KR102632089B1 - 주정에 포함된 독극물메탄올 제거수단 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 주정(酒精) 증기의 절대압력을 감지하여 에탄올증기로부터 메탄올증기를 분리 응축시킴으로써 주정에 포함된 독극물메탄을을 제거하는 것으로서,
용매를 끓여 기화시키는 "용액 증발공간(200)", 독극물메탄올증기를 응축하는 "메탄올증기 응축공간(300)", 주정인 에탄올증기를 응축하는 "에탄올증기 응축공간(400)"으로 이루어지는 3개의 공간으로 구분하고, "용액 증발공간(200)"에는 절대압력을 측정하는 "절대압력감지기(APT)"를 구비하고, 상기 메탄올증기 응축공간(300)의 입구에는 상기 용액 증발공간(200)으로부터 증발한 증기가 상기 메탄올증기 응축공간(300)으로 유입되는 것을 개폐 제어하는 제1댐퍼밸브(DMV1)를 구비하고, 상기 에탄올증기 응축공간(400)의 입구에는 상기 용액 증발공간(200)으로부터 증발한 증기가 상기 에탄올증기 응축공간(400)으로 유입되는 것을 개폐 제어하는 제2댐퍼밸브(DMV2)를 구비하고, 증발공간(200)의 내부압력을 "절대 압력감지기(APT)"로 측정하여 측정한 "용액 증발공간(200)"의 절대압력에 따라 제1 및 제2 댐퍼밸브(DMV1, DMV2)를 선택적으로 개폐한다.
용매를 끓여 기화시키는 "용액 증발공간(200)", 독극물메탄올증기를 응축하는 "메탄올증기 응축공간(300)", 주정인 에탄올증기를 응축하는 "에탄올증기 응축공간(400)"으로 이루어지는 3개의 공간으로 구분하고, "용액 증발공간(200)"에는 절대압력을 측정하는 "절대압력감지기(APT)"를 구비하고, 상기 메탄올증기 응축공간(300)의 입구에는 상기 용액 증발공간(200)으로부터 증발한 증기가 상기 메탄올증기 응축공간(300)으로 유입되는 것을 개폐 제어하는 제1댐퍼밸브(DMV1)를 구비하고, 상기 에탄올증기 응축공간(400)의 입구에는 상기 용액 증발공간(200)으로부터 증발한 증기가 상기 에탄올증기 응축공간(400)으로 유입되는 것을 개폐 제어하는 제2댐퍼밸브(DMV2)를 구비하고, 증발공간(200)의 내부압력을 "절대 압력감지기(APT)"로 측정하여 측정한 "용액 증발공간(200)"의 절대압력에 따라 제1 및 제2 댐퍼밸브(DMV1, DMV2)를 선택적으로 개폐한다.
Description
주정(酒精)용액에 포함된 메탄올을 분리 제거하는 기술에 관한 것이다.
주정의 주성분은 에탄올인데 주정을 용매로 하여 생물체로부터 생약 등 주요영양분을 용출하는 과정에서 생물체에 포함된 메탄올은 유독한 물질로서 극소 미량이 포함되어있어도 인체에 심각한 해악을 끼친다. 특히 생물체로부터 생약 유용한영양소를 추출하는 주정 용액에 포함되기 쉽다.
그리고 메탄올은 극소 미량이지만 생물체에 항상 포함되어 있다.
그리고 메탄올은 극소 미량이지만 생물체에 항상 포함되어 있다.
그래서 주정을 용매로 하여 생물체로부터 생약이나 중요한 영양소를 추출하는 용매로 주정을 사용하고 그리고 주정을 증류 재생하여 재사용할 때는 반드시 주정용액에 녹아있는 독극물메탄올의 증가여부를 살피면서 독극물메탄올을 제거 하는 공정을 필수적으로 있어야한다.
주정은 에탄올이 주성분이다.
그리고 에탄올의 끓는 온도는 1기압(760mmHg)에서 78.3℃ 이다.
생약과 주요영양소가 용출되어 녹아있는 주정용액으로부터 주정만 증발하여 제거하고 생약과 주요영양소를 농축하려면 전열기 혹은 연소열을 이용하는 가열 원으로 78.3℃ 까지 가열을 하여 주정을 끓여 증발하고 증발한 증기를 응축할 때 독극물메탄올증기를 분리 제거하여야 한다.
그래서 증발을 위한 가열 원과 냉각을 위한 냉각수가 있어야 한다.
그러나 주정용액을 기밀용기에 주입을 하고 주정용액이 주입된 기밀용기내부의 "불 응축 기체"를 배출하여 기밀용기 내부압력을 내리면 주정용액의 끓는 온도는 낮아진다.
그래서 기밀된 용기(이하에서는 '증발공간'이라 한다) 내부의 불 응축기체인 공기를 진공펌프로 배출하여 진공을 유지하므로 증발공간 내부의 주정용액의 끓는 온도를 낮게 하고 냉매회로의 냉매증기의 응축열로 주정용액을 끓이고 응축된 액상의 냉매가 증발하는 증발열로 주정증기를 응축하면 별도의 가열 원과 냉각수가 필요하지 않고 생약과 주요영양소가 용출된 주정용액으로부터 생약과 주요영양소를 분리 농축 할 수 있다
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또한 주정증기를 응축 시 주정용액에 포함된 인체에 유독한 독극물메탄올은 에탄올보다 증발온도는 낮고, 증발압력은 높고, 메탄올의 분자질량은 32.04g/mole, 에탄올의 분자질량은 46.069g/mole인 물성을 이용하여 에탄올증기로부터 메탄올증기를 분리 응축하기 위하여 두 개의 응축공간을 병렬로 설치하고 독극물메탄올과 주정을 분리 응축시킴으로써 생물체로부터 생약성분과 유용한 영양소를 추출하고 농축하는 과정에서 생성된 독극물메탄올을 증발-응축의 반복과정을 통한 분별증류(fractional distillation)에 의해 주정으로부터 분리제거 하는 것이 본 발명의 기술적 과제다.
생물체로부터 생약과 주요영양분이 용출된 주정용액으로 부터 생약과 주요영양소를 분리 농축하면서 상기 발명의 기술적 과제를 해결하기 위한 독극물메탄올 제거수단은, 도4에서와 같이 추출기(100)로부터 추출된 용매용액을 증발시키는 용액 증발공간(200)과, 증발한 주정증기로부터 증발열을 회수하는 두 대의 셀 엔 튜브(Shell and Tube) 타입의 열교환기를 병렬로 연결한다. 즉, 하나는 독극물메탄올을 응축하는 제1열교환기와, 또하나는 주정을 응축하는 제2열교환기이다. 상기 제1열교환기 내부를 '메탄올증기 응축공간(300)'이라 하고, 상기 제2열교환기 내부를 '에탄올증기 응축공간(400)'이라 한다. 상기 용액 증발공간(200)과 상기 메탄올증기 응축공간(300) 및 에탄올증기 응축공간(400)은 하나의 관로로 연결되어 기밀공간을 형성하고, 상기 용액 증발공간(200)의 외주면을 따라 냉매회로를 설치하여 냉매가 응축하는 공간을 구성한다.
그리고, 셀 엔 튜브(Shell and Tube) 타입의 제1열교환기 내부에 형성되는 "메탄올증기 응축공간(300)"과, 셀 엔 튜브(Shell and Tube) 타입의 제2열교환기 내부에 형성되는 "에탄올증기 응축공간(400)"은 둘 다 만액식(滿液式) 냉매증발공간으로서, 튜브(Tube) 외주면과 접하여 충진된 주정증기로부터 주정증기의 응축열을 회수하여 냉매가 증발하므로 용액으로부터 주요영양소와 생약을 농축하고 주정증기로부터 회수된 증발열로 증발한 냉매증기를 압축하여 응축하는 냉매회로의 응축열로 주정용액을 증발하게 한다.
그리고, 셀 엔 튜브(Shell and Tube) 타입의 제1열교환기 내부에 형성되는 "메탄올증기 응축공간(300)"과, 셀 엔 튜브(Shell and Tube) 타입의 제2열교환기 내부에 형성되는 "에탄올증기 응축공간(400)"은 둘 다 만액식(滿液式) 냉매증발공간으로서, 튜브(Tube) 외주면과 접하여 충진된 주정증기로부터 주정증기의 응축열을 회수하여 냉매가 증발하므로 용액으로부터 주요영양소와 생약을 농축하고 주정증기로부터 회수된 증발열로 증발한 냉매증기를 압축하여 응축하는 냉매회로의 응축열로 주정용액을 증발하게 한다.
이때 공조용 냉매회로의 냉매응축온도는 54.4℃이고 냉매증발온도는 7.2℃가 기본 온도 값이다. 이때 냉매회로의 성적계수(Coefficient of Performance)는 대략 "3"이하이고 주정용액을 증발하는 온도를 45-50℃, 증발한 주정증기를 응축하는 온도를 10-15℃를 유지 할 때 냉매회로의 성적계수(COP)는 약 "3.6"이상을 유지한다. 즉 압축기를 가동하는 전력량의 엔탈피의 3.6배 이상의 엔탈피(Enthalpy)를 온도 10-15℃에서 45-50℃의 온도로 올린다는 것이다.
그래서 본 발명에 따른 제거수단의 증발공간 내부 진공도를 1mmHg 이하로 수 시간 유지할 수 있는 누설이 적은 진공공간으로 형성하고, 생물체로부터 생약과 주요영양소가 용출된 용액을 주입하면 증발공간 내부의 용액에 포함된 물질의 증발압력에 따라 증발공간 내부압력이 달라진다.
주정용액에 증발압력이 가장 높은 독극물메탄올이 포함되어 있으면 증발공간의 온도에 따른 증발공간 내부압력은 독극물메탄올의 증발압력에 따라 그 압력을 유지할 것이고 주정용액에 독극물메탄올이 전혀 없고 주정(에탄올)만 녹아 있으면 주정(에탄올)의 증발압력에 따라 증발공간 내부압력을 유지할 것이다.
그래서 상기 증발공간의 내부 온도를 일정하게 유지한 후 압력의 차이에 따라 주정용액에 포함된 인체에 유독한 독극물메탄올의 포함여부를 감지할 수 있다.
상기 에탄올과 독극물메탄올의 온도압력그래프에서 "용액 증발공간(200)"의 온도를 50℃를 유지할 때 용액에 에탄올만 존재하면 내부압력은 210mmHg를 유지하지만, 독극물메탄올이 존재하면 존재하는 독극물메탄올의 분자 밀도에 따라 압력은 210mmHg보다 높은 압력 (210+ΔP)mmHg을 형성한다.
그래서 "메탄올증기 응축공간(300)"에 연결된 "댐퍼 모터 개폐밸브(DMV1)"(이하에서는 '제1댐퍼밸브'라 한다)을 열고, 냉매회로의 개폐밸브(VA1, VB1)(이하에서는 '제1냉매제어밸브'라 한다)을 열어 액상의 냉매증기가 상기 제1열교환기의 튜브(tube) 외주면 셀(shell) 공간에서 만액식 냉매증기가 증발하면 튜브(tube)의 독극물메탄올 증기로부터 증발열을 흡수하므로 독극물메탄올 증기는 응축 액화함에 따라 증발공간 내부 압력은 내려간다. 용액에 포함된 독극물메탄올 증기가 모두 증발하여 액화를 하면 증발공간 내부의 압력강하는 정지되고 에탄올 온도압력그래프의 온도와 압력을 유지할 때 상기 제1열교환기에 연결된 "제1댐퍼밸브(DMV1)"를 닫고, 상기 제2열교환기에 연결된 "댐퍼 모터개폐밸브(DMV2)"(이하에서는 '제2댐퍼밸브'라 한다)를 열고 증발한 에탄올증기는 "에탄올증기 응축공간(400)"으로 유입되고 상기 제2열교환기의 셀(Shell) 내부로 흐르는 액상의 냉매는 튜브(tube)의 에탄올증기로부터 증발열을 회수하여 주정증기는 응축하고 만액식 셀(Shell) 공간의 냉매는 에탄올증기로부터 증발열을 흡수하여 증발한다.
이와 같이 독극물메탄올의 증발압력은 높고 주정인 에탄올의 증발압력은 낮은 압력차에 따라 주정인 에탄올에 포함된 독극물메탄올의 포함여부를 판별하여 이를 분리 응축하므로 주정인 에탄올용액에 포함된 독극물메탄올을 분리하여 제거하기 위해,
생물체로부터 생약과 유용한 영양소를 주정인 에탄올을 용매로 녹여내는 추출기(100)와; 상기 추출기(100)에서 추출된 용액을 끓이는 용액 증발공간(200)과; 상기 증발공간(200)에서 증발된 독극물메탄올 증기를 응축하기 위해 셀 엔 튜브(Shell and Tube) 열교환기로 이루어진 메탄올증기 응축공간(300)과; 상기 증발공간(200)에서 증발된 주정 에탄올 증기를 응축하는 셀 엔 튜브(Shell and Tube) 열교환기로 이루어진 에탄올증기 응축공간(400)으로 구성된다. 특히 상기 증발공간(200)의 내부압력을 정밀하게 측정하는 절대압력감지기(APT)가 구비되고; 상기 절대압력감지기(APT)의 감지에 의해 구동되는 "제1댐퍼밸브(DMV1)"가 상기 증발공간(200)과 메탄올증기 응축공간(300) 사이에 구비되고; 상기 절대압력감지기(APT)의 감지에 의해 구동되는 "제2댐퍼밸브(DMV1)"가 상기 증발공간(200)과 에탄올증기 응축공간(400) 사이에 구비된다.
특히, 상기 절대압력감지기(APT)는 상기 증발공간(200) 내부의 압력변화를 감지하여, 상기 증발공간(200)의 압력이 주정인 에탄올의 증발압력보다 높은 압력(210+ΔP mmHg)이면 상기 "제1댐퍼밸브(DMV1)"를 열고 상기 "제2댐퍼밸브(DMV1)"는 차단하고, 상기 용액 증발공간(200)의 압력이 주정인 에탄올의 증발압력인 210mmHg를 유지하면 상기 "제1댐퍼밸브(DMV1)"를 차단하고 상기 "제2댐퍼밸브(DMV1)"를 개방함으로써, 상기 증발공간(200)의 압력이 주정인 에탄올의 증발압력보다 높은 (210+ΔP)mmHg이면 독극물메탄올의 증기로부터 독극물메탄올 증기를 응축하는 응축열을 회수하여 액상의 냉매가 증발하고, 상기 용액 증발공간(200)의 압력이 주정인 에탄올의 증발압력인 210mmHg를 유지하면 주정인 에탄올의 증기로부터 주정인 에탄올증기가 응축하는 응축열을 회수하여 액상의 냉매가 증발하는 것이 본 발명의 기술적과제의 해결 수단이다.
이와 같이 독극물메탄올의 증발압력은 높고 주정인 에탄올의 증발압력은 낮은 압력차에 따라 주정인 에탄올에 포함된 독극물메탄올의 포함여부를 판별하여 이를 분리 응축하므로 주정인 에탄올용액에 포함된 독극물메탄올을 분리하여 제거하기 위해,
생물체로부터 생약과 유용한 영양소를 주정인 에탄올을 용매로 녹여내는 추출기(100)와; 상기 추출기(100)에서 추출된 용액을 끓이는 용액 증발공간(200)과; 상기 증발공간(200)에서 증발된 독극물메탄올 증기를 응축하기 위해 셀 엔 튜브(Shell and Tube) 열교환기로 이루어진 메탄올증기 응축공간(300)과; 상기 증발공간(200)에서 증발된 주정 에탄올 증기를 응축하는 셀 엔 튜브(Shell and Tube) 열교환기로 이루어진 에탄올증기 응축공간(400)으로 구성된다. 특히 상기 증발공간(200)의 내부압력을 정밀하게 측정하는 절대압력감지기(APT)가 구비되고; 상기 절대압력감지기(APT)의 감지에 의해 구동되는 "제1댐퍼밸브(DMV1)"가 상기 증발공간(200)과 메탄올증기 응축공간(300) 사이에 구비되고; 상기 절대압력감지기(APT)의 감지에 의해 구동되는 "제2댐퍼밸브(DMV1)"가 상기 증발공간(200)과 에탄올증기 응축공간(400) 사이에 구비된다.
특히, 상기 절대압력감지기(APT)는 상기 증발공간(200) 내부의 압력변화를 감지하여, 상기 증발공간(200)의 압력이 주정인 에탄올의 증발압력보다 높은 압력(210+ΔP mmHg)이면 상기 "제1댐퍼밸브(DMV1)"를 열고 상기 "제2댐퍼밸브(DMV1)"는 차단하고, 상기 용액 증발공간(200)의 압력이 주정인 에탄올의 증발압력인 210mmHg를 유지하면 상기 "제1댐퍼밸브(DMV1)"를 차단하고 상기 "제2댐퍼밸브(DMV1)"를 개방함으로써, 상기 증발공간(200)의 압력이 주정인 에탄올의 증발압력보다 높은 (210+ΔP)mmHg이면 독극물메탄올의 증기로부터 독극물메탄올 증기를 응축하는 응축열을 회수하여 액상의 냉매가 증발하고, 상기 용액 증발공간(200)의 압력이 주정인 에탄올의 증발압력인 210mmHg를 유지하면 주정인 에탄올의 증기로부터 주정인 에탄올증기가 응축하는 응축열을 회수하여 액상의 냉매가 증발하는 것이 본 발명의 기술적과제의 해결 수단이다.
본 발명의 해결수단으로 용매 중에 포함된 독극물메탄올을 제거하면 생물체로부터 추출된 생약과 주요영양소에 독극물메탄올이 전혀 포함되지 않게 함과 동시에 주정인 에탄올의 끓는 온도를 50℃이하로 유지하는 진공공간에서 냉매회로의 응축열과 증발열을 이용하여 용액으로부터 주정인 에탄올을 증발 응축하여 재생하면 인화성이고 자연환경에 유해한 에탄올증기를 자연환경에 유기하지 않으므로 자연환경을 보호하고 50℃이하의 낮은 온도로 생물체로부터 생약과 유용한 영양소를 용출함에 따라 생약과 유용한 영양소의 분자구조가 고온의 열에 의하여 변형되지 않게 함과 동시에 생물체로부터 용출된 생약과 중요영양소에 독극물메탄올을 제거하여 생물체로부터 얻어지는 생약과 중요영양소의 질을 향상하고 전력에너지를 절약할 수 있는 효과가 있다.
도1 : 생물체에 포함된 생약과 주요영양소를 추출하는 추출기의 구성도
도2 : 추출기에서 추출된 용액을 배출하는 용액 배출용 바닥밸브의 구조도
도3 : 본발명에 따른 제거수단의 냉매회로 계략도
도4 : 본 발명에 의한 제거수단의 구조도
도5 : 본 발명에 따른 제거수단에서 분별증류를 위한 전체 구성도
도6 : 발명에 의한 전기전자 제어 개략도
도2 : 추출기에서 추출된 용액을 배출하는 용액 배출용 바닥밸브의 구조도
도3 : 본발명에 따른 제거수단의 냉매회로 계략도
도4 : 본 발명에 의한 제거수단의 구조도
도5 : 본 발명에 따른 제거수단에서 분별증류를 위한 전체 구성도
도6 : 발명에 의한 전기전자 제어 개략도
삭제
생물체로부터 생약과 유용한 영양소를 주정인 에탄올을 용매로 녹여내는 추출기(100), 상기 추출기(100)에서 생물체로부터 생약과 주요영양소가 주정을 용매로 용출된 용액을 교반(Agitate)할 때 교반되는 유속(流束, Flow flux)에 영향을 끼치지 않는 용액 배출용 바닥밸브(Flush bottom valve),
생물체로부터 용출된 생약과 유용한 영양소가 녹아있는 용액을 끓이는 용액 증발공간(200), 에탄올 보다 낮은 온도에서 끓어 증발하는 독극물메탄올 증기를 응축하기 위해 셀 엔 튜브(Shell and Tube) 방식의 제1열교환기 내부에 형성되는 메탄올증기 응축공간(300), 주정인 에탄올 증기를 응축하는 셀 엔 튜브(Shell and Tube) 방식의 제2열교환기 내부에 형성되는 에탄올증기 응축공간(400)으로 구성된다.
추출기(100)는 도1에서와 같이 추출공간 하부에는 회전하는 교반날개가 구비된다. 상기 교반날개가 회전함에 따라 발생하는 용매용액의 유속(Flow-flux)이 상하로만 이동하고 원심력발생을 최소로 하여 상하로 흐르는 용매용액과 추출공간(추출기 내부의 공간) 벽면과의 마찰력을 최소화하기 위하여 상기 교반날개의 회전방향 전단부위를 타원형(114)으로 오목하게 구성한다. 그리고 추출기(100)의 내부에서 용액을 배출하기 위해, 도2에서와 같이 밸브 상부 면이 추출공간 바닥면과 일치되는 용액 배출용 바닥밸브(Flush Bottom Valve)를 상기 추출기(100) 바닥에 구비함으로써, 흐르는 용액의 유속(流束 Flow Flux)이 균일하게 유지됨과 동시에 용액이 정체되지 않게 한다.
용액을 증발하고 응축하는 열원을 모두 냉매회로의 응축발열과 증발흡열에 의하므로 용액을 끓이는 열량의 값과 끓인 용액증기를 응축하는 열량의 값은 항상 동일하게 유지하여야 한다.
그래서 증발기로 유입되는 냉매유량을 특허 등록번호 제10-171577호의 냉매유량제어방식으로 제어를 할 때 냉매압축기의 케이스 내부에서 압축기로 흡입되는 냉매증기의 과열 도는 항상 일정하고 냉매압축기케이스 내부의 압축기로 흡입되는 냉매증기의 과열도를 최저로 유지할 때 냉매회로의 성적계수(COP)가 최상을 유지한다.
공조기 냉매회로의 온도기준은 응축온도 54.4℃, 증발온도 7.2℃ 이다.
그런데 1기압(760mmHg)에서 독극물메탄올의 증발온도는 64.7℃이고 주정인 에탄올의 증발온도는 78.3℃ 이다. 그래서 본 발명에 따른 제거수단은 수 시간 동안 약 1mmHg이하의 진공압력을 유지할 수 있는 기밀된 진공의 공간(이하에서는 '증발공간'이라 한다)이 형성된 용기로 제작하고 진공펌프로 용기 내부공간의 불 응축기체를 배출하여 진공상태를 유지한다.
이때 진공펌프의 흡입 측에 "탄소 미세관로"로 구성된 활성탄 여과기(500)를 두고 용기 내부의 기체를 배출할 때 메탄올과 에탄올 등 인화성이고 지구환경에 유해한 유기물질 증기는 응축하여 분리되므로 불 응축기체와 함께 배출되지 않게 한다.
본 발명에 따른 독극물메탄올 제거수단은, 도 4에 도시된 바와 같이 용매를 끓여 기화시키는 "용액 증발공간(200)", 독극물메탄올증기를 응축하는 "메탄올증기 응축공간(300)", 주정인 에탄올증기를 응축하는 "에탄올증기 응축공간(400)"으로 이루어지는 3개의 공간으로 구분하고, "용액 증발공간(200)"에는 절대압력을 측정하는 "절대압력감지기(APT)"를 구비하고, 상기 메탄올증기 응축공간(300)의 입구에는 상기 용액 증발공간(200)으로부터 증발한 증기가 상기 메탄올증기 응축공간(300)으로 유입되는 것을 개폐 제어하는 제1댐퍼밸브(DMV1)를 구비하고, 상기 에탄올증기 응축공간(400)의 입구에는 상기 용액 증발공간(200)으로부터 증발한 증기가 상기 에탄올증기 응축공간(400)으로 유입되는 것을 개폐 제어하는 제2댐퍼밸브(DMV2)를 구비하고, 증발공간(200)의 내부압력을 "절대압력감지기(APT)"로 측정하여 측정한 "용액 증발공간(200)"의 절대압력에 따라 제1 및 제2 댐퍼밸브(DMV1, DMV2)를 선택적으로 개폐한다.
두 개의 댐퍼밸브(DMV1, DMV2)가 열린 상태에서 진공펌프로 증발공간 내부의 불 응축 기체를 모두배출하고 상기 용액 증발공간(200)의 온도를 50℃로 유지한 상태에서 "절대압력감지기(APT)"로 측정한 증발공간 내부의 압력이 주정인 에탄올 증발압력인 210mmHg이상인 (210+ΔP)mmHg를 유지하면 용매용액에는 ΔP mmHg 만큼의 압력에 해당하는 독극물메탄올이 포함되어 있다는 것을 나타낸다......
이때 제2댐퍼밸브(DMV2)가 닫히면서 액상의 냉매는 "특허등록번호 제10-2171577호에 개시된 냉매유량 조절변" 구조와 동일한 제1냉매제어밸브(VA1,VB1)가 열림에 따라 독극물메탄올 응축을 위한 셀 엔 튜브(Shell and Tube) 방식의 제1열교환기의 튜브(tube)에는 독극물메탄올 증기가 흐르고 셀(Shell)에는 만액식(滿液式) 냉매가 증발하므로 주로 독극물메탄올증기가 응축하고 응축된 액상의 독극물메탄올이 지구중력으로 낙하하여 아래로 고이고 고인 액상의 독극물메탄올의 액주는 레이저빔 액면 감지센서(Laser beam level sensor)에 의하여 응축된 독극물메탄올의 량이 측정된다.
그리고 주정인 에탄올에 포함된 독극물메탄올이 "독극물메탄올증기를 응축하는 제1열교환기에서 모두 응축되면 "용액 증발공간(200)"의 압력은 더 이상 내려가지 않고 주정인 에탄올의 물성에 따른 포화증발온도(50℃)와 포화증발압력 210mmHg을 유지하게 된다.
이때 제1댐퍼밸브(DMV1)는 닫히고 제2댐퍼밸브(DMV2)가 열리고 이어서 제2냉매제어밸브(VA2, VB2)를 열어 액상의 냉매는 주정인 에탄올증기를 응축하는 제2열교환기의 튜브(tube)에는 주정인 에탄올증기로부터 액상냉매를 증발하는 증발열은 주정증기의 응축열로부터 회수하여 얻어진다.
그래서 생물체로부터 주요영양소와 생약을 용출한 용액을 증류하여 용매를 반복 사용할 때 생물체에 포함된 독극물메탄올을 분리 제거할 수 있다.
그래서 생물체로부터 주요영양소와 생약을 용출한 용액을 증류하여 용매를 반복 사용할 때 생물체에 포함된 독극물메탄올을 분리 제거할 수 있다.
응축 회수된 주정인 에탄올용액은 도5에서와 같이 추출기의 가동에 따라 펌프(Pump)를 통해 "용액 증발공간(200)"에 채워지고 채워지는 용매용액의 량에 따라 부족한 양은 주정인 에탄올 보충탱크(600)로부터 보충되고 보충탱크(600)에 채워진 주정인 에탄올용액의 양은 항상 상기 레이저빔 액면 감지센서에 의하여 감지되어 보충된다.
① 생물체로부터 중요영양소와 생약이 용출된 용액 증발공간(200)에서 증발한 증기는 관로를 통해 메탄올증기 응축공간(300)과 에탄올증기 응축공간(400)으로 흐를 때 과열상태를 유지하여 관로를 통해 이동하는 도중에 응축되지 않도록, 관로 외주면을 도4에서와 같이 전열기를 두어 흐르는 증기가 순수기체인 과열증기 상태를 유지하고, 관로 내에서 응축된 증기는 상기 증발공간(200)으로 회수되게 한다.
그리고 분기되는 관로는 도4의 단면도(D - D')와같이 상부로 향하게 하므로 독극물메탄올과 주정인 에탄올 증기보다 비중이 높은 이물질은 과열증기로부터 분리되고 "용액 증발공간(200)"의 압력은 항상 대기압(760mmHg)보다 낮은 진공압력을 유지하므로 이를 "절대압력감지기(APT)"로 측정한다. 그래서 "용액 증발공간(200)"의 내부온도가 50℃를 유지할 때 상기 "용액 증발공간(200)"의 압력이 주정인 에탄올의 증발압력 210mmHg 보다 높으면 상기 "용액 증발공간(200)"에 독극물메탄올 증기가 포함되어있으므로 "용액 증발공간(200)"의 독극물메탄올증기는 제1댐퍼밸브(DMV1)를 통해 "메탄올증기 응축공간(300)"으로 유입되고 압력이 210mmHg인 주정인 에탄올증기는 제2댐퍼밸브(DMV2)를 통해 "에탄올증기 응축공간(400)"으로 유입되게 하여 절대압력감지기(APT)가 감지한 압력값 신호에 따라, 주정용액에 포함된 독극물메탄올의 포함여부를 감지하여 주정인 에탄올로부터 독극물메탄올을 분리제거 한다.
즉 "용액 증발공간(200)"의 내부온도를 정밀 제어하여 용액에 포함된 독극물메탄올의 증발온도를 유지하게 하고 그리고 증발공간 내부압력을 측정하여 증발공간(200) 내부압력이 주정인 에탄올 증발압력보다 높은 압력을 유지하면 주정인 에탄올 분자질량보다 훨씬 가벼운 독극물메탄올 분자는 증발공간 상부에 고여지므로 증발공간 내부온도를 일정하게 정밀제어 하여 온도를 일정하게 유지한 상태에서 증발공간 내부압력에 따라 증발공간(200) 내부 용액에 독극물메탄올 포함여부를 판별한다.
② 용액 증발공간(200) 내부 용액의 온도와 압력을 동시에 감지하여 컴퓨터에 입력되면 컴퓨터는 입력되는 온도와 압력 값을 주정인 에탄올의 온도와 증발압력과 비교하여 제1댐퍼밸브(DMV1)와 제2댐퍼밸브(DMV2)의 작동을 선택한다. 즉 "용액 증발공간(200)"의 내부압력이 더 이상 내려가지 않고 주정인 에탄올의 증발온도와 압력을 유지 할 때는 용액에는 독극물메탄올이 포함되지 않는다.
③ 생물체로부터 중요영양소와 생약을 추출하는 추출기(100) 내부의 용액을 교반하는 교반날개가 상기 추출기 내부공간의 바닥면과 용액 배출용 바닥밸브(109)의 변체(Valve Body) 상부 면이 일치하게 유지한다. 그래서 상기 교반날개가 회전할 때 교반되는 용액의 유속(流束, Flow Flux)이 균일하게 유지한다.
④ 상기 교반날개(114)의 회전방향의 전단부위를 타원형으로 오목하게 하여 교반으로 발생하는 용액의 흐름이 원심력(遠心力)방향의 응력을 최소화하여 추출공간 내주면의 마찰에 의한 저항을 최소화하므로 교반에 소요되는 동력을 최소화한다.
① 생물체로부터 중요영양소와 생약이 용출된 용액 증발공간(200)에서 증발한 증기는 관로를 통해 메탄올증기 응축공간(300)과 에탄올증기 응축공간(400)으로 흐를 때 과열상태를 유지하여 관로를 통해 이동하는 도중에 응축되지 않도록, 관로 외주면을 도4에서와 같이 전열기를 두어 흐르는 증기가 순수기체인 과열증기 상태를 유지하고, 관로 내에서 응축된 증기는 상기 증발공간(200)으로 회수되게 한다.
그리고 분기되는 관로는 도4의 단면도(D - D')와같이 상부로 향하게 하므로 독극물메탄올과 주정인 에탄올 증기보다 비중이 높은 이물질은 과열증기로부터 분리되고 "용액 증발공간(200)"의 압력은 항상 대기압(760mmHg)보다 낮은 진공압력을 유지하므로 이를 "절대압력감지기(APT)"로 측정한다. 그래서 "용액 증발공간(200)"의 내부온도가 50℃를 유지할 때 상기 "용액 증발공간(200)"의 압력이 주정인 에탄올의 증발압력 210mmHg 보다 높으면 상기 "용액 증발공간(200)"에 독극물메탄올 증기가 포함되어있으므로 "용액 증발공간(200)"의 독극물메탄올증기는 제1댐퍼밸브(DMV1)를 통해 "메탄올증기 응축공간(300)"으로 유입되고 압력이 210mmHg인 주정인 에탄올증기는 제2댐퍼밸브(DMV2)를 통해 "에탄올증기 응축공간(400)"으로 유입되게 하여 절대압력감지기(APT)가 감지한 압력값 신호에 따라, 주정용액에 포함된 독극물메탄올의 포함여부를 감지하여 주정인 에탄올로부터 독극물메탄올을 분리제거 한다.
즉 "용액 증발공간(200)"의 내부온도를 정밀 제어하여 용액에 포함된 독극물메탄올의 증발온도를 유지하게 하고 그리고 증발공간 내부압력을 측정하여 증발공간(200) 내부압력이 주정인 에탄올 증발압력보다 높은 압력을 유지하면 주정인 에탄올 분자질량보다 훨씬 가벼운 독극물메탄올 분자는 증발공간 상부에 고여지므로 증발공간 내부온도를 일정하게 정밀제어 하여 온도를 일정하게 유지한 상태에서 증발공간 내부압력에 따라 증발공간(200) 내부 용액에 독극물메탄올 포함여부를 판별한다.
② 용액 증발공간(200) 내부 용액의 온도와 압력을 동시에 감지하여 컴퓨터에 입력되면 컴퓨터는 입력되는 온도와 압력 값을 주정인 에탄올의 온도와 증발압력과 비교하여 제1댐퍼밸브(DMV1)와 제2댐퍼밸브(DMV2)의 작동을 선택한다. 즉 "용액 증발공간(200)"의 내부압력이 더 이상 내려가지 않고 주정인 에탄올의 증발온도와 압력을 유지 할 때는 용액에는 독극물메탄올이 포함되지 않는다.
③ 생물체로부터 중요영양소와 생약을 추출하는 추출기(100) 내부의 용액을 교반하는 교반날개가 상기 추출기 내부공간의 바닥면과 용액 배출용 바닥밸브(109)의 변체(Valve Body) 상부 면이 일치하게 유지한다. 그래서 상기 교반날개가 회전할 때 교반되는 용액의 유속(流束, Flow Flux)이 균일하게 유지한다.
④ 상기 교반날개(114)의 회전방향의 전단부위를 타원형으로 오목하게 하여 교반으로 발생하는 용액의 흐름이 원심력(遠心力)방향의 응력을 최소화하여 추출공간 내주면의 마찰에 의한 저항을 최소화하므로 교반에 소요되는 동력을 최소화한다.
도 1
101 : 경판 102 : 기밀 클러치
103 : 추출용기 몸체 104 : 용기 내부 투시 창
105 : 용액 가열 열매체유 공간 106 : 교반날개용 회전 베어링
107 : 영구자석 커플링 108 : 감속 모터
109 : 용액 배출용 바닥밸브 110 : 수동개폐밸브
111 : 수정유리튜브 112 : 레이저빔 액면 감지센서
113 : 수동개폐밸브 114 : 교반날개
115 : 그물망 (Screen net) 116 : 투시 광원(光源)
도 3
T : 온도 센서 TIC : 온도지시조절기
P : 압력센서 PIC : 압력지시조절기
INV : 전력 주파수 가변 제어기 FM : 송풍기 구동전동기
도 4
200 : 용액 증발공간
300 : 제1열교환기 내부의 메탄올증기 응축공간
400 : 제2열교환기 내부의 에탄올증기 응축공간
APT : 절대압력감지기(Absolute-Pressure Transmitter)
MV : 모터구동 개폐밸브
DMV1 : 제1댐퍼밸브
DMV2 : 제2댐퍼밸브
VA1, VB1 : 제1냉매제어밸브
VA2, VB2 : 제2냉매제어밸브
도 5
500 : 활성탄 필터 600 : 주정인 에탄올 보충탱크
APT : 절대압력감지기 COMP : 냉매 압축기
PUMP : 주정인 에탄올 용액 이송펌프
VC1 : 응축된 주정인 에탄올 배출 개폐밸브
VC2 : 보충탱크 주정인 에탄올 배출 개폐밸브
도 6
PC : 컴퓨터 HMI : 지시 조절 운전 반
PLC : 프로그램 제어기 SCADA : 지시 조절 및 운전 소프트웨어
TPR : 반도체전력제어기
101 : 경판 102 : 기밀 클러치
103 : 추출용기 몸체 104 : 용기 내부 투시 창
105 : 용액 가열 열매체유 공간 106 : 교반날개용 회전 베어링
107 : 영구자석 커플링 108 : 감속 모터
109 : 용액 배출용 바닥밸브 110 : 수동개폐밸브
111 : 수정유리튜브 112 : 레이저빔 액면 감지센서
113 : 수동개폐밸브 114 : 교반날개
115 : 그물망 (Screen net) 116 : 투시 광원(光源)
도 3
T : 온도 센서 TIC : 온도지시조절기
P : 압력센서 PIC : 압력지시조절기
INV : 전력 주파수 가변 제어기 FM : 송풍기 구동전동기
도 4
200 : 용액 증발공간
300 : 제1열교환기 내부의 메탄올증기 응축공간
400 : 제2열교환기 내부의 에탄올증기 응축공간
APT : 절대압력감지기(Absolute-Pressure Transmitter)
MV : 모터구동 개폐밸브
DMV1 : 제1댐퍼밸브
DMV2 : 제2댐퍼밸브
VA1, VB1 : 제1냉매제어밸브
VA2, VB2 : 제2냉매제어밸브
도 5
500 : 활성탄 필터 600 : 주정인 에탄올 보충탱크
APT : 절대압력감지기 COMP : 냉매 압축기
PUMP : 주정인 에탄올 용액 이송펌프
VC1 : 응축된 주정인 에탄올 배출 개폐밸브
VC2 : 보충탱크 주정인 에탄올 배출 개폐밸브
도 6
PC : 컴퓨터 HMI : 지시 조절 운전 반
PLC : 프로그램 제어기 SCADA : 지시 조절 및 운전 소프트웨어
TPR : 반도체전력제어기
Claims (5)
- 냉매회로의 응축발열과 증발흡열을 이용하여 주정인 에탄올용액에 포함된독극물메탄올을 증발 응축하여 제거하면서 주정인 에탄올을 재생하는 것으로,
생물체로부터 생약과 유용한 영양소를 주정인 에탄올을 용매로 녹여내는 추출기(100)와;
상기 추출기(100)에서 추출된 주정용액을 끓이는 용액 증발공간(200)과;
상기 증발공간(200)에서 증발된 독극물메탄올 증기를 응축하기 위해 셀 엔 튜브(Shell and Tube) 열교환기로 이루어진 메탄올증기 응축공간(300)과;
상기 증발공간(200)에서 증발된 주정 에탄올 증기를 응축하는 셀 엔 튜브(Shell and Tube) 열교환기로 이루어진 에탄올증기 응축공간(400)으로 구성되어 이루어지되,
상기 증발공간(200)의 내부압력을 정밀하게 측정하는 절대압력감지기(APT)가 구비되고,
상기 절대압력감지기(APT)의 감지에 의해 구동되는 "제1댐퍼밸브(DMV1)"가 상기 증발공간(200)과 메탄올증기 응축공간(300) 사이에 구비되고,
상기 절대압력감지기(APT)의 감지에 의해 구동되는 "제2댐퍼밸브(DMV1)"가 상기 증발공간(200)과 에탄올증기 응축공간(400) 사이에 구비되어;
상기 절대압력감지기(APT)에 의해 상기 증발공간(200) 내부의 압력변화를 감지하여, 상기 증발공간(200)의 압력이 주정인 에탄올의 증발압력보다 높은 압력(210+ΔP mmHg)이면 상기 "제1댐퍼밸브(DMV1)"를 열고 상기 "제2댐퍼밸브(DMV1)"는 차단하고, 상기 증발공간(200)의 압력이 주정인 에탄올의 증발압력인 210mmHg를 유지하면 상기 "제1댐퍼밸브(DMV1)"를 차단하고 상기 "제2댐퍼밸브(DMV1)"를 개방함으로써,
냉매회로의 응축발열과 증발흡열을 이용하여 주정인 에탄올용액에 포함된 독극물메탄올을 증발 응축하여 제거하는 분별증류에서 냉매회로의 응축열로 용액을 증발시키고 증발한 증기를 냉매회로의 증발열로 냉각 응축시키는 것을 특징으로 하는 주정에 포함된 독극물 메탄올 제거수단. - 제1항에 있어서,
상기 증발공간(200)과 상기 메탄올증기 응축공간(300)을 연결하는 관로 및 상기 증발공간(200)과 상기 에탄올증기 응축공간(400)을 연결하는 관로의 외주면을 따라 전열기를 구비하고, 상기 관로 내부온도를 상기 증발공간(200)의 내부온도 이상으로 유지시켜 상기 증발공간에서 증발한 용액증기가 관로에서 응축하여 증발공간 내부로 유입되지 않게 함으로써,
상기 관로를 따라 이동하는 용액증기가 관로 내에서 응축되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 주정에 포함된 독극물 메탄올 제거수단. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 추출기(100)의 내부에 형성되는 추출공간 하부에는 회전하는 교반날개가 구비되고, 상기 추출공간 바닥에는 용액 배출용 바닥밸브(Flush Bottom Valve)를 상기 추출기 내부의 바닥면과 일치되게 구성됨으로써,
상기 추출기 내부에서 교반되는 유동 용액의 흐름이 상기 용액 배출용 바닥밸브에 의해 방해받지 않도록 하고, 추출 용액이 상기 추출기 내부의 바닥에 고여 정체되지 않고 모두 배출되도록 하여 추출효율을 제고하는 것을 특징으로 하는 주정에 포함된 독극물 메탄올 제거수단. - 제3항에 있어서,
상기 교반날개는 회전방향을 따라 날개전단부위의 모양을 타원형의 반쪽모양(114)을 유지하므로 용액을 교반할 때 회전에 따라 발생하는 원심력 발생을 최소화하여 추출용기(100) 내부의 벽면과의 마찰력을 최소화함으로 교반에 소요되는 전력을 절약함과 동시에 생물체로부터 생약과 중요영양소의 추출효율을 증대시키는 것을 특징으로 하는 주정에 포함된 독극물 메탄올 제거수단. - 삭제
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|---|---|---|---|
| KR1020210110726A KR102632089B1 (ko) | 2021-08-23 | 2021-08-23 | 주정에 포함된 독극물메탄올 제거수단 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210110726A KR102632089B1 (ko) | 2021-08-23 | 2021-08-23 | 주정에 포함된 독극물메탄올 제거수단 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230028886A KR20230028886A (ko) | 2023-03-03 |
| KR102632089B1 true KR102632089B1 (ko) | 2024-01-31 |
Family
ID=85510218
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210110726A KR102632089B1 (ko) | 2021-08-23 | 2021-08-23 | 주정에 포함된 독극물메탄올 제거수단 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102632089B1 (ko) |
Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
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| JP2007505117A (ja) | 2003-09-10 | 2007-03-08 | イーストマン ケミカル カンパニー | フィトリピド組成物の回収方法 |
| JP2014233676A (ja) | 2013-06-03 | 2014-12-15 | 佐竹化学機械工業株式会社 | 撹拌翼 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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