KR100438165B1 - Plate-type module for performing pervaporation - Google Patents
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Abstract
본 발명은 투과증발용 평판형 모듈에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 서로 마주보고 있는 두 장의 투과증발막 사이에 유속 변화에 상관없이 균일한 유체의 흐름을 형성하여 투과증발 공정의 효율을 향상시키는 투과증발용 평판형 모듈에 관한 것이다. 본 발명에 따른 모듈은 유로형성판, 제1 및 제2가스켓, 유입측 격막 및 유출측 격막으로 구성된 유로형성부를 갖는다.The present invention relates to a flat plate module for pervaporation, and more particularly, to form a uniform flow of fluid regardless of flow rate change between two sheets of permeation membranes facing each other, thereby improving the efficiency of the pervaporation process. It relates to a flat module for pervaporation. The module according to the present invention has a flow path forming portion consisting of a flow path forming plate, first and second gaskets, an inlet side diaphragm and an outlet side diaphragm.
Description
본 발명은 투과증발용 평판형 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 투과증발용 평판형 모듈의 내부에서 투과증발막과 접촉하는 유체의 흐름을 개선하여 투과증발 효율을 높일 수 있는 투과증발용 평판형 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a permeation-type flat plate module, and more particularly, to a permeation-evaporation flat plate type which can improve the pervaporation efficiency by improving the flow of fluid in contact with the pervaporation membrane in the permeation-evaporation flat plate module. It is about a module.
투과증발(pervaporation)은 투과(permeation)와 증발(evaporation)의 합성어로서 분리막을 사이에 두고 한쪽에 분리하고자 하는 혼합 액체를, 다른 한쪽에는 진공에 연결하여 감압 또는 압력차에 의하여 액을 투과하여 저압쪽에서 증발시킴으로써 혼합 액체를 분리하는 방법을 일컫는다.Pervaporation is a compound word of permeation and evaporation, and the mixed liquid to be separated on one side with the separation membrane interposed therebetween is connected to a vacuum, and the liquid is permeated by a reduced pressure or a pressure difference to obtain a low pressure. It refers to a method of separating the mixed liquid by evaporation from the side.
이러한 투과증발에 있어서, 종래에는 투과도 및 선택도를 고려한 막재질의 개발이 주요 개발동향이었으나, 투과증발공정이 에너지 절약공정으로 인식되고 이를 기존의 화학공정에 응용시키기 위해 모듈에 관해 연구를 할애하고 있는 실정이다. 투과증발용 모듈에는 평판형 모듈, 나선형 모듈, 중공사형 모듈 등을 들 수 있으며, 특히 투과증발용 평판형 모듈과 관련하여서는 일본 특개소 61-161105호, 특개소 63-59307호 및 특개소 63-162002호 등에 소개가 되어 있다. 그 밖에도 한국 공개특허 제2000-40002호에는 투과증발막을 치밀하게 장착하여 액체와 접촉하는 유효막 면적을 필요로 하는 만큼 증가시킬 수 있는 투과증발 모듈장치가 기재되어 있다.In the permeation evaporation, the development of the membrane material considering the permeability and selectivity has been a major development trend in the past, but the permeation evaporation process is recognized as an energy saving process. There is a situation. Examples of pervaporation modules include flat modules, spiral modules, and hollow fiber modules. Especially, in connection with pervaporation flat modules, Japanese Patent Laid-Open Nos. 61-161105, 63-59307 and 63- It is introduced in 162002. In addition, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2000-40002 discloses a pervaporation module apparatus capable of densely mounting a pervaporation membrane to increase the effective membrane area in contact with a liquid as needed.
한편, 현재까지 대표적으로 사용되고 있는 투과증발용 평판형 모듈은 다공판, 투과증발막, 유로형성판 등의 복수층으로 이루어진 반복 단위(units)로 이루어져 있고, 상기 유로형성판은 균일한 유로형성을 목적으로 하여 복수층의 가운데에 위치하고, 이 유로형성판을 사이에 두고 양쪽 면에 투과증발막이 각각 존재하여 유로형성판과 투과증발막 사이에서 유체의 접촉이 일어나도록 설계되어 있다. 그리고 투과증발막의 배면에 투과증발막을 통과한 기체 성분이 모듈의 외부에 걸린 진공과 접촉하는 다공판이 존재하는 구조를 갖는다. 또한, 상기 복합단위를 적층하여 원하는 처리 유량을 얻을 수 있게 하였다. 이와 같은 평판형 모듈에서 모듈의 효율에 영향을 미치는 가장 중요한 요소 중의 하나가 투과증발막 표면에서의 유체 흐름이다. 즉 투과증발막과 접촉하는 유체가 투과증발막 전체에서 얼마나 균일한 흐름을 유지하고, 어떻게 투과증발막 전체 면적을 이용할 수 있느냐에 따라 투과증발의 효율이 결정된다. 그런데, 직사각형 또는 정사각형의 형태를 갖는 투과증발막에서, 유체의 유입측 및 유출측이 각각 하나일 경우에 이 유입측 및 유출측을 중심으로 유체의 흐름이 집중되고, 유입측 및 유출측과 떨어진 곳은 유체의 흐름이 없으며, 이 유체의 흐름이 없는 곳의 비율만큼 모듈의 효율이 떨어지게 된다.On the other hand, the flat-type module for pervaporation, which has been used so far, is composed of repeating units composed of a plurality of layers such as a porous plate, a pervaporation membrane, and a flow path forming plate, and the flow path forming plate has a uniform flow path formation. For the purpose, it is located in the middle of a plurality of layers, and each of the permeation evaporation membranes exists on both sides of the flow path forming plate so as to contact the fluid between the flow path forming plate and the permeation evaporation membrane. The porous plate has a structure in which a gas component passing through the pervaporation membrane contacts the vacuum applied to the outside of the module. In addition, the composite unit was laminated to obtain a desired processing flow rate. One of the most important factors affecting the efficiency of the module in such a flat panel module is the fluid flow at the pervaporation membrane surface. That is, the efficiency of pervaporation is determined by how uniform the flow of the fluid in contact with the pervaporation membrane and the entire area of the pervaporation membrane can be used. However, in the permeation evaporation membrane having a rectangular or square shape, when the inflow side and the outflow side of the fluid are each one, the flow of the fluid is concentrated around the inflow side and the outflow side, and separated from the inflow side and the outflow side. Where there is no flow of fluid, the efficiency of the module is reduced by the proportion of where there is no fluid flow.
도 1은 종래기술에 따른 평판형 모듈(100)의 유입수 측을 나타낸 분해사시도를 도시한 것이다. 도 1에서와 같이, 유로형성판(110)에서 균일한 흐름을 얻기 위하여, 유로형성판(110)의 유입측에 폭 10mm의 4개의 홈(111∼114)을 통하여 유체가 흘러 나가서 가스켓(120, 130)의 상하부에 위치하는 투과증발막과 접촉되도록 설계되어 있다. 즉, 모듈 내부로 유체(유입수)가 유입공(121)을 통해 들어오면, 유체는 모듈 내부에 존재하는 유로형성판(110)으로 유입되게 되고, 유로형성판(110)으로 유입된 유체는 유입공을 거쳐 4개의 홈(111∼114)으로 분리되어 유로형성판(110)과 투과증발막(도시되지 않음) 사이를 통과하여 다시 유입측과 동일한 형태의 유출측의 4개 홈(도시되지 않음)을 통하여 유로형성판(110)의 밖으로 유출된다. 상기에는 하나의 유로형성판(110)에 유체가 유입되고 유출되는 과정을 설명하였지만, 유로형성판(110)을 포함한 반복단위는 복수층으로 구성되며, 각각의 유로형성판으로부터 유출된 유체는 한 곳으로 모여 모듈의 밖으로 배출되도록 설계되어 있다.Figure 1 shows an exploded perspective view showing the influent side of the flat module 100 according to the prior art. As shown in FIG. 1, in order to obtain a uniform flow in the flow path forming plate 110, the fluid flows out through the four grooves 111 to 114 having a width of 10 mm to the inflow side of the flow path forming plate 110 to form a gasket 120. , 130) is designed to be in contact with the permeation membrane located above and below. That is, when the fluid (inflow water) is introduced into the module through the inlet hole 121, the fluid is introduced into the flow path forming plate 110 existing in the module, the fluid introduced into the flow path forming plate 110 Four grooves 111 to 114 are separated through the ball to pass between the flow path forming plate 110 and the permeation evaporation membrane (not shown), and then the four grooves on the outlet side having the same shape as the inflow side (not shown). Outflow through the flow path forming plate 110 through). In the above, the process of introducing and discharging fluid into one flow path forming plate 110 has been described, but the repeating unit including the flow path forming plate 110 is composed of a plurality of layers. It is designed to be gathered to a place and discharged out of the module.
통상적인 상기 평판형 모듈은 유로형성판(110)에서 유체의 균일한 흐름을 얻기 위하여, 4개의 홈(111∼114)을 통하여 유체를 공급하도록 되어 있으나 이 유체를 공급하는 4개의 홈(111∼114)은 모듈의 입구에서 약 1∼2mm의 얇은 장홈의 형상을 갖는 유로(117)를 통하여 연결되어 있고, 모두 90°의 각도(115, 116)로 꺾여져 있다. 따라서, 이 얇은 유로(117)를 통과하는 유체의 저항이 모듈에서의 차압 증가를 가져오게 되고, 이 차압의 증가는 투과증발막 표면에서 유체의 균일한 흐름의 유지를 방해하게 된다. 또한, 투과증발막 표면에서 유체의 흐름을 개선하기 위하여 단순히 유체가 들어오는 입구의 수만 4개로 늘려놓은 형태이기 때문에 유로형성판으로 들어오게 되는 유체의 속도는, 예를 들어 레이놀즈수(Reynolds number; Re)가2000이상일 경우에 균일한 흐름을 유지하지 못하고 투과증발막과의 사이에서 와류를 형성하게 되며, 유체의 흐름이 유로형성판의 입구 및 출구측으로 몰리게 되는 현상이 발생하게 된다.In order to obtain a uniform flow of the fluid in the flow path forming plate 110, a conventional flat module is designed to supply fluid through the four grooves 111 to 114, but four grooves 111 to supply the fluid. 114 is connected through a flow path 117 having a shape of a thin long groove of about 1 to 2 mm at the inlet of the module, and both are bent at angles 115 and 116 of 90 degrees. Thus, the resistance of the fluid passing through this thin flow path 117 results in an increase in the differential pressure in the module, which increases the impedement of maintaining a uniform flow of fluid on the pervaporation membrane surface. In addition, in order to improve the flow of the fluid on the surface of the pervaporation membrane, since only the number of inlets entering the fluid is increased to four, the velocity of the fluid entering the flow path plate is, for example, the Reynolds number (Reynolds number; ) Is not more than 2000, the vortices are formed between the permeation membrane and the flow of fluid is concentrated to the inlet and outlet side of the flow path forming plate.
따라서, 본 발명의 목적은 종래 모듈의 단점을 보완하기 위해 모듈로 도입되는 유량의 변화에 관계없이, 투과증발막과 유체의 접촉면에서 균일한 흐름을 유지하여 투과증발 효율을 높일 수 있는 투과증발용 평판형 모듈을 제공하는데 있다.Therefore, an object of the present invention is to permeate evaporation to increase the pervaporation efficiency by maintaining a uniform flow at the contact surface of the permeation membrane and the fluid regardless of the change in flow rate introduced into the module to compensate for the shortcomings of the conventional module To provide a flat module.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 투과증발용 평판형 모듈은, 순차적으로 제1다공판, SUS 망사, 제2다공판, 제1부직포, 제1투과증발막, 유로형성부, 제2투과증발막 및 제2부직포로 이루어진 반복단위를 갖는 투과증발용 평판형 모듈에 있어서, 상기 유로형성부가 일측에는 유입공을 통하여 유입된 유체의 흐름을 균일하게 유지시키기 위한 유입측 유로가 형성되고, 타측에는 상기 유입측 유로를 통하여 유입된 유체가 상기 제1 및 제2투과증발막을 거쳐 복수의 유출공으로 유출되도록 유체의 흐름을 유지시키기 위한 유출측 유로가 형성된 유로형성판; 상기 유로형성판의 상단 및 하단에 각각 구성되고, 일단이 유입측 유로의 외곽 만곡부 형상과 동일하고, 타단이 유출측 유로의 외곽 만곡부 형상과 각각 동일한 공간부가 내측에 형성된 제1 및 제2가스켓; 상기 유로형성판의 유입측 유로의 상단 및 하단에 결합되고, 제1 및 제2가스켓 일단의 외곽 만곡부와 동일한 형상을 갖고 가스켓의 내부로 삽입되며 유로형성판의 만곡부보다 큰 외곽 만곡부를 형성하는 유입측 격막; 및 상기 유로형성판의 유출측 유로의 상단 및 하단에 결합되고, 제1 및 제2가스켓 타단의 외곽 만곡부와 동일한 형상을 갖고 가스켓의 내부로 삽입되며, 유로형성판의 만곡부보다 큰 외곽 만곡부를 형성하는 유출측 격막;으로 이루어져 있다.Perforated evaporation flat module according to the present invention for achieving the above object, the first perforated plate, SUS mesh, the second perforated plate, the first nonwoven fabric, the first pervaporation membrane, the flow path forming portion, the second permeation In the flat-type module for pervaporation having a repeating unit consisting of an evaporation membrane and a second nonwoven fabric, an inflow side flow path is formed on one side to maintain a uniform flow of fluid introduced through the inflow hole, and A flow path forming plate on the side of which an outflow side flow path is formed to maintain a flow of fluid such that the fluid introduced through the inflow side flow path flows out through the first and second permeation evaporation membranes into a plurality of outflow holes; First and second gaskets each formed at an upper end and a lower end of the flow path forming plate, one end of which has the same shape as the outer curved part of the inflow side flow path and the other end of which has the same space as the outer bend of the outflow side flow path; Inflow coupled to the top and bottom of the inflow side flow path of the flow path forming plate, the same shape as the outer curved portion of one end of the first and second gasket and inserted into the gasket and forming an outer curved portion larger than the curved portion of the flow path forming plate Lateral diaphragm; And an outer curved portion coupled to the upper and lower ends of the outlet side flow path of the flow path forming plate, having the same shape as the outer curved parts of the other ends of the first and second gaskets, and inserted into the gasket, and having an outer curved part larger than the curved part of the flow path forming plate. It consists of an outlet side diaphragm;
도 1은 종래기술에 따른 평판형 모듈의 유입수 측을 나타낸 분해사시도,1 is an exploded perspective view showing the influent side of a flat plate module according to the prior art,
도 2는 본 발명에 따른 투과증발용 평판형 모듈의 분해사시도,2 is an exploded perspective view of a flat module for pervaporation according to the present invention;
도 3은 본 발명에 따른 투과증발용 평판형 모듈의 유로형성부를 나타낸 분해사시도,Figure 3 is an exploded perspective view showing a flow path forming portion of the flat-type module for pervaporation according to the present invention,
도 4는 본 발명에 따른 투과증발용 평판형 모듈의 유로형성부의 입구측으로 유입되는 유체의 흐름을 나타낸 분해사시도,Figure 4 is an exploded perspective view showing the flow of fluid flowing into the inlet side of the flow path forming portion of the flat-type module for pervaporation according to the present invention,
도 5는 본 발명에 따른 투과증발용 평판형 모듈의 유로형성부의 입구측에서 유출되는 유체의 흐름을 설명하기 위하여 나타낸 결합도,Figure 5 is a coupling diagram shown to explain the flow of fluid flowing out of the inlet side of the flow path forming portion of the flat-type module for pervaporation according to the present invention,
도 6은 본 발명에 따른 투과증발용 평판형 모듈의 출구측 유로형성판의 결합도, 및Figure 6 is a coupling diagram of the outlet side flow path forming plate of the flat type module for pervaporation according to the present invention, and
도 7은 본 발명에 따른 투과증발용 평판형 모듈과 종래기술의 모듈 사용에 따른 성능시험 결과를 나타낸 비교도이다.Figure 7 is a comparison showing the performance test results according to the use of the module of the prior art evaporation flat plate module according to the present invention.
♣ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♣♣ Explanation of symbols for main part of drawing ♣
200: 평판형 모듈, 210, 230, 310: 다공판200: flat panel module, 210, 230, 310: perforated plate
220: 스테인레스 망사, 240, 300: 부직포220: stainless steel mesh, 240, 300: nonwoven fabric
250, 290: 투과증발막, 260, 280: 가스켓250, 290: pervaporation membrane, 260, 280: gasket
270: 유로형성판, 223, 224: SUS 링270: flow path forming plate, 223, 224: SUS ring
211, 221, 231, 241, 251, 261, 281, 291, 301, 311: 유입공211, 221, 231, 241, 251, 261, 281, 291, 301, 311: inlet hole
212, 222, 232, 242, 252, 262, 282, 292, 302, 312: 유출공212, 222, 232, 242, 252, 262, 282, 292, 302, 312: outflow hole
263, 283: 유입측 격막, 264, 284: 유출측 격막263, 283: inflow diaphragm, 264, 284: outflow diaphragm
275: 유입측 유로, 276: 유출측 유로275: inflow side flow path, 276: outflow side flow path
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 투과증발용 평판형 모듈의 특징은 유로형성판의 유입수측 및 유출수측이 모듈의 입구에서 넓고 완만한 경사를 가진 통로를 통해 연결된 후 넓은 면적의 입구 및 출구를 통해 투과증발막과 접하므로 유속의 변화에 관계없이 안정된 유체의 흐름을 유지할 수 있다는 점과, 유입수측과 유출수측이 동일한 형태를 가지고 있는 종래 투과증발용 평판형 모듈과는 달리, 유입수측과 유출수측의 형태를 유체의 흐름을 최적화할 수 있도록 다른 형태로 설계, 즉 유입수측을 통해 도입된 유체가 투과증발막면을 거쳐 유출수측으로 진행하면서 유출수측에 접근할수록 유체의 흐름이 깨지게 되는데 이를 방지하기 위하여 유출수측의 형태를 유체의 흐름을 보완할 수 있는 형태로 설계하여 유입수측에서 흘러나온 유체가 투과증발막과의 사이에서 균일한 흐름을 유지하고 모듈 끝부분에 이르기까지 정체부분을 대폭 없앨 수 있게 개선한 점이다. 또한, 유출수측을 통해 투과증발막 면과 접하고 다시 빠져나가는 유체가 출구측에서 걸릴 수 있는 차압의 증가를 막기 위하여 유출수측의 출구를 2개로 설계하여 모듈 내부에서 차압의 증가로 인하여 발생할 수 있는 유체흐름의 깨짐 현상을 방지한다는 점이다.As described above, the characteristics of the flat plate module for pervaporation according to the present invention is characterized in that the inlet and outlet side of the flow path forming plate is connected through a passage having a wide and gentle slope at the inlet of the module and then the inlet and outlet of a large area Through contact with the permeation evaporation membrane, it is possible to maintain a stable flow regardless of the flow rate change, and unlike the conventional permeation evaporation flat type module having the same shape of the inflow side and the outflow side, the inflow side and the outflow water In order to optimize the flow of the fluid, the other side is designed to optimize the flow of the fluid. That is, the fluid introduced through the inflow side passes through the permeation membrane surface to the outflow side, and as the approach of the outflow side approaches, the flow of the fluid is broken. The outflow side is designed to complement the flow of fluid so that the fluid flowing out from the inflow side can permeate the evaporation. Maintaining a uniform flow in between, and that is the one improving able to significantly eliminate the static portion ranging from the end of the module. Also, in order to prevent an increase in the differential pressure that the fluid exiting and returning to the permeation membrane surface through the effluent side can be designed with two outlets on the effluent side, the fluid that can be caused by the increase in the differential pressure inside the module It prevents the breakage of flow.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 투과증발용 평판형 모듈은 순차적으로 제1다공판(210), SUS 망사(220), 제2다공판(230), 제1부직포(240), 제1투과증발막(250), 유로형성부, 제2투과증발막(290) 및 제2부직포(300)로 이루어진 반복단위를 갖는다.Referring to FIG. 2, the flat type module for pervaporation according to the present invention may be a first porous plate 210, a SUS mesh 220, a second porous plate 230, a first nonwoven fabric 240, and a first one. It has a repeating unit consisting of the permeation evaporation membrane 250, the flow path forming portion, the second permeation evaporation membrane 290 and the second nonwoven fabric 300.
상기 유로형성부는 일측에는 유입공을 통하여 유입된 유체의 흐름을 균일하게 유지시키기 위한 유입측 유로가 형성되고, 타측에는 상기 유입측 유로를 통하여 유입된 유체가 상기 제1 및 제2투과증발막을 거쳐 복수의 유출공으로 유출되도록 유체의 흐름을 유지시키기 위한 유출측 유로가 형성된 유로형성판(270); 상기 유로형성판(270)의 상단 및 하단에 각각 구성되고, 일단이 유입측 유로의 외곽 만곡부 형상과 동일하고, 타단이 유출측 유로의 외곽 만곡부 형상과 각각 동일한 공간부가 내측에 형성된 제1 및 제2가스켓(260 및 280); 상기 유로형성판(270)의 유입측 유로의 상단 및 하단에 결합되고, 제1 및 제2가스켓 일단의 외곽 만곡부와 동일한 형상을 갖고 가스켓의 내부로 삽입되며 유입측 유로의 만곡부보다 큰 외곽 만곡부를 형성하는 유입측 격막(263 및 283); 및 상기 유로형성판의 유출측 유로의 상단 및 하단에 결합되고, 제1 및 제2가스켓 타단의 외곽 만곡부와 동일한 형상을 갖고 가스켓의 내부로 삽입되며 유출측 유로의 만곡부보다 큰 외곽 만곡부를 형성하는 유출측 격막(264 및 284)으로 구성된다. 이때, 상기 유입측 격막(263 및 283) 및 유출측 격막(264 및 284)은 각각 유입측 유로 및 유출측 유로의 외곽 만곡부보다 크기 때문에 유로형성판의 유체가 가스켓에 직접 닿는 것을 방지할 수 있으며, 상기 격막의 만곡부는 유입측 유로 및 유출측 유로의 외곽 만곡부보다 바람직하게는 1∼2mm정도 크게 설계하지만 이에 한정되지 않는다. 또한, 상기 가스켓의 내부에 삽입되는 격막들은 가스켓의 두께보다 대략 1∼2mm정도 얇아 가스켓의 눌림에 의한모듈의 밀봉에 영향을 주지 않게 된다.The flow path forming part is formed with an inflow side flow path for maintaining the flow of the fluid flowing through the inflow hole uniformly on one side, the fluid introduced through the inflow side flow path through the first and second permeation evaporation membrane on the other side A flow path forming plate 270 in which an outflow side flow path is formed to maintain a flow of the fluid so as to flow out into the plurality of outflow holes; The first and the first and the lower end of the flow path forming plate 270 are respectively formed in the same space as the shape of the outer curved portion of the inflow side flow path, the other end is the same as the shape of the outer curved portion of the outflow side flow path Two gaskets 260 and 280; The outer curved portion coupled to the upper and lower ends of the inflow side flow path of the flow path forming plate 270 and having the same shape as the outer curved parts of one end of the first and second gaskets is inserted into the gasket and is larger than the curvature of the inflow side flow path. Inlet side diaphragms 263 and 283 forming; And an outer curved portion coupled to the upper and lower ends of the outlet side flow path of the flow path forming plate, having the same shape as the outer curved parts of the other ends of the first and second gaskets, and inserted into the gasket and larger than the curved part of the outlet flow path. Outflow diaphragms 264 and 284. In this case, since the inflow side diaphragm 263 and 283 and the outflow side diaphragm 264 and 284 are larger than the outer curved portions of the inflow side flow path and the outflow side flow path, respectively, the fluid of the flow path forming plate can be prevented from directly contacting the gasket. The curved portion of the diaphragm is preferably designed to be about 1 to 2 mm larger than the outer curved portion of the inflow side flow path and the outflow side flow path, but is not limited thereto. In addition, the diaphragm inserted into the gasket is approximately 1 to 2 mm thinner than the thickness of the gasket so as not to affect the sealing of the module by pressing the gasket.
도 2의 모듈을 통해 유체의 흐름을 설명하면, (201)의 방향으로 유입공(211)을 통해 들어온 유체는 하부의 유로형성판(270)을 향해 흘러가며, 유로형성판(270)의 상하부에 각각 놓여 유입수측 유로를 형성하며 유로형성판과 가스켓과의 접촉을 방지하기 위한 격막(263)을 통과하여 일부는 유로형성판(270)측으로 일부는 유로형성판 하부에 위치된 격막(283)을 통해 다음층의 유로형성판을 향하여 흘러가게 된다. 상기 유로형성판(270)으로 들어온 유체는 제1 및 제2투과증발막(250 및 290)과의 사이에서 고른 유로를 형성하며 진행하게 된다. 이때 유로의 높이는 유로형성판과 투과증발막의 사이에 있는 제1 및 제2가스켓(260 및 280)에 의해 결정되며, 상기 가스켓은 진공이 걸리게 되는 외부와 모듈 내부의 유체에서 밀봉역할을 담당하게 된다. 상기 투과증발막(250 및 290) 표면과 접촉하며 통과하는 유체는 투과증발막의 반대편에 작용하고 있는 진공에 의해 특정성분이 기체화하여 투과증발막을 통과하게 되며, 이 기체는 투과증발막을 보호하는 제1 및 제2부직포(240 및 300)를 통과한 후 다시 제2다공판(230)을 통과하여 스테인레스 망사(220)측을 통해 외부로 빠져나가게 된다. 즉, 투과증발막과 접촉하며 진행한 유체는 전술한 바와 같이 특정성분이 기체화되어 투과증발막을 빠져나가고, 나머지 유체는 투과증발막(250 및 290)과 유로형성판(270) 사이를 통과하여 유로형성판의 유출수측 유로(276) 및 유출측 격막(264 및 284) 사이에 형성된 통로를 통해 각각 두곳의 유출수측으로 나뉘어져 (202) 또는 (203)의 방향으로 모듈을 빠져나가게 된다.Referring to the flow of the fluid through the module of Figure 2, the fluid entering through the inlet hole 211 in the direction of 201 flows toward the lower flow path forming plate 270, the upper and lower parts of the flow path forming plate 270 Respectively formed in the inflow-side flow path, and passes through the diaphragm 263 to prevent contact between the flow path forming plate and the gasket, and part of the flow path is formed on the side of the flow path forming plate 270. Through the flow toward the flow path forming plate of the next layer. The fluid entering the flow path forming plate 270 proceeds to form an even flow path between the first and second pervaporation films 250 and 290. At this time, the height of the flow path is determined by the first and second gaskets 260 and 280 between the flow path forming plate and the permeation evaporation membrane, and the gasket plays a sealing role in the fluid inside the vacuum and the module inside. . The fluid that is in contact with the surfaces of the pervaporation membranes 250 and 290 passes through the pervaporation membrane by vaporizing a specific component by vacuum acting on the opposite side of the pervaporation membrane, and the gas protects the pervaporation membrane. After passing through the first and second nonwoven fabrics 240 and 300, the second porous plate 230 passes through the stainless steel mesh 220 and then exits to the outside. That is, the fluid that is in contact with the permeation evaporation membrane vaporizes a specific component as described above and exits the permeation evaporation membrane, and the remaining fluid passes between the permeation evaporation membranes 250 and 290 and the flow path forming plate 270. Through the passage formed between the outflow side flow path 276 and the outflow side diaphragms 264 and 284 of the flow path forming plate, it is divided into two outflow sides, respectively, to exit the module in the direction of 202 or 203.
또한 도 2에 있어서, 각층의 두께는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 일반적으로 다공판(210, 230)은 0.2∼2mm, 스테인레스 망사(220)는 2∼5mm, 부직포 및 투과증발막(240, 300, 250, 290)은 0.1∼0.2mm, 가스켓(260, 280)은 2∼4mm 및 유로형성판(270)은 1∼3mm의 두께를 갖는다.2, the thickness of each layer is not particularly limited, but in general, the porous plates 210 and 230 are 0.2 to 2 mm, and the stainless mesh 220 is 2 to 5 mm, the nonwoven fabric and the pervaporation membranes 240 and 300, 250 and 290 have a thickness of 0.1 to 0.2 mm, the gaskets 260 and 280 have a thickness of 2 to 4 mm, and the flow path forming plate 270 has a thickness of 1 to 3 mm.
본 발명에 따른 유로형성부를 좀 더 구체적으로 설명하기 위해 도 3 내지 도 6을 살펴보고자 한다. 도 3은 본 발명에 따른 투과증발용 평판형 모듈의 유로형성부, 도 4는 본 발명에 따른 투과증발용 평판형 모듈의 유로형성부의 입구측으로 유입되는 유체의 흐름, 도 5는 본 발명에 따른 투과증발용 평판형 모듈의 유로형성부의 입구측에서 유출되는 유체의 흐름, 도 6은 본 발명에 따른 투과증발용 평판형 모듈의 출구측 유로형성판을 각각 분해사시도 및 결합도로서 도시하고 있다.3 to 6 will be described in more detail to explain the flow path forming unit according to the present invention. 3 is a flow path forming portion of the flat evaporation flat module according to the present invention, Figure 4 is a flow of fluid flowing into the inlet side of the flow path forming portion of the flat evaporation flat module according to the present invention, Figure 5 is Flow of fluid flowing out from the inlet side of the flow path forming portion of the permeation-flat plate module, Figure 6 shows the outlet-side flow path forming plate of the permeation-flat plate module according to the present invention, respectively, in exploded perspective and coupling views.
도 3 및 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 유로형성판(270)의 유입측 유로는 제1유로 내지 제3유로(275a∼275c)로 형성되되, 제1유로(275a) 및 제3유로(275c)는 중앙으로부터 좌우측으로 갈수록 넓어지면서 각각 안으로 굽거나 직선의 유로이며, 내측변의 말단에서 90°이상 꺽인 각(A)이 형성된 형상이고, 제2유로(275b)는 중앙으로부터 내측으로 갈수록 넓어지는 직선 또는 유선형의 완만한 경사를 갖는 부채꼴 또는 은행잎 형상으로 이루어진 유로이다. 상기 유입측 제1유로(275a) 및 제3유로(275c)의 중앙 시작부분의 폭은 유입공의 지름과 같거나 유로형성판(270)의 전체 폭 대비 0.01∼0.07배이고, 좌우측의 종단부분의 폭은 유로형성판(270)의 전체 폭 대비 0.07∼0.4배이다. 상기 형상 및 크기로 유로가 형성되었을 때, 가장 바람직하게 균일하고 와류가 형성되지 않는 유체흐름을 얻을 수 있다.As can be seen in Figures 3 and 4, the inflow side flow path of the flow path forming plate 270 is formed of the first flow path to the third flow path (275a ~ 275c), the first flow path (275a) and the third flow path 275c is a channel having a wider angle from the center to the left and right sides, each of which is bent or straight inward, and an angle A of 90 ° or more at the end of the inner side is formed, and the second channel 275b is wider from the center to the inside. It is a channel consisting of a fan or ginkgo leaf shape with a gentle slope of straight or streamlined shape. The width of the central start portion of the inflow side first flow path 275a and the third flow path 275c is equal to the diameter of the inflow hole or 0.01 to 0.07 times the total width of the flow path forming plate 270, The width is 0.07 to 0.4 times the total width of the flow path forming plate 270. When the flow path is formed in the above shape and size, it is possible to obtain a fluid flow which is most preferably uniform and does not form a vortex.
또한, 상기 제1유로 내지 제3유로(275a 내지 275c)는 상기 유입측 상단 및하단의 유입측 격막(263 및 283)과 동일한 외곽 형상으로 이루어지되, 제1유로 내지 제3유로(275a 내지 275c)의 종단부에 유입된 유체를 상기 제1 및 제2투과증발막(250 및 290)으로 유출시키기 위한 제1 내지 제3유입연장로(275d 내지 275f)가 더욱 형성되어 있다. 한편, 상기 유입측 격막(263 및 283)은 호형이고 중앙부위에 외부로부터 유체가 유입되는 유입공(261 및 281)이 형성되어 있으며, 호의 크기는 유로형성판보다 1∼2mm 정도 커서 유체가 가스켓과 직접 접촉하지 않으며 유로형성판의 유로에 빠지지 않게 한다.In addition, the first through the third flow path (275a to 275c) is made of the same outer shape as the inlet side diaphragm (263 and 283) of the upper and lower inlet side, the first through the third channel (275a to 275c) The first to third inlet extension paths 275d to 275f are further formed to allow the fluid introduced into the end portions of the c) to flow out into the first and second permeation membranes 250 and 290. Meanwhile, the inlet side diaphragms 263 and 283 are arc-shaped and inlet holes 261 and 281 through which fluid flows from the outside are formed in the center portion, and the size of the arc is about 1 to 2 mm larger than that of the flow path forming plate so that the fluid is gasketed. It is not in direct contact with and does not fall into the flow path of the flow path forming plate.
도 3 및 도 6을 참고하면, 상기 유로형성판의 유출측 유로(276)는 제1유로 및 제2유로로 형성되며 분기하는 중앙에서 폭이 좁아지는 U자 형상 또는 V자 형상의 유로이고, 상기 제1유로 및 제2유로의 내측폭은 유로형성판의 전체 폭 대비 0.003∼0.06배이고, 외측폭은 유로형성판의 전체 폭 대비 0.016∼0.15배이다. 상기 형상 및 크기로 유로가 형성되었을 때, 가장 바람직하게 균일하고 와류가 형성되지 않는 유체흐름을 얻을 수 있다.Referring to FIGS. 3 and 6, the outflow side flow path 276 of the flow path forming plate is formed as a first flow path and a second flow path, and is a U-shaped or V-shaped flow path narrowed at a branching center. The inner width of the first flow path and the second flow path is 0.003 to 0.06 times the total width of the flow path forming plate, and the outer width is 0.016 to 0.15 times the total width of the flow path forming plate. When the flow path is formed in the above shape and size, it is possible to obtain a fluid flow which is most preferably uniform and does not form a vortex.
상기 유출측 유로(276)의 제1유로 및 제2유로는 상기 유출측 상단 및 하단의 유출측 격막(264 및 284)과 동일한 외곽 형상으로 이루어지되, 제1유로 및 제2유로가 분기하는 중앙부와 종단부에는 제1 및 제2투과증발막(250 및 290)을 통과하여 유출된 유체를 유입하기 위한 유입구(276a)가 더욱 형성되어 있다. 또한 상기 유출측 격막(264 및 284)은 상기 가스켓 타단의 외곽 만곡부와 동일한 형상의 호형이며 각 호형의 중앙부위에 유체가 유출되는 유출공(262, 282)이 각각 형성되어 있고, 호의 크기는 상기 유입측 격막과 같이, 유출측 격막보다 1∼2mm 정도 커서 유체가가스켓과 직접 접촉하지 않으며 유로형성판의 유로에 빠지지 않게 한다.The first flow path and the second flow path of the outflow side flow path 276 are formed in the same outer shape as the outflow side diaphragms 264 and 284 at the top and bottom of the outflow side, and the central portion where the first flow path and the second flow path branch off. And in the end portion is further formed with an inlet 276a for introducing the fluid flowing through the first and second permeation membranes 250 and 290. In addition, the outlet side diaphragms 264 and 284 are arc-shaped having the same shape as the outer curved portion of the other end of the gasket, and outlet holes 262 and 282 through which fluid flows are formed in the central portion of each arc-shaped, respectively, and the size of the arc is Like the inlet side diaphragm, it is about 1 to 2 mm larger than the outlet side diaphragm so that the fluid does not directly contact the gasket and falls into the flow path of the flow path forming plate.
도 3 내지 도 6을 통해 유로형성부의 유체의 흐름을 살펴보면, 유입수측 유입공(261)을 통해 유로형성판(270)으로 들어오는 유체는 유입수측 유로형성을 위해 홈(275a 내지 275c)으로 나뉘어져 들어가게 되어 화살표 방향으로 흐르게 된다. 상기 유체는 도 5에서와 같이 유입연장부(275d, 275e 및 275f)를 통해 유로형성판과 투과증발막이 접촉하는 부분으로 흐르고, 여기서 균일한 흐름을 유지하며 유출수측으로 향하게 된다. 유출수측으로 이동한 유체는 투과증발막과 접하는 내부까지 파여져 있는 유출수측의 유입구(276a)를 통해 유출수측 유로(276)로 들어가게 된다. 상기 유출수측 유로(276)는 유로형성판(270)의 상하부에 있는 유출측 격막(264, 284)에 의해 형성되며 유출수측을 빠져나가는 유체의 유출공(262, 282)은 좌우에 각각 설치되어 있어 유체가 차압의 증가없이 원활하게 모듈 외부로 빠져나갈 수 있게 된다.Looking at the flow of the fluid through the flow path forming portion through Figures 3 to 6, the fluid entering the flow path forming plate 270 through the inlet side inlet hole 261 is divided into grooves 275a to 275c to form the inlet side flow path. And flows in the direction of the arrow. The fluid flows through the inlet extension portions 275d, 275e and 275f to the contact portion between the flow path forming plate and the permeable evaporation membrane as shown in FIG. 5, where the fluid flows toward the effluent side while maintaining a uniform flow. The fluid moved to the effluent side enters the effluent side flow path 276 through the inlet 276a of the effluent side which is excavated to the inside contacting the permeation membrane. The outflow side flow path 276 is formed by the outflow side diaphragms 264 and 284 in the upper and lower portions of the flow path forming plate 270, and the outflow holes 262 and 282 of the fluid exiting the outflow side are respectively installed on the left and right sides thereof. This allows fluid to flow out of the module smoothly without increasing the differential pressure.
이때 투과증발막과 접촉하는 유체흐름의 높이는 투과증발막 모듈을 적용하고자 하는 용도에 따라 달라질 수 있으며, 사용되는 가스켓의 두께에 따라 간단하게 조정이 가능하게 된다. 또한 모듈로 들어오는 유체의 흐름(201)은 상황에 따라 밑에서 위로 형성될 수 있다.At this time, the height of the fluid flow in contact with the pervaporation membrane may vary depending on the intended use of the permeation membrane module, it is possible to simply adjust according to the thickness of the gasket used. In addition, the flow of fluid 201 entering the module may be formed from the bottom up depending on the situation.
한편, 도 7은 본 발명에 따른 투과증발용 평판형 모듈(■)과 종래기술에 따른 모듈(유입공과 유출공이 각각 하나인 제품)(▲)의 성능평가 결과이다. 성능평가 결과는 모듈 입구 및 출구에서의 온도차를 이용하였다. 투과증발장치의 운전시, 액체상태인 유입수가 투과증발막면을 거치면서 투과증발막의 반대편에 걸리는 진공이구동력으로 작용하여 유입수중의 일부가 투과증발막면을 통과하여 기체상태로 빠져나가게 된다. 따라서 유체의 일부가 기체상태로 투과증발막을 통과할 경우 유체는 이 기체의 양에 비례하여 증발잠열에 해당하는 만큼 모듈을 빠져나가는 유입수의 온도가 떨어지게 된다. 본 발명에 따른 투과증발용 평판형 모듈은 모든 유속에서 균일한 성능을 보이고 있으나, 종래기술의 모듈은 레이놀즈 넘버가 2000을 넘을 경우 온도의 저하정도가 현저히 떨어지고 있다. 즉 모듈내부에서의 흐름이 원활하지 못해 모듈의 효율이 떨어짐을 나타내는 것이다. 이에 비해 본 발명에 의한 투과증발모듈은 유속의 증가에 비례하여 온도의 저하가 균일하게 나타나고 있어 모든 유속에서 모듈내부의 유체 흐름이 안정되어 있고 모듈의 효율저하가 나타나지 않음을 알 수 있다.On the other hand, Figure 7 is a performance evaluation results of the permeation flat plate module (■) and the module (product having one inlet hole and one outlet hole) (▲) according to the prior art according to the present invention. The performance evaluation result was used as temperature difference in module inlet and outlet. During operation of the pervaporation apparatus, a liquid influent flows through the pervaporation membrane surface and a vacuum applied to the opposite side of the pervaporation membrane acts as a driving force so that a part of the inflow water passes through the pervaporation membrane surface and escapes to the gas state. Therefore, when a part of the fluid passes through the permeation membrane in the gaseous state, the temperature of the inflow water exiting the module decreases as much as the latent heat of evaporation in proportion to the amount of the gas. The flat type module for pervaporation according to the present invention shows uniform performance at all flow rates, but the prior art module has a significant drop in temperature when the Reynolds number exceeds 2000. In other words, the flow inside the module is not smooth, indicating that the efficiency of the module is reduced. On the other hand, the permeation evaporation module according to the present invention shows that the temperature decreases uniformly in proportion to the increase in the flow rate, so that the fluid flow inside the module is stable at all flow rates and the efficiency of the module does not appear.
따라서, 본 발명에 따른 투과증발용 평판형 모듈은 투과증발에 사용할 때 모듈 내부에서 최적의 유체흐름을 유지하기 때문에 동일한 운전조건에서 투과증발막을 통한 투과량이 증가하여 투과증발장치의 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.Therefore, since the flat-type module for pervaporation according to the present invention maintains the optimum fluid flow in the module when used for pervaporation, the permeation through the pervaporation membrane increases under the same operating conditions, thereby improving the efficiency of the pervaporation apparatus. It has an effect.
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| US3520803A (en) * | 1968-12-24 | 1970-07-21 | Ionics | Membrane fluid separation apparatus and process |
| EP0231558A1 (en) * | 1986-01-23 | 1987-08-12 | Metallgesellschaft Ag | Separation apparatus |
| JPH05123538A (en) * | 1991-11-06 | 1993-05-21 | Daikin Ind Ltd | Pervaporation module |
| EP0592778A2 (en) * | 1992-07-29 | 1994-04-20 | Deutsche Carbone AG | Plate module and its use for separating fluid mixtures |
-
2001
- 2001-12-12 KR KR10-2001-0078675A patent/KR100438165B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3520803A (en) * | 1968-12-24 | 1970-07-21 | Ionics | Membrane fluid separation apparatus and process |
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| JPH05123538A (en) * | 1991-11-06 | 1993-05-21 | Daikin Ind Ltd | Pervaporation module |
| EP0592778A2 (en) * | 1992-07-29 | 1994-04-20 | Deutsche Carbone AG | Plate module and its use for separating fluid mixtures |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20030048693A (en) | 2003-06-25 |
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