에너지 절약형 DMF 증류탑 설계I ndex 01 설계 주제 02 설계 이론 03 설계 과정 04 설계 결론설계 주제 1 Design SubjectDesign subject 폐 DMF 와 물 혼합물을 기존 증류탑을 이용한 에너지 절약형 증류탑의 설계설계 이론 2 Design TheoryWhat’s distillation ? 어떤 용질이 녹아 있는 용액을 가열하고자 하는 액체의 끓는점에 도달하면 기체상태의 물질이 생긴다 . 이를 다시 냉각시켜 액체상태로 만들고 이를 모으면 순수한 액체를 얻어낼 수 있다 .Types of distillation 1. Simple distillation ( 단순증류 ) 끓는점의 차이가 큰 액체 혼합물을 분리하는 가장 간단한 방법 . 기화된 기체를 냉각기에서 액화시켜 분리하는 방법 . 2. Fractional distillation ( 분별증류 ) 작은 유리알을 채운 플라스크 위에 장치한 분별증류관의 높이에 따른 온도 변화를 이용하여 혼합물의 기화와 액화가 반복됨으로써 분리의 효율을 높인 증류 방법 . 분류라고도 하며 일반적으로 혼합액체를 가열하면 , 끓는점이 낮은 성분이 먼저 끓기 시작 .Types of distillation 3. Distillation under reduced pressure ( 감압 증류 ) 진공증류라고도 한다 . 끓는점이 비교적 높은 액체 혼합물을 분리 하기 위하여 액체에 작용하는 압력을 감소시켜 증류속도를 빠르게 하는 방법 . 4. Stream distillation ( 증기 증류 ) 뜨거운 수증기를 플라스크에 불어 넣어서 수증기와 함께 기화된 액체 성분을 분리하는 증류방법 .Azeotrope Define : 두 성분 이상의 혼합액과 평형상태에 있는 증기의 성분비가 혼합액의 성분비와 같을 때의 혼합액을 말한다 . 함께 끓는 혼합물이라고도 한다 . 특별한 성분비의 액체는 순수액체와 같이 일정한 온도에서 성분비가 변하지 않고 끓는데 , 이때 용액과 증기의 성분비는 같아진다 . 공비상태는 압력에 의해서 변화한다 .Dimethylformamide (DMF) N,N- dimethylformamide 라고도 함 . 무취 → 불순물 포함 시 , 비린내가 남 . 물과 유기 액체 대부분과 섞임 . 극성 유기용매의 하나로 각종 화학반응의 용매로 이용됨 . 피부 · 눈 · 점막을 자극하여 오래 흡입하면 간에 장애를 일으킨다 .Dimethylformamide (DMF) Characteristic Value Molecular formula Melting point( ℃ ) - 61 Boiling point( ℃ ) 153 Molecular mass(g/mol) 73.1 Other Colorlessness odorless Properties...설계 과정 3 Design processDesign direction 기존 DMF-WATER 계의 평형곡선을 이용하여 단수를 구해보고 , 에너지를 절약할 수 있는 방안을 모색하도록 한다 .x–y diagram for H 2 O–DMF at 101.325 kPa . Chang- shen Ye, Cheng Lin, Xiu-lin Fang, “Experimental measurements and correlations of vapor–liquid equilibrium data for the binary system of chloroform +N,N- dimethylformamide at 101.3 kPa ” DMF-water Equilibrium curveFeed, F 500 kmol /h T=373 K P=101 kPa Component mol % DMF 0.3 Water 0.7 1 5 8 Distillate, D Component mol % DMF 0.95 Water 0.05 Bottoms, B Component mol % DMF 0.05 Water 0.95 DMF-Water 혼합물의 증류 Overall ConditionsCalculations ◈ DMF 에 대한 물질 수지 ◈ 총괄 물질 수지 식 (1) 과 (2) 를 결합하여 B 를 소거하고 , 그 식을 D 에 대해 푼 후 , 식 (2) 를 이용하여 B 를 구한다 . D = 139 kmol /h B = 361 kmol /hCalculations ◈ q 계산 ◈ q 선의 기울기 계산Calculations ◈ q 선의 작도 ◈ 정류부 조작선의 작도 q 선은 45° 선 위의 공급물 조성 ( z F = 0.30) 에서 -2.6 의 기울기로 작도한다 . 최소 환류 조건에 대해 정류부 조작선은 45° 선상의 x D = 0.95 점을 지나 q 선과 평행 곡선의 교점 (y=0.56, x=0.2) 을 지나도록 작도한다 .DMF-water Equilibrium curve 최소 환류비의 결정 그래프 45° line Equilibrium curve q-line Slope = 0.52Calculations ◈ R mim 계산 ◈ 조업 환류비 계산 R mim = 1.08 1.3R mim = 1.3(1.08) = 1.4Calculations ◈ 정류부 조작선의 기울기 계산 ◈ 정류부와 탈거부 조작선의 작도 정류부의 조작선은 45° 선상의 x D = 0.95 점을 지나 기울기가 0.58 인 선이다 . 탈거부 조작선은 정류부 조작선과 q 선의 교점에서 x B = 0.05 인 점까지 작도한다 .Calculations ◈ 평형단 수의 결정 평형단 수는 먼저 정류부 조작선과 평형 곡선 사이에서 , 그 다음은 탈거부 조작선과 평형 곡선 사이에서 , x D = 0.95 점에서 x B = 0.05 인 점까지 계단 작도한다 . 최적 공급단의 위치는 정류부 조작선에서 탈거부 조적선 사이 이다 . ◈ 공급단 위치의 결정평형단 수와 공급단 위치의 결정 그래프 DMF-water Equilibrium curve 45° line Equilibrium curve q-line Slope = 0.58 1 2 3 4 5 6 7 8Results ◈ 평형단 수와 공급단의 위치 Equilibrium stages Feed stage location Trays needed Value 8 5 10 ※ 단효율을 0.8 이라 하면 10 개의 단 필요Aspen process simulation ◈ Case 1. Stage = 8, distillation column = 1 Purity = 73.2%Aspen process simulation ◈ Case 2. Stage = 16, distillation column = 1 Purity = 73.2%Aspen process simulation ◈ Case 3. Stage = 8, distillation column = 2 Purity = 94.3%Aspen process simulation ◈ Case 4. Stage = 8, distillation column = 2 , add to heater Purity = 94.2%설계 결론 4 Design ConclusionConclusion ◈ Energy saving methods 증류장치의 단열강화 공정자동화에 의한 최적운전조건 하에서의 조업 타 공정과 결합한 폐 열 재이용 고효율 충진물을 충진한 증류 탑을 사용 적절한 증류 탑의 조합T hank you !{nameOfApplication=Show}
