일괄증류

Batch distillation

일괄 증류란 일괄 증류를 사용하는[1] 것을 말하며, 증류가 여전히 더 많은 혼합물을 충전하고 과정을 반복하기 전에 혼합물을 증류하여 성분 분율로 분리하는 것을 의미한다.이는 공급원료가 첨가되고 증류가 중단 없이 빠져나가는 연속 증류와는 대조적이다.일괄 증류는 항상 계절적 또는 저용량 및 고순도 화학 물질의 생산에 중요한 부분을 차지해왔다.제약업계에서 매우 빈번한 분리 과정이다.

배치 정류기

배치 정류기의 다이어그램

가장 단순하고 가장 자주 사용되는 배치 증류 구성은 맥박과 항아리를 포함한 배치 정류기다.배치 정류기는 항아리(또는 재보일러), 정류기둥, 응축기, 응축기, 응축기(디스티릴레이트)의 일부를 역류로 분리하는 일부 수단 및 하나 이상의 수신기로 구성된다.

냄비는 액체 혼합물로 채워져 데워진다.증기는 정류기둥으로 위쪽으로 흐르며 상단에서 응축된다.보통 응축수 전체를 처음에는 환류로 컬럼에 반납한다.이러한 증기와 액체의 접촉은 분리를 상당히 개선한다.일반적으로 이 단계는 창업이라는 이름이 붙는다.첫 번째 응축수는 머리며, 바람직하지 않은 성분을 포함하고 있다.마지막 응축수는 장식품이며 맛을 더해주긴 하지만 바람직하지 않다.그 중간에는 심장이 있고 이것은 원하는 제품을 형성한다.

머리와 장신구는 증류기의 관례에 따라 다음 한 묶음의 매시/주스에 버려지거나, 환류되거나, 첨가될 수 있다.얼마간의 시간이 지나면 오버헤드 응축수 일부가 증류되면서 연속적으로 인출되어 수신기에 축적되고, 다른 부분은 환류로 칼럼으로 재활용된다.

증류수의 증기압력이 다르기 때문에, 시간이 지남에 따라 간접 증류에 변화가 있을 것이며, 일괄 증류에서 초기에 증류물은 상대적 변동성이 높은 부품의 높은 농도를 포함할 것이다.재료의 공급이 제한되고 가벼운 성분이 제거되므로 증류가 진행됨에 따라 무거운 부품의 상대적인 분율이 증가한다.

배치 스트리퍼

배치 스트리퍼의 다이어그램

다른 간단한 배치 증류 구성은 배치 스트리퍼다.배치 스트리퍼는 배치 정류기와 동일한 부품으로 구성된다.단, 이 경우 충전 포트는 박토 기둥 위에 위치한다.

작동 중(냄비를 충전하고 시스템을 시동한 후) 고비등 구성 요소는 주로 충전 혼합물에서 분리된다.냄비 안의 액체는 끓는 높은 성분에서 고갈되고, 끓는 성분이 적은 성분으로 농축된다.고비등 제품은 하단 제품 수신기에 연결된다.충전 포트에서 잔여 저비등 제품이 인출된다.이러한 일괄 증류 방식은 산업 공정에서 거의 적용되지 않는다.

중간 혈관 기둥의 다이어그램

중간 혈관 기둥

세 번째 가능한 배치 열 구성은 중간 혈관 열이다.중간 용기 기둥은 정류 섹션과 박리 섹션으로 구성되며 충전 포트는 기둥의 중앙에 위치한다.

타당성조사

일반적으로 배치 증류의 타당성 조사는 다음 지도의 분석에 기초한다.

  • 잔류 곡선 지도
  • 스틸 경로 지도
  • 경로 지도를 증류하다
  • 다른 열 프로필 맵

타당성 조사 중에 다음과 같은 기본적인 단순화 가정을 한다.

  • 무한 평형 단계 수
  • 무한 환류비
  • 두 열 섹션의 무시해도 되는 트레이 유지
  • 그 칼럼의 준위험 상태
  • 일정한 어금니 오버플로

버노트 [2]외분수의 순서를 결정하기 위해 일괄 증류 영역을 사용했다.Ewell과 Welch에 따르면, 일괄 증류 지역은 그 안에 놓여 있는 모든 혼합물을 교정할 때 동일한 분수를 제공한다.[3]Bernot 등은 [2]still을 조사하여 높은 단계 수와 높은 환류비에서 지역 경계를 결정하기 위해 경로를 증류하여 최대 분리라는 이름을 붙였다.선구적 연구의[4] Pham과 Doherty는 3차 이질적인 혼합물에 대한 잔류 곡선 맵의 구조와 특성을 설명했다.이들의 모델에서는 응축된 증기의 상분리 가능성을 아직 고려하지 않고 있다.이 방법에 의해 결정된 잔류 곡선 맵의 단수점은 로드리게스-도니스 외와 [5][6]스쿠라스 외가 배치 증류 지역을 할당하는 데 사용되었다.[7][8]Modla 등은 이 방법이 최소한의 진입자에 대해 잘못된 결과를 줄 수 있다고 지적했다.[9]Lang과 Modla는[10] Pham과 Doherty의 방법을 확장하고 잔류 곡선의 계산과 이타방성 증류의 일괄 증류 영역을 결정하기 위한 새로운 일반적인 방법을 제안했다.

Lelkes 등은 연속적으로 인입자 급유 일괄 증류에 의한 최소 비등점 azeotrop의 분리에 대한 타당성 방법을 발표했다.[11]이 방법은 Lang et [12]al.(1999)에 의해 배치 정류기와 스트리퍼의 광선 진입기 사용에 적용되었고, Lang et al에 의한 최대 아조트로프를 적용하였다.[13]모들라 [9]외연속적인 내부 공급에 따른 배치 이타방성 증류에 대해 이 방법을 확장했다.

참고 항목

참조

  1. ^ Kister, Henry Z. (1992). Distillation Design (1st ed.). McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-034909-4.
  2. ^ a b Bernon, Christine; Doherty, Michael F.; Malone, Michael F. (1990). "Patterns of composition change in multicomponent batch distillation". Chemical Engineering Science. Elsevier BV. 45 (5): 1207–1221. doi:10.1016/0009-2509(90)87114-8. ISSN 0009-2509.
  3. ^ Ewell, R. H.; Welch, L. M. (1945). "Rectification in Ternary Systems Containing Binary Azeotropes". Industrial & Engineering Chemistry. American Chemical Society (ACS). 37 (12): 1224–1231. doi:10.1021/ie50432a027. ISSN 0019-7866.
  4. ^ Pham, Hoanh N.; Doherty, Michael F. (1990). "Design and synthesis of heterogeneous azeotropic distillations—II. Residue curve maps". Chemical Engineering Science. Elsevier BV. 45 (7): 1837–1843. doi:10.1016/0009-2509(90)87059-2. ISSN 0009-2509.
  5. ^ Rodríguez Donis, Ivonne; Gerbaud, Vincent; Joulia, Xavier (2002). "Feasibility of heterogeneous batch distillation processes". AIChE Journal. Wiley. 48 (6): 1168–1178. doi:10.1002/aic.690480605. ISSN 0001-1541.
  6. ^ Donis, Ivonne Rodríguez; Esquijarosa, Jhoany Acosta; Gerbaud, Vincent; Joulia, Xavier (2003). "Heterogeneous batch-extractive distillation of minimum boiling azeotropic mixtures". AIChE Journal. Wiley. 49 (12): 3074–3083. doi:10.1002/aic.690491209. ISSN 0001-1541.
  7. ^ Skouras, S.; Kiva, V.; Skogestad, S. (2005). "Feasible separations and entrainer selection rules for heteroazeotropic batch distillation". Chemical Engineering Science. Elsevier BV. 60 (11): 2895–2909. doi:10.1016/j.ces.2004.11.056. ISSN 0009-2509.
  8. ^ Skouras, S.; Skogestad, S.; Kiva, V. (2005). "Analysis and control of heteroazeotropic batch distillation". AIChE Journal. Wiley. 51 (4): 1144–1157. doi:10.1002/aic.10376. ISSN 0001-1541.
  9. ^ a b Modla, G.; Lang, P.; Kotai, B.; Molnar, K. (2003). "Batch heteroazeotropic rectification of a low α mixture under continuous entrainer feeding". AIChE Journal. Wiley. 49 (10): 2533–2552. doi:10.1002/aic.690491009. ISSN 0001-1541.
  10. ^ Lang, P.; Modla, G. (2006). "Generalised method for the determination of heterogeneous batch distillation regions". Chemical Engineering Science. Elsevier BV. 61 (13): 4262–4270. doi:10.1016/j.ces.2006.02.004. ISSN 0009-2509.
  11. ^ Lelkes, Z.; Lang, P.; Moszkowicz, P.; Benadda, B.; Otterbein, M. (1998). "Batch extractive distillation: the process and the operational policies". Chemical Engineering Science. Elsevier BV. 53 (7): 1331–1348. doi:10.1016/s0009-2509(97)00420-x. ISSN 0009-2509.
  12. ^ Lang, P.; Lelkes, Z.; Otterbein, M.; Benadda, B.; Modla, G. (1999). "Feasibility studies for batch extractive distillation with a light entrainer". Computers & Chemical Engineering. Elsevier BV. 23: S93–S96. doi:10.1016/s0098-1354(99)80024-6. ISSN 0098-1354.
  13. ^ Lang, P.; Modla, G.; Benadda, B.; Lelkes, Z. (2000). "Homoazeotropic distillation of maximum azeotropes in a batch rectifier with continuous entrainer feeding I. Feasibility studies". Computers & Chemical Engineering. Elsevier BV. 24 (2–7): 1665–1671. doi:10.1016/s0098-1354(00)00448-8. ISSN 0098-1354.

추가 읽기

  • Perry, Robert H. & Green, Don W. (1984). Perry's Chemical Engineers' Handbook (7th ed.). McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-049841-9.
  • Johann G. Stichlmair; James R. Fair (1998). Distillation: principles and practice. Wiley-VCH. ISBN 978-0-471-25241-2.
  • I.M. Mujtaba (2004). Batch Distillation:Design and Operation. Imperial College Press. ISBN 978-1-86094-437-6.
  • Hilmen Eva-Katrine, Azzeotious 혼합물의 분리:배치 증류 운영에 관한 분석 및 연구 도구, 논문, 노르웨이 화학공학과(2000년)
  • Beychok, Milton (May 1951). "Algebraic Solution of McCabe-Thiele Diagram". Chemical Engineering Progress.

외부 링크