KR100229194B1 - 교반 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

교반혼합조작에 의해 화학반응을 행하게 하고, 반응부생물을 계외로 배출함으로써 역반응을 억제하고, 정반응이 촉진되는 처리액을 교반처리하는 경우 종래의 교반장치에서는 처리액 장입량당 기체액체계면적 및 전열면적이 작기 때문에, 반응에 필요한 시간이 길어진다. 이 문제는, 교반장치가 대형화됨에 따라 현저하게 나타난다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 수평으로 배치된 긴 원 또는 원통상 용기내의 길이방향에, 용기의 내경보다 작은 외경으로 스파이럴상으로 연속적으로 감겨진 부재와 또, 이 부재의 외주에 용기벽면과 미소한 간극을 유지하면서, 상기 스파이럴상 부재보다 감김피치를 넓게 하고 스파이럴상으로 불연속적으로 감겨진 복수의 부재로 2중 스파이럴 구조의 교반날개를 설치한다.

본 발명에 의하면, 교반혼합조작에 의해 화학반응을 행하게 하고, 반응부생물을 계외로 배출함으로써 역반응을 억제하고, 정반응이 촉진되는 반응계에 대하여 같은 장입량의 종래형 회분식 교반장치와 비교하여, 1회분당 처리시간을 동등이하로 할 수 있고, 그 결과 종래형과 동등 이상의 품질제품을 얻을 수 있다.

Description

교반장치 및 방법{AGITAING APPARATUS AND METHOD}

본 발명은 교반혼합조작에 의해 화학반응을 행하게 하고, 반응부생물을 계외로 배출함으로써 역반응을 억제하여, 반응이 촉진되는 반응계에 사용되는 회분식 (回分式) 교반장치에 관한 것이다.

종래, 교반혼합용의 회분식 교반장치로서는, 입형원통상의 용기내에 헤리칼리본 날개 등의 교반날개를 가지는 교반장치가 사용되고 있다. 이런 종류의 관련기술로서는 일본국 특개 평 3-262524호 공보를 예로 들 수 있다.

종래의 교반장치에 있어서는 1회분당 처리량을 늘려 가면, 스케일업하는 면에서 이하와 같은 문제가 있었다.

(1) 반응에 의해 생기는 부생물은 용기 내의 기체액체 계면으로부터 계외로 배출되는데, 스케일업비가 크게 됨에 따라, 처리액 장입량에 대한 기체액체계면적이 작아져 부생물의 배출성이 나빠진다. 그 결과, 반응에 필요한 시간이 길어진다.

(2) 부생물이 계외로 배출될 때에는 외부로부터 증발 잠열분의 열량을 부여하지 않으면 안된다. 종래의 교반장치에서는, 가열면은 쟈켓면뿐이고, 스케일업비가 커짐에 따라 처리액 장입량에 대한 가열면적은 작아진다. 그 결과, 가열에 필요한 시간이 길어지고, 1회분당 운전시간도 길어진다.

(3) 또, 종래의 용기에서는 처리액 발취노즐이 용기하부의 1개소뿐인 동시에, 설치가능한 노즐사이즈에도 제한이 있기 때문에 처리액 발취에 시간이 걸리고 발취 초기와 종료시와의 제품품질에 열이력(熱履歷)의 차이에 의한 차가 생길 가능성이 있다.

(4) 교반장치가 커짐에 따라 교반동력도 늘어나 그 교반열이 외부로부터 뺏는 열량보다 크면, 처리액의 온도가 상승된다. 그 온도상승에 의해 처리액의 품질에 영향을 미친다.

상기 (1)∼(4)의 과제는, 교반장치가 대형화됨에 따라 문제가 현저히 나타나게 된다.

본 발명의 목적은, 증대한 처리량에 대해서도 효과적으로 교반처리를 행할 수 있는 교반장치 및 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 처리시간이 단축된 교반장치 및 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 (1)-(4)의 과제를 해결한 회분식 교반장치 및 방법을 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에 의한 교반장치의 일 실시예를 나타내는 정면도,

도 2는 도 1에 나타내는 교반장치의 측면도,

도 3은 교반중에 형성되는 증발표면을 나타내는 도,

도 4는 교반중에 발생하는 처리액의 흐름을 나타내는 도,

도 5는 본 발명에 의한 교반장치의 다른 실시예를 나타내는 정면도,

도 6은 도 5에 나타내는 교반날개의 부분확대도,

도 7은 본 발명에 의한 교반장치의 다른 실시예를 나타내는 측면도,

도 8은 본 발명에 의한 교반장치의 일 실시예를 나타내는 정면도,

도 9는 도 8에 나타내는 교반장치의 측면도,

도 10은 교반중에 형성되는 증발표면을 나타내는 도,

도 11은 교반중에 발생하는 처리액의 흐름을 나타내는 도.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: 조벽(槽璧) 2: 측벽

3: 처리액 투입노즐 4: 진공노즐

5: 처리액 배출노즐 6: 회전이축(回轉耳軸)(교반축)

7: 테두리부재 8, 15: 교반날개부재

9, 16: 외주판 10, 17: 내주판

11: 베어링 12: 구동장치

13: 2중관식 회전이음매 14: 가열냉각용 매체공급장치

본 발명의 교반장치는, 상기 목적을 달성하기 위하여 이하와 같은 장치구조를 가지는 것을 특징으로 한다.

수평으로 설치된 타원 또는 원통상 용기 내의 길이방향에, 용기벽면과 미소한 간극을 유지하면서 스파이럴상으로 감겨진 연속된 부재 또는 복수의 링상부재를 연결한 구조의 교반날개를 가지는 교반장치에 의해 해결된다. 교반중, 교반날개 1피치마다 조의 길이방향과 수직인 방향에 기체액체계면이 형성되기 때문에, 기체액체계면적이 증가하여 반응부생물의 배출성능이 향상될 수 있고, 반응에 필요한 시간이 단축된다.

쟈켓에 더하여 교반날개부재에 중공부재를 사용함으로써, 중공부에 용기외부로부터의 열매체 공급장치에 의해 가열 또는 냉각된 열매체를 내부로 흐르게 할 수 있게 되고, 장입량당 전열면적이 늘어나 가열시간이 단축된다.

용기하부 길이방향으로 복수개의 발취용 노즐을 가짐으로써, 처리액 발취시간이 단축된다.

또한, 스파이럴상의 부재의 외주에 용기벽면과 미소한 간극을 유지하면서, 상기 스파이럴상 부재보다 감김피치를 넓게 하여 스파이럴상으로 불연속으로 감겨진 복수의 부재로 구성되는 2중 스파이럴 구조의 교반날개 및, 이 교반날개를 상기 용기의 양단에서 회전가능하게 지지하는 회전이축(耳軸)으로 구성된다.

상기 교반날개부재에 냉각용의 열매체를 흐르게 함으로써, 장입량당 제열면적이 늘어나, 교반에 의한 과열량분을 적절하게 제열할 수 있다.

(실시예)

본 발명의 일 실시예를 도 1, 2에 의해 설명한다. 본 실시예는 교반혼합조작에 의해 화학반응을 행하게 하고, 반응부생물을 계외로 배출함으로써 역반응을 억제하고, 반응이 촉진되는 반응계에 스파이럴상으로 감겨진 연속된 부재의 교반날개를 가지는 교반장치이다.

도 1, 2는 본 실시예의 구성을 나타내는 정면도 및 측면도이다. 본 실시예에 관계되는 교반장치는 크게 나누어 교반조, 교반날개 및 구동장치에 의해 구성된다.

교반조는 타원 또는 원통상의 조벽(1), 측벽(2)에 의해 구성된다. 이 교반조 상부에는 단수 또는 복수개의 처리액 투입노즐(3), 진공노즐(4) 및 처리액 배출노즐(5)이 설치되어 있다. 또한, 처리액의 장입량에 따라, 이들 노즐의 설치위치, 사이즈 및 개수가 결정된다.

교반날개는, 상기 용기 길이방향의 양단에 설치된 회전이축(6)의 사이에 설치된 막대기상의 테두리부재(7)와 테두리부재에 설치된 스파이럴상으로 감겨진 연속된 교반날개부재(8), 교반날개부재 외주부에 용기 길이방향에 수직인 방향으로 또 미소한 간극으로 설치된 외주판(9) 및 내주부에 용기 길이방향과 수직인 방향으로 설치된 내주판(10)에 의해 구성된다. 또, 교반날개부재(8)는 용기중앙부에서 서로 역으로 감겨지도록 설치되어 있다. 또, 교반날개는 회전이축(6)을 베어링 (11)에 의해 지지되어 있다. 또한, 교반날개부재(8) 및 조벽(1)의 제작공차에 의해 생기는 조벽(1)과 외주판(9)과의 간극을 일정하게 하기 위하여, 외주판(9)의 외주치수를 조절하여 설치한다.

교반날개를 구동하기 위한 구동장치(12)는 회전이축(6)의 일단에 설치되어 있다.

또한, 반구동측의 회전이축(6)에는, 교반날개부재(8)의 내부에 가열냉각용 매체공급장치(14)에 의해 가열 또는 냉각된 열매체를 순환시키기 위한 2중관식 회전이음매(13)가 설치되어 있다.

다음에 상기와 같이 구성한 교반장치의 동작에 대하여 설명한다. 처리액은 처리액 투입노즐(3)로부터 용기내로 투입되고, 액면위치가 회전이축(6) 부근까지 장입된다. 교반중, 교반날개부재(8)에 부착된 처리액(20)(도 3)은, 교반날개의 회전에 수반하여, 교반축(6) 이상까지 들어올려진 후, 자유낙하에 의해 늘어뜨려지고 교반날개부재(8)의 각 피치마다 도 3에 나타내는 바와 같은 얇은 액막을 형성한다. 교반중, 반응에 의해 생긴 부생물은 이 얇은 액막표면(22)으로부터 효율좋게 증발된다. 그 후, 부생물은 진공노즐(4)을 통해 교반장치 바깥으로 배출된다. 또, 교반중, 처리액에는 교반날개부재(8), 외주판(9) 및 내주판(10)에 의해 용기중앙부로 모여지는 작용이 작동되기 때문에, 용기 전체적으로는 도 4에 나타내는 바와 같은 처리액의 흐름(24)이 새기고, 처리액은 균일하게 혼합된다. 반응중, 부생물의 증발에 의해 빼앗기는 열은, 처리액보다 높은 온도의 가열용 유체를 가열냉각용 매체공급장치(14)→2중관식 회전이음매(13)→회전이축(6)→교반날개부재(8)→테두리부재(7)→회전이축(6)→2중관식 회전이음매(13)→가열냉각용 매체공급장치(14)의 경로로 순환시킴으로써 가열된다. 또, 고점도 처리액 교반중에 생기는 교반열은, 처리액보다 낮은 온도의 냉각용 유체를 가열냉각용 매체공급장치(14)→2중관식 회전이음매(13)→회전이축(6)→교반날개부재(8)→테두리부재(7)→회전이축(6)→2중관식 회전이음매(13)→가열냉각용 매체공급장치(14)의 경로로 순환시킴으로써 제열된다. 반응이 종료된 처리액은, 용기하부에 복수개 설치된 처리액 배출노즐(5)로부터 단시간내로 배출된다.

본 발명의 다른 실시예를 도 5, 도 6 및 도 7에 의해 설명한다. 도 5, 6 및 도 7은 복수배치한 링상의 부재를 연결한 구조의 교반날개를 가지는 교반장치이다.

교반날개는, 용기 길이방향으로 설치된 2개의 회전이축(6)의 사이에 설치된 막대기상의 테두리부재(7)와 테두리부재에 설치된 복수의 링상 교반날개부재(15), 교반날개부재 외주부에 조벽(1)과 수직인 방향 또 미소한 간극으로 설치된 외주판 (16) 및 내주부에 조벽(1)과 수직인 방향에 대하여, 일정 각도를 갖고 설치된 내주판(17)에 의해 구성된다. 또, 내주판(17)은 일정주기마다 조벽(1)과 수직인 방향에 대하여 이루는 각도가 역방향으로 되도록 설치되어 있다. 다른 장치구성에 대해서는 상술한 실시예와 같다.

다음에, 상기와 같이 구성한 교반장치의 교반중의 동작에 대하여 도 7에 의해 설명한다. 교반날개부재(15)에 부착된 처리액은 내주판(17)을 따라 늘어뜨려지고, 얇은 액막을 형성한다. 이 때, 내주판(17)은 일정주기마다 서로 역방향으로 되도록 설치되어 있기 때문에, 교반날개의 회전에 수반하여 처리액은 교반날개부재의 좌우로 번갈아 나누어지면서 늘어뜨려진다. 이 동작이, 용기 길이방향으로 복수 배치된 각 교반날개부재에 있어서 행해지기 때문에, 용기내의 처리액은 균일하게 혼합된다. 다른 장치 동작에 대해서는 상술한 실시예와 같다.

이상에 의해 종래의 회분식 교반장치에 비하여, 열화 등의 악영향이 적고 또 단시간에 처리액을 처리할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예를 도 8, 도 9에 의해 설명한다. 본 실시예는, 교반혼합조작에 의해 화학반응을 행하게 하고, 반응부생물을 계외로 배출함으로써 역반응을 억제하고, 정반응이 촉진되는 반응계에 본 교반장치를 적용한 것이다.

도 8, 도 9는 본 실시예의 구성을 나타내는 정면도 및 측면도이다. 본 실시예에 관계되는 교반장치는 크게 나누어 교반조, 교반날개 및 구동장치에 의해 구성된다.

교반조는 긴 원 또는 원통상의 조벽(1), 측벽(2)에 의해 구성된다. 이 교반조 상부에는 단수 또는 복수개의 처리액 투입노즐(3) 및 부생물 배기용 노즐(4)이, 또 교반조 하부에는 단수 또는 복수개의 처리액 배출노즐(5)이 설치되어 있다. 또한, 처리액의 장입량에 따라 이들 노즐의 설치위치, 사이즈 및 개수가 결정된다.

교반날개는 상기 교반조 길이방향의 양단에 설치된 회전이축(6)의 사이에 설치된 막대기상의 테두리부재(7)와 테두리부재에 스파이럴상으로 연속적으로 감겨진 코일상의 교반날개부재(8) 및, 이 부재의 외주에 용기벽면과 미소한 간극을 유지하면서, 상기 스파이럴상 부재보다 감김피치를 넓게 하여 스파이럴상으로 불연속적으로 감겨진 복수의 추가 교반날개부재(8A)로 구성된다. 또한, 교반날개부재(8) 및 추가 교반날개부재(8A)는 용기중앙부에서 서로 역으로 감겨지도록 설치되어 있다. 이 때, 교반날개부재(8) 및 추가 교반날개부재(8A)는, 감김피치가 각각 날개외경 (교반날개부재의 권외경)에 대하여 10 내지 20% 및 200 내지 400%로 되는 범위에서 감겨진다. 또한, 교반날개는 회전이축(6)을 베어링(10)에 의해 지지하고 있다. 또한, 교반날개 및 조벽(1)의 제작공차에 의해 생기는 조벽(1)과 추가 교반날개부재 (8A)와의 간극을 일정하게 하기 위하여, 추가 교반날개부재(8A)의 외주치수를 조절하여 설치한다.

교반날개를 구동하기 위한 구동장치(11)는 회전이축(6)의 일단에 설치되어 있다.

또한, 반구동측의 회전이축(6)에는, 교반날개부재(8)의 내부에 가열냉각용 매체공급장치(14)에 의해 가열 또는 냉각된 열매체를 순환시키기 위한 2중관식 회전이음매(13)가 설치되어 있다.

다음에, 상기와 같이 구성한 교반장치의 동작에 대하여 설명한다. 처리액은 처리액 투입노즐(3)에 의해 용기내로 투입되고, 액면위치가 회전이축(6) 부근까지 장입된다(전용량에 대한 장입율 50 내지 65%). 교반중, 교반날개부재(8) 및 추가 교반날개부재(8A)에 부착한 처리액(20)(도 10)은, 교반날개의 회전에 수반하여 교반축(6) 이상까지 들어올려진 후, 자유낙하에 의해 늘어뜨려지고 교반날개부재(8)의 각 피치마다 도 10에 나타내는 바와 같은 얇은 액막의 증발표면(21)을 형성한다. 교반중, 반응에 의해 생긴 부생물은 이 증발표면(21)으로부터 가스화되고, 효율좋게 증발된다. 그 후, 부생물은 부생물 배기용노즐(4)을 통해 교반장치외로 배출된다. 또한 교반중, 처리액에는 코일상 부재 및 교반날개부재(8)의 이송작용에 의해 용기중앙부로 모여지는 작용이 동작하기 때문에, 용기전체로서는 도 11에 나타내는 바와 같은 처리액 흐름(24)이 생기고, 처리액은 균일하게 혼합된다. 반응중, 부생물의 증발에 필요한 열량은, 교반열 이외에 처리액보다 높은 온도의 가열용 유체를 가열냉각용 매체공급장치(14)→2중관식 회전이음매(13)→회전이축(6)→교반날개부재(8)→테두리부재(7)→회전이축(6)→2중관식 회전이음매(13)→가열냉각용 매체공급장치(14)의 경로로 순환시킴으로써 외부로부터 흡열된다. 또, 고점도 처리액 교반중에 생기는 불필요한 교반열은, 처리액보다 낮은 온도의 냉각용 유체를 상동 경로로 순환시킴으로써 배열된다. 반응이 완료된 처리액은, 용기하부에 복수개 설치된 처리액 배출노즐(5)로부터 단시간내로 배출된다.

이하에, 본 발명자가 행한 같은 장입량의 종래형 회분식 교반장치에 대한 본 발명의 효과에 대하여 비교한 결과를 표 1에 나타낸다.

종래 장치로서는 더블헤리칼리본 날개를 가지는 원뿔형상의 입형교반조(조높이: 5.1m, 조직경: 4.1m. 장입량:25㎥)를 상정하고, 실시예 장치로서는 가로형 교반상(가로 길이:6.4m, 조직경:3.2m, 장입량:25㎡, 코일경:직경 165.2mm, 코일권외경:직경 2.85m, 코일권수:14권)를 상정하여, 기하학계산에 의해 비교하였다.

	종래 장치	실시예 장치
처리액 장입량비	1	1
조 직경비	1	0.78
기체액체계 면적비	1	2.7
전열면적비	1	3.7

이상에 의해, 본 발명의 교반장치는 같은 장입량의 종래형 회분식 교반장치와 비교하여 기체액체계면적 및 전열면적이 크기 때문에, 필요열량의 공급 또는 제거를 행하면서 종래장치와 비교하여 1회분당 처리시간을 단축할 수 있다.

본 발명에 의하면, 교반혼합조작에 의해 화학반응을 행하게 하고, 반응부생물을 계외로 배출함으로써 역반응을 억제하고, 반응이 촉진되는 반응계에 대하여 같은 장입량의 종래형 회분식 교반장치와 비교하여, 필요열량의 공급 또는 제거를 행하면서 종래장치와 비교하여 1회분당 처리시간을 단축할 수 있다.

Claims (14)

1. 수평으로 설치된 타원 또는 원통상용기와, 이 용기내의 길이방향으로 용기벽면과 미소한 간극을 유지하면서 스파이럴상으로 연속적으로 감겨진 부재로 구성된 교반날개와, 이 교반날개를 상기 용기의 양단에서 회전가능하게 지지하는 회전이축으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 교반장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 스파이럴상으로 감겨진 연속된 부재의 권회방향이, 상기 용기 길이방향의 중앙부로부터 한쪽 끝단측과 다른쪽 끝단측에서 서로 역으로 감겨지는 것을 특징으로 하는 교반장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 스파이럴상으로 감겨진 연속된 부재 대신에, 복수의 링상 부재를 연결한 구조의 교반날개를 가지는 것을 특징으로 하는 교반장치.
4. 제 1항 내지 제 3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 교반날개를 중공부재로 구성하고, 이 중공부재의 내부에 가열 또는 냉각용의 열매체를 흐르게 하는 것을 특징으로 하는 교반장치.
5. 제 1항 내지 제 3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 용기 길이방향의 액흐름을 형성하기 위하여, 상기 날개부재의 외주 및 내주측에 용기반경방향으로 판을 연속 또는 불연속적으로 설치한 교반날개를 가지는 것을 특징으로 하는 교반장치.
6. 제 1항 내지 제 3항 중의 어느 한 항에 있어서, 타원 또는 원통상 용기하부에 복수개의 발취용 노즐을 가지는 것을 특징으로 하는 교반장치.
7. 수평으로 설치된 타원 또는 원통상 용기 내에서 처리액을 교반할 때에, 이 용기의 길이방향으로 수직인 방향에 기체액체 경계면을 형성시키는 것을 특징으로 하는 교반방법.
8. 제 7항에 있어서, 상기 기체액체 경계면은 상기 길이방향으로 이산되어 복수개 형성되는 것을 특징으로 하는 교반방법.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 교반날개는,

   상기 용기내의 길이방향으로 용기의 내경보다 작은 외경으로 스파이럴상으로 연속적으로 감겨진 제 1스파이럴상 부재와, 이 부재의 외주에 용기벽면과 미소한 간극을 유지하면서 상기 제 1스파이럴상 부재보다 감김피치를 크게 하여 스파이럴상으로 불연속적으로 감겨진 복수의 제 2스파이럴상 부재로 구성되는 것을 특징으로 하는 교반장치.
10. 제 9항에 있어서, 상기 2중 스파이럴을 구성하는 부재의 권회방향이, 상기 용기길이방향의 중앙부로부터 한쪽 끝단측과 다른쪽 끝단측에서 서로 역으로 감기는 것을 특징으로 하는 교반장치.
11. 제 10항 또는 제 11항에 있어서, 상기 교반날개에 있어서 좁은 감김피치로 스파이럴상으로 연속적으로 감겨진 부재를 중공부재로 하고, 이 중공부재의 내부에 가열 또는 냉각용의 열매체를 흐르게 하는 것을 특징으로 하는 교반장치.
12. 제 9항 내지 제 10항 중의 어느 한 항에 있어서, 타원 또는 원통상 용기하부에 복수개의 발취용 노즐을 가지는 것을 특징으로 하는 교반장치.
13. 제 1항 기재의 교반장치에 의해 처리액을 교반할 때에, 상기 처리액을 용기전체용량의 50 내지 65%의 범위에서 장입하는 것을 특징으로 하는 운전방법.
14. 제 1항 기재의 교반장치에 의해 처리액을 교반할 때에, 상기 처리액의 점도에 따라 교반날개 회전수를 1 내지 40rpm의 범위에서 가변하여 운전하는 것을 특징으로 하는 운전방법.

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