GAS 공정을 이용한 재결정화 공정의 설계

Abstract

고체 입자는 그 입자의 크기와 형태 등에 따라 그 성능이 크게 영향을 받는다. 따라서 이러한 성질들을 원하는 형태로 개선하기 위한 방법들이 많이 연구되어 왔다. 기존에는 제분, 유기 용매을 통한 재결정 등의 방법이 널리 사용되었으나 이러한 방법들은 재결정화할 대상 물질의 특성에 따라 재결정화의 성능 차이나 안전성 문제를 지니고 있다.

Gas Anti-Solvent (GAS) 공정은 근래 들어 새로이 개발된 재결정화 공정으로, 초임계상의 유체를 이용하여 용액 내에 용해된 고체 물질을 재결정화하는 방법이다. 이 공정은 실험실 규모의 실험 연구는 다양하게 이루어 졌지만, 실제 플랜트의 운전을 위한 재결정화 기기의 모델링 및 연계된 전체 공정에 대한 연구는 미진한 상태이다. 따라서 이 공정의 상업적 규모 운전을 위한 공정의 재결정화기, 분리 공정 등 전체 과정이 통합 연계된 공정 모델을 설계하고 경제성 평가를 통해 최적의 공정 구조를 제시하였다.

Custom Modeler를 이용하여 GAS 재결정화 공정의 재결정화기를 모사하고 이를 통하여 HMX 결정의 입자 크기 분포 결과를 구하였고, 이와 연계되는 HMX 결정의 분리, 이산화탄소 및 아세톤의 분리 및 재활용 공정를 모사하였다. 또한 여러 공정 시나리오의 경제성 분석을 수행하여 최적의 공정 구조를 선정하였다. 이러한 연구 결과들을 연계하여 통합된 공정 모델로 제작하고 이를 이용하여 실제 상업적 규모의 운전을 위한 공정 설계의 기초 데이터를 제시하였다.

이후 본 연구와 함께 불연속적 배치 공정인 GAS 재결정화 공정의 제어 구조 연구가 추가적으로 진행된다면 제품의 품질 안정화 및 생산성 향상을 통하여 새롭게 개발된 GAS 재결정화 공정의 경쟁력 확보에 기여할 수 있을 것이다.