KR100472620B1

KR100472620B1 - 교반기

Info

Publication number: KR100472620B1
Application number: KR10-2000-0028571A
Authority: KR
Inventors: 페터 포쉬너; 귄터 그라이너; 베르네 힘멜스바하
Original assignee: 에카토 뢰르-운트 미쉬테크닉 게엠베하
Priority date: 1999-05-27
Filing date: 2000-05-26
Publication date: 2005-03-08
Also published as: JP4828013B2; EP1055450A2; EP1055450A3; DE29909312U1; DE50010802D1; US6439756B1; JP2001000851A; KR20010049418A; ATE300350T1; EP1055450B1

Abstract

본 발명은 특히 탈황장치에서 액체내 가스를 분산하고 고체를 현탁하기 위해 교반용기내 액체를 교반하는 교반기(10)에 관한 것으로, 상기 가스는 교반기(10)의 중공(hollow)형태의 교반축(14) 또는 중공형태의 허브(34)를 통해 공급되고, 교반 프로펠러(16)의 압력을 받는 면으로 액체에 주입되어 종래의 발명에 비해 높은 물질전달속도와 가스처리가 높은 것을 특징으로 한다.

Description

교반기{Agitator}

발명의 분야

본 발명은 액체를 교반하는 교반기에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 가스를 교반용기 내의 액체에 주입하여, 특히 탈황장치에서의 액체내 가스를 분산하고 고체를 현탁하기 위한 것으로, 교반축(agitator shaft)과 그 교반축에 결합된 교반 프로펠러를 포함하는 액체 교반기에 관한 것이다.

발명의 배경

가스 주입관이나 주입랜스(injection lance)는 탈황장치의 흡수제의 가스처리에 사용되어져 왔으며 가스(통상 공기)가 주입되는 구멍을 갖는 간단한 수평관 또는 수직관으로 형성되어 있다. 그러나 이러한 주입관이나 주입랜스는 높은 가스유량(high gas rate)을 효율적으로 분산시킬 수 없다. 따라서, 본 발명에서는 높은 가스유량이라도 교반용기내 액체에 효율적으로 분산될 수 있고, 주입된 가스가 교반기에 의하여 예비 분산(pre-dispersed)될 수 있는 향상된 형태의 교반기를 개발하기에 이른 것이다.

본 발명의 목적은 높은 가스유량이라도 교반기 내의 액체에 효율적으로 분산될 수 있는 교반기를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 주입된 가스가 교반기에 의하여 예비 분산될 수 있는 향상된 형태의 교반기를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.

본 발명의 구체예에서는 중공형태(hollow configuration)의 교반축을 통하여 교반용기로 가스를 공급하는 것이다.

본 발명의 다른 구체예에서는 교반기는 고정된 회전하는 맞물림으로 교반축에 연결된 중공형태의 허브(hub)를 가졌으며, 상기 교반축을 통해 가스는 교반 용기로 도입된다.

본 발명의 또 다른 구체예에서는 교반축에 안정적으로 고정된 복수개의 파이프가 있으며, 이를 통해 가스는 교반용기 밖에서부터 직접적으로 공급된다.

바람직하게는 중공형태의 교반축과 중공형태의 허브의 용기 쪽 끝(vessel-proximal ends)에는 교반용기로 가스 도입을 위한 구멍(transverse bores)이 있다. 가스주입장치는 허브(hub) 또는 교반축의 용기쪽 끝에 배치되는 것이 유리하다. 가스주입장치는 바람직하게는 복수개의 파이프 형태로 되어 있으며, 상기 파이프는 교반축 또는 허브의 세로축으로, 특히 방사형으로 연장되어 있고 교반축, 허브 또는 교반축에 연결된 파이프의 내부 공간은 서로 통한다.

본 발명의 다른 구체예에 따르면, 가스주입장치는 교반축 또는 허브를 둘러싸는 챔버(chambre)의 형태로 되어있고, 교반축 또는 허브의 내부공간은 서로 통한다.

가스가 교반용기로 통하여 흐르는 파이프와 챔버의 출구는 교반 프로펠러의 직경의 약 35 내지 75%에 위치하는 것이 바람직하며, 파이프와 챔버의 출구를 상기 가스주입장치의 회전 방향에 따라 뒷면(backside), 즉 파이프 또는 챔버가 압력을 받는 면에 배치하는 것이 더 바람직하다. 가스가 교반 프로펠러로 역류하는 것을 막기 위하여 가스주입장치에서 교반 프로펠러까지의 축상 거리는 교반프로펠러의 25 내지 75% 정도인 것이 적당하다. 교반용기로 가스를 도입하기 위한 가스주입장치의 출구가 교반프로펠러의 압력면에 배열되는 것이 바람직하다.

고정 분배두(stationary distributor head)는 가스를 공급하는 역할을 한다.

허브는 솔리드(solid) 교반축의 내부 단부(inner end) 영역에만 형성되며, 가스는 교반용기의 벽을 통과하는 파이프를 통해 중공형태의 허브로 직접 공급된다.

제1도는 교반용기(12) 내부에 결합된 교반기(10)의 개략도이다.

교반용기(12)는 배연탈황장치의 흡수기가 될 수도 있다. 지금까지의 흡수기는 높은 가스유량을 효율적으로 분산할 수 없는 수평의 가스처리 파이프 또는 가스처리 랜스(gassing lance)를 사용하였다. 따라서 교반기를 이용하여 흡수기의 액체에 주입되는 가스를 예비 분산(pre-dispersion)하는 것이 바람직하다.

교반기(10)는 외부에서 교반용기(12) 벽을 통하여 내부로 향하는 교반축(14)을 포함한다. 교반축(14)의 세로축은 실제적으로 수평 또는 약 15°정도 아래로 기울어져 조립되어 연장된다. 교반축(14)은 외부 드라이브(도시되지 않음)에 의하여 회전될 수 있다.

교반프로펠러(16)형태의 축상 콘베이어는 교반용기(12) 내부에서 교반축(14)과 고정된 회전 맞물림으로 결합되어, 교반되는 내용물을 화살표 P 방향으로 보낸다.

도시된 바와 같이 교반축(14)은 중공(hollow)의 구조이고, 고정 분배두와 교반용기(12) 외부에서 결합되며, 팬(도시되지 않음)에 의하여 그리고 공급관(20)을 통하여 공기와 같은 가스가 공급된다. 분배두로부터 교반축(14) 내부로 가스를 도입하기 위해, 교반축(14)에는 분배두(18)로 방사상 구멍(22)을 가진다.

교반축(14)과 교반용기(12) 벽 사이뿐만 아니라 고정 분배두(18)와 회전가능한 교반축(14) 사이에는 적절한 봉합(24, 예를 들면 입구 봉합, 미로 봉합(labyrinth seals) 또는 틈 봉합(gap seals))을 한다.

교반축(14)의 내부 단부(36)는 막혀있다. 그러나, 교반축은 이러한 내부 단부 영역의 원통벽에 형성되어 있는 관통구멍(through-opening, 26)을 가져 세로축을 관통한다.

가스주입장치(28)가 교반축(14)의 내부 단부(36)에 고정된 회전 맞물림으로 연결되어, 가스는 중공(hollow)의 교반축(14)을 통하여 교반용기(12)내의 액체로 도입된다. 이러한 가스주입장치(28)는 예컨대 제4도에 도시된 바와 같이, 각 외부 단부(outer ends)에 가스 출구(32)를 가진 4개의 방사상으로 뻗은 파이프(30)를 포함한다. 제4도에는 이러한 4개의 파이프(30)가 도시되어 있다. 상기 파이프(30)는 그 이상 또는 이하도 가능하다. 도시된 구체예에서 파이프(30)는 그 외부 단부에서 수직축에 대하여 45°정도 기울어져 배출구(32)를 형성하게 된다.

파이프(30)는 또한 끝면(end faces)이 막혀있을 수 있고, 출구(32)는 각 파이프의 원통벽에 형성될 수 있는데, 하나 또는 여러 개의 출구가 파이프마다 있을 수 있다.

파이프(30)의 출구(32)는 가스주입장치(28)의 회전방향 R에 대해 파이프(30)의 뒷면, 즉 가스의 통로 또는 파이프(30)의 압력 받는 면(underpressure side)에 배치되는데, 이는 파이프 앞의 동적 압력에 상응하는 가압(underpressure)이 발생되어 가스공급시 발생할 수 있는 압력손실을 감소시키거나, 출구(32)의 작은 액체막(small liquid coverings)를 통해 외부팬 없이 자가흡인(self-aspiration)을 하기 위함이다.

교반프로펠러(16)의 중심면과 가스주입장치(28)의 중심면 사이의 축상 거리는 가스의 역류로 축상 콘베이어, 즉 프로펠러(16)의 작용이 손상되지 않도록 프로펠러 직경의 25 내지 75% 정도인 것이 적절하다. 출구(32)는 교반축(14) 또는 허브(34)의 직경보다 더 큰 직경에 위치하는데, 출구(32)의 중심이 있는 원의 직경이 프로펠러 직경의 35 내지 75% 정도가 바람직하다.

제5도는 가스주입장치(28)의 다른 구체예이다.

상기 가스주입장치의 한가지 예로서 제5도에 도시된 바와 같은 삼각의 챔버(48)는 중공(hollow)의 교반축(14)이나 중공의 허브(34)의 용기 쪽 끝을 둘러싸며, 중공 교반축(14)이나 중공 허브(34)에 고정된 회전 맞물림으로 연결되어 있다. 교반축(14)이나 허브(34)의 수직축 방향으로의 챔버(48)의 축 너비는 챔버(48)가 적어도 허브(34)의 방사상 구멍(38)이나 교반축(14)의 방사상 구멍(26)을 덮을 수 있도록 선택된다. 그러나, 챔버(48)의 너비는 이들 구멍(22 또는 38)의 직경보다 더 넓은 것이 적당하다. 도시된 구체예에서 챔버(48)는 세 개의 출구(32)를 가지며, 이를 통해 교반축(14)이나 허브(34)를 경유하여 운반되어 구멍(26 또는 38)을 통해 챔버(48)로 들어온 가스가 교반용기(12)로 주입된다. 출구는 챔버(48)의 전체 축 너비까지 확장될 수 있다.

제4도의 파이프(30)에서와 같이 제5도의 챔버(48)의 출구(32)는 상기한 바와 같은 압력을 생성하기 위하여 회전방향 R에 대해 챔버(48)의 뒷면에 위치한다. 제4도의 가스주입장치와 마찬가지로 프로펠러(16)의 중심면과 챔버(48)의 축상 중심면간의 축 거리는 프로펠러 직경의 25 내지 75% 정도이다. 또한, 챔버(48)의 출구(32) 중심은 프로펠러 직경의 35 내지 75% 정도인 직경에 위치하고 있다.

제2도는 본 발명에 따른 교반기(10)의 또 다른 구체예가 도시되어 있다.

상기 구체예에서, 교반용기(12) 외부에 위치한 고정 분배두(18)는 솔리드(solid)교반축(15)과 결합되고, 상기 교반축(15)은 분배두를 통하여 유도되며, 분배두와 교반축(15)사이는 봉합(24)되어있다. 교반축(15)의 내부 단부에는 프로펠러(16) 형태인 축상 콘베이어가 부착되어 있다. 상기 구체예에서 중공 허브(34)는 교반축(15)및 프로펠러(16)와 고정 회전 맞물림으로 연결되어 있어 공급관(20)으로부터 교반축(15)와 분배두(18) 사이의 링 공간(40)을 경유하여 가스가 공급된다.

허브(34)는 교반축(15)과 중심을 같이하여 뻗어 있고, 외부 단부(42)는 본 구체예에서 교반용기(12)의 벽을 통과하여 교반용기 안으로 약간 돌출된 분배두(18)의 내부 단부(44)와 겹친다.

허브(34)의 외부 단부(42)와 분배두(18)의 내부 단부(44)의 사이에는 적절하게 봉합(24)이 되어 있다. 허브(34)의 내부 단부(46)는 한 면으로 막혀있으나, 중공의 허브(34)는 상기 내부 단부(46)의 원통형 벽에 방사상 구멍(radial bores, 38)이 형성되어 있다.

허브(34)의 내부 단부(46)에는 도1에 의한 구체예와 마찬가지로 가스주입장치(28)가 장착되어 있으며, 이미 도4 및 5의 설명에서 설명한 바 있다. 중공의 허브(34)를 통해 공급되는 가스는 방사상 구멍(38)을 통해 가스주입 장치(28)로 도입되며, 상기 가스는 상기 가스주입장치의 배출구(32)를 통해 교반용기(12)에 있는 액체로 주입된다. 도1의 구체예와 마찬가지로 프로펠러(16)은 화살표 P의 방향으로 액체를 운반한다.

상기 두가지 구체예에서 가스주입장치(28)는 고정된 회전 맞물림으로 교반축(14) 또는 허브(34)와 연결되어 있어 교반축(14) 또는 허브(34) 및 프로펠러(16)과 하나의 단위로 같이 회전하게 된다.

도1의 구체예에서 가스는 팬(fan)으로부터 공급관(20), 분배두(18), 방사상 구멍(22), 중공의 교반축(14) 및 교반축 내의 방사상 구멍(26)을 경유하여 가스주입장치(28)의 파이프(30) 또는 챔버(48)로 운반되고, 출구(32)을 통해 교반용기(12)내 액체로 주입된다.

도2의 구체예에서 가스는 팬에 의해 공급관(20), 교반축(15)과 분배두(18) 사이의 고리형 공간(40), 중공의 허브(34) 및 허브의 방사상 구멍(38)을 경유하여 가스주입장치(28)의 챔버(48)나 파이프(30)로 도입되고, 출구(32)를 통해 교반용기(12)내의 액체로 주입된다.

프로펠러(16)로부터 반지름 거리 A에 있는 가스주입장치(28)는 프로펠러(16)의 안쪽으로 압력 받는면에서 교반용기의 둘레벽에 대하여 위치해 있다.

따라서 가스는 외부로부터 중공 교반축(14)이나 허브를 통하여 교반용기(12)로 도입되고, 프로펠러(16)의 가압면상의 가스주입장치(28)에 의해 교반용기(12)내의 액체로 공급된다.

프로펠러(16)는 충분하게 강한 액체 제트(liquid jet)를 발생시켜, 액체내의 고체를 부유시키고 동시에 액체내의 가스를 분산시킨다.

도3은 본 발명에 의한 교반기의 또 다른 구체예를 개략적으로 나타낸 것이다. 도3에 의한 구체예에서는 교반축(15)는 도2에서와 마찬가지로 솔리드 교반축이다. 선행하는 구체예처럼, 프로펠러(16)의 형태인 축상 콘베이어는 교반축(15)에 고정된 회전 맞물림으로 결합되어 있다. 도2에서와 마찬가지로 고정 분배두(18)의 내부 단부(44)는 교반용기(12)의 안쪽으로 약간 돌출되어 있다. 분배두(18)의 내부쪽 면은 벽(58)에 의해 막혀있으며, 이는 분배두(18)의 내부 단부(44)와 축방향으로 겹치고, 분배두(18)의 내부 단부(44)와 벽(58)의 사이에는 적절하게 봉합(24)되어 있다. 끝 벽(58)은 교반축(15)과 고정된 회전 맞물림으로 결합되어 있다.

수 개, 예컨대 4개의 파이프(52)가 교반축(15)의 주위에 배치되어 있으며, 교반축(15)과 평형으로 단단히 고정되어 있고, 파이프의 외부 단부(60)는 벽(58)을 통과하여 고정 분배두(18)의 고리형 공간(40)으로 돌출되어 있다.(분배두와 교반축(15)의 사이에는 적절하게 봉합(24)되어 있다.)

파이프(52)는 교반축(15)의 용기쪽 끝(54)에서 바깥 방사방향으로 구부러져 있고(실질적으로 세로축에 직각으로), 따라서 교반용기(12)로 가스도입을 위해 파이프 섹션(56)은 끝이 개방되어 출구(32)를 형성하고 있다.

이러한 출구(32)의 형태 및 배치는 도1 또는 도2 파이프의 출구(32)와 같다. 또한 파이프 섹션(56)의 중심면은 교반기 프로펠러(16)의 중심면으로부터 축상 거리 A 만큼 떨어져 있다.

도3의 구체예에서 파이프 섹션(56)은 가스주입장치(28)를 형성한다.

도6은 본 발명에 따른 또 다른 구체예를 나타낸 것이다. 본 구체예에서, 허브(34)는 솔리드 교반축(15)의 내부 단부(54) 부분에 형성되어 있고, 예컨대 나사 또는 용접에 의한 적절한 방식으로 교반축(15)의 내부 단부(54)와 결합되어 있다.

중공 허브(34)의 용기쪽 끝(46)은 개방되어 있고, 공급관(20)의 끝은 상기 용기쪽 끝(46)에서 만나고, 회전하는 허브(34)와 고정된 공급관(20)의 사이에는 예컨대 입구 봉합이나 미로 봉합 등으로 적절하게 봉합(24)되어 있으며, 또한 틈 봉합도 가능하다.

상기 구체예와 달리, 도6의 구체예에서 공급관(20)은 교반용기(12) 벽을 통과하여 외부로부터 인도된다. 공급관(20)은 교반용기(12)로 방사형으로 적절하게 뻗은 다음 구부러져, 공급관의 끝 부분(21)은 다시 교반용기 벽을 향해 바깥방향으로 나 중공 허브(34)와 연결된다.

상기 방법에서 가스는 도입되어 공급관(20, 21)을 경유하여 곧바로 중공의 허브(34)로 주입된다. 도6의 상기 허브(34)에는 도4의 파이프(30) 또는 도5의 챔버(48)를 포함하는 상기 가스주입장치(28)가 연결된다.

파이프(30, 52 및 56)는 원형단면(circular cross section), 직사각형 단면(rectangular cross section) 또는 다른 적당한 단면을 가질 수 있다. 도5의 챔버(48)는 직사각형 단면(rectangular cross section) 또는 다른 적당한 단면을 가질 수 있다. 선택적으로 가스주입장치는 생략될 수 있으며, 가스는 교반용기에 직접적으로 주입될 수 있다. 상기의 방법으로도 프로펠러(16)에 의해 발생된 흐름으로 가스의 양호한 분산이 가능하지만, 가스주입장치의 사용을 통해 더 양호한 분산이 가능하다.

분배두(18)는 교반기(10)의 벽에서 또는 교반 용기(12)의 내부에서 전체로서 결합될 수 있다. 이 경우, 공급관(20)은 교반 용기(12)의 벽을 통해 분배두(18)와 연결된다.

본 발명에 의한 교반기는 종래 가스주입장치보다 더 높은 물질전달속도 및 가스처리를 할 수 있다.

본 발명은 높은 가스유량이라도 교반기내 액체에 효율적으로 분산될 수 있고, 주입된 가스가 교반기에 의하여 예비 분산될 수 있으며, 종래 가스주입장치보다 더 높은 물질전달속도 및 가스처리를 할 수 있는 교반기를 제공하는 효과를 갖는다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

제1도는 본 발명에 따른 교반기의 구체예 중 하나의 개략도이다.

제2도는 본 발명에 따른 교반기의 또 다른 구체예이다.

제3도는 본 발명에 따른 교반기의 또 다른 구체예이다.

제4도는 교반축(agitator shaft)으로 가스를 도입하기 위한 가스주입장치의 종단부의 개략도이다.

제5도는 교반축(agitator shaft)으로 가스를 도입하기 위한 가스주입장치의 종단부의 개략도이다.

제6도는 본 발명에 따른 교반기의 또 다른 구체예이다.

Claims

특히 배연탈황 장치에서 가스를 분산하거나 고체를 현탁하기 위한 것으로, 가스가 교반용기 내의 액체로 주입되고, 교반용기 내의 액체를 교반하는 교반기에 있어서,

가스를 교반용기 내로 이송하기 위한 내부 공간을 형성하는 중공 형태이고, 상기 교반용기 내로 연장된 교반축;

상기 교반용기 내의 교반기에 장착된 교반 프로펠러; 및

한쪽 단부가 상기 액체의 이송 방향으로 상기 교반 프로펠러의 축 거리 흐름 하류측에 가스를 상기 교반용기로 도입하기 위해, 교반축과 고정된 회전 맞물림으로 연결된 가스주입장치;

로 이루어지는 것을 특징으로 하는 교반기.
삭제
삭제
제1항에 있어서, 중공 형태의 상기 교반축은 교반용기로 가스도입을 위해 관통 구멍이 형성되고 교반용기 내에 형성된 단부를 갖는 것을 특징으로 하는 교반기.
제4항에 있어서, 상기 가스주입장치는 상기 교반용기 내에서 교반축으로부터 외부로 연장되고 상기 중공형태의 교반축의 내부 공간에 유동적으로 연결되는 복수의 파이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 교반기.
제5항에 있어서, 상기 파이프는 상기 교반축으로부터 방사상으로 연장된 것을 특징으로 하는 교반기.
제5항에 있어서, 상기 교반 프로펠러는 상기 파이프의 출구가 교반 프로펠러 직경의 약 35% 내지 75%인 직경에 위치하도록 각 파이프의 직경을 결정하는 것을 특징으로 하는 교반기.
제7항에 있어서, 상기 가스주입장치는 회전 방향으로 회전하고, 상기 파이프의 출구는 상기 가스주입장치의 회전방향과 관련된 파이프의 압력면에 위치하는 것을 특징으로 하는 교반기.
제5항에 있어서, 상기 가스주입장치는 상기 교반축을 둘러싸며, 상기 교반축의 내부 공간과 통하는 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 교반기.
제9항에 있어서, 상기 교반 프로펠러는 상기 챔버의 출구가 상기 교반 프로펠러의 직경의 약 35% 내지 75%에 위치하는 것을 특징으로 하는 교반기.
제9항에 있어서, 상기 가스주입장치는 회전 방향으로 회전하고, 상기 챔버의 출구는 상기 가스주입장치의 회전방향과 관련하여 파이프의 압력면에 위치하는 것을 특징으로 하는 교반기.
제5항에 있어서, 상기 교반프로펠러는 중심면과 직경을 갖고, 상기 가스주입장치는 상기 교반 프로펠러 직경의 약 25% 내지 75%인 축상 거리에 의해 교반 프로펠러의 중심면으로부터 공간이 형성된 중심면에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 교반기.
제5항에 있어서, 상기 가스주입장치는 가스를 상기 교반용기 내로 주입하기 위해 교반 프로펠러의 압력면에 위치하는 것을 특징으로 하는 교반기.
제1항에 있어서, 가스 공급을 위해 교반축의 내부 공간에 유동적으로 결합된 고정분배두를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교반기.
제14항에 있어서, 상기 교반축은 상기 고정분배두와 함께 교반축의 내부공간에 유동적으로 연결되는 방사상 구멍을 갖는 것을 특징으로 하는 교반기.
삭제