 모여진 후, 제2추출탑 공급펌프(85)에 의해 제2추출탑(81)으로 공급된다. 또한, 제2추출탑(81)의 하부액은 제2추출탑 하부액 이송펌프(87)에 의해 정제탑(31)으로 공급된다.

제2추출탑(81)에서 증발, 발생되는 알코올 증기는 제2추출탑 응축기(89)에 의해 응축된다. 제2추출탑 응축기(89)는 물을 이용하여 알코올 증기를 응축시키며, 셀튜브형 열교환기로 이루어지는 것이 보다 효과적이다. 제2추출탑 응축기(89)에서 응축된 응축액의 일부는 제2추출탑(81)으로 다시 순환되고, 응축액의 나머지는 불순물을 농축하여 불량 주정(headalcohol)로 제거된다.

이러한 구성에 의하여, 본 발명에 따른 정제 알코올 증류 시스템에서의 제품인 알코올의 흐름을 살펴보면, 원료인 조주정은 제1추출탑(11)에 공급되어 증발, 응축, 환류 공정을 거쳐 상부에 발효공정에서 생성되어진 불순물이 농축되어지고, 그 응축액 중 일부는 제2추출탑(81)으로 공급된다.

제1추출탑(11)의 하부에서는 10％ 이하의 농도를 갖는 비교적 순수한 알코올이 정제탑(31)에 공급되고, 정제탑(31)에서는 미 분리된 휴젤유를 정제탑(31)의 하부에서 집적하여 제거시키고, 정제탑(31)의 상부에서는 메탄올을 함유한 알코올을 농축시킨다.

그리고, 제품탑(51)에서는 메탄올을 제거하고, 제품탑(51)의 하부에서 제품을 생산한다. 각 탑의 최종 응축기에서 공급되어지는 불순물은 제2추출탑(81)에서 농축되어, 불량 주정으로 제거된다.

한편, 외부로부터 제공되는 스팀은 정제탑 리보일러(33)를 거쳐 정제탑(31)에 공급되어, 정제탑(31)에서 발생한 탑정 증기를 제1추출탑(11) 및 제품탑(51)의 열원으로 사용한다.

또한, 제2추출탑(81)에도 외부로부터의 스팀을 공급한다.

이와 같이, 본 발명에 따르면, 원료인 조주정을 추출 증류하는 제1추출탑과, 제1추출탑에서 분리된 알코올을 농축시키는 정제탑과, 정제탑에서 농축된 알코올을 메탄올과 에탄올로 분리하는 제품탑과, 제1추출탑과 정제탑과 제품탑으로부터 공급되는 알코올을 알코올 증기와 불순물로 분리하는 제2추출탑을 마련함으로써, 공정을 단순화하며, 설비의 규모를 최소화하고 설비 투자비를 줄일 수 있게 된다.

또한, 스팀을 사용하여 발생된 정제탑의 탑정 증기를 상압보다 낮은 진공상태하에 운전되는 제1추출탑 및 제품탑에 공급함으로써, 에너지 사용량을 최소화할 수 있게 된다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

11 : 제1추출탑 31 : 정제탑
33 : 정제탑 리보일러 37 : 열교환기
43 : 추출탑 리보일러 45 : 제품탑 리보일러
51 : 제품탑 81 : 제2추출탑

Claims

원료인 조주정을 추출 증류하여, 메탄올이 함유된 알코올과, 휴젤유와, 지방산 및 OH기가 없는 저비점 화합물로 분리하는 제1추출탑과;
상기 제1추출탑에서 분리된 알코올을 농축시키는 정제탑과;
상기 정제탑에서 농축된 알코올을 메탄올과 에탄올로 분리하는 제품탑과;
상기 제1추출탑과 상기 정제탑과 상기 제품탑으로부터 공급되는 알코올을 알코올 증기와 불순물로 분리하는 제2추출탑을 포함하는 것을 특징으로 하는 정제 알코올 증류 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1추출탑과 상기 제품탑은 상압보다 낮은 진공상태에서 운전되고, 상기 정제탑은 상압보다 높은 고압에서 운전되며, 상기 제2추출탑은 상압에서 운전되는 것을 특징으로 하는 정제 알코올 증류 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1추출탑의 하부액과 상기 정제탑의 탑정 증기(overhead vapor)를 열교환하여, 상기 제1추출탑의 하부액을 가열하는 추출탑 리보일러와;
상기 추출탑 리보일러에서 열교환된 정제탑의 탑정 증기와 상기 제품탑의 하부액을 열교환하여, 상기 제품탑의 하부액을 가열하는 제품탑 리보일러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정제 알코올 증류 시스템.
제1항에 있어서,
상기 정제탑의 하부액과 외부로부터 제공되는 스팀을 열교환하여, 상기 정제탑의 하부액을 가열하는 정제탑 리보일러와;
상기 제1추출탑에서 분리된 알코올과 상기 정제탑의 하부액을 열교환하여, 상기 정제탑으로 공급되는 상기 제1추출탑에서 분리된 알코올을 가열하는 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정제 알코올 증류 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1추출탑에서 분리되어 상기 정제탑으로 공급되는 알코올의 농도는 10％이하이고, 상기 정제탑에서 농축되는 알코올의 농도는 96％ 이상인 것을 특징으로 하는 정제 알코올 증류 시스템.