용매추출 - 엔트레인먼트와 연속상(Phase Continuity)

용매추출 실험 시에는 거의 완벽하게 두 액상을 분리할 수 있으나, 실제 공정에서는 완벽한 상 분리가 일어나지 않습니다. Settler에서 미처 분리되지 못하고, 아주 미세한 크기의 물방울(Droplet)들이 섞일 수 없는 다른 액상에 포함된 채로 이동하는 것을 엔트레인먼트라 합니다. 두가지 상 모두 엔트레인먼트가 발생할 수 있으며, 각각을 아래와 같이 구분할 수 있습니다.

 

˙Aqueous in organic (Aqueous entrainment)

˙Organic in aqueous (Organic entrainment)

 

엔트레인먼트의 주요 발생 요인 & 공정상 문제점

 

(1) 엔트레인먼트 발생 주요 원인

 

˙추운날씨(Cold weather)

˙PLS의 높은 탁도(high turbidity) 및 과도한 crud 형성

˙Settlerweir 주변에서의 갑작스러운 유속변화

 

(2) 엔트레인먼트에 의한 주요 문제점

 

엔트레인먼트가 공정에 미치는 영향은 대표적으로 다음을 상각해볼 수 있습니다.

 

˙다음공정으로 불순물의 이동(Aqueous in organic)

˙전해액의 손실(Aqueous in organic)

˙전해채취단계로 유기상 유입(Organic in aqueous)

˙유기상의 손실(Organic in aqueous)

 

이러한 요소들은 용매추출 공정의 소위 "연속상(phase continuity)"를 선택하는데 영향을 미칩니다.

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연속상: Phase continuity

 

위의 주요 문제점들에서 특히, 유기상/전해액의 손실 혹은 불순물의 전달 등이 우려되는 경우 이를 최소화하기 위하여 아래와 같이 Phase Continuity(연속상)를 고려할 수 있습니다.

 

이 때 Phase Continuity는, 두 상이 Mixer에서 혼합된 상태가 되었을 때 Continuity가 되는 Matrix에 따라서 Organic Continuous Phase 또는 Aqueous Continuous Phase로 나뉩니다.

Continuous & Dispersed Phase

 

Matrix가 되는 상은 상대적으로 엔트레인먼트되는 경향이 적으며, 반대로 Matrix에 분산되는 상(Dispersed Phase)는 엔트레인먼트될 경향이 높습니다.

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연속상 선택의 기준: Operation with specific phase continuity

 

같은 용매추출 공정이라도, 연속상을 변경하기 위하여 전혀 다른 O/A ratio로 운영될 수도 있습니다. 혹은 다른 변수를 조절함으로써 연속상을 조절하기도 합니다.

연속상을 결정하는 하나의 요소인 O/A 비율

(1) Organic Continuous Phase

 

Organic Continouity로 공정을 운전할 시, 유기상 안에 수상이 분산되며(dispersed) 수상이 주로 엔트레인먼트됩니다.

Organic Continuous Phase (Aqueous loss in Organic)

 

용매추출에 사용되는 추출제의 비용문제와 직접적으로 관련되어 있기 때문에, 공정 밖으로 빠져나가는 유기상을 최소화하기 위하여 일반적으로 선택되는 운전조건입니다.

Organic Continuous Phase Stage

 

˙추출단(Extraction Stage)의 마지막 단계

˙역추출단(Stripping Stage)의 첫번째 단계

˙세정단(Scrubbing Stage)의 첫번째 단계

 

(2) Aqueous Continuous Phase

 

Aqueous Continuity로 공정을 운전할 시, 수상 안에 유기상이 분산되며 유기상이 주로 엔트레인먼트됩니다.

Aqueous Continuous Phase (Organic loss in Aqueous)

 

공정에서 주로 전해액과 같이, 목적금속, 첨가제(Additive) 등이 다량 포함되어 있어 손실을 방지하기 위하여 일부 이와 같은 운전조건을 선택할 수 있습니다.

Aqueous Continuous Phase Stage

 

 

˙추출단(Extraction Stage)의 첫번째 단계

˙역추출단(Stripping Stage)의 마지막 단계

˙세정단(Scrubbing Stage)의 마지막 단계