KR20000040527A - Gas-liquid separator for separating liquid in gas by use of centrifugal force - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 기체상에 포함된 수분이나 액체를 분리하는 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 일반적인 화학공장에서 탈수장치로 많이 사용되고 있는 녹아웃드럼(knock out drum)의 크기를 혁신적으로 줄일 수 있는 기액분리장치에 관한 것이다.The present invention relates to a device for separating water or liquid contained in the gas phase, and more particularly, gas-liquid separation that can innovatively reduce the size of the knock out drum (knock out drum), which is widely used as a dehydration device in a general chemical factory. Relates to a device.
일반적인 화학공장에서 수증기를 원료로 사용하는 공정이나, 건조공정중에 대기로 방출되면 유해하지만 수분과 함께 제거될 수 있는 물질을 포함하는 경우에 기체상에 포함된 수분이나 액체를 기체로부터 분리하는 공정이 필요할 수 있다.The process of using water vapor as a raw material in a general chemical plant or separating water or liquid contained in the gas phase from the gas when it contains substances that are harmful when released into the air during the drying process but can be removed together with water. It may be necessary.
기상에 포함된 수분을 제거하기 위해서는 분리장치에 도입되는 기체의 온도를 낮추어 수분이 응축되도록 하는데, 통상적으로는 약 60 내지 80℃ 정도로 냉각시킨다. 그러나, 수분의 원활한 제거를 위해서는 수분의 응집이 일어나도록 하는 것이 바람직하다.In order to remove the water contained in the gas phase to lower the temperature of the gas introduced into the separator to allow the water to condense, it is usually cooled to about 60 to 80 ℃. However, in order to smoothly remove water, it is desirable to cause the aggregation of water.
도 1은 종래에 통상적으로 사용되어 오던 기액분리장치를 개략적으로 도시한 것으로서, 철망을 여러겹 겹치거나 복수개의 관통공이 형성된 금속판을 여러겹 겹쳐 제작된 데미스터(demister)를 용기(10)의 상부에 장착함으로써 수분의 응집이 일어나도록 하였다. 그러나, 이 경우 장치비를 절감하기 위하여 용기(10)의 직경을 감소시키면 용기내부에서 기체 유속이 증가하게 되어 수분이 미처 분리되지 않은 채 빠져나가는 경향이 있기 때문에 용기의 직경을 감소시키는데 한계가 있다는 문제점이 있다.FIG. 1 schematically illustrates a gas-liquid separation device that has been conventionally used, and includes a demister made of a plurality of overlapping wire meshes or a metal plate having a plurality of through holes formed therein. By attaching to the water, aggregation of moisture occurred. However, in this case, if the diameter of the container 10 is reduced in order to reduce the apparatus cost, there is a limit in reducing the diameter of the container because the gas flow rate increases in the container and water tends to escape without separation. There is this.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 기액 분리효율의 저하없이 장치의 크기를 혁신적으로 감소시킬 수 있는 기액 분리장치를 제공하는 것이다.Accordingly, the technical problem to be achieved by the present invention is to provide a gas-liquid separation device that can innovatively reduce the size of the device without deteriorating the gas-liquid separation efficiency.
도 1은 종래의 기액분리장치의 구조를 개략적으로 도시한다.1 schematically shows the structure of a conventional gas-liquid separator.
도 2는 본 발명에 의한 기액분리장치의 구조를 개략적으로 도시한다.Figure 2 schematically shows the structure of the gas-liquid separator according to the present invention.
도 3은 본 발명에 의한 기액분리장치에 사용되는 회전유도분리기의 구조 및 작동원리를 도시한다.Figure 3 shows the structure and operating principle of the rotary induction separator used in the gas-liquid separator according to the present invention.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for main parts of the drawings
10, 20... 용기 30... 회전유도체10, 20 ... vessel 30 ... rotating conductor
17, 27... 수위조절기 31... 수직날개17, 27 ... Water level regulator 31 ... Vertical wing
18, 28... 데미스터 32... 회전날개18, 28 ... Demister 32 ... Rotary Wing
22... 상부격실 33... 케이스22.Upper compartment 33.Case
23... 하부격실 36... 중간 분리기23 ... lower compartment 36 ... intermediate separator
24... 회전유도분리기 37... 상부 노즐24 ... rotary induction separator 37 ... top nozzle
25, 40... 격막 38... 액체 응집통25, 40 ... diaphragm 38 ... liquid agglomerates
26... 파이프26 ... pipe
본 발명은 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 기체중에 함유된 액체를 분리하기 위한 기액 분리장치에 있어서, 그 정상부에는 액체가 제거된 기체를 배출시키기 위한 기체 방출구가 위치하는 상부격실; 격막에 의해 상기 상부격실로부터 구분되며, 상기 격막 아래 인접한 위치에 액체를 함유하는 기체를 주입하기 위한 기체 주입구, 그 하단부에는 상기 기체로부터 분리된 액체를 방출하기 위한 액체 방출구 및 상기 액체의 수위를 일정수준으로 유지하기 위한 수위조절수단이 구비된 하부격실; 상기 하부격실의 기체 주입구를 통해 유입된 기체가 상기 상부격실로 유입되도록 상기 격막을 관통하도록 설치되며, 상기 기체의 회전을 유도함으로써 상기 기체중에 함유된 액체를 원심력에 의해 분리하는 회전유도분리기; 및 상기 회전유도분리기를 통과하면서 기체로부터 분리된 수분이나 액체가 상부격실로부터 하부격실로 유입되도록 상기 격막을 관통하여 설치되는 파이프;를 포함하며, 상기 상부격실과 하부격실은 상기 회전유도분리기 및 상기 파이프에 의해서만 서로 소통하는 것을 특징으로 하는 장치를 제공한다.The present invention provides a gas-liquid separator for separating the liquid contained in the gas in order to achieve the above technical problem, the upper portion of the upper compartment for discharging the gas from which the liquid is removed; A gas inlet for injecting a gas containing a liquid at a position adjacent to the bottom of the diaphragm by a diaphragm, and at a lower end thereof, a liquid outlet for discharging a liquid separated from the gas and a level of the liquid A lower compartment having a level control means for maintaining at a constant level; A rotary induction separator installed to penetrate the diaphragm so that the gas introduced through the gas inlet of the lower compartment flows into the upper compartment, and induces rotation of the gas to separate the liquid contained in the gas by centrifugal force; And a pipe installed through the diaphragm such that water or liquid separated from the gas is introduced into the lower compartment from the upper compartment while passing through the rotary induction separator, wherein the upper compartment and the lower compartment are the rotary induction separator and the A device is characterized by communicating with each other only by pipes.
상기 회전유도분리기는, 상기 하부격실로부터 유입되는 기체의 유동을 균일하게 분포시키기 위하여 상기 기체의 유동방향과 일치하도록 일정간격을 두고 양각된 복수개의 수직날개 및, 상기 수직날개를 통과한 기체의 수직상승 유동을 원심력을 갖는 나선형 상승유동으로 변환시킬 수 있는 일정각도의 경사각을 지니도록 양각된 복수개의 회전날개를 구비한 실린더 형상의 회전유도체; 상기 회전유도체를 완전히 포위하면서 소정 높이 연장 설치되며, 그 내벽을 따라 상기 기체의 나선형 상승유동이 갖는 원심력에 의해 기체중에 함유된 액체의 분리가 실시되고 그 외벽에는 분리된 액체의 하강유동이 일어나는 상하단이 개방된 원통형 케이스; 상기 원통형 케이스를 감싸면서 상부격실 내로 연장 설치되며, 그 상단부에는 액체가 분리된 기체를 상부격실내로 도입하는 상부노즐이 구비되고, 그 하단부는 상기 케이스의 외벽을 따라 일어나는 액체의 하강유동을 방해하지 않도록 개방된 원통형상의 액체 응집통; 및 상기 케이스와 상기 상부노즐 사이에 소정거리 이격되어 상기 액체 응집통 내에 설치되는 상하단이 개방된 원통형상의 중간분리기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The rotary induction separator, a plurality of vertical wings embossed at regular intervals to match the flow direction of the gas in order to uniformly distribute the flow of the gas flowing from the lower compartment, the vertical of the gas passing through the vertical wing A cylindrical rotating derivative having a plurality of rotary vanes embossed to have a predetermined angle of inclination capable of converting the upward flow into a spiral upward flow having a centrifugal force; It is installed to extend the predetermined height while completely surrounding the rotary induction conductor, the liquid contained in the gas is separated by the centrifugal force of the spiral upward flow of the gas along the inner wall and the upper and lower ends of the falling flow of the separated liquid occurs on the outer wall Two open cylindrical cases; The cylindrical case is installed to extend into the upper compartment, the upper end of which is provided with an upper nozzle for introducing a gas separated liquid into the upper compartment, the lower end of the liquid flows along the outer wall of the case hinders the flow down Cylindrical liquid agglomerates opened so as not to; And a cylindrical intermediate separator having upper and lower ends opened to be spaced apart a predetermined distance between the case and the upper nozzle and installed in the liquid agglomeration cylinder.
상기 회전날개의 경사각도는 45 내지 60°인 것이 바람직하다.The angle of inclination of the rotary blade is preferably 45 to 60 °.
상기 수위조절 수단은 상기 하부격실의 액체 수위를 탐지하는 수위 탐지기 및, 상기 수위 탐지기로부터 받은 신호에 의해 액체 방출구의 개도를 자동으로 조절할 수 있는 밸브를 포함하는 것이 바람직하다.The level control means preferably includes a level detector for detecting the liquid level in the lower compartment, and a valve capable of automatically adjusting the opening degree of the liquid discharge port by a signal received from the level detector.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명에 의한 기액분리장치의 구조를 개략적으로 도시한다.Figure 2 schematically shows the structure of the gas-liquid separator according to the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 기액분리장치는 용기(20)의 내부를 격막(25)으로 나누어 형성된 상하부 격실(22, 23)과, 하부격실(23)로부터 상부격실(22)을 관통하는 회전유도분리기(24), 회전유도분리기(24)를 통과하면서 분리된 액체를 상부격실(22)로부터 하부격실(23)로 이동시키는 파이프(26) 및 하부격실(23)의 수위조절장치(27)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 하부격실(23)의 격막(25) 아래에는 분리하고자하는 기체를 주입할 수 있는 기체 주입구(11)가 위치하고, 하단에는 수집한 액체를 방출시키기 위한 액체 방출구(12)가 위치한다. 상부격실(22)의 정상에는 수분이나 액체가 제거된 기체를 방출시키기 위한 기체 방출구(13)가 위치한다.As shown in FIG. 2, the gas-liquid separator according to the present invention includes upper and lower compartments 22 and 23 formed by dividing the inside of the vessel 20 into the diaphragm 25, and the upper compartment 22 from the lower compartment 23. Level control of the pipe 26 and the lower compartment 23 for moving the separated liquid from the upper compartment 22 to the lower compartment 23 while passing through the rotary induction separator 24 and the rotary induction separator 24. It is characterized in that it comprises a device (27). A gas inlet 11 for injecting a gas to be separated is positioned below the diaphragm 25 of the lower compartment 23, and a liquid discharge port 12 for discharging the collected liquid is positioned at the bottom. At the top of the upper compartment 22 is a gas outlet 13 for releasing gas from which water or liquid has been removed.
따라서, 본발명의 기액분리장치는 분리용기(20)내에 격막(25)을 설치하여 상하부의 격실(22, 23)로 나누고, 회전유도체 및 응집을 유도하는 케이스를 구비하는 회전유도분리기(24)가 상기 격막(25)을 관통하도록 설치하여, 케이스의 내부에서는 기체가 회전함에 따라 기체와 액체의 비중차에 의해 액체는 케이스의 내벽으로 모여 응집되도록 한다. 응집된 액체는 기체의 상승력에 의해 내벽을 따라 상승하다가 케이스의 상단부에 이르면 그 외벽을 타고 격막쪽으로 떨어지면서 상부격실(22)의 격막(25)위에 모이며, 격막(25)을 관통하여 하부격실(23)로 연결되는 파이프(26)를 통해 하부격실(23)에 모인다. 하부격실(23)에 모인 액체는 수위조절수단(27, 29)에 의해 일정 수위를 유지하면서 하부격실(23) 하부의 액체 방출구(12)로 배출된다.Therefore, the gas-liquid separator of the present invention is installed in the separation vessel 20, the diaphragm 25 is divided into upper and lower compartments (22, 23), the rotary induction separator 24 having a case for inducing a rotating conductor and agglomeration. Is installed so as to penetrate through the diaphragm 25, as the gas rotates inside the case so that the liquid is gathered to the inner wall of the case by the specific gravity difference between the gas and the liquid to aggregate. The agglomerated liquid rises along the inner wall by the upward force of the gas, and reaches the upper end of the case, falls on the outer wall and falls toward the diaphragm, gathers on the diaphragm 25 of the upper compartment 22, and penetrates the diaphragm 25 to the lower compartment. It is collected in the lower compartment 23 through a pipe 26 connected to (23). The liquid collected in the lower compartment 23 is discharged to the liquid discharge port 12 below the lower compartment 23 while maintaining a constant level by the level control means 27 and 29.
회전유도분리기(24)의 상세한 구조는 도 3에 도시된 바와 같다.The detailed structure of the rotary induction separator 24 is as shown in FIG.
회전유도분리기(24)는 실린더의 표면에 수직날개(31) 및 회전날개(32)가 양각되어 있는 회전유도체(30)를 포함하며, 수분 또는 액체를 함유한 기체가 회전유도체(30)와 원통형 케이스(33) 사이의 틈으로 수직날개(31) 및 회전날개(32)를 따라 상승하며, 회전날개(32)의 각도에 의해 기체가 나선형으로 회전하게 된다. 수직날개(31)는 실린더의 하부에 균일한 간격을 두고 기체의 상승방향과 일치하도록 양각되어 하부격실로부터 회전유도분리기로 유입되는 기체가 균일하게 분포되도록 한다. 회전날개(32)는 수직날개(31)의 상부에 위치하며, 균일한 간격을 두고 일정한 경사각을 지니도록 양각되어 수직날개(31)를 따라 상승하는 기체의 모멘텀의 일부를 회전방향으로 변화시켜 원심력을 갖도록 한다. 즉, 원심분리기와 같은 효과에 의해 수분이나 액체가 분리될 수 있다. 상기 회전날개의 경사각은 45 내지 60°가 바람직하다.The rotary induction separator 24 includes a rotary inductor 30 in which a vertical wing 31 and a rotary wing 32 are embossed on a surface of a cylinder, and a gas containing water or liquid is formed in a cylindrical shape with the rotation inducer 30. Ascending along the vertical blade 31 and the rotary blade 32 to the gap between the case 33, the gas is rotated in a spiral by the angle of the rotary blade (32). The vertical wing 31 is embossed to coincide with the upward direction of the gas at equal intervals in the lower part of the cylinder so that the gas flowing into the rotary induction separator from the lower compartment is uniformly distributed. Rotating blade 32 is located on the top of the vertical wing 31, embossed to have a constant angle of inclination at uniform intervals to change a part of the momentum of the gas rising along the vertical wing 31 in the direction of rotation centrifugal force To have. That is, water or liquid can be separated by an effect such as a centrifuge. The inclination angle of the rotary blade is preferably 45 to 60 degrees.
따라서, 원심력을 갖게 된 기체는 케이스(33)의 내벽을 따라 계속 회전하면서 상승한다. 이때, 기체보다 비중이 큰 액체는 원심력이 보다 커지면서 케이스(33)의 내벽으로 모이고, 물과 같은 액체는 표면장력에 의해 서로 응집하여 막을 형성한다. 기체의 회전력은 회전날개의 상부로 뻗어 있는 케이스(33)의 내벽을 따라 계속 유지되어 액체의 분리가 더욱 강화된다.Accordingly, the gas having the centrifugal force rises while continuously rotating along the inner wall of the case 33. At this time, the liquid having a specific gravity greater than that of the gas is collected in the inner wall of the case 33 while the centrifugal force is greater, and the liquid such as water aggregates with each other by the surface tension to form a film. The rotational force of the gas is maintained along the inner wall of the case 33 extending to the upper portion of the rotary blade to further enhance the separation of the liquid.
한편, 도 3에서는 수직 날개가 12개, 회전 날개가 6개 양각된 회전유도체만을 도시하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 기체의 공급유량 및 분리하고자 하는 액체의 함량 등을 고려하여 기체의 회전력에 의한 액체의 원심분리효과가 충분히 나타날 수 있도록 상기 수직 및 회전 날개의 개수나 케이스의 높이 등을 설계하여야 할 것이다.On the other hand, Figure 3 shows only a rotary inductor embossed with 12 vertical wings, 6 rotary wings, but is not necessarily limited to this, in consideration of the gas supply flow rate and the content of the liquid to be separated, etc. The number of vertical and rotary vanes or the height of the case should be designed so that the centrifugal effect of the liquid can be sufficiently exhibited.
기체로부터 분리된 물과 같은 액체는 기체의 상승력에 의해 케이스(33)의 상단부에 이르게 된다. 케이스(33)의 상단부에 도달한 액체는 이를 넘어 케이스(33)의 외벽을 따라 흘러내리게 된다. 케이스(33)의 외벽을 따라 흘러내려 상부격실의 격막(40)에 도달한 액체는 상부격실과 하부격실을 연결하는 파이프(26)에 의해 하부격실에 모인다.The liquid such as water separated from the gas reaches the upper end of the case 33 by the lifting force of the gas. The liquid reaching the upper end of the case 33 flows down along the outer wall of the case 33 beyond this. The liquid flowing down the outer wall of the case 33 and reaching the diaphragm 40 of the upper compartment is collected in the lower compartment by a pipe 26 connecting the upper compartment and the lower compartment.
한편, 케이스(33)를 빠져나온 기체는 원심력을 유지하고 있기 때문에 액체 응집통(38)의 내벽에 충돌하면서 액체가 응집되어 분리되며, 중간 분리기(36)를 통과한 후 기체가 흐르는 단면적이 증가하면서 기체의 유동속도가 감소한다. 속도의 감소와 동시에 상부노즐(37)과 액체 응집통(38)이 연결되어 막혀 있으므로 다시한번 상부에서 막에 부딪혀 액체가 응집되어 분리되고, 액체성분이 제거된 기체는 계속 상승하여 상부노즐(37)을 통해 상부격실로 빠져 나간다.On the other hand, since the gas exiting the case 33 maintains the centrifugal force, the liquid agglomerates and separates while colliding with the inner wall of the liquid agglomeration cylinder 38, and the cross-sectional area through which the gas flows after passing through the intermediate separator 36 increases. While the flow rate of the gas decreases. At the same time as the velocity decreases, the upper nozzle 37 and the liquid agglomerating cylinder 38 are connected and clogged, so once again the liquid is agglomerated and separated from the membrane by hitting the membrane. Exit to the upper compartment through).
다시 도2를 참조하면, 보다 완벽한 수분 또는 액체의 제거를 위하여 상기 회전유도분리기의 상부에 데미스터(28)를 장착하여, 상부노즐(37)을 통과한 기체가 기체방출구(13)로 빠져나가기 전에 한번더 액체의 응집을 유도하는 것도 바람직하다.Referring back to FIG. 2, the demister 28 is mounted on the rotary induction separator in order to more completely remove water or liquid, and the gas passing through the upper nozzle 37 is discharged to the gas outlet 13. It is also desirable to induce agglomeration of the liquid once more before exiting.
하부격실(23)에 모인 수분 또는 액체는 하부의 액체 방출구(12)를 통해 방출된다. 하부격실(23)에는 액체 수위탐지기(27)를 설치하여 자동으로 밸브(29)의 개도를 조절함으로써 하부격실(23)의 수위가 일정하게 유지되도록 하는 것이 바람직하다. 만일 하부격실(23)에 물이나 액체가 없는 상태가 되면 액체 방출구(12)를 통해 기체가 빠져나갈 수 있기 때문이다.Water or liquid collected in the lower compartment 23 is discharged through the liquid discharge port 12 in the lower portion. The liquid level detector 27 is installed in the lower compartment 23 to automatically adjust the opening degree of the valve 29 so that the level of the lower compartment 23 is kept constant. This is because if the lower compartment 23 is free of water or liquid, gas may escape through the liquid discharge port 12.
회전유도분리기의 청소 및 수리를 간편하게 하기 위하여 격막과 회전유도분리기의 접합부분(34)은 나사산으로 가공하여 이들의 조립 및 해체가 용이하도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 기체가 흐를 때 회전유도체(30)가 움직이지 않도록 하기 위하여 케이스(33)와 회전유도체(30)간, 케이스(33)와 액체 응집통(38)간에 볼트(35a, 35b, 35c)로 고정할 수 있다.In order to simplify the cleaning and repair of the rotary induction separator, the junction part 34 of the diaphragm and the rotary induction separator is preferably threaded to facilitate assembly and disassembly thereof. In addition, the bolts 35a, 35b, and 35c are disposed between the case 33 and the rotating conductor 30, and between the case 33 and the liquid agglomeration cylinder 38 so that the rotary conductor 30 does not move when the gas flows. Can be fixed
본 발명의 기액 분리장치를 이용하여 60 내지 80℃로 냉각된 기체로부터 수분을 제거하게 되면 수분제거 효율은 65 내지 90%에 이르며, 동일한 처리용량을 기준으로 할 때 녹아웃드럼의 내경을 1/2로 감소시킬 수 있다.When the water is removed from the gas cooled to 60 to 80 ℃ using the gas-liquid separator of the present invention, the water removal efficiency reaches 65 to 90%, and the inner diameter of the knockout drum is 1/2 based on the same treatment capacity. Can be reduced.
한편, 냉각 기체의 온도에 따라 수분제거 효율이 달라질 수 있는데, 냉각 기체의 온도에 따른 제거효율을 구체적으로 비교하여 보면, 35℃의 경우 출구가스의 상대습도는 약32%이고, 70℃의 경우 출구가스의 상대습도는 약 80%를 나타낸다. 일반적으로 공장에서 사용하는 냉각수의 온도가 30 내지 40℃이므로 열교환기의 크기와 경제성을 고려할 때 기액 분리장치에 주입되는 냉각기체의 온도는 60℃ 정도가 바람직하다.On the other hand, the water removal efficiency may vary depending on the temperature of the cooling gas, when comparing the removal efficiency according to the temperature of the cooling gas in detail, in the case of 35 ℃ relative humidity of the outlet gas is about 32%, 70 ℃ The relative humidity of the outlet gas is about 80%. In general, since the temperature of the cooling water used in the factory is 30 to 40 ℃, considering the size and economical efficiency of the heat exchanger, the temperature of the cooling gas injected into the gas-liquid separator is preferably about 60 ℃.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 기액 분리장치는 원심력을 발생시키는 회전유도 분리기를 사용함으로써 기체내에 포함되어 있는 물과 같은 액체를 원심력을 이용하여 분리한다. 따라서, 동일한 처리용량 및 제거효율을 기준으로 하였을 때 장치의 크기를 1/2로 감소시킬 수 있으며, 그 결과 장치비가 50% 이상 절감될 수 있으며, 부지 소요면적이나 부대시설비용을 절감할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 본 발명에 의한 기액 분리장치는 기체에 포함된 수용성 유해물질도 수분과 함께 용이하게 제거할 수 있다.As described above, the gas-liquid separator of the present invention separates a liquid such as water contained in the gas by using a centrifugal force by using a rotary induction separator that generates centrifugal force. Therefore, based on the same treatment capacity and removal efficiency, the size of the device can be reduced to 1/2, and as a result, the device cost can be reduced by more than 50%, and the required area and additional cost of the facility can be reduced. There is an advantage. In addition, the gas-liquid separator according to the present invention can easily remove the water-soluble harmful substances contained in the gas with water.
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