박막증류장치

 Thin Film Evaporator 

박막증류장치, 분자증류장치, 원심박막증류장치로도 불린다.




1. Thin Film Evaporator의 기본 원리


: 분리하고자 하는 혼합물 액체를 물리적 힘에 의해 얇은 박막을 만들어 열원과 접촉하는혼합물의 표면적을 극대화함으로서 증발율을 높여주는 장치로 기본적으로 감압증류를 통해 물질의 끓는점을 낮추는 기능도 포함되어 있다. 쉽게 예를 들면 자동차 앞유리에 떨어진 빗물을 자동차 와이퍼로 닦아내는 원리로 자동차 유리에 떨어진 빗물은 와이퍼에 의해 얇은 막을 형성하게 되며 표면적의 증가로 증발이 쉽게 일어나게 된다.







01. 분리하고자 하는 혼합물이 evaporator 내부로 투입된다.

02. 투입된 혼합물은 wiper rotor가 고속으로 회전하며 투입된 혼합물을 evaporator 내부 벽면에 얇게 발라주면서 thin film(박막)을 만들어 준다.

03. thin film(박막)으로 만들어진 혼합액은 evaporator jacket에서 공급되는 heating media에 의해 가열된다.

04. 증발된 기체(끓는점이 낮은 물질)는 condenser에 응축되어 distillate tank에 모이게 되며, 증발되지 않은 액체(끓는점이 높은 물질)는 residue tank에 모인다. 

05. thin film evaporator는 여러 종류가 있으며, condenser의 종류와 위치는 다양하게 적용된다.



2. Thin Film Evaporator에 적용하기 위한 전제조건


  > Feed 되는 혼합물은 액체상태로 존재해야 한다. 

  > 혼합물 내에 solid를 포함하는 경우 특수 디자인된 장치를 사용해야 한다.

  > 기본적으로 두 물질의 끓는점 차이(△T)가 약 20..30℃이상 차이가 나야한다.

  > 두 물질을 끓는점 차이가 작거나 공비현상(Azeotropic)이 우려될 경우 Fractional Distillate Column등을 적용하여

     Hybrid Thin film evaporator로 분리해야 한다.


3. Advantage of Thin Film Evaporator


  • 열과의 접촉의 최소화하여 열에 의해 변성, 분해 되는 물질의 분리에 적합
  • 분리하고자 하는 물질과 열원이 접촉할 수 있는 표면적 최대화시켜 보다 적은 양의 에너지로 분리가 가능
  • 박막이 형성되면 거의 모든 혼합물이 동일한 열원과 접촉하게 되어 고순도의 물질 분리에 적합
  • 강제적인 wiping에 의한 고점도의 물질의 분리에 적합
  • 고진공을 이용한 감압증류가 가능하므로 기존에 분리가 어려웠던 고비점 물질 , 분자량이 큰 물질의 분리에 적합

4. Type of Thin Film Evaporator

 

  1) Wiped Film Evaporator 

      : condenser가 evaporator 외부에 있는 타입




FEATURES

  > 분리하고자 하는 물질의 끓는점이 200℃(상압 기준) 이하일 경우 적용
  > 최종 도달 진공도(ultimate vacuum)는 1 mbar로 구조적으로 Evaporator의 내부에 고진공이 유지 될 수 없다.(Pressure Drop)

  > Condenser가 외부에 있어 대용랑 Distillation Process에 적합하다. e.g. Solvent recovery / removal / Water removal
  > 혼합물중 상대적으로 비점이 낮은 물질은 외부 condenser에 응축되어 그림 #2에 모이고 비점이 높은 물질은 #3에 모이게 된다.


APPLICATIONS

  > 끓는점이 비교적 낮은 물질의 분리
  > 물질의 고순고 분리
  > 고점도 물질의 분리
  > 고형물(solid)을 포함하는 물질의 분리


Process Flow Diagram


2) Short Path Evaporator I Molecular Distillation Unit

    : condenser가 evaporator 내부에 있는 타입



FEATURES

  > Vapor의 형성과 응축이 매우 짧은 경로에 의해 이루어 져서 Short path evaporator라고 하며 

    최소한의 분자간 충돌에 의해 vapor가 응축되어 Molecular distillation unit(분자증류장치)

    라고도 한다.
> 분리하고자 하는 물질의 끓는점이 200℃(상압기준)이상일 경우 적용
 > 최종도달 진공도(ultimate vacuum)은 0.001mbar로 매우 높은 끓는점을 갖는 물질의 분리

    에 적합하다.
 > 구조적으로 evaporator에 고진공이 유지될 수 있는 것은 형성된 vapor들이 바로 응축되어  

    pressure drop을 최소화하기 때문이다.

 > 혼합물중 상대적으로 비점이 낮은 물질은 내부 condenser에 응축되어 그림 #2에 모이고 비점

    이 높은 물질은 내벽을 타고 흘러 #3에 모이게 된다.


APPLICATIONS
  > 끓는점이 매우 높은 (분자량이 큰) 물질의 분리
  > 물질의 고순도 분리
  > 고점도 물질의 분리 (20,000 cps이하)


Process Flow Diagram


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