회분식 증류 (Batch Distillation)

한 줄 정의: 원료를 한 번에 탑저(리보일러)에 채운 뒤 시간에 따라 조성이 변하는 상태로 증류를 진행하는, 연속식이 아닌 회분(batch) 단위의 증류 방식입니다.

쉽게 풀면

연속식 증류탑은 원료가 계속 흘러 들어오고 제품이 계속 흘러 나가는 방식이지만, 회분식 증류는 냄비에 재료를 한 번에 넣고 끓이면서 시간이 지날수록 남은 액체의 조성이 계속 바뀌는 방식입니다. 처음에는 가장 휘발성이 큰 성분이 많이 증발해 나오다가, 시간이 지나면서 탑저에 남은 액체는 점점 덜 휘발성인 성분으로 채워집니다. 그래서 제품을 하나씩 순서대로(성분별로) 나눠 받는 것이 일반적입니다.

왜 중요한가

소량 다품종 생산이 필요한 제약, 정밀화학, 특수화학 산업에서는 매번 새 원료를 큰 연속탑에 흘려보내는 것이 비효율적이기 때문에 회분식 증류가 유연한 대안으로 널리 쓰입니다. 시간에 따라 조성이 변하는 비정상상태(unsteady-state) 특성 때문에 운전 정책(환류비 스케줄 등)을 최적화하는 연구가 활발합니다.

논문에서는 이렇게 쓰입니다

"회분식 증류탑에서 시간에 따른 환류비 최적화 정책을 제안하였다."

시간이 지날수록 조성이 바뀌는 특성에 맞춰 환류비를 조절하는 전략을 다뤘다는 뜻입니다.

"소량 다품종 생산 공정에 회분식 증류를 적용하여 제품 순도와 회수율을 평가하였다."

연속식 대신 회분식을 선택한 이유와 그 성능 결과를 분석했다는 의미입니다.

조금 더 깊게 보면

회분식 증류는 시간에 따른 탑저 조성 변화를 물질수지 미분방정식으로 표현하여 시뮬레이션하며, 운전 방식은 크게 환류비를 일정하게 유지하는 방식과 탑상 제품 조성을 일정하게 유지하기 위해 환류비를 계속 조절하는 방식으로 나뉩니다. 연속식에서 쓰이는 정상상태 기반 단수 계산식은 그대로 적용하기 어렵고, 시간에 따른 동적 거동을 고려해야 합니다.

주의할 점

동일한 처리량 기준으로는 연속식보다 에너지 효율이 떨어지는 경우가 많아, 생산량이 크고 조성이 일정한 경우에는 연속식이 더 유리할 수 있다는 점을 함께 고려해야 합니다.