KR100588093B1 - 폐 용매 재생 시스템 및 이를 이용한 폐 용매 재생 방법 - Google Patents
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Abstract
폐 용매 재생 시스템은 수분으로부터 용매를 분리하는 분별 증류 장치, 상기 분별 증류 장치에 의하여 분리된 용매를 가압하는 가압 유닛, 상기 가압된 용매를 분사하는 복수개의 용매 분사부를 포함하고, 상기 분사된 용매를 냉각시켜 용매 내의 잔존 수분만을 결정화시키는 냉각 유닛을 포함한다. 또한 폐 용매 재생 방법은 폐 용매를 분별 증류하여 용매 성분을 분리하는 분별 증류 단계, 상기 분별 증류된 용매 성분을 가압하는 가압 단계, 상기 가압된 용매 성분을 분사하는 용매 분사 단계, 상기 분사된 용매 성분을 냉각시켜 상기 용매 성분에 포함된 수분만을 선택적으로 결정화시켜 순수 용매만을 분리하는 분리 단계 및 상기 순수 용매를 회수하는 단계를 포함한다.
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐 용매 재생 시스템을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉매부의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉매 이동부의 사시도이다.
본 발명은 폐 용매 재생 시스템 및 이를 이용한 폐 용매 재생 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 재생되는 용매의 순도를 극대화시킬 수 있는 폐 용매 재생 시스템 및 이를 이용한 폐 용매 재생 방법에 관한 것이다.
일반적으로 도금 공정 등에서 건조속도를 높이기 위하여 용매를 많이 사용한다. 이러한 용매를 재활용하여 사용하려는 시도가 계속되고 있다.
상기 재활용을 위한 수단으로서 주로 분별 증류 장치를 이용한 분별 증류 방식이 주로 사용되고 있다. 상기 분별 증류란 혼합 용액내의 각 성분의 비점 차이를 이용하여 요구되는 용매를 분리해 내는 공정이다. 그러나 상기 방식은 분리해 내려 는 용매와 피 분리되는 용매 사이의 비점 차이가 작을 경우 분리된 용매의 순도가 현저하게 저하되는 문제점이 있다. 또한 비점 차이가 크더라도 수분 등이 제대로 분리되지 않을 수 있어 분리된 용매의 순도 면에서 만족스럽지 못하였다.
본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 감안한 것으로서, 폐 용매의 재생 공정에서 재생 효율을 높이고 고 순도의 용매를 수득할 수 있는 폐 용매 재생 시스템을 제공한다.
또한 폐 용매의 재생 공정에서 재생 용매의 순도를 향상시키기 위한 폐 용매의 재생 방법을 제공한다.
본 발명의 일 특징에 폐 용매 재생 시스템은 분별 증류 장치, 가압 유닛 및 냉각 유닛을 포함한다.
상기 분별 증류 장치는 폐 용매의 수분으로부터 용매를 분별 증류하는 장치이다. 상기 가압 유닛은 분별 증류 장치로부터 분리되어진 용매에 압력을 가함으로써, 용매의 자연 분사를 유도하고 분사되는 입자의 크기를 작게할 수 있다. 상기 냉각 유닛은 상기 가압된 용매를 분사하는 복수개의 용매 분사부를 포함하고 상기 분사된 용매를 냉각시켜 용매 내의 잔존 수분만을 선택적으로 결정화시킨다. 따라서 결정화되지 않는 순수 용매만을 분리해 낼 수 있다.
본 발명의 일 특징에 따른 폐 용매 재생 방법은 분별 증류 단계, 가압 단계, 용매 분사 단계, 용매 분리단계 및 회수단계를 포함한다.
상기 분별 증류 단계는 폐 용매를 가열하여 분별 증류시킴으로써, 수분을 제외한 용매 성분만을 분리하는 단계이다. 상기 가압 단계는 상기 분리된 용매 성분에 압력을 가하는 단계이다. 상기 용매 분사 단계는 가압된 용매를 압력에 의하여 용매를 미립자의 액적 형태로 분사시키는 단계이다. 상기 용매 분리 단계는 상기 용매 성분 중의 수분만을 선택적으로 결정화 시켜 순수 용매만을 분리하는 단계이다. 상기 회수 단계는 상기 분리된 순수 용매를 회수하는 단계이다.
본 발명에 따른 폐 용매 재생 방법에 따르면 분별 증류뿐만 아니라 어는점 차이를 이용한 냉각 방식에 의한 분리법을 사용하므로 재생 용매의 순도를 보다 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명을 자세히 설명하도록 한다.
폐 용매 재생 시스템
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 폐 용매 재생 시스템을 자세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐 용매 재생 시스템을 개략적으로 도시한 개념도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 유닛의 냉매부의 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉매 이동부의 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐 용매 재생 시스템은 분별 증류 장치(100), 가압 유닛으로서의 가압 펌프(200) 및 냉각 유닛(500)을 포함한다.
상기 분별 증류 장치(100)는 폐 용매 내의 수분과 용매의 비점 차이를 이용하여 분별 증류 방식에 의하여 용매를 분리하는 장치이다. 상기 분별 증류를 위해서는 가열을 위한 열원이 필요하다. 상기 열원으로서는 스팀 방식이나 전기 히터 방식 등 다양한 방법이 사용될 수 있으며, 전체 공정 상의 폐 열원을 재활용하여 사용할 수도 있다. 예를 들면, 도금 공정 상의 건조 공정의 폐 열원을 이용하여 세정 용매를 재생하기 위한 분별 증류 장치에 사용하는 경우를 들 수 있다. 상기 분별 증류 장치(100)는 분리된 가스 상태의 용매를 응축하여 액화시키는 응축장치(미 도시)를 포함할 수 있다. 따라서 분별 증류 장치(100)를 통과한 재생 용매는 액체 상태이다. 상기 분별 증류 장치(100)는 제어부(103)를 포함한다. 상기 제어부(103)는 폐 용매 재활용 공정상의 압력, 온도 등의 각종 조건을 세팅하여 제어할 수 있다.
상기 폐 용매 재생 장치(100)에서 용매 배출관(105)를 따라 배출되어진 재생 용매는 용매 저장조(120)에 일시적으로 저장되어질 수 있다.
상기 가압 펌프(200)은 상기 액체 상태의 용매를 가압한다. 가압을 하는 이유는 액체 상태의 용매가 분사될 때의 분사력을 제공하고 미립의 액적 형태로 용매를 분사시키기 위해서이다. 상기 가압 펌프(200)는 약 7 내지 10 기압의 압력을 가하게 된다.
상기 가압 펌프(200)는 상기 가압 펌프(200)의 배출 지점에 배치된 용매 솔 밸브(210)에 의하여 차단 또는 개방됨으로써 용매의 배출이 조절되어 진다. 상기 용매 솔 밸브(210)는 상기 용매의 압력이 7 기압 이상일 때에만 개방됨으로써, 항 상 7 기압 이상의 압력을 갖는 용매만을 배출시키게 해 준다.
상기 용매는 상기 냉각 유닛(500) 내에서 분사되기 전에 저장조(310)에 일시 저장된다. 상기 저장조(310)의 압력은 압력 트랜스미터(320)에 의하여 측정되어진다. 만약, 제어부(103)에서 운전자가 7 기압으로 압력을 셋팅하면 상기 가압 펌프200)는 상기 저장조(310) 내의 압력이 7기압이 될 때까지만 작동되게 된다. 상기 압력 트랜스미터(320)로 측정된 압력이 낮을 경우, 상기 가압 펌프(200)는 더욱 빠르게 회전을 하고 반대로 압력이 높을 경우 그 회전수를 줄이게된다.
저장조(310) 내에 저장된 용매는 제어용 솔브(330)를 통하여 냉각 유닛(500)을 분사 형태로 유입되게 된다. 상기 제어용 솔브(330)는 복수개 배치되는 것이 바람직하다. 상기 복수개의 제어용 솔브(330)는 동시에 개방되지 않는다. 복수개의 제어용 솔브(330)가 한꺼번에 개방되어 용매를 배출시키면 면적대비 냉매 열량이 많이 소모되게 된다. 따라서 1 분 주기로 각 솔브(330)는 교대로 개방된다.
상기 냉각 유닛(500)은 상기 제어용 솔브(330)가 개방되어 상기 냉각 유닛(500)으로 분사하기 위한 복수개의 용매 분사부(520)를 포함한다. 상기 용매 분사부(520)는 노즐 형태를 갖는다. 상기 용매 분사부(520)는 고압의 용매를 순간 분사한다. 순간 분사된 용매는 미세한 액적 형태를 갖는 입자형태로 분사되어진다. 상기 액적의 크기는 약 0.8 내지 1.2 mm이다. 상기 냉각 유닛(500) 내부의 온도는 용매 내에 잔존하는 수분의 어는점과 용매의 어는점 사이의 값을 갖는다. 상기 용매의 어는점은 순수 용매의 어는점보다 조금 더 낮다. 이는 용액의 총괄성에 의한 어는점 내림 현상 때문이다. 따라서 더욱 정확하게는 수분의 어는점과 수분과 용매의 혼합 용액의 어는점의 사이값을 갖는다. 따라서 분사된 액적 형태의 용매는 용매 성분 중 잔존하는 미세한 수분만이 결정화되고 상기 수분을 제외한 나머지 용매 성분은 액체 성분을 유지하게 된다.
상기 냉각 유닛(500)은 측벽에 단열재(560)를 포함한다. 상기 단열재는 상기 냉각 유닛(500) 내부의 온도를 유지시키는 역할을 한다.
상기 냉각 유닛(500)은 냉매부(400)를 포함한다. 상기 냉매부(400)는 냉매 이동부(450) 및 상기 냉매 이동부(450) 상에 배치된 굴곡판(420)을 포함한다. 상기 냉매 이동부(450)는 상기 냉각 유닛(500) 내부를 냉각시키기 위한 냉매의 이동로가 된다. 상기 굴곡판(420)의 배사 부분에는 주로 결정화된 수분이 부착되고 향사 부분을 따라서는 결정화되지 않은 액체상태의 순수 용매가 이동하게 된다.
상기 냉매부(400)는 수평 방향에 대하여 소정 각도만큼 경사진 구조를 갖는다. 이는 순수 용매의 이동을 가능하게 하기 위한 것이다.
상기 굴곡판은(420) 상기 굴곡판(420)의 고정을 위하여 고정막대(425)가 일정 간격마다 배치된다. 상기 고정막대(425)는 유체의 이동 방향과 수직하게 배치되고 유체의 이동을 방해하지 않는다.
상기 냉매 이동부(450)는 냉매 입구(451), 냉매 출구(452) 및 냉매가 판상 형태의 냉매 이동부(450) 전체 면에서 골고루 유동하게 하기 위하여 일정간격으로 배치된 복수개의 고정막(455)을 포함한다. 상기 고정막(455)은 지그재그로 배치됨으로써, 냉매가 이동방향과 수직한 방향으로 골고루 이동할 수 있게 해 준다. 상기 냉매 입구(452)는 냉매의 주입구이며 냉매 출구는 폐 용매 재생이 완료된 후 폐 냉 매를 다시 배출시키기 위한 출구이다.
상기 냉각 유닛(500)은 상기 순수 용매의 수거를 위하여 상기 냉각 유닛 하부에 깔대기 형상의 배출 가이드부(540)가 형성된다. 상기 냉각 유닛(500)은 3-방향 솔 밸브(580)을 포함한다. 상기 3-방향 솔밸브(580)는 배출된 유체의 유입부와 두 개의 분기 통로를 갖는다. 하나의 분기 통로는 순수 용매를 배출하는 통로이고 나머지 하나의 분기 통로는 폐 용매 재생이 완료된 후 상기 냉각 유닛(500) 내부에 잔존하는 수분이 녹아 흘러 내려오면 상기 흘러 내려온 물을 배출하는 통로이다.
상기 3-방향 솔밸브(580)를 통하여 배출된 유체는, 순수 용매의 경우 용매 저장조(620)에 저장되고, 상기 물은 냉각수 저장조(610)에 저장된다.
본 발명에 따른 폐 용매 재생 시스템은 냉각기(700)을 포함한다. 상기 냉각기(700)는 냉매를 냉각시켜 상기 냉각된 냉매를 상기 냉각 유닛(500)내부로 유입시킨다. 냉각된 냉매는 냉매 공급관(710)을 따라 유입되고, 폐 용매 재생이 완료된 수 폐 냉매는 냉매 배출관(720)통하여 다시 냉각기(700)로 유입되어 재활용된다. 상기 냉각기(700)는 내부에 펌프(미 도시)를 포함하고 있어 중력 방향과 반대 방향으로 상기 냉매를 이동시킬 수 있는 압력을 발생시킬 수 있다.
본 발명에 따른 폐 용매 재생 시스템은 송풍 유닛(810)을 포함한다. 상기 송풍 유닛(810)은 외부의 상온의 공기를 상기 용매 솔밸브(201)과 상기 저장조(310) 사이에 연결되어 있어 외부의 공기를 용매 이동로 상으로 불어 넣어준다. 폐 용매 재생 시스템이 재생 작업을 완료하고 정지하게 되면, 용매의 이동로 상에 잔존하는 용매를 공기압으로 밀어내어 외부로 배출시킬 수 있다. 또한 상기 송풍 유닛(810) 은 외부의 공기가 상기 냉각 유닛(500) 내부로 유입될 수 있게 밀어 줌으로써 내부의 온도를 상온으로 상승시키고 이에 따라 내부에 잔존하는 수분 결정들을 녹여주는 역할을 한다. 상기 송풍 유닛(810)의 공기 배출 지점에는 공기 솔 밸브(820)가 배치되어 외부 공기의 유입을 차단 또는 개방할 수 있다.
상기 폐 용매 재생 시스템은 종래의 분별 증류 방식에 의한 용매의 분리뿐만 아니라 냉각에 의한 어는점 차이를 이용한 용매 분리를 병행함으로써, 재생된 용매의 순도를 더욱 향상시킬 수 있다.
폐 용매 재생 방법
이하, 폐 용매의 재생 방법에 대하여 자세하게 설명하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 폐 용매의 재생 방법은 분별 증류 단계, 가압 단계, 용매 분사 단계, 용매 분리 단계 및 회수단계를 포함한다.
상기 분별 증류 단계는 폐 용매 중에 포함된 수분과 용매의 비점 차이를 이용하여 용매를 분리하는 방법이다. 상기 분리된 용매는 분리된 직후에 기체 상태이므로 별도의 응축과정을 포함하여 상기 기체 상태의 용매를 액체 상태로 전환시킨다. 상기 분별 증류 단계를 완료하더라도 용매의 순도는 요구되어지는 순도보다 낮다. 특히 수분과 비점 차이가 크지 않은 용매의 경우 분리된 용매의 순도는 특이 낮다.
상기 분별 증류 단계를 거친 액체 상태의 용매는 가압 단계를 거치게 된다. 가압 단계는 약 7 내지 10 기압이 도달할 때까지 계속된다. 상기 가압 단계는 후속 공정인 용매의 분사 단계 시 순간 분사가 가능하게 하며, 분사된 용매가 미세한 액적 상태가 될 수 있게 한다.
가압 단계를 완료하면, 상기 가압 용매를 분사하는 단계를 거치게된다. 상기 가압된 용매는 매우 높은 압력상태에 있으므로 순간 분사 시 용매는 매우 미세한 액적 상태를 갖는다. 더욱 구체적으로는 약 0.8 내지 1.2 mm의 입자 크기를 갖는다. 이처럼 미세한 액적의 경우 표면 적이 넓기 때문에 쉽게 냉각될 수 있다.
상기 분리단계는 분사된 미립자 액적을 냉각 시키는 단계를 포함한다. 상기 액적이 냉각되면 어는점이 높은 수분이 냉각되어 결정화 되고 용매 성분은 결정화되지 않고 액체 상태를 유지하므로 상기 수분으로부터 분리되어 질 수 있다.
상기 용매는 복수 종의 용매이어도 상관없다. 다만 상기 냉각 온도는 수분의 어는점보다는 낮고 분리 대상인 용매의 어는점보다는 높아야 한다. 구체적으로 상기 용매가 메틸 알콜인 경우, 메틸 알콜의 어는점은 약 -97℃이므로 상기 냉각 온도는 수분의 어는점과 -97℃ 사이에서 결정되는 것이 바람직하다. 다만 상기 수분의 경우 순수 물이 아니라 용매가 섞여 있는 혼합용액 형태이므로 어는점 내림 현상에 의하여 어는점이 내려가므로 이를 고려해야 한다. 따라서, 어는점 내림을 고려한 어는점보다도 낮은 온도를 유지시켜야 한다.
상기 분리과정이 완료되면, 결정 형태의 수분과 순수 용매가 분리되어 진다. 상기 분리되어진 순수 용매는 결정화된 수분이 섞이지 않도록 분리하여 회수될 수 있도록 회수단계를 거치게 된다.
본 발명의 폐 용매 재생 방법을 사용하면 종래의 분별 증류 방법에 의한 분 리 방법 외에 냉각에 의한 어는점 차이를 이용한 분리 방법이 추가적으로 적용될 수 있어 재생된 용매의 순도를 훨씬 증가시킬 수 있다.
본 발명의 폐 용매 재생 시스템은 종래의 비점 차이를 이용한 분별증류 방법뿐만 아니라 어는점 차이를 이용한 냉각 방식의 분리방법을 추가적으로 도입함으로써, 분리된 용매의 순도를 대폭 향상시킬 수 있다.
또한 용매 분사 방식에 의한 용매의 냉각이 이루어지므로, 용매의 표면적을 극대화 시켜 냉각 효율을 증대시킬 수 있다.
Claims (7)
- 수분으로부터 용매를 분리하는 분별 증류 장치;상기 분별 증류 장치에 의하여 분리된 용매를 가압하는 가압 유닛;상기 가압된 용매를 분사하는 복수개의 용매 분사부를 포함하고, 상기 분사된 용매를 냉각시켜 용매 내의 잔존 수분만을 결정화시키는 냉각 유닛을 포함하는 폐 용매 재생 시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 폐 용매 재생 시스템은 상기 가압 유닛과 상기 냉각 유닛 사이에 배치되고, 가압 유닛에 의하여 가압된 가압 용매를 차단 또는 개방시키기 위한 용매 솔 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐 용매 재생 시스템.
- 제 2 항에 있어서, 상기 폐 용매 재생 시스템은 상기 냉각 유닛과 상기 용매 솔 밸브 사이에 상기 가압 유닛으로부터 공급된 용매를 일시 저장하는 저장조 및 상기 저장조로부터 공급된 상기 용매를 복수의 루트로 선택적으로 배출시킬 수 있도록 상기 용매를 차단 또는 개방시키기 위한 복수개의 제어용 솔 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐 용매 재생 시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 냉각 유닛은 복층 구조를 갖는 판 상의 냉매부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐 용매 재생 시스템.
- 제 4 항에 있어서, 상기 냉매부는 냉매의 이동 공간으로서의 냉매 이동부 및 상기 냉매 이동부 상에 배치되고 상기 용매의 이동을 위한 굴곡판을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐 용매 재생 시스템.
- 제 4 항에 있어서, 상기 냉매부는 경사각을 갖도록 배치되는 것을 특징으로 하는 폐 용매 재생 시스템.
- 폐 용매를 분별 증류하여 용매 성분을 분리하는 분별 증류 단계;상기 분별 증류된 용매 성분을 상기 용매의 압력이 7 내지 10 기압이 될 때까지 가압하는 가압 단계;상기 가압된 용매 성분을 상기 용매 액적의 크기가 0.8 내지 1.2 mm가 되도록 분사하는 용매 분사 단계;상기 분사된 용매 성분을, 물의 어는점 보다는 낮고 상기 용매의 어는점보다는 높은 온도범위로 냉각시켜 상기 용매 성분에 포함된 수분만을 선택적으로 결정화시켜 순수 용매만을 분리하는 분리 단계; 및상기 순수 용매를 회수하는 단계를 포함하는 폐 용매 재생 방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020050003095A KR100588093B1 (ko) | 2005-01-13 | 2005-01-13 | 폐 용매 재생 시스템 및 이를 이용한 폐 용매 재생 방법 |
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| US6159345A (en) | 1998-11-06 | 2000-12-12 | Mitsubishi Chemical America, Inc. | Method and apparatus for recovering and/or recycling solvents |
| JP3430259B2 (ja) | 2000-10-26 | 2003-07-28 | 名古屋大学長 | 溶媒蒸留装置 |
| US6638397B1 (en) | 1995-12-05 | 2003-10-28 | Cbg Biotech, Ltd. | Simplified automated distillation system for recovering a solvent from a liquid mixture |
| KR200371429Y1 (ko) | 2004-09-17 | 2005-01-03 | 허성균 | 용제 재생 장치 |
-
2005
- 2005-01-13 KR KR1020050003095A patent/KR100588093B1/ko not_active IP Right Cessation
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