화학 공정에서 ‘스트리핑’이란 무엇인가?

정의

스트리핑은 액체를 기체나 증기와 접촉시켜 액체에서 휘발성 성분을 제거하는 물질 전달 공정입니다. 대상 성분의 특성, 회수 요건 및 후속 공정 조건에 따라 증기, 공기, 질소 또는 기타 적합한 스트리핑 매체를 선택할 수 있습니다.

스트리핑은 접촉하는 기체 상에서 대상 휘발성 성분의 분압을 낮춤으로써, 액상에서 기체상으로의 물질 이동을 유도하는 원리를 이용합니다. 따라서 이 공정의 효율은 기액 평형, 작동 온도 및 압력, 상간 접촉 효율, 그리고 양 상의 유량에 따라 달라집니다.

스트리핑은 어떻게 이루어지나요?

일반적인 스트리핑 컬럼에서는 액체가 아래로 흐르는 반면, 스트리핑 가스나 증기는 위로 이동하여 역류 방식의 기체-액체 접촉이 이루어집니다. 휘발성 성분은 기체상으로 이동하여 상부 유체와 함께 배출되는 반면, 처리된 액체는 하부에서 배출됩니다.

증기를 사용하면 휘발성 물질을 정상 비등점보다 낮은 온도에서 제거할 수 있습니다. 이후 상부 증기를 응축시켜 용매나 제품을 회수해야 할 경우, 상분리 공정이나 추가 정제 공정으로 보낼 수 있습니다.

스트리핑은 흔히 흡수의 역과정으로 간주된다. 흡수의 경우 성분이 기체 상에서 액체 용매로 이동하는 반면, 스트리핑에서는 휘발성 성분이 액체 상에서 기체 또는 증기 흐름으로 이동한다.

산업 분야 적용

스트리핑은 용매 회수, 휘발성 유기 화합물 제거, 화학 중간체 정제, 용존 가스 제거, 그리고 공정 액체에서 경질 성분의 회수 등에 널리 사용됩니다.

용매 기반 화학 물질 생산 공정에서는 최종 정제 전에 잔류 용매나 휘발성 불순물을 제거하기 위해 반응기나 추출 장치의 하류에 스트리핑 컬럼을 설치할 수 있습니다. 이로 인해 다음과 같은 전형적인 공정 순서가 형성됩니다:

원자로 또는 추출 → 스트리핑 → 최종 정제

단일 분리 공정만으로는 요구되는 제품 사양이나 회수 목표를 달성할 수 없는 경우, 스트리핑 공정을 증류, 추출, 응축 및 기액 분리 공정과 결합하여 수행할 수도 있습니다.

엔지니어링 고려 사항

스트리핑 공정의 설계 및 운영에는 분리 성능, 에너지 소비량, 설비 용량 및 후속 처리 요건 간의 균형을 맞추는 것이 필요합니다.

증기 또는 스트리핑 가스의 유량을 늘리면 물질 전달 구동력과 스트리핑 효율을 향상시킬 수 있지만, 동시에 유틸리티 소비량도 증가시키고 응축기, 기액 분리기 또는 하류 회수 시스템에 가해지는 부하를 높일 수도 있다.

컬럼의 내부 구조는 성능에 큰 영향을 미칩니다. 구조화된 충진재는 비교적 낮은 압력 강하로 넓은 물질 전달 면적을 제공할 수 있는 반면, 액체 부하, 작동 범위 또는 오염 조건에 따라 트레이가 더 적합할 수도 있습니다.

공정 엔지니어들은 또한 기액 평형, 액체 대 기체 비율, 압력 강하, 플러딩 위험, 공급물 조성, 요구되는 제거 효율 및 제품 순도 등을 고려해야 합니다. 따라서 적절한 스트리핑 시스템은 스트리핑 컬럼의 성능만으로는 결정될 수 없으며, 전체적인 분리 목표에 따라 결정됩니다.