KR0170420B1 - 박층 액막식 증발장치 - Google Patents

Abstract

원통형상 가열관(16)과, 이 원통형상 가열관(16)을 가열하는 가열수단과, 상기 원통형상 가열관(16) 내에 배열 설치되는 액막 형성판(34)과, 상기 원통형상 가열관(16) 내에 배열설치되는 방해판(35)과, 상기 원통형상 가열(16)관의 상부에 배열설치되는 원액공급 노즐(15)을 포함한 박층 액막식 증발장치이다. 상기 액막형성판(34)은, 그 바깥테두리부(34c)와 가열관(30) 내주면의 사이에 액이 흘러 내리는 틈이 형성되는 바깥 지름을 가지고 있다. 따라서, 간단한 구조로써, 증발 효율이 우수한 박층 액막식 증발장치를 제공 할 수 있다.

Description

박층 액막식(薄層 液膜式) 증발장치

제1도는 본발명의 박층 액막식 증발장치를 이용한 용제 회수장치의 1예를 나타낸 계통도.

제2도는 본 발명의 박층 액막식 증발장치의 제 1실시예를 나타낸 종단면도.

제3도는 제2도의 박층 액막식 증발장치의 원통형상 가열관에 있어서, 액 이 흘러서 떨어지는 상태를 나타낸 설명도.

제4도는 링형상에 원액을 분사하는 속이빈 원추형(holllow cone spray type)의 원액 공급노즐의 1예를 나타낸 단면도.

제5도는 제4도의 원액공급 노즐의 속이빈 원추형 끼움부재의 사시도.

제6도는 본 발명의 박층 액막식 증발장치의 제 2실시예를 나타낸 종단면도.

제7도는 본 발명의 박층 액막식 증발장치의 제 3실시예를 나타낸 종단면도.

제8도는 본 발명의 박층 액막식 증발장치의 제 4실시예를 나타낸 종단면도.

제9도는 본 발명의 박층 액막식 증발장치의 제 5실시예를 나타낸 종단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 응축기 12 : 원액 탱크

13 : 원액 공급관 14 : 가열 자케트

15 : 원액공급 노즐 16 : 가열관

17 : 배기관 18 : 냉각기

19 : 회수관 20 ; 용제 탱크

21 : 배액관 22 : 배액 탱크

23 ; 관 24 : 진공펌프

25 : 개폐밸브 26 : 유량제어밸브

30 : 가열관 30a : 연장부

31 : 배기구 32 ; 배액구

33 : 가열 자케트 34 : 액막형성판

34a : 개구부 34b : 입구 테두리부

34c : 바깥테두리부 34d : 경사면

35 : 방해판 36 : 지지기둥

36a : 원추면 37 : 액 흘러내림용 틈

39 : 원액공급관 40 : 노즐통

41 : 홀더 42 : 끼움부재

43 : 내주벽 44 : 홈

50 : 방해판

본 발명은, 박층 액막식 증발장치에 관한 것으로, 상세하게는, 광물유, 용제의 분리정제, 열 분해하기 쉬운 물질의 농축 등에 이용되는 박층 액먁식 증발장치에 관한 것이다.

액 형상의 혼합물(원액)의 가운데로부터 저비점(低沸点) 성분을 분리 회수하는 장치로서는, 종래 증발장치와 응축장치를 조합시킨 것이 많이 이용되고 있다. 이와 같은 용도로 이용되고 있는 증발장치로서는 저비점 성분을 효율좋게 증발시키기 위해서, 원액을 얇은 막형상으로 하여 가열관의 내주면에 흘러 내리도록한 박층 액막식 증발장치가 알려져 있다.

이와 같은 박층 액막식 증발장치에 있어서, 가열관 내주면에 박층 액막을 형성하는 수단으로는 가열관의 상부 중앙에 임펠러를 배열설치하고, 원액을 가열관 내주면에 흩날리도록 한 것이나, 가열관 최상부에 원추형상의 액막형성판을 설치하고, 이 액막형성판의 바깥테두리부와 가열관 내주면의 사이에 형셩되는 액 흘러 내림용 틈으로부터 원액을 막형상으로 흘러내리는 것이 많이 이용되고 있다.

그러나 전자의 경우는, 임펠러를 구동하기위한 구동장치나, 임펠러의 구동 축부분을 시일한 필요가 있는 등 장치구성이 복잡하게 되어 제작코스트가 높게 되는 것을 피할 수 없으며, 또 이들의 회전구동부의 메인터넌스도 필요있었다.

한편 후자의 경우는, 장치 구성이 간단하기 때문에. 저 코스트로 제작하는 것을 할 수 있지만, 액의 흐름에 따라서 저비점 성분의 증발에 의하여 액량의 감소나 점도의 상승을 일으키기 때문에. 가열과 내주면의 전면에 적당한 액막을 형성하는 것이 곤란하고 액막이 도중에 끊어져서 액이 존재하지 않는 성분, 즉 마른 부분이 발생하고 이것이 증발효율을 악화시킴과 동시에 젖은 부분과 마른부분의 경계부분에서 액의 인화가 발생하는 등의 문제가 있었다.

따라서 본 발명은 간단한 구조로, 또 증발효율이 우수한 박층 액막식 증발장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명의 첫번째 목적은, 원통형상 가열관을 가열하는 가열수단과, 상기 원통형상 가열관 내에 배열 설치되는 액막 형성판과, 상기 원통형상 가열관 내에 배열설치되는 방해판과, 상기 원통형상 가열관의 상부에 배열설치되는 원액공급노즐을 포함한 박층 액막식 증발장치에 있어서, 상기 액막형성판은 그 바깥테두리부와 가열관 내주면의 사이에 액이 흘러 내림용 틈이 형성되는 바깥지름을 가지고 있다.

상기 구성에 의하면, 원액 공급노즐에 의하여 원통형상 가열관 상부에 공급된 원액은 액막 형성판과 가열관 내주면을 따라서 박층 액막되어서 흘러 내리고, 가열관 내주면 전체에 걸쳐서 균일한 막두께의 액 흐름을 형성 할 수가 있으며 증발효율을 향상시킬 수가 있다. 또, 증발 상승기류중 미스트나 응축물은 상승도중 운동에너지를 손실하여, 환유액(還流液) 으로 방해판에 포착되고, 액막형상판 위를 흘러내리는 액과 합류한다.

본 발명의 두 번째 목적은, 첫 번째 목적에 있어서, 상기 액막형성판 및 상기 방해판이 각각 여러 개 구비되어 있는 것이다.

따라서, 각 단(段)의 액막형성판에 의하여 가열관 전체에 걸쳐서 균일한 막 두께의 액흐름을 형성할 수 았고, 증발효율을 향상시킬 수 있다.

또, 이 박층액막식 증발장치는 상하복수단으로 설치한 액막 형성판으로 가열관 내주면에 액막을 형성하기 때문에, 간단한 구성으로 가열관 전면에 최적한 액막을 형성할 수가 있으며, 증발효율을 대폭 향상시킬수 있음과 동시에. 액막의 끊김에 의하여 인화의 발생도 완전하게 방지할 수 있다.

본 발명의 세번째 목적은, 첫번째 목적에 있어서 상기 액막형성판은 중심부에 개구부를 가지는 원추대형상(圓錐台)으로 형성되고, 상기 방해판은 원추형상으로 형성되어 있다.

본 발명의 네번째 목적은, 첫번째 목적에 있어서 상기 액막형성판은 중심부에 개구부를 가지는 원호형상 경사면을 가지고, 상기 방해판은 돔형상으로 형성되어 있다.

상기 액막형성판이 원추대 형상으로 형성되고, 혹은 원호형상 경사면을 가지고 있는 것과, 및 상기 방해판이 원추형상 또는 돔형상으로 형성되어 있는 것에 의하여, 흘러 내리는 액의 흐름이 원할 하게 된다. 또, 상기 액막 형성판은 중심부에 개구부를 가지고 있기 때문에 증발성분은 이 개구부를 통하여 상승한다.

본 발명의 다섯번째 목적은, 첫번째 목적에 있어서 상기 방해판의 외경은 상기 액막형성판의 외경보다도 작고, 상기 개구부의 직경보다도 크다.

본 발명의 여섯번째 목적은, 첫번째 목적에 있어서 상기 원액 공급노즐은 링형상에 원액을 분사하는 속이빈 원추형(hollow cone spray type)이고, 상기 원통형상 가열관의 중심부에 배열설치되어 있다.

따라서, 원액을 가열관 내에 균일하게 공급할 수가 있다.

본 발명의 일곱번째 목적은, 첫번째 목적에 있어서 상기 가열수단은 상기 원통형상 가열관을 둘러 싸는 가열자케트이고, 상기 원액공급노즐에 접속하는 원액공급관은 그 일부를 상기 가열자케트 내에 배열설치하고 있다.

따라서, 원액을 가열관 내에 도입하기 전에 적당한 온도로 예열할 수가 있기 때문에, 증발효율을 일층 향상시킬 수가 있다.

본 발명의 여덟번째 목적은, 첫번째 목적에 있어서 상기 원통형상 가열관을 아래 쪽보다 위 쪽 방향이 큰 지름으로 형성되어 있다.

따라서, 상기 원통형상 가열관의 액막형성 면적이 크게되고, 동시에 상승 기류 속도가 나아지기 때문에, 원액중 증발성분이 많은 경우 등에는 증발효율을 향상시킬 수가 있다.

본 발명의 아홉번째 목적은, 첫번째 목적에 있어서 상기 원통형상 가열관은 그 상부에 응축기를 직접 설치되어 있다.

본 발명의 열번째 목적은, 첫번째 목적에 있어서 상기 원통형상 가열관은 그 하부에 응축기를 직접 설치하고 있다.

따라서, 상기 원통형상 가열관과 응축기를 접속하는 배관을 생략할 수 있다.

[실시예]

이하, 본 발명을 도면에 나타낸 실시예에 기초하여 더욱 상세하게 설명한다.

제1도에 나타낸 용제 회수장치는 에를들면, 세정용 용제주의 용제분을 회수하기 위해서 사용되는 것으로, 박층 액막식 증발장치(이하, 단 증발장치라함)(10)에서 원액중의 용제를 증발 분리시켜 응축기(11)에서 응축시켜서 용제분을 회수하는 것이다.

즉, 불순물을 포함한 사용후의 용제는 원액탱크(12)로부터 원액공급관(13)을 통하여 증발장치(10)의 가열자케트(14) 내에서 예열된 후, 증발장치(10)의 상부의 원액공급노즐(15)로부터 가열관(16) 내에 공급된다. 가열관(16) 내에 공급된 용제는 이 증발장치(10) 내에서 가열되는 것에 의하여 용제성분이 증발하여 고 지점 불순물과 분리한다.

증발한 용제성분은, 가열관(16) 상부의 배기관(17)으로부터 응축기(11)로 보내지고, 응축기(11)의 냉각기(18) 내의 냉매에 의하여 냉각되어서 응축하고, 회수관(19)을 지나서 용제탱크(20)에 회수된다. 또, 증발장치(10) 내에 증발하지 않은 고 비등점 불순물을 포함한 남은 액은 저부의 배액관(排液管)(21)으로부터 배액탱크(22)는 각각 관(23)을 통하여 진공펌프(24)에 접속되어 있다. 따라서, 상기 증발장치(10)이나 응축기(11) 등의 내부는 그들의 탱크 내를 통하여 소정의 진공도에 유지된다. 이것에 의하여, 원액은 흡인되어 증발장치(10) 내에 공급된다.

또, 이 용제 회수장치는 용제탱크(20)를 2개 설치하여 전환하는 것에 의하여, 연속운전이 가능하도록 형성되어 있다. 또, 각 탱크에 딸려 붙은 배관에는 회수한 용제나 남은 액을 꺼낼때에 사용하는 개폐밸브(25)가 설치되어 있다. 원액공급관(13)이나 가열자케트(14), 냉각기(18) 부분의 배관에는 유량제어밸브(26)가 설치되어 있다.

이어서, 상술한 용제 회수장치에 이용되는 증발장치(10)의 제 1 실시예를 제2도 내지 제5도에 기초하여 설명한다.

부호 30은 수직방향으로 배열설치되는 원통형상의 가열관이다. 이 가열관(30)은, 가열자케트(33)를 둘러 싸게 되어 있다. 상기 가열관(30)내에는 액막형성판(34)을 상하방향으로 소정 간격을 두고 복수 단으로 배열설치됨과 동시에 각 액막 형성판(34)의 하부에, 방해판(35)이 이 액막형성판(34)과 소정간격을 두고 배열설치되고 있다. 상기 액막형성판(34) 및 방해판(35)는, 적당한 지지기둥(36)에 의하여 가열관(30)내에 지지되어 있다.

상기 액막형성판(34)은, 중심부에 개구부(34a)를 가지는 원추대 형상으로 형성되어 있으며, 개구부(34a)의 입구 테두리부(34b)로부터 바깥 테두리부(34c)에 걸쳐서 아래쪽으로 경사진 경사면(34d)을 가지는 링형상의 판재에 의하여 형성된다. 상기 액막형성판(34)의 직경은, 가열관(30)의 안지름보다 약간 작게 형성되어 있으며, 바깥 테두리부(34c)와 가열관(30)의 내주면 사이에 액 흘러내림용 틈(37)이 형성된다.

상기 방해판(35)은, 원추형상으로 형성되고 동시에 그 바깥지름은 상기 액막형성판(34)의 바깥지름보다도 작고, 상기 개구부(34a)의 직경보다도 크다. 이 방해판(35)은, 원추면(35a)을 가지는 판재에 의하여 형성되고, 원추면(35a)을 따라서 흘러 내리는 방울이 바깥테두리부(35b)로부터 상기 액막형성판(34)의 경사면(34d) 상에 낙하한다.

상기 가열관(30) 내의 최상단(段)의 액막형성판(34) 및 방해판(35)은, 가열관(30)의 바로 위에 연결 설치된 미스트콜렉터에 포착되어서 방울져 떨어지는 액도 받아 낼 수가 있다.

상기 가열관(30) 상부의 중심부에는 원액공급노즐(38)이 배열설치 되어 있다. 이 원액공급노즐(38)에는, 원액공급관(39)이 접속되어 있다.

그리고, 원액공급관(39)으로부터 원액공급노즐(38)에 공급되는 원액은 원액공급노즐(38)로부터 최상단의 방해판(35)의 원추면(35a) 위 및 가열관(30)의 내주면을 향해서 분사되고, 다음 단(段)의 액막형성판(34)의 경사면(34d)에 흘러 내린다.

이 경우, 상기 원액공급관(39)의 일부가 상기 가열자케트(33) 내에서 가열관(30)을 감아서 배열설치되어 있기 때문에, 원액은 이 가열자케트(33) 내의 배관부분에서, 이 자케트(33)에 공급되는 스팀 등의 열매체에 의하여 증발성분의 비점 부근까지 가열되어서 원액공급노즐(38)에 공급된다.

또, 상기 원액공급노즐(38)에 속이빈 원추형의 노즐을 이용하면, 원액을 가열관(30)내에 균일하게 공급할 수가 있다. 이 속이빈 원추형의 원액 공급노즐은 제4도에 나타낸 바와 같이, 원액공급관(39)의 선단에 노즐통(40)을 나사결합하고, 이 노즐통(40) 내에 홀더(41)에 의하여 속이빈 원추형 끼움부재(42)를 배열설치한 것이다.

이 까움부재(42)는, 중앙부에 역 원추형상의 중공부를 가지고, 이 중공부에 의하여 형성되는 내주벽(43)의 접선 방향에 홈(44)을 형성한 것도 있다.

따라서, 원액공급관(39)에서 노즐통(40) 내에 공급된 원액은 홈(44)으로부터 내주벽(43)의 접선에 따라서 중공부에 도입되고, 중공부 내에서 소용돌이 형상으로 되고, 노즐통(40) 선단의 노즐(45)로부터 링형상에 분사할 수가 있다.

이어서, 가열관(30) 내 원액의 흐르는 상태를 설명하면 원액공급노즐(38)에서 최상단의 방해판(35)의 원추면(35a) 위 및 가열관(30)의 내주면을 향해서 분사된 원액은 제3도에 나타낸 바와 같이, 그 아래 액막형성판(34)의 경사면(34d) 위에 흘러 내리고, 바깥 테두리부(34c)와 가열관(30)의 내주면 사이의 액 흘러내림용 틈(37)으로부터 소정 두께의 액막으로 이루어져 가열관(30)의 내주면을 흘러 내린다.

흘러내리는 중에 증발된 증기는 액막형성판(34)의 개구부(34a)로부터 방해판(35)과 가열관(30)의 내주면 사이를 통하여 가열관(30) 내를 상승하고, 상부의 배기구(31)로부터 배출된다. 남은 액성분은, 하단의 액막형성판(34) 위를 흐르고, 액 흘러내림용 틈(37)에서 액막으로 이루어져 흘러 내려도 좋다. 또, 상승하는 증기중에 동반된 미스트 등은 액막형성판(34)이나 방해판(35)에 바로 포착되어서 하단의 액막형성판(34) 위에 흘러 내리기 때문에, 중발성분을 포함한 미스트나 응축액은 가열관(30)의 저부에 낙하하지 않고 배액구(排液口)(32)에서 배출되는 것이 방지된다.

이와 같이 액막형성판(34)을 소정 간격으로 상하 여려 단 설치하기 때문에, 각 액막형성판(34)에서 가열관(30)의 내주면에 연속적으로 균일한 두께의 액막을 형성할 수가 있다.

즉, 원액의 조성이나 회수하는 성분, 가열관(30)의 길이나 가열온도 등에 따라서, 액막형성판(34)의 상하 간격 및 액 흘러내림용 틈(37)의 치수를 설정하는 것에 의하여 가열관(30)의 내주면에 최적한 두께의 액막을 형성하는 것이 가능하고, 증발장치에 의한 증발효율을 대폭으로 향상시킬 수가 있다.

또, 원액을 가열자케트(33) 내에서 가열하면서 가열관(30) 내에 분사하는 것에 의하여 원액이 원액공급노즐(38)로부터 분사된 때로부터 저비점 성분의 증발이 시작되기 때문에, 일층 효율이 향상된다. 또, 이 가열에 의하여 원액의 점도도 저하하기 때문에, 속이빈 원추형노즐에서의 분사도 양호하게 행해진다. 도, 가압펌프를 이용하지 않는 시스템내의 감압만큼 원액의 공급이 가능하게 되고, 장치 구성의 간략화도 꾀한다.

이어서, 증발장치(10)의 제 2 실시예를 제6도에 기초하여 설명한다.

이 실시예는, 가열관(30)을 아래 쪽보다도 위쪽의 방향을 큰 지름으로 형성하고 있다.

또, 각 액막형성판(34)은, 그 바깥테두리부(34c)와 가열관(30)의 내주면 사이에 형성되는 액 흘러내림용 틈(37) 끼리를 대략 일정한 간격으로 형성되도록 하단에 배열되는 액막형성판(34) 정도 작은 지름이다. 또, 각 방해판(35)의 바깥지름은, 그 방해판(35)의 바로 위의 액막형성판(34)의 바깥지름보다도 작고, 동시에 개구부(34a)의 직경보다도 크다.

그 다른 구성은, 제 1 실시예와 같다.

이와 같이, 가열관(30)을 아래쪽보다 위쪽의 방향이 큰 지름으로 형성하면, 상기 가열관(30)의 액막형성면적이 크게되고 가열관(30)의 축방향의 액막을 적절하게 유지할 수가 있으며, 또 상승 기류 속도가 낮게 되기 때문에, 원액중의 증발성분이 많을 경우 등에는 증발효율을 향상시킬 수가 있다.

증발장치(10)의 제 4 실시예를 제8도에 기초하여 설명한다.

이 실시예는, 제 1 실시예와 같이 구성된 증발장치(10)의 원통형상 가열관(30) 상부에, 응축기(11)을 직접 설치한 것이다.

부호 50은, 응축기(11) 내의 냉각기(18)와 배기구(31) 사이에 설치된 방해판이다. 부호 51은, 방해판(50)과 배기구(31) 사이에 설치된 응축액 저장부재이다.

증발장치(10)의 제 5 실시예를 제9도에 기초하여 설명한다.

가열관(30)은, 아래쪽에 연장되고, 연장부(30a)의 저부에 배액구(32)를 가지고 있다.

이 가열관(30)의 연장부(30a) 내에는, 응축기(11)가 배열설치되어 있다. 이 응축기(11) 내에는, 냉각기(18)가 설치되어 있다.

가열관(30) 내에서 증발하지 않았던 고비점 불순물을 포함한 잔류액은 배액구(32)로부터 배출되어 회수된다. 증발한 증기는, 액막형성판(34)의 개구부(34a)로부터 방해판(35)과 가열관(30)의 내주면 사이를 통하여 가열관(30) 내를 하강하고, 응축기(11)에서 응축되어서 회수관(19)를 지나서 회수된다.

그 다른 구성은, 제 1 실시예와 같다.

따라서, 이들 제 4,5,6 실시예에서는 원통형상 가열관과 응축기를 접속하는 배관을 생략할 수 있다.

Claims (10)

1. 원통형상 가열관(16)과, 이 원통형상 가열관(16)을 가열하는 가열수단과, 상기 원통형상 가열관(16) 내에 배열 설치되는 액막 형성판(34)과, 상기 원통형상 가열관(16) 내에 배열설치되는 방해판(35)과, 상기 원통형상 가열관(16)의 상부에 배열설치되는 원액공급노즐(15)을 포함한 박층 액막식 증발장치에 있어서, 상기 액막 형성판(34)은 그 바깥테두리부(34c)와 가열관 내주면의 사이에 액이 흘러 내림용 틈(37)이 형성되는 외경을 가지고 있는 박층 액막식 증발장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 액막형성판(34) 및 상기 방해판(35)이 각각 여러 개 구비되어 있는 박층 액막식 증발장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 액막형성판(34)은 중심부에 개구부를 가지는 원추대형상으로 형성되고, 상기 방해판(35)은 원추형상으로 형성되어 있은 박층 애막식 증발장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 액막형성판(34)은 중심부에 개구부를 가지는 원호형상 경사면(34d)을 가지고, 상기 방해판(35)은 돔형상으로 형성되어 있는 박층 액막식 증발장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 방해판(35)의 외경은, 상기 액막형성판(34)의 바깥지름보다도 작고, 상기 개구부의 지경보다도 큰 박층 액막식 증발장치.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 원액 공급 노즐(15)은, 링형상에 원액을 분사하는 속이빈 원추형이고, 상기 원통형상 가열관(16)의 중심부에 배열설치되어 있는 박층 액막식 증발장치.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 가열수단은, 상기 원통형상 가열관(16)을 둘러 싸는 가열자케트(14)이고, 상기 원액공급 노즐(15)에 접속하는 원통공급관(13)은, 그 일부를 상기 가열자케트(14) 내에 배열설치하고 있는 박층 액막식 증발장치.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 원통형상 가열관(16)은, 아래쪽보다 위쪽방향이 큰 지름으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박층 액믹식 증발장치.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 원통형상 가열관(16)은, 그 상부에 응축기(11)를 직접 설치한 박층 액막식 증발장치.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 원통형상 가열관(16)은, 그 하부에 응축기(11)를 직접 설치한 박층 액막식 증발장치.