KR20100134596A - 인터스테이지 펌프가 통합된 회전식 분배 장치 - Google Patents

인터스테이지 펌프가 통합된 회전식 분배 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 당질액의 처리시의 통상적인 이온 교환 또는 색층 분석 분리에서 처리액을 분배하기 위한 회전식 분배 장치(30)에 관한 것이다. 상기 장치는 고정된 처리액 공급 파이프(3)가 내부로 연장되는 코어(2)와, 코어와 코어 주위로 회전하는 외부 쉘(4) 사이에 형성된 환형 유체 분배 챔버를 포함한다. 고정식 인덱싱 디스크(7)에 대해 쉘과 함께 회전하는 회전식 인덱싱 디스크(6)의 선택된 포트와 선택된 분배 챔버 사이에서 연결되고 쉘과 함께 회전하는 회전식 파이프(5)가 제공된다. 이러한 배치에 의해, 회전식 디스크가 회전할 때, 회전식 파이프를 통해 회전식 디스크에 공급되는 처리액 스트림의 다양한 스트림들이 고정식 디스크의 고정식 포트로 유입된다. 고정식 포트는 선택된 목적지에 선택적으로 스트림을 공급하도록 배치된다. 본 발명에 따르면, 처리액을 펌핑하도록 작동하는 인터스테이지 펌프는 회전식 파이프 및 회전식 인덱싱 디스크와 함께 코어 주위로 회전하도록 장착된다. 이는 결국 고정된 펌프를 가진 종래 모사 이동층 구성과 비교하여 특히 단순한 설계로 이어진다.

Description

인터스테이지 펌프가 통합된 회전식 분배 장치{ROTARY DISTRIBUTION APPARATUS INCORPORATING INTERSTAGE PUMPS}
본 발명은 인터스테이지 펌프가 통합된 회전식 분배 장치에 관한 것이다.
WO 2004/029490호는, 일괄 공정이 연속 작업의 효율에 근접한 효율로 수행되게 하는 회전식 분배 장치(RDA)를 기술한다. 예를 들어, 장치는, 예로써 당질 추출 장치에서의 당질액(sugar juice)의 처리시, 이온 교환 및 색층 분석 분리(chromatographic separation)에 사용될 수 있다.
도 1은 WO 2004/029490호에 따른 공지된 RDA를 도시한다. 장치(1)는 고정된 공급물 및 생성물 파이프(3)가 내부로 연장되는 고정식 원통형 중심 코어(2)를 갖는다. 코어(2)와 코어 주위로 회전하는 외부 쉘 또는 배럴(4) 사이에 일련의 환형 유체 분배 챔버(도 1에서는 보이지 않음)가 형성되며, 실제로, 공급물 또는 생성물 스트림 당 하나의 분배 챔버가 제공된다. 쉘(4)과 함께 회전하는 파이프(5)들은 쉘과 함께 회전하는 인덱싱 디스크(6)의 선택된 포트와 선택된 분배 챔버 사이에서 연결된다. 디스크(6)는 고정식 인덱싱 디스크(7)에 대해 회전한다. 디스크(6)가 디스크(7)에 대해 회전할 때, 파이프(5)를 통해 디스크(6)에 공급되는 다양한 처리 스트림들은 디스크(7)의 고정식 포트로 유입되고, 이어서, 디스크(7)는 파이프(8)를 통해 처리 챔버(process chamber)(당질 추출의 경우 통상적으로 이온 교환 및 색층 분석 분리 챔버)에 선택적으로 상기 스트림들을 공급한다. 처리 챔버로부터 복귀한 유체 스트림은 역방향으로 유사한 경로를 따르고, 최후에는 고정된 파이프들(3) 중 관련된 것들을 통해 장치로부터 배출된다.
색층 분석 분리 장치에서, 예시적으로 처리 유체는, 통상적으로 수지의 재생을 위해, 수지를 함유한 여러 처리 챔버를 통과할 필요가 있다. 분배 시스템의 일부 구역에서 유체의 점도는 상당히 높을 수 있어서, 관련 압력 저하가 현저하게 나타날 수 있다. 이에 의해 일반적으로 파이프 및 관련된 펌핑 장치의 주의 깊은 설계가 요구된다.
종래의 모사 이동층 색층 분석 분리 시스템(simulated moving bed chromatographic separation system)에서, [에이.이. 스텔리 매뉴팩쳐링 컴패니(A.E Staley Manufacturing Company)에 양도된] 라쉬(Rasche)에게 허여된 US 5,122,275호에 예시적으로 기재된 바와 같이, 분리 탑(separation column) 및 필수 펌프들은 실제 분리 프로파일이 탑에서부터 탑까지 이동하는 동안 제 위치에 고정된다. 프로파일이 탑을 통해 이동함에 따라, 유체 점도 및 이에 따른 펌핑 듀티(duty)가 현저하게 변화되는데, 이는, 펌프의 용량이 주기의 전 지점에서의 압력 변화 및 유체 포텐셜 유동(potential flow)의 전 범위를 다룰 수 있도록 주의 깊게 선택되어야 한다는 것을 의미한다.
전술된 RDA가 이용되는 경우, 분리 탑은 고정되는데, 해결책으로 각각의 탑에 인터스테이지 펌프를 제공하는 방법이 있을 수 있다. 그러나, 유체가 저 점도를 갖는 구역에서는 펌프가 불필요하기 때문에, 이러한 잠재적인 해결책은 매우 비능률적인 것으로 간주된다. 다른 한편으로 적은 수의 대형 펌프가 이용된다면 압력 저하가 보다 현저하게 나타나기 때문에 탑 챔버의 적어도 일부는 인가된 압력을 견디기 위해 견고한 구성을 가질 필요가 있다.
이러한 해결책은, 펌프가 처리 주기의 각각의 인덱스 이후에 상이한 듀티를 나타내고 상이한 유동 설정치(flow setpoint)를 가진다는 점에서 추가적인 난항에 직면하게 된다.
이러한 인자들이 연합하여 전체적인 펌프의 제어 전략을 매우 복잡하게 만든다. 이것이 본 발명이 극복하고자 하는 문제이다.
본 발명에 따르면, 처리액을 분배하기 위한 회전식 분배 장치(RDA)가 제공되며, 상기 분배 장치는 고정된 처리액 공급 파이프가 내부로 연장되는 고정식 코어와, 코어와 코어 주위로 회전하는 외부 쉘 사이에 형성된 환형 유체 분배 챔버와, 고정식 인덱싱 디스크에 대해 쉘과 함께 회전하는 회전식 인덱싱 디스크의 선택된 포트와 선택된 분배 챔버 사이에서 연결되고 쉘과 함께 회전하는 회전식 파이프를 포함하고, 이에 의해 회전식 디스크가 회전할 때, 파이프를 통해 회전식 디스크에 공급되는 처리액 스트림의 다양한 스트림들은 선택된 목적지에 선택적으로 스트림을 공급하도록 배치된 고정식 디스크의 고정식 포트로 유입되는, 회전식 분배 장치에 있어서, 처리액을 펌핑하도록 작동하는 인터스테이지 펌프는 회전식 파이프 및 회전식 인덱싱 디스크와 함께 코어 주위로 회전하도록 장착되는 것을 특징으로한다.
바람직하게 인터스테이지 펌프는 회전식 파이프를 통해 처리액을 펌핑하도록 배치된다. 인터스테이지 펌프는 통상적으로 회전식 파이프 내에 배치된다. 이들은 접촉 브러쉬를 통한 회전식 슬립 링에 의해, 전류원으로부터 전류가 공급되는 전기 모터에 의해 구동될 수 있다. 또한 바람직하게 관련 펌프의 속도를 제어하기 위해 각 전기 모터와 관련된 가변 주파수 구동 유닛이 갖춰진다. 가변 주파수 구동 유닛은 또한 RDA의 다른 회전식 부품과 함께 회전하도록 배치되고, 바람직하게 공통 전자 제어 유닛에 의해 제어된다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 당질 추출 장치에서의 당질액의 처리시, 이온 교환 또는 색층 분석 분리용 처리액을 분배하는 방법을 제공하며, 상기 분배 방법은 회전식 분배 장치를 사용하는 처리액을 분배하는 단계를 포함하며, 상기 회전식 분배 장치는 고정된 처리액 공급 파이프가 내부로 연장되는 코어와, 코어와 코어 주위로 회전하는 외부 쉘 사이에 형성된 환형 유체 분배 챔버와, 고정식 인덱싱 디스크에 대해 쉘과 함께 회전하는 회전식 인덱싱 디스크의 선택된 포트와 선택된 분배 챔버 사이에서 연결되고 쉘과 함께 회전하는 회전식 파이프를 포함하고, 이에 의해 회전식 디스크가 회전할 때, 파이프를 통해 회전식 디스크에 공급되는 처리액 스트림의 다양한 스트림들은 선택된 목적지에 선택적으로 스트림을 공급하도록 배치된 고정식 디스크의 고정식 포트로 유입되는, 분배 방법에 있어서, 상기 분배 방법은 회전식 파이프 및 회전식 인덱싱 디스크와 함께 회전하도록 인터스테이지 펌프를 장착하는 단계와, 회전식 파이프를 통해 처리액을 펌핑하도록 상기 펌프를 작동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 하기의 첨부된 도면들을 참조하여, 단지 예시적으로 더욱 상세하게 기술될 것이다 :
도 1은 공지된 회전식 분배 장치(RDA)를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 장치가 적용된 일종의 통상적인 색층 분석 분리 공정을 개략적으로 도시한다.
도 3은 도 2의 공정을 개략적으로 도시하고, 전형적인 펌프의 위치를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 장치의 관련 부품들을 도시한다.
도 1에 도시된 RDA가 앞서 참조되었다. 도 1의 장치는 또한 참조된 WO 2004/029490호에 더욱 상세히 기술되었다.
도 2 및 도 3은 당질액의 처리시에 사용되는 역류 색층 분석 분리 공정을 개략적으로 도시한다. 당업자라면, 이러한 도면들에 도시된 이러한 공정의 다양한 단계, 즉 위치(10)에서의 원료의 주입과, 위치(12)에서의 재생 용리제(eluent)의 주입과, 위치(14 및 16)에서의 분리된 성분의 배출을 잘 알 수 있을 것이다. 분리 탑 또는 용기는 도면 부호 17로, 당질 유체의 유동 방향은 도면 부호 18로, 모사된 수지 유동 방향은 도면 부호 19로 지시된다. 분해(stripping), 재적재(reloading), 용리(elution), 및 농축(enrichment) 구역 각각은 도면 부호 20, 22, 24, 및 26으로 지시된다. 도 2는 또한 처리액(process liquid)을 펌핑하는데 사용되는 인터스테이지 펌프(28)의 통상적인 위치를 도시한다.
도 4는, 본 발명에 따른 RDA의 회전 부품과 함께 회전하도록 장착된 펌프(28)를 포함하여 총괄적으로 전술된 일종의 RDA(30)를 도시한다.
도 1의 부품들에 대응하는 도 4의 부품들은 동일한 도면 부호로서 지시된다. 전술된 바와 같이, RDA의 회전 부품들, 즉, 쉘(4), 파이프(5), 및 인덱싱 디스크(6)는 링 기어(32)에 고정된다. 전기 모터(36)에 의해 구동되는 평기어(spur gear; 34)는 RDA의 작동중에 회전식 부품들을 회전시키기 위해 링 기어와 맞물린다.
또한 슬립 링(38)은 도시된 바와 같이 링 기어에 의해 고정되어 장착된다. 이는 접촉 브러쉬(42)를 통해 전기 모터(40)에 전류를 공급한다. 전기 모터(40)는 전자 제어 유닛(44)의 제어에 의해서 파이프(5)의 인터스테이지 펌프(28)를 구동시킨다. 펌프의 속도는 모터(40)에 장착된 가변 주파수 구동 유닛(46)을 사용하여, 제어 유닛에 의해, 개별적으로 제어된다.
RDA의 다른 회전 부품들과 함께 회전하도록 파이프(5)에 인터스테이지 펌프(28)를 배치함으로써, 다양한 이점이 성취될 수 있다. 첫째로, 이는, 당질액 또는 유체가 탑으로부터 탑으로 이동함에 따라, 개개의 펌프가 당질액 또는 유체의 프로파일을 따를 수 있게 한다.
이어서, 이는, 주기 전체에 걸쳐, 각 펌프의 펌핑 부하가 일정하다는 점에 기인하여 공정의 제어뿐 아니라 펌프의 크기 배열을 단순화시키고, 필요한 펌프의 개수를 감소시킨다.

Claims (6)

  1. 처리액을 분배하기 위한 회전식 분배 장치로서, 상기 분배 장치는 고정된 처리액 공급 파이프가 내부로 연장된 코어와, 코어와 코어 주위로 회전하는 외부 쉘 사이에 형성된 환형 유체 분배 챔버와, 고정식 인덱싱 디스크에 대해 쉘과 함께 회전하는 회전식 인덱싱 디스크의 선택된 포트와 선택된 분배 챔버 사이에서 연결되고 쉘과 함께 회전하는 회전식 파이프를 포함하고, 이에 의해 회전식 디스크가 회전할 때, 파이프를 통해 회전식 디스크에 공급되는 처리액 스트림의 다양한 스트림들은 선택된 목적지에 선택적으로 스트림을 공급하도록 배치된 고정식 디스크의 고정식 포트로 유입되는, 회전식 분배 장치에 있어서,
    처리액을 펌핑하도록 작동하는 인터스테이지 펌프는 회전식 파이프 및 회전식 인덱싱 디스크와 함께 코어 주위로 회전하도록 장착되는 것을 특징으로 하는
    회전식 분배 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    인터스테이지 펌프는 회전식 파이프를 통해 처리액을 펌핑하도록 배치되는
    회전식 분배 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    인터스테이지 펌프는 접촉 부시를 통한 회전식 슬립 링에 의해 전류원으로부터 전류가 공급되는 전기 모터에 의해 구동되는
    회전식 분배 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    관련 펌프의 속도를 제어하기 위해 각 전기 모터와 관련된 회전식 가변 주파수 구동 유닛을 포함하는
    회전식 분배 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    가변 주파수 구동 유닛은 공통 전자 제어 유닛에 의해 제어되는
    회전식 분배 장치.
  6. 당질 추출 장치에서의 당질액의 처리시, 이온 교환 또는 색층 분석 분리용 처리액을 분배하는 방법으로서, 상기 분배 방법은 회전식 분배 장치를 사용하여 처리액을 분배하는 단계를 포함하며, 상기 회전식 분배 장치는 고정된 처리액 공급 파이프가 내부로 연장되는 코어와, 코어와 코어 주위로 회전하는 외부 쉘 사이에 형성된 환형 유체 분배 챔버와, 고정식 인덱싱 디스크에 대해 쉘과 함께 회전하는 회전식 인덱싱 디스크의 선택된 포트와 선택된 분배 챔버 사이에서 연결되고 쉘과 함께 회전하는 회전식 파이프를 포함하고, 이에 의해 회전식 디스크가 회전할 때, 파이프를 통해 회전식 디스크에 공급되는 처리액 스트림의 다양한 스트림들은 선택된 목적지에 선택적으로 스트림을 공급하도록 배치된 고정식 디스크의 고정식 포트로 유입되는, 분배 방법에 있어서,
    상기 분배 방법은 회전식 파이프 및 회전식 인덱싱 디스크와 함께 회전하도록 인터스테이지 펌프를 장착하는 단계와, 회전식 파이프를 통해 처리액을 펌핑하도록 상기 펌프를 작동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    분배 방법.

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