KR20210027082A - 복합 열교환형 다성분 공비 혼합물의 분별증류장치 및 이를 이용한 분별증류방법 - Google Patents

복합 열교환형 다성분 공비 혼합물의 분별증류장치 및 이를 이용한 분별증류방법 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.

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}
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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.
또한, 국제공개특허 WO 2016/069198 A1은 압력변동 증류를 사용한 메탄올/메틸 메타크릴레이트 공비혼합물의 파괴를 개시하고 있다.
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.
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)).
그러므로, 상기와 같은 문제점을 해결하고 개선된 압력변동증류법이 요구되고 있는 실정이다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
이하 본 발명을 상세하게 설명한다.
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.
본 장치는 크게 압력변동에 따라, 고압증류부와 저압증류부 그리고 이들 증류부 사이에서 열전달이 이루어지도록 중첩되게 위치하는 중첩부로 구분되어있다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
본 발명에 있어서, 상기 공비 혼합물은 2성분계 또는 3성분계 공비 혼합물일 수 있다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
이하 본 발명을 상세하게 설명한다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
본 발명에 있어서, 상기 공비 혼합물은 액-액 평형을 가지는 3성분계 또는 이를 포함하는 4성분계 이상의 공비 혼합물일 수 있다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
[실시예]
하기 작성된 실시예 1~4는 AspenplusTM을 이용하여 전산공정모사에 의해 진행되었다.
실시예 1: 메탄올/디메틸카보네이트 혼합액의 분리(최소공비점을 형성하며 압력을 높임에 따라 공비점의 조성이 저비점 성분 쪽으로 이동하는 2성분계 공비 혼합물의 분리)
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.
실시예 2: 물/에탄올 혼합액의 분리(최소공비점을 형성하며 압력을 높임에 따라 공비점의 조성이 고비점 성분 쪽으로 이동하는 2성분계 공비 혼합물의 분리)
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.
실시예 3: 클로로폼/이소프로필에테르 혼합액의 분리(최대공비점을 형성하며 압력을 높임에 따라 공비점의 조성이 저비점 성분 쪽으로 이동하는 2성분계 공비 혼합물의 분리)
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.
실시예 4: 부탄올/아세트산 혼합액의 분리(최대공비점을 형성하며 압력을 높임에 따라 공비점의 조성이 고비점 성분 쪽으로 이동하는 2성분계 공비 혼합물의 분리)
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.
실시예 5: 액-액 평형에 의해 순도 99% 이상의 성분 분리가 가능한 3성분계 이상의 다성분계 공비 혼합물의 분리(부탄올/부틸아세테이트/물 공비 혼합물 분리)
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.
실시예 6: 액-액 평형에 의해 순도 99% 이상의 성분 분리가 불가능한 3성분계 이상의 다성분계 공비 혼합물의 분리(아세톤/클로로폼/물 공비 혼합물 분리)
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.
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.
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.
실시예 7: 저압증류부와 고압증류부 사이 관을 통한 총괄전열계수(U) 값 측정실험 (물/에탄올 공비혼합물 분리)
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.
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.
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.
실시예
번호 		저압부
요구열(kW) 		고압부
요구열(kW) 		중첩부
면적(m2) 		중첩부
열전달량(kW) 		온도차(K) 저압부
에너지절감%
1 6538 4367 17 1,484 75 22
2 8,780 9,652 47 2,802 50 32
3 14,861 3,190 147 14,583 83 98
4 5,341 4,776 42 2,485 50 47
5 2,463 5,980 57 2,879 42 100
6 17,849 14,492 56 6,679 100 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.
실시예
번호 		저압부
요구열(kW) 		고압부
요구열(kW) 		중첩부
면적(m2) 		중첩부
열전달량(kW) 		온도차(K) 저압부
에너지절감%
1 6538 4367 5 473 75 7
2 8,780 9,652 15 892 50 10
3 14,861 3,190 47 4,644 83 31
4 5,341 4,776 13 791 50 15
5 2,463 5,980 18 917 42 37
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.
실시예 8: 부탄올/부틸아세테이트/물 혼합액의 분리(액-액 평형에 의한 경사분리기에서의 분리를 고압증류부와 저압증류부에서의 부탄올과 부틸아세테이트의 분리 이후에 시행하는 경우)
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.
실시예 9: 부탄올/부틸아세테이트/물 혼합액의 분리(액-액 평형에 의한 경사분리기에서의 분리를 원료가 증류부에 주입되기 이전에 시행하는 경우)
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.
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.
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 환류펌프

Claims (33)

  1. 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 분별증류장치.
  2. 제1항에 있어서, 경사분리기(5)를 추가로 포함하는 복합 열교환형 다성분 공비 혼합물의 분별증류장치.
  3. 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.
  4. 제1항에 있어서, 상기 중첩부(3)는 상기 고압증류부(2) 상부의 일부 또는 전부가 상기 저압증류부(1) 하부의 일부 또는 전부가 중첩되도록 위치하는 이중관 형태인 것을 특징으로 하는 복합 열교환형 다성분 공비 혼합물의 분별증류장치.
  5. 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.
  6. 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.
  7. 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.
  8. 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.
  9. 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.
  10. 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 고압증류부(2) 또는 경사분리기(5)로 전달하는 저압증류부 환류펌프(13)를 포함하는 복합 열교환형 다성분 공비 혼합물의 분별증류장치.
  11. 제2항에 있어서, 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 포함하는 복합 열교환형 다성분 공비 혼합물의 분별증류장치.
  12. 제11항에 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 포함하는 복합 열교환형 다성분 공비 혼합물의 분별증류장치.
  13. 제1항에 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)를 포함하는 복합 열교환형 다성분 공비 혼합물의 분별증류장치.
  14. 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.
  15. 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.
  16. 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.
  17. 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.
  18. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공비 혼합물은 2성분계 또는 3성분계 공비 혼합물인 것을 특징으로 하는 다성분 공비 혼합물의 분별증류방법.
  19. 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.
  20. 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.
  21. 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.
  22. 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.
  23. 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.
  24. 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.
  25. 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.
  26. 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.
  27. 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.
  28. 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.
  29. 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.
  30. 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.
  31. 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.
  32. 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.
  33. 제32항에 있어서, 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 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.
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