KR19990022161A - 예정된 물리적 및 화학적 성분을 가진 개스-액체 유제를 생성하 는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

특정 산업폐기물 부유 공정용으로 쓰이는, 예정된 물리적 및 화학적 성분을 가진 안정한 액체-개스 유체를 지속적으로 그리고 산업적 규모로 생성하는 장치 및 방법. 재순환 작용에 의하여 불안정한 개스-액체 산포물(68)을 안정한 개스-액체 유제로 변환시키는데 재순환 반응로(54)가 사용된다. 안정한 유제는 재순환 펌프에 의하여 관(56)을 통하여 반응로(54)로부터 이탈되어 원심분리기(66)로부터 급송되는데, 동 원심분리리는 오버플로우 흐름(74)으로부터 최종 유제품을 분리하고, 반-유제(76)를 반응로(54)로 복귀시킨다. 반-유제(76)가 반응로의 함유물(68)에 충돌함으로써 야기되는 전단 또는 마멸작용은 불안정한 산포물을 안정한 유제로 변환시키기 위한 준비작용이 된다. 재순환 작용을 조절함으로써 원하는 특성을 최종 유제품에 나누어준다. 불안정한 개스-액체 산포물은 바람직하게, 하나 또는 그 이상의 예비 기포 생성(38) 및 마멸(46) 장치에 의하여 재순환 반응로(54)로 공급된다.

Description

예정된 물리적 및 화학적 성분을 가진 개스-액체 유제를 생성하는 방법 및 장치

적당한 포말 또는 거품을 사용하는 부유 기술은 환경 정화, 폐기물 처리, 채광, 화학, 제지, 식료품 및 기타 산업에서 많은 응용 분야를 가지고 있다. 거품 부유 및 포말 분류/분리 공정에 의하여 산업 폐기물 흐름으로부터 오염물질을 제거할 수 있는 가능성은 대단히 크다. 포말 부유 공정에 의하여 처리될 수 있는 많은 오염물질 및 위험물질의 예는 부유 광물질, 음식물 쓰레기, 종이펄프 및 하수 찌꺼기, 크롬산염과 같은 불용성 전자기판 폐기물, 염료, 용제, 기름 및 그리스와 같은 불용성 유기물, 박테리아, 조류, 플랑크톤 및 위험한 불용성 개스를 포함한다. 포말 또는 거품은 또한 식료품, 화학 및 발효 산업의 분리 공정에서 사용될 수 있다.

포말, 거품 또는 개스-액체 산포물 또는 용제를 생성하는 몇몇 장치와 방법은 공지되어 있다. 예를 들면, 미국 특허 제5,314,644호는 액체 및 개스 공급 수단을 포함하는 미세 기포 생성기, 액체 및 개스를 혼합하여 굵은 기포 산포물을 생성하는 수단 및 굵은 산포물을 미세 기포 산포물을 전단하는 수단을 공개한다. 미국 특허 제3,900,420호는 미세 개스 용제 및 벤투리-형 통로를 통하여 흐르는 액체 흐름에 있어서 저압 부분을 만들어서 동 부분의 액체에 개스를 주입시키는 동 미세 개스용제를 생성하는 방법을 공개한다. 미국 특허 제3,048,272호 및 카나다 특허 제663,660호는 슬러리를 예정 경로에 따라서 있는 다수의 지점에서 액체 속으로 강제로 주입시키고, 그에 의하여 거품을 생성시키게 하는 거품 부유 공정을 공개한다. 이러한 공정을 실시한 장치가 사이클로-셀이라는 제품 명으로 펜실베니아주, 피츠버그에 소재한 Heyl Patterson사에 의하여 판매된다. 미국 내무부, 광산국에서 발행하는 기술 뉴스 제 281 호(1987년 7월호)는 공기와 물이 유리 구슬이 가득찬 방에서 혼합되어 포말을 생성하는 원주형 부유작용을 일으키는 개선된 개스 스파저 시스템을 공개하였다. 미국 특허 제3,645,892호는 와류 밸브에 가압 개스 및 액체를 공급하고, 포말 생산을 하는, 와류 부속을 사용하여 공기에 쏘이게 하고 포말을 분리하는 방법을 공개한다. 미국 특허 제3,645,892호의 공정은, 환경보호청에 의하여 프로그램 제17030 FEB호 및 계약번호 제14-12-863호(1972년 2월)에, 좀더 자세히 설명되어 있으며, 동 프로그램 및 계약서는 부유 탱크로 이탈되는 기포를 공급하는 유도체의 와류 기포 생성기를 공개한다.

환경 정화, 오염 처리 및 기타 응용 분야에 쓰일 수 있는 포말 부유의 엄청난 잠재력에도 불구하고, 부유 기술을 실제로 산업적으로 실시한 사례는 드물다. 이제까지 유일한 의의있는 산업적 응용은 채광 산업분야에서 있었으며, 동 분야에서 다양한 광물 제품을 분리하고 선광하는데 부유공정이 사용된다. 부유 공정을 제한적으로 사용하는 것은 현재 가용할 수 있는 포말 생성 및 부유 장치와 공정에 있어서 몇 가지 결함이 있는 데에 기인하였다. 본질적으로, 전술된 용제 생성장치 및 방법으로 생성되는 기포의 크기 및 수량을 조절하지 못하거나 조절법을 알지 못하며, 기포 및 기포 표면막의 화학적 및 물리적 성분을 조절할 수 있는 능력도 없다. 이와 마찬가지로, 배경 기술에서는 부유 조건을, 예를 들면, 부유 낭내에서 교류의 정도, 물에 대한 공기 비율 및 기포의 분포를 조절하는 것은 극히 제한되어 있다. 현재 가용할 수 있는 포말 부유 기술은 공정 흐름에 기포 또는 포말을 첨가하는 시점과 유입하는 방법에 관한 것에 국한되어 있으며, 기포 산포의 불안정성이 기포의 급송을 방해하기 때문에 부유 기포가 부유 낭에 관계없이 생성될 수 없다.

이상적인 포말 부유를 위한 한가지 조건은 예정된 크기의, 그리고 최적 생성조건하에서 수정 매체로 특정 불용성 및 가용성 폐기물 종류를 수집하고 선별하는데 가장 효과적인 물리적 및 화학적 성분을 가진 기포를 지속적으로 그리고 정량적으로 생성하는 능력이다. 이상적인 부유를 위한 한가지 또 다른 조건은 조절된 수량의 미리 설계된 크기 및 성분의 기포를 급송하고, 동 기포를 가장 유리한 시점에 폐기물 흐름에 유입하여, 교류를 최소화하고 효과적인 부유를 공급하는 능력이다.

이제까지, 상기의 이상적인 조건들은 실험실 또는 소형 시험 공장 규모의 운영에서만 성취되었다. 분당 약 25갤런 비율 이상으로 안정한 기포, 포말 또는 거품의 생성을 확대하려는 이전의 노력은 성공하지 못하였고, 그래서, 산업적 처리 흐름 및 폐기물 흐름의 처리는 분 당 약 200갤런의 흐름 량으로 제한되었는데, 이 비율은 많은 산업 응용 분야용으로 사용하기에는 너무 낮은 것이다. 따라서, 미리 설계된 물리적 및 화학적 성분을 가진, 안정하고, 급송가능하고 수명이 긴 유제 또는 포말을 공급하고, 산업 응용에 적합한 생산 비율로 개스-액체유제를 생산하고, 최적 조건하에서 가장 유리한 시점에 폐기물 흐름에 급송되고 유입될 수 있는 개스-액체 유제를 공급하고, 지속적으로 유제를 생성할 수 있는 개스-액체 유제의 생성 장치 및 방법이 필요하다. 본 발명은 다른 필요성은 물론, 이러한 필요성을 충족하고, 일반적으로, 배경 기술에 있는 결함을 해결한다.

전술한 특허 및 발행물은 출원인이 인지하고 있는 기술의 조건을 반영하고 본 응용 기술의 조사에 적합할 수 있는 정보를 공개하는 데 있어서 출원인이 인식하고 있는 정직 의무를 이행할 목적으로 제공되었다. 그러나, 이러한 특허 중 어떠한 특허도 명백히, 단독으로 또는 조합적으로 고려될 때, 출원인이 청구한 발명을 가르치거나 만들게 하지 않았음을 삼가 명기합니다.

본 발명은 일반적으로, 독특한 포말 및 거품을 생성하는 장치 및 공정에 관한 것이며, 좀더 자세히 말하자면, 부유, 포말 분류 및 기타 응용 분야에서 사용하는, 특정의 물리적 및 화학적 성분을 가진 개스-액체 유제를 생성할 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다.

본 발명은 도해 목적으로만 만든 다음의 도면을 참조함으로써 더욱 완전하게 이해된다：

도 1은 본 발명에 따라 개스-액체 유제를 생성하는 장치의 개략도이다.

도 2는 도 1에 도시된 장치의 반응로 및 제2기포 생성기 부분에 대한 대체 방법으로 실시한 실시예의 개략도이다.

도 3은 본 발명을 구성하는 방법의 단계를 일반적으로 도시한 흐름도이다.

-본 발명을 실시하는 최선의 방법-

도해 목적상, 도면을 더 정확하게 참조하면, 본 발명은 도 1 및 도 2에 일반적으로 도시된 장치에, 그리고 도 3에 일반적으로 개요가 설명된 방법으로 실시되어 있다. 본 발명에 관계된 기본 개념에서 벗어나지 않으면서, 동 장치는 외형 및 세부적인 면에 대해서 다를 수 있고, 동 방법은 세부적인 면 및 공개된 단계의 순서에 대해서 다를 수 있음을 알게 될 것이다.

우선 도 1을 참조하면, 예정된 또는 미리 설계된 물리적 및 화학적 특성을 가진 개스-액체 유제를 지속적으로 생성하는 본 발명의 바람직한 실시예가 장치 10으로서 일반적으로 도시되어 있다. 장치 10은 액체 및 개스를 공급하는 외부의 공급 수단을 포함하고, 동 수단은 바람직하게, 액체 급송 라인 또는 파이프 12를 포함한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 라인이라는 용어는 일반적으로, 액체 및 개스의 급송에 통상 사용되고,여러 장치 사이에서 유동체의 흐름을 전달할 수 있는 어떤 형태의 파이프, 경로, 도관, 통로, 관 또는 기타 수단을 지칭한다. 라인 12는 액체 공급 탱크 또는 파이프(도시되어 있지 않은)에 연결된다. 액체에 표면활성제 및 기타 화학 첨가제를 첨가하는 수단은 일반적으로 공급 수단에 포함되는 데, 동 공급 수단은 바람직하게, 액체 급송 라인 12상에 있는 혼합 스테이션 14로서 일반적으로 도시된 추출기, 정적 혼합기 또는 혼합 탱크의 형태로 되어 있다. 액체 공급 수단은 바람직하게, 라인 18에 의하여 혼합 스테이션 14에 연결된 펌프 16을 포함하고, 동 펌프 16은 액체를 라인 20을 따라 조절 밸브 22로 급송한 다음, 라인 26을 따라 유량계 24로 급송한다. 펌프 16, 조절밸브 22 및 유량계 24는 장치 10으로 가는 액체 공급 비율 및 압력을 조절하는데 조력한다. 본 발명은 개스를 가진 유제를 생성할 수 있는 다양한 액체와 함께 사용하는데 적합하고, 동 액체는 물, 개소린, 연료유 또는 기타 탄화수소 연료, 용제 및 용제 혼합물, 맥주, 포도주 또는 기타 알코올 음료수, 해수, 식물성 기름, 과일 및 식물성 주스, 그리고 기타 액체 음식물을 포함한다. 이와 마찬가지로, 본 발명이 사용되는 특정의 부유 공정에 따라, 대단히 많은 이종의 표면활성제 및 화학 첨가제가, 당해 액체에 첨가하고 혼합하는 용도로 고려된다. 통상적으로, 어떤 형태의 음이온, 양이온 또는 중성의 표면활성제 또는 그 3가지의 조합물은 후속적으로 생산된 개스-액체 유제를 생성하고 안정화하게 하는 데 조력하기 위하여 액체 공급에 포함된다. 예를 들면, 10 내지 18개의 탄소 원자의 체인 길이를 가진 스트레이트 체인 알킬 카보실릭 산, 황산염, 설폰산염, 인산염, 아민 및 그것들의 염류가 본 발명에 사용될 수 있는 전형적인 표면활성제이다. 폴리에틸렌 글리콜(PEG), 폴리소르빈산염 및 폴리산 염류와 같은 중합성 표면활성제도 또한 표면활성제로 사용될 수 있다. 화학 첨가제는 완충제, pH 모디파이어, 염류, 결구제, 또는 특정의 부유 응용 분야에 쓰이는 특정의 화학 시약을 포함할 수 있다.

공급 수단은 또한, 개스 급송 라인 28에 의하여 도 1에 도시된 바와 같이 개스를 공급하고, 동 급송 라인 28은 가압 개스 탱크 또는 저압 송풍기(도시되어 있지 않은)로 흐름을 전달한다. 개스는 급송 라인 28을 따라 유량계 30으로 급송되고 라인 32를 통하여 개스와 액체가 같이 혼합되는 혼합기 34로 급송하는 한편, 액체는 유량계 24로부터 나오는 액체를 받는 라인 36을 통하여 혼합기 34에 도달한다. 혼합기 34는 바람직하게, 본 기술에서 통상 사용되는 것으로서, 개스와 액체를 혼합하는 믹싱 T이거나 기타 표준 수단이다. 공기가 유제를 생성하는 데 사용된 경우, 공급 수단은 추출기를, 라인 36에서 나오는 액체와 공기를 혼합하는 혼합기 34로서 사용할 수 있다. 그러나, 본 발명은 다양한 개스를 가진 개스-액체 유제를 생성하는 데 사용될 수 있다는 사실이 고려된다. 예를 들면, 방화성 또는 비산화성 유제를 생성하는 데 이산화탄소 또는 질소가 사용될 수 있다. 또한 산소가 탄화수소와 혼합되는 것을 피하기 위해 이산화탄소 또는 질소가 탄화수소와 함께 사용될 수 있으며, 그렇게 하여 화재 또는 폭발의 위험을 감소시킬 수 있다. 대체 방법으로, 공기 또는 산소가, 화로 또는 엔진에 주입되는 산화 연료 포말을 만들기 위하여 탄화수소와 함께 유제에 사용될 수 있다. 메탄 또는 천연가스, 염소, 이산화 유황 및 수소를 포함하는 기타 개스는, 특정의 포말이나 부유 응용 분야를 위하여 필요되는 경우 사용될 수 있다.

본 발명은 바람직하게, 최종 또는 안정한 개스-액체 유제를 생성하기 전에 예비의 비교적 굵고 불안정한 개스-액체 산포물 또는 산포물들을 생산하는 다수의 예비 기포 생성 및 마멸 수단을 사용한다. 예비 기포 생성 수단은, 정적 혼합기, 애스퍼레이터, 추출기, 구슬 원주, 젯, 또는 당해 기술에서 통상 사용되는 기타 기포-생성 또는 포말 생성 수단을 포함하는 다양한 기포 전단 또는 연삭 장치를 포함할 수 있다. 예비 기포 생성 수단은 비교적 큰 기포 직경(500 내지 2000미크론)을 가진 비교적 굵고, 불안정한 산포물을 생산한다. 동 예비 산포물은 후속해서 아래에 설명된 바와 같이 안정한 개스-액체 유제로 변환된다.

바람직한 실시예에, 예비 기포 생성 및 마멸 수단으로서 작동하는 두 개의 기포 연삭 또는 기포 전단 장치가 있다. 비교적 저압에서 라인 또는 파이프 40을 통하여 혼합기 34에서 나오는 혼합된 개스 및 액체를 받는 제1예비 기포 연삭 장치 38은 제1단계의 굵고, 불안정한 개스-액체 산포물을 생산한다. 일반적으로, 개스-액체 혼합물은 통상 10 내지 25psig의 범위에 있는 압력에서 라인 40으로부터 받는다. 그런 다음, 제1단계의 굵은 산포물은 라인 42 및 44를 통하여 제1단계장치 38로부터 제2예비 기포 마멸 수단 또는 기포 연삭 장치 46으로 급송되며, 거기에서, 제1단계 산포물은 전단작용을 더 받아 제2단계 산포물을 생성하는 데, 동 제2단계 산포물은 제1단계 산포물과 같이 일반적으로 굵고 불안정하다.

추가의 개스가 제2단계 기포 연삭 장치 46에 첨가될 수 있다. 바람직하게, 첨가된 개스는 파이프 라인 48을 통하여 장치 10의 후속 부분에서 나오는 재순환된 잉여 개스이고, 라인 44를 따라 추출기 50으로 급송되는 한편, 추출기 50은 라인 42를 통하여 제1단계 기포 연삭기 38로부터 나오는 제1단계 산포물을 받고, 추출기 50은 추가의 개스와 함께 제1단계의 불안정한 산포물을 라인 44를 통하여 제2단계 기포 연삭기 46으로 급송한다. 특정 응용 분야를 위하여 필요하면, 제3 및 더 많은 예비 단계의 산포물을 생성하기 위하여 추가의 예비 기포 연삭 또는 기포 전단 장치를 본 발명과 함께 사용할 수 있다. 제2단계의 불안정한 개스-액체 산포물은, 불안정한 개스-액체 산포물을 안정한 개스-액체 유제로 변환하는 재순환 반응로 수단으로 라인 52를 따라 직접 급송될 수 있다. 재순환 반응로 수단은 바람직하게, 재순환 반응로 탱크 54의 형태로 되어 있으며, 동 탱크는, 도 1에 도시된 실시예에서, 제3기포 전단 또는 연삭 장치로 작동하고 안정한 또는 제3단계 유제를 생산하는 한편, 동 탱크에서 예비 기포 생성 및 마멸 수단으로부터 나오는 불안정한 개스-액체 산포물의 대부분이 원하는 기포 크기 분포 및 개스 함유물을 가진 안정한 유제로 변환된다. 안정한 유제의 기포 크기, 개스 함유물 및 물리적 특성은 일반적으로 아래에 설명된 바와 같이 반응로 54 및 재순환 작용의 운전 조건에 의하여 조절된다. 원하는 거품 특성은 아래에서 더 자세히 논의된 바와 같이, 반응로 54에서 재순환 작용의 전단 작동에 의하여 최종 유제에 전달된다.

반응로 54에서 생산된 안정한 유제는 재순환 펌프 58의 작용에 의하여 라인 56을 통하여 반응로 54로부터 이탈하게 된다. 재순환 펌프 58은 바람직하게, 임펠러 펌핑 수단을 포함하는 로터리 배수 펌프와 같은 포지티브 배수형 펌프이다. 펌프 58의 임펠러 작동으로 반응로 탱크 54로부터 나오는 안정한 유제가 전단작용을 더 받는다. 재브스코사 및 플로우테크사의 포지티브 배수 펌프가 본 발명의 재순환 펌프 58로서 사용되는 데 적합하다. 재순환 펌프 58은 라인 60, 조절 밸브 62 및 라인 64를 통하여 반응로 54로부터 나오는 안정한 유제를, 안정한 유제로부터 예정된 물리적 및 화학적 특성을 가진 최종 유제를 분리하여 이탈하게 하고, 반-유제를 반응로 54로 복귀시키는 원심력 수단으로 급송한다. 분리 수단은 바람직하게, 원심 분리기 66의 형태로 되어 있으며, 동 분리기는 최종 유제품을 오버플로우 흐름으로서 이탈하게 하고 반-유제를 언더플로우 흐름으로서 반응로 54로 복귀시키거나 재순환시킨다. 추가의 기포 전단 또는 마멸 작용이 분리기 66내에서 일어난다. 반-유제는, 반-유제가 반응로 54로 재순환되거나 복귀되면서, 반응로 54의 함유물에 기포 전단 작용 또는 기포 마멸 작용을 제공한다. 반응로 54에서 안정한 유제를 생산하기 위하여, 반응로 54 및 재순환 펌프 58의 바람직한 운전 조건은 재순환 펌프 58은 반응로 54의 작업 용량보다 2 내지 3배 더 큰 펌핑 용량 또는 펌프 속도를 가질 것을 요구한다. 예를 들면, 재순환 펌프 속도가 100gpm인 경우, 반응로 54는 30 내지 50갤론의 범위에 있는 작업 용량을 가진다. 달리 말하자면, 반응로 작업 용량에 대한 재순환 펌프 속도 또는 용량의 비율은 바람직하게 약 2대 1과 약 3대 1 사이의 범위내에 있어야 한다. 이러한 특정의 반응로 작업 용량에 대한 재순환 펌프 속도비율 범위에 의하여 원하고, 예정되거나 미리 설계된 물리적 및 화학적 특성을 가진 안정한 개스-액체 유제를 생산하는 데 필요한 재순환 작용이 부수되는 전단 및 마멸력과 함께 발생하게 된다. 이러한 비율에 변화를 주면, 응용 분야에 변화를 주는 최종 기포 크기 범위의 조절이 가능하다. 재순환 동작은 지속적이고, 일반적으로 반응로 54에서 저압의 작업 압력이나 순환 압력에서 이루어진다. 그러나, 반응로 54는 안정한 개스-액체 유제를 생성하는 데 더 높은 압력이 필요한 특정의 응용 분야에서는 더 높은 압력에서 운전될 수 있다. 반응로 54의 잉여 개스는 재사용을 위하여 라인 48을 통하여 추출기 50으로 이탈할 수 있다. 반응로내의 액체 레벨 또는 유제 레벨 68은 안정한 유제를 지속적으로 생산하는 데 또한 중요하고, 그리하여, 본 발명은 반응로 54내에서 액체 레벨을 감지하거나 모니터하고 조절하는 수단은 포함한다. 액체 레벨 68은 일반적으로, 반응로의 작업 용량을 정의하며, 재순환 펌프 속도에 대한 반응로 작업 용량의 비율이 상술된 바람직한 범위내에 있도록 적정 레벨로 유지되어야 한다. 반응로 54의 작업 용량은 개스-액체 유제에 의하여 점유된 반응로 54의 부분이며, 그리하여, 도 1에 도시된 레벨 68은 반응로 54내의 유제와 개스 또는 공기 사이의 인터페이스이다. 반응로 54에 있는 액체의 양은 유제의 양을 조절하며, 그리하여, 반응로 54로 들어가는 액체의 양을 조절하는 것은 반응로 54의 작업 용량을 조절하는 것이다. 액체 레벨 또는 유제 레벨 68은 바람직하게, 약 50%로 또는 재순환 반응로 54의 용량의 2분지 1로 유지되며, 동 레벨은 일반적으로 최적의 액체 레벨이다. 예를 들면, 재순환 반응로 54에 55갤론 탱크를 사용하면, 27.5갤론의 바람직한 작업 용량이 가용될 수 있다. 액체 레벨 68은 반응로 54에 있는 액체 압력계 70으로서 도 1에 도시된 감지 수단에 의하여 최적 레벨로 유지된다. 반응로 54에 있는 유제의 액체 함유량은 눈금으로 측정되는 한편, 액체 함유량은 반응로 54의 하단부분을 향해 증가된다. 압력계 70의 위치는 바람직하게 반응로 54의 하단을 향해 있으며, 반응로 54에 있는 액체의 양을 보다 더 정확하게, 그리하여, 액체 레벨 68을 모니터하기 위하여, 재순환 펌프 58로 가는 라인 56의 배출구 밑에 자리잡고 있다. 감지 회로(도시되어 있지 않은)의 형태로 된 전자 조절 수단은 압력계 70 및 조절 밸브 22와 인터페이스 되어서, 조절 밸브 22는 압력계 70에 반응한다. 압력계 70이 상기 또는 하기의 최적 레벨에서 이탈한 액체 레벨을 탐지 또는 감지하면, 그에 상응하여 조절 밸브 22는 레벨을 교정하기 위하여 액체 급송율을 증감시킨다. 라인 48을 통하여 반응로로부터 개스를 이탈하게 하는 방법은 물론, 개스 급송율을 조절하는 방법도 액체 레벨을 조절하는 데 또한 사용될 수 있다. 원심 분리기 66은 라인 64로부터 안정한 유제의 지속적인 흐름을 받는다. 원심 분리기에 의하여 받아진 안정한 유제는 바람직하게, 12 내지 15psig의 저압 범위내에 있으며, 압력은 라인 64에 있는 게이지 72에 의하여 모니터 된다. 예정된 물리적 및 화학적 특성을 가진 최종 유제품은 분리기 66에 의하여 재순한 유제로부터 원심작용으로 분리되고, 저압의 오버플로우 흐름으로서 라인 74를 통하여 분리기 66의 상단으로부터 지속적으로 이탈한다. 남아있는 반-유제는 더 높은 압력의 언더플로우 흐름으로서 분리기 66으로 부터 지속적으로 이탈하고, 동 흐름은 라인 또는 경로 76을 따라 분리기로부터 이탈하고, 동 경로에서 동 흐름은 반응로 54로 복귀되거나 재순환되는 한편, 반-유제가 반응로 54의 함유물에 충돌함에 따라 반응로 54의 함유물에 전단 작용이 일어나게 된다. 원심 분리 수단의 중요한 특징은 오버플로우에 대한 언더플로우 속도 비율이며, 동 비율은, 바람직한 실시예에서 약 2대 1과 약 4대 1사이의 범위내에 있다. 이러한 오버플로우에 대한 언더플로우 속도 비율은, 흡입구, 오버플로우 및/또는 상단의 구멍 크기(도시되어 있지 않은)에 변화를 주고, 상업적으로 가용할 수 있는 사이클론에 변화를 줌으로써 얻을 수 있다. 액체-고형물 분리에 쓰이는 통상적인 상업용 사이클론은 일반적으로, 본 발명에 요구되는 비율과 정반대 또는 언더플로우대 오버플로우 비율을 만들게 하는 구멍 크기를 가진다.

그리하여, 반-유제가 분리기 66으로부터 나와 반응로 탱크 54로 지속적으로 재순환되면서, 반-유제에 의하여 일어나게 되는 전단 작용은 불안정한 산포물로부터 안정한 유제를 생산하게 한다. 반응로 작업 용량 비율에 대한 재순환 펌프속도에 변화를 주고, 원심 분리 수단의 오버플로우에 대한 언더플로우 속도 비율에 변화를 주면, 원하는 기포 크기 및 개스 함유물을 가진 최종 유제품을 지속적으로 생성할 수 있게 된다.

분리기 66의 오버플로우 흐름으로부터 생성되는 최종 유제품은 과다한 액체를 함유할 수 있다. 그래서, 라인 74는 최종 유제를 액체 제거 수단으로 급송하며, 동 수단은 바람직하게, 탈수 사이클론 78을 포함한다. 수분 또는 기타 액체는 사이클로 78에서 최종 유제로부터 원심력에 의하여 제거되는 한편, 과다한 액체는 라인 80 및 조절 밸브 82를 통하여 사이클론 78로부터 이탈한다. 과다한 액체는, 반응로 54내의 액체 레벨을 높이거나 달리 조절하기 위하여 라인 84를 통하여 반응로 54로 복귀될 수 있다. 그런 다음, 최종 유제는 라인 86 및 조절 밸브 88을 통하여 사이클론 78로부터 오버플로우으로서 방출되고, 동 라인 및 밸브에서 최종 유제는 부유 또는 기타 응용 분야를 위하여 다른 곳으로 급송된다.

본 발명을 포함한 장치 10은 2개의 예비 기포 생성 및 마멸 수단이 구비된 것으로 위에서 설명되었지만, 본 발명은 2개보다 작거나 큰 수의 예비 기포 생성 수단을 구비하여, 또는 예비 기포 생성 수단을 전혀 구비하지 않고 사용될 수도 있음이 쉽사리 이해되어야 한다. 반-유제가 반응로 54의 함유물에 충돌함으로써 야기되는 반응로 54내의 재순환 작용은, 그로부터 최종 유제품이 분리되어 나오는 안정한 개스-액체 유제를 생성시키고, 최종 유제품의 물리적 및 화학적 성분을 조절한다. 재순환 작용은 위에서 설명된 바와 같이 반응로 작업 용량에 대한 재순환 펌프 속도 비율 및 분리기의 오버플로우에 대한 언더플로우 속도 비율에 의하여 조절된다. 그리하여, 예비 기포 생성 수단이 없는 장치 10을 사용하고, 불안정한 개스-액체 산포물을 위에서 설명된 바와 같이 바응로 54로 급송하지 않고 공급 수단으로부터 나오는 혼합된 개스 및 액체를 직접 반응로 54로 급송함으로써 안정한 개스-액체 유제가 생성될 수 있다. 그러나, 이런 방식에 의하여 생산된 안정한 유제 및 최종 유제품의 양은 비교적 적다. 그래서, 위에서 설명된 바와 같이 예비 기포 생성 수단으로 부터 나오는 불안정한 개스-액체 산포물을 반응로 54로 공급하는 것이 경제적으로 바람직하다. 개스 및 액체를 직접 반응로 54에 공급하지 않고, 예비 개스-액체 산포물을 반응로 54로 공급하면, 바라는 특성을 가진 최종 개스-액체 유제품을 경제성이 높게 대량 생성할 수 있게 된다.

예비 기포 생성 및 마멸 수단은 바람직하게, 직렬로 흐름이 전달되는 식으로 배치되어서, 불안정한 유제는 단계적으로 생산되는 한편, 보다 더 굵은 불안정한 산포물은 보다 더 미세한 불안정 산포물로 변환되고, 각 후속 단계의 산포물은 이전 단계에서 생상된 것보다 더 미세한 기포 크기를 가진다. 그러나, 예비 기포 생성 및 마멸 수단은, 비교적 굵고, 불안정한 개스-액체 산포물을 반응로 54로 동시에 공급하는 2개 이상의 예비 기포 생성 수단을 갖는 병렬 방식으로 배치될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 예비 기포 생성 수단을 직렬로 배치하는 것이 일반적으로 병렬로 배치하는 것보다 바람직하다. 예비 기포 생성 장치를 직렬로 배치한 몇몇의 직렬 배치열이 병렬로 사용될 수 있음이 또한 고려된다. 예를 들면, 본 발명은, 불안정한 산포물을 생성하여 반응로 탱크 54로 동시에 공급하는 제1 및 제2기포생성장치로 된 제1세트를 사용할 수 있는 한편, 불안정한 산포물을 반응로 54로 또한 급송하는 또 다른 제1 및 제2기포 생성 장치로 된 제2세트 또는 추가의 세트도 함께 사용할 수 있다. 그리하여, 반응로 54로 공급되는 불안정한 산포물의 양이 증가하게 되고, 최종 유제품을 산업적 규모로 생산할 수 있게 된다.

위에서 설명된 장치 10에서 실시된 발명의 작동예에서, 폐기물 흐름의 부유처리에 적합한 수량의 안정한 공기-수분 유제가 생산되었다. 7.5gpm, 20psig 및 30℃의 율로 급수가 장치 10으로 공급되었다. 공기-수분 유제를 안정화시키는 50ppm의 표준 표면활성제가, 예를 들면 Dawn(TM) 또는 Tergitol(TM)과 같은 나트륨-도우데실-황산 기초 표면활성제, 급수에 첨가되어 혼합되었다. 급송 공기는 25psig에서 1cfm의 율로 공급되었다. 1인치×10인치 크기의 구슬대가 제1기포분쇄기 38에 사용되었고, 1인치 직경의 흡입구를 가진 추출기가 제2기포 분쇄기 45에 사용되었다. 55갤론 반응로가 재순환 반응로 54에 사용되었고, 동 반응로는 0 내지 2psig에서 25 내지 30갤론의 작업 용량을 가졌다. 55gpm의 펌프속도 또는 용량을 가진 포지티브 배수 재순환 펌프가 재순환 펌프 58에 사용되었고, 10 내지 25psig에서 운전되었다. 2.13의 오버플로우에 대한 언더블로우 속도 비율 및 13psig의 압력을 가진 3인치 사이클론이 원심 분리 수단에 사용되었다. 17gpm의 최종 유제품 급송율 및 5psig의 흡입구 압력을 가진 3인치 탈수 사이클론이 수분 제거에 사용되었으며, 동 사이클론은 15gpm으로 탈수된 최종 유제를 공급한다. 이러한 전술의 특성을 가진 장치 10을 사용하여, 흐름 특성 및 6분의 반수명을 가진 수분이 있는 하얀 크림 거품이 일어났다. 공기 함유는 50%이고, 기포의 평균 크기는 50미크론이며, 기포 크기는 5 내지 100미크론의 범위에 있다. 상술된 세부 특성을 가진 거품을 분당 50갤론의 생산율로 생산가능하며, 이러한 생산율에 의하여 최대 1000gpm의 폐기물 흐름을 처리할 수 있다. 이러한 배치에서의 공기 함유량은 20 내지 65%의 범위내에서 원하는 대로 변경할 수 있으며, 이 경우, 기포 크기는 2 내지 200미크론 범위에 있다.

상기 예는 장치 10을 배치할 수 있는 많은 경우중의 하나에 불과하며, 다른 형태의 개스-액체 유제 및/또는 보다 더 높은 생산율을 생산하기 위하여, 많은 변형의 경우가 사용될 수 있다. 상술된 바와 같이, 예비 기포 생성 및 마멸수단을 배치할 수 있는 많은 경우들이 도 1에 도시된 제1 및 제2단계 기포 생성 장치들에는 물론 본 발명에도 사용될 수 있다.

이제 도 2를 참조하면, 본 발명의 반응로 및 제2기포 생성기 부분에 대한 대체 실시예 90이 도시되어 있다. 이 실시예에서, 추출기 92 및 정적 혼합기 94의 형태로 된 예비 기포 생성 및 마멸 수단은 재순환 반응로 96으로 도 2에 도시된, 재순환 반응로 수단의 내부에 포함되어 있다. 이러한 배치로 도 1에 도시된 것보다 더 간결한 본 발명의 배치가 가능하게 된다. 도 2에 도시된 바와 같은 추출기 92 및 정적 혼합기 94의 배치는 특히 공기-수분 산포물을 생성하는 데 효과적이며, 동 산포물은 후속해서 반응로 96에서 안정한 공기-수분 유제로 변환된다.

일반적으로, 반응로 96 외부에 있는 외부 예비 기포 생성 수단(도시되어 있지 않은)으로부터 나오는 개스-액체 산포물은 라인 98을 따라 추출기 92로 급송된다. 추출기 92는 도 2에 도시된 바와 같이 충돌 혼합기 94에 탑재되어서, 추출기 92로부터 나오는 산포물 100은 충돌 혼합기 94에 함유된 개스-액체 산포물의 표면 102와 충돌하며, 그러한 충돌에 의하여 기포 마멸이 일어나게 된다. 산포물은 충돌혼합기 94로부터 나와 튜브 104에 의하여 반응로 96으로 급송된다. 충돌 혼합기 94는 바람직하게 밀봉된 유니트이거나 용기이며, 동 충돌기에는 유일한 흡입구로서 추돌기 92와 유일한 배출구로서 튜브 104가 있다. 바람직하게, 튜브 104의 하단 106은 충돌 혼합기 94에 함유된 분산물의 표면 102 밑에 위치한다.

반응로 96내의 액체 레벨 또는 유제 레벨 108은 바람직하게, 제1실시예의 설명 부분에서 위와 같이 설명된 바와 같이, 그리고 도 2에 일반적으로 도시된 바와 같이 반응로 용량의 약 2분지 1로 유지된다. 충돌 혼합기 94는 바람직하게 구조 및 외형을 갖추어서 동 혼합기의 최상단 표면 110은 일반적으로 바람직한 액체 레벨 108과 수평이다. 튜브 104는 바람직하게 도 2에 도시된 바와 같이 L자형이어서, 튜브 104의 상단 112는 일반적으로 수평을 이룬다. 액체 레벨 108은 본 발명의 제1실시예에 대하여 위에서 설명된 방법과 동일한 방법으로 액체 압력계 114에 의하여 모니터된다. 압력계 114에 반응하는 액체 급송 라인(도시되어 있지 않은)에 있는 조절 밸브는 반응로 96의 액체 레벨 108을 조절한다.

재순환 반응로 96의 함유물은 재순환 펌프 118의 작동에 의하여 라인 116을 따라 이탈되어, 라인 120을 따라 조절 밸브 112로 급송되고, 라인 124를 따라, 원심분리기 126으로 본 명세서에서 표시된 분리 수단으로 급송된다. 압력 게이지 128에 의하여 작동하는 압력을 모니터할 수 있다. 제1실시예에서와 같이, 최종 유제품은 오버플로우 흐름으로서 분리기 126으로부터 이탈되어, 라인 130을 따라, 과다한 액체(도시되어 있지 않은)를 제거하는 수단으로, 그리고 최종 목적지로 급송된다. 반-유제 언더플로우 흐름 132는 분리기 126의 하단 134로부터 이탈하여 반응로 96으로 복귀한다. 반응로 96은 바람직하게, 반응로 최상단 138에 인접한 통로 136을 포함하는 한편, 분리기 126의 하단 또는 부분 134는 통로 136을 통하여 반응로 96으로 불쑥 돌출되어서, 언더플로우 흐름 132는 반응로 96에 함유된 개스-액체 유제와 충돌하면서 기포 전단 또는 마멸 작용을 일으키게 한다. 분리기 126의 하단 134는 적당한 전단 작용이 발생할 수 있도록 반응로 96의 액체 레벨 108로부터 충분히 멀리 위치하여야 하다. 바람직하게, 분리기 126의 하단 134는 액체 레벨 108과 반응로 최상단 138사이의 중간쯤에 위치한다.

반응로 96에 있는 과다한 개스 또는 공기는 개스 배출구 140을 통하여 빠져나가, 라인 142를 통한 재순환을 위하여 추출기 92로 급송될 수 있다. 개스 배출구 140은, 개스-액체 유제가 배출구 140으로 들어갈 수 없게 하도록 재순환 반응로 96에서 액체 레벨 108보다 위에 위치한다.

도 2에 도시된 형상은 일반적으로 도 1에 도시된 형상에 대하여 위에서 설명된 방법과 동일한 방법으로 작동한다. 도 1의 실시예에서와 같이, 재순환 반응로 96의 작업 용량에 대한 펌핑 용량의 비율 또는 재순환 펌프 118의 펌프 속도는 바람직하게 약 2대 1과 약 3대 1 사이의 범위내에 있으며, 분리기 126으로부터 나오는 오버플로우 흐름에 대한 분리기 126으로부터 나오는 언더플로우 흐름의 속도 비율은 바람직하게 약 2대 1과 약 4대 1 사이의 범위내에 있다. 도 2에 도시된 실시예 사이의 제1의 차이점은 보다 더 간결한 배치를 가능하게 하기 위하여 예비 기포 생성 수단이 재순환 반응로에 포함된 것이다. 제1실시예에서와 같이, 예비 기포 생성 및 마멸수단을 배치할 수 있는 몇가지 경우가 본 발명에 사용될 수 있으며, 이러한 경우에는 다수의 기포 생성 수단이 직렬 및/또는 병렬로 배치되는 경우도 포함된다. 대체 방법으로, 도 2에 도시된 장치 90은 추가의 예비 기포 생성 수단없이 사용될 수 있으며, 이 경우, 또다른 기포 생성 장치로부터 나오는 개스-액체 분산물이 아니라, 혼합된 액체 및 개스가 라인 98을 따라 추출기 92 및 충돌 혼합기 94로 공급된다.

이제, 도 3을 참조하면, 본 발명에 따라 개스-액체 유제를 지속적으로 생성하는 방법의 단계에 대하여 일반적으로 개괄하는 흐름도가 있다.

단계 200에서, 액체 및 개스 공급이 이루어진다. 다양한 개스 및 액체가 위에서 설명된 바와 같이 본 발명에 사용될 수 있음이 고려되고, 동 기술에서 통상적으로 사용되는 적합한 수단에 의하여 공급될 수 있다. 그러한 수단의 예로는 도 1에 일반적으로 도시된 개스 및 액체 급송 라인이 있다. 이 단계에서 공급되는 액체는 일반적으로, 위에서 설명된 유형 중 최소한 한가지의 표면활성제를 포함하며, 생산될 개스-액체 유제의 유형 및 유제의 최종 응용분야에 따라 추가의 표면활성제 또는 기타 화학 첨가제를 포함할 수 있다.

단계 210에서, 불안정한 개스-액체 산포물이 생성된다. 바람직하게, 단계 210은, 기포를 분쇄하거나 전단하는 제1예비 기포 마멸 수단을 사용하여, 단계 200에서 공급된 개스 및 액체로부터 제1단계 산포물을 생성함으로써 달성되고, 제1단계 산포물은 일반적으로 굵고, 비교적 큰 기포 크기 및 비교적 짧은 반-수명을 가지고 있다. 사용된 예비 기포 마멸 수단은 장치 10 및 장치 90에 대한 설명에서 상술된 종류의 것이다. 단계 210은 또한 바람직하게, 좀더 미세한 또는 작은 기포 크기를 가진 제2단계 불안정한 개스-액체 산포물을 생성하는 공정을 포함한다. 제2단계 불안정한 산포물은 제2예비 기포 분쇄 수단 또는 장치에 의하여 제1단계 산포물로부터 생성된다.

단계 220에서, 불안정한 개스-액체 산포물은 안정한 유제가 생성되는 재순환 반응로 또는 탱크로 급송된다. 상술된 장치 10 및 90에서와 같이, 재순환 반응로는 바람직하게 반응로 내에서 액체 레벨을 모니터하고 조절하는 수단을 포함한다.

단계 230에서, 안정한 유제는 재순환 펌프 수단에 의하여 재순환 반응로로부터 이탈된다. 바람직하게, 재순환 펌프는 약 2대 1과 약 3대 1 사이의 범위 내에서 재순환 반응로의 작업 용량에 대한 비율을 가진 펌프 속도를 가진다.

단계 240에서, 예정된 물리적 및 화학적 특성을 가진 최종 유제품은 원심 분리 수단에 의하여 안정한 유제로부터 분리되고, 반-유제는 재순환 반응로로 복귀되거나 재순환된다.

일반적으로, 분리 수단은 최종 유제를 저압 오버플로우 흐름으로서 사이클론으로부터 이탈하게 하고, 반-유제를 가압 언더플로우로서 재순환 반응로로 이탈하게 하거나 복귀시키게 하는 사이클론형 장치이다. 바람직하게, 언더플로우 속도와 오버플로우 속도는 약 2대 1과 약 4대 1사이의 범위에 있는 비율을 가진다. 반-유제는 재순환 반응로에 재순환되거나 복귀되면서 전단 또는 마멸 효과를 일으킨다. 그리하여, 단계 220의 안정한 유제의 생성은 단계 240으로부터 나오는 반-유제의 재순환 작용에 기인한다. 최종 유제의 물리적 및 화학적 특성은 반응로 작업 용량에 대한 재순환 펌프 속도의 비율에 변화를 줌으로써, 그리고/또는 분리기의 오버플로우에 대한 언더플로우 속도 비율에 변화를 줌으로써 조절되고, 이렇게 조절되면 다음에는 반-유제의 재순환이 일어난다. 최종 유제품은 추가적으로 탈수될 수 있거나 선택적단계(도시되어 있지 않은)에서 과다한 액체를 제거시킨다.

상기에서 개괄 설명되고 도 3에 도시된 본 발명의 방법을 포함하는 단계는 일반적으로 동시에 그리고 지속적으로 시행되어 폐기물 흐름을 처리하거나 기타 산업적 응용 분야에서 사용하기에 적합한 최종 유제를 지속적으로 생성하게 한다.

본 발명의 장치 및 방법으로 이전에는 달성할 수 없었던 수량의 안정한 개스-유제를 지속적으로 생성할 수 있다. 그리하여, 본 발명으로 과거에는 가능하지 않았거나 극히 제한된 규모에서만 가능하였던 많은 응용 분야가 가능하게 된다. 더 자세히 말하자면, 본 발명은 수많은 환경 부유 응용 분야를 가진다. 예를 들면, 발전소 냉각수에 있는 혼탁물의 정화, 용수로부터 하수 찌꺼기의 제거, 차량, 도로, 활주로 및 선박의 세탁 용수로부터 유기물 및 무기물 먼지물질의 제거, 채광 용수로부터 점액물질의 제거, 감자, 공장, 통조림 공장 및 육류 가공 공장과 같은 식료품 가공 흐름으로부터 폐기물질의 제거, 타코나이트 공장 및 아스베스토 가공 공장의 폐기물 흐름으로부터 석면의 제거 및 세탁소 및 페인트 가게의 폐기물로부터 고형물질의 제거가 있다. 이와 유사하게, 액체의 흐름에 시약, 흡착제, 결구제 또는 기타 첨가제를 첨가함으로써 가능하게 되는 본 발명의 몇몇 부유 응용 분야가 있다. 예를 들면, 결구로 형성된 여러 물질들이 명반, 염화 제2철, 점토, 및 기타 결구제 및 폴리일렉트로라이트를 첨가함으로써 제거될 수 있다. 탄화수소 수화물은 급송되는 액체에 염류를 첨가함으로써 용수로부터 제거될 수 있으며, 그런 첨가에 의하여 공항, 철도, 트럭 및 선박 터미널, 산업 공장의 바닥으로부터 나오는 폐수를, 증기 청소 철도 탱크 차량, 탱커, 유조차로부터 나오는 오수를, 그리고 석유 화학 공장 및 시설로부터 일반적으로 나오는 폐기물 흐름을 방류하거나 재순환시킬 수 있다. 미세하게 분산되거나 용해된 탄화수소물, 기름 및 용제 그리고 금속 이온도 또한, 개스-액체 유제를 생성하는데 사용되는 액체 급송 흐름에 적합한 화학 첨가제를 첨가한 부유에 의하여 폐기물 흐름으로부터 제거될 수 있다.

여러가지 분리 공정이 본 발명에서 실시될 수 있으며, 이에는 모주류 또는 용제로부터 발효 제품, 반응 제품 또는 침전물의 분리 및 분쇄 공정에서 생산된 잔재물질의 분리가 포함된다. 본 발명을 사용하여 소비성 포말 제품이 생산될 수 있으며, 이에는 식료품으로서 냉동 포말 제품, 보일러 및 화로 점화용 포말 연료/산화제 혼합 제품, 선박화재, 수경 농장 화재 또는 기타 연소 액체 화재의 소방용 방화 포말제품 및 산업 또는 가정용 응용 분야용 포말 세제가 포함된다. 본 발명을 사용하여 생성되는 거품 및 포말은 또한, 점성 액체 또는 미세한 고형물의 파이프라인 급송에, 열 전달 매체, 건설 자재, 억제성 포말, 부식제로서, 그리고 액체 및 과포화된 용제로 부터 개스를 제거하는데 사용될 수 있다.

따라서, 본 발명에 의하여 안정한 개스-액체 유제를 지속적으로 생성하는 방법 및 장치가 실현되며, 동 방법 및 장치는 저압에서 작동하고, 많은 산업 응용 분야용에 적합한 생산물을 생산하고, 단순하고, 고가가 아닌 장비로 구성되고, 최소의 노동 요건과 에너지 소모 요건을 충족한다. 상기 설명에는 많은 특성들이 포함되어 있지만, 그렇다고 해서, 본 발명의 범위가 그 특성들에 국한되는 것으로 해석되서는 아니되고, 단지 본 발명의 현재의 바람직한 실시예중에서 몇 가지를 도해하는 것으로 해석되어야 한다. 그리하여, 본 발명의 범위는 첨부된 청구 항목 및 동 청구 항목의 법적 동등 항목에 의하여 결정되어야 한다.

본 명세서에서 공개된 발명은 예정된 물리적 및 화학적 성분을 가진, 안정하고 급송가능한 개스-액체 유제를 지속적으로 그리고 산업적 규모로 생성하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 말하자면, 본 발명의 장치는 불안정한 개스-액체 산포물을 안정한 개스-액체 유제로 변환하는 수단, 안정한 유제로부터 예정된 화학적 및 물리적 특성을 가진 최종 유제를 오버플로우 흐름으로서 분리하거나 이탈하게 하고 반-유제를 언더플로우 흐름으로서 반응로 수단에 복귀시키는 수단 및 안정한 유제를 반응로 수단에서 분리 수단으로 급송하는 재순환 펌프를 포함한다. 반응로 수단에 복귀하는 반-유제의 재순환 작용은 안정한 유제를 생산하는 반응로 수단 내에서 기포전단 또는 마멸 효과를 제공한다.

본 발명에 의하여 생산되는 최종 유제품의 생산량은, 외부의 기포 생성 수단에 의하여 예비의 불안정한 개스-액체 산포물이 생산되고 안정한 유제로 변환시키는 반응로 수단으로 급송되는 경우, 증가된다. 그래서, 본 발명은, 또한, 바람직하게, 비교적 굵고, 불안정한 개스-액체 산포물을 생성하여 반응로 수단에 첨가하는 예비 기포 생성 또는 기포-전단 마멸 수단을 최소한 한가지를 포함한다. 바람직하게, 동 예비 기포 생성수단에 쓰이는 액체와 개스를 공급하고 혼합하는 공급 수단도 또한 포함된다.

예에 의하여, 그리고 그 예에 국한되지 않으면서, 재순환 반응로 수단은 바람직하게, 반응로 탱크를 포함하며, 동 탱크에서 전단 또는 마멸작용이 안정한 개스-액체 유제를 생산하는 재순환 작용을 통하여 달성된다. 그런 다음, 반응로 수단에서 생성된 안정한 유제는, 특정의 예정된 물리적 및 화학적 특성을 가진 최종 유제가 지속적으로 이탈하게 되는 원심 분리 수단으로, 재순환 펌프에 의하여 주입된다.

재순환 펌프는 바람직하게, 재순환 작용중에 기포 전단을 추가로 공급하는 임펠러를 가진 포지티브 배수형 펌프를 포함한다. 로터리 배수 펌프는 물론, 베인 또는 무아노형 포지티브 배수 펌프도 또한 재순환 펌프로 사용될 수 있다. 재순환 펌프 속도는 바람직하게, 반응로 수단의 작업용량에 대하여 약 2대 1과 약 3대 1사이의 범위에 있는 비율을 가진다. 분리수단은 바람직하게, 최종 유제품이 오버플로우 생산품 또는 흐름으로서 이탈하게 되고, 반-유제 언더플로우 흐름이 추가로 전단 작용을 받도록 지속적으로 반응로로 재순환되거나 복귀되는 원심 분리기를 포함한다. 반-유제가 반응로 함유물에 충돌하고, 동 충돌결과로 일어나는 전단 작용은 반응로에서 안정한 개스-액체 유제를 생산하는 기포 마멸 작용을 일으킨다. 바람직하게, 언더플로우 대 오버플로우 비율은 약 2대 1과 약 4대 1사이의 범위에 있는 비율을 가진다.

최종 오버플로우 유제품은 균일하고 안정하고 급송가능하며, 특정 비율의 반응로 작업 용량에 대한 재순환 펌핑 속도 및 원심 분리 수단내의 특정 비율의 오버플로우에 대한 언더플로우 비율을 선택함으로써 물리적 성분을 조절할 수 있다. 오버플로우 유제에서 추가로 수분을 제거하거나 액체를 제거하는 것은 최종 유제에서 과다한 액체를 제거하기 위하여 실시될 수 있다.

공급 수단은 바람직하게, 급송 라인에 의하여 액체를 공급하고, 액체에 표면 활성제 또는 기타 성분을 첨가하고 혼합하는 수단을 포함한다. 공급 수단은 일반적으로, 펌프 수단과 동 액체용 조절 발브 및 유량계를 포함한다. 공급 수단은 가압탱크, 저압 송풍기 또는 추출기의 형태로 개스를 공급하고, 또한 유량계와 조절 발브를 포함할 수 있다. 공급수단은 또한 일반적으로, 공급된 액체와 개스를 혼합하는 수단을 포함한다.

굵고, 불안정한 포말 또는 산포물을 생산하는 예비 기포 생성 및 마멸 수단은 정적 혼합기, 애스퍼레이터, 추출기, 구슬 원주, 젯 또는 기타 일반적 포말 생성 수단을 포함할 수 있다. 예비 기포 생성 및 마멸 수단은 서로 흐름을 전달하는 데 있어서 연속적으로 배열되어 있어서, 하나의 그러한 예비 기포 생성 수단으로부터 생성된 산포물은 후속 기포 생성 수단으로, 결국에는 반응로 수단으로 급송된다. 대체 수단으로, 불안정한 산포물을 직접 반응로 수단으로 공급하는 예비 기포 생성 수단이 있다.

재순환 반응로 수단과 원심 분리 수단과 연결하여 예비 기포 생성 및 마멸 수단을 사용하는 것은 원하는 성분을 가진 안정한 개스-액체 유제를 대량으로, 지속적으로 생산하는 경제적 방법이다. 예비 기포 생성 수단에 의한 일련의 단계적 기포 생성이나 기포 연삭은 재순환 반응로 수단에서 일어나는 최종 기포 연삭이나 기포 전단을 용이하게 하여서, 보다 많은 생산량을 가능하게 한다. 한편, 각 단계에서는 전 단계에서 나온 불안정한 산포물내의 기포 크기가 축소된다. 본 발명에는 최소한 2개의 예비 기포 생성 수단이 포함되어 있으며, 혼합된 액체 및 개스가 제1단계의 굵고, 불안정한 개스-액체 산포물 또는 포말이 생성되는 제1예비 기포 생성 및 마멸 수단으로 공급된다. 제1단계 산포물은, 제1단계 산포물보다 더 미세한 제2단계 산포물이 제2예비 기포 생성 수단에서 생성되어 재순환 반응로 수단으로 급송되는 제2예비 기포 마멸 수단으로 급송된다. 추가의 예비 기포 생성 수단은, 최종 유제의 특정 응용 분야 및 생산량 요건에 따라, 보다 더 미세한 그리고 불안정한 산포물을 생산하기 위하여 포함될 수 있다.

본 발명에 의하여 실시된 방법은 일반적으로, 액체 및 개스를 공급하고, 액체에 표면활성제 또는 기타 첨가제를 첨가, 혼합하고, 개스와 액체를 혼합하고, 하나 또는 그 이상의 단계에서 비교적 굵고, 불안정한 개스-액체 산포물을 생성하고, 불안정한 산포물을 재순환 반응로 수단으로 급송하고, 동 반응로에서 안정한 개스-액체 유제를 생성하고, 안정한 유제로부터 예정된 특성의 최종 유제품을 분리하고, 반-유제를 반응로 수단으로 복귀시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 산업상 이용 가능성은 아래와 같은 본 발명의 목적에 대한 논의를 통하여 증명된다.

본 발명의 목적은 설계되고 균일하고 안정하고 급송가능한 개스-액체 유제를 생성하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 특정 산업 폐기물 흐름을 정화하는데 필요한 특정의 원하는 물리적 및 화학적 성분을 공급하는 것으로서, 개스-액체 유제를 생성하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 25gpm 이상의 산출량 속도로 지속적인 유제 생성을 가능하게 하는 것으로서, 개스-액체유제를 생성하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 단순하고, 비싸지 않고 장비가 들고, 최소의 노동과 에너지 소모 요건을 충족하는 것으로서, 개스-액체 유제를 생성하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 작은 공간 요건을 충족하는 것으로서, 개스-액체 유제를 생성하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 산업적 규모로 발생하는 폐기물 흐름을 처리할 수 있는 수량의 안정하고 급송가능한 유제를 공급하는 것으로서, 개스-액체 유제를 생성하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 순환 온도 및 압력에서 작동하는 것으로서, 개스-액체 유제를 생성하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 위험하지 않은 부산물 또는 작업 조건을 생성하는 것으로서, 개스-액체 유제를 생성하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 추가 목적은, 본 발명을 완전히 공개할 목적으로 상세한 설명을 한 본 명세서의 다음 장에서 제시되나, 동 목적에만 국한되는 것은 아니다.

Claims (28)

1. 개스-액체 유제를 생성하는 장치에 있어서,

   (a) 굵고, 불안정한 개스-액체 산포물을 안정한 개스-액체 유제로 변환시키는 재순환 반응로 수단;

   (b) 상기 안정한 개스-액체 유제로부터 미리 설계된 물리적 및 화학적 특성을 가진 최종 유제를 원심력에 의하여 분리하여 이탈하게 하고 반-유제를 상기 재순환 반응로 수단으로 복귀시키는 원심 분리 수단; 및

   (c) 상기 재순환 반응로 수단으로부터 나오는 상기 안정한 유제를 받고, 상기 개스-액체 유제를 상기 원심 분리 수단으로 급송하는 재순환 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 불안정한 개스-액체 산포물을 생산하고, 상기 불안정한 산포물을 상기 재순환 반응로 수단으로 공급하는, 최소한 하나의 예비 기포 생성 및 마멸수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 개스-액체 유제를 생성하는 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 재순환 펌프가, 포지티브 배수 펌프를 포함하며, 상기 재순환 반응로로부터 나오는 상기 안정한 개스-액체 유제를 상기 원심 분리 수단으로 급송하고, 상기 재순환 반응로 수단의 작업 용량에 대하여 약 2대 1과 약 3대 1사이의 비율의 펌핑 용량을 갖는 것을 특징으로 하는 개스-액체 유제를 생성하는 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 최종 유제가 상기 원심 분리 수단에 의하여 상기 안정한 개스-액체 유제로부터 오버플로우 흐름으로서 이탈하며, 상기 반-유제가 상기 원심 분리 수단에 의하여 언더플로우 흐름으로서 이탈하고, 상기 언더플로우 흐름은 상기 오버플로우 흐름에 대한 비율을 약 2대 1과 약 4대 1 사이의 범위 내에서 갖는 것을 특징으로 하는 개스-액체 유제를 생성하는 장치.
5. 제2항에 있어서, 액체 및 개스를 공급하며, 상기 액체와 상기 개스를 혼합하는 수단을 포함하며, 화학 첨가제를 상기 액체에 첨가하는 수단을 포함하며, 상기 액체 및 상기 개스를 상기 예비 기포 생성 수단에 공급하는 공급 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 개스-액체 유제를 생성하는 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 재순환 반응로 수단이 상기 재순환 반응로 수단내의 액체 레벨을 조절하고 모니터 하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 개스-액체 유제를 생성하는 장치.
7. 제1항에 있어서, 과다한 액체를 상기 최종 유제로부터 제거하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 개스-액체 유제를 생성하는 장치.
8. 개스-액체 유제를 지속적으로 생성하는 장치에 있어서,

   (a) 액체 및 개스를 공급하며, 상기 액체 및 상기 개스를 혼합하는 수단을 포함하는 공급 수단;

   (b) 상기 공급 수단에 의하여 공급되는 상기 개스 및 액체로부터 불안정한 개스-액체 산포물을 생산하는 예비 기포 생성 및 마멸수단;

   (c) 상기 예비 기포 생성 수단으로부터 나오는 불안정한 개스-액체 산포물을 안정한 개스-액체 유체로 변환시키며, 재순환 펌프를 포함하는 재순환 반응로 수단; 및

   (d) 상기 안정한 유제로부터 설계된 물리적 및 화학적 특성을 가진 최종 유제를 원심력에 의하여 분리하여 이탈하게 하며, 반-유제를 상기 재순환 반응로 수단으로 복귀시키는 원심 분리 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 재순환 펌프가, 포지티브 배수 펌프를 포함하며, 상기 재순환 반응로로부터 나오는 상기 안정한 개스-액체 유제를 상기 원심 분리 수단으로 급송하고, 상기 재순환 반응로 수단의 작업 용량에 대하여 약 2대 1과 약 3대 1 사이의 비율의 펌핑 용량을 갖는 것을 특징으로 하는 개스-액체 유제를 지속적으로 생성하는 장치.
10. 제8항에 있어서, 상기 최종 유제가 상기 원심 분리 수단에 의하여 상기 안정한 개스-액체 유제로부터 오버플로우 흐름으로서 이탈하며, 상기 반-유제가 상기 원심 분리 수단에 의하여 상기 안정한 개스-액체 유제로부터 언더플로우 흐름으로서 이탈하고, 상기 언더플로우 흐름은 상기 오버플로우 흐름에 대한 비율은 약 2대 1과 약 4대 1사이이의 범위내에서 갖는 것을 특징으로 하는 개스-액체 유제를 지속적으로 생성하는 장치.
11. 제8항에 있어서, 상기 제1예비 기포 생성 및 마멸 수단과 연속적 흐름 전달 관계에 있는 제2예비 기포 생성 및 마멸 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 개스-액체 유제를 지속적으로 생성하는 장치.
12. 제8항에 있어서, 상기 예비 기포 생성 및 마멸수단은 제1기포 생성기와 제2기포 생성기를 포함하고, 상기 제1기포 생성기는 상기 공급 수단으로부터 나오는 상기 액체 및 상기 개스를 받아, 그로부터 제1단계의 불안정하고, 굵은 개스-액체 산포물을 생산하며, 상기 제2기포 생성기는 상기 제1기포 생성기로부터 나오는 상기 제1단계 산포물을 받아, 그로부터 제2단계의 보다 더 미세하고, 불안정한 개스-액체 산포물을 생산하며, 상기 재순환 반응로 수단은 상기 제2기포생성기로부터 나오는 상기 제2단계 산포물을 받는 것을 특징으로 하는 개스-액체 유제를 지속적으로 생성하는 장치.
13. 제8항에 있어서, 상기 재순환 반응로 수단이 상기 재순환 반응로 수단내의 액체 레벨을 조절하고 모니터하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 개스-액체 유제를 지속적으로 생성하는 장치.
14. 제8항에 있어서, 상기 공급 수단이 화학 첨가제를 상기 액체에 첨가하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 개스-액체 유제를 지속적으로 생성하는 장치.
15. 제8항에 있어서, 과다한 액체를 상기 최종 유제로부터 제거시키는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 개스-액체 유제를 지속적으로 생성하는 장치.
16. 개스-액체 유제를 지속적으로 생성하는 장치에 있어서,

    (a) 액체 및 개스를 공급하며, 상기 액체와 상기 개스를 혼합하는 수단을 포함하며, 화학제를 상기 액체에 첨가하는 수단을 포함하는 공급 수단;

    (b) 굵고, 불안정한 제1단계의 개스-액체 산포물을 생산하며, 상기 공급 수단으로부터 나오는 상기 액체 및 상기 개스를 받은 제1예비 기포 생성 및 마멸수단;

    (c) 상기 제1단계의 개스-액체 산포물로부터 제2단계의 보다 더 미세하고 불안정한 개스-액체 산포물을 생산하며, 상기 제1기포 마멸 수단으로부터 나오는 상기 제1단계의 산포물을 받는 제2예비 기포 생성 및 마멸수단;

    (d) 상기 제2단계 개스-액체 산포물을 안정한 개스-액체 유제로 변환시키며, 재순환 펌프에 의하여 기동되며, 상기 재순환 반응로 수단내의 액체 레벨을 모니터하고 조절하는 수단을 포함하고 상기 제2기포 생성 수단으로부터 나오는 상기 제2단계 개스-액체 산포물을 받는 재순환 반응로 수단; 및

    (e) 상기 안정한 개스-액체 유제로부터 최종 유제를 원심력에 의하여 분리하여 이탈하게 하며, 상기 재순환 펌프 및 재순환 반응로 수단으로부터 상기 안정한 개스-액체 유제를 받으며, 상기 안정한 개스-액체 유제로부터 상기 최종 유제를 오버플로우 흐름으로서 이탈하게 하고, 반-유제를 언더플로우 흐름으로서 상기 재순환 반응로로 복귀시키는 원심 분리 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
17. 제16항에 있어서, 상기 재순환 펌프는, 포지티브 배수 펌프이며, 상기 반응로 수단의 작업 용량에 대하여 약 2대 1과 약 3대 1 사이의 비율의 펌핑 용량을 갖는 것을 특징으로 하는 개스-액체 유제를 지속적으로 생성하는 장치.
18. 제17항에 있어서, 상기 언더플로우 흐름은 오버플로우 흐름 속도에 대하여 약 2대 1과 약 4대 1 사이의 범위내의 비율을 갖는 흐름 속도를 갖는 것을 특징으로 하는 개스-액체 유제를 지속적으로 생성하는 장치.
19. 제18항에 있어서, 상기 최종 유제로부터 과다한 액체를 제거하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 개스-액체 유제를 지속적으로 생성하는 장치.
20. 개스-액체 유제를 생성하는 방법에 있어서,

    (a) 최소한 1가지의 표면활성제를 포함하는 특정 액체 및 개스를 공급하게 하는 단계;

    (b) 상기 액체 및 상기 개스로부터 불안정한 개스-액체 산포물을 생성하는 단계;

    (c) 상기 불안정한 산포물을 재순환 반응로로 급송하고 동 반응로에서 상기 불안정한 산포물로부터 안정한 개스-액체 유제를 생성하는 단계;

    (d) 재순환 펌프에 의하여 상기 재순환 반응로로부터 상기 안정한 유제를 이탈하게 하는 단계; 및

    (e) 상기 안정한 유제로부터 예정된 물리적 및 화학적 특성을 가진 최종 유제를 분리하고 반-유제를 상기 재순환 반응로로 복귀시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
21. 제20항에 있어서, 상기 재순환 반응로의 작업 용량에 대하여 약 2대 1과 약 3대 1사이 내에서 비율을 갖는 재순환 펌핑 용량을 가진 포지티브 배수 재순환 펌프에 의하여 상기 이탈 단계(d)가 이행되는 것을 특징으로 하는 개스-액체 유제를 생성하는 방법.
22. 제20항에 있어서, 상기 안정한 유제로부터 상기 최종 유제를 원심력에 의하여 분리하는 원심 분리 수단에 의하여 상기 분리 단계 (e)가 이행되며, 상기 최종 유제는 상기 원심 분리 수단에 의하여 상기 안정한 유제로부터 오버플로우 흐름으로서 분리되며, 상기 반-유제는 상기 원심 분리 수단에 의하여 상기 반응로로 언더플로우로서 복귀되고, 상기 언더플로우 흐름과 상기 오버플로우 흐름은 약 2대 1과 약 4대 1 사이의 범위내에 있는 비율을 가진 흐름 속도를 갖는 것을 특징으로 하는 개스-액체 유제를 생성하는 방법.
23. 제20항에 있어서, 상기 불안정한 개스-액체 산포물을 생산하는 최소한 1개의 예비 기포 생성 및 마멸 수단에 의하여 상기 생성 단계(b)가 이행되는 것을 특징으로 하는 개스-액체 유제를 지속적으로 생성하는 방법.
24. 제3항에 있어서, 상기 생성 단계(b)가

    (a) 제1예비 기포 생성 및 마멸 장치에 의하여 상기 액체 및 상기 개스로 부터 제1단계의 굵고 불안정한 산포물을 생성하는 단계; 및

    (b) 제2예비 기포 생성 및 마멸 장치에 의하여 상기 제1단계 산포물로 부터 제2단계의 보다 더 미세하고 불안정한 산포물을 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 개스-액체 유제를 지속적으로 생성하는 단계,.
25. 제20항에 있어서, 상기 재순환 반응로내의 액체 레벨을 모니터하고 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 개스-액체 유제를 지속적으로 생성하는 방법.
26. 제20항에 있어서, 상기 최종 유제로부터 액체를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 개스-액체 유제를 지속적으로 생성하는 방법.
27. 개스-액체 유제를 지속적으로 생성하는 방법에 있어서,

    (a) 최소한 1가지의 표면활성제를 포함하는 액체 및 개스를 공급하게 하는 단계;

    (b) 상기 제1단계 개스-액체 산포물을 생산하는 제1예비 기포 생성 및 마멸수단으로 상기 액체 및 상기 개스로부터 제1단계의 굵고 불안정한 개스-액체 산포물을 생성하는 단계;

    (c) 상기 제2단계 산포물을 생산하는 제2예비 기포 생성 및 마멸수단으로 상기 제1단계 개스-액체 산포물로부터 제2단계의 보다 더 미세하게 불안정한 산포물을 생성하는 단계;

    (d) 상기 제2단계 산포물을, 반응로내의 액체 레벨을 모니터하고 조절하는 수단을 포함한 재순환 반응로로 급송하고 동 반응로에서 안정한 개스-액체 유제를 생성하는 단계;

    (e) 약 2대 1과 약 3대 1 사이에서 상기 반응로의 작업 용량에 대한 비율을 가진 재순환 펌프 속도를 가진 포지티브 배수 재순환 펌프로 상기 재순환 반응로로부터 상기 안정한 개스-액체 유제를 이탈하게 하는 단계; 및

    (f) 상기 안정한 개스-액체 유제로부터 상기 최종 유제를 이탈하게 하는 원심 분리 수단에 의하여 상기 안정한 개스-액체 유제로부터 예정된 물리적 및 화학적 특성을 가진 최종 유제를 분리하며, 상기 최종 유제는 상기 원심 분리 수단에 의하여 상기 재순환 유제로부터 오버플로우 흐름으로서 분리되며, 상기 원심 분리 수단은 반-유제를 언더플로우 흐름으로서 상기 재순환 반응로로 복귀시키고, 상기 언더플로우 흐름과 상기 오버플로우 흐름은 약 2대 1과 약 4대 1 사이의 범위내의 비율을 갖는 흐름 속도를 갖는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
28. 제27항에 있어서, 단계(f)에서, 상기 반-유제를 상기 반응로로 상기와 같이 복귀시킴으로써 단계(d)에서 상기 안정한 유제를 상기와 같이 생성하는 것을 특징으로 하는 개스-액체 유제를 지속적으로 생성하는 방법.