KR101162536B1 - ＴＨＭｓ등이 생성되지 않는 녹색 친환경 살균소독제인 이산화염소 수용액 제조장치 및 그 제조방법 - Google Patents

ＴＨＭｓ등이 생성되지 않는 녹색 친환경 살균소독제인 이산화염소 수용액 제조장치 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이산화염소 수용액의 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 이산화염소 수용액의 제조장치는 원료가 혼합되며, 상기 원료가 주입되는 제1 주입구 및 제2주입구와, 혼합된 원료가 배출되는 제1 배출구가 형성된 혼화조와; 상기 제1 배출구와 연결되는 제3주입구와, 상기 혼합된 원료의 반응에 의해 생성된 이산화염소 수용액이 배출되는 제2 배출구가 형성되어 있는 반응조와; 상기 제1주입구에 연결되어 아염소산염을 공급하는 제1원료공급부와; 상기 제1주입구에 연결되어 차아염소산염을 공급하는 제2원료공급부와; 상기 제2주입구에 연결되어 황산 또는 염산을 공급하는 제3원료공급부와; 상기 제1주입구에 연결되어 희석수를 공급하는 희석수 공급부와; 상기 제1원료공급부 및 제2 원료공급부와 제1주입구 사이에 각각 위치하고, 상기 제3원료공급부와 제2주입구 사이에 위치하여 원료 공급량을 제어하는 솔레노이드 밸브와; 상기 제1원료공급부, 제2원료공급부 및 제3 원료공급부에 연결되어 상기 원료공급부의 압력을 고압으로 유지시키는 공기가압 펌프부를 포함한다. 이에 의해, 살균력이 뛰어난 순수 이산화염소 수용액을 대용량으로 제조할 수 있다.
Figure R1020090101336
이산화염소 수용액, 제조장치

Description

ＴＨＭｓ등이 생성되지 않는 녹색 친환경 살균소독제인 이산화염소 수용액 제조장치 및 그 제조방법{GENERATOR AND PROCESS FOR AQUEOUS SOLUTION OF CHLORINE DIOXIDE}
본 발명은 이산화염소 수용액의 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 살균력이 뛰어난 이산화염소 수용액을 소용량뿐만 아니라 대용량으로 제조할 수 있는 이산화염소 수용액의 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
이산화염소는 강한 산화력으로 인하여 살균 소독, 표백, 탈색 및 탈취 효과가 다른 염소계 소독제보다 탁월하다. 또한, 트리할로메탄 (THMs), 할로 아세트 나이트릴 (HANs), 할로아세텍 애시드 (HAAs) 등의 발암성 유기 할로겐계 화합물을 생성하지 않으며, 또 수중에 존재하는 다른 유기물과 반응하여 유기 염소계 화합물을 생성하지 않으므로 정수장의 수돗물, 하폐수의 살균소독 및 탈취제로 널리 사용되고 있다. 또한, 햇빛이나 온도에 의해 신속히 분해되어 잔유성이 없어 친환경성 소독제로도 알려져 있어 최근 그 관심이 높아지고 있다.
종래 펄프 및 섬유의 표백, 탈색을 위하여 하루 수십톤의 이산화염소가 요구 되는 곳에서는, 이산화염소를 소금을 무경막 고온 전기 분해하여 제조한 염소산나트륨(NaClO3)과 환원제인 아황산가스, 염산, 메틸알코올, 과산화수소 포르마린 등을 사용하여 이산화염소(ClO2)를 제조하였다. 그 반응식은 하기 화학식 1 및 화학식 2에서 보는 바와 같다.
[화학식 1]
2NaClO3 + H2SO3 → 2ClO2 + Na2SO4 + H2O
[화학식 2]
2NaClO3 + 4HCl → 2ClO2 + 2NaCl + 2H2O
상기 대용량의 이산화염소 제조방법은 소금 정제 시설, 소금 전기분해 시설, 아황산가스 발생시설 등 큰 시설물과 장치 및 설비가 필요한 대형 산업이기에, 그 보다 더 작은 양의 이산화염소가 요구되는 곳에서 사용할 수가 없었다.
따라서, 하루 수십 내지 수백 Kg 의 이산화염소가 요구되는 곳에서는 시설 및 장치비가 비교적 저렴하면서 간편하게 아염소산나트륨을 원료로 사용하여 이상화염소를 제조하였다. 이 경우, 산화제로서 염소, 염산, 차아염소산나트륨 등이 사용되었다.
기존의 아염소산 나트륨과 염소를 이용하여 이산화염소를 제조하는 경우에는 하기 화학식 3에 따른다.
[화학식 3]
2NaClO2 +Cl2 → 2ClO2 + 2NaCl
그러나 상기 화학식 3을 따라 이산화염소를 제조하는 방법은 맹독성인 고압의 염소가스를 취급하여야 하므로 상당히 위험하며, 염소 누출 시를 대비한 안전시설과 전문 인력이 반드시 배치되어야 하며 저농도 소량의 이산화염소 수용액을 제조하기는 어려운 문제점이 있었다.
또한, 기존의 다른 이산화염소 제조방법은 아염소산 나트륨과 염산 또는 황산을 이용하는 것으로서 하기 화학식 4 및 5를 따른다.
[화학식 4]
5NaClO2 + H2SO4 → 4ClO2 + 2Na2SO4 + NaCl + 2H2O
[화학식 5]
5NaClO2 + 4HCl → 4ClO2 + 5NaCl + 2H2O
한편, 상기 방법은 아염소산염과 무기산 염산 또는 황산이 일정한 농도 이상에서는 아염소산염이 빠르게 불균등 분해 반응이 일어나게 되어 차아염소산 (HClO)과 염소산(HClO3)이 생성된다(하기 화학식 6 참조).
[화학식 6]
2NaClO2 + 2HCl → HClO3 + HClO + 2NaCl
그러나, 상기 반응이 잘 조절되는 반응조건을 알아내는 것은 매우 어렵고 또한 반응이 완전히 진행되기도 힘들어 사실상 고순도 고수율의 이산화염소 수용액을 획득하기가 힘들다는 문제점이 있었다.
본 발명은 원료가 혼합되며, 상기 원료가 주입되는 제1 주입구 및 제2주입구와, 혼합 원료가 배출되는 제1 배출구가 형성된 혼화조와; 상기 제1 배출구와 연결되는 제3주입구와, 상기 혼합 원료의 반응에 의해 생성된 이산화염소 수용액이 배출되는 제2 배출구가 형성되어 있는 반응조와; 상기 제1주입구에 연결되어 아염소산염을 공급하는 제1원료공급부와; 상기 제1주입구에 연결되어 차아염소산염을 공급하는 제2원료공급부와; 상기 제2주입구에 연결되어 황산 또는 염산을 공급하는 제3원료공급부와; 상기 제1주입구에 연결되어 희석수를 공급하는 희석수 공급부와; 상기 제1원료공급부 및 제2 원료공급부와 제1주입구 사이에 각각 위치하고, 상기 제3원료공급부와 제2주입구 사이에 위치하여 원료 공급량을 제어하는 솔레노이드 밸브와; 상기 제1원료공급부, 제2원료공급부 및 제3 원료공급부에 연결되어 상기 원료공급부의 압력을 높일 수 있는 공기가압 펌프부를 포함하는 이산화염소 수용액의 제조장치를 제공한다.
여기에서, 상기 혼화조는 상기 제1주입구 및 제2주입구로 주입된 원료들을 교반시키는 구슬을 더 포함할 수 있다.
여기에서, 상기 구슬은 1 내지 20mm의 크기를 갖는 것을 그 특징으로 한다.
또한, 상기 제조장치는 상기 반응조의 제2배출구와 연결되어 상기 생성된 이산화염소 수용액을 저장하는 저장부를 더 포함할 수 있다.
여기에서, 상기 아염소산염은 아염소산나트륨이며, 상기 차아염소산염은 차 아염소산나트륨인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 아염소산염을 공급하는 제1원료공급부, 차아염소산염을 공급하는 제2원료공급부, 및 황산 또는 염산을 공급하는 제3원료공급부의 압력을 공기가압펌프에 의하여 가압시키는 단계와; 솔레노이드 밸브를 제어하여 상기 제1원료공급부 및 제2원료공급부에서 혼화조로 원료를 공급하는 단계와; 희석수 공급부로부터 혼화조로 희석수를 공급하는 단계와; 솔레노이드 밸브를 제어하여 상기 제3원료공급부에서 혼화조로 원료를 공급하는 단계와; 상기 혼화조에서 혼합된 원료를 반응조로 이동시켜 이산화염소 수용액을 생성시키는 단계를 포함하는 이산화염소 수용액의 제조방법을 제공한다.
여기에서, 상기 혼화조로 공급되는 원료들이 혼화조 내부에 포함되어 있는 구슬에 의하여 교반되는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기에서, 상기 구슬은 1 내지 20mm의 크기를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제조방법은 상기 반응조에서 생성된 이산화염소 수용액을 저장부에 저장시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기에서, 상기 아염소산염은 아염소산나트륨이며, 상기 차아염소산염은 차아염소산나트륨인 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하 는 실시예들에 한정되지 않는다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙이도록 한다.
도 1은 본 발명의 이산화염소 수용액의 제조장치의 구조 블록도이다.
본 발명의 이산화염소 수용액의 제조장치는 혼화조(100), 반응조(200), 저장부(300), 제1원료공급부(400), 제2원료공급부(500), 제3원료공급부(600), 희석수 공급부(700) 및 공기가압펌프(800)를 포함한다.
상기 혼화조(100)는 원료가 혼합되는 곳으로서, 상기 원료가 주입되는 제1주입구(110) 및 제2주입구(120)와, 혼합 원료가 배출되는 제1 배출구(130)가 형성되어 있다.
상기 제1주입구(110)는 상기 제1원료공급부(400), 제2원료공급부(500), 및 희석수 공급부(700)가 연결관 또는 연결호스로 연결되어 있어, 상기 제1원료공급부로부터 아염소산염, 제2원료공급부로부터 차아염소산염, 및 희석수 공급부로부터 희석수가 상기 제1주입구(110)를 통하여 혼화조(100)로 공급된다. 상기 제1주입구(110)의 위치는 상기 혼화조(100)의 상부 또는 측면에 형성될 수 있으며, 바람직하게는 혼화조의 상부에 형성되는 것이다.
상기 제2주입구(120)는 상기 제3원료공급부(500)가 연결관 또는 연결호스로 연결되어 있어, 상기 제3원료공급부로부터 황산 또는 염산이 상기 제2주입구(120)를 통하여 상기 혼화조(100)로 공급된다. 상기 제2주입구(120)의 위치는 상기 혼화조(100)의 상부 또는 측면에 형성될 수 있으며, 바람직하게는 상기 혼화조의 측면 에 형성되는 것이며, 더욱 바람직하게는 상기 혼화조 측면의 중/하부에 위치하는 것이다.
상기 제1배출구(130)는 상기 제1원료공급부, 제2원료공급부 및 제3원료공급부로부터 공급된 원료 및 상기 희석수 공급부로부터 공급되는 희석수가 혼합된 원료가 반응조(200)로 배출되는 곳으로서, 상기 제1배출구(130)는 반응조(200)와 연결관 또는 연결호수로 연결되어 있다. 여기에서, 상기 제1배출구(130)는 상기 혼화조(100)의 측면 또는 하부에 마련될 수 있으며, 바람직하게는 상기 혼화조의 하부에 마련되는 것이다.
또한 상기 본 발명의 혼화조(100)는 구슬을 포함할 수 있으며, 상기 구슬은 상기 혼화조에 주입되는 원료들을 교반시켜 혼합을 돕는다. 상기 구슬은 1 내지 20mm 크기를 갖는 것이며, 바람직하게는 1 내지 10mm크기, 더욱 바람직하게는 5 내지 10mm의 크기를 갖는 것이다. 상기 구슬의 재질은 원료에 의해 부식되지 않는 어떠한 재질도 가능하며, 바람직하게는 유리 재질이다.
상기 제1원료공급부(400)는 아염소산염을 상기 혼화조(100)로 공급시키는 공급부로서, 상기 혼화조의 제1주입구와 연결관 또는 연결호스로 연결되어 있다. 상기 연결관 또는 연결호스는 상기 제1원료공급부의 하부까지 깊숙이 마련되는 것이 바람직하다.
여기에서, 상기 아염소산염은 아염소산나트륨이 바람직하다.
상기 제2원료공급부(500)는 차아염소산염을 상기 혼화조(100)로 공급시키는 공급부로서, 상기 혼화조의 제1주입구와 연결관 또는 연결호스로 연결되어 있다.
상기 연결관 또는 연결호스는 상기 제2원료공급부의 하부까지 깊숙이 마련되는 것이 바람직하다.
여기에서 상기 차아염소산염은 차아염소산나트륨이 바람직하다.
상기 제3원료공급부(600)는 염산 및 황산 중 어느 하나를 상기 혼화조(100)로 공급시키는 공급부로서, 상기 혼화조의 제2주입구와 연결관 또는 연결호스로 연결되어 있다.
상기 연결관 또는 연결호스는 상기 제3원료공급부의 하부까지 깊숙이 마련되는 것이 바람직하다.
여기에서, 상기 원료는 황산이 바람직하다.
본 발명의 이산화염소 수용액의 제조장치는 하기 화학식 7및 8을 이용하여 이산화염소를 제조한다.
[화학식 7]
2NaClO2 + NaClO + 2HCl → 2ClO2 + 3NaCl + H2O
[화학식 8]
2NaClO2 + NaClO + H2SO4 → 2ClO2 + Na2SO4 + NaCl + H2O
상기 화학식 7 또는 8을 이용하는 본 발명의 이산화염소 제조장치는 반응물의 비율과 농도, 반응물의 신속하고 균일한 혼합, 적절한 산의 농도 등을 적절하게 제어함으로써 ClO2 -, ClO3 -, Cl2, ClO-, Cl- 등의 부산물을 최소화할 수 있다. 또한, 본 발명의 이산화염소 제조장치는 소용량에서 대용량에 이르기까지 쉽고 안전하게 이산화염소 수용액을 제조할 수 있다.
또한 본 발명의 이산화염소 수용액의 제조장치는 솔레노이드 밸브(410, 510, 610)를 포함한다.
종래에는 이산화염소를 생성하기 위한 원료 공급의 수단으로서, 부스터 펌프를 이용하였다. 상기 펌프를 이용하여 3 내지 6 기압의 고압의 물을 이젝터를 통과시켜 감압을 발생시켰다. 상기 이젝터의 입구에 원료들을 유량계를 통하여 필요한 양이 흡입되는 형식으로 공급하도록 하였다. 그러나, 빠르게 분사되는 이젝터 내부의 고압수와 원료액이 흡입되는 순간 액체와 액체간의 충돌로 소음과 진동이 발생되며, 그 결과 이젝터 전체 시스템의 재질에 문제를 야기할 수 있었다. 또한, 상기 방법으로는 저농도의 이산화염소수 용액 제조는 가능하였으나, 분사수의 양이 너무 많아 적은 량의 이산화염소 수용액을 획득하는 것은 어려웠다.
한편, 다른 종래기술로는, 원료를 정량 펌프를 이용하여 공급하는 방법이 있다. 그러나 저농도를 갖는 소량의 이산화염소수를 제조하는데 있어서 고농도의 반응원료를 사용하면 희석수를 많이 사용해야 하므로 저농도를 갖는 소량의 이산화염소수의 제조가 불가능하였다. 만약 저농도를 갖는 원료를 사용하면, 대용량의 원료탱크가 필요하여 장소적으로 비경제적이다. 또한, 일반적으로 사용되는 정량펌프는 토출량이 적은 것이 4 ~ 5 ml/min으로서 미세한 원료 공급량을 제어할 수 없고, 또한 1ml/min 이하의 토출량을 갖는 정량펌프는 매우 고가이므로 비경제적이다.
따라서, 본 발명에서는 상기 부스터 펌프 및 정량 펌프가 아닌 솔레노이드 밸브를 이용하여 경제적이면서도, 미세하게 원료의 공급량을 제어할 수 있다.
상기 솔레노이드 밸브는 상기 제1원료공급부와 제1주입구 사이에 위치하고(410), 상기 제2원료공급부와 제1주입구 사이에 위치하고(510), 상기 제3원료공급부와 제2주입구 사이에 위치하고 있다(610).
또한 본 발명은 상기 솔레노이드 밸브(410, 510, 610)의 개폐 시간을 제어하여 제1원료공급부, 제2원료공급부 및 제3원료공급부에서 공급되는 원료의 공급량을 제어하는 제어부(900)를 더 포함할 수 있다. 상기 제어부(900)는 마이크로프로세서가 내장된 전자식 제어장치로서, PCB(Printed Circuit Board) 상에 실장되어 구비될 수 있으며, 각 조건에 따라 상기 구성요소들의 개폐나 작동 여부를 제어할 수 있다.
솔레노이드 밸브는 자기 코어가 있는 솔레노이드(전자석)와 한 개 또는 그 이상의 오리피스(Orifice)를 포함한 밸브 몸체를 구성하고 있는 두 개의 기본부품 조합이다. 오리피스를 통한 유체의 흐름은 솔레노이드에 전류를 통할 때 또는 전류가 통하지 않을 때 코어의 움직임에 의해 닫히거나 열리면서 제어된다. 직동 밸브(Direct Acting Valve)에서는 솔레노이드에 전기가 통했을 때 코어가 직접 평상시 닫혀 있는(Normally Closed) 밸브의 오리피스를 열거나, 또는 평상시 열려 있는(Normally Open)밸브의 오리피스를 닫는다. 이러한 밸브는 압력이 ‘0’일 때 최고 정격압력 사이에서 정상적으로 작동한다. 이러한 솔레노이드 밸브는 소형 직동 밸브의 경우에는 5 내지 10 millisecond, 대형 직동 밸브의 경우에는 20 내지 40 millisecond로 까지 조절할 수 있어, 정확하고 미량의 원료 공급이 요구되는 본 발명의 이산화염소 수용액을 제조하는 장치에 적절하다.
따라서, 본 발명의 솔레노이드 밸브(410, 510, 610)는 전기가 통했을 때 코어가 직접 평상시 닫혀있는 밸브의 오리피스를 여는 형식을 이용하는 것이 바람직하다. 상기 제어부는 솔레노이드 밸브를 제어하여, 솔레노이드 밸브의 열려 있는 시간을 0.1부터 30초로, 닫혀 있는 시간은 0.1부터 15초 사이에서 조정할 수 있다. 이에 의하여, 솔레노이드 밸브(410, 510, 610)가 장착된 제1원료공급부(400), 제2원료공급부(500) 및 제3원료공급부(600)에서 공급되는 원료는 0.01ml 내지 1ml와 같이 미량으로 공급되도록 제어할 수 있다.
또한 상기 제어부는 상기 솔레노이브 밸브(410, 510, 610)의 개폐 시간을 개별적으로 제어할 수 있다. 따라서 상기 세 개의 밸브를 동시에 개폐시키거나, 또는 서로 상이한 시간 주기를 가지도록 개폐시킬 수도 있다. 이로 인하여, 상기 제1, 제2, 및 제3 원료공급부로부터 공급되는 세 가지의 원료의 농도가 모두 상이할 경우에는 그에 따라 공급량이 달라져야 하기 때문이다.
상기 희석수 공급부(700)는 상기 혼화조의 제1주입구에 연결관 또는 연결호스로 연결되어 상기 혼화조에 희석수를 공급한다. 상기 희석수는 물이 바람직하며, 상수도를 이용할 수 있다.
상기 희석수 공급부(700)는 희석수 공급부와 제1주입구 사이에 유량계(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 유량계는 희석수 공급부에서 공급되는 희석수의 량은 상기 원료공급부(400, 500, 600)에서 공급되는 원료에 대응하여 미리 설정된 양으로 공급되도록 제어할 수 있다. 여기에서, 상기 희석수가 물인 경우, 상기 희석수 공급부는 수돗물을 공급하는 상수도관으로서, 상기 제1주입구와 연결호스 또는 연 결관으로 연결될 수 있다.
상기 공기가압펌프(800)는 상기 제1, 제2, 및 제3원료공급부와 연결되어 있어, 상기 원료공급부 각각에 공기를 제공함으로써 가압하여 원료공급부 내부의 압력을 상압보다 높은 압력이 되도록 한다. 여기에서 상기 공기가압펌프는 상기 원료공급부(400, 500, 600)와 연결관 또는 연결호스로 연결될 수 있으며, 바람직하기로는 상기 연결관 또는 연결호스는 상기 원료공급부의 상부에 연결되어 상기 펌프로부터 공기가 주입되도록 한다.
여기에서, 상기 공기가압펌프(800)에 의해 가압된 제1, 제2, 및 제3 원료공급부(400, 500, 600) 내부의 압력은 1.1 내지 1.5기압, 바람직하게는 1.1 내지 1.3 기압을 유지하도록 한다. 더 높은 압력이 주어지면, 상기 원료공급부가 폭발할 위험이 있을 수 있으므로, 상기 압력을 유지하여야 한다.
상기 공기가압펌프(800)에 의하여 상기 세 개의 원료공급부(400, 500, 600) 와 혼화조(100) 사이의 압력이 서로 상이하게 되므로, 상기 세 개의 원료공급부(400, 500, 600) 각각과 혼화조(100) 사이의 솔레노이드 밸브(410, 510, 610)를 오픈하면, 원료공급부(400, 500, 600) 에서 혼화조로 원료가 공급되는 것이다. 또한 상기 공기가압펌프는 이를 제어하기 위한 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 따라서, 상기 제어부가 공기가압펌프를 제어하여 상기 세 개의 원료공급부(400, 500, 600) 각각에 공기를 공급하도록 한다.
또한, 본 발명의 제1원료공급부(400), 제2원료공급부(500) 및 제3원료공급부(600)는 각각 압력 감지부를 더 포함할 수 있다. 따라서, 상기 압력 감지부에 의 하여 상기 세 개의 원료공급부(400, 500, 600) 각각의 압력을 감지하고, 이 정보를 상기 공기가압펌프의 제어부로 전송하여, 상기 제어부가 공기가압펌프를 제어하여 상기 세 개의 원료공급부(400, 500, 600)의 압력을 미리 설정된 압력으로 일정하게 유지하도록 한다.
상기 반응조(200)는 제3주입구(210)와 제2 배출구(220)를 포함한다.
상기 제3주입구(210)는 상기 혼화조(100)의 제1 배출구(130)와 연결관 또는 연결호스로 연결되어 있어, 상기 혼화조에서 혼합된 원료들이 상기 제3주입구(210)를 통하여 상기 반응조로 이동하게 된다. 따라서, 이동하게 된 혼합 원료들은 상기 반응조에서 반응을 완료하게 되며, 그 시간은 수 분 이내, 바람직하기로는 1 내지 2분 사이에 반응이 완료된다.
여기에서 상기 제3주입구(210)는 상기 반응조(200)의 측면 또는 하부에 마련될 수 있으며, 바람직하게는 상기 반응조의 하부에 마련되는 것이다.
상기 제2배출구(220)는 상기 반응조에서 반응이 완료되어 생성된 이산화염소 수용액을 배출하는 곳이다. 여기에서, 상기 제2배출구(220)는 상기 반응조의 상부 또는 측면에 마련될 수 있으며, 바람직하게는 상기 반응조의 상부에 마련되는 것이다.
또한 상기 제2배출구(220)는 저장부(300)의 제4주입구(310)와 연결되어 있어, 상기 반응조에서 반응이 완료되어 생성된 이산화염소 수용액이 상기 제2배출구를 통하여 상기 제4주입구(310)를 통하여 상기 저장부(300)로 이동하게 된다.
또한, 본 발명의 이산화염소 수용액 제조장치는 반응조의 제2배출구와 연결 되어 상기 생성된 이산화염소 수용액을 저장하는 저장부(300)를 더 포함할 수 있다.
상기 저장부(300)는 상기 제2배출구(220)와 연결되어 생성된 이산화염소 수용액이 주입되는 제4주입구(310)와, 제3배출구(320)를 더 포함할 수 있다. 여기에서 상기 제4주입구(310)는 상기 저장부(300)의 상부, 하부, 또는 측면에 마련될 수 있으며, 바람직하게는 상부에 마련되는 것이다. 여기에서 제3배출구(320)는 상기 저장부(300)의 상부, 하부 또는 측면에 마련될 수 있다.
상기 저장부(300)는 상기 반응조에서 생성된 이산화염소 수용액을 저장하였다가 추후 필요한 경우에 사용할 수 있도록 하기 위함이다. 따라서, 상기 이산화염소 수용액의 제조장치에 의해서 생성된 상기 저장부에 저장된 이산화염소 수용액은 추후 필요에 따라 다시 물에 희석하여 사용할 수 있다.
본 발명의 제1, 제2 및 제3 원료공급부(400, 500, 600), 혼화조(100), 반응조(200) 및 저장부(300)의 재질은 상기 원료들 및 생성된 이산화염소에 의해 부식되지 않는 어떠한 재질로 제조되어도 무방하며, PVC(폴리염화비닐), PP(폴리프로필렌), 테플론 등으로 제조되는 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명의 이산화염소 수용액의 제조장치를 이용하여 이산화염소 수용액을 제조하는 과정을 나타내는 플로우차트이다.
제1원료공급부(400), 제2원료공급부(500), 및 제3원료공급부(600)에 연결되어 있는 압력감지부(미도시)가 상기 세 개의 원료공급부 각각의 내부 압력을 측정하고(S100), 각 공급부의 내부 압력이 미리 설정되어 있는 압력보다 낮은 경우에는 공기가압펌프(800)의 제어부(미도시)로 신호를 전송하여, 공기가압펌프가 작동되도록 한다(S110). 따라서, 상기 세 개의 원료공급부의 내부 압력은 모두 1.1 내지 1.5 기압, 바람직하게는 1.1 내지 1.3 기압으로 유지되도록 한다. 이 상황에서, 솔레노이드 밸브(410, 510, 610)의 제어부(900)에 의한 제어로, 우선 상기 제1 및 제2 원료공급부의 솔레노이드 밸브(410, 510)가 오픈되면, 0.1초 열려있는 시간 동안 상기 세 개의 원료공급부에서 혼화조(100)로 공급되는 원료의 양은 0.01 내지 1ml가 된다. 이와 동시에, 희석수 공급부(700)에서 희석수가 상기 혼화조(100)의 내부로 공급된다(S120). 상기 혼화조 내부에 포함되어 있는 구슬에 의하여 상기 제1 및 제2 원료공급부에서 공급되는 원료와 희석수의 교반이 이루어지면, 상기 제3원료공급부의 솔레노이드 밸브(610)를 오픈하여 원료를 공급하고, 모든 원료들이 잘 혼합되도록 한다(S130).
상기 모든 원료들이 혼합되면, 상기 혼화조(100)의 제1배출구(130)를 통하여 상기 혼합 원료를 상기 반응조(200)의 제3주입구(210)를 통하여 이송되어 상기 반응조 내부에서 혼합 원료의 반응이 완료되도록 한다(S140). 이때 반응은 수 분 내에 모두 완료된다.
상기 반응조(200) 내부에서 생성된 이산화염소 수용액은 상기 제2배출구(220)를 통하여 저장부(300)로 이송되어 저장된다(S150). 이때 저장된 이산화염소 수용액은 추후 필요한 경우 물에 희석하여 사용될 수 있다.
또한 본 발명은 이산화염소 수용액의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 제조방법은 아염소산염을 공급하는 제1원료공급부, 차아염소산염 을 공급하는 제2원료공급부 및 황산 또는 염산을 공급하는 제3원료공급부의 압력을 공기가압펌프에 의하여 가압시키는 단계와; 솔레노이드 밸브를 제어하여 상기 제1원료공급부 및 제2원료공급부에서 혼화조로 원료를 공급하는 단계와; 희석수 공급부로부터 혼화조로 희석수를 공급하는 단계와; 솔레노이드 밸브를 제어하여 상기 제3원료공급부에서 혼화조로 원료를 공급하는 단계와; 상기 혼화조에서 혼합된 원료를 반응조로 이동시켜 이산화염소 수용액을 생성시키는 단계를 포함한다.
여기에서, 상기 혼화조로 공급된 원료들이 혼화조 내부에 포함되어 있는 구슬에 의하여 교반되는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기에서, 상기 구슬은 1 내지 10mm의 크기를 갖는 것이다.
또한, 상기 반응조에서 생성된 이산화염소 수용액을 저장부에 저장시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 아염소산염은 아염소산나트륨이고, 상기 차아염소산염은 차아염소산나트륨인 것이다.
하기 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
실시예 1. 이산화염소 수용액의 제조예 1
제1원료공급부의 아염소산나트륨 용액(NaClO2, 30.2 Vol%)과 제2원료공급부의 차아염소산나트륨 용액(NaClO, 11.6 Vol%)을 각 솔레노이드 밸브를 이용하여 1초 간격으로 1초 동안 0.8ml을, 총 28초 동안 혼화조로 공급하고, 이와 동시에 희석수 공급부로부터 희석수를 33ml/min의 속도로 상기 혼화조로 공급하였다. 상기 혼화조 내부에 포함되어 있는 유리구슬에 의해 균일하게 혼합된 원료들에 제2주입구를 통하여 제3원료공급부의 황산 용액(H2SO4, 16.4 Vol%)을 솔레노이드 밸브를 제어하여 1초 간격으로 1초 동안 0.8ml을, 총 28 초 동안 주입하였다. 황산의 주입과 동시에 혼합 원료들을 반응조로 이동시켜 완료되도록 하였다.
상기 반응 완료된 이산화염소의 생성량 및 반응 수율을 확인하기 위하여, 상기 반응 완료되어 생성된 이산화염소 10ml 를 준비된 KI 와 인산 완충용액 (pH=7) 이 포함된 용액에 가하여 I2 를 생성하고 이 요드를 Na2S2O3 0.1N 적정용액으로 적정하였다. 치오황산나트륨이 7.2ml 소모되었다. 이 결과, 상기 실시예에서 생성된 ClO2 의 양은 4.856g/l이었으며, 반응 수율 97.1%로 상당히 높았다.
실시예 2. 이산화염소 수용액의 제조예 2
제1원료공급부의 아염소산나트륨 용액(NaClO2, 30.2 Vol%)과 제2원료공급부의 차아염소산나트륨 용액(NaClO, 11.6 Vol%)을 각 솔레노이드 밸브를 이용하여 1.6 초 간격으로 0.5초 동안 0.4ml을, 총 14초간 공급하였다. 이와 동시에 희석수 공급부로부터 희석수를 66ml/min의 속도로 상기 혼화조로 공급하였다.
상기 혼화조 내부에 포함되어 있는 유리구슬에 의해 균일하게 혼합된 원료들에 제2주입구를 통하여 제3원료공급부의 황산 용액(16.4 Vol%)을 솔레노이드 밸브를 제어하여 1.5초 간격으로 0.5초 동안 0.4ml을, 총 14 초 동안 주입하였다. 황산의 주입과 동시에 혼합 원료들을 반응조로 이동시켜 완료되도록 하였다.
상기 반응 완료된 이산화염소의 생성량 및 반응 수율을 확인하기 위하여, 상 기 생성된 이산화염소 수용액 10ml 를 준비된 KI 와 인산완충용액(pH=7)이 포함된 용액에 가하여 I2를 생성하고 이 I2 를 Na2S2O3 0.1N 적정액으로 적정한다. 이 I2 를 Na2S2O3 0.1N 이 3.5ml 소모되었다.
이 결과, 상기 실시예에서 생성된 ClO2 의 양은 2.36g/l 이었으며, 반응 수율 95.1%로 상당히 높았다.
실시예 3. 이산화염소 수용액의 제조예 3
제1원료공급부의 아염소산나트륨 용액(NaClO2, 30.3 Vol%)과 제2원료공급부의 차아염소산나트륨 용액(NaClO, 11.6 Vol%)을 각 솔레노이드 밸브를 이용하여 3.8 초 간격으로 0.2초 동안 0.16ml을 총 3초간 공급하였다. 이와 동시에 희석수 공급부로부터 희석수를 93ml/min의 속도로 상기 혼화조로 공급하였다.
상기 혼화조 내부에 포함되어 있는 유리구슬에 의해 균일하게 혼합된 원료들에 제2주입구를 통하여 제3원료공급부의 황산 용액(16.4 Vol%)을 솔레노이드 밸브를 제어하여 3.8초 간격으로 0.2초 동안 0.16ml을 총 3 초 동안 주입하였다. 황산의 주입과 동시에 혼합 원료들을 반응조로 이동시켜 완료되도록 하였다.
상기 반응 완료된 이산화염소의 생성량 및 반응 수율을 확인하기 위하여, 상기 생성된 이산화염소 용액 10ml 를 준비된 KI 와 인산완충용액(pH=7)이 포함된 용액에 가하여 I2 를 생성하게 하고 I2 를 Na2S2O3 0.1N 적정액으로 적정한다. 소요된 Na2S2O3 0.1N은 0.69ml이었다.
이 결과, 상기 실시예에서 생성된 ClO2 의 양은 0.465g/l 이었으며, 반응 수율 93.8%로 상당히 높았다.
비록 본 발명의 몇몇 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.
도 1은 본 발명의 이산화염소 수용액의 제조장치의 구조 블록도이다.
도 2는 본 발명의 이산화염소 수용액의 제조장치를 이용하여 이산화염소 수용액을 제조하는 과정을 나타내는 플로우차트이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100: 혼화조 200: 반응조　
300: 저장부 400: 제1원료공급부
500: 제2원료공급부 600: 제3원료공급부
700: 희석수 공급부 800: 공기가압펌프

Claims (12)

  1. 이산화염소 수용액의 제조장치에 있어서,
    원료가 혼합되며, 상기 원료가 주입되는 제1 주입구 및 제2주입구와, 혼합 원료가 배출되는 제1 배출구가 형성된 혼화조와;
    상기 제1배출구와 연결되는 제3주입구와, 상기 혼합 원료의 반응에 의해 생성된 이산화염소 수용액이 배출되는 제2 배출구가 형성되어 있는 반응조와;
    상기 제1주입구에 연결되어 아염소산염을 공급하는 제1원료공급부와;
    상기 제1주입구에 연결되어 차아염소산염을 공급하는 제2원료공급부와;
    상기 제2주입구에 연결되어 황산을 공급하는 제3원료공급부와;
    상기 제1주입구에 연결되어 희석수를 공급하는 희석수 공급부와;
    상기 제1원료공급부 및 제2 원료공급부와 제1주입구 사이에 각각 위치하고, 상기 제3원료공급부와 제2주입구 사이에 위치하여 원료 공급량을 제어하는 솔레노이드 밸브와;
    상기 제1원료공급부, 제2원료공급부 및 제3 원료공급부에 연결되어 상기 원료공급부에 공기를 공급하여 가압시키는 공기가압펌프부를 포함하고,
    여기에서 상기 제3원료공급부에서 공급되는 황산은 상기 아염소산염, 상기 차아염소산염 및 상기 희석수가 공급되어 혼화된 후에 공급되는 것을 특징으로 하는 이산화염소 수용액의 제조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 혼화조는 공급된 원료들을 교반시키는 구슬을 더 포함하는 것인 이산화 염소 수용액의 제조장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 구슬은 1mm 내지 10mm의 크기를 갖는 것인 이산화염소 수용액의 제조장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2배출구와 연결되어 상기 생성된 이산화염소 수용액을 저장하는 저장부를 더 포함하는 이산화염소 수용액의 제조장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 아염소산염은 아염소산나트륨인 것인 이산화염소 수용액의 제조장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 차아염소산염은 차아염소산나트륨인 것인 이산화염소 수용액의 제조장치.
  7. 이산화염소 수용액의 제조방법에 있어서,
    아염소산염을 공급하는 제1원료공급부, 차아염소산염을 공급하는 제2원료공급부 및 황산을 공급하는 제3원료공급부의 압력을 공기가압펌프에 의하여 가압시키는 단계와;
    솔레노이드 밸브를 제어하여 상기 제1원료공급부 및 제2원료공급부에서 혼화조로 아염소산염 및 차아염소산염을 각각 공급하는 단계와;
    희석수 공급부로부터 혼화조로 희석수를 공급하는 단계와;
    솔레노이드 밸브를 제어하여 상기 제3원료공급부에서 혼화조로 황산을 공급하는 단계와;
    상기 혼화조에서 혼합된 원료를 반응조로 이동시켜 이산화염소 수용액을 생성시키는 단계를 포함하고,
    상기 황산공급단계는 상기 공급된 아염소산염, 상기 차아염소산염 및 상기 희석수가 혼화된 후에 공급되는 것을 특징으로 하는 이산화염소 수용액의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 혼화조로 공급되는 원료들이 혼화조 내부에 포함되어 있는 구슬에 의하여 교반되는 단계를 더 포함하는 이산화염소 수용액의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 구슬은 1mm 내지 10mm의 크기를 갖는 것인 이산화염소 수용액의 제조방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 반응조에서 생성된 이산화염소 수용액을 저장부에 저장시키는 단계를 더 포함하는 이산화염소 수용액의 제조방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 아염소산염은 아염소산나트륨인 것인 이산화염소 수용액의 제조방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 차아염소산염은 차아염소산나트륨인 것인 이산화염소 수용액의 제조방법.
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