KR20010052563A - 고체물질의 액체수송 - Google Patents

Abstract

질량교환장치의 액체속의 고체물질조각을 수송하는 방법은, 액체의 교환동작으로 변환되는 톱니형 공기 펄스를 형성하는 것을 포함한다. 이 동작은 물질조각이 램프 위로 이동하도록 하기 위해 경사진 램프의 슬릿에 의해 지향된다. 상기 슬릿은 물질조각의 이동방향에 대하여 예각으로 램프에 배치된다. 상기 방법을 수행하기 위한 장치는, 튜블러 배슬(관형상의 용기; tubular vessel)(1)과, 램프(4) 및 액체의 교환동작을 발생하기 위한 펄스 체임버(14)를 포함한다.

Description

고체물질의 액체수송{Liquid Transport of Solid Material}

가장 진보된 질량교환법은, 고체상과 액체상의 역방향 흐름 동작(counter-current motion)을 포함한다. 이런 방법은 질량교환을 효과적으로 하기에 충분한 고체상과 액체상의 접촉시간을 절감할 수 있다. 그러나, 장치내에서 고체상의 불충분한 평균시간이 있다. 체류시간은 주로 고체상 침전율에 의존하며, 액체 밑으로 장치의 하부에서 고체상의 축적과 관계가 있다 (장치가 관(column)으로 된 장치인 경우에 발생함). 이런 상황은 고체상 배출을 위하여는 복잡하고도 일반적으로 신뢰할 수 없는 유닛(unit)의 발전을 유도하였다.

고체조각의 상승동작은 이들의 배출을 단순화할 수 있으며, 질량교환장치내에서의 이들의 체류시간을 더 넓은 범위로, 게다가 더 단순한 장치에 의해 변환시킬 수 있다.

경사진 표면상의 고체물질조각을 진동여진기 영향하에서 질량교환기의 최상부까지 수송하는 방법은, USSR Authors Certificate No. 648240에 기재되어 있다. 여기에서, 고체물질조각은 이것의 운동방향에 대한 각도로 진동되는 경사진 표면상에 배치된다.

이 방법은 액체상과 고체상의 역방향 흐름 동작의 가능성을 허락하지만, 그러나 공격적인 공정 환경에 노출된 이동부분의 존재로 인해, 상기 방법이 대규모 조건하에서 수행되는 것을 매우 어렵게 한다. 게다가, 이런 진동운동을 진행하고 있는 장치에 의해 입구 파이프와 출구 파이프와의 확실한 연결을 보장하기가 어렵다. 여진기 질량의 증가에 의해 진동이 급격하게 증가함에 따라, 진동을 발생하는 한정된 질량을 진동자원이 가져야한다는 것은 명백한 일이다. 그 결과, 장치는 작은 치수를 가져야 하며, 따라서 처리량이 낮아지게 된다.

질량교환공정중에, 분리된 고체물질을 고체상과 액체상의 역방향 흐름 동작에 의해 수송하는 방법, 및 펄스 수송자가, EP 0358354A로부터 공지되어 있다. 이 장치는 일반적으로 V자형의 송수관(duct)을 포함한다. 상기 V자형의 송수관은 액체를 함유하기에 적합하며, 수송될 상부 말단 물질을 수용하는 입구와 처리된 물질을 방출하는 출구를 갖는다. 상기 출구는 상기 입구 개구부 아래의 기부에 의해 입구에 연결된다. 배출 송수관에 의해 대상물을 위치변경하기 위하여 액체에 압력펄스를 띄엄띄엄 인가하는 방법이 제공된다. 대상물의 수송은, 송수관의 입구와 출구에서 고체특성의 차이와 액체 맥동의 결과이다.

수송설계의 단순함과, 이동 구조 요소의 부재가, 중요한 이점이 되지만, 복수개의 이런 수송자가 서로 연속하여 배열함으로써, 상당한 질량과 밀도를 갖는 액체와 고체물질조각과의 사이의 질량교환을 효과적으로 이루기에 충분하도록 액체속의 고체체류기간을 제공하는 것을 바람직하다. 그 결과, 장치의 신뢰성이 감소되며, 기술 장치 크기가 확대된다.

공기 펄스 파워(pneumatic pulse power)를 이용하여 액체속의 고체상을 수송하는 방법 및 장치가 USSR ac N 874093으로부터 공지되어 있다. 이 방법에서, 액체 교환은 톱 형상의 펄스의 작용하에서 발생된다. 기동력(공기 펄스의 작용하에서 운동중에 액체의 고속 압력)은 중력, 장치벽에 대한 고체의 마찰 및 국부적 손상을 원인으로 하는 저항력을 극복한다. 그 결과, 고체물질은 액체흐름에 대하여 역방향 흐름으로 위쪽으로 옮겨진다. 상기 장치는, 액체상을 포함하는데 적합한 V자형의 송수관; 수송될 대상물을 수용하며 펄스 발생기와 연결되어 있는 입구; 및 고체출구를 포함한다.

장치설계의 단순함과, 고체조각 또는 처리액체에 노출되어 있는 이동 요소의 부재가 이점이 된다. 그러나, 상기 방법은 상당한 질량과 밀도를 갖는 고체물질의 수송을 발생하는데에 있어서는 효과적이지 않는데, 이는 조각의 침전속도가 상승속도와 동일하게 되는 경우에 고체조각이동이 정지되기 때문이다.

본 발명은 고체물질의 액체수송에 관한 것으로, 예를 들어, 세정, 거르기 및 용해 등의 고체상과 액체상간의 질량교환법의 기술을 포함한다. 본 발명은 방사화학, 화학, 하이드로메탈러지컬(hydrometallurgical) 및 다른 산업분야에서 이용될 수 있다. 본 발명은 길이가 폭의 3∼5배가 되는 원통형 블록의 형태를 가지며, 상당한 밀도와 수십 그램까지의 질량을 갖는 고체물질의 처리를 위한 효율적인 공정을 제공할 수 있다. 상기 처리는, 예를 들어, 지방질 오염물을 제거함으로써 금속물품을 세정한다던가 또는 물질조각을 여과하는 데에 쓰일 수 있다.

이하, 본 발명의 본질을 더 잘 이해하기 위하여, 역방향 흐름 질량 교환중에 고체물질조각을 수송하는 장치 및 방법에 대한 구현예를 실시예와 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도1은 액체속의 고체물질을 수송하는 본 발명에 따른 장치의 횡단면도이다.

도2는 선 A-A를 따라서 절단한 도1에 나타낸 장치의 단면도이다.

도3은 상기 장치의 상면도이다.

도4는 도1의 장치의 램프 조각을 나타낸 것이다.

도5는 동시에 펄스된 젯트의 영향하에 있는 고체물질동작을 나타낸 것이다.

도6은 대향하는 방향의 그룹에서 펄스화된 젯트의 영향하에 있는 고체물질동작을 나타낸 것이다.

도7은 연속파방식으로 펄스화된 젯트의 영향하에 있는 고체물질동작을 나타낸 것이다.

본 발명은 "고체-액체" 시스템에서 역방향 흐름 질량교환을 개선하는 방법 및 질량교환공정중에 액체속의 고체물질조각을 수송하는 장치를 제공한다.

본 발명의 한 측면에 따르면, "고체-액체" 시스템의 역방향 흐름 질량 교환을 개선하는 방법이 제공되어 있다. 상기 방법은, 상기 장치내에 톱니형 공기 펄스(sawtooth pneumatic pulses)를 형성하는 것; 및 상기 펄스를, 액체의 교환동작, 및 경사진 램프를 따라서 윗쪽으로 물질조각을 이동하는 것으로 전환하는 것;을 포함하며, 상기 액체의 교환동작은 물질조각의 이동방향에 대하여 예각으로 램프의 슬릿에 의해 지향되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 액체교환은 플랫 젯트의 형상으로 상기 예각으로 지향되는 것이 좋다.

바람직하게는, 상기 플랫 젯트는 상기 장치의 길이를 따라서 분포된 구역에 배치되는 것이 좋다.

바람직하게는, 상기 플랫 젯트는 압력 펄스 상 동안에 상기 고체 조각 동작에 대하여 예각으로 윗쪽으로 기울어지게 지향되는 것이 좋다.

상기 방법의 특정 실시예에서, 상기 플랫 젯트는 실질적으로 상기 장치의 전체 길이에 걸쳐서 동시에 형성된다.

상기 방법의 다른 실시예에서, 상기 플랫 젯트는 역상 모드로 이웃하는 구역에 형성된다.

상기 방법의 또 다른 실시예에서, 상기 플랫 젯트는 연속파(running wave) 방식으로 형성된다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 질량교환공정중에 액체속의 고체물질조각을 수송하는 장치가 제공되어 있다. 상기 장치는, 튜블러 배슬(관형상의 용기; tubular vessel)과, 상기 배슬 내부에 배치된 램프와, 상기 배슬에 물질을 충전하며 또 상기 배슬로부터 물질을 배출하기 위한 각각의 입구와 출구, 및 액체의 교환동작을 발생하기 위한 펄스 체임버를 포함하며, 상기 장치는 고체조각의 운동방향에 대하여 예각으로 액체의 교환동작을 지향하게 하기 위하여 램프의 슬릿을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 플랫 베인은 슬럿화된 노즐을 형성하는 것이 좋다.

바람직하게는, 상기 슬럿화된 노즐은 상기 노즐을 가로질러 배치된 슬리브(sleeve)에 의해 제공되는 것이 좋다.

바람직하게는, 상기 하부영역은 횡방향 칸막이에 의해 복수의 구역들로 분할되며, 이들 각각은 파이프에 의해 펄스 체임버에 연결되어 있는 것이 좋다.

바람직하게는, 그리드(grid)가 램프의 이웃하는 구역들 사이에 위치되어 있는 것이 좋다.

도1∼도4에 관하여 설명하면, 본 발명에 따른 장치는 램프(ramp) 4에 의해 상부영역 2와 하부영역 3으로 세분되어 있는 튜불라 배슬(관형상의 용기; tubular vessel) 1을 포함한다. 상기 램프 4는, 측면방식으로 한 측에 배치되어 있으면서 수평면에 대하여 5∼85도의 각도로 경사져 있는 슬릿 노즐(slit nozzles) 6을 형성하는 플랫 베인(flat vanes) 5에 의해 형성된다. 체(sieve) 또는 그리드(grid) 7은, 램프 4상의 고체물질조각을 유지하기 위하여 이웃하는 베인 5와의 사이에 설치된다. 다양한 파이프가 상부영역 2를 연결한다. 파이프 9는 고체충전 및 액체배출을 위한 입구 개구부 15를 갖는다. 파이프 17은 장치를 통한 가스 블로우(gas blowing)를 위한 것이다. 파이프 10은 처리된 고체물질을 배출하기 위한 것이며, 파이프 16은 신선한 용액(액체상)을 공급하기 위한 것이다. 하부영역 3은 횡방향 칸막이 11에 의해 짝수의 섹션들 12로 나뉘어 진다. 상기 각각의 섹션은 파이프 13을 통하여 이들 자신의 펄스 체임버(pulse chamber) 14와 교통하며, 상기 펄스 체임버는 펄스 발생기 (도시하지 않았음)에 차례로 연결되어 있다. 펄스 체임버의 개수는 튜불라 배슬 1의 길이에 의존하지만, 그렇지만 짝수이다.

상기 장치는 다음과 같이 작동된다. 상기 장치는 파이프 16을 통하여 설정된 유속으로 액체시약으로 충전된다. 고체물질은 상부영역 2로 파이프 16을 통하여 공급된다. 소정의 파라미터 (압력, 주기 및 가스공급과 가스배출시간의 비율)을 갖는 공기 펄스가 펄스 체임버 14에 포함된 액체에 인가된다. 이들 공기 펄스의 영향하에서, 소정의 부피의 액체는 펄스 체임버 밖으로 강제로 나오게 되며 파이프 13을 통과하여 대응하는 섹션 12를 통과한다. 그런다음, 이 액체는 노즐 6과 그리드 7을 통과하며, 이에 의해 플랫 제트로 변형되며 상부영역 2를 통과한다.

상부영역 2의 과잉액체는, 블로우 스루 파이프(blow through pipe) 15에서 자유공간을 채운다. 이때, 액체고속압력은 고체물질 8에 작용하는 중력을 극복하며, 후자(고체물질 8)는 그리드 7을 벗어나서, 일정높이로 들여 올려져서 램프 4의 이웃하는 노즐로 수송된다.

다음 순간, 소비된 압축공기가 맥동장치(pulsator)의 작용하에서 펄스 체임버 14로부터 해방된다. 그 결과, 액체는 동일한 루트(route)에 의해 펄스 체임버 14로 되돌아 가서 이들의 초기 레벨까지로 펄스 체임버를 충전한다.

동시에, 고체조각은 역방향 동작에 의해 그리드 7에 대항하여 압착되어 정지상태가 된다. 따라서, 고체물질조각 8은 램프 위로 소정의 주기로 위치변경되며, 파이프 10을 통하여 배출된다. 액체는 고체물질을 향하여 역방향으로 흘러 이동하며, 파이프 15를 통하여 장치를 떠난다.

도5에 나타낸 본 발명의 일 실시예에 있어서, 모든 펄스 체임버 14는 단일의 펄스 발생기로부터 동시에 작용한다. 그 결과, 플랫 젯트는 장치길이를 따라서 동시에 형성되며, 모든 고체물질은 램프 4를 벗어나며 윗쪽으로 순방향으로 위치변경된다(도5의 "a" 위치). 그런다음, 상기 고체물질 8은 역방향 흐름에 의해 정지상태가 된다(도5의 "b" 위치). 본 발명의 이들 실시예는, 고체물질이 장치길이를 따라서 아주 소형의 층으로서 배치되는 경우 특히 효과적이다.

도6에 나타낸 본 발명의 실시예에 있어서, 홀수의 펄스 체임버들 14는 단일의 펄스 발생기로부터 동시에 동작한다. 상기 홀수의 섹션들 위로 배치되어 있는 고체물질은, 상기 홀수의 섹션들(도6의 "a" 위치)에서의 플랫 젯트의 형성 때문에 이동하기 시작한다. 동시에, 모든 짝수의 펄스 체임버들 14는 역상 모드(counter-phase mode)로 단일의 펄스 발생기로부터 동시에 동작함으로써 액체를 반환하는 한편, 소비된 가스는 펄스 체임버 밖으로 (도6의 "b" 위치) 배출된다. 짝수의 섹션들 위로 배치되어 있는 고체물질조각 8은 정지상태가 된다. 본 발명의 이들 실시예는, 고체물질을 장치길이를 따라서 박층으로서 배치한 경우에 특히 효과적이다.

도7에 나타낸 본 방법의 실시예에 있어서, 펄스 체임버 14는 소정의 프로그램에 따라서 "연속파(running wave)" 방식으로 연속적으로 동작한다. 도7의 a, b, c, d 위치는, 제트가 배슬의 첫째, 둘째, 셋째 및 넷째의 섹션에 각각 형성되어 있는 경우에 그 상황을 나타낸다. 고체물질조각은 램프의 이들 섹션에서 수송되며, 이들의 펄스 체임버는 그때 동작하여 플랫 젯트를 형성한다. 본 방법의 이 실시예는, 장치의 길이방향을 따라서 고체물질이 각각의 더미로서 배치되어 있는 경우에 특히 효과적이다.

실시예

지방질 오염물이 있는 성형된 원통형상의 물질을 세정하도록 세 가지의 실험을 수행하였다. 모든 실험에 있어서, 시료들은 다음과 같은 특성을 갖는다 : 질량 : 6, 10, 20, 30. 36 그램, 길이 : 55㎜, 직경: 12㎜. 상기 장치는 도1에 나타낸 바와 같다. 이것의 길이는 2400㎜이고, 폭은 150㎜이며, 램프 베인간의 거리는 7㎜이다.

실험 1

탈지용액(degreasing solution)을 장치에 부은 다음, 펄스 발생기를 스위치 온하여, 가스배출시간에 대한 가스공급시간의 비율이 0.2/0.5인 톱 형상의 압축된 공기 펄스를 발생하였다. 각각의 네 개의 펄스 체임버에서 최대 압력의 공기 (Pmax)는 0.065 MPa이었다. 고체시료를 램프의 하부에 100 피스(pieces)/분의 속도로 3∼4 피스 직경의 층 두께로 충전하였다. 램프를 따라서 시료가 출구까지 이동한 통과시간을 기록하였다. 튜블러 배슬에 포함된 처리용액속의 시료에 대한 평균보유시간은 15분으로 기록되었다.

실험 2

시료 충전 속도는 40 unit/min이었고, 층 두께는 시료 직경과 동등하였다. 가스배출시간에 대한 가스공급시간의 비율은 0.3/0.3이었다. 압축된 공기 펄스 (Pmax=0.060 MPa)가 처음에는 홀수의 펄스 체임버들에 0.3초동안 공급되며, 그런 다음 짝수의 체임버들에게 같은 시간동안 공급된다. 상기 짝수의 체임버들은 블로우 스루 시스템(blow-through system)에 연결되었으며, 사이클이 반복되었다. 보유시간은 20분으로 기록되었다.

실험 3

시료 충전 속도는 20 unit/min이었고, 가스배출시간에 대한 가스공급시간의 비율은 0.2/2.5이었다. 전자명령장치(도시하지 않았음)의 제어하에 연속파 방식으로 차례차례로 동작되는 네 개의 펄스 발생기들에 의해, 펄스 체임버에 포함된 처리용액에, 압축된 공기 펄스 (Pmax=0.064 MPa)가 연속적으로 공급된다. 보유시간은 22min(분)으로서 기록되었다.

Claims (12)

1. 질량교환장치내에 톱니형 공기 펄스(sawtooth pneumatic pulses)를 형성하는 것; 및 상기 펄스를, 액체의 교환동작, 및 경사진 램프를 따라서 윗쪽으로 물질조각을 이동하는 것으로 전환하는 것;을 포함하는, 상기 장치의 액체속의 고체물질조각을 수송하는 방법에 있어서,

   상기 액체의 교환동작은 물질조각의 이동방향에 대하여 예각으로 램프의 슬릿에 의해 지향되는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 액체는 플랫 젯트의 형상으로 상기 예각으로 지향됨을 특징으로 하는 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 플랫 젯트는 상기 장치의 길이를 따라서 분포된 구역에 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 플랫 젯트는 실질적으로 상기 장치의 전체 길이에 걸쳐서 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 플랫 젯트는 역상 모드로 이웃하는 구역에 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 플랫 젯트는 연속파(running wave) 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 튜블러 배슬(관형상의 용기; tubular vessel)과, 상기 배슬 내부에 배치된 램프와, 상기 배슬에 물질을 충전하며 또 상기 배슬로부터 물질을 배출하기 위한 각각의 입구와 출구, 및 액체의 교환동작을 발생하기 위한 펄스 체임버를 포함하는, 질량교환공정중에 액체속의 고체물질조각을 수송하기 위한 장치에 있어서,

   상기 장치는 고체조각의 운동방향에 대하여 예각으로 액체의 교환동작을 지향하게 하기 위하여 램프의 슬릿을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 배슬은 수평면에 대하여 5∼60도의 각도로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 램프는 상기 배슬의 길이를 따라서 배치된 복수개의 플랫 베인의 형상으로 있는 것을 특징으로 하는 장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 플랫 베인은 상기 배슬의 길이방향의 축에 대하여 5∼45도의 각도로 있으며, 또 상기 베인은 상기 배슬을 상부영역과 하부영역으로 분할하는 것을 특징으로 하는 장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 하부영역은 횡방향 칸막이에 의해 복수의 구역들로 분할되며, 이들 각각은 파이프에 의해 펄스 체임버에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 그리드(grid)가 램프의 이웃하는 베인들 사이에 위치되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.