KR100732891B1 - A continuous microwave drier for catalysts - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연속식 마이크로파 촉매 건조장치, 특히 연속식에 의한 에너지 절약형 마이크로파 촉매 건조장치에 관한 것으로서 촉매 모액 공급기; 상기 촉매 모액 공급기에 일단이 연결되고 마이크로파에 불활성인 재료로 된 오픈 튜브와 스크류로 이루어진 개방형 교반이송관; 상기 교반이송관이 장착되도록 양 측벽의 일부에 연통공이 형성되고 마이크로파를 조사하도록 각각 마그네트론이 장착되고 전자파가 차폐된 일련의 다수 마이크로파 조사실; 상기 교반이송관의 타단이 연결된 촉매 수집기; 및 이들을 제어하는 제어수단을 포함하는 연속식 마이크로파 촉매 건조장치를 제공한다. The present invention relates to a continuous microwave catalyst drying apparatus, and in particular to an energy-saving microwave catalyst drying apparatus by means of a catalyst mother liquid feeder; An open stirring feed tube having one end connected to the catalyst mother liquid supply and an open tube and a screw made of a material inert to microwaves; A plurality of microwave irradiation chambers in which communication holes are formed in a part of both sidewalls so that the stirring transfer pipe is mounted, and magnetrons are mounted and electromagnetic waves are shielded to irradiate microwaves; A catalyst collector connected to the other end of the stirring feed pipe; And it provides a continuous microwave catalyst drying apparatus comprising a control means for controlling them.
본 발명에 의한 연속식 마이크로파 촉매 건조장치에 의하여 나노 촉매의 속성건조와 대량생산 및 친환경 공정 시스템이 제공되었다. 이러한 시스템은 기존의 건조방법에 비해 높은 생산성과 에너지 효율성을 가지게 되며 건조 장치가 간편하여 장치 제작비와 에너지를 절약할 수 있으므로 촉매 생산의 경쟁력이 높아진다. The continuous microwave catalyst drying apparatus according to the present invention provides fast drying, mass production, and environmentally friendly process systems for nanocatalysts. Such a system has higher productivity and energy efficiency than the conventional drying method, and the drying device is simple, which saves manufacturing cost and energy, thereby increasing the competitiveness of catalyst production.
마이크로파 조사실, 마그네트론 Microwave Lab, Magnetron
Description
도 1 은 본 발명에 의한 연속식 마이크로파 촉매 건조 장치의 개략적인 단면도이다1 is a schematic cross-sectional view of a continuous microwave catalyst drying apparatus according to the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호설명** Description of Signs of Main Parts of Drawings *
① 주조작반 ② 호퍼 ③ 마그네트론 ① Foundry ② ② Hopper ③ Magnetron
④ 마이크로파 조사실 ⑤ 교반이송관 모터 ⑥ 테프론 교반이송관④ Microwave Irradiation Room ⑤ Agitator Transfer Tube Motor ⑥ Teflon Agitator Transfer Tube
⑦ 건조 촉매 취출 탱크 ⑧ 온도 센서 ⑨ 정액펌프⑦ Dry catalyst extraction tank ⑧ Temperature sensor ⑨ Semen pump
본 발명은 연속식 마이크로파 촉매 건조장치, 특히 연속식에 의한 에너지 절약형 마이크로파 촉매 건조장치에 관한 것이다. 본 발명은, 더 상세하게는 연속식 마이크로파를 이용한 나노 세공촉매, 나노입자, 다양한 나노 소재 촉매건조장치에 관한 것이다. 석유화학 및 정밀화학 산업의 발전으로 인하여 촉매의 사용량이 점차적으로 증가함에 따라 이들 나노 촉매를 효과적으로 제조하기 위한 기술의 필요 성이 점차로 증가하고 있다. The present invention relates to a continuous microwave catalyst drying device, in particular an energy-saving microwave catalyst drying device by continuous. More specifically, the present invention relates to nanopore catalysts, nanoparticles, and various nanomaterial catalyst drying apparatus using continuous microwaves. As the amount of catalyst is gradually increased due to the development of the petrochemical and fine chemical industries, the necessity of technology for effectively preparing these nanocatalysts is gradually increasing.
기존의 외부가열식 촉매 건조 장치는 반응 장치가 비대하고 건조 시간이 길므로 에너지 효율면에서 큰 문제점을 가지고 있으므로 대량 건조, 속성 건조, 에너지 절약 등의 관점에서 대단히 불리하다.Existing externally heated catalyst drying apparatus has a big problem in terms of energy efficiency because the reaction apparatus is large and the drying time is very disadvantageous in terms of mass drying, rapid drying, energy saving, and the like.
한편, 마이크로파 가열에 사용되는 마이크로파는 비이온화된 복사에너지로서 300-30000MHz의 주파수 범위이며 그 중에서도 4가지 주파수 (915, 2450, 5800, 22125MHz), 특히 2450MHz가 가장 널리 사용되고 있다. 마이크로파 시스템의 전형적인 에너지 출력은 600-700Watt로서 5분 내에 약 43,000cal가 시료의 가열에 적용된다. 마이크로파의 원리는 마이크로파 영역에서 극성분극화 (dipolar polarization)와 계면분극화(interfacial polarization)가 발생되며, 쌍극자가 마이크로파 전기장의 변화에 시간 지연을 가지며 변화하고 이 때 발생된 열은 일종의 마찰열이라 할 수 있으며 극성을 띄는 액체의 가열이 주로 이 메커니즘에 따른다. 극성분자들은 마이크로파의 전기적 성분에 의해 회전을 하게 되는데 이들 극성분자들은 이웃한 다른 분자와 충돌하게 되면 운동에너지를 얻게 되어 온도가 상승하게 된다. On the other hand, the microwave used for microwave heating is a non-ionized radiant energy in the frequency range of 300-30000 MHz, and among these, four frequencies (915, 2450, 5800, 22125 MHz), especially 2450 MHz, are the most widely used. The typical energy output of a microwave system is 600-700 Watts, with about 43,000 cal applied to heating the sample within 5 minutes. The principle of microwaves is that polarization and interfacial polarization occur in the microwave region, and the dipole changes with time delay in the change of microwave electric field, and the heat generated is a kind of frictional heat. The heating of borne liquids mainly follows this mechanism. The polar molecules are rotated by the electric component of the microwave. When the polar molecules collide with other neighboring molecules, they get kinetic energy and the temperature rises.
마이크로파의 장점으로는 짧은 시간 내의 온도조절로 균일한 가열과 속성건조가 가능하다는 것이다. 마이크로파는 에너지 소비량이 기존 외부 가열식의 200분의 1 정도 밖에 되지 않으며 시간과 에너지 비용의 절감이 가능하다. The advantage of microwaves is that they can be heated and dried quickly by controlling the temperature within a short time. Microwaves consume only about one-fifth the energy of conventional external heating, saving time and energy costs.
본 발명은 원가 절감 및 대량취급이 가능한 연속식 마이크로파 촉매 건조장치를 제공하기 위한 것이다. The present invention is to provide a continuous microwave catalyst drying apparatus capable of cost reduction and mass handling.
또한 본 발명은 제조비가 싸고 유지 관리가 용이한 연속식 마이크로파 촉매 건조장치를 제공하기 위한 것이다. It is another object of the present invention to provide a continuous microwave catalyst drying apparatus which is low in cost and easy to maintain.
본 발명은, 촉매 모액 공급기; 상기 촉매 모액 공급기에 일단이 연결되고 오픈 튜브에 스크류가 장착된 교반이송관; 상기 교반이송관이 장착되도록 양 측벽의 일부에 연통공이 형성되고 마이크로파를 조사하도록 각각 마그네트론이 장착되고 전자파가 차폐된 일련의 다수 마이크로파 조사실; 상기 교반이송관의 타단이 연결된 건조 촉매 수집기; 및 이들을 제어하는 제어수단을 포함하는 연속식 마이크로파 촉매 건조장치를 제공한다.The present invention, catalyst mother liquid feeder; A stirring feed tube having one end connected to the catalyst mother liquid supply and a screw mounted to the open tube; A plurality of microwave irradiation chambers in which communication holes are formed in a part of both sidewalls so that the stirring transport pipe is mounted, and magnetrons are mounted and electromagnetic waves are shielded to irradiate microwaves; A dry catalyst collector connected to the other end of the stirring feed pipe; And it provides a continuous microwave catalyst drying apparatus comprising a control means for controlling them.
본 발명의 발명자인 박상언 일행은 마이크로파 합성 기술을 적용하여 본 발명과 동일자로 "연속식 마이크로파 촉매 제조장치"를 출원하고 있다. 본 발명의 연속식 마이크로파 촉매 건조장치는 상기 촉매 제조장치와 연결하여 촉매를 일관적으로 제조하여 건조할 수 있다. The inventors of the present invention, Park Sang-un, have applied for a "continuous microwave catalyst production apparatus" as the same as the present invention by applying the microwave synthesis technology. Continuous microwave catalyst drying apparatus of the present invention can be connected to the catalyst production apparatus to produce a consistent catalyst drying.
상기 개방된 교반이송관은 일반적으로 테프론 재질로 된 튜브와 스크류로 만들어진다. 촉매 피건조물은 오픈 튜브를 통해서 노출되어 직접 마이크로파 노출되어 가열 건조된다. 촉매 피건조물은 스크류에 의해서 교반 이송된다. 촉매 피건조물의 흐름을 원활하게 하기 위하여 고온에도 내구성을 가져야 한다. 대략 외경 50 내지 100mm의 파이프를 사용하는 것이 바람직하다. The open stirring feed tube is generally made of a tube and screw of Teflon material. The catalyst construct is exposed through an open tube and directly microwave exposed to heat drying. The catalyst dry matter is conveyed by stirring with a screw. It must be durable even at high temperatures in order to facilitate the flow of the catalyst construct. It is preferable to use a pipe having an outer diameter of about 50 to 100 mm.
상기 마그네트론은 예를 들면 0.5 내지 2.0kw 싱글모드 마그네트론을 사용할 수 있다. 가장 바람직하게는 범용 1kw 싱글모드 마그네트론을 사용한다. 바람 직하게는 3 내지 6조의 마그네트론이 사용되고 3 내지 6조의 마이크로파 조사실이 서로 연결된다. The magnetron may use, for example, 0.5 to 2.0 kw single mode magnetron. Most preferably a general purpose 1kw single mode magnetron is used. Preferably 3 to 6 sets of magnetrons are used and 3 to 6 sets of microwave irradiation chambers are connected to each other.
상기 촉매 모액 공급기에 바람직하게는 조절이 가능한 정액펌프가 설치되어 반응물의 취출량을 조절한다.Preferably, an adjustable semen pump is installed in the catalyst mother liquid feeder to adjust the amount of the reactant taken out.
나노세공형 촉매 또는 나노입자형 촉매를 건조하기 위하여 촉매 모액을 정액펌프를 통하여 교반이송관에 공급하고 교반이송관은 일련의 마이크로파 조사실로 이송하여 일련의 마그네트론에 의하여 연속적으로 마이크로파를 조사하되 촉매 피건조물이 충분히 마이크로파를 흡수할 수 있도록 적당한 펌핑 속도로 건조 속도가 조절되도록 가열한다. 알맞은 건조 조건을 도모하기 위해 건조실 내부에 인접하도록 온도 센서를 부착하는 것이 바람직하다. 촉매 모액의 함유율은 특별히 제한되지는 않으나 5~30%의 촉매 함유율을 가진다. 촉매 피건조물은 산도에 크게 영향을 받지는 않으나 바람직하게는 염기성 또는 중성 용액이다.In order to dry the nanoporous catalyst or the nanoparticulate catalyst, the catalyst mother liquor is supplied to the stirring feed pipe through a semen pump, and the stirring feed pipe is transferred to a series of microwave irradiation chambers and continuously irradiated with microwaves by a series of magnetrons. Heat the drying rate to a moderate pumping rate so that the drying material can absorb microwaves sufficiently. In order to achieve suitable drying conditions, it is desirable to attach a temperature sensor adjacent to the inside of the drying chamber. The content of the catalyst mother liquid is not particularly limited but has a catalyst content of 5 to 30%. The catalyst dry matter is not significantly affected by acidity but is preferably a basic or neutral solution.
상기 교반이송관에는 모터가 연결되어 원활한 건조를 위하여 혼합과 이송의 동력을 제공한다. 상기 마이크로파 조사실에는 측면의 교반이송관 연통공을 제외하고 전면에 전자파 차단판을 설치하여 촉매 피건조물에 흡수되지 않고 반사된 마이크로파를 차단하도록 한다. The stirring transfer pipe is connected to a motor to provide power for mixing and conveying for smooth drying. The microwave irradiation chamber is provided with an electromagnetic wave shielding plate on the front surface of the microwave irradiation chamber except for the stirring transfer tube communication hole on the side to block the microwaves which are not absorbed by the catalyst to be dried.
정액펌프의 압력의 설정과 교반이송관 내의 촉매 피건조물의 온도를 감지하고 마이크로파의 가열 세기를 간편하게 조절할 수 있도록 제어수단으로 주조작반을 설치하는 것이 바람직하다.It is preferable to install a casting tray as a control means so as to set the pressure of the semen pump and to sense the temperature of the catalyst dry matter in the stirring feed pipe and to easily adjust the heating intensity of the microwave.
이하 도면에 의하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이러한 설명은 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명의 보호범위를 제한하는 것으로 해석하여서는 아니 된다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. These descriptions are intended to illustrate the invention and should not be construed as limiting the protection scope of the invention.
설계기준은 마이크로파에 의한 온도를 실온에서 200℃까지로 설계하고 주입되는 촉매의 양을 시간당 50 Kg으로 하였다. 교반이송관 관의 직경은 70mm 마이크로파 조사실의 쳄버 사이즈는 340mm × 340mm × 210mm로 제작하고 쳄버 배열은 각각 50 mm의 유격을 두고 4組를 배치하였다. 온도 센서를 부착하여 안정성을 도모하였다. The design criterion was to design the temperature by microwave from room temperature to 200 ° C and the amount of catalyst injected was 50 Kg per hour. The diameter of the agitated feed tube was made of 340mm x 340mm x 210mm in the chamber size of the 70mm microwave irradiation chamber, and the chamber arrangement was arranged 4mm with a 50mm clearance. A temperature sensor was attached for stability.
나노입자형 촉매를 건조하기 위하여 촉매 모액을 호퍼②의 정액펌프⑨를 통하여 교반이송관⑥에 공급하고 교반이송관⑥는 마이크로파 조사실④로 이송하여 1 Kw 싱글모드 마그네트론③에 의하여 연속적으로 마이크로파를 조사하되 촉매 피건조물이 충분히 마이크로파를 흡수할 수 있도록 이송속도와 가열속도가 조절되도록 가열한다. 알맞은 건조 조건을 도모하기 위해 교반이송관⑥에 온도 센서⑧를 부착한다. 주조작반①을 설치하여 정액펌프⑨의 압력과 교반이송관⑥ 내의 반응물의 온도를 감지하고 마이크로파의 가열 세기를 간편하게 조절할 수 있도록 하였다. 촉매 모액 공급기②에는 조절이 가능한 정액펌프⑨가 설치되고 상기 교반 이송기의 상기 타단에서 촉매수집기⑦로 배출되는 건조 촉매의 취출량을 조절한다. 상기 마이크로파 촉매 건조장치는 시간 당 50Kg이 혼합물을 처리할 수 있으며 건조시간을 10분 이내로 단축할 수 있었다.To dry the nanoparticulate catalyst, the catalyst mother liquor is supplied to the stirring feed tube ⑥ through the semen pump ⑨ of the hopper ②, and the stirring feed tube ⑥ is transferred to the microwave irradiation chamber ④ and continuously irradiated with microwaves by 1 Kw single mode magnetron ③. However, heating is carried out so that the feed rate and heating rate can be controlled so that the catalyst dried material can sufficiently absorb microwaves. Attach temperature sensor ⑧ to stirring feed pipe⑥ to achieve proper drying conditions. By installing a casting unit①, the pressure of the semen pump⑨ and the temperature of the reactants in the stirring feed tube⑥ were detected so that the heating intensity of the microwave could be easily adjusted. An adjustable semen pump ⑨ is provided in the catalyst mother liquid feeder ② and adjusts the amount of dry catalyst discharged from the other end of the stirring feeder to the
본 발명에 의한 연속식 마이크로파 촉매 건조장치에 의하여 나노 촉매의 속성건조와 대량생산 및 친환경 공정 시스템이 제공되었다. 이러한 시스템은 건조 장치가 간편하여 장치 제작비를 절약할 수 있다. 또한 연속식 마이크로파 장치를 가동함에 있어 온도센서를 부착하여 안정성을 확보하였으며 주조작반을 설치하여 각 부분의 제어가 가능하도록 함으로서 작동의 편리함을 도모하였다. The continuous microwave catalyst drying apparatus according to the present invention provides fast drying, mass production, and environmentally friendly process systems for nanocatalysts. Such a system can simplify the drying apparatus and save the manufacturing cost of the apparatus. In addition, in the operation of the continuous microwave device, the temperature sensor was attached to ensure stability, and the casting board was installed to enable the control of each part for convenience of operation.
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