KR20030038772A - 열전달 장치 - Google Patents

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KR20030038772A
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우에다히로아키
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간사이가가쿠기카이세이사쿠가부시키가이샤
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Abstract

교반 탱크, 교반 탱크의 탱크 벽을 따라 액체를 순환시키는 액체 순환 수단 및 당해 교반 탱크 내에 설치되어 있는 1개 이상의 보조 열전달 수단을 포함하는 열전달 장치로서, 보조 열전달 수단이 항상 습윤 상태로 있다.

Description

열전달 장치{Heat transfer device}
일반적으로, 농축장치는 벽면 외부의 재킷 또는 장치 내부의 코일에 열 매체를 통과시켜 액체에 열을 전달하며 액체를 증발시키는 형식의 것이 많다. 이러한 농축장치에서 코일 등의 가열부가 액면보다 위에 있는 경우에는 액체에 열이 전달되지 않으므로 효과적으로 열을 이용할 수 없을 뿐만 아니라 액체와 공간의 경계면에서 눌어붙기가 쉬우며 부착물이 퇴적하여 소성 부착이 일어나서 세정이 곤란해지는 경우가 많다.
이러한 결점을 해소하기 위해, 예를 들면, 일본 공개특허공보 제(평)6-335627호에는 액체를 농축장치의 내벽면에 분출시켜 열전달 면적을 확대시키는 장치가 제안되어 있다. 이러한 장치는 증발 면적을 확대시킴으로써 증발 효율이 크게 개량되는 동시에 내벽면을 항상 습윤면으로 되도록 함으로써 액체와 공간의 경계면에서 눌어붙는 것과 부착물의 퇴적 및 소성 부착을 방지하여 세정이 간단하게 끝나는 효과가 있는 우수한 장치이다. 이러한 장치는 종래 방법과 비교하면 현격하게 농축 속도가 개선된 것이지만 새로운 개량이 요망되고 있다.
본 발명은 열전달 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 열전달부의 표면이 항상 습윤면인 장치이며 농축물이 벽면에 부착되지 않으며, 또한 열전달 면적이 확대될 수 있는 열전달 효율이 높은 열전달 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 열전달 장치의 한 가지 양태이다.
도 2는 본 발명의 열전달 장치의 다른 양태이다.
도 3은 액체가 보조 열전달 수단을 통과하는 상태를 도시한 모식도이다.
도 4는 액체 분산수단을 도시한 양태이다.
도 5는 본 발명의 별도의 양태를 도시한 도면이다.
도 6은 탱크 벽이 경사를 이루는 본 발명의 열전달 장치의 일례이다.
도 7은 탱크 벽이 경사를 이루는 본 발명의 열전달 장치의 일례이다.
도 8은 액체 분출 장치가 보조 열전달 수단인 열전달 장치의 일례이다.
도 9는 보조 열전달 수단이 열전달 실린더인 본 발명의 결정 석출장치를 도시한 일례이다.
도 10은 보조 열전달 수단이 코일인 본 발명의 결정 석출장치를 도시한 일례이다.
도 11은 본 발명의 결정 석출장치를 도시한 일례이다.
도 12는 본 발명의 별도의 결정 석출장치를 도시한 일례이다.
도 13은 본 발명의 열전달 장치를 도시한 일례이다.
도 14는 본 발명의 열전달 장치와 종래의 열전달 장치를 사용하는 경우의 증발 속도의 차이를 도시한 도면이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
본 발명의 제1 열전달 장치는 교반 탱크, 당해 교반 탱크의 탱크 벽을 따라 액체를 순환시키는 액체 순환 수단 및 당해 교반 탱크 내에 설치되어 있는 1개 이상의 보조 열전달 수단을 포함하며, 당해 보조 열전달 수단의 외표면이 항상 습윤면 상태로 있는 열전달 장치이다.
본 발명의 제1 열전달 장치는 액체 분출 장치로 대표되는 액체 순환 수단을 갖는다는 점과 당해 교반 탱크 내에 설치되어 있는 1개 이상의 보조 열전달 수단의 외표면이 항상 습윤면 상태로 있다는 점에 특징이 있다. 따라서, 본 발명의 열전달 장치는 탱크 벽의 열전달부 및 탱크내의 보조 열전달부의 표면이 항상 습윤되어 있으므로 액체와 공간의 경계면에서 눌어붙는 것과 부착물의 퇴적 및 소성 부착을 방지할 수 있으며 세정이 간단하게 끝나는 효과와 함께 또한 열전달 면적이 확대될 수 있으므로 농축 속도가 우수하다.
본 발명에 사용되는 액체 순환 수단은 교반 탱크의 탱크형에 따라 액체 또는 슬러리를 순환시키는 수단이 바람직하며, 예를 들면, 순환 펌프를 사용하여 액체 또는 슬러리를 교반 탱크 상부로 올려 상부로부터 탱크 벽을 따라 유동시키는 수단, 교반 탱크 상부로부터 스프레이 노즐 등으로 탱크 벽을 따라 액체 또는 슬러리를 유동시키는 수단, 탱크 벽을 향해 액체 또는 슬러리를 분출하는 수단 등을 들 수 있다. 이중에서도 베르누이의 정리(Bernoulli's theorem) 및/또는 원심력 등을 이용하여 액체 또는 슬러리를 퍼 올려서 탱크 벽에 분출하는 액체 분출 장치를 사용하는 것이 가장 바람직하다.
이하, 액체 분출 장치를 사용하는 경우의 제1 열전달 장치를 설명하지만 본 발명이 액체 분출 장치를 사용하는 예로 한정되지 않는 것은 말할 필요도 없다.
도 1은 본 발명의 열전달 장치의 한 가지 양태의 단면도를 도시한다. 교반 탱크(T)에는 회전축(3)을 장치한 모터(M)가 설치되어 있다. 액체 분출 장치(4)는 중공 관체(管體)인 송액 수단(1)과 설치구(2)로 구성되어 있으며 회전축(3)에 장착되어 있다. J는 교반 탱크(T)의 외부에서의 열전달 수단이며 H는 교반 탱크(T) 내에 설치되어 있는 보조 열전달 수단이다. 도 1의 장치는 액체 분출 수단(4)으로서 장단(長短) 2종류의 관상체를 사용하는 송액 및 액체 살포 수단(20)을 갖고 있다. 이러한 송액 및 액체 살포 수단(20)의 긴 관상체의 개구부(12)로부터 분출된 액체는 교반 탱크(T)의 내벽에 도달하며 내벽을 흘러 내려 모액으로 복귀하지만, 이때에 외부 열전달 수단(J)에서의 열전달면이 전부 습윤면이므로 외부 열전달 수단(J)에서의 열을 매우 효과적으로 이용할 수 있다. 또한, 짧은 관상체로 이루어진 액체 살포 수단(13)에서의 액체는 교반 탱크(T)의 내부에 설치되어 있는 보조 열전달 수단(H)(이 경우에는 코일)에 낙하하며 보조 열전달 수단(H)을 타고 낙하하므로 항상 보조 열전달 수단(H)의 열전달면이 습윤면이다. 따라서, 외부 열전달 수단(J)과 보조 열전달 수단(H)의 전체 면을 습윤면으로 할 수 있으므로 효율적으로 열교환할 수 있으며 증발관으로서 사용하는 경우에는 우수한 증발 속도를 얻을 수 있다.
또한, 짧은 관상체로 이루어진 액체 살포 수단(13)에서의 액체가 보조 열전달 수단(H) 위에 낙하하도록 하는데는 송액 수단의 회전속도를 조절하면 양호하지만 보다 확실하게 하기 위해, 예를 들면, 도 3d에 도시된 바와 같은 분산판(15)을 교반 탱크(T)의 주위에 따라 배치하는 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명의 열전달 장치의 별도의 양태의 단면도를 도시한다. 이러한 장치에서는 보조 열전달 수단(H)은 열전달 실린더이지만 보조 열전달 수단(H)(열전달 실린더)은 보조 열전달 수단(H)와 교반 탱크(T)의 바닥면 사이에 간극이 생기도록 배치되며 이러한 간극을 액체가 이동할 수 있도록 구성된다. 도 2의 장치는 도 1과 동일하게 장단 2종류의 관상체를 사용하는 송액 및 액체 살포 수단(20)을 갖는다. 긴 관상체는 상부 개구부(12)가 교반 탱크(T)의 벽면에 거의 수직하게 접하도록 굴곡되어 있다. 한편, 짧은 관상체[액체 살포 수단(13)]의 말단부도 굴곡되어 있으며, 그 앞에 분산판(15)이 교반 탱크(T)의 내부 둘레를 따라 설치되어 있다. 그리고, 이러한 분산판(15)의 바로 아래에는 보조 열전달 수단(H)이 배치되어 있다. 액체 살포 수단(13)에서 분출된 액체는 분산판(15)에 의해 차단되고 바로 아래의 보조 열전달 수단(H) 위에 낙하한다.
긴 관상체의 상부 개구부(12)로부터 분출한 액체는 도 1과 동일하게 교반 탱크(T)의 내벽에 도달하며 내벽을 흘러 내려 모액에 복귀하지만, 이때 외부 열전달 수단(J)에서의 열전달면이 전부 습윤면이므로 외부 열전달 수단(J)에서의 열을 매우 효과적으로 이용할 수 있다. 또한, 짧은 관상체로 이루어진 액체 살포 수단(13)에서의 액체는 교반 탱크(T)의 내부에 설치되어 있는 보조 열전달 수단(H)(이 경우에는 열전달 실린더) 위에 낙하하며 보조 열전달 수단(H)을 타고 낙하하므로 항상 보조 열전달 수단(H)의 열전달면이 습윤면이다. 따라서, 외부 열전달 수단(J)과 보조 열전달 수단(H)의 전체 면을 습윤면으로 할 수 있으므로 효율적으로 열교환할 수 있으며 증발관으로서 사용하는 경우에는 우수한 증발 속도를 수득할 수 있다.
보조 열전달 수단(H)의 형상은 도 1의 열전달 코일, 도 2의 열전달 실린더로 한정되지 않으며 액체에 의해 항상 습윤 면을 형성할 수 있도록 하는 형상이면 특별한 제한은 없다. 보조 열전달 수단(H)의 외표면이 항상 습윤면으로 되는 기구는 도 3에 예시된다. 예를 들면, 보조 열전달 수단(H)이 열전달 코일인 경우(도 3a), 열전달 실린더인 경우(도 3b), 액체는 각각의 도면에 도시된 바와 같이 거동하며 액막(17)을 형성하므로 항상 열전달면이 습윤면으로 된다. 또한, 도 3c에 도시된 바와 같은 신축성 호스 모양의 형상일 수 있으며, 이러한 형상으로 함으로써 열전달 면적이 보다 확대될 수 있다.
또한, 도 3d 및 3e에 도시된 바와 같이 보조 열전달 수단(H)의 상부에 분산판(15)을 배치하며, 당해 분산판(15)에 도달한 액체가 보조 열전달 수단(H) 위로 흘러내리도록 할 수 있다. 확실성이라는 점에서는 분산판(15)을 사용하는 것이 보다 바람직하다. 이러한 방법에 따라, 보조 열전달 수단(H)의 외표면은 항상 습윤면으로 된다.
또한, 본 발명의 장치에 사용되는 송액 수단(1)은 하부 개구부(11)가 액면(L)의 하부에 위치하며 상부 개구부(12)가 액면(L)에서 노출되며, 또한 일정한 경사각을 갖도록 설치기구(2)에 장착되어 있다. 액체 분출 장치(4)는 회전축(3)의 회전과 함께 회전하며 송액 수단(1)의 하부 개구부(11)에서 액체를 수납하며 송액 수단(1)을 통해 이동시켜 분출액이 교반 탱크(T)의 상부벽과 접촉하도록, 상부 개구부(12)로부터 액체를 분출시킨다. 이에 따라, 교반 탱크(T)의 열전달 수단(J)과 접촉하는 내벽은 항상 습윤면 상태로 된다.
또한, 도 1 및 도 2에 도시된 액체 분출 장치(4)는 단순한 예시이며 본 발명의 열전달 장치에 사용되는 액체 분출 장치(4)로서는, 예를 들면, 일본 공개특허공보 제(평)6-335627호에 기재되어 있는 장치가 사용된다. 액체 분출 장치(4)에 부착되어 있는 송액 수단(1)은 회전축(3)의 회전에 의해 베르누이의 정리 및/또는 원심력에 의해서 액체 또는 슬러리를 이동시킬 수 있는 형상의 것이면 임의의 형상일 수 있다. 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같은 관체 이외에 통상(桶狀)체, 판상체, 원추대상의 바닥이 없는 중공통(中空筒)체 등을 들 수 있다.
본 발명의 도 1 및 도 2에 도시된 열전달 장치에서는 보조 열전달 수단(H)을 항상 습윤면으로 되도록 하기 위해 보조 열전달 수단(H)의 상면에 액체를 살포하기 위한 액체 살포 수단(13)이 사용되고 있다. 이러한 액체 살포 수단(13)의 예는 도 1 및 2에 도시되어 있지만 이것을 다시 도 4에 근거하여 상세하게 설명한다.
도 4a는 송액 수단(1) 중간에 구멍(14)을 설치하는 경우의 예, 도 4b는 송액 수단(1) 중간에 가이드(18)(파이프, 홈통 등)를 설치하는 경우의 예를 도시한다. 도 4c는 송액 수단(1)과 길이가 상이한 송액 수단을 액체 살포 수단(13)으로서 사용하는 경우의 예이며, 관체의 송액 수단(1)과 관체에서 송액 수단(1)보다 짧은 액체 살포 수단(13)이 일체화되어 있는 송액 및 액체 살포 수단(20)을 도시하고 있다. 이러한 송액 및 액체 살포 수단(20)은, 예를 들면, 도 1 또는 도 2에 도시된 바와 같이 송액 수단(1)으로서 장치되어 있으며 회전축(3)을 회전시킴으로써 교반 탱크(T)의 상부 벽면과 보조 열전달 수단(H) 위에 액체를 분출하여 살포한다. 물론, 송액 수단(1)과 액체 살포 수단(13)은 반드시 일체화될 필요는 없으며, 각각의 액체 분출 또는 살포 위치를 고려하여 따로따로, 필요에 따라, 각도를 변경하여 장치시킬 수 있다. 또한, 액체 살포 수단(13)은 반드시 관체일 필요는 없으며 홈통형 물체 등의 형상일 수 있다.
도 4d는 송액 수단(1)이 홈통형 물체(5)이며 액체 살포 수단(13)도 홈통형 물체인 경우의 도면이다. 도 4e는 송액 수단(1)이 홈통형 물체이며 액체 살포 수단(13)이 판상체인 경우의 모식도이다. 이 경우, 송액 수단(1)과 액체 살포 수단(13)과는 일체화되어 있는 것이 바람직하다. 도 4f는 송액 수단(1)인 홈통형 물체 중간에 둑(19)을 설치한 경우의 모식도이다. 이러한 장치에서는 송액되는 액의 일부가 둑(19)에 의해 흘러가는 방향이 변경되고 보조 열전달 수단(H) 위에 낙하하도록 구성된다.
도 4의 송액 수단(1)에 구멍(14), 가이드(18) 등을 설치하거나 송액 수단(1)보다 짧은 송액 수단을 송액 수단(1)에 장치하여 송액 및 액체 분산 수단(20)을 형성하는 경우, 이들의 구멍(14), 가이드(18), 둑(19) 등을 설치하는 위치는 회전수, 설치 각도 등을 고려하여 결정하면 양호하며, 항상 보조 열전달 수단(H)의 최상면에 액체가 살포되도록 구성하면 양호하다. 보조 열전달 수단(H) 위에 살포된 액체는 액체의 점성과 중력에 의해 아래쪽으로 이동하며, 보조 열전달 수단(H)의 외표면은 항상 습윤면으로 된다(도 3 참조).
또한, 도 2 및 도 3d에서 설명한 바와 같이 본 발명에서는 분산판을 교반 탱크에 설치하는 것도 바람직한 양태의 하나이다. 액체 분산 수단(13)을 사용하는 경우, 이의 액체 분출부에서 분출하는 액체가 접촉하도록 분산판을 이동할 수 있거나 분산판을 고정하여 액체 분출 장치의 회전수의 변화에 따라 분출된 액체가 분산판에 접촉하도록 할 수 있다.
또한, 도 1 또는 도 2에서 보조 열전달 수단(H)은 당초 액면 밑에 있을 수 있다. 농축이 진행됨에 따라서 보조 열전달 수단(H)이 액면에 노출되어 있을 때에 상기 수단의 어느 하나를 사용하여 항상 액체가 보조 열전달 수단(H)에 접촉하도록 하면 양호하다. 예를 들면, 연속적으로 액체 살포 수단(13)에서 보조 열전달 수단(H)으로 액체를 공급하면 보조 열전달 수단(H)의 외표면은 항상 습윤면으로 된다.
상기의 도 1 또는 도 2에 예시되는 구성으로 함으로써 외부에서의 가열 수단(J)의 열전달부와 내부의 보조 열전달 수단(H)의 열전달부 전체가 항상 모두 열전달부로서 기능하므로 열전달 면적이 확대될 수 있으며 외부에서의 열전달에 의존하는 종래의 장치와 비교하여 열전달 속도는 크게 개선된다.
도 5는 보조 열전달 수단(H)이 열전달 실린더를 2개 갖는 경우의 열전달 장치의 예이다. 도 5의 열전달 장치는 홈통형 물체(5)와 평판부(53)로 이루어진 액체 분출 장치(4), 제1 열전달 실린더(H1) 및 이의 내측에 제2 열전달 실린더(H2)를 갖고 있다. 제2 열전달 실린더(H2)는 교반 탱크(T)의 하부에 설치되며 액체를 둑에 붙잡아둔다. 제1 열전달 실린더(H1)의 상부는 제2 열전달 실린더(H2)에 의해 형성되는 액면(L2)보다 밑에 오도록(즉, 항상 제1 열전달 실린더(H1)가 액면 밑에 있도록) 형성되며, 또한 열전달 실린더(H1)는, 예를 들면, 열전달 실린더의 하부에 구멍을 설치하는 교반 탱크(T)의 바닥면으로부터 띄워 설치하는 등의 열전달 실린더(H1)의 하부를 액체가 통과할 수 있도록 구성되어 있다.
회전축(3)에 장치된 홈통형 물체(5)가 선행되고 평판부(53)가 후행되도록(도면에서는 화살표의 방향으로) 회전시킴으로써 액체가 홈통형 물체(5)의 하부 개구부(51)로부터 상승하며 상부 개구부(52)로부터 분출되며 교반 탱크(T)의 내벽에 분출된다. 분출된 액체는 교반 탱크(T)의 내벽을 타고 흘러 내려 제1 열전달 실린더(H1)의 하부를 통과하거나 제1 열전달 실린더(H1)의 상부를 통과하여 흐른다. 제2 열전달 실린더(H2)에 의해 둑에 붙잡아둔 액체는 액면(L1)이 액면(L2)보다 낮은 위치에 있으면 제2 열전달 실린더(H2)의 표면을 타고 흘러 내린다. 이에 따라 소량의 액체라도 확실하게 열전달면에 공급할 수 있다.
또한, 도 5에서 제1 열전달 실린더(H1) 대신에 열전달 코일을 사용할 수 있지만 그 경우에는 열전달 코일 전체를 액면(L2)보다 밑에 배치한다.
또한, 도 5의 열전달 장치에서 보조 열전달 수단(H)은 3개 이상 설치할 수 있다. 이러한 경우, 최내부의 열전달 실린더의 높이를 다른 열전달 실린더 또는 열전달 코일의 높이보다 높게 하여, 항상 다른 열전달 실린더 또는 열전달 코일이 액면(L2) 밑에 있도록 하는 것이 필요하다.
본 발명의 제1 열전달 장치는 탱크 벽이 경사를 이룰 수 있다. 탱크 벽이 경사를 이룸으로써 열전달 면적이 확대될 수 있으며, 또한 증발 효율을 높일 수 있다. 탱크 벽의 경사의 형상은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같은 원추형 형상이 바람직하다.
또한, 본 발명의 제2 열전달 장치는 교반 탱크와 당해 교반 탱크의 탱크 벽을 따라 액체를 순환시키는 액체 순환 수단을 가지며 교반 탱크의 탱크 벽이 경사를 이루고 있다. 이러한 예를 도 6 및 도 7에 도시한다. 이러한 형상의 제2 열전달 장치는 종래의 경사를 이루지 않는 장치와 비교하여 열전달 면적이 확대될 수 있으므로 증발 효율이 크게 개선된다.
제1 및 제2 열전달 장치에 사용되는 액체 분출 장치의 별도의 예를 도 8에 도시한다. 도 8a는 액체 분출 장치(4)로서 이중 실린더형의 외부와 차단된 중공부(31)를 갖는 원추대(30)의 단면도이며, 도 8b는 이러한 원추대(30)의 형상을 도시한 모식도이다. 중공부(31)는 설치구(2)를 통해 열 매체[예: 증기(32)]가 중공부(31)에 공급되며, 열교환된 열 매체[예: 응축액(33)]가 회수되는 구조를 갖고 있다. 따라서, 액체 분출 장치(4)의 원추대(30) 자체가 보조 열전달 수단(H)으로 된다. 그리고, 이러한 원추대(30)가 회전하면 내측 표면(34)을 따라 액체가 상승되며, 상승된 액체의 일부는, 필요에 따라, 액체의 분출방향에 설치된 분산판(15)에 접촉되며 외측 표면(35)을 따라 하강하도록 구성되어 있다. 따라서, 보조 열전달 수단(H)인 원추대(30)가 항상 습윤면으로 되어 열교환이 충분하게 실시된다. 또한, 원추대(30)의 형상을 도 8c에 도시된 바와 같은 형상으로 함으로써 분산판(15)을 설치하지 않아도 자유낙하 액체로 원추대(30)의 외측 표면(35)이 습윤면으로 된다. 이와 같이, 송액 수단을 이중 실린더형 중공부(31)를 갖는 원추대(30)의 구조로 하며 이러한 중공부(31)에 열 매체를 공급하여 보조 열전달 수단(H)으로서 사용하며, 필요에 따라, 분산판(15)을 설치하여 원추대(30)의 외측 표면(35)을 습윤면으로 되도록 함으로써 보조 열전달 수단(H)이 항상 습윤면인 열전달 장치가 제공된다.
또한, 별도의 실시 양태에서는 이중 실린더형의 외측의 실린더와 내측의 실린더 사이를 액체가 상승하여 살포되도록 하는 원추대를 형성시키며 이의 외측의 실린더와 내측의 실린더 사이에 보조 열전달 수단(H)을 설치하는 구성으로 할 수 있다. 이러한 구성으로 인해 보조 열전달 수단(H)은 항상 습윤면으로 되며 액체는 이동 중에 열교환을 받으므로 효율이 좋은 열전달 장치가 제공된다.
본 발명의 열전달 장치에 사용되는 보조 열전달 수단이 증기, 열 매체 등의 가열 수단인 경우, 본 발명의 열전달 장치는 농축장치로서 매우 우수한 농축 효율을 갖는다. 또한, 보조 열전달 수단이 냉매인 경우, 매우 우수한 냉각 효율을 갖는 냉각장치로서 이용된다.
본 발명의 제1 및 제2 열전달 장치는 결정 석출장치로서 사용된다. 본 발명의 제1 결정 석출장치는 열전달 수단이 2개 이상 설치되어 있고 이들 열전달 수단 차이에 온도차가 생기도록 형성되어 있는 제1 열전달 장치이다. 즉, 제1 결정 석출장치는 교반 탱크, 당해 교반 탱크의 탱크 벽을 따라 액체 또는 슬러리를 순환시키는 액체 순환 수단 및 당해 교반 탱크 내에 설치되어 있으며, 당해 교반 탱크에 설치되어 있는 열전달 수단과 온도차를 발생시키는 1개 이상의 보조 열전달 수단을 포함하도록 구성된다. 교반 탱크에 설치되는 열전달 수단은 1개 이상일 수 있다. 또한, 보조 열전달 수단도 1개 이상 있을 수 있다. 보조 열전달 수단은 복수개의 열전달 수단이 있는 경우, 1개 이상의 열전달 수단과 온도차가 생기면 양호하다.
열전달 수단과 보조 열전달 수단을 각각 1개 갖는 결정 석출장치를 도 9 및 도 10에 도시된다. 도 9의 장치는 액체 분출 수단(4)으로서 파이프(6)를 사용하고 있으며 액체 분출 수단을 회전시킴으로써 파이프(6)의 상부로부터 액체 분출수단(4)의 주위에 배치된 분산판(15)에 액체를 살포하며, 보조 열전달 수단(H)(이 경우, 열전달 실린더)의 외표면을 통과시키면서 액체를 모액으로 복귀시킨다. 보조 열전달 수단(H)은 액면(L)보다 위에 배치된다.
냉각 결정 석출장치로서 사용하는 경우, 보조 열전달 수단(H)의 온도를 열전달 수단(J)보다 높게 한다. 도 9에서 냉각에 의해 생긴 미세 결정을 함유하는 슬러리가 액체 분출 수단(4)으로부터 분출되면 슬러리 중의 미세 결정은 보조 열전달 수단(H)에 의해 가열된 영역을 통과할 때에 용해되며 농도가 높은 액체가 보조 열전달 수단(H)(열전달 실린더)을 타고 냉각부에 흘러 복귀한다. 본 발명의 결정 석출장치에 의해 결정 생성의 유도기간이 단축되며 분포가 날카로우며, 큰 입자의 결정을 수득할 수 있다.
농축 결정 석출장치로서 사용하는 경우, 하부 열전달 수단(J)의 온도를 보조 열전달 수단(H)보다 높게 한다. 도 9에서 미세 결정을 함유하는 슬러리가 액체 분출 수단(4)으로부터 분출되면 슬러리 중의 미세 결정은 보조 열전달 수단(H)에 의해 냉각된 영역을 통과할 때에 결정화가 촉진되는 동시에 보조 열전달 수단(H)(열전달 실린더)의 냉각 표면을 타고 흘러 복귀되므로 결정화 속도를 올릴 수 있다. 이러한 장치에 의해 결정 생성의 유도기간이 단축되며 분포가 날카로우며, 큰 입자 결정을 수득할 수 있다. 도 10은 보조 열전달 수단(H)을 코일로 하는 경우의 도면이다.
또한, 도 11은 열전달 수단을 2개, 보조 열전달 수단을 1개 갖는 결정 석출장치의 일례를 도시한 도면이다. 도 11에 도시된 바와 같이 교반 탱크(T)의 상부와 하부에는 각각 독립적으로 열전달 수단(K)과 (J)가 설치된다. 열전달 수단(J)과 (K) 사이에서 온도차를 창출한다. 도 11의 장치는 액체 분출 수단(4)으로서 홈통형 물체(5)를 사용하고 있지만, 홈통형 물체(5)의 중간부에 분기(branch)(16)를 설치하며 이러한 분기(16)에서 액체가 분출되도록 구성하며 홈통형 물체(5)의 상부로부터 열전달 수단(K)에 액체를 살포하며 열전달 수단(K)과 열전달 수단(J)을 통과하여 액체를 모액으로 복귀시키는 동시에 분기(16)로부터 분출한 액체는 장치의 주위에 따르도록 배치된 분산판(15)에 접촉되며 바로 아래에 배치된 보조 열전달 수단(H)인 코일에 낙하하며 코일이 항상 습윤면으로 되도록 구성되어 있다.
냉각 결정 석출장치로서 사용하는 경우, 상부 열전달 수단(K)의 온도를 하부 열전달 수단(J)보다 높게 한다. 보조 열전달 수단(H)의 온도는 상부 열전달 수단(K)의 온도보다 낮으며 하부 열전달 수단(J)과 동일한 온도에서 한다. 냉각에 의해 생긴 미세 결정을 함유하는 슬러리가 액체 분출 수단(4)으로부터 분출되면 슬러리 중의 미세 결정은 열전달 수단(K)에 의해 가열된 영역을 통과할 때에 용해되며 농도가 높은 액체가 내벽을 타고 냉각부에 흘러 복귀한다. 이러한 냉각부에서는 보조 열전달 수단(H)에서 냉각 열전달 면적이 증가되며, 또한 전체 열전달부가 사용되므로 냉각 속도를 빠르게 할 수 있다. 따라서, 결정 생성의 유도 기간이 단축되며 분포가 날카로우며, 큰 입자의 결정을 수득할 수 있다.
농축 결정 석출장치로서 사용하는 경우, 하부 열전달 수단(J) 및 보조 열전달 수단(H)의 온도를 상부 열전달 수단(K)보다 높게 한다. 하부 열전달 수단(J)과 보조 열전달 수단(H)은 거의 동일한 온도일 수 있다. 미세 결정을 함유하는 슬러리가 액체 분출 수단(4)으로부터 분출되면 슬러리 중의 미세 결정은 상부 열전달 수단(K)에 의해 냉각된 영역을 통과할 때에 결정화가 촉진되는 동시에 냉각 내벽을 타고 흘러 복귀하므로 결정화 속도를 올릴 수 있다. 하부의 가열부에서는 보조 열전달 수단(H)에서 가열 열전달 면적이 증가되며, 또한 전체 열전달부가 사용되므로 증발 속도를 빠르게 할 수 있다. 따라서 결정 생성의 유도기간이 단축되며 분포가 날카로우며, 큰 입자의 결정을 수득할 수 있다.
또한, 농축이 수반되지 않는 경우에도 결정 석출장치의 상부 열전달 수단과 하부 열전달 수단(필요에 따라, 보조 열전달 수단)의 온도를 상이한 온도에서 제어함으로써 다형(多形) 제어 결정석출을 실시할 수 있다. 이러한 다형 제어의 경우, 예를 들면, 글루탐산의 결정 석출의 경우, 상부 열전달 수단(J)과 하부 열전달 수단(K)의 온도차를 작게 하는 조건[예: 상부 열전달 수단(J)(냉각 재킷)을 16℃, 하부 열전달 수단(가열 재킷)을 36.5℃로 하며 슬러리 온도를 29.8℃로 유지하는 조건]으로 운전하면 상부 열전달 수단(J)에서 냉각되며 과포화로 되어 α형 결정의 씨드가 발생하기 쉬운 조건으로 된다. 이러한 조건으로 발생한 α형 씨드 결정은 모액으로 복귀되지만 이미 과포화도가 어느 정도 감소되어 있으며 다시 열전달 수단(J)에서 냉각되기 위해 β형 결정이 발생되기 어려운 조건으로 된다고 생각한다. 따라서, α형 결정이 선택적으로 결정 석출 되는 것으로 된다. 또한, 농축을 수반하지 않는 경우에도 결정 석출장치의 상부 열전달 수단(J)의 온도를 하부 열전달 수단(K)의 온도보다 낮게 하는 결정 석출방법 및 장치는 본 명세서에서는 농축 결정 석출 및 농축 결정 석출장치라고 칭한다.
본 발명의 제1 결정 석출장치는, 또한 제1 열전달 장치와 동일하게 바람직하게는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같은 탱크 벽이 경사를 이룰 수 있다. 냉각 결정 석출장치로서 사용하는 경우, 경사를 이루는 탱크 벽에는 분출되는 슬러리보다 온도가 높은 상부 열전달 수단(K)이 설치되어 있으므로 슬러리 중의 미세 결정은 확실하게 용해되며, 또한 열전달 면적이 확대될 수 있으므로 결정 생성의 유도기간이 보다 단축되며 분포가 날카로우며, 큰 입자의 결정을 수득할 수 있다.
농축 결정 석출장치로서 사용하는 경우, 경사를 설치한 탱크 벽에는 분출되는 슬러리보다 온도가 낮은 상부 열전달 수단(K)이 설치되어 있으므로 결정 생성의 유도기간이 보다 단축되며 분포가 날카로우며, 큰 입자의 결정을 수득할 수 있다.
제2 결정 석출장치는, 예를 들면, 도 12에 도시된 바와 같이 경사를 갖는 교반 탱크(T)와 이러한 교반 탱크의 경사된 탱크 벽을 따라 액체를 순환시키는 액체 순환 수단(4)을 포함하며, 교반 탱크에는 온도차를 발생시킬 수 있는 열전달 수단(K)과 (J)가 설치되어 있다.
본 발명은 이러한 우수한 장치를 보다 개량시켜 열전달 효율이 매우 높은 장치를 제공함을 목적으로 하며, 농축장치의 경우, 액체와 공간의 경계면에서 눌어붙는 것과 부착물의 퇴적 및 소성 부착을 방지하여 세정이 간단하게 끝나는 효과와 함께 농축 속도가 보다 우수한 농축장치를 제공함을 목적으로 한다.
본 발명자 등은 상기 과제를 해결하기 위해, 예의 검토를 거듭한 결과, 교반 탱크 내에 보조 열전달 수단을 1개 이상 배치하며 이러한 보조 열전달 수단의 외표면을 항상 습윤면 상태로 유지함으로써 열전달 효율이 우수한 장치를 완성시켰다. 또한, 본 발명의 장치가 농축장치인 경우, 액체와 공간의 경계면에서 눌어붙는 것과 부착물의 퇴적 및 소성 부착을 방지하여 세정이 간단하게 끝나는 효과와 함께 보다 우수한 농축 속도를 가짐을 밝혀내고, 본 발명을 완성시켰다.
즉, 본 발명은 교반 탱크, 당해 교반 탱크의 벽을 따라 액체를 순환시키는 액체 순환 수단 및 당해 교반 탱크 내에 설치되어 있는 1개 이상의 보조 열전달 수단을 포함하며, 당해 보조 열전달 수단의 외표면이 항상 습윤면 상태로 있는 열전달 장치에 관한 것이다. 이하, 이러한 장치를 제1 열전달 장치라고 한다.
바람직한 실시 양태에서는 액체 순환 수단이 회전축과 당해 회전축에 장착되어 있는 1개 이상의 송액(送液) 수단으로 이루어진 액체 분출 수단이며, 보조 열전달 수단이 열전달 코일 또는 열전달 실린더이며, 액체 분출 장치의 일부에서 열전달 코일 또는 열전달 실린더에 액체를 살포하여 열전달 코일 또는 열전달 실린더의 외표면을 습윤면으로 되도록 한다.
또한, 바람직한 실시 양태에서는 액체 분출 장치가 송액 수단 중간에 구멍을 갖거나 길이가 다른 2개의 송액 수단을 갖는다.
별도의 바람직한 실시 양태에서는 액체 분출 장치가 이중 실린더형 중공부를 갖는 원추대의 구조를 가지며, 당해 원추대의 중공부에 열 매체가 공급되며, 필요에 따라, 원추대의 윗쪽의 일부에 분산판이 설치되고 원추대의 회전에 의해 원추대의 내측 표면을 따라 액체가 상승하며, 상승한 액체의 일부 또는 전부가 원추대의 외측 표면을 따라 하강하며 원추대가 항상 습윤면으로 되도록 구성되어 있다.
바람직한 실시 양태에서는 탱크 벽이 경사를 이루고 있다.
또한, 별도의 바람직한 실시 양태에서는 보조 열전달 수단이 제1 실린더와, 제1 실린더의 내측에 배치되어 열전달 장치의 바닥부에 부착되어 있는 제2 실린더로 이루어지며, 제1 실린더의 상면이 제2 실린더의 상면보다 낮게 구성되어 있으며, 액체가 제1 실린더를 통과하여 제2 실린더로 흐르며, 제2 실린더의 상부로부터 제2 실린더의 실린더 벽을 타고 흘러내리도록 구성되어 있다.
또한, 본 발명은 교반 탱크, 당해 교반 탱크의 탱크 벽을 따라 액체 또는 슬러리를 순환시키는 액체 순환 수단 및 교반 탱크 내에 설치되어 있고, 당해 교반 탱크에 설치되어 있는 열전달 수단과 온도차를 발생시키는 1개 이상의 보조 열전달수단을 포함하는 결정 석출장치로서, 보조 열전달 수단의 외표면이 항상 습윤면 상태에 있는 결정 석출장치에 관한 것이다. 이하, 이러한 장치를 제1 결정 석출장치라고 한다.
바람직한 실시 양태에서는, 보조 열전달 수단이 교반 탱크 내의 액면보다 위에 설치되어 있다.
바람직한 실시 양태에서는, 결정 석출장치의 교반 탱크의 탱크 벽이 경사를 이루고 있다.
본 발명은, 또한 교반 탱크와 당해 교반 탱크의 탱크 벽을 따라 액체를 순환시키는 액체 순환 수단을 포함하며, 당해 교반 탱크의 탱크 벽이 경사를 이루고 있는 열전달 장치에 관한 것이다. 이하, 이러한 장치를 제2 열전달 장치라고 한다.
또한, 별도의 본 발명은 교반 탱크와 당해 교반 탱크의 탱크 벽을 따라 액체 또는 슬러리를 순환시키는 액체 순환 수단을 포함하며, 당해 교반 탱크의 탱크 벽이 경사를 이루고 있으며 교반 탱크에 온도차를 발생시킬 수 있는 열전달 수단이 2개 이상 설치되어 있는 결정 석출장치에 관한 것이다. 이하, 이러한 장치를 제2 결정 석출장치라고 한다.
다음에 실시예로써 본 발명을 설명하지만, 본 발명은 당해 실시예로 한정되지 않는다.
도 13에 도시된 열전달 장치(본 발명의 열전달 장치)를 사용한다. 이러한 열전달 장치는 중간부에 구멍(14)을 갖는 홈통형 물체(5)의 액체 분출 장치(4)가 회전축(3)에 장치되며 열전달 장치의 외부에 열전달 재킷(J)를 구비하고 내부에 보조 열전달 수단으로서 열전달 코일(H)를 구비하고 있다. 열전달 코일의 상부에는 분산판(15)이 설치되어 있으며 액체 분출 장치(4)의 홈통형 물체(5)의 중간부에 설치된 구멍(14)으로부터 액체가 분출되며 이러한 열전달 코일(H) 위에 낙하되도록 구성되어 있다. 이러한 열전달 장치는 용적이 100L이며 열전달 면적은 재킷부가 O.758m2이며 코일부가 0.472m2이다. 바닥부에서 15L까지의 열전달 면적은 재킷이 0.308m2, 코일이 O.189m2이며 바닥부에서 코일까지의 용량은 3.7L이다. 비교로서 동일한 장치에서 액체 분출 장치 대신에 콘 케이프형 교반기를 구비한 것을 사용한다(비교예의 열전달 장치).
이러한 본 발명의 열전달 장치 및 비교예의 열전달 장치에 15L의 메틸 에틸 케톤을 투입한다. 재킷부(J)에는 증기를 공급하지 않으며 코일부(H)에만 증기를 공급한다. 가열부와 액체의 온도차는 10℃이다. 결과를 도 14에 도시된다.
이 결과로부터 코일의 열전달 면적을 전부 사용할 수 있는 본 발명의 열전달 장치가 코일의 열전달 면적의 일부밖에 열전달 면적으로서 사용할 수 없는 비교예의 열전달 장치보다 우수함을 확인할 수 있다. 이러한 점은 본 발명의 열전달 장치와 같이 내부에 보조 열전달 장치를 가지며 이러한 보조 열전달 장치의 열전달 면적을 전부 이용할 수 있는 열전달 장치는 증발 속도가 우수함을 나타내고 있다.
본 발명의 열전달 장치는 탱크 벽 및 탱크 내의 보조 열전달 수단이 항상 습윤되어 있으므로 농축장치로서 사용하는 경우, 액체와 공간의 경계면에서 눌어붙는 것과 부착물의 퇴적 및 소성 부착을 방지하여 세정이 간단하게 끝나는 효과와 함께 열전달 면적이 보다 확대될 수 있으므로 농축 속도가 우수하다.
본 발명의 제1 열전달 장치는 교반 탱크의 탱크 벽을 따라 액체를 순환시키는 액체 순환 수단과 이러한 교반 탱크 내에 설치되어 있는 1개 이상의 보조 열전달 수단을 포함하고 있으며 탱크 벽 전체와 보조 열전달 수단이 항상 습윤된 상태로 설치되므로 열전달 수단 모두가 액체에 의한 습윤면을 형성하고 있어서 열전달 효율이 우수하다. 열전달 수단 및 보조 열전달 수단이 가열 수단인 경우, 열전달 장치는 농축장치이며 탱크 벽 및 탱크 내의 보조 가열 수단이 항상 습윤되어 있으므로 액체와 공간의 경계면에서 눌어붙는 것과 부착물의 퇴적 및 소성 부착을 방지하여 세정이 간단하게 끝나는 효과와 함께 열전달 면적이 확대될 수 있으므로 우수한 농축 속도를 갖는다.
또한, 제2 열전달 장치는 탱크 벽이 경사를 이루므로 열전달 면적이 확대되고, 또한 증발 효율을 개량할 수 있다.
또한, 제1 및 제2 열전달 장치는, 또한 결정 석출장치로서도 사용된다. 이러한 결정 석출장치는 온도차를 갖도록 구성되어 있으므로 결정화 속도가 크며, 또한 입자 직경이 큰 결정이 용이하게 수득된다.

Claims (12)

  1. 교반 탱크, 당해 교반 탱크의 탱크 벽을 따라 액체를 순환시키는 액체 순환 수단 및 당해 교반 탱크 내에 설치되어 있는 1개 이상의 보조 열전달 수단을 포함하며, 당해 보조 열전달 수단의 외표면이 항상 습윤면 상태로 있는 열전달 장치.
  2. 제1항에 있어서, 액체 순환 수단이 회전축과 당해 회전축에 장착되어 있는 1개 이상의 송액 수단으로 이루어진 액체 분출 수단이며, 보조 열전달 수단이 열전달 코일 또는 열전달 실린더이며, 액체 분출 장치의 일부에서 열전달 코일 또는 열전달 실린더에 액체를 살포하여 열전달 코일 또는 열전달 실린더의 외표면을 습윤면으로 되도록 하는 열전달 장치.
  3. 제2항에 있어서, 열전달 코일 또는 열전달 실린더의 상부에 분산판이 배치되어 있으며, 액체 분출 장치의 일부에서 분산판에 액체를 살포하며 살포된 액체가 분산판으로부터 흘러 내려 열전달 코일 또는 열전달 실린더의 외표면을 습윤면으로 되도록 하는 열전달 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 액체 분출 장치가 송액 수단 중간에 구멍을 갖거나 길이가 상이한 2개의 송액 수단을 갖는 열전달 장치.
  5. 제1항에 있어서, 액체 분출 장치가 이중 실린더형 중공부를 갖는 원추대의 구조를 가지며, 당해 원추대의 중공부에 열 매체가 공급되며, 필요에 따라, 원추대의 윗쪽의 일부에 분산판이 설치되고 원추대의 회전에 의해 원추대의 내측 표면을 따라 액체가 상승하며, 상승한 액체의 일부 또는 전부가 원추대의 외측 표면을 따라 하강하며 원추대가 항상 습윤면으로 되도록 구성되어 있는 열전달 장치.
  6. 제1항에 있어서, 보조 열전달 수단이 제1 실린더와, 제1 실린더의 내측에 배치되어 있으며 열전달 장치의 바닥부에 부착되어 있는 제2 실린더로 이루어지며, 제1 실린더의 상면이 제2 실린더의 상면보다 낮게 구성되어 있으며, 액체가 제1 실린더를 통과하여 제2 실린더로 흐르며, 제2 실린더의 상부로부터 제2 실린더의 실린더 벽을 타고 흘러 내리도록 구성되어 있는 열전달 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 탱크 벽이 경사를 이루고 있는 열전달 장치.
  8. 교반 탱크, 당해 교반 탱크의 탱크 벽을 따라 액체 또는 슬러리를 순환시키는 액체 순환 수단 및 교반 탱크 내의 액면보다 위에 설치되어 있고, 당해 교반 탱크에 설치되어 있는 열전달 수단과 온도차를 발생시키는 1개 이상의 보조 열전달 수단을 포함하는 결정 석출장치로서, 보조 열전달 수단의 외표면이 항상 습윤면 상태로 있는 결정 석출장치.
  9. 제8항에 있어서, 보조 열전달 수단이 교반 탱크 내의 액면보다 위에 설치되어 있는 결정 석출장치.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 교반 탱크의 탱크 벽이 경사를 이루고 있는 결정 석출장치.
  11. 교반 탱크와 당해 교반 탱크의 탱크 벽을 따라 액체를 순환시키는 액체 순환 수단을 포함하며, 당해 교반 탱크의 탱크 벽이 경사를 이루고 있는 열전달 장치.
  12. 교반 탱크와 당해 교반 탱크의 탱크 벽을 따라 액체 또는 슬러리를 순환시키는 액체 순환 수단을 포함하며, 당해 교반 탱크의 탱크 벽이 경사를 이루고 있으며 교반 탱크에 온도차를 발생시킬 수 있는 열전달 수단이 2개 이상 설치되어 있는 결정 석출장치.
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