JP2015533648A - 混合機 - Google Patents

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Abstract

本発明は、混合機及び混合方法に関し、より詳しくは、非相溶性流体の低流量分散のための配管型混合機に関する。本発明による混合機は、流体のような混合される物質を連続混合工程で混合する場合、流体運送区間にポンプ３０を設置して不足な流速を補うことができ、循環配管１０に設置された混合部２０の直径を増加させて混合される物質の分散に適した静止型混合機２２を設置することができるので、これを使用して物質を混合する場合、混合された物質に対する混合度をより効率的に増加させることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、混合機及び混合方法に関する。
互いに混合されない非相溶性流体の混合には、配管を使用する静止型混合機(ｓｔａｔｉｃ ｍｉｘｅｒ)を使用することができる。特許文献１及び特許文献２は、配管を使用して流体を混合する技術を開示している。
しかし、従来の静止型混合機では流体間に十分な分散が行われない問題があった。
したがって、連続混合工程で非相溶性流体間に互いに分散がよく行われて混合度が高い混合物を作ることができる混合機に対する開発が必要な実情である。
大韓民国特許公開第２０１１−００５４０５８号公報 大韓民国特許公開第２０１１−００４３６０７号公報
本発明は、混合機及び混合方法を提供する。より具体的には、流体を連続工程によって混合する場合、流量不足により分散がよく行われない問題点を改善することができる混合機を提供する。
本発明は、混合機に関する。
以下、本発明による前記混合機を添付図面を参考して詳しく説明する。
図１は、本発明の前記混合機を一つの例示で示した構成図である。
図１に示したように、前記混合機は、全体的に循環可能な構造を有する配管型で構成することができる。
一つの例示で、前記混合機は、混合される物質が移動できる閉ループ形態(ｃｌｏｓｅｄ ｌｏｏｐ)の経路を形成している循環配管１０と、前記循環配管１０の閉ループ形態の経路に存在する混合部２０と、を含み、少なくとも前記混合される物質が前記循環配管１０から前記混合部２０に導入される領域で前記混合部２０が前記循環配管１０に比べて大きい直径を有するように設置されている混合機であることができる。
前記循環配管１０は、混合される物質が配管に沿って移動することができる空間として、閉ループ形態で循環が可能に構成されることができる。前記閉ループの長さは、１００mm〜１,０００mm範囲内で形成されることが好ましい。
また、前記循環配管１０の断面は、後述する混合部２０の断面と同一であるか相異なっている形状で形成することができ、具体的な形状は、特別に制限なしに多様な形状を有することができるが、例えば、三角形状、四角形状、円形状、五角形状または六角形状からなる群より選択された一つの形状以上を有することができる。
前記循環混合機には複数の混合部２０を設置することができる。前記設置される複数の混合部２０は、循環配管１０の流路に沿って連続設置することができ、他の例示で、前記混合部２０は、各々一定な距離を置いて循環配管１０の流路に沿って設置することができる。
前記循環配管１０の直径は、混合される物質が移動することができれば、特別に限定されず、例えば、５mm〜５０mm、５mm〜４０mm、５mm〜３０mmまたは５mm〜２０mmの範囲で形成することができる。
前記混合部２０の直径は、混合される物質の分散が効率的に行われる限り、特別に限定されるものではないが、例えば、３０mm〜４００mm、３０mm〜２００mm、３０mm〜１５０mm、３５mm〜１００mmまたは４０mm〜８０mmの範囲で形成することができる。
前記混合部２０の直径は、全体的に前記循環配管１０の直径より大きくすることができる。
一つの例示で、前記混合される物質が循環配管１０から混合部２０に導入される領域で、前記混合部２０の直径(Ｍ)と前記循環配管１０の直径(Ｐ)の割合(Ｍ/Ｐ)が、２〜１０、２〜９、３〜８または、好ましくは、４〜８の範囲内であることができる。前記循環配管１０から混合部２０に導入される領域で前記混合部２０の直径と前記循環配管１０の直径の割合が上述の範囲内で形成されるように調節することで、混合される物質が混合機内部に流入される場合、流動の変化を起こすことができ、分散がより効率的に行われるので、混合される物質に対する全体的な混合度を大きく増加させることができる。
また、他の例示で、前記分散が効率的に行われるようにするために、必要な場合、前記混合される物質が混合部２０に流入されて混合された後に混合部２０から混合された物質が抜け出る領域の直径は、前記循環配管１０の直径より大きく形成することができる。また他の例示で、前記混合部２０の直径は、前記循環配管１０の直径と全体的に同一な直径を有することができる。
前記混合部２０は、静止型混合機(ｓｔａｔｉｃ ｍｉｘｅｒ)２２を含むことができる。本明細書で用語「静止型混合機」は、流体のような混合される物質を混合する際に使用される部品として、通常的に使われる意味と同一であり、「混合ノズル(ｍｉｘｉｎｇ ｎｏｚｚｌｅ)」と指称することもある。
本発明による混合機は、前記混合部２０の直径を循環配管１０より全体的に大きく形成して内部に複数の静止型混合機２２が含まれることができる。前記静止型混合機２２の形態は、混合部２０内で分散に適合な形態を有する限り、特別に限定されないが、混合度を考慮する場合、例えば、スクリュー形態または螺旋形態であることが好ましい。また、前記静止型混合機２２は、前記混合部２０内で複数が多様な方向に設置される形式で含まれることができる。前記静止型混合機２２は、特別な制限なしに公知の材料で製造することができ、例えば、プラスチック材質の材料を使用して金型または鋳型の製造方法で製造することができる。
本発明の前記混合機は、前記混合部２０を２個以上または３個以上含むことができる。前記混合機に前記混合部２０が、例えば３個以上、４個以上または５個以上含まれることができ、上限は特別に限定されないが、１０個以下の範囲内で適切に選択することができる。
前記混合機に混合部２０を２個以上含む場合、例えば、前記混合部２０間の間隔は、配管の直径に対して、２倍〜１０倍、３倍〜９倍、４倍〜８倍または、好ましくは、４倍〜７倍の範囲内で形成されることができる。
本発明による前記混合機は、循環配管１０に混合される物質を導入するように設置された流入口をさらに含むことができる。
一つの例示で、前記混合機は、前記循環配管１０に連結され、混合される物質が互いに違う経路に流入される流入口をさらに含むことができる。
前記流入口は、第１流入口１と、前記第１流入口１と別に設置された第２流入口２と、を含むことができる。前記第１流入口１を通じて第１物質を流入させることができ、前記第２流入口２を通じて第２物質を流入させることができる。前記流入口は、必ず図１のように２個で構成する必要はなくて、循環配管１０の長さ、混合される物質の種類または個数及び混合された物質の混合度などを考慮して、必要な場合、３個以上、４個以上または５個以上を含むことができる。
一つの例示で、前記混合機は、循環配管１０に設置され、混合される物質の流速を増加させるポンプ３０をさらに含むことができる。本明細書で前記「ポンプ」は、循環配管１０に設置されて混合される物質の流速を反復的に増加させる役目をし、「循環ポンプ」と指称することができる。前記ポンプ３０は、本発明の混合機による連続混合工程での混合される物質の流速不足を補うために具備された構成として、循環配管１０を流れる物質の流速を増加させて分散がより効率的に行われるようにすることができる。
前記ポンプ３０は、循環配管１０内を移動する混合される物質の流速増加を考慮して適切な位置に設置することができ、特別に限定されるものではないが、図１のように、循環配管１０に沿って内部に設置することができ、または循環配管１０の外部に設置されて前記循環配管１０とパイプなどの連結手段により連結することができる。
一つの例示で、前記混合機は、前記混合部２０内で混合された物質を循環配管１０から外部に排出するように設置された排出口３２をさらに含むことができる。
前記排出口３２は、前記混合部２０の出口側に連結されて前記混合された物質が排出されるように設置することができる。
また、本発明は、混合方法に関する。
一つの例示で、前記混合方法は、前記混合機を使用して第１物質と第２物質を混合する方法において、循環配管１０により形成された閉ループ形態の経路を通じて前記第１物質及び第２物質を循環させながら混合部２０で前記第１物質及び第２物質を混合する方法を含むことができる。
前記第１物質及び第２物質は、互いに混合されない性質を有する非相溶性であることができる。前記第１物質及び第２物質の種類は、互いに混合されない性質を有した物質であれば、特別に限定されるものではないが、例えば、第１物質は、水性流体であることができ、第２物質は、油性流体であることができる。
前記第１物質及び第２物質は、前記混合機に含まれた混合部２０以外の部分、すなわち、前記循環配管１０により形成された閉ループ形態の経路を移動しながらも混合されることができ、この場合、第１物質及び第２物質の経路を通じた移動速度は、１ｍ/ｓ〜１０ｍ/ｓ、２.５ｍ/ｓ〜９ｍ/ｓ、４ｍ/ｓ〜８ｍ/ｓまたは、好ましくは、４ｍ/ｓ〜６ｍ/ｓ内の範囲で形成することができる。
一つの例示で、本発明による混合方法は、前記第１物質及び第２物質の混合を下記数式１を満足するように実行することができる。

数式１で、Ｃｍは、配管の複数の地点で測定した第１物質または第２物質の平均面積割合または濃度であり、前記面積割合または濃度は、配管の測定地点の断面で第１物質または第２物質が占める面積割合または濃度として、前記断面の面積を１に換算した状態で算出した数値であり、Ｎは、配管または混合部での前記面積割合または濃度の測定地点の個数として、２以上の数であり、Ｃｉは、配管の所定地点で測定した第１物質または第２物質の面積割合または濃度である。
前記数式での割合は、上述の循環配管または混合部で混合度を測定するために設置されたセンサーにより測定することができ、単位面積当たり第１物質または第２物質が占める体積に対する割合を意味する。
前記混合度を測定するために設置されたセンサーは、複数であることができ、これによって、前記体積に対する割合の平均値を定めることができる。
本発明の前記混合方法は、前記混合部２０の直径を前記循環配管１０の直径より大きく調節することで、分散促進のための静止型混合機２２をより容易に設置することができ、また、混合される物質が移動する区間で循環ポンプ３０を設置して連続混合工程での流速不足を補うことにより、流入される非相溶性流体に対する混合度を効率的に増加させることができる。
本発明による混合機は、流体のような混合される物質を連続混合工程で混合する場合、流体運送区間にポンプ３０を設置して不足な流速を補うことができ、循環配管１０に設置された混合部２０の直径を増加させて混合される物質の分散に適した静止型混合機２２を設置することができるので、これを使用して物質を混合する場合、混合された物質に対する混合度をより効率的に増加させることができる。
図１は、本発明による混合機を模式的に示した構成図である。 図２は、実施例及び比較例で測定された物質の混合度を比較した図である。 図３は、実施例及び比較例で混合度測定のために必要な断面に対する図である。
以下、本発明による実施例及び本発明によらない比較例を通じて本発明をより具体的に説明するが、本発明の範囲は、下記に提示された実施例に限定されるものではない。
実施例
図１に示した混合機を構成し、これを使用して水及びオイルを混合した。図１の装置構成において、循環配管１０により形成される全体閉ループの長さは、５４０mmであり、前記循環配管１０の直径は、１０mm程度であった。循環配管１０の閉ループ上に存在する混合部２０は、２個設置し、各混合部２０の内部には、静止型混合機２２を設置した。混合部２０の直径は、５５mm程度であり、長さは、１１０mm程度であり、２個の混合部２０間の間隔は、５２mm程度であった。混合機の第１流入口１では、水を導入し、第２流入口２では、オイルを導入して、循環配管１０に沿って循環させながら混合工程を実行した。この過程で、ポンプ３０を使用して水とオイルの流速を約５ｍ/ｓ程度になるように調節した。
比較例
図１のような形態の混合機を使わないで、従来非相溶流体の混合に使用されることで知られているｋｅｎｉｃｓ混合機(ｃｈｅｍｉｎｅｅｒ社製)を使用して水とオイルを混合した。
前記実施例及び比較例によって排出口３２から収得された混合物質の混合度の標準偏差値は、シミュレーションを通じて変動係数(ＣｏＶ：Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ)を計算する方式で測定して、図２に示した。より具体的には、前記混合度の標準偏差値は、図３のように、配管または混合部に前記混合度測定のために設置したセンサーにより断面で占める混合される物質の面積割合に対する値を下記数式１によって定めた。

数式１で、Ｃｍは、配管の複数の地点で測定した第１物質または第２物質の平均面積割合または濃度であり、前記面積割合または濃度は、配管の測定地点の断面で第１物質または第２物質が占める面積割合または濃度として、前記断面の面積を１に換算した状態で算出した数値であり、Ｎは、配管または混合部での前記面積割合または濃度の測定地点の個数として、２以上の数であり、Ｃｉは、配管の所定地点で測定した第１物質または第２物質の面積割合または濃度である。
図２から確認できるように、実施例で測定された混合度の標準偏差の値は、比較例で測定された混合度の標準偏差の値に比べて約１０倍程度の優秀な混合効率を示した。
１：第１流入口
２：第２流入口
１０：循環配管
２０：混合部
２２：静止型混合機
３０：ポンプ
３２：排出口
４０：第１物質が占める面積
５０：第２物質が占める面積

Claims (14)

  1. 混合される物質が移動できる閉ループ形態の経路を形成している循環配管と、
    前記循環配管の閉ループ形態の経路に存在する混合部と、を含み、
    少なくとも前記混合される物質が前記循環配管から前記混合部に導入される領域で、前記混合部が前記循環配管に比べて大きい直径を有するように設置されていることを特徴とする混合機。
  2. 混合される物質が循環配管から混合部に導入される領域で、前記混合部の直径(Ｍ)と前記循環配管の直径(Ｐ)の割合(Ｍ/Ｐ)が、２〜１０であることを特徴とする請求項１に記載の混合機。
  3. 循環配管または混合部の断面は、三角形状、四角形状、円形状、五角形状及び六角形状からなる群より選択された一つの形状以上を有することを特徴とする請求項１に記載の混合機。
  4. 混合部は、静止型混合機を含むことを特徴とする請求項１に記載の混合機。
  5. 混合部を２個以上または３個以上含むことを特徴とする請求項１に記載の混合機。
  6. 混合部間の間隔が循環配管直径に対して２倍〜１０倍の範囲内であることを特徴とする請求項５に記載の混合機。
  7. 循環配管に混合される物質を導入するように設置された流入口をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の混合機。
  8. 流入口は、第１流入口と、前記第１流入口と別に設置された第２流入口と、を含むことを特徴とする請求項７に記載の混合機。
  9. 循環配管により形成された閉ループ形態の経路に混合される物質を移動させることができるように設置されたポンプをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の混合機。
  10. 混合された物質を循環配管から排出するように設置された排出口をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の混合機。
  11. 請求項１に記載の混合機を使用して第１物質と第２物質を混合する方法であって、
    循環配管により形成された閉ループ形態の経路を通じて前記第１物質及び第２物質を循環させながら混合部で前記第１物質及び第２物質を混合する方法を含むことを特徴とする混合方法。
  12. 経路を通じた第１物質及び第２物質の移動速度を１ｍ/ｓ〜１０ｍ/ｓの範囲内に維持することを特徴とする請求項１１に記載の混合方法。
  13. 第１物質は、水性流体であり、第２物質は、油性流体であることを特徴とする請求項１１に記載の混合方法。
  14. 第１物質及び第２物質の混合を下記数式１を満足するように実行することを特徴とする請求項１１に記載の混合方法。


    数式１で、Ｃｍは、配管の複数の地点で測定した第１物質または第２物質の平均面積割合または濃度であり、前記面積割合または濃度は、配管の測定地点の断面で第１物質または第２物質が占める面積割合または濃度として、前記断面の面積を１に換算した状態で算出した数値であり、Ｎは、配管または混合部での前記面積割合または濃度の測定地点の個数として、２以上の数であり、Ｃｉは、配管の所定地点で測定した第１物質または第２物質の面積割合または濃度である。
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