KR101704117B1 - 기액 분리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기액 분리 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 측면에 따르면, 반응물 공급 라인이 마련된 하우징; 하우징에 마련된 회전축; 회전축을 회전시키기 위한 구동부; 하우징에 지지되는 고정 콘; 및 회전축과 함께 회전하도록 회전축에 장착되는 회전 콘을 포함하며, 반응물 공급 라인은 하우징의 내주면의 접선 방향을 따라 반응물이 공급되도록 마련되고, 적어도 일부 영역이 하우징 내부로 삽입되도록 마련되는 기액 분리 장치가 제공된다.

Description

기액 분리 장치{Apparatus for separating liquid-gas}

본 발명은 기액 분리 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 반응물 공급 시 폼(foam) 발생을 최소화할 수 있는 기액 분리 장치에 관한 것이다.

회전축을 중심으로 회전하는 콘(cone) 및 회전하지 않는 스테이터(stator)가 다단으로 구성된 스피닝 콘 컬럼(spinning cone column, SCC)이 제안되고 있다. 상기 스피닝 콘 컬럼은 원료 반응물의 체류시간을 향상시킬 수 있는 장점을 갖는다.

한편, 반응물 공급 라인을 통해 반응물이 컬럼 내부로 공급되는 과정에서, 반응물이 컬럼 내부의 구조물과 충돌함에 따라 폼(Foam)이 발생할 가능성이 높다. 또한, 반응물 공급 라인을 통해 유동하는 반응물이 컬럼 내부에서 자유 낙하하는 거리가 길기 때문에 컬럼에 가해지는 충격도 크다.

또한, 발생된 폼은 컬럼 상부로 상승함에 따라 휘발 성분의 이동을 방해하고, 이에 따라 컬럼의 분리 효율을 떨어뜨리게 된다.

본 발명은 반응물 공급 시 폼(foam)발생을 최소화할 수 있는 기액 분리 장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

또한, 본 발명은 반응물 공급 시 반응물의 자유 낙하로 인하여 장치 구조물에 직접적으로 충격이 가해지는 것을 줄일 수 있는 기액 분리 장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면,반응물 공급 라인이 마련된 하우징;과 하우징에 마련된 회전축;과 회전축을 회전시키기 위한 구동부;와 하우징에 지지되는 고정 콘; 및 회전축과 함께 회전하도록 회전축에 장착되는 회전 콘을 포함하는 기액 분리 장치가 제공된다.

또한, 반응물 공급 라인은 하우징의 내주면의 접선 방향을 따라 반응물이 공급되도록 마련되고, 적어도 일부 영역이 하우징 내부로 삽입되도록 마련된다.

또한, 상기 반응물 공급 라인을 통해 공급되는 반응물에는 계면 활성제가 포함될 수 있다.

또한, 반응물 공급 라인은 공급 홀의 일부영역이 하우징 내부에 위치하도록 마련될 수 있다.

또한, 공급 홀의 일부 영역은 하우징의 내주면과 연결되고, 공급 홀의 나머지 영역은 하우징의 내주면으로부터 이격될 수 있다.

또한, 반응물 공급 라인은 하우징의 내부에 위치하는 영역이 직선 유로를 갖도록 마련될 수 있다.

또한, 반응물 공급 라인은 하우징의 내부에 위치하는 영역이 곡선 유로를 갖도록 마련될 수 있다.

또한, 반응물 공급 라인은 하우징의 내부에 위치하는 영역이 직선 유로 및 곡선 유로를 각각 갖도록 마련될 수 있다.

또한, 상기 곡선 유로의 곡률과 회전축의 회전방향에 따른 하우징의 내주면의 곡률은 동일하도록 마련될 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 반응물 공급 라인이 마련된 하우징; 하우징에 마련된 회전축; 회전축을 회전시키기 위한 구동부; 반응물의 유동방향을 따라 상단에서 하단으로 직경이 감소하도록 마련되고, 하우징에 지지되는 고정 콘; 반응물의 유동방향을 따라 하단에서 상단으로 직경이 증가하도록 마련되고, 회전축과 함께 회전하도록 회전축에 장착되는 회전 콘; 및 상기 반응물 공급 라인을 통해 계면 활성제를 포함하는 반응물을 공급하는 반응모드를 수행하기 위한 제어부를 포함하는 기액 분리 장치가 제공된다.

또한, 반응물 공급 라인은 하우징의 내주면의 접선 방향을 따라 반응물이 공급되도록 마련되고, 적어도 일부 영역이 하우징 내부로 삽입되도록 마련된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 적어도 하나의 실시예와 관련된 기액 분리 장치는 다음과 같은 효과를 갖는다.

반응물이 접선 방향을 통해 기액 분리 장치 내부로 유입되도록 반응물 공급 라인을 마련함으로써, 반응물 공급 시 반응물의 자유 낙하로 인하여 장치 구조물에 직접적으로 충격이 가해지는 것을 줄일 수 있다.

또한, 반응물 공급 시 폼(foam)발생을 최소화할 수 있다.

또한, 기액 반응 장치의 내구성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 기액 분리 장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예와 관련된 기액 분리 장치의 구성도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예와 관련된 기액 분리 장치의 단면도들이다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 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 실시예와 관련된 기액 분리 장치의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예와 관련된 기액 분리 장치의 구성도이다.

또한, 도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예와 관련된 기액 분리 장치의 단면도들이다.

본 문서에서 기액 분리 장치(100)는 반응물(‘제1 유체’라고도 함)과 스팀(steam, ‘제2 유체’라고도 함)을 각각 공급함으로써 반응물 중에서 휘발성 유기화합물(VOC)을 제거하는 공정을 수행할 수 있다.

여기서, 제1 유체와 제2 유체의 화학적 반응이 반드시 수행되어야 하는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 기액 분리 장치(100)는 스팀 접촉을 통해서 소정 물질을 분리하는 데 사용될 수 있다. 구체적으로, 액상의 혼합물(예를 들어, 폴리머)을 스팀과 접촉시켜 상기 혼합물에 함유된 휘발성 유기화합물을 분리하는 데 사용될 수 있다.

예를 들어, 제1 유체는 휘발성 모노머를 포함한 폴리머라면 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들어 PVC, SBR, NBR, ABS, 및 PBL 라텍스로 이루어지는 군으로부터 선택된 것일 수 있다. 또한, 제2 유체는 반응물에 열을 공급할 수 있는 고온의 스팀일 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. 또한, 상기 기액 분리 장치(100)는 2상 성분계 물질 분리 공정뿐만 아니라 3상 성분계 물질의 분리 공정에도 사용될 수 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예와 관련된 기액 분리 장치(100)는 반응물 공급라인(200)이 마련된 하우징(110)과 상기 하우징(110)에 마련된 회전축(120) 및 회전축(120)을 회전시키기 위한 구동부(125)를 포함한다.

또한, 상기 기액 분리 장치(100)는 상기 회전축(120)과 함께 회전하도록 상기 회전축(120)에 장착된 회전 콘(140)을 포함한다. 또한, 상기 기액 분리 장치(100)는 상기 회전축(120)의 높이방향(y축 방향)을 따라 각각 장착된 복수 개의 회전 콘(140)을 포함할 수 있다.

상기 기액 분리 장치(100)는 상기 하우징(110)에 지지되며, 유체의 유동을 안내하기 위한 고정 콘(130)을 포함한다. 상기 기액 분리 장치(100)는 복수 개의 고정 콘(130)을 포함할 수 있다. 상기 고정 콘(130)은 유체의 유동을 안내하도록 상기 하우징(110)에 지지되며, 상단에서 하단으로 반응물의 유동방향을 따라 직경이 감소하도록 마련된다.

여기서, 상기 회전축(120)은 모터와 같은 구동부(125)와 연결되며, 상기 구동부(125)는 상기 회전축(110)을 회전시키는 기능을 수행한다.

또한, 상기 회전 콘(140)은 상기 하우징(110)의 높이방향(y축 방향)을 기준으로 상단에서 하단으로 갈수록 직경이 감소하도록 마련될 수 있다. 또한, 상기 회전 콘(140)은 반응물의 유동방향을 따라 하단에서 상단으로 직경이 증가하도록 마련될 수 있다. 구체적으로, 상기 회전 콘(140)은 상단에서 하단으로 갈수록 직경이 감소하는 관형의 원뿔대 형상을 가질 수 있다.

또한, 복수 개의 고정 콘(130)은 상기 하우징(110)에 소정 간격을 두고 각각 지지 및/또는 고정될 수 있다.

또한, 복수 개의 고정콘(130)과 복수 개의 회전 콘(140)이 회전축(120)의 높이방향(y축 방향)을 따라 교대로 배치될 수 있다.

한편, 어느 한 고정 콘(130)은 상기 하우징(110)의 높이방향에 따른 최상단에 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 회전축(120)의 높이방향을 따라, 최상단에 고정 콘(130)이 장착되고, 그 하부에 회전 콘(140)과 고정 콘(130)이 교대로 장착될 수 있다. 이와는 다르게, 어느 한 회전 콘(140)은 상기 하우징(110)의 높이방향에 따른 최상단에 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 회전축(120)의 높이방향을 따라, 최상단에 회전 콘(140)이 장착되고, 그 하부에 고정 콘(130)과 회전 콘(140)이 교대로 장착될 수 있다.

또한, 상기 하우징(110)은 제1 유체(반응물)의 투입을 위한 반응물 공급 라인(200)와 제2 유체의 투입을 위한 제2 공급부(113)와 제1 배출부(114) 및 제2 배출부(112)를 포함한다.

여기서, 상기 반응물 공급 라인(200)는 하우징(110)의 상단부의 측면에 마련될 수 있다. 또한, 제1 배출부(114)는 하우징(110)의 상단부에 마련될 수 있다. 또한, 상기 제2 공급부(113)는 하우징(110)의 하단부의 측면에 마련될 수 있다. 또한, 상기 제2 배출부(112)는 하우징(11)의 하단부에 마련될 수 있다. 이때, 반응물 공급라인(200)을 통해 하우징(110)으로 유입된 반응물은 중력이 작용하는 방향을 따라 유동한 후, 제2 배출부(112)를 통해 하우징 외부로 유출될 수 있다. 또한, 상기 제2 공급부(113, 예를 들어 스팀)를 통해 유입된 제2 유체는 제1 배출부(114)를 통해 하우징(110) 외부로 유출될 수 있다.

한편, 상기 제1 배출부(114)를 통해 잔여기체가 배출될 수 있고, 제2 유체와의 접촉을 통해 휘발성 유기화합물이 제거된 반응물은 제2 배출부(112)를 통해 외부로 배출될 수 있다.

도 2를 참조하면, 기액 분리 장치(100)는 상기 반응물 공급 라인(200)을 통해 계면 활성제를 포함하는 반응물을 공급하는 반응모드를 수행하기 위한 제어부(150)를 포함한다. 상기 제어부(150)는 상기 구동부(150)를 제어할 수 있다. 또한, 상기 제어부(150)는 상기 회전축(120)의 회전속도를 조절할 수 있다. 또한, 상기 제어부(150)는 상기 반응물 공급라인(200)을 통해 공급되는 반응물의 유량을 제어할 수 있다. 또한, 상기 반응물 공급라인(200)에는 유량 조절기(160)가 마련될 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 반응물 공급 라인(200)은 하우징(110)의 내주면(111)의 접선 방향을 따라 반응물이 공급되도록 마련된다. 상기한 구조를 통하여, 반응물은 상기 하우징(110)의 내주면(111)의 접선 방향을 따라 공급된다.

이때, 반응물에는 하우징(110)의 내주면(111)의 곡률에 기초하여 선회 방향 속도성분이 부여된다. 즉, 하우징(110) 내부로 공급된 반응물은 바로 자유 낙하하지 않고, 상기 하우징(110)의 내주면을 따라 소정 구간만큼 선회한 후 고정 콘(130) 또는 회전 콘(140)으로 투입된다.

또한, 상기 반응물 공급 라인(200)은 적어도 일부 영역(220)이 하우징(110) 내부로 삽입되도록 마련된다. 반응물 공급라인(220)의 일부 영역(220)이 하우징(110) 내부로 삽입됨에 따라 접선 방향으로 공급되는 반응물을 안정적으로 안내할 수 있다.

한편, 상기 반응물 공급 라인(200)을 통해 공급되는 반응물에는 계면 활성제가 포함될 수 있다. 특히, 계면 활성제가 포함된 반응물의 경우 하우징(110) 내부의 구조물(예를 들어, 회전 콘 또는 고정 콘)과 충돌함에 따라 폼이 발생할 가능성이 높다. 따라서, 계면 활성제가 포함된 반응물의 경우에는 보다 안정적인 공급 라인이 요구된다.

또한, 반응물 공급 라인(200)은 공급 홀(210)의 일부영역이 하우징(110) 내부에 위치하도록 마련될 수 있다. 보다 구체적으로, 공급 홀(210)의 일부 영역은 하우징(110)의 내주면(111)과 연결되고, 공급 홀의 나머지 영역은 하우징(110)의 내주면(111)으로부터 이격되도록 마련될 수 있다.

또한, 반응물 공급 라인(200)은 하우징(110)의 내부에 위치하는 영역(220)이 직선 유로(220a)를 갖도록 마련될 수 있다.

또한, 반응물 공급 라인(200)은 하우징(110)의 내부에 위치하는 영역(220)이 곡선 유로(220b)를 갖도록 마련될 수 있다.

또한, 반응물 공급 라인(200)은 하우징(110)의 내부에 위치하는 영역(220)이 직선 유로(220a) 및 곡선 유로(220b)를 각각 갖도록 마련될 수 있다.

이때, 상기 곡선 유로(220b)의 곡률과 회전축(120)의 회전방향에 따른 하우징(110)의 내주면(111)의 곡률은 동일할 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: 기액 분리 장치
110: 하우징
120: 회전축
125: 구동부
130: 고정 콘
140: 회전 콘
150: 제어부
200: 반응물 공급라인

Claims (15)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 반응물의 투입을 위한 반응물 공급 라인, 제2 유체의 투입을 위한 제2 공급부, 제1 배출부 및 제2 배출부가 마련된 하우징;
   하우징에 마련된 회전축;
   반응물 공급 라인에 마련된 유량 조절기;
   회전축을 회전시키기 위한 구동부;
   반응물의 유동방향을 따라 상단에서 하단으로 직경이 감소하도록 마련되고, 하우징에 지지되는 고정 콘;
   반응물의 유동방향을 따라 하단에서 상단으로 직경이 증가하도록 마련되고, 회전축과 함께 회전하도록 회전축에 장착되는 회전 콘; 및
   상기 회전축의 회전속도를 조절하고, 상기 반응물 공급 라인을 통해 공급되는 반응물의 유량을 제어하며, 상기 반응물 공급 라인을 통해 계면 활성제를 포함하는 반응물을 공급하는 반응모드를 수행하기 위한 제어부를 포함하며,
   반응물 공급 라인은 하우징의 내주면의 접선 방향을 따라 반응물이 공급되도록 마련되고, 적어도 일부 영역이 하우징 내부로 삽입되도록 마련되며,
   반응물 공급 라인은 공급 홀의 일부영역이 하우징 내부에 위치하도록 마련되고,
   반응물 공급라인은 하우징의 상단부의 측면에 마련되며, 상기 제1 배출부는 하우징의 상단부에 마련되고, 제2 공급부 및 제2 배출부는 하우징의 하단부에 각각 마련되며,
   반응물 공급라인을 통해 유입된 반응물은 중력이 작용하는 방향을 따라 유동한 후, 제2 배출부를 통해 하우징 외부로 유출되고, 제2 공급부를 통해 유입되는 제2 유체는 제1 배출부를 통해 하우징 외부로 유출되도록 마련된 기액 분리 장치.
10. 삭제
11. 제 9 항에 있어서,
    공급 홀의 일부 영역은 하우징의 내주면과 연결되고, 공급 홀의 나머지 영역은 하우징의 내주면으로부터 이격됨을 특징으로 하는 기액 분리 장치.
12. 제 9 항에 있어서,
    반응물 공급 라인은 하우징의 내부에 위치하는 영역이 직선 유로를 갖도록 마련됨을 특징으로 하는 기액 분리 장치.
13. 제 9 항에 있어서,
    반응물 공급 라인은 하우징의 내부에 위치하는 영역이 곡선 유로를 갖도록 마련됨을 특징으로 하는 기액 분리 장치.
14. 제 9 항에 있어서,
    반응물 공급 라인은 하우징의 내부에 위치하는 영역이 직선 유로 및 곡선 유로를 각각 갖도록 마련됨을 특징으로 하는 기액 분리 장치.
15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 곡선 유로의 곡률과 회전축의 회전방향에 따른 하우징의 내주면의 곡률은 동일함을 특징으로 하는 기액 분리 장치.

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