KR20160133253A - 배플을 포함하는 막증류용 분리막 모듈 - Google Patents

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KR20160133253A
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민지희
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    • C02F1/447—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis by membrane distillation

Abstract

본 발명은 수처리 방법 중 분리막을 이용하는 막 증류 방법에서 온도분배가 용이한 배플을 포함하는 분리막 모듈에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 유입부, 여과부, 유출부를 포함하여 구성되고 유입부를 통하여 모듈 내부로 유입되어 유출부를 통해 이동하는 원수를 분리막을 이용하여 여과할 수 있는 분리막 모듈에 있어서, 상기 분리막 모듈의 유입부와 유출부의 내측에 원수의 흐름을 개선하여 모듈 내에 열전달을 효율적으로 할 수 있는 규칙적 또는 불규칙적인 형태의 관통공을 가지는 배플을 포함하는 것을 특징으로 하는 막 증류용 분리막 모듈 및 이를 이용한 고효율 막 증류방법에 대한 것이다.

Description

배플을 포함하는 막증류용 분리막 모듈{Membrane Distillation Module with Baffle}
본 발명은 수처리 방법 중 분리막을 이용하는 막 증류 방법에서 온도분배가 용이한 배플을 포함하는 분리막 모듈에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 유입부, 여과부, 유출부를 포함하여 구성되고 유입부를 통하여 모듈 내부로 유입되어 유출부를 통해 이동하는 원수를 분리막을 이용하여 여과할 수 있는 분리막 모듈에 있어서, 상기 분리막 모듈의 유입부와 유출부의 내측에 원수의 흐름을 개선하여 모듈 내에 열전달을 효율적으로 할 수 있는 규칙적 또는 불규칙적인 형태의 관통공을 가지는 배플을 포함하는 것을 특징으로 하는 막 증류용 분리막 모듈 및 이를 이용한 고효율 막 증류방법에 대한 것이다.
해수 담수화 기술은 지구상에 무한정 존재하는 해수를 갈수의 영향 없이 담수화하여 물 부족에 대처할 수 있는 유일한 방법이므로 절대적으로 담수자원이 부족한 국가에서는 유일한 대안으로서 기술개발의 필요성이 대두되고 있는 실정이다. 증발법, 결정법, 역삼투법(RO), 전기투석법 등 다양한 해수 담수화 기술을 적용하였지만 높은 에너지 비용으로 인해 새로운 기술이 요구되고 있다. 그 중 차세대 담수화 기법 중 하나로 낮은 압력에서 운전되고 태양열, 폐열 등의 저온 열원을 이용할 수 있는 막 증류법이 RO를 대체할 수 있는 기술이며 또한 RO 농축수에서도 담수생산이 가능하고, 추가적인 농축을 통해 농축수의 부피저감 및 농축수내 유가자원 회수를 가능하게 하는 이상적인 기술로 주목되고 있다.
막 증류법은 분리막을 이용한 분리 공정 중의 하나로서, 온도 차에 의한 증기압 차를 구동력으로 한다. 분리막에 접촉하여 흐르는 뜨거운 공급수에서 증발한 증기가 분리막의 기공을 통과하여 응축된 순수를 얻을 수 있으며. 비 휘발성 및 무기물이 함유된 공급수의 제거 시 제거율이 100%에 달한다. 분리막으로는 물에 젖지 않는 소수성 다공성 막으로 사용되며 재질로는 PE, PP, PVDF와 PTFE와 같은 소수성 고분자 분리막이 사용될 수 있으나, 현재까지 막 증류법에 있어서 사용되는 분리막은 PTFE 소재가 주로 사용되고 있으며 이러한 종래기술로는 한국 공개특허 제2014-0073731호에 다층 PTFE 중공형 막증류 분리막의 미세한 기공조절을 통하여 입자상 오염물질의 높은 제거 효율을 도모하고, 외부 활성층의 기공을 미세하게 조절하여 여과층으로 활용하여 역세 효율을 향상시키는 기술이 대표적이다.
막 증류법은 다양한 형태로 운전이 가능하며 각각의 운전의 경우에 따라 물질전달 및 열전달의 효율이 다르게 나타나기 때문에 공정의 선정과 모듈 형태 개발이 중요하다. 이러한 막 증류법을 이용하여 투과유량을 극대화하기 위해서는 공급 측에서의 공급용액이 높은 증기압을 형성해야 하고, 일반적으로 증기압을 높게 하려면 공급용액의 온도를 높이거나 유속을 증가시켜야하며 투과측의 온도를 낮게 유지하여 결과적으로 공급측과 투과측의 증기압차가 극대화되어 많은 투과유량을 확보할 수 있다. 하지만 위와 같은 높은 증기압차를 얻기 위한 충분한 열전달과 물질전달이 수행되기 위해서는 많은 에너지가 요구된다는 단점이 있다.
한국 공개특허 제2014-0073731호
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서는 막 증류법에 있어서 적은 에너지로도 충분한 열전달과 물질전달이 이루어져 많은 투과유량을 확보할 수 있는 막 증류용 분리막 모듈을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명에서는 이러한 막 증류용 분리막 모듈을 이용한 막 증류공정에 있어서, 용이한 온도분배를 통하여 직접 접촉식 막 증류방식(Direct Contact Membrane Distillation), 진공식 막 증류방식 (Vacuum Membrane Distillation), 공기 간극 막 증류방식(Air Gap Membrane Distillation), 기체 흐름식 막 증류방식(Sweep Gas Membrane Distillation) 등을 적용함으로써 여과수측에서 응축 분리가 고효율적으로 이루어질 수 있는 막 증류 방법을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 유입부, 여과부, 유출부를 포함하여 구성되고 유입부를 통하여 모듈 내부로 유입되어 유출부를 통해 이동하는 원수를 분리막을 이용하여 여과할 수 있는 분리막 모듈에 있어서, 상기 분리막 모듈의 유입부와 유출부의 내측에 원수의 흐름을 개선하여 모듈 내에 열전달을 효율적으로 할 수 있는 규칙적 또는 불규칙적인 형태의 관통공을 가지는 배플을 포함하는 막 증류용 분리막 모듈을 제공한다.
상기 배플의 내부에는 원수의 흐름에 따라 회전이 용이한 임펠러가 추가로 구비될 수 있다.
상기 관통공은 배플의 길이방향을 따라 전체에 고르게 형성되거나, 배플의 길이방향을 따라 배플과 분리막 모듈의 결합부위 측에 보다 밀집된 형태로 형성될 수 있다.
상기 분리막은 평막 또는 중공사막일 수 있고, 상기 유입부의 원수 온도는 40 내지 90 ℃일 수 있다.
본 발명에 따른 고효율 막 증류 방법은 유입부, 여과부, 유출부를 포함하여 구성되고 유입부를 통하여 모듈 내부로 유입되어 유출부를 통해 이동하는 원수를 분리막을 이용하여 여과할 수 있는 분리막 모듈을 준비하는 분리막 모듈준비단계; 상기 분리막 모듈의 유입부를 통하여 원수를 공급하는 원수공급단계; 상기 유입부를 통하여 공급된 원수를 규칙적 또는 불규칙적인 형태의 관통공을 가지는 배플을 이용하여 유입부와 유출부의 내측에서 원수의 흐름을 개선하여 모듈 내의 열전달 효율을 향상시키는 원수흐름 개선단계; 및 상기 배플에 의하여 열전달 효율이 향상된 원수를 분리막을 이용하여 여과하는 원수 여과단계;를 포함할 수 있다.
상기 원수 여과단계는 중공사막을 이용할 수 있고, 상기 원수 여과단계는 직접 접촉식 막 증류법, 진공식 막 증류법, 공기 간극 막 증류법 또는 기체 흐름식 막 증류법 중 어느 하나의 증류법을 이용하여 분리대상 물질이 투과측에서 응축 분리되도록 할 수 있으며, 상기 막 증류 방법은 염제거율이 99.9% 이상이고, 여과 유량이 5 내지 50 L/m2·h 일 수 있다.
본 발명의 막 증류용 분리막 모듈은 원수 공급부인 모듈 중앙부에 임펠러가 포함된 배플 형태 삽입물이 장착되어 공급부측으로부터 유입된 원수의 모듈 내 이동이 원활하여 열전달 및 물질 전달을 촉진함으로써 삽입물이 없는 모듈과 비교하여 상대적으로 낮은 온도 및 낮은 공급 유량 조건에서도 많은 처리 유량을 확보할 수 있어 낮은 에너지 효율 및 높은 막증류 분리 효율을 갖는다.
또한 본 발명의 막증류용 분리막 모듈을 다양한 투과측 응축방식의 적용이 가능하여 분리대상 물질이 투과측에서 응축 분리되도록 함으로써 염제거율이 99.9%이상이고 투과 유량이 5 내지 50 L/m2·h인 고효율의 막 증류 분리 효율을 구현할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 일 구현예에 따른 배플이 장착된 분리막 모듈의 정면도이다.
도 1b는 본 발명의 일 구현예에 따른 배플이 장착된 분리막 모듈의 평면도이다.
도 1c는 본 발명의 일 구현예에 따른 배플이 장착된 분리막 모듈의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 배플 1의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 배플 2의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 배플 3의 단면도이다.
도 5a는 본 발명의 일 구현예에 따른 배플 1이 2개 장착된 분리막 모듈의 단면도이다.
도 5b는 본 발명의 일 구현예에 따른 배플 1이 2개 장착된 분리막 모듈에 있어서 원수의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 6a는 본 발명의 일 구현예에 따른 배플 1과 배플 2가 장착된 분리막 모듈의 단면도이다.
도 6b는 본 발명의 일 구현예에 따른 배플 1과 배플 2가 장착된 분리막 모듈에 있어서 원수의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 7a는 본 발명의 일 구현예에 따른 배플 2와 배플 1이 장착된 분리막 모듈의 단면도이다.
도 7b는 본 발명의 일 구현예에 따른 배플 2와 배플 1이 장착된 분리막 모듈에 있어서 원수의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 8a는 본 발명의 일 구현예에 따른 배플 2가 2개 장착된 분리막 모듈의 단면도이다.
도 8b는 본 발명의 일 구현예에 따른 배플 2가 2개 장착된 분리막 모듈에 있어서 원수의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 9a는 본 발명의 일 구현예에 따른 배플 3과 배플 1이 장착된 분리막 모듈의 단면도이다.
도 9b는 본 발명의 일 구현예에 따른 배플 3과 배플 1이 장착된 분리막 모듈에 있어서 원수의 흐름을 나타낸 도면이다.
본 발명은 유입부, 여과부, 유출부를 포함하여 구성되고 유입부를 통하여 모듈 내부로 유입되어 유출부를 통해 이동하는 원수를 분리막을 이용하여 여과할 수 있는 분리막 모듈에 있어서, 상기 분리막 모듈의 유입부와 유출부의 내측에 원수의 흐름을 개선하여 모듈 내에 열전달을 효율적으로 할 수 있는 규칙적 또는 불규칙적인 형태의 관통공을 가지는 배플을 포함하는 막 증류용 분리막 모듈을 제공한다.
상기 배플은 분리막 모듈에 삽입물의 형태로 구성되어 모듈 중앙에 위치하며 원형의 형태로 모듈내 원수 이동이 한쪽으로 치우치지 않고 모든 방향으로 동일하게 원수를 이동시킬 수 있도록 한다.
상기 배플의 내부에는 원수의 흐름에 따라 회전이 용이한 임펠러가 추가로 구비될 수 있다.
상기 관통공은 배플의 길이방향을 따라 전체에 고르게 형성되거나, 배플의 길이방향을 따라 배플과 분리막 모듈의 결합부위 측에 보다 밀집된 형태로 형성될 수 있다.
상기 배플의 길이에 따라 원수 흐름에 영향이 있으므로 배플의 길이는 분리막이 시작되는 위치에서 약 5 내지 100mm 내에 고정되어야 한다. 더욱 바람직하게는 10 내지 30mm 이내이다.
상기 배플에 형성되는 관통공의 다공 면적은 다공의 합이 배플 내경의 면적보다 커야한다.
또한 위와 동일한 효과를 얻기 위해 배플 길이가 약 50mm 내지 300mm인 삽입물 내부에 원수 흐름에 따라 회전이 용이한 임펠러를 1개 내지 5개를 추가로 구비될 수 있고. 임펠러는 배플 내부의 분리막이 시작되는 위치에서 첫 번째 임펠러가 약 5 내지 100 mm 위치에 위치하는데 더욱 바람직하게는 10 내지 30mm 이내 거리에 위치하게 되고, 임펠러는 적절한 간격으로 다수개가 설치될 수 있다.
본 발명에서 사용되는 배플과 임펠러는 염소화 폴리비닐 클로라이드(C-PVC), 아크릴로니트릴 부타디엔 스타이렌(ABS 또는 내열 ABS), 폴리케톤(POK), 폴리에테르술폰(PES), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리테트라플르오르에틸렌(PTFE), 폴리비닐리덴 디플루오리드(PVDF)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 재료 또는 가공 가능한 금속재질에서 선택되어 사용될 수 있다.
상기 분리막은 평막 또는 중공사막일 수 있고, 더욱 바람직하게는 중공사막일 수 있다. 상기 분리막은 평균기공 크기 0.1 내지 0.5마이크로를 가지는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리테트라플르오르에틸렌(PTFE), 폴리비닐리덴 디플루오리드(PVDF)에서 선택되는 올레핀계 및 불소계 합성 고분자 일 수 있다.
본 발명의 막 증류용 분리막 모듈은 평판형, 중공사형, 나권형 등의 다양한 형태로 적용될 수 있다.
상기 유입부의 원수 온도는 40 내지 90 ℃일 수 있다.
본 발명에 따른 고효율 막 증류 방법은 유입부, 여과부, 유출부를 포함하여 구성되고 유입부를 통하여 모듈 내부로 유입되어 유출부를 통해 이동하는 원수를 분리막을 이용하여 여과할 수 있는 분리막 모듈을 준비하는 분리막 모듈준비단계; 상기 분리막 모듈의 유입부를 통하여 원수를 공급하는 원수공급단계; 상기 유입부를 통하여 공급된 원수를 규칙적 또는 불규칙적인 형태의 관통공을 가지는 배플을 이용하여 유입부와 유출부의 내측에서 원수의 흐름을 개선하여 모듈 내의 열전달 효율을 향상시키는 원수흐름 개선단계; 및 상기 배플에 의하여 열전달 효율이 향상된 원수를 분리막을 이용하여 여과하는 원수 여과단계;를 포함할 수 있다.
상기 원수 여과단계는 중공사막을 이용할 수 있고, 상기 원수 여과단계는 직접 접촉식 막 증류법, 진공식 막 증류법, 공기 간극 막 증류법 또는 기체 흐름식 막 증류법 중 어느 하나의 증류법을 이용하여 분리대상 물질이 투과측에서 응축 분리되도록 할 수 있으며, 상기 막 증류 방법은 염제거율이 99.9% 이상이고, 여과 유량이 5 내지 50 L/m2·h 일 수 있다.
이하 첨부된 도면과 실시예를 참고하여 본 발명에 따른 막 증류용 분리막 모듈 및 이를 이용한 고효율 막 증류 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
<실시예 1>
도 5a는 본 발명의 실시예 1에 따른 배플 1(1)이 2개 장착된 분리막 모듈의 단면도를 나타낸 것이다. 20m2 막면적의 폴리비닐리덴플루오라이드(이하, PVDF라 한다) 중공사형 분리막(4)이 직경 260mm의 원통형 분리막 모듈의 하우징(5) 내에 삽입하여 여과부(6) 방향으로 진공 막 증류 방식(Vacuum membrane distillation)으로 막 증류를 수행하였다. 이때 분리막으로 사용된 PVDF막(4)의 외경은 1.2mm 이고 내경은 0.7mm이며 평균 기공 크기는 0.1이었다. 또한 공급용액은 3.5% NaCl 용액으로 80 ℃에서 0.05m/s 속도로 공급하였으며 진공압력은 0.9bar 이다. 모듈 내부에 유입부(7)쪽과 유출부(8)쪽에 배플 1(1)을 적용하였으며 유입쪽 배플은 총길이가 250mm이며 다공의 위치는 분리막이 시작되는 부분에서 30mm까지이고 이후 150mm 부분은 다공이 없다(도 2 참조). 다공 면적의 합은 유입관 내경 단면적의 1.1배로 적용하였으며 유출부쪽 배플도 유입부쪽 배플과 동일한 형태로 적용하였다. 여과방식은 분리막의 외경에서 여과되어 내경으로 이동하는 Out-in 방식이고 여과부(6)의 집수 위치(진공 위치)는 모듈의 양단 끝으로 하였다.
도 5b는 본 발명의 일 구현예에 따른 배플 1이 2개 장착된 분리막 모듈에 있어서 원수의 흐름을 나타낸 도면으로 유입부(7)에서 들어온 원수는 유입부쪽의 배플 1을 투과하여 유출부쪽의 배플 1을 투과하는 흐름을 거치게 되고 이러한 흐름에 의하여 중공사 분리막(4)와 충분한 열전달과 물질전달이 이루어질 수 있는 구조이다.
상기 진공 막 증류방식을 이용하여 측정한 결과, 공급용액과 투과용액의 농도를 전기 전도도법을 이용하여 측정 시 분리 선택도는 99.9%를 나타냈으며 투과 유량은 L/m2·h의 순수를 얻었다.
<실시예 2>
도 6a는 본 발명의 일 구현예에 따른 배플 1과 배플 2가 장착된 분리막 모듈의 단면도를 나타낸 것이다. 실시예 1과 동일 조건의 분리막과 모듈을 사용하였으며 여과 방식 및 조건도 동일하게 적용하였다. 단지 모듈 내부에 삽입되어 있는 배플의 형태 변화를 주었다. 유입부(7)쪽에는 배플 1(도 2 참조)을 적용하였으며 유출부(8)쪽 배플은 총길이가 250mm이며 다공은 전체적으로 형성되어 있고 다공 면적의 합은 유입관 내경 단면적의 6배로 적용된 배플 2(도 3 참조)를 설치하였다.
도 6b는 본 발명의 일 구현예에 따른 배플 1과 배플 2가 장착된 분리막 모듈에 있어서 원수의 흐름을 나타낸 도면으로 유입부(7)에서 들어온 원수는 유입부쪽의 배플 1을 투과하여 유출부쪽의 배플 2를 투과하는 흐름을 거치게 되고 이러한 흐름에 의하여 중공사 분리막(4)의 유출부쪽에서 충분한 열전달과 물질전달이 이루어지지 않는 Dead Zone이 일부 존재할 수 있는 구조이다.
상기 진공 막 증류방식을 이용하여 측정한 결과, 분리 선택도는 99.9%를 나타냈으며 투과 유량은 16.0 L/m2·h의 순수를 얻었다.
<실시예 3>
도 7a는 본 발명의 일 구현예에 따른 배플 2와 배플 1이 장착된 분리막 모듈의 단면도를 나타낸 것이다. 실시예 1과 동일 조건의 분리막과 모듈을 사용하였으며 여과 방식 및 조건도 동일하게 적용하였다. 단지 모듈 내부에 삽입되어 있는 배플의 형태 변화를 주었다. 유입부쪽 배플은 배플 2를 적용하였으며 유출쪽 배플 배플 1을 적용하였다.
도 7b는 본 발명의 일 구현예에 따른 배플 2와 배플 1이 장착된 분리막 모듈에 있어서 원수의 흐름을 나타낸 도면으로 유입부(7)에서 들어온 원수는 유입부쪽의 배플 2을 투과하여 유출부쪽의 배플 1를 투과하는 흐름을 거치게 되고 이러한 흐름에 의하여 중공사 분리막(4)의 유입부쪽에서는 충분한 열전달과 물질전달이 이루어지지 않는 Dead Zone이 일부 존재할 수 있는 구조이다.
상기 진공 막 증류방식을 이용하여 측정한 결과, 분리 선택도는 99.9%를 나타냈으며 투과 유량은 14.3 L/m2·h의 순수를 얻었다.
<실시예 4>
도 8a는 본 발명의 일 구현예에 따른 배플 2가 2개 장착된 분리막 모듈의 단면도를 나타낸 것이다.실시예 1과 동일 조건의 분리막과 모듈을 사용하였으며 여과 방식 및 조건도 동일하게 적용하였다. 단지 모듈 내부에 삽입되어 있는 배플의 형태 변화를 주었다. 유입부쪽과 유출부쪽 배플 모두 배플 2를 적용하하였다.
도 8b는 본 발명의 일 구현예에 따른 배플 2가 2개 장착된 분리막 모듈에 있어서 원수의 흐름을 나타낸 도면으로 유입부(7)에서 들어온 원수는 유입부쪽의 배플 2을 투과하여 유출부쪽의 배플 2 투과하는 흐름을 거치게 되고 이러한 흐름에 의하여 중공사 분리막(4)의 유입부쪽과 유출부쪽에서 충분한 열전달과 물질전달이 이루어지지 않는 Dead Zone이 양쪽에서 일부 존재할 수 있는 구조이다.
상기 진공 막 증류방식을 이용하여 측정한 결과, 분리 선택도는 99.9%를 나타냈으며 투과유량은 12.4 L/m2·h의 순수를 얻었다.
<실시예 5>
도 9a는 본 발명의 일 구현예에 따른 배플 3과 배플 1이 장착된 분리막 모듈의 단면도를 나타낸 것이다. 실시예 1과 동일 조건의 분리막과 모듈을 사용하였으며 여과 방식 및 조건도 동일하게 적용하였다. 단지 모듈 내부에 삽입되어 있는 배플의 형태 변화를 주었다. 유입부쪽 배플은 총길이가 290mm이며 배플 내부에 원수 흐름에 따라 회전이 용이한 임펠러가 포함되어 있는 형태인 배플 3(도 4 참조)이다. 임펠러의 위치는 분리막이 시작되는 부분에서 30mm 부분에 1개가 설치되어 있으며 이후 110mm 부분에 1개가 설치되어 있다. 배플에 다공은 전체적으로 설치되어 있으며 다공 면적의 합은 유입관 내경 단면적의 6배로 적용하였다(이하 배플 3라 한다). 유출부쪽 배플은 배플 1을 적용하였다.
도 9b는 본 발명의 일 구현예에 따른 배플 3과 배플 1이 장착된 분리막 모듈에 있어서 원수의 흐름을 나타낸 도면으로 유입부(7)에서 들어온 원수는 유입부쪽의 임펠러가 구비된 배플 3을 투과하여 유출부쪽의 배플 1을 투과하는 흐름을 거치게 되는데 배플 3의 내부에 구비된 임펠러에 의하여 유입부쪽의 중공사 분리막(4)과 Dead Zone이 존재하지 않게 되고 관통공이 유출부(8)의 끝단에 위치하고 있어 유출부쪽에도 Dead Zone이 존재하지 않는 구조로 가장 효과적이고 충분한 열전달과 물질전달이 이루어질 수 있는 구조이다.
상기 진공 막 증류방식을 이용하여 측정한 결과, 분리 선택도는 99.9%를 나타냈으며 투과 유량은 23.5 L/m2·h의 순수를 얻었다.
<비교예>
모듈 내부에 배플은 적용하지 않은 것을 제외하고 실시예 1과 동일 조건의 분리막과 모듈을 사용하였으며 여과 방식 및 조건도 동일하게 적용하였다.
상기 진공 막 증류방식을 이용하여 측정한 결과, 분리 선택도는 99.9%를 나타냈으며 투과 유량은 14.8 L/m2·h의 순수를 얻었다.
이상의 실시예 1 내지 5와 비교예의 배플의 형태에 따른 투과유량을 표 1에 정리하였다.
유입부 배플 유출부 배플 투과유량 (L/m2·h)
실시예 1 배플 1 배플 1 17.2
실시예 2 배플 1 배플 2 16.0
실시예 3 배플 2 배플 1 14.3
실시예 4 배플 2 배플 2 12.4
실시예 5 배플 3 배플 1 23.5
비교예 배플 없슴 배플 없슴 14.8
상기 표 1에서 알 수 있듯이, 배플을 적용하지 않은 비교예에 비하여 본 발명의 실시예 1, 2, 3 및 실시예 5의 경우에는 배플의 적용에 따라 투과유량이 상승하였다. 그러나 실시예 4의 경우에는 오히려 배플의 적용에 따른 Dead Zone의 증가로 비교예에 비하여 더 작은 투과유량을 나타냈다.
특히, 실시예 1, 2, 3 및 실시예 5의 투과유량 증가는 앞서 설명한 바와 같이 유입부(7)부터 유출부(8)에 이르는 구간에 있어서 배플의 형태와 조합에 의한 효과적이고 충분한 열전달과 물질전달이 이루어질 수 있는 구조일수록 그 효과가 뚜렸함을 알 수 있었고, 특히 실시예 5의 경우에는 투과유량에 있어서 배플이 없는 비교예에 비하여 약 58%의 투과유량의 증가를 나타내었다. 이는 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 5에서 상술한 다양한 형태의 배플과 이들의 조합으로 본 발명의 목적인 적은 에너지로도 충분한 열전달과 물질전달이 이루어져 많은 투과유량을 확보할 수 있는 막 증류용 분리막 모듈 및 고효율 막 증류 방법이 개발되었음을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주하여야 할 것이다.
1 : 배플 1
2 : 배플 2
3 : 배플 3
4 : 중공사 분리막
5: 분리막 모듈 하우징
6 : 여과부
7 : 유입부
8 : 농축부

Claims (10)

  1. 유입부, 여과부, 유출부를 포함하여 구성되고 유입부를 통하여 모듈 내부로 유입되어 유출부를 통해 이동하는 원수를 분리막을 이용하여 여과할 수 있는 분리막 모듈에 있어서,
    상기 분리막 모듈의 유입부와 유출부의 내측에 원수의 흐름을 개선하여 모듈 내에 열전달을 효율적으로 할 수 있는 규칙적 또는 불규칙적인 형태의 관통공을 가지는 배플을 포함하는 것을 특징으로 하는 막 증류용 분리막 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 배플의 내부에는 원수의 흐름에 따라 회전이 용이한 임펠러가 추가로 구비된 것을 특징으로 하는 막 증류용 분리막 모듈.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 관통공은 배플의 길이방향을 따라 전체에 고르게 형성되는 것을 특징으로 하는 막 증류용 분리막 모듈.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 관통공은 배플의 길이방향을 따라 배플과 분리막 모듈의 결합부위 측에 보다 밀집된 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 막 증류용 분리막 모듈.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 분리막은 중공사막인 것을 특징으로 하는 막 증류용 분리막 모듈.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 유입부의 원수 온도는 40 내지 90 ℃인 것을 특징으로 하는 막 증류용 분리막 모듈.
  7. 유입부, 여과부, 유출부를 포함하여 구성되고 유입부를 통하여 모듈 내부로 유입되어 유출부를 통해 이동하는 원수를 분리막을 이용하여 여과할 수 있는 분리막 모듈을 준비하는 분리막 모듈준비단계;
    상기 분리막 모듈의 유입부를 통하여 원수를 공급하는 원수공급단계;
    상기 유입부를 통하여 공급된 원수를 규칙적 또는 불규칙적인 형태의 관통공을 가지는 배플을 이용하여 유입부와 유출부의 내측에서 원수의 흐름을 개선하여 모듈 내의 열전달 효율을 향상시키는 원수흐름 개선단계; 및
    상기 배플에 의하여 열전달 효율이 향상된 원수를 분리막을 이용하여 여과하는 원수 여과단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 막 증류 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 원수 여과단계는 중공사막을 이용하는 것을 특징으로 하는 고효율 막 증류 방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 원수 여과단계는 직접 접촉식 막 증류법, 진공식 막 증류법, 공기 간극 막 증류법 또는 기체 흐름식 막 증류법 중 어느 하나의 증류법을 이용하여 분리대상 물질이 투과측에서 응축 분리되도록 하는 것을 특징으로 하는 고효율 막 증류 방법.
  10. 청구항 7 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 막 증류 방법은 염제거율이 99.9% 이상이고, 여과 유량이 5 내지 50 L/m2·h 인 것을 특징으로 하는 고효율 막 증류 방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106943877A (zh) * 2017-04-18 2017-07-14 江苏大学 利用漩涡流动优化膜蒸馏过程的装置
US20230114098A1 (en) * 2021-10-13 2023-04-13 Medarray, Inc. Impeller driven hollow fiber membrane separator

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140073731A (ko) 2012-12-06 2014-06-17 도레이케미칼 주식회사 다층 ｐｔｆｅ 중공형 막증류 분리막 및 그 제조방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140073731A (ko) 2012-12-06 2014-06-17 도레이케미칼 주식회사 다층 ｐｔｆｅ 중공형 막증류 분리막 및 그 제조방법

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106943877A (zh) * 2017-04-18 2017-07-14 江苏大学 利用漩涡流动优化膜蒸馏过程的装置
US20230114098A1 (en) * 2021-10-13 2023-04-13 Medarray, Inc. Impeller driven hollow fiber membrane separator
US11938448B2 (en) * 2021-10-13 2024-03-26 Medarray, Inc. Impeller driven hollow fiber membrane separator

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