KR101724072B1 - 분리벽형 증류탑을 이용한 비닐 아세트산의 정제 방법 - Google Patents

분리벽형 증류탑을 이용한 비닐 아세트산의 정제 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101724072B1
KR101724072B1 KR1020150046906A KR20150046906A KR101724072B1 KR 101724072 B1 KR101724072 B1 KR 101724072B1 KR 1020150046906 A KR1020150046906 A KR 1020150046906A KR 20150046906 A KR20150046906 A KR 20150046906A KR 101724072 B1 KR101724072 B1 KR 101724072B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
zone
boiling point
outflow
temperature
vinylacetic acid
Prior art date
Application number
KR1020150046906A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150115659A (ko
Inventor
한기도
김민규
최지혜
이상욱
Original Assignee
한화케미칼 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한화케미칼 주식회사 filed Critical 한화케미칼 주식회사
Publication of KR20150115659A publication Critical patent/KR20150115659A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101724072B1 publication Critical patent/KR101724072B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/14—Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column
    • B01D3/32—Other features of fractionating columns ; Constructional details of fractionating columns not provided for in groups B01D3/16 - B01D3/30
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/14—Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column
    • B01D3/26—Fractionating columns in which vapour and liquid flow past each other, or in which the fluid is sprayed into the vapour, or in which a two-phase mixture is passed in one direction
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C53/00—Saturated compounds having only one carboxyl group bound to an acyclic carbon atom or hydrogen
    • C07C53/08—Acetic acid
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C69/00—Esters of carboxylic acids; Esters of carbonic or haloformic acids
    • C07C69/02—Esters of acyclic saturated monocarboxylic acids having the carboxyl group bound to an acyclic carbon atom or to hydrogen
    • C07C69/12—Acetic acid esters
    • C07C69/14—Acetic acid esters of monohydroxylic compounds
    • C07C69/145—Acetic acid esters of monohydroxylic compounds of unsaturated alcohols
    • C07C69/15—Vinyl acetate

Abstract

본 발명은 분리벽형 증류탑을 이용한 비닐 아세트산의 정제 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 중합 공정을 수행한 후에 잔류하는 미반응의 미반응 비닐 아세트산을 고순도로 정제할 수 있는 비닐 아세트산의 정제 방법에 관한 것이다. 본 발명의 비닐 아세트산의 정제 방법에 따르면, 중합 공정을 수행한 후에 잔류하는 미반응의 비닐 아세트산을 효율적으로 고순도로 정제할 수 있다.

Description

분리벽형 증류탑을 이용한 비닐 아세트산의 정제 방법{Method of purificaiton for vinyl acetic acid using dividing wall column}
본 발명은 분리벽형 증류탑을 이용한 비닐 아세트산의 정제 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 중합 공정을 수행한 후에 잔류하는 미반응의 비닐 아세트산을 고순도로 정제할 수 있는, 분리벽형 증류탑을 이용하는 비닐 아세트산의 정제 방법에 관한 것이다.
증류는 화학 산업에서의 모든 분리수단의 90% 이상을 차지하고 있는 대표적 분리 기술로 대량의 혼합물을 효과적으로 처리할 수 있다는 강점이 있다.
비닐 아세트산(vinyl acetic acid)은 이를 단량체로 하여 고분자 중합 공정에 사용되며, 이러한 중합 공정 후에는 미반응된 비닐 아세트산을 포함하여 저분자량의 중합체 등의 여러 가지 불순물을 포함하는 혼합물의 형태로 회수된다. 이러한 비닐 아세트산을 포함하는 혼합물은 다양한 비점의 화합물을 포함하고 있어 증류하기가 쉽지 않으며, 증류탑 공정을 연속으로 2회 이상 수행하는 연속 2기 증류탑을 이용하여 정제하였다.
하지만 연속 2기 증류탑을 사용할 경우 첫 번째 증류탑에서 중간 비점 물질의 재혼합으로 인해 열역학적 효율이 떨어지는 문제가 발생하므로 에너지 효율을 개선하기 위한 방안이 꾸준히 제시되고 있다. 이에 대한 방안으로 제어시스템 개선, 외부 열 통합, 공정 개선, 내부 단 개선 등 새로운 증류 구조에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.
이에, 본 발명의 목적은 중합 공정을 수행한 후에 잔류하는 미반응의 비닐 아세트산을 효율적으로 정제할 수 있는 비닐 아세트산의 정제 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면,
비닐 아세트산을 주성분으로 포함하는 혼합물을 분리벽형 증류탑에 투입하여 분별 증류하는 단계를 포함하는 비닐 아세트산의 정제 방법을 제공한다.
본 발명의 비닐 아세트산의 정제 방법에 따르면, 중합 공정을 수행한 후에 잔류하는 미반응의 비닐 아세트산을 효율적으로 고순도로 정제할 수 있다. 이에 에너지를 절감하고 설비비를 줄여, 전체 공정에서의 생산성 향상에 기여할 수 있는 운전 조건을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 정제 방법에 따르면, 상기 비닐 아세트산의 정제 방법에 적합한 증류탑을 제공하여 높은 에너지 효율로 상업적 규모의 비닐 아세트산의 정제에 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분리벽형 증류탑을 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 연속 2기 증류탑을 나타내는 도면이다.
본 발명에서, 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되며, 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 예시적인 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성 요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한 본 발명에 있어서, 각 층 또는 요소가 각 층들 또는 요소들의 "상에" 또는 "위에" 형성되는 것으로 언급되는 경우에는 각 층 또는 요소가 직접 각 층들 또는 요소들의 위에 형성되는 것을 의미하거나, 다른 층 또는 요소가 각 층 사이, 대상체, 기재 상에 추가적으로 형성될 수 있음을 의미한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 하기에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
본 발명의 일 구현에에 따르면, 비닐 아세트산을 주성분으로 포함하는 혼합물을 분리벽형 증류탑에 투입하여 분별 증류하는 단계를 포함하는 비닐 아세트산의 정제 방법을 제공한다.
본 발명의 정제 방법은 폴리비닐 아세테이트(polyvinyl acetate, PVA), 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(ethylene-vinyl acetate copolymer) 등과 같이, 비닐 아세트산을 단량체 또는 공단량체로 이용하여 (공)중합함으로써 고분자를 중합하는 공정을 수행한 후에, 이로부터 회수되는 미반응의 비닐 아세트산을 정제하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 명세서에서, "비닐 아세트산을 주성분으로 포함하는 혼합물"이라 함은, 본 발명의 정제 공정의 대상물이 되는 것으로, 주성분으로 비닐 아세트산을 포함하고 그 외에 불순물을 포함하는 혼합물을 가리킨다. 예를 들어, 상기 비닐 아세트산을 포함하는 혼합물은 비닐 아세트산이 중합 반응에 참여한 후 미반응된 에틸렌 등의 단량체, 중합에 사용된 촉매의 잔사, 반응 중 생성된 저분자량의 중합체와 아세톤, 메틸아세테이트, 에틸아세테이트 등의 부반응물, 용매, 중합방지제인 하이드로퀴논, 기타 첨가제 등을 포함하며, 부산물의 형태로 회수되는 것일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 명세서에서 "주성분"이라 함은, 상기 주성분을 포함하는 혼합물 또는 조성물의 총 중량에 대하여, 약 70 중량% 이상, 또는 약 80 중량% 이상, 또는 약 85 중량% 이상을 차지하는 성분을 의미한다.
이와 같이 고분자 중합 공정의 부산물로 생성되며, 비닐 아세트산을 포함하는 혼합물은 다양한 비점의 화합물을 포함하고 있어 증류하기가 쉽지 않으며, 일반적으로 증류탑 공정을 연속으로 2회 이상 수행하는 연속 2기 증류탑을 이용하여 정제하였다.
도 2는 연속 2기 증류탑을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 각각 응축기, 재비기 및 주탑을 포함하는 증류탑을 2개 포함하며, 첫 번째 증류탑으로 공급된 혼합물은 일차적으로 저비점 성분과 고비점 성분으로 분리된다. 상기 첫 번째 증류탑의 하부로 배출된 고비점 성분은 이차적으로 두 번째 증류탑으로 연속하여 유입되어 최종 분리하여 배출하게 된다.
하지만, 연속 2기 증류탑을 사용할 경우 첫 번째 증류탑에서 중간 비점 물질의 재혼합으로 인해 열역학적 효율이 떨어지는 문제가 발생하여 에너지 효율을 개선하기 위한 방안이 연구되고 있다. 예를 들어 제어 시스템 개선, 외부 열 통합, 공정 개선, 내부 단 개선 등에 의한 새로운 증류 구조에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 그러나, 기본적으로 증류탑 공정을 2번 수행하며, 각각의 증류탑이 열 교환기를 2개씩, 총 4개를 구비하고 있어, 에너지 효율을 개선시키는 데 한계가 있다.
이에 본 발명의 비닐 아세트산의 정제 방법은 비닐 아세트산을 주성분으로 포함하는 혼합물을 분리벽형 증류탑에 투입하여 분별 증류하는 단계를 포함하여, 높은 에너지 효율을 나타낼 수 있다.
비닐 아세트산(vinyl acetic acid)을 이용한 중합 반응 후 회수되는 혼합물에는 비점이 약 -100℃부터 약 300℃에 이르는 범위의 불순물들이 포함되어 있으며, 이 중 비닐 아세트산 단량체는 비점이 72.7℃으로 중비점 성분에 속한다. 이처럼, 혼합물 중 정제하고자 하는 대상물이 중비점 성분에 속하는 경우, 한 단계의 증류 공정만으로는 분리하기가 쉽지 않으며, 최소 2단계의 증류 공정을 필요로 한다.
그러나, 본 발명의 비닐 아세트산의 정제 방법에 따르면, 비닐 아세트산을 포함하는 주성분으로 혼합물을 분리벽형 증류탑에 투입하여 분별 증류함으로써 증류탑 공정을 1회만 수행하여도 높은 순도로 비닐 아세트산을 정제하는 것이 가능하다.
분리벽형 증류탑은 저비점 성분, 중비점 성분, 고비점 성분의 3성분계 혼합물을 한번에 분리하기 위해 고안된 장치로, 주탑의 분리벽에 의해 나누어진 공간이 예비 분리기의 역할을 함으로써 고비점 성분과 저비점 성분의 분리로 인해 액체 조성이 평형 증류 곡선과 거의 일치하게 되고 재혼합(remixing) 효과가 억제되게 되어 분리를 위한 열역학적 효율이 좋아지는 장점이 있다.
상기와 같은 비닐 아세트산 정제 공정을 수행하기 위한 본 발명의 분리벽형 증류탑은,
분리벽을 구비하는 주탑, 응축기, 및 재비기를 포함하고,
상기 주탑은 탑정 구역, 공급 구역, 유출 구역, 및 탑저 구역으로 구분되고,
비닐 아세트산을 주성분으로 포함하는 혼합물이 상기 공급 구역으로 유입되고,
저비점 성분은 상기 탑정 구역에서 유출되고, 고비점 성분은 상기 탑저 구역에서 유출되며, 중비점 성분은 유출 구역으로 유출되며, 상기 중비점 성분은 비닐 아세트산을 주성분으로 포함한다.
본 발명의 정제 대상인 비닐 아세트산을 주성분으로 포함하는 혼합물에 있어서, 비닐 아세트산의 함량은 상기 비닐 아세트산을 주성분으로 포함하는 혼합물의 총 중량에 대하여, 약 70 중량% 이상, 또는 약 80 중량% 이상, 또는 약 85 중량% 이상일 수 있다.
또한, 본 발명의 분리벽형 증류탑을 통해 유출 구역으로 유출되는 중비점 성분은, 상기 중비점 성분의 총 중량에 대하여 비닐 아세트산을 주성분으로 포함하며, 바람직하게는 약 95 중량% 이상, 보다 바람직하게는 약 99 중량% 이상으로 포함할 수 있다.
또한, 상기 저비점 성분, 중비점 성분, 및 고비점 성분은 중비점 성분의 비점을 기준으로 비점에 따라 상대적으로 분류한 것으로, 상기 저비점 성분은 상기 비닐 아세트산을 포함하는 혼합물에 포함된 성분 중 비닐 아세트산의 비점인 72.7℃ 보다 적어도 10℃를 초과하여 낮은 비점을 갖는 물질들을 의미하고, 상기 중비점 성분은 비닐 아세트산을 포함하는 혼합물에 포함된 성분 중 비닐 아세트산의 비점을 기준으로 ±10℃ 범위의 비점을 갖는 물질들을 의미하며, 상기 고비점 성분은 상기 비닐 아세트산을 포함하는 혼합물에 포함된 성분 중 비닐 아세트산의 비점보다 적어도 10℃를 초과하여 높은 비점을 갖는 물질들을 의미한다.
또는, 후술하는 분리벽형 증류탑에 대한 설명에 있어서, 분리벽 상부로 분리 및 배출되는 성분을 저비점 성분으로, 분리벽 하부로 분리 및 배출되는 성분을 고비점 성분으로, 유출 구역의 유출 중간단으로 분리 및 배출되는 성분을 중비점 성분으로 구분할 수도 있다.
본 발명의 정제 대상물인 비닐 아세트산을 포함하는 혼합물 전체 100 중량부에 대하여, 상기 저비점 성분은 약 3 내지 약 4 중량부로, 상기 중비점 성분은 약 87 내지 약 94 중량부로, 상기 고비점 성분은 약 3 내지 약 10 중량부로 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 분리벽형 증류탑의 구조를 도 1에 도시하였다.
본 발명의 분리벽형 증류탑은 분리벽(10)을 구비하는 주탑(100), 응축기(200), 및 재비기(300)를 포함하고, 주탑(100)은 탑정 구역(20), 탑저 구역(30), 공급 구역(40), 및 유출 구역(50)으로 크게 구분된다.
공급 구역(40)은 다시 상부 공급 구역(40a) 및 하부 공급 구역(40a)으로 구분될 수 있고, 유출 구역(50)은 상부 유출 구역(50a) 및 하부 유출 구역(50a)으로 구분될 수 있다.
본 발명의 분리벽형 증류탑에서, 비닐 아세트산을 주성분으로 포함하는 혼합물(A)은 공급 구역(40)으로 유입된다. 보다 구체적으로, 비닐 아세트산을 주성분으로 포함하는 혼합물(A)은 공급 구역(40)의 중간 영역, 즉, 상부 공급 구역(40a) 및 하부 공급 구역(40b)이 접하는 공급 중간단으로 유입될 수 있다.
분리벽(10) 상부에서는 저비점 성분(C)이 분리되고, 분리벽(10) 하부에서는 고비점 성분(D)이 분리되며 중비점 성분(B)은 유출 구역(50)으로 분리된다. 보다 구체적으로, 중비점 성분(B)은 유출 구역(50)의 중간 영역, 즉, 상부 유출 구역(50a) 및 하부 유출 구역(50b)이 접하는 유출 중간단으로 유출될 수 있다. 중비점 성분(B)은 고순도의 아세트산 비닐인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 증류탑은 응축기(200) 및 재비기(300)를 포함한다.
응축기(200)는 가스 상태의 혼합물의 기화열을 빼앗아 응축시키는 장치로서, 종래 화학공학 장치에 사용되는 응축기를 비제한적으로 사용할 수 있다.
재비기(300)는 액체 상태의 혼합물에 기화열을 제공하여 기화시키는 장치로서, 종래 화학 공학 장치에 사용되는 재비기를 비제한적으로 사용할 수 있다.
주탑(100)은 크게 탑정 구역(20), 공급 구역(40), 유출 구역(50), 및 탑저 구역(30)의 네 부분의 구역으로 나뉠 수 있고, 공급 구역(40)은 다시 상부 공급 구역(40a) 및 하부 공급 구역(40b)으로, 유출 구역(50)은 상부 유출 구역(50a) 및 하부 유출 구역(50b)으로 나뉠 수 있다.
탑정 구역(20)은 분리벽(10) 상부 구역으로, 분리벽(10)이 없는 주탑(100)의 상부 영역을 말한다.
공급 구역(40)은 분리벽(10)에 의해 일면이 구획되는 영역으로, 비닐 아세트산을 주성분으로 포함하는 혼합물(A)의 흐름이 유입되는 구역이다. 상부 공급 구역(40a)은 공급 구역(40)의 상부 영역으로, 주탑(100)으로 공급되는 혼합물(A)의 흐름보다 상부에 위치하는 서브 영역이다. 또한, 하부 공급 구역(40b)은 공급 구역(40)의 하부 영역으로, 주탑(100)으로 공급되는 혼합물(A)의 흐름보다 하부에 위치하는 서브 영역이다.
유출 구역(50)은 분리벽(10)에 의해 일면이 구획되는 영역으로, 정제된 고순도의 비닐 아세트산을 포함하는 저비점 성분(C)의 흐름이 유출되는 구역이다. 상부 유출 구역(50a)은 유출 구역(50)의 상부 영역으로, 주탑(100)으로부터 배출되는 저비점 성분(C)의 흐름보다 상부에 위치하는 서브 영역이다. 또한, 하부 유출 구역(50b)은 유출 구역(50)의 하부 영역으로, 주탑(100)으로부터 배출되는 저비점 성분(C)의 흐름보다 하부에 위치하는 서브 영역이다.
탑저 구역(30)은 분리벽(10) 하부 구역으로, 분리벽(10)이 없는 주탑(100)의 하부 영역을 말한다.
분리벽형 증류탑에서는 분리벽(10)에 의해 나누어진 공간이 예비 분리기의 역할을 하므로 고비점 성분과 저비점 성분의 분리로 인해 액체 조성이 평형 증류 곡선과 거의 일치하게 되고 재혼합(remixing) 효과가 억제되게 되어 분리를 위한 열역학적 효율이 좋아지게 된다.
상부 공급 구역(40a) 및 하부 공급 구역(40b)은 종래 공정의 예비 분리기와 유사한 역할을 한다. 즉, 상부 공급 구역(40a) 및 하부 공급 구역(40b)을 포함하는 공급 구역(40)은 일종의 예비 분리 영역이라고 할 수 있다. 예비 분리 영역으로 유입되는 혼합물은 크게 저비점 성분과 고비점 성분으로 분리된다. 상기 예비 분리 영역에서 분리된 저비점 성분과 고비점 성분의 일부는 탑정 구역(20) 및 탑저 구역(30)으로 유입되고, 일부는 다시 상부 유출 구역(50a) 및 하부 유출 구역(50b)으로 유입되어 재증류되어진다.
상부 유출 구역(50a) 및 하부 유출 구역(50b)은 종래 공정의 주 분리기 역할을 한다. 즉, 상부 유출 구역(50a) 및 하부 유출 구역(50b)을 포함하는 유출 구역(50)은 주 분리 영역이라고 할 수 있다. 상기 주 분리 영역의 분리벽(10) 상부 부분에서는 주로 저비점 성분과 중비점 성분으로 분리되고, 하부 부분에서는 주로 중비점 성분과 고비점 성분이 분리된다.
저비점 성분은 주탑(100)의 탑정 구역(20)과 응축기(200)를 거친 후 일부는 저비점 성분(C)로 분리되고, 일부는 액상 유량(LD)으로 다시 주탑(100)의 탑정 구역(20)으로 환류된다.
고비점 성분은 주탑(100)의 탑저 구역(30)과 재비기(300)를 거친 후 일부는 고비점 성분(D)로 분리되고, 나머지는 기상 유량(VB)으로 다시 주탑(100)의 탑저 구역(30)으로 환류된다.
본 발명의 분리벽형 증류탑은 응축기 드럼(400)을 더 포함할 수 있다. 응축기 드럼은 안정적인 환류 공급을 위해 버퍼를 주기 위한 장치이다.
상기와 같은 본 발명의 분리벽형 증류탑에서, 중비점 성분(C)으로 유출되는 비닐 아세트산의 순도 및 에너지 효율에 영향을 미치는 요소는 매우 다양하다. 예를 들어, 주탑(100)의 전체 컬럼 단수, 탑정 구역(20), 상부 공급 구역(40a), 상부 유출 구역(50a), 하부 공급 구역(40b), 하부 유출 구역(50b) 및 탑저 구역(30)의 각각의 컬럼 단수, 분리벽(10)의 길이, 응축기(200)에서의 환류량, 재비기(300)에서의 열 공급량, 기상 흐름의 분할 비율(vapor split ratio), 액상 흐름의 분할 비율(liquid split ratio) 등이 복합적으로 비닐 아세트산의 정제 순도 및 증류탑의 에너지 소비량에 영향을 미치게 되므로, 이들 변수를 조절하여 최저의 에너지를 소비하면서 높은 순도로 비닐 아세트산을 정제하는 것은 쉽지 않다.
본 발명에 따르면, 상기와 같은 변수를 조절하여 낮은 에너지 소비율에서 99% 이상의 높은 순도로 비닐 아세트산을 정제할 수 있는 분리벽형 증류탑을 이용한 비닐 아세트산의 정제 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 주탑의 전체 컬럼 단수는 40 내지 80 단, 또는 50 내지 70 단일 수 있으며, 바람직하게는 55 내지 60 단일 수 있다.
탑정 구역의 단수는 1 내지 20 단, 또는 5 내지 15 단일 수 있으며, 바람직하게는 9 내지 15단일 수 있다. 또한, 탑저 구역의 단수는 5 내지 30 단, 또는 5 내지 20 단일 수 있으며, 바람직하게는 5 내지 18 단일 수 있다.
상부 공급 구역, 하부 공급 구역, 상부 유출 구역, 하부 유출 구역의 단수는 각각 독립적으로 동일하거나 상이하게 5 내지 25 단, 또는 10 내지 20 단일 수 있으며, 바람직하게는 12 내지 20 단일 수 있다.
상기 주탑의 내부에 설치되는 분리벽의 길이는 상기 상부 공급 구역 및 하부 공급 구역의 전체 단수에 따라 달라질 수 있다.
예를 들어, 상기 분리벽의 길이는 주탑의 전체 컬럼 단수의 30 내지 70%, 바람직하게는 40 내지 70%, 보다 바람직하게는 50 내지 70% 범위일 수 있다. 30% 미만일 경우 예비 분리 영역에서 저비점 성분 일부가 하부로 처져 주 분리기의 제품으로 포함될 우려가 있고, 70% 초과일 경우 컬럼 내부에서 저비점/중비점 성분의 액상/기상 및 중비점/고비점 성분의 액상/기상의 원활한 평형 흐름을 유지하기 어려워 컬럼 제작상 문제가 있을 수 있다.
상기 주탑의 탑정 구역의 온도는 0.1 내지 0.6 kg/cm2g 압력 하에서 약 54 내지 약 64℃ 범위일 수 있으며, 0.1 내지 0.2 kg/cm2g 압력 하에서 약 54℃ 내지 약 56℃인 것이 바람직하다. 54℃ 미만인 경우에는 저비점 성분이 예비 분리영역 하부로 처질 수 있어 제품 순도에 영향을 끼치고, 64℃를 초과하는 경우 고비점 성분이 예비 분리영역 상부로 올라가 비닐 아세트산의 순도에 영향을 미칠 우려가 있다.
상기 주탑의 탑저 구역의 온도는 0.2 내지 1.0 kg/cm2g 압력 하에서 약 90 내지 약 135℃ 범위일 수 있으며, 0.2 내지 0.3 kg/cm2g 압력 하에서 약 95℃ 내지 약 100℃인 것이 바람직하다. 90℃ 미만인 경우에는 중비점 성분이 하부로 떨어져 제품 생산량이 감소하고, 135℃를 초과할 경우 고비점 성분이 중비점 성분과 함께 측류 유출될 염려가 있다.
상기 상부 유출 구역 및 상기 하부 유출 구역이 접하는 위치에 구비되고 중비점 성분이 유출되는 상기 유출 중간단의 온도는 0.15 내지 0.75 kg/cm2g 압력 하에서 약 75 내지 약 90℃ 범위인 것이 바람직하다. 75℃ 미만인 경우에는 저비점 성분 제거가 용이하지 않고, 90℃를 초과할 경우 고비점 성분 제거가 용이하지 않아 제품 순도에 큰 영향을 끼칠 수 있다.
유출 중간단에서의 온도는, 유출 중간단에서의 압력이 0.15 내지 0.75 kg/cm2g 일 경우 아래와 같은 수학식 1에 따라 계산할 수 있다.
[수학식 1]
T = 9.0324ln(P) + 92.52
상기 수학식 1에서, P는 유출 중간단의 압력(단위: kg/cm2g)이고, T는 유출 중간단의 온도(단위: ℃)이다.
이하 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예는 발명의 상세한 설명을 위한 것일 뿐, 이에 의해 권리범위를 제한하려는 것은 아니다.
<실시예>
본 발명의 분리벽형 증류탑을 설계하고 ASPEN을 이용하여 모사하였다. 비교예로는 도 2에 도시된 바와 같은 분리벽 없는 2개의 연속 증류탑을 사용하고, 실시예로는 도 1에 도시된 바와 같은 분리벽형 증류탑을 사용하였다. 또한, 다른 세부 공정 조건에 대해서는 하기와 같이 설정하였다.
전체 컬럼 단수; 60
Vapor split ratio; 5 : 5
Liquid split ratio; 3 : 7
Distillate rate; 110kg/hr
실시예 및 비교예의 컬럼 단수에 대해서는 하기 표 1에 정리하였다.
구분 컬럼 단수
실시예 1 탑정 구역 15
상부 공급 구역 20
상부 유출구역 20
하부 공급 구역 20
하부 유출 구역 20
탑저 구역 5
실시예 2 탑정 구역 9
상부 공급 구역 17
상부 유출구역 11
하부 공급 구역 12
하부 유출 구역 17
탑저 구역 18
비교예 제 1 증류탑 40
제 2 증류탑 60
상기 표 1과 같은 컬럼 단수를 갖도록 하여, 실시예 1에서는 비닐 아세트산을 전체 혼합물에 대하여 87 중량%로, 실시예 2에서는 비닐 아세트산을 전체 혼합물에 대하여 93 중량%로 포함하는 혼합물을 투입하여 정제 공정을 시뮬레이션하였다.
실시예 1의 정제 공정 시뮬레이션 결과를 하기 표 2에, 실시예 2의 정제 공정 시뮬레이션 결과를 하기 표 3에, 비교예의 결과는 하기 표 4에 각각 나타내었다.

위치 공급
중간단		 상부 유출 구역 유출 중간단 하부 유출 구역
조건 온도
(℃)		 40 64.2 89.5 131
압력
(Kg/cm2)		 3.1 0.6 0.72 0.9
비닐 아세트산 유량
(Kg/hr)		 3050 110 2585 336
함량
(wt%)		 87.2 19.4 99.4 19.4
위치 공급
중간단		 상부 유출 구역 유출 중간단 하부 유출 구역
조건 온도
(℃)		 40 54.2 77 95
압력
(Kg/cm2)		 3.1 0.1 0.17 0.24
비닐 아세트산 유량
(Kg/hr)		 3000 113 2800 137
함량
(wt%)		 93.7 21.3 99.4 38.5
위치 제1증류탑 제2증류탑
공급
중간단		 상부 유출 구역 환류 하부 유출 구역 공급
중간단		 상부 유출 구역 하부 유출 구역
조건 온도
(℃)		 40 54.4 54.4 80 79.8 75.5 111
압력
(Kg/cm2)		 3.1 0.1 0.1 0.25 0.25 0.1 0.38
비닐
아세트산 		유량
(Kg/hr)		 3050 115 3791.2 8848.7 2935.7 2835 100.7
함량
(wt%)		 97.3 22.3 33.8 99 96.6 99.4 17.1
상기 표 2와 3에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 분리벽형 증류탑을 사용했을 때 99.4% 이상의 순도를 갖는 비닐 아세트산을 효율적으로 정제할 수 있었다.
또한, 상기 실시예 및 비교예의 공정에서 소비되는 에너지 효율을 하기 표 5에 비교하여 나타내었다.
에너지 소비량 [Gcal/hr]
비교예 제1증류탑 재비기 0.52
응축기 0.45
제2증류탑 재비기 0.52
응축기 0.52
합계 재비기 1.04
응축기 0.97
실시예 1 재비기 0.8
응축기 0.71
실시예 2 재비기 0.64
응축기 0.57
최대 절감율 재비기 38.5%
응축기 41.2%
상기 표 5를 참조하면, 2개의 증류탑 공정을 수행하는 비교예에 비해 본 발명의 분리벽형 증류탑이 에너지 효율(재비기: 비교예 대비 38.5%, 응축기: 비교예 대비: 41.2% )이 크게 향상되었음을 알 수 있다.
10: 분리벽
20: 탑정 구역
30: 탑저 구역
40: 공급 구역
40a: 상부 공급 구역
40b: 하부 공급 구역
50: 유출 구역
50a: 상부 유출 구역
50b: 하부 유출 구역
100: 주탑
200: 응축기
300: 재비기
400: 응축기 드럼

Claims (11)

  1. 비닐 아세트산을 주성분으로 포함하는 혼합물을 분리벽형 증류탑에 투입하여 분별 증류하는 단계를 포함하는 비닐 아세트산의 정제 방법으로,
    상기 분리벽형 증류탑은,
    분리벽을 구비하고, 탑정 구역, 공급 구역, 유출 구역, 및 탑저 구역으로 구분되는 주탑; 응축기; 및 재비기를 포함하고,
    상기 비닐 아세트산을 주성분으로 포함하는 혼합물은 상기 주탑의 공급 구역으로 유입되고,
    정제된 비닐 아세트산은 상기 주탑의 유출 구역으로 유출되는, 비닐 아세트산의 정제 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 비닐 아세트산을 주성분으로 포함하는 혼합물에서, 비닐 아세트산의 중량은 전체 혼합물의 중량에 대하여 70 중량% 이상인, 비닐 아세트산의 정제 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 정제된 비닐 아세트산은 상기 주탑의 유출 구역 중 상부 유출 구역 및 하부 유출 구역이 접하는 유출 중간단으로 유출되는, 비닐 아세트산의 정제 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 유출되는 비닐 아세트산의 순도는 99% 이상인, 비닐 아세트산의 정제 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 탑정 구역의 온도는 0.1 내지 0.6 kg/cm2g 압력 하에서 54 내지 64℃의 조건으로 운전되는, 비닐 아세트산의 정제 방법.
  7. 제4항에 있어서, 상기 유출 중간단의 온도는 0.15 내지 0.75 kg/cm2g 압력 하에서 75 내지 90℃의 조건으로 운전되는, 비닐 아세트산의 정제 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 탑저 구역의 온도는 0.2 내지 1.0 kg/cm2g 압력 하에서 90 내지 135℃의 조건으로 운전되는, 비닐 아세트산의 정제 방법.
  9. 제4항에 있어서, 상기 유출 중간단의 압력이 0.15 내지 0.75 kg/cm2g 일 때, 상기 유출 중간단의 온도는 아래와 같은 수학식 1을 따르는, 비닐 아세트산의 정제 방법:
    [수학식 1]
    T = 9.0324ln(P) + 92.52
    상기 수학식 1에서, P는 유출 중간단의 압력(단위: kg/cm2g)이고, T는 유출 중간단의 온도(단위: ℃)이다.
  10. 제1항에 있어서, 상기 분리벽의 길이는 주탑의 전체 컬럼 단수의 30 내지 70%인, 비닐 아세트산의 정제 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 비닐 아세트산을 주성분으로 포함하는 혼합물은 비닐 아세트산을 단량체 또는 공단량체로 이용하여 (공)중합하여 고분자를 중합하는 공정을 수행한 후에 회수되는 것인, 비닐 아세트산의 정제 방법.
KR1020150046906A 2014-04-04 2015-04-02 분리벽형 증류탑을 이용한 비닐 아세트산의 정제 방법 KR101724072B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20140040673 2014-04-04
KR1020140040673 2014-04-04

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150115659A KR20150115659A (ko) 2015-10-14
KR101724072B1 true KR101724072B1 (ko) 2017-04-06

Family

ID=54357733

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150046906A KR101724072B1 (ko) 2014-04-04 2015-04-02 분리벽형 증류탑을 이용한 비닐 아세트산의 정제 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101724072B1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI717316B (zh) * 2014-01-24 2021-02-01 美商Ｇｔｃ科技美國有限責任公司 用來執行吸收/蒸餾之分離系統
KR102414715B1 (ko) * 2018-01-15 2022-06-28 한화솔루션 주식회사 분리벽형 증류탑을 이용한 석유수지 제조 공정의 중합용매 정제방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6228226B1 (en) 1998-06-05 2001-05-08 Celanese Gmbh Process for working up crude, liquid vinyl acetate

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9821970D0 (en) * 1998-10-08 1998-12-02 Bp Chem Int Ltd Process for purifying a process system
KR20030085833A (ko) * 2002-05-02 2003-11-07 재원산업 주식회사 비닐 아세테이트 단량체의 정제방법
KR101191122B1 (ko) * 2009-01-20 2012-10-15 주식회사 엘지화학 고순도 노르말 부탄올 생산용 분리벽형 증류탑, 및 노르말 부탄올 증류방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6228226B1 (en) 1998-06-05 2001-05-08 Celanese Gmbh Process for working up crude, liquid vinyl acetate

Also Published As

Publication number Publication date
KR20150115659A (ko) 2015-10-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101165371B1 (ko) 고순도 아크릴산 생산을 위한 분리벽형 증류탑 및 이를 이용한 분별증류방법
KR100795650B1 (ko) 증류에 의해 조 1,3-부타디엔으로부터 순수1,3-부타디엔을 수득하는 방법 및 장치
CN103298531B (zh) 用于制备高纯度丙烯酸-2-乙基己酯的隔壁塔及使用其的制备方法
TWI306093B (en) Preparation of highly pure methyl tert-butyl ether
KR102006422B1 (ko) 증류 장치
JP2004195455A5 (ja) 「（メタ）アクリル酸を含む熱感受性化合物の精製方法」
KR101959467B1 (ko) 증류 장치
CN1665574A (zh) N,n－二甲基乙酰胺的纯化
CN103282336A (zh) 用于生产高纯度新戊二醇的隔壁塔以及使用其的制造方法
KR101728905B1 (ko) 분리벽형 증류탑 및 이를 이용한 네오펜틸글리콜의 정제 방법
KR101724072B1 (ko) 분리벽형 증류탑을 이용한 비닐 아세트산의 정제 방법
EP3390342B1 (en) Process for purification of methyl methacrylate
CN111194300B (zh) 分隔壁蒸馏塔和通过使用该分隔壁蒸馏塔精制偏二氯乙烯的方法
KR101420888B1 (ko) 중합가능한 화합물의 정제 방법
JP2018510758A (ja) 蒸留装置
EP3390341B1 (en) Process for purification of methyl methacrylate
KR102413440B1 (ko) Mma에서 부산물을 회수하는 공정
KR102162297B1 (ko) 에틸렌 분리공정 및 분리장치
KR102583533B1 (ko) 분리 방법
KR102414715B1 (ko) 분리벽형 증류탑을 이용한 석유수지 제조 공정의 중합용매 정제방법
JP7237239B2 (ja) Ｖａｍ生成時における酢酸エチルの除去
KR101721737B1 (ko) 부타디엔 제조장치
KR101952365B1 (ko) 부타디엔의 제조방법
JPH08277283A (ja) エチレンスルフィドの回収方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right