KR960014338B1 - 막분리장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

막분리장치

제1도 본 발명의 막분리장치의 정면도(a) 및 측면도(b)이다.

제2도 본 발명의 장치에 원액을 주입하는 공정에 대한 개요도이다.

제3도 본 발명의 장치의 한외여과 또는 정밀여과의 농축운전 개요도이다.

제4도 본 발명의 장치의 정용여과의 운전개요도이다.

제5도 본 발명의 장치에서 오염된 모듈을 역세정하는 공정에 대한 개요도이다.

제6도 본 발명의 장치에서 세정후 헹굼 공정에 대한 개요도이다.

제7도 본 발명의 장치에 대한 사진이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 원액공급용보조용기 2 : 전처리필터

3 : 보조용기받침대 4 : 전원램프

5 : 스위치 6 : 전원콘센트

7,8 : 펌프스피드콘트롤러 9 : 몸체

10 : 펌프블록 11 : 역세척밸브

12 : 압력계 13 : 레져보어지지용육각봉

14,15,16 : 액이송용파이프 17 : 레져보어뚜껑고정나사

18 : 호스니뿔 19 : 여과액밸브

20 : 마개 21 : 압력조절밸브

22 : 분리막모듈 23 : 모듈고정장치

24 : 차단밸브 25 : 밸브

26 : 레져보어윗판 27 : 레져보어

28 : 레져보어아랫판 29 : 레져보어를 지탱하는 알루미늄판

30 : 펌프

본 발명은 막분리장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 분리막모들과 원액공급보조용기 및 전처리필터 등으로 이루어짐으로써 중공사형의 한외여과막 및 정밀여과막 모듈을 효율적이고 편리하게 사용할 수 있도록 한 다목적 막분리장치에 관한 것이다.

현재까지 사용하고 있는 분리막 모듈 장치는 특정용도에만 적합하게 고안되어 다양한 용도의 막분리 응용전개에 제약을 받아왔고 처리용량이 제한되어 있어 소규모 실험장치로 운전조건을 설정한 후 파일럿(piolt)규모의 장치로 운전조건을 확립한 후에야 대규모 막분리 공정의 설계 및 운전이 가능하다.

또한 운전종료후 막분리장치의 세정이 까다로와 시간 및 노력의 소비가 많은 문제점을 안고 있었다.

이에 본 발명자들은 분리막 모듈을 중공사형의 한외여과와 정밀여과의 용도에 모두 사용할 수 있도록 하기 위해 본 발명의 장치를 개발하였다. 또한, 본 발명자들은 처리용량을 최소 2l에서 최대 350l까지 처리할 수 있으며 자동으로 액주입이 되게 하여 연속공정이 가능하도록 하였고, 분리막 모듈이 오염됐을 때 역세척이 가증하도록 하고 세정시 세정액의 자동주입 및 세정액 제거시 헹굼액의 자동공급으로 운전자의 편리를 도모하고자 하였다.

그 외에도 막 분리공정에서 고려해야 할 유체 역학적인 저항을 최소화하기 위해 경과를 줄이고 꺽이는 부분을 최소화 하고 펌프는 점성이 높은 유체도 안정되게 공급시킬 수 있도록 용적식 펌프(positive displacement)형태로 제작하였으며, 처리액의 변질을 막고 운전시 온도가 상승되지 않게 편심펌프의 일종인 베인(vane) 펌프를 사용하였다.

또한 처리액이 공급되는 과정에서 즉시 전처리가 이루어질 수 있도록 하여 펌프의 손상 및 분리막모듈의 오염을 최소화하고 처리액의 변질을 막을 수 있게 하였다.

따라서 본 발명은 종래의 상품화 되어 있는 분리막 모듈 장치에서 나타나는 문제점을 해결하고 분리막 모듈의 성능 효율을 높이고 넓은 응용분야에서 사용할 수 있으며 실험뿐만 아니라 생산용으로도 활용하고 사용자의 운전 편리성을 증대시킬 수 있는 막분리장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이하, 본 발명을 첨부도면과 함께 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 몸체(9), 펌프(20) 및 레져보어(27)로 이루어지고 분리막모듈(22)이 내장되어 있는 막분리장치에 있어서, 상기 레져보어(27) 전단부에 원액공급용 보조용기(1)와 전처리필터(2)가 설치되어 있고, 레져보어(27) 하단에는 펌프스피드콘트롤러(7,8)가 장착되어 있으며 그 측면에 역세척밸브(11)와 차단밸브(24)가 부착되어 있는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 막분리장치에 있너 제1도에 도시한 바와 같이 레져보어(reservoir, 27)와 별도의 원액공급용보조용기(1)가 있어 연속운전시 액공급이 용이하고 전처리필터(2)가 레져보어(27) 전단부에 부착되어 있어 레져보어(27)에 액이 충전된 후에는 펌프(20)에 의해 순환되어도 전처리필터(2)에 의한 액의 변질이 더 이상 일어나지 않도록 한 것이다.

기존의 장치들은 1개의 레져보어만 부착되어 있어 원액을 레져보어에 채운 후 운전이 되는 과정에서는 액을 공급할 수 가 없다. 그러나 본 발명은 원액공급용보조용기(1)를 사용하여 레져보어(27)의 액이 빠져나간 만큼 레져보어(27) 내부에 진공이 걸리므로 전처리필터(2)를 통과환 후 연결된 호스를 통해 원액이 자동으로 공급되어 원액을 95%까지 농축할 경우 레져보어(27)용량(17l)의 20배까지, 즉 350l의 처리가 가능하다.

또한, 전처리필터(2)를 레져보어(27)앞에 설치하여 원액 주입시에만 액이 전처리필터(2)를 통과하기 때문에 종전의 장치가 펌프 앞에 부착되어 운전이 끝날때까지 전처리필터로 액이 통과되어 메쉬필터(mesh filter)로 구성되어 있는 전처리필터로 인한 액의 변질이 일어나는데 반하여 본 발명의 장치는 이를 방지할 수 있다.

그리고 보조용기받침대(3)는 원액의 공급이 원활하도록 낙차를 두기 위한 것이며 받침대의 빈공간에 공구를 보관할 수 있어 사용자의 편리를 증대시킬 수 있다. 액의 순환은 다음과 같은 경로를 통해서 이루어진다. 즉 레져보어(27)에 담긴 액이 펌프(10)를 통해 차단밸브(24) 및 이와 직접 연결된 분리막모듈(22) 및 압력조절용밸브(21)를 통하여 레져보어(27) 안에 있는 액이송용파이프(14)로 순환된다.

이 과정에서 분리막 모듈을 통해 분리된 여과액은 여과액밸브(19)를 통해 나온다. 이러한 과정을 통해 레져보어(27)안의 액은 농축이 된다. 이 과정에서 가장 중요한 인자는 원액이 분리막모듈을 오염시켜 모듈의 분리효율을 저하시키는 것과 펌프에서 발생되는 열로인해 액의 온도가 상승하여 액이 변질되는 문제가 가장 크게 대두된다.

이에 본 발명에서는 유체의 저항을 최소화하도록 경로를 최단으로 줄였고 펌프소재를 수중베어링의 소재인 강화테프론을 사용하여 특별하게 고안된 베인구조로 제작하였기 때문에 운전중의 열발생은 거의 무시할 정도이며 용적-식으로 액을 이송하기 때문에 점도, 온도에 관계없이 펌프스피드콘트롤러(8)로 펌프(20)의 유량을 조절하여 일정하게 공급하여 항상 일정한 유속이 모듈에 유지되어 모듈의 오염이 적게 일어나고 장시간 운전해도 액의 변질을 막을 수가 있다.

그리고 유입압과 유출압을 측정하는 압력계(12)는 오염을 최소화하기 위해 격막형을 사용한다. 차단밸브(24)는 운전이 끝난후 그대로 방치하면 막 모듈에 있는 액이 빠져나가 모듈이 건조되는 것을 방지하기 위한 것으로 기존의 분리막 모듈 장치는 차단밸브가 없어 운전 종료후 반드시 모듈을 장치에서 해체해야 하는 불편함이 있다.

또한 레져보어(27)에 액을 채운 상태에서 모듈을 교체할 경우 차단밸브(24)만 잠그면 손쉽게 모듈을 교체할 수 있기 때문에 운전이 매우 편리하다. 역세척밸브(11)은 모듈의 오염이 심하게 발생하여 모듈을 세척할 경우에 차단밸브(24)를 잠그고 역세척밸브(11)를 열어 펌프로 세정액을 정상운전과는 반대의 경로로 흐르게 하여 세척력을 좋게 하는 것인데 이는 기존의 장치에서 볼 수 없는 본 발명의 특징이라 할 수 있다. 역세정으로 모듈을 세정하면 세정시간의 단축 및 모듈수명의 연장을 기대할 수 있다.

이하에서 본 발명의 막분리장치의 운전방법을 기술함으로써 본 발명의 장치를 더욱 상세히 설명한다.

원액의 주입은 제2도에서와 같이 보조용기에 원액을 담은 후 액이송용파이프(15)와 전처리필터(2)를 연결한 후 펌프(30)를 통해서 분리막모듈(22)과 액이송용파이프(14)를 거쳐 레져보어(27)에 원액이 채워지게 된다.

원액의 농축은 제3도에서와 같이 보조용기와 액이송용파이프(16)를 연결하고 액이송용파이프(15)를 제거한 후 운전하게 되면 압력조절밸브(21)를 통해서 농축액이 여과액밸브(19)를 통해서 여과액이 나오게 된다. 이때 빠져나온 여과액만큼 보조용기(1)에서 전처리필터(2)를 통해 원액이 자동으로 보충된다.

또한, 상기와 같은 본 발명의 장치는 정용여과를 효과적으로 수행할 수 있는 특징이 있는데, 정용여과(diafiltration)란 용매와 분자 크기가 다른 2가지 이상의 용질이 함유된 용액으로부터 일부 용질만 제거하는 방법으로 전체 용액의 부피를 일정하게 유지시키면서 운전하는 것을 말하는데, 제4도에 그 개요도를 나타낸바와 같이 원액공급용보조용기(1)로부터 레져보어(27)에 연속적으로 희석용매를 공급하고 여과액밸브(19)를 통해 여과액쪽으로 제거하고자 하는 저분자물질(염류, 당류 등)을 용매와 함께 제거할 수가 있다.

또한, 본 발명의 장치에서 오염된 모듈이 역세정은 제5도와 같이 운전하는데 차단밸브(24)를 잠그고 역세척밸브(11)를 열어 세정액이 분리막모듈(22)과 여과액밸브(19)를 통해 레져보어(27)로 순환되게 하는 과정에서 모듈내부에 축적된 오염물이 압력 조절밸브(21)를 통해 빠져나오므로 효과적인 세정이 신속하게 이루어진다.

그리고 본 발명의 막분리장치를 세정할 때는 제6도와 같이 운전하여 헹금액을 보조용기(1)에 공급하여 장치 전체를 완벽하게 세정할 수 있다.

제7도는 본 발명에서 고안된 장치의 실제 사진을 나타낸 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 장치에 분리막을 장착하여 운전하면 분리막모듈의 효율을 최대로 높일 수 있고 모듈의 수명을 연장시킬 뿐만 아니라 사용자가 편리하게 운전할 수 있다.

또한 한외여과 및 정밀여과의 전 용도에 다목적으로 사용 가능하고 350l/Bx 이하의 생산 규모에서는 생산에 그대로 적용 가능하다.

따라서 본 발명에 따른 막분리장치는 한외여과, 정밀여과 분야의 전반에 걸쳐 사용하고 실험용에서 생산용까지 활용범위가 넓으며 특히 식품이나 단백질의 농축, 제약, 생명산업 분야에서 그 활용가치가 더욱 높다.

Claims (3)

1. 몸체(9), 펌프(20) 및 레져보어(27)로 이루어지고 분리막모듈(22)이 내장되어 있는 막분리장치에 있어서, 상기 레져보어(27) 전단부에 원액공급용보조용기(1)와 전처리필터(2)가 설치되어 있고, 레져보어(27) 하단에는 펌프콘트롤러(7,8)가 장착되어 있으며 그 측면에 역세척밸브(11)와 차단밸브(24)가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 막분리장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 레져보어(27)는 상기 원액공급용보정용기(1)와 더불어서 운전중에 원액을 자동으로 공급하면서 정용여과(Diafiltration)용 희석용매를 자동주입할 수 있도록 진공으로 유지되도록 구성된 것을 특징으로 하는 막분리장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 역세척밸브(11)와 차단밸브(24)는 여과 및 모듈의 역세척을 동시에 할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 막분리장치.