KR101842095B1 - 아세트산 정제 공정 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 30 중량% 내지 70 중량% 농도의 아세트산 수용액을 증류탑으로 증류하는 단계(단계 1); 상기 단계 1의 증류탑 내에서 아세트산의 농도가 10 중량% 내지 25 중량%인 부분에서의 증류분을 추출하는 단계(단계 2); 및 상기 단계 2에서 추출된 액상의 증류분을 투과증발(pervaporation) 공정으로 분리하는 단계(단계 3);를 포함하는 아세트산의 정제 공정을 제공한다. 본 발명에 따른 아세트산 정제 공정은 아세트산의 분리 및 정제 공정에서 발생하는 높은 에너지 소비를 감소시킬 수 있는 효과가 있다. 특히 아세트산의 분리 및 정제 공정으로, 증류 공정과 더불어 증류 공정에서 발생하는 특정 농도의 아세트산을 포함하는 증류분의 경우 투과증발 분리막을 이용한 투과증발 분리 공정으로 아세트산을 정제함으로써 증류 공정으로 소비되는 에너지 소비를 현저히 감소시켜 우수한 에너지 효율을 나타내는 공정이다.
Description
본 발명은 아세트산 정제를 위한 공정에 있어서, 에너지 효율을 높이기 위한 아세트산 정제 공정 및 그 장치에 관한 것이다.
아세트산은 비닐 아세테이트, 무수 아세트산, 아세트산 에틸, 아세트산 부틸, 아세트산염, 고순도 테레프탈산(PTA), 아세톤 등의 제조 원료로 정밀화학 분야에서 중요한 물질 중 하나이다.
물과 아세트산은 비등점 차이가 20 ℃ 미만이고 잘 혼합되는 특성이 있어 물이 기화 및 응축과정을 거칠 경우 아세트산 또한 함께 기화 및 응축되어 응축물 중 물만을 별도로 분리하여 반응기 외부로 배출시키기는 어렵다. 따라서, 배출된 응축물 중 아세트산만을 회수하여 재사용하기 위해서 증류탑을 이용해 물과 아세트산의 분리를 수행하고 있다(대한민국 공개특허 제10-2012-0013948호).
그러나, 상기한 바와 같이 물과 아세트산은 비등점 차이가 크지 않기 때문에 증류탑으로 분리하기 위해서는 많은 에너지가 필요할 뿐만 아니라 설비적으로도 증류탑의 단수가 매우 많아져 투자비가 크게 증가하는 문제점이 있다.
따라서, 상기한 문제점을 보완하고자 물과 공비혼합물(azeotrope)을 형성하는 공비제(entrainer)를 투입하여 아세트산과 공비혼합물의 비등점 차이를 크게 함으로써 분리에 필요한 에너지를 감소시키고 증류탑의 단수를 줄이는 공비증류법(azeotropic distillation) 기술이 제안되었으나 공비증류법을 사용하는 경우에도 공비혼합물의 비등점을 하강시키는데 한계가 있어 여전히 많은 에너지가 소모되고 있다. 또한, 증류탑 상부로 배출되는 공비 혼합물을 다시 물과 공비제로 분리하여 공비제만 회수하기 위해서는 디캔터(decanter)와 같은 추가 설비가 요구되고, 공정조건의 잦은 변화 등으로 인해 정확한 분리가 이루어지지 않아 공비제의 손실이 많은 문제점도 있다.
이에 비해, 투과증발 공정은 화학적 포텐셜 차이에 의해 분리가 일어나기 때문에 공비혼합물, 끓는점이 비슷한 혼합물 및 감열성 물질 등의 분리에 적합하며, 에너지 효율이 높은 방법 중 하나이다.
이에, 본 발명자들은 주로 증류 공정으로 이루어지는 아세트산의 분리 및 정제 공정에서 발생하는 높은 에너지 소비를 감소시키기 위하여, 증류 공정과 더불어 증류 공정에서 발생하는 낮은 농도의 아세트산을 포함하는 증류분을 투과증발 분리막을 이용한 투과증발 분리 공정으로 적용한 아세트산 정제 공정을 개발하였으며, 특정 농도의 아세트산을 포함하는 증류분을 투과증발 분리 공정으로 아세트산을 분리함으로써 증류 공정으로 소비되는 에너지 소비를 저감시켜 우수한 에너지 효율을 나타내는 것을 발견하고, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 아세트산의 분리, 정제에 있어 기존의 공정과 비교하여 에너지 효율을 향상시키는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
30 중량% 내지 70 중량% 농도의 아세트산 수용액을 증류탑으로 증류하는 단계(단계 1);
상기 단계 1의 증류탑 내에서 아세트산의 농도가 10 중량% 내지 25 중량%인 부분에서의 증류분을 추출하는 단계(단계 2); 및
상기 단계 2에서 추출된 액상의 증류분을 투과증발(pervaporation) 공정으로 분리하는 단계(단계 3);를 포함하는 아세트산의 정제 공정을 제공한다.
또한, 본 발명은
아세트산 수용액을 증류하여 분리하기 위한 증류탑; 및
상기 증류탑 내에서 아세트산의 농도가 10 중량% 내지 25 중량%인 부분과 연결되고, 상기 부분에서 추출된 증류분을 투과증발 공정으로 분리하는 투과증발 분리 공정부;를 포함하는 아세트산 정제 장치를 제공한다.
나아가, 본 발명은
30 중량% 내지 70 중량% 농도의 아세트산 수용액을 증류탑으로 증류하는 단계(단계 1);
상기 단계 1의 증류탑 내에서 아세트산의 농도가 10 중량% 내지 25 중량%인 부분에서의 증류분을 추출하는 단계(단계 2); 및
상기 단계 2에서 추출된 액상의 증류분을 투과증발(pervaporation) 공정으로 분리하는 단계(단계 3);를 포함하는 아세트산 정제 공정의 에너지 효율 향상방법을 제공한다.
본 발명에 따른 아세트산 정제 공정은 아세트산의 분리 및 정제 공정에서 발생하는 높은 에너지 소비를 감소시킬 수 있는 효과가 있다. 특히 아세트산의 분리 및 정제 공정으로, 증류 공정과 더불어 증류 공정에서 발생하는 특정 농도의 아세트산을 포함하는 증류분의 경우 투과증발 분리막을 이용한 투과증발 분리 공정으로 아세트산을 정제함으로써 증류 공정으로 소비되는 에너지 소비를 현저히 감소시켜 우수한 에너지 효율을 나타내는 공정이다.
도 1은 본 발명에 따른 아세트산 정제 장치의 일례를 나타낸 모식도이다.
본 발명은
30 중량% 내지 70 중량% 농도의 아세트산 수용액을 증류탑으로 증류하는 단계(단계 1);
상기 단계 1의 증류탑 내에서 아세트산의 농도가 10 중량% 내지 25 중량%인 부분에서의 증류분을 추출하는 단계(단계 2); 및
상기 단계 2에서 추출된 액상의 증류분을 투과증발(pervaporation) 공정으로 분리하는 단계(단계 3);를 포함하는 아세트산의 정제 공정을 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 아세트산의 정제 공정에 대하여 각 단계별로 상세히 설명한다.
이때, 본 발명에 따른 아세트산 정제 공정을 수행하기 위한 아세트산 정제 장치의 일례를 도 1에 모식도를 통해 나타내었으며, 이를 참조하여 상세히 설명한다.
도 1의 모식도로 나타낸 아세트산 정제 장치(100)는 아세트산 수용액을 증류하여 분리하기 위한 증류탑(10); 및 상기 증류탑 내에서 아세트산의 농도가 10 중량% 내지 25 중량%인 부분과 연결되고, 상기 부분에서 추출된 증류분을 투과증발 공정으로 분리하는 투과증발 분리 공정부(20);를 포함한다.
또한, 상기 투과증발 분리 공정부(20)는 상기 증류탑(10) 내에서 아세트산의 농도가 10 중량% 내지 25 중량%인 부분과 연결되어 증류분이 유입되는 증류분 유입라인(13); 상기 증류분의 물을 분리하는 투과증발용 분리막(21); 상기 분리된 물이 통과하는 투과라인(14); 및 물이 분리되고 남은 증류분을 증류탑으로 이동시키는 재순환라인(15);을 포함할 수 있다.
나아가, 상기 아세트산 정제 장치(100)는 증류탑(10)으로 피드 스트림인 아세트산 수용액을 유입시키기 위한 아세트산 수용액 유입 라인(11); 증류탑 하부의 아세트산이 풍부하고 물이 부족한 증류분을 배출하기 위한 배출라인으로, 증류탑 내에서 아세트산의 농도가 75 중량% 내지 99 중량%인 부분과 연결된 아세트산 배출라인(16); 상기 증류탑 하부의 아세트산 배출라인과 연결된 가열기(40); 및 최종적으로 아세트산이 풍부한 농축액을 회수하기 위한 회수라인(17);을 포함한다.
더욱 나아가, 상기 아세트산 정제 장치(100)는 증류탑(10) 최상부로부터 아세트산이 부족하고 물이 풍부한 증류분인 증기를 배출하기 위한 증기 배출 라인(12); 및 상기 증기 배출 라인에서 배출된 아세트산이 부족하고 물이 풍부한 증류분, 예를 들어 아세트산의 농도가 10 중량% 내지 25 중량% 미만인 증류분이 발생하는 부분에서 추출된 증류분과, 이와 연결된 증류분 유입라인(13)으로부터 투과증발 분리 공정부(20)로 유입되는 증류분의 열교환이 이루어지는 열교환기(30);를 포함한다.
먼저, 본 발명에 따른 아세트산의 정제 공정에 있어서, 단계 1은 30 중량% 내지 70 중량% 농도의 아세트산 수용액을 증류탑으로 증류하는 단계이다.
상기 단계 1에서는 일반적인 증류 공정을 이용하되, 30 중량% 내지 70 중량% 농도의 아세트산 수용액을 사용하여 증류 공정을 수행하는 단계로, 상기 농도의 아세트산 수용액을 증류탑으로 증류한다.
구체적으로, 상기 단계 1에서 아세트산 농축을 위한 증류 공정에 투입되는 아세트산 수용액의 아세트산 농도는 30 중량% 내지 70 중량%인 것이 바람직하고, 32.5 중량% 내지 67.5 중량%인 것이 더욱 바람직하고, 35 중량% 내지 65 중량%인 것이 가장 바람직하다. 이는, 아세트산의 기체-액체 상평형도를 토대로 30 중량% 미만의 경우, 분리가 어려워 증류탑의 단수가 높아지는 문제가 있기 때문이다.
다음으로, 본 발명에 따른 아세트산의 정제 공정에 있어서, 단계 2는 상기 단계 1의 증류탑 내에서 아세트산의 농도가 10 중량% 내지 25 중량%인 부분에서의 증류분을 추출하는 단계이다.
본 발명에 따른 아세트산 정제 공정은 종래 주로 증류 공정으로 이루어지는 아세트산의 분리 및 정제 공정에서 발생하는 높은 에너지 소비를 감소시키기 위하여 아세트산의 증류 공정과 더불어 투과증발 분리 공정을 수행하는데, 이를 위해 상기 단계 2에서는 증류 탑 내에서 아세트산의 농도가 특정 농도를 나타내는 부분에서의 증류분을 추출한다.
구체적으로, 상기 단계 2에서는 증류탑 내에서 아세트산의 농도가 10 중량% 내지 25 중량%인 부분에서의 증류분을 추출하는 것이 바람직하며, 12.5 중량% 내지 22.5 중량%인 부분에서의 증류분을 추출하는 것이 더욱 바람직하고, 15 중량% 내지 20 중량%인 부분에서의 증류분을 추출하는 것이 가장 바람직하다. 만약, 상기 단계 2에서 증류탑 내의 아세트산 농도가 10 중량% 미만이 되면 물과 아세트산의 높은 친밀도로 인해 증류 공정 수행이 어려워지며, 25 중량%를 초과하는 부분에서의 증류분을 추출하는 경우에는 증류 공정으로 유입되는 용액의 농도와 비슷하여 증류 공정만으로 수행되는 아세트산 정제 공정과 에너지 소비가 유사한 문제가 있다.
상기 단계 2에서 추출된 증류분은 열교환기를 통해 액상으로 전환되어 투과증발 분리 공정부(20)로 유입된다. 이때, 상기 열교환기는 증류탑 최상부에서 발생하는 10 중량% 초과 25 중량% 미만인 아세트산 농도를 가지는 증류분이 유입되며, 증류분 유입라인을 통해 투과증발 분리 공정부로 유입되는 증류분을 냉각시킬 수 있다.
또한, 상기 단계 1의 증류탑(10)은 증류탑 내부의 최상부에 위치한 증류탑 단(tray)에서의 아세트산의 농도가 10 중량% 내지 25 중량%가 되도록 설계될 수 있다. 상기 증류탑 내부의 최상부를 아세트산의 농도가 10 중량% 내지 25 중량%가 배출될 수 있도록 증류탑 단을 설계하여 별도의 단 설치 비용을 감소시킬 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 아세트산의 정제 공정에 있어서, 단계 3은 상기 단계 2에서 추출된 액상의 증류분을 투과증발(pervaporation) 공정으로 분리하는 단계이다.
상기 단계 3에서는 아세트산을 정제 및 분리하기 위한 공정의 에너지 소모를 감소시키기 위하여 증류탑 내의 아세트산의 농도가 10 중량% 내지 25 중량%인 부분으로부터 추출된 액상의 증류분을 투과증발 분리 공정부로 유입시켜 투과증발 공정으로 분리한다.
구체적으로, 상기 단계 3의 투과증발 공정으로 분리 단계에 사용되는 투과증발용 분리막은 폴리설폰, 폴리이서설폰, 폴리이미드, 폴리이서이미드 및 폴리비닐리덴디플루오리드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 종 또는 이를 지지체로 하여 표면에 폴리비닐알코올 층이 코팅 및 가교된 복합 분리막인 것이 바람직하다. 특히, 폴리 설폰 등의 지지체에 폴리비닐알코올 층이 코팅 및 가교된 복합 분리막을 투과증발 분리 공정에 적용하는 경우 아세트산 정제에 있어서 더욱 우수한 수율을 나타낼 수 있다.
또한, 본 발명은
아세트산 수용액을 증류하여 분리하기 위한 증류탑; 및
상기 증류탑 내에서 아세트산의 농도가 10 중량% 내지 25 중량%인 부분과 연결되고, 상기 부분에서 추출된 증류분을 투과증발 공정으로 분리하는 투과증발 분리 공정부;를 포함하는 아세트산 정제 장치를 제공한다.
이때, 본 발명에 따른 아세트산 정제 장치의 일례를 도 1에 모식도를 통해 나타내었으며,
이하, 도 1에 나타낸 모식도를 참조하여 본 발명에 따른 아세트산의 정제 장치에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 아세트산 정제 장치(100)는 아세트산 수용액을 증류하여 분리하기 위한 증류탑(10); 및 상기 증류탑 내에서 아세트산의 농도가 10 중량% 내지 25 중량%인 부분과 연결되고, 상기 부분에서 추출된 증류분을 투과증발 공정으로 분리하는 투과증발 분리 공정부(20);를 포함한다.
또한, 상기 투과증발 분리 공정부(20)는 상기 증류탑(10) 내에서 아세트산의 농도가 10 중량% 내지 25 중량%인 부분과 연결되어 증류분이 유입되는 증류분 유입라인(13); 상기 증류분의 물을 분리하는 투과증발용 분리막(21); 상기 분리된 물이 통과하는 투과라인(14); 및 물이 분리되고 남은 증류분을 증류탑으로 이동시키는 재순환라인(15);을 포함할 수 있다.
나아가, 상기 아세트산 정제 장치(100)는 증류탑(10)으로 피드 스트림인 아세트산 수용액을 유입시키기 위한 아세트산 수용액 유입 라인(11); 증류탑 하부의 아세트산이 풍부하고 물이 부족한 증류분을 배출하기 위한 배출라인으로, 증류탑 내에서 아세트산의 농도가 75 중량% 내지 99 중량%인 부분과 연결된 아세트산 배출라인(16); 상기 증류탑 하부의 아세트산 배출라인과 연결된 가열기(40); 및 최종적으로 아세트산이 풍부한 농축액을 회수하기 위한 회수라인(17);을 포함한다.
더욱 나아가, 상기 아세트산 정제 장치(100)는 증류탑(10) 최상부로부터 아세트산이 부족하고 물이 풍부한 증류분인 증기를 배출하기 위한 증기 배출 라인(12); 및 상기 증기 배출 라인에서 배출된 아세트산이 부족하고 물이 풍부한 증류분, 예를 들어 아세트산의 농도가 10 중량% 초과 25 중량% 미만인 증류분이 발생하는 부분에서 추출된 증류분과, 이와 연결된 증류분 유입라인(13)으로부터 투과증발 분리 공정부(20)로 유입되는 증류분의 열교환이 이루어지는 열교환기(30);를 포함한다.
또한, 상기 증류탑(10)은 증류탑 내부의 최상부에 위치한 증류탑 단(tray)에서의 아세트산의 농도가 10 중량% 내지 25 중량%가 되도록 설계된 것이 바람직하다. 상기 증류탑 내부의 최상부를 아세트산의 농도가 10 중량% 내지 25 중량%가 배출될 수 있도록 증류탑 단을 설계하여 별도의 단 설치 비용을 감소시킬 수 있다.
나아가, 본 발명은
30 중량% 내지 70 중량% 농도의 아세트산 수용액을 증류탑으로 증류하는 단계(단계 1);
상기 단계 1의 증류탑 내에서 아세트산의 농도가 10 중량% 내지 25 중량%인 부분에서의 증류분을 추출하는 단계(단계 2); 및
상기 단계 2에서 추출된 액상의 증류분을 투과증발(pervaporation) 공정으로 분리하는 단계(단계 3);를 포함하는 아세트산 정제 공정의 에너지 효율 향상방법을 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 아세트산 정제 공정의 에너지 효율 향상방법에 대하여 각 단계별로 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 아세트산 정제 공정의 에너지 효율 향상방법은 도 1의 모식도로 나타낸 아세트산 정제 장치(100)를 이용하는 것이 바람직하다.
상기 아세트산 정제 장치(100)는 아세트산 수용액을 증류하여 분리하기 위한 증류탑(10); 및 상기 증류탑 내에서 아세트산의 농도가 10 중량% 내지 25 중량%인 부분과 연결되고, 상기 부분에서 추출된 증류분을 투과증발 공정으로 분리하는 투과증발 분리 공정부(20);를 포함한다.
또한, 상기 투과증발 분리 공정부(20)는 상기 증류탑(10) 내에서 아세트산의 농도가 10 중량% 내지 25 중량%인 부분과 연결되어 증류분이 유입되는 증류분 유입라인(13); 상기 증류분의 물을 분리하는 투과증발용 분리막(21); 상기 분리된 물이 통과하는 투과라인(14); 및 물이 분리되고 남은 증류분을 증류탑으로 이동시키는 재순환라인(15);을 포함할 수 있다.
나아가, 상기 아세트산 정제 장치(100)는 증류탑(10)으로 피드 스트림인 아세트산 수용액을 유입시키기 위한 아세트산 수용액 유입 라인(11); 증류탑 하부의 아세트산이 풍부하고 물이 부족한 증류분을 배출하기 위한 배출라인으로, 증류탑 내에서 아세트산의 농도가 75 중량% 내지 99 중량%인 부분과 연결된 아세트산 배출라인(16); 상기 증류탑 하부의 아세트산 배출라인과 연결된 가열기(40); 및 최종적으로 아세트산이 풍부한 농축액을 회수하기 위한 회수라인(17);을 포함한다.
더욱 나아가, 상기 아세트산 정제 장치(100)는 증류탑(10) 최상부로부터 아세트산이 부족하고 물이 풍부한 증류분인 증기를 배출하기 위한 증기 배출 라인(12); 및 상기 증기 배출 라인에서 배출된 아세트산이 부족하고 물이 풍부한 증류분, 예를 들어 아세트산의 농도가 10 중량% 초과 25 중량% 미만인 증류분이 발생하는 부분에서 추출된 증류분과, 이와 연결된 증류분 유입라인(13)으로부터 투과증발 분리 공정부(20)로 유입되는 증류분의 열교환이 이루어지는 열교환기(30);를 포함한다.
먼저, 본 발명에 따른 아세트산 정제 공정의 에너지 효율 향상방법에 있어서, 단계 1은 30 중량% 내지 70 중량% 농도의 아세트산 수용액을 증류탑으로 증류하는 단계이다.
상기 단계 1에서는 일반적인 증류 공정을 이용하되, 30 중량% 내지 70 중량% 농도의 아세트산 수용액을 사용하여 증류 공정을 수행하는 단계로, 상기 농도의 아세트산 수용액을 증류탑으로 증류한다.
구체적으로, 상기 단계 1에서 아세트산 농축을 위한 증류 공정에 투입되는 아세트산 수용액의 아세트산 농도는 30 중량% 내지 70 중량%인 것이 바람직하고, 32.5 중량% 내지 67.5 중량%인 것이 더욱 바람직하고, 35 중량% 내지 65 중량%인 것이 가장 바람직하다.
다음으로, 본 발명에 따른 아세트산의 아세트산 정제 공정의 에너지 효율 향상방법에 있어서, 단계 2는 상기 단계 1의 증류탑 내에서 아세트산의 농도가 10 중량% 내지 25 중량%인 부분에서의 증류분을 추출하는 단계이다.
본 발명에 따른 아세트산 정제 공정은 종래 주로 증류 공정으로 이루어지는 아세트산의 분리 및 정제 공정에서 발생하는 높은 에너지 소비를 감소시키기 위하여 아세트산의 증류 공정과 더불어 투과증발 분리 공정을 수행하는데, 이를 위해 상기 단계 2에서는 증류 탑 내에서 아세트산의 농도가 특정 농도를 나타내는 부분에서의 증류분을 추출한다.
구체적으로, 상기 단계 2에서는 증류탑 내에서 아세트산의 농도가 10 중량% 내지 25 중량%인 부분에서의 증류분을 추출하는 것이 바람직하며, 12.5 중량% 내지 22.5 중량%인 부분에서의 증류분을 추출하는 것이 더욱 바람직하고, 15 중량% 내지 20 중량%인 부분에서의 증류분을 추출하는 것이 가장 바람직하다. 만약, 상기 단계 2에서 증류탑 내의 아세트산 농도가 10 중량% 미만이 되면 물과 아세트산의 높은 친밀도로 인해 증류 공정 수행이 어려워지며, 25 중량%를 초과하는 부분에서의 증류분을 추출하는 경우에는 증류 공정으로 유입되는 용액의 농도와 비슷하여 증류 공정만으로 수행되는 아세트산 정제 공정과 에너지 소비가 유사한 문제가 있다.
또한, 상기 단계 2에서 추출된 증류분을 열교환을 통해 냉각시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 단계 2에서 추출된 증류분을 액상으로 전환시키기 위하여 추출된 증류분을 열교환기(30)를 통해 열교환시켜 냉각시킬 수 있으며, 상기 추출된 증류분은 액상으로 전환되어 투과증발 분리 공정부(20)로 유입된다.
상기 열교환기는 증류탑 최상부에서 발생하는 10 중량% 초과 25 중량% 미만인 아세트산 농도를 가지는 증류분이 유입되며, 증류분 유입라인을 통해 투과증발 분리 공정부로 유입되는 증류분을 냉각시킬 수 있다.
또한, 상기 단계 1의 증류탑(10)은 증류탑 내부의 최상부에 위치한 증류탑 단(tray)에서의 아세트산의 농도가 10 중량% 내지 25 중량%가 되도록 설계될 수 있다. 상기 증류탑 내부의 최상부를 아세트산의 농도가 10 중량% 내지 25 중량%가 배출될 수 있도록 증류탑 단을 설계하여 별도의 단 설치 비용을 감소시킬 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 아세트산 정제 공정의 에너지 효율 향상방법에 있어서, 단계 3은 상기 단계 2에서 추출된 액상의 증류분을 투과증발(pervaporation) 공정으로 분리하는 단계이다.
상기 단계 3에서는 아세트산을 정제 및 분리하기 위한 공정의 에너지 소모를 감소시키기 위하여 증류탑 내의 아세트산의 농도가 10 중량% 내지 25 중량%인 부분으로부터 추출된 액상의 증류분을 투과증발 분리 공정부로 유입시켜 투과증발 공정으로 분리한다.
구체적으로, 상기 단계 3의 투과증발 공정으로 분리 단계에 사용되는 투과증발용 분리막은 폴리설폰, 폴리이서설폰, 폴리이미드, 폴리이서이미드 및 폴리비닐리덴디플루오리드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 종 또는 이를 지지체로 하여 표면에 폴리비닐알코올 층이 코팅 및 가교된 복합 분리막인 것이 바람직하다. 특히, 폴리 설폰 등의 지지체에 폴리비닐알코올 층이 코팅 및 가교된 복합 분리막을 투과증발 분리 공정에 적용하는 경우 아세트산 정제에 있어서 더욱 우수한 수율을 나타낼 수 있다.
이하, 본 발명을 하기의 실험예에 의해 보다 상세하게 설명한다.
단, 하기 실험예는 본 발명의 내용을 예시하는 것일 뿐 발명의 범위가 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실험예 1>
본 발명에 따른 아세트산 정제 공정의 에너지 효율을 확인하기 위하여, 하기와 같은 전산모사 실험을 수행하였다.
구체적으로, 투과증발용 분리막으로 폴리이서이미드를 지지체로 하여 폴리비닐알코올 층이 가교된 막을 이용하여 아세트산 농도에 따른 투과도 및 선택도를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타냈다.
| 아세트산 농도 (중량%) |
운전온도 (℃) |
Total flux (L/m2 h) |
Selectivity (Water/Acetic acid) |
| 10 | 80 | 1.43 | 7.63 |
| 15 | 80 | 1.88 | 13.74 |
이후, Aspen 프로그램을 통해 증류 공정을 전산모사 하였으며, 반응물(증류탑으로 유입되는 아세트산 수용액) 조건은 유입유량 100 Kg/hr, 아세트산 농도 60 중량%, 생성물(최종 농축된 아세트산) 조건은 아세트산 순도 99% 기준 생산량 1 kg 당 에너지 소비량으로 계산하였다.
또한, 아세트산 10 중량% 내지 15 중량% 농도의 투과도와 선택도를 토대로 본 발명에 따른 아세트산 정제 공정을 전산모사 하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
| 투과증발 분리 공정 유ㆍ무 |
투과증발 분리 공정으로 유입된 증류분의 아세트산 농도 (중량%) |
생산량 1 kg 당 에너지 소비량 (kWh/kg) |
에너지 효율 (%) |
| 무 | - | 5.15 | - |
| 유 | 10 | 4.14 | 19.50 |
| 유 | 15 | 3.91 | 23.98 |
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 아세트산 정제 공정의 에너지 효율은 기존 증류 공정만으로 아세트산을 정제하는 경우보다 약 19 % 내지 24 % 높음을 확인할 수 있었다.
100 : 아세트산 정제 장치
10 : 증류탑 11 : 아세트산 수용액 유입라인
12 : 증기 배출라인 13 : 증류분 유입라인
14 : 투과라인 15 : 재순환라인
16 : 아세트산 배출라인 17 : 회수라인
20 : 투과증발 분리 공정부 21 : 투과증발 분리막
30 : 열교환기 40 : 가열기
10 : 증류탑 11 : 아세트산 수용액 유입라인
12 : 증기 배출라인 13 : 증류분 유입라인
14 : 투과라인 15 : 재순환라인
16 : 아세트산 배출라인 17 : 회수라인
20 : 투과증발 분리 공정부 21 : 투과증발 분리막
30 : 열교환기 40 : 가열기
Claims (10)
- 35 중량% 내지 65 중량% 농도의 아세트산 수용액을 증류탑으로 증류하는 단계(단계 1);
상기 단계 1의 증류탑 내에서 아세트산의 농도가 10 중량% 내지 15 중량%인 부분에서의 증류분을 추출하는 단계(단계 2); 및
상기 단계 2에서 추출된 액상의 증류분을 폴리이서이미드를 지지체로 하여 폴리비닐알코올 층이 가교된 막을 분리막으로 사용하는 투과증발(pervaporation) 공정으로 분리하는 단계(단계 3);를 포함하는 아세트산의 정제 공정.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 단계 2에서 추출된 증류분을 열교환을 통해 냉각시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아세트산의 정제 공정.
- 제1항에 있어서,
상기 단계 1의 증류탑은 증류탑 내부의 최상부에 위치한 증류탑 단(tray)에서의 아세트산의 농도가 10 중량% 내지 15 중량%가 되도록 설계된 것을 특징으로 하는 아세트산의 정제 공정.
- 아세트산 수용액을 증류하여 분리하기 위한 증류탑; 및
상기 증류탑 내에서 아세트산의 농도가 10 중량% 내지 15 중량%인 부분과 연결되고, 상기 부분에서 추출된 증류분을 폴리이서이미드를 지지체로 하여 폴리비닐알코올 층이 가교된 막을 분리막으로 사용하는 투과증발 공정으로 분리하는 투과증발 분리 공정부;를 포함하는 아세트산 정제 장치.
- 제6항에 있어서,
상기 투과증발 분리 공정부는,
상기 증류탑 내에서 아세트산의 농도가 10 중량% 내지 15 중량%인 부분과 연결되어 증류분이 유입되는 증류분 유입라인;
상기 증류분의 물을 분리하는 폴리이서이미드를 지지체로 하여 폴리비닐알코올 층이 가교된 막을 포함하는 투과증발용 분리막;
상기 분리된 물이 통과하는 투과라인; 및
물이 분리되고 남은 증류분을 증류탑으로 이동시키는 재순환라인;을 포함하는 것을 특징으로 하는 아세트산 정제 장치.
- 제6항에 있어서,
상기 증류탑은 증류탑 내부의 최상부에 위치한 증류탑 단(tray)에서의 아세트산의 농도가 10 중량% 내지 15 중량%가 되도록 설계된 것을 특징으로 하는 아세트산 정제 장치.
- 제6항에 있어서,
상기 아세트산 정제 장치는,
상기 증류탑 하부와 연결된 가열기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아세트산 정제 장치.
- 35 중량% 내지 65 중량% 농도의 아세트산 수용액을 증류탑으로 증류하는 단계(단계 1);
상기 단계 1의 증류탑 내에서 아세트산의 농도가 10 중량% 내지 15 중량%인 부분에서의 증류분을 추출하는 단계(단계 2); 및
상기 단계 2에서 추출된 액상의 증류분을 폴리이서이미드를 지지체로 하여 폴리비닐알코올 층이 가교된 막을 분리막으로 사용하는 투과증발(pervaporation) 공정으로 분리하는 단계(단계 3);를 포함하는 아세트산 정제 공정의 에너지 효율 향상방법.
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