KR100635406B1

KR100635406B1 - Device for promoting rate of chemical reaction

Info

Publication number: KR100635406B1
Application number: KR1020040066316A
Authority: KR
Inventors: 황경엽; 라인욱
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2004-08-23
Filing date: 2004-08-23
Publication date: 2006-10-19
Also published as: KR20060018001A

Abstract

본 발명은 반응참여물 또는 반응참여물과 촉매 등으로 이루어진 반응시스템 내에 기계적인 충돌에너지를 발생시켜 반응속도를 현격히 증가시키고, 특히 상온상압의 온화한 조건하에서 분해반응속도가 매우 낮거나 분해반응이 전혀 진행되지 않는 난분해성물질들의 분해도 용이하게 진행될 수 있도록 하는 화학반응속도를 촉진시키기 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명의 화학반응속도 촉진장치는 반응참여물들이 내부로 주입되는 수용부재와, 수용부재 내로 주입된 반응참여물들에게 운동에너지를 인가시키기 위한 운동에너지인가수단과, 운동에너지인가수단에 의해 소정의 운동에너지로 이동하는 반응참여물들의 입자와 충돌하여 기계적 충격에너지를 발생시켜 이를 반응참여물들의 입자에 전달시키기 위한 충돌유발수단으로 이루어진다. 본 발명의 일실시예로서, 수용부재는 반응참여물들이 주입되는 유입단과 노즐이 설치되는 배출단을 가지며 소정 길이 연장형성되는 파이프이고, 운동에너지인가수단은 파이프의 중도에 설치되어 유입단을 통해 주입된 반응참여물들을 배출단 측으로 강제 이송시키기 위한 펌프이며, 충돌유발수단은 파이프의 배출단에 설치되는 노즐로부터 소정 거리 이격되고 서로 대향하며 설치되는 충돌판으로 구현된다.The present invention significantly increases the reaction rate by generating a mechanical collision energy in the reaction system consisting of the reaction participant or the reaction participant and the catalyst, especially the decomposition reaction rate is very low or no decomposition reaction under mild conditions of normal temperature and pressure. The present invention relates to an apparatus for promoting a chemical reaction rate to facilitate the decomposition of non-degradable hardly decomposable materials. The chemical reaction speed promoting apparatus of the present invention is characterized in that the kinetic energy applying means for applying kinetic energy to the reaction member injected into the reaction member, the reaction participants injected into the receiving member, and the kinetic energy applying means. It is composed of a collision inducing means for generating a mechanical impact energy to collide with the particles of the reaction participants moving to the kinetic energy and to deliver them to the particles of the reaction participants. In one embodiment of the present invention, the receiving member is a pipe having an inlet end into which the reaction participants are injected and an outlet end to which the nozzle is installed and extending a predetermined length, the kinetic energy applying means is installed in the middle of the pipe through the inlet end It is a pump for forcibly conveying the injected reaction participants to the discharge end side, the collision inducing means is implemented by a collision plate which is spaced apart from each other by a predetermined distance from the nozzle installed at the discharge end of the pipe.

반응속도, 노즐, 충돌판, 회전판, 충격에너지Reaction speed, nozzle, impingement plate, rotating plate, impact energy

Description

DEVICE FOR PROMOTING RATE OF CHEMICAL REACTION}

도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 화학반응속도 촉진장치를 개략적으로 보인 구성도,1 is a schematic view showing a chemical reaction rate accelerator according to a first embodiment of the present invention,

도 2는 본 발명의 제 2실시예에 따른 화학반응속도 촉진장치를 개략적으로 보인 부분단면도,Figure 2 is a partial cross-sectional view schematically showing a chemical reaction rate acceleration apparatus according to a second embodiment of the present invention,

도 3은 본 발명의 제 3실시예에 따른 화학반응속도 촉진장치를 개략적으로 보인 부분단면도,Figure 3 is a partial cross-sectional view schematically showing a chemical reaction rate acceleration apparatus according to a third embodiment of the present invention,

도 4는 본 발명의 제 4실시예에 따른 화학반응속도 촉진장치를 개략적으로 보인 부분단면도,Figure 4 is a partial cross-sectional view schematically showing a chemical reaction rate promoting apparatus according to a fourth embodiment of the present invention,

도 5는 본 발명의 제 1실시예에 따른 화학반응속도 촉진장치와 종래의 단순 교반장치에 의한 질산염 제거속도 측정치를 비교한 그래프,5 is a graph comparing the nitrate removal rate measurement by the chemical reaction rate accelerator and the conventional simple stirring apparatus according to the first embodiment of the present invention,

도 6은 본 발명의 제 1실시예에 따른 화학반응속도 촉진장치와 종래의 단순 교반장치에 의한 삼염화에틸렌 제거속도 측정치를 비교한 그래프,Figure 6 is a graph comparing the ethylene trichloride removal rate measurement by the chemical reaction rate accelerator and the conventional simple stirring apparatus according to a first embodiment of the present invention,

도 7은 본 발명의 제 1실시예에 따른 화학반응속도 촉진장치와 종래의 단순 교반장치에 의한 디니트로톨루엔 제거속도 측정치를 비교한 그래프.7 is a graph comparing the measured values of dinitrotoluene removal by the chemical reaction rate accelerator and the conventional simple stirring apparatus according to the first embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10: 파이프 14: 노즐10: pipe 14: nozzle

16: 펌프 18: 충돌판16: pump 18: impingement plate

20: 케이스 22: 회전샤프트20: case 22: rotary shaft

24a,24b: 회전판 26: 격체24a, 24b: rotating plate 26: a body

30: 회전통 32: 지지롤30: rotating cylinder 32: support roll

34: 베이스 36: 충돌발생매체34: Base 36: Collision Media

40: 케이스 42: 회전샤프트40: case 42: rotary shaft

43: 회전날개 44: 주입구43: rotary blade 44: injection hole

45: 유출구 46: 충돌발생매체45: outlet 46: collision media

48: 차폐판48: shield plate

본 발명은 화학반응속도를 촉진시키기 위한 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반응참여물 또는 반응참여물과 촉매 등으로 이루어진 반응시스템 내에 기계적인 충돌에너지를 발생시켜 화학반응속도를 현격하게 촉진시킬 수 있는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for promoting a chemical reaction rate, and more particularly, it is possible to significantly accelerate the chemical reaction rate by generating mechanical collision energy in the reaction system consisting of the reaction participant or the reaction participant and the catalyst, etc. It is about a device.

지금까지 화학반응이나 생화학반응을 원활히 진행시키기 위한 대표적인 예로서, 반응조내에 교반기를 설치하여 교반을 하거나 통속에 충전물이 들어 있는 충전탑에 반응참여물질들을 통과시키는 방법 등을 들 수 있으며, 경우에 따라 하나의 반응참여물내로 다른 반응참여물을 유동시켜 상호간에 유체역학적으로 난류를 발생시키는 방법도 사용되고 있다. 이는 반응참여물 입자들의 위치이동 또는 위치교환을 유발하여 반응참여물 상호간의 접촉면적을 가능한 한 넓게 하기 위한 것이다.As a representative example for the smooth progress of chemical reactions and biochemical reactions up to now, there may be mentioned a method of installing a stirrer in a reaction tank to agitate or passing the reaction participants through a packed column containing a filler in a container. In addition, a method of generating turbulent flows hydrodynamically from one another by flowing another reaction participant into one reaction participant is also used. This is to induce the position shift or position exchange of the reaction participant particles to make the contact area between the reaction participants as wide as possible.

그러나, 이러한 종래의 반응촉진방법은 단지 반응참여물 입자들간의 반응면적을 증가시키기 위한 것으로, 반응계가 가지고 있는 동역학적 특성 자체를 변화시키는 것이 아니므로 반응속도의 증가폭이 매우 제한적일 수밖에 없어 상온상압(대략 25℃, 1기압)의 조건에서 난분해성물질을 처리하는 것은 매우 어려운 문제점이 있었다.However, the conventional reaction promoting method is only for increasing the reaction area between the reaction participant particles, and does not change the kinetic properties of the reaction system itself. It is very difficult to treat the hardly decomposable substance under the condition of about 25 ° C. and 1 atm.

종래의 또 다른 반응촉진방법으로서, 액체로 이루어진 반응계에 초음파를 투사시키면 반응속도가 촉진되는 현상을 이용한 것이 있었다. 이와 같은 초음파에 의한 화학반응촉진현상은 반응참여물들이 서로 접촉하여 이루고 있는 계면에 진폭은 매우 짧으나 강한 에너지를 가진 초음파가 투입됨으로써 반응이 최종상태에 도달할 때까지 평형상태의 유지와 교란이 반복적으로 일어나기 때문인 것으로 추정할 수 있다.Another conventional method of promoting reaction has been to utilize a phenomenon in which the reaction rate is accelerated when ultrasonic waves are projected onto a reaction system made of a liquid. In this chemical reaction promotion phenomenon, ultrasonic waves with a very short amplitude but strong energy are injected into the interface where the reaction participants are in contact with each other, so that equilibrium is maintained and disturbed until the reaction reaches the final state. It can be assumed that this is because it occurs.

그러나, 반응참여물 내로 투입되는 초음파의 강도는 통상적으로 발원지에서 멀어질수록 그 거리의 제곱에 반비례하여 감소되므로 매우 작은 범위내에서만 적용이 가능하여 장치의 대형화를 이루기는 어려운 문제점이 있었다.However, since the intensity of the ultrasonic wave introduced into the reaction part is generally reduced in inverse proportion to the square of the distance from the source, it can be applied only within a very small range, making it difficult to make the device larger in size.

본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 반응참여물 또는 반응참여물과 촉매 등으로 이루어진 반응시스템 내에 기계 적인 충돌에너지를 발생시켜 반응속도를 현격히 증가시키고, 특히 기존 반응방법으로는 상온상압의 온화한 조건하에서 분해반응속도가 매우 낮거나 분해반응이 전혀 진행되지 않는 난분해성물질들의 분해도 용이하게 진행될 수 있도록 하는 화학반응속도를 촉진시키기 위한 장치를 제공하는 것이다.The present invention is to solve the problems of the prior art, the object of the present invention is to generate a mechanical collision energy in the reaction system consisting of the reaction participant or the reaction participant and the catalyst to increase the reaction rate significantly, in particular The reaction method is to provide an apparatus for promoting a chemical reaction rate to facilitate the decomposition of hardly decomposable substances that have a very low decomposition reaction rate or no decomposition reaction at all under mild conditions of normal temperature and pressure.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 화학반응속도를 촉진시키기 위한 장치는 반응참여물들이 내부로 주입되는 수용부재와, 수용부재 내로 주입된 반응참여물들에게 운동에너지를 인가시키기 위한 운동에너지인가수단과, 운동에너지인가수단에 의해 소정의 운동에너지로 이동하는 반응참여물들의 입자와 충돌하여 기계적 충격에너지를 발생시켜 이를 반응참여물들의 입자에 전달시키기 위한 충돌유발수단으로 이루어진다.Apparatus for promoting a chemical reaction rate according to the present invention for achieving the above object is a receiving member is injected into the reaction member, the kinetic energy applying means for applying the kinetic energy to the reaction participants injected into the receiving member And a collision inducing means for generating mechanical shock energy by colliding with the particles of the reaction participants moving to the predetermined kinetic energy by the kinetic energy applying means, and transmitting the mechanical impact energy to the particles of the reaction participants.

본 발명의 일실시예에 따르면, 수용부재는 반응참여물들이 주입되는 유입단과 노즐이 설치되는 배출단을 가지며 소정 길이 연장형성되는 파이프이고, 운동에너지인가수단은 파이프의 중도에 설치되어 유입단을 통해 주입되는 반응참여물들을 배출단 측으로 강제 이송시키기 위한 펌프이며, 충돌유발수단은 파이프의 배출단에 설치되는 노즐로부터 소정 거리 이격되고 서로 대향하며 설치되는 충돌판이다.According to one embodiment of the invention, the receiving member is a pipe having an inlet end into which the reaction participants are injected and an outlet end to which the nozzle is installed and extending a predetermined length, the kinetic energy applying means is installed in the middle of the pipe to the inlet end It is a pump for forcibly conveying the reaction participants injected through the discharge end side, the collision causing means is a collision plate which is spaced apart from each other and a predetermined distance from the nozzle installed in the discharge end of the pipe.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 수용부재는 상단에 반응참여물들을 그 내부로 주입시키기 위한 주입구가 형성되고 하단은 개구되어 있는 중공의 케이스이고, 운동에너지인가수단은 케이스의 내부에 수직 설치되는 회전샤프트와, 회전샤프트의 외주면에 함께 회전가능하도록 결합되고 수평으로 설치되는 회전판과, 회전샤프트에 회전구동력을 가하기 위한 구동수단을 포함하며, 충돌유발수단은 케이스의 내벽으로 이루어진다. 또한, 운동에너지 인가수단은 회전판보다 하측의 위치에 회전샤프트의 외주면에 함께 회전가능하도록 결합되고 수평으로 설치되는 적어도 하나의 별도의 회전판과, 상하 인접하는 한 쌍의 회전판 사이마다 위치하고 케이스의 내벽으로부터 회전샤프트를 향해 하향 경사져 연장되는 격체를 더 포함한다.According to another embodiment of the present invention, the receiving member is a hollow case having an injection hole for injecting reaction participants therein and having an opening at the upper end thereof, and the kinetic energy applying means installed vertically in the case. A rotating shaft, a rotating plate coupled to the outer peripheral surface of the rotating shaft rotatably and installed horizontally, and a driving means for applying a rotation driving force to the rotating shaft, the collision inducing means consists of the inner wall of the case. In addition, the kinetic energy applying means is located between the at least one separate rotary plate coupled to the outer peripheral surface of the rotary shaft in a lower position than the rotary plate and installed horizontally, and a pair of upper and lower adjacent pairs of rotary plates from the inner wall of the case It further includes a body extending inclined downward toward the rotary shaft.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 수용부재는 회전가능하게 설치되고 원통형으로 형성되는 중공의 회전통이고, 운동에너지인가수단은 회전통에 회전구동력을 가하기 위한 구동수단이고, 충돌유발수단은 회전통의 내부에 구비되는 다수의 충돌발생매체이다. 또한, 충돌유발수단은 회전통의 내주면으로부터 회전통의 중심부를 향해 소정길이 연장형성되는 복수의 격판을 더 포함한다.According to another embodiment of the present invention, the receiving member is a hollow rotating cylinder rotatably installed and formed in a cylindrical shape, the kinetic energy applying means is a driving means for applying a rotation driving force to the rotating cylinder, the collision inducing means There are a number of collision-producing media provided inside the tradition. In addition, the collision inducing means further includes a plurality of diaphragms extending a predetermined length from the inner peripheral surface of the rotating cylinder toward the center of the rotating cylinder.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 수용부재는 일측벽에 반응참여물들을 주입시키기 위한 주입구가 형성되고 이와 대향하는 타측벽에 화학반응 후의 물질을 유출시키기 위한 유출구가 형성되는 중공의 케이스이고, 운동에너지인가수단은 케이스를 관통하여 수평 설치되는 회전샤프트와, 회전샤프트의 외주면에 길이방향을 따라 연장형성되는 적어도 하나의 회전날개와, 회전샤프트에 회전구동력을 가하기 위한 구동수단을 포함하고, 충돌유발수단은 케이스의 내부에 구비되는 다수의 충돌발생매체이다. 또한, 케이스의 내부에는 주입구와 인접하는 위치에 케이스의 상부벽으로부터 회전샤프트를 향해 하향 수직연장되는 차폐판이 설치되고, 유출구는 주입구보다 낮게 위치한다.According to another embodiment of the present invention, the receiving member is a hollow case in which an inlet for injecting the reaction participants on one side wall is formed and an outlet for outflow of the substance after chemical reaction is formed on the other side wall opposite thereto. The kinetic energy applying means includes a rotating shaft horizontally installed through the case, at least one rotary wing extending in the longitudinal direction on the outer circumferential surface of the rotating shaft, and driving means for applying a rotation driving force to the rotating shaft, The causing means is a plurality of collision generating media provided inside the case. In addition, a shielding plate extending vertically downward from the upper wall of the case toward the rotary shaft is installed in the case adjacent to the inlet, and the outlet is located lower than the inlet.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대한 바람직한 실시예를 상세 하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 화학반응속도 촉진장치를 개략적으로 보인 구성도이다.1 is a schematic view showing a chemical reaction rate promoting apparatus according to a first embodiment of the present invention.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1실시예에 따른 화학반응속도 촉진장치는 액체 또는 액체와 고체의 혼합물로 이루어진 반응참여물 또는 반응참여물과 촉매들이 주입되는 유입단(11)과 노즐(14)이 설치되는 배출단(12)을 가지며 소정 길이로 연장형성되는 반응참여물을 일시 수용하기 위한 부재로서의 파이프(10)와, 파이프(10)의 중도에 설치되어 유입단(11)을 통해 주입되는 반응참여물들을 배출단(12)측으로 강제 이송시켜 반응참여물들에게 운동에너지를 인가시키기 위한 수단으로서의 펌프(16)와, 파이프(10)의 배출단(12)에 설치되는 노즐(14)로부터 소정 거리 이격되고 서로 대향하며 설치되어 반응참여물과의 충돌을 유발하여 충격에너지를 반응참여물들의 입자에 전달시키기 위한 충돌유발수단으로서의 충돌판(18)을 포함한다.As shown therein, the apparatus for promoting chemical reaction speed according to the first embodiment of the present invention includes a reaction part or a reaction part consisting of a liquid or a mixture of liquid and solid, or an inlet end 11 and a nozzle into which catalysts are injected ( 14 and the pipe 10 as a member for temporarily receiving the reaction participants extending to a predetermined length having a discharge end 12 is installed, and is installed in the middle of the pipe 10 through the inlet end 11 A pump 16 as a means for forcibly transferring the injected reaction participants to the discharge end 12 side and applying kinetic energy to the reaction participants, and a nozzle 14 installed at the discharge end 12 of the pipe 10. And a collision plate 18 as a collision inducing means for imparting a collision with the reaction participants and transferring impact energy to the particles of the reaction participants, spaced apart from each other by a predetermined distance from each other.

상기의 구성에 의해, 유입단(11)을 통해 파이프(10)내로 주입되는 반응참여물들은 펌프(16)를 통과한 후, 펌프(16)의 토출압력(바람직하게는, 대략 2기압 내지 500기압)에 의해 노즐(14)을 통해 소정의 운동에너지를 가지며 고속으로 분사되어 충돌판(18)에 충돌하게 된다. 이 때, 충돌판(18)에 충돌하는 반응참여물들은 순간적으로 옆으로 퍼지면서 계면의 면적이 극대화됨과 동시에, 기계적인 충격에너지가 반응참여물 내부로 전달되게 된다. 더욱이, 반응참여물에 고체물질이 함께 존재하면 그 충격에너지의 강도가 더 높아지게 되어 고체물질의 표면에 순간적인 에너 지축적이 발생하며 충돌판(18)을 떠난 후에도 그 입자에 축적된 에너지에 의해 반응이 촉진된다.According to the above configuration, the reaction participants injected into the pipe 10 through the inlet end 11 pass through the pump 16 and then discharge pressure (preferably, approximately 2 to 500 atmospheres) of the pump 16. By having a predetermined kinetic energy through the nozzle 14 is injected at a high speed to impinge the collision plate 18. At this time, the reaction participants colliding with the impingement plate 18 are instantaneously spreading sideways to maximize the area of the interface, and mechanical impact energy is transferred into the reaction participants. In addition, the presence of a solid material in the reaction participant increases the strength of the impact energy, resulting in instantaneous energy accumulation on the surface of the solid material, and by the energy accumulated in the particle even after leaving the impingement plate 18. The reaction is accelerated.

도 2는 본 발명의 제 2실시예에 따른 화학반응속도 촉진장치를 개략적으로 보인 부분단면도이다.2 is a partial cross-sectional view schematically showing a chemical reaction rate promoting apparatus according to a second embodiment of the present invention.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2실시예에 따른 화학반응속도 촉진장치는 상하방향으로 연장형성되는 반응참여물 수용부재인 중공의 케이스(20)와, 케이스(20)의 내부에 케이스(20)의 중심축(X)과 동축을 이루며 수직으로 설치되는 회전샤프트(22)와, 회전샤프트(22)의 외주면에 함께 회전가능하도록 결합되고 수평으로 설치되는 적어도 하나의 회전판(24a, 24b)을 포함한다. 회전판(24a, 24b)은 그 둘레가 케이스(20)의 내면과 소정 간격 이격되도록 설치된다.As shown in the drawing, the chemical reaction speed promoting apparatus according to the second embodiment of the present invention has a hollow case 20, which is a reaction part accommodating member extending in the vertical direction, and a case (inside the case 20). 20 and a rotating shaft 22 which is installed vertically and coaxially with the central axis X, and at least one rotating plate 24a and 24b which are coupled to the outer circumferential surface of the rotating shaft 22 and installed horizontally It includes. The rotary plates 24a and 24b are installed so that their circumferences are spaced apart from the inner surface of the case 20 by a predetermined interval.

케이스(20)의 상부벽(20a)에는 반응참여물을 케이스(20)의 내부로 주입시키기 위한 주입구(21)가 형성되어 있고, 케이스(20)의 하단은 화학반응후의 물질이 외부로 자연 유출되도록 개구되어 있다. 회전샤프트(22)는 베어링(29)에 의해 케이스(20)의 상부벽(20a) 외면에서 회전가능하게 지지되고, 상측으로 연장되는 회전샤프트(22)의 일단에는 회전샤프트(22)에 회전구동력을 가하여 케이스(20) 내로 주입된 반응참여물에 운동에너지를 인가시키기 위한 모터(미도시)가 결합된다.An injection port 21 is formed in the upper wall 20a of the case 20 to inject the reaction part into the case 20, and the lower end of the case 20 naturally flows out after the chemical reaction. It is opened as much as possible. The rotary shaft 22 is rotatably supported on the outer surface of the upper wall 20a of the case 20 by the bearing 29, and the rotary driving force is applied to the rotary shaft 22 at one end of the rotary shaft 22 extending upward. A motor (not shown) for applying kinetic energy to the reaction participant injected into the case 20 is combined with the combination.

본 실시예에서는 회전판(24a, 24b)을 두 개로 구비하여 상하 소정 간격 이격시켜 배치하였고, 상측 회전판(24a)과 하측 회전판(24b)의 사이에는 케이스(20)의 내면으로부터 회전샤프트(22)를 향해 연장되는 격체(26)가 설치된다. 격체(26)는 케이스(20)로부터 회전샤프트(22)로 갈수록 하측으로 경사지는 깔때기형상으로 형 성되고, 회전샤프트(22)와 격체(26)와의 사이에는 반응참여물이 하측 회전판(24b)측으로 흘러내리도록 하기 위한 소정 크기의 공간(28)이 구비된다.In the present embodiment, two rotary plates 24a and 24b are provided and spaced apart from each other by a predetermined interval, and the rotary shaft 22 is disposed from the inner surface of the case 20 between the upper rotary plate 24a and the lower rotary plate 24b. Compartment 26 extending toward is provided. The housing 26 is formed in a funnel shape which is inclined downward toward the rotary shaft 22 from the case 20, and the reaction part is formed between the rotary shaft 22 and the housing 26 by the lower rotary plate 24b. A space 28 of predetermined size is provided for flowing down to the side.

상기의 구성에 의해, 케이스(20)의 상부벽(20a)에 형성된 주입구(21)를 통해 주입되는 반응참여물들이 상측 회전판(24a)의 상면에 놓임과 동시에, 모터에 의해 회전하는 회전샤프트(22)의 회전력에 의한 상측 회전판(24a)의 원심력에 의해 상측 회전판(24a)으로부터 이탈하여 케이스(20)의 내벽에 충돌한다. 이 때, 상측 회전판(24a)으로부터 이탈하는 반응참여물들은 상측 회전판(24a)의 각속도와 반지름에 의해 결정되는 원주속도에 해당하는 운동에너지를 가지며 케이스(20)와 1차 충돌하게 된다.By the above configuration, the reaction participants injected through the injection port 21 formed in the upper wall 20a of the case 20 are placed on the upper surface of the upper rotating plate 24a and rotated by a motor ( It is separated from the upper rotating plate 24a by the centrifugal force of the upper rotating plate 24a by the rotating force of 22 and collides with the inner wall of the case 20. At this time, the reaction participants are separated from the upper rotating plate 24a has a kinetic energy corresponding to the circumferential speed determined by the angular velocity and radius of the upper rotating plate 24a and the first collision with the case 20.

상기와 같이 1차 충돌 후 케이스(20)의 내면을 따라 흘러내리는 반응참여물들은 격체(26)를 따라 회전샤프트(22)를 향해 흐른 후, 격체(26)와 회전샤프트(22)와의 공간(28)을 통해 하측 회전판(24b)의 상면에 놓이게 된다. 동시에, 하측 회전판(24b)의 회전에 의해 반응참여물들은 회전판(24b)을 이탈하여 케이스(20)의 내벽에 2차 충돌한다. 이러한 1,2차 충돌에 의한 기계적인 충격에너지가 반응참여물 내부로 전달되어 반응속도를 촉진시키게 된다.As described above, the reaction participants flowing along the inner surface of the case 20 after the first collision flow toward the rotary shaft 22 along the compartment 26, and then the space 28 between the compartment 26 and the rotary shaft 22. ) Is placed on the upper surface of the lower rotating plate (24b). At the same time, by participating in the rotation of the lower rotating plate 24b, the reaction participants leave the rotating plate 24b and collide with the inner wall of the case 20 secondly. Mechanical impact energy due to the first and second collisions is transferred into the reaction participant to promote the reaction rate.

화학반응 후의 물질은 케이스(20)의 내벽을 따라 외부로 흘러내리게 된다. 바람직하게는, 회전판(24a, 24b)의 반지름은 대략 15㎝ 내지 30㎝로 설정되고, 회전샤프트(22)의 회전속도는 대략 100rpm 내지 10,000rpm으로 설정되며, 회전판(24a, 24b)의 둘레와 케이스(20)의 내벽 사이의 간격은 처리하고자 하는 반응참여물의 양에 따라 적절하게 조절한다.The substance after the chemical reaction flows outward along the inner wall of the case 20. Preferably, the radius of the rotating plate (24a, 24b) is set to approximately 15cm to 30cm, the rotation speed of the rotating shaft 22 is set to approximately 100rpm to 10,000rpm, and the circumference of the rotating plate (24a, 24b) The distance between the inner walls of the case 20 is appropriately adjusted according to the amount of reaction participants to be treated.

경우에 따라, 회전샤프트(22)에 결합되는 회전판(24a, 24b)의 개수를 더 증가시킬수록 케이스(20)와의 충돌횟수도 증가하여 화학반응속도의 촉진효과가 더 높아질 수도 있다.In some cases, as the number of the rotating plates 24a and 24b coupled to the rotary shaft 22 is further increased, the number of collisions with the case 20 may also increase, thereby increasing the chemical reaction rate.

도 3은 본 발명의 제 3실시예에 따른 화학반응속도 촉진장치를 개략적으로 보인 부분단면도이다.3 is a partial cross-sectional view schematically showing a chemical reaction rate promoting apparatus according to a third embodiment of the present invention.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 3실시예에 따른 화학반응속도 촉진장치는 중공의 원통형으로 형성되어 반응참여물을 수용하고 모터(미도시)로부터 구동력을 전달받아 회전하는 회전통(30)과, 회전통(30)의 하측 두 지점을 대칭으로 지지하는 한 쌍의 지지롤(32)과, 지지롤(32)을 롤링가능하게 지지하는 베이스(34)를 포함한다. 회전통(30)의 내주면에는 회전통(30)의 중심부를 향해 소정길이 연장형성되는 복수의 격판(31)이 설치된다. 바람직하게는, 복수의 격판(31)은 상호 대칭을 이루며 배치된다.As shown in this, the chemical reaction speed promoting apparatus according to the third embodiment of the present invention is formed in a hollow cylindrical shape to receive the reaction participants and to receive a driving force from a motor (not shown) to rotate the rotating cylinder 30 And a pair of support rolls 32 for symmetrically supporting the lower two points of the rotary cylinder 30, and a base 34 for rollably supporting the support rolls 32. The inner circumferential surface of the rotating cylinder 30 is provided with a plurality of diaphragms 31 extending a predetermined length toward the center of the rotating cylinder 30. Preferably, the plurality of diaphragms 31 are arranged symmetrically with each other.

회전통(30)의 내부에는 구형 또는 필요에 따라 적정한 형태를 가지는 다수의 충돌발생매체(36)가 구비된다. 충돌발생매체(36)의 재질로는 경질의 금속 또는 비금속물질 모두 사용이 가능하며, 충돌발생매체(36)의 크기는 전체 화학반응속도 촉진장치의 크기 및 반응물질의 종류에 따라 결정되는데, 상대적으로 크기가 큰 충돌발생매체는 순간충돌력이 큰 대신 충돌발생매체 사이의 공간이 많은 반면, 크기가 작은 충돌발생매체는 순간충돌력은 작으나 사이공간이 적은 특징이 있으므로, 이들을 적절히 혼합하여 사용하면 된다. 본 실시예에서는 충돌발생매체(36)를 세라믹재질로 제작하였고, 직경이 5㎜, 10㎜, 50㎜인 것을 혼합하여 사용하였다.The inside of the rotating cylinder 30 is provided with a plurality of collision generating medium 36 having a spherical shape or a suitable form as needed. The material of the collision generating medium 36 may be a hard metal or non-metallic material, and the size of the collision generating medium 36 is determined according to the size of the overall chemical reaction rate accelerator and the type of the reactant. The large collision generating media have a large amount of space between the collision generating media instead of the large instantaneous collision force, whereas the small collision generating media have the characteristics of small instantaneous collision force but small interspace. do. In this embodiment, the collision generating medium 36 was made of a ceramic material, and a diameter of 5 mm, 10 mm, and 50 mm was mixed and used.

이에 의해, 회전통(30)이 회전할 때 충돌발생매체(36)와 회전통(30)내로 유입시킨 반응참여물들이 서로 뒤섞이게 되고, 이 과정에서 충돌발생매체(36)끼리 또는 충돌발생매체(36)와 격판(31)에서 발생하는 충격에너지가 반응참여물에 전달되게 된다. 바람직하게는, 회전통(30)의 회전속도는 대략 10rpm 내지 150rpm으로 설정한다.As a result, when the rotating cylinder 30 rotates, the collision generating medium 36 and the reaction participants introduced into the rotating cylinder 30 are mixed with each other, and in this process, the collision generating media 36 or the collision generating media are mixed. Impact energy generated at 36 and diaphragm 31 is transmitted to the reaction participant. Preferably, the rotation speed of the rotating cylinder 30 is set to about 10rpm to 150rpm.

도 4는 본 발명의 제 4실시예에 따른 화학반응속도 촉진장치를 개략적으로 보인 부분단면도이다.4 is a partial cross-sectional view schematically showing a chemical reaction rate promoting apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.

이에 도시된 바와 같이, 반응참여물을 수용하기 위한 중공의 케이스(40)의 내부 하측에는 회전샤프트(42)가 케이스(40)를 관통하며 수평으로 설치되어 있고, 회전샤프트(42)의 외주면에는 회전샤프트(42)의 길이방향을 따라 적어도 하나의 회전날개(43)가 결합되어 있다. 회전샤프트(42)는 베어링(49)에 의해 케이스(40)에 회전가능하게 결합되고, 케이스(40)의 외부로 연장되는 회전샤프트(42)의 일단에는 회전샤프트(42)에 회전구동력을 가하여 케이스(40) 내로 주입된 반응참여물에 운동에너지를 인가시키기 위한 모터(미도시)가 결합된다.As shown in the figure, a rotating shaft 42 is installed horizontally through the case 40 in the lower side of the hollow case 40 for accommodating the reaction participants, and on the outer circumferential surface of the rotating shaft 42. At least one rotary blade 43 is coupled along the longitudinal direction of the rotary shaft 42. The rotary shaft 42 is rotatably coupled to the case 40 by a bearing 49, and applies a rotation driving force to the rotary shaft 42 at one end of the rotary shaft 42 extending out of the case 40. A motor (not shown) for applying kinetic energy to the reaction participants injected into the case 40 is coupled.

케이스(40)의 일측벽(41a)에는 반응참여물을 주입시키기 위한 주입구(44)가 형성되어 있고, 이에 대향하는 타측벽(41b)에는 화학반응 후의 물질이 케이스(40)의 외부로 유출되도록 하기 위한 유출구(45)가 형성되어 있다. 반응참여물이 주입구(44)를 통해 외부로 역류하지 않고, 유출구(45)를 통해 외부로 자연배출될 수 있도록 유출구(45)는 주입구(44)보다 소정 높이 낮게 위치한다. 케이스(40)의 내부에는 주입구(44)와 인접하는 위치에 케이스(40)의 상부벽(41c)으로부터 하향 수직연 장되는 차폐판(48)이 설치된다. 이 차폐판(48)은 주입구(44)를 통해 유입되는 반응참여물이 곧바로 유출구(45)측으로 진행하여 외부로 배출되는 것을 방지하고, 회전샤프트(42)측으로 반응참여물을 유도하기 위한 것이다.An inlet 44 for injecting a reaction part is formed in one side wall 41a of the case 40, and the other side wall 41b is disposed so that the substance after the chemical reaction flows out of the case 40. An outlet 45 for this purpose is formed. The outlet 45 is located at a predetermined height lower than the inlet 44 so that the reaction participant may be naturally discharged to the outside through the outlet 45 without flowing back to the outside through the inlet 44. Inside the case 40, a shielding plate 48 extending downwardly from the upper wall 41c of the case 40 is installed at a position adjacent to the injection hole 44. The shielding plate 48 is to prevent the reaction participation material flowing through the injection port 44 immediately proceeds to the outlet 45 side to be discharged to the outside, and to guide the reaction participation to the rotary shaft 42 side.

또한, 케이스(40)의 내부에는 상기 제 3실시예에서 상세히 설명한 바와 같은 다수의 충돌발생매체(46)가 구비됨으로써, 회전샤프트(42)가 회전할 때 회전날개(43)에 의해 충돌발생매체(46)와 반응참여물들이 서로 뒤섞이게 되고, 이 과정에서 반응참여물이 매체(46)와의 충돌에 의해 발생하는 충격에너지, 회전날개(43)와의 충돌에 의해 발생하는 충격에너지, 그리고 회전날개(43)의 회전력에 의해 회전날개(43)로부터 튕겨져 케이스(40)의 내벽면과 충돌하여 발생되는 충격에너지가 반응참여물에 전달되게 된다. 바람직하게는, 회전샤프트(42)의 회전속도는 대략 10rpm 내지 200rpm으로 설정된다.In addition, the case 40 is provided with a plurality of collision generating medium 46 as described in detail in the third embodiment, the collision generating medium by the rotary blade 43 when the rotary shaft 42 is rotated (46) and the reaction participants are mixed with each other, in this process, the reaction energy generated by the collision with the medium 46, the impact energy generated by the collision with the rotary blade 43, and the rotary wing The impact energy generated by colliding with the inner wall surface of the case 40 by being bounced from the rotary blade 43 by the rotational force of 43 is transmitted to the reaction participant. Preferably, the rotational speed of the rotary shaft 42 is set to approximately 10 rpm to 200 rpm.

이하에서는, 대략 25℃와 1기압의 상온상압 조건하에서 본 발명의 제 1실시예에 따른 화학반응속도 촉진장치와 종래의 단순 교반장치를 이용하여 몇 가지 물질에 대한 분해반응실험을 수행한 결과를 설명하기로 한다.Hereinafter, the results of performing decomposition reaction experiments on several substances using a chemical reaction rate accelerator and a conventional simple stirring apparatus under a normal temperature and atmospheric pressure condition of approximately 25 ° C. and 1 atm. Let's explain.

본 실험에 사용된 본 발명의 제 1실시예에 따른 화학반응속도 촉진장치는 파이프(10)의 직경은 10㎜, 노즐(14)의 노즐경은 3㎜, 노즐(14)과 충돌판(18)과의 간격은 30㎜, 그리고 펌프(16)의 토출압력은 대략 2기압의 조건을 가지고, 종래의 단순 교반장치는 대략 300rpm의 회전속도를 가지는 프로펠러 교반기가 설치된 것이 사용되었다.In the chemical reaction rate promoting apparatus according to the first embodiment of the present invention used in this experiment, the diameter of the pipe 10 is 10 mm, the nozzle diameter of the nozzle 14 is 3 mm, the nozzle 14 and the impingement plate 18. The distance between the pump and the pump 16 is 30 mm, and the discharge pressure of the pump 16 has a condition of approximately 2 atmospheres. In the conventional simple stirring apparatus, a propeller stirrer having a rotational speed of approximately 300 rpm was used.

우선, 도 5에 도시된 바와 같이, 질산염 농도가 100피피엠(ppm)인 1리터(ℓ) 의 반응물에 반응참여물로서 수 마이크로미터(㎛) 크기의 철, 마그네슘, 아연 등 0가 금속 및 금속산화물을 50g투입한 후, 본 발명의 제 1실시예에 따른 장치와 종래의 단순 교반장치를 이용하여 질산염 제거실험을 한 결과, 종래의 교반장치에 비하여 본 발명에 따른 장치가 질산염 제거속도 측면에서 대략 3.5배 빠름을 알 수 있다.First, as shown in FIG. 5, as a reaction participant to 1 liter (L) of a reactant having a nitrate concentration of 100 ppm (ppm), iron, magnesium, zinc, etc., which are several micrometers (μm) in size, and metals After adding 50 g of oxide, the nitrate removal experiment was conducted using the device according to the first embodiment of the present invention and the conventional simple stirring device. As a result, the device according to the present invention has a nitrate removal rate in comparison with the conventional stirring device. It is about 3.5 times faster.

다음, 도 6에 도시된 바와 같이, 삼염화에틸렌 농도가 100피피엠(ppm)인 1리터의 반응물에 반응참여물로서 수 마이크로미터(㎛) 크기의 철, 마그네슘, 아연 등 0가 금속 및 금속산화물을 50g투입한 후, 본 발명의 제 1실시예에 따른 장치와 종래의 단순 교반장치를 이용하여 삼염화에틸렌 제거실험을 한 결과, 종래의 교반장치에 비하여 본 발명에 따른 장치가 삼염화에틸렌 제거속도 측면에서 대략 1.3배 빠름을 알 수 있다.Next, as shown in FIG. 6, a microparticle (iron, magnesium, zinc, etc.) of a micrometer (μm) in size, and a zero-valent metal and a metal oxide were reacted with 1 liter of a reactant having an ethylene trichloride concentration of 100 ppm (ppm). After 50 g of the ethylene trichloride removal experiment using the apparatus according to the first embodiment of the present invention and a conventional simple stirring device, the apparatus according to the present invention compared to the conventional stirring device in terms of the ethylene trichloride removal rate It is about 1.3 times faster.

마지막으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 디니트로톨루엔 농도가 100피피엠(ppm)인 1리터의 반응물에 반응참여물로서 수 마이크로미터(㎛) 크기의 철, 마그네슘, 아연 등 0가 금속 및 금속산화물을 50g투입한 후, 본 발명의 제 1실시예에 따른 장치와 종래의 단순 교반장치를 이용하여 디니트로톨루엔 제거실험을 한 결과, 종래의 교반장치에 비하여 본 발명에 따른 장치가 디니트로톨루엔 제거속도 측면에서 대략 1.9배 빠름을 알 수 있다.Finally, as shown in FIG. 7, a microparticle (iron, magnesium, zinc, etc.) of several micrometers (μm) and a zero-valent metal and metal as a reaction participant to 1 liter of reactant having a dinitrotoluene concentration of 100 ppm (ppm) After 50 g of oxide was injected, dinitrotoluene was removed using the apparatus according to the first embodiment of the present invention and the conventional simple stirring apparatus. As a result, the apparatus according to the present invention was compared with the conventional stirring apparatus. It can be seen that it is approximately 1.9 times faster in terms of removal rate.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 화학반응속도를 촉진시키기 위한 장치에 있어서, 반응참여물들이 서로 접촉하여 이루고 있는 계면의 증대뿐만 아니라 강한 기계적 충격에너지를 반응시스템 내에서 발생시킴으로써, 반응속도를 촉진시키고 상온상압의 조건하에서도 난분해성물질을 경제적으로 제거할 수 있도록 하는 효과가 있다.As described in detail above, in the apparatus for promoting the chemical reaction rate according to the present invention, the reaction rate is generated by generating strong mechanical impact energy in the reaction system as well as increasing the interface formed by the reaction participants in contact with each other. It is effective to promote and economically remove the hardly decomposable substance even under the condition of normal temperature and normal pressure.

Claims

Apparatus for promoting a chemical reaction rate in a reaction system in which the reaction participants cause a chemical reaction,

A pipe having an inlet end through which the reaction participants are injected and an outlet end on which the nozzle is installed, the pipe being extended by a predetermined length;

A pump installed in the middle of the pipe for forcibly feeding reaction participants injected through the inlet end to the outlet end at a discharge pressure of 2 to 500 atm;

It is made of a collision plate spaced apart from a predetermined distance from the nozzle installed in the discharge end of the pipe facing each other,

Apparatus for promoting a chemical reaction rate, characterized in that the mechanical impact energy generated by impingement of the particles of the reaction participants moving to the predetermined kinetic energy by the pump impinges on the impingement plate.

delete