KR20200067078A - 마이크로버블을 이용한 인산 제조 설비 - Google Patents

마이크로버블을 이용한 인산 제조 설비 Download PDF

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Abstract

본 발명은 오산화인과 물을 반응시켜서 인산을 제조하는 기술에 관한 것으로서, 본 발명에 의하면, 제1 저장공간 및 제2 저장공간과, 상기 제2 저장공간에 위치하고 상기 제1 저장공간과 연통되는 아토마이징부를 구비하고, 상기 제1 저장공간과 상기 제2 저장공간에 저장된 물과 상기 제1 저장공간으로 공급된 오산화인이 반응하여 인산이 생성되는 인산 반응기; 및 상기 제2 저장공간으로부터 기체를 배출시키는 배기부를 포함하며, 상기 배기부의 작동에 의해 상기 제2 저장공간에 음압이 형성되어서 상기 제2 저장공간의 수위가 높아지고, 상기 제1 저장공간의 수위가 낮아짐으로써, 상기 제1 저장공간의 기체는 상기 아토마이징부에 의해 마이크로 버블을 형성하며 상기 제2 저장공간으로 분사되는 인산 제조 설비가 제공된다.

Description

마이크로버블을 이용한 인산 제조 설비 {FACILITY FOR MANUFACURING PHOSPHORIC ACID USING MICRO-BUBBLE}
본 발명은 인산 제조 기술에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 오산화인과 물을 반응시켜서 인산을 제조하는 설비에 관한 것이다.
인산은 일반적으로 건식 인산 제조법과 습식 인산 제조법에 의해 생산된다. 건식 인산 제조법은 인광석을 전기로나 용광로에서 규석이나 규사와 함께 무연탄을 써서 환원하여 기체상태인 인을 만들고 이것을 공기 또는 과열수증기로 산화한 다음 물에 녹여서 인산을 생산하는 방법이고, 습식 인산 제조법은 인광을 황산으로 분해하여 인산을 추출하는 방법이다.
건식 인산 제조법과 습식 인산 제조법 외에 오산화인을 물과 반응시켜서 인산을 제조할 수도 있는데, 오산화인과 물의 반응을 이용하는 방법은 일반적으로 사용되는 건식 인산 제조법 및 습식 인산 제조법에 비해 공정이 단순하지만, 오산화인과 물의 반응은 강한 발열 반응이기 때문에 오산화인과 물이 반응하는 과정에서 높은 열이 발생하고 이로 인해 오산화인 분말이 튀어서 오산화인과 물의 혼합 효율이 떨어지고, 생성된 인산이 기화하는 등 대량의 인산을 제조하기에는 적합하지 않아서 공업용으로 사용되지 못하고 실험실 수준에서만 활용되고 있다.
대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-1795042호 (2017.11.07.)
본 발명의 목적은 오산화인과 물을 반응시켜서 인산을 제조하는 설비로서 공업적으로 활용할 수 있도록 효율을 향상시킨 인산 제조 설비를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 오산화인과 물을 반응시켜서 인산을 제조하는 설비로서 고순도의 인산을 제조할 수 있는 인산 제조 설비를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일측면에 따르면, 제1 저장공간 및 제2 저장공간과, 상기 제2 저장공간에 위치하고 상기 제1 저장공간과 연통되는 아토마이징부를 구비하고, 상기 제1 저장공간과 상기 제2 저장공간에 저장된 물과 상기 제1 저장공간으로 공급된 오산화인이 반응하여 인산이 생성되는 인산 반응기; 및 상기 제2 저장공간으로부터 기체를 배출시키는 배기부를 포함하며, 상기 배기부의 작동에 의해 상기 제2 저장공간에 음압이 형성되어서 상기 제2 저장공간의 수위가 높아지고, 상기 제1 저장공간의 수위가 낮아짐으로써, 상기 제1 저장공간의 기체는 상기 아토마이징부에 의해 마이크로 버블을 형성하며 상기 제2 저장공간으로 분사되는 인산 제조 설비가 제공된다.
상기 인산 제조 설비는, 상기 인산 반응기로부터 배출되는 미반응 오산화인 기체와 물이 반응하여 인산이 생성되는 인산 재반응기를 더 포함하며, 상기 인산 재반응기는, 제1 재반응기 저장공간 및 제2 재반응기 저장공간과, 상기 제2 재반응기 저장공간에 위치하고 상기 제1 재반응기 저장공간과 연통되는 재반응기 아토마이징부를 구비하며, 상기 배기부의 작동에 의해 상기 제2 재반응기 저장공간에 음압이 형성되어서 상기 제2 재반응기 저장공간의 수위가 높아지고, 상기 제1 재반응기 저장공간의 수위가 낮아짐으로써, 상기 제1 재반응기 저장공간의 기체는 상기 재반응기 아토마이징부에 의해 마이크로 버블을 형성하며 제2 재반응기 저장공간으로 분사될 수 있다.
본 발명에 의하면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로는, 오산화인과 물이 반응하는 인산 반응기에서 아토마이징부에 의해 마이크로버블이 형성됨에 따라 오산화인과 물의 혼합 상태가 균일해지고 오산화인과 물의 강한 발열 반응에 의한 반응열이 마이크로버블의 생성과 소멸에 의해 제거됨으로써 오산화인 분말의 분산과 인산의 기화가 억제되어서 인산 제조 효율이 향상된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인산 제조 설비의 구성을 나타내는 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 인산 제조 설비에 구비되는 인산 반응기의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 인산 제조 설비에 구비되는 인산 재반응기의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 인산 제조 설비의 제1 작동 상태를 나타내는 구성도이다.
도 5는 도 1에 도시된 인사 제조 설비의 제2 작동 상태를 나타내는 구성도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인산 제조 설비의 구성을 나타내는 구성도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성 및 작용을 상세히 설명한다.
먼저, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 구성 중심으로 상세하게 설명한다. 도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 인산 제조 설비의 구성이 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인산 제조 설비(100)는 인산 제조를 위하여 오산화인 분말(P2O5) 또는 오산화인 가스(P4O10)가 물(H2O)과 반응하는 인산 반응기(110)와, 인산 반응기(110)로 오산화인 분말(P2O5)을 인산 반응기(110)로 공급하는 오산화인 분말 공급부(120)와, 오산화인 가스(P4O10)를 인산 반응기(110)로 공급하는 오산화인 가스 공급부(130)와, 인산 반응기(110)에 물을 공급하는 물 공급부(135)와, 인산 반응기(110)에 공기를 공급하는 공기 공급부(136)와, 인산 반응기(110)로부터 배출되는 기체로부터 인산을 회수하는 인산 재반응기(140)와, 인산 반응기(110) 및 인산 재반응기(140)로부터 기체를 배출시키는 배기부(150)와, 인산 반응기(110)로부터 배출되는 기체를 인산 재반응기(140)와 배기부(150) 중 어느 한 쪽으로 안내하는 제1 유동 선택부(155)와, 배기부(150)로부터 배출되는 기체를 외부 배출과 인산 반응기(110)로의 재공급 중 어느 하나로 안내하는 제2 유동 선택부(157)와, 인산 반응기(110)에서 제조된 인산이 배출되어서 저장되는 인산 저장조(160)를 포함한다.
인산 반응기(110)에서는 오산화인 분말 공급부(120)로부터 공급되는 오산화인 분말(P2O5) 또는 오산화인 가스 공급부(130)로부터 공급되는 오산화인 가스(P4O10)가 물(H2O)과 반응하여 인산이 생성된다. 도 2에는 인산 반응기(110)의 구성이 구체적으로 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 인산 반응기(110)는 수평으로 배치되는 제1 저장 공간(111a) 및 제2 저장 공간(111b)과, 제1 저장 공간(111a)과 제2 저장 공간(111b)을 연통시키는 상부 연결 통로(111c) 및 하부 연결 통로(111d)와, 상부 연결 통로(111c)와 하부 연결 통로(111d)를 연통시키는 상하 연결 통로(111e)와, 제1 저장 공간(111a)에 위치하는 수조(113)와, 제1 저장공간(111a)에 위치하는 제1 수류관(114)과, 제1 저장공간(111a)에 위치하는 혼합통(115)과, 제1 저장공간(111a)에 위치하는 제2 수류관(116)과, 제2 저장공간(111b)에 위치하는 아토마이징부(117)와, 제2 저장공간(111b)에 위치하는 복수 개의 차단판들(118)과, 제2 저장공간(111b)에 위치하는 물방울 제거층(119)과, 반응기 순환부(119a)를 구비한다.
제1 저장 공간(111a)의 상단에는 제1 저장 공간(111a)과 연통하는 유입구(112a)가 형성된다. 유입구(112a)를 통해 제1 저장 공간(111a)으로 오산화인 분말(P2O5) 또는 오산화인 가스(P4O10), 공기, 반응기 순환부(119a)에 의해 순환 공급되는 인산, 배기부(150)를 통해 배출된 기체(g) 및 인산 저장조(160)로부터 순환 공급되는 인산이 유입된다. 제1 저장 공간(111a)에서 실선의 화살표는 액체의 유동을 나타내고, 파선의 화살표는 기체의 유동을 나타낸다.
제1 저장 공간(111a)의 하단에는 인산이 배출되는 제1 배출구(111f)가 형성된다. 제1 저장 공간(111a)에 저장된 인산은 인산 배출 밸브(190)가 개방되었을 때 제1 배출구(111f)를 통해 인산 저장조(160)로 이동한다. 제1 저장 공간(111a)에 수조(113), 제1 수류관(114), 혼합통(115) 및 제2 수류관(116)이 위치한다. 제1 저장 공간(111a)은 상부 연결 통로(111c) 및 하부 연결 통로(111d)에 의해 제2 저장 공간(111b)과 연통된다.
제2 저장 공간(111b)의 상단에는 제2 저장 공간(111b)과 연통하는 배기구(112b)가 형성된다. 배기구(112b)를 통해 제2 저장 공간(111b)의 기체가 외부로 배출된다. 배기구(112b)를 통해 배출된 기체는 제1 유동 선택부(155)에 의해 인산 회수부(140)로 공급되거나 배기부(150)로 공급된다. 제2 저장 공간(111b)의 하단에는 인산이 배출되는 제2 배출구(111g)가 형성된다. 제2 저장 공간(111b)에 저장된 인산은 인산 배출 밸브(190)가 개방되었을 때 제2 배출구(111g)를 통해 인산 저장조(160)로 이동한다. 제2 저장 공간(111a)에 아토마이징부(117)와, 복수 개의 차단판들(118)과, 엘리미네이터(eliminator)(119)가 위치한다. 제2 저장 공간(111b)은 상부 연결 통로(111c) 및 하부 연결 통로(111d)에 의해 제1 저장 공간(111a)과 연통된다.
상부 연결 통로(111c)는 대체로 수평으로 연장되어서 제1 저장 공간(111a)과 제2 저장 공간(111b)을 연통시킨다. 상부 연결 통로(111c)는 하부 연결 통로(111d)보다 위에 위치하며, 하부 연결 통로(111d)와 상하 연결 통로(111e)에 의해 연통된다. 상부 연결 통로(111c)는 제2 저장 공간(111b)에 위치하는 아토마이징부(117)와 연결된다. 상부 연결 통로(111c)를 통해 제1 저장 공간(111a)의 공기가 아토마이징부(117)로 공급된다.
하부 연결 통로(111d)는 대체로 수평으로 연장되어서 제1 저장 공간(111a)과 제2 저장 공간(111b)을 연통시킨다. 하부 연결 통로(111d)는 상부 연결 통로(111c)보다 아래에 위치하며, 상부 연결 통로(111c)와 상하 연결 통로(111e)에 의해 연통된다. 하부 연결 통로(111d)를 통해 제1 저장 공간(111a)에 저장된 인산이 제2 저장 공간(111b)으로 유동할 수 있고, 제2 저장 공간(111b)에 저장된 인산이 제1 저장 공간(111a)으로 유동할 수 있다.
상하 연결 통로(111e)는 대체로 상하로 연장되어서 위아래로 배치되는 상부 연결 통로(111c)와 하부 연결 통로(111d)를 연통시킨다. 상하 연결 통로(111e)를 통해 상부 연결 통로(111c)에 존재하는 수용액이 하부 연결 통로(111d)로 이동하게 된다.
수조(113)는 제1 저장공간(111a)에서 유입구(112a)의 아래에 인접하여 위치한다. 수조(113)에는 오산화인 분말(P2O5), 반응기 순환부(119a)에 의해 순환되어 공급되는 인산 및 인산 저장조(160)로부터 공급되는 인산이 일시 저장된다.
제1 수류관(114)은 제1 저장공간(111a)에서 수조(113)의 아래에 위치한다. 제1 수류관(114)은 아래로 갈수록 좁아지는 형상이며, 제1 수류관(114)의 하단에는 오산화인 분말(P2O5) 또는 오산화인 가스(P4O10), 재순환되는 인산 및 공기를 아래로 배출하는 제1 배출구(114a)가 형성된다. 도시된 바와 같이 기체와 제1 배출구(114a)를 통과하는 액체의 중심을 지나가면서 접촉 면적이 증가한다.
혼합통(115)은 제1 저장공간(111a)에서 제1 수류관(114)에 형성된 제1 배출구(114a)의 아래에 위치한다. 혼합통(115)에는 제1 배출구(114a)를 통해 배출된 오산화인 분말(P2O5), 재순환되어 공급된 인산이 일시 저장된다.
혼합통(115)의 아래에서 물(w)이 제1 저장 공간(111a)으로 유입된다.
제2 수류관(116)은 제1 저장공간(111a)에서 혼합통(115)의 아래에 위치한다. 제2 수류관(116)은 아래로 갈수록 좁아지는 형상이며, 제2 수류관(116)의 하단에는 오산화인 분말(P2O5) 또는 오산화인 가스(P4O10), 재순환되는 인산, 공기 및 물을 아래로 배출하는 제2 배출구(116a)가 형성된다. 도시된 바와 같이 기체와 제1 배출구(114a)를 통과하는 액체의 중심을 지나가면서 접촉 면적이 증가한다. 제2 배출구(116a)는 상부 연결 통로(111c)보다 위에 위치하는 것이 바람직하다.
아토마이징부(117)는 제2 저장공간(111b)에 위치하여 제1 저장공간(111a)에서 공급되는 기체를 제2 저장공간(111b)에 저장된 인산 수용액 내에서 미세한 기포인 마이크로 버블(micro-bubble)(B)로 형성하여 분사한다. 아토마이징(117)에 의해 형성된 마이크로 버블의 생성 및 소멸에 의하여, 오산화인과 물의 반응 효율이 향상됨과 동시에 오산화인과 물의 반응에 따른 반응열이 제거될 수 있다. 아토마이징부(117)는 상부 연결 통로(111c)로부터 연장되는 노즐(117a)과, 노즐(117a)의 끝에 위치하는 충돌판(117b)을 구비한다. 아토마이징부(117)에 의해 형성된 마이크로 버블(B)로 인해 제2 저장공간(111b)에서 기체와 수용액의 접촉 면적이 증가한다. 또한, 마이크로 버블(B)은 제2 저장공간(111b)의 수용액 내에서 일반적인 버블 보다 더 오랜 시간 머무르게 된다. 그에 따라, 제2 저장 공간(111b)에서의 반응 효율이 현저하게 증가한다.
노즐(117a)은 상부 연결 통로(111c)와 연통되고 제2 저장공간(111a)을 형성하는 측벽으로부터 중심쪽으로 돌출되어서 형성된다. 노즐(117a)의 끝단은 대체로 연직 상방을 향하도록 연장된다. 노즐(117a)은 끝단으로 갈수록 내경이 좁아지도록 형성되어서, 제1 저장공간(111a)의 기체가 노즐(117a)의 끝단으로 유동하면서 속도가 증가하게 된다. 노즐(117a)의 출구(117c)를 형성하는 끝단에는 충돌판(117b)이 인접하여 위치한다.
충돌판(117b)은 노즐(117a)의 끝단 위에 인접하여 위치한다. 충돌판(117b)에 노즐(117a)로부터 분사되는 기체가 충돌하여 마이크로 버블을 형성하게 된다. 본 실시예에서는 충돌판(117b)이 도시된 바와 같이 상하방향으로 두 개(1171b, 1172b)가 배치되는 2단 구조인 것으로 설명하는데, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니며, 1단 구조이거나 3단 이상의 구조인 것도 본 발명의 범위에 속하는 것이다. 다단 구조인 경우, 위에 위치하는 충돌판(1172b)이 아래에 위치하는 충돌판(1171b)을 덮도록 더 크며, 충돌판(1172b) 사이에 적어도 하나의 통로(1173b)가 형성되는 것이 바람직하다.
복수 개의 차단판(118)들은 제2 저장공간(111b)에서 충돌판(117b)의 위에 층을 이루며 배치된다. 복수 개의 차단판(118)들에 의해 제2 저장 공간(111b)에 저장된 인산 수용액의 급격한 상승이 차단된다.
엘리미네이터(119)는 제2 저장공간(111b)에서 아래 복수 개의 차단판(118)들 중 최상 차단판(118)과 배기구(112b)의 사이에 위치한다. 물방울 제거층(119)은 스테인리스 스틸(stainless steel) 망으로 이루어진다.
반응기 순환부(119a)는 제1 저장 공간(111a)과 제2 저장 공간(111b)에 저장된 인산 수용액을 제1 저장 공간(111a)의 유입구(112a)를 통해 순환시켜 재투입한다.
도 1을 참조하면, 오산화인 분말 공급부(120)는 인산 반응기(110)의 유입구(도 2의 112a)를 통해 제1 저장 공간(111a)으로 오산화인 분말(P2O5)을 공급한다. 도시되지는 않았으나, 오산화인 분말 공급부(120)는 오산화인 분말을 저장하는 오산화인 탱크와, 오산화인 탱크에 저장된 오산화인 분말을 인산 반응기(110)로 이송하여 공급하는 공급기를 구비한다. 본 실시예에서는 오산화인 탱크에 저장된 오산화인 분말을 인산 반응기(110)로 이송하는 공급기가 스크루 피더(screw feeder)인 것으로 설명하는데, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 오산화인 분말 공급부(120)는 연속 공정을 위하여 오산화인 분말을 인산 반응기(110)로 연속적으로 공급하거나, 로트(LOT) 공정을 위하여 정해진 양을 인산 반응기(110)로 공급한 후 작동이 멈추도록 제어될 수 있다. 오산화인 분말 공급부(120)에 의해 인산 반응기(110)의 내부 공간으로 공급된 오산화인 분말은 인산 반응기(110) 내에서 물과 반응하여 인산을 생성하게 된다.
오산화인 가스 공급부(130)는 오산화인 가스(P4O10)를 인산 반응기(110)의 유입구(도 2의 112a)를 통해 제1 저장 공간(111a)으로 공급한다. 오산화인 가스 공급부(120)에 의해 인산 반응기(110)의 내부 공간으로 공급된 오산화인 가스는 인산 반응기(110) 내에서 물과 반응하여 인산을 생성하게 된다. 오산화인 가스 공급부(130)는 연속 공정을 위하여 오산화인 가스를 인산 반응기(110)로 연속적으로 공급하거나, 로트(LOT) 공정을 위하여 정해진 양을 인산 반응기(110)로 공급한 후 작동이 멈추도록 제어될 수 있다. 본 실시예에서는 오산화인 분말 공급부(120)와 오산화인 가스 공급부(130) 중 어느 하나가 선택적으로 작동하여 인산 반응부(110)에 오산화인 분말과 오산화인 가스 중 어느 하나가 공급되는 것으로 설명한다.
물 공급부(135)는 인산 반응기(110)의 제1 저장 공간(111a)으로 물을 공급한다. 본 실시예에서 물은 인산 반응기(110)의 제1 저장 공간(111a)에서 혼합통(115)과 제2 수류관(116)의 사이로 공급되는 것으로 설명한다. 물 공급부(135)에 의해 제1 저장 공간(111a)으로 공급된 물은 오산화인 분말 또는 오산화인 가스와 반응하여 인산을 생성하게 된다. 물 공급부(135)는 연속 공정을 위하여 물을 인산 반응기(110)로 연속적으로 공급하거나, 로트(LOT) 공정을 위하여 정해진 양을 인산 반응기(110)로 공급한 후 작동이 멈추도록 제어될 수 있다.
공기 공급부(136)는 인산 반응기(110)의 제1 저장 공간(111a)으로 공기를 공급한다.
인산 재반응기(140)는 인산 반응기(110)의 배기구(112b)로부터 배출되는 기체를 활용하여 인산을 추가로 생산한다. 인산 재반응기(140)는 도 2에 도시된 인산 반응기(110)와 대체로 유사한 구성으로서, 도 3에는 인산 재반응기(140)의 구성이 구체적으로 도시되어 있다. 도 3을 참조하면, 인산 재반응기(140)는 인산 반응기(110)로부터 배출되는 기체가 물과 반응하여 인산을 생성하는 내부 공간(140a)을 제공한다. 인산 재반응기(140)의 내부 공간(140a)은 구획벽(141)에 의해 제1 저장공간(141a)과 제2 저장공간(141b)으로 구획된다. 구획벽(141)의 하부에는 제1 저장공간(141a)과 제2 저장공간(141b)을 연통시키는 연결 통로(141c)가 형성된다. 제1 저장공간(141a)의 상단에는 제1 저장공간(141a)과 연통하고 인산 반응기(110)로부터 배출되는 기체가 유입되는 흡기구(142a)가 형성되고, 제2 저장공간(141b)의 상단에는 제2 저장공간(141b)과 연통하는 배기구(142b)가 형성된다. 배기구(142b)를 통해 배출되는 기체는 배기부(150)로 유동한다.
인산 재반응기(140)는 제1 저장공간(141a)에 위치하는 수조(143)와, 제1 저장공간(141a)에 위치하는 제1 수류관(144)과, 제1 저장공간(141a)에 위치하는 혼합통(145)과, 제1 저장공간(141a)에 위치하는 제2 수류관(146)과, 제2 저장공간(141b)에 위치하는 아토마이징부(147)와, 제2 저장공간(141b)에 위치하는 복수 개의 차단판들(148)과, 제2 저장공간(141b)에 위치하는 엘리미네이터(149)와, 재반응기 순환부(149a)를 구비하는데, 각 구성의 기능 및 역할은 앞서서 설명된 인산 반응기(110)의 대응하는 구성들과 대체로 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 도시되지는 않았으나, 인산 재반응기(140)에는 제1 저장 공간(141a)으로 물을 공급하기 위한 물 공급부가 구비된다. 도시되지는 않았으나, 도 2에 도시된 인산 반응기(110)의 구성이 인산 재반응기(140)로 사용될 수도 있고, 도 3에 도시된 인산 재반응기(140)의 구성이 인산 반응기(110)로 사용될 수도 있다.
본 실시예에서는 인산 재반응기(140)가 구비되어서 인산 반응기(110)로부터 배출되는 기체가 인산 재반응기(140)를 선택적으로 거치는 것으로 설명하지만, 이와는 달리 인산 재반응기(140)가 구비되지 않을 수 있으며, 이 또한 본 발명의 한 실시예로서 본 발명의 범위에 속하는 것이다. 인산 재반응기(140)가 구비되지 않는 경우에는 제1 유동 선택부(155)가 필요없게 되며 인산 반응기(110)에서 배출되는 기체가 배기부(150)로 직접 유동하게 된다.
배기부(150)는 인산 반응기(110) 및 인산 재반응기(140)로부터 기체를 배출시킨다. 배기부(150)는 배기 라인(151)과 배기 라인(151) 상에 설치되는 배기 팬(152)을 구비한다. 배기부(150)로부터 배출되는 기체는 제2 유동 선택부(157)에 의해 그대로 외부로 배출되거나 인산 반응부(110)로 재공급된다.
제1 유동 선택부(155)는 인산 반응기(110)로부터 배출되는 기체를 배기부(150)와 인산 재반응기(140) 중 어느 한 쪽으로 유동시킨다. 제1 유동 선택부(155)는 인산 반응기(110)의 배기구(112b)와 인산 재반응기(140)의 흡기구(142a)를 연결하는 제1 연결 파이프(151a) 상에 설치되어서 제1 연결 파이프(151a)를 개폐하는 제1 댐퍼(155a)와, 제1 연결 파이프(151)로부터 분기되어서 배기 팬(152)의 흡기구과 연결되는 제2 연결 파이프(151b) 상에 설치되어서 제2 연결 파이프(151b)를 개폐하는 제2 댐퍼(155b)와, 제2 연결 파이프(151b)로부터 분기되어서 인산 재반응기(140)의 배기구(142b)와 연결되는 제3 연결 파이프(151c) 상에 설치되어서 제3 연결 파이프(151c)를 개폐하는 제3 댐퍼(155c)를 구비한다.
제2 유동 선택부(157)는 배기부(150)로부터 배출되는 기체가 외부로 그대로 배출하거나 인산 반응기(110)로 재공급되도록 유동을 안내한다. 제2 유동 선택부(157)는 배기 팬(152)의 배기구로부터 연장되어서 기체를 외부로 배출하는 배기 파이프(159) 상에 설치되어서 배기 파이프(159)를 개폐하는 배기 댐퍼(157a)와, 배기 파이프(159)에서 배기 댐퍼(157a) 보다 상류측에서 분기되어서 인산 반응기(110)의 유입구(112a)로 연결되는 순환 파이프(159b) 상에 설치되어서 순환 파이프(159b)를 개폐하는 순환 댐퍼(157b)를 구비한다.
인산 저장소(160)는 인산 반응기(110)에서 제조된 인산이 배출되어서 저장되며, 필요에 따라 인산의 추가적인 농축을 위하여 순환 펌프(161)에 의해 인산 반응기(110)로 재공급된다.
이제, 도면을 참조하여, 위에서 구성 중심으로 설명된 상기 실시예를 작용 중심으로 설명한다. 도 1에 도시된 인산 제조 설비(100)의 작동는 인산 재반응기(140)의 사용 여부에 따라 두 가지의 작동 상태로 나누어질 수 있다. 도 4에는 인산 재반응기(140)가 사용되지 않는 경우의 작동 상태가 도시되어 있고, 도 5에는 인산 재반응기(140)가 사용되는 경우의 작동 상태가 도시되어 있다.
먼저, 도 4에 도시된 인산 재반응기(140)가 사용되지 않는 경우의 작동 상태를 설명하면 다음과 같다. 도 4에 도시된 작동 상태에서는 제1 유동 선택부(155)에 의해 인산 반응기(110)로부터 배출되는 기체가 인산 재반응기(140)를 거치지 않고 배기부(150)로 직접 유동한다. 즉, 도 4의 상태에서는 제2 댐퍼(155b)는 열림 상태이고, 제1 댐퍼(155a)와 제3 댐퍼(155c)는 닫힘 상태이다.
초기에 인산 반응기(110)에는 도 2에서 물이 점선으로 표시된 위치까지 채워져 있으며, 외부에서 공기가 제1 저장 공간(111a)으로 공급되며, 오산화인 분말 또는 오산화인 가스가 제1 저장 공간(111a)으로 공급된다. 오산화인 분말 또는 오산화인 가스는 물과 반응하여 인산을 생성하는데, 이때 반응은 고온을 발생시키는 발열 반응이다. 이 상태에서, 배기 팬(152)이 작동하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 저장공간(111a)의 수위는 낮아지고 제2 저장공간(111b)의 수위는 높아져서 두 저장공간(111a, 111b) 사이에는 수위차가 발생한다. 제2 저장공간(111b)의 압력이 낮아지면서 제2 저장공간(111b)의 수위가 충돌판(117b) 위로 상승하고 제1 저장공간(111a)의 수위가 낮아져서 제1 저장 공간(111a)에서 노즐(117a)과 연결되는 상부 연결 통로(111c)의 입구가 개방된다. 그에 따라, 제1 저장 공간(111a)의 공기는 노즐(117a)을 통과하여 제2 저장공간(111b)에서 상방으로 강하게 분사된다. 노즐(117a)에서 분사된 공기는 복수 개의 충돌판(117b)들과 충돌하여 마이크로 버블을 형성한다. 제2 저장 공간(111b)에서 마이크로 버블이 형성되는 과정에서 발열 반응에 의한 반응열이 감소되며, 물과 오산화인 분말 또는 오산화인 가스의 반응 접촉 면적이 넓어져서 반응 효율도 향상된다. 인산 반응기(110)로부터 배출된 미반응 가스 및 반응열에 의해 기화된 인산 가스는 제2 유동 선택부(157)에 의해 인산 반응기(110)로 재공급되어서 인산 제조에 재사용된다.
다음, 도 5에 도시된 인산 재반응기(140)가 사용되는 경우의 작동 상태를 설명하면 다음과 같다. 도 5에 도시된 작동 상태에서는 제1 유동 선택부(155)에 의해 인산 반응기(110)로부터 배출되는 기체가 인산 재반응기(140)로 공급된다. 즉, 도 5의 상태에서는 제1 댐퍼(155a)와 제3 댐퍼(155c)는 열림 상태이고, 제2 댐퍼(155b)는 담힘 상태이다.
초기에 인산 재반응기(140)에는 도 3에서 물이 점선으로 표시된 위치까지 채워져 있다. 인산 반응기(110)는 앞서 설명한 바와 같이, 도 2에서 물이 점선으로 표시된 위치까지 채워져 있으며, 외부에서 공기가 제1 저장 공간(111a)으로 공급되며, 오산화인 분말 또는 오산화인 가스가 제1 저장 공간(111a)으로 공급된다. 이 상태에서, 배기 팬(152)이 작동하면, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 저장공간(141a)의 수위는 낮아지고 제2 저장공간(151b)의 수위는 높아져서 두 저장공간(141a, 141b) 사이에는 수위차가 발생한다. 제2 저장공간(141b)의 압력이 낮아지면서 제2 저장공간(141b)의 수위가 충돌판(147b) 위로 상승하고 제1 저장공간(141a)의 수위가 낮아져서 제1 저장 공간(141a)에서 노즐(147a)과 연결되는 상부 연결 통로(141c)의 입구가 개방된다. 그에 따라, 제1 저장 공간(141a)의 가스는 노즐(147a)을 통과하여 제2 저장공간(141b)에서 상방으로 강하게 분사된다. 노즐(147a)에서 분사된 가스는 복수 개의 충돌판(117b)들과 충돌하여 마이크로 버블을 형성한다. 제2 저장 공간(141b)에서 마이크로 버블이 형성되는 과정에서 발열 반응에 의한 반응열이 감소되며, 물과 오산화인 분말 또는 오산화인 가스의 반응 접촉 면적이 넓어져서 반응 효율도 향상된다. 이와 함께, 인산 반응기(110)도 앞서 설명한 도 2에 도시된 바와 같은 상태로 작동하여, 오산화인 분말 또는 오산화인 가스와 물의 반응에 의해 인산이 생산된다. 인산 재반응기(140)로부터 배출된 미반응 가스 및 반응열에 의해 기화된 인산 가스는 제2 유동 선택부(157)에 의해 인산 반응기(110)로 재공급되어서 인산 제조에 재사용된다.
도 6에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인산 제조 설비의 구성이 도시되어 있다. 도 6을 참조하면, 인산 제조 설비(200)는 인산 제조를 위하여 오산화인 분말(P2O5) 또는 오산화인 가스(P4O10)가 물(H2O)과 반응하는 인산 반응기(110)와, 인산 반응기(110)로 오산화인 분말(P2O5) 또는 오산화인 가스(P4O10)를 인산 반응기(110)로 공급하는 오산화인 공급부(230)와, 인산 반응기(110)에 물을 공급하는 물 공급부(135)와, 인산 반응기(110)에 공기를 공급하는 공기 공급부(136)와, 인산 반응기(110)로부터 배출되는 기체로부터 인산을 회수하는 인산 재반응기(140)와, 인산 반응기(110) 및 인산 재반응기(140)로부터 기체를 배출시키는 배기부(150)와, 인산 반응기(110)로부터 배출되는 기체를 인산 재반응기(140)와 배기부(150) 중 어느 한 쪽으로 안내하는 제1 유동 선택부(155)와, 배기부(150)로부터 배출되는 기체를 외부 배출과 인산 반응기(110)로의 재공급 중 어느 하나로 안내하는 제2 유동 선택부(157)와, 인산 반응기(110)에서 제조된 인산이 배출되어서 저장되는 인산 저장조(160)를 포함한다.
오산화인 공급부(230)는 공급된 인(P)과 산소(O2)을 연소시켜서 생성되는 오산화인 분말(P2O5)과 오산화인 가스(P4O10) 중 하나, 또는 오산화인 분말과 오산화인 가스 모두를 인산 반응기(110)로 공급한다. 인산 제조 설비(200)는 오산화인 공급부(230)를 제외한 나머지 구성은 도 1에 도시된 인산제조 설비(100)의 대응하는 구성과 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이상 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 본 기술분야의 통상의 기술자는 이러한 수정과 변경도 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.
100 : 인산 제조 설비 110 : 인산 반응기
120 : 오산화인 분말 공급부 130 : 오산화인 가스 공급부
135 : 물 공급부 136 : 공기 공급부
140 : 인산 재반응기 150 : 배기부
155 : 제1 유동 선택부 157 : 제2 유동 선택부
160 : 인산 저장조

Claims (14)

  1. 제1 저장공간 및 제2 저장공간과, 상기 제2 저장공간에 위치하고 상기 제1 저장공간과 연통되는 아토마이징부를 구비하고, 상기 제1 저장공간과 상기 제2 저장공간에 저장된 물과 상기 제1 저장공간으로 공급된 오산화인이 반응하여 인산이 생성되는 인산 반응기; 및
    상기 제2 저장공간으로부터 기체를 배출시키는 배기부를 포함하며,
    상기 배기부의 작동에 의해 상기 제2 저장공간에 음압이 형성되어서 상기 제2 저장공간의 수위가 높아지고, 상기 제1 저장공간의 수위가 낮아짐으로써, 상기 제1 저장공간의 기체는 상기 아토마이징부에 의해 마이크로 버블을 형성하며 상기 제2 저장공간으로 분사되는 인산 제조 설비.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 인산 반응기로부터 배출되는 미반응 오산화인 기체와 물이 반응하여 인산이 생성되는 인산 재반응기를 더 포함하며,
    상기 인산 재반응기는, 제1 재반응기 저장공간 및 제2 재반응기 저장공간과, 상기 제2 재반응기 저장공간에 위치하고 상기 제1 재반응기 저장공간과 연통되는 재반응기 아토마이징부를 구비하며,
    상기 배기부의 작동에 의해 상기 제2 재반응기 저장공간에 음압이 형성되어서 상기 제2 재반응기 저장공간의 수위가 높아지고, 상기 제1 재반응기 저장공간의 수위가 낮아짐으로써, 상기 제1 재반응기 저장공간의 기체는 상기 재반응기 아토마이징부에 의해 마이크로 버블을 형성하며 제2 재반응기 저장공간으로 분사되는 인산 제조 설비.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 인산 반응기로부터 배출되는 기체를 상기 배기부와 상기 인산 재반응기 중 어느 하나로 유동시키는 제1 유동 선택부를 더 포함하는 인산 제조 설비.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 저장공간으로 오산화인 분말을 정량 또는 연속 공급하는 오산화인 분말 공급부를 더 포함하는 인산 제조 설비.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 저장공간으로 오산화인 가스를 정량 또는 연속 공급하는 오산화인 가스 공급부를 더 포함하는 인산 제조 설비.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 저장공간으로 오산화인 가스 또는 오산화인 분말을 정량 또는 연속 공급하는 오산화인 공급부를 더 포함하는 인산 제조 설비.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 오산화인 공급부는 상기 제1 저장공간으로 오산화인 분말을 정량 또는 연속 공급하는 오산화인 분말 공급부와, 상기 제1 저장공간으로 오산화인 가스를 정량 또는 연속 공급하는 오산화인 가스 공급부를 더 포함하며,
    상기 오산화인 분말 공급부와 상기 오산화인 가스 공급부 중 어느 하나가 선택적으로 작동하는 인산 제조 설비.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 인산 반응기는 상기 인산 반응기에서 생성된 인산 수용액을 상기 제1 저장공간의 상부로 이동시켜서 순환시키는 반응기 순환부를 더 구비하는 인산 제조 설비.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 저장공간으로 물을 정량 또는 연속 공급하는 물 공급부를 더 포함하는 인산 제조 설비.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 저장공간으로 공기를 공급하는 공기 공급부를 더 포함하는 인산 제조 설비.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 배기부로부터 배출되는 기체가 상기 제1 저장공간으로 재공급되거나 외부로 배출되도록 유동을 안내하는 제2 유동 선택부를 더 포함하는 인산 제조 설비.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 인산 반응부에서 생산된 인산이 배출되어서 저장되는 인산 저장부를 더 포함하는 인산 제조 설비.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 인산 저장부에 저장된 인산을 상기 제1 저장공간으로 재공급하는 순환 펌프를 더 포함하는 인산 제조 설비.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 인산 반응기는, 상기 제1 저장공간과 상기 아토마이징부를 연통시키는 상부 연결 통로와, 상기 제1 저장공간과 상기 제2 저장공간을 연통시키고 상기 상부 연결 통로보다 아래에 위치하는 하부 연결 통로를 더 구비하는 인산 제조 설비.
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