KR101707236B1 - 2개의 베드마다 바이패스 라인을 구비하고 바이패스 유체 유량이 조절되는, 시뮬레이션 이동 베드 분리를 위한 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따라, SMB 디바이스에서 시뮬레이션 이동 베드(SMB) 흡착에 의해 공급물(F)을 분리하는 방법이 설명되는데, 상기 SMB 디바이스는 2개의 연속된 플레이트(Pi, Pi+1)를 플러싱(flush)하기 위해 컬럼의 전체 길이를 따라 이들 플레이트를 직접 연결하는 외부 바이패스 라인(Li/i+1)을 포함하고, 이때 상기 하첨자 i는 짝수 또는 (짝수를 제외한) 홀수이며, 각각의 바이패스 라인(Li/i+1)은 바이패스 라인에서의 유량을 조절하기 위한 자동화된 조절 수단을 포함하고, 상기 조절 수단의 개방도는,
a) 영역 1의 모든 개방된 바이패스 라인에서 15 % 내지 30 % 범위의 오버싱크로니시티(oversynchronicity)에 대응하는 유량을 형성하는 것,
b) 영역 2 및 영역 3의 모든 개방된 바이패스 라인에서 ±8 % 이내로 싱크로니시티(synchronicity)에 대응하는 유량을 형성하는 것, 그리고
c) 영역 4의 모든 개방된 바이패스 라인에서 20 % 내지 40 % 범위의 오버싱크로니시티에 대응하는 유량을 형성하는 것
인 3가지 규칙에 의해 결정된다.
a) 영역 1의 모든 개방된 바이패스 라인에서 15 % 내지 30 % 범위의 오버싱크로니시티(oversynchronicity)에 대응하는 유량을 형성하는 것,
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인 3가지 규칙에 의해 결정된다.
Description
본 발명은 증류를 통해 분리하기가 곤란한 화학 물질, 천연 물질 또는 합성 물질의 분리 분야에 관한 것이다. 시뮬레이션된 항류(counter current) 모드 또는 시뮬레이션된 병류(co-current) 모드에서 시뮬레이션 이동 베드 방법 또는 분리 디바이스로 알려진 일군의 방법 및 관련 디바이스가 사용되는데, 이는 이하에서 일반적인 용어 SMB로 기재되어 있다. 따라서, 본 명세서의 나머지 부분에서 SMB 방법이나 디바이스 또는 SMB 분리 혹은 SMB 유닛을 지칭한다.
한정적인 것은 아니지만 관련 분야는 구체적으로 다음과 같다.
· 분지쇄형 파라핀, 나프텐 및 방향족과 노멀 파라핀의 분리.
· 올레핀/파라핀 분리.
· 다른 방향족 C8 이성질체와 파라크실렌(para-xylene)의 분리.
· 다른 방향족 C8 이성질체와 메타크실렌(meta-xylene)의 분리.
· 다른 방향족 C8 이성질체와 에틸벤젠의 분리.
정련 장치 및 석유화학 단지 이외에도 다수의 다른 용례가 존재하며, 글루코오스/과당 분리, 크레솔의 위치상 이성질체(positional isomer)의 분리, 광학적 이성질체의 분리 등을 포함하는 이들 용례를 언급할 수 있다.
SMB 분리는 당업계에 널리 알려져 있다. 일반적으로, 시뮬레이션 이동 베드 모드에서 작동하는 컬럼은 적어도 3개의 작동 영역을 포함하며, 선택적으로 4개 또는 5개의 작동 영역을 포함하고, 상기 영역은 각각 특정 개수의 연속된 베드로 구성되며, 각각의 영역은 공급점과 회수점 사이에 포함되는 그 위치에 의해 정해진다. 보통, SMB 컬럼에는 분류 대상인 적어도 하나의 공급물(F)과 탈착제(D)[종종 용리액(eluent)이라고 함]가 공급되며, 적어도 하나의 라피네이트(R) 및 추출물(E)이 상기 컬럼으로부터 회수된다.
공급점 및 회수점은 시간의 경과에 따라 동일한 방향으로 그 상대 위치를 유지하면서 하나의 베드에 대응하는 값만큼 규칙적으로 이동한다. 공급점과 회수점의 2회의 연속적인 이동을 구분하는 시간 간격을 주기라고 한다.
정의에 따라, 각각의 작동 영역은 숫자로 표시된다.
· 영역 1 = 탈착제(D)의 분사와 추출물(E)의 제거 사이에 포함되는, 추출물에서의 화합물의 탈착 영역.
· 영역 2 = 추출물(E)의 제거와 분류 대상인 공급물(F)의 분사 사이에 포함되는, 라피네이트에서의 화합물의 탈착 영역.
· 영역 3 = 공급물의 분사와 라피네이트(R)의 회수 사이에 포함되는, 추출물에서의 화합물의 흡착 영역.
· 라피네이트의 회수와 탈착제의 분사 사이에 위치하는 바람직한 영역인 영역 4.
종래 기술은 시뮬레이션 이동 베드 공급물 분리를 수행하기 위한 다양한 디바이스 및 방법을 상세하게 설명한다.
인용될 수 있는 특허로는 구체적으로 US-2 985 589, US-3 214 247, US-3 268 605, US-3 592 612, US-4 614 204, US-4 378 292, US-5 200 075, 및 US-5 316 821이 있다. 이들 특허는 또한 SMB의 기능을 상세하게 설명한다.
SMB 디바이스는 보통, 수개의 연속적인 흡착제 베드(Ai)로 분할되는 적어도 하나의 컬럼(주로 2개의 컬럼)을 포함하며, 상기 베드는 플레이트(Pi)에 의해 분리되고, 각각의 플레이트(Pi)는 공급물의 공급 또는 탈착제의 분사 및 라피네이트 혹은 추출물의 추출에 관한 일련의 작업을 수행할 수 있는 1개, 2개 또는 4개의 챔버를 포함한다.
본 발명은 단일 챔버 디바이스, 즉 상기 챔버를 이용하여 다양한 스트림의 공급 및 회수 양자 모두를 수행할 수 있는 디바이스의 카테고리에 속한다.
이하에 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 플레이트는 일반적으로 패널들로 분할되며, 각각의 패널은 스트림의 공급 및 회수를 위한 챔버를 포함한다.
각각의 플레이트(Pi)는 보통 분배/추출 라인 또는 시스템을 통해 공급되는 "DME 플레이트"라 부르는 복수 개의 분배기 패널-혼합기 패널-추출기 패널을 포함한다. 이들 플레이트는 임의의 유형 및 임의의 형상일 수 있다.
상기 패널은 컬럼의 섹션에서 이웃한 섹터에 대응하며, 예컨대 특허 US-6 537 451에서 설명된 바와 같은 소정 각도의 섹터를 갖춘 패널 또는 특허 US-6 797 175에서 설명된 바와 같은 평행 섹터를 갖춘 패널이다.
본 발명은 다양한 패널로의 임의의 유형의 플레이트의 분할과 호환 가능하다.
바람직하게는, 본 발명의 분리 컬럼은 평행한 섹터 및 2대칭(di-symmetrical) 공급부를 구비하는 유형의 DME 플레이트를 포함한다.
각각의 베드에 대한 분배는, 선행 베드로부터 유래하는 주요 스트림이 수집될 것을 요구하며, 2가지 유체를 가능한 최대로 혼합하는 동안 보조 유체 또는 2차 유체가 분사될 것을 요구하거나, 또는 수집된 유체의 일부가 제거될 수 있고, 추출되어 SMB 디바이스로부터 송출될 수 있을 것을 요구하며, 또한 유체는 다음 베드에 걸쳐 재분배될 수 있다.
모든 SMB 디바이스와 관련된 일반적인 문제는, SMB 작동 중에 공급점 및 회수점의 변경 중에 플레이트 내외로 유체를 공급하고 회수하기 위한 회로(들)의 다양한 영역에서 발견되는, 액체로 인해 유발되는 오염을 최소화하는 문제이다.
작동 시퀀스 동안 플레이트(Pi)에 대한 라인, 챔버 또는 공급 영역이 더 이상 공정액으로 플러싱(flushing)되지 않을 때, 이는 액체가 정체되는 데드존(dead zone)이 되며, 오로지 또 다른 공정액이 플레이트 내에서 한번 더 이동할 때에만 다시 이동하게 된다. SMB 작동은, 이것이 해당 라인에서 정체상태인 유체와 상이한 유체인 공정액임을 의미한다.
짧은 시간 간격에 걸쳐 유체를 실질적으로 상이한 조성물과 함께 혼합하거나 이동시키면, 이상적인 작동에 비해 대상 영역의 농도 프로파일에 섭동이 유발되며, 이 경우 조성 상의 불연속성이 방지되어야 한다.
또 다른 문제는, 동일한 플레이트의 다양한 영역들 사이에서, 그리고 보다 일반적으로는 동일한 플레이트의 분배/추출 시스템 전체에 걸쳐 재순환이 가능하다는 것이며, 이는 상기 플레이트의 다양한 영역들 사이의 매우 작은 압력차로 인한 것으로서 이상적인 작동에 비해 추가적인 섭동을 유발한다.
재순환 및 데드존으로 인한 문제를 극복하기 위해, 종래 기술에서는 다양한 해법이 알려져 있다.
a) 탈착제 또는 비교적 순수하고 바람직한 생성물을 이용하여 주어진 플레이트의 분배/추출 시스템을 플러싱하는 것이 이미 제안된 바 있다. 이러한 기법은 추출하는 동안 바람직한 생성물의 오염을 방지한다. 그러나, 플러싱하는 액체는 제거되는 액체와 매우 상이한 조성을 갖기 때문에 이로 인해 이상적인 작동에 해가 되는 조성 상의 불연속을 유발한다. 이러한 제1 플러시 변동은 보통 큰 농도 구배에서 짧은 유지시간의 플러시를 행하였다. 이러한 플러시는 조성 상의 불연속의 효과를 제한하기 위해 정확하게 짧은 유지시간을 갖는다.
b) 특허 US-5 972 224 및 US-6 110 364에 설명된 바와 같이, 또 다른 해법은 주요 스트림의 대부분을 컬럼의 내부로 안내하고 상기 주요 스트림 중 소량(보통 주요 스트림의 1 % 내지 20 %)을 연속된 플레이트들 사이의 외부 바이패스 라인을 통해 외부를 향해 안내하는 것으로 이루어진다. 상위 플레이트로부터 유래되는 스트림을 이용하여 하나의 플레이트에서 분배/추출 시스템을 이렇게 플러싱하는 것은 보통 연속적으로 이루어지므로, 분배/추출 시스템의 라인 및 영역은 더 이상 "데드(dead)" 상태가 아니며 일정하게 플러싱된다.
바이패스 라인을 통해 연속적으로 플러싱되는 이러한 시스템은 특허 FR-2 772 634에 개시되어 있다. 바이패스 라인의 직경은 일반적으로 작고, 이들 라인은 시스템의 비용을 감소시키는 소직경 밸브를 포함한다.
특허 US-5 972 224 및 US-6 110 364의 교시내용에 따르면, 주어진 플레이트의 분배/추출 시스템은 제거되는 액체(분배 시스템 내에 존재하거나 플레이트 상에서 이동하는 액체)의 조성과 매우 유사한 조성을 갖는 액체로 플러싱되도록 의도된다. 따라서, 상이한 조성물과 유체의 혼합이 최소화되고, 조성 상의 불연속성도 감소된다.
이를 위해, 특허 US-5 972 224 및 US-6 110 364는, 각각의 바이패스 라인에서의 천이 속도가 SMB의 주요 스트림에서의 농도 구배 진행 속도와 실질적으로 동일하게 되도록 바이패스 라인에서 플러시 유량을 이용할 것을 제안한다. 따라서, 이는 "동기식" 플러싱 또는 "싱크로니시티 유량" 플러싱이라고 한다. 따라서, 내부의 액체의 조성과 실질적으로 동일한 조성을 갖는 유체에 의해 다양한 라인 및 체적이 플러싱되며, 바이패스 라인에서 이동하는 액체는 주요 스트림의 조성이 실질적으로 동일한 지점에서 다시 도입된다.
따라서, 이러한 플러싱은 동기식이며 농도 구배가 작거나 농도 구배가 없다.
인용된 특허의 교시 내용에 따라, V가 플레이트(Pi)의 분배 시스템의 체적(즉, Vi) 및 플레이트(Pi+1)의 분배 시스템의 체적(즉, Vi+1) 그리고 2개의 상기 플레이트 사이의 바이패스 라인의 체적(VLi/i+1)의 누적 체적이고, ST가 공급/추출의 2회의 연속적인 전환 사이의 SMB의 전환 시간일 때, 하나의 플레이트(Pi)로부터 다음 플레이트(Pi+1)까지의 플러시 유량(QSi/i+1)이 V/ST와 동일하면, 이러한 플러시를 "동기식"이라고 부른다.
따라서, 싱크로니시티 유량(synchronous flow rate) = QSi /i+1 = (Vi+Vi+1+VLi/i+1)/ST를 얻으며, 이 식에서
·QSi /i+ 1는 플레이트(Pi)로부터 다음 플레이트(Pi +1)(보통 하위 플레이트)까지의 플러시의 유량이고,
·Vi는 유출 플레이트(Pi)의 분배/추출 시스템의 체적이며,
·Vi +1은 유입 플레이트(Pi +1)의 분배/추출 시스템의 체적이고,
·VLi /i+1은 Pi와 Pi +1 사이의 바이패스 라인의 체적이며,
·ST는 전환 시간이다.
동기식 플러싱은 보통 각각의 영역에 대해 적합하게, 상기 영역들의 싱크로니시티 유량의 50 % 내지 150 %인 유량으로, 그리고 이상적으로는 100 %의 싱크로니시티 유량으로 수행된다. SMB의 4개 영역의 바이패스 라인에서의 유량은 각각의 바이패스 라인에 있는 조절 수단에 의해 제어된다. 예로서, 당업자라면, 이들 영역 모두에서 싱크로니시티 유량의 90 %의 유량을 이용하거나, 110 % 또는 심지어 100 %의 싱크로니시티 유량에 근사한 임의의 다른 값의 유량을 이용한다. 그러나, 조절 수단이 존재한다면, 당업자는 앞서 인용한 특허의 교시 내용에 따라, 당연히 싱크로니시티 유량에 정확하게 대응하는 방식으로(100 %의 싱크로니시티 유량으로) 4개의 영역에서 유량을 제어하도록 선택한다.
산업적으로 매우 중요한 SMB 분리 디바이스의 일례는, 보통 적어도 99.7 중량%인 상업적 순도의 파라크실렌 및 에틸벤젠에 풍부한 라피네이트, 오르토크실렌(ortho-xylene) 및 메타크실렌의 제조를 위한 방향족 C8 컷(cut)의 분리와 관련된다.
앞서 인용한 2가지 실시예는 상업적인 순도의 목적을 달성할 수 있다. 그러나, 본원 출원인은 US-5 972 224 및 US-6 110 364의 "동기식 플러시"의 교시 내용이 종래 기술에 대해 뚜렷하게 개선된 것이지만, 놀랍게도 바이패스 라인의 다양한 유량을 결정하는 규칙을 개량함으로써 SMB 분리 방법의 작동 및 성능을 더욱 개선할 수 있음을 입증한 바 있다.
마지막으로, 미국 특허 출원 제08/04637호는 바이패스 라인 디바이스, 즉 모든 플레이트(Pi, Pi+1)를, 첨자 i의 패리티(parity)를 구별하지 않고 연결하는 라인들을 각각의 라인에 적용되는 유량에 관한 규칙과 함께 설명하는데, 상기 규칙은 대상 영역에 적어도 하나의 폐쇄된 바이패스 라인이 있는지 또는 모든 바이패스 라인이 개방되어 있는지에 따라 달라진다.
본 발명은 각각의 바이패스 라인에 적용되는 유량 규칙이 컬럼의 다양한 작동 영역 각각에 대해 설정된다는 점에서 앞서 이제까지 인용한 출원에 대해 개선된 것으로 간주될 수 있다.
또한, 본 발명은 2개의 연속적인 플레이트를 연결하는 바이패스 라인의 특정 구성에 관한 것으로서, 특허 FR-2 904 776 및 FR-2 913 345에 설명된 바와 같이 제1 플레이트는 짝수인 첨자를 갖거나 (배타적인 방식으로) 홀수인 첨자를 갖는다.
본 발명은 각각의 바이패스 라인에 적용되는 유량에 관한 규칙을 컬럼의 다양한 작동 영역 각각에 대해 설정함으로써 SMB 분리 방법의 작동 및 성능을 개선하는 장치와 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 SMB 디바이스라고 부르는 개량된 시뮬레이션 이동 베드 분리 디바이스에 관한 것이다.
보다 엄밀하게는, 본 발명은 다양한 유체의 분배 또는 추출을 위해 단일 챔버를 갖춘 SMB 유닛에 관한 것이며, 이때 각각의 플레이트는 특정 개수의 패널로 분할되고, 각각의 패널에는 유체 분배 및 추출을 위한 챔버가 마련된다.
또한, 본 발명과 관련되는 SMB 유닛은, 바이패스 라인이 2개의 연속된 플레이트, 즉 Pi 및 Pi +1을 연결하지만, 하첨자 i는 컬럼 전체에 걸쳐 짝수이거나 또는 (짝수를 배제하는 방식으로) 컬럼 전체에 걸쳐 홀수인 것인 유닛이다.
놀랍게도, 바이패스 라인의 이상적인 작동은 SMB 작동 영역 전체에 걸쳐 엄격하게 동기화된 유동에 대응하지 않지만, SMB 영역의 함수이며 일부 경우에는 어느 정도의 오버싱크로니시티(oversynchronicity)를 제공할 수 있는 차별화된 유량에 대응한다는 것이 밝혀졌다.
보다 엄밀하게는, 본 발명은 적어도 하나의 컬럼을 구비하는 SMB 디바이스에서의 공급물(F)의 SMB(Simulated Moving Bed) 분리를 위한 방법으로서 정의될 수 있으며, 이때 상기 컬럼은 각기 적어도 하나의 분배/추출 시스템을 포함하는 플레이트(Pi)에 의해 분리되는 복수의 흡착제 베드로 이루어지고, 이 방법에서 공급물(F) 및 탈착제(D)가 공급되며, 적어도 하나의 추출물(E) 및 적어도 하나의 라피네이트(R)가 회수되고, 공급점 및 회수점은 전환 시간(ST)을 이용하여 시간의 경과에 따라 하나의 흡착제 베드에 대응하는 값만큼 이동하며, SMB의 복수의 작동 영역을 결정하고, 특히
· 탈착제(D)의 공급과 추출물(E)의 회수 사이에 포함되며, 추출물에서 이루어지는 화합물의 탈착을 위한 영역 1,
· 추출물(E)의 회수와 공급물(F)의 공급 사이에 포함되며, 라피네이트(R)에서 이루어지는 화합물의 탈착을 위한 영역 2,
· 공급물(F)의 공급과 라피네이트(R)의 회수 사이에 포함되며, 추출물(E)에서 이루어지는 화합물의 흡착을 위한 영역 3, 및
· 라피네이트(R)의 회수와 탈착제(D)의 공급 사이에 위치하는 영역 4
인 4개의 주요 영역을 결정하며, 상기 디바이스는 2개의 연속된 플레이트(Pi, Pi+1)에 직접 연결되는 외부 바이패스 라인(Li /i+1)을 더 포함하고, 이때 하첨자 i는 컬럼 전체에 걸쳐 짝수이거나, (짝수를 배제하는 방식으로) 컬럼 전체에 걸쳐 홀수이며, 상기 플레이트가 플러싱될 수 있도록 하고, 이 디바이스에서 각각의 바이패스 라인(Li /i+1)은 바이패스 라인에서의 유량을 조절하기 위한 자동화된 조절 수단을 포함하며, 상기 조절 수단의 개방도는
a) 영역 1의 모든 개방된 바이패스 라인에서 15 % 내지 30 % 범위의 오버싱크로니시티에 대응하는 유량을 형성하는 것,
b) 영역 2 및 영역 3의 모든 개방된 바이패스 라인에서 ±8 % 이내로 싱크로니시티에 대응하는 유량을 형성하는 것, 그리고
c) 영역 4의 모든 개방된 바이패스 라인에서 20 % 내지 40 % 범위의 오버싱크로니시티에 대응하는 유량을 형성하는 것
인 3가지 규칙에 의해 결정된다.
싱크로니시티 유량은 (Vi+Vi +1+VLi /i+1)/ST로 결정되며, 이때
Vi는 유출 플레이트(Pi)의 분배/추출 시스템의 체적을 나타내고,
Vi +1은 유입 플레이트(Pi +1)의 분배/추출 시스템의 체적을 나타내며,
VLi /i+1은 Pi와 Pi +1 사이에서 바이패스 라인의 체적을 나타내고,
ST는 전환 시간을 나타낸다.
오버싱크로니시티는 아래의 공식으로 정의된다.
(오버싱크로니시티) = (해당 바이패스 라인에서의 실제 유량)/(싱크로니시티 유량) - 1.
본 발명에 따른 방법의 특별한 경우에서는, 동일한 영역에 속하는 모든 개방된 바이패스 라인이 ±2 % 이내의 동일한 싱크로니시티를 갖는다.
본 발명은 또한 아래와 같이 정의되는 적어도 4개의 작동 영역 즉,
· 탈착제(D)의 공급과 추출물(E)의 회수 사이에 포함되며, 추출물에서 이루어지는 화합물의 탈착을 위한 영역 1,
· 추출물(E)의 회수와 공급물(F)의 공급 사이에 포함되며, 라피네이트에서 이루어지는 화합물의 탈착을 위한 영역 2,
· 공급물(F)의 공급과 라피네이트(R)의 회수 사이에 포함되며, 추출물(E)에서 이루어지는 화합물의 흡착을 위한 영역 3, 및
· 라피네이트(R)의 회수와 탈착제(D)의 공급 사이에 위치하는 영역 4
를 포함하는 SMB 방법의 바이패스 라인에서 유량을 조절하는 방법에 관한 것으로서, 이 방법에서는
1) 주어진 영역에서의 최적의 싱크로니시티는 다른 영역의 모든 폐쇄되지 않은 바이패스 라인에 대해 싱크로니시티를 100 %로 고정함으로써 결정되고,
2) 이전 단계에서 얻어진 최적의 싱크로니시티는 각각의 영역으로 인한 것이다.
구체적으로, 본 발명은 방향족 C8 탄화수소의 혼합물로부터 파라크실렌을 분리하기 위한 SMB 분리 방법에 적용 가능하다.
구체적으로, 본 발명은 방향족 C8 탄화수소의 혼합물로부터 메타크실렌을 분리하기 위한 SMB 분리 방법에 적용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 각각의 바이패스 라인에 적용되는 유량에 관한 규칙을 컬럼의 다양한 작동 영역 각각에 대해 설정함으로써 SMB 분리 방법의 작동 및 성능을 개선하는 장치와 방법을 얻을 수 있다.
도 1은 시뮬레이션 이동 베드(SMB) 컬럼의 일부를 형성하는 4개의 연속된 베드(Pi-1, Pi, Pi+1, Pi+2)를 나타낸 것이다. 바이패스 라인(Li -1/i 및 Li +1/i+2)은 플레이트(Pi-1)와 플레이트(Pi) 사이에 그리고 플레이트(Pi +1)와 플레이트(Pi +2) 사이에 위치한다.
도 2는 고정된 탈착제 유량, 공급물 유량, 생산된 파라크실렌의 순도 및 전환 시간에서 각각의 영역에 대해 폐쇄되지 않은 바이패스 라인 모두의 싱크로니시티의 함수로서 PX 수득율 면에서 측정되는 SMB의 성능 변동을 도시한 것이며, 이때 다른 영역의 모든 폐쇄되지 않은 바이패스 라인에 대해 싱크로니시티는 100 %로 유지된다.
영역 1은 마름모와 함께 곡선으로 표시되어 있다.
영역 2는 정사각형과 함께 곡선으로 표시되어 있다.
영역 3은 삼각형과 함께 곡선으로 표시되어 있다.
영역 4는 원과 함께 곡선으로 표시되어 있다.
도 2는 고정된 탈착제 유량, 공급물 유량, 생산된 파라크실렌의 순도 및 전환 시간에서 각각의 영역에 대해 폐쇄되지 않은 바이패스 라인 모두의 싱크로니시티의 함수로서 PX 수득율 면에서 측정되는 SMB의 성능 변동을 도시한 것이며, 이때 다른 영역의 모든 폐쇄되지 않은 바이패스 라인에 대해 싱크로니시티는 100 %로 유지된다.
영역 1은 마름모와 함께 곡선으로 표시되어 있다.
영역 2는 정사각형과 함께 곡선으로 표시되어 있다.
영역 3은 삼각형과 함께 곡선으로 표시되어 있다.
영역 4는 원과 함께 곡선으로 표시되어 있다.
본 발명은 SMB 디바이스라고 알려져 있는 개량된 시뮬레이션 이동 베드 분리 디바이스에 관한 것이다.
보다 엄밀하게는, 본 발명은 다양한 유체의 분배 또는 추출을 위해 단일 챔버를 갖춘 SMB 유닛의 카테고리에 속하는 것이며, 이때 각각의 플레이트는 특정 개수의 패널로 분할되고, 각각의 패널에는 유체의 분배 및 추출을 위한 하나의 챔버가 마련된다.
또한, 본 발명과 관련되는 SMB 유닛은, 바이패스 라인이 2개의 연속된 플레이트, 즉 Pi 및 Pi +1을 연결하지만, 하첨자 i는 컬럼 전체에 걸쳐 짝수이거나 또는 (짝수를 배제하는 방식으로) 홀수인 것인 유닛이다.
예로서, 바이패스 라인에 대한 하나의 구성은, 바람직하게는 짝수의 하첨자를 갖는 컬럼의 마지막 플레이트까지, 플레이트(1, 2)를 연결한 후 플레이트(3, 4)를 연결하고 나서 플레이트(5, 6) 등을 연결한다.
바이패스 라인에 대한 또 다른 구성은, 바람직하게는 홀수의 하첨자를 갖는 컬럼의 마지막 플레이트까지, 플레이트(2, 3)를 연결한 후 플레이트(4, 5)를 연결하고 나서 플레이트(6, 7) 등을 연결한다.
놀랍게도, 바이패스 라인의 이상적인 작동은 SMB의 작동 영역 모두에 걸쳐 엄격하게 동기화된 유동에 대응하지 않지만, 일부 경우에는 어느 정도 두드러진 오버싱크로니시티를 갖는, SMB의 영역에 따라 차별화된 유량에 대응하는 것으로 밝혀졌다.
"오버싱크로니시티"라는 용어는, 싱크로니시티에 대응하는 값을 적어도 8 %만큼 초과하는 값을 의미하며, 상기 싱크로니시티를 초과하는 비율로서 표현될 수 있다.
보다 엄밀하게는, 본 발명은 SMB 유닛의 특정 영역에 걸쳐 대상 영역에서 어느 정도의 특정한 오버싱크로니시티를 포함하는 바이패스 라인 유량의 범위를 결정한다.
그 결과로서, 대상 SMB의 영역에 따라 좌우되는 바이패스 라인 유량의 세트에서 복잡한 최적조건을 얻는다. 이러한 기술적인 문제는 종래 기술의 교시내용에는 전혀 없으며, SMB 타입의 방법에서의 지식 및 전문 기술의 증가를 이룬다.
따라서, 본 발명은 적어도 하나의 컬럼을 구비하는 SMB 디바이스에서의 공급물(F)의 SMB(Simulated Moving Bed) 분리를 위한 방법에 관한 것이며, 이때 상기 컬럼은 적어도 하나의 분배/추출 시스템을 각각 포함하는 플레이트(Pi)에 의해 분리되는 복수의 흡착제 베드로 이루어지고, 이 방법에서 공급물(F) 및 탈착제(D)가 공급되며, 적어도 하나의 추출물(E) 및 적어도 하나의 라피네이트(R)가 회수되고, 공급점 및 회수점은 전환 시간(ST)을 이용하여 시간의 경과에 따라 하나의 흡착제 베드에 대응하는 값만큼 이동하며, SMB의 복수의 작동 영역을 결정하고, 특히
· 탈착제(D)의 공급과 추출물(E)의 회수 사이에 포함되며, 추출물에서 이루어지는 화합물의 탈착을 위한 영역 1,
· 추출물(E)의 회수와 공급물(F)의 공급 사이에 포함되며, 라피네이트에서 이루어지는 화합물의 탈착을 위한 영역 2,
· 공급물(F)의 공급과 라피네이트(R)의 회수 사이에 포함되며, 추출물(E)에서 이루어지는 화합물의 흡착을 위한 영역 3, 및
· 라피네이트(R)의 회수와 탈착제(D)의 공급 사이에 위치하는 영역 4
인 4개의 주요 영역을 결정하며, 상기 디바이스는 2개의 연속된 플레이트(Pi, Pi+1)에 직접 연결되는 외부 바이패스 라인(Li /i+1)을 더 포함하고, 이때 하첨자 i는 컬럼 전체에 걸쳐 짝수이거나, (배타적인 방식으로) 컬럼 전체에 걸쳐 홀수이며, 상기 플레이트가 플러싱될 수 있도록 하고, 각각의 바이패스 라인(Li /i+1)은 플러시 유량을 조절하기 위한 자동화된 조절 수단을 포함하고, 상기 조절 수단의 개방도는
a) 영역 1의 모든 개방된 바이패스 라인에서 15 % 내지 30 % 범위의 오버싱크로니시티에 대응하는 유량을 형성하는 것,
b) 영역 2 및 영역 3의 모든 개방된 바이패스 라인에서 ±8 % 이내에서 싱크로니시티에 대응하는 유량을 형성하는 것, 그리고
c) 영역 4의 모든 개방된 바이패스 라인에서 20 % 내지 40 % 범위의 오버싱크로니시티에 대응하는 유량을 형성하는 것
인 3가지 규칙에 의해 결정된다.
싱크로니시티 유량은 (Vi+Vi +1+VLi /i+1)/ST로 결정되는데, 이 식에서
·Vi는 유출 플레이트(Pi)의 분배/추출 시스템의 체적을 나타내고,
·Vi +1은 유입 플레이트(Pi +1)의 분배/추출 시스템의 체적을 나타내며,
·VLi /i+1은 Pi와 Pi +1 사이에서 바이패스 라인의 체적을 나타내고,
·ST는 전환 시간을 나타낸다.
오버싱크로니시티는 아래의 공식으로 정의된다.
(오버싱크로니시티) = (해당 바이패스 라인에서의 실제 유량)/(싱크로니시티 유량) - 1.
본 발명에 따른 SMB 분리 방법의 특별한 경우에서는, 동일한 영역에 속하는 모든 개방된 바이패스 라인이 ±2 % 이내의 동일한 싱크로니시티를 갖는다.
이제, 본 발명의 방법에서, 하첨자가 i인 상류 플레이트와 하첨자가 i+1인 하류 플레이트를 연결하는 바이패스 라인에 의해 구성되는 i번째 베드는 임의의 바이패스 라인에 의해 구성되지 않는 i+1번째 베드와 번갈아 나타난다. 이들 2가지 유형의 베드, 즉 유형 B인 베드로 표시되며 바이패스 라인에 의해 구성되는 베드와, 유형 A인 베드로 표시되며 바이패스 라인에 의해 구성되지 않는 베드의 체적을 구별하는 것이 특히 유리함을 관찰하였다.
2가지 유형의 베드에서 농도 프로파일의 천이 시간이 동일하게 되도록, 유형 A인 베드의 체적(VA)은 바람직하게는 유형 B인 베드의 체적(VB) 이상이다.
QvA와 QvB를 각각 베드 A 및 베드 B에서의 사이클 동안의 평균 체적 유량이라고 하자.
J로 표시되는 베드에서의 사이클 동안의 평균 유량은 다음과 같이 계산될 수 있다.
이 식에서 
는 단계 i 동안 베드 J에서의 체적 유량이며, Nstep은 사이클의 단계의 개수이다.
마찬가지로, 바이패스 라인에서의 평균 유량은 다음과 같이 계산될 수 있다.
이 식에서 
는 단계 i 동안 바이패스 라인(LJ /J+1)에서의 체적 유량이며, 
는 바이패스 라인(LJ /J+1)이 폐쇄되어 있을 때 0이다.
베드 A 및 베드 B에서의 흡착제가 동일한 경우, 다음을 얻는다.
QvA = QvB + QLDB
이때 체적 VA는 바람직하게는 다음의 부등식에 의해 결정된다.
또한, 베드 A와 베드 B 사이의 공극율이 변경되도록 함으로써(예컨대, 상류 플레이트와 흡착제 베드의 표면 사이의 자유 공간의 체적이 변경되도록 함으로써) 베드 A를 구성하는 바이패스 라인이 없는 것을 보상할 수 있다. 공극율 εA는 이때 바람직하게는 다음의 부등식에 의해 결정된다.
또한, 유형 A인 베드와 유형 B인 베드에 대해 상이한 흡착제를 선택함으로써(흡착제의 흡착 용량 또는 공극율의 차이를 선택함으로써) 베드 A를 구성하는 바이패스 라인이 없는 것을 보상할 수 있다.
다양한 이들 보상 모드의 조합도 또한 가능하다.
본 발명은 또한, SMB 컬럼을 구성하는 각각의 작동 영역에 대해 바이패스 라인에서의 유량을 조절하는 방법으로서, 1) 주어진 영역에서의 최적의 싱크로니시티는 다른 영역의 모든 폐쇄되지 않은 바이패스 라인에 대해 싱크로니시티를 100 %로 고정함으로써 결정되도록 하고, 2) 이전 단계에서 얻어진 최적의 싱크로니시티는 각각의 영역으로 인한 것인 방식으로 결정될 수 있는 방법에 관한 것이다.
마지막으로, 본 발명의 공정 또는 본 발명의 방법은 보다 구체적으로 방향족 C8 탄화수소의 혼합물에서 파라크실렌 또는 메타크실렌을 분리하는 데 적용 가능하다.
이들 용례의 2가지 예는 비한정적이고 다른 용례도 가능하며, 특히 노말 파라핀과 이소 파라핀 혹은 노말 올레핀과 이소 올레핀의 분리 분야에서 가능하다.
예
본 발명은 다음의 예로부터 더욱 잘 이해될 것이다.
예 1
24개의 베드로 구성되며 길이가 1.1 m이고 내측 반경이 3.5 m이며 공급물이 분사되고 탈착제(또한 용리액 또는 용매라고도 함)가 분사되며 추출물이 회수되고 라피네이트가 회수되는 SMB 유닛을 고려하였다. 플레이트는 단일 챔버에 설치되었다.
VLi /i+1이 플레이트(Pi +1)에서 플레이트(Pi)의 바이패스 라인의 체적이고 Vi는 플레이드(Pi)의 분배/추출 시스템의 체적일 때, 전체 체적(Vi + Vi +1 + VLi /i+1)은 플레이트(Pi)와 플레이트(Pi +1) 사이에 포함되는 베드의 체적의 3 %에 해당한다.
바이패스 라인은 짝수번째 플레이트를 홀수번째 플레이트에 연결하였다(그리고 이에 따라 흡착제의 짝수번째 베드의 상류 및 하류에 위치하는 플레이트들을 연결하였음).
베드들은 구성 5/9/7/3으로 배분되었으며, 즉 베드의 배분는 다음을 따랐다.
· 영역 1에 5개의 베드.
· 영역 2에 9개의 베드.
· 영역 3에 7개의 베드.
· 영역 4에 3개의 베드.
사용된 흡착제는 타입 BaX의 제올라이트(zeolite)이었으며, 용리액은 파라디에틸벤젠이었다.
온도는 175 ℃이었고 압력은 15 바아이었다(1 바아 = 105 파스칼).
공급물은 20 %의 파라크실렌, 24 %의 오르토크실렌(ortho xylene), 51 %의 메타크실렌, 및 5 %의 에틸벤젠으로 구성되었다. 사용된 전환 시간은 70.8초였다.
공급물 및 탈착제의 분사를 위한 액체 유량은 다음과 같았다.
· 공급물에 대해서는 6.81 m3 min-1
· 탈착제에 대해서는 7.48 m3 min-1
즉, 용매 비율 S/F = 1.1이었다.
모든 개방된 바이패스 라인에 대해 싱크로니시티를 100 %로 조정하였을 때, 시뮬레이션에 의해 순도가 99.76 %이고 수득율이 95.80 %인 파라크실렌을 얻었다.
소정 영역의 모든 폐쇄되지 않은 바이패스 라인의 싱크로니시티의 함수로서, 탈착제 유량, 공급물 유량, 제조된 파라크실렌의 순도 및 전환 시간이 고정되어 있을 때 PX 수득율로 측정된 SMB의 성능 변동을 각각의 영역에 대해 계산하였으며, 이때 다른 영역의 모든 폐쇄되지 않은 바이패스 라인에 대해 싱크로니시티를 100 %로 유지하였다.
SMB의 성능 변동은 다양한 영역 각각에 대해 도 2에 도시되어 있다. PX 수득율은 추출물에서 회수된 PX의 양과 분사된 PX의 양 사이의 비율이다.
영역 1은 마름모와 함께 곡선으로 표시되어 있다.
영역 2는 정사각형과 함께 곡선으로 표시되어 있다.
영역 3은 삼각형과 함께 곡선으로 표시되어 있다.
영역 4는 원과 함께 곡선으로 표시되어 있다.
동일한 순도, 공급물 유량, 전환 시간 및 용매 비율에서 각각의 영역에 대해 얻어진 최적의 싱크로니시티에서의 수득율이 아래의 표에 제시되어 있다.
| 최적의 싱크로니시티 | 수득율 | |
| 영역 1 | 120 % | 96.39 % |
| 영역 2 | 100 % | 96.37 % |
| 영역 3 | 100 % | 96.37 % |
| 영역 4 | 130 % | 96.48 % |
영역별로 최적값을 결정한 이후, 싱크로니시티에 대한 4개의 최적화된 값, 즉 영역 1에서의 120 %, 영역 2에서의 100 %, 영역 3에서의 100 % 및 영역 4에서의 130 %가 동시에 적용되었다.
동일한 순도, 공급물 유량, 전환 시간 및 용매 비율에서, 96.50 %의 수득율을 얻었으며, 이는 단지 하나의 영역에서만 싱크로니시티를 조절하였을 때보다 높은 수득율이었다.
영역에 따라 구별되는 싱크로니시티를 사용하면 모든 개방된 바이패스 라인에 대해 싱크로니시티를 100 %로 하는 경우에 비해 현저하게 개선된 수득율을 얻을 수 있음이 명백하다.
예 2
24개의 베드로 구성되고 내측 반경이 3.5 m이며 공급물이 분사되고 탈착제(또한 용리액 또는 용매라고도 함)가 분사되며 추출물이 회수되고 라피네이트가 회수되는 SMB 유닛을 고려하였다. 플레이트는 단일 챔버에 설치되었다.
VLi /i+1이 플레이트(Pi +1)에서 플레이트(Pi)의 바이패스 라인의 체적이고 Vi는 플레이드(Pi)의 분배/추출 시스템의 체적일 때 전체 체적(Vi + Vi +1 + VLi /i+1)은 플레이트(Pi)와 플레이트(Pi +1) 사이에 포함되는 베드의 체적의 3 %에 해당한다.
바이패스 라인은 짝수번째 플레이트를 홀수번째 플레이트에 연결하였다(그리고 이에 따라 흡착제의 짝수번째 베드의 상류 및 하류에 위치하는 플레이트들을 연결하였음).
짧은 회로(short-circuited)의 베드와 짧은 회로가 아닌 베드 사이의 유량차를 보상하기 위해, 짝수번째 베드는 길이가 1.08 m이었던 반면 홀수번째 베드는 길이가 1.11 m이었다.
베드들은 구성 5/9/7/3으로 배분되었으며, 즉 베드의 배분은 다음을 따랐다.
· 영역 1에 5개의 베드.
· 영역 2에 9개의 베드.
· 영역 3에 7개의 베드.
· 영역 4에 3개의 베드.
사용된 흡착제는 타입 BaX의 제올라이트이었으며, 용리액은 파라디에틸벤젠이었다.
온도는 175 ℃이었고 압력은 15 바아이었다(1 바아 = 105 파스칼).
공급물은 20 %의 파라크실렌, 24 %의 오르토크실렌(ortho xylene), 51 %의 메타크실렌, 및 5 %의 에틸벤젠으로 구성되었다. 사용된 전환 시간은 70.8초였다.
공급물 및 탈착제의 분사를 위한 액체 유량은 다음과 같았다.
· 공급물에 대해서는 6.81 m3 min-1
· 탈착제에 대해서는 7.48 m3 min-1
즉, 용매 비율 S/F = 1.1이었다.
모든 개방된 바이패스 라인에 대해 싱크로니시티를 100 %로 조정하였을 때, 시뮬레이션에 의해 순도가 99.76 %이고 수득율이 95.98 %인 파라크실렌을 얻었다.
소정 영역의 모든 폐쇄되지 않은 바이패스 라인의 싱크로니시티의 함수로서, 탈착제 유량, 공급물 유량, 제조된 파라크실렌의 순도 및 전환 시간이 고정되어 있을 때, PX 수득율로 측정된 SMB의 성능 변동을 각각의 영역에 대해 계산하였으며, 이때 다른 영역의 모든 폐쇄되지 않은 바이패스 라인에 대해 싱크로니시티를 100 %로 유지하였다.
SMB의 이러한 성능 변동은 다양한 영역 각각에 대해 도 2에 도시되어 있다. PX 수득율은 추출물에서 회수된 PX의 양과 분사된 PX의 양 사이의 비율이다.
영역 1은 마름모와 함께 곡선으로 표시되어 있다.
영역 2는 정사각형과 함께 곡선으로 표시되어 있다.
영역 3은 삼각형과 함께 곡선으로 표시되어 있다.
영역 4는 원과 함께 곡선으로 표시되어 있다.
99.76 %의 동일한 순도, 공급물 유량, 전환 시간 및 용매 비율에서 각각의 영역에 대해 얻어진 최적의 싱크로니시티에서의 수득율이 아래의 표에 제시되어 있다.
| 최적의 싱크로니시티 | 수득율 | |
| 영역 1 | 120 % | 96.56 % |
| 영역 2 | 100 % | 96.53 % |
| 영역 3 | 100 % | 96.53 % |
| 영역 4 | 130 % | 96.67 % |
영역별로 최적값을 결정한 이후, 싱크로니시티에 대한 4개의 최적화된 값, 즉 영역 1에서의 120 %, 영역 2에서의 100 %, 영역 3에서의 100 % 및 영역 4에서의 130 %가 동시에 적용되었다.
동일한 순도, 공급물 유량, 전환 시간 및 용매 비율에서, 96.70 %의 수득율을 얻었으며, 이는 단지 하나의 영역에서만 싱크로니시티를 조절하였을 때보다 높은 수득율이었다.
영역에 따라 구별되는 싱크로니시티를 사용할 뿐만 아니라 바이패스 라인의 체적을 보상하면, 체적 보상을 행하지 않고 구별되는 싱크로니시티를 사용할 때에 비해 훨씬 더 개선된 수득율을 얻는다는 것이 명백하다.
P : 플레이트
L : 바이패스 라인
L : 바이패스 라인
Claims (9)
- 적어도 하나의 컬럼을 구비하는 SMB(Simulated Moving Bed) 디바이스에서의 공급물(F)의 SMB 분리를 위한 방법으로서, 상기 컬럼은 각기 적어도 하나의 분배/추출 시스템을 포함하는 플레이트(Pi)에 의해 분리되는 복수의 흡착제 베드로 이루어지고, 이 방법에서 공급물(F) 및 탈착제(D)가 공급되며, 적어도 하나의 추출물(E) 및 적어도 하나의 라피네이트(R)가 회수되고, 공급점 및 회수점은 전환 시간(ST)을 이용하여 시간의 경과에 따라 하나의 흡착제 베드에 대응하는 값만큼 이동하며, 다음의 4개의 주요 영역, 즉
· 탈착제(D)의 공급과 추출물(E)의 회수 사이에 포함되며, 추출물에서 이루어지는 화합물의 탈착을 위한 영역 1,
· 추출물(E)의 회수와 공급물(F)의 공급 사이에 포함되며, 라피네이트에서 이루어지는 화합물의 탈착을 위한 영역 2,
· 공급물의 공급과 라피네이트(R)의 회수 사이에 포함되며, 추출물에서 이루어지는 화합물의 흡착을 위한 영역 3, 및
· 라피네이트(R)의 회수와 탈착제(D)의 공급 사이에 위치하는 영역 4
를 포함하는, SMB의 복수의 작동 영역을 결정하며, 상기 디바이스는 2개의 연속된 플레이트(Pi, Pi+1)를 직접 연결하는 외부 바이패스 라인(Li/i+1)을 더 포함하고, 이때 하첨자 i는 컬럼 전체에 걸쳐 짝수이거나, 짝수를 배제하는 방식으로 컬럼 전체에 걸쳐 홀수이며, 상기 플레이트가 플러싱(flushing)될 수 있도록 하고, 이 디바이스에서 각각의 바이패스 라인(Li/i+1)은 바이패스 라인에서의 유량을 조절하기 위한 자동화된 조절 수단을 포함하며, 상기 조절 수단의 개방도는
a) 영역 1의 모든 개방된 바이패스 라인에서 15 % 내지 30 % 범위의 오버싱크로니시티(oversynchronicity)에 대응하는 유량을 형성하는 것,
b) 영역 2 및 영역 3의 모든 개방된 바이패스 라인에서 ±8 % 이내에서 싱크로니시티에 대응하는 유량을 형성하는 것, 그리고
c) 영역 4의 모든 개방된 바이패스 라인에서 20 % 내지 40 % 범위의 오버싱크로니시티에 대응하는 유량을 형성하는 것
인 3가지 규칙에 의해 결정되고,
싱크로니시티 유량은 (Vi+Vi+1+VLi/i+1)/ST로 결정되며, 이 식에서
Vi는 유출 플레이트(Pi)의 분배/추출 시스템의 체적을 나타내고,
Vi+1은 유입 플레이트(Pi+1)의 분배/추출 시스템의 체적을 나타내며,
VLi/i+1은 Pi와 Pi+1 사이에서 바이패스 라인의 체적을 나타내고,
ST는 전환 시간을 나타내며,
오버싱크로니시티는 공식,
(오버싱크로니시티) = (해당 바이패스 라인에서의 실제 유량)/(싱크로니시티 유량) - 1에 의해 정해지는 것인 SMB 분리 방법. - 제1항에 있어서, 동일한 영역에 속하는 모든 개방된 바이패스 라인은 ±2 % 내에서 동일한 정도의 싱크로니시티를 갖는 것인 SMB 분리 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 베드의 하류 플레이트와 상류 플레이트를 연결하는 바이패스 라인을 구비하지 않으며 유형 A인 베드라 불리는 베드들의 체적(VA)은, 바이패스 라인을 구비하며 유형 B인 베드라 불리는 베드의 체적(VB) 이상이며, 다음의 관계식
을 따르고, 이 관계식에서 QvB는 베드 B에서의 사이클 동안의 평균 체적 유량이며 QLDB는 유형 B인 베드를 구성하는 바이패스 라인에서의 사이클 동안의 평균 체적 유량인 것인 SMB 분리 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 베드의 하류 플레이트와 상류 플레이트를 연결하는 바이패스 라인을 구비하지 않으며 유형 A인 베드라 불리는 베드들의 공극율(εA)은, 바이패스 라인을 구비하며 유형 B인 베드라 불리는 베드의 공극율(εB) 이상이며, 다음의 관계식
을 따르고, 이 관계식에서 VLD는 유형 B인 베드를 구성하는 바이패스 라인의 체적이며, Vbed는 하나의 베드의 체적인 것인 SMB 분리 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 베드의 하류 플레이트와 상류 플레이트를 연결하는 바이패스 라인을 구비하지 않으며 유형 A인 베드라 불리는 베드는, 입자내(intragranular) 공극율을 갖는 흡착제로 충전되고, 바이패스 라인을 구비하며 유형 B라 불리는 베드의 흡착 용량보다 큰 흡착 용량을 갖고, 이에 따라 농도 프로파일의 천이 시간이 2가지 유형의 베드에서 동일하게 되는 것인 SMB 분리 방법.
- 제1항에 따른 SMB 분리 방법에서,
· 탈착제(D)의 공급과 추출물(E)의 회수 사이에 포함되며, 추출물에서 이루어지는 화합물의 탈착을 위한 영역 1,
· 추출물(E)의 회수와 공급물(F)의 공급 사이에 포함되며, 라피네이트에서 이루어지는 화합물의 탈착을 위한 영역 2,
· 공급물(F)의 공급과 라피네이트(R)의 회수 사이에 포함되며, 추출물에서 이루어지는 화합물의 흡착을 위한 영역 3, 및
· 라피네이트(R)의 회수와 탈착제(D)의 공급 사이에 위치하는 영역 4
로 형성되는 적어도 4개의 작동 영역을 포함하는 작동 영역들마다 바이패스 라인에서의 유량을 조절하는 방법으로서,
1) 주어진 영역에서의 최적의 싱크로니시티는 다른 영역의 모든 폐쇄되지 않은 바이패스 라인에 대해 싱크로니시티를 100 %로 고정함으로써 결정되고,
2) 이전 단계에서 얻어진 최적의 싱크로니시티는 각각의 영역에 부여되는 것인 바이패스 라인에서의 유량 조절 방법. - 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 SMB 분리 방법은, 방향족 C8 탄화수소의 혼합물에서 파라크실렌 또는 메타크실렌을 분리하기 위해 사용되는 것인 SMB 분리 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 유량 조절 방법은, 방향족 C8 탄화수소의 혼합물에서 파라크실렌 또는 메타크실렌을 분리하기 위해 사용되는 것인 유량 조절 방법.
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| JP2015501723A (ja) * | 2011-12-15 | 2015-01-19 | ユーオーピー エルエルシー | 擬似移動床吸着を用いて生成物を回収するためのシステムおよび方法 |
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| FR3082754B1 (fr) * | 2018-06-20 | 2022-12-30 | Ifp Energies Now | Procede et dispositif de separation en lit mobile simule a debit de fluide de derivation |
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000162198A (ja) | 1998-11-27 | 2000-06-16 | Japan Organo Co Ltd | 擬似移動層式クロマト分離装置 |
| US20080041788A1 (en) | 2006-08-08 | 2008-02-21 | Gerard Hotier | Process and device for simulated moving bed seperation with a reduced number of valves |
Family Cites Families (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0724725B2 (ja) * | 1992-05-22 | 1995-03-22 | 川崎重工業株式会社 | ３成分分離用液体クロマト分離装置 |
| JP3306813B2 (ja) * | 1992-12-09 | 2002-07-24 | ダイセル化学工業株式会社 | 擬似移動床クロマト分離法 |
| FR2721528B1 (fr) * | 1994-06-22 | 1996-09-06 | Inst Francais Du Petrole | Procédé de séparation par chromatographie en lit mobile simulé avec correction de volume mort par desynchronisation des périodes. |
| FR2756751B1 (fr) * | 1996-12-05 | 1999-01-08 | Inst Francais Du Petrole | Dispositif de rincage dans une unite d'adsorption en lit mobile simule comprenant deux lignes de distribution de fluides et son utilisation |
| FR2772634B1 (fr) * | 1997-12-22 | 2000-02-18 | Inst Francais Du Petrole | Procede et dispositif d'amelioration de la purete d'un produit en lit mobile simule |
| FR2794836B1 (fr) * | 1999-06-09 | 2001-08-03 | Inst Francais Du Petrole | Vanne rotative amelioree |
| FR2833499B1 (fr) * | 2001-12-19 | 2004-08-20 | Inst Francais Du Petrole | Dispositif d'injection d'un fluide devie dans un procede de separation en lit mobile simule |
| US7108789B2 (en) * | 2002-07-29 | 2006-09-19 | Calgon Carbon Corporation | High performance continuous reaction/separation process using a continuous liquid-solid contactor |
| FR2856313B1 (fr) * | 2003-06-17 | 2005-07-29 | Inst Francais Du Petrole | Methode de gestion des vannes d'un systeme de separation a lit mobile simule |
| FR2870751B1 (fr) * | 2004-05-25 | 2006-08-04 | Inst Francais Du Petrole | Procede et dispositif perfectionne de separation en lit mobile simule |
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|---|---|---|---|---|
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