초록 ▼

열복합형 증류탑의 최적설계 방법을 연구하고, 새로운 구조의 열복합 증류탑을 제안 하며, 운전성과 응용성이 개선된 변형 열복합형 증류탑을 제시하고자 한다. 또, 열복합 증류탑을 실제공정에 응용하여 어느 정도의 에너지 절감효과를 얻을 수 있는지 검증해보고자 하였다.
통상의 3성분 혼합물의 증류는 2기의 증류탑을 사용하여 3 가지 제품을 생산하는 것이 기본이다. 그러나 이와 같은 증류방식을 사용하면 증류탑 내 액의 조성분포가 고효율의 평형증류의 조성분포와는 많은 차이를 보이며 이는 증류탑 효율을 저하시키는 요인이 된다. 이러한 문제

열복합형 증류탑의 최적설계 방법을 연구하고, 새로운 구조의 열복합 증류탑을 제안 하며, 운전성과 응용성이 개선된 변형 열복합형 증류탑을 제시하고자 한다. 또, 열복합 증류탑을 실제공정에 응용하여 어느 정도의 에너지 절감효과를 얻을 수 있는지 검증해보고자 하였다.
통상의 3성분 혼합물의 증류는 2기의 증류탑을 사용하여 3 가지 제품을 생산하는 것이 기본이다. 그러나 이와 같은 증류방식을 사용하면 증류탑 내 액의 조성분포가 고효율의 평형증류의 조성분포와는 많은 차이를 보이며 이는 증류탑 효율을 저하시키는 요인이 된다. 이러한 문제점을 해결하지 위하여 고안된 것이 열복합 증류방식이다. 이 방식은 전처리탑을 이용하여 원료인 3 성분 혼합물을 2 가지의 2 성분 혼합물로 1 차 분리하고 이를 다시 주탑에서 분리하는 증류방식으로 증류탑 내의 액의 조성분포가 평형증류의 조성분포와 유사한 구조로 되어 증류탑 효율을 극대화 시킬 수 있고 이를 통하여 증류공정에서 사용하는 에너지의 사용량을 절감할 수 있다. 열복합 증류탑을 실제 상용화하면서 현장에서 응용이 가능한 형태로 변형시킨 분리벽형 증류탑이며 이론적인 해석은 열복합 증류탑과 동일하게 할 수 있다. 또, 이를 변형하여 기존의 열복합 증류탑에 후처리탑을 추가하면 기존의 열복합 증류탑에 비해 평형증류의 조성분포와 더욱 유사한 구조를 가지므로 에너지 절감효과를 추가할 수 있다. 본 연구에서는 이러한 여러 가지 에너지 절약형 증류탑을 제안하여 에너지 절감효과를 증대시키고, 운전성을 개선하고자 하였다. 이러한 개선의 효과는 기존의 증류탑과 비교하여 어느 정도의 개선효과가 얻어졌는지 비교하여 알 수 있었다. 또, 새로운 열복합 증류탑의 설계방법을 제안하여 기존의 방법에 비해 향상된 설계가 가능 하도록 하였다. 또, 이러한 연구의 결과를 실제 공정에 활용하여 설계와 에너지 절감 효과 등을 조사하였다.
화학공정에서 사용하는 에너지 중 증류공정에서 사용하는 에너지의 양이 약 40 % 에 해당하기 때문에 증류공정의 에너지 절약에 많은 노력을 기울이고 있다. 이러한 증류공정의 에너지 절약을 위해 기존의 증류탑 대신 에너지 절약형 증류탑을 보다 많이 보급할 필요가 있고 이런 용도에 적합한 에너지 절약형 증류탑의 최적 설계방 법을 연구하여 에너지 절약형 증류탑 상용화의 촉진에 기여하고자 하였다.
여러가지 에너지 절약형 증류탑 중에서 그 동안 본 연구팀이 많은 연구를 진행하여 왔고, 또 유럽과 일본에서 상용화가 상당히 진행되었으며, 국내에서도 활용에 관심이 많은 열복합형 증류탑의 최적설계 방법을 연구하였다. 또, 새로운 구조의 열복합 증류탑을 제안하였으며, 운전성과 응용성이 개선된 변형 열복합형 증류탑의 제안과 최적설계에 관한 연구를 실시하였다. 그밖에 열복합 증류탑을 실제공정에 응용하는 연구를 수행함으로써 에너지 절약형 증류탑 설계에 관한 기초적 원리와 실제 응용의 방안을 제시하였다.

Abstract ▼

The optimal design of an energy efficient distillation column is studied, new structured distillation columns are proposed, and modified distillation columns with improved operability and applicability are suggested. In addition, a practical application of the thermally coupled distillation is exami

The optimal design of an energy efficient distillation column is studied, new structured distillation columns are proposed, and modified distillation columns with improved operability and applicability are suggested. In addition, a practical application of the thermally coupled distillation is examined for the effect of energy conservation.
A conventional ternary mixture separation requires two distillation columns, but this system has a large discrepancy in liquid composition profile of trays from the equilibrium distillation of high distillation efficiency leading to lowering the column efficiency. The fully thermally coupled distillation solves the problem by separating two mixtures with a prefractionator and three products are yielded from a main column, which makes the column profile similar to the high efficiency equilibrium distillation. In commercial application of the column, a divided-wall column is utilized, and its theoretical analysis is identical to the thermally coupled distillation column. Also, a postfractionator is added to the column to give its column profile further closer to the equilibrium, a postfractionator thermally coupled distillation column is proposed here. These various energy-efficient distillation columns are developed in this study to improve energy efficiency and column operability. This effect of the improvement can be examined the performance of the proposed systems with that of the existing distillation systems. In addition, a new design procedure for the thermally coupled distillation column is introduced to make an improvement of column design available. These results of current study are applied to a practical distillation system to investigate their practical applicability and performance.
Since the energy consumption of distillation processes in chemical plants is about 40 percent of total requirement, numerous studies have been conducted to reduce the consumption. For the effort, an energy-efficient distillation column is necessary rather than the improvement of existing distillation columns. In this study, energy-efficient distillation columns for the purpose are developed and their optimal design is introduced to expedite the commercialization of the columns. Among various energy-efficient distillation columns, this team studied before and commercialized in Europe and Japan the fully thermally coupled distillation column has been investigated by introducing new structures of the columns and improvement in operability and applicability. Finally the thermally coupled distillation was applied to a practical distillation process to explain the fundamental principle and utilization method in the design and operation of the column.

목차 Contents

• Ⅰ. 연구계획 요약문...3
• 1. 국문요약문...3
• Ⅱ. 연구결과 요약문...4
• 1. 국문요약문...4
• 2. 영문요약문...5
• Ⅲ. 연구내용...6
• 1. 서론...6
• 2. 열복합 증류탑의 설계...10
• 3. 헥산공정의 설계...15
• 4. 후처리탑이 있는 열복합 증류탑...24
• 5. 3 탑 시스템...40
• 6. 열결합을 이용한 열복합 증류탑의 운전성 개선...54
• 7. 분리주탑을 이용한 열복합 증류탑의 운전성 개선...65
• 8. 후처리탑 부착 열복합 증류탑의 운전성 개선...74
• 9. 열복합 증류탑의 응용...84