KR101617091B1 - 기액 분리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기액 분리 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 측면에 따르면, 높이방향을 따라 적층 가능한 복수 개의 관형 컬럼을 포함하는 하우징; 상기 하우징의 내부에 구비된 회전축; 상기 회전축을 회전시키기 위한 구동부; 상기 회전축을 중심으로 회전하도록 상기 회전축에 장착되고, 상단부에서 하단부로 갈수록 직경이 감소하는 회전 콘; 및 상기 회전 콘과 이격되도록 상기 관형 컬럼에 장착되며, 상단부에서 하단부로 갈수록 직경이 감소하는 관형으로 형성된 고정 콘을 포함하는 기액 분리 장치가 제공된다.

Description

기액 분리 장치{Apparatus for separating gas and liquid}
본 발명은 기액 분리 장치에 관한 것으로, 처리용량을 가변시킬 수 있는 기액 분리 장치에 관한 것이다.
일반적으로 화학반응을 통해 생성물을 얻기 위해서는 반응장치가 필요하다. 이러한 반응장치로는 통상 하나의 반응기에 원료생성물을 첨가한 후 교반을 수행하는 회분식 반응기가 이용되고 있다. 하지만 회분식 반응기를 이용하는 경우, 빠른 물질전달속도를 요구하는 반응에 대해서는 충분한 반응이 이루어지지 않아 다량의 미원료 생성물이 발생할 수 있다. 또한, 촉매를 사용하는 경우 촉매의 분리공정이 필수적이어서 대용량이 될수록 비용이 상승하는 문제점이 있다.
한국등록특허 제10-961,765호는 스피닝 디스크 반응장치(Spinning Disk Reactor)를 개시하고 있으나, 스피닝 디스크가 수평으로 배치되어 있어, 원료 반응물의 디스크 내 체류시간이 짧다는 문제점이 있다. 이에 기울기를 가진 디스크, 즉 콘을 설치함으로써, 원료 반응물의 체류시간을 향상시킬 수 있는 스피닝 콘 컬럼(Spinning Cone Column, SCC)이 제안되고 있다.
상기 스피닝 콘 컬럼은 하나의 컬럼 내부에 교대로 설치된 회전 콘과 고정 콘을 포함한다. 그러나, 장치의 크기가 커졌을 때 장치의 조립과 해체가 어려울 뿐만 아니라, 처리 용량을 늘릴 필요가 있을 때 장치 확장이 불가능한 문제점이 존재한다.
본 발명은 조립과 해체가 용이한 기액 분리 장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
또한, 본 발명은 처리 용량을 확장시킬 수 있는 기액 분리 장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 높이방향을 따라 적층 가능한 복수 개의 관형 컬럼을 포함하는 하우징; 상기 하우징의 내부에 구비된 회전축; 상기 회전축을 회전시키기 위한 구동부; 상기 회전축을 중심으로 회전하도록 상기 회전축에 장착되고, 상단부에서 하단부로 갈수록 직경이 감소하는 회전 콘; 및 상기 회전 콘과 이격되도록 상기 관형 컬럼에 장착되며, 상단부에서 하단부로 갈수록 직경이 감소하는 관형으로 형성된 고정 콘을 포함하는 기액 분리 장치가 제공된다.
여기서 인접하는 2개의 관형 컬럼은 분리 가능하게 장착될 수 있다.
또한, 상기 고정 콘은 상기 관형 컬럼에 분리 가능하게 장착될 수 있다.
또한, 인접하는 2개의 관형 컬럼 및 고정 콘은 함께 체결될 수 있다.
또한, 인접하는 2개의 관형 컬럼 및 고정 콘은 함께 분리될 수 있다.
또한, 상기 고정 콘은 상단부로부터 방사상 외측으로 연장된 연장부를 포함하고, 상기 연장부는 인접한 2개의 상기 관형 컬럼 사이에 배치될 수 있다.
또한, 상기 연장부의 외경은, 상기 관형 컬럼의 내경보다 클 수 있다.
또한, 상기 연장부로부터 외측으로 돌출된 제1 체결부가 형성되고, 상기 관형 컬럼의 상단부와 상기 관형 컬럼의 하단부 중 적어도 하나에는 상기 제1 체결부에 대응하도록 돌출된 제2 체결부가 형성되며, 상기 제1 체결부와 상기 제2 체결부는 체결수단을 통해서 결합될 수 있다.
또한, 제1 체결부 및 제2 체결부는, 상기 관형 컬럼의 원주방향을 따라 각각 복수 개로 마련될 수 있다.
또한, 상기 연장부에는 관통된 체결홀이 형성되고, 상기 관형 컬럼의 상단부 및 상기 관형 컬럼의 하단부 중 어느 하나에는 상기 체결홀에 삽입되는 돌기가 형성되며, 상기 관형 컬럼의 상단부 및 상기 관형 컬럼의 하단부 중 다른 하나에는 상기 체결홀에 대응하는 위치에 상기 돌기가 삽입되기 위한 체결홈이 형성될 수 있다.
또한, 상기 관형 컬럼의 상단부와 상기 관형 컬럼의 하단부에는 각각 제2 체결부가 마련되고, 인접하는 2개의 제2 체결부는, 체결수단을 통해서 결합될 수 있다.
또한, 상기 연장부는 관형 컬럼의 상단부 또는 관형 컬럼의 하단부에 대응하는 경사가 마련될 수 있다.
또한, 상기 고정콘은 상기 관형 컬럼과 일체로 형성될 수 있다.
또한, 상기 관형 컬럼의 상단부와 상기 관형 컬럼의 하단부 중 적어도 하나에는 외측으로 돌출된 제2 체결부가 형성되며, 인접하는 2개의 관형 컬럼의 제2 체결부들은 체결수단을 통해서 결합될 수 있다.
또한, 각 관형 컬럼에 형성된 고정 콘의 형성 높이는 서로 다를 수 있다.
또한, 상기 고정콘은 상기 관형 컬럼에 용접될 수 있다.
또한, 복수 개의 관형 컬럼은 상기 하우징의 상단부에서 하단부로 갈수록 각각의 높이가 감소할 수 있다.
또한, 복수 개의 관형 컬럼은 상기 하우징의 상단부에서 하단부로 갈수록 각각의 높이가 증가할 수 있다.
또한, 복수 개의 관형 컬럼은 상기 하우징의 상단부에서 하단부로 가면서 각각의 높이가 감소하다가 증가할 수 있다.
또한, 복수 개의 관형 컬럼은 상기 하우징의 상단부에서 하단부로 가면서 각각의 높이가 증가하다가 감소할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 적어도 하나의 실시예와 관련된 기액 분리 장치는 다음과 같은 효과를 갖는다.
높이방향을 따라 적층될 수 있는 복수 개의 관형 컬럼을 포함하며, 따라서, 조립과 해체가 용이하고, 처리 용량을 늘릴 필요가 있는 경우 장치를 간편하게 확장할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기액 분리 장치의 분해사시도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 기액 분리 장치의 단면도들이다.
도 5는 도 1에 도시된 기액 분리 장치에 체결홀, 돌기, 및 체결홈이 추가된 상태의 분해 사시도이다.
도 6는 내지 도 9는 도 2에 도시된 기액 분리 장치에 체결홀, 돌기, 및 체결홈이 추가된 상태의 단면도들이다.
도 10은 도 2에 도시된 기액 분리 장치의 관형 컬럼의 상하단에 경사가 형성된 상태의 단면도이다.
도 11 내지 도 13은 도 2에 도시된 기액 분리 장치에서 연장부가 제거된 상태의 단면도들이다.
도 14 내지 도 16은 도 2에 도시된 기액 분리 장치에서 고정 콘이 관형 컬럼과 일체로 형성된 상태의 단면도들이다.
도 17 내지 도 20은 도 2에 도시된 기액 분리 장치에서 복수 개의 관형 컬럼의 높이가 상이한 상태의 단면도들이다.
도 21 및 도 22는 본 발명에 따른 기액 분리 장치의 일 작동상태를 설명하기 위한 단면도들이다.
이하, 본 발명의 다양한 실시예와 관련된 기액 분리 장치를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기액 분리 장치의 분해사시도이고, 도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 기액 분리 장치의 단면도들이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예와 관련된 기액 분리 장치는 하우징(100)과 상기 하우징(100)의 내부에 구비된 회전축(120) 및 상기 회전축(120)을 회전시키기 위한 구동부(125)를 포함한다.
이때, 상기 하우징(100)은 높이방향을 따라 적층 가능한 복수 개의 관형 컬럼(110)을 포함한다.
또한, 상기 기액 분리 장치는 상기 회전축(120)을 중심으로 회전하도록 상기 회전축(120)에 장착되고, 상단부에서 하단부로 갈수록 직경이 감소하는 회전 콘(130) 및 상기 회전 콘(130)과 이격되도록 상기 관형 컬럼(110)에 장착되며, 상단부에서 하단부로 갈수록 직경이 감소하는 관형으로 형성된 고정 콘(140)을 포함한다.
상기 하우징(100)은 내부에 회전축(120), 회전 콘(130) 및 고정 콘(140)을 수용하기 위한 공간이 구비되고, 높이방향을 따라 연장된 관형으로 형성된다. 여기서, 하우징(100)은 N개(N은 2 이상의 자연수)의 관형 컬럼(110)이 다단으로 적층되어 결합된 것이다. 즉, N개의 관형 컬럼(110)을 높이방향에 따라 적층하고, 인접한 관형 컬럼(110)들을 결합하면, 하우징(100)을 형성할 수 있다.
따라서, 관형 컬럼(110)을 하나씩 적층하면서, 하우징(100)을 쉽게 조립할 수 있고, 관형 컬럼(110)을 하나씩 분리하면서, 하우징(100)을 쉽게 해체할 수 있다. 또한, 기액 분리 장치의 처리 용량을 늘릴 필요가 있는 경우, 관형 컬럼(110)을 추가로 적층 및 조립함으로써, 기액 분리 장치의 처리 용량을 증가시킬 수 있다.
조립과 해체의 작업 효율을 높이기 위하여, 인접하는 2개의 관형 컬럼(110)은 분리 가능하게 장착 또는 조립될 수 있다. 또한, 상기 고정 콘(140)은 상기 관형 컬럼(110)에 분리 가능하게 장착될 수 있다.
일 실시태양으로, 인접하는 2개의 관형 컬럼(110) 및 고정 콘(140)은 함께 체결될 수 있다. 또한, 인접하는 2개의 관형 컬럼(110) 및 고정 콘(140)은 함께 분리될 수 있다. 구체적으로, 하나의 체결수단(116)를 통해 인접하는 2개의 관형 컬럼(110) 및 고정 콘(140)은 함께 체결할 수 있다. 마찬가지로, 하나의 체결수단(116)을 제거함에 따라, 인접하는 2개의 관형 컬럼(110) 및 고정 콘(140)은 함께 분리될 수 있다.
우선, 인접하는 2개의 관형 컬럼(110)을 연결하는 구조를 설명한다. 각 관형 컬럼(110)에는 상단부 및 하단부 중 적어도 하나로부터 외측으로 돌출된 제2 체결부(115)가 마련될 수 있다. 상기 관형 컬럼(110)의 상단부와 상기 관형 컬럼(110)의 하단부에는 각각 제2 체결부가 마련될 수 있다.
인접하는 2개의 관형 컬럼(110)이 높이방향을 따라 적층된 상태에서, 인접하는 2개의 제2 체결부(115)는, 체결수단(116)을 통해서 결합될 수 있다. 이때, 상기 체결수단(116)은 적어도 하나의 제2 체결구(115)를 관통할 수 있다.
한편, 설명의 편의를 위하여, 도 1을 기준으로 상부에 위치된 관형 컬럼을 제1 관형 컬럼으로 지칭하고, 상기 제1 관형 컬럼 하부에 위치되는 관형 컬럼을 제2 관형 컬럼으로 지칭한다. 이때, 제1 관형 컬럼과 제2 관형 컬럼은 적층된 상태이며, 높이방향을 따라 인접하게 된다.
제1 관형 컬럼과 제2 관형 컬럼에는 각각 외측으로 돌출된 제2 체결부(115)가 마련될 수 있다. 일 실시태양으로, 제1 관형 컬럼의 제2 체결부(115)는 상기 제1 관형 컬럼의 하단부에 마련될 수 있고, 제2 관형 컬럼의 제2 체결부(115)는 상기 제2 관형 컬럼의 상단부에 마련될 수 있다. 물론, 제1 관형 컬럼에는 상단부에도 제2 체결부(115)가 마련될 수 있고, 제2 관형 컬럼에는 하단부에는 제2 체결부(115)가 마련될 수 있다. 여기서, 제2 체결부(115)는, 상기 관형 컬럼의 원주방향을 따라 각각 복수 개로 마련될 수 있다.
이때, 제1 관형 컬럼의 하단부에 마련된 제2 체결부(115)와 제2 관형 컬럼의 상단부에 마련된 제2 체결부(115)는 체결수단(116)을 통해 체결될 수 있다. 이와는 다르게, 이때, 제1 관형 컬럼의 하단부에 마련된 제2 체결부(115)와 제2 관형 컬럼의 상단부에 마련된 제2 체결부(115)는 용접될 수도 있다.
또한, 관형 컬럼(110)의 재질은 예를 들어 스테인리스일 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 하우징(100)은 상기 하우징(110)으로 반응물이 공급되기 위한 제1 공급부(103) 및 하우징(100)으로 기체가 공급되기 위한 제2 공급부(105)를 각각 구비할 수 있다.
이때, 반응물은 중력에 의해서 하측(높이방향의 하단부)으로 이동하므로, 반응물을 공급하기 위한 제1 공급부(103)는 최상측에 배치된 관형 컬럼(110)에 구비될 수 있다. 여기서, 제1 공급부(103)는 2개 이상의 반응물을 공급할 수 있도록, 2개 이상으로 구비될 수도 있다.
또한, 기체는 반응물과 반대방향인 상측(높이방향의 상단부)으로 이동하면서 반응물과 반응하므로, 기체를 공급하는 제2 공급부(105)는 최하측에 배치된 관형 컬럼(110)에 구비될 수 있다.
한편, 상기 하우징(100)은 하우징(100)으로부터 잔여기체를 배출하기 위한 배출부(107) 및 하우징(100)으로부터 생성물을 수집하기 위한 수집부(109)를 각각 구비할 수 있다.
여기서, 잔여기체는 하우징(100)의 상측으로 이동하면서 반응물과 반응한 후의 기체이므로, 잔여기체를 배출하는 배출부(107)는 최상측에 배치된 관형 컬럼(110)에 구비될 수 있다.
또한, 생성물은 반응물이 하우징(100)의 하측으로 이동하면서 기체와 반응하거나 기체 처리되어 생성된 것이므로, 생성물을 수집하는 수집부(109)는 최하측에 배치된 관형 컬럼(110)에 구비될 수 있다.
즉, 제1 공급부(103)와 배출부(107)는 최상측에 배치된 관형 컬럼(110)에 구비될 수 있고, 제2 공급부(105)와 수집부(109)는 최하측에 배치된 관형 컬럼(110)에 구비될 수 있는 것이다. 설명의 편의상, 제1 공급부(103)와 배출부(107)가 각각 마련된 관형 컬럼을 상부 엔드 캡이라 지칭하고, 제2 공급부(105)와 수집부(109)가 각각 마련된 관형 컬럼을 하부 엔드 캡이라 지칭할 수 있다. 이때, 상부 및 하부 엔드 캡에는 전술한 제2 체결부(115)가 마련될 수 있다.
다만, 제1 공급부(103), 제2 공급부(105), 배출부(107), 및 수집부(109)의 위치는 예시적인 것으로 반드시 상술한 위치에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 도 2를 참조하면, 제1 공급부(103)는 관형 컬럼(110)의 측면에 형성되고, 배출부(107)는 관형 컬럼(110)의 상면에 형성될 수 있다.
이와는 다르게, 도 3을 참조하면, 제1 공급부(103)가 관형 컬럼(110)의 상면에 형성되고, 배출부(107)가 관형 컬럼(110)의 측면에 형성될 수 있다.
추가적으로, 제1 공급부(103)와 배출부(107)는 반드시 최상측에 배치된 관형 컬럼(110, 상부 엔드캡)에 함께 구비되어야 하는 것은 아니고, 최상측에서 n번째(n은 2이상의 자연수) 관형 컬럼(110)에 구비될 수도 있다. 예를 들어, 도 4를 참조하면, 제1 공급부(103)는 최상측에서 2번째 관형 컬럼(110)에 구비될 수 있다. 이와 유사하게, 제2 공급부(105)와 수집부(109)는 반드시 최하측에 배치된 관형 컬럼(110)에 구비되어야 하는 것은 아니고, 최하측에서 n번째(n은 2이상의 자연수) 관형 컬럼(110)에 구비될 수도 있다.
상기 회전축(120)은 회전 콘(130)을 회전시키는 역할을 수행하는 것으로, 하우징(100)의 내부에 하우징(100)의 높이방향(예를 들어, 상하방향)을 따라 형성된다.
여기서, 상기 회전축(120)은 모터와 같은 구동부(125)와 연결되며, 상기 구동부(125)는 상기 회전축(120)을 회전시키는 기능을 수행한다.
한편, 상기 회전 콘(130)은 상기 회전축(120)을 중심으로 회전하도록 상기 회전축(120)에 장착된다. 또한, 상기 회전 콘(130)은 상기 하우징(110)의 높이방향을 기준으로 상단에서 하단으로 갈수록 직경이 감소할 수 있다. 구체적으로, 상기 회전 콘(130)은 상단에서 하단으로 갈수록 직경이 감소하는 관형으로 형성될 수 있다. 또한, 회전 콘(130)은 종단면을 기준으로 볼 때 전체적으로 "V"자 형으로 형성될 수 있는 것이다.
상기 회전 콘(130)은 그 하단부가 상기 회전축(120)에 설치된다. 상기 회전 콘(130)에 반응물이 투입되면, 반응물은 원심력에 의해서 회전 콘(130)을 따라 펼쳐지고, 상단까지 이동한 후 하부에 위치된 고정 콘(140)으로 전달된다.
또한, 상기 고정 콘(140)은 상기 회전 콘(130)과 이격되도록 하우징(110)에 고정된다. 또한, 상기 고정 콘(140)은 상기 하우징(110)의 높이방향을 기준으로 상단에서 하단으로 갈수록 직경이 감소할 수 있다. 구체적으로, 상기 고정 콘(140)은 상단에서 하단으로 갈수록 직경이 감소하는 관형으로 형성될 수 있다. 고정 콘(140)은 종단면을 기준으로 볼 때 전체적으로 "V"자 형으로 형성될 수 있는 것이다.
또한, 상기 고정 콘(140)은 관형 컬럼(110)의 내부 또는 인접하는 2개의 관형 컬럼(110) 사이에 고정될 수 있다. 또한, 상기 고정 콘(140)은 상기 관형 컬럼(110)에 일체로 고정되거나, 분리 가능하게 고정될 수 있다. 한편, 상기 고정 콘(140)은 상기 관형 컬럼(110)에 일체로 마련될 수도 있다.
또한, 상기 고정 콘(140)은 회전 콘(130)과 이격되고, 회전 콘(130)의 외측을 둘러싸는 형상으로 형성되므로, 고정 콘(140)은 회전 콘(130)으로부터 반응물을 전달받을 수 있다. 또한, 고정 콘(140)과 회전 콘(130)은 교대로 1개씩 구비될 수 있다.
여기서, 고정 콘(140)과 회전 콘(130)의 크기나 간격은 조절될 수 있다. 이와 같이, 고정 콘(140)과 회전 콘(130)의 크기나 간격을 조절함으로써, 다양한 반응물의 물성에 적절하게 대응할 수 있다.
한편, 고정 콘(140)은 관형 컬럼(110)과 별도로 형성되어, 관형 컬럼(110)에 체결수단(116)이나 용접 등 다양한 방식으로 고정될 수 있다.
일 실시태양으로, 고정 콘(140)은 상단부로부터 방사상 외측으로 연장된 연장부(145)를 포함할 수 있다. 이러한 연장부(145)의 외경은 관형 컬럼(110)의 내경보다 클 수 있다. 따라서, 연장부(145)는 인접한 2개의 관형 컬럼(110) 사이에 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 연장부(145)는 제1 관형 컬럼의 하단과 제2 관형 컬럼의 상단 사이에 배치될 수 있다.
이때, 고정 콘(140)에는 연장부(145)로부터 외측으로 돌출된 제1 체결부(147)가 형성될 수 있다. 또한, 관형 컬럼(110)의 상단과 관형 컬럼(110)의 하단 중 적어도 하나에는 제1 체결부(147)에 대응하도록 돌출된 제2 체결부(115)가 형성될 수 있다. 또한, 제1 체결부(147) 및 제2 체결부(115)는, 상기 관형 컬럼(110)의 원주방향을 따라 각각 복수 개로 마련될 수 있다.
여기서, 제1 체결부(147)와 제2 체결부(115)는 나사와 볼트 등의 체결수단(116)을 통해 결합하거나, 용접을 통해서 결합할 수 있다.
도 5는 도 1에 도시된 기액 분리 장치에 체결홀, 돌기, 및 체결홈이 추가된 상태의 분해 사시도이고, 도 6는 내지 도 9는 도 2에 도시된 기액 분리 장치에 체결홀, 돌기, 및 체결홈이 추가된 상태의 단면도들이다.
도 5 내지 도 9를 참조하면, 체결홀(149)과 돌기(117)를 이용하여 연장부(145)를 관형 컬럼(110)에 결합할 수 있다.
구체적으로, 연장부(145)에는 상하방향으로 관통된 체결홀(149)이 형성될 수 있다.
또한, 상기 관형 컬럼(110)의 상단부 및 상기 관형 컬럼(110)의 하단부 중 어느 하나에는 상기 체결홀(149)에 삽입되는 돌기(117)가 형성될 수 있고, 상기 관형 컬럼(110)의 상단부 및 상기 관형 컬럼(110)의 하단부 중 다른 하나에는 상기 체결홀(149)에 대응하는 위치에 상기 돌기(117)가 삽입되기 위한 체결홈(119)이 형성될 수 있다.
구체적으로, 관형 컬럼(110)의 하단에는 체결홀(149)이 삽입되는 돌기(117)가 마련될 수 있으며, 관형 컬럼(110)의 상단에는 체결홀(149)에 대응하는 위치에 체결홈(119)이 마련될 수 있다. 따라서, 연장부(145)의 체결홀(149)과 관형 컬럼(110)의 상단에 형성된 체결홈(119)을 정렬한 후, 관형 컬럼(110)의 하단에 형성된 돌기(117)를 삽입하면, 관형 컬럼(110)의 상단과 관형 컬럼(110)의 하단 사이에 고정 콘(140)의 연장부(145)가 고정될 수 있다.
다만, 반드시 관형 컬럼(110)의 하단에 돌기(117)가 형성되고, 관형 컬럼(110)의 상단에 체결홈(119)이 형성되어야 하는 것은 아니다. 도 8 및 도 9를 참조하면, 관형 컬럼(110)의 상단에 돌기(117)가 형성되고, 관형 컬럼(110)의 하단에 체결홈(119)이 형성될 수도 있다.
또한, 도 6 및 도 8을 참조하면, 제2 체결부(115)에 나사와 볼트 등의 체결수단(116)을 삽입하여 인접한 관형 컬럼(110)을 결합할 수 있다.
이와는 다르게, 도 7 및 도 9를 참조하면, 제2 체결부(115) 없이 돌기(117)와 체결홈(119)을 이용하여 인접한 관형 컬럼(110)을 결합할 수 있다. 이때, 돌기(117)와 체결홈(119)은 용접으로 결합되거나, 돌기(117)와 체결홈(119)에 나사선이 형성되어 양자가 나사 결합될 수 있다.
도 10은 도 2에 도시된 기액 분리 장치의 관형 컬럼의 상하단에 경사가 형성된 상태의 단면도이다.
도 6을 참조하면, 관형 컬럼(110)의 상단과 관형 컬럼(110)의 하단에 경사가 마련된는 경우, 고정 콘(140)의 연장부(145) 역시 관형 컬럼(110)의 상단과 관형 컬럼(110)의 하단에 대응하는 경사를 가질 수 있다.
한편, 고정 콘(140)에는 연장부(145)가 형성되지 않을 수도 있다.
도 11 내지 도 13은 도 2에 도시된 기액 분리 장치에서 전술한 연장부가 제거된 상태의 단면도들이다. 상기 고정콘(140)은 상기 관형 컬럼(110)과 일체로 형성되거나, 용접을 통해서 직접 결합될 수 있다. 이때, 각 관형 컬럼(100)에 형성된 고정 콘(140)의 형성 높이(고정 위치)는 서로 다를 수도 있다.
예를 들어, 도 11 내지 도 13을 참조하면, 용접을 통해서 고정 콘(140)의 상단부를 관형 컬럼(110)의 내측면에 직접 결합할 수 있다. 이때, 도 11을 참조하면, 고정 콘(140)의 상단부는 관형 컬럼(110)의 상단부에 결합될 수 있다. 도 12를 참조하면, 고정 콘(140)의 상단부는 관형 컬럼(110)의 하단부에 결합될 수 있다. 도 13을 참조하면, 고정 콘(140)의 상단부는 관형 컬럼(110)의 상단과 하단 사이에 결합될 수 있다.
도 14 내지 도 16은 도 2에 도시된 기액 분리 장치에서 고정 콘이 관형 컬럼과 일체로 형성된 상태의 단면도들이다.
도 14 내지 도 16을 참조하면, , 고정 콘(140)은 관형 컬럼(110)과 일체로 형성될 수도 있다. 즉, 고정 콘(140)은 관형 컬럼(110)의 내측면으로부터 연장될 수 있다. 도 14를 참조하면, 고정 콘(140)의 상단부는 관형 컬럼(110)의 상단부로부터 연장될 수 있다. 또한, 도 15를 참조하면, 고정 콘(140)의 상단부는 관형 컬럼(110)의 하단부로부터 연장될 수 있다. 또한, 도 16을 참조하면, 고정 콘(140)의 상단부는 관형 컬럼(110)의 상단과 하단 사이의 위치로부터 연장될 수 있다.
도 17 내지 도 20은 도 2에 도시된 기액 분리 장치에서 복수 개의 관형 컬럼의 높이가 상이한 상태의 단면도들이다.
N개의 관형 컬럼(110)의 높이는 상호 동일할 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 높이가 서로 상이할 수 있다.
예를 들어, 도 17을 참조하면, N개의 관형 컬럼(110)은 하우징(100)의 상단에서 하단으로 갈수록 각각의 높이가 감소할 수 있다(h1>h2>h3). 이와 같이, 관형 컬럼(110)의 높이가 하우징(100)의 상단부에서 하단부로 갈수록 감소하면, 제거 대상물의 이동경로를 확보하여 반응물의 이동을 원활하게 할 수 있고, 운전 효율을 향상시킬 수 있다. 특히 휘발성 모노머(Monomer)를 포함하는 폴리머(Polymer) 내의 잔류 모노머 제거에 유용할 수 있다.
뿐만 아니라, 도 18을 참조하면, N개의 관형 컬럼(110)은 하우징(100)의 상단부에서 하단부로 갈수록 각각의 높이가 증가할 수 있다(h1<h2<h3).
또한, 도 19 및 도 20을 참조하면, N개의 관형 컬럼(110)은 하우징(100)의 상단부에서 하단부로 갈수록 각각의 높이가 감소하다가 증가할 수 있다(h1>h2, h2<h3, 도 19 참조).
일 실시태양으로, 상기 하우징(100)의 최상단에 위치된 관형 컬럼의 높이(h1)와 상기 하우징(100)의 최하단에 위치된 관형 컬럼의 높이(h3)는 상기 하우징(100)의 중앙부에 위치된 관형 컬럼의 높이(h2)보다 각각 크게 형성될 수 있다. 또한, 상기 하우징(100)의 중앙부에는 동일한 높이(h2)를 갖는 복수 개의 관형 컬럼이 차례로 적층될 수 있다. 또한, 상기 하우징(100)의 최상단에 위치된 관형 컬럼의 높이(h1)와 상기 하우징(100)의 최하단에 위치된 관형 컬럼의 높이(h3)는 동일할 수 있다
이와는 다르게, N개의 관형 컬럼(110)은 하우징(100)의 상단부에서 하단부로 갈수록 각각의 높이가 증가하다가 감소할 수 있다(h1<h2, h2>h3, 도 20 참조). 이와 같이, N개의 관형 컬럼(110)의 높이를 다양하게 조절함으로써, 하우징(100) 내부에서 수행되는 반응이나 처리 효과를 극대화할 수 있다.
도 21 및 도 22는 본 발명에 따른 기액 분리 장치의 일 작동상태를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 21을 참조하면, 구동부(125)를 작동시켜 회전 콘(130)을 회전시키고, 반응물을 제1 공급부(103)를 통해서 하우징(100)에 공급하고(A), 기체를 제2 공급부(105)를 통해서 하우징(100)에 공급한다(B).
이때, 반응물은 휘발성 모노머를 포함한 폴리머라면 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들어 PVC, SBR, NBR, ABS, 및 PBL 라텍스로 이루어지는 군으로부터 선택된 것일 수 있다. 또한, 기체는 반응물에 열을 공급할 수 있는 고온의 스팀일 수 있다.
도 22를 참조하면, 하우징(100)에 공급된 반응물은 회전 콘(130)에 전달된 후, 원심력에 의해서 회전 콘(130)의 상단으로 이동한다. 이후, 회전 콘(130)으로부터 떨어져, 고정 콘(140)으로 전달된다.
고정 콘(140)으로 전달된 반응물은 고정 콘(140)의 경사를 따라 고정 콘(140)의 하단으로 이동한 후, 고정 콘(140)으로부터 떨어져 다시 회전 콘(130)에 전달된다.
한편, 하우징(100)에 공급된 기체는 상측으로 이동하면서, 반응물과 반응한다. 이때, 회전 콘(130)의 원심력에 의해서 반응물이 얇게 펴진 상태이므로, 기체와 반응물은 넓은 면적으로 반응할 수 있다. 이와 같이, 반응물이 기체와 반응하면, 반응물 중 휘발성 유기화합물은 제거되고, 휘발성 유기화합물과 기체가 포함된 잔여기체는 배출부(107)로 배출된다(C).
또한, 휘발성 유기화합물이 제거된 반응물(생성물)은 수집부(109)에 수집된다(D). 한편, 반응물과 기체의 반응을 효과적으로 수행하기 위해서, 하우징(100)의 내부의 압력을 감압하거나 가압할 수 있다.
상술할 바와 같이, 본 발명에 따른 기액 분리 장치는 반응물과 기체를 반응시켜 반응물 중에서 휘발성 유기화합물을 제거하는 기액 반응기일 수 있다. 다만, 반응물과 기체는 반드시 화학적 반응을 해야하는 것은 아니다. 예를 들어, 본 발명에 따른 기액 분리 장치는 기체 접촉을 통해서 물질을 분리하는 데 사용될 수 있다. 구체적으로, 액상의 혼합물을 기체(특히 고온의 기체)와 접촉시켜 상기 혼합물에 함유된 물질(예를 들어 휘발성 물질 등)을 분리하는 데 사용될 수 있다.
다만, 상기 혼합물은 액상의 물질에 기상의 물질이 용해되어 있는 2상 성분계 혼합물인 경우에 한정되지 않고, 고상의 물질을 추가로 함유하고 있는 3상 성분계 혼합물일 수도 있다. 즉, 본 발명에 따른 기액 분리 장치는 2상 성분계 물질 분리뿐만 아니라 3상 성분계 물질의 분리에도 사용될 수 있다.
위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
100: 하우징 103: 제1 공급부
105: 제2 공급부 107: 배출부
109: 수집부 110: 관형 컬럼
115: 제2 체결부 116: 체결수단
117: 돌기 119: 체결홈
120: 회전축 125: 구동부
130: 회전 콘 140: 고정 콘
145: 연장부 147: 제1 체결부
149: 체결홀

Claims (20)

  1. 높이방향을 따라 적층 가능한 복수 개의 관형 컬럼을 포함하는 하우징;
    상기 하우징의 내부에 구비된 회전축;
    상기 회전축을 회전시키기 위한 구동부;
    상기 회전축을 중심으로 회전하도록 상기 회전축에 장착되고, 상단부에서 하단부로 갈수록 직경이 감소하는 회전 콘; 및
    상기 회전 콘과 이격되도록 상기 관형 컬럼에 장착되며, 상단부에서 하단부로 갈수록 직경이 감소하는 관형으로 형성된 고정 콘을 포함하며,
    상기 고정 콘은 상단부로부터 방사상 외측으로 연장된 연장부를 포함하고,
    상기 연장부는 인접한 2개의 상기 관형 컬럼 사이에 배치되며,
    인접하는 2개의 관형 컬럼은 분리 가능하게 장착되고,
    인접하는 2개의 관형 컬럼 및 고정 콘은 함께 체결되며,
    하우징의 최상단에 위치된 관형 컬럼의 높이와 하우징의 최하단에 위치된 관형 컬럼의 높이는 상기 하우징의 중앙부에 위치된 관형 컬럼의 높이보다 각각 크게 형성된 기액 분리 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정 콘은 상기 관형 컬럼에 분리 가능하게 장착됨을 특징으로 하는 기액 분리 장치.
  4. 삭제
  5. 제 3 항에 있어서,
    인접하는 2개의 관형 컬럼 및 고정 콘은 함께 분리됨을 특징으로 하는 기액 분리 장치.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 연장부의 외경은, 상기 관형 컬럼의 내경보다 큰 것을 특징으로 하는 기액 분리 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 연장부로부터 외측으로 돌출된 제1 체결부가 형성되고,
    상기 관형 컬럼의 상단부와 상기 관형 컬럼의 하단부 중 적어도 하나에는 상기 제1 체결부에 대응하도록 돌출된 제2 체결부가 형성되며,
    상기 제1 체결부와 상기 제2 체결부는 체결수단을 통해서 결합되는 것을 특징으로 하는 기액 분리 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    제1 체결부 및 제2 체결부는, 상기 관형 컬럼의 원주방향을 따라 각각 복수 개로 마련됨을 특징으로 하는 기액 분리 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 연장부에는 관통된 체결홀이 형성되고,
    상기 관형 컬럼의 상단부 및 상기 관형 컬럼의 하단부 중 어느 하나에는 상기 체결홀에 삽입되는 돌기가 형성되며,
    상기 관형 컬럼의 상단부 및 상기 관형 컬럼의 하단부 중 다른 하나에는 상기 체결홀에 대응하는 위치에 상기 돌기가 삽입되기 위한 체결홈이 형성된 것을 특징으로 하는 기액 분리 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 관형 컬럼의 상단부와 상기 관형 컬럼의 하단부에는 각각 제2 체결부가 마련되고,
    인접하는 2개의 제2 체결부는, 체결수단을 통해서 결합되는 것을 특징으로 하는 기액 분리 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 연장부는 관형 컬럼의 상단부 또는 관형 컬럼의 하단부에 대응하는 경사가 마련됨을 특징으로 하는 기액 분리 장치.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제 1 항에 있어서,
    각 관형 컬럼에 형성된 고정 콘의 형성 높이는 서로 다른 것을 특징으로 하는 기액 분리 장치.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
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