# 반도체 신너(PGMEA) 증류탑 측류 추출(Side-stream) 운전 방식 및 주의점

본 문서는 반도체 공정용 초고순도 PGMEA 정제 과정에서 사용되는 '측류 추출 방식(Side-stream Draw)'의 원리, 2기 직렬 탑 대비 단점, 그리고 정밀 운전을 위한 최우선 관리 항목에 대해 정리한 엔지니어링 가이드입니다.

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## 1. 측류 추출 운전 방식의 개요 및 목적

단일 증류탑에서 탑 상부(Top) 환류 라인 일부와 탑 하부(Bottom) 리보일러 유량 일부를 제거(Purge/Blowdown)하고, 탑 중간(Middle)에서 제품을 추출하는 이유는 **하나의 증류탑 내에서 PGMEA보다 끓는점이 낮은 물질(경비물)과 높은 물질(중비물)을 동시에 완벽히 분리**하기 위함입니다.

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                  [ 탑 상부 (Top) ]
            --->  경비물 제거 (수분, 메탄올, PGME 등)
           |      (리플럭스 라인 일부 Purge)
           |
         |===|
         |   |
  Feed   |   | ---> [ 탑 중간 (Middle) ]
 ------> |   |      초고순도 PGMEA 제품 측류 추출 (Side-stream Draw)
         |   |
         |===|
           |
           |--->  [ 탑 하부 (Bottom) ]
                  중비물 제거 (DPGMEA, 금속 불순물, 중합물 등)
                  (열교환 유량 일부 Blowdown)
```

* **탑 상부(Top) 리플럭스일부 제거:** 수분, 메탄올, PGME 등 끓는점이 낮은 가벼운 불순물을 계 외로 배출하여 탑 내 농축 및 제품단으로의 하강을 차단합니다.
* **탑 하부(Bottom) 유량 일부 제거:** DPGMEA, 고분자 중합물, 금속 성분 등 끓는점이 높은 무거운 불순물을 배출하여 리보일러 파울링(Fouling)을 방지하고 기류를 통한 제품단 오염을 방지합니다.
* **탑 중간(Middle) 제품 추출:** 가벼운 물질과 무거운 물질이 모두 최소화된 탑 중간의 '최고 순도 구간(Sweet Spot)'에서 측류로 제품을 뽑아내어 반도체급 스펙을 만족시킵니다.
* **경제적 이점:** 2개의 증류탑을 직렬로 연결하는 대신 1개의 증류탑만 사용하여 설비 투자비(CAPEX) 및 에너지 비용(OPEX)을 극적으로 절감할 수 있습니다.

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## 2. 2개 탑 직렬 연결 방식 대비 단점

측류 추출 방식은 경제성이 우수한 반면, 기술적·운전 측면에서 다음과 같은 명확한 단점과 한계를 가집니다.

### ① 운전 및 제어의 극악한 난이도 (Process Coupling)
* **직렬 방식:** 1번 탑(경비물 제거)과 2번 탑(중비물 제거)의 제어 루프가 독립적입니다.
* **측류 추출 방식:** 모든 운전 변수가 하나로 복잡하게 얽혀 있습니다. 예를 들어, 상부 환류량을 미세하게 조정하더라도 탑 전체의 온도 및 조성 프로파일이 흔들려 중간 제품의 순도가 동시에 출렁이게 되므로 고도의 고급 공정 제어(APC)가 요구됩니다.

### ② 원료 조성 및 공급 조건 변화에 대한 취약성
* 증류탑 내부에서 순도가 가장 높은 '최적의 추출 지점'은 고정되어 있지 않고, 유입되는 원료의 불순물 농도 및 유량에 따라 위아래로 계속 이동합니다.
* 실제 운전 중에는 물리적인 추출단 배관 위치를 바꿀 수 없으므로, 피드(Feed) 조건이 조금만 흔들려도 경비물이나 중비물이 제품단으로 쉽게 유입됩니다.

### ③ 초고순도(Electronic Grade) 달성의 구조적 한계
* 탑 내부의 격렬한 기-액 접촉 과정에서 발생하는 미세한 액적 비산(Entrainment)이나 급격한 증기 흐름으로 인해, 경비물이나 중비물이 제품 측류에 미량 혼입될 위험이 늘 존재합니다.
* ppb(parts per billion) 단위의 극단적인 불순물 제어가 필요한 반도체 최고 등급 품질 관리에서는 안정성 면에서 직렬 방식보다 불리할 수 있습니다.

### ④ 운전 유연성(Turndown Ratio) 저하
* 시장 수요 감소 등으로 인해 공장 생산량을 낮추어 저부하(Low Load) 운전을 할 때, 탑 내부의 유체역학적 균형(기-액 밸런스)이 쉽게 깨집니다. 
* 기류 유속이 떨어지면 상부 불순물이 하강하고, 액체 흐름이 약해지면 하부 불순물이 축적되어 생산량을 줄였을 때 오히려 순도가 저하되는 역설적인 상황이 발생할 수 있습니다.

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## 3. 측류 추출 운전 시 최우선 제어 관리 항목 (우선순위)

단일 측류 추출탑의 운전 성패는 **"탑 내부의 온도 및 조성 프로파일을 설정된 제어 위치에 완벽하게 고정하는 것"**에 달려 있습니다.

### 1순위 | 감도 트레이(Sensitive Tray) 온도의 정밀 제어
* **개념:** 외부 외란에 의해 탑 내부 조성 분포가 흔들리는 것을 막기 위해, 온도가 가장 민감하게 변하는 특정 트레이(Tray)를 지정합니다.
* **조치:** 감도 트레이의 온도를 소수점 단위로 실시간 감시하고, 이 온도와 상부 환류량(Reflux) 또는 리보일러 열량을 연동(Cascaded Control)시켜 탑 전체의 온도 경계선이 위아래로 출렁이지 않도록 묶어두어야 합니다.

### 2순위 | 측류 추출량(Draw Rate)과 내부 물질 수지의 밸런스
* **개념:** 중간에서 제품을 지나치게 많이 뽑아내면(Over-draw), 제품단 아래쪽으로 내려가야 할 액체 환류량이 부족해져 상부의 경비물이 제품단으로 빨려 내려오게 됩니다.
* **조치:** 측류 추출량은 독립 제어하기보다 피드(Feed) 유량 및 상부 환류량과 일정 비율을 유지하도록 비율 제어(Ratio Control)를 적용해야 합니다.

### 3순위 | 피드(Feed) 조건의 외란 원천 차단
* **개념:** 유입되는 원료의 온도, 유량, 조성(수분 등)이 흔들리면 탑 내부 밸런스가 즉시 붕괴됩니다.
* **조치:** 증류탑 전단에 피드 예열기(Preheater)를 설치하여 입조 온도를 항시 일정하게 유지하고, 원료 탱크 내 조성을 균일화하는 완충(Buffering) 시스템을 철저히 관리해야 합니다.

### 4순위 | 물리적 비산(Entrainment) 및 플러딩(Flooding) 방지
* **개념:** 탑 내부의 증기 유속이 임계치를 넘으면 하부의 무거운 불순물(금속, 고분자 중합물)이 기류를 타고 튀어 올라와 제품을 오염시킵니다.
* **조치:** 제품 추출단 하부에 데미스터(Demister) 등 물리적 차단 장치를 점검하고, 탑 내부 차압(Delta P)을 모니터링하여 상한선을 엄격히 통제해야 합니다.
