안녕하세요 스테파노님!

저번에 질문드렸던 공비증류설계 과제를 진행하다가 궁금한점이 생겨서 이렇게 질문드립니다.

1. 상평형 데이터

 논문에서, 그림에 있는 Alcohol, Water, Cyclohexane에 대한 Phase diagram을 얻을 수 있었습니다. 그리고 논문에는 다음과 같이 설명되어 있습니다. '총괄 조성이 영역 Ⅱ내에 있을 때만이 순수한 알콜을 얻어 낼 수 있으며, 영역 Ⅱ 안에 놓여있을 때는 증류탑 하부로 순수한 알콜과 탑상부로 D조성을 갖는 생성물이 얻어진다. 반면에 영역Ⅰ에 총괄조성이 있을 때는 증류탑 하부로 순수한 물이 얻어지고 상부로 D 조성이 얻어진다. 또 영역 Ⅲ안에 총괄 조성이 존재하면 탑 하부로 순수한 Entrainer가 얻어지고 상부로 D조성이 얻어진다.' 구체적으로 이러한 영역은 어떠한 기준으로나뉘는 것이며, Diagram 위에 존재하는 선이 의미하는바가 궁금합니다. (논문에 적혀있던 참고문헌을 통해 알아보려 했으나, 답을 찾을 수 없었습니다.)

2. 환류비가 음수가 나올 때

 이전에 알려주신 방법대로 환류비를 최소로 하는 방법으로 단수 및 공급단을 찾는 study를 진행하였는데, Partial condenser를 썼을 경우 공정모사기에서 Reflux ratio is negative, it's not meaningful 이라는 오류가 떠, Converge가 되는 최소 환류비인 Reflux=2 로 고정시켰습니다. 이전에 답변해주신 것을 검색해보니 환류비가 음수라는 것은 수학적으로 얻어진 수치일 뿐 현실적으로 무의미한 값이라고 답변을 해 주셨었는데, 조건에 따라 다르겠지만 어느 경우에 환류비가 음수가 나오게 되는지 궁금합니다.

3. 공비탑에서 단수 및 공급단을 결정

 먼저 공급단은 다음과 같이 설정하였습니다. 농축기에서 Partial condenser로 나온 distillate를 40로 Sub-cooled 시켰습니다. 공비탑의 Feed가 Sub-cooled이므로, 환류의 원리와 마찬가지로, Sub-cooled feed를 탑의 상부쪽으로 보내 줄수록, 그만큼 더 많이 bottom에서 올라오는 증기와 접촉할 수 있을 것이라 가정하고, 공정을 모사한 결과 주입단이 탑 하부로 내려갈수록 순도가 낮아짐을 확인 할 수 있었습니다. 공정에 따라 다르겠지만, 실제 조업에서도 Partial condenser를 사용하는 경우 Feed를 Sub-cooled 시켜서 주입시키는지 궁금합니다. (제가 모사해 본 결과 20℃ sub-cooled 시킬 때 순도는 0.3% 올랐습니다)

4. 공비증류탑에서 Entrainer 선정

 제가 모사한 공비증류탑은 Condenser가 없는 증류탑입니다. Top에서 나오는 Vapor distillate는 Decanter에서 Bubble point로 Flash되어, Entrainer가 풍부한 stream(공비탑으로 들어가는 환류)과 Water가 풍부한 stream(공비탑 전에 있는 농축기로 환류)으로 분리됩니다. Entrainer 선정시, 저는 최소양을 쓰는 Cyclohexane을 선택하였습니다. 비록 제 공정과는 다른 공정이긴 하지만, 논문을 찾아보니 공비탑으로 바로 회수되는 Entrainer의 회수율 뿐만 아닌 IPA의 회수율까지 고려하여, Entrainer 회수율은 상대적으로 낮으나 IPA 회수율이 높은 Hexane을 Entrainer로 선정하였습니다. 하지만, 제 생각으로는 연속공정에서 공비증류탑으로 바로 회수되는 IPA의 비율이 적더라도, 환류되어 농축기를 거쳐 다시 공비탑으로 IPA가 회수되므로, Entrainer 산정기준의 최우선순위를 사용되는 양으로 두고, Cyclohexane을 Entrainer로 선정하였습니다. 이런 저의 논리가 맞는지 확신이 서지 않습니다.

언제나 친절한 답변 감사드립니다! 염치 없지만, 이번에도 부탁드리겠습니다.