KR102357192B1 - Complex Heat Exchange Type Fractionation Distillation Device of Multi-Component Azeotropic Mixture and Fractionation Distillation Method Using the Same - Google Patents

Complex Heat Exchange Type Fractionation Distillation Device of Multi-Component Azeotropic Mixture and Fractionation Distillation Method Using the Same Download PDF

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Abstract

본 발명은 복합 열교환형 다성분 공비 혼합물의 분별증류장치 또는 경사분리기가 도입된 분별증류장치 및 이를 이용한 분별증류방법에 관한 것으로, 고압증류부와 저압증류부 및 이들 증류부 사이에 열전달이 이루어지도록 중첩되게 위치하는 중첩부를 포함하여 증류탑을 하나의 장치로 설계함으로써 상대적으로 높은 압력의 증류탑의 열을 회수하여 상대적으로 낮은 압력의 증류탑에 열을 전달하여 저압부에서 필요한 에너지를 절감해주며, 동시에 2성분계 이상의 다성분 공비혼합물 혹은 액-액 평형이 존재하는 3성분계 이상의 공비혼합물의 분리를 위한 투자비와 운전비를 절약하면서 압력변동에 따라 공비점이 변하는 다성분 혼합물을 하나의 장치로 분리할 수 있다.The present invention relates to a fractional distillation apparatus for a complex heat exchange type multi-component azeotrope mixture or a decanter introduced therein, and a fractional distillation method using the same, wherein heat is transferred between a high-pressure distillation unit and a low-pressure distillation unit and between these distillation units. By designing the distillation column as a single device, including overlapping overlapping parts, it recovers heat from the distillation column at a relatively high pressure and transfers the heat to the distillation column at a relatively low pressure, thereby reducing the energy required in the low pressure section, and at the same time It is possible to separate multicomponent mixtures whose azeotropes change according to pressure fluctuations with one device while saving investment and operating costs for separation of multicomponent azeotropes with more than one component or azeotropes with three or more components with liquid-liquid equilibrium.

Description

복합 열교환형 다성분 공비 혼합물의 분별증류장치 및 이를 이용한 분별증류방법{Complex Heat Exchange Type Fractionation Distillation Device of Multi-Component Azeotropic Mixture and Fractionation Distillation Method Using the Same}Complex Heat Exchange Type Fractionation Distillation Device of Multi-Component Azeotropic Mixture and Fractionation Distillation Method Using the Same

본 발명은 복합 열교환형 다성분 공비 혼합물의 분별증류장치 및 이를 이용한 분별증류방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다성분 공비 혼합물의 분리에 있어서, 고압증류부와 저압증류부 및 이들 증류부 사이에 열전달이 이루어지는 중첩부를 포함하여 증류탑을 하나의 장치로 설계하거나 추가로 증류탑에 경사분리기를 연결하여 상대적으로 적은 개수의 증류탑을 사용하고, 상대적으로 높은 압력의 증류탑의 열을 회수하여 상대적으로 낮은 압력의 증류탑에 열을 전달함으로써 2성분계 이상의 다성분 공비혼합물 혹은 액체-액체 평형이 존재하는 3성분계 이상 다성분 공비 혼합물을 효율적으로 분리하는 복합 열교환형 다성분 공비 혼합물의 분별증류장치 및 이를 이용한 분별증류방법에 관한 것이다.The present invention relates to a fractional distillation apparatus for a complex heat exchange type multi-component azeotropic mixture and a fractional distillation method using the same, and more particularly, to a high-pressure distillation unit and a low-pressure distillation unit, and between these distillation units in the separation of a multi-component azeotropic mixture. The distillation column is designed as a single device, including the overlapping part where heat transfer is performed, or a decanter is additionally connected to the distillation column to use a relatively small number of distillation columns, and to recover heat from the distillation column at a relatively high pressure. A complex heat exchange type multi-component azeotrope that efficiently separates a two-component multi-component azeotrope or a three-component multi-component azeotrope with liquid-liquid equilibrium by transferring heat to the distillation column, and a fractional distillation method using the same is about

공비(azeotrope)란 2개의 액체상 성분으로 이루어진 용액이 끓을 때 기체상과 액체상이 동일한 성분비가 되는 현상으로 혼합액체를 증류하면 어떤 일정한 온도에서 용액의 성분비가 증기의 성분비와 동일하게 되면서 유출물의 성분비와 잔류물의 성분비가 동일하게 되는 현상이다.Azeotrope is a phenomenon in which the gaseous and liquid phases have the same component ratio when a solution composed of two liquid phases boils. It is a phenomenon in which the composition ratio of the residue becomes the same.

공비 혼합물의 끓는점이 섞여 있는 순수한 화합물의 끓는점보다 낮게 나타날 때 양의 편차를 보인다고 말하며, 최저 끓는점(minimum-boiling point)을 갖는다. 끓는점이 구성 화합물의 끓는점보다 높게 나타날 때는 음의 편차를 보인다고 말하며 최고 끓는점(maximum-boiling point)을 갖는다.When the boiling point of an azeotrope is lower than the boiling point of the pure compound it is mixed with, it is said to show a positive deviation and has the minimum-boiling point. When the boiling point is higher than the boiling point of the constituent compound, it is said to show a negative deviation and has the maximum-boiling point.

양의 편차의 경우에는 두 성분의 이종 분자간 인력이 각 성분의 동종 분자간 인력보다 약해서 특정한 조성 범위에서는 두 성분의 증기압의 합이 순수한 한 성분의 증기압보다 크다. 따라서 특정한 조성의 혼합물이 순수한 화합물보다 더 잘 기화가 되어 낮은 끓는점을 가지게 되고 순수한 각 성분 화합물보다 낮은 온도에서 증류된다. 따라서 어느 성분도 순수하게 얻을 수 없고 공비 조성물로 존재하는 성분만을 얻을 뿐이다.In the case of positive deviation, the heterogeneous intermolecular attraction of two components is weaker than that of homogeneous intermolecular forces of each component. Therefore, a mixture of a certain composition vaporizes better than a pure compound, has a lower boiling point, and is distilled at a lower temperature than each pure compound. Therefore, neither component can be obtained purely, only components present as an azeotropic composition are obtained.

음의 편차가 큰 경우에는 두 화합물의 분자간 인력이 각각 성분의 분자간 인력보다 강하다. 따라서 특정 조성 범위에서 두 성분의 증기압의 합이 순수한 성분의 증기압보다 작다. 이런 혼합물은 특정한 조성에서 각각 성분 화합물보다 높은 끓는점을 가진다. 이러한 혼합물과 다른 조성을 갖는 혼합물을 증류하면 먼저 낮은 끓는점을 가지는 화합물이 증류되고 불변 끓음 혼합물의 조성을 가진 혼합물이 증류된다. 따라서 이 방법으로도 역시 순수한 화합물은 분리할 수 없다.If the negative deviation is large, the intermolecular attraction of two compounds is stronger than the intermolecular attraction of each component. Therefore, the sum of the vapor pressures of the two components in a specific composition range is less than the vapor pressure of the pure component. Such mixtures have a higher boiling point than each of the component compounds in a particular composition. When a mixture having a composition different from this mixture is distilled, a compound having a low boiling point is first distilled and a mixture having a composition of a constant boiling mixture is distilled. Therefore, even pure compounds cannot be isolated by this method.

이와 같이 화학공장에서 발생하는 다성분 공비 혼합물(azeotropic mixture)의 분리는 일반적인 증류 방법으로는 분리가 어렵다. 공비점을 효율적으로 제거해야 순수한 제품으로 증류가 가능하므로, 이들 공비점을 제거하기 위한 증류 공정을 살펴보면 다음과 같다.As such, it is difficult to separate the multi-component azeotropic mixture generated in a chemical plant by a general distillation method. The distillation process for removing these azeotropes is as follows, since distillation is possible as a pure product only when the azeotropic point is efficiently removed.

다성분 공비 혼합물(azeotropic mixture)의 분리를 위한 압력변동 증류 공정(Pressure Swing Distillation Process, PSD)는 압력에 따라 혼합물의 공비점이 변화하는 특성을 이용하여, 서로 상이한 압력에서 작동하는 다수의 증류탑을 이용하여 공비혼합물을 효율적으로 제거할 수 있는 방법이다. 2성분계의 공비 혼합물은 통상적으로 고압과 저압에 해당하는 2기의 증류탑을 사용하여 분리할 수 있다.(Cho, S. J. et al., Korean Chem. Eng. Res., 52(3), 307-313 (2014); Phimister, J. R. et al., Ind. Eng. Chem. Res., 39(1), 122-130(2000); Luyben, W. L., Ind. Eng. Chem. Res., 44(15), 5715-5725(2005); Luyben, W. L., Ind. Eng. Chem. Res., 47(8), 2696-2707(2008); Luyben, W. L., Ind. Eng. Chem. Res., 47(8), 2681-2695(2008); Repke, J.-U. et al., Chem. Eng. Res. Des., 85(4), 492-501(2007); Modla, G. et al., Chem. Eng. Sci., 63(11), 2856-2874 (2008); Modla, G. et al., Ind. Eng. Chem. Res., 49(8), 3785-3793(2010); Modla, G. et al., Chem. Eng. Sci., 65(2), 870-881(2010). 하지만 3성분계 이상의 공비혼합물을 갖는 혼합물의 경우 모든 성분들을 순수하게 분리해 내기 위해 3기 이상의 서로 다른 압력의 증류탑을 요구한다. 대표적으로 아세톤/물/클로로폼, 디이소프로필에테르/ 이소프로필알코올/물, 물/에탄올/벤젠, 또는 물/에탄올/톨루엔 등의 3성분계 공비혼합물들이 압력변동 증류 공정에 적용 가능 하다(Zhang, Q., et al., Sep. Purif. Technol., 211 (2019): 40-53.; Guang, C., et al. Chem. Eng. Res. Des., 143 (2019): 249-260.; Cui, Yue, et al. Process Saf. Environ. Protect., 122 (2019): 1-12).The Pressure Swing Distillation Process (PSD) for the separation of multi-component azeotropic mixtures uses a number of distillation columns operating at different pressures by using the characteristic that the azeotropic point of the mixture changes according to pressure. This is a method that can efficiently remove the azeotrope. A two-component azeotrope can be usually separated using two distillation columns corresponding to high and low pressures (Cho, SJ et al., Korean Chem. Eng. Res., 52(3), 307-313). (2014);Phimister, JR et al., Ind. Eng. Chem. Res., 39(1), 122-130 (2000); Luyben, WL, Ind. 5715-5725 (2005); Luyben, WL, Ind. Eng. Chem. Res., 47(8), 2696-2707 (2008); Luyben, WL, Ind. Eng. Chem. Res., 47(8), 2681-2695 (2008); Repke, J.-U. et al., Chem. Eng. Res. Des., 85(4), 492-501 (2007); Modla, G. et al., Chem. Eng Sci., 63(11), 2856-2874 (2008);Modla, G. et al., Ind. Eng. Chem. Res., 49(8), 3785-3793 (2010);Modla, G. et al. al., Chem. Eng. Sci., 65(2), 870-881 (2010), but in the case of a mixture having three or more azeotropes, three or more distillation columns at different pressures to purely separate all components Typically, three-component azeotropes such as acetone/water/chloroform, diisopropyl ether/isopropyl alcohol/water, water/ethanol/benzene, or water/ethanol/toluene can be applied to the pressure swing distillation process (Zhang, Q., et al., Sep. Purif. Technol., 211 (2019): 40-53.; Guang, C., et al. Chem. Eng. Res. Des., 143 (2019): 249-260.; Cui, Yue, et al. Process Saf. Environ. Protect., 122 (2019): 1-12).

액-액 평형(Liquid-liquid equilibrium)을 형성하는 일부 3성분계 공비 혼합물은 경사분리기(Decanter)에서 2개의 액체상으로 tie line을 따라 분리할 수 있으며 이를 활용하여 공비 혼합물 분리에 필요한 증류탑의 기수를 줄일 수 있다. 경사분리기의 사용은 공비혼합물로부터 분리된 제품의 생산비를 직접적으로 줄일 수 있으며, 에너지 소비량을 감소시켜 환경적 측면에서도 공정의 긍정적인 영향을 줄 수 있다.Some three-component azeotropic mixtures that form liquid-liquid equilibrium can be separated along the tie line into two liquid phases in a decanter, which can be used to reduce the number of distillation columns required for azeotrope separation. can The use of the decanter can directly reduce the production cost of the product separated from the azeotrope, and can also have a positive impact on the process from the environmental point of view by reducing energy consumption.

액-액 평형을 가지는 혼합물은 특정 영역의 조성에서 액체가 2개의 서로 서로 다른 액체상으로 존재할 때 더 낮은 깁스 자유에너지를 가지기 때문에 타이-라인(tie-line)을 따라 분리된다. 이러한 액-액 분리는 일반적인 증류탑에서 분리되지 않는 분리경계선(Distillation Boundary)에 영향을 받지 않고 가능하며, 혼합물의 조성에 따라 다른 타이-라인(tie-line)을 따라서 분리될 수 있다. 3성분계 공비혼합물에서의 분리 순서는 원료의 조성에 따라 달라지게 되며 경사분리기는 서로 상이한 압력의 증류탑들보다 먼저 배치되거나, 사이에 배치되거나, 마지막에 배치될 수 있다.A mixture with liquid-liquid equilibrium separates along a tie-line because, in a particular region of composition, the liquid has a lower Gibbs free energy when it exists as two different liquid phases. Such liquid-liquid separation is possible without being affected by the distillation boundary, which is not separated in a general distillation column, and may be separated along different tie-lines depending on the composition of the mixture. The separation sequence in the ternary azeotrope depends on the composition of the raw material, and the decanter may be disposed before, between, or last in distillation columns of different pressures.

또한, 국제공개특허 WO 2016/069198 A1은 압력변동 증류를 사용한 메탄올/메틸 메타크릴레이트 공비혼합물의 파괴를 개시하고 있다.In addition, International Patent Publication WO 2016/069198 A1 discloses the destruction of an azeotrope of methanol/methyl methacrylate using pressure swing distillation.

대부분 공비 혼합물은 압력변화에 민감하게 공비점의 이동을 보인다. 압력변환증류 공정의 원리는 이러한 거동을 이용하여 증류탑의 작동압력에 변화를 줌으로써 혼합물의 상대휘발도와 공비점 즉, 공비조성을 달라지게 함으로써 각각의 성분을 거의 순수한 성분으로의 분리를 용이하게 한 것이다. 이 때 공비혼합물의 공비점에서의 조성을 기준으로 어느 쪽에 위치하느냐에 따라 순수한 성분을 먼저 분리해 낼 수 있도록 고압증류부 또는 저압 증류부에 주입된다. 즉, 공비혼합물이 주입되는 증류부에서 순수한 성분이 분리될 수 있어야 하기 때문에, 공비점에서의 조성을 기준으로 공비혼합물의 조성이 더 가까운 성분이 분리되는 증류부로 주입된다.Most azeotropic mixtures show a shift in the azeotropic point sensitive to pressure changes. The principle of the pressure conversion distillation process is to use this behavior to change the operating pressure of the distillation column to change the relative volatility and azeotropic point of the mixture, that is, the azeotropic composition, thereby facilitating the separation of each component into almost pure components. At this time, the azeotrope is injected into the high-pressure distillation unit or the low-pressure distillation unit to separate the pure components first depending on which side it is located based on the composition at the azeotropic point of the azeotrope. That is, since the pure component must be able to be separated in the distillation section into which the azeotrope is injected, it is injected into the distillation section where components having a composition closer to the azeotrope based on the composition at the azeotrope are separated.

압력변동 증류의 경우 강제적인 압력 상승 및 하강을 위해 부가적인 에너지를 공급해야 하고, 이를 위해 리보일러 및 펌프의 용량이 증대되어 운전비가 증가하게 된다. 또한, 압력변동을 위해 하나 이상의 증류탑이 필요하다. 압력변동 증류를 포함하여 리보일러 및 펌프의 용량이 커 운전비가 큰 일반 증류 공정들의 경우 이를 해결하기 위해 다양한 형태의 열 통합된 공정을 제시하고 있지만 대부분은 하나의 증류탑을 상부 증류탑과 하부 증류탑으로 나누어 두 개의 증류탑으로 사이에서 열통합을 시도하거나 여러 개의 증류탑 사이의 다수의 열 교환기를 사용하여 오히려 증류 공정의 운전과 자본 경비의 증가로 효율성이 저하되거나, 실제 증류탑의 설계가 아닌 이론적인 수준의 열전달을 적용하는 데 그치는 경우가 대부분이다(Nakaiwa, M., et al. Chem. Eng. Res. Des. 81.1 162-177(2003); Kiran, Bandaru, and Amiya K. Jana. AIChE Journal　61.1, 118-131(2015); Kiran, Bandaru, and Amiya K. Jana. Sep. Purif. Technol. 142, 307-315(2015)).In the case of pressure fluctuation distillation, additional energy needs to be supplied for forced pressure rise and fall, and for this, the capacity of the reboiler and the pump is increased to increase the operating cost. In addition, one or more distillation columns are required for pressure fluctuations. In the case of general distillation processes with large operating costs due to the large capacity of the reboiler and pump, including pressure fluctuation distillation, various types of heat-integrated processes are proposed to solve this problem, but most of them divide one distillation column into an upper distillation column and a lower distillation column. Attempt to integrate heat between two distillation columns or use multiple heat exchangers between multiple distillation columns to reduce efficiency due to an increase in the operation and capital cost of the distillation process, or heat transfer at a theoretical level rather than the actual design of the distillation column (Nakaiwa, M., et al. Chem. Eng. Res. Des. 81.1 162-177 (2003); Kiran, Bandaru, and Amiya K. Jana. AIChE Journal 61.1, 118- 131 (2015); Kiran, Bandaru, and Amiya K. Jana. Sep. Purif. Technol. 142, 307-315 (2015)).

그러므로, 상기와 같은 문제점을 해결하고 개선된 압력변동증류법이 요구되고 있는 실정이다.Therefore, there is a need for an improved pressure fluctuation distillation method to solve the above problems.

이에, 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위하여 예의 노력한 결과, 다성분 공비 혼합물 분리에 있어서, 고압증류부와 저압증류부 및 이들 증류부 사이에 열전달이 이루어지는 중첩부를 포함하여 증류탑을 하나의 장치로 설계함으로써 상대적으로 높은 압력의 증류탑의 열을 회수하여 상대적으로 낮은 압력의 증류탑에 열을 부가하는 새로운 형태의 압력변동 증류탑을 이용하여 공비혼합물을 분리할 경우, 하나의 장치에서 다성분 공비혼합물의 분리가 가능하며, 압력이 다른 증류부의 접촉 효율 증대로 인한 최적화된 열전달률로 인한 에너지 절감 효과가 있고, 상대적으로 높은 압력의 증류부에서 발생하는 기체를 승압함으로써, 추가적인 에너지 절감으로 기존에 반드시 필요했던 저압부 리보일러 투자비를 절약할 수 있다는 것을 확인하고, 또한, 여기서 더 발전된 형태로서 3성분계 이상의 공비 혼합물의 분리를 위해서 1개의 고압증류부와 다수의 저압 증류부 또는 1개의 저압증류부와 다수의 고압증류부들이 하나의 복합 열교환형 분별증류장치로 통합(integration)되어야 했던 기존의 장치에서 경사분리기를 사용하여 증류부의 개수를 줄여 단일 고압증류부 및 저압증류부 또는 감소된 수의 증류부로 구성된 복합 열교환형 분별증류장치를 설계함으로써 장치의 복잡성과 제품의 생산비를 감소시킬 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.Accordingly, the present inventors have made diligent efforts to solve the above problems. As a result, in the separation of a multi-component azeotrope, a distillation column is designed as a single device, including a high-pressure distillation unit and a low-pressure distillation unit, and an overlapping unit where heat transfer is performed between these distillation units. In the case of separating the azeotrope using a new type of pressure fluctuation distillation column that recovers the heat of the distillation column at relatively high pressure and adds heat to the distillation column at relatively low pressure, the separation of the multi-component azeotrope in one device is It is possible, and there is an energy saving effect due to the optimized heat transfer rate due to the increase of the contact efficiency of the distillation units with different pressures, and by boosting the gas generated in the distillation unit at a relatively high pressure, the low pressure, which was necessary for additional energy saving, It is confirmed that it is possible to save the investment cost of the secondary reboiler, and, as a further developed form, one high-pressure distillation section and a plurality of low-pressure distillation sections or one low-pressure distillation section and a plurality of high-pressure distillation sections for separation of three-component or more azeotropic mixtures Complex heat exchange composed of a single high-pressure distillation unit and a low-pressure distillation unit or a reduced number of distillation units by reducing the number of distillation units by using a decanter in the existing device, in which the distillation units were to be integrated into one complex heat exchange type fractionation unit. By designing the type fractionation device, it was confirmed that the complexity of the device and the production cost of the product could be reduced, and the present invention was completed.

본 발명의 목적은 하나의 압력변동 증류탑으로 압력변동 증류에서 발생하는 열을 효과적으로 회수 공급하기 위한 것으로, 상대적으로 높은 압력의 증류부의 열을 회수하여 상대적으로 낮은 압력의 증류부에 열을 공급하는 구조를 이용하여 열효율을 극대화하는 장치 및 이를 이용한 압력변동 증류방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to effectively recover and supply heat generated in pressure fluctuation distillation to one pressure fluctuation distillation column, and a structure for recovering heat from a distillation unit at a relatively high pressure and supplying heat to a distillation unit at a relatively low pressure To provide an apparatus for maximizing thermal efficiency using

본 발명의 다른 목적은 하나의 압력변동 증류탑과 경사분리기를 사용하여 3성분계 이상의 공비혼합물 분리를 위한 증류부의 수를 감소시키며, 동시에 압력변동 증류에서 발생하는 열을 효과적으로 회수 공급하기 위한 것으로, 혼합물을 구성하는 성분 중 하나의 제품을 경사분리기에서 분리하여 분리의 효율을 극대화 및 장치를 간략화하며, 동시에 상대적으로 높은 압력의 증류부의 열을 회수하여 상대적으로 낮은 압력의 증류부에 열을 공급하는 구조를 이용하여 열효율을 극대화하는 장치 및 이를 이용한 압력변동 증류방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to reduce the number of distillation units for separation of three-component or more azeotropes using one pressure fluctuation distillation column and a decanter, and at the same time to effectively recover and supply heat generated in pressure fluctuation distillation, the mixture One of the components is separated from the decanter to maximize the separation efficiency and simplify the device, while at the same time recovering heat from the distillation unit at a relatively high pressure and supplying heat to the distillation unit at a relatively low pressure. An object of the present invention is to provide an apparatus for maximizing thermal efficiency using the same and a pressure fluctuation distillation method using the same.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 고압증류부(2); 저압증류부(1); 및 상기 고압증류부(2)와 상기 저압증류부(1) 사이에서 열전달이 이루어지도록 중첩되게 위치하는 중첩부(3)를 포함하는 복합 열교환형 다성분 공비 혼합물의 분별증류장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a high-pressure distillation unit (2); low pressure distillation unit (1); and an overlapping portion 3 positioned to overlap between the high-pressure distillation unit 2 and the low-pressure distillation unit 1 to achieve heat transfer.

본 발명은 또한, 고압증류부(2); 저압증류부(1); 상기 고압증류부(2)와 상기 저압증류부(1) 사이에서 열전달이 이루어지도록 중첩되게 위치하는 중첩부(3); 및 경사분리기(5)를 포함하는 복합 열교환형 다성분 공비 혼합물의 분별증류장치에 관한 것이다.The present invention also includes a high-pressure distillation unit (2); low pressure distillation unit (1); an overlapping portion (3) positioned to overlap between the high-pressure distillation portion (2) and the low-pressure distillation portion (1) to conduct heat transfer; and a decanter (5).

본 발명은 또한, 복합 열교환형 다성분 공비 혼합물의 분별증류장치를 이용한 다성분 공비 혼합물의 분별증류방법에 있어서, 상기 장치를 이용하여 고압증류부와 저압증류부 사이에서 열전달이 수행되는 단계를 포함하는 다성분 공비 혼합물의 분별증류방법을 제공한다.The present invention also provides a method for fractional distillation of a multi-component azeotrope using a complex heat exchange type multi-component azeotropic mixture fractional distillation apparatus, comprising the step of performing heat transfer between a high-pressure distillation unit and a low-pressure distillation unit using the apparatus It provides a method for fractional distillation of a multi-component azeotrope.

복합 열교환형 다성분 공비 혼합물의 분별증류장치를 이용한 다성분 공비 혼합물의 분별증류방법에 있어서, 경사분리기를 추가한 상기 장치를 이용하여 고압증류부와 저압증류부 사이에서 열전달이 수행되는 단계; 및 경사분리기에서 하나의 물질을 분리하는 단계를 포함하는 다성분 공비 혼합물의 분별증류방법을 제공한다.A method for fractional distillation of a multi-component azeotropic mixture using a complex heat exchange type multi-component azeotropic mixture fractional distillation apparatus, the method comprising: performing heat transfer between a high-pressure distillation unit and a low-pressure distillation unit using the apparatus to which a decanter is added; and separating a single substance in a decanter.

본 발명에 따른 복합 열교환형 다성분 공비혼합물 분별증류장치를 이용하면 하나의 장치에서 다성분 공비혼합물의 분리가 가능하며, 압력이 다른 증류부의 접촉 효율 증대로 인한 최적화된 열전달률로 인한 에너지 절감 효과가 있고, 상대적으로 높은 압력의 증류부에서 발생하는 기체를 승압함으로써, 추가적인 에너지 절감으로 기존에 반드시 필요했던 저압부 리보일러 투자비를 절약할 수 있다. When the complex heat exchange type multi-component azeotrope fractionation apparatus according to the present invention is used, it is possible to separate the multi-component azeotrope in one apparatus, and the energy saving effect due to the optimized heat transfer rate due to the increase in the contact efficiency of the distillation units having different pressures and by boosting the gas generated in the relatively high pressure distillation section, additional energy savings can save the investment cost of the low pressure section reboiler, which was absolutely necessary in the past.

본 발명에 따른 경사분리기가 도입된 복합 열교환형 다성분 공비 혼합물의 분별증류장치 및 이를 이용한 분별증류방법을 이용하면 하나의 중첩부 또는 기존보다 더 적은 수의 중첩부를 갖는 복합 열교환형 분별증류장치에서 3성분계 이상의 공비혼합물의 분리가 가능하며, 적은 증류부 수로 인해 증류부 내의 트레이에서 액체와 기체를 상평형에 이르게 하기 위한 열교환기에서 사용되는 에너지를 절감할 수 있으며, 동시에 압력이 다른 증류부의 접촉 효율 증대로 인한 최적화된 열전달률로 인한 에너지 절감함으로써, 다성분의 공비혼합물의 분리를 위해 기존에 반드시 필요했던 여러 기의 증류부들의 리보일러 투자비를 절약할 수 있다.When the fractional distillation apparatus for a complex heat exchange type multi-component azeotrope mixture introduced with the decanter according to the present invention and a fractional distillation method using the same are used, in a complex heat exchange type fractional distillation apparatus having one overlapping portion or a smaller number of overlapping portions than before It is possible to separate an azeotrope of three or more components, and due to the small number of distillation sections, the energy used in the heat exchanger for bringing liquid and gas to phase equilibrium in the tray in the distillation section can be reduced, and at the same time, the contact of distillation sections with different pressures By saving energy due to the optimized heat transfer rate due to the increase in efficiency, it is possible to save the investment cost of the reboiler of several distillation units, which was necessary for the separation of the multi-component azeotrope.

또한, 기존장치에 비해 장치 일원화로 인한 부지 사용 면적을 최소화할 수 있으며, 본 발명에 따라 기존에 설치된 압력변동 증류 시설의 최소 투자로 운전비를 절약할 수 있다.In addition, compared to the existing apparatus, it is possible to minimize the area used for the site due to the unification of the apparatus, and according to the present invention, it is possible to save the operating cost with the minimum investment in the pressure fluctuation distillation facility installed in the existing.

도 1은 본 발명에 따른 최소공비점을 가지는 2성분계 혼합물과 액-액 평형(Liquid-liquid equilibrium)에 의해 순도 99% 이상의 성분 분리가 가능한 3성분계 최소공비점을 가지는 혼합물의 분리 처리하기 위한 전체 공정 도면으로 저압증류부와 고압증류부 그리고 이들 증류부 사이에서 열교환이 일어나는 중첩부를 포함한다.
도 2는 도 1에 덧붙여 2성분계 최소공비점을 가지는 혼합물과 액-액 평형에 의해 순도 99% 이상의 성분 분리가 가능한 3성분계 최소공비점을 가지는 혼합물의 분리 처리하기 위한 전체 공정 도면으로 저압증류부와 고압증류부 그리고 이들 증류부 사이에서 열교환이 일어나는 중첩부 및 고압증류부에서 발생한 기체를 승압하는 컴프레서를 포함한다.
도 3은 본 발명에 따른 2성분계 최대공비점을 가지는 혼합물과 액-액 평형에 의해 순도 99% 이상의 성분 분리가 가능한 3성분계 최대공비점을 가지는 혼합물의 분리 처리하기 위한 전체 공정 도면으로 저압증류부 와 고압증류부 그리고 이들 증류부 사이에서 열교환이 일어나는 중첩부를 포함한다.
도 4는 본 발명에 따른 2성분계 최대공비점을 가지는 혼합물과 액-액 평형에 의해 순도 99% 이상의 성분 분리가 가능한 3성분계 최대 공비점을 가지는 혼합물의 분리 처리하기 위한 전체 공정 도면으로 저압증류부 와 고압증류부 그리고 이들 증류부 사이에서 열교환이 일어나는 중첩부 및 고압증류부에서 발생한 기체를 승압하는 컴프레서를 포함한다.
도 5는 본 발명에 따른 액-액 평형에 의해 순도 99% 이상의 성분 분리가 불가능한 3성분계 이상의 다성분계 공비 혼합물을 처리하기 위한 전체 공정 도면으로 첫 번째, 두 번째 그리고 세 번째 저압증류부와 고압증류부 그리고 이들 증류부 사이에서 열교환이 일어나는 중첩부를 포함한다.
도 6은 본 발명에 따른 액-액 평형에 의해 순도 99% 이상의 성분 분리가 불가능한 3성분계 이상의 다성분계 공비 혼합물을 처리하기 위한 전체 공정 도면으로 첫 번째, 두 번째, 그리고 세 번째 저압증류부 와 고압증류부 그리고 이들 증류부 사이에서 열교환이 일어나는 중첩부 및 고압증류부에서 발생한 기체를 승압하는 컴프레서를 포함한다.
도 7은 본 발명에 따른 압력이 다른 두 증류부 사이의 내부 접촉식 중첩부 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 압력이 다른 두 증류부 사이의 외부 접촉식 중첩부 도면이다.
도 9는 열교환형 다성분 공비 혼합물 분별 증류장치의 총괄전열계수 측정 실험 장비의 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 성분 A(중간 끓는점을 가지는 성분), B(가장 높은 끓는점을 가지는 성분), C(가장 낮은 끓는점을 가지는 성분)으로 구성되고, 이들에 의한 3성분계 최소 공비혼합물을 가지며, 액-액 평형에 의해 성분 C가 99% 이상의 순도로 분리되는 3성분계 시스템의 저압과 고압에서의 상평형도이며, 압력 변동에 의해 분리경계선이 이동함을 나타낸다.
도 11은 본 발명에 따른 최소공비점을 가지며 동시에 액-액 평형에 의해 순도 99% 이상의 성분 분리가 가능한 3성분계 혼합물을 고압증류부로 주입 후, 저압증류부를 거쳐 경사분리기에서 순차적인 혼합물의 분리 처리를 위한 전체 공정 도면으로 저압증류부와 고압증류부 그리고 이들 증류부 사이에서 열교환이 일어나는 중첩부로 이루어진 복합 열교환형 분별증류장치와 경사분리기를 포함한다.
도 12는 본 발명에 따른 최소공비점을 가지며 동시에 액-액 평형에 의해 순도 99% 이상의 성분 분리가 가능한 3성분계 혼합물을 경사분리기로 주입 후, 저압증류부와 고압증류부를 거쳐 순차적인 혼합물의 분리 처리를 위한 전체 공정 도면으로 저압증류부와 고압증류부 그리고 이들 증류부 사이에서 열교환이 일어나는 중첩부로 이루어진 복합 열교환형 분별증류장치와 경사분리기를 포함한다.
도 13은 본 발명에 따른 최소공비점을 가지며 동시에 액-액 평형에 의해 순도 99% 이상의 성분 분리가 가능한 3성분계 혼합물을 고압증류부로 주입 후, 경사분리기와 저압증류부를 거쳐 순차적인 혼합물의 분리 처리를 위한 전체 공정 도면으로 저압증류부와 고압증류부 그리고 이들 증류부 사이에서 열교환이 일어나는 중첩부로 이루어진 복합 열교환형 분별증류장치와 경사분리기를 포함한다.
도 14는 본 발명에 따른 최대공비점을 가지며 동시에 액-액 평형에 의해 순도 99% 이상의 성분 분리가 가능한 3성분계 혼합물을 고압증류부로 주입 후, 저압증류부를 거쳐 경사분리기에서 순차적인 혼합물의 분리 처리를 위한 전체 공정 도면으로 저압증류부와 고압증류부 그리고 이들 증류부 사이에서 열교환이 일어나는 중첩부로 이루어진 복합 열교환형 분별증류장치와 경사분리기를 포함한다.
도 15는 본 발명에 따른 최대공비점을 가지며 동시에 액-액 평형에 의해 순도 99% 이상의 성분 분리가 가능한 3성분계 혼합물을 경사분리기로 주입 후, 저압증류부와 고압증류부를 거쳐 순차적인 혼합물의 분리 처리를 위한 전체 공정 도면으로 저압증류부와 고압증류부 그리고 이들 증류부 사이에서 열교환이 일어나는 중첩부로 이루어진 복합 열교환형 분별증류장치와 경사분리기를 포함한다.1 is an overall view for separating a two-component mixture having a minimum azeotrope according to the present invention and a mixture having a minimum azeotropic point of a three-component system capable of separating components with a purity of 99% or more by liquid-liquid equilibrium. The process drawing includes a low-pressure distillation section and a high-pressure distillation section, and an overlapping section where heat exchange occurs between these distillation sections.
2 is a low-pressure distillation unit for separating and processing a mixture having a two-component minimum azeotropic point in addition to FIG. and a high-pressure distillation unit and an overlapping unit where heat exchange occurs between these distillation units and a compressor for boosting the pressure of the gas generated in the high-pressure distillation unit.
3 is a low-pressure distillation unit for separating and processing a mixture having a two-component maximum azeotropic point according to the present invention and a mixture having a three-component maximum azeotropic point capable of separating components with a purity of 99% or more by liquid-liquid equilibrium. and a high-pressure distillation section, and an overlapping section where heat exchange occurs between these distillation sections.
4 is a low-pressure distillation unit for the separation treatment of a mixture having a two-component maximum azeotropic point according to the present invention and a mixture having a three-component maximum azeotropic point capable of separating components with a purity of 99% or more by liquid-liquid equilibrium. and a high-pressure distillation unit and an overlapping unit where heat exchange occurs between these distillation units and a compressor for boosting the pressure of the gas generated in the high-pressure distillation unit.
5 is an overall process diagram for treating a three-component or more multi-component azeotrope that cannot be separated from a purity of 99% or more by liquid-liquid equilibrium according to the present invention. First, second and third low-pressure distillation units and high-pressure distillation sections and overlapping sections where heat exchange takes place between these distillation sections.
6 is an overall process diagram for treating a three-component or more multi-component azeotrope that cannot be separated from a purity of 99% or more by liquid-liquid equilibrium according to the present invention. The first, second, and third low-pressure distillation units and high-pressure It includes a distillation unit and a compressor for increasing the pressure of the gas generated in the high-pressure distillation unit and the overlapping unit where heat exchange occurs between the distillation units.
7 is a diagram of an internal contact overlapping section between two distillation sections with different pressures according to the present invention;
8 is a diagram of an external contact overlapping section between two distillation sections with different pressures according to the present invention;
9 is a view of the experimental equipment for measuring the overall heat transfer coefficient of the heat exchange type multi-component azeotropic mixture fractional distillation apparatus.
10 is composed of components A (component having a medium boiling point), B (component having the highest boiling point), and C (component having the lowest boiling point) according to the present invention, and having a three-component minimum azeotrope by them; , is the phase equilibrium at low and high pressure of a three-component system in which component C is separated with a purity of 99% or more by liquid-liquid equilibrium, and indicates that the separation boundary moves due to pressure fluctuations.
11 is a three-component mixture having a minimum azeotropic point according to the present invention and at the same time capable of separating components with a purity of 99% or more by liquid-liquid equilibrium into the high-pressure distillation unit, and then passing through the low-pressure distillation unit to sequentially separate the mixture in the decanter. It includes a complex heat exchange type fractionation distillation device and a decanter consisting of a low-pressure distillation unit, a high-pressure distillation unit, and an overlapping unit where heat exchange occurs between these distillation units.
12 is a three-component mixture having a minimum azeotropic point according to the present invention and at the same time capable of separating components with a purity of 99% or more by liquid-liquid equilibrium with a decanter, and then sequentially separating the mixture through a low-pressure distillation unit and a high-pressure distillation unit. It includes a complex heat exchange type fractionation distillation device and a decanter consisting of a low-pressure distillation unit, a high-pressure distillation unit, and an overlapping unit in which heat exchange occurs between these distillation units as an overall process diagram for treatment.
13 is a three-component mixture having a minimum azeotropic point according to the present invention and at the same time capable of separating components with a purity of 99% or more by liquid-liquid equilibrium into a high-pressure distillation unit, followed by a decanter and a low-pressure distillation unit to sequentially separate the mixture It includes a complex heat exchange type fractional distillation device and a decanter consisting of a low-pressure distillation unit, a high-pressure distillation unit, and an overlapping unit in which heat exchange occurs between these distillation units.
14 is a three-component mixture having the maximum azeotropic point according to the present invention and at the same time capable of separating components with a purity of 99% or more by liquid-liquid equilibrium into the high-pressure distillation unit, and then passing through the low-pressure distillation unit to sequentially separate the mixture in the decanter. It includes a complex heat exchange type fractional distillation device and a decanter consisting of a low-pressure distillation unit, a high-pressure distillation unit, and an overlapping unit in which heat exchange occurs between these distillation units.
15 is a three-component mixture having a maximum azeotropic point according to the present invention and at the same time capable of separating components with a purity of 99% or more by liquid-liquid equilibrium into a decanter, followed by a low-pressure distillation unit and a high-pressure distillation unit, and sequential separation of the mixture It includes a complex heat exchange type fractionation distillation device and a decanter consisting of a low-pressure distillation unit, a high-pressure distillation unit, and an overlapping unit in which heat exchange occurs between these distillation units as an overall process diagram for treatment.

다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In general, the nomenclature used herein is those well known and commonly used in the art.

본 발명에서는 다성분 공비 혼합물 분리에 있어서, 고압증류부와 저압증류부 및 이들 증류부 사이에 열전달이 이루어지도록 중첩되게 위치하는 중첩부를 포함하여 증류탑을 하나의 장치로 설계함으로써 상대적으로 높은 압력의 증류탑의 열을 회수하여 상대적으로 낮은 압력의 증류탑에 열을 부가하는 새로운 형태의 압력변동 증류탑을 이용하여 공비혼합물을 분리할 경우, 하나의 장치에서 다성분 공비혼합물의 분리가 가능하며, 압력이 다른 증류부의 접촉 효율 증대로 인한 최적화된 열전달률로 인한 에너지 절감 효과가 있고, 상대적으로 높은 압력의 증류부에서 발생하는 기체를 승압함으로써, 추가적인 에너지 절감으로 기존에 반드시 필요했던 저압부 리보일러 투자비를 절약할 수 있다는 것을 확인하였다.In the present invention, in the separation of a multi-component azeotrope, the distillation column is designed as a single device, including the high-pressure distillation unit, the low-pressure distillation unit, and an overlapping unit positioned to overlap with each other to achieve heat transfer between the distillation units, thereby providing a relatively high pressure distillation column. When an azeotrope is separated using a new type of pressure fluctuation distillation column that recovers heat from the distillation column and adds heat to a relatively low pressure distillation column, it is possible to separate multi-component azeotropes in one device and distillation with different pressures There is an energy saving effect due to the optimized heat transfer rate due to the increase in the contact efficiency of the negative part, and by boosting the gas generated in the relatively high pressure distillation part, additional energy saving can save the investment cost of the low-pressure part reboiler, which was necessary in the past confirmed that it is possible.

따라서, 본 발명은 일 관점에서, 고압증류부(2); 저압증류부(1); 및 상기 고압증류부(2)와 상기 저압증류부(1) 사이에서 열전달이 이루어지도록 중첩되게 위치하는 중첩부(3)를 포함하는 복합 열교환형 다성분 공비 혼합물의 분별증류장치에 관한 것이다.Accordingly, the present invention in one aspect, the high-pressure distillation unit (2); low pressure distillation unit (1); And it relates to a complex heat exchange type multi-component azeotropic fractionation apparatus comprising an overlapping portion (3) positioned to overlap between the high-pressure distillation unit (2) and the low-pressure distillation unit (1) to achieve heat transfer.

이하 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 다성분 공비 혼합물 분리에 에너지 효율성을 극대화하기 위해 고압증류부와 저압증류부 그리고 이들 증류부 사이에서 열전달이 이루어지는 중첩부를 포함하는 복합 열교환형 다성분 공비 혼합물 분별 증류 장치 및 이의 동작 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a complex heat exchange type multi-component azeotrope fractionation apparatus comprising a high-pressure distillation unit, a low-pressure distillation unit, and an overlapping unit in which heat transfer is performed between the distillation units in order to maximize energy efficiency in multi-component azeotrope separation, and an operating method thereof. it's about

본 장치는 크게 압력변동에 따라, 고압증류부와 저압증류부 그리고 이들 증류부 사이에서 열전달이 이루어지도록 중첩되게 위치하는 중첩부로 구분되어있다.This apparatus is largely divided into a high-pressure distillation part, a low-pressure distillation part, and an overlapping part positioned to overlap so that heat transfer is made between these distillation parts according to pressure fluctuations.

본 발명에 있어서, 상기 중첩부(3)는 저압증류부에 필요한 열을 공급하기 위해 고압증류부 상부와 저압증류부 하부가 중첩된 이중관 형태의 증류부를 말하며, 상평형 유도와 저압증류부 열교환 효율 증대를 위한 트레이; 중첩부 열교환 펌프; 중첩부 열교환기로 이루어져 있다. 상기 중첩부(3)는 상기 고압증류부(2)의 일부 하부와 상기 저압증류부(1)의 일부 상부가 중첩되도록 위치하는 이중관 형태; 상기 저압증류부(1)의 일부 하부와 상기 고압증류부(2)의 일부 상부가 중첩되도록 위치하는 이중관 형태; 상기 고압증류부(2)의 전부가 상기 저압증류부(1)의 내부에 위치하는 이중관 형태 또는 상기 고압증류부(2)와 상기 저압증류부(1)가 접촉되어 있는 형태 또는 상기 저압증류부(1)의 전부가 상기 고압증류부(2)의 내부에 위치하는 이중관 형태 또는 상기 저압증류부(1)와 상기 고압증류부(2)가 접촉되어 있는 형태일 수 있다.In the present invention, the overlapping part 3 refers to a distillation part in the form of a double tube in which the upper part of the high-pressure distillation part and the lower part of the low-pressure distillation part are overlapped to supply heat required to the low-pressure distillation part, and the phase equilibrium induction and heat exchange efficiency of the low-pressure distillation part tray for augmentation; overlapping heat exchange pumps; It consists of an overlapping section heat exchanger. The overlapping portion (3) is a double tube type positioned so that a portion of the lower portion of the high-pressure distillation portion (2) and a portion of the upper portion of the low-pressure distillation portion (1) overlap; a double pipe type in which a part of the lower part of the low-pressure distillation unit (1) and a part of the upper part of the high-pressure distillation unit (2) overlap; All of the high-pressure distillation unit 2 has a double-tube type located inside the low-pressure distillation unit 1, or a form in which the high-pressure distillation unit 2 and the low-pressure distillation unit 1 are in contact with each other, or the low-pressure distillation unit All of (1) may be in the form of a double tube positioned inside the high-pressure distillation unit 2 or in a form in which the low-pressure distillation unit 1 and the high-pressure distillation unit 2 are in contact.

본 발명에 있어서, 상기 저압증류부(1)의 일부 하부와 상기 고압증류부(2)의 일부 상부가 중첩되도록 위치하는 이중관 형태인 중첩부(3)는 도 1에 도시되어 있다.In the present invention, an overlapping portion 3 in the form of a double tube positioned so that a part of the lower part of the low pressure distillation part 1 and a part of the upper part of the high pressure distillation part 2 overlap is shown in FIG. 1 .

본 발명에 있어서, 상기 중첩부(3)의 구성이 고압증류부(2)가 저압증류부(1)의 내부에 위치하는 방식으로 고압증류부(2)의 전부가 상기 저압증류부(1)의 내부에 위치하는 이중관 형태의 중첩부(3)는 도 7에 나타내었다.In the present invention, the configuration of the overlapping part 3 is such that the high-pressure distillation part 2 is located inside the low-pressure distillation part 1, so that all of the high-pressure distillation part 2 is the low-pressure distillation part 1 The overlapping portion 3 in the form of a double tube positioned inside of is shown in FIG. 7 .

본 발명에 있어서, 상기 중첩부(3)의 구성이 저압증류부(1)가 고압증류부(2)의 내부에 위치하는 방식으로 저압증류부(1)의 전부가 상기 고압증류부(2)의 내부에 위치하는 중첩부(3)는 도 8에 나타내었다. 도 8에서는 고압증류부(2)와 저압증류부(1)를 도 7과 같은 이중관 구조가 아닌 도 8과 같이 배치시켜 고압증류부(2)와 저압증류부(1) 사이의 접촉면이 중첩부의 역할을 할 수 있도록 배치한다.In the present invention, the configuration of the overlapping part 3 is such that the low-pressure distillation part 1 is located inside the high-pressure distillation part 2, so that all of the low-pressure distillation part 1 is the high-pressure distillation part 2 The overlapping portion 3 positioned inside the is shown in FIG. 8 . In FIG. 8, the high-pressure distillation unit 2 and the low-pressure distillation unit 1 are arranged as shown in FIG. 8, not the double-tube structure as in FIG. set up to do the job.

본 발명에 있어서, 도 7에서 고압증류부(2)의 트레이(21) 및 저압증류부(1)의 트레이(11) 구조와 같이 중첩부에서의 저압증류부(1)와 고압증류부(2)의 구조에 따라 증류부 내부의 핀, 패킹, 트레이, 튜브의 모양을 변형하여 열전달 면적을 증가시킴으로써 중첩부 열교환 효율을 증대시킬 수 있다.In the present invention, as in the structure of the tray 21 of the high-pressure distillation unit 2 and the tray 11 of the low-pressure distillation unit 1 in FIG. 7, the low-pressure distillation unit 1 and the high-pressure distillation unit 2 in the overlapping part ), by changing the shape of the fins, packings, trays, and tubes inside the distillation unit to increase the heat transfer area, it is possible to increase the heat exchange efficiency of the overlapping part.

본 발명에 있어서, 저압증류부(1)는 중첩부에서 전달된 열로 인해 혼합물이 비점에 이르게 되고 비점에 이른 기체를 액체로 응축시키기 위한 응축기와 펌프; 상평형을 유도하는 트레이로 이루어져 있다. 상기 저압증류부(1)는 상평형을 유도하는 저압증류부 트레이(11); 상기 중첩부(3)에서 전달된 열로 혼합물이 비점에 이르게 되고 비점에 이른 기체를 액체로 응축시키는 저압증류부 응축기(12); 및 상기 저압증류부(1)에서 증류된 후 잔여의 공비 혼합물을 회수하여 상기 고압증류부(2)로 전달하는 저압증류부 환류펌프(13)로 구성될 수 있다.In the present invention, the low-pressure distillation unit 1 includes a condenser and a pump for condensing the mixture to a boiling point due to the heat transferred from the overlapping portion and condensing the gas that has reached the boiling point into a liquid; It consists of a tray that induces phase equilibrium. The low-pressure distillation unit 1 includes a low-pressure distillation unit tray 11 for inducing phase equilibrium; a low-pressure distillation unit condenser (12) for causing the mixture to reach a boiling point with the heat transferred from the overlapping unit (3) and condensing the gas that has reached the boiling point into a liquid; and a low-pressure distillation unit reflux pump 13 that recovers the remaining azeotrope after distillation in the low-pressure distillation unit 1 and delivers it to the high-pressure distillation unit 2 .

본 발명에 있어서, 고압증류부(2)는 혼합물의 공비점까지 온도를 상승시키기 위한 리보일러; 상부 기체를 승압하는 컴프레서; 승압된 기체의 압력을 조절하여 저압증류부로 보내기 위한 교축 변환 밸브로 이루어져 있는데, 상기 고압증류부(2)는 상평형을 유도하는 고압증류부 트레이(21); 상기 고압증류부(2)에서 증류된 후 잔여의 공비 혼합물을 회수하여 상기 저압증류부(1)로 전달하는 고압증류부 환류펌프(22); 상기 저압증류부(1)에서 생성된 공비 혼합물의 공비점까지 온도를 상승시키기 위한 고압증류부 리보일러(23); 및 비점에 이른 기체를 액체로 응축시키는 고압증류부 응축기(26);로 구성될 수 있다.In the present invention, the high-pressure distillation unit (2) is a reboiler for raising the temperature to the azeotropic point of the mixture; a compressor for boosting the upper gas; It consists of a throttle conversion valve for controlling the pressure of the pressurized gas and sending it to the low-pressure distillation unit. The high-pressure distillation unit 2 includes: a high-pressure distillation unit tray 21 for inducing phase equilibrium; a high-pressure distillation unit reflux pump 22 for recovering the remaining azeotropic mixture after distillation in the high-pressure distillation unit 2 and transferring it to the low-pressure distillation unit 1; a high-pressure distillation unit reboiler (23) for raising the temperature to the azeotropic point of the azeotropic mixture generated in the low-pressure distillation unit (1); and a high-pressure distillation unit condenser 26 for condensing the gas that has reached the boiling point into a liquid.

본 발명에 있어서, 상기 고압증류부(2)는 상기 고압증류부(2) 상부에서 발생하는 기체의 압력을 승압시키는 컴프레서(24); 및 상기 컴프레서(24)에서 승압된 기체의 압력을 상기 저압증류부(1)로 전달하여 압력을 강하시키기 위한 교축 변환 밸브(25)를 추가로 포함할 수 있다.In the present invention, the high-pressure distillation unit (2) is a compressor (24) for increasing the pressure of the gas generated in the upper portion of the high-pressure distillation unit (2); and a throttle conversion valve 25 for transferring the pressure of the gas pressurized by the compressor 24 to the low-pressure distillation unit 1 to drop the pressure.

본 발명에 있어서, 상기 중첩부(3)는 상평형을 유도하고 저압증류부(1)와의 열교환 효율을 증대하기 위한 중첩부 열교환 트레이(31); 중첩부 열교환 펌프(32); 및 중첩부 열교환기(33)로 구성될 수 있다.In the present invention, the overlapping portion 3 includes an overlapping portion heat exchange tray 31 for inducing phase equilibrium and increasing heat exchange efficiency with the low pressure distillation portion 1; an overlap heat exchange pump (32); and an overlapping part heat exchanger 33 .

본 발명은 다른 관점에서 (a) 공비 혼합물의 공비 특성에 따라 고압증류부 또는 저압증류부로 주입되고 고압증류부 열교환기에 스팀 또는 전기에너지를 인가시켜 고압증류부 내 액체가 비점에 이르게 되며 (e) 단계에서 고압증류부로 유입된 액체와의 상평형을 일으키는 단계; (b) 고압증류부의 상단 또는 하단에서 발생한 혼합액 유체를 액체 상태로 저압증류부로 인가하는 단계; (c) 상기 (a) 단계에서 발생하는 열이 중첩부 트레이를 통해 저압증류부 하부의 기체와 액체를 가열시키는 단계; (d) 상기 (c) 단계에서 전가된 열을 이용하여 저압증류부 하부 액체를 비점까지 상승시키는 단계; (e) 저압증류부에서 유출되는 혼합액 유체를 액체 상태로 저압증류부 펌프에 의해 승압하여 저압 및 고압증류부로 인가하는 단계; 및 (f) 상기(b) 단계에서 저압증류부로 인가된 액체를 상기 (d) 단계에서 생성된 기체와 저압증류부 트레이를 통해 상평형에 이르게 되는 단계를 포함하는 상기 복합 열교환형 다성분 공비 혼합물의 분별증류장치를 이용한 다성분 공비 혼합물의 분별증류방법에 관한 것이다.According to another aspect of the present invention, (a) according to the azeotropic properties of the azeotropic mixture, it is injected into the high-pressure distillation section or the low-pressure distillation section, and steam or electric energy is applied to the high-pressure distillation section heat exchanger so that the liquid in the high-pressure distillation section reaches a boiling point (e) generating phase equilibrium with the liquid introduced into the high-pressure distillation unit in the step; (b) applying the mixed solution fluid generated at the upper end or lower end of the high-pressure distillation unit to the low-pressure distillation unit in a liquid state; (c) heating the gas and liquid in the lower part of the low-pressure distillation part through the tray of the overlapping part with the heat generated in step (a); (d) raising the lower liquid of the low pressure distillation unit to a boiling point using the heat transferred in step (c); (e) applying the pressure of the mixed liquid flowing out from the low-pressure distillation unit to the low-pressure and high-pressure distillation unit by increasing the pressure by the low-pressure distillation unit pump to a liquid state; and (f) bringing the liquid applied to the low pressure distillation unit in step (b) to phase equilibrium with the gas generated in step (d) through the low pressure distillation unit tray. It relates to a method for fractional distillation of a multi-component azeotrope using a fractional distillation apparatus of

본 발명은 또 다른 관점에서 (a) 공비 혼합물의 공비 특성에 따라 고압증류부 또는 저압증류부로 주입되고 고압증류부 열교환기에 스팀 또는 전기에너지가 인가되어 고압증류부내 액체가 비점에 이르게 되며 (f) 단계에서 생성된 액체와의 상평형을 일으키는 단계; (b) 상기 (a) 단계에서 발생하는 열이 중첩부 트레이를 통해 저압증류부 하부의 기체와 액체를 가열시키는 단계; (c) 상기 (b) 단계와 함께, 고압증류부 상부에서 발생하는 기체를 컴프레서로 승압하여 중첩부 열교환기를 통해 저압증류부 하부액을 가열시키는 단계; (d) 상기 (b) 단계와 (c) 단계에서 전가된 열을 이용하여 저압증류부 하부 액체를 비점까지 상승시키는 단계; (e) 상기 (c) 단계에서 승압된 고압증류부 기체의 압력을 교축 변환 밸브로 강압시키는 단계; (f) 강압된 유체가 혼합액일 경우 저압 및 고압증류부 상부로 인가하거나 순수액체일 경우 유출시키는 단계; 및 (g) 상기 (f) 단계에서 저압증류부로 인가된 유체를 액체로 응축시켜 상기 (d) 단계에서 생성된 기체와 저압증류부 트레이를 통해 상평형에 이르게 되는 단계를 포함하는 상기 복합 열교환형 다성분 공비 혼합물의 분별증류장치를 이용한 다성분 공비 혼합물의 분별증류방법에 관한 것이다.In another aspect of the present invention, (a) according to the azeotropic properties of the azeotropic mixture, it is injected into the high-pressure distillation part or the low-pressure distillation part, and steam or electric energy is applied to the high-pressure distillation part heat exchanger so that the liquid in the high-pressure distillation part reaches a boiling point (f) generating phase equilibrium with the liquid produced in the step; (b) heating the gas and liquid in the lower part of the low-pressure distillation unit through the tray in which the heat generated in step (a) overlaps; (c) heating the lower liquid of the low-pressure distillation unit through an overlapping unit heat exchanger by increasing the pressure of the gas generated in the upper part of the high-pressure distillation unit with a compressor, together with the step (b); (d) raising the liquid at the bottom of the low-pressure distillation unit to a boiling point using the heat transferred in steps (b) and (c); (e) step-down the pressure of the high-pressure distillation unit gas pressurized in step (c) with a throttle conversion valve; (f) applying to the upper part of the low-pressure and high-pressure distillation unit when the pressurized fluid is a mixed solution or flowing it out when it is a pure liquid; and (g) condensing the fluid applied to the low pressure distillation unit in step (f) into a liquid to reach phase equilibrium through the low pressure distillation unit tray with the gas generated in step (d). It relates to a method for fractional distillation of a multicomponent azeotrope using a fractional distillation apparatus for a multicomponent azeotrope.

본 발명에 의한 일 실시예에 따른 상기 복합 열교환형 다성분 공비 혼합물의 분별증류장치를 이용한 다성분 공비 혼합물의 분별증류방법은 원료 혼합물의 공비 특성에 따라 고압증류부 또는 저압증류부로 주입되고 고압증류부 열교환기에 스팀 또는 전기 등의 에너지가 인가되면, 고압증류부 내 액체가 비점에 이르게 되며 하기 제 5단계에서 고압증류부로 유입된 액체와의 상평형을 일으키는 제 1단계; 고압증류부의 상단 또는 하단에서 발생한 혼합액 유체를 (기체일 경우에는 응축시켜) 액체 상태로 저압증류부로 인가하는 제 2단계; 상기 제1단계에서 발생하는 열이 중첩부 트레이를 통해 저압증류부 하부의 기체와 액체를 가열시키는 제 3단계; 상기 제 3단계에서 전가된 열을 이용하여 저압증류부 하부 액체를 비점까지 상승시키는 제 4단계; 저압증류부에서 유출되는 혼합액 유체를 (기체일 경우에는 응축시켜) 액체 상태로 저압증류부 펌프에 의해 승압하여 저압 및 고압증류부로 인가하는 제 5단계; 및 상기 제 2단계에서 저압증류부로 인가된 액체를 상기 제 4단계에서 생성된 기체와 저압증류부 트레이를 통해 상평형에 이르게 되는 제 6단계를 포함할 수 있다.The fractional distillation method of a multi-component azeotrope using the fractional distillation apparatus of the complex heat exchange type multi-component azeotropic mixture according to an embodiment of the present invention is injected into a high-pressure distillation unit or a low-pressure distillation unit according to the azeotropic characteristics of the raw material mixture, and is subjected to high-pressure distillation. When energy such as steam or electricity is applied to the secondary heat exchanger, the liquid in the high-pressure distillation unit reaches a boiling point, and a first step of generating a phase equilibrium with the liquid introduced into the high-pressure distillation unit in the fifth step; a second step of applying the mixed liquid fluid generated at the upper end or lower end of the high-pressure distillation unit to the low-pressure distillation unit in a liquid state (by condensing in the case of a gas); a third step in which the heat generated in the first step heats the gas and liquid under the low pressure distillation section through the overlapping section tray; a fourth step of raising the lower liquid of the low-pressure distillation unit to a boiling point using the heat transferred in the third step; a fifth step of increasing the pressure of the liquid mixture flowing out from the low-pressure distillation unit (condensed in the case of a gas) to a liquid state by the low-pressure distillation unit pump and applying it to the low-pressure and high-pressure distillation units; and a sixth step of bringing the liquid applied to the low pressure distillation unit in the second step to phase equilibrium through the gas generated in the fourth step and the low pressure distillation unit tray.

본 발명에 있어서, 상기 공비 혼합물은 2성분계 또는 3성분계 공비 혼합물일 수 있다.In the present invention, the azeotrope may be a two-component or three-component azeotrope.

상기 2성분계 공비 혼합물은 최소공비점을 형성하며 압력을 높임에 따라 공비점의 조성이 저비점 성분 쪽으로 이동하는 2성분계 공비 혼합물, 최소공비점을 형성하며 압력을 높임에 따라 공비점의 조성이 고비점 성분 쪽으로 이동하는 2성분계 공비 혼합물, 최대 공비점을 형성하며 압력을 높임에 따라 공비점의 조성이 저비점 성분 쪽으로 이동하는 2성분계 공비 혼합물 또는 최대 공비점을 형성하며 압력을 높임에 따라 공비점의 조성이 고비점 성분 쪽으로 이동하는 2성분계 공비 혼합물일 수 있다.The two-component azeotrope forms a minimum azeotropic point, and as the pressure is increased, the azeotropic composition of the two-component system moves toward the low-boiling component, and the minimum azeotropic point is formed. Two-component azeotropes that move towards components, forming a maximum azeotrope, and with increasing pressure the composition of the azeotropes shifts towards lower-boiling components, or two-component azeotropes that move towards lower boiling components, forming a maximum azeotrope and composition of azeotropes with increasing pressure It can be a binary azeotrope moving towards this higher boiling component.

상기 최소공비점을 형성하며 압력을 높임에 따라 공비점의 조성이 저비점 성분 쪽으로 이동하는 2성분계 공비 혼합물은 메탄올/디메틸카보네이트, 부탄올/부틸아세테이트, 물/부틸아세테이트, 물/1-펜탄올, 물/N-펜틸 아세테이트, 메탄올/메틸에틸케톤 및 에탄올/벤젠으로 구성된 군에서 선택될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The two-component azeotropic mixture, which forms the minimum azeotropic point and moves toward the low boiling point component as the pressure is increased, is methanol/dimethyl carbonate, butanol/butyl acetate, water/butyl acetate, water/1-pentanol, water It may be selected from the group consisting of /N-pentyl acetate, methanol/methylethylketone, and ethanol/benzene, but is not limited thereto.

상기 최소공비점을 형성하며 압력을 높임에 따라 공비점의 조성이 고비점 성분 쪽으로 이동하는 2성분계 공비 혼합물은 물/부탄올, 물/에틸아세테이트, 물/에탄올, 에탄올/에틸아세테이트, 에탄올/디메틸카보네이트, 에탄올/에틸메틸카보네이트, 물/1-헥산올, 물/N-헥실아세테이트, 물/테트라하이드로퓨란, 물/아세토나이트릴, 메탄올/아세톤으로 구성된 군에서 선택될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The two-component azeotropic mixture, which forms the minimum azeotropic point and moves toward the high boiling point component as the pressure is increased, is water/butanol, water/ethyl acetate, water/ethanol, ethanol/ethyl acetate, ethanol/dimethyl carbonate , ethanol / ethyl methyl carbonate, water / 1-hexanol, water / N- hexyl acetate, water / tetrahydrofuran, water / acetonitrile, may be selected from the group consisting of methanol / acetone, but is not limited thereto.

상기 최대 공비점을 형성하며 압력을 높임에 따라 공비점의 조성이 저비점 성분 쪽으로 이동하는 2성분계 공비 혼합물은 클로로폼/이소프로필에테르, 물/질산 및 물/포름산으로 구성된 군에서 선택될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The two-component azeotrope that forms the maximum azeotropic point and the composition of the azeotrope moves toward the low-boiling component as the pressure is increased may be selected from the group consisting of chloroform/isopropyl ether, water/nitric acid, and water/formic acid. It is not limited.

상기 최대 공비점을 형성하며 압력을 높임에 따라 공비점의 조성이 고비점 성분 쪽으로 이동하는 2성분계 공비 혼합물은 에틸렌디아민/물, 아세톤/클로로폼 및 아세트산/부탄올로 구성된 군에서 선택될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The two-component azeotropic mixture, which forms the maximum azeotropic point and moves toward the high boiling point component as the pressure is increased, may be selected from the group consisting of ethylenediamine/water, acetone/chloroform, and acetic acid/butanol. It is not limited.

상기 3성분계 공비 혼합물은 물/부탄올/부틸아세테이트, 부탄올/부틸아세테이트/아세트산, 물/에탄올/에틸아세테이트, 물/1-펜탄올/N-펜틸아세테이트 및 물/1-헥산올/N-헥실아세테이트로 구성된 군에서 선택될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The three-component azeotropic mixture is water/butanol/butyl acetate, butanol/butyl acetate/acetic acid, water/ethanol/ethyl acetate, water/1-pentanol/N-pentyl acetate, and water/1-hexanol/N-hexyl acetate. It may be selected from the group consisting of, but is not limited thereto.

본 발명에서는 액-액 평형을 가지는 3성분계 이상의 다성분 공비 혼합물 분리에 있어서, 고압증류부와 저압증류부 및 이들 증류부 사이에 열전달이 이루어지도록 중첩되게 위치하는 중첩부를 포함하여 증류탑을 하나의 장치로 설계하고 이에 경사 분리기를 추가 사용함으로써 상대적으로 높은 압력의 증류탑의 열을 회수하여 상대적으로 낮은 압력의 증류탑에 열을 부가함과 동시에 경사분리기로부터 액-액 평형을 이용하여 혼합물을 분리함으로써 적은 수의 증류부를 갖는 압력변동 증류탑으로부터 3성분계 이상의 다성분 공비혼합물을 분리할 수 있다. 경사분리기가 도입된 압력변동 증류탑을 이용하여 공비혼합물을 분리할 경우, 경사분리기에서 혼합물의 분리를 위한 높은 에너지의 열원을 이용을 피할 수 있으며 3성분계 이상의 공비혼합물 분리를 위해 3개 이상의 증류부와 2개 이상의 중첩부를 필요로 했던 기존의 복합 열교환형 압력변동 증류탑보다 적은 증류부와 중첩부를 갖는 증류탑에서 다성분 공비혼합물의 분리가 가능하다는 것을 확인하였다.In the present invention, in the separation of a three-component azeotropic mixture or more having a liquid-liquid equilibrium, the distillation column is configured as a single device, including a high-pressure distillation unit and a low-pressure distillation unit, and an overlapping unit positioned to overlap with each other so that heat transfer is achieved between these distillation units By designing with a decanter and adding a decanter to it, heat from the distillation column at a relatively high pressure is recovered and heat is added to the distillation column at a relatively low pressure. It is possible to separate a three-component or more multi-component azeotrope from a pressure fluctuation distillation column having a distillation unit of When an azeotrope is separated using a pressure fluctuation distillation column with a decanter introduced, the use of a high energy heat source for separation of the mixture in the decanter can be avoided, and three or more distillations are It was confirmed that the separation of multi-component azeotropes was possible in a distillation column having fewer distillation sections and overlapping sections than in the existing complex heat exchange type pressure swing distillation column that required two or more overlapping sections.

따라서, 본 발명은 또 다른 관점에서, 고압증류부(2); 저압증류부(1); 및 상기 고압증류부(2)와 상기 저압증류부(1) 사이에서 열전달이 이루어지도록 중첩되게 위치하는 중첩부(3)를 포함하는 복합 열교환형 압력변동 증류탑과 경사분리기(5)를 포함한 3성분계 이상의 공비 혼합물의 분별증류장치에 관한 것이다.Accordingly, the present invention in another aspect, the high-pressure distillation unit (2); low pressure distillation unit (1); And a three-component system including a complex heat exchange type pressure fluctuation distillation column and a decanter (5) including an overlapping portion (3) positioned to overlap between the high-pressure distillation unit (2) and the low-pressure distillation unit (1) to conduct heat transfer It relates to the fractional distillation apparatus of the above azeotropic mixture.

또한, 본 발명은 또 다른 관점에서 복합 열교환형 다성분 공비 혼합물의 분별증류장치를 이용한 다성분 공비 혼합물의 분별증류방법에 있어서, 상기 장치를 이용하여 고압증류부와 저압증류부 사이에서 열전달이 수행되는 단계; 및 경사분리기에서 하나의 물질을 분리하는 단계를 포함하는 다성분 공비 혼합물의 분별증류방법에 관한 것이다.In another aspect, the present invention provides a method for fractional distillation of a multi-component azeotrope using a complex heat exchange type multi-component azeotrope fractionation device, in which heat transfer is performed between the high-pressure distillation unit and the low-pressure distillation unit using the device becoming a step; and separating a single substance in a decanter.

이하 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

상기 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 복합 열교환형 압력변동 증류탑의 작동원리는 증류탑의 작동 압력에 변화를 주어 혼합물의 상대휘발도와 공비의 조성을 달라지게 함으로써 분리를 용이하게 하며, 고압증류부와 저압증류부 및 이들 증류부 사이에 열전달이 이루어지는 중첩부를 포함하여 하나의 장치로 설계가 가능하다. 중첩부에서는 상대적으로 높은 압력의 고압증류부의 열을 회수하여 저압증류부에 열을 부가할 수 있다.The principle of operation of the complex heat exchange type pressure fluctuation distillation column according to a preferred embodiment of the present invention is to change the operating pressure of the distillation column to change the relative volatility and azeotrope composition of the mixture to facilitate separation, and the high-pressure distillation unit and the low-pressure distillation column It is possible to design as one device, including a distillation section and an overlap section where heat transfer is made between the distillation sections. In the overlapping portion, heat may be added to the low pressure distillation portion by recovering heat from the high pressure distillation portion of a relatively high pressure.

본 발명의 바람직한 다른 일 실시예는 액-액 평형을 가지는 3성분계 이상의 공비혼합물의 분리를 위해 상기 실시예에서의 복합 열교환형 압력변동 증류탑에 경사분리기를 추가함으로써 더 적은 증류부와 중첩부를 가지는 압력변동 증류 장치 및 이의 동작 방법에 관한 것으로 에너지 효율을 극대화 및 투자비를 감소시킬 수 있다.Another preferred embodiment of the present invention is a pressure having fewer distillation parts and overlapping parts by adding a decanter to the complex heat exchange type pressure swing distillation column in the above embodiment for separation of three-component or more azeotropes having liquid-liquid equilibrium. To a swing distillation apparatus and an operating method thereof, it is possible to maximize energy efficiency and reduce investment costs.

본 발명의 장치는 크게 액-액 평형을 가지는 3성분계 이상의 공비혼합물의 원료의 조성에 따라, 복합 열교환형 압력변동 증류 장치와 경사분리기의 배열이 달라지며, 이는 고압증류부와 저압증류부, 이들 증류부 사이에서 열전달이 이루어지도록 중첩되게 위치하는 중첩부, 그리고 경사분리기로 구분되어 있다.In the apparatus of the present invention, the arrangement of the composite heat exchange type pressure fluctuation distillation apparatus and the decanter is changed according to the composition of the raw material of the three-component or higher azeotrope having a liquid-liquid equilibrium largely, which is a high-pressure distillation unit and a low-pressure distillation unit, and these It is divided into an overlapping section, which is positioned overlappingly so that heat transfer is made between the distillation sections, and a decanter.

본 발명에 있어서, 상기 경사분리기(5)는 복합 열교환형 다성분 공비 혼합물의 분별증류장치의 저압증류부(1)와 고압증류부(2)에 연결되어 경사분리기에서 혼합물의 일부를 분리하여 교축 변환 밸브(25)를 통해 유출시킬 수 있다.In the present invention, the decanter 5 is connected to the low-pressure distillation unit 1 and the high-pressure distillation unit 2 of the complex heat exchange type multi-component azeotropic mixture fractionation device to separate and throttle a part of the mixture in the decanter. It can flow out through the switching valve (25).

본 발명에 있어서, 상기 경사분리기(5)는 중력 또는 원심 분리를 이용하여 비혼합성 액체를 상대적으로 밀도가 가벼운 액체상과 상대적으로 밀도가 무거운 액체상으로 경사 분리를 일으킬 수 있다.In the present invention, the decanter 5 may cause decantation of an immiscible liquid into a liquid phase having a relatively light density and a liquid phase having a relatively high density by using gravity or centrifugation.

본 발명에 있어서, 경사분리기(5)는 액-액 평형을 가지는 혼합물을 2개의 액상으로 분리해내는 분리장치들을 포괄적으로 포함하며, 일반적으로는 물이 지배적인 무기상과 유기물이 지배적인 유기상으로 분리되나 액-액 평형에 따라 달라질 수 있다. 액-액 분리를 위해 수직형 액-액 분리장치, 수평형 액-액 분리장치, 저장탱크, 경사형 원심분리기 등이 선택될 수 있으며, 여기에서 원심 분리를 이용한 경사분리기라 함은 경사형 원심분리기를 의미한다.In the present invention, the decanter 5 comprehensively includes separation devices for separating a mixture having a liquid-liquid equilibrium into two liquid phases, and is generally separated into an inorganic phase in which water dominates and an organic phase in which organic matter dominates. However, it may vary depending on the liquid-liquid equilibrium. For liquid-liquid separation, a vertical liquid-liquid separator, a horizontal liquid-liquid separator, a storage tank, an inclined centrifuge, etc. may be selected. means separator.

또한, 두 액체상 중 순도 99% 이상의 액체상을 하나의 제품으로 유출시키고 다른 액체 상을 상기 저압증류부(1) 또는 고압증류부(2)로 유출시키는 경사분리기 환류펌프(51) 또는 컴프레서(24)를 추가로 포함할 수 있다.In addition, the decanter reflux pump 51 or compressor 24, which flows out a liquid phase with a purity of 99% or more among the two liquid phases as one product and flows the other liquid phase into the low-pressure distillation unit 1 or high-pressure distillation unit 2 may further include.

본 발명에 있어서, 상기 저압증류부(1)는 상평형을 유도하는 저압증류부 트레이(11); 상기 중첩부(3)에서 전달된 열로 혼합물이 비점에 이르게 되고 비점에 이른 기체를 액체로 응축시키는 저압증류부 응축기(12); 및 상기 저압증류부(1)에서 증류된 후 잔여의 공비 혼합물을 회수하여 상기 고압증류부(2) 또는 경사분리기(5)로 전달하는 저압증류부 환류펌프(13)를 포함할 수 있다.In the present invention, the low-pressure distillation unit 1 includes a low-pressure distillation unit tray 11 for inducing phase equilibrium; a low-pressure distillation unit condenser (12) for causing the mixture to reach a boiling point with the heat transferred from the overlapping unit (3) and condensing the gas that has reached the boiling point into a liquid; and a low-pressure distillation unit reflux pump 13 for recovering the remaining azeotropic mixture after distillation in the low-pressure distillation unit 1 and transferring it to the high-pressure distillation unit 2 or the decanter 5 .

또한, 상기 고압증류부(2)는 상평형을 유도하는 고압증류부 트레이(21); 상기 고압증류부(2)에서 증류된 후 잔여의 공비 혼합물을 회수하여 상기 저압증류부(1) 또는 경사분리기(5)로 전달하는 고압증류부 환류펌프(22); 상기 저압증류부(1)에서 생성된 공비 혼합물의 공비점까지 온도를 상승시키기 위한 고압증류부 리보일러(23); 및 비점에 이른 기체를 액체로 응축시키는 고압증류부 응축기(26);를 포함할 수 있다.In addition, the high-pressure distillation unit 2 includes a high-pressure distillation unit tray 21 for inducing phase equilibrium; a high-pressure distillation unit reflux pump 22 for recovering the remaining azeotropic mixture after distillation in the high-pressure distillation unit 2 and transferring it to the low-pressure distillation unit 1 or the decanter 5; a high-pressure distillation unit reboiler (23) for raising the temperature to the azeotropic point of the azeotropic mixture generated in the low-pressure distillation unit (1); and a high-pressure distillation unit condenser 26 for condensing the gas reaching the boiling point into a liquid.

본 발명에 있어서, 3성분계 이상의 공비혼합물은 원료의 조성이 어느 분리 영역(distillation region)에 존재하느냐에 따라 경사분리기가 도입되는 위치가 결정된다. 도 10과 같은 상평형 거동을 하는 A(중간 끓는점을 가지는 성분), B(가장 높은 끓는점을 가지는 성분), C(가장 낮은 끓는점을 가지는 성분)으로 구성된 공비혼합물의 경우, (i) 원료의 조성이 성분 A를 포함하는 분리 영역 위에 존재하는 경우, (ii) 원료의 조성이 성분 B를 포함하는 분리 영역 위에 존재하는 경우, 그리고 (iii) 원료의 조성이 성분 C를 포함하는 분리영역 위에 존재하는 경우가 있을 수 있으며, 각 경우에 따라 공비혼합물의 분리를 위한 압력 변동 증류장치와 경사분리기의 배열이 상이할 수 있다. (i) 원료의 조성이 성분 A를 포함하는 분리 영역 위에 존재하는 경우, 원료는 저압증류부로 주입되어 성분 A와 분리 경계 위의 조성을 가지는 혼합물로 분리 될 수 있다. 분리된 혼합물의 조성이 액-액 평형 영역 위에 있을 경우 경사분리기를 이용해 성분 C를 분리 후 고압증류부에서 성분 B를 분리해낼 수 있으며, 분리된 혼합물의 조성이 액-액 평형 위에 있지 않을 경우, 고압증류부에서 성분 B를 분리 후에 경사분리기를 이용하여 성분 C를 분리할 수 있다. (ii) 원료의 조성이 성분 B를 포함하는 분리 영역 위에 존재하는 경우, 원료는 고압분리기로 주입되어 성분 B와 분리경계 위의 조성을 가지는 혼합물로 분리될 수 있다. 분리된 혼합물의 조성이 액-액 평형 영역 위에 있을 경우, 경사분리기를 이용해 성분 C를 분리 후 저압증류부에서 성분 A를 분리해낼 수 있으며, 분리된 혼합물의 조성이 액-액 평형 위에 있지 않을 경우, 저압증류부에서 성분 B를 분리 후, 경사분리기를 이용해 성분 C를 분리해 낼 수 있다. (iii) 원료의 조성이 성분 C를 포함하는 분리 영역 위에 존재하는 경우, 원료는 경사분리기로 주입되어 성분 C와 액-액 평형을 이루는 조성의 혼합물로 분리 될 수 있다. 경사분리기에서 분리된 혼합물은 조성에 따라 압력 변동 증류탑의 저압증류부 또는 고압증류부로 주입되어 성분 A와 성분 B의 분리가 가능하다. 경사분리기가 도입된 복합 열교환형 압력변동 증류탑에 적용 가능한 공비혼합물의 상평형 거동과 공비혼합물의 분리를 위한 고압증류부, 저압증류부, 그리고 경사분리기가 배열되는 형태는 이에 한정되지 않는다.In the present invention, the position at which the decanter is introduced is determined according to which distillation region the composition of the raw material exists in the three-component or higher azeotrope. In the case of an azeotrope composed of A (component having an intermediate boiling point), B (component having the highest boiling point), and C (component having the lowest boiling point) having phase equilibrium behavior as shown in FIG. 10, (i) Composition of the raw material (ii) the composition of the raw material exists above the separation region comprising component B, and (iii) the composition of the raw material exists above the isolation region comprising component C; There may be cases, and the arrangement of the pressure swing distillation device and the decanter for separation of the azeotrope may be different in each case. (i) When the composition of the raw material exists above the separation region containing the component A, the raw material may be injected into the low-pressure distillation section to be separated into a mixture having the composition above the separation boundary with the component A. If the composition of the separated mixture is above the liquid-liquid equilibrium region, after separating component C using a decanter, component B can be separated from the high-pressure distillation unit. If the composition of the separated mixture is not above liquid-liquid equilibrium, After separating component B in the high-pressure distillation unit, component C may be separated using a decanter. (ii) when the composition of the raw material is present above the separation zone containing component B, the raw material may be injected into a high-pressure separator to separate component B and a mixture having a composition above the separation boundary. If the composition of the separated mixture is above the liquid-liquid equilibrium region, after separating component C using a decanter, component A can be separated in the low-pressure distillation unit. , after separating component B in the low-pressure distillation unit, component C can be separated using a decanter. (iii) If the composition of the raw material is above the separation region containing component C, the raw material may be injected into a decanter and separated into a mixture of compositions in liquid-liquid equilibrium with component C. The mixture separated in the decanter is injected into the low-pressure distillation part or the high-pressure distillation part of the pressure fluctuation distillation column according to the composition, so that the components A and B can be separated. The phase equilibrium behavior of the azeotrope applicable to the complex heat exchange type pressure fluctuation distillation column in which the decanter is introduced and the arrangement of the high-pressure distillation unit, the low-pressure distillation unit, and the decanter for separating the azeotrope are not limited thereto.

본 발명에 있어서 경사분리기(5)는 도 11과 같이 저압증류부(1)의 응축기(12)에서 액화되어 저압증류부 환류 펌프(13)에 의해 유출되는 액체가 유입되거나 또는 저압증류부(1)의 하단으로부터 유출되는 액체가 유입되어 액-액 분리가 발생할 수 있다. 경사분리기(5)에서 액-액 평형에 의해 순도 99% 이상의 액체가 분리될 수 있으며 이와 동시에 생성되는 혼합물은 고압증류부(2)로 유입되어 내부에 위치하는 고압증류부 트레이(21)에서 상평형이 유도되어 혼합물의 분리가 발생될 수 있다. 고압증류부(2)에서 분리되지 못한 혼합물은 저압증류부(1)로 다시 환류되며, 이때의 중첩부(3)에서의 열교환을 통해 고압증류부(2)에서 저압증류부(1)로 열이 인가될 수 있다.In the present invention, the decanter 5 is liquefied in the condenser 12 of the low-pressure distillation unit 1 as shown in FIG. 11 and the liquid flowing out by the low-pressure distillation unit reflux pump 13 is introduced or the low-pressure distillation unit 1 ), the liquid flowing out from the lower end may be introduced and liquid-liquid separation may occur. In the decanter 5, a liquid having a purity of 99% or more can be separated by liquid-liquid equilibrium, and the mixture produced at the same time flows into the high-pressure distillation unit 2, Equilibrium may be induced and separation of the mixture may occur. The mixture that has not been separated in the high-pressure distillation unit 2 is refluxed back to the low-pressure distillation unit 1, and heat exchange from the high-pressure distillation unit 2 to the low-pressure distillation unit 1 through heat exchange in the overlapping unit 3 at this time This may be authorized.

본 발명에 있어서 경사분리기(5)는 도 12와 같이 공비혼합물 원료가 직접 유입되어 액-액 평형에 의해 순도 99% 이상의 액체가 분리될 수 있다. 이에 경사분리기(5)에서 생성된 혼합물은 저압증류부(1) 또는 고압증류부(2)로 유입되어 상평형에 의한 혼합물의 분리가 발생하며, 압력변동에 의해 분리 경계를 넘어 혼합물의 완전한 분리가 발생할 수 있다. 압력 변동에 의한 혼합물의 분리 후, 고압증류부(2) 또는 저압증류부(1)에서 발생하는 환류액은 다시 경사분리기(5)로 환류되어진다. 이때의 중첩부(3)에서의 열교환을 통해 고압증류부(2)에서 저압증류부(1)로 열이 인가될 수 있다.In the present invention, in the decanter 5 , as shown in FIG. 12 , the azeotrope raw material is directly introduced and a liquid having a purity of 99% or more can be separated by liquid-liquid equilibrium. Accordingly, the mixture generated in the decanter 5 flows into the low-pressure distillation unit 1 or the high-pressure distillation unit 2 to cause separation of the mixture by phase equilibrium, and complete separation of the mixture beyond the separation boundary due to pressure fluctuations may occur. After separation of the mixture due to pressure fluctuations, the reflux liquid generated in the high-pressure distillation unit 2 or the low-pressure distillation unit 1 is refluxed back to the decanter 5 . At this time, heat may be applied from the high-pressure distillation unit 2 to the low-pressure distillation unit 1 through heat exchange in the overlapping unit 3 .

본 발명에 있어서 경사분리기(5)는 도 13과 같이 고압증류부(2)의 응축기(26)에서 액화되어 저압증류부 환류 펌프(22)에 의해 유출되는 액체가 유입되거나 또는 고압증류부(2)의 하단으로부터 유출되는 액체가 유입되어 액-액 분리가 발생할 수 있다. 경사분리기(5)에서 액-액 평형에 의해 순도 99% 이상의 액체가 분리될 수 있으며 이와 동시에 생성되는 혼합물은 저압증류부(1)로 유입되어 중첩부(3)에서 고압증류부(2)로부터 인가받은 열에 의해 저압증류부 트레이(11)에서 상평형이 유도되어 혼합물의 분리가 발생될 수 있다. 저압증류부(1)에서 분리되지 못한 혼합물은 고압증류부(2)로 다시 환류되어 진다.In the present invention, the decanter 5 is liquefied in the condenser 26 of the high-pressure distillation unit 2 as shown in FIG. 13 and the liquid flowing out by the low-pressure distillation unit reflux pump 22 is introduced or the high-pressure distillation unit 2 ), the liquid flowing out from the lower end may be introduced and liquid-liquid separation may occur. In the decanter (5), a liquid having a purity of 99% or more can be separated by liquid-liquid equilibrium, and the mixture produced at the same time flows into the low-pressure distillation unit (1) and from the high-pressure distillation unit (2) in the overlapping unit (3). Phase equilibrium is induced in the low-pressure distillation unit tray 11 by the applied heat, so that separation of the mixture may occur. The mixture not separated in the low-pressure distillation unit 1 is refluxed back to the high-pressure distillation unit 2 .

본 발명에 있어서, 경사분리기(5)는 3개 이상의 다중 증류부를 가지는 압력 변동 증류탑과 함께 사용될 수 있다. 다중 증류부는 하나의 저압증류부가 다수의 고압증류부와 각각 다수 중첩부를 형성하는 형태일 수 있으며, 하나의 고압증류부가 다수의 저압증류부와 각각 다수의 중첩부를 형성하는 형태일 수 있다. 각각의 증류부의 수와 경사분리기와의 배치는 공비혼합물을 이루는 성분의 수와 공비 특성에 따라 결정될 수 있다.In the present invention, the decanter 5 may be used with a pressure swing distillation column having three or more multiple distillations. The multiple distillation unit may have a form in which one low-pressure distillation unit forms a plurality of overlapping portions with a plurality of high-pressure distillation units, respectively, and a single high-pressure distillation unit may have a form in which a plurality of low-pressure distillation units and a plurality of overlapping portions each form. The number of each distillation unit and the arrangement of the decanter may be determined according to the number of components constituting the azeotrope and azeotrope characteristics.

본 발명에 있어서, 상기 공비 혼합물은 액-액 평형을 가지는 3성분계 또는 이를 포함하는 4성분계 이상의 공비 혼합물일 수 있다.In the present invention, the azeotrope may be a three-component system having a liquid-liquid equilibrium or a four-component or more azeotropic mixture including the same.

상기 3성분계 공비 혼합물은 3성분계 최소공비점을 형성하며 액-액 평형에 의해 순도 99%이상의 성분 분리가 가능한 공비 혼합물로 압력을 높임에 따라 분리 경계의 이동으로 인해 혼합물의 분리가 가능한 공비 혼합물일 수 있다. 3성분계 최소공비점이 존재하는 3성분계 공비혼합물은 부탄올/부틸아세테이트/물, 펜탄올/펜틸아세테이트/물, 헥산올/헥실아세테이트/물, 에탄올/톨루엔/물, 이소프로필알코올/벤젠/물로 구성된 군에서 선택될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The three-component azeotrope is an azeotrope that forms the minimum three-component azeotrope and can separate components with a purity of 99% or more by liquid-liquid equilibrium. can A three-component azeotrope with a minimum azeotropic point is a group consisting of butanol/butyl acetate/water, pentanol/pentyl acetate/water, hexanol/hexyl acetate/water, ethanol/toluene/water, and isopropyl alcohol/benzene/water may be selected from, but is not limited thereto.

상기 3성분계 공비 혼합물은 3성분계 최대공비점을 형성하며 액-액 평형에 의해 순도 99%이상의 성분 분리가 가능한 공비 혼합물로 압력을 높임에 따라 분리 경계의 이동으로 인해 혼합물의 분리가 가능한 공비 혼합물일 수 있다. 3성분계 최대공비점이 존재하는 3성분계 공비혼합물은 에탄올/물/에틸벤젠, 에탄올/아세토나이트릴/물로 구성된 군에서 선택될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The three-component azeotrope forms the maximum azeotropic point of the three-component system and is an azeotropic mixture capable of separating components with a purity of 99% or more by liquid-liquid equilibrium. can The three-component azeotrope having the maximum azeotropic point of the three-component system may be selected from the group consisting of ethanol/water/ethylbenzene and ethanol/acetonitrile/water, but is not limited thereto.

상기 3성분계 공비 혼합물은 2성분계 최소공비점 또는 최대공비점을 형성하며 액-액 평형에 의해 순도 99%이상의 성분 분리가 가능한 공비 혼합물로 압력을 높임에 따라 분리 경계의 이동으로 인해 혼합물의 분리가 가능한 공비 혼합물일 수 있다. 2성분계 최소공비점 또는 최대공비점이 존재하는 3성분계 공비혼합물은 아세톤/에탄올/헥산, 디이소프로필에테르/이소프로필알코올/물, 아세토나이트릴/메탄올/벤젠, 메탄올/디메틸카보네이트/에탄올, 메탄올/디메틸카보네이트/디에틸카보네이트로 구성된 군에서 선택될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The three-component azeotropic mixture forms the two-component minimum azeotropic point or the maximum azeotropic point, and the separation of the mixture is difficult due to the movement of the separation boundary as the pressure is increased. possible azeotropes. A three-component azeotrope with a two-component minimum or maximum azeotrope is acetone/ethanol/hexane, diisopropyl ether/isopropyl alcohol/water, acetonitrile/methanol/benzene, methanol/dimethyl carbonate/ethanol, methanol/ It may be selected from the group consisting of dimethyl carbonate / diethyl carbonate, but is not limited thereto.

상기 4성분계 이상의 공비 혼합물은 2성분계 이상의 최소공비점 또는 최대공비점을 형성하며 액-액 평형에 의해 순도 99%이상의 성분 분리가 가능한 공비 혼합물로 압력을 높임에 따라 분리 경계의 이동으로 인해 혼합물의 분리가 가능한 공비 혼합물일 수 있다. 2성분계 이상의 최소공비점 또는 최대공비점이 존재하는 4성분계 이상의 공비 혼합물은 메틸아세테이트/헥실아세테이트/물/메탄올, 부틸아세테이트/부탄올/물/아세트산, 헥실아세테이트/헥산올/물/아세트산, 펜틸아세테이트/펜탄올/물/아세트산, 디메틸카보네이트/메탄올/디에틸카보네이트/에탄올로 구성된 군에서 선택될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The azeotrope of the four-component system or higher forms the minimum azeotrope point or the maximum azeotrope point of the two-component system or more, and is an azeotropic mixture capable of separating components with a purity of 99% or more by liquid-liquid equilibrium. It may be a separable azeotrope. An azeotropic mixture of two or more components having a minimum or maximum azeotropic point is methyl acetate/hexyl acetate/water/methanol, butyl acetate/butanol/water/acetic acid, hexyl acetate/hexanol/water/acetic acid, pentyl acetate/ It may be selected from the group consisting of pentanol/water/acetic acid, dimethyl carbonate/methanol/diethyl carbonate/ethanol, but is not limited thereto.

본 발명에 있어서, 경사분리기(5)는 액-액 평형을 가지는 혼합물을 2개의 액상으로 분리해내는 분리장치로서 일반적으로는 물이 지배적인 무기상과 유기물이 지배적인 유기상으로 분리되나 액-액 평형에 따라 달라질 수 있다. 액-액 분리를 위해 수직형 액-액 분리장치, 수평형 액-액 분리장치, 저장탱크, 경사형 원심분리기 등이 선택될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.In the present invention, the decanter 5 is a separation device that separates a mixture having a liquid-liquid equilibrium into two liquid phases, and is generally separated into an inorganic phase in which water dominates and an organic phase in which organic matter dominates, but in liquid-liquid equilibrium. may vary depending on For liquid-liquid separation, a vertical liquid-liquid separator, a horizontal liquid-liquid separator, a storage tank, an inclined centrifuge, and the like may be selected, but the present invention is not limited thereto.

본 발명의 하나의 바람직한 실시예에 의한 다성분 공비 혼합물의 분별증류방법은 (a) 공비 혼합물을 고압증류부 또는 저압증류부로 주입시키고, 고압증류부를 가열하여 고압증류부 내 액체를 비점에 도달시켜 비등점 차이에 의해 순도 99% 이상의 액체로 이루어진 물질을 고압증류부 상부 유출구 또는 하부 유출구로 배출시키는 단계; (b) 고압증류부에서 액체 물질 배출 후, 고압증류부의 상단에서 발생한 기체를 고압증류부의 상부 응축기를 통해 응축시킨 액체 또는 고압증류부 하단에서 발생한 액체를 저압증류부 또는 경사분리기로 주입하는 단계; 및 (c) 상기 (a) 단계에서 발생하는 열이 중첩부 트레이를 통해 저압증류부 하부의 기체와 액체를 가열하여 저압증류부 내 액체를 비점에 도달시키고, 비등점 차이에 의해 저압증류부의 상부유출구 또는 하부 유출구로 순도 99% 이상의 액체로 이루어진 다른 성분의 물질을 배출시키는 단계: (d) 저압증류부에서 액체 물질 배출 후, 저압증류부의 상단에서 발생한 기체를 저압증류부의 상부 응축기를 통해 응축시킨 액체 또는 저압증류부 하단에서 발생한 액체를 고압증류부 또는 경사분리기로 주입하는 단계; 및 (e) 경사분리기에서 주입된 액체를 액-액 평형에 따라 두 개의 액체상으로 분리하고, 순도 99% 이상의 액체상 물질로 유출하고 다른 액체상을 저압증류부 또는 고압증류부로 주입하는 단계를 포함할 수 있다.The fractional distillation method of a multi-component azeotrope according to a preferred embodiment of the present invention comprises (a) injecting the azeotropic mixture into a high-pressure distillation unit or a low-pressure distillation unit, and heating the high-pressure distillation unit to bring the liquid in the high-pressure distillation unit to a boiling point. discharging a substance composed of a liquid having a purity of 99% or more to an upper outlet or a lower outlet of the high-pressure distillation unit due to the difference in boiling point; (b) after discharging the liquid material from the high-pressure distillation unit, a liquid obtained by condensing the gas generated at the top of the high-pressure distillation unit through the upper condenser of the high-pressure distillation unit or the liquid generated at the bottom of the high-pressure distillation unit is injected into the low-pressure distillation unit or the decanter; and (c) the heat generated in step (a) heats the gas and liquid at the bottom of the low-pressure distillation unit through the overlapping tray, so that the liquid in the low-pressure distillation unit reaches the boiling point, and the upper outlet of the low-pressure distillation unit due to the difference in boiling point or discharging other components of the liquid with a purity of 99% or more to the lower outlet: (d) After discharging the liquid material from the low-pressure distillation unit, the gas generated at the upper end of the low-pressure distillation unit is condensed through the upper condenser of the low-pressure distillation unit. or injecting the liquid generated at the bottom of the low-pressure distillation unit into the high-pressure distillation unit or the decanter; and (e) separating the liquid injected from the decanter into two liquid phases according to liquid-liquid equilibrium, flowing out as a liquid material with a purity of 99% or more, and injecting the other liquid phase into a low-pressure distillation unit or a high-pressure distillation unit. have.

본 발명의 다른 하나의 바람직한 실시예에 의한 다성분 공비 혼합물의 분별증류방법은 (a) 공비 혼합물을 경사분리기로 주입시키고, 주입된 액체를 액-액 평형에 따라 두 개의 액체상으로 분리하고, 순도 99% 이상의 액체상을 제품으로 유출하고 다른 액체상을 저압증류부 또는 고압증류부로 주입하는 단계; (b) 고압증류부를 가열하여 고압증류부 내 액체를 비점에 도달시켜 비등점 차이에 의해 순도 99%이상의 액체로 이루어진 제품을 고압증류부 상부 유출구 또는 하부 유출구로 배출시키는 단계; (c) 고압증류부에서 액체 제품 배출 후, 고압증류부의 상단에서 발생한 기체를 고압증류부의 상부 응축기를 통해 응축시킨 액체 또는 고압증류부 하단에서 발생한 액체를 저압증류부 또는 경사분리기로 주입하는 단계; 및 (d) 상기 (b) 단계에서 발생하는 열이 중첩부 트레이를 통해 저압증류부 하부의 기체와 액체를 가열하여 저압증류부 내 액체를 비점에 도달시키고, 비등점 차이에 의해 저압증류부의 상부유출구 또는 하부 유출구로 순도 99% 이상의 액체로 이루어진 다른 성분의 제품을 배출시키는 단계: 및 (e) 저압증류부에서 액체 제품 배출 후, 저압증류부의 상단에서 발생한 기체를 저압증류부의 상부 응축기를 통해 응축시킨 액체 또는 저압증류부 하단에서 발생한 액체를 고압증류부 또는 경사분리기로 주입하는 단계를 포함할 수 있다.In the fractional distillation method of a multi-component azeotrope according to another preferred embodiment of the present invention, (a) the azeotrope is injected with a decanter, the injected liquid is separated into two liquid phases according to liquid-liquid equilibrium, and the purity discharging more than 99% of the liquid phase to the product and injecting the other liquid phase into a low-pressure distillation unit or a high-pressure distillation unit; (b) heating the high-pressure distillation unit to reach the boiling point of the liquid in the high-pressure distillation unit, and discharging a product composed of a liquid having a purity of 99% or more due to the difference in boiling point to an upper outlet or a lower outlet of the high-pressure distillation unit; (c) after discharging the liquid product from the high-pressure distillation unit, injecting a liquid obtained by condensing the gas generated at the upper end of the high-pressure distillation unit through the upper condenser of the high-pressure distillation unit or the liquid generated at the bottom of the high-pressure distillation unit into the low-pressure distillation unit or the decanter; and (d) the heat generated in step (b) heats the gas and liquid in the lower part of the low-pressure distillation part through the overlapping part tray so that the liquid in the low-pressure distillation part reaches the boiling point, and the upper outlet of the low-pressure distillation part due to the difference in boiling point Or discharging the product of other components consisting of a liquid having a purity of 99% or more to the lower outlet: and (e) after discharging the liquid product from the low-pressure distillation unit, the gas generated at the upper end of the low-pressure distillation unit is condensed through the upper condenser of the low-pressure distillation unit. It may include injecting the liquid or the liquid generated at the bottom of the low-pressure distillation unit into the high-pressure distillation unit or the decanter.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are only for illustrating the present invention, and it will be apparent to those of ordinary skill in the art that the scope of the present invention is not to be construed as being limited by these examples.

[실시예][Example]

하기 작성된 실시예 1~4는 AspenplusTM을 이용하여 전산공정모사에 의해 진행되었다.Examples 1 to 4 prepared below were performed by computerized process simulation using Aspenplus TM .

실시예 1: 메탄올/디메틸카보네이트 혼합액의 분리(최소공비점을 형성하며 압력을 높임에 따라 공비점의 조성이 저비점 성분 쪽으로 이동하는 2성분계 공비 혼합물의 분리)Example 1: Separation of a methanol/dimethyl carbonate mixture (separation of a two-component azeotropic mixture in which the composition of the azeotrope moves toward the low-boiling component as the pressure is increased while forming the minimum azeotropic point)

90 mol%의 메탄올(비등점: 64.53℃)과 10 mol%의 디메틸 카보네이트(비등점: 90.22℃)의 혼합물 원료를 저압증류부에 100 kmol/h의 유량으로 7단으로 공급하였다. 이때의 저압증류부는 총 11단이며, 저압증류부의 응축기 압력은 1기압, 온도는 62.28 ℃이며, 환류비는 4이다. 저압증류부의 하부 유출구로는 온도가 64.49 ℃이며 99.95 mol% 순도의 메탄올이 90 kmol/h의 유량으로 생성되었다. 상부 유출구로는 메탄올 89.94 mol%의 메탄올/디메틸카보네이트 혼합액 140 kmol/h가 유출되어 펌프에 의해 10기압으로 가압되어 고압증류부의 6단으로 공급되었다. 이때 중첩부에서의 열교환으로 인한 boil-up ratio는 7.422이다. 고압증류부는 총 14단이며 고압부 응축기의 압력은 10기압, 온도는 137.73 ℃이며 중첩부에서의 열교환과 고압증류부의 응축기에 의한 환류비는 4이다. 고압증류부에서는 고압증류부 리보일러에 의해 비등점 차이에 의한 분리가 발생하며, 고압증류부 하부 유출구로 99.5 mol% 순도의 디메틸카보네이트가 10 kmol/h의 유량으로 생성되었다. 고압증류부 상부 유출구로는 메탄올 94.82 mol%의 조성을 갖는 메탄올/디메틸카보네이트 혼합액이 130 kmol/h로 유출되었으며 고압증류부의 상부 응축기에 의해 응축되어 저압증류부의 11단으로 유입되었다. 이때 저압증류부에서 비등점 차이에 의한 분리가 일어나게 하기 위해 필요한 열은 6537.97 kW로 중첩부에서의 열교환 및 컴프레서에 의해 승압된 고압증류부 상부 유출액과의 열교환 의해 공급된다. 고압증류부에서 비등점 차이에 의한 분리가 일어나게 하기 위해 필요한 열은 4367.09 kW이며, 고압증류부의 리보일러로부터 공급된다.A mixture of 90 mol% of methanol (boiling point: 64.53°C) and 10 mol% of dimethyl carbonate (boiling point: 90.22°C) was supplied to the low-pressure distillation unit at a flow rate of 100 kmol/h in 7 stages. At this time, the low-pressure distillation section has a total of 11 stages, the condenser pressure of the low-pressure distillation section is 1 atm, the temperature is 62.28 °C, and the reflux ratio is 4. At the lower outlet of the low-pressure distillation unit, the temperature was 64.49 °C, and methanol with a purity of 99.95 mol% was produced at a flow rate of 90 kmol/h. As the upper outlet, 140 kmol/h of a methanol/dimethyl carbonate mixture containing 89.94 mol% of methanol flowed out, pressurized to 10 atmospheres by a pump, and supplied to the 6th stage of the high-pressure distillation unit. At this time, the boil-up ratio due to heat exchange at the overlapping part is 7.422. The high-pressure distillation section has a total of 14 stages, the pressure of the high-pressure section condenser is 10 atm, and the temperature is 137.73 °C. In the high-pressure distillation section, separation due to the boiling point difference occurs by the high-pressure reboiler in the high-pressure distillation section, and dimethyl carbonate of 99.5 mol% purity was generated at a flow rate of 10 kmol/h through the outlet at the bottom of the high-pressure distillation section. A methanol/dimethyl carbonate mixture having a composition of 94.82 mol% of methanol was discharged at 130 kmol/h from the upper outlet of the high-pressure distillation unit, and was condensed by the upper condenser of the high-pressure distillation unit and introduced into the 11th stage of the low-pressure distillation unit. At this time, the heat required to cause separation due to the difference in boiling point in the low-pressure distillation section is 6537.97 kW, which is supplied by heat exchange at the overlapping section and heat exchange with the effluent at the top of the high-pressure distillation section pressurized by the compressor. The heat required for separation by boiling point difference in the high-pressure distillation unit is 4367.09 kW, and it is supplied from the reboiler in the high-pressure distillation unit.

실시예 2: 물/에탄올 혼합액의 분리(최소공비점을 형성하며 압력을 높임에 따라 공비점의 조성이 고비점 성분 쪽으로 이동하는 2성분계 공비 혼합물의 분리)Example 2: Separation of a water/ethanol mixture (separation of a two-component azeotropic mixture in which the composition of the azeotrope moves toward the high-boiling component as the pressure is increased while forming the minimum azeotropic point)

80 mol%의 물(비등점: 100℃)과 20 mol%의 에탄올(비등점: 78.31℃)의 혼합물 원료를 저압증류부에 100 kmol/h의 유량으로 20단으로 공급하였다. 저압증류부는 총 30단이며, 저압증류부의 응축기 압력은 1기압, 온도는 77.98℃이며, 환류비는 4이다. 저압증류부의 하부 유출구로는 온도가 100℃이며 99.97 mol%의 물이 80 kmol/h의 유량으로 생성되었다. 상부 유출구로는 에탄올 85.48 mol%의 에탄올/물 혼합액 170 kmol/h가 유출되어 펌프에 의해 10기압으로 가압되어 고압증류부의 15단으로 공급되었다. 이때 중첩부에서의 열 교환으로 인한 boil-up ratio는 9.6928이다. 고압증류부는 총 30단이며 고압부 응축기의 압력은 10기압, 온도는 149.876℃이며 중첩부에서의 열교환으로 인한 환류비는 6이다. 고압증류부에서는 고압증류부 리보일러에 의해 비등점 차이에 의한 분리가 발생하며, 고압증류부의 하부 유출구로 99.91 mol%의 에탄올이 20 kmol/h의 유량으로 생성되었다. 고압증류부 상부 유출구로는 에탄올 83.56 mol%의 조성을 갖는 에탄올/물 혼합액이 150kmol/h로 유출되었으며 고압증류부의 상부 응축기에 의해 응축되어 저압증류부의 3단으로 유입되었다. 이때 저압증류부에서 비등점 차이에 의한 분리가 일어나게 하기 위해 필요한 열은 8780.49 kW로 중첩부에서의 열교환 및 컴프레서에 의해 승압된 고압증류부 상부 유출액과의 열교환 의해 공급된다. 고압증류부에서 비등점 차이에 의한 분리가 일어나게 하기 위해 필요한 열은 9652.39kW이며, 고압증류부의 리보일러로부터 공급된다.A mixture of 80 mol% water (boiling point: 100°C) and 20 mol% ethanol (boiling point: 78.31°C) was supplied to the low-pressure distillation unit at a flow rate of 100 kmol/h in 20 stages. The low-pressure distillation section has a total of 30 stages, the condenser pressure of the low-pressure distillation section is 1 atm, the temperature is 77.98℃, and the reflux ratio is 4. At the lower outlet of the low-pressure distillation unit, the temperature was 100° C. and 99.97 mol% of water was produced at a flow rate of 80 kmol/h. From the upper outlet, 170 kmol/h of an ethanol/water mixture containing 85.48 mol% of ethanol was discharged, pressurized to 10 atmospheres by a pump, and supplied to stage 15 of the high-pressure distillation unit. At this time, the boil-up ratio due to the heat exchange at the overlap is 9.6928. The high-pressure distillation section has a total of 30 stages, the pressure of the high-pressure section condenser is 10 atm and the temperature is 149.876℃, and the reflux ratio due to heat exchange in the overlapping section is 6. In the high-pressure distillation section, separation due to the difference in boiling point occurs by the high-pressure reboiler in the high-pressure distillation section, and 99.91 mol% of ethanol was generated at a flow rate of 20 kmol/h through the lower outlet of the high-pressure distillation section. An ethanol/water mixture having a composition of 83.56 mol% of ethanol was discharged from the upper outlet of the high-pressure distillation unit at 150 kmol/h, and it was condensed by the upper condenser of the high-pressure distillation unit and introduced into the third stage of the low-pressure distillation unit. At this time, the heat required for separation due to the difference in boiling point in the low-pressure distillation section to occur is 8780.49 kW, which is supplied by heat exchange at the overlapping section and heat exchange with the high-pressure distillation section upper effluent pressurized by the compressor. The heat required for separation by boiling point difference in the high-pressure distillation section is 9652.39 kW, and it is supplied from the reboiler in the high-pressure distillation section.

실시예 3: 클로로폼/이소프로필에테르 혼합액의 분리(최대공비점을 형성하며 압력을 높임에 따라 공비점의 조성이 저비점 성분 쪽으로 이동하는 2성분계 공비 혼합물의 분리)Example 3: Separation of a chloroform/isopropyl ether mixed solution (separation of a two-component azeotropic mixture in which the composition of the azeotrope moves toward the low-boiling component as the pressure is increased while forming the maximum azeotropic point)

90 mol%의 클로로폼(비등점: 61.10℃)과 10 mol%의 이소프로필에테르(비등점: 68.46℃) 의 혼합물 원료를 저압증류부에 100 kmol/h의 유량으로 30단으로 공급하였다. 이때의 저압증류부는 총 90단으로 저압증류부의 콘덴서 압력은 1기압, 온도는 61.21℃이며 환류비는 20이다. 저압증류부의 상부 유출구로 99.43 mol%의 클로로폼이 90 kmol/h의 유량으로 생성되었다. 저압증류부의 하부 유출구로는 온도가 71.04℃이며, 클로로폼 36.64 mol%의 클로로폼/이소프로필에테르 혼합액이 140 kmol/h가 유출되었으며 유출된 혼합액은 펌프에 의해 8.5기압으로 가압되어 고압증류부의 15단으로 공급되었다. 고압증류부는 총 100단이며 고압부 응축기의 압력은 8.5기압, 온도는 154.15℃이며, 중첩부에서의 열교환과 고압증류부의 응축기에 의한 환류비는 38.6이다. 고압증류부의 상부 유출구로 94.93 mol%의 이소프로필에테르가 10 kmol/h의 유량으로 생성되었다. 고압증류부의 하부 유출구로는 온도가 157.43℃이며, 클로로폼 39.06 mol%의 조성을 갖는 클로로폼/이소프로필에테르 혼합액이 130 kmol/h의 유량으로 생성되었으며 유츨된 혼합액은 저압증류부의 30단으로 유입되었다. 이때 저압증류부에서 비등점 차이에 의한 분리가 일어나게 하기 위해 필요한 열은 14861 kW로 중첩부에서의 열교환 및 컴프레서에 의해 승압된 고압증류부 상부 유출액과의 열교환 의해 공급된다. 고압증류부에서 비등점 차이에 의해 분리가 일어나게 하기 위해 필요한 열은 3189.73 kW이며 고압증류부의 리보일러로부터 공급된다.A mixture of 90 mol% of chloroform (boiling point: 61.10° C.) and 10 mol% of isopropyl ether (boiling point: 68.46° C.) was supplied to the low-pressure distillation unit at a flow rate of 100 kmol/h in 30 stages. At this time, the low-pressure distillation section has a total of 90 stages, the condenser pressure of the low-pressure distillation section is 1 atm, the temperature is 61.21℃, and the reflux ratio is 20. 99.43 mol% of chloroform was produced at a flow rate of 90 kmol/h through the upper outlet of the low-pressure distillation unit. At the lower outlet of the low-pressure distillation unit, the temperature was 71.04°C, and 140 kmol/h of a chloroform/isopropyl ether mixed solution of 36.64 mol% of chloroform was discharged. was supplied in batches. The high-pressure distillation section has a total of 100 stages, the pressure of the high-pressure section condenser is 8.5 atm, and the temperature is 154.15°C, and the heat exchange in the overlapping section and the reflux ratio by the condenser in the high-pressure distillation section are 38.6. 94.93 mol% of isopropyl ether was produced at a flow rate of 10 kmol/h through the upper outlet of the high-pressure distillation unit. At the lower outlet of the high-pressure distillation unit, the temperature was 157.43° C., and a chloroform/isopropyl ether mixture having a composition of 39.06 mol% of chloroform was produced at a flow rate of 130 kmol/h, and the flowed mixture was introduced into the 30th stage of the low-pressure distillation unit. . At this time, the heat required for separation by the boiling point difference in the low-pressure distillation section to occur is 14861 kW, and is supplied by heat exchange at the overlapping section and heat exchange with the effluent at the top of the high-pressure distillation section pressurized by the compressor. The heat required to cause separation by the boiling point difference in the high-pressure distillation section is 3189.73 kW and is supplied from the reboiler in the high-pressure distillation section.

실시예 4: 부탄올/아세트산 혼합액의 분리(최대공비점을 형성하며 압력을 높임에 따라 공비점의 조성이 고비점 성분 쪽으로 이동하는 2성분계 공비 혼합물의 분리)Example 4: Separation of a butanol/acetic acid mixture (separation of a binary azeotropic mixture in which the composition of the azeotrope moves toward the high-boiling component as the pressure increases while forming the maximum azeotropic point)

20 mol%의 부탄올(비등점: 117.75℃)과 80 mol%의 아세트산(비등점: 118℃)의 혼합물 원료를 저압증류부에 100 kmol/h의 유량으로 15단에 공급하였다. 이때의 저압증류부는 총 30단으로 저압증류부의 응축기 압력은 1기압, 온도는 118℃이며 환류비는 10이다. 저압증류부의 상부 유출구로 99.7 mol%의 아세트산이 80 kmol/h의 유량으로 생성되었다. 저압증류부의 하부 유출구로는 온도가 123.2℃이며 부탄올 42.2 mol%의 부탄올/아세트산 혼합액 170 kmol/h가 유출되고 펌프에 의해 5기압으로 가압되어 고압증류부의 41단으로 유입되었다. 이때, 중첩부에서의 열교환으로 인한 boil-up ratio은 3.38이다. 고압증류부는 총 60단이며 고압부 응축기의 압력은 5기압, 온도는 172.7℃이며 중첩부에서의 열교환과 고압증류부의 응축기에 의한 환류비는 20이다. 고압증류부의 상부 유출구로는 99 mol% 순도의 부탄올이 20 kmol/h의 유량으로 생성되었다. 고압증류부의 하부 유출구로는 온도가 182.3℃이며, 부탄올 34.6 mol%의 부탄올/아세트산 혼합액이 150 kmol/h의 유량으로 생성되었으며, 저압증류부의 20단으로 유입되었다. 이때 저압증류부에서 비등점 차이에 의한 분리가 일어나게 하기 위해 필요한 열은 5340.64 kW로 중첩부에서의 열교환 및 컴프레서에 의해 승압된 고압증류부 상부 유출액과의 열교환 의해 공급된다. 고압증류부에서 비등점 차이에 의한 분리가 일어나게 하기 위해 필요한 열은 4775.92 kW이며, 고압증류부의 리보일러로부터 공급된다.A mixture of 20 mol% butanol (boiling point: 117.75° C.) and 80 mol% acetic acid (boiling point: 118° C.) was supplied to the low-pressure distillation unit at a flow rate of 100 kmol/h to stage 15. At this time, the low-pressure distillation unit has a total of 30 stages, the condenser pressure of the low-pressure distillation unit is 1 atm, the temperature is 118°C, and the reflux ratio is 10. 99.7 mol% of acetic acid was produced at a flow rate of 80 kmol/h through the upper outlet of the low-pressure distillation unit. At the lower outlet of the low-pressure distillation unit, the temperature was 123.2°C, and 170 kmol/h of a butanol/acetic acid mixture containing 42.2 mol% of butanol was discharged, pressurized to 5 atmospheres by a pump, and flowed into the 41st stage of the high-pressure distillation unit. At this time, the boil-up ratio due to heat exchange in the overlapping portion is 3.38. The high-pressure distillation section has a total of 60 stages, the pressure of the high-pressure section condenser is 5 atm, and the temperature is 172.7°C. At the upper outlet of the high-pressure distillation unit, butanol of 99 mol% purity was produced at a flow rate of 20 kmol/h. At the lower outlet of the high-pressure distillation unit, the temperature was 182.3°C, and a butanol/acetic acid mixture containing 34.6 mol% of butanol was produced at a flow rate of 150 kmol/h, and was introduced into the 20th stage of the low-pressure distillation unit. At this time, the heat required to cause separation due to the difference in boiling point in the low-pressure distillation unit is 5340.64 kW, which is supplied by heat exchange at the overlapping part and heat exchange with the high-pressure distillation part upper effluent pressurized by the compressor. The heat required for separation by boiling point difference in the high-pressure distillation section is 4775.92 kW, and it is supplied from the reboiler of the high-pressure distillation section.

실시예 5: 액-액 평형에 의해 순도 99% 이상의 성분 분리가 가능한 3성분계 이상의 다성분계 공비 혼합물의 분리(부탄올/부틸아세테이트/물 공비 혼합물 분리)Example 5: Separation of a three-component or more multi-component azeotrope capable of separating components with a purity of 99% or more by liquid-liquid equilibrium (separation of butanol/butyl acetate/water azeotrope)

26.9 mol%의 부탄올과 24.7 mol%의 부틸아세테이트, 48.3 mol%의 물의 혼합 원료를 고압증류부에 100 kmol/h의 유량으로 15단에 공급하였다. 이때의 고압증류부는 총 30단이며 고압부 응축기의 압력은 8기압, 온도는 158℃이며 중첩부에서의 열교환과 고압증류부의 응축기에 의한 환류비는 3이다. 고압증류부의 하부 유출구로는 217℃이며, 99.7 mol% 순도의 부틸아세테이트가 생성되었다. 고압증류부의 상부 유출구로는 온도가 158℃이며, 부탄올 28 mol%, 물 66.6 mol%, 부틸아세테이트 5.4 mol%의 부탄올/부틸아세테이트/물 혼합액이 123 kmol/h의 유량으로 생성되었으며, 이는 저장탱크에 의해 액-액 분리가 일어나 99.5 mol% 순도의 물, 48 kmol/hr가 제거된 후 45.9 mol%의 부탄올, 45.2% mol%의 물, 8.9 mol%의 부틸아세테이트 조성의 부탄올/부틸아세테이트/물 혼합액 75 kmol/hr가 저압증류부의 15단으로 유입되었다. 저압증류부는 총 30단으로 증류부의 응축기 압력은 1기압이며 환류비는 3이다. 저압증류부의 하부 유출구로 116℃, 99 mol%의 부탄올과 약 1%의 물이 생성되며, 26.9 kmol/h의 유량으로 생성되었다. 저압증류부의 상부 유출구로는 온도가 91℃이며 부탄올 16 mol%, 부틸아세테이트 14 mol%, 물 70 mol%의 부탄올/부틸아세테이트/물 혼합액 48kmol/h가 유출되고 펌프에 의해 8기압으로 가압되어 고압증류부의 14단으로 유입되었다. 이때 저압증류부에서 비등점 차이에 의한 분리가 일어나게 하기 위해 필요한 열은 2,463 kW로 중첩부에서의 열교환에 의해 공급된다. 고압증류부에서 비등점 차이에 의한 분리가 일어나게 하기 위해 필요한 열은 5,980kW이며, 고압증류부의 리보일러로부터 공급된다.A mixed raw material of 26.9 mol% of butanol, 24.7 mol% of butyl acetate, and 48.3 mol% of water was supplied to stage 15 at a flow rate of 100 kmol/h to the high-pressure distillation unit. At this time, the high-pressure distillation section has a total of 30 stages, the pressure of the high-pressure section condenser is 8 atm, and the temperature is 158 ° C. The lower outlet of the high-pressure distillation unit was 217° C., and butyl acetate of 99.7 mol% purity was produced. At the upper outlet of the high-pressure distillation unit, the temperature was 158° C., and a butanol/butyl acetate/water mixture containing 28 mol% of butanol, 66.6 mol% of water, and 5.4 mol% of butyl acetate was produced at a flow rate of 123 kmol/h, which was a storage tank After liquid-liquid separation occurred and the water of 99.5 mol% purity and 48 kmol/hr was removed, 45.9 mol% butanol, 45.2% mol% water, 8.9 mol% butylacetate composition of butanol/butylacetate/water 75 kmol/hr of the mixed solution was introduced into the 15th stage of the low-pressure distillation unit. The low-pressure distillation section has a total of 30 stages, the condenser pressure of the distillation section is 1 atm, and the reflux ratio is 3. At 116°C, 99 mol% of butanol and about 1% of water were produced through the lower outlet of the low-pressure distillation unit, and it was produced at a flow rate of 26.9 kmol/h. At the upper outlet of the low-pressure distillation unit, the temperature is 91°C, and 48 kmol/h of a butanol/butyl acetate/water mixture containing 16 mol% of butanol, 14 mol% of butyl acetate, and 70 mol% of water flows out and is pressurized to 8 atmospheres by a pump to high pressure. It was introduced to stage 14 of the distillation unit. At this time, 2,463 kW of heat required to cause separation by boiling point difference in the low-pressure distillation part is supplied by heat exchange in the overlapping part. The heat required to cause separation by boiling point difference in the high-pressure distillation unit is 5,980 kW, and it is supplied from the reboiler in the high-pressure distillation unit.

실시예 6: 액-액 평형에 의해 순도 99% 이상의 성분 분리가 불가능한 3성분계 이상의 다성분계 공비 혼합물의 분리(아세톤/클로로폼/물 공비 혼합물 분리)Example 6: Separation of a three-component or more multi-component azeotrope in which components with a purity of 99% or more cannot be separated by liquid-liquid equilibrium (acetone/chloroform/water azeotrope separation)

20 mol%의 아세톤과 20 mol%의 클로로폼, 60 mol%의 물의 혼합 원료를 250 kmol/h의 유량으로 저장탱크에 공급한다. 이때 액-액 평형에 의해 95.6 mol% 의 물, 4.2 mol%의 아세톤, 0.2 mol%의 클로로폼의 조성을 가지는 물 성분이 지배적인 152 kmol/hr 혼합액과 45 mol%의 아세톤, 50 mol%의 클로로폼, 5%의 물의 조성을 가지는 유분이 지배적인 98 kmol/hr 혼합액의 분리가 일어난다. 물성분이 지배적인 152 kmol/hr의 혼합액은 두 번째 저압부 15단으로 유입된다. 이때의 두 번째 저압증류부는 총 22단으로 증류부의 응축기 압력은 0.2기압이다. 두 번째 저압증류부의 하부 유출구로 60℃, 99.9 mol% 순도의 물이 145.01 kmol/h의 유량으로 생성되었다. 두 번째 저압증류부의 상부 유출구로는 온도가 16℃이며 아세톤 94.5 mol%, 클로로폼 3.3 mol%, 물 2.2 mol% 조성의 아세톤/클로로폼/물 혼합액이 7kmol/h 유출되고 세 번째 저압증류부의 15단으로 유입되었다. 세 번째 저압증류부는 총 22단이며 저압부 응축기의 압력은 0.2기압, 온도는 16℃이며 중첩부에서의 열교환과 저압증류부의 응축기에 의한 환류비는 20이다. 세 번째 저압증류부의 하부 유출구로는 21℃, 99.7 mol% 순도의 물 5 kmol/hr가 생성되었다. 세 번째 저압증류부의 상부 유출구로는 온도가 16℃이며, 99.4% mol% 순도의 아세톤이 50 kmol/h의 유량으로 생성되었다. 저장탱크에서 생성된 유분이 지배적인 98 kmol/hr 혼합물은 15기압으로 가압되어 고압증류부 30단으로 유입된다. 이때의 고압증류부는 총 56단이며, 고압부 응축기 압력은 15기압, 온도는 16℃이며 중첩부에서의 열교환과 저압증류부의 응축기에 의한 환류비는 35이다. 고압증류부의 하부 유출구는 180℃이며, 32 mol%의 아세톤과 68 mol%의 클로로폼의 조성을 가지는 아세톤/클로로폼 혼합액이 489 kmol/h의 유량으로 생성되어 첫 번째 저압증류부의 17단으로 유입된다. 고압증류부의 상부 유출구로 162℃, 90 mol%의 아세톤과 10 mol%의 물의 조성을 가진 아세톤/물 혼합액이 48.4 kmol/h의 유량으로 생성되어 세 번째 저압증류부의 10단으로 유입되어 상부 유출구로 아세톤, 하부 유출구로 물이 생성된다. 첫 번째 저압증류부의 상부 유출구로는 온도가 19℃이며 99 mol%의 순도를 가지는 클로로폼이 50kmol/h의 유량으로 유출된다. 첫 번째 저압증류부는 총 22단이며 저압부 응축기의 압력은 0.2기압, 온도는 19℃이며 중첩부에서의 열교환과 저압증류부의 응축기에 의한 환류비는 23이다. 첫 번째 하부 유출구로 23℃이며, 35 mol%의 아세톤과 65 mol%의 클로로폼의 조성을 가지는 아세톤/클로로폼 혼합액이 439 kmol/h의 유량으로 생성되어 고압증류부의 34단으로 유입된다.A mixed raw material of 20 mol% of acetone, 20 mol% of chloroform, and 60 mol% of water is supplied to the storage tank at a flow rate of 250 kmol/h. At this time, by liquid-liquid equilibrium, a 152 kmol/hr mixed solution dominated by a water component having a composition of 95.6 mol% water, 4.2 mol% acetone, and 0.2 mol% chloroform, 45 mol% acetone, and 50 mol% chloroform Separation of a 98 kmol/hr mixture in which foam, an oil having a composition of 5% water, dominates. The mixed solution of 152 kmol/hr, which is dominated by water, flows into the second low-pressure part 15. At this time, the second low-pressure distillation unit has a total of 22 stages, and the condenser pressure of the distillation unit is 0.2 atm. At the lower outlet of the second low-pressure distillation unit, water with a purity of 99.9 mol% at 60°C was generated at a flow rate of 145.01 kmol/h. At the upper outlet of the second low-pressure distillation unit, the temperature is 16°C, and the acetone/chloroform/water mixture of 94.5 mol% acetone, 3.3 mol% chloroform, and 2.2 mol% water flows out at 7kmol/h, and the third low-pressure distillation unit 15 was introduced into the The third low-pressure distillation section has a total of 22 stages, the pressure of the low-pressure section condenser is 0.2 atm, and the temperature is 16°C. As the lower outlet of the third low-pressure distillation unit, 5 kmol/hr of water with a purity of 99.7 mol% at 21°C was produced. At the upper outlet of the third low-pressure distillation unit, the temperature was 16°C, and acetone of 99.4% mol% purity was produced at a flow rate of 50 kmol/h. The 98 kmol/hr mixture, which is dominated by oil generated in the storage tank, is pressurized to 15 atm and flows into the 30th stage of the high-pressure distillation unit. At this time, the high-pressure distillation section has a total of 56 stages, the high-pressure section condenser pressure is 15 atm, the temperature is 16 °C, and the heat exchange in the overlapping section and the reflux ratio by the low-pressure distillation section condenser are 35. The lower outlet of the high-pressure distillation unit is 180°C, and an acetone/chloroform mixture having a composition of 32 mol% of acetone and 68 mol% of chloroform is generated at a flow rate of 489 kmol/h and flows into the 17th stage of the first low-pressure distillation unit. . An acetone/water mixture with a composition of acetone and 10 mol% water at 162°C at the upper outlet of the high-pressure distillation unit is produced at a flow rate of 48.4 kmol/h, flows into the 10th stage of the third low-pressure distillation unit, and flows into the upper outlet of the acetone through the upper outlet. , water is produced at the bottom outlet. At the upper outlet of the first low-pressure distillation unit, chloroform having a temperature of 19°C and a purity of 99 mol% flows out at a flow rate of 50 kmol/h. The first low-pressure distillation section has a total of 22 stages, the pressure of the low-pressure section condenser is 0.2 atm, and the temperature is 19°C. The first lower outlet is 23° C., and an acetone/chloroform mixture having a composition of 35 mol% of acetone and 65 mol% of chloroform is generated at a flow rate of 439 kmol/h and introduced into the 34th stage of the high-pressure distillation unit.

이때 저압증류부에서 비등점 차이에 의한 분리가 일어나게 하기 위해 필요한 열은　첫 번째 저압증류부 7,437 kW, 두 번째 저압증류부 1,484 kW, 세 번째 저압증류부 8,928 kW로 중첩부에서의 열교환 및 컴프레서에 의해 승압된 고압증류부 상부 유출액과의 열교환 의해 공급된다. 고압증류부에서 비등점 차이에 의한 분리가 일어나게 하기 위해 필요한 열은 14,492kW이며, 고압증류부의 리보일러로부터 공급된다.At this time, the heat required to cause separation due to the difference in boiling point in the low-pressure distillation part is 7,437 kW in the first low-pressure distillation part, 1,484 kW in the second low-pressure distillation part, and 8,928 kW in the third low-pressure distillation part. It is supplied by heat exchange with the upper effluent of the pressurized high-pressure distillation unit. The heat required for separation by boiling point difference in the high-pressure distillation unit is 14,492 kW, and it is supplied from the reboiler in the high-pressure distillation unit.

하기 작성된 실시예 7은 실제 실험에서 중첩부에서 열교환이 얼마나 가능한지를 측정하기 위해 SUS304 재질의 관으로 복합 열교환형 다성분 공비 혼합물 분별 증류 장치의 일부를 제작하여 총괄전열계수(U)를 측정한 실험의 실시예이다.Example 7 prepared below is an experiment in which the total heat transfer coefficient (U) was measured by manufacturing a part of a complex heat exchange type multi-component azeotropic mixture fractionation device with a tube made of SUS304 to measure how much heat exchange is possible in the overlapping part in an actual experiment. is an example of

실시예 7: 저압증류부와 고압증류부 사이 관을 통한 총괄전열계수(U) 값 측정실험 (물/에탄올 공비혼합물 분리)Example 7: Measurement experiment of total heat transfer coefficient (U) value through the pipe between the low-pressure distillation unit and the high-pressure distillation unit (water/ethanol azeotrope separation)

실험 장치는 외경 165.30 mm, 높이 321.12 mm의 고압증류부와 외경 52.65 mm, 높이 294.00mm의 저압증류부로 이루어져 있으며 고압증류부와 저압증류부의 관 두께는 각각 4.5mm와 5.8mm이다. 열교환이 발생하는 중첩부의 높이는 294mm이다.The experimental apparatus consists of a high-pressure distillation section with an outer diameter of 165.30 mm and a height of 321.12 mm and a low-pressure distillation section with an outer diameter of 52.65 mm and a height of 294.00 mm. The height of the overlapping portion where heat exchange occurs is 294 mm.

저압증류부에는 증류수 1344 mL를 넣고, 고압증류부에는 에탄올 81.6 mol%의 에탄올/물 혼합액 2257 mL를 주입하였다. 이때의 중첩부 가장 하단으로부터의 유체의 높이는 약 120mm이었다. 고압증류부에서 중첩부의 하단을 리보일러로 연결하여 열을 공급함으로써 고압증류부의 압력이 10기압, 온도가 150℃가 유지되도록 운전하였다. 이 때 고압증류부와 저압증류부의 압력과 온도에 영향을 주지 않을 정도로 저압증류부 상단의 밸브를 열어 리보일러의 열량을 증가시켰으며, 정상 상태에 도달함을 확인 후 1분 간격으로 7분 동안 고압증류부와 저압증류부의 내부 온도와 외부 대기 온도를 수집하였다. 데이터의 수집 후 밸브를 닫고, 저압증류부 내부의 증기를 완전 액화시켜 밸브를 통해 유출된 유체의 부피를 측정하고, 해당 부피만큼을 기화시키는데 필요한 잠열과 저압증류부의 외부로 전달된 열량을 더하여 저압증류부와 고압증류부 사이에 발생한 열교환량을 계산하였다. 이때 7분 동안 저압증류부에서 밸브를 통해 유출된 수증기의 부피는 130mL였으며, 수집된 데이터들로부터 계산된 저압증류부와 고압증류부 사이의 열교환량은 668.68 W이었다.1344 mL of distilled water was added to the low-pressure distillation unit, and 2257 mL of an ethanol/water mixture containing 81.6 mol% of ethanol was injected into the high-pressure distillation unit. At this time, the height of the fluid from the lowest end of the overlapping portion was about 120 mm. The high-pressure distillation part was operated so that the pressure of the high-pressure distillation part was maintained at 10 atmospheres and the temperature was maintained at 150°C by connecting the lower end of the overlapping part to the reboiler and supplying heat. At this time, the amount of heat in the reboiler was increased by opening the valve at the top of the low-pressure distillation section so as not to affect the pressure and temperature of the high-pressure distillation section and the low-pressure distillation section. The internal temperature and external atmospheric temperature of the high-pressure distillation section and the low-pressure distillation section were collected. After data collection, close the valve, measure the volume of the fluid leaked through the valve by completely liquefying the vapor inside the low-pressure distillation unit, and add the latent heat required to vaporize the volume and the amount of heat transferred to the outside of the low-pressure distillation unit. The amount of heat exchange generated between the distillation unit and the high-pressure distillation unit was calculated. At this time, the volume of water vapor leaked through the valve from the low-pressure distillation unit for 7 minutes was 130 mL, and the amount of heat exchange between the low-pressure distillation unit and the high-pressure distillation unit calculated from the collected data was 668.68 W.

실시예 7에서 도출한 열전달 계수 1,193 W/m2K를 바탕으로 실시예 1,2,3,4,5,6에 대한 내부 접촉식 중첩부 열교환에 의한 에너지 절감 효과를 하기 표에 나타내었다.Based on the heat transfer coefficient of 1,193 W/m 2 K derived in Example 7, the energy saving effect by the internal contact-type overlapping heat exchange for Examples 1,2,3,4,5,6 is shown in the table below.

실시예
번호 Example
number 저압부
요구열(kW) low pressure
Heat Required (kW) 고압부
요구열(kW) high pressure
Heat Required (kW) 중첩부
면적(m2) overlap
Area (m2) 중첩부
열전달량(kW) overlap
Heat transfer (kW) 온도차(K) Temperature difference (K) 저압부
에너지절감% low pressure
Energy saving% 1 One 65386538 4367 4367 17 17 1,484 1,484 75 75 2222 2 2 8,780 8,780 9,652 9,652 47 47 2,802 2,802 50 50 32 32 3 3 14,861 14,861 3,190 3,190 147 147 14,583 14,583 83 83 98 98 4 4 5,341 5,341 4,776 4,776 42 42 2,485 2,485 50 50 47 47 5 5 2,463 2,463 5,980 5,980 57 57 2,879 2,879 42 42 100 100 6 6 17,849 17,849 14,492 14,492 56 56 6,679 6,679 100 100 37 37

실시예 7에서 도출한 열전달 계수 1,193 W/m2K를 바탕으로 실시예 1,2,3,4,5,6에 대한 외부 접촉식 중첩부 열교환에 의한 에너지 절감 효과를 하기 표 2에 나타내었다.Based on the heat transfer coefficient of 1,193 W/m 2 K derived in Example 7, the energy saving effect of the external contact-type overlapping heat exchange for Examples 1,2,3,4,5,6 is shown in Table 2 below. .

실시예
번호 Example
number 저압부
요구열(kW) low pressure
Heat Required (kW) 고압부
요구열(kW) high pressure
Heat Required (kW) 중첩부
면적(m2) overlap
Area (m 2 ) 중첩부
열전달량(kW) overlap
Heat transfer (kW) 온도차(K) Temperature difference (K) 저압부
에너지절감% low pressure
Energy saving% 1 One 65386538 43674367 55 473473 7575 77 2 2 8,7808,780 9,6529,652 1515 892892 5050 1010 3 3 14,86114,861 3,1903,190 4747 4,6444,644 8383 3131 4 4 5,3415,341 4,7764,776 1313 791791 5050 1515 5 5 2,4632,463 5,9805,980 1818 917917 4242 3737

저압에너지 절감량이 100% 이상인 경우 저압부 리보일러를 사용하지 않고 고압부 리보일러와 중첩부 열전달만으로 저압부에 필요한 에너지를 공급할 수 있다. 에너지 절감량이 100% 미만인 실시예의 경우 고압부 상부에서 발생하는 증기를 컴프레서로 승압 후 저압부 중첩부에 추가적인 열을 인가할 수 있다. 승압 압력 선정은 운전비를 최저로 하는 최적화된 압력을 선정하면, 저압부 리보일러를 사용하지 않고 최저의 운전비로 운전이 가능하다.If the low-pressure energy saving amount is 100% or more, the energy required for the low-pressure part can be supplied only by heat transfer between the high-pressure part reboiler and the overlapping part without using the low-pressure part reboiler. In the case of an embodiment in which the energy saving amount is less than 100%, additional heat may be applied to the overlapping part of the low-pressure part after the steam generated at the upper part of the high-pressure part is boosted by the compressor. When selecting an optimized pressure that minimizes the operating cost, it is possible to operate at the lowest operating cost without using a low-pressure reboiler.

실시예 8: 부탄올/부틸아세테이트/물 혼합액의 분리(액-액 평형에 의한 경사분리기에서의 분리를 고압증류부와 저압증류부에서의 부탄올과 부틸아세테이트의 분리 이후에 시행하는 경우)Example 8: Separation of butanol/butyl acetate/water mixture (when separation in a decanter by liquid-liquid equilibrium is performed after separation of butanol and butyl acetate in the high-pressure distillation section and the low-pressure distillation section)

부탄올 52.9 mol%, 부틸아세테이트 15.5 mol%, 그리고 물 31.6 mol%의 혼합 원료를 고압증류부에 100 kmol/hr의 유량으로 8단에 공급하였다. 이때의 고압 증류부는 총 20단이며 고압부 응축기의 압력은 3기압, 온도는 124 oC이며 중첩부에서의 열교환과 고압부의 응축기에 의한 환류비는 0.92이다. 고압 증류부 하부 유출구로는 온도가 171 oC이며 99.98 mol% 순도의 부틸아세테이트가 생성되었다. 고압 증류부의 상부 유출구로는 온도가 124 oC이며 부탄올 50.1 mol%, 부틸아세테이트 16.4 mol%, 그리고 물 33.5 mol% 조성의 부탄올/부틸아세테이트/물 혼합액이 158 kmol/hr의 유량으로 생성되었으며 이는 교축 변환 밸브에 의해 1.2기압으로 압력을 낮추어 저압증류부의 15단에 공급하였다. 이때의 저압 증류부는 총 30단으로 증류부의 응축기 압력은 0.2기압이다. 저압증류부의 하부 유출구로 94 oC, 99.99 mol% 순도의 부탄올이 52.75 kmol/hr의 유량으로 생성되었다. 상부 유출구로는 온도가 50 oC이며 부탄올 25.0 mol%, 부틸아세테이트 24.7 mol%, 그리고 물 50.3 mol%의 부탄올/부틸아세테이트/물 혼합액이 105.1 kmol/hr로 유출되었으며, 이는 경사분리기로 공급되어 액-액 분리에 의해 99.5 mol% 순도의 물이 31.76 kmol/hr의 유량으로 분리되었다. 이때의 경사분리기는 1기압 40 oC였으며 나머지 부탄올 35.7 mol%, 부틸아세테이트 35.36 mol%, 그리고 물 28.97 mol%의 부탄올/부틸아세테이트/물 혼합액은 73.34 kmol/hr의 유량으로 유출되어 펌프에 의해 3.2 기압으로 가압되어 고압증류부의 8단으로 유입되었다. 이때 저압 증류부에서 비등점 차이에 의해 분리가 일어나기 위해 필요한 열은 8,885 kW로 중첩부에서의 열교환 및 컴프레서에 의해 승압된 고압증류부 상부 유출액과의 열교환에 의해 공급된다. 고압증류부에서 비등점 차이에 의한 분리가 일어나게 하기 위해 필요한 열은 8,279 kW이며, 고압증류부의 리보일러로부터 공급된다.A mixed raw material of butanol 52.9 mol%, butyl acetate 15.5 mol%, and water 31.6 mol% was supplied to the 8th stage at a flow rate of 100 kmol/hr to the high-pressure distillation unit. At this time, the high-pressure distillation section has a total of 20 stages, the pressure of the high-pressure section condenser is 3 atm, the temperature is 124 o C, and the heat exchange ratio at the overlapping section and the reflux ratio by the high-pressure section condenser is 0.92. At the lower outlet of the high pressure distillation unit, butyl acetate was produced at a temperature of 171 o C and purity of 99.98 mol%. At the upper outlet of the high-pressure distillation unit, a butanol/butylacetate/water mixture having a temperature of 124 o C and a composition of 50.1 mol% butanol, 16.4 mol% butylacetate, and 33.5 mol% water was produced at a flow rate of 158 kmol/hr, which was The pressure was lowered to 1.2 atm by the conversion valve and supplied to the 15th stage of the low-pressure distillation unit. At this time, the low-pressure distillation section has a total of 30 stages, and the condenser pressure of the distillation section is 0.2 atm. At the lower outlet of the low-pressure distillation unit, butanol of 94 o C and 99.99 mol% purity was produced at a flow rate of 52.75 kmol/hr. A butanol/butylacetate/water mixture containing 25.0 mol% butanol, 24.7 mol% butylacetate, and 50.3 mol% water was discharged at a temperature of 50 o C through the upper outlet at 105.1 kmol/hr, which was supplied to a decanter and liquid - By liquid separation, 99.5 mol% pure water was separated at a flow rate of 31.76 kmol/hr. At this time, the decanter was 1 atm pressure of 40 o C, and the remaining butanol/butyl acetate/water mixture containing 35.7 mol% of butanol, 35.36 mol% of butyl acetate, and 28.97 mol% of water was discharged at a flow rate of 73.34 kmol/hr and flowed out by the pump at 3.2 It was pressurized with atmospheric pressure and flowed into the 8th stage of the high-pressure distillation unit. At this time, the heat required for separation due to the boiling point difference in the low-pressure distillation unit is 8,885 kW, and is supplied by heat exchange at the overlapping part and heat exchange with the effluent at the top of the high-pressure distillation part pressurized by the compressor. The heat required for separation by boiling point difference in the high-pressure distillation section is 8,279 kW, and is supplied from the reboiler in the high-pressure distillation section.

실시예 9: 부탄올/부틸아세테이트/물 혼합액의 분리(액-액 평형에 의한 경사분리기에서의 분리를 원료가 증류부에 주입되기 이전에 시행하는 경우)Example 9: Separation of butanol/butyl acetate/water mixture (when separation in a decanter by liquid-liquid equilibrium is performed before raw materials are injected into the distillation unit)

부탄올 15 mol%, 부틸아세테이트 5 mol%, 그리고 물 80 mol%의 혼합 원료를 100 kmol/hr의 유량으로 경사분리기로 공급하였다. 이 때 경사분리기의 온도와 압력은 1기압, 40 oC였으며, 99.5 mol% 순도의 물이 80.38 kmol/hr의 유량으로 생성되었으며, 부탄올 44.8 mol%, 부틸아세테이트 16.4 mol%, 그리고 물 38.8 mol% 조성의 부탄올/부틸아세테이트/물 혼합액이 53.88 kmol/hr의 유량으로 유출되어 저압증류부의 13단으로 유입되었다. 이때의 저압증류부는 총 40단이며 증류부의 응축기 압력은 0.2기압, 온도는 50 oC이며, 환류비는 0.88이었다. 저압 증류부 하부 유출구로는 온도가 93 oC이며 99.8 mol% 순도의 부탄올이 생성되었다. 저압 증류부의 상부 유출구로는 온도가 50 oC이며 부탄올 24.2 mol%, 부틸아세테이트 22.4 mol%, 그리고 물 53.4 mol% 조성의 부탄올/부틸아세테이트/물 혼합액이 39.24 kmol/hr의 유량으로 생성되었으며 이는 펌프에 의해 5.5기압으로 가압되어 고압증류부의 8단으로 주입되었다. 이때의 고압 증류부는 총 20단으로 증류부의 응축기 압력은 5기압이다. 고압 증류부의 하부 유출구로는 194 oC, 99.8 mol% 순도의 부틸아세테이트가 4.97 kmol/hr의 유량으로 생성되었다. 상부 유출구로는 온도가 138 oC이며 부탄올 27.7 mol%, 부틸아세테이트 11.2 mol%, 그리고 물 61.1 mol% 조성의 부탄올/부틸아세테이트/물 혼합액이 32.27 kmol/hr의 유량으로 유출되었으며, 이는 경사분리기로 다시 유입되었다. 이때 저압 증류부에서 비등점 차이에 의해 분리가 일어나기 위해 필요한 열은 1,036 kW로 중첩부에서의 열교환 및 컴프레서에 의해 승압된 고압증류부 상부 유출액과의 열교환에 의해 공급된다. 고압증류부에서 비등점 차이에 의한 분리가 일어나게 하기 위해 필요한 열은 705 kW이며, 고압증류부의 리보일러로부터 공급된다.A mixed raw material of 15 mol% butanol, 5 mol% butyl acetate, and 80 mol% water was supplied to the decanter at a flow rate of 100 kmol/hr. At this time, the temperature and pressure of the decanter were 1 atm, 40 o C, and 99.5 mol% pure water was produced at a flow rate of 80.38 kmol/hr, butanol 44.8 mol%, butyl acetate 16.4 mol%, and water 38.8 mol% The butanol/butyl acetate/water mixture of the composition flowed out at a flow rate of 53.88 kmol/hr and flowed into the 13th stage of the low-pressure distillation unit. At this time, the low-pressure distillation section had a total of 40 stages, the condenser pressure of the distillation section was 0.2 atm, the temperature was 50 o C, and the reflux ratio was 0.88. The lower outlet of the low-pressure distillation unit produced butanol with a temperature of 93 o C and a purity of 99.8 mol%. At the upper outlet of the low-pressure distillation unit, a temperature of 50 o C and a butanol/butyl acetate/water mixture comprising 24.2 mol% butanol, 22.4 mol% butylacetate, and 53.4 mol% water were produced at a flow rate of 39.24 kmol/hr. It was pressurized to 5.5 atmospheres and injected into the 8th stage of the high-pressure distillation unit. At this time, the high-pressure distillation section has a total of 20 stages, and the condenser pressure of the distillation section is 5 atmospheres. As the lower outlet of the high-pressure distillation unit, butyl acetate at 194 ° C and 99.8 mol% purity was produced at a flow rate of 4.97 kmol/hr. A butanol/butylacetate/water mixture having a temperature of 138 o C and a composition of 27.7 mol% butanol, 11.2 mol% butylacetate, and 61.1 mol% water was discharged through the upper outlet at a flow rate of 32.27 kmol/hr, which was re-introduced At this time, the heat required for separation by the boiling point difference in the low-pressure distillation unit is 1,036 kW, which is supplied by heat exchange at the overlapping part and heat exchange with the effluent at the top of the high-pressure distillation part pressurized by the compressor. The heat required for separation by boiling point difference in the high-pressure distillation section is 705 kW, and it is supplied from the reboiler in the high-pressure distillation section.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.As the specific parts of the present invention have been described in detail above, it will be clear to those of ordinary skill in the art that these specific descriptions are only preferred embodiments, and the scope of the present invention is not limited thereby. will be. Accordingly, it is intended that the substantial scope of the present invention be defined by the claims and their equivalents.

1: 저압증류부 11: 저압증류부 트레이
12: 저압증류부 응축기 13: 저압증류부 환류 펌프
14: 저압증류부 리보일러 2: 고압증류부
21: 고압증류부 트레이 22: 고압증류부 환류 펌프
23: 고압증류부 리보일러 24: 컴프레서
25: 교축 변환 밸브 26: 고압증류부 응축기
3: 중첩부 31: 중첩부 열교환 트레이
32: 중첩부 열교환 펌프 33: 중첩부 열교환기
41: (실험장비)고압증류부 42: (실험장비)저압증류부
43: (실험장비)고압증류부 온도지시계
44: (실험장비)저압증류부 온도지시계
45: (실험장비)저압증류부 표면
46: (실험장비)저압증류부 통풍구
5: 경사분리기 51: 경사분리기 환류펌프1: Low-pressure distillation section 11: Low-pressure distillation section tray
12: low pressure distillation unit condenser 13: low pressure distillation unit reflux pump
14: low pressure distillation unit reboiler 2: high pressure distillation unit
21: high-pressure distillation unit tray 22: high-pressure distillation unit reflux pump
23: high-pressure distillation unit reboiler 24: compressor
25: throttle conversion valve 26: high-pressure distillation unit condenser
3: overlapping portion 31: overlapping portion heat exchange tray
32: overlapping section heat exchange pump 33: overlapping section heat exchanger
41: (experimental equipment) high-pressure distillation unit 42: (experimental equipment) low-pressure distillation unit
43: (Experimental equipment) High-pressure distillation part temperature indicator
44: (Experimental equipment) Low pressure distillation part temperature indicator
45: (experimental equipment) surface of low pressure distillation part
46: (experimental equipment) low-pressure distillation part vent
5: decanter 51: decanter reflux pump

Claims (33)

고압증류부(2); 저압증류부(1); 및 상기 고압증류부(2)와 상기 저압증류부(1) 사이에서 열전달이 이루어지도록 중첩되게 위치하는 중첩부(3)를 포함하되,
상기 중첩부(3)는 상기 고압증류부(2) 상부의 일부 또는 전부가 상기 저압증류부(1) 하부의 일부 또는 전부가 중첩되도록 위치하는 이중관 형태이고,
상평형을 유도하고 저압증류부(1)와의 열교환 효율을 증대하기 위한 중첩부 열교환 트레이(31); 중첩부 열교환 펌프(32); 및 중첩부 열교환기(33)를 포함하며;
상기 저압증류부(1)는 상평형을 유도하는 저압증류부 트레이(11);
상기 중첩부(3)에서 전달된 열로 혼합물이 비점에 이르게 되고 비점에 이른 기체를 액체로 응축시키는 저압증류부 응축기(12); 및
상기 저압증류부(1)에서 증류된 후 잔여의 공비 혼합물을 회수하여 상기 고압증류부(2)로 전달하는 저압증류부 환류펌프(13)를 포함하며
상기 고압증류부(2)는 상평형을 유도하는 고압증류부 트레이(21);
상기 고압증류부(2)에서 증류된 후 잔여의 공비 혼합물을 회수하여 상기 저압증류부(1)로 전달하는 고압증류부 환류펌프(22);
상기 저압증류부(1)에서 생성된 공비 혼합물의 공비점까지 온도를 상승시키기 위한 고압증류부 리보일러(23);
비점에 이른 기체를 액체로 응축시키는 고압증류부 응축기(26);
상기 고압증류부(2) 상부에서 발생하는 기체의 압력을 승압시키는 컴프레서(24); 및
상기 컴프레서(24)에서 승압된 기체의 압력을 상기 저압증류부(1)로 전달하여 압력을 강하시키기 위한 교축 변환 밸브(25)를 포함하는 복합 열교환형 다성분 공비 혼합물의 분별증류장치.
high-pressure distillation unit (2); low pressure distillation unit (1); and an overlapping portion 3 positioned to overlap between the high-pressure distillation unit 2 and the low-pressure distillation unit 1 to conduct heat transfer,
The overlapping part 3 is in the form of a double tube in which a part or all of the upper part of the high-pressure distillation part 2 overlaps a part or all of the lower part of the low-pressure distillation part 1,
an overlapping portion heat exchange tray 31 for inducing phase equilibrium and increasing heat exchange efficiency with the low pressure distillation unit 1; an overlap heat exchange pump (32); and an overlap heat exchanger (33);
The low-pressure distillation unit 1 includes a low-pressure distillation unit tray 11 for inducing phase equilibrium;
a low-pressure distillation unit condenser (12) for causing the mixture to reach a boiling point with the heat transferred from the overlapping unit (3) and condensing the gas that has reached the boiling point into a liquid; and
and a low-pressure distillation unit reflux pump 13 for recovering the remaining azeotropic mixture after distillation in the low-pressure distillation unit 1 and transferring it to the high-pressure distillation unit 2,
The high-pressure distillation unit 2 includes a high-pressure distillation unit tray 21 for inducing phase equilibrium;
a high-pressure distillation unit reflux pump 22 for recovering the remaining azeotropic mixture after distillation in the high-pressure distillation unit 2 and transferring it to the low-pressure distillation unit 1;
a high-pressure distillation unit reboiler (23) for raising the temperature to the azeotropic point of the azeotropic mixture generated in the low-pressure distillation unit (1);
a high-pressure distillation unit condenser 26 for condensing the gas reaching the boiling point into a liquid;
a compressor (24) for increasing the pressure of the gas generated in the upper portion of the high-pressure distillation unit (2); and
and a throttle conversion valve (25) for transferring the pressure of the gas pressurized by the compressor (24) to the low-pressure distillation unit (1) to lower the pressure.
 제1항에 있어서, 경사분리기(5)를 추가로 포함하는 복합 열교환형 다성분 공비 혼합물의 분별증류장치.
The complex heat exchange type multi-component azeotropic mixture according to claim 1, further comprising a decanter (5).
 제2항에 있어서, 상기 경사분리기(5)는 복합 열교환형 다성분 공비 혼합물의 분별증류장치의 저압증류부(1)와 고압증류부(2)에 연결되어 경사분리기에서 혼합물의 일부를 분리하여 교축 변환 밸브(25)를 통해 유출시키는 것을 특징으로 하는 복합 열교환형 다성분 공비 혼합물의 분별증류장치.
According to claim 2, wherein the decanter (5) is connected to the low-pressure distillation unit (1) and the high-pressure distillation unit (2) of the complex heat exchange type multi-component azeotropic mixture fractionation device to separate a part of the mixture in the decanter A complex heat exchange type fractional distillation device for multi-component azeotropic mixture, characterized in that the outflow through the throttle conversion valve (25).
 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 중첩부(3)는 상기 저압증류부(1)의 일부 하부와 상기 고압증류부(2)의 일부 상부가 중첩되도록 위치하는 이중관 형태인 것을 특징으로 하는 복합 열교환형 다성분 공비 혼합물의 분별증류장치.
According to claim 1, wherein the overlapping portion (3) is a composite heat exchange type multi-pipe type, characterized in that the lower portion of the low-pressure distillation portion (1) and a portion of the upper portion of the high-pressure distillation portion (2) are positioned to overlap each other. Fractional distillation device for azeotropic components.
 제1항에 있어서, 상기 고압증류부(2)의 전부가 상기 저압증류부(1)의 내부에 위치하는 이중관 형태 또는 상기 고압증류부(2)와 상기 저압증류부(1)가 접촉되어 있는 것을 특징으로 하는 복합 열교환형 다성분 공비 혼합물의 분별증류장치.
The method according to claim 1, wherein all of the high-pressure distillation unit (2) is in the form of a double tube positioned inside the low-pressure distillation unit (1), or the high-pressure distillation unit (2) and the low-pressure distillation unit (1) are in contact with each other. A fractional distillation device for a complex heat exchange type multi-component azeotropic mixture, characterized in that
 제1항에 있어서, 상기 저압증류부(1)의 전부가 상기 고압증류부(2)의 내부에 위치하는 이중관 형태 또는 상기 저압증류부(1)와 상기 고압증류부(2)가 접촉되어 있는 것을 특징으로 하는 복합 열교환형 다성분 공비 혼합물의 분별증류장치.
The method according to claim 1, wherein all of the low-pressure distillation unit (1) is in the form of a double tube positioned inside the high-pressure distillation unit (2) or the low-pressure distillation unit (1) and the high-pressure distillation unit (2) are in contact with each other. A fractional distillation device for a complex heat exchange type multi-component azeotropic mixture, characterized in that
 제2항에 있어서, 상기 경사분리기(5)는
중력 또는 원심 분리를 이용하여 비혼합성 액체를 상대적으로 밀도가 가벼운 액체상과 상대적으로 밀도가 무거운 액체상으로 경사 분리를 일으키는 것을 특징으로 하는 복합 열교환형 다성분 공비 혼합물의 분별증류장치.
According to claim 2, wherein the decanter (5)
A complex heat exchange type multi-component azeotrope fractionation device, characterized in that the immiscible liquid is decanted into a liquid phase having a relatively light density and a liquid phase having a relatively high density by using gravity or centrifugation.
 제8항에 있어서, 두 액체상 중 순도 99% 이상의 액체상을 하나의 제품으로 유출시키고 다른 액체 상을 상기 저압증류부(1) 또는 고압증류부(2)로 유출시키는 경사분리기 환류펌프(51) 또는 컴프레서(24)를 추가로 포함하는 복합 열교환형 다성분 공비 혼합물의 분별증류장치.
The decanter reflux pump 51 or Fractional distillation apparatus of a complex heat exchange type multi-component azeotrope further comprising a compressor (24).
 제2항에 있어서, 상기 저압증류부(1)는
상평형을 유도하는 저압증류부 트레이(11);
상기 중첩부(3)에서 전달된 열로 혼합물이 비점에 이르게 되고 비점에 이른 기체를 액체로 응축시키는 저압증류부 응축기(12); 및
상기 저압증류부(1)에서 증류된 후 잔여의 공비 혼합물을 회수하여 상기 경사분리기(5)로 전달하는 저압증류부 환류펌프(13)를 포함하는 복합 열교환형 다성분 공비 혼합물의 분별증류장치.
According to claim 2, wherein the low-pressure distillation unit (1)
Low-pressure distillation unit tray 11 for inducing phase equilibrium;
a low-pressure distillation unit condenser (12) for causing the mixture to reach a boiling point with the heat transferred from the overlapping unit (3) and condensing the gas that has reached the boiling point into a liquid; and
and a low-pressure distillation unit reflux pump (13) for recovering the remaining azeotropic mixture after distillation in the low-pressure distillation unit (1) and transferring it to the decanter (5).
 제2항에 있어서, 상기 고압증류부(2)는
상평형을 유도하는 고압증류부 트레이(21);
상기 고압증류부(2)에서 증류된 후 잔여의 공비 혼합물을 회수하여 상기 경사분리기(5)로 전달하는 고압증류부 환류펌프(22);
상기 저압증류부(1)에서 생성된 공비 혼합물의 공비점까지 온도를 상승시키기 위한 고압증류부 리보일러(23); 및
비점에 이른 기체를 액체로 응축시키는 고압증류부 응축기(26);를 포함하는 복합 열교환형 다성분 공비 혼합물의 분별증류장치.
According to claim 2, wherein the high-pressure distillation unit (2)
High-pressure distillation unit tray 21 for inducing phase equilibrium;
a high-pressure distillation unit reflux pump 22 for recovering the remaining azeotropic mixture after distillation in the high-pressure distillation unit 2 and transferring it to the decanter 5;
a high-pressure distillation unit reboiler (23) for raising the temperature to the azeotropic point of the azeotropic mixture generated in the low-pressure distillation unit (1); and
A complex heat exchange type multi-component azeotropic mixture comprising a high-pressure distillation unit condenser 26 for condensing the gas that has reached the boiling point into a liquid.
 삭제delete 삭제delete 복합 열교환형 다성분 공비 혼합물의 분별증류장치를 이용한 다성분 공비 혼합물의 분별증류방법에 있어서, 제1항의 장치를 이용하여 고압증류부와 저압증류부 사이에서 열전달이 수행되는 단계를 포함하는 다성분 공비 혼합물의 분별증류방법.
A method for fractional distillation of a multicomponent azeotrope using a fractional distillation apparatus for a complex heat exchange type multicomponent azeotrope, comprising the step of performing heat transfer between a high-pressure distillation unit and a low-pressure distillation unit using the apparatus of claim 1 . A method for fractional distillation of an azeotrope.
 제14항에 있어서, 다음 단계를 포함하는 다성분 공비 혼합물의 분별증류방법:
(a) 공비 혼합물을 고압증류부 또는 저압증류부로 주입시키고, 고압증류부를 가열하여 고압증류부 내 액체를 비점에 도달시켜 비등점 차이에 의해 고비등점 액체를 고압증류부 하부 유출구로 배출시키는 단계;
(b) 고비등점 액체가 배출되고 남은 고압증류부의 혼합액과 고압증류부의 상단에서 발생한 기체를 고압증류부의 상부 응축기를 통해 응축시킨 액체를 저압증류부로 주입하는 단계; 및
(c) 상기 (a) 단계에서 발생하는 열이 중첩부 트레이를 통해 저압증류부 하부의 기체와 액체를 가열하여 저압증류부 내 액체를 비점에 도달시키고, 비등점 차이에 의해 저비등점 액체를 저압증류부 하부 유출구로 배출시키는 단계.
15. The method according to claim 14, comprising the steps of:
(a) injecting the azeotropic mixture into the high-pressure distillation unit or the low-pressure distillation unit, heating the high-pressure distillation unit to reach the boiling point of the liquid in the high-pressure distillation unit, and discharging the high-boiling point liquid to the lower outlet of the high-pressure distillation unit due to the difference in boiling point;
(b) injecting the liquid obtained by condensing the mixed liquid of the high-pressure distillation unit remaining after the high-boiling-point liquid is discharged and the gas generated at the upper end of the high-pressure distillation unit through the upper condenser of the high-pressure distillation unit into the low-pressure distillation unit; and
(c) The heat generated in step (a) heats the gas and liquid at the bottom of the low-pressure distillation unit through the overlapping tray to reach the boiling point of the liquid in the low-pressure distillation unit, and low-pressure distillation of the low-boiling-point liquid by the boiling point difference discharging to the sub-bottom outlet.
 제15항에 있어서,
(d) 상기 (c) 단계에서 저압증류부 하부 유출구로 배출되는 액체를 저압증류부 펌프에 의해 승압하여 상기 (a) 단계의 고압증류부로 리사이클링시켜 고압증류부의 액체와 상평형에 도달시키는 단계; 및
(e) 상기 (b) 단계에서 저압증류부로 주입된 액체를 상기 (d) 단계에서 생성된 기체와 저압증류부 트레이를 통해 상평형에 도달시키는 단계를 추가로 포함하는 다성분 공비 혼합물의 분별증류방법.
16. The method of claim 15,
(d) raising the pressure of the liquid discharged to the lower outlet of the low-pressure distillation unit in step (c) by the low-pressure distillation unit pump and recycling it to the high-pressure distillation unit of step (a) to reach phase equilibrium with the liquid in the high-pressure distillation unit; and
(e) fractional distillation of the multi-component azeotrope further comprising the step of bringing the liquid injected into the low-pressure distillation section in step (b) to phase equilibrium through the low-pressure distillation section tray with the gas generated in step (d). Way.
 제15항에 있어서,
(d) 상기 (c) 단계에서 승압된 고압증류부 기체의 압력을 교축 변환 밸브로 강압시키는 단계;
(e) 상기 (d) 단계에서 강압된 유체가 혼합액일 경우 상기 저압증류부 또는 상기 고압증류부로 리사이클링시켜 고압증류부의 액체와 상평형에 도달시키거나 순수액체일 경우에는 배출시키는 단계; 및
(f) 상기 (e) 단계에서 저압증류부로 주입된 유체를 액체로 응축시켜 상기 (c) 단계에서 생성된 기체와 저압증류부 트레이를 통해 상평형에 도달시키는 단계를 추가로 포함하는 다성분 공비 혼합물의 분별증류방법.
16. The method of claim 15,
(d) step-down of the pressure of the high-pressure distillation unit gas pressurized in step (c) with a throttle conversion valve;
(e) when the fluid pressurized in step (d) is a mixed solution, recycling to the low-pressure distillation unit or the high-pressure distillation unit to reach phase equilibrium with the liquid in the high-pressure distillation unit, or discharging in the case of a pure liquid; and
(f) condensing the fluid injected into the low-pressure distillation section in step (e) into a liquid to reach phase equilibrium through the low-pressure distillation section tray with the gas generated in step (c). A method of fractional distillation of a mixture.
 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공비 혼합물은 2성분계 또는 3성분계 공비 혼합물인 것을 특징으로 하는 다성분 공비 혼합물의 분별증류방법.
18. The method according to any one of claims 14 to 17, wherein the azeotrope is a two-component or three-component azeotrope.
 제18항에 있어서, 상기 2성분계 공비 혼합물은 최소공비점을 형성하며 압력을 높임에 따라 공비점의 조성이 저비점 성분 쪽으로 이동하는 2성분계 공비 혼합물, 최소공비점을 형성하며 압력을 높임에 따라 공비점의 조성이 고비점 성분 쪽으로 이동하는 2성분계 공비 혼합물, 최대 공비점을 형성하며 압력을 높임에 따라 공비점의 조성이 저비점 성분 쪽으로 이동하는 2성분계 공비 혼합물 또는 최대 공비점을 형성하며 압력을 높임에 따라 공비점의 조성이 고비점 성분 쪽으로 이동하는 2성분계 공비 혼합물인 것을 특징으로 하는 다성분 공비 혼합물의 분별증류방법.
19. The two-component azeotrope according to claim 18, wherein the two-component azeotrope forms a minimum azeotrope and the composition of the azeotrope moves toward a lower boiling component as the pressure is increased. A two-component azeotropic mixture in which the composition of the points shifts towards the high-boiling component; A method for fractional distillation of a multi-component azeotrope, characterized in that it is a two-component azeotrope in which the composition of the azeotrope moves toward the high-boiling-point component according to the
 제19항에 있어서, 상기 최소공비점을 형성하며 압력을 높임에 따라 공비점의 조성이 저비점 성분 쪽으로 이동하는 2성분계 공비 혼합물은 메탄올/디메틸카보네이트, 부탄올/부틸아세테이트, 물/부틸아세테이트, 물/1-펜탄올, 물/N-펜틸 아세테이트, 메탄올/메틸에틸케톤 및 에탄올/벤젠으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 다성분 공비 혼합물의 분별증류방법.
20. The method according to claim 19, wherein the two-component azeotrope is methanol/dimethyl carbonate, butanol/butyl acetate, water/butyl acetate, water/ A method for fractional distillation of a multicomponent azeotrope, characterized in that it is selected from the group consisting of 1-pentanol, water/N-pentyl acetate, methanol/methylethylketone and ethanol/benzene.
 제19항에 있어서, 상기 최소공비점을 형성하며 압력을 높임에 따라 공비점의 조성이 고비점 성분 쪽으로 이동하는 2성분계 공비 혼합물은 물/부탄올, 물/에틸아세테이트, 물/에탄올, 에탄올/에틸아세테이트, 에탄올/디메틸카보네이트, 에탄올/에틸메틸카보네이트, 물/1-헥산올, 물/N-헥실아세테이트, 물/테트라하이드로퓨란, 물/아세토나이트릴, 메탄올/아세톤으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 다성분 공비 혼합물의 분별증류방법.
20. The two-component azeotropic mixture of claim 19, wherein the composition of the azeotrope moves toward the high boiling point component as the pressure is increased to form the minimum azeotropic point, water/butanol, water/ethyl acetate, water/ethanol, ethanol/ethyl Acetate, ethanol / dimethyl carbonate, ethanol / ethyl methyl carbonate, water / 1-hexanol, water / N-hexyl acetate, water / tetrahydrofuran, water / acetonitrile, characterized in that selected from the group consisting of methanol / acetone A method for fractional distillation of a multi-component azeotropic mixture comprising
 제19항에 있어서, 상기 최대 공비점을 형성하며 압력을 높임에 따라 공비점의 조성이 저비점 성분 쪽으로 이동하는 2성분계 공비 혼합물은 클로로폼/이소프로필에테르, 물/질산 및 물/포름산으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 다성분 공비 혼합물의 분별증류방법.
20. The two-component azeotrope according to claim 19, wherein the azeotrope of the two-component system forms the maximum azeotrope and the composition of the azeotrope shifts toward the low-boiling component as the pressure is increased. A method for fractional distillation of a multi-component azeotrope, characterized in that it is selected from
 제19항에 있어서, 상기 최대 공비점을 형성하며 압력을 높임에 따라 공비점의 조성이 고비점 성분 쪽으로 이동하는 2성분계 공비 혼합물은 에틸렌디아민/물, 아세톤/클로로폼, 및 아세트산/부탄올로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 다성분 공비 혼합물의 분별증류방법.
20. The two-component azeotropic mixture according to claim 19, wherein the azeotropic mixture forms the maximum azeotropic point and the composition of the azeotropic point shifts toward the high boiling point component as the pressure is increased. A method for fractional distillation of a multi-component azeotrope, characterized in that it is selected from the group.
 제19항에 있어서, 상기 3성분계 공비 혼합물은 물/부탄올/부틸아세테이트, 부탄올/부틸아세테이트/아세트산, 물/에탄올/에틸아세테이트, 물/1-펜탄올/N-펜틸아세테이트 및 물/1-헥산올/N-헥실아세테이트로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 다성분 공비 혼합물의 분별증류방법.
20. The method of claim 19, wherein the three-component azeotrope is water/butanol/butyl acetate, butanol/butyl acetate/acetic acid, water/ethanol/ethyl acetate, water/1-pentanol/N-pentyl acetate and water/1-hexane A method for fractional distillation of a multi-component azeotrope, characterized in that it is selected from the group consisting of all/N-hexyl acetate.
 복합 열교환형 다성분 공비 혼합물의 분별증류장치를 이용한 다성분 공비 혼합물의 분별증류방법에 있어서, 제2항의 장치를 이용하여 고압증류부와 저압증류부 사이에서 열전달이 수행되는 단계; 및 경사분리기에서 하나의 물질을 분리하는 단계를 포함하는 다성분 공비 혼합물의 분별증류방법.
A method for fractional distillation of a multi-component azeotrope using a complex heat exchange type multi-component azeotrope fractionation device, the method comprising: performing heat transfer between a high-pressure distillation unit and a low-pressure distillation unit using the apparatus of claim 2 ; and separating one substance in a decanter.
 제25항에 있어서, 다음 단계를 포함하는 다성분 공비 혼합물의 분별증류방법:
(a) 공비 혼합물을 고압증류부 또는 저압증류부로 주입시키고, 고압증류부를 가열하여 고압증류부 내 액체를 비점에 도달시켜 비등점 차이에 의해 순도 99% 이상의 액체로 이루어진 물질을 고압증류부 상부 유출구 또는 하부 유출구로 배출시키는 단계;
(b) 고압증류부에서 액체 물질 배출 후, 고압증류부의 상단에서 발생한 기체를 고압증류부의 상부 응축기를 통해 응축시킨 액체 또는 고압증류부 하단에서 발생한 액체를 저압증류부 또는 경사분리기로 주입하는 단계; 및
(c) 상기 (a) 단계에서 발생하는 열이 중첩부 트레이를 통해 저압증류부 하부의 기체와 액체를 가열하여 저압증류부 내 액체를 비점에 도달시키고, 비등점 차이에 의해 저압증류부의 상부유출구 또는 하부 유출구로 순도 99% 이상의 액체로 이루어진 다른 성분의 물질을 배출시키는 단계:
(d) 저압증류부에서 액체 물질 배출 후, 저압증류부의 상단에서 발생한 기체를 저압증류부의 상부 응축기를 통해 응축시킨 액체 또는 저압증류부 하단에서 발생한 액체를 고압증류부 또는 경사분리기로 주입하는 단계; 및
(e) 경사분리기에서 주입된 액체를 액-액 평형에 따라 두 개의 액체상으로 분리하고, 순도 99% 이상의 액체상 물질로 유출하고 다른 액체상을 저압증류부 또는 고압증류부로 주입하는 단계를 포함하는 다성분 공비혼합물의 분별증류방법.
26. The method according to claim 25, comprising the steps of:
(a) The azeotropic mixture is injected into the high-pressure distillation part or the low-pressure distillation part, and the high-pressure distillation part is heated to reach the boiling point of the liquid in the high-pressure distillation part. discharging to a lower outlet;
(b) after discharging the liquid material from the high-pressure distillation unit, a liquid obtained by condensing the gas generated at the top of the high-pressure distillation unit through the upper condenser of the high-pressure distillation unit or the liquid generated at the bottom of the high-pressure distillation unit is injected into the low-pressure distillation unit or the decanter; and
(c) the heat generated in step (a) heats the gas and liquid in the lower part of the low-pressure distillation part through the overlapping part tray so that the liquid in the low-pressure distillation part reaches the boiling point, and the upper outlet of the low-pressure distillation part or Discharging other constituents of the liquid to a lower outlet, comprising a liquid having a purity of at least 99%:
(d) after discharging the liquid material from the low-pressure distillation unit, a liquid obtained by condensing the gas generated at the upper end of the low-pressure distillation unit through the upper condenser of the low-pressure distillation unit or the liquid generated at the lower end of the low-pressure distillation unit is injected into the high-pressure distillation unit or the decanter; and
(e) separating the liquid injected from the decanter into two liquid phases according to liquid-liquid equilibrium, flowing out as a liquid material with a purity of 99% or more, and injecting the other liquid phase into a low-pressure distillation unit or a high-pressure distillation unit A method for fractional distillation of an azeotrope.
 제25항에 있어서, 다음 단계를 포함하는 다성분 공비 혼합물의 분별증류방법:
(a) 공비 혼합물을 경사분리기로 주입시키고, 주입된 액체를 액-액 평형에 따라 두 개의 액체상으로 분리하고, 순도 99% 이상의 액체상을 제품으로 유출하고 다른 액체상을 저압증류부 또는 고압증류부로 주입하는 단계;
(b) 고압증류부를 가열하여 고압증류부 내 액체를 비점에 도달시켜 비등점 차이에 의해 순도 99%이상의 액체로 이루어진 제품을 고압증류부 상부 유출구 또는 하부 유출구로 배출시키는 단계;
(c) 고압증류부에서 액체 제품 배출 후, 고압증류부의 상단에서 발생한 기체를 고압증류부의 상부 응축기를 통해 응축시킨 액체 또는 고압증류부 하단에서 발생한 액체를 저압증류부 또는 경사분리기로 주입하는 단계; 및
(d) 상기 (b) 단계에서 발생하는 열이 중첩부 트레이를 통해 저압증류부 하부의 기체와 액체를 가열하여 저압증류부 내 액체를 비점에 도달시키고, 비등점 차이에 의해 저압증류부의 상부유출구 또는 하부 유출구로 순도 99% 이상의 액체로 이루어진 다른 성분의 제품을 배출시키는 단계: 및
(e) 저압증류부에서 액체 제품 배출 후, 저압증류부의 상단에서 발생한 기체를 저압증류부의 상부 응축기를 통해 응축시킨 액체 또는 저압증류부 하단에서 발생한 액체를 고압증류부 또는 경사분리기로 주입하는 단계를 포함하는 3성분계 이상의 액-액 평형을 포함하는 다성분 공비혼합물의 분별증류방법.
26. The method according to claim 25, comprising the steps of:
(a) Inject the azeotrope into the decanter, separate the injected liquid into two liquid phases according to liquid-liquid equilibrium, and pour the liquid phase with a purity of 99% or more into the product, and inject the other liquid phase into the low-pressure distillation unit or high-pressure distillation unit to do;
(b) heating the high-pressure distillation unit to reach the boiling point of the liquid in the high-pressure distillation unit, and discharging a product composed of a liquid having a purity of 99% or more due to the difference in boiling point to an upper outlet or a lower outlet of the high-pressure distillation unit;
(c) after discharging the liquid product from the high-pressure distillation unit, injecting a liquid obtained by condensing the gas generated at the upper end of the high-pressure distillation unit through the upper condenser of the high-pressure distillation unit or the liquid generated at the bottom of the high-pressure distillation unit into the low-pressure distillation unit or the decanter; and
(d) the heat generated in step (b) heats the gas and liquid in the lower part of the low-pressure distillation part through the overlapping part tray so that the liquid in the low-pressure distillation part reaches the boiling point, and the upper outlet of the low-pressure distillation part or discharging a product of another component consisting of a liquid having a purity of at least 99% into a lower outlet; and
(e) After discharging the liquid product from the low-pressure distillation unit, the liquid produced by condensing the gas generated at the upper end of the low-pressure distillation unit through the upper condenser of the low-pressure distillation unit or the liquid generated at the bottom of the low-pressure distillation unit is injected into the high-pressure distillation unit or the decanter. A method for fractional distillation of a multi-component azeotrope comprising a three-component system or more containing liquid-liquid equilibrium.
 제25항에 있어서, 상기 공비 혼합물은 액-액 평형에 의해 순도 99% 이상의 혼합물 분리가 가능한 3성분계 또는 3성분계 이상의 공비 혼합물인 것을 특징으로 하는 다성분 공비 혼합물의 분별증류방법.
26. The method of claim 25, wherein the azeotrope is a three-component or three-component azeotrope capable of separating a mixture with a purity of 99% or more by liquid-liquid equilibrium.
 제28항에 있어서, 상기 3성분계 또는 3성분계 이상의 공비 혼합물은 최소공비점을 형성하며 액-액 평형에 의해 순도 99% 이상의 성분 분리가 가능한 공비혼합물로 압력을 높임에 따라 분리 경계의 이동으로 인해 혼합물의 분리가 가능한 공비 혼합물, 최대공비점을 형성하며 액-액 평형에 의해 순도 99%이상의 성분 분리가 가능한 공비 혼합물로 압력을 높임에 따라 분리 경계의 이동으로 인해 혼합물의 분리가 가능한 공비 혼합물, 2성분계 최소공비점 또는 최대공비점을 형성하며 액-액 평형에 의해 순도 99%이상의 성분 분리가 가능한 공비 혼합물로 압력을 높임에 따라 분리 경계의 이동으로 인해 혼합물의 분리가 가능한 공비 혼합물, 또는 2성분계 이상의 최소공비점 또는 최대공비점을 형성하며 액-액 평형에 의해 순도 99%이상의 성분 분리가 가능한 공비 혼합물로 압력을 높임에 따라 분리 경계의 이동으로 인해 혼합물의 분리가 가능한 공비 혼합물인 것을 특징으로 하는 다성분 공비 혼합물의 분별증류방법.
The method according to claim 28, wherein the three-component or three-component or higher azeotrope forms a minimum azeotropic point and is an azeotrope capable of separating components with a purity of 99% or more by liquid-liquid equilibrium due to movement of the separation boundary as the pressure is increased An azeotropic mixture capable of separating mixtures, forming the maximum azeotropic point, and capable of separating components with a purity of 99% or more by liquid-liquid equilibrium. An azeotropic mixture that forms the minimum or maximum azeotropic point of a two-component system and can separate components with a purity of 99% or more by liquid-liquid equilibrium. It is an azeotropic mixture that forms the minimum or maximum azeotropic point above the component system and allows separation of components with a purity of 99% or more by liquid-liquid equilibrium. A method for fractional distillation of a multi-component azeotropic mixture comprising
 제29항에 있어서, 상기 3성분계 최소공비점을 형성하며 액-액 평형에 의해 순도 99% 이상의 성분 분리가 가능한 공비혼합물로 압력을 높임에 따라 분리 경계의 이동으로 인해 혼합물의 분리가 가능한 공비 혼합물은 부탄올/부틸아세테이트/물, 펜탄올/펜틸아세테이트/물, 헥산올/헥실아세테이트/물, 에탄올/톨루엔/물, 이소프로필알코올/벤젠/물로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 3성분계 공비 혼합물의 분별증류방법.
30. The azeotrope of claim 29, wherein the azeotrope forms the three-component minimum azeotropic point and allows separation of components with a purity of 99% or more by liquid-liquid equilibrium. Silver butanol/butyl acetate/water, pentanol/pentyl acetate/water, hexanol/hexyl acetate/water, ethanol/toluene/water, isopropyl alcohol/benzene/water fractional distillation method.
 제30항에 있어서, 상기 3성분계 최대공비점을 형성하며 액-액 평형에 의해 순도 99%이상의 성분 분리가 가능한 공비 혼합물로 압력을 높임에 따라 분리 경계의 이동으로 인해 혼합물의 분리가 가능한 공비 혼합물은 에탄올/물/에틸벤젠, 에탄올/아세토나이트릴/물로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 3성분계 공비 혼합물의 분별증류방법.
31. The azeotrope of claim 30, wherein the azeotrope forms the maximum azeotropic point of the three-component system and enables separation of components with a purity of 99% or more by liquid-liquid equilibrium. is selected from the group consisting of ethanol/water/ethylbenzene, and ethanol/acetonitrile/water.
 제31항에 있어서, 상기 2성분계 최소공비점 또는 최대공비점을 형성하며 액-액 평형에 의해 순도 99%이상의 성분 분리가 가능한 3성분계 공비 혼합물로 압력을 높임에 따라 분리 경계의 이동으로 인해 혼합물의 분리가 가능한 공비 혼합물은 아세톤/에탄올/헥산, 디이소프로필에테르/이소프로필알코올/물, 아세토나이트릴/메탄올/벤젠, 메탄올/디메틸카보네이트/에탄올, 메탄올/디메틸카보네이트/디에틸카보네이트으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 다성분 공비 혼합물의 분별증류방법.
The mixture according to claim 31, wherein the two-component system forms the minimum azeotrope or the maximum azeotrope and is a three-component azeotropic mixture capable of separating components with a purity of 99% or more by liquid-liquid equilibrium. The azeotrope that can separate A method for fractional distillation of a multi-component azeotrope, characterized in that it is selected from
 제32항에 있어서, 상기 3성분계 이상의 공비 혼합물 중 4성분계 이상인 것은 2성분계 이상의 최소공비점 또는 최대공비점을 형성하며 액-액 평형에 의해 순도 99%이상의 성분 분리가 가능한 공비 혼합물로 압력을 높임에 따라 분리 경계의 이동으로 인해 혼합물의 분리가 가능한 공비 혼합물은 메틸아세테이트/헥실아세테이트/물/메탄올, 부틸아세테이트/부탄올/물/아세트산, 헥실아세테이트/헥산올/물/아세트산, 펜틸아세테이트/펜탄올/물/아세트산, 디메틸카보네이트/메탄올/디에틸카보네이트/에탄올로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 다성분 공비 혼합물의 분별증류방법.
33. The method of claim 32, wherein among the three-component or higher azeotrope mixture, the four-component or higher azeotrope forms a minimum or maximum azeotropic point of a two-component or higher azeotrope, and the pressure is increased to an azeotropic mixture capable of separating components with a purity of 99% or more by liquid-liquid equilibrium. The azeotrope that can separate the mixture due to the movement of the separation boundary according to / Water / acetic acid, dimethyl carbonate / methanol / diethyl carbonate / ethanol fractional distillation method of a multi-component azeotropic mixture, characterized in that selected from the group consisting of.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114939283B (en) * 2022-05-12 2023-11-28 重庆科技学院 Method for separating and purifying ethyl acetate-methanol-water ternary azeotropic mixture
CN114797146B (en) * 2022-05-12 2023-07-25 重庆科技学院 Double-baffle extraction rectifying tower for separating ethyl acetate-methanol-water ternary azeotrope

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4204915A (en) 1977-03-19 1980-05-27 Mitsui Petrochemical Industries, Ltd. Process for azeotropic distillation
US4379028A (en) 1982-03-30 1983-04-05 Lloyd Berg Separation of ethyl acetate from ethanol and water by extractive distillation
US4525245A (en) 1984-05-07 1985-06-25 Lloyd Berg Separation of n-butyl acetate from n-butanol by extractive distillation
KR100342273B1 (en) 1994-03-28 2002-11-29 앵스띠뛰 프랑세 뒤 뻬뜨롤 Purification of ethyl tertiary butyl ether in parallel with the membrane permeation and distillation
JP4441117B2 (en) 1998-06-19 2010-03-31 ストーン アンド ウエブスター，インク． Cascade reboiling of ethylbenzene / styrene tower
JP4528483B2 (en) 2001-10-30 2010-08-18 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア Method for fractionating amine-containing mixtures
JP2012232244A (en) 2011-04-28 2012-11-29 Mitsumaru Kagaku Kk Batch type internally thermal exchanging type distillation device
JP5616764B2 (en) 2010-11-26 2014-10-29 本田技研工業株式会社 Internal heat exchange type distillation equipment
KR101567060B1 (en) 2007-06-01 2015-11-06 에보니크 데구사 게엠베하 Process for Preparing Alkali Metal Alkoxides
JP2016526027A (en) 2013-05-16 2016-09-01 ディーエスエム アイピー アセッツ ビー．ブイ． Process for separating formic acid from methyltetrahydrofuran
KR101667829B1 (en) 2009-02-12 2016-10-19 에이.에이취.룬드버그 시스템즈 리미티드 Methanol purification method and apparatus
KR101708211B1 (en) 2014-12-24 2017-02-21 주식회사 포스코 Method and apparatus for separating dimethyl carbonate using pervaporation
JP2017189727A (en) 2016-04-11 2017-10-19 川崎重工業株式会社 Carbon dioxide separation recovery system

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5346593A (en) * 1993-06-18 1994-09-13 The M. W. Kellogg Company Intermediate reboiler for a methanol plant
TWI547477B (en) * 2012-03-14 2016-09-01 大賽璐股份有限公司 Process for producing acetic acid

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4204915A (en) 1977-03-19 1980-05-27 Mitsui Petrochemical Industries, Ltd. Process for azeotropic distillation
US4379028A (en) 1982-03-30 1983-04-05 Lloyd Berg Separation of ethyl acetate from ethanol and water by extractive distillation
US4525245A (en) 1984-05-07 1985-06-25 Lloyd Berg Separation of n-butyl acetate from n-butanol by extractive distillation
KR100342273B1 (en) 1994-03-28 2002-11-29 앵스띠뛰 프랑세 뒤 뻬뜨롤 Purification of ethyl tertiary butyl ether in parallel with the membrane permeation and distillation
JP4441117B2 (en) 1998-06-19 2010-03-31 ストーン アンド ウエブスター，インク． Cascade reboiling of ethylbenzene / styrene tower
JP4528483B2 (en) 2001-10-30 2010-08-18 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア Method for fractionating amine-containing mixtures
KR101567060B1 (en) 2007-06-01 2015-11-06 에보니크 데구사 게엠베하 Process for Preparing Alkali Metal Alkoxides
KR101667829B1 (en) 2009-02-12 2016-10-19 에이.에이취.룬드버그 시스템즈 리미티드 Methanol purification method and apparatus
JP5616764B2 (en) 2010-11-26 2014-10-29 本田技研工業株式会社 Internal heat exchange type distillation equipment
JP2012232244A (en) 2011-04-28 2012-11-29 Mitsumaru Kagaku Kk Batch type internally thermal exchanging type distillation device
JP2016526027A (en) 2013-05-16 2016-09-01 ディーエスエム アイピー アセッツ ビー．ブイ． Process for separating formic acid from methyltetrahydrofuran
KR101708211B1 (en) 2014-12-24 2017-02-21 주식회사 포스코 Method and apparatus for separating dimethyl carbonate using pervaporation
JP2017189727A (en) 2016-04-11 2017-10-19 川崎重工業株式会社 Carbon dioxide separation recovery system

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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