KR20140050279A - 원통 전열관을 이용한 증발농축건조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다수개의 원통이 원형배치로 다수 개조로 설치하여 전열면적을 한층 확대시키는 동시에 회전시 전열면 부분에서 강한 난류가 발생되어 열교환시 스케일 생성이 최소되도록 하는 원통 전열관을 이용한 증발농축장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상,하부를 밀폐한 원통형 동체의 상,하단에 원액유입구와 증기유출구 및 농축슬러지 배출구를 구성하고, 상기 원통형 동체 내부에는 구동모터에 의해 연동되어 회전 구동하는 중공 형태의 회전축으로 전열수단을 회전 교반작동케 결합 구성하되, 상기 전열수단은 회전축과 결합되는 축보스의 방사상으로 상부에는 중공의 스팀분배축이 등각 돌출 형성되어 스팀을 사방으로 분배하는 분배관과 하부에는 중공의 응축수 유도축과 연결된 유도관을 구비하고, 상기 상,하 분배축과 유도축이 연통되도록 내부가 중공형성된 분배관과 유도관을 동일 반경상에 일정 간격으로 삽입 구성하고, 상기 분배관과 유도관이 연통되도록 다수개의 전열부재가 축보스를 중심으로 일정 간격 이격된 상태로 적어도 하나 이상 구비하여 이루어져 구성하여, 동체 내부에 많은 원통형 전열부재에 의해 전열면적을 확대 제공함과 상기 전열면적을 회전 교반하면서 전열효과를 극대화하므로 대량의 고농도용액을 효과적으로 처리하도록 하는 효과가 있다.

Description

원통 전열관을 이용한 증발농축건조장치{Cylinder heat-induced evaporative condensing drying system}

본 발명은 원통 전열관을 이용한 증발농축장치에 관한 것으로, 동체의 외부에는 스팀재킷을 구성하고, 내부에는 다수개의 원통이 원형배치로 다수 개조로 설치하여 전열면적을 한층 확대시키는 동시에 회전시 전열관 표면에 강한 난류가 형성되어 열교환시 스케일 생성이 최소화되도록 하는 원통 전열관을 이용한 증발농축장치에 관한 것이다.

일반적으로 용액(원액)으로부터 용존고형물을 석출, 건조하는 건조분리방법은, 1단계로서 용액(원액)을 증발농축장치에 유입하여 스팀으로 다량의 원액을 증발시켜 용존고형물의 농도가 높게 되는 농축액을 형성하여 배출하고, 2단계로는 상기 농축액을 별도의 석출장치나 건조장치를 거쳐 잔여 수분을 증발시켜 고액분리를 이루게 되는 것이다.

즉, 종래의 용액(원액)을 건조분리하는 방법은 용액(원액)으로 부터 다량의 수분을 증발시키기 위해 다수의 전열면적을 갖는 투관형열교환기가 설치된 증발농축장치와, 석출 및 건조를 위한 별도의 석출, 건조장치가 요구되었다.

그런데 상기한 용액(원액)으로 부터 용존고형물을 석출, 건조하는 종래의 방법은 증발농축장치와 석출,건조장치를 별도 구비함에 따라 설비비용 및 그 공간활용성이 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 상기 용액(원액)의 증발농축 과정에서 과도한 농축으로 용존고형물이 석출될 경우에 전열관의 오염이 급격히 진행되어 전열면으로 과도한 스케일이 고착되거나 전열관이 폐색되어 증발농축 효율이 급격히 저하되거나 불가능하게 되는 문제점이 있었다.

또한, 상기 전열관이 관판에 고정설치되어 있기 때문에 전열면에 과도한 스케일의 고착이나 폐색, 전열면의 침,부식등으로 인한 부분 교체나 보수가 곤란한 비 경제적인 문제점이 있었다.

따라서, 종래에는 증발농축장치는 용액(원액)의 용존고형물의 농도가 높을 경우나 다양한 성상의 용존물질이 혼합되어 있는 경우에는 고농축 및 건조분리방법으로 적용하기가 어려워 대부분 저농도 용액의 저농축용으로 사용이 제한되고 있었다.

이러한 문제점을 개선하고자 상기 농축액이나 고농도용액의 농축 및 건조에 적합한 원통형 전열판을 이용한 증발농축건조장치를 개발, 10-0766916호 등에 개시된 바 있다.

이는 내부에 설치된 원통형전열판을 회전시켜 고농도의 용액을 증발농축건조하는 방법으로, 넓은 판 형태의 전열면을 갖는 원통형 판의 전열부재를 사용한 예이다.

고농도의 비점상승이 높은 용액을 증발농축하기 위해서는 좀더 높은 압력과 온도의 증기를 전열판에 공급해야 하는데 넓은 판형태의 전열면은 이러한 압력과 온도를 견디기 위해서는 전열소재가 두꺼워져야하는 문제가 발생한다. 또한 용액이 점점 농축되면서 비점상승에 의한 가열매체(스팀)와 피가열매체(용액)와의 온도차가 작아지므로 증발량의 감소를 초래하는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로 동체 내부에 많은 전열관이 원통형으로 배열된 다수의 전열부재에 의해 전열면적을 확대 제공함과 좀더 높은 압력을 견딜수 있도록 고안되고, 상기 전열관을 회전 교반하면서 전열효과를 극대화하므로 대량의 고농도용액을 효과적으로 처리하도록 하는 원통 전열관을 이용한 증발농축건조장치을 제공하는데 그 목적이 있다.

아울러, 본 발명의 다른 목적은 동체 내부의 전열부재는 용액을 일정한 농도(포화농도)까지만 농축하는데 활용되고, 건조시에는 동체외면에 스팀재킷을 형성하여 좀더 높은 압력의 스팀을 공급하여 건조를 더욱 빠르게 되도록 하며 내부의 원통형 전열부재의 외측에 스크래파를 설치하여 재킷부분의 전열면에 스케일의 생성을 제어하여 전열효율을 극대화하는 데 있다.

더불어, 본 발명의 또 다른 목적은 전열면의 두께가 얇아짐에도 불구하고 더 높은 압력에도 견딜수 있는 구조와 함께 전열부재를 원통형상으로 구성하여 등간격으로 배치함으로써 장치를 경량화할 수 있어 경제성을 극대화 하는데 에도 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 폐열이나 스팀의 열을 전열관을 통하여 원액에 간접 전달되도록 하여 원액을 증발 농축하여 원액중의 용존고형물을석출, 건조하여 분리배출하는 증발농축장치에 있어서, 스팀재킷이 형성되고 상,하부를 밀폐한 원통형 동체의 상,하단에 원액유입구와 농축슬러지 배출구를 구성하고, 상기 원통형 동체 내부에는 상부측으로 스팀이 공급되고 구동모터에 의해 연동되어 회전 구동하는 중공 형태의 회전축으로 전열수단을 회전 교반작동케 결합 구성하되, 상기 전열수단은 회전축이 결합되는 축보스의 방사상으로 중공의 분배축이 등각 돌출 형성되어 스팀을 사방으로 분배하는 상부분배축과 열교환 후 응축된 스팀응축수를 유도하는 하부유도축을 상하로 구비하고, 상기 상,하 분배축과 유도축과 연통되며 내부가 중공형성된 상,하 분배관과 유도관이 구비되며 상,하 분배관과 유도관에 전열관을 동일 반경상에 일정 간격으로 삽입 구성하고, 상기 분배축과 연통되도록 다수개의 전열부재가 축보스를 중심으로 일정 간격 이격된 상태로 적어도 하나 이상 구비하여 이루어진 구성하는 것을 특징으로 하는 원통 전열관을 이용한 증발농축건조장치를 제공한다.

이상에서와 같이 본 발명은 동체 내부에 많은 원통형 전열부재에 의해 전열면적을 확대 제공함과 상기 전열면적을 회전 교반하면서 전열효과를 극대화하므로 대량의 고농도용액을 효과적으로 처리하도록 하는 효과가 있다.

아울러, 장치의 운전공정을 증발농축공정과 건조공정으로 구분하여 증발농축공정에서는 내부에 구성된 원통형 전열부재를 용액의 농축용으로만 사용하여 과농축됨에 따른 과도한 스케일의 형성을 제어하고, 건조공정에서는 동체외부에 설치된 스팀재킷으로 좀더 높은 열을 공급하여 용액에 남아있는 잔여수분을 증발시켜 건조되도록 구성하되 내부의 원통형 전열부재의 외측에 스크래파를 설치하여 재킷 전열면에 스케일이 형성되지 않도록하므로서 전열효율을 극대화하는 효과가 있다.

더불어, 전열면의 두께가 얇아짐에도 불구하고 더 높은 압력에도 견딜수 있는 구조와 함께 전열부재를 원통형상으로 구성하여 등간격으로 배치함으로써 장치를 경량화할 수 있어 경제성을 극대화 하는데 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 원통 전열관을 이용한 증발농축장치를 나타낸 부분 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 원통 전열관을 전열수단을 나타낸 부분 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 전열수단을 나타낸 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 전열수단의 분배관과 전열부재를 나타낸 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 전열수단의 농축슬러지 배출구를 나타낸 단면도이다.

이에 상기한 바와같은 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 원통 전열관을 이용한 증발농축건조장치는 폐열이나 스팀의 열을 전열관을 통하여 원액에 전달되도록 하여 원액을 증발 농축하여 원액중의 용존고형물을 석출, 건조하여 분리배출하는 증발농축건조장치에 관한 것으로, 원통형 동체(101)와, 상기 동체(101)의 내부에서 고속으로 회전하는 전열수단(100)으로 구성된다.

이때, 상기 상,하부를 밀폐한 원통형 동체(101)의 상,하단에는 원액유입구(114)와 증기유출구(115) 및 농축슬러지 배출구(116)를 구성한다.

여기서, 상기 원액유입구(114)로는 원액이 유입되고, 동체(101)의 내부에 액면계(109)에 감지될 때까지 충진하게 된다.

그리고, 상기 원통형 동체(101) 내부에는 구동모터(110)에 의해 연동되어 회전 구동하는 중공 형태의 회전축(103)으로 전열수단(100)을 회전 교반 작동케 결합 구성한다.

아울러, 상기 전열수단(100)은 회전축이 결합되는 축보스(11)의 상,하부에 방사상으로 중공의 분배축(15)과 유도축(15')이 등각 돌출 형성되어 스팀을 사방으로 분배하는 분배관(21)와 스팀응축수를 유도하는 유도관(21')를 상하로 구비한다.

더불어, 상기 상,하 분배관(21)과 유도관(21')이 연통되도록 내부가 중공형성된 전열관을 동일 반경상에 일정 간격으로 삽입 구성한다.

이러한, 상기 분배관(21)과 유도관(21')이 연통된 다수개의 전열부재(20,20',20"...)가 축보스(11)를 중심으로 일정 간격 이격된 상태로 적어도 하나 이상 구비하여 구성한다.

이때, 상기 전열부재(20,20',20"...)는 원통형 파이프 형상으로 구성한다.

그리고, 상기 전열수단(100)이 고속으로 회전할 경우 전열부재(20,20',20"...)와 전열부재(20,20',20"...)의 사이에 강한 난류현상이 발생되도록 구성한다.

아울러, 상기 분배축(15)과 분배관 사이에는 커플러(30)로 연결되어 전열부재(20,20',20"...)를 교체 가능하도록 구성한다.

아울러, 상기 동체(101) 하단의 농축슬러지 배출구(116)는 배면에 탄성을 부여하기 위한 홈(41)을 가공한 원뿔형 헤드(40)를 유압실린더(45)에 수평으로 전후진 작동하면서 배출공(46)을 개폐하도록 구성된다.

한편, 상기한 본 발명은 회전축(103)을 회전구동시키는 구동모터(110)의 회전수 조절을 위해서 회전수조절장치를 설치하여 용액의 농축도에 따라 전열수단(100)의 회전을 빠르게 또는 느리게 하는 조절을 반복하므로 용액이 충분히 교반작동하도록 함과 함께 농축슬럿지의 과도한 부착이나 고착을 방지하도록 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 낮은 온도에서 수분(물)을 증발시키기 위해 진공펌프(150)를 통하여 동체(101) 내부에 약 150torr 정도의 진공이 형성되게 한다.

이후, 상기 동체(101)의 내부에 진공이 형성되면, 원액이송펌프(160)가 가동되어 공급밸브가 열리면서 원액은 원액유입구(114)를 통해 동체(101) 내부에 공급된다.

이와 같이하여 상기 원액 공급이 상기 동체(101)의 측단에 설치된 액면계(109)까지 이루어지면, 공급밸브가 닫히고 구동모터(110)가 서서히 구동되면서 원액은 회전축(103)에 설치된 전열수단(100)의 회전교반에 따라 회전하면서 교반된다.

이때, 구동모터(110)의 회전속도를 증가시키면 원액은 중심에서 일정 간격 이격된 상태로 다수 설치된 각 전열부재(20,20',20"...)사이의 공간에서 원심력을 갖게 되어 전열부재(20,20',20"...)의 표면에서 강한 난류를 형성하면서 고속으로 회전하게 된다.

이와 같이하여 상기 전열수단(100)의 회전수가 일정속도에 이르면, 스팀공급밸브(170,170')가 열리면서 스팀이 회전축(103)의 상부와 스팀재킷에 공급된다.

이와 같이 회전축(103)에 공급된 스팀은 회전축(103)과 방사상으로 형성된 각 분배축(15)을 통해 원통형 전열부재(20,20',20"...)를 형성하는 등각 분할된 분배관(21)을 통해 상부에서 하부로 공급된다.

이때, 상기 각 분배관(21)의 내부로 공급된 스팀은 전열부재(20,20',20"...)에 공급된 상태에서 회전하며 용액(원액)과 열교환 과정을 거치게 된다.

따라서, 상기 전열부재(20,20',20"...) 내의 스팀은 응축되어 유도관(21')을 거쳐 유도축(15')을 통하여 회전축(103)의 하부로 배출되고, 상기 원액중의 수분은 수증기로 증발하는 과정을 거치게 된다.

특히, 본 발명의 전열수단(100)은 원통형 전열부재(20,20',20"...)를 회전축의 중심에서 적어도 하나 이상 구비함과 원통형상으로 구성되어, 이를 회전 교반하므로서 전열면적을 극대화함과 원액과 스팀의 열교환효율이 극대화되게 하는 것이다.

더불어, 상기 전열부재(20,20',20"...)는 다수개가 등간격으로 배치되어 회전 교반시에 원액(용액)의 난류를 형성함과 상기 구동모터에 의해 전열부재(20,20',20"...)의 회전속도를 빠르게 또는 느리게 하는 조절을 하므로 농축도에 따라 스케일이 전열부재(20,20',20"...)의 표면에 과도하게 부착하거나 고착함을 방지하게 되는 것이다.

그리고 상기 동체(101)내의 원액에서 분리된 증발된 수증기는 증기유출구(115)를 통해 기수분리기(180)로 유도되어 응축, 배출되고, 미량의 불응축가스는 진공응축기(190)를 거쳐 배출되게 된다.

한편, 상기와 같은 작동으로 동체(101) 내부의 용액(원액)의 수분이 증발함에 따라 점점 농축되어 포화농도까지 농축되면, 회전축(103)상부의 스팀공급밸브는 닫히고 스팀재킷에만 스팀이 공급되어 건조공정으로 전환된다.

건조공정에서 잔여수분을 증발시키고 나면 진공해제밸브가 열려 동체내부의 진공을 해제하게 된다.

그리고, 동체(101) 하부에 배출공(46)을 차단하고 있던 원뿔형 헤드(40)가 유압실린더(45)에 의해 배출공을 개방하므로 농축 슬러지를 배출하게 된다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

10,10': 분배구 11: 축보스
15: 분배축 20,20',20": 전열부재
21,21',21": 분배관 22 : 분기단
30 : 커플러 40: 헤드
41: 홈 45: 유압실린더
100: 전열수단 101: 동체
103: 회전축 107: 전열판교체구
110 : 구동모터 114: 원액유입구
115: 증기유출구 116: 농축슬러지 배출구
150 : 진공펌프 160 : 원액이동펌프
180 : 기수분리기 190 : 진공응축기

Claims (4)

1. 폐열이나 스팀의 열을 전열판을 통하여 원액에 전달되도록 하여 원액을 증발 농축하여 원액중의 용존고형물을석출, 건조하여 분리배출하는 증발농축장치에 있어서,
   상,하부를 밀폐한 원통형 동체(101)의 상,하단에 원액유입구(114)와 증기유출구(115) 및 농축슬러지 배출구(116)를 구성하고,
   상기 원통형 동체(101)의 외부에는 스팀재킷을 시공하여 스팀유입구와 응축수 배출구를 구성하고,
   상기 원통형 동체(101) 내부에는 구동모터(110)에 의해 연동되어 회전 구동하는 중공 형태의 회전축(103)으로 전열수단(100)을 회전 교반작동케 결합 구성하되,
   상기 전열수단(100)은 회전축이 결합되는 축보스(11)의 방사상으로 중공의 분배축(15)이 등각 돌출 형성되어 스팀을 사방으로 분배하는 분배관(21)과 하부에 설치되어 스팀응축수를 유도하는 유도관(21')과 유도축(15')을 상하로 구비하고,
   상기 상,하 분배축(15)과 유도축(15')과 연통되도록 내부가 중공형성된 분배관(21)을 동일 반경상에 일정 간격으로 삽입 구성하고,
   상기 분배관(21,21',21")과 연통되도록 다수개의 전열부재(20,20',20"...)가 축보스(11)를 중심으로 일정 간격 이격된 상태로 적어도 하나 이상 구비하여 이루어져 구성하는 것을 특징으로 하는 원통 전열관을 이용한 증발농축장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 전열부재(20,20',20"...)는 원통형 파이프 형상으로 구성하는 것을 특징으로 하는 원통 전열관을 이용한 증발농축장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 전열수단(100)이 고속으로 회전할 경우 전열부재(20,20',20"...)와 전열부재(20,20',20"...)의 사이에 강한 난류현상이 발생되도록 구성하는 것을 특징으로 하는 원통 전열관을 이용한 증발농축장치.
4. 제 1항에 있어서 , 전열부재(20,20',20"...)를 교체 가능하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 원통 전열관을 이용한 증발농축장치

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