KR101075151B1

KR101075151B1 - 닫힌 챔버 염 증류 장치 및 이를 이용한 염 증류방법

Info

Publication number: KR101075151B1
Application number: KR1020090040882A
Authority: KR
Inventors: 양희철; 은희철; 김인태; 이한수
Original assignee: 한국원자력연구원
Priority date: 2009-05-11
Filing date: 2009-05-11
Publication date: 2011-10-20
Also published as: KR20100121937A

Abstract

본 발명은 닫힌 챔버 염 증류 장치 및 방법에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 염 증류 조업 중에 불필요한 부위에서의 염의 침적 및 이로 인한 장치 구성 부품의 부식을 근원적으로 방지하는 장치와 방법을 제공하는데 있다.

이를 위해 본 발명에 따른 닫힌 챔버 염 증류 장치 및 방법은 고부식성 용융염을 수용하는 증류용기(1)와, 상기 증류용기(1)의 하측과 측면에 구비되어 상기 증류용기(1)를 가열하는 전기히터Ⅰ(3)와, 상기 증류용기(1)의 상측에 구비되어 상기 증류용기(1)를 가열하는 전기히터Ⅱ(4)를 포함하여 이루어지는 증발부(100);

상기 증발부(100)와 일체형으로 구비되고 상기 증발부(100)에서 휘발된 염이 응축되는 응축챔버(20)와, 상기 응축챔버(20)의 상측 및 측면에 구비되어 상기 응축챔버(20)를 가열하는 전기히터Ⅲ(5)와, 상기 응축챔버(20)의 측면 하단에 구비되어 상기 응축챔버(20)의 하부를 가열하는 전기히터Ⅳ(6)와, 상기 응축챔버(20)의 하부에 구비되어 응축된 염을 수용하는 응축염 회수용기(12)를 포함하여 이루어지는 응축부(200)를 구비하는 것을 특징으로 하는 닫힌 챔버 염 증류 장치를 개시한다.

염증류, 챔버, 증류, 응축

Description

닫힌 챔버 염 증류 장치 및 이를 이용한 염 증류방법{CLOSED-CHAMBER SALT DISTILLATION DEVICE AND SALT DISTILLATION METHOD USING THE SAME}

본 발명에 따른 닫힌 챔버 염 증류 장치 및 방법는 LiCl, KCl 및 NaCl 등과 같은 고부식성 용융염으로부터 방사성 핵종과 부식생성물을 분리하기 위하여 사용되는 진공증류법을 구현하는 장치이다.

LiCl, KCl 및 NaCl 등과 같은 고부식성 용융염으로부터 방사성 핵종과 부식생성물을 분리하기 위하여 진공증류법이 널리 사용되고 있다. 지금까지 사용되어 오고 있는 염 진공증류 장치는 염 증류 챔버(또는 용기), 염증기이송관, 염 응축 챔버(또는 용기) 및 진공조절펌프로 크게 구성되어 있어, 염증기이송관과 진공조절계통에서의 염침적으로 인한 관 막힘과 진공장치의 부식, 진공장치용 오일 등의 부식으로 인한 많은 문제점을 보여 왔다.

본 발명은 상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 염 증류 조업 중에 불필요한 부위에서의 염의 침적 및 이로 인한 장치 구성 부품의 부식을 근원적으로 방지하는데 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 닫힌 챔버 염 증류 장치 및 방법은 고부식성 용융염을 수용하는 증류용기(1)와, 상기 증류용기(1)의 하측과 측면에 구비되어 상기 증류용기(1)를 가열하는 전기히터Ⅰ(3)와, 상기 증류용기(1)의 상측에 구비되어 상기 증류용기(1)를 가열하는 전기히터Ⅱ(4)를 포함하여 이루어지는 증발부(100);

상기 증발부(100)와 일체형으로 구비되고 상기 증발부(100)에서 휘발된 염이 응축되는 응축버(20)와, 상기 응축챔버(20)의 상측 및 측면에 구비되어 상기 응축챔버(20)를 가열하는 전기히터Ⅲ(5)와, 상기 응축챔버(20)의 측면 하단에 구비되어 상기 응축챔버(20)의 하부를 가열하는 전기히터Ⅳ(6)와, 상기 응축챔버(20)의 하부에 구비되어 응축된 염을 수용하는 응축염 회수용기(12)를 포함하여 이루어지는 응축부(200)를 구비하는 것을 특징으로 하는 닫힌 챔버 염 증류 장치를 제공한다.

또한, 상기 증발부(100)는 상기 전기히터Ⅱ(4)에 고정 구비되어 상기 증류용기(1)을 거치할 수 있는 증류용기거치대(2)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 닫힌 챔버 염 증류 장치를 제공한다.

또한, 상기 증발부(100)는 상기 증류용기(1)의 하부에 구비되어 상기 증류용기(1)의 온도를 잴 수 있는 온도계Ⅱ(8)와, 상기 증발부(100)의 상측에 구비되어 상기 증발부(100)의 상측의 온도를 잴 수 있는 온도계Ⅰ(7)을 더 포함하고, 상기 응축부(200)는 상기 응축부(200)의 온도를 잴 수 있는 온도계Ⅲ(9)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 닫힌 챔버 염 증류 장치를 제공한다.

또한, 상기 응축부(200)는 상기 전기히터Ⅲ(5)를 관통하여 상기 응축챔버(20)와 연결되는 도관에 연결된 밸브(14)와, 상기 밸브(14)와 도관에 의해서 연결된 진공펌프(15)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 닫힌 챔버 염 증류 장치를 제공한다.

또한, 상기 응축부(200)는 상기 응축염 회수용기(12)의 상측에 경사져서 구비되어 응축된 염을 상기 응축염 회수용기(12)에 모아주는 응축염 슬라이더(11)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 닫힌 챔버 염 증류 장치를 제공한다.

또한, 상기 응축염 회수용기(12)는 하부에 구비된 관을 통해 흐르는 냉각수(13)에 의해 냉각되는 것을 특징으로 하는 닫힌 챔버 염 증류 장치를 제공한다.

더불어, 증발부(100)과 응축부(100)의 내부를 전기히터Ⅰ(3), 전기히터Ⅱ(4), 전기히터Ⅲ(5), 및 전기히터Ⅳ(6)를 통해 염이 증발하기 전까지 가열하는 제1단계(S100);

진공펌프(15)의 운전에 의해 증발부(100)과 응축부(100)의 내부를 진공상태로 만든 후 밸브(14)를 닫아 밀폐하는 제2단계(S200);

전기히터Ⅰ(3), 전기히터Ⅱ(4), 전기히터Ⅲ(5), 전기히터Ⅳ(6), 및 냉각수(13)의 가열 및 냉각에 의해서 만들어진 온도구배를 통해서 고부식성 용융염을 증발시킨 뒤 응축시키는 제 3단계(S300)을 포함하여 이루어지는 닫힌 챔버 염 증류 장치를 이용한 염 증류방법을 제공한다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 닫힌 챔버 염 증류 장치 및 방법에 의하면 기존 염 증류 장치의 운전 시에 발생되던 염 증기 이송관 내부의 염의 침적, 염 증기 또는 미세한 염 입자로 인한 진공펌프나 오일 등의 부식을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 불필요한 부위로의 염의 침적이 없어 증발되는 염의 100% 회수가 가능하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 닫힌 챔버 염 증류 장치에 대한 개략도이다.

도 1에 보인 바와 같이 본 발명에 의한 염증류 장치는 기존의 장치와는 달리 염 증류 이송관이 없는 일체형 구조로 좌측의 염 증발부(100) 챔버(evaporation chamber)와 오른쪽 응축챔버(20, condensation chamber)가 직접 연결되어 있다. 이 닫힌 챔버 염증류 장치는 전체 챔버가 밀폐된 상태에서 좌측 염 증발부(100) 챔버의 하부에 구비된 증류용기(1)에 염과 침전 혼합물을 장전하게 되고 이를 가열하여 염을 증발시켜 우측의 염 응축챔버(20)로 기상으로 이송시켜 응축 침강시켜 응축염 회수용기(12)에 응축, 회수하는 장치이다. 염의 증발과 증발된 염증기의 기상에서의 이동 및 응축과 같은 전체 염증류 조작은 온도구배에 의하여 이루어지므로, 도 1에서 보여지는 바와 같이 일체형 염증류 장치의 내부는 각 구역별 온도 조절이 가능하도록 별개의 분리된 4개의 전기히터Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ(3, 4, 5, 6)와 내부 각 부의 온도를 관측하기 위한 온도계Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ(7, 8, 9, 10) 및 냉각수 순환계통 (10, 13)을 가지고 있다. 본 닫힌 챔버 염 증류 장치의 운전 순서는 다음과 같다.

제 1단계(S100)는 증류하고자 하는 염-입자 혼합물을 증류용기(1)에 장전하고 염 증발 챔버 및 염 응축 챔버 내부 전체의 온도가 증류하고자 하는 염의 휘발이 시작되기 직전의 고온으로 가열한 후 이 온도를 유지하면서 진공펌프(15)를 이용하여 최대한 진공도를 높이는 단계이다.

제 2단계(S200)는 충분한 진공도를 얻은 후 진공 배기를 위한 밸브(14)를 닫고 완전 전체 시스템이 닫힌 상태에서 염 증류 조작을 시작하는 단계이다.

제 3단계(S300)는 전기히터Ⅰ(3), 전기히터Ⅱ(4), 전기히터Ⅲ(5), 전기히터 Ⅳ(6), 및 냉각수(13)의 가열 및 냉각에 의해서 만들어진 온도구배를 통해서 고부식성 용융염을 증발시킨 뒤 응축시키는 단계이다. 이에 대해서 자세히 설명하면 다음과 같다.

염 증류 조작은 얻어진 진공도에서 염의 증발이 잘 일어나는 온도로 전기히터Ⅰ(3)를 가열하고 이보다 낮은 온도로 전기히터Ⅱ(4)를 가열하면서, 오른쪽으로 상부 전기히터Ⅲ(5)를 더 낮은 온도로 가열한다. 이 3종류의 히터로 가열되는 챔버 내벽에서는 염의 응축이 일어나지 않아야 하므로 모든 내벽이 염의 이슬점 이상으로 유지되도록 온도를 유지하되, 온도 구배가 온도계Ⅰ > 온도계Ⅱ > 온도계Ⅲ이 항상 유지되도록 상기 전기히터Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ(3, 4, 5)를 가열한다. 또 전기히터Ⅳ(6)의 경우 증발되는 염의 증류 속도를 고려하여 내부에서 염의 응축이 일어나 응축염 슬라이드(11)에 염이 응축되도록 전기히터Ⅳ(6)의 온도를 조절한다. 아울러 응축챔버 상부에서 하부로의 온도 강하가 급격히 이루어 질수 있도록 응축염 회수용기(12) 하부로 냉각수(13)를 순환하여 상부 공간의 온도를 급냉한다.

실시예: 이상과 같은 방법으로 닫힌 용기 염증류 조작을 간단히 수행할 수 있으며 LiCl-KCl 공융염에 다종의 REOCl 침전물이 혼합된 혼합물로부터 LiCl 및 KCl 염을 닫힌 챔버 염 증류 조작의 실시 예를 다음 표에 나타내었다.

닫힌 챔버 염증류 실시 예

온도계	온도계	온도계	온도계	염회수율(1회)
892-922 ^oC	744-776 ^oC	748-754 ^oC	80-91 ^oC	>99%

전체를 약 500^oC에서 10^-2 Torr 정도의 압력까지 감압한 후, 전체 시스템을 닫고 증발부(100)의 챔버 각 부분별 온도를 조절하여 증류조작을 수행하였을 경우의 예로서, 위 표 1에 나타낸 온도 범위로 각부의 온도가 유지되도록 각각의 히터를 설정하여 운전하였을 때 챔버 내부벽면에 염의 침적이 없었으며 증발된 염의 약 1% 미만이 응축염 슬라이드(11)에 잔류하고 99% 이상의 염의 회수가 가능하였다. 여러 번의 운전이 계속됨에 따라 슬라이더에 이전 운전 후에 잔류하는 염이 응축염 회수용기 (12) 를 통해 다시 회수 되는 것을 알 수 있어 뱃치 운전을 계속함에 따라 염 회수율이 거의 100%에 가까워진다.

이상과 같이 본 발명에 따른 닫힌 챔버 염 증류 장치 및 방법을 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상 범위내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1: 증류용기 2: 증류용기 거치대

3: 전기히터Ⅰ 4: 전기히터Ⅱ

5: 전기히터Ⅲ 6: 전기히터Ⅳ

7: 온도계Ⅰ 8: 온도계Ⅱ

9: 온도계Ⅲ 10: 온도계Ⅳ

11: 응축염 슬라이드 12: 응축염 회수용기

13: 냉각수 14: 밸브

15: 진공펌프

Claims

고부식성 용융염을 수용하는 증류용기(1)와,

상기 증류용기(1)의 하측과 측면에 구비되어 상기 증류용기(1)를 가열하는 전기히터Ⅰ(3)와,

상기 증류용기(1)의 상측에 구비되어 상기 증류용기(1)를 가열하는 전기히터Ⅱ(4)를 포함하여 이루어지는 증발부(100);

상기 증발부(100)와 일체형으로 구비되고 상기 증발부(100)에서 휘발된 염이 응축되는 응축챔버(20)와,

상기 응축챔버(20)의 상측 및 측면에 구비되어 상기 응축챔버(20)를 가열하는 전기히터Ⅲ(5)와,

상기 응축챔버(20)의 측면 하단에 구비되어 상기 응축챔버(20)의 하부를 가열하는 전기히터Ⅳ(6)와,

상기 응축챔버(20)의 하부에 구비되어 응축된 염을 수용하는 응축염 회수용기(12)를 포함하여 이루어지는 응축부(200)를 구비하는 것을 특징으로 하는 닫힌 챔버 염 증류 장치.
제 1항에 있어서,

상기 증발부(100)는 상기 전기히터Ⅱ(4)에 고정 구비되어 상기 증발용기(1) 을 거치할 수 있는 증류용기거치대(2)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 닫힌 챔버 염 증류 장치.
제 1항에 있어서,

상기 증발부(100)는 상기 증류용기(1)의 하부에 구비되어 상기 증류용기(1)의 온도를 잴 수 있는 온도계Ⅱ(8)와,

상기 증발부(100)의 상측에 구비되어 상기 증발부(100)의 상측의 온도를 잴 수 있는 온도계Ⅰ(7)을 더 포함하고,

상기 응축부(200)는 상기 응축부(200)의 온도를 잴 수 있는 온도계Ⅲ(9)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 닫힌 챔버 염 증류 장치.
제 1항에 있어서,

상기 응축부(200)는 상기 전기히터Ⅲ(5)를 관통하여 상기 응축챔버(20)와 연결되는 도관에 연결된 밸브(14)와,

상기 밸브(14)와 도관에 의해서 연결된 진공펌프(15)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 닫힌 챔버 염 증류 장치.
제 1항에 있어서,

상기 응축부(200)는 상기 응축염 회수용기(12)의 상측에 경사져서 구비되어 응축된 염을 상기 응축염 회수용기(12)에 모아주는 응축염 슬라이더(11)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 닫힌 챔버 염 증류 장치.
제 1항에 있어서,

상기 응축염 회수용기(12)는 하부에 구비된 관을 통해 흐르는 냉각수(13)에 의해 냉각되는 것을 특징으로 하는 닫힌 챔버 염 증류 장치.
증발부(100)과 응축부(100)의 내부를 전기히터Ⅰ(3), 전기히터Ⅱ(4), 전기히터Ⅲ(5), 및 전기히터Ⅳ(6)를 통해 염이 증발하기 전까지 가열하는 제1단계(S100);

진공펌프(15)의 운전에 의해 증발부(100)과 응축부(100)의 내부를 진공상태로 만든 후 밸브(14)를 닫아 밀폐하는 제2단계(S200);

전기히터Ⅰ(3), 전기히터Ⅱ(4), 전기히터Ⅲ(5), 전기히터Ⅳ(6), 및 냉각수(13)의 가열 및 냉각에 의해서 만들어진 온도구배를 통해서 고부식성 용융염을 증발시킨 뒤 응축시키는 제3단계(S300)을 포함하여 이루어지는 닫힌 챔버 염 증류 장치를 이용한 염 증류방법.
제 7항에 있어서,

상기 제3단계(S300)에서 상기 전기히터Ⅰ(3), 상기 전기히터Ⅱ(4), 상기 전기히터Ⅲ(5)는 염의 이슬점온도 이상으로 가열하며,

상기 전기히터Ⅳ(6)는 염이 이슬점 온도 이하로 되도록 냉각하는 것을 특징으로 하는 닫힌 챔버 염 증류 장치를 이용한 염 증류방법.