(강제)체험 삶의 현장 1분 53초

(1) 정류의 원리

• 액체 혼합물을 증류할 때 발생하는 증기를 이것과 향류로 강하는 증기의 응축액과 접촉시켜 증기의 응축열을 이용하여 다시 저비점성분을 증발시키는 조작을 반복하는 증류
• 액의 증발에 의한 상호 확산물질 이동 조작으로 비점이 비슷한 혼합물의 분리에 특히 효과적
• 저비점성분이 많은 것이 탑 위로 고비점성분이 많은 것이 탑 밑으로 나오는 것이지만, 석유 공업에서는 한 탑에서 두 종의 혼합물이 유출되는 분류(fractional distillation) 및 두 종 이상이 유출하는 다성분계 정류가 많은데 이 경우에는 필요한 성분은 탑 중간의 적당한 단에서 빼낸다.(이것을 측류라고 한다.)
• 정류는 끓는점이 낮은 성분의 증발과 끓는점이 높은 성분의 응축으로 원액의 분리 성능이 향상되며, 열의 소비가적고 조작이 간단한 특징
• 오늘날에는 석유공업, 알코올 공업 등에서 많이 사용

(2) 정류 조작

• 그림 7는 연속식 정류 장치를 나타냈다. 주요 요소는 증기를 발생시키는 비기(still) 또는 재비기 (reboiler), 증기가 되돌아오는 응축액과 향류접촉을 하게 되어 있는 정류탑(rectifying column) 및 탑의 최상단에서 나온 증기를 모두 응축시키고 응축액을 제품으로 내놓는 응축기(condenser)로 구성

그림Ⅳ- 7 정류의 흐름

• 공급단(feed plate) : 원료가 공급되는 단, 급송단이라고도 함. 윗단으로 올라갈수록 저비점성분이 많아지며 아랫단으로 내려갈수록 고비점 성분이 많아진다.
• 농축부(enriching section) : 원료 공급단의 윗부분, 정류부(rectifying section)이라고도 함
• 회수부(stripping section) : 원료 공급단의 아랫부분

(3) 환류(reflux)

1. 원료는 가열기에서 가열되며, 비점으로 공급하는 것이 보통이며, 저비점성분은 증기로서 탑 꼭대기에서 나와 응축기에서 액상으로 된다. 이를 유출액(distillate)
2. 유출액을 제품으로 하나, 유출액의 전부를 빼내면 탑 내에는 저비점성분이 감소하므로 유출액의 일부를 최상단으로 되돌려 보낸다. 이 조작을 환류(reflux)
3. 환류액은 최상단에서 저비점성분이 가장 풍부하며, 밑단으로 강하하면서 각 단의 액조성을 일정하게 조절하는 역할
4. 각 단상의 과잉 액은 바로 밑단으로 흘러내리는데 이것을 일류(overflow)
5. 환류액의 몰유속 과 유출액의 몰유속의 비를 환류비(reflux ratio)라 하며 로 표시

1. 환류비를 크게 하면 제품의 순도는 높아지나 유출액량은 적어지며, 또한 환류비를 적게하면 유출액은 많으나 제품의 순도는 낮아짐
2. 전부 환류시키는 것을 전환류

(4) 정류 장치의 구성

1. 정류탑에서 기체와 액체의 접촉과 혼합 및 분리효과를 일으키는 장치로는 여러 가지가 있는 데 크게 나누면 단탑(plate column)과 충전탑(packed column)으로 분류

표 Ⅳ-2 단탑과 충전탑의 비교

정류탑		장점	단점
단탑	포종탑	대규모의 증류에 알맞다. 처리 능력에 융통성이 있다.  탑 내의 청소가 용이하다. 이론적으로 잘 해명된다.	탑 내의 압력 손실이 크다. 건설 비용이 많이 든다. 정체액(hold-up, 정류탑안의 정류액)이 많다.
	다공판탑	구조가 간단한데 비해 성 능이 좋다.  설치 비용이 적게 든다.	공판(hole plate)을 막는 용액에는 적당하지 않다. 조작이 미세하고 융통성이 적다.
충전탑		소규모의 증류에 적당하다. 압력 손실이 적다. 부식에 잘 견딘다. 정체 액량이 적다.	처리량에 융통성이 적다. 편류(channelling)를 일으키기 쉽고, 용액을 균일하게 분포하기가 어렵다.

1. 단탑은 다공판단(perforated plate column)과 포종단(bubble cap column), 밸브단
1. 공업적으로 오래전부터 사용하던 형식으로 제작비가 많이 들고 증기의 손실이 크지만 기-액의 유량이 변해도 운전이 가능
2. 다공판단 : 구조가 간단하고 제작비가 적게 들며 압력 손실이 적다. 증기의 유량이 적으면 원액이 누출되어 운전이 어렵움
3. 밸브단 : 증기의 유량에 따라 밸브의 개폐가 되도록 되어 있어 유량에 따라 운전이 용이

(a) 포종형                            (b) 다공판형                         (c) 밸브형

그림 Ⅳ-8 단탑의 단의 구조

(a) 포종탑의 구조                                (b) 다공판 단탑의 구조

그림 Ⅳ-9  단탑의 구조

 

1. 충전탑 : 코크르 괴(cokes), 라시히 링(raschig ring)과 같은 인공 충전물을 채운 것으로서 이 충전물의 표면에서 액과 증기의 접촉이 연속적으로 일어나도록 되어 있다. 액의 유속이 적으면 기-액의 접촉이 나빠지지만 포종탑에서는 액량이 거의 일정하므로 접촉효과가 좋음

그림 Ⅳ-9 여러 종류의 충전물

1. 증류 조작에서는 상승 증기량에 비해 유출액량이 적은것이 일반적이므로 접촉효과를 고려하면 포종탑을 사용하는 것이 좋음

 

1. 스틸이라고 하는 부분으로 다관식 가열기가 많이 사용
2. 재비기도 스틸의 일종이며, 석유 정제 과정에는 파이프 스틸이 이용된다.

1. 탑 위에 설치하여 유출된 증기를 응축하는 역할
2. 분축기(partial conderser) : 유출 증기의 일부만을 응축시켜 환류시키는 장치

 

어디 끝까지 한 번 해보자



 

 

 

Ⅳ. 물질 전달

  01. 증류

     1. 증류의 원리

     2. 증류의 종류와 특성

     3. 정류

     4. 정류 장치의 물질 수지

  02. 추출

     1. 추출의 정의와 원리

     2. 액-액 추출 장치

     3. 고-액 추출 장치

  03. 흡수와 흡착

    1. 흡수와 흡착의 원리 이해

    2. 흡수와 흡착 장치

  04. 습도

    1. 습도 조절

    2.  습도 조절 조작

  05. 결정

    1. 결정화

    2. 결정화 장치

   

    단원 학습 정리

    대단원 평가