KR20000007555U - 열교환기를 흡착탑으로 이용한 흡착분리법의 공정 성능향상구조 - Google Patents

Abstract

본 고안은 열교환기를 이용하여 가압-흡착-세정 단계에서는 흡착열을 제거하고 탈착 단계에서는 탈착에 필요한 열을 공급해 주는 것에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 관통형과 판형의 열교환기를 흡착탑으로 이용함으로써 흡·탈착을 용이하게하여 동력비를 줄여 공정의 경제성을 향상시킴과 흡착단계에 발생하는 열을 탈착단계에 유입시켜 탈착량을 증가시키거나 반대로 탈착단계에서 생성된 저온을 흡착단계에 유입시켜 흡착량을 증가시킬 수 있는 열교환기를 흡착탑으로 이용한 흡착분리법의 공정 성능 향상구조에 관한 것이다.

본 고안은 관통형 및 판형 열교환기를 이용하는 방법과 흡착탑 상·하부에 충진물을 삽입하는 방법, 또한 흡착탑의 흡착제 내부에 충진물을 삽입하는 방법을 이용한 것이다.

Description

열교환기를 흡착탑으로 이용한 흡착분리법의 공정 성능 향상구조

본 고안은 열교환기를 이용하여 가압-흡착-세정 단계에서는 흡착열을 제거하고 탈착 단계에서는 탈착에 필요한 열을 공급해 주는 것에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 관통형과 판형의 열교환기를 흡착탑으로 이용함으로써 흡·탈착을 용이하게하여 동력비를 줄여 공정의 경제성을 향상시킴과 흡착단계에 발생하는 열을 탈착단계에 유입시켜 탈착량을 증가시키거나 반대로 탈착단계에서 생성된 저온을 흡착단계에 유입시켜 흡착량을 증가시킬 수 있는 열교환기를 흡착탑으로 이용한 흡착분리법의 공정 성능 향상구조에 관한 것이다.

일반적으로, 기체혼합물 중 강흡착 성분을 회수하는 흡착 공정은 크게 가압-흡착-세정-탈착단계로 나누어져 있다. 기체는 흡착시 열을 방출하고 탈착시 열을 흡수한다. 따라서, 가압-흡착-세정 단계에서는 흡착에 의하여 열이 방출되어 흡착탑 내부의 온도가 상승하며, 탈착 단계에서는 반대로 온도가 하강한다. 흡착량은 온도 증가에 따라 감소하므로 흡착단계에서 온도 상승은 흡착을 방해하며 탈착단계에서 온도 하강은 탈착을 방해한다.

따라서, 흡착단계에서 더 많이 흡착시키기 위해서는 더 높은 압력을 가해주어야 하며 반대로 탈착단계에서는 더 낮은 압력을 유지하여 주어야 한다.

이러한 문제점들은 흡착단계에서 압축기, 탈착단계에서 진공펌프의 동력비를 증가시키게 된다.

기존 공정에서는 빈 통에 흡착제를 채워 흡착탑으로 사용해 왔다. 즉, 가압-흡착-세정단계에서 흡착에 의하여 발생된 열을 효과적으로 제거해 주지 못했으며 탈착시 필요한 열을 공급해 주지 못하는 문제점이 있었다.

본 고안은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 그 목적은 열교환기를 이용하여 흡·탈착을 용이하게하여 동력비를 줄여 공정의 경제성을 향상시킬 수 있는 열교환기를 흡착탑으로 이용한 흡착분리법의 공정 성능 향상구조를 제공하는 것이다.

본 고안은 상기한 목적을 달성하기 위하여 관통형 및 판형 열교환기를 이용하는 방법과 흡착탑 상·하부에 충진물을 삽입하는 방법, 또한 흡착탑의 흡착제 내부에 충진물을 삽입하는 방법을 이용함으로 흡·탈착을 증가시킬 수 있는 것을 제공함에 의해 달성된다.

도 1 은 본 고안의 관통형 열교환기를 흡착탑으로 이용하는 방법

도 2 는 본 고안의 판형 열교환기를 흡착탑으로 이용하는 방법

도 3 은 본 고안의 탑 위아래 부분에 충진물을 삽입하는 방법

도 4 는 본 고안의 탑 내부에 충진물을 삽입하는 방법

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(10) : 관통형 열교환기 (11) : 열교환기의 관

(12) : 열교환기의 통 (13) : 관 입출구

(14) : 통 입출구 (20) : 판형 열교환기

(21) : 판 (31) : 충진물

(32) : 흡착제 (33) : 분리판

(42) : 입자형 충진물 (43) : 막대형 충진물

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 구성 및 작용을 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 고안의 관통형 열교환기를 흡착탑으로 이용하는 방법을 도시한 것으로서, 관통형 열교환기(10)는 다수개의 열교환기의 관(11)과 이 관(11) 외부에 열교환기의 통(12)이 형성되고 열교환기의 관(11)과 그 외부인 열교환기의 통(12)에 모두 흡착제(도시하지 않음)가 채워져 있으며 상기 각각의 관(11)들은 서로 관 입출구(13)에서 연결되어 있으며 열교환기의 통(12) 부분의 통 입출구(14)와 분리되어 있다.

상기, 열교환기의 관(11) 부분과 열교환기의 통(12) 부분에 흡착제를 채우고 흡착탑으로 사용하면 열교환에 의해 성능이 향상된다. 즉, 흡착공정 주기 중의 한 단계에서 열교환기의 관(11) 부분이 흡착이 진행될 때 열교환기의 통(12) 부분은 탈착이 진행되도록 조작한다. 그러면, 열교환기의 관(11) 단계에서 형성된 열이 열교환기의 통(12) 부분으로 전달되어 흡착과 탈착이 동시에 향상된다. 흡착공정 주기의 다른 부분에서는 반대로 열교환기의 관(11) 부분이 탈착이 진행되면 열교환기의 통(12) 부분은 흡착이 진행되어 흡착과 탈착이 동시에 향상된다.

도 2 는 본 고안의 판형 열교환기를 흡착탑으로 이용하는 방법을 도시한 것으로서, 이 판형 열교환기(20)는 관통형 열교환기(10)가 가지는 비대칭성을 없애고 열전달을 향상시키기 위하여 도입된 것이다. 즉, 열교환 효과를 최대로 하기 위해서 관통형 열교환기(10)에서 열교환기의 관(11)과 열교환기의 통(12) 부피가 같아야 하는데 실제 설계에서 경우마다 계산을 수행해야 하는 번거로움이 있다.

상기, 도 2에서 A로 표시되어 있는 흡착층들은 한 관으로 연결되어 있으며 마찬가지로 B로 표시되어 있는 층들도 하나의 관에 연결되어 있다. 이 두 부분을 각각 부분 A와 부분 B라 하면 부분 A가 가압-흡착-세정 단계일 때 부분 B는 탈착단계가 되도록 운전한다. 그러면, 부분 A에서 열이 발생하여 판(21)으로 전달되며 다시 부분 B로 전달된다. 관통형에서와 마찬가지로 이러한 열전달은 흡착량과 탈착량을 증가시킨다.

또한, 판의 면에 물결모양의 주름을 만들면 기체상의 열전달이 향상되어 열교환 성능이 우수해질 뿐만 아니라 난류의 발생으로 인하여 흐름 직각방향의 농도 분포도 일정해진다.

도 3 은 본 고안의 탑 위아래 부분에 충진물을 삽입하는 방법을 도시한 것으로서, 탑 상·하부에 흡착하지 않는 충진물(31)을 삽입하고 이 충진물(31) 중앙에 흡착제(32)를 채우며 상기 충진물(31)과 흡착제(32) 사이에 분리판(33)을 사용하여 열교환을 하는 것이다.

탈착단계에서 유출되는 저온의 기체는 충진물(31)과 열교환하여 충진물(31)의 온도를 낮춘다. 가압단계, 흡착단계, 세정단계의 기체들을 탈착단계에 출구로 사용된 부분으로 유입시키면 이 3 단계들의 기체 온도가 낮아지고 이에 따라 흡착량도 증가한다. 또한, 도 1 과 도 2 의 열교환기를 이용하는 방법은 제작 비용의 증가를 유발하는데 비해 도 3 의 방법은 단순한 증가와 여분의 충진물 소비만으로 공정성능을 향상시킨다.

도 4 는 본 고안의 탑 내부에 충진물을 삽입하는 방법을 도시한 것으로서, 탑 내부의 흡착제(32) 중간에 다수개의 입자형 충진물(42)과 막대형 충진물(43)을 삽입한 것이다. 흡착과 세정이 진행되는 동안 탑 내부의 온도가 상승하면 충진물의 온도도 같이 상승한다. 그 이후에 탈착단계가 진행되면 기체의 온도가 하강하지만 여분의 열을 충진물이 공급한다. 충진물의 온도가 낮아져서 여분의 열공급이 중단되면 이젠 충진물의 온도가 하강한다. 탈착단계 이후에 가압단계, 흡착단계, 세정단계가 진행되면 기체의 온도가 상승하는데 이젠 저온의 충진물이 온도를 낮추어주므로 흡착량을 증가시킨다.

본 고안은 기존의 강흡착 물질 회수 공정에 열교환기식 흡착탑을 도입한 것으로 흡착공정의 가장 중요한 비용은 진공펌프에 의한 동력비인데 이러한 열교환 개념을 도입한 흡착탑의 이용은 강흡착 성분의 생산성을 향상시키고 동력비를 절감시키며 결국 전체 공정의 생산성과 운전비용을 절감시킨다. 또한, 상기 방법들은 서로 배타적이지 않으므로 이들 방법을 조합하면 흡착 공정의 성능을 더욱 향상시킬 수 있음과 강흡착 물질의 회수를 위한 공정의 경제성을 향상시킬 수 있도록 한 매우 유용한 고안인 것이다.

Claims (3)

1. 관통형 열교환기(10)는 다수개의 열교환기의 관(11)과 이 관(11) 외부에 열교환기의 통(12)이 형성되고 열교환기의 관(11)과 그 외부인 열교환기의 통(12)에 모두 흡착제(도시하지 않음)가 채워져 있으며 상기 각각의 관(11)들은 서로 관 입출구(13)에서 연결되어 있으며 열교환기의 통(12) 부분의 통 입출구(14)와 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 관통형 열교환기를 흡착탑으로 이용한 흡착분리법의 공정 성능 향상구조.
2. 판형 열교환기(20)의 A와 B로 형성되어 있는 흡착층들은 한 관으로 연결되어 있고 이 A 부분이 가압-흡착-세정단계일 때 B 부분은 탈착단계가 되도록 운전하면 A 부분에서 열이 발생하여 판(21)으로 전달된 상태에서 다시 B 부분으로 전달되며 또한 판(21)의 면에 물결모양의 주름을 형성한 것을 특징으로 하는 판형 열교환기를 흡착탑으로 이용한 흡착분리법의 공정 성능 향상구조.
3. 탑 상·하부에 흡착하지 않는 충진물(31)을 삽입하고 이 충진물(31) 중앙에 흡착제(32)를 채우며 상기 충진물(31)과 흡착제(32) 사이에 분리판(33)을 사용하여 열교환을 함과,

   상기, 탑 내부의 흡착제(32) 중간에 다수개의 입자형 충진물(42)과 막대형 충진물(43)을 삽입한 것을 특징으로 하는 열교환기를 흡착탑으로 이용한 흡착분리법의 공정 성능 향상구조.