KR100404588B1 - 공압식 다단 용매 추출장치 - Google Patents

Abstract

용액에 녹아있는 금속이온물질을 비혼합성 용액으로 금속이온물질을 추출하여 분리 정제하는 과정에서 혼합조내에 임펠러를 사용하지 않고 에어를 이용하여 수용상과 유기상을 혼합시켜 추출하기 위하여;

에어흡배기장치와 연결되어 에어의 흡입과 배기시 에어의 분배를 균일하게 하는 에어 흡배기 분배관과,

상기 에어 흡배기 분배관에 연결되어 수용액을 배출하거나 흡입하는 믹싱 프로브와,

상기 믹싱 프로브가 수직으로 설치되는 혼합조와 유기상 수용상이 충진되는 정치조를 1조로 하여 여러개 설치되는 혼합정치조 하우징과,

이 혼합정치조 하우징의 일측에 에어 펄스를 발생하게 설치한 에어펄스 제네레이터를 포함한 구성으로 이루어지는 공압식 다단 용매 추출장치를 제공하는데 있다.

Description

공압식 다단 용매 추출장치 {Air Pulsing Mixer-Settler}

본 발명은 공압식 다단 용매출장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 용액에 녹아있는 금속이온물질을 비혼합성 용액으로 금속이온물질을 추출하여 분리 정제하는 과정에서 혼합조내에 임펠러를 사용하지 않고 에어를 이용하여 수용상과 유기상을 혼합시켜 추출하기 위한 공압식 다단 용매 추출장치에 관한것이다.

일반적으로 알려진 통상의 용매추출장치는 임펠러(전기회전체)를 이용한 믹서세틀러(Mixer-settler), 맥동탑, 충전탑 등이 알려지고 있으며, 주로 믹서세틀러가 많이 이용되고 있다.

상기한 용매추출장치는 혼합조(Mixer)와 정치조(Sttler)간에 유체를 이송하는데 펌프를 사용할 수 없으므로 혼합조에 임펠러를 설치 전기를 사용하므로서 구동시키고 있다.

이에 따라 임펠러는 용액의 혼합과 펌프역활을 겸하게 되고, 혼합조에서 정치조로 혼합용액을 이송시키는 역활을 하고 있다.

또, 임펠러는 정치조에서 혼합조로의 용액이송은 수용상과 유기상의 경계면을 수시로 조절하는 수위조절기(Level Controller)에 의해서 각각 흐르도록 이루어지고 있다.

상기한 용매추출장치는 사람이 접근할 수 없는 방사선 구역등의 차폐공간이나 부식성이 강한 용액매질에 적용하는데는 통상적인 작업과 정비등이 필요할 때 작업에 어려움이 따르는 문제점이 있다.

상기한 바와 같이 이루어지는 종래기술의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은 용액에 녹아있는 금속이온물질을 비혼합성 용액으로 금속이온물질을 추출하여 분리 정제하는 과정에서 혼합조내에 임펠러를 사용하지 않고 에어를 이용하여 수용상과 유기상을 혼합시켜 추출하기 위한 공압식 다단 용매 추출장치를 제공하는데 있다.

도1은 본 발명에 따른 용매 추출장치의 구성을 도시한 도면.

도2는 본 발명에 따른 용매 추출장치의 내부와 수용상 및 유기상의 흐름을 도시한 도면.

도3은 본 발명에 따른 용매추출장치의 작용을 도시한 도면.

도4는 본 발명에 따른 믹싱 프로브를 확대 도시한 도면.

도5는 본 발명인 용매추출장치의 추출실험 결과의 일예를 도시한 그래프.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

2:공압식 용매 추출장치 4:에어 흡배기 분배관

6:믹싱 프로브 8:혼합정치조하우징

10:에어펄스 제네레이터 12:연결포트

14:서어지관 16:연결관

18:흡배기포트 20:에어쳄버

22:노즐헤드부 24:상부 노즐

26:하부노즐 28:가이드홈

29:혼합조 48:수용상포트

32,34,36,38,40,42,44,46:제1,2,3,4,5,6,7,8단부

50:유기상포트 60:수용상턱

62:수용상연통로 64:유기상턱

66:유기상연통로 74:모터

82:벨로우즈관

이를 실현하기 위한 본 발명은

에어흡배기장치와 연결되어 에어의 흡입과 배기시 에어의 분배를 균일하게 하는 에어 흡배기 분배관과,

상기 에어 흡배기 분배관에 연결되어 수용액을 배출하거나 흡입하는 믹싱 프로브와,

상기 믹싱 프로브가 수직 설치되는 혼합조와 유기상 수용상이 충진되는 정치조를 1조로 하여 여러개 설치되는 혼합정치조 하우징과,

이 혼합정치조 하우징의 일측에 에어 펄스를 발생하게 설치한 에어펄스 제네레이터를 포함한 구성으로 이루어지는 공압식 다단 용매 추출장치를 제공한다.

여기서, 에어 흡기 분배관은 에어흡배기장치에 연결되는 연결포트와, 이 연결포트를 형성하면서 일정 직경과 길이로 형성한 서어지관와, 이 서어지관의 길이방향으로 양측에 좌·우 교대로 형성하여 믹싱-프로브가 연결되게 형성한 연결관을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

그리고, 에어 흡배기 분배관과 연결되는 흡배기포트와, 이 흡배기포트로부터 하향으로 연장되면서 일정 길이로 형성된 에어쳄버와, 이 에어쳄버의 하단에 돌출되어 수용액 배출과 흡입이 이루어지게 노즐헤드부를 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 노즐헤드부는 에어쳄버의 주변에 복수개 뚫어 형성한 상부 노즐과, 상기 에어쳄버와 수직선상이 하단에 뚫어 하부노즐과, 이 하부노즐을 중심으로 가로지르는 일자형의 가이드홈을 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

더불어, 혼합정치조 하우징은 우측에 수용상이 배출되게 형성한 수용상포트와,

상기 수용상포트 일측에 믹싱프로브가 삽입 내장되는 혼합조와, 이 혼합조에 대해 수직선상으로 배치되면서 통공으로 연통되고 수용상과 유기상이 충진되는 정치조로 이루어지면서 일정 간격을 두고 배치 구성된 제1,3,5,7단부와,

상기 제1,3,5,7단부의 사이에 배치되면서 각 혼합조 일측에 수용상 턱을 형성한 수용상 연통로로 연결되고 수용상과 유기상이 충진되는 정치조와, 이 정치조에 대해 수직선상으로 배치되면서 통공으로 연통되고 믹싱프로브가 삽입 내장되면서 유기상턱을 형성한 유기상연통로로 연결되는 혼합조로 이루어지면서 구성된 제2,4,6,8단부와,

상기 제8단부의 일측에 유기상이 배출되게 형성한 유기상포트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 수용상턱은 수용상과 유기상을 구분하는 가상 수평라인상을 넘지 않는 범위내에 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

그리고, 유기상턱은 수용상과 유기상을 구분하는 가상 수평라인상으로부터 일정 높이에 형성하여 이루어지는 특징으로 한다.

또한, 에어펄스 제네레이터는 동력을 발생시키는 모터와, 이 모터에 의해 승강하는 피스톤로드를 설치한 제1쳄버와, 이 제1쳄버를 관통하는 피스톤로드에 형성한 피스톤과, 이 피스톤에 연결되어 수축과 팽창 작용하게 벨로우즈관을 설치한 제2쳄버와, 이 제2쳄버상에 벨로우즈관과 연통하게 형성하여 에어관로가 연결되는 에어흡배기구를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부한 도면에 의하여 더욱 상세하게 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 용매 추출장치의 구성을 도시한 도면이고, 도2는 본 발명에 따른 용매 추출장치의 내부와 수용상 및 유기상의 흐름을 도시한 도면이다.

그리고 도4는 본 발명에 따른 믹싱 프로브를 확대 도시한 도면이고, 도5는본 발명인 용매추출장치의 추출실험 결과의 일예를 도시한 그래프이다.

공압식 용매 추출장치(2)는 에어 흡배기 분배관(4), 믹싱 프로브(6), 혼합정치조하우징(8), 에어펄스 제네레이터(10)로 구성되어 이루어지고 있다.

에어 흡배기 분배관(4)은 도시생략한 에어흡배기장치와 연결되어 에어의 흡입과 배기시 분배를 균일하게 하도록 형성되고 있다.

에어 흡기 분배관(4)은 에어흡배기장치에 연결되는 연결포트(12)와, 이 연결포트(12)를 형성하면서 일정 직경과 길이로 서어지관(14)를 형성하고 있으며, 이 서어지관(14)에 대해 길이방향으로 좌,우 교대로 양측에 형성하여 믹싱-프로브(6)가 연결되게 연결관(16)을 형성하고 있다.

믹싱-프로브(6)는 에어 흡배기 분배관(4)에 연결되어 수용액을 배출하거나 흡입하게 이루어지고 있다.

믹싱 프로브(6)는 에어 흡배기 분배관(4)과 연결되는 흡배기포트(18)를 형성하고 있으며, 이 흡배기포트(18)로부터 하향으로 연장되면서 일정 길이로 에어쳄버(20)를 형성하고 있고, 이 에어쳄버(20)의 하단에 돌출되어 에어분사와 흡입이 이루어지게 노즐헤드부(22)를 형성하여 이루어지고 있다.

노즐헤드부(22)는 에어쳄버(20)의 주변에 복수개 뚫은 상부 노즐(24)을 형성하고, 이 에어쳄버(20)와 수직선상인 하단에 하부노즐(26)을 뚫어 형성하고 있다.

그리고, 상기 하부노즐(26)을 중심으로 가로지르는 일자형의 가이드홈(28)을 형성하여 이루어지고 있다.

혼합정치조 하우징(8)은 믹싱 프로브(6)가 삽입 설치되는 혼합조(29)와, 이혼합조(29)에 대해 수직선상으로 배치되면서 유기상과 수용상이 충진되는 정치조(31)를 1조로 구성함을 하나의 단부을 형성하고 있다.

이에 따라 혼합정치조 하우징(8)은 우측에서 좌측으로 제1,2,3,4,5,6,7,8단부(32)(34)(36)(38)(40)(42)(44)(46)로 구성되어 이루어지고 있다.

그리고 제1단부(32)측에는 우측에 수용상이 배출되게 수용상포트(48)를 형성하고 있으며, 제8단부측(46)에는 유기상이 배출되게 유기상포트(50)를 형성하여 이루어지고 있다.

수용상 추출경로(52)는 점선을 나타내고 있으며, 유기상 추출경로(54)는 실선으로 나타내고 있다.

제1,3,5,7단부(32)(36)(40)(44)는 믹싱프로브(6)가 삽입 내장되는 혼합조(29)와, 이 혼합조(29)에 대해 수직선상으로 배치되면서 통공(56)으로 연통되고 수용상과 유기상이 충진되는 정치조(58)로 이루어지면서 일정 간격을 두고 배치 구성되고 있다.

상기 제2,4,6,8단부(34)(38)(42)(46)는 제1,3,5,7단부(32)(36)(40)(44)의 사이에 배치되면서 각 혼합조(29) 일측에 수용상 턱(60을 형성한 수용상 연통로(62)로 연결되고 수용상과 유기상이 충진되는 정치조(58)와, 이 정치조(58)에 대해 수직선상으로 배치되면서 통공(56)으로 연통되고 믹싱프로브(6)가 삽입 내장되면서 유기상턱(64)을 형성한 유기상연통로(66)로 정치조(58)와 연결되는 혼합조(29)로 이루어져 구성되고 있다..

상기한 수용상턱(60)은 수용상과 유기상을 구분하는 가상 수평라인(68)상을넘지 않는 범위내에 형성하여 이루어지고 있다.

유기상턱(64)은 수용상과 유기상을 구분하는 가상 수평라인(68)상으로부터 일정 높이에 형성하여 이루어지고 있다.

에어펄스 제네레이터(10)는 상기 혼합정치조 하우징(8)의 일측에 에어 펄스를 발생하게 설치되고 있다.

에어펄스 제네레이터(10)는 전원의 인가에 동력을 발생시키는 모터(74)와, 이 모터(74)에 의해 승강하는 피스톤로드(76)를 제1쳄버(78)에 설치하고 있다.

그리고 상기 제1쳄버(78)를 관통하는 피스톤로드(76)에 피스톤(80)을 형성하고 있으며, 이 피스톤(80)에 연결되어 수축과 팽창 작용하게 벨로우즈관(82)을 제2쳄버(84)에 설치하고 있다.

상기 제2쳄버(84)상에 벨로우즈관(82)과 연통하게 형성하여 도시생략한 에어관로가 연결되는 에어흡배기구(86)를 형성하는 제1,2쳄버(78)(84)로 형성한 제네레이터하우징(88)으로 이루어지고 있다.

상기한 바와 같이 이루어지는 본 발명의 작용은 혼합정치조하우징(8)에 수용액과 유기용액을 충진한 다음, 도시생략한 전원스위치를 조작하여 에어펄스 제너레이터(10)의 모터(74)를 구동시킨다.

모터(74)의 구동으로 피스톤로드(76)를 통해 피스톤(80)의 승강이 이루어짐에 따라 피스톤(80)은 벨로우즈관(82)을 수축, 팽창시키게 된다.

상기 벨로우즈관(82)의 작동으로 에어흡배기구(86)를 통해 도시생략한 에어관로를 흐르는 에어에 맥동을 전달하여 맥동주기를 일정하게 유지하여 동작시킨다.

이에 에어펄스 제너레이터(10)의 벨로우즈관(82)에 의해 발생한 맥동주기에 의해 에어는 믹싱-프로브(6)의 상부 노즐(24)과 하부노즐(26)을 통해 혼합정치조 하우징(8)에 배치된 제1,2,3,4,5,6,7,8단부(32)(34)(36)(38)(40)(42)(44)(46)의 혼합조(29)에 배출과 흡입을 반복하므로서 수용상과 유기상을 혼합하게 된다.

이때 믹싱-프로브(6)에 의해 에어의 흡입이 이루어질때는 각 혼합조(29)에 대해 좌측에 위치한 각 정치조(58)의 수용상이 흡입압에 의해 수용상턱(60)을 넘게 된다.

상기한 수용상은 가상 수평라인(68) 아래쪽에 가라앉아 저장된 상태이다.

상기 수용상턱(60)을 넘은 수용상은 각 혼합조(29)에 채워지면서 노즐헤드부(22)의 상,하부노즐(24)(26)을 통해 에어쳄버(20)내로 흡입되게 된다.

이와 동시에 각 혼합조(29)의 우측에 위치하고 있는 정치조(58)의 상부에 충진된 상태인 유기상은 용액의 이동에 의해 유기상턱(64)을 넘어 각 혼합조(29) 상부에 충진되게 된다.

그리고 나서 믹싱-프로브(6)에 의해 에어의 배기압이 형성될때는 에어쳄버(20)에 충진된 수용상은 상부노즐(24)을 통해 충진된 유기상의 상부로 분출되면서 수용상과 유기상의 혼합이 이루어지게 된다.

상기한 바와 같이 믹싱-프로브(6)를 통해 수용액의 배출과 흡입이 반복적으로 이루어짐에 따라 수용상과 유기상은 혼합되는데, 이 혼합용액은 각 혼합조(29)와 각 정치조(58)를 연통시키는 통공(56)을 통해 각 정치조(58)로 이동하여 다시수용상과 유기상으로 분리된다.

이러한 수용상과 유기상의 혼합과 분리 추출은 세팅된 시간내에서 연속적으로 반복하게 된다.

도5는 본 발명인 혼합정치조내에서 추출실험 결과의 일예를 도시한 그래프로, 수용상과 유기상이 8단계를 거치게 하면서 혼합조 및 정치조의 부피를 각각 13ml로 제작하여 추출한 실험 결과이다.

즉, 3.0M 질산(HNO₃: 여기서, M은 몰랄농도로서 mol/ℓ를 의미한다.)을 대상물질로 하고 추출제로는 30% TBP(TriButylPhosphate)를 사용하였다. 여기서, 30% TBP라 함은 용매이자 희석재인 도대칸(Dodecane)에 30%에 해당하는 TBP가 포함되어 있는 용액을 의미하며, 또한 농도의 단위로 사용된 %농도의 기준단위는 부피가 된다.

유기상은 제8단부(46)에서 수용상은 제1단부(32)에서 각각 60ml/hr의 유속으로 주입시켰고 혼합조(29)에서 공기 맥동 주기는 45cycle/min으로 유지하여 4시간 동압 작업을 한 결과이다.

제8단부(46)에서 추출이 시작되는 단계이고, 제6단부(42)부터는 유기상에 0.6M정도의 질산이 포화되어 있는 상태를 나타내고 있다.

제1단부(32)에서 제6단부(42)사이의 유기상 질산농도는 변화를 나타내지 않으므로 각단의 흐름에 유량변화가 없음을 알 수 있다.

실제로 0.3M질산을 30%TBP에 추출할때 유기상에 분포되는 질산의 농도는 0.6M이므로 본 발명을 이용한 용매 추출력은 매우 향상되게 된다.

종래 통상적으로 용매추출장치의 혼합조에서 적용되던 임펠러를 사용하지 않게 되어 구조가 간단해지는 효과가 있다.

용매추출장치의 구조가 간단해짐에 따라 원가절감이 이루어지는 효과가 있다.

임펠러의 삭제로 용액매질에 의한 구동부분의 부식이나 마모 우려가 해소되는 효과가 있다.

수용상턱과 유기상턱을 형성하므로서 수용상과 유기상의 경계면을 조절하지 않는 구조임에 따라 차폐공간내에서도 안전하게 작업할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 제1실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술사상에 준하여 여러가지 설계변경이 가능하다.

Claims (4)

1. 에어흡배기장치와 연결되어 에어의 흡입과 배기시 에어의 분배를 균일하게 하는 에어 흡배기 분배관과,

   상기 에어 흡배기 분배관에 연결되어 수용액을 배출하거나 흡입하는 믹싱 프로브와,

   상기 믹싱 프로브가 수직 설치되는 혼합조와 유기상 수용상이 충진되는 정치조를 1조로 하여 여러개 설치되는 혼합정치조 하우징과,

   이 혼합정치조 하우징의 일측에 에어 펄스를 발생하게 설치한 에어펄스 제네레이터를 포함한 구성으로 이루어지는 공압식 다단 용매 추출장치.
2. 제1항에 있어서, 믹싱 프로브는 에어 흡배기 분배관과 연결되는 흡배기포트와, 이 흡배기포트로부터 하향으로 연장되면서 일정 길이로 형성된 에어쳄버와, 이 에어쳄버의 하단에 돌출되어 에어분사와 흡입이 이루어지게 노즐헤드부를 형성하여 이루어짐을 특징으로 하는 공압식 다단 용매 추출장치.
3. 제2항에 있어서, 노즐헤드부는 에어쳄버의 주변에 복수개 뚫어 형성한 상부 노즐과, 상기 에어쳄버와 수직선상이 하단에 뚫어 하부노즐과, 이 하부노즐을 중심으로 가로지르는 일자형의 가이드홈을 형성하여 이루어짐을 특징으로 하는 공압식 다단 용매 추출장치.
4. 제1항에 있어서, 혼합정치조 하우징은 우측에 수용상이 배출되게 형성한 수용상포트와,

   상기 수용상포트 일측에 믹싱프로브가 삽입 내장되는 혼합조와, 이 혼합조에 대해 수직선상으로 배치되면서 통공으로 연통되고 수용상과 유기상이 충진되는 정치조로 이루어지면서 일정 간격을 두고 배치 구성된 제1,3,5,7단부와,

   상기 제1,3,5,7단부의 사이에 배치되면서 각 혼합조 일측에 가상수평라인상의 하측에 마련된 수용상 연통로에 형성한 수용상 턱과,

   상기 수용상 연통로로 연결되고 수용상과 유기상이 충진되는 정치조와, 이 정치조에 대해 수직선상으로 배치되면서 통공으로 연통되고 믹싱프로브가 삽입 내장되면서 유기상연통로로 연결되는 혼합조로 이루어지면서 구성된 제2,4,6,8단부와,

   상기 유기상 연통로에 형성한 유기상의 이동을 제한하게 돌출 형성한 유기상턱과,

   상기 제8단부의 일측에 유기상이 배출되게 형성한 유기상포트를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 공압식 다단 용매 추출장치.