KR20140135549A - Multistage counter-current extraction column and method of liquid-liquide continuous extraction using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 다단식 향류 추출 컬럼 및 이를 이용한 액-액 연속 추출 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-stage countercurrent extraction column and a liquid-liquid continuous extraction method using the same.
액-액 추출(liquid-liquid extraction)은 원료 용액(용질을 함유한 액체 혼합물, 이하 '피드'(feed)라 함)에 추출 용매(extraction solvent)를 적용하여, 상기 액체 혼합물로부터 상기 추출 용매에 대하여 가용성을 갖는 용질(solute)을 선택적으로 분리하는 방법이다. 이러한 액-액 추출의 조작에는 회분식과 연속식이 있으며, 그 중 연속식에는 다단식 향류 추출(multistage counter-current extraction)과 다단식 병류 추출(multistage cocurrent extraction)이 있다.Liquid-liquid extraction is carried out by applying an extraction solvent to a raw solution (a liquid mixture containing solute, hereinafter referred to as a "feed") and adding the extraction solvent from the liquid mixture to the extraction solvent A solute having a solubility with respect to the solute is selectively separated. Such liquid-liquid extraction operations include batch and continuous processes. Among them, there are multistage counter-current extraction and multistage cocurrent extraction.
이러한 방법으로 추출된 추출상(extract)에는 상기 용질과 상기 추출 용매의 혼합물이 포함되며, 그 나머지인 추잔상(raffinate)에는 상기 추출 용매에 대하여 가용성을 갖지 않는 기타 성분(inert material)과 상기 용질의 일부가 포함될 수 있다.The extracted extract obtained by this method contains a mixture of the solute and the extraction solvent, and the remainder, raffinate, contains an inert material which is not soluble in the extraction solvent, May be included.
이때, 상기 피드에 포함된 용질이 추출 용매로 용해되는 과정은 용질의 물질 전달 현상이므로, 그 속도를 빠르게 하기 위해서는 용질과 추출 용매의 접촉 면적을 증가시켜야 한다. 이를 위하여 액-액 추출 공정에는 충전 추출 컬럼(packed extraction column), 다공판 컬럼(perforated plate column) 등 각종 추출 컬럼이 이용되며, 이와 함께 기계적인 교반이 수행되기도 한다.At this time, the process of dissolving the solute contained in the feed as an extraction solvent is a mass transfer phenomenon of the solute, and therefore, the contact area between the solute and the extraction solvent must be increased to speed up the process. For this purpose, various extraction columns such as a packed extraction column and a perforated plate column are used in the liquid-liquid extraction process, and mechanical stirring is also performed.
한편, 다단식 추출 공정에서 분산상인 피드는 추출 컬럼의 최상단에 투입되어 각 단을 거쳐 컬럼의 하부로 순차적으로 내려오게 된다. 이때 피드의 조성, 추출 용매와 피드의 비율(S/F ratio), 분산상과 연속상의 밀도(또는 점도) 차이 등으로 인해 피드가 컬럼의 하부 단으로 내려오지 못한 채 범람하는 현상이 발생할 수 있다. 이와 같은 현상을 '플러딩'(flooding) 현상이라 하고, 플러딩 현상이 발생할 때 피드의 유속을 '플러딩 포인트'(flooding point)라 한다. 그런데, 플러딩 현상이 발생하기 직전까지는 물질 전달 효율이 증가하지만, 플러딩 현상이 발생하면 그 효율이 급격히 떨어져 추출 공정의 정상적인 운전이 불가능해지는 문제점이 있다.On the other hand, in the multi-step extraction process, the feed as the dispersed phase is put into the uppermost part of the extraction column and sequentially descends to the lower part of the column through each end. At this time, the feed may be flooded without falling down to the lower end of the column due to the composition of the feed, the ratio of the extraction solvent to the feed (S / F ratio), and the difference in density (or viscosity) between the dispersed phase and the continuous phase. This phenomenon is called 'flooding', and when the flooding phenomenon occurs, the flow rate of the feed is called 'flooding point'. However, until the flooding phenomenon occurs, the mass transfer efficiency is increased. However, when the flooding phenomenon occurs, the efficiency of the flooding phenomenon is drastically reduced and normal operation of the extraction process becomes impossible.
전술한 점들을 감안할 때, 액-액 추출 공정에 적용되는 추출 컬럼은 보다 높은 추출 효율을 나타낼 수 있으면서도 보다 많은 양의 피드를 처리할 수 있도록 구성되는 것이 중요하다. 그런데, 일반적인 액-액 추출 공정에서는 추출 효율이 다소 떨어지더라도 플러딩 현상의 방지를 위해 플러딩 포인트의 40 내지 70%의 유속으로 운전되고 있다. 따라서, 플러딩 현상을 최소화할 수 있으면서도 보다 우수한 효율로 추출 공정의 수행을 가능케 하는 추출 컬럼의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.In view of the above points, it is important that the extraction column applied to the liquid-liquid extraction process is configured to be able to process a larger amount of feed while exhibiting higher extraction efficiency. However, in the general liquid-liquid extraction process, the flow rate is 40 to 70% of the flooding point in order to prevent the flooding phenomenon even if the extraction efficiency is somewhat deteriorated. Therefore, there is an urgent need to develop an extraction column capable of minimizing the flooding phenomenon and performing the extraction process with higher efficiency.
본 발명은, 액-액 추출 과정에서의 플러딩 현상이 억제될 수 있어 보다 높은 효율의 공정 운용을 가능케 하는 다단식 향류 추출 컬럼을 제공하기 위한 것이다.The present invention provides a multi-stage countercurrent extraction column capable of suppressing the flooding phenomenon in the liquid-liquid extraction process, thereby enabling a more efficient operation of the process.
또한, 본 발명은 상기 추출 컬럼을 이용한 액-액 연속 추출 방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention also provides a continuous liquid-liquid extraction method using the extraction column.
본 발명의 일 구현 예에 따르면,According to an embodiment of the present invention,
다공판(perforated plate)에 의해 복수의 단으로 구획된 추출부를 갖는 액-액 추출용 다단식 향류 추출 컬럼에 있어서,A multi-stage countercurrent extraction column for liquid-liquid extraction having an extraction section partitioned into a plurality of stages by a perforated plate,
상기 추출부의 일측 끝 단 내지 상기 일측 끝 단으로부터 전체 단의 20%에 해당하는 단이 위치하는 컬럼의 내경(inner diameter)은 그 이외의 단이 위치하는 컬럼의 내경보다 크고,Wherein an inner diameter of a column in which an end corresponding to 20% of all stages from the one end to the one end of the extracting unit is located is larger than an inner diameter of the column in which the other end is located,
상기 추출부의 일측 끝 단 내지 상기 일측 끝 단으로부터 전체 단의 20%에 해당하는 단에 놓인 다공판은 그 이외의 단에 놓인 다공판 보다 높은 개구율(free area ratio)을 갖는 다단식 향류 추출 컬럼이 제공된다.The perforated plate placed at the end corresponding to 20% of the entire ends from the one end to the one end of the extraction unit is provided with a multi-stage countercurrent extraction column having a higher free area ratio than the perforated plate placed at the other end do.
여기서, 상기 추출부의 일측 끝 단은 최상단 또는 최하단일 수 있다.Here, one end of the extracting unit may be the uppermost or lowermost end.
그리고, 상기 추출부의 일측 끝 단 내지 상기 일측 끝 단으로부터 전체 단의 20%에 해당하는 단이 위치하는 컬럼의 내경은 그 이외의 단이 위치하는 컬럼의 내경보다 1.2 내지 3 배만큼 클 수 있다.The inner diameter of the column having the end corresponding to 20% of the end of the extraction unit may be 1.2 to 3 times larger than the inner diameter of the column having the other end.
그리고, 상기 추출부의 일측 끝 단 내지 상기 일측 끝 단으로부터 전체 단의 20%에 해당하는 단에 놓인 다공판은 그 이외의 단에 놓인 다공판 보다 1.2 내지 2.5 배만큼 높은 개구율을 가질 수 있다.The perforated plate placed at the end corresponding to 20% of the entire ends from the one end to the one end of the extraction unit may have an aperture ratio which is 1.2 to 2.5 times higher than the perforated plate placed at the other end.
한편, 상기 추출부는 10 내지 150 단으로 구획되어 있을 수 있으며; 상기 추출부의 전체 길이는 1 내지 50 m일 수 있다.Meanwhile, the extracting unit may be divided into 10 to 150 stages; The total length of the extraction portion may be 1 to 50 m.
그리고, 이와 같은 다단식 향류 추출 컬럼은 카 타입 컬럼(Karr type column), 로테이팅 디스크 컨텍터 컬럼(Rotating disc contactor column), 쉬벨 컬럼(Scheibel column), 또는 펄스드 컬럼(Pulsed column)일 수 있다.
The multi-stage countercurrent extraction column may be a Karr type column, a rotating disc contactor column, a Scheibel column, or a pulsed column.
한편, 본 발명의 다른 구현 예에 따르면,Meanwhile, according to another embodiment of the present invention,
추출 대상 물질을 포함하는 액상의 피드(feed)를 제 1 항에 따른 다단식 향류 추출 컬럼의 일측 끝 단에 투입하는 단계; 및Feeding a liquid feed containing the substance to be extracted to one end of a multi-stage countercurrent extraction column according to claim 1; And
상기 피드를 추출 용매와 접촉시켜 상기 추출 대상 물질을 피드로부터 추출하는 단계Contacting the feed with an extraction solvent to extract the extraction target material from the feed
를 포함하는 액-액 연속 추출 방법이 제공된다.A liquid-liquid continuous extraction method is provided.
이때, 상기 피드에 포함된 추출 대상 물질의 농도는 피드 전체 중량을 기준으로 40 내지 90 중량%일 수 있다.At this time, the concentration of the substance to be extracted contained in the feed may be 40 to 90% by weight based on the total weight of the feed.
그리고, 비제한적인 예로, 상기 피드는 추출 대상 물질로 아크릴산, 메타크릴산 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.And, as a non-limiting example, the feed may comprise acrylic acid, methacrylic acid, or mixtures thereof as the material to be extracted.
본 발명에 따른 액-액 추출용 다단식 향류 추출 컬럼은 보다 격렬한 교반 조건 하에서도 플러딩(flooding) 현상이 억제될 수 있어, 유사 규모의 추출 컬럼에 비하여 단위 시간당 보다 많은 양의 피드(feed) 처리가 가능하면서도, 보다 높은 추출 효율의 공정 운용을 가능케 한다.The multi-stage countercurrent extraction column for liquid-liquid extraction according to the present invention can suppress the flooding phenomenon even under more severe agitation conditions, so that a larger amount of feed treatment per unit time than a similar-scale extraction column But also enables higher extraction efficiency process operation.
도 1은 (a) 일반적인 액-액 추출용 다단식 향류 추출 컬럼의 구성과 (b) 본 발명의 일 구현 예에 따른 다단식 향류 추출 컬럼의 구성을 비교하여 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 구현 예에 따른 다단식 향류 추출 컬럼의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 추출 효율 측정 실험의 결과를 나타낸 그래프이다.1 is a cross-sectional view illustrating a structure of a multi-stage countercurrent extraction column (a) for general liquid-liquid extraction and (b) a multi-stage countercurrent extraction column according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view illustrating the configuration of a multi-stage countercurrent extraction column according to another embodiment of the present invention.
3 is a graph showing the results of an extraction efficiency measurement experiment according to Examples and Comparative Examples of the present invention.
이하, 본 발명의 구현 예들에 따른 다단식 향류 추출 컬럼 및 이를 이용한 액-액 연속 추출 방법에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a multi-stage countercurrent extraction column according to embodiments of the present invention and a liquid-liquid continuous extraction method using the same will be described.
그에 앞서, 본 명세서 전체에서 명시적인 언급이 없는 한, 몇 가지 용어들은 다음과 같은 의미로 정의된다.Prior to this, unless expressly stated throughout the present specification, several terms are defined with the following meanings.
먼저, 본 발명에 있어서 '피드'(feed)라 함은 추출하고자 하는 용질(solute)을 함유한 액체 혼합물을 의미하는 것으로서, 추출 용매(extraction solvent)에 대하여 가용성을 갖는 용질과 가용성을 갖지 않는 기타 성분(inert material)의 혼합물일 수 있다. 여기서, 상기 피드에 상기 추출 용매를 가하면 물질 전달 현상에 의해 상기 용질이 피드로부터 추출 용매로 용해된다. 그에 따라, 상당량의 용질이 용해된 추출 용매는 추출상(extract)을 형성하고, 용질의 상당량을 잃은 피드는 추잔상(raffinate)을 형성한다.First, in the present invention, the term "feed" means a liquid mixture containing a solute to be extracted. The feed refers to a solute having a solubility in an extraction solvent and a solvent having a solubility It may be a mixture of inert materials. Here, when the extraction solvent is added to the feed, the solute is dissolved in the extraction solvent from the feed by the mass transfer phenomenon. Hence, the extraction solvent in which a significant amount of the solute is dissolved forms an extract, and the feed which has lost a considerable amount of solute forms a raffinate.
그리고, 본 발명에 있어서, 추출부의 '일측 끝 단'이라 함은 추출부의 최상단 또는 최하단으로서, 바람직하게는 피드가 투입되는 단일 수 있다. 즉, 상기 피드가 투입되는 단은 추출 공정에 투입되는 피드, 추출 용매, 용질 등의 밀도 차이에 따라 달라질 수 있으므로, 최상단 또는 최하단이 될 수 있다.In the present invention, the 'one end of the extracting unit' may be the uppermost or lowermost end of the extracting unit, and preferably, the feed may be single. That is, the stage where the feed is fed may vary depending on the density difference of the feed, the extraction solvent, the solute, etc. injected into the extraction process, and thus may be the uppermost stage or the lowermost stage.
또한, 본 명세서에 있어서, '(메트)아크릴산'이라 함은 아크릴산(acrylic acid), 메타크릴산(methacrylic acid) 또는 이들의 혼합물을 통칭하는 의미로 사용될 수 있다.In the present specification, '(meth) acrylic acid' may be used to mean acrylic acid, methacrylic acid or a mixture thereof.
그리고, 본 명세서에 사용되는 전문 용어는 단지 특정 구현예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 그리고, 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 또한, 명세서에서 사용되는 '포함'의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 또는 성분의 부가를 제외시키는 것은 아니다.And, the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to limit the invention. And, the singular forms used herein include plural forms unless the phrases expressly have the opposite meaning. Also, as used herein, the term " comprises " embodies specific features, regions, integers, steps, operations, elements or components, and does not exclude the presence of other specified features, regions, integers, steps, operations, elements, It does not.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있도록, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구현 예들에 대하여 상세히 설명한다. 다만, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태들로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현 예들만으로 한정되지 않는다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.
한편, 본 발명자들은 액-액 추출에 대한 연구 과정에서, 다단식 향류 추출 컬럼에 구비된 추출부의 일측 끝 단(예를 들어, 피드가 투입되는 단)에서 다른 일측 끝 단(예를 들어, 추잔상이 배출되는 단)으로 갈수록 토탈 플로우(total flow)는 감소하고, 분산상과 연속상의 밀도 차이는 피드가 유입되는 일측 끝 단에서 가장 낮게 나타남을 확인하였다. 즉, 다단식 향류 추출 컬럼 내에서 낮은 밀도 차이에 의해 플러딩(flooding) 현상이 나타나는 지점은 피드가 유입됨과 동시에 추출상(extract)이 배출되는 추출부의 일측 끝 단임을 확인하였다. 이러한 플러딩 현상은, 용질과 추출 용매의 접촉 면적을 크게 하기 위한 기계적 교반을 충분히 부여할 수 없게 되는 원인으로 작용할 수 있다.On the other hand, in the course of the liquid-liquid extraction process, the inventors of the present invention have found that, in the course of the liquid-liquid extraction process, the one end (for example, the feed end) The total flow decreased and the density difference between the dispersed phase and the continuous phase was found to be the lowest at the one end where the feed was introduced. That is, at the point where the flooding phenomenon occurs due to the low density difference in the multi-stage countercurrent extraction column, it is confirmed that the feed is introduced and at the same time, the one end of the extracting part where the extract is discharged. Such a flooding phenomenon can act as a cause that makes it impossible to sufficiently apply mechanical stirring to increase the contact area between the solute and the extraction solvent.
이에, 본 발명자들은 상기 문제점을 개선하기 위한 연구를 거듭하는 과정에서, i) 추출 컬럼에서 피드가 투입되는 추출부의 일측 끝 단을 포함하는 일정 구간의 컬럼 내경(inner diameter)을 나머지 단이 위치하는 컬럼의 내경보다 크게 설계하고, ii) 그와 함께 추출부의 일측 끝 단을 포함하는 일정 구간에 놓인 다공판(perforated plate)의 개구율을 나머지 단에 놓인 다공판의 개구율 보다 크게 설계할 경우, 보다 격렬한 교반 조건 하에서도 플러딩 현상이 억제될 수 있음을 확인하였다. 이러한 효과는, 특히 (메트)아크릴산의 추출 공정과 같이, 피드로부터 추출되어야 하는 물질(용질)의 유량이 많고, 추출 컬럼의 상단부에서 대부분의 용질이 추출되어야 하는 공정에서 보다 확연하게 나타나는 것으로 확인되었다.In order to solve the above problems, the inventors of the present invention have found that, in the course of repeated studies to overcome the above problems, the present inventors have found that (i) an inner diameter of a certain section including one end of an extracting section, (Ii) designing the aperture ratio of the perforated plate placed in a certain section including one end of the extraction section to be larger than the aperture ratio of the porous plate placed on the other end, It was confirmed that the flooding phenomenon can be suppressed even under agitation conditions. This effect has been confirmed to be more evident in the process in which the flow rate of the substance (solute) to be extracted from the feed is large, such as in the (meth) acrylic acid extraction process, and most of the solute is extracted at the upper end of the extraction column .
그에 따라, 상기 구성의 추출 컬럼을 액-액 추출 공정에 적용할 경우, 보다 격렬한 교반 조건 하에서도 플러딩 현상의 억제가 가능하고, 유사 규모의 추출 컬럼에 비하여 단위 시간당 보다 많은 양의 피드 처리가 가능하다. 나아가, 본 발명에 따른 추출 컬럼은 보다 격렬한 교반을 통한 보다 향상된 추출 효율의 공정 운용을 가능케 한다.
Accordingly, when the extraction column having the above-described structure is applied to the liquid-liquid extraction process, the flooding phenomenon can be suppressed even under a more agitated stirring condition and the feed treatment can be performed in a larger amount per unit time than the similar-scale extraction column Do. Furthermore, the extraction column according to the present invention enables a more efficient extraction efficiency process operation through more agitation.
이러한 본 발명의 일 구현 예에 따르면,According to this embodiment of the present invention,
다공판(perforated plate)에 의해 복수의 단으로 구획된 추출부를 갖는 액-액 추출용 다단식 향류 추출 컬럼에 있어서,A multi-stage countercurrent extraction column for liquid-liquid extraction having an extraction section partitioned into a plurality of stages by a perforated plate,
상기 추출부의 일측 끝 단 내지 상기 일측 끝 단으로부터 전체 단의 20%에 해당하는 단이 위치하는 컬럼의 내경(inner diameter)은 그 이외의 단이 위치하는 컬럼의 내경보다 크고,Wherein an inner diameter of a column in which an end corresponding to 20% of all stages from the one end to the one end of the extracting unit is located is larger than an inner diameter of the column in which the other end is located,
상기 추출부의 일측 끝 단 내지 상기 일측 끝 단으로부터 전체 단의 20%에 해당하는 단에 놓인 다공판은 그 이외의 단에 놓인 다공판 보다 높은 개구율(free area ratio)을 갖는 다단식 향류 추출 컬럼이 제공된다.The perforated plate placed at the end corresponding to 20% of the entire ends from the one end to the one end of the extraction unit is provided with a multi-stage countercurrent extraction column having a higher free area ratio than the perforated plate placed at the other end do.
도 1은 (a) 일반적인 다단식 향류 추출 컬럼의 구성과 (b) 본 발명의 일 구현 예에 따른 다단식 향류 추출 컬럼의 구성을 비교하여 대략적으로 나타낸 단면도이다. 그리고, 도 2는 본 발명의 다른 일 구현 예에 따른 다단식 향류 추출 컬럼의 구성을 대략적으로 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of (a) a general multi-stage countercurrent extraction column and (b) a multi-stage countercurrent extraction column according to an embodiment of the present invention. 2 is a cross-sectional view schematically showing the construction of a multi-stage countercurrent extraction column according to another embodiment of the present invention.
이하, 도 1 및 도 2를 참조로, 본 발명의 구현 예들에 따른 추출 컬럼의 특징에 대하여 설명한다.Hereinafter, the characteristics of the extraction column according to embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG.
본 발명에 따른 다단식 향류 추출 컬럼은, 일반적인 다단식 향류 추출 컬럼과 마찬가지로, 실질적인 추출 공정(즉, 용질의 물질 전달 현상)이 이루어지는 추출부(200)와, 상기 추출부의 상부에 구비된 상단 정치부(100) 및 상기 추출부의 하부에 구비된 하단 정치부(300)를 포함한다.The multistage countercurrent extraction column according to the present invention includes an
여기서, 추출부(200)는 서로 평행한 복수의 다공판(perforated plate)에 의해 복수의 단으로 구획되어 있다. 그리고, 추출부(200)와 상단 정치부(100)의 경계 부근 또는 추출부(200)와 하단 정치부(300)의 경계 부근에는 피드 투입구(150) 또는 용매 투입구(250)가 구비되어 있다. Here, the
즉, 액-액 추출 공정의 경우, 추출 대상 물질, 추출 용매, 추잔상 등의 밀도에 따라, 추출 대상 물질이 헤비 패이즈(heavy phase) 또는 라이트 패이즈(light phase)에 존재할 수 있다. 따라서, 액-액 향류 추출의 경우, 피드, 추출 용매, 추출상, 추잔상 등의 물성(예를 들어 밀도 등)에 따라 피드 투입구(150)와 용매 투입구(250)의 위치는 달라질 수 있다. 이러한 구조는 도 1의 (b)와 도 2를 통해 확인할 수 있다. 도 1의 (b)는 추출부(200)의 상부로 투입되는 피드가 추출부(200)의 하부로 투입되는 추출 용매와 접촉하여, 추출상이 추출부(200)의 상부로 배출되고 추잔상이 추출부(200)의 하부로 배출되는 구조의 추출 컬럼이다. 반대로, 도 2는 추출부(200)의 하부로 투입되는 피드가 추출부(200)의 상부로 투입되는 추출 용매와 접촉하여, 추출상이 추출부(200)의 하부로 배출되고 추잔상이 추출부(200)의 상부로 배출되는 구조의 추출 컬럼이다.That is, in the case of the liquid-liquid extraction process, the substance to be extracted may exist in a heavy phase or a light phase depending on the density of the substance to be extracted, the extraction solvent, the residual residue, and the like. Therefore, in the case of the liquid-liquid countercurrent extraction, the positions of the
이와 같은 다단식 향류 추출 컬럼에서의 대략적인 흐름은 다음과 같다. The approximate flow in this multi-stage countercurrent extraction column is as follows.
먼저, 도 1의 (a)와 (b)의 경우, 피드는 피드 투입구(150)를 통해 추출부(200)의 최상단으로 공급되어, 최상단으로부터 각 단을 거쳐 순차적으로 내려간다. 그리고, 추출 용매는 용매 투입구(250)를 통해 추출부(200)의 최하단으로 공급되어, 최하단으로부터 각 단을 거쳐 순차적으로 올라간다. 이러한 과정에서 피드와 추출 용매가 접촉하게 되고, 피드에 포함된 용질이 물질 전달 현상에 의해 추출 용매로 용해된다. 그리고, 용질의 상당량이 용해된 추출 용매는 추출부(200)의 최상단 및 상단 정치부(100)를 거쳐 추출상 배출구(190)로 배출된다. 그리고, 용질의 상당량을 잃은 피드는 추출부(200)의 최하단 및 하단 정치부(300)를 거쳐 추잔상 배출구(290)로 배출된다.First, in FIGS. 1 (a) and 1 (b), the feed is supplied to the uppermost stage of the
반대로, 도 2의 경우, 피드는 피드 투입구(150)를 통해 추출부(200)의 최하단으로 공급되어, 최하단으로부터 각 단을 거쳐 순차적으로 올라간다. 그리고, 추출 용매는 용매 투입구(250)를 통해 추출부(200)의 최상단으로 공급되어, 최상단으로부터 각 단을 거쳐 순차적으로 내려간다. 이러한 과정에서 피드와 추출 용매가 접촉하게 되고, 피드에 포함된 용질이 물질 전달 현상에 의해 추출 용매로 용해된다. 그리고, 용질의 상당량이 용해된 추출 용매는 추출부(200)의 최하단 및 하단 정치부(300)를 거쳐 추출상 배출구(190)로 배출된다. 그리고, 용질의 상당량을 잃은 피드는 추출부(200)의 최상단 및 상단 정치부(100)를 거쳐 추잔상 배출구(290)로 배출된다.2, the feed is supplied to the lowermost end of the extracting
이때, 상기 용질의 물질 전달 현상이 보다 원활하게 이루어 질 수 있도록 하기 위하여 기계적 교반이 수행될 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 기계적 교반은 추출부(200)의 각 단에 놓인 다공판(perforated plate)에 의해 수행될 수 있다.At this time, mechanical agitation may be performed in order to smoothly transfer mass transfer of the solute. In the present invention, the mechanical stirring may be performed by a perforated plate placed at each end of the
그런데, 도 1의 (a)와 같이, 이전에 알려진 다단식 향류 추출 컬럼의 경우, 컬럼의 추출부(200)는 실질적으로 동일한 내경(inner diameter)을 가지며, 각 단에 놓인 다공판도 실질적으로 동일한 개구율(free area ratio)을 갖는다.1 (a), in the case of a previously known multi-stage countercurrent extraction column, the
그에 비하여, 본 발명의 일 구현 예에 따른 다단식 향류 추출 컬럼은 추출부(200)의 일측 끝 단(바람직하게는 피드가 투입되는 단; 즉, 도 1의 (b)의 경우 최상단, 도 2의 경우 최하단) 내지 상기 일측 끝 단으로부터 일정 범위의 단이 위치하는 컬럼의 그 이외의 단이 위치하는 컬럼의 내경보다 크다. 또한, 본 발명의 일 구현 예에 따른 다단식 향류 추출 컬럼은 추출부(200)의 상기 일측 끝 단 내지 상기 일측 끝 단으로부터 일정 범위의 단에 놓인 다공판의 개구율이 그 이외의 단에 놓인 다공판의 개구율 보다 높게 설계된 구조를 갖는다.In contrast, the multi-stage countercurrent extraction column according to an embodiment of the present invention is configured such that one end of the extraction unit 200 (preferably the end where the feed is inserted; that is, the top end in the case of FIG. And the other end of the column in which a certain range of ends is located from the one end is larger than the inner diameter of the column in which the other end is located. In addition, the multi-stage countercurrent extraction column according to an embodiment of the present invention may be configured such that the aperture ratio of the perforated plate placed at a certain range from the one end to the one end of the
예를 들어, 본 발명의 일 구현 예에 따른 다단식 향류 추출 컬럼은, 도 1의 (b)와 같이, 추출부(200)의 상단부에 해당하는 컬럼의 내경이 중단부 및 하단부에 해당하는 컬럼의 내경보다 크다. 그리고, 추출부(200)의 상단부에 놓인 다공판의 개구율이 중단부 및 하단부에 놓인 다공판의 개구율 보다 높다.For example, in the multi-stage countercurrent extraction column according to an embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1 (b), the inner diameter of the column corresponding to the upper end of the extracting
또한, 본 발명의 다른 구현 예에 따른 다단식 향류 추출 컬럼은, 도 2와 같이, 추출부(200)의 하단부에 해당하는 컬럼의 내경이 중단부 및 상단부에 해당하는 컬럼의 내경보다 크다. 그리고, 추출부(200)의 하단부에 놓인 다공판의 개구율이 중단부 및 상단부에 놓인 다공판의 개구율 보다 높다.2, the inner diameter of the column corresponding to the lower end of the
그에 따라, 본 발명의 구현 예들에 따른 다단식 향류 추출 컬럼은 추출부(200)의 피드 투입구(150) 부근에서 발생할 수 있는 플러딩 현상이 효과적으로 억제될 수 있다. 이는 보다 격렬한 기계적 교반 조건 하에서 피드와 추출 용매의 접촉이 유도될 수 있음을 의미하는 것으로서, 일반적인 구조를 갖는 유사 규모의 추출 컬럼에 비하여 단위 시간당 보다 많은 양의 피드 처리가 가능할 뿐 아니라, 추출 공정 전반의 효율이 보다 향상될 수 있다.Accordingly, the multi-stage countercurrent extraction column according to the embodiments of the present invention can effectively suppress the flooding phenomenon that may occur in the vicinity of the
즉, 도 1의 (a)와 같은 경우, 추출부(200)의 상단에서 하단으로 갈수록 토탈 플로우(total flow)는 감소하고, 분산상과 연속상의 밀도 차이는 피드가 유입되는 최상단에서 가장 낮게 나타난다. 그에 따라, 피드가 유입됨과 동시에 추출상이 배출되는 추출부(200)의 최상단에서 기계적 교반이 수행될 경우 플러딩 현상이 쉽게 발생할 수 있다. 그런데, 본 발명의 일 구현예에 따른 다단식 향류 추출 컬럼은 도 1의 (b)와 같은 구조를 가짐에 따라, 추출부(200)의 최상단에서 격렬한 기계적 교반이 수행되더라도 플러딩 현상이 효과적으로 억제될 수 있다. 그리고, 이러한 효과는, 특히 (메트)아크릴산의 추출 공정과 같이, 피드로부터 추출되어야 하는 물질(용질)의 유량이 많고, 추출부(200)의 상단부에서 대부분의 용질이 추출되어야 하는 공정에서 보다 현저하게 나타날 수 있다.That is, in the case of FIG. 1 (a), the total flow decreases from the upper end to the lower end of the
한편, 본 발명에 있어서, 추출부(200)의 '일측 끝 단'이라 함은 추출부(200)의 최상단 또는 최하단으로서, 바람직하게는 피드가 투입되는 단일 수 있다. 즉, 상기 피드가 투입되는 단은 추출 공정에 투입되는 피드, 추출 용매, 용질 등의 밀도 차이에 따라 달라질 수 있으므로, 최상단 또는 최하단이 될 수 있다. 일 구현 예에 따르면, 도 1의 (b)와 같은 구조를 갖는 추출 컬럼의 경우, 추출부(200)의 일측 끝 단(피드가 투입되는 단)은 추출부의 최상단을 의미한다. 반대로, 도 2와 같은 구조를 갖는 추출 컬럼의 경우, 추출부(200)의 일측 끝 단은 추출부의 최하단을 의미한다.Meanwhile, in the present invention, the 'one end of the extraction unit 200' may be the uppermost or lowermost end of the
그리고, 도 1의 (b)와 같은 구조를 갖는 추출 컬럼의 경우, 추출부(200)의 상단부는 최상단(즉, 피드가 투입되는 단) 내지 최상단으로부터 전체 단의 20%에 해당하는 단이 위치하는 부분을 의미한다. 예를 들면, 도 1의 (b)와 같은 구조를 갖는 추출 컬럼에서, 전체 50 단으로 구획된 추출부의 상단부는 피드가 공급되는 최상단인 제 1 단부터 제 10 단까지, 또는 제 1 단부터 제 9 단까지, 또는 제 1 단부터 제 8 단까지, 또는 제 1 단부터 제 7 단까지, 또는 제 1 단부터 제 6 단까지, 또는 제 1 단부터 제 5 단까지, 또는 제 1 단부터 제 4 단까지, 또는 제 1 단부터 제 3 단까지를 포함할 수 있다. 그리고, 추출부(200)에서 상기 상단부 이외의 단은 중단부 또는 하단부로 지칭될 수 있는데, 상기 중단부와 하단부의 경계는 특별히 제한되지 않는다.1 (b), the upper end of the extracting
반대로, 도 2와 같은 구조를 갖는 추출 컬럼의 경우, 추출부(200)의 하단부는 최하단(즉, 피드가 투입되는 단) 내지 최하단으로부터 전체 단의 20%에 해당하는 단이 위치하는 부분을 의미한다. 예를 들면, 도 2와 같은 구조를 갖는 추출 컬럼에서, 전체 50 단으로 구획된 추출부의 하단부는 피드가 공급되는 최하단인 제 50 단부터 제 40 단까지, 또는 제 50 단부터 제 41 단까지, 또는 제 50 단부터 제 42 단까지, 또는 제 50 단부터 제 43 단까지, 또는 제 50 단부터 제 44 단까지, 또는 제 50 단부터 제 45 단까지, 또는 제 50 단부터 제 46 단까지, 또는 제 50 단부터 제 47 단까지를 포함할 수 있다. 그리고, 추출부(200)에서 상기 하단부 이외의 단은 중단부 또는 상단부로 지칭될 수 있는데, 상기 중단부와 상단부의 경계는 특별히 제한되지 않는다.On the contrary, in the case of the extraction column having the structure as shown in FIG. 2, the lower end of the
특히, 본 발명에 따르면, 추출부(200)의 일측 끝 단 내지 상기 일측 끝 단으로부터 전체 단의 20%에 해당하는 단이 위치하는 컬럼의 내경은 그 이외의 단이 위치하는 컬럼의 내경보다 적어도 1.2 배, 바람직하게는 1.2 내지 3 배, 보다 바람직하게는 1.5 내지 2.5 배만큼 클 수 있다. 그리고, 본 발명에 따르면, 추출부(200)의 일측 끝 단 내지 상기 일측 끝 단으로부터 전체 단의 20%에 해당하는 단에 놓인 다공판은 그 이외의 단에 놓인 다공판 보다 적어도 1.2 배, 바람직하게는 1.2 내지 2.5 배, 보다 바람직하게는 1.5 내지 2.0 배만큼 높은 개구율을 가질 수 있다.Particularly, according to the present invention, the inner diameter of a column having an end corresponding to 20% of the entire ends from one end to the other end of the
즉, 전술한 플러딩 현상의 억제 효과가 충분히 발현될 수 있도록 하기 위하여, 추출부(200)의 상단부(도 2의 경우 하단부)에 해당하는 컬럼의 내경은 그 이외의 단이 위치하는 컬럼의 내경보다 크고, 상기 상단부(도 2의 경우 하단부)에 놓인 다공판은 그 이외의 단에 놓인 다공판 보다 큰 개구율을 갖도록 설계될 수 있다. 다만, 상기 컬럼의 내경과 다공판의 개구율 차이가 필요 이상으로 커질 경우 동일한 높이의 추출 컬럼과 비교하여 추출 효율이 감소하는 문제점이 있을 수 있다. 그러므로, 상기 컬럼의 내경과 다공판의 개구율 차이는 전술한 수치 범위에서 조절되는 것이 바람직하다.That is, in order to sufficiently exhibit the suppressing effect of the flooding phenomenon, the inner diameter of the column corresponding to the upper end (the lower end in the case of FIG. 2) of the
한편, 본 발명에 따른 다단식 향류 추출 컬럼의 추출부(200)는 다공판에 의해 복수의 단, 예를 들어 10 내지 150 단으로 구획되어 있을 수 있다. 그리고, 추출부(200)의 전체 길이(즉, 최상단으로부터 최하단까지의 거리)는 1 내지 50 m일 수 있다. 다만, 추출부(200)의 전체 단 수와 길이는 추출 컬럼의 구체적인 종류, 추출 공정의 규모 등에 따라 전술한 범위 또는 그 이외의 범위에서 다양하게 조절될 수 있다. Meanwhile, the
그리고, 본 발명에 따른 다단식 향류 추출 컬럼은 전술한 구조를 만족하는 것이라면 그 구체적인 종류는 특별히 한정되지 않는다. 비제한적인 예로, 본 발명의 추출 컬럼은 카 타입 컬럼(Karr type column), 로테이팅 디스크 컨텍터 컬럼(Rotating disc contactor column), 쉬벨 컬럼(Scheibel column), 또는 펄스드 컬럼(Pulsed column) 등의 다단식 향류 추출 컬럼일 수 있다.
The specific stage of the multi-stage countercurrent extraction column according to the present invention is not particularly limited as long as it satisfies the above-described structure. By way of non-limiting example, the extraction column of the present invention may be a column such as a Karr type column, a Rotating disc contactor column, a Scheibel column, or a pulsed column A multi-stage countercurrent extraction column.
한편, 본 발명의 다른 구현 예에 따르면,Meanwhile, according to another embodiment of the present invention,
추출 대상 물질을 포함하는 액상의 피드(feed)를 전술한 다단식 향류 추출 컬럼의 일측 끝 단에 투입하는 단계; 및Introducing a liquid feed containing the substance to be extracted into one end of the above-described multi-stage countercurrent extraction column; And
상기 피드를 추출 용매와 접촉시켜 상기 추출 대상 물질을 피드로부터 추출하는 단계Contacting the feed with an extraction solvent to extract the extraction target material from the feed
를 포함하는 액-액 연속 추출 방법이 제공된다.A liquid-liquid continuous extraction method is provided.
상기 액-액 연속 추출 방법은 전술한 구조의 다단식 향류 추출 컬럼(예를 들어, 도 1의 (b) 또는 도 2의 구조를 만족하는 컬럼)을 이용하는 것을 제외하고, 통상적인 향류 추출 공정에 따라 수행될 수 있다.The continuous liquid-liquid extraction method may be carried out by a conventional countercurrent extraction process, except that a multi-stage countercurrent extraction column (for example, a column satisfying the structure of FIG. 1 (b) or FIG. 2) .
상기 액-액 연속 추출에 관한 일 구현 예에 따르면, 도 1의 (b)와 같은 구조를 만족하는 컬럼을 이용하는 경우, 추출 대상 물질(즉, 용질)을 포함하는 액상의 피드는 피드 투입구(150)를 통해 추출부(200)의 최상단으로 공급되어, 최상단으로부터 각 단을 거쳐 순차적으로 내려간다. 그리고, 추출 용매는 용매 투입구(250)를 통해 추출부(200)의 최하단으로 공급되어, 최하단으로부터 각 단을 거쳐 순차적으로 올라간다. 이러한 과정에서 피드와 추출 용매가 접촉하게 되고, 피드에 포함된 용질이 물질 전달 현상에 의해 추출 용매로 용해된다. 그리고, 용질의 상당량이 용해된 추출 용매는 추출부(200)의 최상단 및 상단 정치부(100)를 거쳐 추출상 배출구(190)로 배출된다. 그리고, 용질의 상당량을 잃은 피드는 추출부(200)의 최하단 및 하단 정치부(300)를 거쳐 추잔상 배출구(290)로 배출된다. 도 2와 같은 구조를 만족하는 컬럼을 이용하는 경우는 상기 공정과 반대의 흐름으로 수행될 수 있다.According to one embodiment of the liquid-liquid continuous extraction, when a column satisfying the structure as shown in FIG. 1 (b) is used, the liquid feed containing the substance to be extracted (i.e., solute) To the uppermost stage of the
특히, 본 발명에 따른 액-액 연속 추출 방법은, 피드로부터 추출되어야 하는 물질(용질)의 유량이 많고 추출 컬럼의 상단부에서 대부분의 용질이 추출되어야 하는 공정에서 보다 우수한 추출 효율을 나타낼 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 추출 컬럼을 이용한 액-액 연속 추출 방법은 피드에 포함된 추출 대상 물질(용질)의 농도가 피드 전체 중량을 기준으로 적어도 40 중량%, 바람직하게는 40 내지 90 중량%, 보다 바람직하게는 50 내지 90 중량%인 경우에 보다 우수한 효과가 제공될 수 있다. Particularly, the continuous liquid-liquid extraction method according to the present invention can exhibit a better extraction efficiency in a process in which a large amount of substance (solute) to be extracted from a feed and a large amount of solute are extracted from the upper end of the extraction column. According to one embodiment of the present invention, the continuous liquid-liquid extraction method using the extraction column is characterized in that the concentration of the substance to be extracted (solute) contained in the feed is at least 40% by weight, preferably 40% 90% by weight, and more preferably 50 to 90% by weight.
이러한 추출 공정으로는 (메트)아크릴산 수용액으로부터 (메트)아크릴산을 추출하는 공정을 일 예로 들 수 있다. 상기 (메트)아크릴산의 추출 공정의 피드는 (메트)아크릴산 수용액으로서, 추출 대상 물질로 아크릴산, 메타크릴산 또는 이들의 혼합물을 포함한다. Examples of such an extraction step include a step of extracting (meth) acrylic acid from a (meth) acrylic acid aqueous solution. The feed of the (meth) acrylic acid extraction step is an aqueous solution of (meth) acrylic acid, and acrylic acid, methacrylic acid or a mixture thereof is contained as a substance to be extracted.
여기서, 상기 (메트)아크릴산 수용액은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 방법에 따라 얻을 수 있으므로, 그 구체적인 방법은 특별히 제한되지 않는다. 다만, 본 발명에 따르면, 상기 (메트)아크릴산 수용액은, (메트)아크릴산의 합성반응에 의해 생성되는 (메트)아크릴산, 유기 부산물 및 수증기를 포함하는 혼합 가스를 (메트)아크릴산 흡수탑(도면에 도시되어 있지 않음)에서 흡수 용제인 물과 접촉시켜 수득할 수 있다. 이때, 상기 (메트)아크릴산의 합성반응은 프로판, 프로필렌, 부탄, 이소부틸렌, t-부틸렌 및 (메트)아크롤레인으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 화합물을 기상 촉매의 존재 하에서 산화 반응시키는 방법으로 수행될 수 있다.Here, the (meth) acrylic acid aqueous solution can be obtained according to a conventional method in the technical field of the present invention, and the specific method is not particularly limited. However, according to the present invention, the (meth) acrylic acid aqueous solution is prepared by mixing a mixed gas containing (meth) acrylic acid, organic by-products and water vapor produced by the synthesis reaction of (meth) Not shown) with water as an absorption solvent. At this time, the synthesis reaction of (meth) acrylic acid may be carried out by a method of oxidizing at least one compound selected from the group consisting of propane, propylene, butane, isobutylene, t-butylene and (meth) acrolein in the presence of a vapor phase catalyst Lt; / RTI >
상기 피드로서 (메트)아크릴산 수용액을 사용하는 추출 공정의 경우, 상기 추출 용매는 소수성을 갖는 것으로서, 상기 (메트)아크릴산 수용액에 포함된 물 및 유기 부산물(초산 등)과 공비를 이룰 수 있고, (메트)아크릴산과는 공비를 이루지 않지만 충분히 추출할 수 있는 탄화수소류 용매일 수 있다. 그리고, 상기 추출 용매는 10 내지 120 ℃의 끓는 점을 갖는 것이 추출 공정 효율의 향상 측면에서 유리할 수 있다. In the case of an extraction process using a (meth) acrylic acid aqueous solution as the feed, the extraction solvent has hydrophobicity and can achieve an azeotropic ratio with water and organic by-products contained in the (meth) acrylic acid aqueous solution (acetic acid, etc.) Methacrylic acid can be used for hydrocarbons that do not have an azeotropic ratio but can be extracted sufficiently. The extraction solvent may have a boiling point of 10 to 120 캜, which is advantageous from the viewpoint of improvement in extraction process efficiency.
본 발명에 따르면, 이와 같은 추출 용매는 벤젠(benzene), 톨루엔(toluene), 자일렌(xylene), n-헵탄(n-heptane), 사이클로헵탄(cycloheptane), 사이클로헵텐(cycloheptene), 1-헵텐(1-heptene), 에틸-벤젠(ethyl-benzene), 메틸-사이클로헥산(methyl-cyclohexane), n-부틸 아세테이트(n-butyl acetate), 이소부틸 아세테이트(isobutyl acetate), 이소부틸 아크릴레이트(isobutyl acrylate), n-프로필 아세테이트(n-propyl acetate), 이소프로필 아세테이트(isopropyl acetate), 메틸 이소부틸 케톤(methyl isobutyl ketone), 2-메틸-1-헵텐(2-methyl-1-heptene), 6-메틸-1-헵텐(6-methyl-1-heptene), 4-메틸-1-헵텐(4-methyl-1-heptene), 2-에틸-1-헥센(2-ethyl-1-hexene), 에틸사이클로펜탄(ethylcyclopentane), 2-메틸-1-헥센(2-methyl-1-hexene), 2,3-디메틸펜탄(2,3-dimethylpentane), 5-메틸-1-헥센(5-methyl-1-hexene) 및 이소프로필-부틸-에테르(isopropyl-butyl-ether)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 용매일 수 있다.According to the present invention, such an extraction solvent is selected from the group consisting of benzene, toluene, xylene, n-heptane, cycloheptane, cycloheptene, 1- (1-heptene), ethyl-benzene, methyl-cyclohexane, n-butyl acetate, isobutyl acetate, isobutyl acrylate acrylate, n-propyl acetate, isopropyl acetate, methyl isobutyl ketone, 2-methyl-1-heptene, 6 Methyl-1-heptene, 4-methyl-1-heptene, 2-ethyl-1-hexene, Ethylcyclopentane, 2-methyl-1-hexene, 2,3-dimethylpentane, 5-methyl- 1-hexene and isopropyl-butyl-ether, Which can be every day for more than one species.
그리고, 상기 (메트)아크릴산의 추출 공정에서 피드의 온도는 10 내지 70℃인 것이 공정 효율의 향상 측면에서 유리하다. 그리고, 상기 (메트)아크릴산의 추출 공정에서 피드에 대한 추출 용매의 중량비는 1:1 내지 1:5, 바람직하게는 1:1.2 내지 1:2.5가 되도록 하는 것이 공정 효율의 향상 측면에서 유리하다.The temperature of the feed in the (meth) acrylic acid extraction step is advantageously in the range of 10 to 70 ° C in terms of improvement in process efficiency. The weight ratio of the extraction solvent to the feed in the (meth) acrylic acid extraction step is advantageously from 1: 1 to 1: 5, preferably from 1: 1.2 to 1: 2.5, from the viewpoint of improvement in process efficiency.
이와 같은 추출 공정을 통해, (메트)아크릴산의 상당량이 용해된 추출 용매는 추출상 배출구(190)로 배출되고, (메트)아크릴산의 상당량을 잃은 피드는 추잔상 배출구(290)로 배출된다. 이때, 상기 추출상에는 추출 대상 물질인 (메트)아크릴산과 추출 용매 이외에 물과 유기 부산물이 포함되어 있을 수 있다. 그리고, 상기 추잔상에는 피드에 포함되어 있던 물, 유기 부산물(초산 등), 추출되지 못한 일부 (메트)아크릴산, 난수용성 고체 슬러리 등이 포함되어 있을 수 있다. 그리고, 상기 추잔상은 필요에 따라 (메트)아크릴산 수용액을 얻는 흡수탑으로 이송되어 재사용될 수 있다.Through this extraction process, the extraction solvent in which a substantial amount of (meth) acrylic acid is dissolved is discharged to the
한편, 상기 추출 공정을 통해 얻어진 추출상은 물 분리 공정, 고비점 부산물 분리 공정, 결정화 공정 등을 거쳐 보다 높은 순도의 (메트)아크릴산으로 수득될 수 있다.
On the other hand, the extracted phase obtained through the above extraction process can be obtained as (meth) acrylic acid having higher purity through a water separation process, a high boiling point byproduct separation process, a crystallization process and the like.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예들은 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명을 이들만으로 한정하는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in order to facilitate understanding of the present invention. However, the following examples are intended to illustrate the present invention without limiting it thereto.
실시예Example 1 One
도 1의 (b)와 같이 추출부, 상단 정치부 및 하단 정치부가 구비된 Karr type의 추출 컬럼을 준비하였다. As shown in FIG. 1 (b), a Karr type extraction column equipped with an extraction unit, an upper confining unit and a lower confining unit was prepared.
그 중, 상기 추출부는 전체 50 단, 전체 높이 3 m이고, 그 중 제 1 단 내지 제 6 단(즉, 최상단을 포함한 상단부 6 개의 단)에 해당하는 컬럼의 내경은 45 mm, 나머지 제 7 단 내지 제 50 단에 해당하는 컬름의 내경은 22 mm로 동일하였다.The extracting section has 50 columns, total height of 3 m, and the inner diameter of the column corresponding to the first to sixth columns (that is, the six columns at the upper end including the uppermost column) is 45 mm, To 50 < th > were 22 mm.
그리고, 각 단에 놓여 상하 반복운동을 하는 다공성 플레이트 중, 제 1 단 내지 제 6 단(즉, 최상단을 포함한 상단부 6 개의 단)에 놓인 다공성 플레이트의 개구율은 약 50%, 나머지 제 7 단 내지 제 50 단에 놓인 다공성 플레이트의 개구율은 약 28.3%로 동일하였다.The porosity of the porous plate placed on the first stage to the sixth stage (that is, the top six stages including the top) among the porous plates placed on each stage and performing the vertical repetitive motion is about 50% The aperture ratio of the porous plate placed on the 50th stage was about 28.3%.
그리고, 피드로 아크릴산 수용액(아크릴산의 농도 약 68 중량%)을 준비하였고, 추출 용매로 톨루엔을 준비하였다. 그리고, 추출 컬럼의 피드 투입구와 용매 투입구를 통해 피드와 추출 용매를 공급하였고, Solvent/Feed ratio를 약 1.3으로 고정하였다.Then, an acrylic acid aqueous solution (concentration of acrylic acid: about 68% by weight) was prepared as a feed, and toluene was prepared as an extraction solvent. The feed and extraction solvent were fed through the feed inlet and the solvent inlet of the extraction column, and the solvent / feed ratio was fixed at about 1.3.
그리고, 피드의 처리량과 연관되는 연속상(유기층)의 선속도를 0.4 cm/s, 0.5 cm/s, 0.6 cm/s, 0.7 cm/s 및 0.8 cm/s 로 각각 늘려주면서 아크릴산의 최대 추출율([추출상에 포함된 아크릴산의 질량]/[피드에 포함된 아크릴산의 질량]*100)을 측정하였다. 이때, 각 선속도에서의 최대 추출율은, 다공성 플레이트의 최대 기계적 반복 속도(rpm; 즉, 플러딩 현상이 발생하기 직전의 최대 rpm) 조건 하에서 측정되었고, 그 결과를 하기 표 1 및 도 3에 나타내었다.
The linear velocity of the continuous phase (organic layer) associated with the throughput of the feed was increased to 0.4 cm / s, 0.5 cm / s, 0.6 cm / s, 0.7 cm / s and 0.8 cm / [Mass of acrylic acid contained in the extracted phase] / [mass of acrylic acid contained in the feed] * 100) was measured. At this time, the maximum extraction rate at each linear velocity was measured under the conditions of the maximum mechanical repetition rate (rpm) of the porous plate (i.e., the maximum rpm immediately before the flooding phenomenon occurred), and the results are shown in Table 1 and FIG. 3 .
비교예Comparative Example 1 One
도 1의 (a)와 같이 추출부, 상단 정치부 및 하단 정치부가 구비된 Karr type의 추출 컬럼을 준비하였다. 그 중, 상기 추출부는 전체 50 단, 전체 높이 3 m이고, 추출부의 컬럼 내경은 22 mm로 동일하였다. 그리고, 각 단에 놓여 상하 반복운동을 하는 다공성 플레이트는 개구율이 약 28.3%로 동일하였다.As shown in FIG. 1 (a), a Karr type extraction column equipped with an extracting unit, an upper confining unit and a lower confining unit was prepared. Among them, the extraction section has a total height of 50 m and a total height of 3 m, and the column inner diameter of the extraction section is equal to 22 mm. The porosity of the porous plate, which was placed at each end and repeatedly moved up and down, was about 28.3%.
그리고, 피드로 아크릴산 수용액(아크릴산의 농도 약 68 중량%)을 준비하였고, 추출 용매로 톨루엔을 준비하였다. 그리고, 추출 컬럼의 피드 투입구와 용매 투입구를 통해 피드와 추출 용매를 공급하였고, Solvent/Feed ratio를 약 1.3으로 고정하였다.Then, an acrylic acid aqueous solution (concentration of acrylic acid: about 68% by weight) was prepared as a feed, and toluene was prepared as an extraction solvent. The feed and extraction solvent were fed through the feed inlet and the solvent inlet of the extraction column, and the solvent / feed ratio was fixed at about 1.3.
그리고, 피드의 처리량과 연관되는 연속상(유기층)의 선속도를 0.4 cm/s, 0.5 cm/s, 0.6 cm/s, 0.7 cm/s 및 0.8 cm/s 로 각각 늘려주면서 아크릴산의 최대 추출율([추출상에 포함된 아크릴산의 질량]/[피드에 포함된 아크릴산의 질량]*100)을 측정하였다. 이때, 각 선속도에서의 최대 추출율은, 다공성 플레이트의 최대 기계적 반복 속도(rpm; 즉, 플러딩 현상이 발생하기 직전의 최대 rpm) 조건 하에서 측정되었고, 그 결과를 하기 표 1 및 도 3에 나타내었다.
The linear velocity of the continuous phase (organic layer) associated with the throughput of the feed was increased to 0.4 cm / s, 0.5 cm / s, 0.6 cm / s, 0.7 cm / s and 0.8 cm / [Mass of acrylic acid contained in the extracted phase] / [mass of acrylic acid contained in the feed] * 100) was measured. At this time, the maximum extraction rate at each linear velocity was measured under the conditions of the maximum mechanical repetition rate (rpm) of the porous plate (i.e., the maximum rpm immediately before the flooding phenomenon occurred), and the results are shown in Table 1 and FIG. 3 .
비교예Comparative Example 2 2
도 1의 (a)와 같이 추출부, 상단 정치부 및 하단 정치부가 구비된 Karr type의 추출 컬럼을 준비하였다. 그 중, 상기 추출부는 전체 50 단, 전체 높이 3 m이고, 추출부의 컬럼 내경은 22 mm로 동일하였다. 그리고, 각 단에 놓여 상하 반복운동을 하는 다공성 플레이트 중, 제 1 단 내지 제 6 단(즉, 최상단을 포함한 상단부 6 개의 단)에 놓인 다공성 플레이트의 개구율은 약 50%, 나머지 제 7 단 내지 제 50 단에 놓인 다공성 플레이트의 개구율은 약 28.3%로 동일하였다.As shown in FIG. 1 (a), a Karr type extraction column equipped with an extracting unit, an upper confining unit and a lower confining unit was prepared. Among them, the extraction section has a total height of 50 m and a total height of 3 m, and the column inner diameter of the extraction section is equal to 22 mm. The porosity of the porous plate placed on the first stage to the sixth stage (that is, the top six stages including the top) among the porous plates placed on each stage and performing the vertical repetitive motion is about 50% The aperture ratio of the porous plate placed on the 50th stage was about 28.3%.
그리고, 피드로 아크릴산 수용액(아크릴산의 농도 약 68 중량%)을 준비하였고, 추출 용매로 벤젠을 준비하였다. 그리고, 추출 컬럼의 피드 투입구와 용매 투입구를 통해 피드와 추출 용매를 공급하였고, Solvent/Feed ratio를 약 1.3으로 고정하였다.Then, an acrylic acid aqueous solution (acrylic acid concentration: about 68% by weight) was prepared as a feed, and benzene was prepared as an extraction solvent. The feed and extraction solvent were fed through the feed inlet and the solvent inlet of the extraction column, and the solvent / feed ratio was fixed at about 1.3.
그리고, 피드의 처리량과 연관되는 연속상(유기층)의 선속도를 0.4 cm/s, 0.5 cm/s, 0.6 cm/s, 0.7 cm/s 및 0.8 cm/s 로 각각 늘려주면서 아크릴산의 최대 추출율([추출상에 포함된 아크릴산의 질량]/[피드에 포함된 아크릴산의 질량]*100)을 측정하였다. 이때, 각 선속도에서의 최대 추출율은, 다공성 플레이트의 최대 기계적 반복 속도(rpm; 즉, 플러딩 현상이 발생하기 직전의 최대 rpm) 조건 하에서 측정되었고, 그 결과를 하기 표 1 및 도 3에 나타내었다.
The linear velocity of the continuous phase (organic layer) associated with the throughput of the feed was increased to 0.4 cm / s, 0.5 cm / s, 0.6 cm / s, 0.7 cm / s and 0.8 cm / [Mass of acrylic acid contained in the extracted phase] / [mass of acrylic acid contained in the feed] * 100) was measured. At this time, the maximum extraction rate at each linear velocity was measured under the conditions of the maximum mechanical repetition rate (rpm) of the porous plate (i.e., the maximum rpm immediately before the flooding phenomenon occurred), and the results are shown in Table 1 and FIG. 3 .
165 rpm99.50% /
165 rpm
165 rpm99.46% /
165 rpm
150 rpm99.36% /
150 rpm
135 rpm99.36% /
135 rpm
110 rpm99.20% /
110 rpm
90 rpm98.60% /
90 rpm
135 rpm99.31% /
135 rpm
135 rpm99.23% /
135 rpm
135 rpm99.16% /
135 rpm
결과 분석Results analysis
일반적인 Karr type 추출 컬럼이 이용된 비교예 1의 경우, 연속상(유기상)의 선속도가 0.4 cm/s 로 낮게 운전될 때는 아크릴산의 추출율이 최대 약 99.36 % 였다. 하지만, 선속도를 0.6 cm/s 로 높일 경우 아크릴산의 추출율이 약 98.60 %로 급격히 감소하였다. 그리고, 비교예 1의 경우 선속도를 높일수록 다공성 플레이트의 운전 가능한 최대 rpm이 급격히 떨어지는 것으로 나타났다. 즉, 비교예 1의 경우 단위 시간당 피드의 처리량이 증가할수록 상대적으로 낮은 rpm에서도 플러딩 현상이 발생하였고, 높은 rpm에서의 운전이 불가능하였기 때문에 아크릴산의 추출율도 크게 감소하는 것으로 나타났다.In the case of Comparative Example 1 in which a general Karr type extraction column was used, when the linear velocity of the continuous phase (organic phase) was as low as 0.4 cm / s, the extraction rate of acrylic acid was about 99.36% at the maximum. However, when the linear velocity was increased to 0.6 cm / s, the extraction rate of acrylic acid rapidly decreased to about 98.60%. In Comparative Example 1, the maximum rpm of the porous plate was drastically decreased as the linear velocity was increased. That is, in the case of Comparative Example 1, the flooding phenomenon occurred at a relatively low rpm as the throughput of the feed per unit time increased, and the extraction rate of acrylic acid was also greatly reduced because operation at a high rpm was impossible.
비교예 2는, 비교예 1에 이용된 일반적인 추출 컬럼에 비하여, 추출부의 상단부에 놓인 다공성 플레이트의 개구율을 높인 경우로서, 연속상의 선속도 0.5 내지 0.7 cm/s 범위에서 유효한 추출율을 나타내었고, 최대 135 rpm의 조건 하에서 운전 가능한 것으로 확인되었다.Comparative Example 2 exhibited an effective extraction ratio in the linear velocity range of 0.5 to 0.7 cm / s of the continuous phase in the case where the aperture ratio of the porous plate placed at the upper end of the extraction portion was higher than that of the general extraction column used in Comparative Example 1, 135 rpm. ≪ / RTI >
한편, 실시예 1은, 비교예 1에 이용된 일반적인 추출 컬럼에 비하여, 추출부의 상단부에 해당하는 컬럼의 내경과 상단부에 놓인 다공성 플레이트의 개구율을 높인 경우이다. 그에 따라, 실시예 1은 연속상의 선속도 0.8 cm/s 인 조건 하에서도 유효한 추출율을 나타내었다. 특히, 실시예 1에서 선속도 0.8 cm/s인 경우는, 비교예 1에서 선속도 0.4 cm/s인 경우에 비하여, 단위 시간당 피드 처리량이 2배 가량 높은 조건에서도 보다 격렬한 기계적 교반이 가능하여 동일한 추출율을 나타낼 수 있는 것으로 확인되었다. 또한, 연속상의 선속도 0.6 cm/s인 경우에서 비교해 볼 때, 실시예 1은 최대 165 rpm의 조건 하에서도 운전 가능하면서도, 가장 높은 추출율을 나타낼 수 있는 것으로 확인되었다.On the other hand, in Example 1, the inner diameter of the column corresponding to the upper end portion of the extraction section and the aperture ratio of the porous plate placed on the upper end portion are increased as compared with the general extraction column used in Comparative Example 1. Thus, Example 1 showed an effective extraction rate even under the condition that the linear velocity of the continuous phase was 0.8 cm / s. Particularly, in the case of the linear velocity of 0.8 cm / s in Example 1, vigorous mechanical stirring is possible even under the condition where the feed throughput per unit time is twice as high as in the case of the linear velocity of 0.4 cm / s in Comparative Example 1, It was confirmed that the extractability can be expressed. In comparison with the case of the linear velocity of the continuous phase of 0.6 cm / s, Example 1 was found to be able to operate even under the condition of maximum 165 rpm and exhibit the highest extraction rate.
100: 상단 정치부
190: 추출상 배출구
150: 피드 투입구
200: 추출부
250: 용매 투입구
290: 추잔상 배출구
300: 하단 정치부100: upper threshold
190: Extraction phase outlet
150: Feed inlet
200:
250: solvent inlet
290:
300:
Claims (12)
상기 추출부의 일측 끝 단 내지 상기 일측 끝 단으로부터 전체 단의 20%에 해당하는 단이 위치하는 컬럼의 내경(inner diameter)은 그 이외의 단이 위치하는 컬럼의 내경보다 크고,
상기 추출부의 일측 끝 단 내지 상기 일측 끝 단으로부터 전체 단의 20%에 해당하는 단에 놓인 다공판은 그 이외의 단에 놓인 다공판 보다 높은 개구율(free area ratio)을 갖는 다단식 향류 추출 컬럼.
A multi-stage countercurrent extraction column for liquid-liquid extraction having an extraction section partitioned into a plurality of stages by a perforated plate,
Wherein an inner diameter of a column in which an end corresponding to 20% of all stages from the one end to the one end of the extracting unit is located is larger than an inner diameter of the column in which the other end is located,
The multi-stage countercurrent extraction column has a free area ratio higher than that of the perforated plate placed at the other end from the one end to the other end of the extraction unit.
상기 추출부의 일측 끝 단은 최상단 또는 최하단인 다단식 향류 추출 컬럼.
The method according to claim 1,
Wherein one end of the extraction unit is the uppermost or lowermost stage.
상기 추출부의 일측 끝 단은 피드가 투입되는 단인 다단식 향류 추출 컬럼.
The method according to claim 1,
Wherein one end of the extraction unit is fed with feed.
상기 추출부의 일측 끝 단 내지 상기 일측 끝 단으로부터 전체 단의 20%에 해당하는 단이 위치하는 컬럼의 내경은 그 이외의 단이 위치하는 컬럼의 내경보다 1.2 내지 3 배만큼 큰 다단식 향류 추출 컬럼.
The method according to claim 1,
Wherein the inner diameter of the column having the step corresponding to 20% of the entire end from the one end to the end of the extraction part is 1.2 to 3 times larger than the inner diameter of the column having the other end.
상기 추출부의 일측 끝 단 내지 상기 일측 끝 단으로부터 전체 단의 20%에 해당하는 단에 놓인 다공판은 그 이외의 단에 놓인 다공판 보다 1.2 내지 2.5 배만큼 높은 개구율을 갖는 다단식 향류 추출 컬럼.
The method according to claim 1,
The multi-stage countercurrent extraction column has an aperture ratio that is 1.2 to 2.5 times higher than that of the porous plate placed at the other end from the one end to the other end of the extraction unit.
상기 추출부는 10 내지 150 단으로 구획된 다단식 향류 추출 컬럼.
The method according to claim 1,
Wherein the extractor is partitioned into 10 to 150 stages.
상기 추출부의 전체 길이는 1 내지 50 m인 다단식 향류 추출 컬럼.
The method according to claim 1,
Wherein the total length of the extraction portion is 1 to 50 m.
상기 컬럼은 카 타입 컬럼(Karr type column), 로테이팅 디스크 컨텍터 컬럼(Rotating disc contactor column), 쉬벨 컬럼(Scheibel column), 또는 펄스드 컬럼(Pulsed column)인 다단식 향류 추출 컬럼.
The method according to claim 1,
Wherein the column is a Karr type column, a rotating disc contactor column, a Scheibel column, or a pulsed column.
상기 피드를 추출 용매와 접촉시켜 상기 추출 대상 물질을 피드로부터 추출하는 단계
를 포함하는 액-액 연속 추출 방법.
Feeding a liquid feed containing the substance to be extracted to one end of a multi-stage countercurrent extraction column according to claim 1; And
Contacting the feed with an extraction solvent to extract the extraction target material from the feed
And the liquid-liquid continuous extraction method.
상기 피드에 포함된 추출 대상 물질의 농도는 피드 전체 중량을 기준으로 40 내지 90 중량%인 액-액 연속 추출 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the concentration of the substance to be extracted contained in the feed is 40 to 90% by weight based on the total weight of the feed.
상기 피드는 추출 대상 물질로 아크릴산, 메타크릴산 또는 이들의 혼합물을 포함하는 수용액인 액-액 연속 추출 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the feed is an aqueous solution containing acrylic acid, methacrylic acid or a mixture thereof as a substance to be extracted.
상기 추출 용매는 벤젠(benzene), 톨루엔(toluene), 자일렌(xylene), n-헵탄(n-heptane), 사이클로헵탄(cycloheptane), 사이클로헵텐(cycloheptene), 1-헵텐(1-heptene), 에틸-벤젠(ethyl-benzene), 메틸-사이클로헥산(methyl-cyclohexane), n-부틸 아세테이트(n-butyl acetate), 이소부틸 아세테이트(isobutyl acetate), 이소부틸 아크릴레이트(isobutyl acrylate), n-프로필 아세테이트(n-propyl acetate), 이소프로필 아세테이트(isopropyl acetate), 메틸 이소부틸 케톤(methyl isobutyl ketone), 2-메틸-1-헵텐(2-methyl-1-heptene), 6-메틸-1-헵텐(6-methyl-1-heptene), 4-메틸-1-헵텐(4-methyl-1-heptene), 2-에틸-1-헥센(2-ethyl-1-hexene), 에틸사이클로펜탄(ethylcyclopentane), 2-메틸-1-헥센(2-methyl-1-hexene), 2,3-디메틸펜탄(2,3-dimethylpentane), 5-메틸-1-헥센(5-methyl-1-hexene) 및 이소프로필-부틸-에테르(isopropyl-butyl-ether)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 용매인 액-액 연속 추출 방법.
10. The method of claim 9,
The extraction solvent is selected from the group consisting of benzene, toluene, xylene, n-heptane, cycloheptane, cycloheptene, 1-heptene, Ethyl-benzene, methyl-cyclohexane, n-butyl acetate, isobutyl acetate, isobutyl acrylate, n- propyl acrylate, But are not limited to, n-propyl acetate, isopropyl acetate, methyl isobutyl ketone, 2-methyl-1-heptene, Methyl-1-heptene, 2-ethyl-1-hexene, ethylcyclopentane, 2-methyl-1-hexene, 2,3-dimethylpentane, 5-methyl-1-hexene and iso And at least one solvent selected from the group consisting of isopropyl-butyl-ether Liquid - liquid continuous extraction method.
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- 2013-05-16 KR KR1020130056007A patent/KR101589223B1/en active IP Right Grant
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