KR101749418B1 - 입력 및 출력 흐름 별로 다수의 다중 포지션 밸브를 적용하는 smb 분리 장치 및 이를 이용한 smb 분리 방법 - Google Patents

입력 및 출력 흐름 별로 다수의 다중 포지션 밸브를 적용하는 smb 분리 장치 및 이를 이용한 smb 분리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유사 이동층(SMB) 분리 공정에서 흡착 챔버에서의 원료 주입 및 제품 배출을 위한 입력 및 출력 흐름 별로 다수의 베드 분배 MPV(multi-position valve)를 설치하되, 각 베드 분배 MPV 별로 전체 베드가 아닌 일부 베드와 연결되도록 그룹핑하여 설치하여 용이하게 원료 및 제품의 입 출력을 가능케 하는 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 SMB 공정에서 공급물(유체 혼합물)(Feed), 탈착제(Desorbent) 등의 입력, 추출물(Extract), 라피네이트(Raffinate) 등의 출력 흐름에 대해서 각각 2개 이상의 베드 분배 MPV를 통하도록 하고, 베드 분배 MPV를 각각 별개의 베드 라인을 통해서 흡착 챔버의 각 베드에 연결시키고, 각 베드 분배 MPV는 전체 베드 중 일정 부분의 베드와 연결되도록 하여, 베드 분배 MPV의 회전에 따라 각 원료 및 제품의 흡착 베드 상 입출력 위치가 변경되는 유사 이동층 분리 공정에 관한 것이다.

Description

입력 및 출력 흐름 별로 다수의 다중 포지션 밸브를 적용하는 SMB 분리 장치 및 이를 이용한 SMB 분리 방법{A SIMULATED MOVING BED SEPARATION APPARATUS AND A SEPARATIVE METHOD WITH MULTIPLE MULTI-POSITION VALVE ATTACHED TO EACH INPUT AND OUTPUT STREAM}
본 발명은 유사 이동층(Simulated Moving Bed, SMB) 분리 장치 및 방법에 관한 것으로, 흡착 챔버에서의 원료 주입 및 제품 배출을 위한 입력 및 출력 흐름 별로 다수의 다중 포지션밸브(Multi-Position Valve, MPV)를 설치하되, 각 베드 분배 MPV 별로 전체 베드가 아닌 일부 베드와 연결되도록 그룹핑 설치하여, 용이하게 원료 및 제품을 입 출력 가능하게 하는 기술에 관한 것이다.
1. SMB 공정의 개요
상업적으로 사용되는 PX(para-xylene) 유사 이동층(Simulated Moving Bed, SMB) 흡착 분리 공정은 UOP의 파렉스(Parex) 공정, IFP의 에루실(Eluxyl) 공정으로 대별된다. 토레이(Toray)의 아로맥스(AroMax) 공정도 출시된 바 있으나, 흡착 베드가 수평으로 놓여 있는 점을 제외하고는 IFP의 에루실 공정과 유사하다고 할 수 있다. 각 SMB 공정은 원료 및 제품의 입 출력 방식을 제외하고는 기계적인 측면에서 큰 차이를 보이지 않는다. 파렉스 공정의 상세한 내용은 대한민국 특허출원 10-2005-0129459, 10-2005-0129457 등을 참조하면 된다.
2. 단일 로터리 밸브( rotary valve )를 사용하는 SMB 공정
상기 공정은 미국특허 2,985,589호에 기재된 것으로, 도 1은 파렉스 공정과 같은 단일 로터리 밸브(rotary valve)를 사용하는 SMB 공정의 개략도를 나타낸 것이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 단일 로터리 밸브를 사용하는 SMB 공정 흡착 챔버(6) 내에 베드를 다층으로 구성하고, 각 베드에는 흡착제가 충전되어 있다. 흡착 챔버(6) 내의 각 베드는 다중 엑세스 라인(B1-B8)을 통해 로터리 밸브(5)에 연결되어 있다.
단일 로터리 밸브를 사용하는 SMB 공정의 로터리 밸브(5)는 공급물(유체 혼합물) 유입 포트(1), 탈착제 유입 포트(2), 추출물 유출 포트(3), 라피네이트 포트(4)와 같이 2 개의 유입 포트와 2 개의 유출 포트 각각을 다중 엑세스 라인(B1-B8)에 연결시켜 준다. 로터리 밸브(5)의 상세한 구성은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있는 것이다.
상기 공급물, 탈착제, 추출물, 및 라피네이트의 각 포트(1, 2, 3, 4)의 위치를 연속적으로 이동시킬 수는 없지만, 도 1에서와 같이 다중 엑세스 라인(multiple access line)(B1-B8)을 설치하여, 로터리 밸브(rotary valve)(5)를 통해 일정 스위칭 타임(switching time) 간격을 주어 주기적으로 각각의 흐름을 이웃한 라인으로 이동시켜 줌으로써 거의 같은 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 공급물(유체 혼합물) 유입 포트(1)를 통해 주입된 물질 중 흡착력이 약한 물질은 이동상을 따라 라피네이트 유출 포트(4)로 나오게 되며, 흡착력이 강한 물질은 흡착 챔버(6)의 각 베드(Bed 1-8) 내에서 흡착제에 흡착되어 일정시간의 스위칭에 따른 시간이 경과한 후, 추출물 유출 포트(3)로 나오게 되는 원리를 이용한다.
단일 로터리 밸브를 사용하는 SMB 분리 공정은 그 특성상 원료 및 탈착제의 주입 및 추출물 및 라피네이트의 배출이 모두 동일 배관을 통해서 이루어진다. 흡착 챔버와 로터리 밸브를 연결하여 주는 다중 엑세스 라인(B1-B8)은 흡착 챔버의 베드 개수 만큼 존재하며, 베드 라인이라고도 불린다.
SMB 분리 공정의 운전 절차에 따르면, 어느 특정 배관은 원료 주입용으로 사용된 후 일정한 시간 경과 이후에 추출물의 배출용으로 사용되게 된다. 이 때 스위칭 타임 동안 배출되는 추출물 중 초기 물량은 배관 내에 채워져 있던 원료가 섞여 나오므로 추출물의 순도를 다소 떨어뜨리게 된다. 이를 방지하기 위한 조치로서 라인 플러쉬(line flush)와 2차 플러쉬(secondary flush)라는 절차가 추가되었으며, 이에 대한 상세한 내용은 대한민국 특허출원 10-2005-0129459, 10-2005-0129457 등을 참조하면 된다. 최근에는 흡착 분리 성능을 더욱 개선코자 3차 플러쉬(tertiary flush) 절차를 추가하였으며, 이에 대한 상세한 내용은 대한민국 특허출원 2007-7022602을 참조하면 된다.
3. 여러 개의 온- 오프 밸브( on - off valve )를 사용하는 SMB 분리 공정
상기 공정은 미국특허 6,325,940호에 기재된 것으로, 도 2는 에루실 공정과 같은 여러 개의 온-오프 밸브를 사용하는 SMB 분리 공정의 개략도를 나타낸 것이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 여러 개의 온-오프 밸브(33)를 사용하는 SMB 분리 공정의 흡착 챔버(6) 내에 베드를 다층으로 구성하고, 각 베드에는 흡착제가 충전되어 있다. 흡착 챔버(6) 내의 각 베드는 다중 엑세스 라인(B1-B32) 및 흐름 별 헤드(head)(9, 10, 11, 12)를 통해 각 포트(1, 2, 3, 4)에 연결되어 있다.
여러 개의 온-오프 밸브(33)를 사용하는 SMB 분리 공정의 온-오프 밸브(33)는 공급물(유체 혼합물) 유입 포트(1), 탈착제 유입 포트(2), 추출물 유출 포트(3), 라피네이트 포트(4)와 같이 2개의 유입 포트와 2개의 유출 포트 및 해당 헤드(head)(9, 10, 11, 12)와 흡착 베드를 연결하는 다중 엑세스 라인(B1-B32) 상에 다중 엑세스 라인 수 만큼 설치되어 SMB 분리 공정을 구현할 수 있도록 한다.
여러 개의 온-오프 밸브를 사용하는 SMB 분리 공정의 상세한 운전 방법은 상기 항목 2의 단일 로터리 밸브를 사용하는 SMB 분리 공정과 동일하다. 다만, 단일 로터리 밸브를 사용하는 SMB 분리 공정의 경우에는 로터리 밸브를 통해 일정 스위칭 타임 간격을 주어 주기적으로 각각의 흐름을 이웃한 라인으로 이동시켜 주는 반면, 여러 개의 온-오프 밸브(33)를 사용하는 SMB 분리 공정의 경우에는 온-오프 밸브(33)의 개폐를 통해 주기적으로 각각의 흐름을 이웃한 라인으로 이동시키는 점에서 차이가 있을 뿐이다.
여러 개의 온-오프 밸브(33)를 사용하는 SMB 분리 공정은 원칙적으로 그 특성상 원료 및 탈착제의 주입과 추출물 및 라피네이트의 배출이 모두 다른 배관을 통해서 이루어진다. 따라서, 원칙적으로는 단일 로터리 밸브를 사용하는 SMB 분리 공정과 같이 베드 라인에 대한 별도의 세척 과정이 필요하지 않다. 그러나, 에루실 공정의 경우에는 대한민국 특허출원 2005-0043669에 소개된 바와 같이, 공급물(유체 혼합물) 및 탈착제의 주입을 동일 주입 라인을 이용하고, 추출물 및 라피네이트의 배출을 동일한 배출 라인을 이용하므로 별도의 바이패스 라인(by-pass line)을 이용한 세척을 실시하는 예도 있다.
4. 유입 및 유출 흐름의 수 만큼의 MPV 를 사용하는 SMB 분리 공정
상기 공정은 대한민국 등록실용신안공보 제20-0202197호에 기재된 것으로, 도 3은 유입 및 유출 흐름의 수 만큼의 다중 포지션 밸브(MPV)(multi-position valve)를 사용하는 SMB 분리 공정의 개략도를 나타낸 것이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 공급물(유체 혼합물) 유입 포트(1), 탈착제 유입 포트(2), 추출물 유출 포트(3), 라피네이트 포트(4) 등 유입 및 유출 흐름의 수 만큼의 MPV(9-1, 10-1, 11-1, 12-1)가 다중 엑세스 라인(B1-B32)을 통해서 흡착 챔버(6) 내의 각 베드와 연결되어 있어서 SMB 분리 공정을 구현할 수 있도록 한다.
유입 및 유출 흐름의 수 만큼의 MPV를 사용하는 SMB 분리 공정의 상세한 운전 방법은 단일 로터리 밸브를 사용하는 SMB 분리 공정이나, 여러 개의 온-오프 밸브를 사용하는 SMB 분리 공정과 동일하다. 다만, 단일 로터리 밸브를 사용하는 SMB 분리 공정의 경우에는 로터리 밸브를 통해 일정 스위칭 타임 간격을 주어 주기적으로 각각의 흐름을 이웃한 라인으로 이동시켜 주고, 여러 개의 온-오프 밸브를 사용하는 SMB 분리 공정의 경우에는 온-오프 밸브의 개폐를 통해 주기적으로 각각의 흐름을 이웃한 라인으로 이동시켜 주는 반면에, 유입 및 유출 흐름의 수 만큼의 MPV를 사용하는 SMB 분리 공정의 경우에는 각 유입 및 유출 흐름 별 MPV의 회전을 통해서 주기적으로 각각의 흐름을 이웃한 라인으로 이동시켜 주는 점에서 차이가 있을 뿐이다.
5. 베드 수 만큼의 MPV 를 사용하는 SMB 분리 공정
상기 공정은 대한민국 특허공보 10-1106004호에 기재된 것으로, 도 4에 도시한 바와 같이, 공급물(유체 혼합물) 유입 포트(1), 탈착제 유입 포트(2), 추출물 유출 포트(3), 라피네이트 포트(4) 등을 베드 수 만큼의 MPV(13-21)에 다중 엑세스 라인(B1-B32)을 통해서 연결하고, 각 MPV는 흡착 챔버(6) 내의 각 베드와 연결 라인(22-29)을 통해서 연결되어 있어서 SMB 분리 공정을 구현할 수 있도록 한다.
베드 수 만큼의 MPV를 사용하는 SMB 공정의 상세한 운전 방법은 단일 로터리 밸브를 사용하는 SMB 공정, 여러 개의 온-오프 밸브를 사용하는 SMB 공정, 유입 및 유출 흐름의 수 만큼의 MPV를 사용하는 SMB 분리 공정 등과 동일하다. 다만, 단일 로터리 밸브를 사용하는 SMB 공정의 경우, 로터리 밸브를 통해서 일정 스위칭 타임 간격을 주어 주기적으로 각각의 흐름을 이웃한 라인으로 이동시켜 주고, 여러 개의 온-오프 밸브를 사용하는 SMB 공정의 경우 온-오프 밸브의 개폐를 통해 주기적으로 각각의 흐름을 이웃한 라인으로 이동시켜 주고, 유입 및 유출 흐름의 수 만큼의 MPV를 사용하는 SMB 공정의 경우 각 유입 및 유출 흐름 별 MPV의 회전을 통해서 주기적으로 각각의 흐름을 이웃한 라인으로 이동시켜 주는 반면에, 베드 수 만큼의 MPV를 사용하는 SMB 분리 공정의 경우에는 각 베드 별 MPV의 회전을 통해서 주기적으로 각각의 흐름을 이웃한 라인으로 이동시켜 주어 동일한 SMB 분리 공정을 구사한다는 점에서 차이가 있을 뿐이다.
6. 상기 종래 기술들의 한계
단일 로터리 밸브를 사용하는 SMB 분리 공정의 경우에는 단일 로터리 밸브를 사용함으로써 공정 구성이 단순하고 운전 신뢰도가 높아지는 장점이 있는 반면에, 운전 유연성이 떨어지는 단점이 있다.
즉, 각 유입 및 유출 포트 간의 베드 수(zone 별 베드 수)를 로터리 밸브의 하드웨어적 보정 없이는 변경할 수 없다. 또한 농도가 다른 두 가지 원료를 사용하는 듀얼 피드 운전(특허 10-0963746호, 유사 이동층 분리법에 의한 방향족 화합물의 분리방법)을 구현하기 위해서도 로터리 밸브의 하드웨어적 보정이 필요하다. 또한 동일 베드 라인을 유입 및 유출물에 대해서 공유시킴에 따라서 공정 구성이 단순해졌으나, 분리 효율의 감소가 수반되며 이를 방지하기 위한 복잡한 세척 절차를 추가시킴으로 인해서 단순한 공정 구성이라는 장점이 훼손됨은 물론, 그럼에도 불구하고 별도의 베드 라인을 사용하는 경우에 비해서는 분리 효율의 감소를 피할 수 없다. 또한 단일 로터리 밸브를 사용하는 SMB 분리 공정으로는 통상적인 SMB 분리 공정에 비해 성능이 더 뛰어난 것으로 평가받고 있는 Varicol 운전법(Korean J. Chem. Eng., 21(2), 한국화학공학회(http://www.kiche.or.kr/) 454-464, 2004 참조)의 구현도 불가능하다.
여러 개의 온-오프 밸브를 사용하는 SMB 분리 공정의 경우에는 운전 유연성은 우수한 반면에, 수많은 온-오프 밸브를 사용함에 따라 온-오프 밸브의 고장 가능성 증가에 기인하여 운전 신뢰도가 떨어진다는 단점이 있다. 여러 개의 온-오프 밸브를 사용하는 SMB 공정은 이를 보완하기 위하여 stand-by 개념의 온-오프 밸브를 사용 중인 온-오프 밸브 수 만큼 준비해 두고 있으므로, 비용적인 측면에서도 불리하다고 할 수 있다. 농도가 다른 두 가지 원료를 사용하는 듀얼 피드 운전(상기 특허 10-0963746호)을 구현하기 위해서도 베드 수 만큼의 베드 라인과 각 베드 라인 상에 온-오프 밸브를 추가로 설치하여야 한다.
유입 및 유출 흐름의 수 만큼의 MPV를 사용하되 각 MPV를 전체 베드에 연결되도록 하는 SMB 분리 공정의 경우에는 운전 신뢰성 및 운전 유연성 모두 우수한 반면에, 10개 이상의 다수의 베드를 갖는 SMB 분리 공정에 사용하는 경우 통상적인 10개 이내의 채널을 갖는 MPV 적용이 어렵고 특수 주문 제작하여 사용하여야 한다는 단점이 있다. 베드 수 만큼의 MPV를 사용하는 SMB 분리 공정의 경우에는 운전 신뢰성 및 운전 유연성 모두 우수한 반면에, MPV와 베드 연결 라인이 상호 오염되기 때문에 별도의 flush 흐름을 추가하여 공정 구성이 복잡해 지는 단점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 SMB(Simulated Moving Bed) 분리 공정에 의한 분리 흡착 챔버에서 원료 주입 및 제품 배출을 위한 장치가 가지고 있는 종래 기술의 문제점을 해결하고자 한 것으로, 본 발명의 목적은, SMB(Simulated Moving Bed) 분리 공정에 의한 분리 흡착 챔버에서 원료 주입 및 제품 배출을 위한 각 입력 및 출력 흐름 별로 다수의 MPV(multi-position valve)를 설치하되 각 MPV 별로 전체 베드가 아닌 일부 베드와 연결되도록 그룹핑하여 설치하여, 전체적으로 신뢰성과 운전 유연성이 현저히 향상된 유사 이동층(Simulated Moving Bed) 분리 공정을 제공하는 것이다.
본 발명은 공급물과 탈착제가 흡착 챔버로 유입되고, 추출물과 라피네이트가 흡착 챔버로부터 유출되도록 하는 유사 이동층(Simulated Moving Bed, SMB) 분리 장치에 있어서,
공급물과 탈착제가 유입되는 측과 추출물과 라피네이트가 유출되는 측의 각 흐름 별로 2개 이상의 다수의 다중 포지션 밸브(Multi-Position Valve, MPV)를 설치하는 것을 특징으로 하는, 입력 및 출력 흐름 별로 다수의 다중 포지션 밸브(MPV)를 적용하는 SMB 분리 장치이다.
또한, 본 발명은 상기 다중 포지션 밸브(MPV)는 흡착 챔버의 전체 베드 중 일정 부분의 베드에만 베드 라인을 통하여 연결되며, 다중 포지션 밸브(MPV)의 회전에 따라 공급물, 탈착제, 추출물 및 라피네이트의 흡착 챔버 상의 유입, 유출의 위치가 변경되는, 입력 및 출력 흐름 별로 다수의 다중 포지션 밸브(MPV)를 적용하는 SMB 분리 장치이다.
또한, 본 발명은, 상기 다중 포지션 밸브(MPV)는 할당된 베드 수보다 최소한 1개 더 많은 채널을 가지고 있는, 입력 및 출력 흐름 별로 다수의 다중 포지션 밸브(MPV)를 적용하는 SMB 분리 장치이다.
또한, 본 발명은 상기 다중 포지션 밸브(MPV)의 분배 사용을 위해서, 다중 포지션 밸브(MPV)와, 공급물과 탈착제가 유입되는 측과 추출물과 라피네이트가 유출되는 측 사이에 온-오프 밸브를 설치한, 입력 및 출력 흐름 별로 다수의 다중 포지션 밸브(MPV)를 적용하는 SMB 분리 장치이다.
또한, 본 발명은 상기 다중 포지션 밸브(MPV)의 분배 사용을 위해서, 다중 포지션 밸브(MPV)와, 공급물과 탈착제가 유입되는 측과 추출물과 라피네이트가 유출되는 측 사이에, 흐름 분배 MPV를 설치한, 입력 및 출력 흐름 별로 다수의 다중 포지션 밸브(MPV)를 적용하는 SMB 분리 장치이다.
또한, 본 발명은, 공급물이 유입되는 측은 듀얼로 이루어진, 입력 및 출력 흐름 별로 다수의 다중 포지션 밸브(MPV)를 적용하는 SMB 분리 장치이다.
그리고, 본 발명은 유사 이동층(Simulated Moving Bed, SMB) 분리 장치를 이용한 유체의 분리방법에 있어서,
원료(공급물과 탈착제)가 유입되는 유입 포트와, 제품(추출물과 라피네이트)이 유출되는 유출 포트 사이에 각 흐름 별로 2개 이상의 다수의 다중 포지션 밸브(Multi-Position Valve, MPV)를 설치하여, 원료가 유입되는 유입 포트로부터 다중 포지션 밸브(MPV)를 통하여 원료가 흡착 챔버로 공급되고, 제품이 흡착 챔버 측으로부터 다중 포지션 밸브(MPV)를 통하여 유출 포트로 공급되는, 입력 및 출력 흐름 별로 다수의 다중 포지션 밸브(MPV)를 적용하는 SMB 분리 방법이다.
또한, 본 발명은, 상기 다중 포지션 밸브(MPV)는 흡착 챔버의 전체 베드 중 일정 부분의 베드에만 베드 라인을 통하여 연결되는, 입력 및 출력 흐름 별로 다수의 다중 포지션 밸브(MPV)를 적용하는 SMB 분리 방법이다.
또한, 본 발명은, 상기 다중 포지션 밸브(MPV)는 할당된 베드 수보다 최소한 1개 더 많은 채널을 가지고 흡착 챔버에 연결되는, 입력 및 출력 흐름 별로 다수의 다중 포지션 밸브(MPV)를 적용하는 SMB 분리 방법이다.
또한, 본 발명은, 상기 다중 포지션 밸브(MPV)의 분배 사용을 위해서, 다중 포지션 밸브(MPV)와, 공급물과 탈착제가 유입되는 측과 추출물과 라피네이트가 유출되는 측 사이에, 온-오프 밸브를 설치한, 입력 및 출력 흐름 별로 다수의 다중 포지션 밸브(MPV)를 적용하는 SMB 분리 방법이다.
또한, 본 발명은, 상기 다중 포지션 밸브(MPV)의 분배 사용을 위해서, 다중 포지션 밸브(MPV)와, 공급물과 탈착제가 유입되는 측과 추출물과 라피네이트가 유출되는 측 사이에, 흐름 분배 MPV를 설치한, 입력 및 출력 흐름 별로 다수의 다중 포지션 밸브(MPV)를 적용하는 SMB 분리 방법이다.
또한, 본 발명은, 공급물이 유입되는 측은 듀얼로 이루어진, 입력 및 출력 흐름 별로 다수의 다중 포지션 밸브(MPV)를 적용하는 SMB 분리 방법이다.
본 발명의 유사 이동층(Simulated Moving Bed) 분리 공정에 의하면, 종래의 유사 이동층(Simulated Moving Bed) 분리 공정에 비하여, 운전 신뢰성이나 운전 유연성을 현저히 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래기술인 단일 로터리 밸브를 사용하는 SMB 분리 공정의 개념도이다.
도 2는 종래기술인 여러 개의 온-오프 밸브를 사용하는 SMB 분리 공정의 개념도이다.
도 3은 종래기술인 입출력 흐름의 수 만큼의 MPV를 사용하는 SMB 분리 공정의 개념도이다.
도 4는 종래기술인 베드 수 만큼의 MPV를 사용하는 SMB 분리 공정의 개념도이다.
도 5는 본 발명의 입출력 흐름 별로 다수의 베드 분배 MPV를 설치하되, 각 베드 분배 MPV 별로 전체 베드가 아닌 일부 베드와 연결되도록 그룹핑하여 사용하는 SMB 분리 공정의 개념도이다.
도 6a ~ 6h는 본 발명의 도 5의 공정에서 베드 분배 MPV의 작동에 의해서 유사 이동층 운전이 구현되는 현상의 개념도이다.
도 7은 본 발명의 도 5의 공정에 입출력 흐름 별로 분할된 각 베드 분배 MPV 그룹의 분배 사용을 위해서 온-오프 밸브를 사용하는 SMB 분리 공정의 개념도이다.
도 8은 번 발명의 도 5의 공정에 입출력 흐름 별로 분할된 각 베드 분배 MPV 그룹의 분배 사용을 위해서 흐름 배분 MPV를 사용하는 SMB 분리 공정의 개념도이다.
도 9는 본 발명의 입출력 흐름 별로 다수의 베드 분배 MPV를 설치하되 각 베드 분배 MPV 별로 전체 베드가 아닌 일부 베드와 연결되도록 그룹핑하여 사용하는 SMB 분리 공정에 듀얼 피드(dual feed) 운전을 적용한 경우의 개념도이다.
본 발명에 따르면, SMB(Simulated Moving Bed) 분리 공정에 의한 분리 흡착 챔버에서 원료 주입 및 제품 배출을 위한 입력 및 출력 흐름 별로 다수의 베드 분배 MPV(multi-position valve)를 설치하되 각 베드 분배 MPV 별로 전체 베드가 아닌 일부 베드와 연결되도록 그룹핑하여 설치하는 것을 특징으로 하는 유사 이동층(SMB) 분리 공정이 제공된다.
본 발명에 따른 유사 이동층(SMB) 분리 공정의 공급물(유체 혼합물), 탈착제 및 추출물 라피네이트 입출력 장치에 있어서, 즉, 상기 SMB 분리 공정에서의 공급물(유체 혼합물)(Feed), 탈착제(Desorbent) 등의 입력, 추출물(Extract), 라피네이트(Raffinate) 등의 출력 흐름에 대해서, 각각 2개 이상의 베드 분배 MPV를 통하도록 하고 베드 분배 MPV를 각각 별개의 베드 라인을 통해서 흡착 챔버의 각 베드에 연결시키되, 각 베드 분배 MPV는 전체 베드 중 일정 부분의 베드와 연결되도록 하고, 베드 분배 MPV의 회전에 따라 각 공급물(유체 혼합물) 및 추출물 등의 흡착 챔버 상의 입출력 위치가 변경되는 SMB 분리 공정을 구성한다.
이하, 도 6a ~ 도 6h를 참고로 하여 본 발명의 SMB 분리 공정의 공급물(유체 혼합물) 등의 유입 및 추출물 등의 유출 장치를 보다 상세히 설명한다.
도 5에 본 발명에 따른 SMB 분리 공정의 원료 및 제품의 입 출력 장치의 일 실시예를 개념도로 나타내었다.
이하, 도 5를 참고로 하여 본 발명의 SMB 분리 공정의 공급물(유체 혼합물) 등의 유입 및 추출물 등의 유출 장치를 보다 상세히 설명한다.
도 5에 따르면, 공급물(유체 혼합물) 유입 포트(1), 탈착제 유입 포트(2), 추출물 유출 포트(3), 라피네이트 포트(4) 등 입 출력 흐름 별로 2개씩의 베드 분배 MPV(9-1, 9-2, 10-1, 10-2, 11-1, 11-2, 12-1, 12-2)가 다중 엑세스 라인(B1-B32)을 통해서 흡착 챔버(6) 내의 각 베드와 연결되어 SMB 분리 공정을 구현할 수 있도록 한다.
입 출력 흐름 별로 2개 이상 다수의 베드 분배 MPV를 사용하는 SMB 분리 공정의 상세한 운전 방법은 단일 로터리 밸브를 사용하는 SMB 분리 공정이나, 여러 개의 온-오프 밸브를 사용하는 SMB 분리 공정과 동일하다. 다만, 단일 로터리 밸브를 사용하는 SMB 분리 공정의 경우 로터리 밸브를 통해 일정 스위칭 타임(switching time) 간격을 주어 주기적으로 각각의 흐름을 이웃한 라인으로 이동시켜 주고, 여러 개의 온-오프 밸브를 사용하는 SMB 분리 공정의 경우 온-오프 밸브의 개폐를 통해 주기적으로 각각의 흐름을 이웃한 라인으로 이동시켜 주는 반면에, 각 입 출력 흐름 별 베드 분배 MPV의 회전을 통해서 주기적으로 각각의 흐름을 이웃한 라인으로 이동시켜 주어 동일한 SMB 분리 공정의 전략을 구사한다는 점에서 차이가 있을 뿐이다.
도 6a ~ 6h는 베드 분배 MPV의 작동에 의해서 유사 이동층 분리 공정이 구현되는 현상의 개념도이다. 도 6a은 공급물(유체 혼합물)이 1번 베드 라인을 통해서 흡착 베드 1번으로 유입되고, 탈착제는 13번 베드 라인을 통해서 흡착 베드 5번으로 유입되고, 추출물은 23번 베드 라인을 통해서 흡착 베드 7번 입구에서 유출되고, 라피네이트는 27번 베드 라인을 통해서 흡착 베드 3번 입구에서 유출된다. 일정 시간(switching time) 경과 후 도 6b에 나타낸 바와 같이, 공급물(유체 혼합물)이 2번 베드 라인을 통해서 흡착 베드 2번으로 유입되고, 탈착제는 14번 베드 라인을 통해서 흡착 베드 6번으로 유입되고, 추출물은 24번 베드 라인을 통해서 흡착 베드 8번 입구에서 유출되고, 라피네이트는 28번 베드 라인을 통해서 흡착 베드 4번 입구에서 유출된다.
이와 같이, 베드 분배 MPV의 회전에 의해서 각 유입 및 유출 포트의 위치는 1개 베드씩 전진하게 되어 전형적인 SMB 분리 공정이 구현되게 된다. 도 6c 내지 도 6h에 유사한 유입 및 유출 포트의 위치의 전진이 반복된다. 도 6h에 나타낸 유입 및 유출 포트의 위치를 가진 후, 다시 일정 시간(switching time) 경과 후, 도 6a와 같은 유입 및 유출 포트의 위치로 되돌아가게 되고 이와 같은 위치 이동은 무한정 반복되는 것이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하지만, 본 발명의 권리범위는 이들 실시예에 의하여 범위가 제한되는 것은 아니다.
실시예 1
도 5에 따른 SMB 분리 공정에서는 각 베드 분배 MPV가 할당된 베드 수보다 최소한 1개 더 많은 채널을 가지고 있어야 한다. 전체 베드 수가 8개이고 입출력 흐름 별로 2개의 베드 분배 MPV를 갖고 각 베드 분배 MPV 별로 4개씩의 베드가 할당 연결된 SMB 분리 공정을 예로 들면, 각 베드 분배 MPV는 5개 이상의 채널을 가져야 한다. 도 6a에서 베드 분배 MPV 9-1은 1번 채널, 베드 분배 MPV 9-2는 5번 채널, 베드 분배 MPV 10-1은 5번 채널, 베드 분배 MPV 10-2는 1번 채널, 베드 분배 MPV 11-1은 5번 채널, 베드 분배 MPV 11-2는 3번 채널, 베드 분배 MPV 12-1은 3번 채널, 베드 분배 MPV 12-2는 5번 채널에 해당한다. 여기서 5번 채널이라 함은 어느 베드로의 흐름이 막혀 있는 상태를 말한다.
실시예 2
도 7은 도 5의 공정에 입 출력 흐름 별로 분할된 각 베드 분배 MPV 그룹의 분배 사용을 위해서 온-오프 밸브(1-1, 1-2, 2-1, 2-2, 3-1, 3-2, 4-1, 4-2)를 사용하는 SMB 분리 공정의 개념도이다. 이 경우에는 각 베드 분배 MPV(9-1, 9-2, 10-1, 10-2, 11-1, 11-2, 12-1, 12-2)가 할당된 베드 수와 동일한 수의 채널을 가지고 있으면 된다.
실시예 3
도 8은 도 5의 공정에 입출력 흐름 별로 분할된 각 베드 분배 MPV(9-1, 9-2, 10-1, 10-2, 11-1, 11-2, 12-1, 12-2) 그룹의 분배 사용을 위해서, 흐름 분배 MPV(1-3, 2-3, 3-3, 4-3)를 사용하는 SMB 분리 공정의 개략도이다. 이 경우에는 흐름 분배 MPV는 베드 분배 MPV 그룹 수만큼의 채널을, 베드 분배 MPV는 할당된 베드 수와 동일한 수의 채널을 가지고 있으면 된다.
실시예 4
도 9는 입출력 흐름 별로 다수의 베드 분배 MPV를 설치하되 각 베드 분배 MPV 별로 전체 베드가 아닌 일부 베드와 연결되도록 그룹핑하여 사용하는 SMB 분리 공정에 듀얼 피드(dual feed) 운전을 적용한 경우의 개념도이다.
1 : 공급물(유체 혼합물) 유입 포트
2 : 탈착제 유입 포트
3 : 추출물 유출 포트
4 : 라피네이트 포트
5 : 로터리 밸브
6 : 흡착 챔버
7 : 흡착 챔버 순환 펌프
8 : 흡착 챔버 순환 라인
9, 10, 11, 12 : 헤드
9-1, 9-2, 10-1, 10-2, 11-1, 11-2, 12-1, 12-2, 14-1, 14-2: MPV(다중 포지션 밸브)
13 ~ 21 : MPV(다중 포지션 밸브)
22 ~ 29 : 연결 라인
B1 ~ B32 : 다중 엑세스 라인(베드 라인)

Claims (12)

  1. 공급물과 탈착제가 흡착 챔버로 유입되고 추출물과 라피네이트가 흡착 챔버로부터 유출되도록 하는 유사 이동층(Simulated Moving Bed, SMB) 분리 장치에 있어서,
    공급물과 탈착제가 유입되는 측과 추출물과 라피네이트가 유출되는 측의 각 흐름 별로 2개 이상의 다수의 다중 포지션 밸브(Multi-Position Valve, MPV)를 흡착챔버의 전체 베드 중 일정 부분의 베드에만 베드 라인을 통하여 연결되도록 설치하는 것을 특징으로 하는 입력 및 출력 흐름 별로 다수의 다중 포지션 밸브(MPV)를 적용하는 SMB 분리 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 다중 포지션 밸브(MPV)는 흡착 챔버의 전체 베드 중 일정 부분의 베드에만 베드 라인을 통하여 연결되며 다중 포지션 밸브(MPV)의 회전에 따라 공급물, 탈착제, 추출물 및 라피네이트의 흡착 베드 상의 유입, 유출의 위치가 변경되는 입력 및 출력 흐름 별로 다수의 다중 포지션 밸브(MPV)를 적용하는 SMB 분리 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 다중 포지션 밸브(MPV)는 할당된 베드 수보다 최소한 1개 더 많은 채널을 가지고 있는 입력 및 출력 흐름 별로 다수의 다중 포지션 밸브(MPV)를 적용하는 SMB 분리 장치.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 다중 포지션 밸브(MPV)의 분배 사용을 위해서, 다중 포지션 밸브(MPV)와 공급물과 탈착제가 유입되는 측과 추출물과 라피네이트가 유출되는 측 사이에 온-오프 밸브를 설치한 입력 및 출력 흐름 별로 다수의 다중 포지션 밸브(MPV)를 적용하는 SMB 분리 장치.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 다중 포지션 밸브(MPV)의 분배 사용을 위해서 다중 포지션 밸브(MPV)와 공급물과 탈착제가 유입되는 측과 추출물과 라피네이트가 유출되는 측 사이에 흐름 분배 MPV를 설치한 입력 및 출력 흐름 별로 다수의 다중 포지션 밸브(MPV)를 적용하는 SMB 분리 장치.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 공급물이 유입되는 측은 듀얼로 이루어진 입력 및 출력 흐름 별로 다수의 다중 포지션 밸브(MPV)를 적용하는 SMB 분리 장치.
  7. 유사 이동층(Simulated Moving Bed, SMB) 분리 장치를 이용한 유체의 분리방법에 있어서,
    원료(공급물과 탈착제)가 유입되는 유입 포트와 제품(추출물과 라피네이트)이 유출되는 유출 포트 사이에 각 흐름 별로 2개 이상의 다수의 다중 포지션 밸브(Multi-Position Valve, MPV)를 흡착챔버의 전체 베드 중 일정 부분의 베드에만 베드 라인을 통하여 연결되도록 설치하여 원료가 유입되는 유입 포트로부터 다중 포지션 밸브(MPV)를 통하여 원료가 흡착 챔버로 공급되고 제품이 흡착 챔버 측으로부터 다중 포지션 밸브(MPV)를 통하여 유출 포트로 공급되는 입력 및 출력 흐름 별로 다수의 다중 포지션 밸브(MPV)를 적용하는 SMB 분리 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 다중 포지션 밸브(MPV)는 흡착 챔버의 전체 베드 중 일정 부분의 베드에만 베드 라인을 통하여 연결되는 입력 및 출력 흐름 별로 다수의 다중 포지션 밸브(MPV)를 적용하는 SMB 분리 방법.
  9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서, 상기 다중 포지션 밸브(MPV)는 할당된 베드 수보다 최소한 1개 더 많은 채널을 가지고 흡착 챔버에 연결되는 입력 및 출력 흐름 별로 다수의 다중 포지션 밸브(MPV)를 적용하는 SMB 분리 방법.
  10. 제 7항 또는 제 8항에 있어서, 상기 다중 포지션 밸브(MPV)의 분배 사용을 위해서 다중 포지션 밸브(MPV)와 공급물과 탈착제가 유입되는 측과 추출물과 라피네이트가 유출되는 측 사이에 온-오프 밸브를 설치한 입력 및 출력 흐름 별로 다수의 다중 포지션 밸브(MPV)를 적용하는 SMB 분리 방법.
  11. 제 7항 또는 제 8항에 있어서, 상기 다중 포지션 밸브(MPV)의 분배 사용을 위해서 다중 포지션 밸브(MPV)와 공급물과 탈착제가 유입되는 측과 추출물과 라피네이트가 유출되는 측 사이에 흐름 분배 MPV를 설치한 입력 및 출력 흐름 별로 다수의 다중 포지션 밸브(MPV)를 적용하는 SMB 분리 방법.
  12. 제 7항 또는 제 8항에 있어서, 공급물이 유입되는 측은 듀얼로 이루어진 입력 및 출력 흐름 별로 다수의 다중 포지션 밸브(MPV)를 적용하는 SMB 분리 방법.
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