KR20070033159A - 연속식 마이크로파 촉매 건조 장치 - Google Patents
연속식 마이크로파 촉매 건조 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 연속식 마이크로파 촉매 건조장치, 특히 연속식에 의한 에너지 절약형 마이크로파 촉매 건조장치에 관한 것으로서 촉매 모액 공급기; 상기 촉매 모액 공급기에 일단이 연결되고 마이크로파에 불활성인 재료로 된 오픈 튜브와 스크류로 이루어진 개방형 교반이송관; 상기 교반이송관이 장착되도록 양 측벽의 일부에 연통공이 형성되고 마이크로파를 조사하도록 각각 마그네트론이 장착되고 전자파가 차폐된 일련의 다수 마이크로파 조사실; 상기 교반이송관의 타단이 연결된 촉매 수집기; 및 이들을 제어하는 제어수단을 포함하는 연속식 마이크로파 촉매 건조장치를 제공한다.
본 발명에 의한 연속식 마이크로파 촉매 건조장치에 의하여 나노 촉매의 속성건조와 대량생산 및 친환경 공정 시스템이 제공되었다. 이러한 시스템은 기존의 건조방법에 비해 높은 생산성과 에너지 효율성을 가지게 되며 건조 장치가 간편하여 장치 제작비와 에너지를 절약할 수 있으므로 촉매 생산의 경쟁력이 높아진다.
마이크로파 조사실, 마그네트론
Description
도 1 은 본 발명에 의한 연속식 마이크로파 촉매 건조 장치의 개략적인 단면도이다
*도면의 주요부분에 대한 부호설명*
① 주조작반 ② 호퍼 ③ 마그네트론
④ 마이크로파 조사실 ⑤ 교반이송관 모터 ⑥ 테프론 교반이송관
⑦ 건조 촉매 취출 탱크 ⑧ 온도 센서 ⑨ 정액펌프
본 발명은 연속식 마이크로파 촉매 건조장치, 특히 연속식에 의한 에너지 절약형 마이크로파 촉매 건조장치에 관한 것이다. 본 발명은, 더 상세하게는 연속식 마이크로파를 이용한 나노 세공촉매, 나노입자, 다양한 나노 소재 촉매건조장치에 관한 것이다. 석유화학 및 정밀화학 산업의 발전으로 인하여 촉매의 사용량이 점차적으로 증가함에 따라 이들 나노 촉매를 효과적으로 제조하기 위한 기술의 필요 성이 점차로 증가하고 있다.
기존의 외부가열식 촉매 건조 장치는 반응 장치가 비대하고 건조 시간이 길므로 에너지 효율면에서 큰 문제점을 가지고 있으므로 대량 건조, 속성 건조, 에너지 절약 등의 관점에서 대단히 불리하다.
한편, 마이크로파 가열에 사용되는 마이크로파는 비이온화된 복사에너지로서 300-30000MHz의 주파수 범위이며 그 중에서도 4가지 주파수 (915, 2450, 5800, 22125MHz), 특히 2450MHz가 가장 널리 사용되고 있다. 마이크로파 시스템의 전형적인 에너지 출력은 600-700Watt로서 5분 내에 약 43,000cal가 시료의 가열에 적용된다. 마이크로파의 원리는 마이크로파 영역에서 극성분극화 (dipolar polarization)와 계면분극화(interfacial polarization)가 발생되며, 쌍극자가 마이크로파 전기장의 변화에 시간 지연을 가지며 변화하고 이 때 발생된 열은 일종의 마찰열이라 할 수 있으며 극성을 띄는 액체의 가열이 주로 이 메커니즘에 따른다. 극성분자들은 마이크로파의 전기적 성분에 의해 회전을 하게 되는데 이들 극성분자들은 이웃한 다른 분자와 충돌하게 되면 운동에너지를 얻게 되어 온도가 상승하게 된다.
마이크로파의 장점으로는 짧은 시간 내의 온도조절로 균일한 가열과 속성건조가 가능하다는 것이다. 마이크로파는 에너지 소비량이 기존 외부 가열식의 200분의 1 정도 밖에 되지 않으며 시간과 에너지 비용의 절감이 가능하다.
본 발명은 원가 절감 및 대량취급이 가능한 연속식 마이크로파 촉매 건조장치를 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명은 제조비가 싸고 유지 관리가 용이한 연속식 마이크로파 촉매 건조장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명은, 촉매 모액 공급기; 상기 촉매 모액 공급기에 일단이 연결되고 오픈 튜브에 스크류가 장착된 교반이송관; 상기 교반이송관이 장착되도록 양 측벽의 일부에 연통공이 형성되고 마이크로파를 조사하도록 각각 마그네트론이 장착되고 전자파가 차폐된 일련의 다수 마이크로파 조사실; 상기 교반이송관의 타단이 연결된 건조 촉매 수집기; 및 이들을 제어하는 제어수단을 포함하는 연속식 마이크로파 촉매 건조장치를 제공한다.
본 발명의 발명자인 박상언 일행은 마이크로파 합성 기술을 적용하여 본 발명과 동일자로 "연속식 마이크로파 촉매 제조장치"를 출원하고 있다. 본 발명의 연속식 마이크로파 촉매 건조장치는 상기 촉매 제조장치와 연결하여 촉매를일관적으로 제조하여 건조할 수 있다.
상기 개방된 교반이송관은 일반적으로 테프론 재질로 된 튜브와 스크류로 만들어진다. 촉매 피건조물은 오픈 튜브를 통해서 노출되어 직접 마이크로파 노출되어 가열 건조된다. 촉매 피건조물은 스크류에 의해서 교반 이송된다. 촉매 피건조물의 흐름을 원활하게 하기 위하여 고온에도 내구성을 가져야 한다. 대략 외경 50 내지 100mm의 파이프를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 마그네트론은 예를 들면 0.5 내지 2.0kw 싱글모드 마그네트론을 사용할 수 있다. 가장 바람직하게는 범용 1kw 싱글모드 마그네트론을 사용한다. 바람 직하게는 3 내지 6조의 마그네트론이 사용되고 3 내지 6조의 마이크로파 조사실이 서로 연결된다.
상기 촉매 모액 공급기에 바람직하게는 조절이 가능한 정액펌프가 설치되어 반응물의 취출량을 조절한다.
나노세공형 촉매 또는 나노입자형 촉매를 건조하기 위하여 촉매 모액을 정액펌프를 통하여 교반이송관에 공급하고 교반이송관은 일련의 마이크로파 조사실로 이송하여 일련의 마그네트론에 의하여 연속적으로 마이크로파를 조사하되 촉매 피건조물이 충분히 마이크로파를 흡수할 수 있도록 적당한 펌핑 속도로 건조 속도가 조절되도록 가열한다. 알맞은 건조 조건을 도모하기 위해 반응기 내부에 온도 센서를 부착하는 것이 바람직하다. 촉매 모액의 함유율은 특별히 제한되지는 않으나 5~30%의 촉매 함유율을 가진다. 촉매 피건조물은 산도에 크게 영향을 받지는 않으나 바람직하게는 염기성 또는 중성 용액이다.
상기 교반이송관에는 모터가 연결되어 원활한 건조를 위하여 혼합과 이송의 동력을 제공한다. 상기 마이크로파 조사실에는 측면의 교반이송관 연통공을 제외하고 전면에 전자파 차단판을 설치하여 촉매 피건조물에 흡수되지 않고 반사된 마이크로파를 차단하도록 한다.
정액펌프의 압력의 설정과 교반이송관 내의 촉매 피건조물의 온도를 감지하고 마이크로파의 가열 세기를 간편하게 조절할 수 있도록 제어수단으로 주조작반을 설치하는 것이 바림직하다.
이하 도면에 의하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이러한 설명은 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명의 보호범위를 제한하는 것으로 해석하여서는 아니 된다.
설계기준은 마이크로파에 의한 온도를 실온에서 200℃까지로 설계하고 주입되는 촉매의 양을 시간당 50 Kg으로 하였다. 교반이송관 관의 직경은 70mm 마이크로파 조사실의 쳄버 사이즈는 340mm × 340mm × 210mm로 제작하고 쳄버 배열은 각각 50 mm의 유격을 두고 4組를 배치하였다. 온도 센서를 부착하여 안정성을 도모하였다.
나노입자형 촉매를 건조하기 위하여 촉매 모액을 호퍼②의 정액펌프⑨를 통하여 교반이송관⑥에 공급하고 교반이송관⑥는 마이크로파 조사실④로 이송하여 1 Kw 싱글모드 마그네트론③에 의하여 연속적으로 마이크로파를 조사하되 촉매 피건조물이 충분히 마이크로파를 흡수할 수 있도록 이송속도와 가열속도가 조절되도록 가열한다. 알맞은 건조 조건을 도모하기 위해 교반이송관⑥에 온도 센서⑧를 부착한다. 주조작반①을 설치하여 정액펌프⑨의 압력과 교반이송관⑥ 내의 반응물의 온도를 감지하고 마이크로파의 가열 세기를 간편하게 조절할 수 있도록 하였다. 촉매 모액 공급기②에는 조절이 가능한 정액펌프⑨가 설치되고 상기 교반 이송기의 상기 타단에서 촉매수집기⑦로 배출되는 건조 촉매의 취출량을 조절한다. 상기 마이크로파 촉매 건조장치는 시간 당 50Kg이 혼합물을 처리할 수 있으며 건조시간을 10분 이내로 단축할 수 있었다.
본 발명에 의한 연속식 마이크로파 촉매 건조장치에 의하여 나노 촉매의 속 성건조와 대량생산 및 친환경 공정 시스템이 제공되었다. 이러한 시스템은 기존의 건조방법에 비해 높은 생산성과 에너지 효율성을 가지게 되며 건조 장치가 간편하여 장치 제작비와 에너지를 절약할 수 있으므로 촉매 생산의 경쟁력이 높아진다. 또한 연속식 마이크로파 장치를 가동함에 있어 온도센서를 부착하여 안정성을 확보하였으며 주조작반을 설치하여 각 부분의 제어가 가능하도록 함으로서 작동의 편리함을 도모하였다.
Claims (4)
- 촉매 모액 공급기; 상기 촉매 모액 공급기에 일단이 연결되고 오픈 튜브에 스크류 가 장착된 교반이송관; 상기 교반이송관이 장착되도록 양 측벽의 일부에 연통공이 형성되고 마이크로파를 조사하도록 각각 마그네트론이 장착되고 전자파가 차폐된 일련의 다수 마이크로파 조사실; 상기 교반이송관의 타단이 연결된 건조 촉매 수집기; 및 이들을 제어하는 제어수단을 포함하는 연속식 마이크로파 촉매 건조장치
- 제1항에 있어서, 상기 교반이송관이 테프론 재질로 된 오픈 튜브와 스크류를 포함하는 연속식 마이크로파 촉매 건조장치
- 제2항에 있어서, 상기 촉매가 나노세공형 촉매 또는 나노입자형 촉매인 연속식 마이크로파 촉매 건조장치
- 제3항에 있어서, 상기 마그네트론이 3 내지 6조의 0.5 내지 2.0 KW 마그네트론이고 상기 마이크로파 조사실이 3 내지 6조로 구성되고 상기 촉매 모액 공급기에는 조절이 가능한 정액펌프가 설치되고 상기 교반이송관에는 온도센서가 부착되어 건조 촉매의 취출량을 조절하는 연속식 마이크로파 촉매 건조장치
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