KR0169194B1 - 나권형 역삼투막 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 나권형 역삼투막 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 농축하고자 하는 원료용액이 공급되는 공급부와 저농도 용액이 투과되는 투과부 및 투과용액이 모아져 나가는 투과액 접수튜브로 이루어진 나권형 역삼투막 모듈에서 투과부 집수튜브의 중앙부위를 밀폐시키고 투과부와 공급부에 향·병류식 흐름을 유도할 수 있도록 배리어(barrier)를 설치함으로써 낮은 조작압력으로도 우수한 효율로 분리농축에 적용될 수 있는 나권형 역삼투막 모듈에 관한 것이다.
Description
제1도는 본 발명에 따라 설계된 나권형 역삼투막 모듈의 펼친 그림이고,
제2도는 상기 제1도의 역삼투막 모듈을 권취(winding)하여 만들어진 나권형 역삼투막 모듈(a)과 그 단면도(b)이며,
제3도는 본 발명에 따라 제조된 나권형 역삼투막 모듈을 고농축 분리공정에 적용시 공급액, 투과액 및 삼투압차저하용액의 흐름을 나타낸 것이고,
제4도는 각각 종래 역삼투 분리농축 공정과 본 발명에 따라 제조된 나권형 역삼투막 모듈을 분리농축 공정에 적용시 조작압력에 따른 전체 투과 플럭스를 나타낸 그래프이며,
제5도는 각각 종래 역삼투 분리농축 공정과 본 발명에 따라 제조된 나권형 역삼투막 모듈을 분리농축 공정에 적용시 조작압력에 따른 농축도의 운전범위를 나타낸 것이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 공급용액 2 : 공급부
3, 3' : 배리어(barrier) 4 : 투과액
5 : 투과부 6 : 투과액 집수튜브
7 : 삼투압차저하용액 8 : 밀폐부
9 : 펀칭부 10 : 접착제
11 : 막(membrane) A : 순수(純水)
B : 종래 나권형 역삼투막 모듈(염공급액농도 : 10,000 mg/ℓ)
C : 종래 나권형 역삼투막 모듈(염공급액농도 : 35,000 mg/ℓ)
D : 본 발명 나권형 역삼투막 모듈(염공급액농도 : 10,000 mg/ℓ)
E : 본 발명 나권형 역삼투막 모듈(염공급액농도 : 35,000 mg/ℓ)
본 발명은 나권형 역삼투막 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 농축하고자하는 원료용액이 공급되는 공급부와 저농도 용액이 투과되는 투과부 및 투과용액이 모아져 나가는 투과액 집수튜브로 이루어진 나권형 역삼투막 모듈에서 투과부 집수튜브의 중앙부위를 밀폐시키고 투과부와 공급부에 향·병류식 흐름을 유도할 수 있도록 배리어(barrier)를 설치함으로써 낮은 조작압력으로도 우수한 효율로 분리농축에 적용될 수 있는 나권형 역삼투막 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 수용액상 용액에서 막을 투과하여 분리되는 물질의 플럭스(flux)(J)는 다음식(I)과 같다.
상기식에서,
A는 투과계수(m3/MPa·sec)이고,
P는 조작압력(MPa)이며,
ΔII는 막표면과 이면에 존재하는 용액간의 삼투압차(MPa)이다.
상기 식(I)에서 보는 바와 같이 역삼투를 이용한 분리공정을 수행하기 위해서는 분리대상 용액의 삼투압보다 큰 조작압력을 적용해야 한다. 예를들어 해수 담수화 공정의 경우 해수의 삼투압이 3 MPa 이내이므로 막에 적용되는 조작압력은 4 MPa이상의 고압이 되어야 한다. 또한 농축공정에 역삼투막 모듈을 이용할 경우에도 막표면에서 농축되는 용액의 농도가 지속적으로 상승하여 막 이면의 저농도의 투과용액과의 삼투압차가 증가하므로 적용되는 조작압력을 농축수행 과정에서 재차 올려주어야 한다.
이와같이 증가하는 삼투압차를 극복하기 위해 조작압력만을 계속해서 올려주면 조작압력의 구동력이 되는 펌프에 무리한 부하가 가중되고 과다한 열이 분리대상 물질에 전달되어 분리효율이 떨어지고 분리대상 물질이 변형되며, 운전비용도 증가하게 된다.
따라서, 조작압력을 무리하게 상승시키는 것보다는 막의 표면과 이면사이에 일어나는 삼투압차, 다시말해 저농도의 투과용액과 농축액 사이의 삼투압차를 줄이는 것이 보다 효율적이다.
이에 따라 본 발명자들은 분리농축의 효율을 높이고 경제적인 방법으로 분리농축을 수행할 수 있는 나권형 역삼투막 모듈을 개발하기 위하여 노력한 결과, 공급용액이 주입되는 공급부와 저농도 용액이 투과되는 투과부간의 삼투압차를 줄이기 위해 투과액집수튜브의 중간부위를 밀폐시키고 투과부와 공급부에 향·병류식 흐름을 유도하도록 배리어를 설치하고 분리농축공정시 투과액 집수튜브에 삼투압차저하용액을 주입하도록 한 나권형 역삼투막 모듈을 개발하게 되었다.
본 발명은 나권형 역삼투막 모듈의 막 표면과 이면, 즉 공급부와 투과부 사이의 삼투압차를 줄임으로써 농축분리시 운전효율을 높이고 경제적인 나권형 역삼투막 모듈을 제공하는 데 그 목적이 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 농축하고자 하는 원료용액이 공급되는 공급부와 저농도의 투과액이 통과하는 투과부 및 투과액 집수튜브로 이루어진 나권형 역삼투막 모듈에 있어서, 상기 투과액 집수튜브의 중간부분을 밀폐시키고 투과부와 공급부에 향·병류식 흐름을 유도하는 배리어(barrier)를 설치한 것을 그 특징으로 한다.
또한, 상기 나권형 역삼투막 모듈을 사용하여 투과액 집수튜브내로 삼투압차저하용액을 공급용액 유량에 대하여 1 : 1이하로 첨가하여 수행하는 농축분리 방법에도 그 특징이 있다.
이와같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 나권형 역삼투막 모듈의 투과부내로 공급용액의 일부를 투입하여 막 표면과 이면의 삼투압차를 감소시킬 수 있는 나권형 역삼투막 모듈에 관한 것으로서, 본 발명에서는 보다 효율적인 방법으로 막 표면과 이면의 삼투압차를 감소시킬 수 있도록 공급부와 투과부내에 향·병류식 흐름을 유도하여 투과액 집수튜브를 통해 주입된 공급용액의 흐름을 막의 전면에 고루 유도하도록 한다.
본 발명에 따라 제조된 나권형 역삼투막 모듈의 펼쳐진 그림은 첨부도면 제1도에 나타낸 바와 같다. 첨부도면 제1도에서 보는 바와 같이 농축하고자 하는 공급용액(1)이 공급부(2)의 요철(凹凸)형의 망사구조를 따라 요동치면서 흐르게 되고 이는 물질전달계수를 높여 농축을 효율적으로 수행하도록 한다. 본 발명에서는 이와같은 공급부(2)의 구조내에 배리어(barrier,3)를 형성시키는 바, 이는 공급용액흐름의 속도를 늦추어서 공급용액의 체류시간을 연장하여 투과부의 투과액 흐름과의 삼투압 평형을 유지하도록 하기 위함이다.
공급부(2)로 공급된 공급용액(1)은 고농도의 원료와 저농도의 용액이 분리되어 고농도 농축액은 그대로 통과·배출되고 저농도의 용액(투과액,4)은 투과부(5)를 거쳐 투과액 집수튜브(6)를 통해 빠져나가게 되는데, 일반적으로는 투과액 집수튜브(6)의 일면을 막아서 투과액의 흐름을 설정한다. 그러나, 본 발명에서는 투과액 집수튜브(6)내로 삼투압차저하용액(7)을 주입하여 이 용액이 투과부(5)로 흐르도록 하기 위하여 투과액 집수튜브내의 중간부분을 첨부도면 제1도에서 보는 바와 같이 밀폐부(8)를 형성시켜 투과액 집수튜브(6)내의 펀칭된 부분(9)을 통해 원료용액의 흐름을 고정시킨다.
여기서, 삼투압차저하용액으로는 공급용액을 사용한다.
이때, 투과액 집수튜브내의 중간부분을 밀폐시키는 방법으로는 고무 또는 플라스틱 패킹을 사용한다. 중간부분이 밀폐된 투과액 집수튜브(6)를 통해 삼투압차저하용액(7)이 주입되면 집수튜브의 펀칭된 부분(9)을 통해 원료용액이 분출되어 투과부로 흐르게 되는 데 이때, 주입된 원료용액의 흐름을 막의 전면에 고루 형성시킬 수 있도록 하기 위하여 투과부내에 공급부에서와 같이 배리어(barrier,3')를 설치한다. 이때 투과부(5)에 설치되는 배리어의 형태는 첨부도면 제1도에 나타낸 바와 같이 중간부위에 1자형으로 설치되고 그 외곽에 U자형으로 설치하여 그 흐름을 투과부의 끝까지 고루 펴지도록 할 수 있는데, 반드시 배리어의 형태가 이와같을 필요는 없다.
상기의 공급부와 투과부내에 설치되어 배리어(barrier,3)는 우레탄 수지나 에폭시 수지를 이용하여 막위에 형성시키는 방법과 실리콘 또는 고무와 같은 패킹소재를 성형하는 방법을 사용한다. 이와같이 설치된 배리어로 인하여 공급용액의 흐름이 향·병류식으로 형성되어 고농도의 공급용액과 저농도의 용액의 흐름이 삼투압 평형을 이루어 속도를 맞추어준다.
첨부도면 제1도의 펼쳐진 모듈상태는 원래는 공급부와 투과부가 겹쳐진 상태로서 이를 권취하여 나권형의 모듈로 제작한다. 펼쳐진 상태의 w는 권치된 상태의 w와 같아야 하나, 막의 외곽에 바른 접착제(10)가 퍼지면서 권치된 상태의 모듈의 길이가 길어진다.
제작된 나권형 역삼투막 모듈은 첨부도면 제2도(a)에 나타낸 바와 같으며, 권취된 나권형 막모듈의 단면은 첨부도면 제2도(b)에 나타낸 바와 같다. 첨부도면 제2도에서 보는 바와 같이 투과액 집수튜브로부터 투과부(5)부위가 접촉되며 그 내에 배리어(3)가 설치되며 그 외곽으로 막(11)이 도포되어 있으며 최외곽에 공급부(2)가 파도형의 망사구조로 자리하고 있다.
한편, 농축분리 공정에서 본 발명의 나권형 역삼투막 모듈을 적용시에 각 용액의 흐름은 첨부도면 제3도에 나타내었는 바, 공급용액의 흐름(1)과 저농도의 막투과용액의 흐름(4) 및 투과액 집수튜브로 주입되는 삼투압차저하용액 흐름(7)이 나타난다.
본 발명에서는 종래의 나권형 역삼투막 모듈의 사용에서는 없었던 삼투압차저하용액(7)을 주입하는 바, 상기한 바와 같이 삼투압차저하용액으로는 공급용액을 사용한다. 삼투압차저하용액(7)의 유량이 공급용액(1)의 유량에 대하여 1:1 이하가 되도록 투입하는 것이 바람직하다. 만일, 첨가되는 삼투압차저하용액(7)의 유량비가 1 : 1을 초과할때는 농축효과가 1:1 이하일 때와 동일하지만 농축운전시 펌프 에너지를 많이 소모해야 하므로 바람직하지 못하다.
이와같은 나권형 역삼투막 모듈을 사용하여 분리농축과정, 예를들어 소금의 농축이나 유기 또는 무기물질의 농축을 수행하는 경우 농축효율이 우수하고 에너지를 절약할 수 있어 경제적인 측면에서도 유용하게 사용될 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[제조예]
다음에 나타낸 바와 같은 재질로 본 발명의 향·병류식 나권형 역삼투막 모듈을 제조하였다.
막 제질 TFC(복합박막)
: 표면층-폴리아미드
: 지지층-폴리설폰
모듈 사양 막의 길이 : 2.70m
막의 너비 : 0.35m
투과부 스페이서 재질 : 에폭시(Tricot, 혼우드(Horn Wood)사 제품)
공급부 스페이서 재질 : 폴리프로필렌(ROF, Nalle Plastics사 제품)
접착제 : 폴리우레탄
나권형 몸체 크기 : 직경 0.0635m X 길이 0.5334m
[참조예]
상기 제조예에 따라 제조된 나권형 역삼투막 모듈을 이용하여 공급용액의 일부를 삼투압차저하용액으로 이용하여 염농축 공정을 수행하였는 바, 공급용액의 염농도가 각각 10,000 mg/ℓ 와 35,000mg/ℓ 일 때 공급용액과 삼투압차저하용액의 유량비를 다음표 1과 같이 변화시키면서 염농축도를 비교하였다. 이때, 공급용액과 삼투압차저하용액의 유량비에 따른 농축도를 다음 표 1에 나타내었다.
상기 표 1의 결과로부터 본 발명에서 삼투압차저하용액으로 투과부 집수튜브내로 공급되는 용액과 공급용액의 유량비는 1:1 이하인 것이 염농축도가 우수함을 알 수 있다. 상기 염농축도는 유량비가 1:1이상일 경우 1:1 이하일 때와 거의 유사하지만 이때 1 MPa의 압력이 손실되어 농축운전의 펌프 에너지 소모가 증가하게 되므로 바람직한 운전조건이 못된다. 또한, 이로인해 시간이 경과하면서 농축도가 다소 떨어질 수도 있다. 따라서, 삼투압차저하용액으로 투과부 집수튜브내로 유입되는 용액은 공급유량에 대하여 1:1 이하인 것이 바람직하다.
[실시예]
상기 제조예에 따라 제조된 나권형 역삼투막 모듈을 이용하여 농축공정을 수행하였으며, 이때 실험범위를 다음 표2에 나타내었다.
그리고, 공급유량을 0.5ℓ/분으로 하였을 때 종래 나권형 역삼투막 모듈을 이용한 분리농축 공정과 본 발명에서 제작된 나권형 역삼투막 모듈을 이용한 분리농축 공정에서 막을 투과하는 수분의 투과 플럭스를 측정하였으며, 그 결과를 첨부도면 제4도에 나타내었다.
제4도의 결과로부터 삼투압차가 전혀 없는 순수한 물의 투과 플럭스가 가장 높은 값의 직선 경향을 보임을 알 수 있다.
이를 기준으로 염공급액농도가 10,000 mg/ℓ 및 35,000 mg/ℓ 일 때 본 발명의 나권형 역삼투막 모듈을 사용한 공정이 종래의 나권형 역삼투막 모듈을 사용한 공정보다 높은 투과 플럭스를 보이고 있다.
이에따라 x절편값에 나타나는 압력은 본 발명의 나권형 역삼투막 모듈을 사용한 경우 종래 나권형 역삼투막 모듈을 사용한 공정보다 더 낮은 값을 보이며, 이는 상기식(I)에서 종래 공정이 갖는 삼투압차(ΔΠ)를 본 발명 공정이 더 낮게 저하시켰다는 증거가 된다. 즉, 염공급액농도가 10,000 mg/ℓ 인 경우 종래 공정에서의 평형 삼투압차는 1 MPa이고, 본 발명 공정에서는 0.75MPa이 되고 0.25MPa(2.5기압)의 삼투압차를 저하시켰음을 알 수 있다.
또한, 염공급액농도가 35,000 mg/ℓ인 경우 종래 공정에서의 평형 삼투압차는 2.5MPa이고, 본 발명 공정에서는 1.5MPa이므로 1MPa(10 기압)의 삼투압차를 저하시켰음을 알 수 있다.
이와같은 결과로부터 본 발명의 향류식 나권형 역삼투막 모듈을 사용한 결과 고농도 분리농축 공정에서 삼투압차 저하효과가 뛰어남을 알 수 있다.
상기와 동일한 실험으로부터 종래 및 본 발명 고정의 조작압력별 염농축도를 구하여 각 공정의 염농축 운전범위를 측정하였으며, 그 결과를 첨부도면 제5도에 나타내었다.
여기서, 농축도(Degree of Concentration, DC)는 다음 식(II)을 이용하여 측정한 것이다.
상기 식에서,
Cf는 염공급액농도(mg/ℓ)이고,
Cr은 역삼투막에서 배제되 염농도(mg/ℓ)이다.
첨부도면 제5도에서 보는 바와 같이 결과적으로 염공급액농도 10,000mg/ℓ 와 35,000mg/ℓ에 대해 본 발명 공정의 농축도가 종래 공정의 농축도보다 우수하며 고농도 공급액인 35,000mg/ℓ인 경우 본 발명과 종래 공정의 농축도 차가 더욱 커짐을 알 수 있다. 또한, 농축도를 높이기 위한 조작압력은 본 발명 공정이 종래 공정보다 더 낮은 범위에서 적용됨을 알 수 있다. 이는 본 발명 고정에서는 구동펌프에 과중한 부하가 걸리지 않음을 의미한다.
한편, 종래 공정 및 본 발명 고정에 대하여 각 염공급액의 농도별, 동일 조작압력조건에서 얻은 염농축도를 측정하였으며, 그 결과 중 일부를 다음 표 3에 나타내었다.
결과적으로 본 발명의 나권형 역삼투막 모듈은 종래 나권형 역삼투막 모듈에 비해 분리농축 공정에서 뛰어난 농축효과를 나타냄을 알 수 있으며, 본 발명의 나권형 역삼투막 모듈은 염의 농축뿐만 아니라 에탄올의 농축 등 무기 및 유기물질을 농축하는데 유용하게 사용될 수 있다.
한편, 종래에 소금을 제조하는 방법으로는 이온교환법이 가장 많이 사용되어 왔는데, 이를 이용하여 상기와 같은 동일한 농축도를 나타낼 경우에 본 발명보다 약 40%정도 에너지 소비가 증가한다.
Claims (4)
- 농축하고자 하는 원료용액이 공급되는 공급부와 저농도의 투과액이 통과하는 투과부 및 투과액 집수튜브로 이루어진 나권형 역삼투막 모듈에 있어서, 상기 투과액 집수튜브내의 중간부분을 밀폐시키고 투과부와 공급부에 향·병류식 흐름을 유도하는 배리어(barrier)를 설치한 것을 특징으로 하는 나권형 역삼투막 모듈.
- 제1항에 있어서, 상기 배리어는 우레탄 수지나 에폭시 수지를 이용하여 막위에 형성시키는 방법 또는 실리콘 또는 고무를 성형하는 방법을 사용하여 설치된 것임을 특징으로 하는 나권형 역삼투막 모듈.
- 제1항의 나권형 역삼투막 모듈을 사용하여 투과액 집수튜브내로 삼투압차저하용액을 공급용액 유량에 대하여 1:1 이하로 첨가하여 수행하는 것을 특징으로 하는 농축분리 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 삼투압차저하용액으로는 공급용액을 사용하는 것을 특징으로 하는 농축분리 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019960012323A KR0169194B1 (ko) | 1996-04-23 | 1996-04-23 | 나권형 역삼투막 모듈 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019960012323A KR0169194B1 (ko) | 1996-04-23 | 1996-04-23 | 나권형 역삼투막 모듈 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR970069104A KR970069104A (ko) | 1997-11-07 |
| KR0169194B1 true KR0169194B1 (ko) | 1999-01-15 |
Family
ID=19456389
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1019960012323A KR0169194B1 (ko) | 1996-04-23 | 1996-04-23 | 나권형 역삼투막 모듈 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR0169194B1 (ko) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100464782B1 (ko) * | 2000-01-13 | 2005-01-05 | 주식회사 새 한 | 역삼투 방식의 산업용 분리막 필터에 사용되는 트리코트여과수로의 제조방법 |
| KR100502009B1 (ko) * | 1999-03-16 | 2005-07-18 | 주식회사 새 한 | 역삼투 방식의 가정용 분리막 필터에 사용되는 트리코트 여과수로 |
| KR102535616B1 (ko) | 2022-09-05 | 2023-05-26 | (주)미담푸드 | 육류 이송 장치 |
-
1996
- 1996-04-23 KR KR1019960012323A patent/KR0169194B1/ko not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100502009B1 (ko) * | 1999-03-16 | 2005-07-18 | 주식회사 새 한 | 역삼투 방식의 가정용 분리막 필터에 사용되는 트리코트 여과수로 |
| KR100464782B1 (ko) * | 2000-01-13 | 2005-01-05 | 주식회사 새 한 | 역삼투 방식의 산업용 분리막 필터에 사용되는 트리코트여과수로의 제조방법 |
| KR102535616B1 (ko) | 2022-09-05 | 2023-05-26 | (주)미담푸드 | 육류 이송 장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR970069104A (ko) | 1997-11-07 |
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