게시판 > 질답게시판 > 증류탑 상부 관심물질의 순도를 condenser와 reboiler를 이용 조절하는 방법이 궁금합니다.

Stefano

09-10-01 19:31

(1) 단수가 정해져 있는 증류탑에서 환류비에 따라서 순도가 높아집니다. 환류비를 높인다는 의미는 바로 응축기에서 얻어진 Distillate를 Column Top으로 보내서 Rectifying Section에서의 정류효과를 높여주는 것이며 환류된 액은 고비점 물질을 증류탑하부로 끌고 내려와 재비기에서 다시 증발시켜 주어야 한다는 것을 뜻합니다.

증류탑에서 환류비를 달리하면 Rectifying Section에서의 Operating Line의 Slope를 달라지게 합니다. Operating Line의 Slope가 달라졌을 때 얻어지는 Distillate의 순도를 Macabe 도표에 그려놓고 연구해 보세요. 또 증류탑의 환류비와 Distillate 순도의 관계식을 참고하도록 하세요.

(2) 증류탑 상부나 하부의 온도는 압력과 성분의 농도가 변하지 않으면 일정하게 유지되는데 순도가 높은 경우 온도차는 크게 차이 나지 않기 때문에 Reflux Ratio(RR)를 정해두고 Distillate의 순도를 시료분석으로 점검하여 필요시 RR를 증감하는 운전방법이 많이 사용됩니다.

(3) 증류탑의 Pressure & Temperature Profile
이는 Vapor의 흐름에 따라 나타나는 압력차에의해 Profile의 영향도 포함되지만 근본적인 차이는 성분의 농도에 따른 비점의 차이에 의해 Temperature Profile이 결정됩니다.

보충설명하면 Methanol 과 물이 섞인 액을 증류시킨다고 하면 상부의 온도는 상부의 압력에서 methanol이 끓는 온도가 될 것이고 하부에서는 하부압력에서 물이 끓는 온도가 될 것입니다. Column내의 압력 Profile은 증류탑하부에서 압력이 가장 높고 상부가 가장 낮은데 이 둘의 차이는 그리 크지 않고 성분(여기서는 Methanol과 물)의 함량에 따라 비점이 달라져 Temperature Profile이 형성되는 것이지요. Temperature Profile에서 온도/단수의 기울기가 0에 가까우면 그 부분에서 순도가 아주 놓다거나 증류가 전연 안이루어지고 있다는 증거입니다.

증류탑에서 환류비를 달리하면 Rectifying Section에서의 Operating Line의 Slope를 달라지게 합니다.  Operating Line의 Slope가 달라졌을 때 얻어지는 Distillate의 순도를 Macabe 도표에 그려놓고 연구해 보세요. 또  증류탑의 환류비와 Distillate 순도의 관계식을 참고하도록 하세요.

(2) 증류탑 상부나 하부의 온도는 압력과 성분의 농도가 변하지 않으면 일정하게 유지되는데 순도가 높은 경우 온도차는 크게 차이 나지 않기 때문에 Reflux Ratio(RR)를 정해두고 Distillate의 순도를 시료분석으로 점검하여 필요시 RR를 증감하는 운전방법이 많이 사용됩니다.

(3) 증류탑의 Pressure & Temperature Profile
이는 Vapor의 흐름에 따라 나타나는 압력차에의해 Profile의 영향도 포함되지만 근본적인 차이는 성분의 농도에 따른 비점의 차이에 의해 Temperature Profile이 결정됩니다.

보충설명하면 Methanol 과 물이 섞인 액을 증류시킨다고 하면  상부의 온도는 상부의 압력에서 methanol이 끓는 온도가 될 것이고 하부에서는 하부압력에서 물이 끓는 온도가 될 것입니다.   Column내의 압력 Profile은 증류탑하부에서 압력이 가장 높고 상부가 가장 낮은데  이 둘의 차이는 그리 크지 않고  성분(여기서는 Methanol과 물)의 함량에 따라 비점이 달라져 Temperature Profile이 형성되는 것이지요.   Temperature Profile에서 온도/단수의 기울기가 0에 가까우면 그 부분에서 순도가 아주 놓다거나 증류가 전연 안이루어지고 있다는 증거입니다.

원세일 seilee83

09-10-02 10:52

좋은 말씀 감사합니다^^

근데 몇가지만 더 여쭙겠습니다.

정류뷰의 operating line의 기울기와 환류비의 관계는 알겠는데 RR과 순도의 관계식이 있는지 궁금합니다.

분리공정과 단위조작에는 그런 식이 없는 거 같아서요....

그리고 마지막으로 순도가 높은 경우에 온도차이가 크게 나지 않는 이유는 무엇인가요?

귀찮게 해드려서 죄송합니다.

스테파노 Stefano

09-10-04 15:26

(A1) Reflux Ratio(RR) vs. Distillate Composition
Rectifying Section의 총괄물질수지와 성분물질수지로부터 얻어진 Opeating Line은 yn+1 =R/(R+1)*xn + 1/(R+1)*xD
형태인데 이를 xD로 풀면 R(Reflux Ratio)와 순도에 관한 수식이 얻어집니다.

xD = yn+1 + (yn+1 - xn)*R ................(1)

Reflux Ratio를 0으로 하면 Distillate 성분은 yn+1 성분과 같아져서 Column 효과는 완전히 없어집니다. Column에서 Reflux가 없다면 1단의 증발기 효과밖에 기대할 수 없지요. 또 Reflux Ratio를 무한대로 하면 Operation Line은 y=x와 같아지고 y절편도 0이 됩니다. 이 때 각 단에서는 기-액 평형이 완전히 이루어져 y-x 평형도표에 Macabe-Thiele 방법의 삼각형을 그려서 얻어지는 Distillate농도를 얻을 수 있습니다. 만일 y-x Diagram이 대수식으로 구할 수 있다면 이 때의 Distillate 순도는 수치해석적 방법으로 구할 수 있습니다 .

(A2) 순도가 아주 높은 경우 불순물이 아주 낮으면 증기압에 거의 영향을 미치지 않아 증발온도가 거의 차이가 없습니다.
예를 들어 물속에 Ethyl alcohol이 수십ppm 들어있다고 하면 그 물의 비점은 물과 별로차이가 없는 것과 같은 현상이지요.