[설계](공정공학)알콜농축공정의 설계

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2009.07.18 / 2019.12.24
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목차: 서론

Ⅰ. 알코올 농축공정

본론

Ⅱ. HYSYS을 이용한 알코올 농축공정의 설계

1. HYSYS의 정의

2. HYSYS의 특징

3. HYSYS를 이용한 설계

Ⅲ. 공장운영시 들어가는 비용

1. 대출자금

2. 토지임대료

3. 전기료

4. 수도세

5. 인건비

6. 세금

결론

Ⅳ. 경제성을 고려한 최종 설계

본문내용: Ⅰ. 알코올 농축공정 정의

- 알코올 농축공정은 알코올의 증류를 이용한 공정이다.

1. Alcohol distillation

⑴ 알코올 증류기술의 발전

발효가 끝난 mash에서 알코올을 회수하는 down stream 공정에는 단식 및 연속식 증류기가 있다. 단식 증류기(pot still)는 주로 위스키, 브랜디 및 증류식 소주제조에 이용되고 있다. 알코올 생산공정에 에너지 소비는 up stream인 증자공정에서 알코올발효까지 총소비 에너지의 약 20~30%, down stream인 증류공정에서 70～80%가 소비되므로 가능한 mash 알코올농도를 10% 이상 올리기 위한 방법으로 내알코올성 균주의 스크리닝 또는 육종을 시도하거나 공정개발에 주력하였다. 특히 증류공정에 있어 알코올 mash의 오염에 의한 mash탑, reboiler, preheater의 압력손실을 최소화하는 것이 에너지 소비를 줄이는 중요한 운전방법중 하나이다. 재래 공정은 상당량의 에너지가 환류를 위한 증기의 냉각용 응축기에서 소비됨으로서 알코올 ℓ당 4㎏의 증기가 필요하였으나 증류탑을 차압으로 운전하여 탑정 증기를 재 이용함으로서 3㎏까지 감소되었고, 공정 중 폐액을 mash제조에 재이용함에 따라 증발 건조시킬 폐액 발생량이 줄어 1.5㎏까지 낮출 수 있는 공정이 개발되었다. 이와 같이 폐수처리와 증류기술의 발전으로 새로운 증류공정이 개발되었으며 증류공정에서 에너지 소비는 정제탑 상부의 알코올농도와 잠열 재이용 여부, mash탑의 운전조건, 폐액의 총고형분 농도와 발생량에 따라 다르다.
고농도의 알코올을 회수할 수 있는 연속 증류기로서 요탑, 초류탑, 정류탑, 탈주정탑, 정제(제품)탑 및 불순물농축탑으로 구성된 Guillaume distiller는 제품 생산량에 비하여 불량주정 생산량이 약 1%로 많고 주질이 떨어지는 결점이 있다. 이를 보완하기 위하여 초류탑 대신 비휘발도를 이용한 가수추출탑 (hydroselection column)을 추가하여 불순물 분리를 극대화한 Grinmar distiller로 발전하였고, 1950년에는 프랑스의 Usine de Melle사가 특허 제작한 Allospass distiller는 주정의 품질을 크게 향상시킨 바 있는데 일본화학회사에서는 2 section으로 설계한 요탑의 상부에서 95% crude alcohol을 추출탑에 보내고, 요탑 중부에서는 증기 일부를 농축탑에 유입시켜 이 탑 하부에서 fusel oil을 분리한 다음 추출탑에 유입시켜 탑정부에서 불량주정(bad alcohol)을 농축, 분리함으로 주질을 크게 개선한 extra super type를 개발하였다. Multiplate rectification탑으로 증류할 경우 공비 혼합물이나 비점이 비슷한 혼합물을 효과적으로 분리하기 위하여 추출증류를 할 때 가능한 알코올농도는 낮을수록 비점 차이가 높아져 불순성분이 잘 분리되나 너무 알코올농도가 낮으면 이를 농축하는데 에너지 소비가 증가하고 탑경이 커지는 단점이 있다. 특히 ethylacetate 등은 분리하기가 어려워 약품을 사용하거나 저비점 불순물인 crotonaldehyde나 furfural 등을 효과적으로 분리하기 위한 감압증류도 연구되었다.
현재 공업적으로 많이 이용되고 있는 알코올 증류탑은 대부분 상압증류기(multi-pressure distillation system)로서 증류공정에서 알코올제조 전체 소비 에너지의 약 70~80%가 소비되는 에너지 다소비공정이기 때문에 1970년대 두 번의 oil shock 이후 에너지 절약형 증류기68)에 관심을 가지게 되었고, 진공 및 가압 증류기로서 종래 알코올 증류탑의 bubble cap보다 10~20% 증류 및 에너지 효율이 높고, 탑내 유속도 36~48㎝/sec 범위 내에서 안정된 perforated plate69)가 개발되었다. 그러나 에너지 절감 증류 system을 추구하다 보면 주질 저하 위험이 수반될 수 있는 점을 감안하여 알코올증기의 MVR (mechanical vapour recompression) 을 이용하는 대신 정류탑의 탑저 폐액(lutter water)으로부터 발생하는 flash vapour를 이용한 새로운 에너지 절약형 증류탑을 개발하였고, 이를 개선한 ALKO type distiller (Finland)가 약 50% 에너지 절약이 가능한 것이 입증된 이후, 국내 노후 된 재래 증류탑의 대체 건설에 있어 촉진제가 된 바 있다. 또한 증류탑의 효율 향상을 위하여 종래 bubble cap에서 각종 tray가 개발되어 탑 크기를 크게 줄일 수 있는 packing column이 주정공업에 이용되기 시작하였다. 연료용 무수알코올은 대부분 azeotropic process가 이용되나 이보다 더욱 경제적으로 생산할 수 있는 molecular sieve dehydration system을 도입 국내 알코올연구조합에서 입증실험에 성공한 바 있고, 역삼투막법, 기-액 또는 액-액 추출법, 임계탄

참고문헌: ※ 참고 문헌
http://www.kdn-biotech.com/Dist-1.htm
http://www.muhakalc.com/
http://ntsi.go.kr/index.php?m=6163
http://thermo.korea.ac.kr/bbs/view.html?id=742&code=lab&start=0
http://myhome.naver.com/yiruni/hysys.files/frame.htm
http://prosys.korea.ac.kr/~tclee/hysys/manual
[ 화학공학 ] 박동원 저. 동아대학교 출판부
[ 공정설계(HYSYS를 이용한)] DAVE A. SHARP 저, 이종민 역 김근배

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