KR102463877B1 - Butyric acid separation equipment and separation method using octyl acetate extraction solvent - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 옥틸아세테이트 추출용제를 이용한 부티르산 분리장치 및 이 장치를 이용한 부티르산의 분리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 목질계 및 해양 바이오매스 개질반응 생성물을 옥틸아세테이트 추출용제를 이용하여 부티르산을 분리함으로써, 부티르산의 농도 및 분리 효율이 높고, 부티르산의 분리조작 시 소비되는 에너지의 절감 효율이 높은 것을 특징으로 하는 옥틸아세테이트 추출용제를 이용한 부티르산 분리장치 및 이 장치를 이용한 부티르산의 분리방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for separating butyric acid using an octyl acetate extraction solvent and a method for separating butyric acid using the apparatus, and more particularly, by separating butyric acid from a lignocellulosic and marine biomass reforming reaction product using an octyl acetate extraction solvent. , It relates to a butyric acid separation apparatus using an octyl acetate extraction solvent, characterized in that the concentration and separation efficiency of butyric acid are high, and the energy consumption during the separation operation of butyric acid is high, and a butyric acid separation method using the apparatus.
부티르산(Butyric acid)은 비특허문헌 1에 알려진 바와 같이, 높은 탄소수와 산소 함량, 저공해 특성 및 공급원의 환경적 지속 가능성과 같은 여러 장점으로 인해 화석 연료에 대한 대안을 제공할 수 있는 중요한 바이오 연료로서, 탄소공급원의 발효에 의해 부티르산의 생산이 가능하다.Butyric acid, as known in Non-Patent
그리고 발효 생성물로부터 부티르산을 분리하는 방법으로는 화학 공정에서 널리 사용되는 기술인 증류 또는 추출 공정을 채택할 수 있으며, 증류 공정만을 채택할 경우 많은 양의 에너지를 소비하는 문제점이 있고, 추출 공정에서는 저효율의 추출용제를 사용할 경우 물의 제거가 충분하지 못하므로 증류탑의 부하가 매우 커서 공정에서 다량의 에너지를 사용하게 되고 이에 따라 분리공정의 운전 경비가 많이 소요되는 문제점이 있다.And as a method of separating butyric acid from the fermentation product, distillation or extraction process, which is a technique widely used in chemical processes, can be adopted, and when only the distillation process is adopted, there is a problem of consuming a large amount of energy, When the extraction solvent is used, the removal of water is not sufficient, so the load of the distillation column is very large, so a large amount of energy is used in the process, and accordingly, there is a problem that the operation cost of the separation process is high.
한편, 탄소공급원으로부터 부티르산을 제조하는 기술에 관한 특허들을 살펴보면, 특허문헌 1에 해조류 바이오매스의 갈락토스로부터 부티르산을 생산하기 위한 신규한 클로스트리디움 속 균주를 이용하여 해조류 바이오매스의 갈락토스로부터 부티르산을 생산하는 방법이 알려져 있고, 특허문헌 2에 탄소공급원 및 글리세롤을 포함하는 미생물 발효용 당화액으로부터 부티르산을 생산하는 방법이 알려져 있다.On the other hand, looking at the patents related to the technology for producing butyric acid from a carbon source,
하지만, 상기 특허문헌 1, 2는 발효균주를 이용하여 탄소공급원을 발효시켜 부티르산을 제조하는 방법에 관한 기술에 한정된 것으로, 탄소공급원의 발효액과 부티르산의 혼합물로부터 부티르산만을 분리하기 위한 기술에 관해서는 구체적으로 명시하지 않고 있다.However,
따라서, 본 발명자는 상기와 같은 문제점들을 개선하고자 옥틸아세테이트 추출용제에 의한 부티르산의 분리 효율이 높은 부티르산 분리장치 및 이 장치를 이용한 부티르산의 분리방법을 개발함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.Therefore, the present inventors have completed the present invention by developing a butyric acid separation device with high separation efficiency of butyric acid by an octyl acetate extraction solvent and a method for separating butyric acid using this device in order to improve the above problems.
상기와 같은 문제점들을 개선하기 위한 방안으로, 본 발명은 목질계 및 해양 바이오매스 개질반응 생성물을 추출탑에서 추출용제를 이용하여 다량으로 혼합된 물을 분리함으로써, 증류에 의한 부티르산의 분리조작 시 소비되는 에너지의 절감 효율이 높은 것을 특징으로 하는 옥틸아세테이트 추출용제를 이용한 부티르산 분리장치 및 이 장치를 이용한 부티르산의 분리방법을 제공하는 것을 과제로 한다. As a method for improving the above problems, the present invention separates the lignocellulosic and marine biomass reforming reaction products using an extraction solvent in an extraction column to separate a large amount of mixed water, thereby consuming in the separation operation of butyric acid by distillation. An object of the present invention is to provide an apparatus for separating butyric acid using an octyl acetate extraction solvent, characterized in that the energy saving efficiency is high, and a method for separating butyric acid using the apparatus.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 옥틸아세테이트 추출용제를 이용한 부티르산 분리장치는 탑 내에 유입되는 원료(F)와 순환액(RL) 및 순환 추출용제(SR)의 혼합물로부터 폐액(Ww)을 하부단에서 분리하고, 폐액(Ww)이 분리된 혼합물(C1)을 상부단에서 분리하여 제1 증류탑(DC I)으로 이송하는 추출탑(Ex); 상기 추출탑(Ex)의 상부단으로부터 이송되어 탑내로 유입되는 혼합물(C1)을 증류하여 순환 추출용제(SR)를 탑저에서 분리하고, 순환 추출용제(SR)가 분리된 혼합물(C2)을 탑정에서 분리하여 제2 증류탑(DC Ⅱ)으로 이송하는 제1 증류탑(DC I); 상기 제1 증류탑(DC I)으로부터 이송되어 탑내로 유입되는 혼합물(C2)을 증류하여 탑정에서 순환액(RL)을 분리하고, 순환액(RL)이 분리된 혼합물(C3)을 탑저에서 분리하여 제3 증류탑(DC Ⅲ)으로 이송하는 제2 증류탑(DC Ⅱ); 및, 상기 제2 증류탑(DC Ⅱ)으로부터 이송되어 탑내로 유입되는 혼합물(C3)을 증류하여 탑정에서 부산물(Sp), 탑저에서 생성물(P)을 각각 분리하는 제3 증류탑(DC Ⅲ);을 포함하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다. A butyric acid separation device using an octyl acetate extraction solvent according to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object is a waste solution from a mixture of the raw material (F) and the circulating fluid (RL) and the circulating extraction solvent (SR) flowing into the tower. an extraction column (Ex) for separating (Ww) from the lower end, and transferring the mixture (C1) from which the waste liquid (Ww) is separated from the upper end to the first distillation column (DC I); The mixture (C1) transferred from the upper end of the extraction column (Ex) and introduced into the tower is distilled to separate the circulating extraction solvent (SR) from the bottom of the column, and the mixture (C2) from which the circulating extraction solvent (SR) is separated is placed at the top. a first distillation column (DC I) separated from and transferred to a second distillation column (DC Ⅱ); The mixture (C2) transferred from the first distillation column (DC I) and introduced into the column is distilled to separate the circulating liquid (RL) at the top of the column, and the mixture (C3) from which the circulating liquid (RL) is separated is separated at the bottom of the column. a second distillation column (DC Ⅱ) transferred to the third distillation column (DC Ⅲ); and a third distillation column (DC Ⅲ) in which the mixture (C3) transferred from the second distillation column (DC Ⅱ) and introduced into the column is distilled to separate the by-product (Sp) at the top of the column and the product (P) at the bottom of the column, respectively; Inclusion is a means of solving the problem.
그리고 본 발명의 바람직한 다른 실시 예에 따른 옥틸아세테이트 추출용제를 이용한 부티르산 분리방법은 탑 내에 유입되는 원료(F)와 순환액(RL) 및 순환 추출용제(SR)의 혼합물로부터 폐액(Ww)을 하부단에서 분리하고, 폐액(Ww)이 분리된 혼합물(C1)을 상부단에서 분리하는 추출단계(P100); 상기 추출탑(Ex)의 상부단으로부터 이송되어 탑내로 유입되는 혼합물(C1)을 증류하여 순환 추출용제(SR)를 탑저에서 분리하고, 순환 추출용제(SR)가 분리된 혼합물(C2)을 탑정에서 분리하는 제1 증류단계(P200): 상기 제1 증류탑(DC I)으로부터 이송되어 탑내로 유입되는 혼합물(C2)을 증류하여 탑정에서 순환액(RL)을 분리하고, 순환액(RL)이 분리된 혼합물(C3)을 탑저에서 분리하는 제2 증류단계(P300); 및, 상기 제2 증류탑(DC Ⅱ)으로부터 이송되어 탑내로 유입되는 혼합물(C3)을 증류하여 탑정에서 부산물(Sp), 탑저에서 생성물(P)을 각각 분리하는 제3 증류단계(P400);를 포함하는 것을 과제의 다른 해결 수단으로 한다. And the butyric acid separation method using the octyl acetate extraction solvent according to another preferred embodiment of the present invention is a waste solution (Ww) from the mixture of the raw material (F), the circulating fluid (RL) and the circulating extraction solvent (SR) flowing into the tower. an extraction step (P100) of separating at the stage and separating the mixture (C1) from which the waste liquid (Ww) is separated from the upper stage; The mixture (C1) transferred from the upper end of the extraction column (Ex) and introduced into the tower is distilled to separate the circulating extraction solvent (SR) from the bottom of the column, and the mixture (C2) from which the circulating extraction solvent (SR) is separated is placed at the top. In the first distillation step (P200) to separate: the mixture (C2) transferred from the first distillation column (DC I) and introduced into the column is distilled to separate the circulating liquid (RL) at the top of the column, and the circulating liquid (RL) is a second distillation step of separating the separated mixture (C3) from the bottom of the column (P300); And, a third distillation step (P400) of distilling the mixture (C3) transferred from the second distillation column (DC II) and flowing into the tower to separate the by-product (Sp) at the top of the column and the product (P) at the bottom of the column, respectively; Inclusion is another means of solving the problem.
상기 원료(F)는 목질계 또는 해양 바이오매스 개질반응 생성물이고, 상기 순환 추출용제(SR)는 옥틸아세테이트이며, 상기 제3 증류탑(DC Ⅲ)의 탑정에서 분리되는 부산물(Sp)은 아세트산(Acetic acid)이고, 탑저에서 분리되는 생성물(P)은 부티르산(Butyric acid)인 것을 특징으로 한다.The raw material (F) is a lignocellulosic or marine biomass reforming reaction product, the circulating extraction solvent (SR) is octyl acetate, and the by-product (Sp) separated at the top of the third distillation column (DC Ⅲ) is acetic acid (Acetic acid), and the product (P) separated from the bottom is characterized in that it is butyric acid.
또한, 상기 제1 증류탑(DC I)의 탑저에서 분리되는 순환 추출용제(SR)는 추출탑(Ex)으로 순환되고, 상기 제2 증류탑(DC Ⅱ)의 탑정에서 분리되는 순환액(RL)은 추출탑(Ex)으로 순환되는 것을 특징으로 한다.In addition, the circulating extraction solvent (SR) separated from the bottom of the first distillation column (DC I) is circulated to the extraction column (Ex), and the circulating liquid (RL) separated from the top of the second distillation column (DC II) is It is characterized in that it is circulated to the extraction column (Ex).
본 발명은 목질계 및 해양 바이오매스 개질반응 생성물을 추출탑에서 옥틸아세테이트 추출용제로 추출한 추출물을 증류탑을 이용하여 부티르산을 분리함으로써, 분리되는 부티르산의 농도 및 회수 효율이 높고, 부티르산의 분리조작 시 소비되는 에너지의 절감 효율이 높은 효과가 있다. The present invention separates butyric acid from the lignocellulosic and marine biomass reforming reaction product with an octyl acetate extraction solvent in an extraction column by using a distillation column to separate butyric acid, the concentration and recovery efficiency of the separated butyric acid are high, and consumption during the separation operation of butyric acid There is a high effect of energy saving efficiency.
도 1은 발명의 바람직한 실시 예에 따른 목질계 및 해양 바이오매스 개질반응 생성물로부터 부티르산을 분리하는 장치를 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 2는 발명의 바람직한 실시 예에 따른 목질계 및 해양 바이오매스 개질반응 생성물로부터 부티르산을 분리하는 장치를 구체적으로 나타낸 도면이며,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 목질계 및 해양 바이오매스 개질반응 생성물로부터 부티르산을 분리하는 제조공정의 흐름을 나타낸 공정블럭 도면이다.1 is a diagram schematically showing an apparatus for separating butyric acid from lignocellulosic and marine biomass reforming reaction products according to a preferred embodiment of the present invention;
2 is a diagram specifically showing an apparatus for separating butyric acid from lignocellulosic and marine biomass reforming reaction products according to a preferred embodiment of the present invention;
3 is a process block diagram showing the flow of a manufacturing process for separating butyric acid from lignocellulosic and marine biomass reforming reaction products according to a preferred embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하고 있다. 한편, 각 도면 및 상세한 설명에서 일반적인 부티르산 분리공정 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 도시 및 언급은 간략히 하거나 생략하였다. 그리고 본 발명은 부티르산을 분리 공정설계 결과를 제시하고, 종래의 공정과 비교하여 아래의 내용과 같이 설명하고자 한다. Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail based on the accompanying drawings. On the other hand, in each drawing and detailed description, the illustration and description of the configuration and action that can be easily understood by those in the field of general butyric acid separation process are simplified or omitted. And the present invention is to present the design result of the butyric acid separation process, and to compare it with the conventional process and explain it as follows.
본 발명의 명세서에 기재된 용어 중 원료(F)는 목질계 또는 해양 바이오매스 개질반응 생성물로서, 다량의 물에 소량의 부티르산(Butyric acid)과 아세트산(Acetic acid)이 혼합된 혼합물이고, 생성물(P)은 주성분인 부티르산(Butyric acid)과 소량 성분인 아세트산(Acetic acid)이 혼합된 혼합물이며, 순환 추출용제(SR)는 주성분으로 추출용제인 옥틸아세테이트(Octyl acetate)와 소량 성분인 부티르산(Butyric acid)이 혼합된 혼합물이며, 순환액(RL)은 다량의 물에 소량의 부티르산(Butyric acid)과 아세트산(Acetic acid)이 혼합된 혼합물이고, 폐액(Ww)은 다량의 물에 소량의 부티르산(Butyric acid)과 아세트산(Acetic acid) 및 옥틸아세테이트(Octyl acetate)가 혼합된 혼합물이다.Raw material (F) among the terms described in the specification of the present invention is a lignocellulosic or marine biomass reforming product, It is a mixture of a small amount of butyric acid and acetic acid in a large amount of water, and the product (P) is a mixture of butyric acid as the main component and acetic acid as a small component, The circulating extraction solvent (SR) is a mixture of octyl acetate, an extraction solvent, and butyric acid, a small component, as the main component. It is a mixture of peracetic acid, and the waste solution (Ww) is a mixture of a small amount of butyric acid, acetic acid and octyl acetate in a large amount of water.
본 발명의 명세서의 기재 내용에서 문맥의 흐름이 자연스럽도록 하기 위해 상기의 혼합물들을 각각 원료(F), 생성물(P), 부산물(Sp), 순환 추출용제(SR), 순환액(RL) 및 폐액(Ww)이라 명명하며, 상기에서 '소량'이라 함은 혼합물 중 성분의 양이 '다량' 또는 '주성분'의 양에 비해 적은 양을 의미한다.In order to make the flow of context natural in the description of the specification of the present invention, the above mixtures are respectively prepared as raw material (F), product (P), by-product (Sp), circulating extraction solvent (SR), circulating fluid (RL) and It is called waste liquid (Ww), and the term 'small amount' refers to an amount in which the amount of a component in the mixture is smaller than that of a 'large amount' or a 'main component'.
참고로, 본 발명의 명세서에서 '탑정' 및 '탑저'라 함은 '탑의 윗면' 및 '탑의 아랫면'을 각각 의미하며, '상부단' 및 '하부단'이란 탑 내부에 구성된 단들 중에서 탑의 윗 부분 또는 아랫 부분에 해당되는 부분을 의미하고, '중간단'이란 상부단과 하부단 사이에 위치하는 탑의 중간 부분에 위치하는 단을 의미한다. For reference, in the specification of the present invention, 'top top' and 'top bottom' mean 'top of the tower' and 'bottom side of the tower', respectively, and 'upper end' and 'lower end' are among the stages configured inside the tower. It means the part corresponding to the upper part or the lower part of the tower, and 'middle end' means the stage located in the middle part of the tower located between the upper end and the lower end.
본 발명에 따른 옥틸아세테이트 추출용제에 의해 분리하는 부티르산 분리장치(이하, '부티르산 분리장치'라 한다)는 도 1에 도시된 바와 같이, 목질계 또는 해양 바이오매스 개질반응 생성물인 원료(F)로부터 생성물(P)인 부티르산과 부산물(Sp)인 아세트산을 분리하는 장치로서, 1기의 추출탑(Ex)과 3기의 증류탑인 제1 증류탑(DC I) 내지 제3 증류탑(DC Ⅲ)으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The butyric acid separation device (hereinafter referred to as 'butyric acid separation device') for separating by the octyl acetate extraction solvent according to the present invention, as shown in FIG. An apparatus for separating butyric acid as a product (P) and acetic acid as a by-product (Sp), comprising one extraction column (Ex) and three distillation columns, a first distillation column (DC I) to a third distillation column (DC Ⅲ) characterized in that
그리고 원료(F)인 목질계 및 해양 바이오매스 개질반응 생성물을 추출탑(Ex)에서 처리하여 얻은 추출물을 제1 증류탑(DC I)에서 처리하여 순환 추출용제(SR)를 분리하여 재사용하고, 제2 증류탑(DC Ⅱ)에서 추출탑(Ex)으로 순환시키는 순환액(RL)에는 소량의 부티르산과 아세트산이 함유되어 있으며, 제3 증류탑(DC Ⅲ)에서 생성물(P)인 부티르산과 부산물(Sp)인 아세트산을 회수한다. And the extract obtained by treating the lignocellulosic and marine biomass reforming reaction product as the raw material (F) in the extraction column (Ex) is treated in the first distillation column (DC I) to separate and reuse the circulating extraction solvent (SR), The circulating liquid (RL) circulated from the second distillation column (DC Ⅱ) to the extraction column (Ex) contains a small amount of butyric acid and acetic acid, and the product (P) butyric acid and by-product (Sp) in the third distillation column (DC Ⅲ) Recover phosphorous acetic acid.
따라서, 본 발명에 따른 부티르산 분리장치는 목질계 또는 해양 바이오매스 개질반응 생성물인 원료(F)로부터 분리되는 부티르산의 농도 및 분리 효율이 높고, 부티르산의 분리조작 시 소비되는 에너지의 절감 효율이 높은 효과가 있으며, 아래에서 상세히 설명하기로 한다.Therefore, the butyric acid separation device according to the present invention has a high concentration and separation efficiency of butyric acid that is separated from the raw material (F), which is a lignocellulosic or marine biomass reforming product, and has a high efficiency of saving energy consumed in the separation operation of butyric acid and will be described in detail below.
이하, 본 발명에 따른 부티르산 분리장치는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 구조로서, 상기 추출탑(Ex) 및 제1 증류탑(DC I) 내지 제3 증류탑(DC Ⅲ)에 대하여 구체적으로 설명하면 아래의 내용과 같다.Hereinafter, the butyric acid separation device according to the present invention has a structure as shown in FIGS. 1 and 2, and the extraction column (Ex) and the first distillation column (DC I) to the third distillation column (DC Ⅲ) will be described in detail. If you do, it will look like the following:
추출탑(Ex)은 탑 내에 유입되는 원료(F)와 순환액(RL) 및 순환 추출용제(SR)의 혼합물로부터 폐액(Ww)을 하부단에서 분리하고, 폐액(Ww)이 분리된 혼합물(C1)을 상부단에서 분리하여 제1 증류탑(DC I)으로 이송하는 작용을 하는 탑이다.The extraction column (Ex) separates the waste liquid (Ww) from the mixture of the raw material (F), the circulating liquid (RL), and the circulating extraction solvent (SR) flowing into the tower at the lower end, and the waste liquid (Ww) is separated from the mixture ( C1) is separated from the upper stage and transferred to the first distillation column (DC I).
본 발명에 적용하는 원료(F)는 목질계 또는 해양 바이오매스 개질반응 생성물로서, 다량의 물에 소량의 부티르산(Butyric acid)과 아세트산(Acetic acid)이 혼합된 혼합물이고, 순환액(RL)은 물에 다량의 부티르산(Butyric acid)과 소량의 아세트산(Acetic acid)이 혼합된 혼합물이며, 순환 추출용제(SR)는 주성분이 옥틸아세테이트(Octyl acetate)인 것을 특징으로 한다. The raw material (F) applied to the present invention is a lignocellulosic or marine biomass reforming reaction product, and is a mixture of a small amount of butyric acid and acetic acid in a large amount of water, and the circulating fluid (RL) is It is a mixture of a large amount of butyric acid and a small amount of acetic acid in water, and the circulating extraction solvent (SR) is characterized in that the main component is octyl acetate.
상기 옥틸아세테이트(Octyl acetate)는 원료(F)에 함유된 다량의 물을 분리시켜 폐액(Ww)으로 제거하는 작용을 한다.The octyl acetate acts to separate a large amount of water contained in the raw material (F) and remove it as a waste solution (Ww).
따라서, 추출탑(Ex)은 목질계 또는 해양 바이오매스 개질반응 생성물의 원료(F)에 다량 함유된 물이 순환 추출용제(SR)인 옥틸아세테이트(Octyl acetate)에 의해 하부단에서 폐액(Ww)으로 분리되고, 폐액(Ww)이 분리된 혼합물(C1)은 상부단에서 제1 증류탑(DC I)으로 이송되어진다. Therefore, the extraction column (Ex) is a waste liquid (Ww) at the lower end by octyl acetate (SR), a circulating extraction solvent (SR), in which water contained in a large amount in the raw material (F) of the lignocellulosic or marine biomass reforming reaction product (F) The mixture (C1) from which the waste liquid (Ww) is separated is transferred from the upper stage to the first distillation column (DC I).
제1 증류탑(DC I)은 상기 추출탑(Ex)의 상부단으로부터 이송되어 탑내로 유입되는 혼합물(C1)을 증류하여 순환 추출용제(SR)를 탑저에서 분리하고, 순환 추출용제(SR)가 분리된 혼합물(C2)을 탑정에서 분리하여 제2 증류탑(DC Ⅱ)으로 이송하는 작용을 하는 탑이다. The first distillation column (DC I) separates the circulating extraction solvent (SR) from the bottom of the column by distilling the mixture (C1) transferred from the upper end of the extraction column (Ex) and flowing into the column, and the circulating extraction solvent (SR) is It is a column that serves to separate the separated mixture (C2) at the top and transfer it to the second distillation column (DC II).
이때, 탑저에서 분리된 순환 추출용제(SR)는 추출탑(Ex)으로 순환되며, 순환되는 순환 추출용제(SR)는 상기 추출탑(Ex)의 하부단에서 분리되는 폐액(Ww)에 소량 함유된 순환 추출용제(SR)에 의해 손실이 발생되므로, 추출탑(Ex)으로 이송하는 순환 추출용제(SR)는 손실량에 대응되는 양의 보충 추출용제(Mu)를 공급하여 순환 추출용제(SR)의 손실량을 채워준다. At this time, the circulating extraction solvent (SR) separated from the bottom of the column is circulated to the extraction column (Ex), and the circulating circulating extraction solvent (SR) is contained in a small amount in the waste liquid (Ww) separated at the lower end of the extraction column (Ex) Since the loss is caused by the circulating extraction solvent (SR), the circulating extraction solvent (SR) transferred to the extraction tower (Ex) supplies the supplemental extraction solvent (Mu) in an amount corresponding to the loss to circulate the extraction solvent (SR) to compensate for the loss of
제2 증류탑(DC Ⅱ)은 상기 제1 증류탑(DC I)으로부터 이송되어 탑내로 유입되는 혼합물(C2)을 증류하여 탑정에서 순환액(RL)을 분리하고, 순환액(RL)이 분리된 혼합물(C3)을 탑저에서 분리하여 제3 증류탑(DC Ⅲ)으로 이송하는 작용을 하는 탑이다. The second distillation column (DC II) separates the circulating liquid (RL) at the top by distilling the mixture (C2) transferred from the first distillation column (DC I) and flowing into the column, and the circulating liquid (RL) is separated from the mixture (C3) is separated from the bottom of the column and transferred to the third distillation column (DC Ⅲ).
상기에서 제2 증류탑(DC Ⅱ)의 탑정에서 분리되는 순환액(RL)은 다량의 물에 생성물(P)인 소량의 부티르산(Butyric acid)과 부산물(Sp)인 아세트산(Acetic acid)이 혼합된 혼합물로서, 추출탑(Ex)으로 순환된다.In the above, the circulating liquid (RL) separated from the top of the second distillation column (DC II) is a mixture of a small amount of butyric acid as a product (P) and acetic acid as a by-product (Sp) in a large amount of water. As a mixture, it is circulated to the extraction column (Ex).
제3 증류탑(DC Ⅲ)은 상기 제2 증류탑(DC Ⅱ)으로부터 이송되어 탑내로 유입되는 혼합물(C3)을 증류하여 탑정에서 부산물(Sp), 탑저에서 생성물(P)을 각각 분리하는 작용을 하는 탑이다. The third distillation column (DC Ⅲ) distills the mixture (C3) transferred from the second distillation column (DC Ⅱ) and introduced into the column to separate the by-product (Sp) at the top of the column and the product (P) at the bottom of the column, respectively. is the top
상기 제3 증류탑(DC Ⅲ)의 탑정에서 분리되는 부산물(Sp)은 아세트산(Acetic acid)이고, 탑저에서 분리되는 생성물(P)은 주성분인 부티르산(Butyric acid)과 소량 성분인 아세트산(Acetic acid)이 혼합된 혼합물이다. The by-product (Sp) separated at the top of the third distillation column (DC Ⅲ) is acetic acid (Acetic acid), and the product (P) separated from the bottom of the column is butyric acid as a main component and acetic acid as a minor component This is a mixed mixture.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 부티르산 분리장치는 상기와 같은 기술적 구성에 의해 목질계 및 해양 바이오매스 개질반응 생성물을 추출탑에서 옥틸아세테이트를 이용하여 얻은 추출물을 증류탑에서 생성물(P)인 부티르산(Butyric acid)과 부산물(Sp)인 아세트산(Acetic acid)을 분리 회수한다. Therefore, the butyric acid separation apparatus according to a preferred embodiment of the present invention extracts the lignocellulosic and marine biomass reforming reaction product using octyl acetate in the extraction column by the technical configuration as described above, and the butyric acid as the product (P) in the distillation column (Butyric acid) and acetic acid as a by-product (Sp) are separated and recovered.
참고로 본 발명에 따른 부티르산 분리장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 추출탑(Ex)의 상부에 응축기가 설치되고, 제1 증류탑(DC I) 내지 제3 증류탑(DC Ⅲ)의 상부에는 응축기, 하부에는 재비기가 각각 설치되어진다. For reference, in the butyric acid separation device according to the present invention, as shown in FIG. 2 , a condenser is installed at the upper portion of the extraction column Ex, and the first distillation column (DC I) to the third distillation column (DC Ⅲ) have a condenser on the upper portion , a reboiler is installed in the lower part, respectively.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 부티르산의 분리장치를 사용하여 부티르산을 분리하는 방법을 첨부된 도면인 도 3을 중심으로 구체적으로 설명하면 아래의 내용과 같다. Hereinafter, a method of separating butyric acid using a butyric acid separation apparatus according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 3, which is the accompanying drawing.
본 발명에 따른 각 공정들의 구성 장치 및 화합물들에 대한 설명은 상기 부티르산의 분리장치의 설명시 상세히 설명하였으므로, 아래에서는 각 공정들의 구성장치와 화합물 및 혼합물에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다. Since the description of the constituent devices and compounds of each process according to the present invention has been described in detail during the description of the butyric acid separation device, detailed descriptions of the constituent devices, compounds and mixtures of each process will be omitted below.
본 발명에 따른 부티르산의 분리 방법은 추출단계(P100) 및 제1 증류단계(P200) 내지 제3 증류단계(P400)로 이루어진다. The separation method of butyric acid according to the present invention consists of an extraction step (P100) and a first distillation step (P200) to a third distillation step (P400).
추출단계(P100)는 탑 내에 유입되는 원료(F)와 순환액(RL) 및 순환 추출용제(SR)의 혼합물로부터 폐액(Ww)을 하부단에서 분리하고, 폐액(Ww)이 분리된 혼합물(C1)을 상부단에서 분리하는 단계이다. In the extraction step (P100), the waste liquid (Ww) is separated from the mixture of the raw material (F), the circulating liquid (RL), and the circulating extraction solvent (SR) flowing into the tower at the lower end, and the waste liquid (Ww) is separated from the mixture ( This is the step of separating C1) from the upper end.
제1 증류단계(P200)는 상기 추출탑(Ex)의 상부단으로부터 이송되어 탑내로 유입되는 혼합물(C1)을 증류하여 순환 추출용제(SR)를 탑저에서 분리하고, 순환 추출용제(SR)가 분리된 혼합물(C2)을 탑정에서 분리하는 단계이다.In the first distillation step (P200), the mixture (C1) transferred from the upper end of the extraction column (Ex) and introduced into the column is distilled to separate the circulating extraction solvent (SR) from the bottom of the column, and the circulating extraction solvent (SR) is It is a step of separating the separated mixture (C2) at the top.
이때, 탑저에서 분리된 순환 추출용제(SR)는 추출탑(Ex)으로 순환되며, 순환되는 순환 추출용제(SR)는 추출 과정에서 배출되는 폐액(Ww)에 소량 함유되어 외부로 배출되므로, 손실량에 대응되는 양의 보충 추출용제(Mu)를 공급하여 순환 추출용제(SR)의 손실량을 채워준다. At this time, the circulating extraction solvent (SR) separated from the bottom of the tower is circulated to the extraction column (Ex), and the circulating extraction solvent (SR) is contained in a small amount in the waste solution (Ww) discharged during the extraction process and discharged to the outside. The amount of supplemental extraction solvent (Mu) corresponding to
제2 증류단계(P300)는 상기 제1 증류탑(DC I)으로부터 이송되어 탑내로 유입되는 혼합물(C2)을 증류하여 탑정에서 순환액(RL)을 분리하고, 순환액(RL)이 분리된 혼합물(C3)을 탑저에서 분리하는 단계이다.In the second distillation step (P300), the mixture (C2) transferred from the first distillation column (DC I) and introduced into the column is distilled to separate the circulating liquid (RL) at the top of the column, and the circulating liquid (RL) is separated from the mixture. (C3) is a step of separating from the bottom.
제3 증류단계(P400)는 상기 제2 증류탑(DC Ⅱ)으로부터 이송되어 탑내로 유입되는 혼합물(C3)을 증류하여 탑정에서 부산물(Sp), 탑저에서 생성물(P)을 각각 분리하는 단계이다. The third distillation step (P400) is a step of separating the by-product (Sp) at the top of the column and the product (P) at the bottom by distilling the mixture (C3) transferred from the second distillation column (DC II) and flowing into the column, respectively.
상기에서 설명드린 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 부티르산 분리장치와 분리방법은 목질계 및 해양 바이오매스 개질반응 생성물을 추출탑에서 옥틸아세테이트를 이용하여 얻은 추출물을 증류탑을 이용하여 부티르산을 분리함으로써, 분리되는 부티르산의 농도 및 분리 효율이 높고, 부티르산의 분리조작 시 소비되는 에너지의 절감 효율이 높은 것을 특징으로 하는 추출에 의한 분리 효율이 높은 효과가 있다. As described above, in the butyric acid separation apparatus and separation method according to a preferred embodiment of the present invention, the lignocellulosic and marine biomass reforming reaction products are extracted using octyl acetate in an extraction column, and butyric acid is separated using a distillation column. By doing so, there is an effect of high separation efficiency by extraction, characterized in that the concentration and separation efficiency of the butyric acid to be separated is high, and the efficiency of saving energy consumed during the separation operation of butyric acid is high.
이하 본 발명에 따른 옥틸아세테이트 추출용제를 이용하여 부티르산을 분리하는 방법을 하기의 실시 예를 통해 구체적으로 설명하면 다음과 같으며, 본 발명은 하기의 실시 예에 의해서만 반드시 한정되는 것이 아니다.Hereinafter, the method for separating butyric acid using the octyl acetate extraction solvent according to the present invention will be described in detail through the following examples, and the present invention is not necessarily limited only by the following examples.
1. 원료(F)의 조성1. Composition of raw material (F)
본 실시 예에서 사용한 원료(F)인 목질계 또는 해양 바이오매스 생성물은 아래 [표 1]에 기재된 바와 같이 주성분이 부티르산(Butyric acid)인 것을 사용하였다.The lignocellulosic or marine biomass product, which is the raw material (F) used in this example, was used as a main component of butyric acid as shown in [Table 1] below.
2. 추출증류를 이용한 부티르산의 분리2. Separation of butyric acid using extractive distillation
본 실시 예는 상기 1의 조건을 갖는 원료(F)인 목질계 또는 해양 바이오매스 개질반응 생성물을 사용하고, 도 2에 도시된 바와 같은 부티르산(Butyric acid)의 분리장치에서 추출용제인 옥틸아세테이트(Octyl acetate)를 사용하여 원료(F)로부터 부티르산(Butyric acid)을 분리하였다.This embodiment uses a lignocellulosic or marine biomass reforming reaction product, which is a raw material (F) having the condition of 1 above, and octyl acetate as an extraction solvent in a separation device for butyric acid as shown in FIG. Octyl acetate) was used to separate butyric acid from the raw material (F).
아래 [표 2]는 본 발명에 따른 부티르산(Butyric acid)의 분리장치의 공정설계 결과를 제시하였다. [Table 2] below presents the process design results of the separation device for butyric acid according to the present invention.
그리고 원료(F)의 조성과 함께 부티르산(Butyric acid)을 생산하기 위해서는 장치의 운전조건을 계산하였다. 운전조건을 계산하기 위하여 아래 [표 2]의 내용과 같은 추출탑(Ex) 및 제1 증류탑(DC I) 내지 제3 증류탑(DC Ⅲ)으로 이루어진 부티르산(Butyric acid)의 분리장치에 여러 가지 운전조건을 사용하였을 때의 증류계산을 반복 실시하여 요구되는 제품을 생산하면서 에너지 사용이 가장 적은 조건을 찾았다. 이러한 계산을 위해 본 발명에서는 상업용 계산 프로그램인 아스펜플러스(Aspen Plus)를 사용하였으며 아래 [표 2]의 운전조건에서 요구되는 생성물이 얻어진다And in order to produce butyric acid together with the composition of the raw material (F), the operating conditions of the device were calculated. In order to calculate the operating conditions, the extraction column (Ex) and the first distillation column (DC I) to the third distillation column (DC Ⅲ) as shown in [Table 2] are operated in various ways in the separation device of butyric acid The distillation calculation was repeated when the conditions were used to find the condition with the lowest energy consumption while producing the required product. For this calculation, the present invention used Aspen Plus, a commercial calculation program, and the required product is obtained under the operating conditions of [Table 2] below.
본 발명에 따른 부티르산(Butyric acid) 분리공정의 투자와 운전비용에 대한 경제성 평가를 다음 절차를 이용하여 계산하였다. 분리시스템의 비용은 탑과 관련설비의 제작비와 운전경비로 구성된다. 공정 운전은 시간당 10톤의 원료를 1년에 8,000 시간 운전하는 것을 기준으로 하였다. 아래 [표 3]에는 계산된 설비비와 운전경비 및 부탄올 분리공정 공정용 종래의 시스템에 대한 경제성 평가에 대하여 나타내었다.The economic evaluation of the investment and operating cost of the butyric acid separation process according to the present invention was calculated using the following procedure. The cost of the separation system consists of the manufacturing cost and operating cost of the tower and related equipment. The process operation was based on operating 10 tons of raw material per hour for 8,000 hours per year. [Table 3] below shows the calculated equipment cost, operating cost, and economic evaluation of the conventional system for the butanol separation process.
상기 [표 3]의 내용에 의하면, 본 발명에 따른 부티르산 분리장치는 종래의 부티르산 분리장치와 유사한 초기 투자 비용으로 연료비를 80% 절약하는 본 발명에 따른 부티르산 분리장치의 통상적인 내구연한 20년 이상인 점을 고려할 경우 경제적인 것을 확인할 수 있다.According to the contents of [Table 3], the butyric acid separation device according to the present invention has a typical service life of 20 years or more of the butyric acid separation device according to the present invention, which saves fuel cost by 80% with an initial investment cost similar to that of the conventional butyric acid separation device Considering the point, it can be confirmed that it is economical.
상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 옥틸아세테이트 추출용제를 이용한 부티르산 분리장치 및 이 장치를 이용한 부티르산의 분리방법을 설명하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.As described above, the butyric acid separation apparatus using the octyl acetate extraction solvent and the butyric acid separation method using the apparatus according to the preferred embodiment of the present invention have been described, but this is merely an example and does not depart from the technical spirit of the present invention. It will be well understood by those skilled in the art that various changes and modifications are possible without departing from the scope of the present invention.
Ex : 추출탑 DC I : 제1 증류탑
DC Ⅱ : 제2 증류탑 DC Ⅲ : 제3 증류탑
F : 원료 RL : 순환액
SR : 순환 추출용제 Mu : 보충 추출용제
P : 생성물 Sp : 부산물
Ww : 폐액Ex: extraction column DC I: first distillation column
DC Ⅱ: second distillation column DC Ⅲ: third distillation column
F : Raw material RL : Circulating fluid
SR : Circulating extraction solvent Mu : Supplemental extraction solvent
P : product Sp : by-product
Ww: waste fluid
Claims (12)
상기 추출탑(Ex)의 상부단으로부터 이송되어 탑내로 유입되는 혼합물(C1)을 증류하여 순환 추출용제(SR)를 탑저에서 분리하고, 순환 추출용제(SR)가 분리된 혼합물(C2)을 탑정에서 분리하여 제2 증류탑(DC Ⅱ)으로 이송하는 제1 증류탑(DC I);
상기 제1 증류탑(DC I)으로부터 이송되어 탑내로 유입되는 혼합물(C2)을 증류하여 탑정에서 순환액(RL)을 분리하고, 순환액(RL)이 분리된 혼합물(C3)을 탑저에서 분리하여 제3 증류탑(DC Ⅲ)으로 이송하는 제2 증류탑(DC Ⅱ); 및,
상기 제2 증류탑(DC Ⅱ)으로부터 이송되어 탑내로 유입되는 혼합물(C3)을 증류하여 탑정에서 부산물(Sp)인 아세트산(Acetic acid), 탑저에서 생성물(P)인 부티르산(Butyric acid)을 각각 분리하는 제3 증류탑(DC Ⅲ);
을 포함하는 것을 특징으로 하는 옥틸아세테이트 추출용제를 이용한 부티르산 분리장치.
The waste liquid (Ww) is separated from the mixture of the raw material (F), which is a lignocellulosic or marine biomass reforming reaction product, and the circulating liquid (RL) and the circulating extraction solvent (SR), which are octyl acetate, introduced into the tower at the lower stage. and an extraction column (Ex) for separating the mixture (C1) from which the waste liquid (Ww) is separated from the upper end and transferring it to the first distillation column (DC I);
The mixture (C1) transferred from the upper end of the extraction column (Ex) and introduced into the tower is distilled to separate the circulating extraction solvent (SR) from the bottom of the column, and the mixture (C2) from which the circulating extraction solvent (SR) is separated is placed at the top. a first distillation column (DC I) separated from and transferred to a second distillation column (DC Ⅱ);
The mixture (C2) transferred from the first distillation column (DC I) and introduced into the column is distilled to separate the circulating liquid (RL) at the top of the column, and the mixture (C3) from which the circulating liquid (RL) is separated is separated at the bottom of the column. a second distillation column (DC Ⅱ) transferred to the third distillation column (DC Ⅲ); and,
The mixture (C3) transferred from the second distillation column (DC II) and introduced into the column is distilled to separate acetic acid as a by-product (Sp) at the top of the column, and butyric acid as a product (P) at the bottom of the column, respectively. a third distillation column (DC Ⅲ);
Butyric acid separation device using an octyl acetate extraction solvent, characterized in that it comprises a.
상기 제1 증류탑(DC I)의 탑저에서 분리되는 순환 추출용제(SR)는 추출탑(Ex)으로 순환되는 것을 특징으로 하는 옥틸아세테이트 추출용제를 이용한 부티르산 분리장치.
According to claim 1,
The circulating extraction solvent (SR) separated from the bottom of the first distillation column (DC I) is a butyric acid separation device using an octyl acetate extraction solvent, characterized in that it is circulated to the extraction column (Ex).
상기 제2 증류탑(DC Ⅱ)의 탑정에서 분리되는 순환액(RL)은 추출탑(Ex)으로 순환되는 것을 특징으로 하는 옥틸아세테이트 추출용제를 이용한 부티르산 분리장치.
According to claim 1,
The circulating liquid (RL) separated from the top of the second distillation column (DC II) is circulated to the extraction column (Ex).
상기 추출탑(Ex)의 상부단으로부터 이송되어 탑내로 유입되는 혼합물(C1)을 증류하여 순환 추출용제(SR)를 탑저에서 분리하고, 순환 추출용제(SR)가 분리된 혼합물(C2)을 탑정에서 분리하는 제1 증류단계(P200):
상기 제1 증류탑(DC I)으로부터 이송되어 탑내로 유입되는 혼합물(C2)을 증류하여 탑정에서 순환액(RL)을 분리하고, 순환액(RL)이 분리된 혼합물(C3)을 탑저에서 분리하는 제2 증류단계(P300); 및,
상기 제2 증류탑(DC Ⅱ)으로부터 이송되어 탑내로 유입되는 혼합물(C3)을 증류하여 탑정에서 부산물(Sp)인 아세트산(Acetic acid), 탑저에서 생성물(P)인 부티르산(Butyric acid)을 각각 분리하는 제3 증류단계(P400);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 옥틸아세테이트 추출용제를 이용한 부티르산 분리방법.The waste liquid (Ww) is separated from the mixture of the raw material (F), which is a lignocellulosic or marine biomass reforming reaction product, and the circulating liquid (RL) and the circulating extraction solvent (SR), which are octyl acetate, introduced into the tower at the lower stage. and an extraction step (P100) of separating the mixture (C1) from which the waste liquid (Ww) is separated from the upper end;
The mixture (C1) transferred from the upper end of the extraction column (Ex) and introduced into the tower is distilled to separate the circulating extraction solvent (SR) from the bottom of the column, and the mixture (C2) from which the circulating extraction solvent (SR) is separated is placed at the top. The first distillation step (P200) to separate from:
Distilling the mixture (C2) transferred from the first distillation column (DC I) and flowing into the tower to separate the circulating fluid (RL) at the top of the column, and separating the circulating fluid (RL) from the separated mixture (C3) at the bottom of the column a second distillation step (P300); and,
The mixture (C3) transferred from the second distillation column (DC II) and introduced into the column is distilled to separate acetic acid as a by-product (Sp) at the top of the column and butyric acid as a product (P) at the bottom of the column, respectively. a third distillation step (P400);
Butyric acid separation method using an octyl acetate extraction solvent, characterized in that it comprises a.
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GRNT | Written decision to grant |