KR880000057B1 - 용매추출 장치용 맥동다공판탑의 미세액적 합체증대 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

용매추출 장치용 맥동다공판탑의 미세액적 혼합증대 장치

제1도는 통상적인 수직형 맥동각반식 용매추출 장치의 계통도.

제2도는 상기 제1도의 맥동 가돌판탑내에 설치되는 다공판의 사시도.

제3(a)도, 제3(b)도, 제3(c)도, 제3(d)도는 본 발명에 따라 구성된 액적 합체용 각종 합체증대판 사시도.

제4도는 본 발명의 요지인 맥동다공판탑 내에서의 다공판과 합체 증대판의 설치구조를 나타낸 일예시도.

제5도는 본 발명의 일실시예에 사용된 합체증대판의 평면도.

제6도는 본 발명의 합체증대판이 처리량에 미치는 영향을 다른 것과 비교한 표시도.

제7도는 본 발명의 합체증대판이 HETS에 미치는 영향을 나타낸 표시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2 : 맥동다공판탑 11 : 다공판

12 : 합체증대판

본 발명은 용매추출 장치용 맥동 다공판탑의 미세액적 합체증대 장치에 관한 것으로, 특히 내부에 다공판이 다단으로 설치된 수직형 맥공 다공판탑내에 연속 및 분산상으로 이루어진 2개의 액상 물질을 향유접촉시킴에 따라, 분산상이 탑내의 다공판에 의해 작은 액적으로 분리되면서 물질전달 작용을 행하고 난 분산상의 미세액적들을 다음층 다공판과의 접촉전에 보다 큰 액적으로 합체시켜주는 충전물 설치구조 및 방법을 제공하여, 물질전달효과를 향상시킴에 주안점을 둔 것이다.

용매추출 장치란 주로 원자력 산업에서 우라늄의 정련, 전환 및 재처리에 많이 이용되는 분리 정제장치이며, 그외에도 구리의 정련 또는 종류에 의해 분리가 용이하지 않거나 비용이 많이 들때 및 저온 분리가 필요한 의약품 제조시에 주로 사용되는 장치이다. 이를 더 상세히 설명하면, 용매 추출 장치는 수직형과 수평형으로 대별되며, 수직형은 교반 방식에 따라서 중력시과, 기계교반식, 맥동 교반식으로 나누어진다. 그리고, 맥동교반 방식은 다시 맥동 충진탑 방식과 맥동다공판탑 방식, 그리고 Disc-Doughnat판 탑형식으로 분류되고 있다.

본 발명의 용매추출 장치는 수직형 맥동 다공판탑 방식에 관한 것이다.

여기에서 상기 수직형 맥동 다공판탑 방식의 용매추출장치를 살펴보면, 도면 제1도에서와 같이 하부에는 측방의 펄스발생용 맥동장치(1)를 결합시킨 소정 높이의 맥동 다공판탑(2)이 설치되면서, 맥동 다공판탑(2)의 상측에는 비중이 큰 연속상 액이 담겨진탱크(9)와 공급 라인이 연결 설치되었고, 하측에는 상대적으로 작은 비중을 가지는 분산상액이 담겨진 탱크(10)와 공급 라인이 연결 설치되었고, 상기 공급라인에는 각기 항온조(8)와 펌프(3) 그리고 유량계(4)가 설치되었다. 또한 상기 맥동 다공판 탑 내부의 길이방향으로는 도면 제2도에서와 같이, 전면에 걸쳐 구멍이 천공된 복수개의 다공판(11)이 중심봉(11a)와 스페이서(11b) 를 이용하여 일정 간격을 격실을 형성하면서 삽입 설치되어있다. 따라서, 펌프(3)를 이용하여 탱크내의 수용상과 유기상액을 맥동 다공판탑(2)내로 공급하면서 맥동장치(1)를 작동시키게 되면, 다공판으로서 분리된 각각의 격실내에서는 연속상과 분산상액이 함께 공존하면서 상하 왕복운동을 행하면서 수용상은 하측으로 유기상은 상측으로 이동하게 된다. 이때, 각 격실내에 위치하는 분산상은 맥동장치에 의한 왕복운동시, 다공판을 지나면서 각각의 구멍에 의해 미세액적으로 분리 작용을 해하게 될때 형성되는 계면에 연속상에 함유된 용매의 물질전달이 행해지는 바, 이러한 작용은 각각의 다공판을 통과시마다 행해진다.

여기에서, 용매추출시 수용상을 연속상으로 하고 유기상이 분산상일 경우에 이 다공판은 물에 잘 젖는 스테인레스 스틸을 주로 사용하며, 구멍의 직경은 통상 2-10mm이며 구멍의 면적률은 15-30%이며, 상기의 반대 즉, 유기상이 연속상일 경우에 다공판의 재질은 스테인레스 스틸대신에 유기상에 잘 젖는 테플론을 사용하거나 스테인레스 스틸에 테플론 도장을 해소 사용하는 것이 바람직 하다. 테플론이 열화하여 이를 사용하지 못하는 특수한 조건하에서는 노즐형의 다공판을 사용하여 분산상인 수용상이 다공판에 붙어서 분산이 억제되는 현상을 방지함으로써 액액 계면적을 증대시키는 경우도 있다. 그러나, 상기와 같은 맥동 다공판 탑은 일반적으로 다공판에 의해서 분산상이 액적화 되기 때문에, 분산상이 여러다공판을 차례로 통과하면서 계속적으로 미세한 액적으로 되는 경향이 있다.

상기 미세한 액적은 신속도가 늘고 합체속도가 느리기 때문에, 각 단에서의 합체가 충분하지 못하다는 단점을 가지고 있다. 따라서, 맥동속도 (맥동고 ×맥동빈도)의 증가로 탑의 효율은 증가하지만 처리량이 감소 한다는 단점을 갖고 있다 (도면 제7도, 제6도 참조). 또한, 미세액적은 액액 계면적을 증가시키지만 신속도가 느려져 분산상의 농도를 확산시키는(Forward Mixing)단점을 가지고 있어서 결국 물질전달의 속도를 감소시킨다. 이를 줄이기 위해 탑의 반경 방향의 와류를 형성하도록 고안된 로우베르(Louver)판을 탑내에 몇군데 설치하는 경우도 있었으나 큰 처리량의 증가는 도모하지 못하였다.

따라서, 본 발명은 탑내에 혼합용 스터러가 설치되어 있는 혼합형 추출탑(Mixing Column)에 합체증대판을 설치시 처리량이 커진다는 연구 사례에 착안하여, 이를 스터러가 없는 맥동 다공판탑에 도입하여 분산된 액적들을 다음 다공판과 접하기 전에 합체시켜 주므로서, 처리량의 증대를 도모하도록 하는 충전물 설치구조 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 도면 제2도에서와 같이 공지의 다공판(11)에 도면 제3도에서와 같이 합체증대판(12)을 결합하여 사용하되, 다공판의 구멍을 막지 않으면서 분사된 액적의 합체를 도모하고 다공판에 의해 재분산 되도록 하는 작용을 조장하는 합체증대판을 결합시키는 구조 및 방법에 주안점이 있다. 이는 복수개의 다공판(11)을 탑내에 중심봉과 스페이서로서 상호 5-50cm 간격으로 설치하되, 다공판(11)의 상부 또는 하부에 스페이서로서 다공판과 0.1-5mm간격을 띄어서 높이 0.5-5cm의 합체증대판(12)을 중심봉(11a)에 지지 설치하는 것이다. 여기에서, 합체증대판(12)은 구멍의 면적율이 70-95%에 달하고 구멍의 방향이 유체의 흐름방향과 동일하기 때문에, 합체증대판(2)의 설치에 따른 저항을 극소화 시키면서, 그 내측면에서 다공판을 통과시 분산된 분산상의 미세액적들의 합체를 촉진하게 된다. 다공판(11)과 합체증대판(12) 사이의 간격은, 합체 증대판에서 합체된 분산상이 다공판의 구멍을 막지 않는 역할과 동시에, 합체된 분산상의 구멍으로 용이하게 통과하여 다시 재분산 되도록 한다.

본 발명의 합체증대판(12)을 부착한 맥동다공판탑은 분산상이 연속적으로 분산과 합체을 반복하도록 고안되었으며, 유체에의 저항을 감소시키도록 고안되었으므로 처리량의 증가와 아울러 탑 효율의 증가도 기대할 수 있다. 실시예에서 보는 바와 같이 처리량의 증가는 100% 이상에 까지 이른다.

[실시예]

장치특성

다공판 : 공경 3mm, 구멍면적율 23%

두께 1mm, 재질 스테인레스 스틸

합체증대판 : 환상공경 7mm, 구멍면적률 81%

높이 15mm, 재질 테플론

조업특성

물(연속상)……아세톤(전달물질)……톨루엔(분산상)

맥동빈고(회/분)30-235

맥동고(mm) 8

이때, 상기 합체증대판(12)은 다공판(11) 하부에 다공판(11) 표면과 1mm간격을 띄고서 설치하였으며 다공판(11) 사이의 간격은 10cm이다.(도면 제4도 참조).

도면 제5도는 사용된 합체증대판(12)의 평면도이다. 높이 15mm의 격자형 구조로서 환상공경((구멍의 평균면적) 1/2)이 7mm이고 테플론판을 잘라서 조립하여 만들었으며 테플론판의 두께는 0.8mm이다.

이상과 같이 합체증대판(12)을 부착한 경우(*)와 부착하지 않은 경우(0)의 처리량을 비교한 결과 도면 제6도 에서과 같이, 공지의 다공판탑의 경우(0)에서는 맥동빈도가 90회/분인 경우 55㎥/㎡h로 최대점을 갖고 있으나, 합체증대판(12)을 설치한 경우(*)는 처리량이 그 이상으로 증가하여 최대맥동빈도인 235회/분에서 100㎥/㎡h 에 이르렀다. 이 경우 물과 톨루엔의 유속비는 1 : 1 이며 물질 전달은 없었다(아세톤이 없음).

도면 제7도는 연속상인 물에서 약 5중량%의 아세톤이 분산상인 톨루엔으로 물질 전달이 일어날 경우의 탑의 효율을 TETS로 표시한 것이다. 합체증대판(12)의 부착유무를 비교하였다. 그림에서 (

)는 짐거만(H. ximmermann, 뮌헨 공과대학 박사학위논문, 1981) 이 같은 크기의 맥동다공판탑으로 같은 계로 얻은 결과로 유량비 톨루엔/물=1.33이고 맥동속도는 1,2cm/s로 같고 다공판의 간격은 5cm로 합체증대판을 사용한 본 실험(■)의 10cm의 반이다. 본 실험에서는 유량비, 톨루엔/물=1.5이고 맥동 속도 1.2cm/s이다.

HETS 가 같은 범위에 있다고 볼수 있으며 맥동 다공판탑에서 다공판(11)의 간격이 짧아지면 HETS가 감소한다는 일반적인 경향이 비추어보아 다공판의 간격의 10cm인 경우에 Zimmermann의 HETS는 오히려 커질가능성이 있다.

본 실시예의 경우 연속상인 물에서 분산상의 톨루엔으로 아세톤이 전달되며, 물질 전달에 의해 익적의 크기가 작아지기 때문에 합체증대판이 효과가 있다.

Claims (1)

1. 중심봉과 스페이서를 이용하여 복수개의 다공판들을 일정 간격으로 적층 실시한 맥동 다공판 탑내에, 연속상과 분산상의 서로 다른 액상 물질을 각기 상하측에서 분리 공급하면서 맥동 장치로서 왕복운동시킴에 따라, 분산상이 다공판에 의해 분리되면서 물질전달 작용을 행하도록 하는 통상의 것에 있어서, 높이(H)가 0.5-5cm이고, 구멍 면적률이 70-95%이 합체증대판(12)이, 상기 각 다공판(11)의 상측 또는 하측에 0.1-5mm간격을 두고 중심봉에 지지 설치됨을 특징으로 하는 용매추출 장치용 맥동 다공판 탑의 미세액적 합체 중대 장치.

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