증류, 스트리핑 및 추출 컬럼의 차이점
화학 제품 생산 과정에서 공정 요구 사항을 충족하는 화학 제품 또는 중간 제품을 얻기 위해 원료, 중간 제품 또는 조제품을 분리해야 하는 경우가 많습니다. 화학 산업에서 흔히 사용되는 분리 공정에는 증류, 흡수, 추출, 건조, 결정화 등이 있습니다.
1. 증류
증류 과정이란 무엇인가요?
증류는 액체 혼합물을 분리하는 일반적인 작업이며 가장 널리 사용됩니다.
액체 성분을 분리하는 증류 방법은 가열입니다. 각 액체 성분에는 끓는점과 휘발성 수준이 있습니다. 가열하면 이러한 물질이 서서히 끓는점까지 올라가고 증기로 변환되어 원래의 액체 혼합물에서 제거됩니다. 액체 혼합물은 서서히 끓기 때문에 끓는점이 가장 낮은 성분이 가장 먼저 그리고 가장 쉽게 제거됩니다.
예를 들어, 물은 화씨 212도에서 끓고 에탄올은 화씨 173도에서 끓습니다. 물과 에탄올 혼합물을 화씨 195도까지 가열하면 에탄올을 액체 상태에서 증기로 변환하여 혼합물에서 효과적으로 제거할 수 있습니다.
증류 과정은 원료를 담고, 가열하고, 휘발성 물질을 응축하고, 분리된 성분을 수집하도록 설계된 장치인 컬럼에서 이루어집니다. 가장 간단한 형태의 증류 장치에는 세 가지 기본 구성 요소가 있습니다:
열: 컬럼은 피드를 담는 용기이며, 피드는 용기 중앙으로 유입됩니다. 용기는 기화된 성분(증류액이라고도 함)이 통과할 수 있는 배출 소스에 연결됩니다. 컬럼에는 트레이 또는 포장과 같은 여러 다른 구성 요소도 포함되어 있어 사료의 성분을 더욱 분리하여 순도를 향상시키는 데 도움이 됩니다.
콘덴서: 응축 장치는 컬럼 위에 있습니다. 이 장치는 증기를 냉각시켜 액체 스트림으로 되돌리고, 이 액체 스트림은 회수 탱크라고 하는 별도의 용기에 모입니다. 기화 및 응축된 성분에서 발생하는 액체 스트림(환류라고 함)은 컬럼으로 다시 재활용됩니다.
재보일러: 재보일러라고 하는 열원이 컬럼 내부의 혼합물을 적절한 온도로 가열합니다.
증류탑의 크기와 직경, 컬럼 내부의 압력 수준, 혼합물이 가열 및 냉각되는 온도는 사료 자체와 원하는 제품의 화학적 특성에 따라 달라집니다. 이러한 모든 변수에 따라 처리되는 사료 유형에 맞는 증류탑을 구성하는 방법이 결정됩니다. 따라서 증류탑은 위에서 설명한 단순한 컬럼보다 훨씬 더 복잡해질 수 있습니다.
증류탑의 주요 기능은 무엇인가요?
증류탑은 티타늄, 티타늄 합금 재료 및 기타 재료와 같은 희귀 금속으로 만들어집니다. 그것은 고강도, 높은 인성, 고온 저항, 내식성, 빛 특정 중력 등의 특성을 가지고 있습니다. 증류탑은 화학, 석유화학, 야금, 경공업, 섬유, 알칼리, 제약, 살충제, 전기 도금, 전자 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다. 예를 들어, 원유를 증류하여 가솔린, 등유, 디젤 및 중유를 얻을 수 있고, 혼합 방향족을 증류하여 벤젠, 톨루엔 및 크실렌을 얻을 수 있으며, 액체 공기를 증류하여 순수한 액체 산소와 액체 질소를 얻을 수 있습니다.
2. 스트리핑
스트리핑 프로세스란 무엇인가요?
스트리핑은 공기 매체를 사용하여 원래의 공액 2상 평형을 파괴하고 새로운 공액 평형 상태를 설정하는 물리적 프로세스입니다. 그런 다음 분압 감소로 인해 용액의 특정 성분이 탈착되어 물질 분리가 이루어집니다. 예를 들어, A는 액체이고 B는 기체이며, 기액 평형을 이루기 위해 B가 A에 용해되어 기체 상이 B 기체 상에 의해 지배됩니다. 기체상 스트리핑 매체 C를 추가하면 기체상 내 A와 B의 분율이 감소하여 기액 균형이 파괴되고 물질 A와 B가 기체상으로 확산됩니다. 그러나 기상은 B에 의해 지배되기 때문에 새로운 평형 관계가 설정되는 경향이 있으므로 다량의 B 매질이 기상으로 확산되어 기액 상 분리의 목적을 달성 할 수 있습니다. 스트리핑 매질의 양을 조절하여 스트리핑 정도를 제어할 수 있습니다.
스트리핑과 증류의 차이점은 무엇인가요?
스트리핑과 증류의 주요 차이점은 사료 성분을 분리하는 데 사용되는 방법입니다. 증류는 열을 사용하여 휘발성 물질을 증기로 끓인 다음 응축하여 제거하는 반면, 스트리핑은 흡수의 원리를 사용합니다.
흡수는 벌크 상(액체 또는 고체)의 분자가 기체 물질로 흡수되는 화학 공정입니다. 스트리핑에 흡착을 적용할 때 엔지니어는 액체 분자를 흡수하는 기체로 증기를 사용합니다. 스트리퍼에서 피드에서 분리된 액체 분자는 수증기에 의해 흡수됩니다.
모든 오염물질 제거 컬럼은 동일한 원리로 작동합니다. 컬럼 설계는 수집 및 제거할 사료에서 성분을 점진적으로 분리합니다. 증류와 스트리퍼 방식은 유사하지만 몇 가지 주요 방식에서 차이가 있습니다.
증류 방식은 컬럼 중앙에 피드를 도입하는 반면, 스트리핑 방식은 스트리퍼 상단에 피드를 도입합니다. 기체 상태의 끓는 물 증기만 스트리퍼의 바닥에서 도입됩니다. 증기와 피드가 컬럼의 반대쪽 끝에서 도입되기 때문에 이를 역류 설계라고 합니다.
사료가 컬럼 상단에서 아래로 흐르면서 증기와 사료가 만나는 접촉 면적을 늘리도록 설계된 다공성 패킹 또는 트레이를 씻어냅니다. 증기가 피드에 유입되면 끓는점이 가장 낮은 휘발성 물질이 증기와 접촉하는 즉시 증기에 먼저 흡수됩니다. 끓는점이 높은 휘발성 물질은 이 과정을 거치지 않지만, 수용성이 낮은 경우 증기에 흡수되어 증기와 함께 제거됩니다.
흡수된 화합물이 포함된 증기는 일반적으로 포집, 응축 및 정제되는 오버헤드로 배출됩니다. 그러나 안전하다면 대기로 직접 방출되는 경우도 있습니다.
3. 추출
추출 열이란 무엇인가요?
추출 컬럼은 화학 산업, 석유 정제, 환경 보호 및 기타 산업 부문에서 일반적으로 사용되는 액체-액체 질량 전달 장비입니다. 액체-액체 추출은 혼합 용액에서 하나 또는 여러 개의 화합물 성분을 다른 액체(혼합 용액의 용매와 섞이지 않는 용매라고 함)와 함께 추출하는 질량 전달 방법입니다. 분리, 농축 및 정제할 수 있습니다. 이 과정을 액체-액체 추출 및 용매 추출 공정이라고합니다. 사용되는 장비를 추출기라고 합니다. 추출기에는 단일 및 다중 추출, 갭 추출, 연속 추출 공정이 있습니다. 연속 다중 추출에 사용되는 추출기는 추출 타워라고 불리는 타워형 장비입니다. 내부 구조는 중력이나 기계적 작용을 이용해 액체를 물방울로 쪼개고, 이를 다른 연속 액체에 분산시켜 액-액 추출을 하는 방식입니다.
추출은 공비성 혼합물, 열에 민감한 제품 또는 끓는점이 매우 높거나 매우 낮은 혼합물의 분리에 적용되며, 운반 물질에 포함된 표적 물질이 낮고 증류가 매우 복잡합니다.
액체-액체 추출 컬럼은 어떻게 작동하나요?
추출 방법은 비교반 추출이라고도 하는 다른 형태의 분리와 마찬가지로 컬럼을 사용합니다. 그러나 교반 추출 방법으로 간주되는 믹서 침전기 및 원심 추출을 포함한 다른 형태의 추출 방법도 있습니다.
컬럼 추출에는 여러 가지 디자인이 있지만 모두 동일한 원리로 작동합니다. 추출 컬럼에서는 컬럼에 피드가 들어 있고 용매가 추가되며 용해성 분자가 용매에 들어가면서 성분이 분리됩니다. 남은 피드는 더 무거운 액체이므로 컬럼의 바닥으로 흘러내립니다. 용매는 수집된 용질과 함께 컬럼 위에 떠 있는 더 가벼운 액체입니다.
컬럼은 용해성 용매 함유 층을 공급 층에서 분리할 수 있으며, 이를 통해 상단 용매 층을 원하는 잔류 액체에서 추출할 수 있습니다. 추출 컬럼에는 내부에 움직이는 부품이 없지만 대신 피드를 분산 단계로 나누는 내부 메커니즘이 포함되어 있습니다.
