Drowning-out/Fines Dissolution/Cooling 복합 공정을 이용한 RDX 회수
Recovery of RDX using Process of a Combined Drowning-Out/Fines Dissolution/Cooling
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 구기갑
- 발행년도 2012
- 학위수여년월 2012. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 화공생명공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000047239
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작원 보호를 받습니다.
초록/요약
결정화는 포화용액으로부터 용질을 효과적으로 추출하는 기술로서 널리 쓰이는 분리기술 중 하나이다. 결정화 방법의 하나인 냉각 결정화 공정은 온도 의존성이 높은 용질을 결정화 시킬 때 매우 적합한 공정이다. 하지만 용해도가 큰 용질을 냉각 결정화 시키게 되면 잔여 여과액에 다량의 용질이 잔류하게 되어 제품의 생산 수율이 떨어질 수 있다. 그에 비해 포화용액에 비용매를 첨가하여 과포화 상태를 유발하는 방법인 용석 결정화는 용질의 수율을 높일 수 있는 효과적인 대안이 될 수 있다. 하지만 용석 결정화는 높은 수율을 얻을 수 있음에도 불구하고 국부적인 과포화도로 인해 매우 작은 크기의 결정이 얻어지는 한계가 있다. 본 연구에서는 cyclotrimethylene trinitramine(RDX)/아세톤 용액으로부터 우수한 입도 분포를 갖는 RDX를 회수하기 위해서 용석 결정화(drowning-out crystallization), 미세입자 용해(fines dissolution), 냉각 결정화(cooling crystallization) 복합공정(DFC process)을 개발하였다. 종들이 반응기내에 이미 존재할 때, DFC 공정은 다음과 같은 순서로 진행된다. 1)강제적으로 미세결정을 생성시키기 위해서 비용매를 빠른 속도로 주입시켜 용석 결정화를 실행한다; 2)미세입자 용해을 실행하기 위해 가열한다; 3)종들의 결정성장을 위해 냉각결정화를 실행한다; 4)원하는 수율을 얻을 때까지 위에서 언급한 공정들을(과정 1-3) 반복 수행한다. 주입되는 비용매의 양을 가장 간단하게 계산하는 방법은 용석 결정화에 의해 생성되는 미세입자의 양과 미세입자 용해에 의해 용해되는 미세입자의 양을 같다 하고 질량수지식을 이용하여 계산하는 것이다. 하지만 미세입자 용해 공정 과정에서 초기의 종들은 부분적으로 용해된다. 그러므로 종들의 용해를 고려하여 비용매의 양을 계산하기 위해 실험적 상수 알파를 적용하였다. α=1은 종들의 부분적인 용해를 무시한다는 것을 의미한다. α가 1보다 작으면 종들의 부분적인 용해를 고려해주는 것이다. 본 연구에서는 30℃의 RDX/아세톤 포화용액에 24g의 물을 빠르게 주입하여 초기 종들을 생성하였다. 미세입자 용해를 위한 가열 온도는 40℃, 결정성장을 위한 냉각 온도는 20℃로 하였다. α가 0.9일 때 본 공정을 실행한 결과 RDX의 평균크기는 41.8μm이였으며 수율은 약 85wt%였다.
more초록/요약
Crystallization is one of widely used separation techniques for achieving the extraction of a solute from a saturated solution. In working with materials which have a high temperature dependent solubility, cooling crystallization is very proper process. However, if the solubility is reasonably high at low temperature, the low yield by cooling crystallization may be followed due to a large quantity of solute in remainders. By comparison, drowning-out which cause supersaturation by adding antisolvent, is effective alternative to improve yield. However, the drowning-out is troublesome to obtain very fine crystals due to extremely high local supersaturation. In this study, to recover cyclotrimethylene trinitramine(RDX) crystals with a narrow crystal size distribution(CSD) from solutions of RDX/acetone, the combined process of drowning-out, fines dissolution, and cooling crystallization(DFC process) was proposed. When the seeds are already existed in batch crystallizer, DFC process is carried out by following procedure: 1) Drowning-out is performed with rapid injection of anti-solvent to induce fine crystals forcibly; 2) Fines dissolution are carried out by heating; 3) Cooling crystallization is performed for crystal growth of seeds; 4) Processes 1 to 3 are repeated until the desired yield is obtained. The simplest approach to estimate the amount of injected anti-solvent is based on mass balance model in which the mass of fine particles produced by drowning-out equals those dissolved by fines dissolution. However, initial seeds are partially dissolved during fines dissolution. Therefore, an empirical parameter α was employed to consider dissolution of seeds for the estimation of amount of antisolvent. Effects of partial dissolution of seeds are ignored at α=1, whereas the α smaller than 1 means that the partial dissolution of seeds is considered. The present work, in RDX/acetone saturated solution of 30℃, initial seeds were prepared by rapid injection of 24g water. Heating temperature for fines dissolution and cooling temperature for crystal growth were 40 and 20℃, respectively. In these operating conditions with α=0.9, the average crystal size of RDX and overall product yield obtained were 42.5 μm and about 86 wt%, respectively.
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