KR101719067B1 - 증류 시스템 및 그 증류 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 증류 시스템 및 그 증류 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 증류 시스템은 공급 원료 중에 존재하는 혼합 물질을 비점차를 이용하여 저비점 물질과 고비점 물질로 분리하는 증류 시스템에 있어서, 저비점 물질을 증발시켜 상부증기(overhead vapor)로 배출시키는 증발분리기, 배출된 상부증기를 공급받아 단열압축시키는 제 1 압축기, 단열압축된 상부증기를 공급받아 물 공급원으로부터 공급된 물을 압축된 상부증기와 열교환시켜 물을 수증기로 증발시키는 증발기 및 증발된 수증기를 공급받아 압축시키는 제 2 압축기를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 상부증기가 증발기에 유입되기 전에 압축시킨 다음 압축된 상부증기의 응축 잠열을 이용하여 포화수증기를 생성시키는 방법으로 포화수증기의 양을 증가시킬 수가 있어서 증류 단가를 줄일 수 있는 증류 시스템 및 그 증류 방법이 제공된다.

Description

증류 시스템 및 그 증류 방법{Distillation system and distillating method thereof}
본 발명은 증류 시스템 및 그 증류 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 증발분리기에서 배출되는 상부증기(overhead vapor)의 응축 잠열을 이용하여 증발기에서 물을 증발시키고 그 증발된 수증기를 압축시켜 그 압축된 수증기의 열을 혼합물질의 분리를 위한 증발열원으로 이용하는 데, 상부증기가 증발기에 유입되기 전에 (단열)압축을 시키는 방법으로 열효율을 향상시킨 증류 시스템 및 그 증류 방법에 관한 것이다.
증류시스템은 공급 원료 중에 존재하는 혼합 물질을 비점차에 의하여 증발 분리하기 위한 것이다. 증류시스템의 상부에서는 저비점 물질(high volatile component)은 증발되어 상부증기(overhead vapor) 형태로, 증류시스템의 하부에서는 고비점 물질(low volatile component)은 미증류 형태로 분리된다. 이때, 저비점 물질과 고비점 물질은 각각 단일 성분일 수도 있고, 각각 2성분 이상의 혼합물일 수도 있다.
이러한 증류시스템은 비점차에 따라 물질을 분리하는 증발분리기를 필수적으로 포함하고 있으며, 증발분리기에는 증류탑(distillation column), 정류탑(rectification column), 탈거탑(stripping column), 탈거조(stripping vessel,stripper) 등이 있다.
증발분리기 중 저비점 물질을 추출하여 목표로 하는 대상제품으로 할 경우에는 정류탑이 사용되고, 고비점 물질을 추출하여 목표로 하는 대상제품으로 할 경우에는 탈거탑 또는 탈거조가 사용된다. 탈거탑은 주로 저점도의 고비점 물질을 추출할 때 사용되며, 탈거조는 고점도의 고비점 물질을 추출할 때 사용된다.
도 1은 종래의 증류 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1의 증류 시스템은 공급원료가 공급되는 증발분리기(110), 증발분리기(110)에서 배출된 상부증기와 물을 열교환시키는 증발기(130), 증발기(130)에서 응축되지 않은 상부증기를 최종적으로 응축하는 응축기(미도시)와 증발기(130)에서 증발된 수증기를 압축시키는 압축기(140) 및 재비기(reboiler)(150)를 포함하여 구성된다.
종래의 증류 시스템의 동작 과정을 설명하면, 먼저 원료 공급부(미도시)로부터 공급 원료가 증발분리기(110)에 공급된다. 증발분리기(110)에서 요구되는 온도에 따라 재비기(reboiler)(150)에 스팀이 공급되면, 공급 원료 중 저비점 물질은 상부증기로 증발 배출되며 고비점 물질은 하부에서 응축액 형태로 분리된다. 이때, 증발분리기(110)에서는 일정온도 이하의 비점을 갖는 저비점 물질만 상부증기로 배출되며, 일정온도 이상의 비점을 갖는 물질은 상부증기로 배출되지 않는다. 증발기(130)는 상부증기의 응축 잠열을 물과 열교환시켜 포화수증기를 생성한다. 증발기(130)에서 생성된 포화수증기는 다단의 기계적 증기 압축기(Multi-stage Mechanical Vapor Recompression)(140)를 통과하여 증발분리기(110)의 열원으로 재공급된다.
이와 같이 종래의 증류 시스템은 상부증기의 응축 잠열을 이용하여 물을 증발시키는 방법으로 포화수증기를 형성하고 이를 압축기(140)에서 압축하여, 이를 증류 시스템의 추가 열원으로 이용하고 있다. 즉, 증류 공정 중에 발생하는 에너지를 다시 활용할 수 있도록 하여 전체 증류 시스템의 에너지 효율을 향상시키려는 노력이 요구되어 왔다.
등록특허공보 10-0811971
따라서, 본 발명의 목적은 상부증기가 증발기에 유입되기 전에 단열 압축시킨 다음 압축된 상부증기의 응축 잠열을 이용하여 보다 많은 양의 포화수증기를 생성하여 공정 중의 에너지원으로 활용함으로써 공장 보일러의 스팀 생산량을 줄일 수 있는 증류 시스템 및 그 증류 방법을 제공함에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 공급 원료 중에 존재하는 혼합 물질을 비점차를 이용하여 저비점 물질과 고비점 물질로 분리하는 증류 시스템에 있어서, 상기 저비점 물질을 증발시켜 상부증기(overhead vapor)로 배출시키는 증발분리기; 상기 배출된 상부증기를 공급받아 단열압축시키는 제 1 압축기; 상기 단열압축된 상부증기를 공급받아 물 공급원으로부터 공급된 물을 상기 압축된 상부증기와 열교환시켜 상기 물을 수증기로 증발시키는 증발기; 및 상기 증발된 수증기를 공급받아 압축시키는 제 2 압축기를 포함하는 증류 시스템에 의해 달성된다.
여기서, 상기 제 2 압축기에서 압축된 수증기의 열은 상기 증류 시스템에서 상기 혼합 물질을 분리하기 위한 열원으로 사용되는 것이 바람직하다. 또는 상기 제 2 압축기에서 압축된 수증기의 열은 압축 스팀을 필요로 하는 타 공정의 열원으로 사용될 수도 있다.
여기서, 상기 제 1 압축기는 기계적 증기 재압축(Mechanical Vapor Recompression)법을 이용해서 상기 상부증기를 단열압축시키는 것이 바람직하다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 공급 원료 중에 존재하는 혼합 물질을 비점차를 이용하여 저비점 물질과 고비점 물질로 분리하는 증류 시스템의 증류 방법에 있어서, (a) 상기 혼합 물질이 담긴 증발분리기에 열을 가하여 상기 저비점 물질을 증발시켜 상부증기(overhead vapor)로 배출시키는 단계; (b) 상기 배출된 상부증기를 공급받은 제 1 압축기가 상기 상부증기를 단열압축시키는 단계; (c) 상기 압축된 상부증기를 공급받은 증발기가 물을 상기 단열압축된 상부증기와 열교환시켜 상기 물을 수증기로 증발시키는 단계; 및 (d) 상기 증발된 수증기를 공급받은 제 2 압축기가 상기 수증기를 압축시키는 단계를 포함하며 달성된다.
또한, 상기 (d) 단계 이후에, (e) 상기 압축된 수증기의 열을 상기 증류 시스템에서 상기 혼합 물질을 분리하기 위한 열원으로 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또는, 압축된 수증기의 열을 압축 스팀을 필요로 하는 타공정의 열원으로 공급할 수도 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 증류 시스템 및 그 증류 방법에 따르면 상부증기가 증발기에 유입되기 전에 단열압축시킨 다음 압축된 상부증기의 응축 잠열을 이용하여 포화수증기를 생성하고 생성된 포화수증기를 압축시키는 방법으로 압축 스팀의 공급량을 증가시킬 수 있어 공장 보일러의 스팀 생산량을 줄일 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 종래의 증류 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 증류 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 표 1 및 표 3과 관련하여 데이터 산출 지점을 도시한 종래의 증류 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 표 2 및 표 4와 관련하여 데이터 산출 지점을 도시한 본 발명의 일 실시예에 따른 증류 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 증류 방법의 순서도이다.
설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제 1 실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제 1 실시예에 따른 증류 시스템 및 그 증류 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 증류 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증류 시스템은 증발분리기(110), 제 1 압축기(120), 증발기(130), 및 제 2 압축기(140)를 포함하여 구성될 수가 있다.
증발분리기(110)는 혼합 물질로 구성되는 공급 원료를 공급 받아 저비점 물질과 고비점 물질로 분리하는 장치이다. 증발분리기(110)는 재비기(reboiler)(150)로부터 열을 공급받을 수 있는데, 이때 재비기(150)에서 가열 증발된 하부 고비점 물질이 보유한 열량에 의해 혼합 물질 중 저비점 물질이 증발되어 상부증기(overhead vapor)로 배출된다.
도면에서는 증발분리기(110)가 한 개만 도시되어 있지만 복수개의 증발분리기를 이용한 구성도 공지된 바, 이에 본 발명의 기술적 사상의 특징을 적용할 수 있음은 물론이다.
제 1 압축기(120)는 증발분리기(110)로부터 배출된 상부증기를 증발기(130)에 유입시키기 전에 단열압축시킨다. 이때, 상부증기의 압력이 올라감과 동시에 온도도 올라가게 된다. 본 발명에서 제 1 압축기(120)는 기계적 증기 재압축 (Mechanical Vapor Recompression:MVR)법을 이용하여 상부증기를 단열압축하는 구성으로 이루어질 수가 있다.
증발기(130)는 제 1 압축기(120)에서 단열압축된 상부증기의 응축 잠열을 이용하여 물과 열교환시킴으로써 포화수증기를 생성한다. 구체적으로, 증발기(130)에 별도의 물 공급원(미도시)으로부터 물이 공급되며, 공급된 물이 증발분리기(110)에서 요구되는 온도 및 압력까지 포화수증기가 제 2 압축기(140)를 통해 압축될 수 있는 온도와 압력으로 공급된 물을 증발시킨다. 응축되지 않은 상부증기는 다시 순환하여 증발기(130)에 공급되고, 응축된 상부증기는 증발기(130) 외부로 배출될 수 있다. 또한, 증발기(130)에서 증발된 포화수증기는 제 2 압축기(140)를 통과하게 된다.
제 2 압축기(140)는 증발기(130)에서 생성된 포화수증기를 증발분리기(110)에서 요구되는 온도 및 압력으로 압축시킨다. 제 2 압축기(140)는 복수 개의 기계적 증기 재압축법을 이용하여 다단 압축하는 방식으로 구성될 수 있다.
한편, 기계적 증기 재압축법을 이용한 장치로 고속 터보압축기, 저속 송풍원심압축기 등이 사용될 수 있다. 송풍원심압축기를 사용하는 경우, 송풍원심압축기는 10000rpm 이하의 저속의 송풍원심압축기로서 저가이고, 저속 운전되기 때문에 장시간 운전시에도 압축기의 손상 없이 안정적으로 운영이 가능한 장점이 있다. 다만, 송풍원심압축기는 10000rpm이하, 바람직하게는 4000~7000rpm의 저속압축기로서 고속 터보압축기에 비하여 압축비가 낮기 때문에, 낮은 압축비를 보상하기 위하여 복수의 송풍원심압축기로 구성될 수 있다. 즉, 응축증발기(130)에서 포화된 포화수증기는 소정의 압축비에 따라 복수의 송풍원심압축기에서 다단 압축된다.
도 2에서 제 2 압축기(140)는 다단으로 형성된 저속 송풍원심압축기를 예를 들어 설명하였으나, 증발기(130)에서 생성된 포화수증기의 온도 및 압력 등의 조건을 증발분리기(110) 또는 타공정에서 요구되는 온도 및 압력으로 제 2 압축기(140)가 압축할 수 있다면 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
증발기(130)에서 증발된 포화수증기는 소정의 압축비(예를 들어, 1.3~1.4의 압축비)에 따라 각 압축기(140)에서 순차적으로 포화수증기로 다단 단열 압축되는데, 통상적으로 각 단에서 약 8~13℃ 만큼씩 승온되며 4단의 경우 약 40~50℃까지 승온시킬 수 있다.
또한, 각 압축기(140)에서 포화수증기가 압축될 때 압축된 포화수증기가 과열되기 때문에, 각 압축기(140)에 소정의 응축수를 공급하여 과열을 제거하는 디수퍼히팅(desuper heating)이 필요하며, 이에 의해서 각 단마다 추가 포화수증기를 얻게 되므로, 각 단에서 포화수증기의 양이 조금씩 증가할 수가 있다.
제 2 압축기(140)로부터 압축된 수증기는 재비기(150)에 공급되어 증발분리기(110)의 열원으로 사용되거나 타공정의 열원으로 사용되게 된다.
전술한 바와 같이 증발분리기(110)에는 증류탑, 정류탑, 탈거탑 및 탈거조 등이 있는데, 일반적으로 정류탑의 상부증기는 각종 탄화수소로 구성되며 탈거탑과 탈거조의 상부증기는 각종 탄화수소와 수분으로 구성된다.
혼합기체에 대한 달톤(Dalton)의 법칙에 따르면, 각 기체는 혼합기체의 몰(mole) 질량에서 차지하는 몰 분율에 비례하여 분압을 구성하며, 각 분압의 합은 혼합기체의 전압과 같다는 정의에 따라 각 기체의 분압이 정해진다.
상부증기의 배출온도는 각 기체의 온도로 모두 같으나, 배출압력은 각 기체의 몰 분율에 따는 분압으로 구성되어 각 기체마다 다르다. 증발기(130)에서 상부증기의 응축 잠열을 이용하여 포화수증기를 생성할 때, 물과 같이 포화증기압이 낮은, 즉 응축온도가 높은 기체부터 응축이 시작되며, 응축으로 인하여 줄어든 기체 체적으로 줄어든 분압만큼 타 기체의 분압을 상승시켜 다른 기체의 응축으로 이어지면서 최종적으로는 포화증기압이 제일 높은 기체가 제일 낮은 온도에서 최종적으로 응축되는 단계를 거쳐 상부증기 전량이 응축하게 된다.
본 발명에서는 상부증기의 압력을 1차 압축기(120)에 의해 상승시켜 증발기(130)에서 응축되는 최종 분압을 상승시킬 수가 있다. 따라서, 보다 높은 온도에서 보다 많은 량의 상부증기를 응축시킴과 동시에 수증기 증발온도도 높일 수 있어서, 2차 압축기의 단수를 줄이며 전력 소모도 최적화시켜 설계할 수 있는 장점이 발생한다.
이하, 본 발명에서와 같이 상부증기가 증발기(130)에 유입되기 전에 제 1 압축기(120)에 의해 압축되어 동작하는 증류 시스템과 종래의 상부증기가 압축 없이 바로 증발기(130)에 유입되는 증류 시스템을 비교하여 시뮬레이션한 결과를 분석하기로 한다.
도 3은 표 1 및 표 3과 관련하여 데이터 산출 지점을 도시한 종래의 증류 시스템을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 4는 표 2 및 표 4와 관련하여 데이터 산출 지점을 도시한 본 발명의 일 실시예에 따른 증류 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도면에서 표시된 1, 2, 3, 4, 5는 각각 아래 표의 데이터 값이 산출된 위치를 나타낸다.
1. 상부증기가 수증기(water)과 메탄올( methanol )로 구성된 경우
<표 1>과 <표 2>는 각각 전술한 종래의 증발 시스템과 본 발명에 따른 증발 시스템에 있어서, 도면에 도시된 각 지점에서의 증류 데이터를 나타낸다. 각각, 상부증기가 수증기와 메탄올로 구성된 경우이다.
종래 기술
1번 2번 3번 4번 5번
질량흐름율(mass flow rate)
(kg/h)		 20,000 20,000 4,400 4,940
-메탄올(methanol)
(kg/h)		 16,000 16,000 0 0
-수증기(water)
(kg/h)		 4,000 4,000 4,400 4,940
압력(pressure)
(barA)		 1.0 0.9377 0.3123 1.3385
온도
(℃)		 76.6 70.3 70.0 108.0
응축분율(condensate fraction)
(wt%)		 0.0 33.1 0.0 0.0
대수평균온도차(LMTD)
(℃)		 2.081
열교환면적
(m2)		 1,580.0
MVR 파워
(KW)		 450.0
본 발명
1번 2번 3번 4번 5번
질량흐름율(mass flow rate)
(kg/h)		 20,000 20,000 20,000 11,800 13,250
-메탄올(methanol)
(kg/h)		 16,000 16,000 16,000 0 0
-수증기(water)
(kg/h)		 4,000 4,000 4,000 11,800 13,250
압력(pressure)
(barA)		 1.0 1.25 1.25 0.3123 1.3385
온도
(℃)		 76.6 99.4 71.1 70.0 108.0
응축분율(condensate fraction)
(wt%)		 0.0 0.0 100.0 0.0 0.0
대수평균온도차(LMTD)
(℃)		 6.852
열교환면적
(m2)		 1,580.0
MVR 파워
(KW)		 175 1200
<표 1>과 <표 2>에서 1번 데이터는 증발분리기(110)를 통해 배출된 상부증기의 데이터로, 상부증기는 수증기(water)와 메탄올로 구성된다. 수증기와 메탄올은 각각 16,000(kg/h), 4,000(kg/h)의 양으로 증발분리기(110)에서 배출되고 압력, 온도 조건도 각각 동일하다. <표 2>에서 2번 데이터는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 압축기(120)를 통과한 상부증기의 데이터인데, 제 1 압축기(120)에 의한 단열압축에 의해 압력은 1.0barA 에서 1.25barA로 온도는 76.6℃에서 99.4℃로 상승하였음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 증발분리기(110)에서 배출된 상부증기가 제 1 압축기(120)에 의해 예비적으로 압축된 이후에 증발기(130)에 유입되는 것을 특징으로 한다.
<표 1>과 <표 2>에서 4번 데이터는 증발기(130)를 통해 상부증기의 응축 잠열을 이용하여 물을 증발시켜 증발된 포화수증기의 데이터를 나타낸다. 표에 나타나 있는 것과 같이 동일한 압력과 온도를 가지고, 종래에는 증발기(130)를 통해 4,400(kg/h)의 양만큼 포화수증기가 생성되지만, 본 발명에서는 이에 비해 월등히 많은 11,800(kg/h)의 양만큼 포화수증기가 생성됨을 알 수 있다. 제 2 압축기(140)에 의해 최종적으로 압축된 이후의 포화수증기량은 각각 4,940(kg/h), 13,250(kg/h)로 나타난다. 또한, 종래의 증발 시스템과 본 발명에 따른 증발 시스템은 동일한 증발기(130)를 이용하여 열교환 면적이 동일함에도 LMTD(Log Mean Temperature Difference : 대수평균온도차)는 제 1 압축기(120)에 의한 압축에 의해 크게 차이가 남을 알 수 있다.
2. 상부증기가 여러 다른 종류의 물질( water , alpha - epichlorohidrin , dichlorohydrin, trichloropropane )로 이루어진 경우
<표 3>과 <표 4>는 각각 종래의 증발 시스템과 본 발명에 따른 증발 시스템에 있어서의 증류 데이터를 나타낸다.
종래 기술
1 2 4 5
질량흐름율(mass flow rate)
(kg/h)		 26,137 10,000 11,000
-수증기(water)
(kg/h)		 16,874 10,000 11,000
-alpha-epichlorohidrin
(kg/h)		 8,253 - -
-dichlorohydrin
(kg/h)		 157 - -
-trichloropropane
(kg/h)		 853 - -
압력(pressure)
(barA)		 0.406 0.200 1.080
온도
(℃)		 74.0 60.0 104.0
MVR 파워
(KW)		 854.5
본 발명
1 2 4 5
질량흐름율(mass flow rate)
(kg/h)		 26,137 26,137 16,250 18,000
-수증기(water)
(kg/h)		 16,874 16,874 16,250 18,000
-alpha-epichlorohidrin
(kg/h)		 8,253 8,253 - -
-dichlorohydrin
(kg/h)		 157 157 - -
-trichloropropane
(kg/h)		 853 853 - -
압력(pressure)
(barA)		 0.406 0.50 0.262 1.080
온도
(℃)		 74.0 94.6 66.0 104.0
MVR 파워
(KW)		 233 1,483
<표 3>과 <표 4>에서 1번 데이터는 증발분리기(110)를 통해 배출된 상부증기의 데이터로, 상부증기는 수증기(water)와 alpha-epichlorohidrin, dichlorohydrin 및 trichloropropane 로 구성되며 압력, 온도 조건을 포함하여 모든 데이터가 동일하다. <표 4>에서 2번 데이터는 본 발명의 제 1 압축기(120)를 통과한 상부증기의 데이터인데, 제 1 압축기(120)에 의한 압축에 의해 압력은 0.406barA 에서 0.50barA로 온도는 74.0℃에서 94.6℃로 상승하였음을 알 수 있다.
<표 3>과 <표 4>에서 4번 데이터는 증발기(130)를 통해 증발된 포화수증기의 데이터를 나타내는데, 종래의 증류 시스템에서는 10,000(kg/h)의 양만큼 포화수증기가 생성되지만 본 발명에 따른 증류 시스템에서는 이에 비해 월등히 많은 16,250(kg/h)의 양만큼 포화수증기가 생성됨을 알 수 있다. 제 2 압축기(140)에 의해 최종적으로 압축된 이후의 포화수증기량은 각각 11,000(kg/h), 18,000(kg/h)로 나타남을 알 수 있다.
<표 1> 내지 <표 4>를 참조로 전술한 바와 같이 본 발명에서와 같이 상부증기가 증발기에 유입되기 전에 단열압축시킴으로써 생성되는 포화수증기의 양이 종래와 비교하여 월등히 많아짐을 알 수 있다.
다음으로 본 발명의 일 실시예에 따른 따른 증류 시스템의 증류 방법에 대하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 증류 방법의 순서도이다.
먼저, 증발분리기(110)에 별도의 스팀 공급부에서 가해진 열에너지를 이용하여 공급 원료를 가열시켜, 저비점물질을 증발시켜 상부증기로 배출시킨다(S210). 다음, 제 1 압축기(120)는 증발분리기(110)로부터 배출된 상부증기를 증발기(130)에 유입시키기 전에 단열압축시킨다(S220). 그리고, 제 1 압축기(120)에 의해 단열압축된 상부증기는 증발기(130)에 유입되는데, 별도의 물 공급원(미도시)으로부터 공급된 물을 상부증기의 응축 잠열을 이용해 열교환시키는 방법으로 물을 수증기로 증발시킨다(S230). 증발기(130)에서 증발된 포화수증기는 제 2 압축기(140)를 통해 압축되는데(S240), 바람직하게는 기계적 재압축(Mechanical Vapor Recompression)법을 이용한 압축기(140)에 의해 다단 압축될 수 있다. 제 2 압축기(140)를 통해 압축된 수증기는 증류 시스템에서 혼합 물질을 분리하기 위한 열원으로 공급될 수 있다(S250). 예를 들어, 재비기(150)를 통해 증발분리기(110)를 가열시키는 열원으로 사용될 수 있으며, 또는 압축 스팀이 필요한 타 공정에서 사용될 수도 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
110: 증발분리기 120: 제 1 압축기
130: 증발기 140: 제 2 압축기
150: 재비기

Claims (5)

  1. 공급 원료 중에 존재하는 혼합 물질을 비점차를 이용하여 저비점 물질과 고비점 물질로 분리하는 증류 시스템에 있어서,
    상기 저비점 물질을 증발시켜 상부증기(overhead vapor)로 배출시키는 증발분리기;
    상기 배출된 상부증기를 공급받아 단열압축시키는 제 1 압축기;
    상기 단열압축된 상부증기를 공급받아 물 공급원으로부터 공급된 물을 상기 압축된 상부증기와 열교환시켜 상기 물을 수증기로 증발시키는 증발기; 및
    상기 증발된 수증기를 공급받아 압축시키는 제 2 압축기를 포함하고,
    상기 제 1 압축기는 상기 증발기에서 응축되는 상부증기의 최종분압을 상승시켜 상기 증발기에서 증발되는 수증기의 양을 증가시키도록 하는 증류 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 압축기에서 압축된 수증기의 열은 상기 증류 시스템에서 상기 혼합 물질을 분리하기 위한 열원으로 공급되는 증류 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 압축기는 기계적 증기 재압축(Mechanical Vapor Recompression)법을 이용해서 상기 상부증기를 단열압축시키는 증류 시스템.
  4. 공급 원료 중에 존재하는 혼합 물질을 비점차를 이용하여 저비점 물질과 고비점 물질로 분리하는 증류 시스템의 증류 방법에 있어서,
    (a) 상기 혼합 물질이 담긴 증발분리기에 열을 가하여 상기 저비점 물질을 증발시켜 상부증기(overhead vapor)로 배출시키는 단계;
    (b) 상기 배출된 상부증기를 공급받은 제 1 압축기가 상기 상부증기를 단열압축시키는 단계;
    (c) 상기 단열압축된 상부증기를 공급받은 증발기가 물을 상기 압축된 상부증기와 열교환시켜 상기 물을 수증기로 증발시키는 단계; 및
    (d) 상기 증발된 수증기를 공급받은 제 2 압축기가 상기 수증기를 압축시키는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 압축기는 상기 증발기에서 응축되는 상부증기의 최종분압을 상승시켜 상기 증발기에서 증발되는 수증기의 양을 증가시키도록 하는 증류 시스템의 증류 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 (d) 단계 이후에,
    (e) 상기 압축된 수증기의 열을 상기 증류 시스템에서 상기 혼합 물질을 분리하기 위한 열원으로 공급하는 단계를 더 포함하는 증류 시스템의 증류 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200044583A (ko) 2018-10-19 2020-04-29 (주) 시온텍 증류식 분리기

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101680961B1 (ko) * 2015-03-19 2016-11-29 선테코 유한회사 폐열을 이용하는 증류 시스템
KR101811561B1 (ko) 2017-09-29 2017-12-26 선테코 유한회사 복합화학공정 내의 증발스팀재압축기를 이용한 에너지 재활용 시스템
HUE062615T2 (hu) 2018-03-15 2023-11-28 Toyo Engineering Corp Hõszigetelésmentes lepárolóoszlop
JP7378129B2 (ja) * 2019-11-29 2023-11-13 株式会社ササクラ 低沸点物質の分離装置及び分離方法
CN113531902B (zh) * 2021-05-08 2023-04-07 刘文治 一种利用过压饱和水的压缩潜热和显热进行辅助加热的节能方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100811971B1 (ko) * 2007-10-01 2008-03-10 이주선 증류시스템 및 그 증류방법
KR101532879B1 (ko) 2014-05-29 2015-06-30 선테코 유한회사 다단 압축모듈 시스템

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05237302A (ja) * 1992-02-27 1993-09-17 Sasakura Eng Co Ltd 蒸留装置
US20060006054A1 (en) * 2004-07-07 2006-01-12 Basf Aktiengesellshaft Separation of propylene oxide from a mixture comprising propylene oxide and methanol
KR20060021270A (ko) * 2005-07-26 2006-03-07 김천근 고압폐열회수시스템
CN201030243Y (zh) * 2007-05-22 2008-03-05 张小江 蒸汽再压缩节能蒸发器
KR20100054672A (ko) * 2008-11-14 2010-05-25 (주)엑서지엔지니어링 소각로 폐열회수 플랜트
KR101176368B1 (ko) * 2011-10-21 2012-08-23 한밭대학교 산학협력단 폐수증기의 재활용 시스템 및 재활용 방법
AU2014281479A1 (en) * 2013-06-18 2016-01-21 R3 Fusion, Inc. Controlled thin film vapor generator for liquid volume reduction
MY173697A (en) * 2013-09-06 2020-02-17 Daicel Corp Method and plant for using recompressed vapor
KR101577133B1 (ko) * 2014-04-14 2015-12-11 선테코 유한회사 통합 운전과 소모 스팀 감량화가 가능한 다단 스트리퍼를 이용하는 증류 시스템
CN204170435U (zh) * 2014-09-15 2015-02-25 郑铁军 节能型板式机械蒸汽再压缩蒸发器
KR101680961B1 (ko) * 2015-03-19 2016-11-29 선테코 유한회사 폐열을 이용하는 증류 시스템
KR101761319B1 (ko) * 2017-01-24 2017-07-25 이주선 갈탄 건조 시스템 및 갈탄 건조 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100811971B1 (ko) * 2007-10-01 2008-03-10 이주선 증류시스템 및 그 증류방법
KR101532879B1 (ko) 2014-05-29 2015-06-30 선테코 유한회사 다단 압축모듈 시스템

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200044583A (ko) 2018-10-19 2020-04-29 (주) 시온텍 증류식 분리기

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