KR20160050170A - 다기능 화학 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하나의 장치로 액상물의 혼합공정, 반응공정, 탈포공정 및 농축공정 모두를 선택적으로 수행할 수 있으면서도 상기 각 공정의 효율과 성능을 더욱 향상시킬 수 있는 다기능 화학 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 다기능 화학 장치는, 공정 챔버와; 상기 공정 챔버 내의 상측에 축회전 가능하게 장착되는 비산 플레이트와; 상기 공정 챔버의 온도를 상승시키기 위한 가열기와; 상기 액상물을 상기 공정 챔버 내로 공급하기 위한 액상물 주입구와; 상기 액상물 주입구를 통해 주입된 액상물을 상기 비산 플레이트를 향해 토출하는 액상물 토출구와; 상기 공정 챔버 내의 축회전 가능하게 장착되는 교반 날개와; 상기 공정 챔버 내부를 대기압 이하의 분위기로 만들기 위한 진공 펌프와; 상기 공정 챔버와 상기 진공 펌프를 연결하는 흡입 관로와; 상기 흡입 관로의 도중에 구비되는 응축기; 및 상기 공정 챔버에 투입되어 공정이 완료된 액상물을 상기 공정 챔버 외부로 배출시키기 위한 배출구;를 포함하여 구성된다.

Description

다기능 화학 장치{MULTIFUNCTIONAL CHEMICAL EQUIPMENT}

본 발명은 화학 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하나의 장치로 액상물의 혼합공정, 반응공정, 탈포공정 및 농축공정을 모두 수행할 수 있는 다기능 화학 장치에 관한 것이다.

액체를 사용하는 화학 공정에서는 혼합, 반응, 탈포, 농축 등의 여러 공정이 필요한 경우, 각각의 공정에 따른 장치들을 사용하게 된다.

도 1은 종래 혼합 및 반응 공정을 위한 반응기의 개략도이다. 도 1을 참조하면, 종래 반응기는 원료 투입구(2a)와 다수의 밸브(2a,3a,7a)가 구비되는 용기 내에서 원료를 반응시키기 위하여 용기 외부에 가열수단(4a)을 마련하고, 원료의 반응이 균일하게 이루어지도록 교반 날개(6a)가 달린 교반봉(5a)으로 교반하면서 반응을 일으킨다. 교반봉(5a)은 구동 모터(1a)에 의해 축회전이 제어된다.

그런데, 용기 내에 채워진 많은 원료가 반응하기 위한 열에너지에 접촉되는 부분은 전체 원료에 비해 일부분이므로, 교반이 이루어진다고 해도 균일한 에너지가 빠르게 전달되지 못하게 되므로 최종제품의 균일도가 양호하지 않게 될 수가 있다.

도 2는 종래 탈포 공정을 위한 진공 탈포기의 개략도이다. 도 2를 참조하면, 종래 진공탈포기는 진공펌프(5b)와 연결되는 용기(1b) 내에 채워진 원료, 즉 기포가 함유된 액체의 상부 표면에서만 진공에 의해 기포가 제거되므로, 액체 하부에 위치한 액체 내의 기포 제거가 어려운 문제가 있다.

마찬가지로, 종래 농축 공정을 위한 증발 농축기의 경우, 액체의 상부 표면에서만 증발이 이루어지므로 농축되는 시간이 오래 걸리는 문제가 있다.

결국, 종래 화학 장치는 다양한 공정마다 별개의 장치가 각각 존재하여 다양한 공정을 수행하고자 할 경우, 이러한 각각의 장치들을 별개로 구매해야 하기 때문에 비용이 상승하는 문제점이 있었고, 종래 화학 장치들은 특히 반응, 탈포, 농축 공정에 있어서 그 성능과 효율 낮은 단점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 하나의 장치로 액상물의 혼합공정, 반응공정, 탈포공정 및 농축공정 모두를 선택적으로 수행할 수 있으면서도 상기 각 공정의 효율과 성능을 더욱 향상시킬 수 있는 다기능 화학 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다기능 화학 장치는, 공정 챔버와; 상기 공정 챔버 내의 상측에 축회전 가능하게 장착되는 비산 플레이트와; 상기 공정 챔버의 온도를 상승시키기 위한 가열기와; 상기 액상물을 상기 공정 챔버 내로 공급하기 위한 액상물 주입구와; 상기 액상물 주입구를 통해 주입된 액상물을 상기 비산 플레이트를 향해 토출하는 액상물 토출구와; 상기 공정 챔버 내의 축회전 가능하게 장착되는 교반 날개와; 상기 공정 챔버 내부를 대기압 이하의 분위기로 만들기 위한 진공 펌프와; 상기 공정 챔버와 상기 진공 펌프를 연결하는 흡입 관로와; 상기 흡입 관로의 도중에 구비되는 응축기; 및 상기 공정 챔버에 투입되어 공정이 완료된 액상물을 상기 공정 챔버 외부로 배출시키기 위한 배출구;를 포함하여 구성된다.

그리고, 상기 액상물 토출구를 통해 상기 비산 플레이트로 토출되는 상기 액상물은 상기 비산 플레이트의 회전에 따른 원심력에 의해 비산되며 액적으로 미립화되어 상기 공정 챔버의 상측 내벽면에 충돌하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 다기능 화학 장치에 의하면, 하나의 장치로 혼합, 반응, 탈포 및 농축 공정이 모두 가능하여 비용을 절감할 수 있으면서도 종래 각각의 화학 장치보다 성능 및 효율은 더 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 각종 화학 원료의 혼합, 고분자 중합반응, 각종 액체 형태의 레진, 접착제 및 젤의 탈포, 화학약품 및 제약 분야의 농축 공정 등 다양한 산업 분야에 적용될 수 있는 장점이 있다.

또한, 회분식 공정(Batch Process) 뿐만 아니라, 연속식 공정(Continuous Process)을 선택적으로 운용할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래 혼합 및 반응 공정을 위한 반응기의 개략도.
도 2는 종래 탈포 공정을 위한 진공 탈포기의 개략도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다기능 화학 장치를 개략적으로 도시한 장치 구성도.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 다기능 화학 장치를 개략적으로 도시한 장치 구성도.

본 발명에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 본 명세서에서, "~ 상에 또는 ~ 상부에" 라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다. 또한, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에 또는 상부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 상에 또는 상부에" 접촉하여 있거나 간격을 두고 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.

또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

또한, 본 명세서에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예, 장점 및 특징에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다기능 화학 장치를 개략적으로 도시한 장치 구성도이고, 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 다기능 화학 장치를 개략적으로 도시한 장치 구성도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 다기능 화학 장치는 하나의 장치로 액상물의 반응공정, 탈포공정 및 농축공정 모두를 선택적으로 수행할 수 있으면서도 상기 각 공정의 효율 내지 성능은 더욱 증대시킬 수 있는 장치로서, 공정 챔버(10), 비산 플레이트(20), 액상물 주입구(30), 액상물 토출구(31,37), 구동 모터(23), 가열기(70), 교반 날개(40), 진공 펌프(60), 응축기(50) 및 배출구(13)를 포함하여 구성된다. 바람직하게는, 냉각가열기(71) 및 압력 조절밸브(17)를 더 포함할 수 있다.

참고로, 본 발명에서 사용하는 용어 '액상물' 이란 본 발명의 다기능 화학 장치에 투입되어 혼합공정, 반응공정, 탈포공정 또는 증발농축공정이 수행될 수 있는 물질로서, 예컨대 액체 형태의 각종 화학 원료, 약품, 레진, 접착제 및 젤 등이 그 대상이 될 수 있다.

공정 챔버(10)는 혼합공정, 반응공정, 탈포공정 및 농축공정이 수행될 수 있도록 충분한 내부 공간이 형성된 탱크 또는 용기 형태로 구성될 수 있다.

바람직한 실시예에 따르면, 공정 챔버(10)의 상단에는 개구부가 형성되고, 상기 개구부는 덮개에 의해 개폐 가능하도록 구성될 수 있다.

그리고, 공정 챔버(10)의 하단에는 소정의 공정이 완료된 액상물을 외부로 배출할 수 있도록 배출구(13)가 형성되어 있고, 상기 배출구(13)는 이에 연결된 액상물 배출 조절밸브(15)를 통해 배출구(13)의 개폐 및 단위 시간당 배출량을 조절할 수 있도록 구성된다.

한편, 공정 챔버(10) 상단의 개구부와 덮개 간의 접촉면에는 외부 환경과 확실한 차단을 위해 밀봉수단(sealing)이 마련되고, 덮개가 공정 챔버(10) 상단의 개구부에 확실하게 고정되도록 최소한 하나의 잠금 수단이 구비될 수 있다.

액상물 주입구(30)는 액상물을 공정 챔버(10) 내로 공급하기 위한 구성이다. 바람직한 실시예에 따르면, 액상물 주입구(30)는 공정 챔버(10) 내부로 삽입되어 있는 공급 관로 내지 튜브에 있어서 공정 챔버(10) 외부로 노출되어 있는 일단부에 구비될 수 있다.

그리고, 액상물 주입구(30)가 구비되는 공급 관로 내지 튜브(35)의 도중에는 주입 조절밸브(33)가 개재되어, 액상물 주입구(30)를 통해 주입되는 액상물의 투입 여부 및 단위 시간당 투입량을 조절할 수 있도록 구성된다.

액상물 토출구(31)는 액상물 주입구(30)를 통해 주입된 액상물을 비산 플레이트(20)를 향해 토출하기 위한 구성이다. 바람직한 실시예에 따르면, 액상물 토출구(31)는 공정 챔버(10) 내부로 삽입되어 있는 공급 관로 내지 튜브에 있어서 공정 챔버(10) 내부에 수용되어 있는 타단부에 구비될 수 있다.

그리고, 액상물 토출구(31)는 비산 플레이트(20)의 중심부 부근에 액상물을 토출하도록 구성하는 것이 좋다. 참고로, 제1 실시예(도 3 참조)의 경우 액상물 토출구(31)가 비산 플레이트(20)의 상면 중 회전축 부근을 대향하도록 구성하였고, 제2 실시예(도 4 참조)의 경우 액상물 토출구(37)가 비산 플레이트(20)의 하면 중 회전축 부근을 대향하도록 구성하였다.

한편, 액상물 토출구(31)에는 노즐이 더 구비되어, 액상물 토출구(31)로부터 토출되는 액상물이 노즐에 의해 고속으로 분사되며 비산 플레이트(20)에 흩뿌려지도록 구성할 수도 있다.

만약 노즐을 더 포함하여 구성할 경우, 비산 플레이트(20)에 의한 액상물 비산 동작이 노즐에 의한 액상물 흩뿌림 동작에 의해 더 촉진됨으로써 해당 공정을 위한 액상물의 접촉 면적 극대화시킬 수 있고, 이에 따라 목적하는 공정을 더욱 효율적으로 수행할 수 있는 장점이 있다.

비산 플레이트(20)는 공정 챔버(10) 내의 축회전 가능하게 장착되어 공정 챔버(10) 내로 투입된 액상물의 에너지(예컨대, 열) 접촉면적을 증대시킬 수 있도록 기능하는 구성이다. 이와 같은 비산 플레이트(20)에 의해 액상물에 대한 에너지 전달 속도를 늘려서 반응을 촉진시키거나, 증발속도를 향상시키거나, 탈포 효율을 높일 수 있게 된다.

바람직한 실시예에 따르면, 비산 플레이트(20)는 판형 부재로 구성되고, 공정 챔버(10)의 상측 영역에 장착되며, 그 주연부가 공정 챔버(10)의 내벽면에 최대한 근접하게 배치된다.

그리고, 비산 플레이트(20)는 제1 실시예(도 3 참조)와 같이 그 상면이 액상물 토출구(31)와 대향하도록 구성되거나, 또는 제2 실시예(도 4 참조)와 같이 그 하면이 액상물 토출구(37)와 대향하도록 구성될 수 있다.

그리고, 비산 플레이트(20)는 구동 모터(23)의 구동축(21)에 연결됨으로써 중심축을 기준으로 회전 동작 및 속도의 제어가 가능하도록 구성된다.

한편, 공정 챔버(10) 내외부의 경계(즉, 덮개)에서 운동이 있는 부위는 유체나 이물 등의 혼입을 방지하기 위해 밀봉이 필요하다. 따라서, 공정 챔버(10)와 구동축(21) 사이에는 기계적 밀봉(mechanical seal)이 개재되어, 구동축(21)이 회전할 수 있으면서도 공정 챔버(10)의 내부 환경을 외부 환경으로부터 최대한 밀폐할 수 있도록 구성된다. 참고로, 기계적 밀봉(mechanical seal)은 금속(stainless) 재질의 벨로우즈와 오링 또는 금속 가스켓 등을 사용할 수 있다.

상기와 같은 구성에 의해, 액상물 토출구(31)를 통해 비산 플레이트(20)로 토출되는 액상물은 비산 플레이트(20)의 회전에 따른 원심력에 의해 비산되며 액적으로 미립화되어 공정 챔버(10)의 상측 내벽면에 충돌하는 동작이 발생되게 된다.

그리고, 이와 같이 무수한 미세 액체 방울들이 계속적으로 공정 챔버(10)의 내벽면에 부딪치게 되면, 해당 액체 방울로 이루어진 얇은 필름막을 형성되어 중력 방향으로 흘러내리게 된다.

그리고, 이와 같이 얇은 필름막 형태로 변환되어 흘러내리는 액상물은 가열기(70)에 의해 점도가 감소하면서 전면에 걸쳐 균일한 온도가 전달됨에 따라 반응속도가 향상되고, 박막 형태의 액체물 내에 포함된 기포들이 터지게 된다.

한편, 비산 플레이트(20)는 상부 표면 또는 하부 표면에 비산 촉진부를 더 포함할 수 있는데, 상기 경우 액상물 토출구(31)에서 토출된 액체는 비산 촉진부에 의해 더욱 작은 액체 방울로 비산될 수 있게 된다.

비산 촉진부는 액상물에 대한 비산 플레이트(20)의 접촉 면적을 증대시켜 마찰력을 높일 수 있는 형태로 구성되는데, 바람직하게는 요철 무늬 또는 방사형 무늬로 형성할 수 있다. 일례로서, 요철 무늬는 다수의 요부 및(또는) 철부로 구성할 수 있고, 방사형 무늬는 비산 플레이트(20)의 중심축으로부터 방사형으로 형성된 다수의 장돌기 또는 장요홈으로 구성할 수 있다.

가열기(70)는 공정 챔버(10)의 내벽면을 포함한 내부의 온도를 상승시키기 위한 기구로서, 가열기(70)의 가열수단은 공지된 다양한 방식을 채용할 수 있다. 예컨대, 가열기(70)는 고온의 유체를 이용한 가열, 저항 가열, 아크 가열, 유전 가열, 유도 가열, 적외선 가열 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 방식으로 구성할 수 있다.

한편, 가열기(70)는 공정 챔버(10)의 내벽면을 직접 가열할 수 있도록 공정 챔버(10)의 외부 벽면에 밀착되게 설치되는 것이 바람직하다. 이는, 전술한 바와 같이 비산 플레이트(20)에 의해 비산되는 액상물은 공정 챔버(10)의 내벽면에 부딪혀 얇은 필름막 형태를 이루며 상기 내벽면을 따라 흘리내게 되고, 이러한 필름막 형태의 액상물에 대한 가열 에너지의 전달 속도 및 효율을 극대화함에 유리하기 때문이다.

바람직한 실시예에 따르면, 도 3과 같이, 가열기(70)는 공정 챔버(10)의 상부 영역에 구비되어 상기 상부 영역의 온도를 상승시킬 수 있도록 구성되고, 냉각가열기(71)는 공정 챔버(10)의 하부 영역에 구비되어 상기 하부 영역의 온도의 상승 또는 강하를 선택적으로 수행할 수 있도록 구성된다.

상기와 같은 구성에 의해, 본 발명의 공정 챔버(10)는 상부 영역과 하부 영역이 상호 별개로 온도 조절 가능하게 구성되는 것을 특징으로 한다.

한편, 또 다른 실시예로서, 본 발명의 다기능 화학 장치는 도 4와 같이 냉각가열기(71)를 배제하고 가열기(73)만으로 구성할 수도 있으며, 상기 경우 가열기(73)는 공정 챔버(10)의 상부 영역과 하부 영역에 걸쳐 구비될 수 있다.

교반 날개(40)는 공정 챔버(10)에 투입된 액상물의 혼합 내지 물리화학적 반응을 위한 구성으로서, 목적에 따라 노형, 터빈형, 프로펠러형 등 다양한 형태로 구성할 수 있다.

바람직한 실시예에 따르면, 교반 날개(40)는 공정 챔버(10)의 하측에 배치되고, 교반봉(41)을 통해 구동 모터(23)의 구동축(21)에 연결됨으로써 중심축을 기준으로 회전 동작 및 속도의 제어가 가능하도록 구성된다.

그리고, 이러한 교반봉(41)은 교반봉 착탈수단(43)에 의해 목적하는 공정 또는 필요에 따라 장착(예컨대, 반응공정)하거나 또는 제거(예컨대, 탈포공정)하여 사용할 수 있도록 구성된다.

진공 펌프(60)는 공정 챔버(10) 내부를 대기압 이하의 분위기로 만들기 위한 구성으로서, 공정 챔버(10) 내부의 기체를 흡입하여 대기로 방출할 수 있는 펌프 장치로 구성되고, 이러한 펌프 장치는 수봉식 진공 펌프 또는 기름회전식 진공 펌프와 같이 공지된 진공 펌프 중 어느 하나를 채용할 수 있다.

한편, 진공 펌프(60)는 흡입 기체의 배출을 위한 관로 내지 튜브(이하, '흡입 관로(53)'로 통칭)를 통해 공정 챔버(10) 내부와 연결되도록 구성된다.

바람직한 실시예에 따르면, 흡입 관로(53)는 그 일단부(기체 유입구)는 덮개를 관통하여 공정 챔버(10) 내부로 삽입되게 구성되어 증발 기체가 흡입 관로(53)로 유입될 수 있도록 구성된다.

그리고 흡입 관로(53)의 도중은 응축기(50)에 의해 수집된 응축수의 회수를 위한 회수 관로(54)와 진공 조성을 위해 진공 펌프(60)로 연결되는 진공 관로(57)로 분기되도록 구성된다.

회수 관로(54)에는 그 도중에 응축수 배출 조절밸브(56)가 구비되고, 그 종단에는 응축수를 외부로 배출하기 위한 응축수 배출구(55)가 형성된다. 상기 경우, 목적하는 공정이 증발 응축을 이용한 농축공정일 경우 상기 응축수 배출 조절밸브 (56)를 개방하여 응축수를 회수할 수 있도록 하고, 그 외 다른 공정일 경우 상기 응축수 배출 조절밸브(56)를 닫아 공정 챔버(10) 내부와 응축수 배출구(55) 간의 유로를 차단할 수 있도록 구성된다.

그리고, 진공 관로(57)에는 그 도중에 진공흡입 조절밸브(61)가 구비될 수 있다. 상기 경우 공정 챔버(10) 내부의 감압이 필요할 경우에는 진공흡입 조절밸브(61)를 개방하고, 공정 챔버(10)의 감압이 필요치 않을 경우에는 진공흡입 조절밸브(61)를 닫아 공정 챔버(10) 내부와 진공 펌프(60) 간에 유로를 차단할 수 있도록 구성된다.

응축기(50)는 진공 펌프(60)와 공정 챔버(10) 사이의 흡입 관로(53)의 도중에 배치되어, 공정 챔버(10) 내부에서 기화된 원료를 응축시킴으로써 액체 상태로 상변환될 수 있도록 하는 구성이다.

바람직한 실시에에 따르면, 응축기(50)는 흡입 관로(53)의 분기점과 기체 유입구 사이에 상기 흡입 관로(53)의 외주면을 감싸는 구조로 구성된다. 그리고, 응축기(50)의 일측에는 냉매를 응축기(50) 내부로 주입하기 위한 냉매 유입구(52)가 형성되어 있고, 타측에는 응축기(50)가 설치된 구역으로 유입된 기체의 응축에 사용된 냉매를 외부로 배출하기 위한 냉매 배출구(51)가 형성되어 있다.

한편, 본 발명의 다기능 화학 장치는 냉각가열기(71)를 더 포함할 수 있는데, 이러한 냉각가열기(71)는 공정 챔버(10)의 하부 영역의 온도의 상승 또는 강하를 선택적으로 수행할 수 있도록 구성된다. 상기와 같이 공정 챔버(10) 하부 영역에 냉각가열기(71)가 구비되게 구성할 경우, 본 발명의 화학 장치가 반응 공정을 수행시 그 반응 시간을 더욱 세밀하고 정확하게 조절할 수 있는 장점이 있다.

그리고, 본 발명의 다기능 화학 장치는 압력 조절밸브(17)를 더 포함할 수 있다. 압력 조절밸브(17)는 이에 연결된 튜브(19)를 통해 공정 챔버(10) 내부의 압력을 조절하거나 또는 공정의 촉진을 유도하기 위한 소정 기체를 공정 챔버(10) 내부로 주입하기 위한 용도로 기능한다. 여기서, 공정의 촉진을 유도하기 위한 소정 기체란 불활성 기체일 수 있다.

이하에서는 전술한 바와 같은 구성에 의해 수행되는 반응 공정, 탈포 공정 및 농축 공정에 대해 설명하도록 한다.

(1) 반응 공정

본 발명의 다기능 화학 장치를 통해 반응 공정을 수행할 경우, 액상물 주입구(30)를 통해 반응 공정을 수행할 액상 원료를 공정 챔버(10)로 주입하면, 액상물 토출구(31)를 통해 비산 플레이트(20)로 토출되는 액상물은 비산 플레이트(20)의 회전에 따른 원심력에 의해 비산되며 액적으로 미립화되어 공정 챔버(10)의 상측 내벽면에 충돌하는 동작이 발생되게 된다.

그리고, 이와 같이 무수한 미세 액체 방울들이 계속적으로 공정 챔버(10)의 내벽면에 부딪치게 되면, 해당 액체 방울로 이루어진 얇은 필름막을 형성되어 공정 챔버(10)의 내벽면을 따라 흘러내리면서 반응이 시작된다.

구체적으로, 공정 챔버(10)의 외벽면에 밀착되게 설치된 가열기(70)에 의해 공정 챔버(10) 상부는 온도가 상승하게 되고, 온도가 상승된 공정 챔버(10)의 내부 벽면에 부딪쳐 얇은 필름막 형태로 흘러내리는 액상 원료는 온도가 상승되면서 점도가 내려가고, 일정 반응 온도에 도달하면 필름막 형태의 액상 원료는 반응을 시작하게 된다.

본 발명의 다기능 화학 장치가 도 3과 같이 냉각가열기(71)를 더 포함하도록 구성할 경우, 공정 챔버(10)의 외벽면 하측에 밀착되게 구비된 냉각가열기(71)에 의해 공정 챔버(10)의 하부는 온도의 승하강 조절이 가능하게 된다.

따라서, 주입된 원료의 반응을 계속 진행하도록 하거나 반응 시간을 촉진시키고자 할 경우에는 냉각가열기(71)가 가열 동작을 수행하도록 제어하여 공정 챔버(10)의 온도를 상승시키고, 원료의 반응 속도를 늦추고자 할 경우에는 냉각가열기(71)가 냉각 동작을 수행하도록 제어하여 공정 챔버(10)의 온도를 강하시키도록 구성된다.

한편, 반응 시간을 연장할 필요가 있을 경우 선택적으로 순환 펌프(80)를 활용할 수 있는데, 상기 경우 배출구(13)를 순환 펌프(80)의 흡입구(81)에 연결하고, 액상물 주입구(30)를 순환 펌프(80)의 토출구(83)에 연결하여 공정 대상인 액상물을 반복해서 공정 챔버(10) 내부로 순환시켜 반응 시간을 연장하도록 구성할 수 있다.

(2) 탈포 공정

본 발명의 다기능 화학 장치를 통해 탈포 공정을 수행할 경우, 액상물 주입구(30)를 통해 탈포 공정을 수행할 액상 원료를 공정 챔버(10)로 주입하면, 액상물 토출구(31)를 통해 비산 플레이트(20)로 토출되는 액상물은 비산 플레이트(20)의 회전에 따른 원심력에 의해 비산되며 액적으로 미립화되어 공정 챔버(10)의 상측 내벽면에 충돌하는 동작이 발생되게 되며, 상기 미립화 및 충돌 과정에서 탈포 대상인 액상물에 함유된 기포가 1차적으로 제거되게 된다.

그리고, 공정 챔버(10)의 외벽면에 밀착되게 설치된 가열기(70)에 의해 공정 챔버(10) 상부는 온도가 상승하게 되고, 이에 따라 온도가 상승된 공정 챔버(10)의 내벽면에 부딪히는 액적들은 온도가 상승되면서 점도가 내려간 얇은 박막층을 형성함으로써 기포가 2차적으로 제거된다.

본 발명의 다기능 화학 장치는 상기와 같이 두 번에 걸친 기포 제거 동작에 의해 탈포 대상인 액상물 내에 잔존하는 기포를 신속하고 완벽하게 제거할 수 있게 된다.

한편, 탈포 대상인 액상물이 가열에 의해 너무 증발되는 것을 줄이거나 반응속도를 줄여야 하는 경우, 가열기(70)는 가열 동작하도록 제어하고, 냉각가열기(71)는 냉각 동작하도록 제어할 수 있다.

그리고, 본 발명의 다기능 화학 장치는 전술한 진공 펌프(60)를 통해 공정 챔버(10) 내부의 분위기를 진공 상태로 조성함으로써 온도 상승효과를 얻을 수 있다.

(3) 농축 공정

본 발명의 다기능 화학 장치를 통해 탈포 공정을 수행할 경우, 공정 챔버(10)로 주입되는 액상물 원료는 가열에 의해 증발되고, 이렇게 기화된 원료는 냉매가 통과하는 응축기(50)를 거치면서 응축수로 변환된 후 응축수 배출구(55)를 통해 회수된다.

한편, 농축 공정이 아닌 반응 공정 또는 탈포 공정시 그 부산물을 회수할 필요가 있을 경우, 전술한 바와 같은 응축기(50)를 가동시켜 해당 공정의 부산물을 응축수 형태로 회수할 수 있다.

그리고, 본 발명의 다기능 화학 장치가 도 3과 같이 냉각가열기(71)를 더 포함하도록 구성할 경우, 공정 시간을 촉진하기 위해서는 가열기(70)과 냉각가열기(71)를 모두 가열 작동시키고, 반응시간을 늦추거나 조절할 필요가 있을 때는 가열기(70)는 가열 동작시키고, 냉각가열기(71)는 냉각 작동시킬 수 있다.

그리고, 탈포 공정 또는 농축 공정 시에도 선택적으로 순환 펌프(80)를 활용할 수 있는데, 상기 경우 순환 펌프(80)의 흡입구(81)를 배출구(13)와 연결하고, 탈포가 완료된 액체나 농축이 완료된 액체를 순환 펌프(80)의 토출구(83)를 통하여 배출시켜 최종 제품을 얻으면서, 동시에 탈포하거나 농축하려는 원료를 액상물 주입구(30)로 계속 주입시키면 연속적으로 탈포 또는 농축 공정이 완료된 액상물을 수득할 수 있는 연속공정을 구현할 수 있게 된다.

본 발명의 다기능 화학장치는 전술한 바와 같은 구성에 의해, 액상물의 혼합, 반응, 탈포 및 농축 공정을 선택적으로 모두 수행할 수 있고, 특히 공정 챔버(10)에 투입된 액상물이 열에너지에 접촉되는 면적을 실질적으로 증대시킬 수 있고, 이에 따라 공정 효율 및 성능을 향상시킬 수 있게 되었다.

상기에서 본 발명의 바람직한 실시예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확히 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다.

이와 같이 변형된 실시예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.

10: 공정 챔버 13: 배출구
15: 액상물 배출 조절밸브 17: 압력 조절밸브
20: 비산 플레이트 21: 구동축
23: 구동 모터 30: 액상물 주입구
31,37: 액상물 토출구 33: 주입 조절밸브
40: 교반 날개 41: 교반봉
50: 응축기 51: 냉매 배출구
52: 냉매 유입구 53: 흡입 관로
55: 응축수 배출구 56: 응축수 배출 조절밸브
60: 진공 펌프 61: 진공흡입 조절밸브
70: 가열기 80: 순환 펌프

Claims (9)

1. 액상물의 혼합, 반응, 탈포 및 농축 공정을 선택적으로 수행할 수 있는 장치로서,
   공정 챔버;
   상기 공정 챔버 내의 상측에 축회전 가능하게 장착되는 비산 플레이트;
   상기 공정 챔버의 온도를 상승시키기 위한 가열기;
   상기 액상물을 상기 공정 챔버 내로 공급하기 위한 액상물 주입구:
   상기 액상물 주입구를 통해 주입된 액상물을 상기 비산 플레이트를 향해 토출하는 액상물 토출구;
   상기 공정 챔버 내의 축회전 가능하게 장착되는 교반 날개;
   상기 공정 챔버 내부를 대기압 이하의 분위기로 만들기 위한 진공 펌프;
   상기 공정 챔버와 상기 진공 펌프를 연결하는 흡입 관로;
   상기 흡입 관로의 도중에 구비되는 응축기; 및
   상기 공정 챔버에 투입되어 공정이 완료된 액상물을 상기 공정 챔버 외부로 배출시키기 위한 배출구;를 포함하고,
   상기 액상물 토출구를 통해 상기 비산 플레이트로 토출되는 상기 액상물은 상기 비산 플레이트의 회전에 따른 원심력에 의해 비산되며 액적으로 미립화되어 상기 공정 챔버의 상측 내벽면에 충돌하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 다기능 화학 장치.
   
2. 제1 항에 있어서,
   상기 가열기는 상기 공정 챔버의 상부 영역에 구비되어 상기 상부 영역의 온도를 상승시킬 수 있도록 구성되고,
   상기 공정 챔버의 하부 영역에 구비되어 상기 하부 영역의 온도의 상승 또는 강하를 선택적으로 수행할 수 있는 냉각가열기를 더 포함하도록 구성되어,
   상기 공정 챔버는 상부 영역과 하부 영역이 상호 별개로 온도 조절 가능하게 구성되는 것을 특징으로 하는 다기능 화학 장치.
   
3. 제1 항에 있어서,
   상기 비산 플레이트의 상면 또는 하면에는 상기 비산 플레이트로 토출되는 상기 액상물과의 접촉 면적을 증대시켜 상기 액상물의 비산을 촉진시킬 수 있도록 요철 무늬 또는 방사형 무늬의 비산 촉진부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 다기능 화학 장치.
   
4. 제1 항에 있어서,
   상기 액상물 토출구는 상기 비산 플레이트의 상면 또는 하면을 대향하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 다기능 화학 장치.
   
5. 제1 항에 있어서,
   순환 펌프를 더 포함하고,
   상기 순환 펌프의 흡입구는 상기 배출구와 연결되고,
   상기 순환 펌프의 토출구는 상기 액상물 주입구와 선택적으로 연결 가능하게 구성되는 것을
   
6. 제1 항에 있어서,
   상기 공정 챔버 내부의 압력을 조절하거나 또는 상기 공정 챔버 내부로 기체를 주입하기 위한 압력 조절밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다기능 화학 장치.
   
7. 제2 항에 있어서,
   상기 가열기 및 상기 냉각가열기는 상기 공정 챔버의 외벽면에 밀착되게 설치되는 것을 특징으로 하는 다기능 화학 장치.
   
8. 제1 항에 있어서,
   상기 흡입 관로는 상기 응축기에 의해 수집된 응축수를 회수하기 위한 회수 관로와, 상기 진공 펌프로 연결되는 진공 관로로 분기되는 것을 특징으로 하는 다기능 화학 장치.
   
9. 제8 항에 있어서,
   상기 회수 관로의 개폐를 위한 응축수 배출 조절밸브와, 상기 진공 관로의 개폐를 위한 진공흡입 조절밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다기능 화학 장치.
   
   
   
   
   
   
   
   

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