KR20170065198A

KR20170065198A - 증기 응축 방식 고형물 세척 및 건조 장치

Info

Publication number: KR20170065198A
Application number: KR1020150171341A
Authority: KR
Inventors: 남현; 신무용; 김익현
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2015-12-03
Filing date: 2015-12-03
Publication date: 2017-06-13
Also published as: KR102030221B1

Abstract

본 발명의 증기 응축 방식 고형물 세척 및 건조 장치는 물을 포함한 용매(1-1)의 기화 및 응축이 일어나는 용매 탱크(10), 용매(1-1)로 침전된 고형물(1)이 적재된 메시(mesh)(53)에 구비된 증기 통로(53)를 갖춘 그물망 거치대(50), 증기의 응축 현상을 발생하는 컨덴서(condenser)(60)를 포함함으로써 고형물(1)의 세척과 건조과정에서 증기 누출로 인한 오염이 방지되고, 특히 포집된 증기를 응축해 용매로 재사용함으로써 용매(1-1)의 사용량도 축소되는 특징을 갖는다.

Description

증기 응축 방식 고형물 세척 및 건조 장치{Steam type Washing and Drying Apparatus for Solid Matter}

본 발명은 고형물 세척 및 건조 장치에 관한 것으로, 특히 용매 가열에 의한 증기를 내부적으로 처리한 증기 응축 방식 고형물 세척 및 건조 장치에 관한 것이다.

일반적으로 화학 물질의 최종 생성물인 고형물은 불순물 제거를 위한 세척 후 건조되는 과정을 거쳐야 한다, 이는, 화학물질의 생산에서 최종 생성물이 고형물인 경우에는 생산된 과정, 고형물의 물리적 형태 및 사용된 원료에 따라 다양한 불순물을 포함함에 기인된다.

불순물 제거에는 액상의 유기 용매를 이용한 방식이 널리 적용된다.

일례로, 고형물 층으로 통과되는 유기 용매로 고형물의 불순물을 제거하는 방식이나 또는 입도 조절된 고형물 층으로 통과되는 유기 용매로 고형물의 불순물을 보다 효과적으로 제거하는 방식이나 또는 세척 과정에서 유기 용매의 온도를 상승시켜 고형물의 불순물을 보다 효과적으로 제거하는 방식 등을 예로 들 수 있다.

KR 특허공개공보 10-2015-0053025

하지만, 고체 상태의 화학물질을 제조한 후 여과한 뒤 이를 세척하는 일반적인 용매 세척 방식은, 고형물이 매우 미세한 입자 크기인 경우 유기 용매의 고형물 층 통과에 많은 시간이 소요됨으로써 세척 효율이 나빠진다. 또한, 고형물이 매우 큰 입자 크기인 경우 그 크기로 인해 불순물의 세척이 어려우면서 많은 유기 용매를 사용하므로 세척 효율이 나빠진다. 특히, 해당 불순물의 유기 용매에 대한 용해도가 세척 효율에 영향을 줌으로써 유기 용매의 용해도 성능을 고려해야 하는 어려움이 있다.

그리고, 고형물 입도 조절 방식은 고형물의 입도 조절을 위해서는 다양한 공정 조건의 변화를 요구하는 어려움이 있다.

또한, 용매 가열 방식은 일반적인 용매 세척 방식과 고형물 입도 조절 방식에 비해 세척 효율이 우수한 측면이 있으나, 높은 온도의 용매를 사용하여 불순물의 효율적인 제거를 위해 사용되는 핫 필터(hot filter)에 대한 적절한 온도 유지 방안뿐 만 아니라 용매의 기화로 인한 증기의 대기 방출 방지 방안을 필요로 하는 어려움이 있다. 특히, 용매의 기화는 유기 용매의 사용량 증가를 가져올 수밖에 없다.

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 용매 가열 방식으로 고형물의 불순물을 제거하면서도 용매의 기화로 발생된 증기를 포집함으로써 증기 누출로 인한 오염이 방지되고, 특히 포집된 증기를 응축해 다시 용매로 이용함으로써 용매의 사용량도 축소된 증기 응축 방식 고형물 세척 및 건조 장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 증기 응축 방식 고형물 세척 및 건조 장치는 주입된 용매의 기화로 발생된 증기의 상승이 이루어지고, 상승된 증기의 응축으로 상기 용매로 전환되는 내부 공간이 형성된 용매 탱크; 상기 용매로 침전된 고형물이 적재된 메시(mesh)와 상기 증기가 통과되는 증기 통로를 갖추고, 상기 용매 탱크의 내부 공간에서 상기 증기의 상승 경로로 위치된 그물망 거치대; 상기 증기의 상승 부위에 위치되도록 상기 용매 탱크에 구비되어 상기 응축 현상을 형성해주는 증기 포집기; 를 포함한 것을 특징으로 한다.

상기 증기 포집기는 상기 용매 탱크의 상기 내부 공간을 외부와 차단하는 헤드에 구비되고, 상기 용매 탱크와 상기 헤드의 연결 부위는 패킹으로 밀폐된 상태에서 클램프로 감싸여 조여진다.

상기 용매의 상기 기화는 상기 용매 탱크에 구비된 열매체유 자켓을 순환하는 열매체유로 가열되어 이루어지며, 상기 열매체유는 서큘레이터(circulator)에 의해 상기 열매체유 자켓을 강제 순환한다.

상기 그물망 거치대는 상기 용매 탱크의 내부 공간에 구비된 스타퍼(stopper)로 지지되는 테두리 프레임을 구비하고, 상기 테두리 프레임은 상기 메시(mesh)를 고정하며, 상기 메시(mesh)는 상기 증기 통로를 고정하고, 상기 증기 통로는 일직선으로 서로 간격을 두고 배열된 다수의 중공 파이프이다.

상기 용매 탱크에는 드레인 밸브가 구비되고, 상기 드레인 밸브는 상기 용매를 상기 용매 탱크의 외부로 배출시켜준다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 증기 응축 방식 고형물 세척 및 건조 장치는 주입된 용매의 기화로 발생된 증기의 상승이 이루어지고, 상승된 증기의 응축으로 상기 용매로 전환되는 내부 공간이 형성된 용매 탱크; 순환하는 열매체유로 상기 용매를 기화 온도로 상승시켜주도록 상기 용매 탱크에 구비된 열매체유 자켓; 상기 열매체유를 상기 열매체유 자켓으로 강제 순환 시켜주는 서큘레이터(circulator); 상기 용매로 침전된 고형물이 적재된 메시(mesh)와 상기 증기가 통과되는 증기 통로를 갖추고, 상기 용매 탱크의 내부 공간에서 상기 증기의 상승 경로로 위치된 그물망 거치대; 상기 증기의 상승 부위에 위치되도록 상기 용매 탱크에 구비되어 상기 응축 현상을 형성해주는 증기 포집기; 상기 용매 탱크와 연계되어 상기 내부 공간을 썩션하는 건조기; 상기 용매의 상기 가열의 온도와 상기 열매체유의 강제 순환을 제어하는 컨트롤러; 를 포함한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 증기 응축 방식 고형물 세척 및 건조 장치는 주입된 용매의 기화로 발생된 증기의 상승이 이루어지고, 상승된 증기의 응축으로 상기 용매로 전환되는 내부 공간이 형성된 용매 탱크; 순환하는 열매체유로 상기 용매를 기화 온도로 상승시켜주도록 상기 용매 탱크에 구비된 열매체유 자켓; 상기 열매체유를 상기 열매체유 자켓으로 강제 순환 시켜주는 서큘레이터(circulator); 상기 용매로 침전된 고형물이 적재된 메시(mesh)와 상기 증기가 통과되는 증기 통로를 갖추고, 상기 용매 탱크의 내부 공간에서 상기 증기의 상승 경로로 위치된 그물망 거치대; 상기 증기의 상승 부위에 위치되도록 상기 용매 탱크에 구비되어 상기 응축 현상을 형성해주는 증기 포집기; 상기 용매 탱크와 연계되어 상기 내부 공간을 썩션하는 건조기; 상기 내부 공간으로 비활성 기체를 공급해주는 건조 기체 분사기; 상기 용매의 상기 가열의 온도와 상기 열매체유의 강제 순환을 제어하는 컨트롤러; 를 포함한 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명의 고형물 세척 및 건조 장치는 용매의 기화 및 응축을 이용함으로써 다음과 같은 장점 및 효과를 구현한다.

첫째, 고형물의 입자 크기에 영향을 받지 않음으로써 적은 양의 용매 사용으로도 고형물을 효과적으로 세척 및 건조할 수 있다. 둘째, 응축된 증기가 용매로 전환되어 재활용되므로 세척 과정에서 발생하는 폐용매 발생을 줄일 수 있고, 특히 고형물로부터 세척된 불순물 등이 용매에 농축되어 발생하는 용매 성능 저하도 방지될 수 있다. 셋째, 무엇보다 일반적인 용매 세척 방식이나 고형물 입도 조절 방식에 비해 세척 효율이 탁월하면서도 용매 가열 방식에 비해 오염 문제를 발생시키지 않으면서 고형물 세척이 이루어진다.

도 1은 본 발명에 따른 증기 응축 방식 고형물 세척 및 건조 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 용매 탱크의 세부 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 고형물 거치대의 세부 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 고형물 거치대의 세척 원리의 예를 나타낸 그림이다.
도 5는 본 발명에 따른 용매 탱크에 고형물의 세척 및 건조를 위해 고형물 거치대를 세팅하는 작업 상태를 나타낸 그림이다.
도 6은 본 발명에 따른 증기 응축 방식 고형물 세척 및 건조 장치의 세척 작업 상태를 나타낸 그림이다.
도 7은 본 발명에 따른 증기 응축 방식 고형물 세척 및 건조 장치의 건조 작업 상태를 나타낸 그림이다.
도 8은 본 발명에 따른 증기 응축 방식 고형물 세척 및 건조 장치의 변형예이다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 실시예에 따른 증기 응축 방식 고형물 세척 및 건조 장치의 구성을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 고형물 세척 및 건조 장치의 구성 요소는 물을 포함한 용매(solvent)가 주입되는 용매 탱크(10), 헤드(30), 클램프(40), 그물망 거치대(50), 증기 포집기(60)를 포함한다.

상기 용매 탱크(10)는 내부로 주입된 용매(solvent)를 바닥면으로 모으고, 용매 탱크 바디의 가열로 용매의 온도를 상승시키며, 온도 상승된 용매의 기화로 발생된 증기가 위쪽으로 상승되는 내부 공간을 형성한다. 특히, 상기 용매 탱크(10)는 부식 방지를 위해 SUS(stainless steel)재질이나 테프론(teflon) 코팅된 SUS 재질로 이루어진다.

상기 헤드(30)는 용매 탱크(10)의 입구면에 밀착됨으로써 용매 탱크(10)와 함께 용매가 순환되는 용매 순환 공간을 형성하고, 용매 순환 공간을 외부와 차단한다. 특히, 상기 헤드(30)는 클램프(40)를 이용해 용매 탱크(10)와 밀착된 부위가 고정됨으로써 용매 탱크(10)와 손쉽게 탈장착된다.

상기 클램프(40)는 용매 탱크(10)와 헤드(30)의 밀착 부위를 감싸 고정됨으로써 용매 탱크(10)에서 헤드(30)가 분리되지 않도록 한다. 이를 위해, 상기 클램프(40)는 도시되지 않았으나 여닫이문잠금장치의 종류를 이용해 잠금과 해제가 이루어진다. 특히, 상기 클램프(40)는 부식 방지를 위해 SUS(stainless steel)재질이나 테프론(teflon) 코팅된 SUS 재질로 이루어진다.

상기 그물망 거치대(50)는 층을 이룬 상태로 고형물이 적재되고, 용매 탱크(10)로 주입된 용매가 바닥면으로 모이기전 고형물을 통과하도록 용매 탱크(10)의 내부에서 바닥면과 간격을 두고 위치된다. 특히, 상기 그물망 거치대(50)는 부식 방지를 위해 SUS(stainless steel)재질이나 테프론(teflon) 코팅된 SUS 재질로 이루어진다.

상기 증기 포집기(60)는 용매 탱크(10)의 내부에서 기화된 용매의 증기가 포집되도록 용매 탱크(10)의 위쪽으로 위치된다. 일례로, 상기 증기 포집기(60)는 헤드(30)에 구비됨으로써 그물망 거치대(50)를 거쳐 위로 올라온 증기 포집이 용이하게 이루어진다. 특히, 상기 증기 포집기(60)는 증기가 용매로 재활용되도록 포집된 증기를 상변화시켜 액상으로 전환한 후 용매 탱크(10)의 내부 공간으로 돌려보내준다. 이를 위해, 상기 증기 포집기(60)는 컨덴서(condenser)를 적용하고, 상기 컨덴서(condenser)의 동작은 물을 냉각수로 활용하는 다관응축기(shell and tube condenser)의 작동원리와 동일하다.

다시 도 1을 참조하면, 상기 고형물 세척 및 건조 장치의 구성 요소는 서큘레이터(circulator)(70), 건조기(90), 컨트롤러(100)를 더 포함할 수 있다. 다만, 상기 서큘레이터(70)와 상기 건조기(90)가 온/오프 버튼을 이용한 독자적인 동작이 이루어질 경우 상기 컨트롤러(100)는 고형물 세척 및 건조 장치의 구성 요소로 사용되지 않을 수 있다.

상기 서큘레이터(70)는 용매 탱크(10)를 가열해 용매의 온도를 상승시켜줌으로써 고형물의 불순물 제거 및 세척 효율을 보다 향상시켜준다. 특히, 상기 서큘레이터(70)는 열매체유(heat transfer fluid)를 강제 순환시켜줌으로써 용매 탱크(10)의 벽 두께를 이용해 파여진 열매체유 자켓(11-2)(도 2 참조)과 연계된다. 상기 열매체유 순환은 컨트롤러(100)의 서큘레이터(70) 제어로 이루어질 수 있다. 이를 위해, 상기 서큘레이터(70)는 아웃렛 밸브(70-1)와 인렛 밸브(70-2)와 연계되어 열매체유의 강제 순환이 이루어질 수 있다. 일례로, 상기 밸브(70-1,70-2)는 각각 컨트롤러(100)로 온/오프되는 전자식 밸브일 수 있으나 수동조작이 가능한 볼 밸브(ball valve)를 적용할 수 있다. 하지만, 서큘레이터(70)의 통상적 구성에서 상기 밸브(60-1,60-2)는 구비되지 않을 수 있다.

상기 건조기(90)는 용매 탱크(10)의 공기를 썩션(suction)함으로써 고형물의 건조 효율을 보다 향상시켜 준다. 이를 우해, 상기 건조기(90)는 진공 펌프를 적용한다.

상기 컨트롤러(100)는 서큘레이터(70)와 건조기(90)를 세척 조건과 건조 조건에 맞춰 가동시켜주고, 특히 용매의 온도 조건이 특정 값으로 설정된 경우 그 설정값에 맞춰 해당 장치의 동작을 제어함으로써 용매 탱크의 가열온도나 썩션의 진공압 등을 조절하며, 이를 위한 하도록 프로그래밍 또는 로직 설정 기능을 구현할 수 있다.

한편, 도 2는 용매 탱크(10)의 세부 구성 예를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 상기 용매 탱크(10)는 탱크 바디(11), 스타퍼(stopper)(13), 패킹(15), 드레인 밸브(20)로 구성된다.

구체적으로, 상기 탱크 바디(11)는 단방향 밀폐형 수용공간으로 내부 공간을 형성하고, 소정의 폭 두께를 갖는 원통형 실린더로 이루어진다. 또한, 패킹 홈(11-1)이 원통형 실린더의 폭 두께를 이용해 입구부 둘레를 따라 파여짐으로써 패킹(15)과 기밀을 형성하고, 열매체유 자켓(11-2)이 원통형 실린더의 폭 두께를 이용해 형성됨으로써 탱크 바디(11)를 이중벽 구조로 형성한다. 특히, 상기 열매체유 자켓(11-2)은 서큘레이터(70)와 연계됨으로써 열매체유 순환이 이루어지고, 열매체유 순환으로 용매 탱크(10)가 가열되거나 냉각될 수 있다.

구체적으로, 상기 스타퍼(13)는 고형물 거치대(50)를 안정적으로 지지하도록 소정의 폭 두께를 갖는 환형 링 형상으로 이루어지고, 탱크 바디(11)의 내부 공간에 설치되어 고형물 거치대(50)를 지지한다. 그러므로, 상기 스타퍼(13)는 탱크 바디(11)의 내부 공간을 고형물 거치대(50)의 아래쪽 공간과 위쪽공간으로 구분한다.

구체적으로, 상기 패킹(15)은 패킹 홈(11-1)에 끼워짐으로써 탱크 바디(11)와 헤드(30)의 연결 부위에 대한 기밀을 형성하여 준다. 특히, 상기 패킹(15)은 고무링을 적용한다.

구체적으로, 상기 드레인 밸브(20)는 탱크 바디(11)의 바닥면에 구비됨으로써 세척이 완료된 후 모인 용매를 용매 탱크(10)에서 외부로 배출시켜준다. 이를 위해, 상기 드레인 밸브(20)는 컨트롤러(100)로 온/오프되는 전자식 밸브일 수 있으나 수동조작이 가능한 볼 밸브(ball valve)를 적용한다.

한편, 도 3은 그물망 거치대(50)의 실시예를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 상기 그물망 거치대(50)는 테두리 프레임(51), 메시(mesh)(53), 증기 통로(55)로 구성된다.

구체적으로, 상기 테두리 프레임(51)은 스타퍼(13)에 안정적으로 얹어지도록 소정의 폭 두께를 갖는 환형 링 형상으로 이루어지고, 용매 탱크(10)의 내경으로 삽입되어 스타퍼(13)로 지지된다.

구체적으로, 상기 메시(53)는 테두리 프레임(51)의 내벽을 이용해 고정됨으로써 테두리 프레임(51)의 안쪽 공간을 그물 망 구조로 형성하고, 고형물이 빠져나가지 않고 적재될 수 있는 망 크기로 이루어진다. 그러므로, 상기 메시(53)의 망 크기는 적재되는 고형물의 사이즈에 따라 변화될 수 있다.

구체적으로, 상기 증기 통로(55)는 중공 파이프로 구성되고, 메시(53)를 이용해 수직한 상태로 고정된다. 그러므로, 상기 증기 통로(55)는 그물망 거치대(50)의 아래쪽 공간에서 올라온 증기가 그물망 거치대(50)의 위쪽 공간으로 빠져나가는 통로로 작용함으로써 증기 포집기(60)에서 증기의 포집이 이루어질 수 있다. 그 결과, 이로 인해, 상기 그물망 거치대(50)에 적재된 고형물로 메시(53)의 그물 망 구조가 모두 가려지더라도 증기의 상방향 이동 차단에 의한 세척 효율 감소가 발생되지 않는다.

일례로, 상기 증기 통로(55)는 센터 파이프(55-1)와 좌측 파이프(55-2) 및 우측 파이프(55-3)로 구성될 수 있다, 상기 센터 파이프(55-1)는 그물망 거치대(50)의 중앙 부위에 위치되고, 상기 좌측 파이프(55-2)는 그물망 거치대(50)의 중앙과 간격을 두고 한쪽부위에 위치되며, 상기 우측 파이프(55-3)는 그물망 거치대(50)의 중앙과 간격을 두고 다른 쪽 부위에 위치된다. 특히, 상기 센터 파이프(55-1)와 상기 좌측 파이프(55-2) 및 상기 우측 파이프(55-3)는 다양하게 배열될 수 있으나 일직선 배열의 레이아웃을 형성한다. 또한, 상기 센터 파이프(55-1), 상기 좌측 파이프(55-2), 상기 우측 파이프(55-3)는 모두 동일한 구조의 파이프를 적용한다.

한편, 도 4는 상기 그물망 거치대(50)를 이용한 세척 원리를 나타낸다. 이하 설명은 강석호 저, “분체공학”, 회중당, 1995에 기재된 필터 케이크(filter cake) 세척 원리에 따른다.

도시된 바와 같이, 용매 탱크(10)의 내부에는 고형물(1)이 적재된 그물망 거치대(50)(이하, 필터 케이크)가 설치되고, 용매(1-1)가 주입된 상태이다.

용매(1-1)가 일정속도로 흐르면 용매(1-1)의 선속도 u는 일정하므로 정속여과방정식은 다음과 같다.

정속여과방정식: u = (dV/dt)/A = V/At

여기서, V는 여과의 초기 단계에서 시간 t가 경과될 때까지 수집된 용매(1-1)의 총부피이고, A는 용매(1-1)의 흐름 방향에 수직인 여과 면적이다. 필터 케이크의 세척 과정에서는 필터 케이크의 형성이 중지되었고 고체 입자의 유출도 없다고 가정하면, 상기 정속여과방정식은 필터 케이크 세척과정에 적용된다.

이어, 필터 케이크의 두께를 L, 초기에 투입한 용매의 부피를 V, 필터 케이크의 부피를 V', 필터 케이크 위에 있는 용매의 부피를 V", 용매의 선속도를 u라고 하면, 용매의 부피 V는 필터 케이크 위의 용매가 파이프(55-1,55-2,55-3)를 통해 오버플로우(overflow)될 때 발생되는 고형물(1)의 손실이 방지되는 u ≥ 0인 조건에서 최소한 V = V"를 충족시켜야 한다.

하지만, 실제적으로는 증기 상태의 용매의 양을 무시할 경우 u > 0의 관계가 성립되어야 세척이 가능하므로 필터 케이크의 부피 V'는 다음 방정식으로 표시된다.

필터 케이크 부피방정식: V' = AL(1-ε)

여기서, A는 여과 면적, ε는 필터 케이크의 공극율이다.

그러면, 상기 필터 케이크 부피방정식의 조건에서 필터 케이크의 공극 사이로 용매가 침투할 것이므로 V- V" = 0에 도달하더라도 오버플로우 현상은 일어나지 않게 된다.

한편, 도 5는 고형물의 세척 및 건조를 위한 세팅 상태를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 용매 탱크(10)와 헤드(30)가 클램프(40)로 결합된 상태인 경우 클램프(40)의 잠금을 해제한 후 헤드(30)의 제거로 용매 탱크(10)와 헤드(30)를 분리한다. 그러면, 용매 탱크(10)의 입구가 개방됨으로써 그물망 거치대(50)의 세팅과 고형물 적재 및 용매 주입이 이루어질 수 있다. 이어, 그물망 거치대(50)를 들고 용매 탱크(10)의 스타퍼(13)에 안착시켜준 후 용매를 주입한 다음 메시(53)에 고형물을 적재하여 고형물이 용매로 침전되도록 한다. 이후, 용매 탱크(10)의 입구부위에 끼워진 패킹(15)이 밀착되도록 헤드(30)를 위치시킨 후 클램프(40)를 잠근다.

이 경우, 용매 주입은 작업자가 직접 용매 탱크(10)로 주입하거나 또는 용매 주입장치를 이용해 용매 탱크(10)로 주입되며, 이러한 용매 주입과정은 통상적인 과정이다.

한편, 도 6,7은 고형물 세척 및 건조 장치가 증기 응축 방식으로 고형물을 세척한 후 건조하는 작업 상태를 각각 나타낸다.

도 6을 참조하면, 고형물(1)의 세척공정에서는 그물망 거치대(50)로부터 용매(1-1)가 메시(53)를 통과하고, 통과된 용매는 용매 탱크(10)의 바닥면으로 모인 다. 이때, 드레인 밸브(20)는 닫힘 상태를 유지한다.

세척과정에서는 서큘레이터(70)와 연계되어 용매 탱크(10)의 열매체유 자켓(11-2)을 순환하는 열매체유를 통해 용매 탱크(10)의 가열이 이루어지고, 서큘레이터(70)의 가동은 수동조작 또는 자동조작이 가능하다. 일례로, 수동조작 시 작업자는 아웃렛 밸브(70-1)과 인렛밸브(70-2)를 열고 드레인 밸브(20)는 닫은 상태에서 서큘레이터(70)를 직접 가동해줌으로써 열매체유가 열매체유 자켓(11-2)으로 순환된다. 반면, 자동 조작시 컨트롤러(100)는 제어신호 a를 출력하여 서큘레이터(70)를 가동함으로써 열매체유를 열매체유 자켓(10-2)으로 순환시켜준다. 그 결과, 용매 탱크(10)는 열매체유로 가열되어 용매의 온도가 기화 온도로 신속히 상승된다. 이 경우, 컨트롤러(100)는 서큘레이터(70)의 동작을 이용해 원하는 온도의 설정이 이루어질 수 있다.

그 결과, 용매(1-1)는 온도 상승의 영향으로 기화됨으로써 일부는 증기로 전환된다. 그러면, 증기는 용매 탱크(10)의 하부공간에서 센터 파이프(55-1)와 좌측 파이프(55-2) 및 우측 파이프(55-3)를 통과해 용매 탱크(10)의 상부공간으로 상승되고, 상승된 증기는 증기 포집기(60)로 모인 후 응축 현상에 의해 액상으로 상변화 됨으로써 다시 용매로 전환되어 그물망 거치대(50)로 재공급된다. 그 결과, 용매는 증기의 외부 배출 없이 기화 및 응축을 통해 용매 탱크(10)의 내부에서 순환된다.

특히, 고형물의 불순물 세척과정에서는 고형물의 제거하고자 하는 불순물 특성을 고려하여 가열온도를 적절하게 제어하여 준다. 일례로, 고형물(1)에 포함된 불순물이 용매(1-1)보다 끓는점이 매우 높은 염(salt)일 경우는 용매(1-1)가 기화되는 조건에서 용매(1-1)에 비해 증기압(vapor pressure)이 매우 낮으므로 세척된 고형물로 다시 염이 투입될 가능성이 거의 없다. 그러므로, 가열온도의 제어에 세심함이 요구되지 않는다. 반면, 고형물에 포함되어 있는 불순물이 용매(1-1)와 비슷하거나 낮은 끓는점을 가지고 있는 경우는 재오염(recontamination)의 가능성이 존재하므로 가열온도의 제어에 세심함이 요구되고 더불어 세척 후 건조과정에서의 제거도 고려한다.

도 7을 참조하면, 고형물(1)의 건조공정에서는 드레인 밸브(20)를 열어줌으로써 용매 탱크(10)의 바닥면으로 모인 용매(1-1)를 완전히 외부로 배출하여 준다.

건조과정에서는 용매(1-1)의 완전한 외부배출 후 용매 탱크(10)의 내부 공간을 건조기(90)로 건조에 유리한 조건으로 만들어 줌으로써 고형물(1)의 건조를 촉진할 수 있다. 일례로, 건조기(90)가 진공 펌프인 경우 조작은 수동조작과 자동조작이 이루어질 수 있다. 수동조작 시 작업자는 진공 펌프를 직접 조작하여 용매 탱크(10)의 내부 공간에서 공기를 배출시켜준다. 반면 자동 조작시 컨트롤러(100)는 제어신호 b 출력으로 진공 펌프의 가동하여 용매 탱크(10)의 내부 공간에서 공기를 배출시켜준다. 그 결과, 고형물(1)은 진공 펌프의 썩션으로 건조가 촉진된다.

한편, 도 8은 증기 응축 방식 고형물 세척 및 건조 장치의 변형예를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 변형된 증기 응축 방식 고형물 세척 및 건조 장치는 용매 탱크(10), 헤드(30), 클램프(40), 그물망 거치대(50), 증기 포집기(60), 서큘레이터(70), 건조기(90), 건조 기체 분사기(90-1), 컨트롤러(100)를 포함한다.

구체적으로 상기 용매 탱크(10), 상기 헤드(30), 상기 클램프(40), 상기 그물망 거치대(50), 상기 증기 포집기(60), 상기 서큘레이터(70), 상기 가열기(80), 상기 건조기(90), 상기 컨트롤러(100)는 도 1내지 7을 통해 기술된 증기 응축 방식 고형물 세척 및 건조 장치의 구성 요소와 동일하다. 그러므로, 변형된 증기 응축 방식 고형물 세척 및 건조 장치는 건조 기체 분사기(90-1)를 제외한 구성에서 증기 응축 방식 고형물 세척 및 건조 장치와 동일하나, 상기 건조 기체 분사기(90-1)로 인해 고형물 건조 효율이 보다 향상된 특징을 구현한다.

이를 위해, 상기 건조 기체 분사기(90-1)는 비활성 기체가 저장된 기체 탱크(91), 헤드(30)로 이어져 용매 탱크(10)의 내부로 비활성 기체를 공급해주는 기체 공급 라인(92), 기체 공급 라인(92)에 구비되어 컨트롤러(100)의 제어로 공급유량을 제어하는 제어 밸브(93)로 구성된다.

일례로, 상기 비활성 기체는 질소(nitrogen)을 사용하고, 상기 제어 밸브(93)는 전자식 온/오프 타입이나 개도제어타입 밸브를 적용하나 컨트롤러(100)의 제어가 요구되지 않을 경우에는 볼 밸브(ball valve)를 적용할 수 있다. 특히, 상기 기체 공급 라인(92)은 증기 포집기(60)의 위치를 벗어난 위치에서 헤드(30)에 연결되나, 상기 증기 포집기(60)가 헤드(30)에서 분리되는 탈장착 구조인 경우 증기 포집기(60)가 분리된 위치를 이용해 헤드(30)에 연결될 수 있다.

그러므로, 변형된 증기 응축 방식 고형물 세척 및 건조 장치는 고형물(1)의 건조 시 건조기(90)와 건조 기체 분사기(90-1)가 각각 독립적으로 동작되거나 또는 함께 동작된다.

일례로, 상기 건조기(90)의 동작은 도 7을 통해 기술된 동작과 동일하다. 상기 건조 기체 분사기(90-1)의 동작은 컨트롤러(100)의 제어로 제어 밸브(93)가 열리면, 기체 탱크(91)의 질소(nitrogen)가 기체 공급 라인(92)을 통해 용매 탱크(10)의 내부로 유입된다. 그러면, 질소는 용매 탱크(10)의 내부 공간에서 고형물(1)과 접촉됨으로써 고형물(1)의 건조를 더욱 촉진하여 준다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 증기 응축 방식 고형물 세척 및 건조 장치는 용매(1-1)의 기화 및 응축이 일어나는 용매 탱크(10), 용매(1-1)로 침전된 고형물(1)이 적재된 메시(mesh)(53)에 구비된 증기 통로(53)를 갖춘 그물망 거치대(50), 상기 증기의 응축 현상을 발생하는 컨덴서(condenser)(60)를 포함함으로써 고형물(1)의 세척과 건조과정에서 증기 누출로 인한 오염이 방지되고, 특히 포집된 증기를 응축해 용매로 재사용함으로써 유기 용매(1-1)의 사용량도 축소된다.

1: 고형물 1-1: 용매
10: 용매 탱크 11: 탱크 바디
11-1: 패킹 홈 11-2: 열매체유 자켓
13: 스타퍼(stopper) 15: 패킹
20: 드레인 밸브 30: 헤드
40: 클램프 50: 그물망 거치대
51: 테두리 프레임 53: 메시(mesh)
55: 증기 통로 55-1: 센터 파이프
55-2,55-3: 좌,우측 파이프 60: 증기 포집기
70: 서큘레이터 70-1: 아웃렛 밸브
70-2: 인렛 밸브
90: 건조기 90-1: 건조 기체 분사기
91: 기체 탱크 92: 기체 공급 라인
93: 제어 밸브 100: 컨트롤러

Claims

주입된 용매(1-1)의 기화로 발생된 증기의 상승이 이루어지고, 상승된 증기의 응축으로 상기 용매(1-1)로 전환되는 내부 공간이 형성된 용매 탱크(10);
상기 용매(1-1)로 침전된 고형물(1)이 적재된 메시(mesh)(53)와 상기 증기가 통과되는 증기 통로(53)를 갖추고, 상기 용매 탱크(10)의 내부 공간에서 상기 증기의 상승 경로로 위치된 그물망 거치대(50);
를 포함한 것을 특징으로 하는 증기 응축 방식 고형물 세척 및 건조 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 용매 탱크(10)에는 상기 증기의 상승 부위로 증기 포집기(60)가 구비되고, 상기 증기 포집기(60)는 상기 응축 현상을 형성해주는 것을 특징으로 하는 증기 응축 방식 고형물 세척 및 건조 장치.
청구항 2에 있어서, 상기 증기 포집기(60)는 컨덴서(condenser)인 것을 특징으로 하는 증기 응축 방식 고형물 세척 및 건조 장치.
청구항 2에 있어서, 상기 증기 포집기(60)는 상기 용매 탱크(10)의 상기 내부 공간을 외부와 차단하는 헤드(30)에 구비되는 것을 특징으로 하는 증기 응축 방식 고형물 세척 및 건조 장치.
청구항 4에 있어서, 상기 용매 탱크(10)와 상기 헤드(30)의 연결 부위는 패킹(13)으로 밀폐된 상태에서 클램프(40)로 감싸여 조여지는 것을 특징으로 하는 증기 응축 방식 고형물 세척 및 건조 장치.
청구항 5에 있어서, 상기 용매 탱크(10)와 상기 클램프(40)는 각각 SUS(stainless steel)재질 또는 테프론(teflon) 코팅된 SUS 재질인 것을 특징으로 하는 증기 응축 방식 고형물 세척 및 건조 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 용매(1-1)의 상기 기화는 상기 용매 탱크(10)의 가열로 이루어지는 것을 특징으로 하는 증기 응축 방식 고형물 세척 및 건조 장치.
청구항 7에 있어서, 상기 가열은 열매체유가 순환되도록 상기 용매 탱크(10)에 구비된 열매체유 자켓(11-2)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 증기 응축 방식 고형물 세척 및 건조 장치.
청구항 7에 있어서, 상기 열매체유는 서큘레이터(circulator)(70)에 의해 상기 열매체유 자켓(11-2)을 강제 순환하는 것을 특징으로 하는 증기 응축 방식 고형물 세척 및 건조 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 그물망 거치대(50)는 스타퍼(stopper)(13)로 지지되어 상기 증기의 상승 경로에 위치되고, 상기 스타퍼(stopper)(13)는 상기 용매 탱크(10)의 내부 공간에 구비된 것을 특징으로 하는 증기 응축 방식 고형물 세척 및 건조 장치.
청구항 10에 있어서, 상기 그물망 거치대(50)는 SUS(stainless steel)재질 또는 테프론(teflon) 코팅된 SUS 재질인 것을 특징으로 하는 증기 응축 방식 고형물 세척 및 건조 장치.
청구항 10에 있어서, 상기 그물망 거치대(50)는 상기 스타퍼(stopper)(13)에 안착되는 테두리 프레임(51)을 구비하고, 상기 테두리 프레임(51)은 상기 메시(mesh)(53)를 고정하며, 상기 메시(mesh)(53)는 상기 증기 통로(53)를 고정하는 것을 특징으로 하는 증기 응축 방식 고형물 세척 및 건조 장치.
청구항 12에 있어서, 상기 증기 통로(53)는 중공 파이프인 것을 특징으로 하는 증기 응축 방식 고형물 세척 및 건조 장치.
청구항 13에 있어서, 상기 중공 파이프는 서로 간격을 두고 배열된 다수로 구성된 것을 특징으로 하는 증기 응축 방식 고형물 세척 및 건조 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 용매 탱크(10)에는 드레인 밸브(20)가 구비되고, 상기 드레인 밸브(20)는 상기 용매(1-1)를 상기 용매 탱크(10)의 외부로 배출시켜주는 것을 특징으로 하는 증기 응축 방식 고형물 세척 및 건조 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 용매 탱크(10)는 건조기(90)와 연계되고, 상기 건조기(90)는 상기 내부 공간을 썩션하는 것을 특징으로 하는 증기 응축 방식 고형물 세척 및 건조 장치.
청구항 16에 있어서, 상기 건조기(90)는 진공 펌프인 것을 특징으로 하는 증기 응축 방식 고형물 세척 및 건조 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 용매 탱크(10)는 건조 기체 분사기(90-1)와 연계되고, 상기 건조 기체 분사기(90-1)는 상기 내부 공간으로 비활성 기체를 공급해주는 것을 특징으로 하는 증기 응축 방식 고형물 세척 및 건조 장치.
청구항 18에 있어서, 상기 비활성 기체는 질소인 것을 특징으로 하는 증기 응축 방식 고형물 세척 및 건조 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 용매 탱크(10)에는 상기 내부 공간을 썩션하는 진공 펌프(90), 상기 내부 공간으로 비활성 기체를 공급해주는 건조 기체 분사기(90-1), 상기 응축 현상을 형성해주는 컨덴서(condenser)(60)가 구비된 것을 특징으로 하는 증기 응축 방식 고형물 세척 및 건조 장치.
청구항 20에 있어서, 상기 컨덴서(condenser)와 상기 건조 기체 분사기(90-1)는 각각 상기 용매 탱크(10)에서 분리되도록 연결된 것을 특징으로 하는 증기 응축 방식 고형물 세척 및 건조 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 유기 용매(1-1)의 상기 기화는 상기 용매 탱크(10)의 가열로 이루어지며, 상기 가열의 온도는 컨트롤러로 제어되는 것을 특징으로 하는 증기 응축 방식 고형물 세척 및 건조 장치.
청구항 22에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 고형물(1)에 포함된 불순물과 상기 용매(1-1)의 특성을 상기 가열의 온도 제어에 반영하는 것을 특징으로 하는 증기 응축 방식 고형물 세척 및 건조 장치.