KR900006071B1 - 농축장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

농축장치

제1도는 본 발명의 실시예의 계통도.

본 발명은 푸론·암모니아등을 작동유체(作動流體) 사용하는 간접가압식 농축장치에 관한 것으로, 구체적으로는 작동유체의 증발기로 박막강하식(薄膜降下式)의 증발기를 사용하여 매우 저온도의 열을 효과적으로 회수하여 액체를 농축하는 간접가압식 농축장치에 관한 것이다.

용액의 농축조작에 있어서 발생하는 증기를 터어보송풍기, 로우터리콤프레서 혹은 스팁이젝터등의 압축기에 의하여 압축승온시켜 다시 용액의 가열원으로 이용하는 것은 압축기의 구동에 요하는 에너지에 비하여 회수되는 열에너지가 크게 되는 것이어서 보편적으로 실시되어 왔다.

그러나 농축공정의 조작온도가 낮을 경우에는 농축공정에서 발생하는 증기온도가 낮으며 여기에 준하여 그 증기압도 낮으므로 효율이 높은 압축기가 없으며 또한 열화수면에서의 이득도 적으므로 그 증발기를 재압축하여 사용하지 않고 있었다.

최근 이 저온증기의 열에너지를 회수하기 위하여 저온증기를 푸론이나 암모니아등의 가열원으로 사용하여 여기서 증발된 푸론이나 암모니아등의 작동유체를 압축기로 승압승온시켜 이 푸론이나 암모니아를 농축공정에서의 열원으로 하는 것이 제안되고 있었으나 어느것 모두다 푸론·암모니아의 성질을 고려하여 그 중발기를 칼란드리아식(calandria式) 혹은 박막상승식으로 하고 있기 때문에 액체의 용량이 크게 되고 또 증발부에서의 푸론·암모니아등의 작동유체의 보유액량이 많아지므로 비등점상승의 영향이 크게 된다. 또 부하변동에 따른 변동이 늦어짐이 크게되는 등의 문제가 생기고 저온증기의 열에너지를 유효하게 회수할 수 없었다.

본 발명의 목적은 종래 회수되는 것 없이 폐기되고 있던 저온증기의 열에너지를 회수하여 유효하게 이용할 수 있는 농축장치를 제공하는데 있으며, 또 다른 목적은 저온증기에서 효율적이며 안정되게 열을 회수하여 농축공정에 이용할 수 있는 농축장치를 제공하는데 있다.

또한 본 발명의 목적은 농축조작온도를 낮추는 것에 의하여 농축장치의 열화(熱化)를 방지하고, 첨가하여 제품인 농축액을 오염시키지 않는 농축장치를 제공하는데 있다.

본 발명은 농축관(濃縮管)의 가열측과 작동유체증발기의 증발측과의 사이에 압축기를 개재하여 작동유체가 기상(氣相)과 액상(液相)으로 반복하며 순환하는 작동유체싸이클을 가지는 간접가압식 농축장치에 있어서, 상부에 액화된 작동유체의 공급구를 가지며 하부에 미증발된 작동유체의 발출구를 가지는 박막강하식의 작동유체의 증발기와 이 발출구와 공급구를 도통하여 작동유체를 순환시킬 수 있는 순환관로와 이 증발기에서 증발된 작동유체를 가압승온하는 압축기와 이 압축기에서 가온승온된 작동유체에 의하여 피처리액을 가열농축하는 농축기와 이 농축기에서 응축된 작동유체를 상기 증발기 또는 순환관로로 인도하는 관로에 설치된 감압밸브를 구비한 것을 특징으로 하는 농축장치인 것이다.

본 발명의 실시예를 도면에 의하여 구체적으로 설명하면, 도면은 푸론 또는 암모니아를 작동유체로 사용한 단효용(單效用) 간접가압식 농축장치의 실시예이다.

1은 박막강하식 증발관(蒸發管)을 사용한 농축관, 2는 같은 박막강하식 증발관을 사용한 작동유체의 증발기, 3,4는 기액분리기, 5는 압축기, 6은 압축기(5)에서 가압승온된 작동유체의 온도를 조절하기 위한 냉각기 농축관(1)에 있어서 7은 여러개의 직립한 전열관(傳熱管)이며, 상부액실(8)에 공급구(9)로부터 들어간 피처리액은 전열관(7)의 내벽을 따라서 박막을 형성하여 아래로 흐르고 작동유체의 증기입구(10)로부터 들어가 전열관(7)의 외측에 접촉하는 작동유체의 증기의 응축열에 의하여 가열되고 농축된다.

피처리액은 하부액실(11)에 들어가 저부에 남게되고 순환펌프(12)에 의하여 그 일부를 상부액실(8)의 공급구(9)로 순환됨과 동시에 일부는 제품으로 밸브(16) 및 관로(管路)를 개재하여 시스템외로 발출(拔出)된다.

이 피처리액의 순환관로(15)에는 피처리액의 온도를 높이기 위한 예열기(17)가 설치되어 있으며, 피처리액의 온도가 증발온도보다도 낮을 경우에는 이 예열기(17)에 의하여 적합하게 피처리액의 온도를 높일 수 있다. 또한 예열기(17)의 출구에 있어서의 피처리액의 온도는 증발온도 보다도 약간(2-3℃)높은 온도로 되게하는 것이 바람직하다.

13은 피처리액의 공급관로, 14는 제품을 발출하기 위한 관로이다. 18은 작동유체의 응축액출구관로로 고압측 저액조(19), 감압밸브(20)를 직열로 연통하여 작동유체의 증발기(2)의 하부액실(26)에 접속되어 있다. 또한 이 응축액출구관로(18)는 반드시 도면에서와 같이 하부액실(26)에 접속되어 있을 필요는 없고 순환관로(21)나 상부액실(25)에 접속하여도 좋다. 22는 피처리액의 증기출구관로이며 그 일단은 작동유체의 증발기(2)에 접속되어 있다.

이 증발기(2)에 있어서는 여러개의 직립한 전열관(23)이 설치되고 작동유체의 공급구(24)와 상부액실(25)을 개재하여 작동유체가 전열관(23)의 내벽측에 공급된다. 액화된 작동유체는 전열관(23)의 내벽에 따라서 아래로 흐르는 동안에 전열관(23)의 외측에 도입된 농축장치에서의 증기에 의하여 가열되어 그 일부를 증발시켜 나머지는 하부액실(26)에 남게된다.

이 미증발된 작동유체는 발출구(拔出口)(27)에 의하여 하부액실(26)에서 발출되어 작동유체의 순환관로(21)에 의하여 공급구(24)를 개재하여 다시 상부액실(25)에 공급된다. 또한 작동유체의 순환관로(21)에는 작동유체의 순환펌프(28)가 설치되어 있다.

또 감압밸브(20)에서의 작동유체는 증발기(2)의 하부액실(26)내에 남아있던 작동유체의 액면레벨보다 상방을 공급되도록 되어 있으며 이것은 하부액실(26)에 설치된 액면계(30) 및 액위조절기(31)에 의하여 제어되어 있다.

전열관(23)의 관외에서 응축된 드레인은 드레인 발출관(29)에 의하여 발출되고 그후 피처리액의 예열원으로 이용된다.

작동상황에 대하여 설명하면, 과물쥬스원료액, 설탕원료액등의 피처리액은 피처리액의 공급관로(13)에서 피처리액의 순환관로(15)로 공급되어 예열기(17)에 의하여 승온되어 공급구(9)를 개재하여 상부액실(8)로 인도된다. 또한 상부액실(8)에서 전열관(7)의 내벽에 따라서 아래로 흐르는 동안에 작동유체의 응축열에 의하여 가열농축되고 농축된 피처리액은 하부액실(11)에 남게됨과 동시에 기액혼합기(氣液混合氣)는 기액분리기(3)에 의하여 증기와 피처리액으로 분리되고 피처리액은 순환펌프(12)에 의하여 그 일부는 제품으로 시스템외로 발출되고 그 나머지는 순환고나로(15)를 통하여 상부액실(8)로 순환된다. 또한 여기서 제품으로 발출된 피처리액은 농축관(1)으로 유입하는 피처리액을 예열하기 위하여 이용할 수도 있다.

한편, 전열관(7)에서 열을 빼앗겨 응축된 작동유체는 응축액출구관로(18)를 통하여 고압측저액조(19)로 도입되고 또한 감압밸브(20)를 개재하여 증발기(2)의 하부액실(26)로 유입된다. 여기서 하부액실(26)내의 작동유체의 액면은 액면계(30)에 의하여 검지되고 액위조절계(31)에서의 신호에 의하여 감압밸브(20)가 조절되어 이 작동유체의 액면이 항상 일정하게 되도록 되어 있다. 하부액실(26)애 남아있던 작동유체는 발출구(27)에서 순환펌프(28)에 의하여 발출되어 다시 공급구(24)를 개재하여 상부액실(25)로 도입되고 또한 전열관(23)의 내벽에 따라서 아래로 흐르는 동안에 농축관(1)에서 발생되고 기액분리기(3)에서 분리된 증기에 의하여 가열증발된다. 여기서 증발기(2)의 상부액실(25), 전열관(23), 하부액실(26), 순환펌프(28), 순환관로(21)를 순차순환하는 작동유체의 순환유량은 증발기(2)에서 증발하는 작동유체의 액량의 5배 이상 바람직하게는 10배 이상의 유량으로 되어 있어 전열관(23)에 있어서 효과적인 전열을 할 수 있도록 되어 있다. 32는 밸브이며 작동유체의 순환량을 조절하도록 되어 있다.

또한 도면중 증발기(2)는 다관박막강하식 증발기인 것이나, 경사 또는 직립한 평판에 의하여 되는 박막강하식 증발기를 사용하여도 본 발명 특유의 작용효과를 발휘할 수 있다.

다음 본 발명의 구성에 의거한 효과에 대하여 설명한다.

본 발명에 있어서 작동유체의 증발기로 박막강하식 증발기를 사용하고 있으므로 액체의 용량에 의한 비등점상승이 없이 매우 낮은 열원에 있어서도 작동유체를 증발할 수 있는 것에 농축기의 형식도 박막강하식 농축기로 하였을 경우에는, 작동유체의 증발기 및 피처리액의 농축기에 있어서도 액체의 용량에 의한 비등점 상승이 없으므로 보다 낮은 온도에서의 농축을 할 수 있는 것이다. 또 박막강하식 증발기는 전열부분에 있어서의 작동유체의 방해가 적기 때문에 부하변동이 있어도 신속하게 응답할 수 있어 시스템전체를 항상 최적한 운전상태로 유지할 수 있다. 특히 저온도에서의 농축조작에 있어서는 저온이므로 급격하게 다량의 열을 조절할 수 없으므로 본 발명에서와 같이 응답이 매우 빠른 시스템을 채용하는 것은 큰 이점인 것이다.

또한 푸론과 같은 전열이 나쁜 작동유체를 사용하여도 박막강하식 증발기의 전열은 칼란드리아, 박막상승식 증발기의 전열효율보다도 비약적으로 큰 것이어서 하등의 악영향을 미치는 것이 없이 효과적인 전열을 하여 신속하게 저온증기에서 열에너지를 회수할 수 있다.

또 본 발명에서는 작동유체를 순환시켜 박막강하식 증발기에 공급하고 있으므로 그 순환량을 조절하는 것에 의하여 용이하게 조절할 수 있다.

작동유체의 순환량의 조절에 의하여 증발기에서의 작동유체의 증발량을 조절하는 것은 순환펌프의 토출량의 안정화를 도모하는 것에 의하여 보다 더 확실한 것으로 되어 이 순환펌프의 토출량을 안정시키기 위하여 증발기하부의 하부액실에 액면계를 비치하고 이 검출신호에 의거하여 감압밸브를 조절하여 이 액면이 항상 일정하게 되도록 하고 있다.

또 감압밸브의 상류측에 고압측 저액조를 설치하고 있어서 감압밸브는 항상 안정된 작동을 하게 된다.

또한 감압밸브에서의 작동유체는 증발기의 하부액실 또는 작동유체의 순환관로 혹은 증발기의 상부액실에 도입되는 것이 가능한 것이나, 특히 하부액실내의 작동유체의 액면보다도 상방으로 도입되어 있으면 이 액면제어가 보다 안정화하는 것으로 된다.

이와같이 하는 것에 의하여 순환펌프의 유동변동이 없이 또 캐비테이션도 해소된다.

또 순환펌프에 의한 공급량을 감소시키면 공급된 작동유체의 전량을 증발시킬 수 있다. 이때 순환관로에 있어서는 순환은 되어지지 않고 또 증발절대량은 감소하나 공급량조절에 의하여 증발량은 선형제어(linear control)할 수 있다.

이와같이 본 발명에 따르면, 종래 열회수의 대상으로 될 수 없었던 저온증기의 열에너지를 효율적이며 안정하게 회수이용할 수 있으며 또 종래의 농축조작온도를 보다 저온으로 할 수 있어 그 결과로 농축장치를 구성하는 기기의 재질의 열화도 경감시킬 수 있는 효과도 발휘활 수 있다.

Claims (1)

1. 농축관의 가열측과 작동유체의 증발기의 증발측과의 사이에 압축기를 개재하여 작동유체가 기상과 액상으로 반복하여 순환하는 작동유체싸이클을 가지는 간접가압식 농축장치에 있어서, 상부에 액화된 작동유체의 공급구를 가지며 하부에 미증발된 작동유체의 발출구를 가지는 박막강하식의 작동유체의 증발기와 이 발출구와 공급구를 도통하여 작동유체를 순환시킬 수 있는 순환관로와 이 증발기에서 증발된 작동유체를 가압승온하는 압축기와 이 압축기에서 가압승온된 작동유체에 의하여 피처리액을 가열농축하는 농축기와 이 농축기에서 응축된 작동유체를 상기 증발기 또는 순환관로로 도입시키는 관로에 설치된 감압밸브를 구비한 것을 특징으로 하는 농축장치.

Images