KR100274386B1 - Reactor - Google Patents

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KR100274386B1
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reactor
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gas
injecting
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KR1019930702303A
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존 배터함 로빈
아서 호프만 워윅
카트시카로스 니콜라스
Original Assignee
테리 에이. 매튜스
테크놀라지칼 리소시스 피티와이. 리미티드.
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Abstract

A reactor for aerating a fluid with a gas comprises a mixing tank (12) for the fluid and a centrally located vertical draft tube (13) submerged in the fluid to divide the mixing tank (12) into an inner chamber (21) and an outer chamber (23). The reactor further comprises a motor driven axial flow impeller (14) located in the draft tube (13) for circulating fluid downwardly through the inner chamber (21) and upwardly through the outer chamber (23). The reactor further comprises an external circuit for withdrawing a portion of the fluid from the mixing tank (12), aerating the fluid, and returning the aerated fluid to the mixing tank (12). The aerator is in the form of a venturi device (17).

Description

[발명의 명칭][Name of invention]

반응기Reactor

[발명의 상세한 설명]Detailed description of the invention

[본 발명의 분야]FIELD OF THE INVENTION

본 발명은 2-페이즈 또는 3-페이즈 시스템용 반응기에 관련된 것이다.The present invention relates to a reactor for two-phase or three-phase systems.

본 발명은 특히 호기성 세균 여과기의 예에서 요구된 것과 같이, 공기 또는 산소가 함유된 다른 적절한 가스에 혼합된 광물입자의 슬러리를 함유한 액체의 가스포화장치에 관련된 것이다. 그러나, 본 발명은 본 출원에 제한된 것이 아니고 가스/액체, 가스/액체/고체, 또는 가스/액체/고체/세균 시스템의 가스포화장치에도 적용될 수 있다.The present invention relates in particular to a gas saturation device for liquids containing slurry of mineral particles mixed in air or other suitable gas containing oxygen, as required in the example of an aerobic bacterial filter. However, the present invention is not limited to the present application and can be applied to a gas saturation apparatus of gas / liquid, gas / liquid / solid, or gas / liquid / solid / bacteria system.

본 발명은 낮은 에너지를 사용하여 가스와 함께 액체를 통과시키며 가스이용 기관을 향상시키는 잇점이 있다.The present invention has the advantage of using a low energy to pass the liquid with the gas and to improve the gas engine.

상기 설명에서, “가스포화”라는 용어는 액체에 가스를 주입시키는 것을 의미한다.In the above description, the term “gassification” means injecting gas into the liquid.

[본 발명의 배경]Background of the Invention

슬러리의 가스포화용 반응기는 광업에 수년동안 사용되어 오고 있다. 반응기의 두가지 주요한 형태에는 파츄카(Pachuca)(또는 공기교반식 반응기) 및 기계적으로 교반하는 반응기가 있다.Reactors for gas saturation of slurries have been used for many years in mining. The two main types of reactors are Pachuca (or agitated reactors) and mechanically stirred reactors.

파츄카 반응기를 구조와 작동의 간편하기 때문에 초기에 많이 사용하였으나, 반응기가 크기 때문에 점차적으로 사용이 줄었다. 다시말하면, 압축공기의 상당한 양이 양질의 광물부유물을 위하여 상당한 양의 압축공기가 요구되기 때문에, 사용이 감소된 것이다. 또한, 효율적으로 질량을 운반하기에는 파츄카 반응기내의 공기의 잔존시간이 너무 짧고, 또한 파츄카 반응기는 공기가 채널링 되기 쉽다.The Patchuca reactor was initially used a lot because of its simple structure and operation, but its use gradually decreased due to the large size of the reactor. In other words, use is reduced because a significant amount of compressed air requires a significant amount of compressed air for a good mineral float. In addition, the residence time of the air in the Pachuca reactor is too short for efficient mass transport, and the Pachuca reactor tends to channel air.

일반적으로, 공기 교반은 효율적으로 질량을 이동시키기 위하여 효과적으로 교반하기 위한 거품크기가 너무 크기 때문에 비효율적이다.In general, air agitation is inefficient because the bubble size for effective agitation is too large for efficient mass transfer.

임펠러 장치가 좀더 효율적이게 되고 교반에 필요한 비교적 낮은 에너지에 대하여 부가설비 비용이 더욱 많이 보상되어야 한다는 점이 입증되고 있기 때문에, 큰 반응기로는 기계적 교반이 좀 더 널리 사용되게 되었다.Mechanical agitation has become more widely used in large reactors because impeller devices have proven to be more efficient and that additional equipment costs must be compensated for the relatively low energy required for agitation.

용액으로 공기를 효과적으로 대량 전달하기 위하여, 반응기에 장시간 잔류시간을 가진 거품과 잘 혼합되는 시스템에서 거품의 미세한 분산을 얻는 것이 필요하다. 실제로, 이것은 대형의 전단 터빈 임펠러를 통해 공기를 이동시키거나 얇은막 또는 기공성 살포기를 통해 공기를 주입시킴으로서 얻어질 수 있었다. 이러한 두가지 방법은 모두 공기가 주입되는 시점에서 액체압력을 극복하고 또한 주입개방부, 막 또는 살포기에 걸쳐서 압력저하를 극복하기 위하여 충분히 높은 압력으로 공기를 주입해야 하기 때문에 강한 에너지가 필요하다. 통상적으로, 주입점은 반응기의 바닥에 위치하고 특히, 큰 용기에 가스를 포화할 경우에는 중요한 비용중 하나가 주입에 요구되는 압력까지 공기를 압축하기 위한 자본 및 가동에너지 비용이다. 탱크가 약 10m보다 깊다면 공기송풍기보다는 비싼 고압의 압축기를 설치하는 것이 요구된다. 또한, 기공성 살포기 또는 슬러리용 반응기에서 살포기(스파저)의 이용은 살포기를 개방하기 위한 가동시간의 손실을 일으킬 수 있다.In order to effectively mass transfer air into the solution, it is necessary to obtain fine dispersion of the foam in a system that mixes well with foam having a long residence time in the reactor. In practice, this could be achieved by moving air through a large shear turbine impeller or by injecting air through a thin film or porous sparger. Both of these methods require strong energy because air must be injected at a sufficiently high pressure to overcome the liquid pressure at the time of air injection and also to overcome the pressure drop across the injection opening, membrane or spreader. Typically, the injection point is located at the bottom of the reactor, especially when saturating the gas in a large vessel, one of the important costs is the capital and operating energy costs for compressing the air to the pressure required for injection. If the tank is deeper than about 10m it is required to install a high pressure compressor that is more expensive than an air blower. In addition, the use of a sparger (sparger) in a porous sparger or slurry reactor can result in a loss of uptime for opening the sparger.

또한, 기계적으로 교반하는 반응기는 반응기내에의 공기를 확산하는데 요구되는 힘이 매우 크기 때문에, 많은 양의 공기가 요구될때 비효율적이다. 또한, 세균반응기의 경우에 고속 임펠러의 블레이드팁에서의 절단력이 박테리아에 해를 줄수도 있다.In addition, mechanically stirred reactors are very inefficient when a large amount of air is required, because the forces required to diffuse air into the reactor are very large. In addition, in the case of a bacterial reactor, the cutting force at the blade tip of the high speed impeller may damage bacteria.

그외에, 부유물에서 고체상태를 유지하는 것이 중요할 때 가스/액체/고체 시스템에 대하여, 가스포화기 내에서의 액체를 순환시키는데 필요한 힘은 비용을 증가시키는 요소가 된다.In addition, for gas / liquid / solid systems, the force required to circulate the liquid in the gas saturator is a cost increasing factor when it is important to maintain a solid state in the suspension.

[발명의 요약][Summary of invention]

본 발명은 액체용 혼합탱크와, 상기 탱크의 상부영역 및 하부영역에서 적어도 2개의 챔버로 분할하고, 이들 챔버사이에 액체가 흐르도록 분할하는 분할수단과, 액체를 하나의 챔버에서는 하부로, 다른 챔버에서는 상부로 순환시키도록 어느 하나의 챔버에 위치하는 펌프수단과, 통과하는 액체에 제한된 단면 영역에서 유속을 증가시키고 유압은 감소하게 하는 벤튜리 효과를 주는 튜브부재로 이루어진 액체의 감압영역을 형성하는 수단과, 상기 액체에 가스를 포화 시키기 위하여 감압영역에서 액체에 가스를 주입하는 수단과, 상기 탱크내의 순환액체에 가스 포화된 액체를 주입하는 수단으로 구성되어 있는 액체에 가스를 주입하기 위한 반응기를 제공하는데 있다.The present invention provides a liquid mixing tank, dividing means for dividing the liquid into at least two chambers in the upper region and the lower region of the tank, and dividing the liquid so that the liquid flows between these chambers. The chamber forms a reduced pressure region of the liquid consisting of a pump means positioned in one chamber to circulate upwards and a tube member which provides a venturi effect which increases the flow rate and reduces the hydraulic pressure in the cross-sectional area limited to the liquid passing therethrough. A means for injecting gas into the liquid in a reduced pressure region to saturate the gas in the liquid, and a means for injecting gas saturated liquid into the circulating liquid in the tank. To provide.

또한, 본 발명은 액체용 혼합탱크와, 탱크를 상부영역 및 하부영역에서 적어도 두개의 챔버로 분할하고 이들 챔버 사이에 액체가 흐르도록 분할하는 분할수단과, 액체를 하나의 챔버에서는 하부로, 다른 챔버에서는 상부로 순환시키도록 어느 하나의 챔버에 위치하는 펌프수단과, 상기 액체를 상기 탱크로부터의 외측 흐름을 유도하는 외부회로를 구비하고, 상기 외부회로는In addition, the present invention provides a liquid mixing tank, a dividing means for dividing the tank into at least two chambers in the upper region and the lower region, and dividing the liquid so that the liquid flows between these chambers, the liquid is lowered in one chamber, and the other. The chamber includes a pump means positioned in one of the chambers to circulate upward, and an external circuit for directing the liquid to flow out of the tank.

(a) 상기 액체의 외부흐름 통로에 감압구간을 형성하는 수단과,(a) means for forming a reduced pressure section in the outer flow passage of the liquid,

(b) 상기 액체를 가스포화 하기위해 감압구간내의 액체에 가스를 주입시키는 수단과,(b) means for injecting gas into the liquid in the reduced pressure section for gas saturating the liquid,

(c) 상기 탱크내의 순환액체에 가스가 포화된 외측흐름 통로의 액체를 주입하는 수단으로 이루어진 것을 특징으로하는 액체에 가스를 주입하는 반응기를 제공하는데 있다.(c) a reactor for injecting gas into a liquid, comprising means for injecting a liquid in a gas-saturated outer flow passage into a circulating liquid in the tank.

상기 분할수단은 상기 탱크내의 액체안에 잠기도록 배설시킨 드래프트 튜브로 구성되어 있고, 상기 드래프트 튜브는 상단개구부와, 하단개구부를 가지는 것이 바람직하다.The dividing means is composed of a draft tube disposed so as to be immersed in the liquid in the tank, and the draft tube preferably has an upper opening and a lower opening.

특히 상기 탱크는 원통형이고, 드래프트 튜브가 상기 탱크의 중앙에 위치해서 상기 탱크를 내측 및 외측챔버로 구분되는 것이 바람직하다.In particular, the tank is cylindrical, it is preferable that the draft tube is located in the center of the tank is divided into the inner and outer chamber.

상기 펌프수단은 드래프트 튜브내에 위치하는 것이 바람직하다.The pump means is preferably located in the draft tube.

상기 펌프수단은 축류펌프로 구성되어 있는 것이 바람직하다.Preferably, the pump means is constituted by an axial flow pump.

특히 축류펌프는 드래프트 튜브내에 배설된 임펠러로 구성되어 있는 것이 바람직하다.In particular, the axial pump is preferably composed of an impeller disposed in the draft tube.

특히, 탱크내의 순환액체에 가스가 포화된 액체를 주입시키기 위한 수단은 임펠러의 상류 드래프트 튜브내에 가스가 포화된 액체를 주입시키도록 형성된 것이 바람직하다.In particular, the means for injecting the gas saturated liquid into the circulating liquid in the tank is preferably configured to inject the gas saturated liquid into the draft tube upstream of the impeller.

액체에 가스를 주입시키기 위한 수단은 기공막, 홀 또는 분사구로 구성되어 있는것이 바람직하다.The means for injecting gas into the liquid is preferably composed of a pore membrane, a hole or an injection port.

또한, 본 발명은 액체가 하나의 챔버에서는 아래로, 다른 챔버에서는 윗쪽으로 흐르도록 탱크의 상,하부영역에서 액체가 이동되는 적어도 2개의 챔버를 구비한 혼합탱크내에서 펌프수단을 이용하여 액체를 순환시키고, 상기 액체의 일부분내에 감압영역을 형성하고, 액체에 가스를 포화시키기 위한 감압구간 내에서 액체에 가스를 주입하고, 상기 탱크내를 순환하는 액체내에 가스 포화된 액체를 주입하는 단계로 되어 있는 액체에 가스를 주입하는 방법을 제공하는데 있다.In addition, the present invention uses a pump means in a mixing tank having at least two chambers in which the liquid is moved in the upper and lower regions of the tank so that the liquid flows down in one chamber and upwards in another chamber. Circulating, forming a reduced pressure region in a portion of the liquid, injecting gas into the liquid in a reduced pressure section for saturating the gas into the liquid, and injecting a gas saturated liquid into the liquid circulating in the tank. It is to provide a method for injecting gas into the liquid present.

[도면의 간단한 설명][Brief Description of Drawings]

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

제1도는 본 발명에 의해 제조된 반응기의 바람직한 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a schematic illustration of a preferred embodiment of a reactor produced according to the present invention.

제2도는 제1도에 도시한 반응기에 사용하기 위한 벤튜리장치의 기본 디자인을 도시한 개략도이다.2 is a schematic diagram showing the basic design of a venturi device for use in the reactor shown in FIG.

제3도는 제1도에 도시한 반응기에 사용하기 위한 벤튜리장치의 바람직한 실시예를 도시한 개략도이다.3 is a schematic view showing a preferred embodiment of the venturi device for use in the reactor shown in FIG.

제4도는 제1도에 도시한 반응기 및 종래의 공기교반식 반응기의 공기흐름에 대한 산소흡수 및 산소이용도의 그래프이다.4 is a graph of oxygen absorption and oxygen utilization versus air flow of the reactor shown in FIG. 1 and the conventional air agitating reactor.

[본 발명의 상세한 설명]Detailed Description of the Invention

본 발명에 의한 반응기의 바람직한 실시예는 광물과 물의 슬러리를 공기와 함께 탄산가스를 포화처리하는 것에 관련하여 설명한다.Preferred embodiments of the reactor according to the invention are described in connection with saturating carbon dioxide with a slurry of mineral and water.

그러나, 본 발명은 본 출원에 제한된 것이 아니고 부유된 고체가 있건없건간에 어떤 액체의 가스포화장치에 까지 확대할 수 있다.However, the present invention is not limited to this application and can be extended to any gas saturation device with or without suspended solids.

제1도에서 도시된 바와 같이, 반응기(11)은 슬러리를 담은 혼합탱크(12)와, 슬러리안에 잠긴 수직 드래프트 튜브(13) 및 상기 드래프트 튜브(13)의 상부에 위지한 모터구동 축류 임펠러(14)로 구성되어 있다. 상기 탱크(12)는 적절한 크기를 가지면된다. 상기 드래프트 튜브(13)은 상부 및 하부개구부(16,18)를 구비하고, 상기 혼합탱크(12)중앙에 위치하여 혼합탱크(12)를 내부챔버(21)와 외부챔버(23)로 구획된 혼합탱크(12)를 구분한다. 사용시에, 임펠러(14)는 슬러리가 드래프트 튜브(13)에서는 아래방향으로 흐르게 유도한 후, 외측환형상 챔버(23)내에서는 상부 방향으로 흐르게 한다. 광물입자가 현택액속에 섞여 있도록 슬러리의 흐름이 조절된다.As shown in FIG. 1, the reactor 11 includes a mixing tank 12 containing a slurry, a vertical draft tube 13 submerged in the slurry, and a motor driven axial flow impeller positioned on top of the draft tube 13. 14). The tank 12 need only have a suitable size. The draft tube 13 has upper and lower openings 16 and 18 and is located at the center of the mixing tank 12 to divide the mixing tank 12 into an inner chamber 21 and an outer chamber 23. Separate the mixing tank (12). In use, the impeller 14 causes the slurry to flow downward in the draft tube 13 and then upward in the outer annular chamber 23. The slurry flow is controlled so that mineral particles are mixed in the suspension.

또한, 반응기(11)는 슬러리의 일부를 혼합탱크(12)로부터 회수하고, 슬러리를 탄산가스 포화처리하고, 공기가 농축된 슬러리를 혼합탱크(12)에 되돌려보내는 외부회로를 구비하고 있다. 상기 외부회로는 재생라인(6)과, 상기 재생라인(6)에 슬러리를 펌핑하는 펌프(15)와, 슬러리를 탄산가스로 포화시키는 벤튜리장치(17)로 구성되어 있다. 상기 외부회로는 혼합탱크(12)의 상부에서 슬러리를 회수해서 혼합탱크(12)내를 순환하는 슬러리와 공기가 농축된 슬러리를 최적으로 혼합시키도록 상기 드래프트튜브(13)내에 위치하는 임펠러(14)의 상부에 공기가 농축된 슬러리를 되돌려보내도록 배치되어 있다. 외부회로는 공기가 농축된 슬러리가 드래프트 튜브(13)하부로 향하여 흐르도록 적어도 하나의 노즐(19)를 구비한다.In addition, the reactor 11 includes an external circuit for recovering a part of the slurry from the mixing tank 12, saturating the slurry with carbon dioxide gas, and returning the air-concentrated slurry to the mixing tank 12. The external circuit is composed of a regeneration line 6, a pump 15 for pumping slurry into the regeneration line 6, and a venturi device 17 for saturating the slurry with carbon dioxide gas. The external circuit recovers the slurry from the top of the mixing tank 12, the impeller 14 located in the draft tube 13 to optimally mix the slurry circulating in the mixing tank 12 and the slurry with air concentration. Is arranged to return the concentrated slurry to the top of the air. The external circuit is provided with at least one nozzle 19 so that the air-concentrated slurry flows down the draft tube 13.

제2도는 벤튜리장치(17)의 기본적인 형상을 도시한 도면이다. 제2도를 참조하면, 벤튜리장치(17)은 입구부(41) 및 배출부(43) 및 슬러리와 공기를 혼합하기 위해 공기가 주입되는 홀(2)이 있는 제한된 단면영역을 형성하는 중간통로(3)을 가진 튜브본체(25)로 구성되어 있다. 슬러리는 튜브본체(25)를 통해 화살표A로 표시한 방향으로 흐르기 때문에 슬러리의 유동속도는 슬러리가 베르누이의 방정식에 따라 압력이 감소되는 영역을 형성함으로써 통로(3)에 주입될 때 증가된다. 결론적으로, 압력이 감소된 영역으로 공기를 주입하기 위해서, 공기는 높은 압력이어야 하고 통상의 흡출이나 낮은 압력에서 주입될 수 있어야 한다. 슬러리가 통로(3)로부터 흘러나올 경우 슬러리는 유속이 감소되고 압력이 증가되는 단면(5) 영역으로 주입된다. 슬러리가 통로(3)로 부터 흘러나왔을 때 단면(5)영역은 공기가 농축된 슬러리를 팽창시켜서 최대한 에너지 회복을 하도록 형성되었다. 또한, 벤튜리장치(17)의 디자인과 작동요인은 거품으로부터 슬러리에 층분한 산소량을 전달하도록 최적 크기의 공기거품을 형성하도록 선택되어진다. 결론적으로, 작동비용을 절감하기 위해서는 공기의 양이 적어야 한다. 디자인과 작동요인에는 슬러리의 유속, 공기압 및 슬러리로에 공기를 주입하는 공기주입 수단을 포함하여야 한다.2 is a view showing the basic shape of the venturi device 17. Referring to FIG. 2, the venturi device 17 is an intermediate forming a limited cross-sectional area with an inlet portion 41 and an outlet portion 43 and a hole 2 into which air is injected for mixing air with the slurry. It consists of the tube main body 25 which has the channel | path 3. Since the slurry flows through the tube body 25 in the direction indicated by arrow A, the flow rate of the slurry is increased when the slurry is injected into the passage 3 by forming a region in which the pressure is reduced according to Bernoulli's equation. In conclusion, in order to inject air into the reduced pressure area, the air must be high pressure and be able to be injected at normal aspiration or low pressure. When the slurry flows out of the passage 3, the slurry is injected into the area of the cross section 5 where the flow rate is reduced and the pressure is increased. When the slurry flowed out of the passage 3, the section 5 region was formed to expand the air-concentrated slurry to maximize energy recovery. In addition, the design and operating factors of the venturi device 17 are selected to form an air bubble of optimum size to deliver a sufficient amount of oxygen from the foam to the slurry. In conclusion, the amount of air must be small in order to reduce operating costs. Design and operating factors should include the flow rate of the slurry, the air pressure and the means for injecting air into the slurry.

제3도는 3,000리터 용랑의 혼합탱크(12)와 75mm 직경의 재생라인(6)을 사용하기 위한 벤튜리장치(17)의 바람직한 실시예를 도시한 도면이다. 벤튜리장치(17)의 통로(3)는 25°의 입구콘(45)과 7°의 배출콘(47)으로 구성되어 있다. 통로(3)의 직경은 25mm이고 입구부 및 배출부(41,43)의 직경은 75mm이다. 홀(2)는 통로(3)의 배출콘(47)내에 위치하고 이들 홀(2)은 각각 24×1mm 홀이 횡렬로 5mm 간격으로 3개의 원주열로 형성되어 있다.FIG. 3 shows a preferred embodiment of a venturi device 17 for using a mixing tank 12 of 3,000 liters of melt and a regeneration line 6 of 75 mm diameter. The passage 3 of the venturi device 17 is composed of a 25 ° inlet cone 45 and a 7 ° discharge cone 47. The diameter of the passage 3 is 25 mm and the diameters of the inlet and outlet portions 41 and 43 are 75 mm. The holes 2 are located in the discharge cones 47 of the passages 3, and these holes 2 are each formed of three columnar rows of 24 × 1 mm holes in a row in 5 mm intervals.

상기 설명에서 본 발명에 대하여 일반적인 특징을 들어서 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.In the above description, the present invention has been described with reference to general features, but the present invention is not limited thereto.

본 발명은 다음예에 관련하여 다음에 설명한다.The present invention will be described next with reference to the following examples.

일련의 실험은 축류임펠러에 의해 교반되는 3000리터 용랑의 혼합탱크와, 상기 임펠러의 하부에 장착된 직경이 1mm인 구멍이 형성된 살포기를 통해서 공기가 주입되는 종래의 반응기와, 드래프트 튜브내에 위치하는 축류임펠러에 의해 교반되는 3000리터용량의 혼합탱크와, 상기 축류임펠러상에 위치하여 가스에 의해 포화된 슬러리를 되돌려 보내는 벤튜리장치를 가진 제1도에 도시한 본 발명의 바람직한 반응기에서 수행하였다. 황철광/파이로티트(pyrhotite)의 8W/V슬러리가 담긴 상기 탱크는 티오바실루스 페로옥시단스(Thiobacillus Ferrooxidans)에 의해 세균적으로 여과되어 있다.The series of experiments involved a conventional reactor in which air was injected through a mixing tank of 3000 liters of agitation stirred by an axial flow impeller, a sparger with a diameter of 1 mm mounted to the bottom of the impeller, and an axial flow located within the draft tube. It was carried out in the preferred reactor of the present invention shown in FIG. 1 with a mixing tank of 3000 liters agitated by an impeller and a venturi device located on the axial impeller to return a slurry saturated with gas. The tanks containing 8 W / V slurry of pyrite / pyrhotite are bacterially filtered by Thiobacillus Ferrooxidans.

각 탱크의 가스포화실험을 측정하여 그 결과를 제4도에 나타내었다.The gas saturation experiment of each tank was measured and the result is shown in FIG.

제4도는4 is

(a) 본 발명의 바람직한 실시예의 반응기와 종래의 반응기에서 슬러리에 흡수된 산소흡수량과 공기의 흐름과,(a) the oxygen absorption and air flow absorbed in the slurry in the reactor of the preferred embodiment of the present invention and the conventional reactor,

(b)본 발명의 바람직한 실시예의 반응기와 종래의 반응기에서 산소이용도와 공기의 흐름 사이의 관계를 나타낸다.(b) shows the relationship between oxygen availability and air flow in the reactor of the preferred embodiment of the present invention and the conventional reactor.

“산소 흡수량”이라는 용어는 용액에 전달되어 가스포화 정도를 직접적으로 측정할 수 있는 산소의 양을 말한다. “산소 이용도”는 용액내에 전달되어 가스포화의 효율을 직접적으로 측정할 수 있도록 반응기내에 주입된 산소의 총량을 백분율로 나타낸 것을 말한다.The term "oxygen uptake" refers to the amount of oxygen that can be delivered to a solution and directly measure the degree of gas saturation. "Oxygen utilization" refers to the percentage of the total amount of oxygen injected into the reactor so that it can be delivered in solution to directly measure the efficiency of gas saturation.

제4도를 참고하여 보면,“"공기 살포기”는 종래의 반응기를 말하고, “벤투리 가스포화기”는 본 발명의 바람직한 실시예의 반응기를 말하는 것이다.Referring to Figure 4, "air sparger" refers to a conventional reactor and "venturi gas saturator" refers to a reactor of a preferred embodiment of the present invention.

제4도에서의 결과는 본 발명의 바람직한 실시에의 반응기에 있어서, 가스포화 성능은 통기성능은 종래의 반응기보다 상당히 우수하였다. 본 발명의 바람직한 실시예의 반응기는 자세한 예에 의해서 60ℓ/분의 공기흐름으로 150mg O2/슬러리 1ℓ/시간 종래의 반응기는 150ℓ/분의 상당히 높은 공기흐름으로 150mg O2/1ℓ슬러리/시간 및 20% 낮은 산소이용도로 슬러리를 포화시킬 수 있다.The results in FIG. 4 show that in the reactor in the preferred embodiment of the present invention, the gas saturation performance was significantly better than the conventional reactor. A preferred embodiment of the reactor is a 60ℓ / min flow of air by the detailed examples, 150mg O 2 / slurry 1ℓ / time conventional reactor according to the invention is 150ℓ / a minute considerably higher air flow of 150mg O 2 / 1ℓ slurry / hour and 20 Slurry can be saturated with low oxygen utilization.

주어진 공기 체적과 각각의 반응기에 가스포화를 위한 필요한 힘을 측정하였고 1,000m3탱크에서 가스포화에 필요한 예상되는 힘을 계산하였다.Given the air volume and the required force for gas saturation in each reactor, the estimated force required for gas saturation in a 1,000 m 3 tank was calculated.

그 결과를 표 1에 나타내었다.The results are shown in Table 1.

[표 1]TABLE 1

상기 결과는 종래의 반응기와 비교하여 본 발명의 반응기에 의한 바람직한 실시예에서 는 상당한 힘이 절약된다는 것을 보여준다. 자세하게는, 전달공기의 m3당 요구되는 에너지가 본 발명에 의한 바람직한 실시예에의 반응기에서는 종래 반응기에서의 1/4 이하임을 나타낸다. 상기에서 언급된 150mg O2/슬러리 1리터/시간의 산소흡수량을 얻기위한 에너지 이용도의 결과에 의거하여, 전달산소 m3당 요구되는 에너지는 본 발명의 바람직한 실시예에서 종래의 반응기의 1/9 이었다.The results show that in the preferred embodiment with the reactor of the present invention compared to the conventional reactor, considerable power is saved. Specifically, it is shown that the required energy per m 3 of delivered air is not more than 1/4 in the conventional reactor in the reactor in the preferred embodiment according to the present invention. Based on the results of the energy utilization to obtain an oxygen uptake of 150 mg O 2 / slurry 1 liter / hour mentioned above, the required energy per m 3 of delivered oxygen is 1/1 of the conventional reactor in the preferred embodiment of the present invention. 9 was.

본 발명의 바림직한 실시예에 의한 반응기는 종래 반응기에 비하여 하기와 같은 잇점을 갖고 있다. :The reactor according to the preferred embodiment of the present invention has the following advantages over the conventional reactor. :

(i) 가스가 낮은 압력 또는 통상의 흡출로도 공급되므로, 값비싼 고압가스 콤프레서의 필요성을 배제할 수 있고 요구되는 반응기 힘은 감소할 수 있다. 상당하게는, 교반기는 광물입자를 뜨게하고 가스가 포화된 슬러리를 순환시키는데에만 사용한다.(i) Since the gas is also supplied at low pressure or conventional draft, the need for an expensive high pressure gas compressor can be eliminated and the required reactor force can be reduced. Substantially, the stirrer is used only to float the mineral particles and circulate the gas saturated slurry.

(ii) 유속이 빠를때, 벤튜리 장치내에서 가스가 주입되고 자연히 공기가 포화된다. 따라서, 용액내로 전달시키는 산소량을 아주 작은 거품으로 만들어서 증가시킨다. 결론적으로, 반응기에 필요한 산소가 최소화되므로 작동비용이 감소된다.(ii) When the flow rate is high, gas is injected in the venturi system and the air is naturally saturated. Thus, the amount of oxygen delivered into the solution is increased by making very small bubbles. In conclusion, the operating cost is reduced because the oxygen required for the reactor is minimized.

(iii) 공기가 포화된 슬러리는 낮은압력으로 중앙 드래프트 튜브내의 임펠러 상부의 혼합탱크로 복귀시킨다. 결론적으로 슬러리를 순환시키기 위해 요구되는 펌프힘이 최소화되기 때문에 작동비응이 감소된다.(iii) The air saturated slurry is returned to the mixing tank at the top of the impeller in the central draft tube at low pressure. As a result, operating response is reduced because the pump force required to circulate the slurry is minimized.

(iv) 혼합탱크내의 내부부품이 감소되기 때문에, 반응기의 설비비용이 최소화된다. 또한, 큰 반응기를 경제적인 규모로 설치할 수 있다.(iv) Reactor equipment costs are minimized because internal components in the mixing tank are reduced. In addition, large reactors can be installed on an economic scale.

(v) 혼합탱크내의 고장날 수 있는 부품이 거의 없기 때문에, 유지보수비 및 비가동시간이 최소화된다. 어떤 하나의 공기포화장치를 반응기의 전체적인 성능의 영향을 주지 않고 수리하기 위해 가동중지할 수 있기 때문에, 외부부품을 간단하게 수리할 수 있다. 고장난 공기포화장치를 공정에 최소한의 장해를 주면서 신속하게 교환할 수 있다.(v) Maintenance costs and downtime are minimized because there are few components that can fail in the mixing tank. Since any one air saturator can be shut down to repair without affecting the overall performance of the reactor, external components can be repaired simply. A failed air saturator can be replaced quickly with minimal disruption to the process.

(vi) 본 발명은 가스-액체-고체 시스템에서 효과적으로 가스 및 고체 부유물 또는 가스액체 시스템에 효과적으로 가스를 공급하는데 적합하다. 본발명의 용도로는 세균이 여과된 광물입자의 반응 슬러리를 공기로 포화시키고 부유시키는 것이다. 다른 용도로는 합성가스의 생메탄화, 하수오물 또는 다른 불순물찌꺼기의 산소에 의한 분해 및 비커(Becher)공정에서처럼 합성금홍성의 제조에 사용할 수 있다. 그러나, 본 발명은 이들 영역에 한정되는 것은 아니다.(vi) The present invention is suitable for effectively supplying gas and solid suspension or gas liquid system in a gas-liquid-solid system. Use of the present invention is to saturate and suspend the reaction slurry of the filtered mineral particles with air. Other uses include biomethanation of syngas, decomposition of sewage or other impurities by oxygen, and the production of synthetic rutile as in the Becher process. However, the present invention is not limited to these areas.

본 실시예에서 설명된 반응기에는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않고 많은 변형을 할 수 있다.Many modifications can be made to the reactor described in this embodiment without departing from the spirit and scope of the invention.

예로서, 본 발명의 바람직한 실시예에서 임펠러(14)는 드래프트 튜브(13)의 상부 근처에 위치하고 있는 것을 예로들어 설명하였으나, 본 발명은 이와 같은 구조에 제한되지 않고 임펠러(14)는 드래프트 튜브(13)을 따라 적절한 어떠한 위치에 설치해도 된다.For example, in the preferred embodiment of the present invention, the impeller 14 is located near the top of the draft tube 13, for example, but the present invention is not limited to such a structure, the impeller 14 is a draft tube ( It may be installed in any suitable position according to 13).

Claims (18)

액체용 혼합탱크와; 상기 탱크를 적어도 두 개의 챔버로 분할하고, 상기 액체가 상기 탱크의 하부 영역과 상부 영역에서 상기 챔버들 사이를 흐르도록 하는 분할수단과; 상기 액체를 하나의 챔버에서는 하부로, 다른 챔버에서는 상부로 순환시키는 펌프수단과; 상기 챔버들 내를 순환하는 액체들의 주흐름의 회로와 별도의 회로 내에서 상기 챔버들을 순환하는 액체의 일부에 기체를 주입하는 수단으로서, i) 상기 액체에 감압 영역을 발생시키는 수단, ii) 상기 액체를 가스포화시키기 위해 감압영역 내에서 상기 액체 내로 가스를 주입시키는 수단 및 iii) 상기 탱크내에서 순환하는 액체 내로 상기 가스포화된 액체를 주입하는 수단으로 이루어지는 수단;을 포함하여 이루어진, 액체 내에 가스를 주입하기 위한 반응기.A liquid mixing tank; Dividing means for dividing the tank into at least two chambers and allowing the liquid to flow between the chambers in the lower and upper regions of the tank; Pump means for circulating the liquid downward in one chamber and upward in another chamber; Means for injecting gas into a portion of the liquid circulating in the chambers in a circuit separate from the circuit of the main flow of liquids circulating in the chambers, i) means for generating a reduced pressure region in the liquid, ii) the Means for injecting gas into the liquid in a reduced pressure region to gaseous liquid, and iii) means for injecting the gas-saturated liquid into liquid circulating in the tank. Reactor for injecting. 제1항에 있어서, 상기 분할수단은 상기 탱크 내의 액체에 잠기도록 되어있는 드래프트 튜브로 이루어지고, 상기 드래프트 튜브는 상부 개구부 및 하부 개구부를 가진 것을 특징으로 하는 반응기.The reactor of claim 1 wherein said dividing means comprises a draft tube adapted to be submerged in liquid in said tank, said draft tube having an upper opening and a lower opening. 제2항에 있어서, 상기 탱크는 원통형이고, 상기 드래프트 튜브는 상기 탱크가 내부챔버와 환상 외부챔버로 분할되도록 탱크 내에 동심적으로 위치한 것을 특징으로 하는 반응기.3. The reactor of Claim 2, wherein the tank is cylindrical and the draft tube is located concentrically within the tank such that the tank is divided into an inner chamber and an annular outer chamber. 제3항에 있어서, 상기 펌프수단은 축류펌프를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 액체 내에 가스를 주입하는 반응기.The reactor as claimed in claim 3, wherein the pump means comprises an axial pump. 제4항에 있어서, 상기 축류펌프는 상기 드래프트 튜브 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 액체 내에 가스를 주입하는 반응기.5. The reactor of claim 4, wherein the axial pump is located in the draft tube. 제5항에 있어서, 상기 축류펌프는 임펠러를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는, 액체 내에 가스를 주입하는 반응기.The reactor for injecting gas into a liquid according to claim 5, wherein the axial pump comprises an impeller. 제6항에 있어서, 상기 탱크 내를 순환하는 약체 내로 가스포화된 액체를 주입하는 수단은 상기 가스포화된 액체를 상기 임펠러 상부에서 상기 드래프트 튜브 내로 주입하도록 배치된 것을 특징으로 하는, 액체 내에 가스를 주입하는 반응기.7. The method of claim 6, wherein the means for injecting the gas-saturated liquid into the medicine circulating in the tank is arranged to inject the gas-saturated liquid into the draft tube from above the impeller. Reactor to inject. 제1항에 있어서, 상기 감압영역 내의 액체에 가스를 주입하는 수단은, 기공성 막, 홀 또는 분출구를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 반응기.The reactor according to claim 1, wherein the means for injecting gas into the liquid in the reduced pressure region comprises a porous membrane, a hole or a jet port. 제1항에 있어서, 상기 탱크로부터 상기 액체의 외류(side stream)으로 흐르게 하는 외부회로가 추가로 포함되어 있고, 상기 외부회로는 (a) 상기 액체 내에 감압영역을 발생시키는 수단과, (b) 상기 외류로 흐르는 액체를 가스포화시키기 위해 감압영역 내의 액체에 가스를 주입하는 수단과, (c) 상기 탱크를 순환하는 액체에 상기 가스포화된 액체의 외류를 주입하는 수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는, 액체 내에 가스를 주입하는 반응기.The apparatus of claim 1, further comprising an external circuit that flows from the tank to a side stream of the liquid, the external circuit comprising (a) means for generating a reduced pressure region in the liquid, and (b) Means for injecting gas into the liquid in the reduced pressure region for gas saturating the liquid flowing into the outflow; and (c) means for injecting the outflow of the gas-saturated liquid into the liquid circulating in the tank. A reactor for injecting gas into the liquid. 액체용 혼합탱크와, 상기 혼합탱크를 적어도 두 개의 챔버로 분할하고, 이들 액체가 상기 탱크의 상부 영역과 하부영역에서 상기 챔버사이를 흐르도록 하는 분할수단과, 상기 챔버 중 어느 하나에 위치되어, 상기 액체를 하나의 챔버에서는 하부로, 다른 챔버에서는 상부로 순환시키도록 하는 펌프수단과, 상기 탱크 내를 순환하는 액체와 분리된 별도의 액체를 가스포화시키기 위한 외부회로를 포함하여 이루어지고, 상기 외부회로는 (a) 상기 액체에 감압영역을 발생시키는 수단과, (b) 상기 액체를 가스포화시키기 위하여 감압영역 내의 액체로 가스를 주입하는 수단과, (c) 상기 가스포화된 액체를 상기 탱크 내를 순환하는 액체내로 주입하는 수단으로 이루어진 것을 특징으로 하는, 액체 내에 가스를 주입하는 반응기.A liquid mixing tank, a dividing means for dividing the mixing tank into at least two chambers, and allowing the liquid to flow between the chambers in the upper region and the lower region of the tank; Pump means for circulating the liquid downward in one chamber and upward in the other chamber; and an external circuit for gas saturating a separate liquid separated from the liquid circulating in the tank. The external circuit comprises (a) means for generating a reduced pressure zone in the liquid, (b) means for injecting gas into the liquid in the reduced pressure zone to gas saturate the liquid, and (c) the gas saturated liquid in the tank. A reactor for injecting gas into the liquid, characterized in that it consists of means for injecting the liquid into the circulation. 제10항에 있어서, 상기 분할수단은 상기 탱크 내의 액체에 잠기도록 장착된 드래프트를 포함하여 이루어지고, 상기 드래프트 튜브는 상부 개구부 및 하부 개구부를 구비한 것을 특징으로 하는, 액체 내에 가스를 주입하는 반응기.11. The reactor as recited in claim 10, wherein said dividing means comprises a draft mounted to be immersed in the liquid in said tank, said draft tube having an upper opening and a lower opening. . 제11항에 있어서, 상기 탱크는 원통형이고, 상기 드래프트 튜브는 상기 탱크를 내측챔버와 외측 환형 챔버로 분할하도록 상기 탱크 내에 동심적으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 액체 내에 가스를 주입하는 반응기.12. The reactor of claim 11, wherein the tank is cylindrical and the draft tube is disposed concentrically in the tank to divide the tank into an inner chamber and an outer annular chamber. 제12항에 있어서, 상기 펌프수단은 축류펌프를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 액체 내에 가스를 주입하는 반응기.13. The reactor of claim 12, wherein the pump means comprises an axial pump. 제13항에 있어서, 상기 축류펌프는 상기 드래프트 튜브 내에 위치되어 있는 것을 특징으로 하는, 액체 내에 가스를 주입하는 반응기.14. The reactor of claim 13, wherein the axial pump is located in the draft tube. 제14항에 있어서, 상기 축류펌프는 임펠러를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는, 액체 내에 가스를 주입하는 반응기.15. The reactor of claim 14, wherein the axial pump comprises an impeller. 제15항에 있어서, 상기 탱크 내를 순환하는 액체에 가스포화된 액체를 주입하는 수단은 상기 임펠러의 상류에서 드래프트 튜브내로 가스포화된 액체를 주입하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 액체 내에 가스를 주입하는 반응기.16. The method of claim 15, wherein the means for injecting gas-saturated liquid into the liquid circulating in the tank is arranged to inject gas-saturated liquid into the draft tube upstream of the impeller. Reactor to inject. 제10항에 있어서, 상기 액체 내에 감압영역을 형성하는 수단은 튜브 부재를 포함하여 이루어지고, 이 튜브 부재는 이것을 통과하는 액체에 있어서 제한 단면영역에서 액체의 유속은 증가시키고 액체내 압력은 감소시키는 벤튜리 효과를 주는 것을 특징으로 하는, 액체 내에 가스를 주입하는 반응기.11. The device of claim 10, wherein the means for forming a reduced pressure region in the liquid comprises a tube member, the tube member increasing the flow rate of the liquid and reducing the pressure in the liquid in the restricted cross-sectional area of the liquid passing therethrough. Reactor for injecting gas into the liquid, characterized in that the Venturi effect. 제10항에 있어서, 상기 감압영역 내의 액체에 가스를 주입하는 수단은 기공성막, 홀 또는 분출구를 포함하며 이루어진 것을 특징으로 하는, 액체 내에 가스를 주입하는 반응기.11. The reactor of claim 10, wherein the means for injecting the gas into the liquid in the reduced pressure zone comprises a porous membrane, a hole or a spout.
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