KR100377693B1 - 유체원료공급과 유체생산용 시스템 및 일괄식 공정처리 수행방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 장치는 각각의 내부에 설치되어 두 개의 체임버(C1, C2)를 형성하는 분리기구(10)를 구성요소로 하는 최소 하나의 압력용기(V1)를 포함한다. 상기의 분리기구(10)는 두 개의 체임버(C1,C2)사이를 밀폐하며 왕복 미끄럼운동한다. 원료는 대용량 저 헤드모드로 작동하는 원료공급펌프(P1)에 의해 상기 제 1 체임버에 인접하는 제 2 체임버로 공급된다. 압축기(P2)는 소용량 고압모드로 작동하여 작업유체 및 압력용기내의 원료를 공정처리 작동압력으로 가압한다. 순환펌프(P3)는 대용량, 저 헤드 모드로 작동하여 원료를 전 공정으로 순환시킨다. 제 4펌프(P4)는 공정처리 압력 이하의 압력에서 원료 및 생성물을 이송시킨다.

Description

유체원료공급과 유체생산용 시스템 및 일괄식 공정처리 수행방법

일반적으로 물, 수용액 또는 슬러리 등과 같이 본질적으로 압축할 수 없는 액체에 압력을 가할 것이 요구되는 공정에서, 유체조작장치의 크기는 조건으로 지정된 최대압력에서 희망하는 최대 처리량이 어떤가에 따라 정해진다. 가압이 기계적인 펌핑, 수두(Hydraulic Head), 가열 또는 이들을 결합한 결과일 수 있는 유체 조작장치의 크기를 정하는 분야에서 이러한 기술들은 잘 알려져 있다. 대용량의 유량 조작에 대해서, 각 공정에서 유체를 가압하고 동시에 이송시키기 위해서는 고용량 헤드 펌프가 필요하다. 생성물은 전형적으로 드로틀밸브를 이용하여 가압공정에서 벗어나게 된다.

그러므로 본 발명의 목적은 안정된 처리공정을 위한 조건을 유지하는 상태에서 새로운 원료를 공급하거나 처리된 생성물을 제거하는 동안 상승된 압력에서 연속적인 또는 반-연속적인 작동을 가능하게 하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 장치 및 방법은 유체의 순환 또는 흐름과 별도로 압축할 수 있는 본질적으로 압축 불가능한 유체의 특성을 이용한다.

본 발명에 따른 장치는 바람직하기로 한 쌍의 압력용기를 포함하는데, 이때 각 압력용기는 내부를 두 개의 체임버로 분리하는 분리기구를 구비하고 있다. 이 분리장치는 두 개의 체임버 사이를 밀폐한다. 바람직하기로 작업유체는 중력작용에 따른 공급 또는 펌핑에 의한 강제공급등으로 상기 체임버중 제 1 체임버에 수용된다. 원료는 상기의 제1 체임버와 인접한 제 2체임버에 대용량의 저 헤드 모드를 갖는 원료공급펌프에 의해 공급된다. 압축기는 소용량의 고압 모드에서 작동하여 압력용기내의 상기 작업유체와 원료를 공정처리압력으로 압축한다. 순환펌프는 대용량, 저헤드 모드에서 작동하며 처리공정에서 원료를 순환 하는 역할을 한다. 제 3 펌프는 공정처리 압력과 낮은 압력에서 공급원료와 생성물을 전달하는 역할을 한다.

본 발명에 따른 방법은, 각각이 내부를 제 1 체임버 및 제 2 체임버를 분리하도록 하여서 각 체임버의 작업유체 및 원료 또는 생성물 중 하나가 서로 섞이지 않도록 하는 분리기구를 구비하는 최소 하나의 압력용기, 바람직하기로는 최소 한쌍의 압력용기를 제공하는 단계로 시작된다. 압력용기의 하나의 체임버인 제 1 체임버는 원료로 채워지며, 동일 압력용기의 다른 하나의 체임버인 제 2 체임버는 작업유체로 채워져서 압력용기가 본질적으로 작업유체 및 원료가 충만된 상태로 한다. 한 쌍의 압력용기중 다른 하나의 압력용기의 상부체임버는 작업유체로 채워지는 반면 하부체임버는 소량의 생성물이 가압되도록 수용된다. 압축기는 소용량의고압모드에서 작동하여 한 쌍의 압력용기를 처리공정 작동압력으로 가압한다. 처리공정 압력에 도달하면, 압축기는 격리되고 순환펌프가 작동하여 대용량의 저압력차이모드에서 원료를 처리공정으로 순환시킨다. 하부체임버가 생성물로 충만된 후에 처리공정은 격리되고, 압력용기의 압력은 갑압되며, 순환펌프는 공정처리압력 이하에서 원료 및 생성물을 이송시키기 위해 사용된다.

본 발명의 중요한 과제는 본 명세서의 이하 부분에서 상세히 설명될 것이다. 작동을 위한 구체적인 발명의 구성 및 방법은 이하에 첨부되는 도면을 참조하여 목적 및 효과와 관련하여 설명될 것이며, 동일한 요소에는 동일한 참조번호를 사용하였다.

본 발명은 일반적으로 일괄처리식 (Batch -Wise) 연속 펌핑 장치 및 방법에 관한 것이며, 특히, 새로운 공급원료를 도입하거나 공정처리된 생성물을 제거하는 동안 연속적인 또는 반-연속적인(Semi-continuous) 처리공정의 작동을 가능하게 하고, 또한 처리공정의 압력을 유지하도록 하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

도 1은 단일 압력용기 시스템의 개요도이며,

도 1a는 원료를 도입하는 동안의 단일 압력용기 시스템의 개요도이며,

도 1b는 가압하는 동안의 단일 압력용기 시스템의 개요도이며,

도 1c는 처리공정의 가압작동 증에 단일 압력용기 시스템의 개요도이며,

도 1d는 풍선식( bladder ) 분리기구의 단면도를 도시한 도면이며,

도 1e는 벨로우즈식 분리기구의 단면도를 도시한 도면이며,

도 1f는 피스톤식 분리기구의 단면도를 도시한 도면이며,

도 2는 압력용기 한 쌍의 개요도를 도시한 도면이며,

도 2a는 원료의 공급과 동시에 가압을 실행하는 과정에서 압력용기 시스템 한 쌍의 개요도이며,

도 3은 작업 유체를 가지는 압력용기 시스템 한 쌍의 개요도이며,

도 3a는 원료의 공급하에서 작업유체를 가지는 압력용기 시스템의 한 쌍의 개요도이며,

도 3b는 가압하에서 작업유체를 가지는 압력용기 시스템 한 쌍의 개요도이며,

도 3c는 처리공정의 가압작동 중에 작업유체를 가지는 압력용기 시스템 한쌍의 개요도이며,

도 4는 작업 유체를 가지는 압력용기 시스템의 여러 쌍의 개요도이며,

도 4a는 원료공급펌프를 경유하여 원료의 공급하는 과정하에서 작업유체를 가지는 압력용기 시스템의 여러 쌍의 개요도이며,

도 4b는 원료공급펌프 및 작업유체펌프를 경유하여 원료를 공급하는 과정하에서 작업유체를 가지는 압력용기 시스템 여러 쌍의 개요도이며,

도 4c는 가압처리하는 공정 중에 작업유체를 가지는 압력용기 시스템 여러 쌍의 개요도이다.

본 발명에 따른 장치는 본질적으로 일정한 압력에서 공정을 행하도록 하는 유체 원료 공급 및 유체 생산 시스템이다. 작업대상 유체를 가진 단일 압력 용기에서부터 복수개의 압력용기까지의 몇가지 실시예가 이하에서 설명된다.

단일 압력 용기 시스템

본 발명에 따른 일 실시예가 도 1에 도시된다. 제 1 압력용기(V1)는 용기내에 두 개의 체임버를 형성하는 분리기구(10)를 포함한다. 분리기구는 두 개의 체임버를 미끄러지면서 격리한다. 제 1 압력용기(V1)에서 두 개의 체임버는 제 1 체임버(C1) 및 제 2 체임버(C2)이다.

분리기구(10)는 그 양쪽에 담겨질 유체가 섞이지 않도록 하는 어떤 분리장치라도 좋다. 예를 들면, 도 1d, 도 1e 및 도 1f 에 각각 도시한 바와같이 늘이거나 줄일 수 있는 풍선식(10a)이나 또는 벨로우즈식(10b) 또는 링형의 밀폐기구(10c1)을 포함하며 미끄럼 왕복하는 피스톤식(10c)등이 있다. 엄격한 화학적 환경하에서 밀페기구, 피스톤, 풍선, 벨로우즈등은 이. 아이 듀퐁 드 느무르( E. I Dupont de Nemours )사의 제품인 칼레즈(Kalrez ) 또는 케블라(Kevlar)등을 사용할 수 있다. 또한, 원료 또는 생산품의 화학작용에 따라, 분리기구의 물질을 금속제품, 고무제품 또는 중합체 등으로 구성할 수 있다. 누출 등의 공정에서의 이상이 있는 경우, 분리기구(10)는 그 능력을 초과하는 압력차이를 받게 된다. 이러한 초과 압력 조건은 수동제어기 또는 능동제어기에 의해 피할 수 있다. 수동제어기는 분리기구,특히 피스톤식의 분리기구에 놓여질 수 있는 파열판(rupture disc ) 및 안전밸브(relief valve)를 포함하도록 구성된다. 능동제어기는 자동화된 압력 감지를 이용하는 되먹임 제어회로를 포함하여 적절한 제어밸브의 작동으로 초과 압력 차이를 경감할 수 있도록 한다.

두 개의 펌프(P1 및 P3)는 두 개의 펌핑 모드를 갖도록 사용된다. 여기에서 응용된 것처럼, 주기적으로 작동하는 펌프는 특별한 펌핑 모드에서 하나 또는 복수개로 간주된다.

펌프의 형태는 지정된 처리압력으로 액체를 공급하기 위해 적합한 것으로, 예를 들면 용적이송식 (positive displacement ), 원심식, 왕복운동식 또는 이들의 결합으로 이루어 질 수 있다. 압축기(P2) 는 처리공정에서의 압력을 유지하기 위하여 사용된다. 압축기의 형식으로는 예를 들면 단상 또는 다상의 유압증폭기(hydraulic amplifier) 또는 펌프가 사용될 수 있다. 주기적으로 작동하는 압축기는 하나 또는 복수개의 압축기와 관련될 수 있다.

공급펌프(P1)는, 본질적으로 압축이 안되는 공급 유체를 작은 차이의 압력 부담으로 하여 제 1 체임버(C1)와 연결된 제 2체임버(C2)에 대용량의 유체가 유입하도록 한다. 이송작동으로 체임버(C1)내의 생성물은 밸브(104)를 통해 생성물 출구로 이동된다.

압축기(P2)는 처리중의 압력을 유지시키는 용도로 사용된다. 압축기(P2)가 펌프인 경우, 압축되는 유체의 큰 차이의 압력부담으로 하여 저용량의 유체가 제 1 체임버(C1) 및 꼭대기의 체임버(C3)으로 흐르게 한다.

생성물은 본질적으로 잘 압축되지 않으며, 공급원료 역시 잘 압축되지 않으므로, 어떤 처리 압력으로 제 1 체임버(C1)내의 생성물을 압축하는 것은 제 2 체임버(C2)내의 공급원료를 압축하는 결과를 가져오고 그래서 전체 제 1 압력용기(V1)에 압력이 가해지게 된다.

순환펌프(P3)는 생성물을 이송시키는 데 사용되며, 그리하여 공급원료를 해당 공정처리 압력에서 처리되도록 이송한다. 다른 방법으로 순환펌프(P3)는 밸브(112)의 하래로 흐르는 원료공급 라인에 설치될 수도 있다. 순환펌프(P3)가 본질적으로 공정처리 압력에서 작동하므로, 시스템 및 처리공정을 통과하는 공급원료 유체와 생성물 유체의 유체저항만을 극복할 정도의 크기로 제작될 수 있다. 시스템을 처리 압력으로 되도록 할 정도의 용량이 필요한 것은 아니다.

제 1 밸브들은 생성물 출구를 격리시키는 데 사용되며(밸브 102,밸브104), 또한 제 1 압력용기(V1)가 공급원료를 공급받은 이후 원료공급펌프를 압력용기로부터의 격리시키는 데 사용된다(110).

제 1 밸브들의 고립은 제 1 압력용기(V1)가 일정의 처리 압력으로 가압되도록 한다.

제 2 밸브(밸브112)는 원료의 흐름이 처리공정으로 향하도록 한다.

작동은 처리공정에서 공급원료를 가압하고 비우는 과정으로 이루어진다. 원료를 공급하는 과정은 도 1a에 도시된 바와같다. 밸브(102), 밸브(103) 및 밸브(112)는 닫혀서 제 1 압력용기(V1)를 처리공정의 압력과 격리한다. 제 1 체임버(C1)은 처리공정으로부터 생성물을 담고 있으며, 제 2 체임버(C2)는 사용되지 않은 원료를 담고 있다. 원료 공급 펌프(P1)가 가동을 시작하면 밸브(110)과 함께 밸브(104)가 열리게 된다. 공급원료가 제 2 체임버(C2)로 공급되면서, 생성물은 밸브(104)를 통하여 이동하고, 분리기구(10)는 제 1 체임버(C1)방향인 위쪽으로 이동한다.

원료의 공급과 생성물의 제거가 끝나면, 제 1압력용기(V1)는 도 1b에 도시된 바와 같이 가압된다. 밸브(104)과 밸브(110)는 닫히게 되고, 밸브(103)은 열리게 된다. 압축기(P2)는 제 1 압력용기(V1)를 가압하여 처리 압력으로 가압한다.

처리압력에 도달하게 되면, 도 1c에 도시한 바와같이 처리공정 압력작동이 시작된다. 밸브(102)와 밸브(112)가 열려서 순환펌프(P3)가 생성물을 제 1 체임버(C1)으로 이송하고 제 2체임버(C2)의 공급원료를 제거하도록 한다. 처리공정의 가압작동이 공급원료를 비우는 것에 의해 지시된 것으로 완성되면, 공급원료의 공급과정이 반복된다.

화학공정분야에서 통상의 지식을 가진자에게 분명한 점은 원료공급과정에서 처리공정이 쉬고 있는 데서 이러한 기술이 응용될 수 있다는 것이다. 최소한 두 개의 압력용기를 사용하는 경우의 실시예를 이하에서 설명한다.

한 쌍의 압력 용기 시스템

도 2에 도시한 제 2 압력용기 사용함으로써 처리공정 중의 허송하는 시간을 피할 수 있다. 제 1 압력용기(V1)가 설치되어 전술한 바와같이 작동한다. 제 2 압력용기(V2)가 부가되어 제 1압력용기(V1)가 공정처리 가압작동 중에 제 2압력용기(V2)는 원료를 공급하도록 한다. 제 2압력용기(V2)는 제 2압력용기(V2)내부의 상부 체임버(C3)와 하부 체임버(C4)를 나누는 제 2 분리기구(12)를 구비한다. 제 2 분리기구(12)는 분리기구(10)와 다르거나 동일하게 구성될 수 있다.

특히, 도 2a에 도시된 것과 같이, 제 1압력용기(V1)가 공정처리 가압작동 중에 밸브(104)와 밸브(110)은 닫히고, 반면 밸브(102), 밸브(103) 및 밸브(112)는 열린다. 동시에 제 2압력용기(V2)는 밸브(106) 및 밸브(110A)는 열리고, 반면 밸브(105), 밸브(108) 및 밸브(116)는 닫혀있는 상태에서 원료공급을 받게 된다.

제 1압력용기(V1)의 제 2체임버(C2)로부터 원료가 비워질 때, 제1압력용기(V1)는 전술한 단일 압력용기에서의 작동에 따라 밸브전환되어 공정처리의 가압작동에서 원료공급으로 되고, 반면 제 2압력용기(V2)는 전술한 단일 압력용기에서의 작동에 따라 밸브전환되어 원료공급에서 공정처리의 가압작동으로 되어, 단일 가압용기에서의 작동에서 보다 일괄처리사이의 시간을 매우 절약할 수 있게되었다.

또한, 화학공정분야의 당업자에게 분명한 점은 전술한 실시예의 한계로서 생성물과 원료가 섞이게 될 가능성 및 생성물과 원료사이에서 분리기구를 따라 열전달이 이루어지게 될 수도 있다는 것이다. 따라서, 최소한 한 쌍의 압력용기 및 작업유체를 사용하는 본 발명의 일 실시예를 추가로 설명하도록 한다.

작업유체를 갖는 한 쌍의 압력 용기 시스템

도 3을 참조하면, 제 1압력용기(V1)와 제 2압력용기(V2)가 한 쌍의 압력용기로 사용된다. 각 압력용기는 각 압력용기의 내부를 두 개의 체임버로 분리하는 분리기구를 포함하며, 각 분리기구는 두 개의 체임버를 미끄럼왕복운동하며 밀폐하고 있다.

본질적으로 압축되지 않는 작업유체의 공급원천(R1)은 두 개의 용기(V1) 및 (V2)에 모두 연결된다. 작업유체는 본질적으로 압축이 어려운 액체이며 물이라면 적합하다. 작업유체는 공급원천(R1)으로부터 중력작용 또는 펌핑에 의해 제 1 체임버(C1)로 이송되고 및/또는 상부 체임버(C3)에 이송된다. 작업유체는 바람직하기로는 시스템이 공정처리과정에서 분리될 때 전달되는 것이 바람직하다.

제 1 체임버(C1) 및 상부체임버(C3)의 압축은 동시에 또는 따로따로 이루어질 수 있다. 제 1체임버(C1) 및 상부체임버(C3)는 공정처리 동작에서의 압력과 본질적으로 동등한 정도로 가압된다. 작업유체 및 공급원료가 본질적으로 압축불가능하므로 체임버(C1)에서의 작업유체의 가압은 제 2 체임버(C2)내의 공급원료의 가압을 가져오고 그 결과 압력용기(V1)의 압력을 상승시킨다. 하부 체임버(C4)는 본질적으로 압축불가능한 반응 생성물을 수집하는데 사용되며, 제 2압력용기(V2)의 가압은 제 1압력용기(V1)에서의 가압과 유사한 방법으로 이루어진다.

압축기(P2)가 펌프라면, 공급원천(R1)으로부터의 작업유체를 파손된 라인에 의해 지시되는 것으로 사용할 수 있다.

작업유체를 포함하는 이 실시예에서, 순환펌프(P3)는 작업유체와 직접접촉하며 생성물과는 접촉하지 않는다.

제 1 밸브들은 제 1압력용기(V1)가 공급원료의 부하를 받은 이후, 작업유체 리져버(R1)를 격리하는 것들( 밸브(100), 밸브(102) 및 밸브(108))과 압력용기로부터의 원료공급펌프를 격리하는 밸브들( 밸브(110) 및 밸브(116)이 있다. 제 1 밸브의 격리는 압력용기가 공정처리 작동 압력으로 가압되도록 한다.

제 2 밸브들은 공급원료의 흐름이 압력용기의 하나로부터 처리공정으로 흐르게하고( 밸브(112)) 다른 압력용기로 생성물을 되돌아오게 한다(밸브(114)). 또한 제 2 밸브는 밸브(104)와 밸브(106)으로 하여금 공급원료 및 생성물로서의 작업유체를 흐르게 한다.

작동에서, 원료의 공급(도 3a)은 밸브(104), 밸브(106), 밸브(112) 및 밸브(114)를 닫는 것에 의해 이루어지며, 시스템으로부터 처리공정을 격리시키는것에 의한다. 밸브(110), 밸브(116), 밸브(102) 및 밸브(108)은 올리고 반면에 밸브(100)는 닫힌다. 압축기(P2)는 작동정지 되거나 전술한 것처럼 밸브를 닫는다. 작업 유체가 제 1 체임버(C1)으로부터 상부 체임버(C3)로 이송되는 동안 원료공급펌프(P1)는 원료를 제 2체임버(C2)로 이송시키고 하부 체임버(C4)로부터의 생성물을 이송한다.

원료의 공급이 끝난 후, 시스템 가압(도 3b)은 밸브(110)과 밸브(116)을 닫는 것에 의해 이루어진다. 압축기(P2)는 켜거나 밸브를 열어 제 1 압력용기(V1) 및 제 2 압력용기(V2)에 압력을 가한다.

시스템 가압에서 공정처리 가압작동은 밸브(102) 및 밸브(108)을 닫고 밸브(104), 밸브(106), 밸브(112), 밸브(114)를 여는 것에 의해 시작된다(도 3c).

작업유체를 가진 단일한 한쌍의 압력용기 시스템에서 원료와 생성물의 가압용기를 채우거나 비우는 동안 일괄처리의 공전시간이 남는 제한이 따른다는 점은 일괄식 처리공정분야에 대해 통상의 지식을 가진 자들에게 명확하다. 또한 일괄처리식 공급원료과 생성물은 독립적으로 처리되어야 한다. 그러나, 작업유체의 사용은 원료 또는 생성물에 펌핑설비의 노출을 제한한다. 다른 이익은 압력을 덜어내는 동안 작업유체가 감압용 오리피스를 부식시키는 입자들을 포함하고 있을 수도 있는 원료 또는 생성물 대신에 오리피스를 통해 작업유를 흘릴 수도 있다는 것이다. 따라서, 일괄처리공정의 공전시간이 적도록 하고 또한 원료와 생성물의 독립적인 조작이 가능하도록 하는 것으로, 작업유체를 포함하는 복수 쌍의 압력용기시스템을 설명하도록 한다.

작업유체를 갖는 복수 쌍의 압력 용기 시스템

도 4에는 복수쌍의 압력용기 시스템이 도시되어 있다. 제 1압력용기(V1) 및 제 2압력용기(V2), 펌프(P1) 및 (P3)와 리져버(R1), 압축기(P2) 그리고 밸브(100), (102), (104), (106), (108), (110), (112), (114), (116)는 도 3, 도 3a, 도 3b, 및 도 3c에 도시하고 전술한 것과 본질적으로 동일한 구성으로 동일한 작동을 한다.

도 4에는 분리기구(13) 및 (14)를 포함하는 원료용기(V3) 및 생성물용기(V4)이 첨부되며, 또한 펌프(P4) 및 부가되는 밸브기구가 포함된다. 분리기구(13) 및 (14)는 분리기구(10)과 유사하거나 다를 수 있다. 원료공급, 가압, 및 공정처리 가압작동은 전술한 작업유체를 포함하는 한 쌍의 압력용기에서와 본질적으로 동일한 동작을 한다. 그러나, 제 1압력용기(V1)와 원료용기(V3)사이의 연통을 허용하여, 처리공정으로 유입되는 원료의 비율은 처리공정으로부터 유입되는 생성물의 비율과 독립적일 수 있다.

제 1압력용기(V1)와 제 2압력용기(V2)는 전술한 작업유체를 갖는 한 쌍의 압력용기로 작동하며, 제 3 압력용기(V3) 및 제 4 압력용기(V4)는 제 2의 한 쌍으로 작동하여 제 1의 한 쌍 및 제 2의 한 쌍은 상호 교대로 작동하여 전체적으로는 본질적으로 연속적인 처리공정이 진행된다.

작업유체를 갖는 복수 쌍의 압력용기들의 작동을 설명하도록 한다. 처음의 시작에서 시스템은 본질적으로 대기압 상태에 놓여지고, 모든 밸브는 닫혀있고, 제 1압력용기(V1)의 제 1 체임버(C1)은 작업유체로 채워지고 제 2 체임버(C2)는 제 1압력용기(V1)의 아래쪽 근처에 분리기구(10)를 가진상태로 공급원료는 비어있다. 또한 제 2압력용기(V2)는 분리기구(13)가 용기의 위쪽 근처에 놓인 상태로 상부체임버(C3)에 작업유체를 담고 있으며, 하부체임버(C4)에는 생성물이 채워져있다. 제 3 압력용기(V3)은 상부체임버(C5)에 작업유체를 하부체임버(C6)에는 원료가 채워진 상태이다. 제 4 압력용기(V4)는 상부체임버(C7)가 작업유체로 채워지고 반면 하부 체임버(C8)는 생성물이 비어 있는 상태이다.

제 1단계는 제 1압력용기(V1)의 원료가 공급되고 제 2압력용기(V2)의 생성물이 제거되는 단계로서 전술한 작업 유체와 단일 한 쌍의 압력용기를 갖는 실시예의 것과 본질적으로 동일하다(도 3 및 도 3a). 그러나, 복수쌍의 시스템에서는, 밸브(102)와 밸브(108)은 닫혀 있고 반면 밸브(402)가 열려 있다. 밸브(404) 및 밸브(406) 역시 닫혀 있다.

다른 상태에서는 도 4b에 도시된 것처럼, lacking 밸브(402), 밸브(404), (406)을 열리고 밸브(408) 및 밸브(410)는 닫히며, 펌프(P4)는 원료 및 생성물을 전송하기 위한 펌프(P1)에만 의존한다. 동시에 제 3 압력용기(V3) 및 제 4 압력용기(V4)는 밸브(412) 및 밸브(414)가 열린상태로 압축기(P2)에 의해 가압된다.

또한, 제 1압력용기(V1) 및 제 2압력용기(V2)가 원료를 공급받는 동안, 제 3 압력용기(V3) 및 제 4 압력용기(V4)의 가압이 있은 후, 공정처리 가압작동은 시작된다(도 4c). 밸브(412) 및 밸브(414)는 닫히고, 밸브(416) 및 밸브(418)은 열려서 펌프(P3)는 공정처리 가압작동을 한다. 또한 밸브(420) 및 밸브(422)는 열린다.

제 1압력용기(V1) 및 제 2압력용기(V2)의 원료공급이 완성되고, 또한 제 3압력용기(V3) 및 제 4 압력용기(V4) 의 공정처리 가압작동이 완성되면 각각의 압력용기 쌍에서의 작동은 반복된다.

가압

본 발명에 따른 실시예의 어느 것에서나, 가압단계는 몇가지의 하위단계를 포함한다. 처리공정과 함께 가압된 압력용기를 결합시키기위한 밸브개방에 선행하여 가압된 압력용기내의 압력은 공정처리 압력과 본질적으로 동일하게 하는 것이 바람직하다. 공정처리 압력의 약 ±25%정도의 압력은 일반적으로 동일한 것으로 간주되며, 바람직하기로는 공정처리 압력의 ±10%가 좋고, 보다 바람직하기로는 ±5%가 좋다. 압력지시기는 어떤 형태이든 무방하지만, 원격적으로 읽을 수 있다면 바람직하고 컴퓨터 또는 전자제어에 의한 검출이 사용된다면 보다 바람직하다.

밸브기구

이해를 쉽게하기 위하여 도면상에는 단일한 밸브들로 도시하였지만, 제어밸브에 부가되는 격리밸브들이 추가되는 것은 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게는 당연한 것으로 여겨진다. 예를 들면 제어밸브는 한 쌍의 격리밸브 및/또는 바이패스밸브에 의해 둘러싸여 제어백브의 유지 교체를 가능하도록 한다.

예를들면 생성물의 유로등의 일방향 유로에는 체크밸브등이 사용될 수 있다. 또한 작동상태를 감시하기 위한 부가적인 게이지 및 게이지 격리 밸브가 표준산업실무에 따라 사용될 수 도 있다.

제어밸브는 수동적으로 또는 전자식, 공압식 또는 유압식에 의한 원격제어로 작동되는 것으로 한다. 또한 제어시스템은 밸브에 대한 원격제어를 가능하게하고,또한 순차적인 밸브, 펌프 및 압축기의 작동을 제어하는 소프트웨어 명령으로 컴퓨터에의해 제어되도록 할 수 있다.

예 1

종래의 원료공급조작과 본 발명에 따른 압력용기 시스템 사이의 펌핑 에너지를 비교하는 계산을 하였다.

전형적인 고체농도 20%인 미가공된 슬러지 건조상태 600 ton/day 에 기초하여, 약 3000 ton/day 의 젖은 상태의 미가공된 슬러지를 원료로 한다. 본 발명에서는 젖은 상태의 미공된 원료를 가압된 처리공정으로 공급하는 것으로 하며, 표 1은 여덟 개의 용기시스템을 위해 수용하기 위한 순환시간의 기능실현을 위해 필요한 용기의 크기를 나타낸 것이다.

[표 1]

압력용기의 크기(cu. ft.)

펌핑 에너지는 표 2에 비교된다. 3000 ton/day의 슬러지 유입은 약 500 gpm에 가깝다. 종래의 실무는 단일펌프 또는 병렬설치된 복수개의 펌프를 제공하여 가압 및 유량제어를 행한다. 약 3500psi 의 슬러지 처리압력이 가정된다. 이러한 파라미터들은 도 2에 도시되어 있으며, 연간 13(10)⁶의 에너지 소비가 요구되는 펌프의 효율이 산정된다.

본 발명을 사용함으로써, 적은 량의 액체(0.1gpm)만이 압축기(P2)에 의해 요구되는 반면 순환펌프(P3)는 단지 파이프 또는 공정에서의 주요한 유체 마찰손을 형성하는 격감된 차이 압력(50psi)이상으로 작동할 필요가 있을 뿐이다. 충만 펌프 또는 원료 펌프(P2)는 격감되 압력차이에서 및 격갑된 절대 압력하에서 작동한다. 본 발명을 사용한 결과, 종래의 펌핑 기술과 비교하여 연간 펌핑 에너지를 약 44분의 1 정도로 줄일 수 있게 되었다.

[표 2]

펌핑 에너지 비교

결론

이상으로 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 설명하였으나, 본 발명과 관련된 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 전술한 본 발명을 기초로 본 발명의 기술적사상에 따른 다양한 변형이 가능할 것이다. 그러나 그 변형이 본질적으로 다음에 기술할 본 발명의 기술범위에 속하는 한 이러한 변형은 본 발명의 권리범위에 속한다고 할 수 있을 것이다.

Claims (10)

1. 본질적으로 일정한 공정처리 압력에서 공정을 수행하는 유체 원료 공급과 유체 생산용 시스템에 있어서,

   (a) 내부에 제 1 체임버 및 제 2 체임버를 분리 형성하고, 미끄럼 왕복운동하며 상기의 두 체임버사이를 밀폐하는 분리기구를 구비하는 최소한 하나의 압력용기와;

   (b) 본질적으로 압축이 안되는 낮은 압력차이 부하인 원료 유체 대용량을 상기의 제 2 체임버로 공급하는 원료공급펌프와;

   (c) 큰 압력차이의 부하인 생성물 소용량을 상기의 제 1 체임버로 유입시키고 공정처리 작동압력과 본질적으로 동등한 압력으로 압축하는 압축기와;

   (d) 처리공정으로 원료를 이송하거나 공정처리 압력에서 처리공정으로부터 생성물을 이송하며, 상기의 생성물을 상기의 제 1 체임버 또는 제 2의 압력용기로 이송하는 순환펌프와;

   (e) 상기의 압력용기와 압축기를 상기의 처리공정, 상기의 공급펌프 및 상기의 순환펌프로부터 격리하여 상기의 압력용기가 공정처리 압력으로 가압되도록 하는 제 1 밸브들; 및

   (f) 상기 압력용기의 제 2 체임버로부터 처리공정을 통하여 원료가 흐르도록 하고 상기 압력용기의 제 1 체임버로 생성물을 유입하도록 하거나 또는 제 2 압력용기로 생성물을 유입하도록 하는 제 2 밸브들을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 원료 공급과 유체 생산용 시스템.
2. 제 1항에 있어서, 상기의 제 2 압력용기는 제 1 압력용기가 원료 공급중일때, 공정처리 가압작동 중인 것을 특징으로 하는 유체 원료 공급과 유체 생산용 시스템.
3. 제 1항에 있어서, 상기의 압력용기들의 제 1 체임버 또는 상부체임버에 담겨지는 작업유체와 작업유체 리져버를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 원료 공급과 유체 생산용 시스템.
4. 제 1항에 있어서, 제 2 한 쌍의 압력용기를 포함하는 제 3 압력용기와 제 4 압력용기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 원료 공급과 유체 생산용 시스템.
5. 제 3항에 있어서, 상기의 작업유체는 물인 것을 특징으로 하는 유체 원료 공급과 유체 생산용 시스템.
6. 본질적으로 일정한 공정처리 압력에서 공정을 수행하는 유체 원료 공급 및 유체 생산시스템에 있어서,

   (a) 각각의 내부에 두 개의 체임버를 분리 형성하고, 미끄럼 왕복운동하며상기의 두 체임버사이를 밀폐하는 분리기구를 각각 포함하는 최소 한 쌍의 압력용기와;

   (b) 상기의 압력용기 중 하나의 제 1체임버내에 놓여지는 본질적으로 압축이 안되는 작업유 및 작업유 리져버와;

   (c) 본질적으로 압축이 안되는 낮은 압력의 부하인 원료 유체 대용량을 상기의 제 1체임버에 인접한 제 2체임버로 공급하는 원료공급펌프와;

   (d) 큰 압력의 부하인 작업유체 소용량을 공정처리 작동압력과 본질적으로 동등한 압력으로 압축하는 압축기와;

   (e) 작업유체를 이송함으로써 처리공정으로 원료를 이송하거나 공정처리 압력에서 처리공정으로부터 생성물을 이송하는 순환펌프와;

   (f) 상기의 작업유체 리져버와 제 2 펌프를 압력용기들로부터 격리하여 상기의 압력용기들이 공정처리 압력으로 가압되도록 하는 제 1 밸브들; 및

   (g) 상기 압력용기들 중 하나로부터 처리공정을 통하여 원료가 흐르도록 하고 상기 압력용기 중 다른 것으로 생성물을 유입하도록 제 2 밸브들을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 원료 공급과 유체 생산용 시스템.
7. 제 6항에 있어서, 제 2 한 쌍의 압력용기를 포함하는 제 3 압력용기 및 제 4 압력용기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 원료 공급과 유체 생산용 시스템.
8. 제 6항에 있어서, 상기의 작업유체는 물인 것을 특징으로 하는 유체 원료 공급과 유체 생산용 시스템.
9. 일괄처리 작동압력 이하로 감압된 상태에서 원료를 공급하고 생성물을 인출하는 동안 본질적으로 일정한 공정처리 압력에서 일괄적 공정처리를 수행하는 방법에 있어서,

   (a) 각각은 내부에 두 개의 체임버를 분리 형성하며, 이동가능하여 상기의 두 체임버내에 유체의 량을 변화시킬 수 있도록 하는 분리기구를 포함하는 최소 하나의 압력용기를 제공하는 단계와;

   (b) 본질적으로 압축할 수 없는 원료로 제 2 체임버를 채우는 단계와;

   (c) 본질적으로 압축할 수 없는 생성물로 제 1 체임버를 채우는 단계와;

   (d) 압력용기를 격리하여 고압의 부하인 작업유체 소용량을 압축기를 가진 압력용기로 유입시켜 상기 압력용기가 본질적으로 공정처리 압력과 본질적으로 동일한 압력을 갖도록 하는 단계와;

   (e) 압축기를 격리하여 가압되어 채워진 압력용기를 원료를 순환시키는 제 2 펌프를 향해 열고 또한 처리공정으로 압력용기를 열어서 처리공정으로 원료를 이송하며, 처리공정으로부터 공정처리 작동압력에서 생성물을 이송시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 일괄식 공정처리 수행방법.
10. 일괄처리 작동압력 이하로 감압된 상태에서 원료를 공급하고 생성물을 인출하는 동안 본질적으로 일정한 공정처리 압력에서 일괄적 공정처리를 수행하는 방법에 있어서,

    (a) 각각은 내부에 두 개의 체임버를 분리 형성하며, 이동가능하여 상기의 두 체임버내에 유체의 량을 변화시킬 수 있도록 하는 분리기구를 포함하는 압력용기 최소 한 쌍을 제공하는 단계와;

    (b) 본질적으로 압축할 수 없는 작업유체로 상기 압력용기 중 하나의 제 1 체임버를 채우고, 또한 본질적으로 압축할 수 없는 원료 유체로 제 2 체임버를 채우는 단계와;

    (c)상기의 작업유체로 상기 압력용기 다른 것의 상부 체임버를 채우는 단계와;

    (d) 상기 압력용기 한 쌍을 격리하여 고압의 부하인 작업유체 소용량을 압축기를 가진 압력용기로 유입시켜 상기 압력용기가 본질적으로 공정처리 압력과 본질적으로 동일한 압력을 갖도록 하는 단계와;

    (e) 압축기를 격리하여 가압되어 채워진 상기 한 쌍의 압력용기를 작업유체를 순환시키는 제 2 펌프를 향해 열고 또한 처리공정으로 상기 한 쌍의 압력용기를 열어서 처리공정으로 원료를 이송하며, 처리공정으로부터 공정처리 작동압력에서 생성물을 이송시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 일괄식 공정처리 수행방법.

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