KR100741750B1 - 로터리 밸브의 스위칭 타임이 비균일한 유사 이동층 흡착 분리 방법 - Google Patents

로터리 밸브의 스위칭 타임이 비균일한 유사 이동층 흡착 분리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다른 크실렌 이성질체를 포함하는 방향족 탄화수소 혼합물에서 파라-크실렌(p-xylene)을 흡착 분리하는 것과 같은 분리 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 유사 이동층(Simulated Moving Bed: SMB) 흡착 크로마토그래피를 이용한 분리 방법에서 로터리 밸브의 스위칭 타임을 균일하지 않게 함으로써 최종 제품의 순도 및 수율을 용이하게 조절하여 원하는 수준으로 최적화시킬 수 있는 유사 이동층 흡착 분리 방법에 관한 것이다.
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Description

로터리 밸브의 스위칭 타임이 비균일한 유사 이동층 흡착 분리 방법{SIMULATED MOVING BED ADSORPTIVE SEPARATION PROCESS WITH IRREGULAR SWITCHING TIME OF ROTARY VALVE}
도 1은, 유사 이동층 흡착 분리 방법에 사용되는 시스템의 일 구체예에 대한 개략도를 나타낸 것이다.
도 2는, 도 1의 11a 부분을 확대하여 도시한 것으로서, 유사 이동층 흡착 분리 방법에 사용되는 일 구체예 시스템의 흡착 챔버 내의 베드의 개략적인 단면도이다.
도 3은, 유사 이동층 흡착 분리 방법에 사용되는 일 구체예 시스템의 흡착 챔버 내의 베드 내에 형성된 그리드에 대한 평면도이다.
도 4는, 본 발명에 따른 유사 이동층 흡착 분리 방법에 사용되는 시스템의 일 구체예에 대한 개략도를 나타낸 것이다.
도 5는, 본 발명의 실시예 및 비교예에서 얻어진 결과를 바탕으로, 복수의 흡착 챔버를 사용하는 유사 이동층 흡착 분리 방법에서 흡착 챔버 간 연결 라인의 사체적(dead volume)의 크기에 따른 최종 제품의 순도 및 수율의 변화를 도시한 그래프이다.
[도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명]
1: 흡착 챔버 2: 로터리 밸브
3: 라피네이트 칼럼 4: 추출물 칼럼
5: 순환 펌프 11: 베드
12: 그리드 13: 베드 라인
14: 센터 파이프 21: 다중 엑세스 라인
22: 유체 혼합물 유입 포트 23: 라피네이트 유출 포트
24: 탈착제 유입 포트 25: 추출물 유출 포트
31: 제1 분리기 41: 제2 분리기
본 발명은 다른 크실렌 이성질체를 포함하는 방향족 탄화수소 혼합물에서 파라-크실렌(p-xylene)을 흡착 분리하는 것과 같은 분리 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 유사 이동층(Simulated Moving Bed: SMB) 흡착 크로마토그래피를 이용한 분리 방법에서 로터리 밸브의 스위칭 타임을 균일하지 않게 함으로써 최종 제품의 순도 및 수율을 용이하게 조절하여 원하는 수준으로 최적화시킬 수 있는 유사 이동층 흡착 분리 방법에 관한 것이다.
일반적으로 사용되고 있는 회분식(batch type) 크로마토그래피는 흡착메커니즘을 원리로 하는 분리방법법으로서 고순도 분리와 실험실에서의 분석 등에 적합하기 때문에 고순도 생합성화합물, 정밀화학 합성물, 그리고 식품첨가제 등의 분리, 정제에 널리 이용되고 있다. 그러나, 이러한 회분식 크로마토그래피를 이용한 분리방법은 이동상으로 사용되는 용매의 많은 소비량이 요구되고, 분리하고자 하는 성분의 흡착도가 차이가 적은 경우에는 분리가 어려우며, 나아가 대용량 분리 및 원료의 연속적인 분리에 부적합하다는 문제점을 지니고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 방법으로 대한민국공개특허 제2001-51842호 등에서 언급하고 있는 실제 이동층(True Moving Bed: TMB) 흡착 분리 방법이 있는데, 이러한 TMB 방법은 열 교환기, 추출 등의 여러 방법에서 효율적으로 쓰이고 있는 향류흐름(counter current flow)의 개념을 도입한 것으로서, 고정상에 이동상과 반대방향의 흐름을 가하여 분리하고자 하는 혼합물의 용액이 컬럼으로 주입되면, 고정상에 대하여 흡착성질이 강한 것은 고정상의 흐름을 따라 컬럼 밖으로 유출되고 흡착성이 낮은 성분은 이동상을 따라 이동하게 함으로써, 두 물질간의 분리도의 차이가 크지 않더라도 두 물질의 농도분포 곡선의 양쪽 끝에서만 분리가 가능하다면 순수한 물질을 얻을 수 있다는 장점이 있는 반면, 기존의 고정식 분리방법에 비해 충진제의 양을 증가시켜야 하고, 충진제의 마찰과 유출 등으로 인해 정상상태의 조업이 매우 어려운 단점을 가지고 있다.
이러한 TMB 방법의 단점을 극복하고자 개발된 것이 유사 이동층(simulated moving bed: SMB) 흡착 분리 방법이다. SMB 방법에서는 고정상인 흡착제를 컬럼에 충진해 고정시키고, 컬럼사이의 포트(port)를 일정시간마다 이동시켜 고체상의 향류 이동을 모사함으로써 상기 TMB 방법의 고정상 흐름에 대한 문제점을 극복할 수 있으며, 이러한 SMB 방법은 현재 방향족 탄화수소의 혼합물에서 파라-크실렌(p-xylene)의 정제에나 에틸벤젠의 분리방법, 키랄 화합물의 분리방법 등에 적용되고 있다. SMB 방법 중에서 상업적으로 적용되고 있는 대표적인 방법이 UOP사의 미국특허 제4,326,092호 및 제5,382,747호에 개시되어 있으며, 통상적으로 이를 '파렉스(Parex) 공정'이라 지칭한다.
파렉스 공정은 하나 또는 두 개의 긴 흡착 챔버를 여러 개의 베드(bed)(흡착 챔버 하나당 통상 12개)로 분할하여 서로 직렬로 연결하여 구성한다. 파렉스 공정과 같은 유사 이동층 흡착 분리 방법에서는 실제로 고정상의 흐름이 없으며, 일정시간의 로터리 밸브 회전 시간간격에 따라 탈착제(desorbent), 추출물(extract), 유체 혼합물(feed), 라피네이트(raffinate), 세척용 액체 등의 유입 및 유출 포트 위치를 이동상이 흐르는 방향으로 변화시키면, 각 포트를 중심으로 칼럼이 상대적으로 이동상이 흐르는 방향의 반대 방향으로 놓이게 된다. 이 때, 로터리 밸브가 회전하는 시간간격을 스위칭 타임(switching time)이라 하며, 이렇게 가상의 고정상의 흐름을 만들어 이동상과 향류 흐름을 모사할 수 있다. 고정상으로 사용되는 흡착제는 상기 베드 내에 충전된다.
즉, 파렉스 공정에서는 탈착제(desorbent), 추출물(extract), 유체 혼합물(feed) 및 라피네이트(raffinate)의 각 포트의 위치를 연속적으로 이동시킬 수 없지만, 다중 엑세스 라인(multiple access line)을 설치하여 로터리 밸브(rotary valve)를 통해 일정 스위칭 타임(switching time) 간격을 주어 주기적으로 각각의 흐름을 이웃한 라인으로 이동시켜 줌으로써 거의 같은 효과를 얻을 수 있다는 것이 다. 따라서, 유체 혼합물 유입 포트를 통해 주입된 물질 중 흡착력이 약한 물질은 이동상을 따라 라피네이트 유출 포트로 나오게 되며, 흡착력이 강한 물질은 흡착 챔버의 각 베드 내에서 흡착제에 흡착되고, 일정 스위칭 타임 간격에 따라 상대적으로 칼럼이 움직이게 되므로, 일정 시간이 지난 후 추출물 유출 포트를 통해 나오게 되는 것이다.
SMB 방법에 의한 파라-크실렌 분리방법이 이상적으로 수행되기 위해서는, 복수개의 베드가 모두 동일한 상태를 유지하고, 동시에 각 베드를 연결하는 라인의 사체적(dead volume)이 동일하여야 한다. 라인의 사체적은 라인의 길이와 관계되므로, 상기와 같은 이상적인 조건을 구현하기 위하여, 즉, 로터리 밸브와 흡착 챔버 내의 각 베드 사이의 이송라인(베드 라인(bed line)이라고 함)의 길이를 유사하게 하기 위해서,상업적으로 사용되는 파렉스 공정에서는 두개의 흡착 챔버를 사용한다. 그러나, 두개의 흡착 챔버를 사용하기 때문에, 첫번째 챔버의 최종 베드와 두번째 챔버의 최초 베드 사이, 그리고 두번째 챔버의 최종 베드와 첫번째 챔버의 최초 베드 사이를 연결하는 라인의 존재 때문에, 해당 사체적은 다른 베드 사이의 사체적들에 비해 현저히 차이나게 되며, 이는 결국 최종 제품의 순도 및 수율의 극대화에 걸림돌로 작용한다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 한 것으로서, 본 발명의 목적은, 유사 이동층 흡착 분리 방법에 있어서 로터리 밸브의 스위칭 타임을 균일하지 않게 함으로써, 최종 제품의 순도 및 수율을 용이하게 조절하여 원하는 수준으로 최적화시킬 수 있는 유사 이동층 흡착 분리 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 흡착제가 충전된 그리드를 포함하는 베드를 복수개 포함하는 하나 이상의 흡착 챔버, 상기 흡착 챔버와 유체 혼합물 유입 포트, 라피네이트 포트, 탈착제 유입 포트 및 추출물 유출 포트를 다중 엑세스 라인에 연결시켜 주는 로터리 밸브, 상기 라피네이트 유출 포트를 통해 인출된 라피네이트를 분리해 내고, 일부를 다시 상기 흡착 챔버로 돌려보내기 위한 라피네이트 칼럼, 상기 추출물 유출 포트를 통해 인출된 추출물을 분리해내고, 일부를 다시 상기 흡착 챔버로 돌려보내기 위한 추출물 칼럼을 포함하여 이루어지고, 스위칭 타임에 따라 상기 로터리 밸브가 회전함으로써 상기 유체혼합물 유입 포트, 라피네이트 유출 포트, 추출물 유출 포트 및 탈착제 유입 포트가 인접하는 다중 엑세스 라인에 이동하여 연결되는 유사 이동층 흡착 분리 시스템을 사용하여 탈착제를 포함하는 유체 혼합물 중의 적어도 하나의 성분을, 고체 흡착제와 접촉시켜 흡착시킴으로써 상기 유체 혼합물로부터 분리해 내고, 이 분리된 성분을 주로 포함하는 최종 제품을 얻어내는 유사 이동층 흡착 분리 방법에 있어서, 상기 로터리 밸브의 스위칭 타임을 비균일하게 하는 것을 특징으로 하는 유사 이동층 흡착 분리 방법이 제공된다.
본 발명에 따른 유사 이동층 흡착 분리 방법에 사용되는 시스템은, 2개의 흡착 챔버, 상기 흡착 챔버 내에 형성된 복수의 베드, 상기 베드 내에 형성되고, 흡착제가 충진되는 그리드, 유체 혼합물 유입 포트, 라피네이트 포트, 탈착제 유입 포트 및 추출물 유출 포트를 다중 엑세스 라인에 연결시켜 주기 위한 로터리 밸브, 상기 라피네이트 유출 포트를 통해 인출된 라피네이트를 제1 분리기를 통해 분리해내고, 일부를 다시 탈착제로서 상기 탈착제 유입 포트로 돌려보내기 위한 라피네이트 칼럼, 상기 추출물 유출 포트를 통해 인출된 추출물을 제2 분리기를 통해 분리해내고, 일부를 다시 탈착제로서 상기 탈착제 유입 포트로 돌려보내기 위한 추출물 칼럼을 포함하여 이루어진다.
또한, 본 발명에 따른 유사 이동층 흡착 분리 방법은, 유체 혼합물을, 유체 혼합물 유입 포트를 통해 로터리 밸브와 연결되는 다중 엑세스 라인을 통해 흡착 챔버 내로 유입시켜 상기 흡착 챔버 내의 각 베드에 충진된 상기 흡착제와 접촉시키고, 상기 베드로부터 상대적으로 흡착력이 작은 라피네이트를 라피네이트 포트로 인출하고, 인출된 상기 라피네이트를 라피네이트 칼럼에서 비점이 높은 성분과 낮은 성분으로 분리하고, 분리된 상기 라피네이트의 일부를 탈착제로서 탈착제 유입 포트를 통해 상기 베드로 다시 공급하고 상기 라피네이트의 남은 부분을 제1 분리기를 통해 인출하고, 상기 베드에서 상대적으로 흡착력이 강한 성분과 상기 탈착제가 혼합된 추출물을 추출물 포트로 인출하고, 추출된 상기 추출물을 추출물 칼럼에서 비점이 높은 성분과 낮은 성분으로 분리하고, 그리고 분리된 상기 추출물 중 일부를 탈착제 유입 포트로 추가 탈착제로서 돌려보내고 추출물의 남은 부분을 제2 분리기에서 인출하는 단계를 포함하여 이루어지며, 비균일한 스위칭 타임에 따라 상기 로터리 밸브가 회전함으로써 상기 유체혼합물 유입 포트, 라피네이트 유출 포트, 추출물 유출 포트 및 탈착제 유입 포트가 인접하는 다중 엑세스 라인에 이동하여 연결된다.
본 발명에 따른 유사 이동층 흡착 분리 방법에 있어서는, 상기 로터리 밸브의 스위칭 타임을 균일하지 않게 함으로써, 각 베드를 연결하는 라인들의 사체적이 실질적으로 가능한한 동일하게 되도록 하는 것을 특징으로 한다. 즉, 본 발명에 따른 유사 이동층 흡착 분리 방법은 두개의 흡착 챔버를 사용하기 때문에, 첫번째 챔버의 최종 베드와 두번째 챔버의 최초 베드 사이, 그리고 두번째 챔버의 최종 베드와 첫번째 챔버의 최초 베드 사이를 연결하는 라인의 존재 때문에 해당 사체적은 다른 베드 사이의 사체적들에 비해 필연적으로 크게 되는데, 그 크기를 변경할 수는 없으므로, 대신에 일부 스위칭 타임을 다르게 함으로써 각 베드 사이의 사체적이 실질적으로 가능한한 동일하게 되도록 하는 것이다.
따라서, 본 발명에 따른 유사 이동층 흡착 분리 방법에 있어서는, 상기 로터리 밸브의 스위칭 타임 중에서, 유체 혼합물, 추출물 및 라피네이트 스트림과 같은 주요 입출력 스트림 중 적어도 하나의 스트림이 첫번째 챔버의 최초 베드로 유입될 때, 첫번째 챔버의 최종 베드에서 유출될 때, 두번째 챔버의 최초 베드로 유입될 때 및 두번째 챔버의 최종 베드에서 유출될 때의 스위칭 타임 중 적어도 하나의 스위칭 타임을 기준 스위칭 타임과 다르게 하는 것이 바람직하다. 여기에서 기준 스위칭 타임이란, 모든 스위칭 타임을 균일하게 하였을 때의 스위칭 타임을 말하는 것이며, 예컨대 본 발명에서 유체 혼합물 스트림이 첫번째 챔버의 최초 베드로 유입될 때의 스위칭 타임만을 달리 하는 경우에는, 이를 제외한 나머지 균일한 스위칭 타임이 기준 스위칭 타임이 되는 것이며, 본 발명에서 유체 혼합물 스트림이 첫번째 챔버의 최초 베드로 유입될 때 및 첫번째 챔버의 최종 베드에서 유출될 때의 두개의 스위칭 타임을 달리 하는 경우에는, 이 두개를 제외한 나머지 균일한 스위칭 타임이 기준 스위칭 타임이 되는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 유사 이동층 흡착 분리 방법에 있어서는, 주요 입출력 스트림에 따라, 그리고 유입인지 유출인지 여부에 따라, 스위칭 타임을 변화시키는 양상에 차이를 두는 것이 순도 및 수율을 적정 수준으로 동시에 제고하는데 있어서 바람직하다.
즉, 입출력 스트림이 유체 혼합물(Feed)인 경우에는, 각 흡착 챔버의 최종 베드로 유입될 때의 스위칭 타임을 기준 스위칭 타임보다 길게, 바람직하게는 기준 스위칭 타임의 1.1배 이하의 범위 내에서 길게 하는 것이 효과적이고, 각 흡착 챔버의 최초 베드로 유입될 때의 스위칭 타임은 기준 스위칭 타임보다 짧게, 바람직하게는 기준 스위칭 타임의 0.9배 이상의 범위 내에서 짧게 하는 것이 효과적이다. 상기 스위칭 타임의 변화의 폭이 각각 상기한 범위를 벗어나게 되면, 순도 또는 수율 중 어느 하나가 만족스럽지 못하게 될 우려가 있다.
한편, 입출력 스트림이 라피네이트(Raffinate)인 경우에는, 각 흡착 챔버의 최종 베드에서 유출될 때의 스위칭 타임을 기준 스위칭 타임보다 길게, 바람직하게는 기준 스위칭 타임의 1.1배 이하의 범위 내에서 길게 하는 것이 효과적이고, 각 흡착 챔버의 최초 베드에서 유출될 때의 스위칭 타임은 기준 스위칭 타임보다 짧게, 바람직하게는 기준 스위칭 타임의 0.9배 이상의 범위 내에서 짧게 하는 것이 효과적이다. 상기 스위칭 타임의 변화의 폭이 각각 상기한 범위를 벗어나게 되면, 순도 또는 수율 중 어느 하나가 만족스럽지 못하게 될 우려가 있다.
반면, 입출력 스트림이 추출물(Extract)인 경우에는, 각 흡착 챔버의 최종 베드에서 유출될 때의 스위칭 타임을 기준 스위칭 타임보다 짧게, 바람직하게는 기준 스위칭 타임의 0.9배 이상의 범위 내에서 짧게 하는 것이 효과적이고, 각 흡착 챔버의 최초 베드에서 유출될 때의 스위칭 타임은 기준 스위칭 타임보다 길게, 바람직하게는 기준 스위칭 타임의 1.1배 이하의 범위 내에서 길게 하는 것이 효과적이다. 상기 스위칭 타임의 변화의 폭이 각각 상기한 범위를 벗어나게 되면, 순도 또는 수율 중 어느 하나가 만족스럽지 못하게 될 우려가 있다.
이하 본 발명의 내용을 첨부된 도면을 참조로 하여 아래에서 상세히 설명한다.
도 1은 유사 이동층 흡착 분리 방법에 사용되는 시스템의 일 구체예에 대한 개략도를 나타낸 것이며, 도 4는 본 발명에 따른 유사 이동층 흡착 분리 방법에 사용되는 시스템의 일 구체예에 대한 개략도를 나타낸 것으로서, 도 1의 시스템에서 흡착 챔버를 2개 사용하고, 두 흡착 챔버를 다중 엑세스 라인을 통해 로터리 밸브(2)로 연결한 것이다.
도 1 및 도 4에 따르면, 본 발명에 따른 유사 이동층 흡착 분리 방법에 사용가능한 시스템에서는 두 개의 흡착 챔버 내에 베드를 다층으로 구성하고, 각 베드에는 흡착제가 충진되어 있다. 본 발명의 두 개의 흡착 챔버 내의 각 베드는 다중 엑세스 라인(21)을 통해 로터리 밸브(2)에 연결되어 있다. 베드의 개수는 통상적으로 챔버 당 12개를 사용하나, 특별한 제한이 있는 것은 아니다.
로터리 밸브(2)는 유체 혼합물 유입 포트(22), 라피네이트 포트(23), 탈착제 유입 포트(24) 및 추출물 유출 포트(25)와 같이 2 개의 유입 포트와 2 개의 유출 포트 각각을 다중 엑세스 라인(21)에 연결시켜 준다. 로터리 밸브(2)의 상세한 구성은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 용이하게 실시할 수 있는 것이다.
라피네이트 칼럼(3)은 라피네이트 유출 포트(22)를 통해 인출된 라피네이트를 다시 제1 분리기를 통해 분리해내고, 일부를 다시 탈착제로서 탈착제 유입 포트(24)로 돌려보낸다.
추출물 칼럼(4)은 추출물 유출 포트(25)를 통해 인출된 추출물을 다시 제2 분리기를 통해 분리해내고, 일부를 다시 탈착제로서 탈착제 유입 포트(24)로 돌려보낸다.
본 발명과 같은 유사 이동층 흡착 분리 방법에서는 실제로 고정상의 흐름이 없으며, 일정시간의 스위칭 간격에 따라 탈착제(desorbent), 추출물(extract), 유체 혼합물(feed) 및 라피네이트(raffinate)의 포트 위치를 이동상이 흐르는 방향으로 변화시키면, 각 포트를 중심으로 칼럼이 상대적으로 이동상이 흐르는 방향의 반대 방향으로 놓이게 된다. 이렇게 가상의 고정상의 흐름을 만들어 이동상과 향류 흐름을 모사할 수 있다. 고정상으로 사용되는 흡착제는 상기 베드 내에 충진된다.
상기 탈착제(desorbent), 추출물(extract), 공급물(feed) 및 라피네이트(raffinate)의 각 포트(22, 23, 24, 25)의 위치를 연속적으로 이동시킬 수 없지만, 도 1 및 도 4에서와 같이 다중 엑세스 라인(multiple access line)(21)을 설치하여 로터리 밸브(rotary valve)(2)를 통해 스위칭 타임(switching time) 간격을 주어 주기적으로 각각의 흐름을 이웃한 라인으로 이동시켜 줌으로써 거의 같은 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 유체 혼합물 유입 포트를 통해 주입된 물질 중 흡착력이 약한 물질은 이동상을 따라 라피네이트 유출 포트로 나오게 되며, 흡착력이 강한 물질은 흡착 챔버의 각 베드(11) 내에서 흡착제에 흡착되어 스위칭 타임에 따라 상대적으로 칼럼이 움직이게 되므로 추출물 유출 포트(25)로 나오게 되는 원리를 이용한다.
도 1 및 도 4를 참조하여 본 발명의 흡착 분리 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.
먼저 두 개의 흡착 챔버 내의 각 베드(11)에 충진되는 흡착제의 상부에 불활성 입자를 충진한다. 상기 유체 혼합물은 유체 혼합물 유입 포트(22)를 통해 로터리 밸브(2)와 연결되는 다중 엑세스 라인(21)을 통해 두 개의 흡착 챔버 내로 유입되고, 상기 흡착 챔버 내의 각 베드(11)에 충진된 상기 흡착제와 접촉한다. 상기 베드(11)로부터 상대적으로 흡착력이 작은 라피네이트는 라피네이트 유출 포트(23)로 인출된다. 인출된 라피네이트는 라피네이트 칼럼(3)에서 비점이 높은 성분과 낮은 성분으로 분리하고, 상기 라피네이트의 일부를 탈착제로서 탈착제 유입 포트(24)를 통해 상기 베드(11)로 다시 공급하고, 상기 라피네이트의 남은 부분을 제1 분리기(31)를 통해 인출한다.
상기 베드(11)에서 상대적으로 흡착력이 강한 성분과 상기 탈착제가 혼합된 추출물을 추출물 유출 포트(25)로 인출한다. 추출된 상기 추출물은 추출물 칼럼(4) 에서 비점이 높은 성분과 낮은 성분으로 분리된다. 분리된 상기 추출물 중 일부를 탈착제 유입 포트(24)로 추가 탈착제로서 돌려보내고 추출물의 남은 부분을 제2 분리기(41)에서 인출한다. 각 베드(11)로 연결되는 상기 유체혼합물 유입 포트, 라피네이트 유출 포트, 추출물 유출 포트 및 탈착제 유입 포트는 스위칭 타임에 따라 상기 로터리 밸브가 회전함으로써 상기 각각의 포트가 인접하는 다중 엑세스 라인으로 이동하여 연결된다.
이 때, 본 발명의 흡착 분리 방법의 바람직한 일 구체예에 따르면, 상기 스위칭 타임들 중에서, 예컨대, 유체 혼합물이 각 흡착 챔버의 최종 베드로 유입될 때의 스위칭 타임을 기준 스위칭 타임보다 1.1배 이하의 범위 내에서 길게 하고, 각 흡착 챔버의 최초 베드로 유입될 때의 스위칭 타임은 기준 스위칭 타임보다 0.9배 이상의 범위 내에서 짧게 하는 것; 라피네이트가 각 흡착 챔버의 최종 베드에서 유출될 때의 스위칭 타임을 기준 스위칭 타임보다 1.1배 이하의 범위 내에서 길게 하고, 각 흡착 챔버의 최초 베드에서 유출될 때의 스위칭 타임은 기준 스위칭 타임보다 0.9배 이상의 범위 내에서 짧게 하는 것; 및/또는 추출물이 각 흡착 챔버의 최종 베드에서 유출될 때의 스위칭 타임을 기준 스위칭 타임보다 0.9배 이상의 범위 내에서 짧게 하고, 각 흡착 챔버의 최초 베드에서 유출될 때의 스위칭 타임은 기준 스위칭 타임보다 1.1배 이하의 범위 내에서 길게 하는 것과 같이, 적어도 하나의 스위칭 타임을 비균일하게 만든다.
도 2는 도 1의 11a 부분을 확대하여 도시한 것으로서, 본 발명에 따른 흡착 챔버 내의 베드(11)의 개략적인 단면도이고, 도 3은 본 발명의 베드(11) 내에 형성 된 그리드(12)의 평면도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 베드(11)의 내부에는 흡착제를 지지하는 공간인 그리드(12)가 형성되어 있다. 상하부 베드 사이의 유체 이동은 그리드(12)를 통해 이루어지며, 각 그리드(12)는 센터 파이프 분배기(15)와 연결되어 베드 라인(13)을 통해 다중 엑세스 라인(21)과 연결된다. 도 3에서 보는 바와 같이, 본 발명의 그리드(12)는 두 겹의 스크린으로 되어 있어 액상의 유체만을 통과시킴으로써 베드(11)의 격막 역할을 하며, 파이 모양의 24 개 조각으로 이루어진다.
본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 구체화될 것이며, 하기 실시예는 본 발명의 구체적인 예시에 불과하며 본 발명의 보호범위를 한정하거나 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예 및 비교예
본 실시예들에서는, 도 4에 나타낸 바와 같이 두 개의 흡착 챔버를 갖고, 그 이외에는 도 1에 나타낸 바와 같은 유사 이동층 흡착 분리 시스템을 사용하고, 하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조건으로 스위칭 타임을 비균일하게 하여, 다른 크실렌 이성질체를 포함하는 방향족 탄화수소 혼합물에서 파라-크실렌(p-xylene)을 흡착 분리하는 방법을 수행하였다. 한편, 비교예에서는, 스위칭 타임이 균일하였다는 점을 제외하고는, 동일한 시스템을 사용하여 동일한 조건 하에서 방법이 수행되었다.
본 발명의 실시예 및 비교예에서 얻어진 결과를 바탕으로, 두 개의 흡착 챔버 간 연결 라인의 사체적(dead volume)의 크기에 따른 최종 제품의 순도 및 수율 의 변화 그래프를 도 5에 도시하였으며, 얻어진 최종 제품의 순도(중량%) 및 최종 제품의 수율(%)을 하기 표 1에 나타내었다.
[표 1]
실시예 F; BTM F; TOP E; BTM E; TOP R; BTM R; TOP 순도 수율
1 - 0.95 - - - - 99.26 98.48
2 - 1.05 - - - - 99.79 87.81
3 0.95 1.05 - - - - 99.72 94.33
4 1.03 0.97 - - - - 99.72 94.37
5 1.05 0.95 - - - - 99.72 94.35
6 1.07 0.93 - - - - 99.72 94.33
7 - - - 0.75 - - 82.19 99.41
8 - - - 0.95 - - 99.27 98.48
9 - - - 0.98 - - 99.64 96.85
10 - - - 1.05 - - 99.79 87.83
11 - - 0.90 1.10 - - 99.72 94.33
12 - - 0.93 1.07 - - 99.73 94.32
13 - - 0.94 1.06 - - 99.73 94.32
14 - - 0.95 1.05 - - 99.72 94.35
15 - - 0.96 1.04 - - 99.72 94.37
16 - - 0.97 1.03 - - 99.72 94.37
17 - - 1.05 0.95 - - 99.72 94.35
18 - - - - - 0.95 99.27 98.48
19 - - - - - 0.98 99.64 96.85
20 - - - - - 1.05 99.79 87.80
21 - - - - 0.95 1.05 99.72 94.33
22 - - - - 1.03 0.97 99.72 94.36
23 - - - - 1.05 0.95 99.72 94.35
24 - - - - 1.07 0.93 99.72 94.34
25 - - - - 1.10 0.90 99.72 94.34
26 - - - 1.05 - 0.95 99.72 94.37
27 - - 0.95 1.05 1.05 0.95 99.72 94.37
28 1.05 0.95 0.95 1.05 1.05 0.95 99.72 94.38
29 1.03 0.97 0.97 1.03 1.03 0.97 99.72 94.45
비교예 - - - - - - 99.71 94.33
(F; BTM : 기준 스위칭 타임 대비 유체 혼합물이 각 흡착 챔버의 최종 베드로 유입될 때의 스위칭 타임의 크기,
F; TOP : 기준 스위칭 타임 대비 유체 혼합물이 각 흡착 챔버의 최초 베드로 유입될 때의 스위칭 타임의 크기,
E; BTM : 기준 스위칭 타임 대비 추출물이 각 흡착 챔버의 최종 베드에서 유 출될 때의 스위칭 타임의 크기,
E; TOP : 기준 스위칭 타임 대비 추출물이 각 흡착 챔버의 최초 베드에서 유출될 때의 스위칭 타임의 크기,
R; BTM : 기준 스위칭 타임 대비 라피네이트가 각 흡착 챔버의 최종 베드에서 유출될 때의 스위칭 타임의 크기,
R; TOP : 기준 스위칭 타임 대비 라피네이트가 각 흡착 챔버의 최초 베드에서 유출될 때의 스위칭 타임의 크기,
- : 기준 스위칭 타임과 동일한 스위칭 타임)
표 1에 나타낸 바와 같이, 본원발명에 따라 일부 스위칭 타임을 기준 스위칭 타임과 달리하여 파라-크실렌을 제조한 경우, 균일한 스위칭 타임에 의하여 제조된 비교예의 결과에 비하여, 순도를 대폭 향상(실시예 2, 10 및 20)시키거나, 수율을 대폭 향상(실시예 1, 7, 8, 9, 18 및 19)시킬 수 있는 등, 최종 제품의 순도 및 수율을 용이하게 조절할 수 있었으며, 또한 일정 수준의 순도를 확보하면서 수율을 향상(실시예 3~6, 11~17 및 21~29)시켜 실질적인 회수율 측면에서 생산성을 제고할 수 있었다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 유사 이동층 흡착 분리 방법에 있어서 간단한 방법으로 최종 제품의 순도 및 수율을 용이하게 조절하여 원하는 수준으로 최적화시킬 수 있다.

Claims (8)

  1. 흡착제가 충전된 그리드를 포함하는 베드를 복수개 포함하는 하나 이상의 흡착 챔버, 상기 흡착 챔버와 유체 혼합물 유입 포트, 라피네이트 포트, 탈착제 유입 포트 및 추출물 유출 포트를 다중 엑세스 라인에 연결시켜 주는 로터리 밸브, 상기 라피네이트 유출 포트를 통해 인출된 라피네이트를 분리해 내고, 일부를 다시 상기 흡착 챔버로 돌려보내기 위한 라피네이트 칼럼, 상기 추출물 유출 포트를 통해 인출된 추출물을 분리해내고, 일부를 다시 상기 흡착 챔버로 돌려보내기 위한 추출물 칼럼을 포함하여 이루어지고, 스위칭 타임에 따라 상기 로터리 밸브가 회전함으로써 상기 유체혼합물 유입 포트, 라피네이트 유출 포트, 추출물 유출 포트 및 탈착제 유입 포트가 인접하는 다중 엑세스 라인에 이동하여 연결되는 유사 이동층 흡착 분리 시스템을 사용하여 탈착제를 포함하는 유체 혼합물 중의 적어도 하나의 성분을, 고체 흡착제와 접촉시켜 흡착시킴으로써 상기 유체 혼합물로부터 분리해 내고, 이 분리된 성분을 주로 포함하는 최종 제품을 얻어내는 유사 이동층 흡착 분리 방법에 있어서, 상기 로터리 밸브의 스위칭 타임을 비균일하게 하는 것을 특징으로 하는 유사 이동층 흡착 분리 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 로터리 밸브의 스위칭 타임 중에서, 유체 혼합물 스트림, 추출물 스트림 및 라피네이트 스트림 중 적어도 하나의 스트림이, 첫번째 챔버의 최초 베드로 유입될 때, 첫번째 챔버의 최종 베드에서 유출될 때, 두번째 챔버의 최초 베드로 유입될 때 및 두번째 챔버의 최종 베드에서 유출될 때의 스위칭 타임 중 적어도 하나의 스위칭 타임을, 모든 스위칭 타임을 균일하게 하였을 때의 스위칭 타임인 기준 스위칭 타임과 다르게 하는 것을 특징으로 하는 유사 이동층 흡착 분리 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 유체 혼합물 스트림이 각 흡착 챔버의 최종 베드로 유입될 때의 스위칭 타임은 상기 기준 스위칭 타임보다 길게 하는 것을 특징으로 하는 유사 이동층 흡착 분리 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 유체 혼합물 스트림이 각 흡착 챔버의 최초 베드로 유입될 때의 스위칭 타임은 상기 기준 스위칭 타임보다 짧게 하는 것을 특징으로 하는 유사 이동층 흡착 분리 방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 라피네이트 스트림이 각 흡착 챔버의 최종 베드에서 유출될 때의 스위칭 타임은 상기 기준 스위칭 타임보다 길게 하는 것을 특징으로 하는 유사 이동층 흡착 분리 방법.
  6. 제2항에 있어서, 상기 라피네이트 스트림이 각 흡착 챔버의 최초 베드에서 유출될 때의 스위칭 타임은 상기 기준 스위칭 타임보다 짧게 하는 것을 특징으로 하는 유사 이동층 흡착 분리 방법.
  7. 제2항에 있어서, 상기 추출물 스트림이 각 흡착 챔버의 최종 베드에서 유출될 때의 스위칭 타임은 상기 기준 스위칭 타임보다 짧게 하는 것을 특징으로 하는 유사 이동층 흡착 분리 방법.
  8. 제2항에 있어서, 상기 추출물 스트림이 각 흡착 챔버의 최초 베드에서 유출될 때의 스위칭 타임은 상기 기준 스위칭 타임보다 길게 하는 것을 특징으로 하는 유사 이동층 흡착 분리 방법.
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