KR102313559B1 - All-in-one Device for Preparing of Sodium Bicarbonate Combined Bubble Reactor with Packed Tower and Method for Preparing The Same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 충전탑과 버블반응기를 결합한 일체형 중탄산나트륨의 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것이다. 더 상세하게는 충전탑과 버블반응기를 결합한 일체(一體)형 반응기에서 배기가스 중에 함유되어 있는 탄산가스에 탄산나트륨 수용액을 기.액 접촉에 의하여 반응시켜 중탄산나트륨(NaHCO3)을 제조하는 장치 및 그 제조방법에 관한 발명이다. The present invention relates to an apparatus for manufacturing an integrated sodium bicarbonate in which a packed tower and a bubble reactor are combined, and a method for manufacturing the same. More specifically, an apparatus for producing sodium bicarbonate (NaHCO 3 ) by reacting an aqueous sodium carbonate solution with carbon dioxide contained in exhaust gas by gas-liquid contact in an integrated reactor combining a packed tower and a bubble reactor, and an apparatus and the same The invention relates to a manufacturing method.
최근 이산화탄소의 배출량 증가에 의한 지구온난화가 문제로 대두되고 있으며, 공장 등에서 배출되는 배기가스에 함유되는 이산화탄소를 회수하는 기술이 부목을 받고 있다. Recently, global warming due to an increase in the amount of carbon dioxide emitted has emerged as a problem, and a technology for recovering carbon dioxide contained in exhaust gas emitted from factories, etc. is receiving attention.
중탄산나트륨(NaHCO3, 탄산수소나트륨)은 공업적으로 암모니아소다법에 의한 생성물을 온수에서 재결정해 제조하고 있다. 이는 의약품용으로는 제산제(制酸劑), 알칼리제 등으로 사용되고, 식품에는 알칼리제, 팽창제, 완충제, 청량음료의 탄산가스 발생제 등으로 사용된다. 공업적으로는 연마력, 중화, 탈취, 발포, 및 연화 능력이 탁월해 세척제, 탈취제 등으로도 다양하게 활용된다. 또한 최근에는 건식 황산화물(SOx) 제거제로서 제철소 및 화력발전소에서도 사용되어 활용범위가 점점 증가하고 있다.Sodium bicarbonate (NaHCO 3 , sodium bicarbonate) is industrially manufactured by recrystallizing a product by the ammonia soda method in hot water. It is used as an antacid, an alkali agent, etc. for pharmaceuticals, and is used as an alkali agent, swelling agent, buffering agent, and carbon dioxide generator for soft drinks in food. Industrially, it has excellent abrasive power, neutralization, deodorization, foaming, and softening ability, so it is widely used as a cleaning agent and deodorant. In addition, recently, as a dry sulfur oxide (SO x ) remover, it is also used in steel mills and thermal power plants, and its application range is increasing.
발전소 등에서 나오는 저농도 탄산가스(약 14 Vol%)를 이용하여 종래기술로 중탄산나트륨의 제조할 때의 문제점은 다음과 같다. Problems in the production of sodium bicarbonate in the prior art using low-concentration carbon dioxide gas (about 14 Vol%) from power plants, etc. are as follows.
첫째, 원료인 소다회 용액과 저농도 탄산가스를 기.액 반응에 의하여 중탄산나트륨을 제조할 때 장치의 효율이 좋지 않아 60% 정도의 탄산가스가 활용되지 못하고 외부로 배출된다. 이에 따라 즉, 1) 반응 수율이 낮아지고, 2) 반응시간이 오래 걸리며, 3) 반응기가 매우 커진다는 단점이 있다. First, when producing sodium bicarbonate by gas-liquid reaction of soda ash solution and low-concentration carbon dioxide gas as raw materials, the efficiency of the device is not good, so about 60% of carbon dioxide gas is not utilized and is discharged to the outside. Accordingly, there are disadvantages that 1) the reaction yield is lowered, 2) the reaction time is long, and 3) the reactor becomes very large.
둘째, 발전소의 배가스를 포집하여 탄산가스의 농도를 약 90%로 농축시킨 후 반응시키는 기술은 포집 및 농축 시설이 추가되므로 투자비가 커져 경제성이 저하된다는 단점이 있다. Second, the technology of collecting the exhaust gas of a power plant and concentrating the concentration of carbon dioxide to about 90% and then reacting has a disadvantage in that the investment cost increases and the economic feasibility decreases because a collection and concentration facility is added.
셋째, 저농도 탄산가스를 미세 기포로 하여 비표면적을 넓혀 탄산가스 용해도를 높이는 기술 역시 탄산가스 이용율은 약 70%로 향상되지만, 상당량의 탄산가스가 외부로 배출되는 단점이 있다. Third, the technology to increase the solubility of carbon dioxide by increasing the specific surface area by using low-concentration carbon dioxide as microbubbles also improves the utilization rate of carbon dioxide to about 70%, but has a disadvantage in that a significant amount of carbon dioxide is discharged to the outside.
따라서 위와 같은 문제점을 해소할 수 있는 기술개발의 필요성이 절실한 실정이다. Therefore, there is an urgent need for technology development that can solve the above problems.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 종래 사용하던 충전탑과 버블반응기를 일체(一體)형으로 하여 탄산나트륨 수용액과 탄산가스를 반응시킴으로써 반응시간 단축 및 반응률을 극대화하는 등 효율이 크게 향상된 중탄산나트륨의 제조장치 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above problems, and the efficiency is greatly improved, such as shortening the reaction time and maximizing the reaction rate by reacting the sodium carbonate aqueous solution with the carbon dioxide gas by integrating the conventional packed tower and the bubble reactor as an integral type To provide an apparatus for manufacturing sodium bicarbonate and a method for manufacturing the same.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 탄산나트륨 수용액과 탄산가스를 반응시켜 중탄산나트륨을 생성하고, 충전탑과 버블반응기를 포함하는 반응기; 탄산가스로부터 미세 버블을 생성시키고, 탄산나트륨 수용액과 혼합하여 생성되는 유체를 상기 가스분리기로 공급하는 혼합믹서; 상기 혼합믹서에서 공급되는 유체로부터 액체와 기체를 각각 분리하여 상기 버블반응기로 공급하는 가스분리기; 상기 반응기에서 생성되는 슬러리 상태의 중탄산나트륨을 원심분리시켜 분리하기 위한 탈수기; 상기 탈수기에서 분리된 중탄산나트륨을 건조하기 위한 건조기;를 포함하되, 상기 혼합믹서는 선회충돌형인 것을 특징으로 하는 일체형 중탄산나트륨의 제조장치를 제공한다. In order to achieve the object as described above, the present invention is a reactor comprising: a reactor including a packed tower and a bubble reactor, which generates sodium bicarbonate by reacting an aqueous sodium carbonate solution with carbon dioxide gas; a mixing mixer for generating fine bubbles from carbon dioxide gas and supplying a fluid produced by mixing with an aqueous sodium carbonate solution to the gas separator; a gas separator for separating liquid and gas from the fluid supplied from the mixing mixer and supplying them to the bubble reactor; a dehydrator for separating sodium bicarbonate in a slurry state produced in the reactor by centrifugation; It includes; a dryer for drying the sodium bicarbonate separated in the dehydrator, wherein the mixing mixer provides an integrated sodium bicarbonate manufacturing apparatus, characterized in that it is a vortex collision type.
또한 본 발명은 탄산나트륨 수용액에 탄산가스를 버블로 하여 혼합한 후에 서로 반응시켜 중탄산나트륨을 생성하는 제 1단계; 상기 제 1단계에서 생성된 슬러리 상태의 중탄산나트륨은 원심분리된 후에 건조되는 제2단계:를 포함하되, 상기 제 1단계에서 반응은 충전탑과 버블반응기가 결합된 1단 반응방식으로 이루어지며, 상기 제 2단계에서 슬러리 상태의 중탄산나트륨을 원심분리하여 얻은 여액은 상기 충전탑으로 재순환되는 것을 특징으로 하는 중탄산나트륨의 제조방법을 제공한다. In addition, the present invention is a first step of producing sodium bicarbonate by mixing carbon dioxide gas into an aqueous sodium carbonate solution as bubbles and then reacting with each other; The sodium bicarbonate in the slurry state produced in the first step includes a second step of being dried after centrifugation, wherein the reaction in the first step is performed in a one-step reaction method in which a packed tower and a bubble reactor are combined, In the second step, the filtrate obtained by centrifuging sodium bicarbonate in a slurry state provides a method for producing sodium bicarbonate, characterized in that it is recycled to the packed column.
한편, 본 발명에 의한 그 밖의 구체적인 과제의 해결수단은 발명의 상세한 설명에 기재되어 있다.On the other hand, the means for solving other specific problems according to the present invention are described in the detailed description of the invention.
본 발명의 충전탑과 버블반응기를 결합한 일체형 중탄산나트륨 제조장치 및 그 제조방법은 충전탑과 버블반응기를 일체(一體)형으로 하여, 탄산나트륨 수용액과 탄산가스를 반응시켜 중탄산나트륨을 제조함으로써 탄산가스 이용률의 극대화, 반응시간 단축 및 시설비용 절감 등의 큰 장점이 있다.In the integrated sodium bicarbonate manufacturing apparatus and method for combining a packed tower and a bubble reactor of the present invention, a packed tower and a bubble reactor are integrated, and a sodium carbonate aqueous solution and carbon dioxide gas are reacted to produce sodium bicarbonate, thereby carbon dioxide gas utilization rate It has great advantages such as maximization of efficiency, shortening of reaction time, and reduction of facility cost.
도 1은 본 발명의 충전탑과 버블반응기를 결합한 일체형 중탄산나트륨의 개략적인 제조장치이다.
도 2는 본 발명의 일체형 중탄산나트륨의 제조장치 중 혼합믹서의 개략적인 도면이다.
도 3은 본 발명의 일체형 중탄산나트륨의 제조장치 중 혼합믹서에서 1차 버블 발생의 개략적인 도면이다.
도 4는 본 발명의 일체형 중탄산나트륨의 제조장치 중 혼합믹서에서 2차 회전력을 이용한 혼합의 개략적인 도면이다.
도 5는 본 발명의 일체형 탄산수소나트륨의 제조장치 중 혼합믹서에서 3차 충돌을 이용한 혼합의 개략적인 도면이다.1 is a schematic manufacturing apparatus for integrated sodium bicarbonate in which a packed tower and a bubble reactor of the present invention are combined.
2 is a schematic view of a mixing mixer in the apparatus for producing integrated sodium bicarbonate of the present invention.
3 is a schematic view of the generation of primary bubbles in the mixing mixer of the integrated sodium bicarbonate production apparatus of the present invention.
4 is a schematic view of mixing using a secondary rotational force in a mixing mixer among the integrated sodium bicarbonate manufacturing apparatus of the present invention.
5 is a schematic view of mixing using a tertiary collision in a mixing mixer among the integrated production apparatus of sodium hydrogen carbonate of the present invention.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 해당 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 및 세부적인 구성은 설명을 위해 단순화되었다. 그리고 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들임을 참고하여야 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. Embodiments of the present invention may be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the following embodiments. This embodiment is provided to more completely explain the present invention to a person with average knowledge in the relevant technical field. Accordingly, shapes and detailed configurations of elements in the drawings are simplified for explanation. And it should be noted that the terms used in this specification are terms used to properly express preferred embodiments of the present invention.
본 명세서에서, “미세 버블”은 평균 직경이 0.1㎜ 이하인 기포를 의미한다. 또한 용어 “액체”는 탄산나트륨 수용액, 중탄산나트륨의 생성 반응의 중간 생성물, 중탄산나트륨의 생성 반응의 생성물 중 적어도 하나를 포함하는 것을 지칭한다. As used herein, “fine bubbles” means bubbles having an average diameter of 0.1 mm or less. Also, the term “liquid” refers to comprising at least one of an aqueous sodium carbonate solution, an intermediate product of a reaction to form sodium bicarbonate, and a product of a reaction to form sodium bicarbonate.
아래에서 충전탑과 버블반응기를 결합한 일체형 중탄산나트륨의 제조장치에 관한 세부적인 특징은 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다. 본 발명의 충전탑과 버블반응기를 결합한 일체형 중탄산나트륨의 제조장치는 이에 한정되지 않으며, 이외에도 충전탑과 버블반응기를 결합한 일체형 중탄산나트륨의 제조장치의 구조를 필요로 하는 다양한 장치 등에 제한 없이 이용될 수 있음은 물론이다. Hereinafter, detailed features of an apparatus for manufacturing an integrated sodium bicarbonate in which a packed tower and a bubble reactor are combined will be described in detail with reference to the drawings. The apparatus for manufacturing an integrated sodium bicarbonate combining a packed tower and a bubble reactor of the present invention is not limited thereto, and in addition, it can be used without limitation in various devices requiring the structure of an integrated sodium bicarbonate manufacturing apparatus combining a packed tower and a bubble reactor. of course there is
첨부된 도 1에는 본 발명에 의한 충전탑과 버블반응기를 결합한 일체형 중탄산나트륨의 제조장치를 설명하기 위한 개략적인 도면이 도시되어 있다. 1 is a schematic view for explaining an apparatus for manufacturing an integrated sodium bicarbonate in which a packed tower and a bubble reactor are combined according to the present invention.
먼저, 본 발명에 의한 충전탑과 버블반응기를 결합한 일체형 중탄산나트륨의 제조장치는, 탄산나트륨 수용액과 탄산가스를 반응시켜 중탄산나트륨을 생성하고, 충전탑과 버블반응기를 포함하는 반응기; 탄산가스로부터 미세 버블을 생성시키고, 탄산나트륨 수용액과 혼합하여 생성되는 유체를 상기 가스분리기로 공급하는 혼합믹서; 상기 혼합믹서에서 공급되는 유체로부터 액체와 기체를 각각 분리하여 상기 버블반응기로 공급하는 가스분리기; 상기 반응기에서 생성되는 슬러리 상태의 중탄산나트륨을 원심분리시켜 분리하기 위한 탈수기; 상기 탈수기에서 분리된 중탄산나트륨을 건조하기 위한 건조기;를 포함하되, 상기 혼합믹서는 선회충돌형인 것을 특징으로 한다. First, the apparatus for manufacturing an integrated sodium bicarbonate in which a packed tower and a bubble reactor are combined according to the present invention comprises: a reactor including a packed tower and a bubble reactor for generating sodium bicarbonate by reacting an aqueous sodium carbonate solution with carbon dioxide gas; a mixing mixer for generating fine bubbles from carbon dioxide gas and supplying a fluid produced by mixing with an aqueous sodium carbonate solution to the gas separator; a gas separator for separating liquid and gas from the fluid supplied from the mixing mixer and supplying them to the bubble reactor; a dehydrator for separating sodium bicarbonate in a slurry state produced in the reactor by centrifugation; A dryer for drying the sodium bicarbonate separated in the dehydrator; includes, but the mixing mixer is characterized in that it is a rotating collision type.
이하에서는 상기 일체형 중탄산나트륨의 제조장치에 관한 각각의 구성을 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, each configuration of the integrated sodium bicarbonate manufacturing apparatus will be described in detail.
먼저, 상기 반응기(02)는 탄산나트륨 수용액과 탄산가스를 반응시켜 중탄산나트륨을 생성하는데, 충전탑(03)과 버블반응기(05)를 포함하여 일체형으로 구성된다. First, the
상기 충전탑(03)은 상부에 탄산나트륨을 물에 녹여 적당한 농도의 탄산나트륨 수용액을 공급받기 위한 투입구(01)가 연결되어 있고, 그 내부에는 충전물이 충전되어 있다. 또한 상기 충전탑(03)의 하부에는 버블반응기(05)가 연결되어 있다. 상기 버블반응기(05)의 상부에는 각각 상기 가스분리기(12)와 배관(도면부호 없음)으로 연결되어 있다. The
상기 충전탑(03)의 상부에 위치한 투입구(01)로부터 공급된 탄산나트륨 수용액은 상기 충전탑(03)의 내부에 충전되는 비정형충전물(Random Packing)의 간극(間隙)을 얇은 막 상태로 흘러 버블반응기(05) 내부 바닥에 저장된 후 분배라인(07)을 통하여 혼합믹서(08)로 공급된다. The sodium carbonate aqueous solution supplied from the
상기 버블반응기(05)는 그 상부에 충전탑(03)과 결합되어 있어 위로부터 흘러내린 탄산나트륨 수용액이 내부 바닥에 고이게 된다. 상기 가스분리기(12)로부터 액체인 탄산나트륨 수용액, 중탄산나트륨 생성반응의 중간생성물 및 생성물, 기체인 탄산가스와 공기가 각각 분리되어 버블반응기(05)의 상부로 각각 공급된다. 또 버블반응기(05)의 하부 말단에는 탄산나트륨 수용액 등을 혼합믹서(08)로 공급하기 위한 분배라인(07)이 열결되어 있다. The
화력발전소 등에서 화석연료의 연소에 의하여 발생되는 연소 배가스 중에는 약 14 vol%의 탄산가스를 함유하고 있다. 상기 연소 배가스로부터 얻은 탄산가스는 주입구(09)를 통하여 상기 선회충돌형 혼합믹서(08)로 공급된다. The combustion exhaust gas generated by the combustion of fossil fuels in thermal power plants, etc. contains about 14 vol% of carbon dioxide. The carbon dioxide gas obtained from the combustion exhaust gas is supplied to the orbital impact
도 2 내지 도 5와 같이, 상기 선회충돌형 혼합믹서(08)는 1차로 액체배관(도면부호 없음) 중심부에 탄산가스가 주입되는 기체배관(도면부호 없음)을 삽입하여 설치하고, 토출부에 다수의 구멍(도면부호 없음)을 형성하여 탄산가스를 고르게 분사시켜 미세 버블을 발생시킨다. 이어서 2차로 미세 버블과 탄산나트륨 수용액이 혼합된 유체는 원통형 몸체(도면부호 없음)의 측면으로 투입되어 회전력에 의하여 회전하면서 상기 미세 버블에 탄산나트륨 수용액을 혼합시켜 유체로 된다. 이때 탄산가스를 많이 함유한 가벼운 유체는 회전력에 의하여 내부쪽 상부로 이동하고, 혼합이 안 된 탄산가스는 상부에서 액체와 혼합되어 무거워지므로 하강하며, 혼합이 잘 된 유체 위주로 분리되어 상부로 이동하게 된다. 이렇게 회전 운동 및 입자의 무게 차이로 혼합되므로 압력 손실이 적게 발생된다. 그리고 3차로 상기 유체는 원형 다공판(도면부호 없음)에 수회 충돌시켜 혼합이 이루어지면서 미세화된다. 이렇게 충돌 시 발생된 와류에 의하여 혼합이 잘 되어 미세화되므로 압력 손실이 적어 혼합 효율을 극대화시킬 수 있다. As shown in FIGS. 2 to 5, the orbital collision
그리고 상기 버블반응기(05)에 공급되는 탄산가스 미세 버블은 탄산나트륨 수용액과 반응하여 중탄산나트륨을 생성하는데, 그 반응식은 다음과 같다. And the carbon dioxide gas fine bubbles supplied to the
[반응식] Na2CO3 + CO2 + H2O → 2NaHCO3 [Reaction formula] Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O → 2NaHCO 3
또한 상기 버블반응기(05)에서 미반응되는 미세 버블은 상승하여 충전탑(03)에서 다시 위와 같이 반응하여 중탄산나트륨을 생성하게 된다. In addition, unreacted fine bubbles in the
이렇게 탄산나트륨 수용액과 탄산가스 미세 버블은 상기 버블반응기(05)와 충전탑(03)을 차례로 거치면서 서로 반응하여 중탄산나트륨을 생성하게 되므로, 탄산가스를 약 90% 활용할 수 있게 된다. In this way, the sodium carbonate aqueous solution and the fine bubbles of carbon dioxide gas react with each other while passing through the
한편, 상기 가스분리기(12)는 혼합믹서(08)에서 생성되는 액체와 기체를 각각 분리하여 상기 버블반응기(05)로 공급하는 구성이다. 구체적으로 설명하면, 상기 혼합믹서(08)에서 생성되는 액체인 탄산나트륨수용액, 중탄산나트륨의 생성반응의 중간 생성물 및 생성물, 액상의 이산화탄소, 기체인 탄산가스, 공기와 각각 분리된다. 이어서 액체인 탄산나트륨수용액, 중탄산나트륨의 생성반응의 중간 생성물 및 생성물, 액상의 이산화탄소는 상기 버블반응기(05)의 상부의 아래쪽 주입구(도면부호 없음)로, 기체인 탄산가스, 공기는 버블반응기(05)의 상부의 위쪽 주입구(도면부호 없음)로 각각 공급되는 것이다. On the other hand, the
또한 상기 충전탑(03)에서 탄산가스가 탄산나트륨 수용액과 2차적으로 반응하여 중탄산나트륨이 생성되고 나면, 대부분이 질소, 산소로 구성된 off 가스는 배출구(04)를 통해 외부로 배출될 수 있다. In addition, after the carbon dioxide gas reacts with the sodium carbonate aqueous solution secondary to generate sodium bicarbonate in the packed
상기 탈수기(10)는 상기 반응기(02)에서 생성되는 슬러리 상태의 중탄산나트륨을 원심력에 의해 케이크(cake)와 여액으로 분리시킨다. 케이크는 스팀을 활용한 히터와 같은 장치를 이용하여 상당한 양의 수분을 제거한 후에 분말 상태의 중탄산나트륨을 추출할 수 있다. 이때 여액은 약 10중량%의 중탄산나트륨으로 상기 순환배관(06)을 통하여 충전탑(03)으로 재순환시켜 제품의 수율을 향상시킬 수 있다. The
이후에 수분이 약간 남아있는 중탄산나트륨은 건조기(11)로 이송되어 원하는 수준으로 건조된 후에 최종적으로 고상의 중탄산나트륨 제품으로 출하될 수 있다. After that, the sodium bicarbonate with some moisture remaining may be transferred to the
이하에서는 본 발명에 의한 중탄산나트륨의 제조방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, the method for producing sodium bicarbonate according to the present invention will be described in detail.
본 발명에 따른 중탄산나트륨의 제조방법은 1) 탄산나트륨 수용액에 탄산가스를 미세 버블로 하여 혼합한 후에 서로 반응시켜 중탄산나트륨을 생성하는 제 1단계; 2) 상기 제 1단계에서 생성된 슬러리 상태의 중탄산나트륨은 원심분리된 후에 건조되는 제2단계:를 포함하되, The method for producing sodium bicarbonate according to the present invention comprises: 1) a first step of mixing carbon dioxide gas as fine bubbles in an aqueous sodium carbonate solution and then reacting them with each other to produce sodium bicarbonate; 2) A second step of drying the sodium bicarbonate in a slurry state produced in the first step after centrifugation:
상기 제 1단계에서 반응은 충전탑과 버블반응기가 결합된 일체형으로 결합된 방식으로 이루어지며, 상기 제 2단계에서 슬러리 상태의 중탄산나트륨을 원심분리하여 얻은 여액은 상기 충전탑으로 재순환되는 것을 특징으로 한다.In the first step, the reaction is carried out in a way in which a packed column and a bubble reactor are combined in an integrated manner, and the filtrate obtained by centrifuging sodium bicarbonate in a slurry state in the second step is recycled to the packed tower. do.
상기 제 1단계는 탄산나트륨 수용액에 탄산가스를 미세 버블로 하여 혼합한 후에 서로 반응시켜 중탄산나트륨을 생성하는 단계이다. 구체적으로 설명하면, 탄산나트륨 수용액은 탄산나트륨을 물에 녹여 적당한 농도의 탄산나트륨 수용액으로 한 후에 투입구(01)로 공급된다. 이때 탄산나트륨 수용액은 탄산나트륨 6.6중량부에 물 100중량부를 혼합한 후에 투입구(01)를 통하여 충전탑(03) 내로 투입하는 것이 바람직하다. 또 연소 배가스로부터 얻은 약 14 Vol%의 탄산가스는 주입구(09)를 통하여 혼합믹서(08)로 공급된다. The first step is a step of producing sodium bicarbonate by mixing carbon dioxide gas as fine bubbles in an aqueous sodium carbonate solution and then reacting with each other. Specifically, the sodium carbonate aqueous solution is supplied to the
상기 투입구(01)로 공급되는 탄산나트륨수용액과 버블반응기(05)로부터 상승하는 탄산가스가 만나 서로 1차적으로 반응하여 중탄산나트륨을 생성한다. 이어서 미반응한 탄산가스는 상승하여 충전탑(03)에서 내려오는 탄산나트륨수용액과 2차적으로 반응이 일어나게 된다. The sodium carbonate aqueous solution supplied to the
이때 반응조건 중에서 온도는 버블반응기(05)와 흡착탑(03)에서 모두 30~35℃가 바람직하다. 그 온도가 30℃ 미만일 때는 발열반응에 의하여 에너지 비용이 상승하게 되고, 35℃를 초과하면 반응속도가 저하되는 문제가 발생한다. 또한 압력은 버블반응기(05)와 흡착탑(03)에서 모두 4Bar를 유지하는 것이 바람직하다. At this time, the temperature of the reaction conditions is preferably 30 ~ 35 ℃ in both the bubble reactor (05) and the adsorption tower (03). When the temperature is less than 30°C, energy cost increases due to the exothermic reaction, and when the temperature exceeds 35°C, a problem occurs in that the reaction rate is lowered. In addition, the pressure is preferably maintained at 4Bar in both the bubble reactor (05) and the adsorption tower (03).
상기 제 2단계는 상기 제 1단계에서 생성된 슬러리 상태의 중탄산나트륨은 원심분리된 후에 건조되는 단계이다. 구체적으로 설명하면, 제 1단계에서 생성된 중탄산나트륨은 슬러리 상태로서, 물을 상당량 포함하고 있으므로 이를 제거하여야만 한다. 물은 탈수기(10)에서 원심분리되어 슬러리 상태의 중탄산나트륨로부터 제거할 수 있다. 이어서 중탄산나트륨에 잔존하고 있는 미량의 수분을 제거하기 위하여 건조기(11)를 통과시켜 수분을 건조시킨 후에 제품화할 수 있다. In the second step, the sodium bicarbonate in the slurry state produced in the first step is centrifuged and then dried. Specifically, the sodium bicarbonate produced in the first step is in the form of a slurry, and since it contains a significant amount of water, it must be removed. Water may be removed from sodium bicarbonate in a slurry state by centrifugation in the
한편, 슬러리 상태의 중탄산나트륨으로부터 분리된 여액은 중탄산나트륨을 10중량% 함유하고 있으므로 수율을 제고하기 위하여 순환배관(06)을 통하여 충전탑(03)으로 순환시키는 것이 바람직하다. On the other hand, since the filtrate separated from sodium bicarbonate in a slurry state contains 10 wt% of sodium bicarbonate, it is preferable to circulate it to the packed
탄산가스 분석기(미도시)는 버블반응기(05)의 상부에 설치되어 가스분리기(12)를 통하여 유입되는 탄산가스 함량을 측정할 수 있다. 또한 탄산가스 분석기(미도시)는 배출구(04)에 설치되어 탄산가스가 제품인 중탄산나트륨으로 전환된 후에 배출되는 탄산가스 함량을 측정할 수 있다. 이 두 곳에서 측정된 탄산가스 함량으로부터 탄산가스 이용률을 계산할 수 있다. A carbon dioxide analyzer (not shown) may be installed on the upper portion of the
이하 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하여 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments will be presented to help the understanding of the present invention be described in detail.
<실시예 1><Example 1>
탄산나트륨 수용액은 탑의 내부가 비정형 충전물(Random Packing)로 충전된 충전탑(03)의 투입구(01)를 통하여 탄산나트륨 6.6㎏에 물 100L를 혼합하여 혼합믹서(08)로 투입하였다. 또한 14 vol% 탄산가스는 주입구(09)를 통하여 10㎥/hr의 속도로 투입하였다. 이어서 탄산나트륨수용액은 혼합믹서(08)에서 미세 버블로 된 탄산가스와 혼합된 후 가스분리기(12)에서 분리된 다음 버블반응기(05) 공급된 후 탄산나트륨 수용액과 반응하여 1차적으로 중탄산나트륨을 생성한다. 미반응된 탄산나트륨수용액과 탄산가스는 상승하여 충전탑에서 반응하여 2차적으로 중탄산나트륨을 생성한다. 상기 버블반응기(05)와 충전탑(03)에서 반응은 모두 33℃, 4bar에서 이루어진다. 버블반응기(05)에서 생성된 슬러리 상태의 중탄산나트륨은 탈수기(10)에서 원심분리하여 얻은 여액 11㎏을 순환배관(06)을 통하여 재순환시켰다. 배출구(04)와 버블반응기(05) 상부에 설치된 탄산가스분석기로부터 탄산가스의 함량을 측정하였으며, 그로부터 얻어진 결과는 표 1과 같다. The aqueous sodium carbonate solution was mixed with 6.6 kg of sodium carbonate and 100 L of water through the
<실시예 2><Example 2>
실시예 1과 비교하여 상기 버블반응기(05)와 충전탑(03)에서 반응은 모두 33℃, 4bar 대신에 40℃, 4bar에서 이루어지는 점만 다를 뿐 나머지는 동일하다. 그로부터 얻어진 결과는 표 1과 같다. Compared with Example 1, the reactions in the
<비교예><Comparative example>
1차반응기와 2차반응기가 2단 반응방식에 의하여 연결되는 중탄산나트륨 제조장치를 이용하였다(특허 제10-2095865호와 동일). 탄산나트륨수용액은 탄산나트륨 6.6㎏에 물 100L를 혼합하여 1차반응기로 공급하였다. 14vol% 탄산가스를 1차반응기와 2차반응기로 각각 10㎥/hr, 2.5㎥/hr의 속도로 투입하였다. 탄산나트륨수용액은 1차, 2차반응기를 차례로 거치면서 탄산가스와 반응하여 중탄산나트륨을 생성하였다. 그 결과는 표 1과 같다. A sodium bicarbonate production apparatus in which the primary reactor and the secondary reactor are connected by a two-stage reaction method was used (same as Patent No. 10-2095865). The sodium carbonate aqueous solution was supplied to the primary reactor by mixing 6.6 kg of sodium carbonate with 100 L of water. 14 vol% carbon dioxide gas was introduced into the primary and secondary reactors at rates of 10 m3/hr and 2.5 m3/hr, respectively. The aqueous sodium carbonate solution was reacted with carbon dioxide gas through the primary and secondary reactors in sequence to produce sodium bicarbonate. The results are shown in Table 1.
(min)hour
(min)
도달시간conversion rate
arrival time
* 비교예에서 0~105분은 1차반응기 운전, 120~135분은 2차반응기 운전 * In the comparative example, 0 to 105 minutes is the operation of the primary reactor, and 120 to 135 minutes is the operation of the secondary reactor.
위 [표 1]로부터 본 발명에 의한 바람직한 실시예 1인 일체형 중탄산나트륨의 제조방법은 탄산가스의 이용률이 89.8%로 매우 높고, 전환률 도달시간이 65분에 불과하여 매우 짧은바, 실시예 2 및 비교예에 의한 2단 반응방식을 이용한 중탄산나트륨 제조방법보다 매우 뛰어난 효과가 있음을 알 수 있었다. From the above [Table 1], the method for producing integrated sodium bicarbonate, which is a
이상 본 발명은 도면 및 실시예를 참고로 설명하고 있으나, 이는 예시적인 것에 해당되며, 당해기술이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정해지는 것임은 자명하다 할 것이다. Although the present invention has been described with reference to the drawings and examples, it will be understood that these are exemplary, and that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom by those of ordinary skill in the art. will be. Therefore, it will be obvious that the true technical protection scope of the present invention is defined by the following claims.
01 : 투입구 02 : 반응기
03 : 충전탑 04 : 오프가스 배출구
05 : 버블반응기 06 : 순환배관
07 : 분배라인 08 : 혼합믹서
09 : 주입구 10 : 탈수기
11 : 건조기 12 : 가스분리기01: inlet 02: reactor
03: charging tower 04: off-gas outlet
05: bubble reactor 06: circulation pipe
07: distribution line 08: mixing mixer
09: inlet 10: dehydrator
11: dryer 12: gas separator
Claims (9)
탄산가스로부터 미세 버블을 생성시키고, 탄산나트륨 수용액과 혼합하여 생성되는 유체를 가스분리기로 공급하는 혼합믹서;
상기 혼합믹서에서 공급되는 유체로부터 액체와 기체를 각각 분리하여 상기 버블반응기로 공급하는 가스분리기;
상기 반응기에서 생성되는 슬러리 상태의 중탄산나트륨을 원심분리시켜 분리하기 위한 탈수기;
상기 탈수기에서 분리된 중탄산나트륨을 건조하기 위한 건조기;를 포함하되,
상기 혼합믹서는 선회충돌형인 것을 특징으로 하는 일체형 중탄산나트륨의 제조장치.
a reactor including a packed tower and a bubble reactor for generating sodium bicarbonate by reacting an aqueous sodium carbonate solution with carbon dioxide gas;
a mixing mixer for generating fine bubbles from carbon dioxide gas and mixing the resulting fluid with an aqueous sodium carbonate solution to a gas separator;
a gas separator for separating liquid and gas from the fluid supplied from the mixing mixer and supplying them to the bubble reactor;
a dehydrator for separating sodium bicarbonate in a slurry state produced in the reactor by centrifugation;
A dryer for drying the sodium bicarbonate separated in the dehydrator;
The mixing mixer is an integrated sodium bicarbonate manufacturing apparatus, characterized in that the rotating impact type.
상기 미세 버블의 평균 직경은 0.1㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 일체형 중탄산나트륨의 제조장치.
The method of claim 1,
An integrated apparatus for manufacturing sodium bicarbonate, characterized in that the average diameter of the microbubbles is 0.1 mm or less.
상기 가스분리기에서 분리되는 액체는 탄산나트륨 수용액, 중탄산나트륨 생성반응의 중간생성물 및 생성물 중에서 하나 이상인 것을 특징으로 하는 일체형 중탄산나트륨의 제조장치.
The method of claim 1,
The liquid separated in the gas separator is an integrated sodium bicarbonate production apparatus, characterized in that at least one of an aqueous sodium carbonate solution, an intermediate product and a product of the sodium bicarbonate production reaction.
상기 가스분리기에서 분리되는 기체는 탄산가스, 공기인 것을 특징으로 하는 일체형 중탄산나트륨의 제조장치.
The method of claim 1,
The gas separated in the gas separator is carbon dioxide gas, an integrated production apparatus for sodium bicarbonate, characterized in that air.
상기 탈수기에서 슬러리 상태의 중탄산나트륨을 원심분리하여 얻은 여액은 순환배관을 거쳐 상기 충전탑으로 재순환되는 것을 특징으로 하는 일체형 중탄산나트륨의 제조장치.
The method of claim 1,
The filtrate obtained by centrifuging sodium bicarbonate in a slurry state in the dehydrator is recycled to the packed tower through a circulation pipe.
상기 선회충돌형은 1차로 액체 배관 중심부에 기체 배관을 삽입하여 설치하고, 토출부에 다수의 구멍을 형성하여 탄산가스를 고르게 분사시켜 미세 버블을 발생시키고, 2차로 원통형 몸체의 측면으로 투입되어 회전력에 의하여 상기 미세 버블에 탄산나트륨 수용액을 혼합시켜 유체로 한 후에, 3차로 상기 유체가 원형 다공판에 수회 충돌하여 혼합이 이루어지는 것을 특징으로 하는 일체형 중탄산나트륨의 제조장치.
The method of claim 1,
The rotational collision type is firstly installed by inserting a gas pipe in the center of the liquid pipe, forming a number of holes in the discharge part to evenly spray carbon dioxide gas to generate fine bubbles, and secondly, it is input to the side of the cylindrical body to generate rotational force After mixing the sodium carbonate aqueous solution with the microbubbles to form a fluid, the fluid collides with the circular perforated plate a number of times in the tertiary manner so as to be mixed.
상기 제 1단계에서 생성된 슬러리 상태의 중탄산나트륨은 탈수기에서 원심분리된 후에 건조되는 제2단계:를 포함하되,
상기 제 1단계의 반응은 충전탑과 버블반응기를 포함하여 일체형으로 결합된 방식으로 구성되는 반응기에서 이루어지며,
상기 제 2단계에서 슬러리 상태의 중탄산나트륨을 원심분리하여 얻은 여액은 상기 충전탑으로 재순환되는 것을 특징으로 하는 중탄산나트륨의 제조방법.
The sodium carbonate aqueous solution supplied through the inlet and the carbon dioxide gas supplied through the inlet are mixed with fine bubbles in the vortex-impact mixing mixer to form a fluid, then separated from the gas separator and supplied to the bubble reactor, and then reacted with each other to primarily sodium bicarbonate a first step of producing sodium bicarbonate secondarily by generating a , and then reacting the unreacted aqueous sodium carbonate solution with carbon dioxide gas in a packed tower;
A second step of drying the sodium bicarbonate in a slurry state produced in the first step after centrifugation in a dehydrator includes:
The reaction of the first step is made in a reactor configured in an integrally coupled manner, including a packed tower and a bubble reactor,
The method for producing sodium bicarbonate, characterized in that the filtrate obtained by centrifuging the sodium bicarbonate in the slurry state in the second step is recycled to the packed column.
상기 제 1단계의 미세 버블은 평균 직경이 0.1㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 일체형 중탄산나트륨의 제조방법.
8. The method of claim 7,
The microbubbles of the first step have an average diameter of 0.1 mm or less.
상기 제 1단계의 반응은 충전탑과 버블반응기에서 모두 30~35℃, 4bar에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 중탄산나트륨의 제조방법.
8. The method of claim 7,
The reaction of the first step is a method for producing sodium bicarbonate, characterized in that both 30 ~ 35 ℃, 4 bar in a packed tower and a bubble reactor.
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