WO2016099047A1 - 기액 분리 장치 - Google Patents

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WO2016099047A1
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hole
gas
liquid separation
separation device
housing
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PCT/KR2015/012718
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신대영
주은정
허창회
장성근
신준호
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주식회사 엘지화학
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    • B01D19/00—Degasification of liquids
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01D—SEPARATION
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    • B01D19/0052—Degasification of liquids modifying the liquid flow in rotating vessels, vessels containing movable parts or in which centrifugal movement is caused
    • B01D19/0057—Degasification of liquids modifying the liquid flow in rotating vessels, vessels containing movable parts or in which centrifugal movement is caused the centrifugal movement being caused by a vortex, e.g. using a cyclone, or by a tangential inlet
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    • B01D45/12—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by centrifugal forces
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    • Y10S55/00—Gas separation
    • Y10S55/03—Vacuum cleaner

Definitions

  • the present invention relates to a gas-liquid separation device, and more particularly, to a gas-liquid separation device that can smoothly flow stripping agent and vaporized VOC material to the top of the device.
  • Spinning cone column is a gas-liquid separation device consisting of a multi-stage rotating cone and a non-rotating fixed cone rotating around the axis of rotation.
  • the spinning cone column has an advantage of improving the residence time of the raw material reactant.
  • the gas-liquid separator is operated under vacuum conditions so that the VOC can be vaporized well.
  • the stripping agent introduced from the bottom of the column may be condensed without moving to the top of the column in the process of moving to the top of the column along the narrow passage between the rotary cone and the fixed cone. At this time, when the stripping agent is condensed, the separation efficiency is lowered. In addition, if the VOC material separated from the fluid does not move quickly to the top of the column may melt again.
  • An object of the present invention is to provide a gas-liquid separation device capable of smoothly flowing a stripping agent.
  • the present invention is to solve the problem to provide a gas-liquid separation device that can quickly discharge the vaporized VOC material.
  • a housing provided with a first supply unit and a second supply unit, respectively;
  • a rotating shaft rotatably provided in the housing;
  • Disposed inside the housing the inclined region provided to decrease in diameter from the first supply side to the second supply side, and allowing the first fluid to pass through the rotating shaft and the second fluid introduced through the second supply;
  • Fixed cones each provided with at least one second through hole therein;
  • a rotary cone disposed inside the housing so as to be spaced apart from the fixed cone, the rotary cone mounted to the rotary shaft to rotate together with the rotary shaft.
  • the diameter of the first through hole may be set larger than the diameter of the second through hole.
  • the number of second through holes may be greater than the number of first through holes.
  • the fixing cone may be provided with a partition wall for preventing the first fluid introduced through the first supply unit from flowing into the second through hole.
  • the partition wall may be provided to surround at least a portion of the second through hole in the circumferential direction of the second through hole.
  • the partition wall may extend from one surface of the fixed cone to have a height less than the distance between the rotating cone and the fixed cone.
  • the partition wall may be formed to have a closed curve along the circumferential direction of the second through hole.
  • the partition wall may be provided to open a partial region along the circumferential direction of the second through hole.
  • the second through hole may be provided in an inclined area of which diameter is reduced.
  • a plurality of second through holes may be provided along the circumferential direction around the rotation axis.
  • first supply part and the second supply part may be provided to be positioned at different heights in the height direction of the housing, respectively.
  • the first supply and the second supply is provided with housings at different heights;
  • a rotating shaft rotatably provided in the housing;
  • Disposed inside the housing the inclined region provided to decrease in diameter from the first supply side to the second supply side, and allowing the first fluid to pass through the rotating shaft and the second fluid introduced through the second supply;
  • Fixed cones each provided with at least one second through hole and a cap surrounding at least a portion of the second through hole;
  • a rotary cone disposed inside the housing so as to be spaced apart from the fixed cone, the rotary cone mounted to the rotary shaft to rotate together with the rotary shaft.
  • the cap may extend from one surface of the fixed cone to have a different inclination angle from the inclination angle of the inclined region of the fixed cone.
  • the cap may have a diameter greater than or equal to the diameter of the second through hole.
  • the cap may be provided such that an interval between the cap and the second through hole increases toward the first through hole.
  • the diameter of the second through hole may be smaller than the diameter of the first through hole, and the number of the second through holes may be larger than the number of the first through holes.
  • the second through hole and the cap may be provided in the inclined area of the fixing cone, respectively.
  • the gas-liquid separation device As described above, the gas-liquid separation device according to an embodiment of the present invention has the following effects.
  • the stripping agent eg, steam
  • vaporized VOC material introduced from the bottom of the separation device can flow smoothly to the top of the separation device.
  • the steam is not condensed and smoothly moves to the upper part of the separation device, thereby lowering the VOC concentration and helping to vaporize the VOC material.
  • a cap or a partition wall is provided to surround the through hole. Therefore, the liquid raw material can be prevented from flowing downward through the through hole.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a gas-liquid separation device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of the fixing cone constituting the gas-liquid separation device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the fixed cone shown in FIG.
  • FIG. 4 is a perspective view of the fixing cone constituting the gas-liquid separation device according to the second embodiment of the present invention.
  • 5 and 6 are plan views of the fixed cone shown in FIG.
  • each component member may be exaggerated or reduced. Can be.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a gas-liquid separation device 100 according to an embodiment of the present invention.
  • gas-liquid separation device 100 is characterized by reactant (A) (also called 'first fluid' or 'liquid raw material') and steam (B) (also called steam, 'second fluid' or 'stripping agent').
  • reactant (A) also called 'first fluid' or 'liquid raw material'
  • steam (B) also called steam, 'second fluid' or 'stripping agent'
  • VOC volatile organic compounds
  • the chemical reaction of the first fluid and the second fluid does not necessarily have to be performed.
  • the gas-liquid separation apparatus 100 may be used to separate certain substances through steam contact.
  • a liquid mixture eg, a polymer
  • steam may be contacted with steam to separate the volatile organic compounds contained in the mixture.
  • the mixture is not limited to a two-phase component mixture in which a gaseous substance is dissolved in a liquid substance, and may be a three-phase component mixture further containing a solid substance.
  • the gas-liquid separator 100 may be used not only for separating two-phase component materials but also for separating three-phase components.
  • Gas-liquid separation device 100 is the housing 110 and the rotating shaft 120 and rotatably provided in the housing 110 and the first and second supply unit 111, 113 are respectively provided It includes a drive unit 125 for rotating the rotary shaft (120).
  • gas-liquid separation device 100 includes one or more fixed cones 130, 130 ′ and rotating cones 140, respectively.
  • the gas-liquid separator 100 includes a rotary cone 140 mounted to the rotary shaft 120 to rotate together with the rotary shaft 120.
  • the rotary cone 140 is disposed inside the housing 110 to be spaced apart from the fixed cone 130.
  • the gas-liquid separation device 100 may include a plurality of rotary cones 140 respectively mounted on the rotation shaft 120 along a height direction (y-axis direction).
  • the gas-liquid separation device 100 is supported by the housing 110 and includes a fixing cone 130 for guiding the flow of the fluid.
  • the gas-liquid separation device 100 may include a plurality of fixed cones 130 and 130 ′. At this time, the plurality of fixed cones may all have the same structure.
  • the fixed cones 130 and 130 ′ are supported by the housing 110 to guide the flow of the fluid, and the diameter decreases along the flow direction of the fluid from the top to the bottom.
  • the fixing cones 130 and 130 ′ are disposed in the housing 110 and include inclined regions provided to decrease in diameter from the first supply part 111 to the second supply part 113.
  • the fixing cone 130 has at least one second through hole for passing the first through hole 134 for passing the rotating shaft 120 and the second fluid B introduced through the second supply part 113.
  • the holes 135 are respectively provided.
  • the rotating shaft 120 is connected to a driving unit 125 such as a motor, and the driving unit 125 performs a function of rotating the rotating shaft 120.
  • the rotating cone 140 may be provided to decrease in diameter from the top to the bottom in the height direction (y-axis direction) of the housing 110.
  • the rotary cone 140 may have a tubular truncated cone shape whose diameter decreases from the top to the bottom.
  • the plurality of fixing cones 130 and 130 ′ may be supported and / or fixed to the housing 110 at predetermined intervals, respectively.
  • the plurality of fixed cones 130 and 130 ′ and the plurality of rotating cones 140 may be alternately disposed along the height direction (y-axis direction) of the rotation shaft 120.
  • any one fixing cone 130 may be disposed at the top of the housing 110 in the height direction.
  • the fixed cone 130 is mounted on the top end
  • the rotary cone 140 and the fixed cone (130 ') may be alternately mounted on the lower portion.
  • any one of the rotating cones 140 may be disposed at the top of the housing 110 along the height direction.
  • the rotary cone 140 is mounted on the uppermost end
  • the fixed cone 130 and the rotary cone 140 may be mounted in sequence below.
  • the fixing cone disposed at the uppermost end along the height direction (y-axis direction) of the rotation shaft 120 may be referred to as a first fixing cone 130, and the remaining fixing cone 130 ′ may be referred to. It may be referred to as a second fixing cone 130 ′.
  • the first fixed cone 130 is located at the height between the first supply 111 and the rotary cone 140.
  • the first fixing cone 130 and the second fixing cone 130 ′ may have the same structure and size.
  • the second through holes 135 and 135 ′ provided in the first fixing cone 130 and the second fixing cone 130 ′, respectively, may not be provided coaxially with respect to any axis parallel to the rotation shaft 120. Can be.
  • the second through holes 135 and 135 ′ provided in the first fixing cone 130 and the second fixing cone 130 ′ may have different sizes and numbers.
  • the fixed cones 130 and 130 ′ are supported by the housing 110 to guide the flow of the first fluid A through the first supply 111.
  • the fixing cone 130 may be supported by the housing 110 by a contact state, or may be fixed to the housing 110 through a separate fastening means.
  • the housing 110 may include a first supply part 111 for inputting a first fluid (eg, a reactant such as a polymer) and a second supply part for input of a second fluid (for example, steam). 113 and the first discharge part 114 and the second discharge part 112.
  • a first fluid eg, a reactant such as a polymer
  • a second fluid for example, steam
  • first supply part 111 and the second supply part 113 may be provided to be positioned at different heights along the height direction (y-axis direction, see FIG. 1) of the housing 110 (or the rotating shaft). .
  • first supply unit 111 may be provided at the upper end of the housing 110
  • second supply unit 113 may be provided at the lower end of the housing 110.
  • the first supply part 111 may be provided on a side surface of the upper end of the housing 110. Therefore, the first supply part 111 may be provided such that the first fluid flows in the radial direction (z-axis direction) of the rotation shaft 120. The first fluid introduced into the housing 110 through the first supply 111 flows through the first fixed cone 130 and the rotating cone 140 in sequence.
  • the first fluid passing through the first supply part 111 is introduced into the rotary cone 140 via the first fixed cone 130 or directly, the first fluid is centrifugal force on the surface of the rotary cone 140. It spreads out in a thin film form and moves to a fixed cone 130 positioned below.
  • first discharge part 114 may be provided at an upper end of the housing 110.
  • second supply part 113 may be provided on the side surface of the lower end of the housing 110.
  • second discharge part 112 may be provided at a lower end of the housing 110.
  • the first supply part 111 for supplying the first fluid is the upper end (height direction) of the housing 100. It can be provided at the upper end of).
  • two or more first supply units 111 may be provided to supply two or more reactants.
  • the second supply part for supplying the second fluid since the second fluid (steam) reacts or contacts the first fluid while moving to the upper end of the height direction of the housing 110 opposite to the flow direction of the first fluid, the second supply part for supplying the second fluid.
  • the 113 may be provided at the lower end of the housing 110.
  • residual gas (or vaporized VOC material) may be discharged through the first discharge part 114, and the first fluid from which the volatile organic compound is removed through contact with the second fluid may be discharged from the second discharge part ( 112 may be discharged to the outside.
  • the first fluid introduced into the housing 110 through the first supply 111 flows along the direction in which gravity acts, and then flows out of the housing 110 through the second outlet 112. Can be.
  • the second fluid (steam) introduced through the second supply part 113 may flow out of the housing 110 through the first discharge part 114.
  • FIG. 2 is a perspective view of a fixing cone constituting the gas-liquid separation device according to the first embodiment of the present invention
  • Figure 3 is a cross-sectional view of the fixing cone shown in FIG.
  • the second fluid moves along the narrow passage between the fixed cone 130 and the rotating cone 140 to the upper portion of the housing 110.
  • the second fluid or the vaporized VOC material may occur in the region “C”, and as described above, the second fluid may reduce the separation efficiency, and the stagnation of the vaporized VOC material may be accompanied by steam. It may not be discharged and may be dissolved again in the reactant.
  • the fixing cones 130 and 130 ′ have a second fluid B introduced through the first through hole 134 and the second supply part 113 to pass through the rotation shaft 120. At least one second through hole 135 and 135 ′ is formed to pass through.
  • the first through hole 134 functions as a passage of the second fluid B and a mounting passage of the rotation shaft 120, and the second through holes 135 and 135 ′ are formed of the second fluid B and the vaporized VOC material. To provide a passageway.
  • the diameter of the first through hole 134 may be set larger than that of the second through holes 135 and 135 ′.
  • the number of second through holes 135 and 135 ′ may be greater than the number of first through holes 134.
  • a plurality of second through holes 135 and 135 ′ may be provided along the circumferential direction of the first through hole 134. Therefore, in general, an upward flow of the second fluid B and the vaporized VOC material through the second through holes 135 and 135 ′ may occur in the “C” region where congestion occurs.
  • the fixing cone 130 is provided with a cap 150 surrounding at least a portion of the second through hole.
  • the cap 150 serves to prevent the first fluid A flowing along one surface of the fixing cone 130 from flowing down the housing 110 through the second through hole 135.
  • the cap 150 may extend from one surface of the fixing cone 130 to have a different inclination angle from the inclination angle of the inclined region 132 of the fixing cone 130.
  • the cap 150 may be provided on one surface into which the first fluid is introduced into the fixed cone 130 through the first supply part 111 or the rotary cone 140.
  • the cap 150 may have a diameter greater than or equal to the diameter of the second through hole 135. That is, the diameter of the cap 150 may be equal to the diameter of the second through hole 135 or larger than the diameter of the second through hole 135.
  • the diameter of the cap 150 may be about 10% to about 20% larger than the diameter of the second through hole 135.
  • the cap 150 may be provided to increase the distance between the cap 150 and the second through hole 135 toward the first through hole 134.
  • the second through hole 135 and the cap 150 may be provided in the inclined area 132 of the fixing cone 130, respectively.
  • the fixing cones 130 and 135 extend toward the circumferential regions 131 and 131 ′ supported by the housing 110 and the rotation axis, and the inclined regions 132 and 132 ′ whose diameters decrease from the upper end to the lower end. It may include.
  • the fixing cones 130 and 135 may include spacers 133 and 133 'for maintaining a gap between adjacent fixing cones 130 and 135'. In this case, the spacers 133 and 133 'may extend from the peripheral areas 131 and 131' and contact the housing 110.
  • FIG. 4 is a perspective view of the fixing cone constituting the gas-liquid separation device according to the second embodiment of the present invention
  • Figures 5 and 6 are plan views of the fixing cone shown in FIG.
  • the fixing cone 130 may be provided with a partition wall 160 to prevent the first fluid A introduced through the first supply unit 111 from flowing into the second through hole 135.
  • the partition wall 160 may be provided to surround at least a portion of the second through hole 135 in the circumferential direction of the second through hole 135.
  • the barrier ribs 160 161 and 162 may extend from one surface of the fixed cone 130 to have a height smaller than a distance between the rotary cone 140 and the fixed cone 130.
  • the partition wall 160 may extend to have a height of about 10% of the gap between the rotary cone 140 and the fixed cone 130.
  • the partition wall 160 may extend to have a height of about 10% or less of the gap between the rotating cone 140 and the fixed cone 130.
  • the partition wall 160 may include the first fluid ( It performs the function of bypassing the flow of A).
  • the partition wall 161 may be formed to have a closed curve along the circumferential direction of the second through hole 135.
  • the partition wall 161 may have a ring shape when viewed from the top of the housing 110.
  • the partition wall 162 may be provided to open a partial region along the circumferential direction of the second through hole 135.
  • the partition wall 162 may have a “U” shape when viewed from the top of the housing 110.
  • a through hole for fluid flow is provided in the fixed cone, so that the stripping agent (eg, steam) and vaporized VOC material introduced from the lower part of the separation device are separated from the separation device. It can flow smoothly to the top.
  • the stripping agent eg, steam

Abstract

본 발명은 기액 분리 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 측면에 따르면, 제1 공급부 및 제2 공급부가 각각 마련된 하우징; 하우징에 회전 가능하게 마련된 회전축; 회전축을 회전시키기 위한 구동부; 하우징 내부에 배치되며, 제1 공급부 측에서 제2 공급부 측으로 갈수록 직경이 감소하도록 마련된 경사 영역을 포함하고, 회전축을 통과시키기 위한 제1 관통홀과 제2 공급부를 통해 유입된 제2 유체를 통과시키기 위한 적어도 하나의 제2 관통홀이 각각 마련된 고정 콘; 및 고정 콘과 이격되도록 하우징 내부에 배치되며, 회전축과 함께 회전하도록 회전축에 장착된 회전 콘을 포함하는 기액 분리 장치가 제공된다.

Description

기액 분리 장치
본 발명은 기액 분리 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 스트리핑제 및 기화된 VOC물질을 장치 상부로 원활히 유동시킬 수 있는 기액 분리 장치에 관한 것이다.
본 출원은 2014년 12월 16일자 한국 특허 출원 제10-2014-0181102호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
스피닝 콘 컬럼(spinning cone column, SCC)은 회전축을 중심으로 회전하는 회전콘 및 회전하지 않는 고정콘이 다단으로 구성된 기액 분리 장치이다. 상기 스피닝 콘 컬럼은 원료 반응물의 체류시간을 향상시킬 수 있는 장점을 갖는다.
구체적으로, 유체가 컬럼 상부로부터 회전콘 위로 투입되면, 원심력에 의해 회전콘 표면 위에서 얇은 필름 형태로 펴지며 아랫단으로 이동한다. 동시에 컬럼 하부로부터 스트리핑제(stripping agent)가 투입되면, 유체 내의 VOC가 제거된다.
일반적으로 기액 분리 장치는 VOC의 기화가 잘 이루어질 수 있도록 진공 조건에서 운전된다. 한편, 컬럼의 하부로부터 투입된 스트리핑제는 회전콘과 고정콘 사이의 좁은 통로를 따라 컬럼의 상부로 이동하는 과정에서 컬럼 상부까지 이동하지 못하고 응축될 수 있다. 이때, 스트리핑제가 응축되면, 분리 효율이 떨어지게 된다. 또한, 유체로부터 분리된 VOC물질이 컬럼 상부로 빠르게 이동하지 않으면 다시 녹아 들어버리는 상황이 발생할 수 있다.
본 발명은 스트리핑제의 유동을 원활하게 할 수 있는 기액 분리 장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
또한, 본 발명은 기화된 VOC물질을 빠르게 배출시킬 수 있는 기액 분리 장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 제1 공급부 및 제2 공급부가 각각 마련된 하우징; 하우징에 회전 가능하게 마련된 회전축; 회전축을 회전시키기 위한 구동부; 하우징 내부에 배치되며, 제1 공급부 측에서 제2 공급부 측으로 갈수록 직경이 감소하도록 마련된 경사 영역을 포함하고, 회전축을 통과시키기 위한 제1 관통홀과 제2 공급부를 통해 유입된 제2 유체를 통과시키기 위한 적어도 하나의 제2 관통홀이 각각 마련된 고정 콘; 및 고정 콘과 이격되도록 하우징 내부에 배치되며, 회전축과 함께 회전하도록 회전축에 장착된 회전 콘을 포함하는 기액 분리 장치가 제공된다.
또한, 제1 관통홀의 직경은 제2 관통홀의 직경보다 크게 설정될 수 있다.
또한, 제2 관통홀의 개수는 제1 관통홀의 개수보다 많을 수 있다.
또한, 고정콘에는 제1 공급부를 통해 유입된 제1 유체가 제2 관통홀로 유입되는 것을 방지하기 위한 격벽이 마련될 수 있다.
또한, 격벽은 제2 관통홀의 둘레방향을 따라 제2 관통홀의 적어도 일부를 둘러싸도록 마련될 수 있다.
또한, 격벽은 회전콘과 고정콘 사이 간격보다 작은 높이를 갖도록 고정콘의 일면으로부터 연장될 수 있다.
또한, 격벽은 제2 관통홀의 둘레방향을 따라 폐곡선을 갖도록 형성될 수 있다.
또한, 격벽은 제2 관통홀의 둘레방향을 따라 일부 영역이 개방되도록 마련될 수 있다.
또한, 제2 관통홀은 직경이 감소하는 경사 영역에 마련될 수 있다.
또한, 제2 관통홀은 회전축을 중심으로 둘레방향을 따라 복수 개로 마련될 수 있다.
또한, 제1 공급부와 제2 공급부는 하우징의 높이방향을 따라 서로 다른 높이에 각각 위치하도록 마련될 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 제1 공급부 및 제2 공급부가 서로 다른 높이에 각각 마련된 하우징; 하우징에 회전 가능하게 마련된 회전축; 회전축을 회전시키기 위한 구동부; 하우징 내부에 배치되며, 제1 공급부 측에서 제2 공급부 측으로 갈수록 직경이 감소하도록 마련된 경사 영역을 포함하고, 회전축을 통과시키기 위한 제1 관통홀과 제2 공급부를 통해 유입된 제2 유체를 통과시키기 위한 적어도 하나의 제2 관통홀 및 제2 관통홀의 적어도 일부 영역을 둘러싸는 캡이 각각 마련된 고정 콘; 및 고정 콘과 이격되도록 하우징 내부에 배치되며, 회전축과 함께 회전하도록 회전축에 장착된 회전 콘을 포함하는 기액 분리 장치가 제공된다.
또한, 상기 캡은, 고정콘의 경사영역의 경사각과 다른 경사각을 갖도록 고정콘의 일면으로부터 연장될 수 있다.
또한, 상기 캡은 제2 관통홀의 직경 이상의 직경을 가질 수 있다.
또한, 상기 캡은 캡과 제2 관통홀 사이의 간격이 제1 관통홀 측으로 갈수록 증가하도록 마련될 수 있다.
또한, 제2 관통홀의 직경은 제1 관통홀의 직경보다 작고, 제2 관통홀의 개수는 제1 관통홀의 개수보다 많을 수 있다.
또한, 제2 관통홀 및 캡은 고정콘의 경사영역에 각각 마련될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시예와 관련된 기액 분리 장치는 다음과 같은 효과를 갖는다.
고정콘에 유체 유동을 위한 관통홀을 형성함으로써, 분리 장치의 하부로부터 투입된 스트리핑제(예를 들어, 스팀) 및 기화된 VOC물질이 분리 장치의 상부까지 원활하게 유동할 수 있다.
이에 따라 스팀이 응축되지 않고 분리 장치 상부까지 원활이 이동함으로써 VOC농도를 낮출 수 있고, VOC 물질의 기화를 돕는다. 또한, 기화된 VOC물질이 액상으로 다시 녹아 들어가는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 관통홀을 둘러싸도록 캡 또는 격벽이 마련된다. 따라서, 액상 원료가 관통홀을 통해 하부로 유동하는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 기액 분리 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예와 관련된 기액 분리 장치를 구성하는 고정콘의 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 고정콘의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예와 관련된 기액 분리 장치를 구성하는 고정콘의 사시도이다.
도 5 및 도 6은 도 4에 도시된 고정콘의 평면도들이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 기액 분리 장치를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 기액 분리 장치(100)를 설명하기 위한 단면도이다.
본 문서에서 기액 분리 장치(100)는 반응물(A)(‘제1 유체’또는 ‘액상 원료’ 라고도 함)과 스팀(B)(steam, ‘제2 유체’또는 ‘스트리핑제’라고도 함)을 반응시켜 반응물 중에서 휘발성 유기화합물(VOC)을 제거하는 공정을 수행할 수 있다.
여기서, 제1 유체와 제2 유체의 화학적 반응이 반드시 수행되어야 하는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 기액 분리 장치(100)는 스팀 접촉을 통해서 소정 물질을 분리하는 데 사용될 수 있다. 구체적으로, 액상의 혼합물(예를 들어, 폴리머)을 스팀과 접촉시켜 상기 혼합물에 함유된 휘발성 유기화합물을 분리하는 데 사용될 수 있다.
다만, 상기 혼합물은 액상의 물질에 기상의 물질이 용해되어 있는 2상 성분계 혼합물인 경우에 한정되지 않고, 고상의 물질을 추가로 함유하고 있는 3상 성분계 혼합물일 수도 있다. 또한, 상기 기액 분리 장치(100)는 2상 성분계 물질 분리 공정뿐만 아니라 3상 성분계 물질의 분리 공정에도 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예와 관련된 기액 분리 장치(100)는 제1 및 제2 공급부(111, 113)가 각각 마련된 하우징(110)과 상기 하우징(110)에 회전 가능하게 마련된 회전축(120) 및 상기 회전축(120)을 회전시키기 위한 구동부(125)를 포함한다. 또한, 기액 분리 장치(100)는 하나 이상의 고정 콘(130, 130’) 및 회전 콘(140)을 각각 포함한다.
구체적으로, 상기 기액 분리 장치(100)는 상기 회전축(120)과 함께 회전하도록 상기 회전축(120)에 장착된 회전 콘(140)을 포함한다. 상기 회전 콘(140)은 고정 콘(130)과 이격되도록 하우징(110) 내부에 배치된다. 또한, 상기 기액 분리 장치(100)는 상기 회전축(120)에 높이방향(y축 방향)을 따라 각각 장착된 복수 개의 회전 콘(140)을 포함할 수 있다.
상기 기액 분리 장치(100)는 상기 하우징(110)에 지지되며, 유체의 유동을 안내하기 위한 고정 콘(130)을 포함한다. 상기 기액 분리 장치(100)는 복수 개의 고정 콘(130, 130’)을 포함할 수 있다. 이때, 복수 개의 고정 콘은 모두 동일한 구조를 가질 수도 있다. 상기 고정 콘(130, 130’)은 유체의 유동을 안내하도록 상기 하우징(110)에 지지되며, 상단에서 하단으로 유체의 유동방향을 따라 직경이 감소한다. 구체적으로, 상기 고정 콘(130, 130’)은 하우징(110) 내부에 배치되고, 제1 공급부(111) 측에서 제2 공급부(113) 측으로 갈수록 직경이 감소하도록 마련된 경사 영역을 포함한다. 또한, 고정 콘(130)에는 회전축(120)을 통과시키기 위한 제1 관통홀(134)과 제2 공급부(113)를 통해 유입된 제2 유체(B)를 통과시키기 위한 적어도 하나의 제2 관통홀(135)이 각각 마련된다.
또한, 상기 회전축(120)은 모터와 같은 구동부(125)와 연결되며, 상기 구동부(125)는 상기 회전축(120)을 회전시키는 기능을 수행한다.
또한, 상기 회전 콘(140)은 상기 하우징(110)의 높이방향(y축 방향)을 기준으로 상단에서 하단으로 갈수록 직경이 감소하도록 마련될 수 있다. 구체적으로, 상기 회전 콘(140)은 상단에서 하단으로 갈수록 직경이 감소하는 관형의 원뿔대 형상을 가질 수 있다.
또한, 복수 개의 고정 콘(130, 130’)은 상기 하우징(110)에 소정 간격을 두고 각각 지지 및/또는 고정될 수 있다.
또한, 복수 개의 고정콘(130, 130’)과 복수 개의 회전 콘(140)이 회전축(120)의 높이방향(y축 방향)을 따라 교대로 배치될 수 있다.
한편, 도 1을 참조하면, 어느 한 고정 콘(130)은 상기 하우징(110)의 높이방향에 따른 최상단에 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 회전축(120)의 높이방향을 따라, 최상단에 고정 콘(130)이 장착되고, 그 하부에 회전 콘(140)과 고정 콘(130’)이 교대로 장착될 수 있다. 이와는 다르게, 어느 한 회전 콘(140)은 상기 하우징(110)의 높이방향에 따른 최상단에 배치될 수 있다. 구체적으로, 회전축(120)의 높이방향을 따라, 최상단에 회전 콘(140)이 장착되고, 그 하부에 고정 콘(130)과 회전 콘(140)이 차례로 장착될 수 있다.
한편, 설명의 편의를 위하여, 회전축(120)의 높이방향(y축 방향)을 따라 최상단에 배치된 고정 콘을 제1 고정 콘(130)이라 지칭할 수 있고, 나머지 고정 콘(130’)을 제2 고정 콘(130’)이라 지칭할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 고정콘(130)은 제1 공급부(111)와 회전 콘(140) 사이의 높이에 위치된다. 이때, 제1 고정 콘(130)과 제2 고정 콘(130’)은 동일한 구조 및 사이즈를 가질 수 있다. 다만, 제1 고정 콘(130)과 제2 고정 콘(130’)에 각각 마련된 제2 관통홀(135, 135’)들은 회전축(120)과 평행한 임의의 축에 대하여 동축 상에 마련되지 않을 수 있다. 또한, 제1 고정 콘(130)과 제2 고정 콘(130’)에 각각 마련된 제2 관통홀(135, 135’)들은 그 크기 및 개수가 서로 다를 수 있다.
상기 고정 콘(130, 130’)은 제1 공급부(111)를 통과한 제1 유체(A)의 유동을 안내하도록 상기 하우징(110)에 지지된다. 이때, 상기 고정 콘(130)은 접촉된 상태에 의하여 상기 하우징(110)에 지지될 수도 있고, 별도의 체결수단을 통해 상기 하우징(110)에 고정될 수도 있다.
한편, 상기 하우징(110)은 제1 유체(예를 들어, 폴리머와 같은 반응물)의 투입을 위한 제1 공급부(111)와 제2 유체(예를 들어, 스팀)의 투입을 위한 제2 공급부(113)와 제1 배출부(114) 및 제2 배출부(112)를 포함한다.
또한, 제1 공급부(111)와 제2 공급부(113)는 하우징(110)(또는, 회전축)의 높이방향(y축 방향, 도 1 참조)을 따라 서로 다른 높이에 각각 위치하도록 마련될 수 있다. 일 실시예로, 제1 공급부(111)는 하우징(110)의 상단부에 마련될 수 있고, 제2 공급부(113)는 하우징(110)의 하단부에 마련될 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 공급부(111)는 하우징(110)의 상단부의 측면에 마련될 수 있다. 따라서, 상기 제1 공급부(111)는, 제1 유체가 상기 회전축(120)의 반경방향(z축 방향)을 통해 유입되도록 마련될 수 있다. 제1 공급부(111)를 통해 하우징(110)으로 유입된 제1 유체는 제1 고정콘(130) 및 회전 콘(140)을 차례로 유동한다.
이때, 제1 공급부(111)를 통과한 제1 유체가 제1 고정 콘(130)을 경유하거나 직접 회전 콘(140)으로 투입되면, 상기 제1 유체는 회전 콘(140) 표면 위에서 원심력에 의해 얇은 필름 형태로 펴지며, 하부에 위치된 고정 콘(130)으로 이동하게 된다.
또한, 제1 배출부(114)는 하우징(110)의 상단부에 마련될 수 있다. 또한, 상기 제2 공급부(113)는 하우징(110)의 하단부의 측면에 마련될 수 있다. 또한, 상기 제2 배출부(112)는 하우징(110)의 하단부에 마련될 수 있다.
여기서, 제1 유체는 중력에 의해서 하우징(110)의 높이방향(y축 방향)의 하단부로 이동하므로, 제1 유체를 공급하기 위한 제1 공급부(111)는 하우징(100)의 상단부(높이방향의 상단부)에 구비될 수 있다. 이때, 제1 공급부(111)는 2개 이상의 반응물을 공급할 수 있도록, 2개 이상으로 구비될 수 있다.
또한, 제2 유체(스팀)는 제1 유체의 유동방향과 반대방향인 하우징(110)의 높이방향의 상단부로 이동하면서 제1 유체와 반응 또는 접촉하므로, 제2 유체를 공급하기 위한 제2 공급부(113)는 하우징(110)의 하단부에 구비될 수 있다.
한편, 상기 제1 배출부(114)를 통해 잔여기체(또는 기화된 VOC물질)가 배출될 수 있고, 제2 유체와의 접촉을 통해 휘발성 유기화합물이 제거된 제1 유체는 제2 배출부(112)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
구체적으로, 제1 공급부(111)를 통해 하우징(110)으로 유입된 제1 유체는 중력이 작용하는 방향을 따라 유동한 후, 제2 배출부(112)를 통해 하우징(110) 외부로 유출될 수 있다. 또한, 상기 제2 공급부(113)를 통해 유입된 제2 유체(스팀)는 제1 배출부(114)를 통해 하우징(110) 외부로 유출될 수 있다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예와 관련된 기액 분리 장치를 구성하는 고정콘의 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 고정콘의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 제2 유체(스팀)은 고정 콘(130)과 회전 콘(140) 사이의 좁은 통로를 따라 하우징(110) 상부로 이동하게 된다. 이때, “C” 영역에서 제2 유체 또는 기화된 VOC물질의 정체가 발생할 수 있고, 전술한 바와 같이, 제2 유체의 정체는 분리 효율을 떨어뜨리게 되고, 기화된 VOC물질의 정체는 스팀과 함께 배출되지 못하고, 다시 반응물에 녹아 들어가는 현상을 발생시킬 수 있다.
이러한 정체 현상을 방지하기 위하여, 상기 고정 콘(130, 130’)에는 회전축(120)을 통과시키기 위한 제1 관통홀(134)과 제2 공급부(113)를 통해 유입된 제2 유체(B)를 통과시키기 위한 적어도 하나의 제2 관통홀(135, 135’)이 각각 마련된다. 제1 관통홀(134)은 제2 유체(B)의 통로 및 회전축(120)의 장착 통로의 기능을 수행하고, 제2 관통홀(135,135’)은 제2 유체(B) 및 기화된 VOC물질의 통로를 제공한다.
이때, 제1 관통홀(134)의 직경은 제2 관통홀(135, 135’)의 직경보다 크게 설정될 수 있다. 또한, 제2 관통홀(135, 135’)의 개수는 제1 관통홀(134)의 개수보다 많을 수 있다. 일 실시태양으로, 제2 관통홀(135, 135’)은 제1 관통홀(134)을 중심으로 그 둘레방향을 따라 복수 개로 마련될 수 있다. 따라서, 일반적으로 정체가 발생하는 “C” 영역에서 제2 관통홀(135, 135’)을 통한 제2 유체(B) 및 기화된 VOC물질의 상승 유동이 이루어질 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 고정 콘(130)에는 제2 관통홀의 적어도 일부 영역을 둘러싸는 캡(150)이 마련된다. 상기 캡(150)은 고정 콘(130)의 일면을 따라 유동하는 제1 유체(A)가 제2 관통홀(135)을 통과하여 하우징(110) 하부로 유동하는 것을 방지하는 기능을 수행한다.
상기 캡(150)은 고정콘(130)의 경사영역(132)의 경사각과 다른 경사각을 갖도록 고정콘(130)의 일면으로부터 연장될 수 있다. 상기 캡(150)은 제1 공급부(111) 또는 회전 콘(140)을 통해 제1 유체가 고정 콘(130)으로 투입되는 일면에 마련될 수 있다. 또한, 상기 캡(150)은 제2 관통홀(135)의 직경 이상의 직경을 가질 수 있다. 즉, 캡(150)의 직경은 제2 관통홀(135)의 직경과 동일하거나, 제2 관통홀(135)의 직경보다 클 수 있다. 예를 들어, 캡(150)의 직경은 제2 관통홀(135)의 직경 보다 약 10% 내지 약 20% 클 수 있다. 또한, 상기 캡(150)은 제1 관통홀(134) 측으로 갈수록, 캡(150)과 제2 관통홀(135) 사이의 간격이 증가하도록 마련될 수 있다. 또한, 제2 관통홀(135) 및 캡(150)은 고정콘(130)의 경사영역(132)에 각각 마련될 수 있다.
한편, 고정 콘(130, 135)은 하우징(110)에 지지되는 둘레 영역(131, 131’)과 회전축을 향하여 연장되고, 상단에서 하단으로 갈수록 직경이 작아지는 경사영역(132, 132’)을 포함할 수 있다. 또한, 고정 콘(130, 135)은 인접하는 고정 콘(130, 135’) 사이의 간격을 유지하기 위한 스페이서(133, 133’)를 포함할 수 있다. 이때, 스페이서(133, 133’)는 둘레영역(131, 131’)으로부터 연장될 수 있고, 하우징(110)에 접촉된다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예와 관련된 기액 분리 장치를 구성하는 고정콘의 사시도이고, 도 5 및 도 6은 도 4에 도시된 고정콘의 평면도들이다.
고정콘(130)에는 제1 공급부(111)를 통해 유입된 제1 유체(A)가 제2 관통홀(135)로 유입되는 것을 방지하기 위한 격벽(160)이 마련될 수 있다. 격벽(160)은 제2 관통홀(135)의 둘레방향을 따라 제2 관통홀(135)의 적어도 일부를 둘러싸도록 마련될 수 있다.
상기 격벽(160: 161, 162)은 회전콘(140)과 고정콘(130) 사이 간격보다 작은 높이를 갖도록 고정콘(130)의 일면으로부터 연장될 수 있다. 일 실시예로, 격벽(160)은 회전콘(140)과 고정콘(130) 사이 간격의 약 10%의 높이를 갖도록 연장될 수 있다. 또한, 격벽(160)은 회전콘(140)과 고정콘(130) 사이 간격의 약 10% 이하의 높이를 갖도록 연장될 수 있다. 고정 콘(130)의 일면을 따라 유동하는 제1 유체(A)가 제2 관통홀(135)을 통과하여 하우징(110) 하부로 유동하는 것을 방지하도록, 상기 격벽(160)은 제1 유체(A)의 유동을 우회시키는 기능을 수행한다.
도 5를 참조하면, 격벽(161)은 제2 관통홀(135)의 둘레방향을 따라 폐곡선을 갖도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 격벽(161)은 하우징(110)의 상부에서 바라보았을 때, 링 형상을 가질 수 있다.
도 6을 참조하면, 격벽(162)은 제2 관통홀(135)의 둘레방향을 따라 일부 영역이 개방되도록 마련될 수 있다. 예를 들어, 상기 격벽(162)은 하우징(110)의 상부에서 바라보았을 때, “U”자 형상을 가질 수 있다.
위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
본 발명의 일 실시예와 관련된 기액 분리 장치에서는, 고정콘에 유체 유동을 위한 관통홀이 마련됨으로써, 분리 장치의 하부로부터 투입된 스트리핑제(예를 들어, 스팀) 및 기화된 VOC물질이 분리 장치의 상부까지 원활하게 유동할 수 있다.

Claims (17)

  1. 제1 공급부 및 제2 공급부가 각각 마련된 하우징;
    하우징에 회전 가능하게 마련된 회전축;
    회전축을 회전시키기 위한 구동부;
    하우징 내부에 배치되며, 제1 공급부 측에서 제2 공급부 측으로 갈수록 직경이 감소하도록 마련된 경사 영역을 포함하고, 회전축을 통과시키기 위한 제1 관통홀과 제2 공급부를 통해 유입된 제2 유체를 통과시키기 위한 적어도 하나의 제2 관통홀이 각각 마련된 고정 콘; 및
    고정 콘과 이격되도록 하우징 내부에 배치되며, 회전축과 함께 회전하도록 회전축에 장착된 회전 콘을 포함하는 기액 분리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제1 관통홀의 직경은 제2 관통홀의 직경보다 크게 설정된 기액 분리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    제2 관통홀의 개수는 제1 관통홀의 개수보다 많은 기액 분리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    고정콘에는 제1 공급부를 통해 유입된 제1 유체가 제2 관통홀로 유입되는 것을 방지하기 위한 격벽이 마련된 기액 분리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    격벽은 제2 관통홀의 둘레방향을 따라 제2 관통홀의 적어도 일부를 둘러싸도록 마련된 기액 분리 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    격벽은 회전콘과 고정콘 사이 간격보다 작은 높이를 갖도록 고정콘의 일면으로부터 연장된 기액 분리 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    격벽은 제2 관통홀의 둘레방향을 따라 폐곡선을 갖도록 형성된 기액 분리 장치.
  8. 제 4 항에 있어서,
    격벽은 제2 관통홀의 둘레방향을 따라 일부 영역이 개방된 기액 분리 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    제2 관통홀은 직경이 감소하는 경사 영역에 마련된 기액 분리 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    제2 관통홀은 회전축을 중심으로 둘레방향을 따라 복수 개로 마련된 기액 분리 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    제1 공급부와 제2 공급부는 하우징의 높이방향을 따라 서로 다른 높이에 각각 위치하도록 마련된 기액 분리 장치.
  12. 제1 공급부 및 제2 공급부가 서로 다른 높이에 각각 마련된 하우징;
    하우징에 회전 가능하게 마련된 회전축;
    회전축을 회전시키기 위한 구동부;
    하우징 내부에 배치되며, 제1 공급부 측에서 제2 공급부 측으로 갈수록 직경이 감소하도록 마련된 경사 영역을 포함하고, 회전축을 통과시키기 위한 제1 관통홀과 제2 공급부를 통해 유입된 제2 유체를 통과시키기 위한 적어도 하나의 제2 관통홀 및 제2 관통홀의 적어도 일부 영역을 둘러싸는 캡이 각각 마련된 고정 콘; 및
    고정 콘과 이격되도록 하우징 내부에 배치되며, 회전축과 함께 회전하도록 회전축에 장착된 회전 콘을 포함하는 기액 분리 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 캡은, 고정콘의 경사영역의 경사각과 다른 경사각을 갖도록 고정콘의 일면으로부터 연장된 기액 분리 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 캡은 제2 관통홀의 직경 이상의 직경을 갖는 기액 분리 장치.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 캡은 캡과 제2 관통홀 사이의 간격이 제1 관통홀 측으로 갈수록 증가하도록 마련된 기액 분리 장치.
  16. 제 12 항에 있어서,
    제2 관통홀의 직경은 제1 관통홀의 직경보다 작고, 제2 관통홀의 개수는 제1 관통홀의 개수보다 많은 기액 분리 장치.
  17. 제 12 항에 있어서,
    제2 관통홀 및 캡은 고정콘의 경사영역에 각각 마련된 기액 분리 장치.
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