KR102487445B1 - 도관 접촉기 및 그 사용 방법 - Google Patents

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KR102487445B1
KR102487445B1 KR1020227010542A KR20227010542A KR102487445B1 KR 102487445 B1 KR102487445 B1 KR 102487445B1 KR 1020227010542 A KR1020227010542 A KR 1020227010542A KR 20227010542 A KR20227010542 A KR 20227010542A KR 102487445 B1 KR102487445 B1 KR 102487445B1
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켐터 엘피
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Abstract

비혼합성 액체들 사이에서 화학 반응들 또는 화학 추출들을 수행하기 위한 도관 접촉기는 중공 내부, 제 1 개방 단부, 및 제 1 개방 단부에 반대쪽의 제 2 개방 단부를 갖는 도관; 제 2 개방 단부와 유체 연통하고 그에 근접한 분리기; 및 도관 내에 배치된 복수의 섬유들을 포함한다. 도관의 중공 내부의 부피 당 섬유들의 총 표면적은 100 cm2/cm3 내지 490 cm2/cm3 이다.

Description

도관 접촉기 및 그 사용 방법
본 발명은 일반적으로 비혼합성 액체들 사이의 화학적 반응들 및/또는 화학적 추출들을 용이하게 하기 위한 도관 접촉기에 관한 것이다.
비혼합성 액체들, 예를 들어, 수성 상 및 유기 상을 반응시키는 하나의 방법은 질량 전달 및 반응이 발생할 수 있는 큰 표면적을 갖는 작은 액적들을 생성하도록 다른 상에서 하나의 상의 분산액들을 생성하는 단계를 포함한다. 반응물들을 혼합한 후, 상의 분리는 생성물 순도 및 품질을 위해 요구된다. 그러나, 분산 방법들을 사용할 때에, 상들의 분리가 어렵고 시간소모적일 수 있다.
섬유 반응기들 또는 도관 접촉기들을 사용하는 대안적인 방법이 채용되었고, 여기서 도관 내에 배치된 섬유들 또는 필름들은 비혼합성 액체들의 교반 및 분리하기 어려운 분산액들/에멀젼들의 그 결과로 인한 형성을 회피하면서 비혼합성 액체들 사이의 반응을 용이하게 하도록 증가된 표면적을 제공한다. 도관 접촉기들의 예들은 미국 특허 Nos. 7,618,544 및 8,128,825 에 설명되고, 그 양쪽은 본원에 그 전체가 원용된다.
그러나, 도관 접촉기들은 일반적으로 구성 및 유지에 비용이 많이 들며, 이러한 비용의 대부분은 질량 전달 또는 반응을 위해 증가된 표면적을 생성하는데 사용되는 섬유들 또는 필름들과 연관된다. 이와 같이, 효율적이고 비용 효율적인 도관 접촉기에 대한 필요성이 남아있다.
본 개시의 실시예들에 따르면, 개선된 효율을 갖고 절감된 제조 비용을 갖는 도관 접촉기가 제공된다. 종래에, 도관 접촉기 내에 섬유 재료의 표면적을 최대화하는 것은 비혼합성 액체들 사이의 보다 완전한 반응을 달성할 수 있다고 생각되었다. 그러나, 본 발명자들은 놀랍게도 도관 접촉기 내의 섬유 재료의 양을 소정 정도로 감소시킴으로써, 도관 접촉기가 도관 접촉기 내로 도입되는 비혼합성 액체들 사이의 화학적 추출들 및/또는 화학적 반응들을 더 효율적으로 용이하게 할 수 있다는 것을 발견하였다.
이러한 발견의 활용은, 그 안에서 사용되는 섬유 재료가 총 구성 비용의 절반 이상을 차지할 수 있기 때문에, 이러한 도관 접촉기들을 구성하고 유지하는 비용의 관점에서 엄청난 이점을 제공한다. 또한, 도관 접촉기 내의 섬유 재료의 감소는 반응물 액체들의 보다 큰 처리량 또는 유량들을 허용한다.
다음의 도면은 본원에 개시된 주제물의 실시예들을 예시한다. 청구된 주제는 첨부된 도면과 함께 취해진 다음의 설명을 참조하여 이해될 수 있다.
도 1 은 본원에 설명된 프로세스에 유용한 도관 접촉기의 예를 예시한다.
다음의 개시는 많은 상이한 실시예들 또는 예들을 제공한다. 구성요소들 및 배열들의 구체적인 예들이 본 개시를 단순화하도록 아래에서 설명된다. 이들은 물론 단지 예들일 뿐이며, 제한으로서 의도되는 것은 아니다. 또한, 본 개시는 다양한 예들에서 도면번호들 및/또는 문자들을 반복할 수 있다. 이러한 반복은 단순성 및 명료성을 위한 것이며, 그 자체로 논의된 다양한 실시예들 및/또는 구성들 사이의 관계를 지시하지 않는다.
도 1 을 참조하면, 도관 접촉기는 그 길이의 일부에 대해 도관 (10) 내에 세장형 섬유들 (12) 의 번들을 갖는 도관 (10) 을 포함할 수 있다. 섬유들 (12) 은 노드 (15) 에서 튜브 (14) 에 고정된다. 튜브 (14) 는 도관 (10) 의 일 단부를 넘어 연장되고, 튜브 (14) 를 통해 그리고 섬유 (12) 상으로 제 1 (구속된) 상 액체를 펌핑하는 계량 펌프 (18) 와 작동식으로 연관된다. 계량 펌프 (22) 와 작동 연관된 입구 파이프 (20) 는 노드 (15) 의 상류에서 도관 (10) 에 작동 가능하게 연결된다. 이러한 펌프 (22) 는 입구 파이프 (20) 를 통해 그리고 도관 (10) 내로 제 2 (연속) 상 액체를 공급하며, 여기서 그것은 구속된 코팅된 섬유들 (12) 사이에서 압착된다. 도관 (10) 의 하류 단부에는 섬유들 (12) 의 하류 단부가 연장될 수 있는 중력 분리기 또는 침전 탱크 (24) 가 존재한다. 액체들 중 하나의 출구를 위한 출구 라인 (26) 은 중력 분리기 (24) 의 상부 부분과 작동적으로 연관되고, 다른 액체의 출구를 위한 출구 라인 (28) 은 중력 분리기 (24) 의 하부 부분과 작동적으로 연관되고, 2개의 액체들 사이에 존재하는 인터페이스 (30) 의 레벨은 밸브 (32) 에 의해 제어되고, 출구 라인 (28) 과 작동적으로 연관되며, 일반적으로 도면부호 34 로 표시된 액체 레벨 제어기에 응답하여 작용하게 되어 있다.
도 1 에 도시된 도관 접촉기는 유체 유동이 수평 방식으로 횡단하도록 배열되지만, 도관 접촉기의 배열은 그와 같이 제한되지 않는다. 일부 경우들에서, 도관 접촉기는 입구 파이프들 (14 및 20) 뿐만 아니라 노드 (15) 가 장치의 상부 부분을 점유하고 침전 탱크 (24) 가 장치의 바닥 부분을 점유하도록 배열될 수 있다. 예를 들어, 도 1 에 도시된 도관 접촉기는, 입구 파이프들 (14 및 20), 노드 (15) 및 침전 탱크 (24) 를 언급된 상부 및 하부 위치들에 배열하도록, 페이퍼의 평면과 평행하게 대략 90°회전될 수 있다. 이러한 배열은 접촉기를 통해 유체를 추진시키는 것을 돕도록 중력을 이용할 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 도 1 에 도시된 도관 접촉기는, 입구 파이프들 (14 및 20) 및 노드 (15) 가 장치의 바닥 부분을 점유하고 침전 탱크 (24) 가 장치의 상부 부분을 점유하도록, 페이퍼의 평면과 평행한 반대쪽의 방향으로 대략 90° 회전될 수 있다. 이러한 경우들에서, 연속상 유체의 친수성, 표면 장력 및 척력은 유체들이 위, 아래 또는 옆으로 유동하는 여부에 관계없이 구속된 상 유체를 섬유들에 구속된 채 유지할 것이며, 따라서 중력을 거스를 필요 없이 원하는 반응 및/또는 추출에 영향을 미치기에 충분한 접촉이 달성될 수 있다. 도관 접촉기의 이러한 반전된 배열은 도관 접촉기에서 수행될 수 있는 임의의 다른 유형의 유체 접촉 프로세스 뿐만 아니라 본 명세서에 설명된 임의의 추출 프로세스에 적용가능하다는 것이 주목된다. 또한, 도관 접촉기들은 본원에 설명된 임의의 추출 프로세스에 대해 또는 도관 접촉기에서 수행될 수 있는 임의의 다른 프로세스에 대해 경사진 위치에 배열될 수 있다 (즉, 도관 접촉기의 측벽은 도관 접촉기가 배열되는 룸의 플로어에 대해 0° 내지 90° 의 임의의 각도로 배열될 수 있다).
본 개시의 방법에 따르면, 제 1 추출용매 (extractant) 또는 반응물 액체는 튜브 (14) 를 통해 그리고 섬유들 (12) 상으로 도입될 수 있다. 제 1 액체와 비혼합성인 제 2 액체는 입구 파이프 (20) 를 통해 그리고 섬유들 (12) 사이의 공간들 또는 빈 공간들을 통해 도관 (10) 내로 도입될 수 있다. 섬유들 (12) 은 제 2 액체에 우선적으로 제 1 액체에 의해 습윤될 것이다. 제 1 액체는 섬유들 (12) 상에 필름을 형성할 것이고, 제 2 액체는 그를통해 유동할 것이다. 섬유들 (12) 상에서 제 1 액체에 대한 제 2 액체의 상대 이동으로 인해, 제 2 액체와 제 1 액체 사이의 새로운 인터페이스 바운더리가 연속적으로 형성되고, 그 결과로서 새로운 액체가 추출용매와 접촉하게 되고 따라서 추출을 발생시키고 가속화한다. 이론에 구속되지 않고, 제 1 액체는 제 2 액체보다 더 큰 정도로 구속된 섬유들 (12) 상에서 필름을 형성하며, 이는 2개의 액체들 사이의 상대 이동을 용이하게 한다고 여겨진다.
본 개시의 방법에 따르면, 제 1 액체는 제 1 속도로 도관 (10) 내로 도입되고, 제 2 액체는 제 2 속도로 도입된다. 제 1 및 제 2 속도는 서로 동일하거나 상이할 수 있고, 일정하거나 가변적일 수 있다. 하나 이상의 실시예들에서, 제 1 속도 대 제 2 속도의 비는 2:1 내지 1:10, 1:1 내지 5:1, 1:1 내지 3:1, 또는 5:3 내지 2:1 이다.
본 개시의 실시예들에 따르면, 섬유들 (12) 은 cm2/cm3 로 측정된 표면적 밀도 (SA 밀도) 가 100 내지 490 으로 되도록 도관 (10) 내에 배열된다. SA 밀도는 섬유들 (12) 을 포함하는 도관 (10) 내의 위치에서 도관 (10) 내의 부피의 입방 cm 당 섬유들 (12) 의 총 표면적을 나타낸다. 본원에 언급된 바와 같이, 섬유들 (12) 의 표면적은 섬유들 (12) 의 임의의 표면 특징들 (예를 들어, 다공성 섬유 내의 공극들) 을 고려하지 않고 평균 섬유 직경들에 기초하여 계산된다. 비제한적인 예로서, 도관 (10) 과 같은 도관의 입구로부터 출구로 일반적으로로 선형으로 연장되고 실질적으로 동일한 직경을 갖는 섬유에 대해, SA 밀도는 도관의 사전결정된 길이의 중간부 (예를 들어, 상기 중간부의 부피가 1 cm3 과 동등하도록 도관의 횡단면 내부 면적으로 나누어진 1 과 동등한 길이) 를 취하고, 상기 길이에 걸쳐 단일 섬유의 표면적을 계산하고, 섬유들의 총 표면적에 도달하도록 도관에서 섬유들의 총 수를 곱하고, 그후 상기 총 표면적을 상기 길이에 걸쳐 도관의 부피로 나눔으로써 결정될 수 있다. 또 다른 예로서, 사전결정된 길이는 도관 내의 섬유들의 길이로 설정될 수 있다 (즉, 도관의 외측으로 연장되는 섬유 길이를 포함하지 않음). 이러한 개념은, 예를 들어, 각각의 직경의 섬유들의 수에 기초하여 섬유 표면적의 계산을 분리함으로써, 다양한 직경들을 갖는 섬유들에 간단한 방식으로 적용될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, SA 밀도는 적어도 100, 적어도 105, 적어도 110, 적어도 115, 적어도 120, 적어도 125, 적어도 130, 적어도 135, 적어도 140, 적어도 145, 적어도 150, 적어도 155, 적어도 160, 적어도 165, 적어도 170, 적어도 175, 적어도 180, 또는 적어도 185, 적어도 190, 적어도 195, 적어도 200, 적어도 205, 적어도 210, 적어도 215, 적어도 220, 적어도 225, 적어도 230, 적어도 235, 적어도 240, 또는 적어도 245 일 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, SA 밀도는 최대 490, 최대 485, 최대 480, 최대 475, 최대 470, 최대 465, 최대 460, 최대 455, 최대 450, 최대 445, 최대 440, 최대 435, 최대 430, 최대 425, 최대 420, 최대 415, 최대 410, 최대 405, 최대 400, 최대 395, 최대 390, 최대 385, 최대 380, 또는 최대 375 일 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, SA 밀도는 임의의 전술한 하한 및 상한 사이의 범위일 수 있다.
본원에 설명된 도관 접촉기 및 프로세스들을 위한 섬유 재료들은, 면, 황마, 실크, 처리된 또는 비처리된 미네랄들, 금속들, 금속 합금들, 처리된 및 비처리된 탄소 동소체들, 폴리머들, 폴리머 블렌드들, 폴리머 복합체들, 나노입자 강화 폴리머, 그 조합, 및 내식성 또는 화학적 활성을 위한 그 코팅된 섬유일 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 일반적으로, 섬유 타입은 원하는 구속된 상과 매칭하도록 선택된다. 예를 들어, 친유기성 섬유들은 실질적으로 유기성인 구속된 상과 사용될 수 있다. 이러한 배열은, 예를 들어, 섬유들에 구속된 유기 액체들을 갖는 물로부터 유기 재료들을 추출하는데 사용될 수 있다. 적합한 처리된 또는 비처리된 미네랄들은 유리, 알칼리 저항성 유리, E-CR 유리, 석영, 세라믹, 현무암, 그 조합, 및 내부식성 또는 화학적 활성을 위한 그 코팅된 섬유를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 적합한 금속은 철, 강, 스테인레스강, 니켈, 구리, 황동, 납, 탈륨, 비스무트, 인듐, 주석, 아연, 코발트, 티타늄, 텅스텐, 니크롬, 지르코늄, 크롬, 바나듐, 망간, 몰리브덴, 카드뮴, 탄탈륨, 알루미늄, 애노드화된 알루미늄, 마그네슘, 은, 금, 백금, 팔라듐, 이리듐, 그 합금, 및 코팅된 금속들을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
적합한 중합체들은 친수성 중합체들, 극성 중합체들, 친수성 공중합체들, 극성 공중합체들, 소수성 중합체들/공중합체들, 비극성 중합체들/공중합체들, 및 그 조합, 예를 들어 폴리사카라이드들, 폴리펩티드들, 폴리아크릴산, 폴리히드록시부티레이트, 폴리메타크릴산, 관능화된 폴리스티렌 (술폰화된 폴리스티렌 및 아민화된 폴리스티렌을 포함하지만 이에 제한되지 않음), 나일론, 폴리벤즈이미다졸, 폴리비닐리덴디니트릴, 폴리비닐리덴 클로라이드 및 플루오라이드, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리페닐렌 설폰, 폴리에테르설폰, 폴리멜라민, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 알코올, 코-폴리에틸렌-아크릴산, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 에틸렌-비닐 알코올 공중합체들, 폴리에틸렌, 폴리클로로에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부타디엔, 폴리스티렌, 폴리페놀-포름알데히드, 폴리우레아-포름알데히드, 폴리노볼락, 폴리카보네이트, 폴리노르보넨, 폴리플루오로에틸렌, 폴리플루오로클로로에틸렌, 폴리에폭시, 폴리에폭시비닐에스테르, 폴리에폭시노볼락비닐에스테르, 폴리이미드, 폴리시아누레이트, 실리콘, 액정 중합체들, 유도체들, 복합체들, 강화된 나노입자 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
일부 경우들에서, 섬유들은 바람직한 상들로의 습윤을 위해 처리되어, 프로세스 스트림들에 의한 부식으로부터 보호되고 그리고/또는 기능성 중합체로 코팅될 수 있다. 또한 예를 들어, 탄소 섬유들은 수성 스트림들에서 습윤성을 개선하도록 산화될 수 있고, 중합체 섬유들은 수성 스트림들에서 개선된 습윤성을 나타낼 수 있고 그리고/또는, 히드록실, 아미노, 산, 염기, 효소, 또는 에테르 작용기들을 포함하지만 이에 제한되지 않는, 중합체 내로의 충분한 작용기의 포함에 의해 부식으로부터 보호될 수 있다. 일부 경우들에서, 섬유들은 이러한 작용기들을 제공하도록 그에 화학적 결합 (chemical bound : 즉, 고정화) 을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 섬유들은 하이드록실, 아미노, 산, 염기 또는 에테르 작용기들에 적합한 것을 포함하는 이온 교환 수지들일 수 있다. 다른 경우들에서, 유리 및 다른 섬유들은 산, 염기, 또는 이온성 액체 기능성 중합체로 코팅될 수 있다. 일 예로서, 내산성 중합체로 코팅된 탄소 또는 면섬유들은 강산 용액들을 프로세싱하기 위해 적용될 수 있다. 일부 경우들에서, 섬유들은 특정 프로세스들에 대해 촉매성이거나 추출성인 재료들을 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 효소 기들은 특정 반응들 및/또는 추출들을 돕기 위한 섬유들은 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 도관 접촉기 내의 모든 섬유들은 동일한 재료일 수 있다 (즉, 동일한 코어 재료 및, 적용가능하다면, 동일한 코팅을 갖는다). 다른 경우들에서, 도관 접촉기 내의 섬유들은 상이한 타입의 재료들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도관 접촉기는 극성 섬유들의 세트 및 비극성 섬유들의 세트를 포함할 수 있다. 섬유들을 위한 다양한 재료들의 다른 세트들이 고려될 수 있다. 전술한 바와 같이, 도관 접촉기 내의 섬유들의 구성 (예를 들어, 형상, 크기, 섬유를 포함하는 필라멘트의 수, 대칭, 비대칭 등) 은 본원에 설명된 프로세스들에 대해 동일하거나 상이할 수 있다. 구성에서 이러한 가변성은 섬유들 중에서 재료들의 편차에 부가적이거나 대안적일 수 있다. 일부 실시예들에서, 상이한 타입의 섬유들 (즉, 상이한 구성들 및/또는 재료들의 섬유들) 은 각각의 세트가 그 자체의 각각의 입구 및/또는 출구를 갖는 접촉기 내에서 나란히 진행될 수 있다. 다른 경우들에서, 상이한 타입의 섬유들은 동일한 입구와 출구 사이에서 연장될 수 있다. 각 실시예에서, 상이한 타입의 섬유들은 도관 접촉기에 개별적으로 분산될 수 있거나, 대안적으로, 상이한 섬유들 타입들 각각은 함께 배열될 수 있다. 임의의 경우에, 상이한 타입의 섬유의 사용은 단일 또는 심지어 복수의 연속 상 스트림들로부터 도관 접촉기에서 동시에 수행되는 복수의 분리들, 추출들 및/또는 반응들을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 도관 접촉기가 그 자체의 구속된 상 유체 입구에 각각 연결되고 오프-앵글 (off-angle) 로 배열된 각각 상이한 섬유 타입의 복수의 번들들로 충전되는 경우, 번들들은 연속적인 상 유체에 대해 각각의 번들에 의해 또는 각각의 번들로부터 추출된 상이한 재료들을 갖는 복수의 섬유 번들들에 걸쳐 순차적으로 통과하도록 배열될 수 있다. 섬유 직경은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 5 내지 150 ㎛, 10 내지 100 ㎛, 12 내지 75 ㎛, 15 내지 60 ㎛, 17 내지 50 ㎛, 20 내지 45 ㎛, 20 내지 35 ㎛, 또는 20 내지 25 ㎛ 일 수 있다. 도관 접촉기의 길이는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 0.25 내지 10 m, 0.5 내지 5 m, 0.75 내지 3 m, 1 내지 2.5 m, 또는 1.5 내지 2 m 일 수 있다. 도관 접촉기의 직경 또는 폭은 마찬가지로 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 0.5 cm 내지 3 m, 5 cm 내지 2.5 m, 10 cm 내지 2 m, 15 cm 내지 1.5 m, 20 cm 내지 1 m, 25 내지 75 cm, 30 내지 70 cm, 35 내지 65 cm, 40 내지 60 cm, 45 내지 55 cm, 또는 50 cm 일 수 있다.
본 개시의 도관 접촉기 및 방법들을 사용하여 달성될 수 있는 화학 반응의 예는 에피클로로히드린 반응; O-알킬화 (에테르화); N-알킬화; C-알킬화; 키랄 알킬화; S-알킬화; 에스테르화; 에스테르교환; 치환 (displacement) (예를 들어, 시아나이드, 히드록사이드, 플루오라이드, 티오시아네이트, 시아네이트, 요오다이드, 설파이드, 설파이트, 아지드, 니트라이트, 또는 니트레이트에 의한); 다른 친핵성 지방족 및 방향족 치환; 산화; 가수분해; 에폭시화 및 키랄 에폭시화; 마이클 부가; 알돌 축합; 위티그 축합; 다젠스 축합; 카르벤 반응; 티오인산화 (thiophosphorylation); 환원; 카보닐화; 전이 금속 공동-촉매화; HCl/HBr/HOCl/H2SO4 반응; 및 중합체 합성 또는 중합체 변형을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 하나 이상의 실시예들에서, 유기 할라이드 (R-X) 및 유기산 (R'-H) 은 본원에 설명된 방법에 의해 커플링되어 커플링된 생성물 (R-R') 을 생성할 수 있고, 여기서 R-X 및 R'-H 는 동일한 분자 또는 상이한 분자 상에 있을 수 있다. 이러한 실시예들에서, 유기 산 (R'H) 은 시클로펜타디엔, 아세토아세테이트 또는 아세틸렌과 같은 탄소 산을 포함할 수 있거나, 또는 유기 산은 카르복실산; 티오카르복실산; 페놀, 알코올, 티올, 아민, 에탄올아민 등을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 물, 알코올들, 카르복실산들, 무기산들, 티올들, 아민들 등은 에폭시드와 반응하여 글리콜 또는 치환된 글리콜, 예를 들어 알킬 에테르 알코올, 알킬 티오에테르 알코올, 에스테르 알코올, 및 아미노 알코올, 포스페이트 에스테르 또는 보레이트 에스테르를 형성할 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
하나 이상의 실시예들에서, 도관 접촉기는 예를 들어, 15℃, 20℃, 25℃, 30℃, 35℃, 40℃, 45℃, 50℃, 55℃, 60℃, 65℃, 70℃, 75℃, 80℃, 85℃, 90℃, 95℃, 100℃, 또는 100℃ 초과의 온도, 또는 임의의 전술한 값들 사이의 온도 범위에서 가열 또는 유지될 수 있다. 일부 실시예들에서, 도관 접촉기 온도는 반응물들의 비등점으로 제한된다. 그러나, 압력에서 도관 접촉기를 작동시키는 것은 반응물들의 비등점들을 초과하여 반응 온도들의 사용을 허용하고, 반응 온도들이 100℃ 를 초과하는 것을 허용한다. 도관 접촉기 내의 압력은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 5 내지 75 psi, 10 내지 60 psi, 15 내지 40 psi, 20 내지 30 psi, 또는 25 psi 일 수 있다.
본 개시의 실시예들에 따르면, 도관 접촉기를 구성 및 유지하는 비용은, 비혼합성 액체들 사이에서 보다 효율적인 화학 반응들 및/또는 화학 추출들을 용이하게 하면서 보다 적은 섬유 재료의 사용에 의해 감소될 수 있다. 또한, 도관 내의 섬유 재료의 감소로 인해, 비혼합성 액체들의 처리량 또는 유량들이 증가될 수 있고, 도관 접촉기의 효율을 더 증폭시킬 수 있다.
예들
섬유들은 다음의 표 1 에 설명된 SA 밀도를 제공하도록 도관 내에 배치되었다. 부식성 용액 (2% NaOH 를 갖는 60/40 물 에탄올) 및 약 14% 의 유리 지방산들 (FFAs) 을 함유하는 오일이 각각 75 ml/분 및 125 ml/분의 속도로 섬유들을 통해 진행되었다. 그후, 오일 및 부식성 상들은 수집되고 분리되었다. 표 1 에 도시된 추출율은 오일로부터 제거된 FFAs 의 백분율을 나타낸다.
표 1
Figure 112022033987299-pct00001
상기 표 1 에 도시된 바와 같이, 비교예 2 는 실시예들 1 내지 6 보다 훨씬 높은 SA 밀도를 갖는 한편, 비교예 2 의 추출율은 실시예들 1 내지 6 에 비하여 실질적으로 낮았다. 또한, 비교예 1 에 도시된 바와 같이, SA 밀도가 100 미만인 경우, 변환율이 저하되었다.
비혼합성 액체들 사이에서 화학적 반응들 또는 화학적 추출들을 수행하기 위한 도관 접촉기가 본원에 설명된다. 도관 접촉기는 중공 내부, 제 1 개방 단부, 및 제 1 개방 단부에 반대쪽의 제 2 개방 단부를 갖는 도관; 제 2 개방 단부와 유체 연통하고 그에 근접한 분리기; 및 도관 내에 배치된 복수의 섬유들을 포함한다. 도관의 중공 내부의 부피 당 섬유들의 총 표면적은 100 cm2/cm3 내지 490 cm2/cm3 이다.
도관 접촉기는 다음의 특징들의 임의의 조합을 포함할 수 있다:
125 cm2/cm3 내지 450 cm2/cm3 의 도관의 중공 내부의 부피 당 섬유들의 총 표면적;
150 cm2/cm3 내지 435 cm2/cm3 의 도관의 중공 내부의 부피 당 섬유들의 총 표면적;
0.25 m 내지 10 m 의 도관 및 섬유들의 길이;
0.5 cm 내지 3 m 의 도관의 중공 내부의 평균 직경; 및/또는
5 ㎛ 내지 150 ㎛ 의 섬유들의 평균 직경.
비혼합성 액체들 사이에서 화학적 반응들 또는 화학적 추출들을 수행하기 위한 방법이 본원에 설명된다. 상기 방법은, 중공 내부, 제 1 개방 단부, 및 제 1 개방 단부에 반대쪽의 제 2 개방 단부를 갖는 도관; 제 2 개방 단부와 유체 연통하고 제 2 개방 단부에 근접한 분리기; 및 도관 내에 배치된 복수의 섬유들을 포함하는 도관 접촉기를 제공하는 단계로서, 상기 도관의 중공 내부의 부피 당 섬유들의 총 표면적은 100 cm2/cm3 내지 490 cm2/cm3 인, 상기 제공하는 단계; 도관 내로 그리고 상기 섬유들 상으로 제 1 액체를 도입하는 단계; 제 2 액체가 제 1 액체와 접촉하도록 도관 내로 제 2 액체를 도입하는 단계로서, 제 2 액체는 제 1 액체와 비혼합성인, 상기 제 2 액체를 도입하는 단계; (i) 제 1 액체로부터의 적어도 하나의 성분을 제 2 액체 내로 추출하는 단계, (ii) 제 2 액체로부터의 적어도 하나의 성분을 제 1 액체 내로 추출하는 단계, 또는 (iii) 제 1 액체로부터의 적어도 하나의 성분을 제 2 액체로부터의 적어도 하나의 성분과 반응시키는 단계; 및 제 1 액체 및 제 2 액체를 분리기 내에 수용하는 단계를 포함한다.
방법은 다음의 특징들의 임의의 조합을 포함할 수 있다:
125 cm2/cm3 내지 450 cm2/cm3 의 도관의 중공 내부의 부피 당 섬유들의 총 표면적;
150 cm2/cm3 내지 435 cm2/cm3 의 도관의 중공 내부의 부피 당 섬유들의 총 표면적;
제 1 액체를 도입하기 전에 도관 접촉기를 15℃ 내지 100℃ 의 온도로 사전 가열하는 단계;
0.25 m 내지 10 m 의 도관 및 섬유들의 길이;
0.5 cm 내지 3 m 의 도관의 중공 내부의 평균 직경;
5 ㎛ 내지 150 ㎛ 의 섬유들의 평균 직경;
2:1 내지 1:10 인 제 1 속도 대 제 2 속도의 비, 여기서 제 1 액체는 제 1 속도로 도입되고 제 2 액체는 제 2 속도로 도입되고; 그리고/또는
1:1 내지 3:1 인 제 1 속도 대 상기 제 2 속도의 비.
비혼합성 액체들 사이에서 화학적 반응들 또는 화학적 추출들을 용이하게 하기 위한 시스템이 본원에 설명된다. 시스템은 중공 내부, 제 1 개방 단부, 및 제 1 개방 단부에 반대쪽의 제 2 개방 단부를 갖는 도관; 제 2 개방 단부와 유체 연통하고 그에 근접한 분리기; 및 도관 내에 배치된 복수의 섬유들로서, 도관의 중공 내부의 부피 당 섬유들의 총 표면적은 100 cm2/cm3 내지 490 cm2/cm3 인, 상기 복수의 섬유들; 제 1 액체를 도관 내로 그리고 섬유 상으로 도입하기 위한 제 1 유체 공급부; 및 제 2 액체가 제 1 액체와 접촉하도록 제 2 액체를 도관 내로 도입하기 위한 제 2 유체 공급부를 포함하고, 제 1 액체 및 제 2 액체는 비혼합성이다.
시스템은 다음의 특징들의 임의의 조합을 포함할 수 있다:
125 cm2/cm3 내지 450 cm2/cm3 의 도관의 중공 내부의 부피 당 섬유들의 총 표면적;
150 cm2/cm3 내지 435 cm2/cm3 의 도관의 중공 내부의 부피 당 섬유들의 총 표면적;
2:1 내지 1:10 의 제 1 속도 대 제 2 속도의 비, 여기서 제 1 유체 공급부는 제 1 속도로 도관 내로 제 1 액체를 도입하도록 구성되고, 제 2 유체 공급부는 제 2 속도로 도관 내로 제 2 액체를 도입하도록 구성되고; 그리고/또는
1:1 내지 3:1 인 제 1 속도 대 상기 제 2 속도의 비.
본 개시의 범위를 벗어나지 않고 전술한 바와 같이 변형예들이 행해질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 몇몇 예시적인 실시예들에서, 다양한 예시적인 실시예들의 구성요소들 및 시사들은 예시적인 실시예들 중 일부 또는 모두에 전체적으로 또는 부분적으로 조합될 수 있다. 또한, 다양한 예시적인 실시예들의 요소들 및 시사들 중 하나 이상은 다양한 예시적인 실시예들의 다른 요소들 및 시사들 중 하나 이상과 적어도 부분적으로 생략 및/또는 적어도 부분적으로 조합될 수 있다.

Claims (20)

  1. 비혼합성 액체들 사이에서 화학적 반응들 또는 화학적 추출들을 수행하기 위한 도관 접촉기로서,
    중공 내부, 제 1 개방 단부, 및 상기 제 1 개방 단부에 반대쪽의 제 2 개방 단부를 갖는 도관;
    상기 제 2 개방 단부와 유체 연통하고 그에 근접한 분리기; 및
    상기 도관 내에 배치된 복수의 섬유들을 포함하고,
    상기 도관의 상기 중공 내부의 부피 당 섬유들의 총 표면적은 150 cm2/cm3 이상인, 도관 접촉기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 도관의 상기 중공 내부의 부피 당 섬유들의 총 표면적은 180 cm2/cm3 내지 490 cm2/cm3 인, 도관 접촉기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 도관의 상기 중공 내부의 부피 당 섬유들의 총 표면적은 200 cm2/cm3 내지 435 cm2/cm3 인, 도관 접촉기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 도관 및 상기 섬유들의 길이는 0.25 m 내지 10 m 인, 도관 접촉기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 도관의 상기 중공 내부의 평균 직경은 0.5 cm 내지 3 m 인, 도관 접촉기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 섬유들의 평균 직경은 5 ㎛ 내지 150 ㎛ 인, 도관 접촉기.
  7. 비혼합성 액체들 사이에서 화학적 반응들 또는 화학적 추출들을 수행하는 방법으로서,
    도관 접촉기를 제공하는 단계로서: 상기 도관 접촉기는,
    중공 내부, 제 1 개방 단부, 및 상기 제 1 개방 단부에 반대쪽의 제 2 개방 단부를 갖는 도관;
    상기 제 2 개방 단부와 유체 연통하고 그에 근접한 분리기; 및
    상기 도관 내에 배치된 복수의 섬유들을 포함하고,
    상기 도관의 상기 중공 내부의 부피 당 섬유들의 총 표면적은 150 cm2/cm3 이상인, 상기 제공하는 단계;
    제 1 액체를 상기 도관 내로 그리고 상기 섬유들 상으로 도입하는 단계;
    제 2 액체가 상기 제 1 액체와 접촉하도록 상기 제 2 액체를 상기 도관 내로 도입하는 단계로서, 상기 제 2 액체는 상기 제 1 액체와 비혼합성인, 상기 제 2 액체를 상기 도관 내로 도입하는 단계;
    (i) 상기 제 1 액체로부터의 적어도 하나의 성분을 상기 제 2 액체 내로 추출하거나, (ii) 상기 제 2 액체로부터의 적어도 하나의 성분을 상기 제 1 액체 내로 추출하거나, (iii) 상기 제 1 액체로부터의 적어도 하나의 성분을 상기 제 2 액체로부터 적어도 하나의 성분과 반응시키는 단계; 및
    상기 제 1 액체 및 상기 제 2 액체를 상기 분리기 내에 수용하는 단계를 포함하는, 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 도관의 상기 중공 내부의 부피 당 섬유들의 총 표면적은 180 cm2/cm3 내지 490 cm2/cm3 인, 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 도관의 상기 중공 내부의 부피 당 섬유들의 총 표면적은 200 cm2/cm3 내지 435 cm2/cm3 인, 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 액체를 도입하기 전에 상기 도관 접촉기를 15℃ 내지 100℃ 의 온도로 사전 가열하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 도관 및 상기 섬유들의 길이는 0.25 m 내지 10 m 인, 방법.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 도관의 상기 중공 내부의 평균 직경은 0.5 cm 내지 3 m 인, 방법.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 섬유들의 평균 직경은 5 ㎛ 내지 150 ㎛ 인, 방법.
  14. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 액체는 제 1 속도로 도입되고, 상기 제 2 액체는 제 2 속도로 유입되고, 상기 제 1 속도 대 상기 제 2 속도의 비는 2:1 내지 1:10 인, 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 속도 대 상기 제 2 속도의 비는 1:1 내지 3:1 인, 방법.
  16. 비혼합성 액체들 사이에서 화학적 반응들 또는 화학적 추출들을 용이하게 하기 위한 시스템으로서,
    중공 내부, 제 1 개방 단부, 및 상기 제 1 개방 단부에 반대쪽의 제 2 개방 단부를 갖는 도관;
    상기 제 2 개방 단부와 유체 연통하고 그에 근접한 분리기; 및
    상기 도관 내에 배치된 복수의 섬유들로서,
    상기 도관의 중공 내부의 부피 당 섬유들의 총 표면적은 150 cm2/cm3 이상인, 상기 복수의 섬유들;
    제 1 액체를 상기 도관 내로 그리고 상기 섬유들 상으로 도입하기 위한 제 1 유체 공급부; 및
    제 2 액체가 상기 제 1 액체와 접촉하도록 상기 제 2 액체를 상기 도관 내로 도입하기 위한 제 2 유체 공급부를 포함하고;
    상기 제 1 액체 및 상기 제 2 액체는 비혼합성인, 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 도관의 상기 중공 내부의 부피 당 섬유들의 총 표면적은 180 cm2/cm3 내지 490 cm2/cm3 인, 시스템.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 도관의 상기 중공 내부의 부피 당 섬유들의 총 표면적은 200 cm2/cm3 내지 435 cm2/cm3 인, 시스템.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 유체 공급부는 제 1 속도로 상기 제 1 액체를 상기 도관 내로 도입하도록 구성되고, 상기 제 2 유체 공급부는 제 2 속도로 상기 제 2 액체를 상기 도관 내로 도입하도록 구성되며, 상기 제 1 속도 대 상기 제 2 속도의 비는 2:1 내지 1:10 인, 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 1 속도 대 상기 제 2 속도의 비는 1:1 내지 3:1 인, 시스템.
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