This study presents a strategy for the internal heat integration of reactive distillation (RD) columns for concurrently producing two esters. Because of a significant temperature difference in the two reactions, the two RD columns process with each single reaction occurring in the respective column has lower energy consumption than the direct sequence consisting of one RD column followed by a non-RD column. Thus, internal heat integration in a partial double annular configuration is introduced on the basis of the two RD columns process. In the new annular RD configuration, heat is transferred from the outer column shell having a high-temperature exothermic reaction to the inner shell with a low-temperature endothermic reaction. By using the concept of pinch temperature, we determine the heat transfer stages to secure sufficient temperature driving force. For the same product purity and reaction extent, the internal heat integrated distillation column shows lower internal flowrate and energy consumption than the other processes.
본 연구는 두개의 에스테르를 동시 생산하는 반응성 증류탑의 내부 열통합을 제시한다. 두 반응의 온도 차이가 크기 때문에, 각각의 반응을 진행하는 두개의 반응성 증류탑 프로세스가 두 반응을 한 반응성 증류탑에 동시 진행하고 비반응성 증류탑으로 한번 더 분리하는 과정보다 더 적은 에너지를 필요로 한다. 따라서, 두개의 반응성 증류탑을 기반으로 한 부분 환형 구조의 내부 열통합 모델이 제시되었다. 새로운 환형 구조에서, 발열반응을 하는 외부 증류탑에서 높은 운전온도를 보이고 흡열반응이 있는 내부 증류탑에서 낮은 운전온도를 보여, 열이 외부에서 내부로 이동한다. 이때, 열을 이동시키는 원동력은 두 증류탑 사이의 온도 기울기다. 충분한 온도 차이를 확보하기 위한 열 이동 단수를 결정하는 과정에서, 핀치 온도라는 개념이 도입되었다. 같은 반응정도와 생성물 순도에 대해, 내부 열통합 증류탑은 다른 프로세스에 비해 낮은 내부 유량과 에너지 사용을 보였다.
