가압/감압 증류 공정이 발효 알콜의 분리 에너지 절감 효과에 미치는 영향에 관한 전산 모사

Computer Simulation of the Effect of Pressurized/Depressurized Distillation Process on the Reduction of Separation Energy of Ethanol from Alcohol Fermented Broth

알콜 발효액으로부터 순수 에탄올을 분리하기 위하여 이용되는 증류공정에 대한 에너지 절약형 모델이 여러 가지 제시되고 있다. 본 연구에서는 이들 중 개발가능성이 가장 높은 가압-감압 증류공정의 설계를 위한 컴퓨터 프로그램을 개발하고 이를 이용하여 증류탑의 최적 운전 조건을 규명하였을 뿐만 아니라 가압-감압 증류공정 및 상압증류 공정에 대한 고정 비용 및 분리 에너지 비용을 비교, 분석하였다. 본 연구에서 고려한 운전 압력은 상압 증류 공정인 경우 760 mmHg, 가압-감압 증류 공정인 경우 3103-760 mmHg, 31034-450mmHg, 및 3130-160 mmHg이였다. 각 운전압력에서 년간 고정비용과 년간 에너지 소비 비용의 합이 최소가 되는 최적 환류비는 운전압력이 상압일때는 3.8554, 가압-감압이 3130-760 mmHg일 때는 3.7475, 2.9111, 가압-감압이 3130-450 mmHg일 때는 3.8814, 2.9712, 가압-감압이 3103-160 mmHg일 때는 3.0783과 2.2400 이였다. 또한 가압-감압 증류공정에 소요되는 에너지 비용은 상압증류공정에 대하여 가압-감압 운전압력이 3103-760 mmHg인 경우에는 45.4%. 운전압력이 3130-450 mmHg인 경우에는 46.9%, 운전압력이 3103-160 mmHg인 경우에는 42%에 불과하였다.

This work is focussed on the reduction of ethanol separation energy from alcohol fermented broth and categorized into the development of a computer program for the design of the pressurized/depressurized distillation process which has been regarded as one of the energy-reducing models for the conventional distillation process, the optimization of operating conditions of distillation towers by means of the developed program, and the evaluation of the total annual energy cost of pressurized/depressurized distillation columns compared with that of the conventional single distillation columns. The operating pressures are, in case of pressurized/depressurized distillation, 3103/760 mmHg, 3103/450 mmHg, 3103/160 mmHg, and in case of conventional distillation, 760 mmHg. The optimum reflex rations which the sum of the annual energy cost and the annual fixed cost for each process becomes minimum are 3.7475/2.9111 for the operating pressures of 3103/760 mmHg, 3.814/2.9712 for 3103/450 mmHg, 3.0783/2.2400 for 3103/150 mmHg, and 3.8544 for the atmospheric operating pressure. And the annual energy cost of pressurized/depressurized distillation process for the above-mentioned operating pressures is distributed between 42% and 47% of that of conventional distillation process.