KR20170094546A

KR20170094546A - 혼합, 분산방법 및 장치

Info

Publication number: KR20170094546A
Application number: KR1020177016660A
Authority: KR
Inventors: 와카나 카이츠카
Original assignee: 와카나 카이츠카
Priority date: 2014-12-29
Filing date: 2016-01-04
Publication date: 2017-08-18
Also published as: CN107107000A; EP3241603A4; WO2016108289A1; EP3241603A1; KR101989716B1; US20170348651A1; JP2016123975A

Abstract

본 발명은 다양한 형상 물질, 특히 액체-액체 또는 액체-미세 고체의 혼합, 분산장치 및 혼합, 분산방법의 제공에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 다상 혼합물이 유입되는 길이가 긴 세관과 그 일단에 설치된 상기 다상 혼합물 도입구와 타단에 형성된 상기 다상 혼합물 도출구과, 상기 다상 혼합물을 길이 척의 세관에서 임계 레이놀즈수를 초과 유속으로 가압 유입시키기 위한 혼합물 압송 수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 다상 혼합물의 혼합, 분산 장치를 제공한다.

Description

혼합, 분산방법 및 장치{.}

본 발명은 다양한 형상 물질, 특히 액체-액체 또는 액체-미세 고체의 혼합, 분산장치 및 혼합, 분산방법의 제공에 관한 것이다.

종래부터 다종 물질의 혼합물로 이루어진 제품은 여러 산업 분야에서 사용되고 있다. 그리고 요즘은 이들 혼합물의 혼합, 분산 정도는 얻어진 제품의 가치를 정하는 기준으로 평가되고 있다.

즉, 액체-액체, 액체-고체, 액체-기체 등의 다양한 형상의 혼합물을 완전에 가까운 고도한 혼합, 분산 기술의 제공이 요구되고 있다. 종래의 혼합, 분산 수단으로는 교반 날개를 이용한 것, 또는 초음파를 이용한 것 등이 있다.

그러나 교반 날개에 의한 혼합의 경우에는 층류 성분이 많기 때문에 전단력이 크지 않고, 따라서 투입한 에너지에 비해 혼합 효율이 좋지 않고, 또한 교반 작용이 교반 날개에서의 거리에 따른 것이기 때문에 교반 효과가 교반조 내에서 서로 다르므로 교반 시간을 길게 하지 않으면 안된다.

초음파에 의한 혼합은 액체 내에 미세한 압력 변동이 발생하여 캐비테이션이 발생하지만, 초음파 진동 소자에서의 거리와 방향에 따라 진동 에너지의 크기가 다르기 때문에 교반 효과가 교반기 내에서도 차이 나고, 또한 진동소자 접합부에 진동에 의한 마모 손상이 발생할 우려가 있기 때문에 위해 장시간에 걸쳐 연속 운전할 수 없다.

상기와 같이 종래 기술에서는 불완전 혼합도의 혼합물을 단시간에 완벽에 가까운 고도의 혼합, 분산된 혼합, 분산물로 만들 수 없었다. 또한 간단한 구조이고, 저비용으로 혼합물을 고도로 혼합, 분산할 수 있는 장치의 제공도 이루어지지 않았다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 것으로서 다음 구성의 혼합, 분산물의 제조 장치 및 제조 방법에 관한 것이다.

[청구항 1] 다상 혼합물이 유입되는 길이가 긴 세관과 그 일단에 설치된 상기 다상 혼합물 도입구와 타단에 형성된 상기 다상 혼합물 도출구과, 상기 다상 혼합물을 길이가 긴 세관 내에서 임계 레이놀즈수를 넘는 유속으로 가압 유입시키기 위한 혼합물 압송 수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 다상 혼합물의 혼합, 분산 장치.

[청구항 2] 액체-액체 혼합물이 유입되는 길이가 긴 세관과 그 일단에 마련된 상기 혼합물 도입구와 타단에 마련된 상기 혼합물 도출구와 상기 혼합물을 길이가 긴 세관 내에 임계 레이놀즈수를 넘는 유속으로 가압 유입시키기 위한 혼합물 압송 수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 액체-액체 혼합물의 혼합, 분산 장치.

[청구항 3] 액체-미세 고체 혼합물이 유입되는 길이가 긴 세관과 그 일단에 마련된 상기 혼합물 도입구와 타단에 마련된 상기 혼합물 도출구와 상기 혼합물을 길이가 긴 세관 내에 임계 레이놀즈수를 넘는 유속으로 가압 유입시키기 위한 혼합물 압송 수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 액체-미세 고체 혼합물의 혼합, 분산 장치.

[청구항 4] 길이가 긴 세관과 그 일단에 마련된 상기 혼합물 도입구의 앞쪽과, 상기 혼합물 도출구의 뒤쪽에 액저장 박스를 설치하고, 또한 상기 양자의 액저장 박스 사이에 복수 개의 길이가 긴 세관을 가설하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 혼합, 분산 장치.

[청구항 5] 길이가 긴 세관은 내경 0.5 ~ 5.0mm, 길이 100 ~ 1,000mm이며, 혼합물 도입구의 혼합물 도입 압력은 0.5 ~ 10MPa인 것을 특징으로 하는 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 혼합, 분산 장치.

[청구항 6] 액체가 졸 또는 겔인 것을 특징으로 하는 청구항 2 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 혼합, 분산 장치.

[청구항 7] 액체가 물, 수용액 또는 알코올, 글리세린, 오일, 식용유, 석유, 중유, 실리콘 오일의 유기 용매 또는 과즙으로부터 선택되는 어느 1 종 또는 2 종 이상인 것을 특징으로 하는 청구항 2 내지 6중 어느 한 항에 기재된 혼합, 분산 장치.

[청구항 8] 미세 고체가 미세 무기물 또는 미세 유기물인 것을 특징으로하는 청구항 3 또는 4에 기재된 혼합, 분산 장치.

[청구항 9] 미세 고체가 미세 세라믹, 미세 금속, 미세 수지, 미세 식재료, 미세 탄소, 미세 콩가루 또는 탈지 분유로부터 선택되는 어느 1 종 또는 2 종 이상인 것을 특징으로 하는 청구항 8에 기재된 혼합, 분산 장치.

[청구항 10] 다상 혼합물을 길이가 긴 세관의 일단부에서 길이가 긴 세관 내에 가압 상태에서 임계 레이놀즈수를 넘는 유속으로 압입하여 상기 세관의 타단으로부터 도출하여 고도의 혼합, 분산된 다상 혼합물을 취득하는 것을 특징으로 하는 고도의 혼합, 분산된 다상 혼합, 분산물의 제조 방법.

[청구항 11] 액체-액체 혼합물을 길이가 긴 세관의 일단부로부터 상기 길이가 긴 세관에 가압 상태에서 임계 레이놀즈수를 넘는 유속으로 압입하여 동 세관의 타단으로부터 도출하여 고도의 혼합, 분산된 액체-액체 혼합물을 취득하는 것을 특징으로 하는 고도의 혼합, 분산된 액체-액체 혼합, 분산물의 제조 방법.

[청구항 12] 액체-미세 고체 혼합물을 길이가 긴 세관의 일단부에서 상기 길이가 긴 세관 내에 가압 상태에서 임계 레이놀즈수를 넘는 유속으로 압입하여 상기 세관의 타단으로부터 도출하여 고도의 혼합, 분산된 액체-미세 고체 혼합물을 취득하는 것을 특징으로 하는 고도의 혼합, 분산된 액체-미세 고체 혼합, 분산물의 제조 방법.

[청구항 13] 길이가 긴 세관과 그 일단에 마련된 상기 혼합물 도입구 앞쪽과, 상기 혼합물 도출구 뒤쪽에 액저장 박스를 설치하고, 또한 상기 양측의 액저장 박스 사이에 복수 개의 길이가 긴 세관을 가설하여 혼합물을 상기 액저장 박스를 경유하여 길이가 긴 세관의 일단부로부터 상기 세관 내에 가압 상태에서 임계 레이놀즈수를 넘는 유속으로 압입하여 동 세관의 타단으로 도출하는 것을 특징으로 하는 혼합, 분산물의 제조 방법.

[청구항 14] 길이가 긴 세관이 내경 0.5 ~ 5.0mm, 길이 100 ~ 1,000mm이며, 혼합물 도입구에 혼합물의 도입 압력이 0.5 ~ 10MPa 인 것을 특징으로 하는 청구항 10 내지 13 중 어느 한 항에 기재된 혼합, 분산물의 제조 방법.

[청구항 15] 액체가 졸 또는 겔인 것을 특징으로 하는 청구항 11 내지 12 중 어느 한 항에 기재된 혼합, 분산물의 제조 방법.

[청구항 16] 액체가 무기물 또는 유기물인 것을 특징으로하는 청구항 11 내지 15 중 어느 한 항에 기재된 혼합, 분산물의 제조 방법.

[청구항 17] 미세 고체가 미세 무기물 또는 미세 유기물인 것을 특징으로하는 청구항 12 또는 13에 기재된 혼합, 분산물의 제조 방법.

[청구항 18] 미세 고체가 미세 세라믹 미세 금속, 미세 수지, 미세 식재료, 미세 탄소, 미세 콩가루 또는 탈지 분유로부터 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 청구항 17에 기재된 혼합, 분산물의 제조 방법.

[청구항 19] 액체가 물, 수용액 또는 알코올, 글리세린, 오일, 식용유, 석유, 중유, 실리콘 오일 등의 유기 용매 또는 과즙으로부터 선택되는 어느 1 종 또는 2 종 이상인 것을 특징으로 하는 청구항 11 내지 16 중 어느 한 항에 기재된 혼합, 분산물의 제조 방법.

본 발명에 의하면, 극히 짧은 시간에 완전에 가까운 고도의 혼합, 분산된 혼합, 분산물을 제조할 수 있으며, 또한 이를 위한 장치 구성도 매우 간단하고 비용도 저렴하다. 본 발명에 의하면, 장치 및 처리 비용은 기존 비용의 1/4 이하가 된다.

도 1은 본 발명에 따른 혼합, 분산물 제조 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명 장치의 길이가 긴 세관의 외관도이다.

본원 발명에서 사용되는 혼합, 분산 장치는 예를 들어 도 1에 표시된 바와 같은 구성으로 이루어지며 도면에 나타낸 도면부호 1은 길이가 긴 세관, 2는 혼합물 도입구, 2a는 입구측 액저장 박스 3은 혼합, 분산액 도출구, 3a는 출구측 액저장 박스, 3b는 토출구 4(P)는 펌프, 5는 원료 탱크, 6은 제품 저장 탱크, 7은 간이 교반기를 나타낸다. 또한, 원료 탱크(5)에 투입되는 A는 예를 들어 물이고, B는 예를 들면 분말콩가루이다.

본 발명 장치는, 예를 들어 액체-액체 혼합물이 유입되는 길이가 긴 세관(1)과 그 일단에 마련된 상기 혼합물 도입구 (2a)와 타단에 마련된 상기 혼합물 도출구(3a)와 상기 혼합물을 길이가 긴 세관 내에 임계 레이놀즈수를 넘는 유속으로 가압 유입시키기 위한 혼합물 압송 수단 (4(P))으로 구성된다.

그리고 바람직하게는 길이가 긴 세관(1)과 그 일단에 마련된 상기 혼합물 도입구(2)의 앞쪽과 상기 혼합물 도출구(3)의 뒤쪽에 얇은 상자 모양의 액저장 박스(2a, 3a)를 마련하고, 또한 상기 두 액저장 박스 사이에 복수 개의 길이가 긴 세관(1...) 을 가설하여 구성한다.

액저장 박스는 펌프 (4(P))에서 송급된 혼합물이 일단, 멈춰 대기하여 균등한 압력으로 복수 개의 길이가 긴 세관(1 ..)에 분배된다. 각각의 길이가 긴 세관(1 ..) 내에서는 임계 레이놀즈수를 넘는 유속으로 혼합물이 흘러 난류를 일으키면서 일정 거리 이송되어 고도의 혼합, 분산된 혼합, 분산물이 액저장 박스(3a)를 통해 제품 탱크(6)로 배출, 저장된다.

또한 길이가 긴 세관(1)은 내경 0.5 ~ 5.0mm, 길이 100 ~ 1,000mm이며, 혼합물 도입구로의 혼합물의 도입 압력은 0.5 ~ 10MPa 인 것이 바람직하다. 혼합물은 세관 내를 진행하는 과정에서 혼합 확산이 진행된다.

길이가 긴 세관의 소재는 금속, 특히 스테인레스 스틸, 세라믹, 고무 또는 플라스틱이 바람직하다. 또한 세라믹 세관의 외주에 금속관 또는 플라스틱관을 외장하여 강도를 높일 수 있다.

그리고 길이가 긴 세관의 외형은 직선 관형, 루프 관형, 나선 관형의 어느 것이라도 좋고, 또한 그 단면 형상은 원형, 타원형, 삼각형, 기타 다각형 등의 것이라도 좋다. 또한 펌프는 플런저 펌프, 기타 송액 펌프가 사용될 수 있다.

또한 길이가 긴 세관(1)의 입구쪽에는 얇은 상자 모양의 액저장 박스(2a)가 설치되고, 일단의 각 액저장 박스에 압입 저장된 혼합물이 복수 개의 세관(1 ..) 각각에게 균등하게 분배, 압송된다. 길이가 긴 세관(1)에 유입된 혼합물은 임계 레이놀즈수를 넘는 유속으로 혼합되어 고도로 혼합, 분산된다.

다음으로, 본 발명의 실시 예에 대해 설명한다.

도 1, 도 2에 나타내는 장치를 이용하여 각종의 양호한 혼합, 분산 제품을 제조하였다.

실시 예 1 : 물-탈지유-버터 (인공 우유 제조)의 예

원료 탱크(5)에 물 3,200ml, 탈지 분유 600g, 버터 200g을 투입하고 50℃로 가온하여 간이 교반기(7)로 간이 혼합하였다. 이어서, 원료 탱크(5) 내의 혼합액을 플런저 펌프(4 (P))로 보내어 가압하여 입구측 액저장 박스(2a)를 통해 스테인레스 스틸제의 길이가 긴 세관(1)에 입구 압력 0.8MPa로 압입시켰다.

또한 길이가 긴 세관은 내경 2.0mm 벽 두께 1.0mm, 길이 400mm이며 상기 세관 4개를 액저장박스(2a, 3a) 사이에 가설한 장치를 사용하였다. 그리고 세관(1) 내에서 난류에 의해 상기 혼합물을 고도로 혼합, 분산시켜 출구측 액저장 박스(3a)를 통해, 도출구(3b)로부터 제품 탱크(6)로 배출 및 저장시켰다. 이때 길이가 긴 세관(1)은 난류의 영향으로 심하게 고음을 발하고 진동을 하였다. 그 결과 얻어진 제품은 시판 우유와 동등한 제품이 되었다.

즉, 생산된 제품은 0.6 ~ 0.8um 직경의 유분 입자가 균일하게 분산된 것으로, 외관은 시판 우유와 같은 유백색으로 미각도 시판 우유와 같았다. 또한, 종래의 인공 우유 제조 기술(호모게나이자)에서는 가압력은 30MPa 정도를 필요로 했다.

실시예 2 : 다층 탄소나노튜브-물(탄소나노튜브 분산액의 제조)의 예

원료 탱크(5)에 다층 탄소나노튜브 5g, 물 95ml를 투입하여 간이 교반기(7)로 간이 혼합하였다. 이어서, 원료 탱크(5) 내의 혼합액을 플런저 펌프(4 (P))로 보내어 가압하여 입구측 액저장박스(2a)를 통해 길이가 긴 세관(1)으로 입구 압력 0.8MPa로 압입시켰다.

또한 스테인레스 스틸제의 길이가 긴 세관은 내경 2.0mm, 벽 두께 1.0mm, 길이 400mm였다. 그리고 세관(1) 내에서 난류에 의해 상기 혼합물을 고도로 혼합, 분산시켜 출구측 액저장박스(3a)를 통해 도출구(3b)로부터 제품 탱크(6)로 배출 및 저장시켰다. 그 결과 얻어진 제품은 마요네즈 모양이 되었고, 양호한 카본나노튜브 분산액의 특징을 갖는 증점화(增粘化)현상이 확인되었다.

실시 예 3 : 글리세린 분산액의 제조 예

도 1에 나타낸 원료 탱크(5)에 1.4Pa-s글리세린 100ml를 투입하여 간이 교반기(7)로 간이 혼합하였다. 다음으로 원료 탱크(5) 내의 상기 글리세린을 플런저 펌프(4 (P))에 이송, 가압하여 입구측 액저장박스(2a)를 통해, 한개의 길이가 긴 세관(1)에 입구 압력 0.8MPa의 조건으로 압입시켰다. 또한 길이가 긴 세관(1)은 내경 2.0mm 벽 두께 1.0mm, 길이 400mm였다.

그리고 세관 내에서 난류에 의해 상기 글리세린을 고도로 혼합, 분산시켜 출구측의 액저장박스(3a)를 통해 도출구(3b)로부터 제품 탱크(6)으로 분산물을 배출 저장시켰다. 그 결과, 길이가 긴 세관을 1회 통과한 것은 0.7Pa-s, 2회 통과한 것은 0.5Pa-s가 되었다.

제품의 시간에 따른 변화는 4일 후 측정에서도 동일한 점도를 나타냈고, 분산 제품 글리세린의 안정성이 확인되었다. 그러나 점도가 저하되는 이유는 밝혀지지 않았다. 종합하면 강력한 혼합, 분산 조작에 의해 글리세린의 클러스터가 분단 감소된 것으로 추측된다.

1 : 길이가 긴 세관 2 : 혼합물 도입구
2a : 입구측 액저장 박스 3 : 혼합, 분산 도출구
3a : 출구 측 액저장박스 3b : 도출구
4(P) : 펌프 5 : 원료 탱크
6 : 제품 저장 탱크 7 : 간이 교반기

Claims

다상 혼합물이 유입되는 길이가 긴 세관과 그 일단에 설치된 상기 다상 혼합물 도입구와 타단에 형성된 상기 다상 혼합물 도출구와 상기 다상 혼합물을 길이가 긴 세관 내에서 임계 레이놀즈수를 넘는 유속으로 가압 유입시키기 위한 혼합물 압송 수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 다상 혼합물의 혼합, 분산 장치.
액체-액체 혼합물이 유입되는 길이가 긴 세관과 그 일단에 마련된 상기 혼합물 도입구와 타단에 마련된 상기 혼합물 도출구와 상기 혼합물을 길이가 긴 세관 내에 임계 레이놀즈수를 넘는 유속으로 가압 유입시키기 위한 혼합물 압송 수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 액체-액체 혼합물의 혼합, 분산 장치.
액체-미세 고체 혼합물이 유입되는 길이가 긴 세관과 그 일단에 마련된 상기 혼합물 도입구와 타단에 마련된 상기 혼합물 도출구와 상기 혼합물을 길이가 긴 세관 내에 임계 레이놀즈수를 넘는 유속으로 가압 유입시키기위한 혼합물 압송 수단으로 구성되는 것을 특징으로하는 액체-미세 고체 혼합물의 혼합, 분산 장치.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서 길이가 긴 세관과 그 일단에 마련된 상기 혼합물 도입구의 앞쪽과, 상기 혼합물 도출구의 뒤쪽에 액저장 박스를 설치하고, 또한 상기 양자의 액저장 박스 사이에 복수 개의 길이가 긴 세관을 가설하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 혼합, 분산 장치.
청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서, 길이가 긴 세관이 내경 0.5 ~ 5.0mm, 길이 100 ~ 1,000mm이며, 혼합물 도입구의 혼합물의 도입압력이 0.5 ~ 10MPa인 것을 특징으로 하는 혼합, 분산 장치.
청구항 2 내지 5 중 어느 한 항에 있어서, 액체는 졸 또는 겔인 것을 특징으로 하는 혼합, 분산 장치.
청구항 2 내지 6 중 어느 한 항에 있어서 액체는 물, 수용액 또는 알코올, 글리세린, 오일, 식용유, 석유, 중유, 실리콘 오일의 유기 용매 또는 과즙으로부터 선택되는 어느 1 종 또는 2 종 이상인 것을 특징으로 하는 혼합, 분산 장치.
청구항 3 또는 4에 있어서, 미세 고체가 미세 무기물 또는 미세 유기물인 것을 특징으로 하는 혼합, 분산 장치.
청구항 8에 있어서, 미세 고체는 미세 세라믹, 미세 금속, 미세 수지, 미세 식재료, 미세 탄소, 미세 콩가루 또는 탈지 분유로부터 선택되는 어느 1 종 또는 2 종 이상인 것을 특징으로 하는 혼합, 분산 장치.
다상 혼합물을 길이가 긴 세관의 일단부에서 길이가 긴 세관 내에 가압 상태에서 임계 레이놀즈수를 넘는 유속으로 압입하여 상기 세관의 타단으로부터 도출하여 고도의 혼합, 분산된 다상 혼합물을 취득하는 것을 특징으로 하는 고도의 혼합, 분산된 다상 혼합, 분산물의 제조 방법.
액체-액체 혼합물을 길이가 긴 세관의 일단부로부터 상기 길이가 긴 세관에 가압 상태에서 임계 레이놀즈수를 넘는 유속으로 압입하여 동 세관의 타단으로부터 도출하여 고도의 혼합, 분산된 액체-액체 혼합물을 취득하는 것을 특징으로 하는 고도의 혼합, 분산된 액체-액체 혼합, 분산물의 제조 방법.
액체-미세 고체 혼합물을 길이가 긴 세관의 일단부에서 상기 길이가 긴 세관내에 가압 상태에서 임계 레이놀즈수를 넘는 유속으로 압입하여 상기 세관의 타단으로부터 도출하여 고도의 혼합, 분산된 액체-미세 고체 혼합물을 취득하는 것을 특징으로 하는 고도의 혼합, 분산된 액체 - 미세 고체 혼합, 분산물의 제조 방법.
길이가 긴 세관과 그 일단에 마련된 상기 혼합물 도입구 앞쪽과, 상기 혼합물 도출구 뒤쪽에 액저장 박스를 설치하고, 또한 상기 양측의 액저장 박스 사이에 복수 개의 길이가 긴 세관을 가설하여 혼합물을 상기 액저장 박스를 통해 길이가 긴 세관의 일단부로부터 상기 세관 내에 가압 상태에서 임계 레이놀즈수를 넘는 유속으로 압입하여 상기 세관의 타단으로 도출하는 것을 특징으로 하는 혼합, 분산물의 제조 방법.
청구항 10 내지 13 중 어느 한 항에 있어서, 길이가 긴 세관이 내경 0.5~5.0mm, 길이 100~1,000mm이며, 혼합물 도입구에 혼합물의 도입 압력이 0.5~10MPa 인 것을 특징으로 하는 혼합, 분산물의 제조 방법.
청구항 11 또는 청구항 12에 있어서 액체는 졸 또는 겔인 것을 특징으로 하는 혼합, 분산물의 제조 방법.
청구항 11 내지 15 중 어느 한 항에 있어서, 액체는 무기물 또는 유기물인 것을 특징으로 하는 혼합, 분산물의 제조 방법.
청구항 12 또는 13에 있어서, 미세 고체가 미세 무기물 또는 미세 유기물인 것을 특징으로 하는 혼합, 분산물의 제조 방법.
청구항 17에 있어서, 미세 고체는 미세 세라믹, 미세 금속, 미세 수지, 미세 식재료, 미세 탄소, 미세 콩가루 또는 탈지 분유로부터 선택되는 어느 1 종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 혼합, 분산물의 제조 방법.
청구항 11 내지 16 중 어느 한 항에 있어서, 액체는 물, 수용액 또는 알코올, 글리세린, 오일, 식용유, 석유, 중유, 실리콘 오일의 유기 용매 또는 과즙으로부터 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 혼합, 분산물의 제조 방법.