KR20190021087A - 분산판 및 그 분산판을 포함하는 유체 분산 장치 - Google Patents

Abstract

분산판 및 그 분산판을 포함하는 유체 분산 장치가 개시된다.
본 발명에 따르면, 분산판에 공급된 물질이 분산판으로부터 고르게 분배된 상태로 배출될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 물질을 공급받은 후 상기 물질을 배출하는 복수의 홀이 형성된 분산판으로서, 상기 복수의 홀은 타원 형상을 가지고, 가상의 복수의 동심원 상에 상기 복수의 홀 중 적어도 일부가 형성되는 분산판이 제공된다.

Description

분산판 및 그 분산판을 포함하는 유체 분산 장치{Distributor and device for distributing fluid including the distributor}

본 발명은 분산판 및 그 분산판을 포함하는 유체 분산 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 분산판에 공급된 물질들이 고르게 배출될 수 있는 구조를 갖는 분산판 및 그 분산판을 포함하는 유체 분산 장치에 관한 것이다.

물질의 제조 공정에서 물질이 고르게 분산될 수 있도록 하기 위한 구성의 일 예로 홀이 형성된 분산판(distributor)을 들 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이 스티렌-아크릴로 니트릴 중합체(SAN)를 제조하기 위해 분산판(1)에 공급된 물질들은 분산판(1)에서 배출되어 복수의 튜브가 모여 형성된 튜브 다발(2)에 유입된다. 튜브 다발(2)을 구성하는 튜브에 물질이 공급되면 가열기(미도시)는 튜브 다발(2)에 열을 가하게 되는데 가열기에서 공급된 열에 의해 스티렌-아크릴로 니트릴로의 중합 반응이 이루어지지 않은 잔류 단위체(monomer)를 증발시키게 된다.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이 종래 기술에 따른 분산판(1)에는 복수의 홀이 형성되는데 복수의 홀 사이에는 일정한 간격이 형성되며, 복수의 홀은 원 형상을 갖는다.

그런데, 분산판에 공급된 물질들이 분산판에서 고르게 분배된 상태로 배출되지 않으면 공정상의 여러가지 문제점이 발생할 수 있다. 예를 들어, 도 2를 참고하면, 스티렌-아크릴로 니트릴의 제조 과정에서 분산판(1)에 공급된 물질이 분산판(1)으로부터 고르게 분배된 상태로 배출되지 않으면, 튜브 다발(2)의 각 튜브들에 유입되는 물질들의 유량이 상이하게 된다. 따라서, 물질이 과다하게 유입된 튜브 내에서는 가열기에서 공급받은 열이 단위체(monomer)를 모두 증발시키기 못하게 되므로 튜브 내에 단위체가 여전히 잔류하는 문제점이 발생하게 된다. 반대로, 물질이 부족하게 유입된 튜브 내에서는 가열기에 공급받은 열에 의해 단위체가 증발할 뿐만 아니라 튜브 내의 물질들이 타버림으로써 튜브의 벽면에 들러붙는 문제점이 발생하게 된다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 목적은 분산판에 공급된 물질이 분산판으로부터 고르게 분배된 상태로 배출될 수 있도록 하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 물질을 공급받은 후 상기 물질을 배출하는 복수의 홀이 형성된 분산판으로서, 상기 복수의 홀은 타원 형상을 가지고, 가상의 복수의 동심원 상에 상기 복수의 홀 중 적어도 일부가 형성되는 분산판이 제공된다.

상기 분산판의 둘레는 원 형상을 가지고, 상기 분산판의 둘레의 중심은 상기 가상의 복수의 동심원의 중심과 일치할 수 있다.

상기 복수의 홀의 폭은 15 내지 30mm이고, 상기 복수의 홀의 길이는 30 내지 37mm일 수 있다.

상기 복수의 홀의 폭(W)은 15 내지 21mm이고, 상기 복수의 홀의 길이(L)는 31 내지 33mm일 수 있다.

상기 분산판의 직경은 1300 내지 1400mm일 수 있다.

상기 가상의 복수의 동심원은 11개 또는 12개일 수 있다.

타원 형상을 갖는 상기 복수의 홀은 상기 복수의 홀의 폭이 상기 복수의 동심원의 방사 방향(radial direction)으로 놓여지도록 형성될 수 있다.

상기 가상의 복수의 동심원은 11개이고, 상기 복수의 홀의 개수는 530 내지 550개일 수 있다.

가상의 복수의 동심원은 12개이고, 상기 복수의 홀의 개수는 610 내지 630개일 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 물질을 공급받은 후 상기 물질을 배출하는 복수의 홀이 형성된 분산판; 및 상기 분산판에서 배출된 유체가 유입되는 복수의 튜브를 포함하는 튜브 다발; 을 포함하고, 상기 복수의 홀은 타원 형상을 가지고, 가상의 복수의 동심원 상에 상기 복수의 홀 중 적어도 일부가 형성되는 유체 분산 장치가 제공된다.

본 발명에 따르면, 분산판에 공급된 물질이 분산판으로부터 고르게 분배된 상태로 배출될 수 있다.

도 1은 공급받은 유체를 분산하는 분산판을 포함하는 유체 분산 장치의 일 예를 도시한 사시도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 분산판의 구조를 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 분산판의 구조의 일 예를 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 분산판의 구조의 일 예를 도시한 측면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 분산판에 형성된 홀의 형상을 확대 도시한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 따른 분산판과 비교예에 따른 분산판에 공급된 유체의 배출 속도를 분산판의 위치에 따라 그래프로 도시한 도면이다.

이하, 도면을 참고하여 본 발명에 따른 분산판 및 그 분산판을 포함하는 유체 분산 장치의 구조를 설명하도록 한다.

분산판

도 3은 본 발명에 따른 분산판의 구조의 일 예를 도시한 평면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 분산판의 구조의 일 예를 도시한 측면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 분산판(10)은 외부로부터 물질을 공급받은 후 물질을 배출하는 복수의 홀(12)이 형성될 수 있다. 복수의 홀(12)이 형성됨으로 인해 분산판(10)의 일 측을 통해 공급된 물질이 복수의 홀(12)을 통과하여 분산판(10)의 타 측으로 배출될 수 있다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 위에서 바라보았을 때 분산판(10)의 둘레는 원 형상을 가질 수 있다. 그러나, 분산판(10)의 둘레가 원 형상을 갖는다는 것은 분산판(10)이 원판 형상을 갖는 경우만을 의미하는 것은 아니다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 분산판(10)은 평평한 판 형상을 갖는 중심부(10a) 및 중심부로부터 상방으로 경사지게 연장 형성되는 주변부(10b)를 포함할 수 있고, 이 때에도 분산판(10)은 위에서 바라보았을 때 둘레가 원 형상을 가질 수 있다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이 분산판(10)은 대략 그릇(bowl) 형상을 가질 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 분산판에 형성된 홀의 형상을 확대 도시한 평면도이다.

본 발명에 따르면 분산판에 형성된 홀(12)은 타원 형상을 가질 수 있다. 이때, '타원 형상'은 타원의 수학적인 정의인 '두 정점으로부터 거리의 합이 일정한 점의 자취'만을 의미하는 것으로 제한되는 것은 아니다. 즉, 본 발명에 따른 '타원 형상'을 갖는 도형은 도 5에 도시된 바와 같이 도형이 상대적으로 짧은 길이인 폭(W)과 상대적으로 긴 길이인 길이(L)를 포함하고, 도형을 구성하는 네 모서리가 외측으로 볼록하게 형성된 곡선으로 이루어진 도형으로 해석될 수도 있다. 다른 관점에서 설명하면, 본 명세서에 기재된 '타원 형상'은 가로 및 세로의 길이가 각각 L과 W인 직사각형의 네 모서리를 둥근 챔퍼(chamfer) 형상으로 깎아낸 형상을 의미하는 것으로 이해될 수도 있다.

도 3을 계속 참고하면 본 발명에 따른 분산판(10)에 형성되는 가상의 복수의 동심원을 생각해볼 수 있다. 도 3에는 중심(O)을 공유하는 12개의 가상의 동심원(A 내지 L)이 도시되어 있다. 이와 달리 가상의 동심원은 11개 또는 다른 개수를 가질 수도 있다.

한편, 전술한 바와 같이 분산판(10)은 그릇 형상을 가질 수 있는데 이 경우 가상의 복수의 원 중 분산판(10)의 중심부(10a)에 형성되는 가상의 원과 주변부(10b)에 형성되는 가상의 원은 중심이 일치하지 못할 수 있다. 따라서, 본 명세서에서는 가상의 복수의 원들의 중심이 분산판(10)을 수직 관통하는 동일한 가상의 직선 상에 형성되는 경우에도 가상의 복수의 원들이 동심원 관계에 있는 것으로 정의하기로 한다.

상기 내용을 토대로 살펴보면, 도 3에 도시된 바와 같이 복수의 홀(12) 중 적어도 일부는 가상의 복수의 동심원(A 내지 L) 상에 형성될 수 있다. 도 3에는 복수의 홀(12) 전체가 가상의 복수의 동심원 상에 형성된 경우가 도시되어 있다. 또한, 복수의 홀(12)은 가상의 복수의 동심원을 따라 등간격으로 형성될 수 있다. 한편, 전술한 바와 같이 분산판(10)의 둘레는 원 형상을 가질 수 있는데, 이때, 분산판(10)의 둘레의 중심과 가상의 복수의 동심원의 중심은 서로 일치할 수 있다. 이 때, '분산판의 둘레의 중심과 가상의 복수의 동심원의 중심이 서로 일치한다.'는 의미는 분산판의 둘레의 중심과 가상의 복수의 동심원의 중심이 분산판(10)을 수직 관통하는 동일한 가상의 직선 상에 형성되는 경우를 포함하는 것으로 해석될 수 있다.

한편, 전술한 바와 같이 복수의 홀(12)은 타원 형상을 가질 수 있는데, 도 3에 도시된 바와 같이 타원 형상을 갖는 복수의 홀(12)은 복수의 홀(12)의 폭(W, 도 5 참고)이 가상의 복수의 동심원(A 내지 L)의 방사 방향(radial direction)으로 놓여지도록 형성될 수 있다. 다른 관점에서 설명하면, 타원 형상을 갖는 복수의 홀(12)이 복수의 홀(12)의 길이(L, 도 5 참고)가 가상의 복수의 동심원(A 내지 L)의 원주 방향(circumferential direction)으로 놓여지도록 형성되는 것으로 이해될 수도 있다.

가상의 동심원	중심으로부터의 거리(mm)	타원의 폭(W)(mm)	타원의 길이(L)(mm)	가상의 동심원 별 타원의 개수
A	57.6	19.50	31.32	8
B	115	19.50	31.32	16
C	173	19.50	31.32	24
D	230	21.00	31.65	32
E	288	19.50	31.32	40
F	346	19.50	31.32	48
G	400	15.43	31.66	62
H	439	16.71	32.00	68
I	479	16.71	32.05	74
J	518	16.71	32.09	80
K	558	21.85	34.99	81
L	598	21.85	34.90	87

가상의 동심원	중심으로부터의 거리(mm)	타원의 폭(W)(mm)	타원의 길이(L)(mm)	가상의 동심원 별 타원의 개수
A	56	20.83	30.86	8
B	112	21.83	30.97	16
C	168	22.50	33.37	23
D	224	22.83	33.05	30
E	280	22.83	32.68	38
F	336	18.33	31.47	46
G	392	29.50	36.49	49
H	448	26.17	33.30	61
I	498	20.00	30.07	86
J	548	24.29	31.41	94
K	598	27.86	33.91	97

가상의 동심원	중심으로부터의 거리(mm)	타원의 폭(W)(mm)	타원의 길이(L)(mm)	가상의 동심원 별 타원의 개수
A	57.6	19.50	31.32	8
B	115	19.50	31.32	16
C	173	19.50	31.32	24
D	230	21.00	31.65	32
E	288	19.50	31.32	40
F	346	19.50	31.32	48
G	400	15.43	31.66	62
H	439	16.71	32.00	68
I	479	16.71	32.05	74
J	518	16.71	32.09	80
K	558	16.71	32.09	81
L	598	16.71	32.09	87

표 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 분산판 및 분산판에 형성된 홀의 규격에 관한 것이고, 표 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 분산판 및 분산판에 형성된 홀의 규격에 관한 것이고, 표 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 분산판 및 분산판에 형성된 홀의 규격에 관한 것이다. 한편, 제1 내지 제3 실시예에서의 분산판의 직경은 1350mm였다.

본 발명의 제1 실시예 내지 제3 실시예에 따른 분산판에 유체를 통과시킨 후 유체의 배출 속도를 분산판의 위치에 따라 측정한 후, 이를 비교예의 경우와 비교하였다. 이때, 비교예의 분산판의 직경은 1580mm이고, 분산판에 형성된 홀은 원 형상을 가지며, 홀의 직경은 15mm이고, 홀의 중심 간의 거리는 70mm였다.

한편, 제1 실시예의 분산판에 형성된 홀의 개수는 620개이고 홀이 형성된 가상의 동심원의 개수는 12개이고, 제2 실시예의 분산판에 형성된 홀의 개수는 548개이고 홀이 형성된 가상의 동심원의 개수는 11개이고, 제3 실시예의 분산판에 형성된 홀의 개수는 620개이고 홀이 형성된 가상의 동심원의 개수는 12개였다.

	평균 속도(m/s)	표준편차
비교예	0.0010	0.00166
제1 실시예	0.0028	0.00065
제2 실시예	0.0026	0.00051
제3 실시예	0.0029	0.00047

도 6은 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 따른 분산판과 비교예에 따른 분산판에 공급된 유체의 배출 속도를 분산판의 위치에 따라 그래프로 도시한 도면이고, 표 4는 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 따른 분산판과 비교예에 따른 분산판의 위치에 따른 유체의 배출 속도 및 배출 속도의 표준 편차를 정리한 것이다.

도 6을 참고하면, 비교예의 경우 분산판의 중심으로부터의 거리가 일정 거리 이하인 지점까지는 배출 속도가 0.001m/s 내지 0.0015m/s를 비교적 균일하게 유지하다가, 갑자기 0.0045m/s 가량 치솟는 것을 확인할 수 있다. 표 4를 통해서도 확인할 수 있듯, 비교예의 분산판의 경우 유체의 평균 배출 속도는 가장 작은 반면 배출 속도의 표준 편차는 가장 큰 것을 확인할 수 있다.

반면, 도 6을 참고하면, 제1 내지 제3 실시예의 경우 분산판의 중심으로부터의 거리가 일정 거리 이하인 지점까지 유체의 배출 속도가 균일하고 비교예에 비해 배출 속도가 크게 유지되면서도, 분산판의 중심으로부터의 거리가 일정 거리를 초과한 이후에 유체의 배출 속도가 치솟는 현상이 현저히 줄어드는 것을 확인할 수 있다. 표 4를 통해서도 확인할 수 있듯, 제1 내지 제3 실시예의 분산판의 경우 유체의 평균 배출 속도는 비교예의 분산판의 경우 유체의 평균 배출 속도보다 빠른 반면, 배출 속도의 표준 편차는 현저하게 줄어든 것을 확인할 수 있다.

특히, 제3 실시예의 경우 유체의 평균 배출 속도는 가장 큰 반면 배출 속도의 표준 편차는 가장 작은 것을 확인할 수 있다. 특히, 표 1 및 표 3을 살펴보면, 제1 실시예의 분산판과 제3 실시예의 분산판은 11번째 및 12번째 가상의 동심원(즉, K열 및 L열)에 형성된 홀의 폭 및 길이가 서로 다름을 확인할 수 있다.

한편, 표 1 내지 표 3 및 도 6을 종합하여 살펴보면, 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 따른 분산판에 형성된 홀의 폭은 모두 15 내지 30mm이고, 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 따른 분산판에 형성된 홀의 길이는 모두 30 내지 37mm임을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 분산판에 형성된 홀들의 폭은 모두 15 내지 30mm일 수 있고, 본 발명에 따른 분산판에 형성된 홀들의 길이는 모두 30 내지 37mm일 수 있다.

특히, 전술한 바와 같이 본 발명의 제3 실시예에 따른 분산판의 경우 배출되는 유체 속도의 표준 편차가 가장 작았는데, 표 3을 살펴보면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 분산판에 형성된 홀들의 길이는 모두 15 내지 21mm이고, 본 발명의 제3 실시예에 따른 분산판에 형성된 홀들의 폭은 모두 31 내지 33mm였다. 따라서, 본 발명에 따른 분산판에 형성된 홀들의 길이는 모두 15 내지 21mm일 수 있고, 본 발명에 따른 분산판에 형성된 홀들의 폭은 모두 31 내지 33mm일 수 있다.

한편, 표 1 내지 표 3을 살펴보면, 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 따른 분산판에 홀이 형성되는 가상의 동심원의 수는 11개(동심원 A 내지 K) 또는 12개(동심원 A 내지 L)임을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 분산판에 홀이 형성되는 가상의 동심원의 수는 11개 또는 12개일 수 있다. 특히, 본 발명의 제3 실시예에 따른 분산판의 경우 배출되는 유체의 속도의 표준 편차가 가장 작고, 이때, 분산판에 홀이 형성되는 가상의 동심원의 수는 12개이므로, 본 발명에 따른 분산판에 홀이 형성되는 가상의 동심원의 수는 12개일 수 있다.

한편, 표 1 내지 표 3을 살펴보면, 본 발명의 제1 실시예의 분산판에 형성된 홀의 개수는 620개이고 홀이 형성된 가상의 동심원의 개수는 12개이다. 그리고, 본 발명의 제2 실시예의 분산판에 형성된 홀의 개수는 548개이고 홀이 형성된 가상의 동심원의 개수는 11개이다. 또한, 본 발명의 제3 실시예의 분산판에 형성된 홀의 개수는 620개이고 홀이 형성된 가상의 동심원의 개수는 12개이다. 따라서, 본 발명에 따른 분산판에 홀이 형성된 가상의 동심원의 개수가 11개인 경우 분산판에 형성된 홀의 개수는 530 내지 550개일 수 있고, 본 발명에 따른 분산판에 홀이 형성된 가상의 동심원의 개수가 12개인 경우 분산판에 형성된 홀의 개수는 610 내지 630개일 수 있다.

또한, 전술한 바와 같이 본 발명의 제1 실시예에 따른 분산판의 직경은 모두 1350mm였다. 따라서, 본 발명에 따른 분산판은 직경이 약 1350mm일 때 유체의 배출 속도가 균일하면서도 유체의 배출 속도를 크게 유지할 수 있다고 볼 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 분산판의 직경은 1300 내지 1400mm일 수 있다.

이하, 도면 등을 참고하여 본 발명에 따른 유체 분산 장치의 구조를 설명하도록 한다.

유체 분산 장치

본 발명에 따른 유체 분산 장치는 상기 물질을 공급받은 후 물질을 배출하는 복수의 홀이 형성된 분산판, 및 상기 분산판에서 배출된 유체가 유입되는 복수의 튜브를 포함하는 튜브 다발을 포함할 수 있다. 분산판의 세부적인 구조는 전술한 바 있으며, 튜브 다발은 도 1에 도시된 바와 같이 분산판의 하부에 구비될 수 있고, 하방으로 연장된 기둥 구조를 가질 수 있다.

또한, 튜브 다발이 형성되는 영역은 분산판에서 복수의 홀이 형성되는 영역에 대응될 수 있다. 상기 두 영역이 대응됨으로써 복수의 홀에서 배출된 유체가 튜브 다발을 구성하는 튜브에 공급될 수 있다.

본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능함은 물론이다.

1, 10 : 분산판
10a : 중심부
10b : 주변부
2 : 튜브 다발
12 : 홀

Claims (10)

1. 물질을 공급받은 후 상기 물질을 배출하는 복수의 홀이 형성된 분산판으로서,
   상기 복수의 홀은 타원 형상을 가지고,
   가상의 복수의 동심원 상에 상기 복수의 홀 중 적어도 일부가 형성되는 분산판.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 분산판의 둘레는 원 형상을 가지고,
   상기 분산판의 둘레의 중심은 상기 가상의 복수의 동심원의 중심과 일치하는 분산판.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 복수의 홀의 폭은 15 내지 30mm이고,
   상기 복수의 홀의 길이는 30 내지 37mm인 분산판.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 복수의 홀의 폭(W)은 15 내지 21mm이고,
   상기 복수의 홀의 길이(L)는 31 내지 33mm인 분산판.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 분산판의 직경은 1300 내지 1400mm인 분산판.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 가상의 복수의 동심원은 11개 또는 12개인 분산판.
7. 청구항 1에 있어서,
   타원 형상을 갖는 상기 복수의 홀은 상기 복수의 홀의 폭이 상기 가상의 복수의 동심원의 방사 방향(radial direction)으로 놓여지도록 형성되는 분산판.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 가상의 복수의 동심원은 11개이고,
   상기 복수의 홀의 개수는 530 내지 550개인 분산판.
9. 청구항 1에 있어서,
   가상의 복수의 동심원은 12개이고,
   상기 복수의 홀의 개수는 610 내지 630개인 분산판.
10. 물질을 공급받은 후 상기 물질을 배출하는 복수의 홀이 형성된 분산판; 및
    상기 분산판에서 배출된 유체가 유입되는 복수의 튜브를 포함하는 튜브 다발; 을 포함하고,
    상기 복수의 홀은 타원 형상을 가지고,
    가상의 복수의 동심원 상에 상기 복수의 홀 중 적어도 일부가 형성되는 유체 분산 장치.

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