KR101644490B1 - 초임계 가수분해추출장치 및 가수분해방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 초임계 가수분해추출장치는 가수분해 대상물이 수용되는 압력용기, 상기 압력공기를 충진하기 위한 유체가 공급되는 공급라인 및 상기 유체가 수용된 압력용기에 가수분해 대상물에 압력을 인가하기 위한 유체가 추가 유입되는 가압라인을 포함한다.

Description

초임계 가수분해추출장치 및 가수분해방법{Super critical Hydrolysis extraction apparatus and Hydrolysis Method using the same}
본 발명은 가수분해대상물에 인가되는 온도 및 압력을 효과적으로 조절하여 가수분해효율을 증가시키기 위한 가수분해추출장치 및 가수분해방법에 관한 것이다.
일반적인 대상물의 가수분해공정에 있어서 대상물을 고온, 고압 상태에서 가수분해하는 경우 소요되는 시간이 현저하게 단축되는 것으로 알려져 있다.
특히 가수분해대상물의 상용화 등을 고려할 때, 대상물의 가수분해시간을 줄이는 것이 생산단가 등에 중용한 역할을 하고, 이에 따라 대상물에 다양한 방법으로 고온, 고압의 조건을 제공하여 대상물을 가수분해하기 위한 장치가 공급되고 있다.
이와 관련하여 대한민국 공개특허공보 특1992-0017580호에는 압력용기 내부에 대상물의 가압을 위한 유체를 공급하는 공급라인을 통하여 압력용기 내부에 압력을 인가하고, 압력용기를 냉매를 이용하여 냉각하는 구성이 개시되어 있다.
하지만, 압력용기의 열을 조절하기 위하여 압력용기 자체를 가열 또는 냉각하는 경우, 열이 압력용기 및 유체를 통하여 대상물에 열이 전달되기 때문에 대상물의 온도를 변화시키는데 상대적으로 많은 시간이 소요된다. 특히 생산성을 고려하여 압력용기 및 대상물을 대용량으로 가져가는 경우 압력용기 외부에서 열을 가하는 경우 에너지의 소모가 많고 가수분해에 더욱 많은 시간이 소요되게 된다.
나아가 외부에서의 열의 공급에 따라 외부환경에 따른 공급되는 열량의 차이가 발생하고, 이에 따라 설치되는 공간의 외부온도에 따라 세팅된 장비를 다시 세팅을 하여야 한다는 문제점도 있다.
또한 가수분해과정에 있어서, 대상물의 가수분해가 완료된 다음 효소의 파괴를 위하여 인가온도를 상승시키기 위한 공정에 있어서, 임계압력을 유지한 상태에서 온도를 상승시키지 않으면 대상물의 탈기된 용존가스 대상물에 확산을 하면서 가수분해된 대상물이 부패되는 문제점이 있다. 이를 방지하기 위한 임계압력을 유지한 상태에서 압력용기의 온도를 상승시키기 위한 공정을 진행함에 있어, 압력용기의 외부의 히터만을 사용하는 경우 소요시간 및 에너지 효율성이 떨어져 생산성이 현저히 떨어진다는 문제점 역시 있다.
또한 임계압력 이상의 압력을 가하였단 대상물의 가수분해가 완료된 상태에서 대상물을 확보하기 위하여 압력의 해제 및 냉각을 하는 공정에 있어서 역시, 양자를 동시에 진행하는 경우 상기와 같은 용존가스의 확산에 따른 급속한 부패가 일어나게 된다. 따라서 임계압력을 유지한 상태에 용존가스의 확산에 의한 부패를 최소화하기 위하여 임계압력을 유지한 상태에서 1차적으로 용매(물)의 밀도가 가장 낮은 온도까지 냉각을 시키는 공정이 필요하다.
특히 임계압력을 유지한 상태에서 고온을 유지한 대상물을 냉각을 시키는 과정에서 압력용기 외부의 냉열원에만 의존을 하는 경우 냉각에 지나치게 많은 시간이 소요된다는 문제점 역시 있다.
본 발명은 가수분해대상물에 임계압력을 인가하고, 임계압력 이상이 유지된 상태에서 순환을 통하여 온도를 조절할 수 있는 가수분해추출장치 및 가수분해방법에 관한 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 초임계 가수분해추출장치는 대상물이 수용되는 공간이 형성되며 바디 및 상기 공간을 밀폐하기 위하여 바디에 결합되는 뚜껑을 포함하는 압력용기, 상기 뚜껑을 전, 후 방향으로 이동시키면서 바디를 개폐하는 밀착유닛 및 상기 압력용기를 충진하기 위한 유체가 공급되는 공급라인 및 압력용기의 유체가 배출되는 배출라인을 포함하는 배관부를 포함한다.
그리고 상기 바디는 전, 후 방향으로 이송 가능하게 구비되고, 상기 뚜껑은 상기 바디가 후방에 위치할 때, 상기 바디를 밀폐하고, 상기 바디가 전방으로 이송시 대상물을 상기 바디로 공급하기 위한 투입부 및 상기 바디 내부의 대상물을 바디 외부로 배출하는 배출부를 더 포함하는 이송유닛을 더 포함한다.
또한, 상기 밀착유닛은 베이스의 상단에 고정되는 푸셔다이, 상기 푸셔다이를 관통하여 뚜껑과 결합되어 좌, 우 방향으로 이동하면서 상기 뚜껑을 상기 바디에 착탈시키는 가이드바 및 상기 뚜껑이 상기 바디에 결합하면 상기 뚜껑과 상기 푸셔다시 사이에 삽입되어 상기 뚜껑이 바디 내부에 고압에 의하여 후방으로 밀리는 것을 방지하는 삽입부를 더 포함한다.
본 발명의 초임계 가수분해추출장치는 가수분해 대상물이 수용되는 압력용기, 상기 압력용기를 충진하기 위한 유체가 공급되는 공급라인 및 상기 유체가 수용된 압력용기에 가수분해 대상물에 압력을 인가하기 위한 유체가 추가 유입되는 가압라인을 포함한다.
여기서 상기 공급라인을 통하여 공급되는 유체가 저장되는 저장탱크 및 상기 저장탱크에 수용되는 유체의 온도를 조절하는 온도조절부를 더 포함할 수 있다. 또한 상기 저장탱크와 상기 압력용기를 연결하는 제1순환라인을 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 가압라인을 통하여 공급되는 유체가 저장되는 저장탱크 및 상기 저장탱크에 수용되는 유체의 온도를 조절하는 온도조절부를 더 포함할 수 있고, 상기 저장탱크와 상기 압력용기를 연결하는 제2순환라인을 더 포함할 수 있다.
상기 가압라인에는 가압라인에서 공급되는 유체의 압력을 기설정된 압력으로 조절하기 위한 챔버가 구비될 수 있고, 상기 공급라인 및 상기 가압라인을 통하여 공급되는 유체가 저장되는 저장탱크 및 상기 저장탱크에 수용되는 유체의 온도를 조절하는 온도조절부를 더 포함할 수 있다.
여기서 상기 저장탱크와 상기 압력용기를 연결하고, 상기 공급라인을 통하여 유체가 공급되는 경우 상기 압력용기의 유체를 상기 저장탱크로 순환시키는 제3순환라인 및 상기 가압라인을 통하여 유체가 공급되는 경우 상기 압력용기의 유체를 상기 저장탱크로 순환시키는 제4순환라인을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 고압 가수분해추출장치를 이용한 가수분해방법은 가수분해대상물이 수용된 압력용기에 제2온도의 유체를 충진시키는 유체충진단계, 상기 유체가 충진된 압력용기에 유체를 가압 주입하여 압력용기 내부의 압력을 제2압력까지 높이는 가압단계 및 상기 압력용기의 압력을 제1압력으로 유지한 상태에서 제1시간 경과 후 상기 제2압력을 유지한 상태에서 상기 가수분해대상물 내부의 효소를 파괴하기 위한 제3온도로 온도를 상승시키는 온도상승단계를 포함한다.
그리고 상기 압력용기의 압력을 제2압력 및 제3온도로 유지한 상태에서 제2시간 경과 후 상기 압력용기의 압력을 상기 제2압력을 유지한 상태에서 상기 유체의 온도를 상기 상기 제2온도보다 낮은 제1온도로 낮추는 온도하강단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 압력용기의 압력을 제2압력보다 낮은 제1압력으로 하강시키는 감압단계를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 대상물을 냉각하는 냉각단계를 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 유체충진단계는 압력용기에 유체를 주입하는 유체주입과정 및 가수분해대상물의 온도를 상승시키기 위해서 상기 제1온도 이상의 유체를 순환시키는 고온유체순환과정을 포함있다.
나아가 상기 가압단계는 상기 유체가 충진된 압력용기에 유체를 가압 주입하여 압력용기 내부의 압력을 제2압력까지 높이는 가압과정 및 상기 압력용기의 압력을 제2압력으로 유지한 상태에서 유체를 순환시키는 가압순환과정을 더 포함할 수 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 고압 가수분해추출장치 및 가수분해방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 가압라인 및 고압라인을 분리하여 압력용기에 유체를 공급함에 따라 압력용기에 유체를 빠른 시간에 충진을 할 수 있다. 나아가 압력용기 내부의 압력을 임계압력으로 빨리 올릴 수 있다는 장점이 있다.
둘째, 공급라인 및 제1순환라인을 통한 특정온도의 유체를 순환시킴에 따라 가수분해대상물 심부의 온도를 빠른 시간에 가수분해적정온도까지 상승시킬 수 있다는 장점이 있다.
셋째, 대상물의 가수분해과정에서 압력용기 내부의 온도 및 압력을 효과적으로 밸런싱할 수 있다. 나아가 다양한 외부환경에도 범용적으로 사용될 수 있다.
넷째, 압력용기에 인가되는 압력을 임계압력이상으로 유지한 상태에서 압력용기내부의 온도를 상승 또는 하강시킬 수 있다. 따라서 대상물의 용존가스가 탈기된 상태에서 효소의 파괴 및 대상물의 냉각을 진행할 수 있고, 결국 용존가스의 확산에 의한 대상물의 부패를 방지할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도1은 본 발명의 일실시예의 초임계 가수분해주출장치의 평면도;
도2은 본 발명의 일실시예의 초임계 가수분해주출장치의 정면도;
도3은 본 발명의 일실시예의 초임계 가수분해주출장치의 측면도.
도4는 본 발명의 일실시예에 따른 초임계 가수분해추출장치의 압력용기의 배관 연결상태를 개략적인 나타내는 구성도;
도5는 본 발명의 변형예에 따른 초임계 가수분해추출장치의 압력용기의 배관 연결상태를 개략적인 구성도;
도6는 본 발명의 일실시예에 따른 초임계 가수분해추출장치를 이용한 가수분해방법의 순서를 나타내는 도면;
도7은 본 발명의 일실시예에 따른 초임계 가수분해추출장치를 이용한 가수분해과정을 개략적으로 나타내는 도면;
도8는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초임계 가수분해장치를 이용한 가수분해과정을 개략적으로 나타내는 도면;
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 초임계 가수분해추출장치는 압력용기에 대상물을 넣고 온도가 조절되는 유체의 공급에 따라 대상물에 인가되는 온도 및 압력을 조절하여 대상물을 가수분해 또는 추출하기 위한 장치이다.
즉, 대상물을 넣고 아래의 설명과 같은 공정을 통하여 대상물을 고압 분해 추출하는 작업을 할 수도 있고, 이하 본 실시예에서는 대상물을 가수분해하는 공정을 중심으로 설명한다.
도1은 본 발명의 다른 실시예의 초임계 가수분해주출장치의 평면도이고, 도2은 본 발명의 다른 실시예의 초임계 가수분해주출장치의 정면도이고, 도3은 본 발명의 다른 실시예의 초임계 가수분해주출장치의 측면도이다.
도1 내지 도3을 참조하면, 본 실시예의 초임계 가수분해주출장치는 상기 실시예의 압력용기(200)에 대상물이 수용되는 베셀(240)을 효과적으로 인입 및 인출을 하면서, 압력용기(200)을 안정적으로 밀폐하기 위한 구성으로 구비된다. 그리고 압력용기(200), 밀착유닛, 이송유닛을 포함한다.
압력용기(200)는 바디(211) 및 뚜껑(212)을 포함한다.
바디(211)는 대상물이 수용된 베셀(240)이 수용되는 공간이 형성되고, 베셀(240)이 인입 및 인출될 수 있도록 개구부가 형성된다. 구체적으로 본 실시예에서의 바디(211)는 원통형으로 형성되고, 전면 및 후면에 개구부(211a)가 형성된다.
그리고 바디(211)는 전, 후 방향으로 이동 가능하게 구비되고, 전방으로 이송시 베셀(240)이 인입 또는 인출되고, 후방으로 이동시 뚜껑(212)이 닫히면서 바디(211)를 밀폐시킨다.
한편, 바디(211)는 다양한 방식에 의하여 전, 후 이동 가능하게 구비될 수 있고, 본 실시예에서는 바디(211)는 이동플레이트(214)의 상부에 한 쌍의 클램프(216)에 의하여 고정되고, 이동플레이트(214)가 안내가이드(215)를 따라 이동하게 된다.
뚜껑은(212)은 바디(211)의 개구부를 막으면서 바디(211)의 내부를 밀폐시키기 위한 구성이고, 구체적으로 본 실시예에서는 한 쌍의 뚜껑(212)이 바디(211)의 전면 및 후면이 개구부(211a)에 끼워지게 된다.
한편 도시되지는 않았지만, 바디(211) 또는 뚜껑(212)에는 상기 실시예에서 설명한 공급라인(20), 가압라인(30), 제1순환라인(60), 제2순환라인(70) 및 충진라인(90)이 연결되어 바디(211)의 내부 공간에 유체를 주입 또는 배출할 수 있다.
하지만, 압력용기(200)의 내부에 고압이 인가되는 것을 고려하면, 바디(211)보다 상대적으로 압력에 강한 뚜껑(212)에 다수의 라인이 연결되는 것이 바람직할 것이다. 그리고 구체적으로 배관이 연결된 구성 및 이에 따라 온도가 조절된 유체의 주입에 따른 가압과정은 후술한다.
또한, 압력용기(200)에는 밴드히터가 구비되어 압력용기의 온도를 조절할 수 있고, 이에 따른 주입유체의 온도조절에 대한 부분도 구체적으로 후술한다.
밀착유닛은 뚜껑(212)을 전, 후 방향으로 이동시키면서 바디(211)를 개폐하기 위한 구성으로, 구체적으로 본 실시예에서는 한 쌍의 구비된다. 한 쌍의 밀착유닛은 설치위치의 차이 외에 구성 및 동작이 동일하므로 이하, 어느 하나를 중심으로 설명한다.
즉, 밀착유닛은 베이스의 상단에 고정되는 푸셔다이 (221), 일단이 뚜껑(212)에 연결되고, 푸셔다이(221)를 관통하여 좌, 우 방향으로 이동 가능하게 구비되는 가이드바(222)를 포함한다. 따라서 가이드바(222)의 이동에 따라 뚜껑(212)이 바디(211)를 개폐하게 된다.
한편, 본 발명의 말착유닛은 뚜껑(212)이 바디(211)를 밀폐한 경우, 뚜껑(212)과 푸셔다이(221)사이에 삽입되어 압력용기(200)에 고압 인가시 뚜껑(212)이 후방으로 밀리는 것을 방지하는 키 역할을 하는 삽입부(223)을 더 포함한다.
삽입부(223)는 뚜껑이 삽입된 경우 뚜껑의 후면과 푸셔다이(221)의 전면 사이에 끼워질 수 있는 두께로 형성된다. 그리고 다양한 구동방식에 의하여 전방 및 후방으로 이동 가능하게 형성된다.
이송유닛은 베셀(240)을 바디(211)로 투입하기 위한 투입부(231) 및 가수분해완료 후의 베셀(240)을 바디(211) 외부로 배출하는 배출부(232)를 포함한다.
투입부(231)는 바디(211)가 전방으로 이동하여 배치되는 지점의 우측에 설치되고, 베셀(231)을 바디(211)의 내부공간으로 밀어넣기 위한 푸셔(231)을 더 포함한다.
그리고 배출부(232)는 바디(211)가 전방으로 이동한 지점의 좌측에 설치되고, 다수의 롤러(232a)가 설치되어 바디(211)의 외부로 배출되는 베셀(240)은 롤러(232a)를 따라 외부로 배출되게 된다.
이하 상기 설명한 본 발명의 실시예의 구성에 따른 가수분해촉진장치의 작동을 설명하면 아래와 같다.
대상물이 투입된 베셀(240)이 투입부(231)로 투입되고, 푸셔(231a)는 베셀(240)을 바디(211)의 내부의 공간으로 밀어 넣게 된다. 그리고 바디(211)는 후방으로 이동한다.
바디(211)가 후방으로 이동하면 가이드바(222)가 이동하면서 뚜껑(212)을 바디(211) 방향으로 이동시키게 이에 따라 바디(211)는 밀폐되게 된다. 그리고 삽입부(223)가 뚜껑(212)과 푸셔다이(221) 사이에 끼워지면서 뚜껑을 고정하게 된다.
그리고 본 발명의 가수분해촉진장치는 하부가 베이스에 고정되고, 한 쌍의 푸셔다이(221)를 고정하기 위한 프레임(250)을 더 포함한다.
프레임(250)은 압력용기(200) 내부 고압 인가시 내부 압력에 의한 힘이 전달되는 한 쌍의 푸셔다이(221)를 안정적으로 지지하는 기능을 하고, 구체적으로 본 실시예에서는 하부가 개방된 '∩'으로 형성되어 양 하단이 한 쌍의 푸셔다이(221)에 결합된다.
그리고 압력용기(200)의 내부에 온도가 조절된 유체가 주입 및 배출됨에 따라 대상물에는 필요한 온도 및 압력이 인가되고, 이 과정을 통하여 대상물의 가수분해가 진행되고, 이는 구체적으로 후술한다.
대상물의 가수분해가 완료되면, 삽입부(223)가 후방으로 이동하고, 뚜껑(212)이 열리게 된다.
그리고 바디(211)는 베셀(240)이 수용된 상태에서 전방으로 이동하고, 투입부(231)의 푸셔(231a)가 새로운 베셀(240)을 밀어 넣음에 따라, 가수분해가 완료된 베셀(240)은 가수분해전의 베셀(240)에 의해서 밀리면서 바디(211)의 외부로 배출되고, 배출부(232)의 롤러(232a)에 의하여 배출부(232)를 따라 후공정을 위한 장비로 이송되게 된다.
즉 본 발명의 초임계 가수분해추출장치에 따르면 분해대상물이 수용된 베셀(240)의 투입, 밀폐, 가수분해 및 배출의 일련의 과정이 상기의 구성에 따라 자동으로 진행이 되고, 이에 따라 가수분해된 대상물를 제품화하기 위한 공정의 생산성을 증가시킬 수 있다.
이하, 압력용기(200)의 대상물을 효과적으로 가수분해하기 위하여 온도가 조절된 유체에 주입, 순환 및 배출을 위한 배관의 구성 및 이에 따른 대상물에 온도 및 압력이 인가되는 과정을 설명한다.
도4는 본 발명의 일실시예에 따른 고압 가수분해추출장치의 개략적인 구성도이다.
도4을 참조하면, 본 발명의 가수분해추출장치는 압력용기(200), 공급라인(20) 및 가압라인(30)을 포함한다. 그리고 가수분해대상물(이하 ?六錯?이라 한다.), 물 및 효소가 들어간 신축용기를 압력용기 내부에 수용시킨 상태에서 온도가 조절되는 유체의 고압으로 주입하여 압력용기 내부의 압력 및 온도를 제어함에 따라 대상물을 가수분해한다.
압력용기(200)는 대상물이 수용되는 공간(S)을 제공한다. 그리고 상기 공간(S)에 대상물이 수용된 상태에서 유체가 충진되며, 충진된 유체의 유량에 따라 대상물에 압력을 인가된다.
압력용기(200)는 상기 설명한 것과 같이 개폐 가능하게 구비되어, 사용자는 대상물을 압력용기(200) 내부에 넣고, 가수분해공정을 거친 다음 압력용기(200) 외부로 꺼내게 된다. 또한 압력용기에는 압력용기 내부의 유체의 압력 및 온도를 측정 및 모니터링할 수 있는 다양한 계측기가 구비될 수 있다.
또한 압력용기(200)에는 압력용기를 가열하는 다양한 형태의 가열부가 구비되어, 압력용기(200) 내부 유체의 온도를 상승 또는 유지시킬 수 있다. 구체적으로 본 실시예에서는 압력용기(200) 둘레의 일부에 압력용기(200)를 가열하고, 이를 통하여 압력용기(200) 내부에 열을 전달하기 위한 히터(200a)가 구비된다.
즉 본 발명에서는 후술하는 온도조절부(50)를 통하여 유동하는 유체의 온도를 조절함과 동시에 히터(200a)를 이용하여 압력용기(200) 내의 유체에 인가되는 온도를 조절한다. 따라서 보다 빠른 시간에 가수분해대상물에 전달되는 온도를 제어할 수 있게 된다.
따라서 후술하는 온도조절부(50)를 통하여 온도가 조절되어 공급되는 유체의 온도가 시간이 지남에 따라 조금씩 떨어지는 것을 보상하여 압력용기(200) 내부의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있게 된다.
한편, 히터(200a)를 통한 유체의 온도 조절시 온도의 상승에 따라 압력용기 내부의 압력이 상승할 수 있고, 이 경우 후술하는 압력용기에 연결되는 다양한 배관 또는 별도의 배관을 통하여 압력용기 내부의 유체를 외부로 배출하여 원하는 압력을 유지하는 압력 밸런싱을 할 수 있을 것이다.
압력 밸런싱을 위한 유체의 배출은 압력용기(200)의 용량 등에 따라 후술하는 제1순환라인(60), 제2순환라인(70) 및 압력조절라인(60a)를 통하여 이루어지고, 이는 구체적으로 후술한다.
한편, 대상물은 신축성이 있는 재질의 밀폐용기(P, 도 6 참조)에 물 및 효소와 같이 수용된 상태에서 압력용기(200) 내부에 수용된다. 그리고 특정온도의 유체로 인한 압력 및 온도 조건에서 효소의 작용으로 분해가 되게 된다.
구체적으로 예를 들면, 비닐의 내부에 고기를 갈아서 물 및 이의 분해를 위한 적정 효소를 넣고 비닐을 밀폐를 한다. 그리고 특정 온도의 유체로 인하여 인가되는 압력에 따라 고기가 가수분해되어 액체로 변하게 된다. 구체적인 가수분해과정은 후술한다.
공급라인(20)은 압력용기(200)를 충진하기 위한 유체를 공급한다. 구체적으로 공급라인(20)은 압력용기(200)와 후술하는 저장탱크(40)를 연결하고, 저장탱크(40)에 수용된 특정온도의 유체를 압력용기(200)에 유입하여 압력용기(200) 내부의 공간(S)을 충진한다.
가압라인(30)은 유체가 수용된 압력용기(200)에 가수분해 대상물에 압력을 인가하기 위한 유체를 추가적으로 유입한다. 가압라인(30) 역시 압력용기(200)와 후술하는 저장탱크(40)를 연결하고, 저장탱크(40)에 수용된 특정온도의 유체를 압력용기(200) 내부로 유입한다.
즉, 공급라인(20)을 통하여 공급된 유체에 의하여 압력용기(200)의 내부공간(S)은 유체로 채워진 상태가 된다. 그리고 가압라인(30)을 통하여 유체가 충진된 공간에 유체가 추가 유입됨에 따라 압력용기(200) 내부의 압력은 점진적으로 증가하게 된다.
한편, 공급라인(20)과 가압라인(30)는 목적이 압력용기(200)의 공간(S)을 충진하느냐, 충진된 공간에 고압으로 유체를 주입하여 상기 공간(S) 내부의 유체의 압력을 높이냐의 목적의 차이에 따라 구비되는 펌프(P)의 형태 및 용량는 다르게 구비될 수 있다.
나아가 공급라인(20) 및 가압라인(30)의 배관의 종류 역시, 상기의 목적의 차이에 따라 각 목적을 달성하기 위한 설계조건에 따라 다르게 구비될 수 있고, 이의 개폐를 위한 밸브 역시 다양한 종류로 구비될 수 있다.
본 발명의 고압 가수분해추출장치는 저장탱크(40) 및 온도조절부(50)를 더 포함한다.
저장탱크(40)는 압력용기(200)로 공급되는 유체가 저장되며, 공급라인(20) 및 가압라인(30)에는 각 라인을 통하여 공급되는 유체가 저장되는 저장탱크가 각각 별도로 구비될 수 있고, 본 실시예에서는 하나의 저장탱크(40)를 통하여 공급된다.
온도조절부(50)는 저장탱크(40)에 수용되는 유체의 온도를 조절한다. 즉 본 실시예와 같이 저장탱크(40)와 별도의 구성으로 구비되어 저장탱크(40)로 공급되는 유체의 온도를 조절할 수도 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
즉 본 발명에서는 온도조절부(50)가 구비된 저장탱크(40)를 통하여 사용자가 원하는 온도로 가열된 유체를 공급라인(20) 및 가압라인(30)으로 공급할 수 있다. 따라서 압력용기(200)의 히터(200a)를 통하여 압력용기(200) 내부에 상온의 유체를 가열하는 방식보다 보다 빠른 시간에 압력용기(200) 내부의 유체의 온도를 조절할 수 있다는 장점이 있다.
특히, 후술하는 것과 같이 압력용기 내부의 압력을 1000bar로 유지한 상태에서 압력용기(200) 내부의 유체의 온도를 상승시키는 경우(50℃에서 75℃) 또는 하강시키는 경우(75℃에서 4℃) 경우 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 고압 가수분해추출장치는 저장탱크(40)와 압력용기(200)를 연결하는 제1순환라인(60) 및 제2순환라인(70)을 더 포함한다.
제1순환라인(60)은 공급라인(20)을 통하여 유체가 공급되는 경우 압력용기(200)에 수용된 유체를 저장탱크(40)로 순환시킨다.
그리고 제2순환라인(70)은 가압라인(30)을 통하여 유체가 공급되는 경우 목적 압력을 유지한 상태에서 압력용기(200)에 수용된 유체를 저장탱크(40)로 순환시킨다. 따라서 가압라인(30)을 통하여 순환이 되는 경우 압력용기(200) 내부에는 목적압력 및 온도가 유지되게 된다.
한편, 상기 설명한 것과 같이 공급라인(20) 및 가압라인(30)을 통하는 유체를 공급하는 저장탱크가 개별로 구비되는 경우, 제1순환라인(60) 및 제2순환라인(70)은 각각의 저장탱크로 연결될 수 있고, 본 실시예에서는 하나의 저장탱크(40)가 구비되는 바, 제1순환라인(60) 및 제2순환라인(70)의 일단은 압력용기(200)에 연결되고, 타단은 하나의 저장탱크(40)에 연결된다.
한편, 공급라인(20), 가압라인(30), 제1순환라인(60) 및 제2순환라인(70)에는 설계조건에 따른 유체의 유량이 통과할 수 있는 직경으로 형성될 수 있다. 또한 도시되지는 않았지만 각 라인을 유동하는 유체의 유동을 효과적으로 제어하기 위한 체크밸브, 솔레노이드밸드 등이 설계조건에 따라 다양하게 구비될 수 있고, 이는 당업자가 설계조건에 따라 용이하게 설치할 수 있는 구성인 바 설명을 생략한다.
한편, 압력용기(200)는 다양한 크기로 형성될 수 있다. 대상물의 용량이 작은 소형 압력용기(200)의 경우 대상물이 압력용기(200)의 내부로 유입된 상태에서 충진하여야 하는 나머지 공간의 크기가 상대적으로 작다. 예를 들어 전체 압력용기(200)의 용량이 50L이고, 대상물의 용량이 40L인 경우, 충진을 위하여 공급되어야 하는 유체의 용량은 10L이다. 따라서 처음 압력용기(200)에 10L의 유체를 공급하는 경우 공급라인(20)을 통하여 공급을 하더라도 짧은 시간에 공급을 할 수 있다.
하지만, 상대적으로 대형 압력용기(200)의 경우, 예를 들어 압력용기의 용량이 300L이고, 대상물의 용량이 200L인 경우, 충진을 위하여 공급되어야 하는 유체의 용량은 100L이다.
그리고 상기 설명한 바와 같이 공급라인(20)에는 제1순환라인(60) 및 저장탱크(50)를 경유하면서 유체가 순환을 함에 따라 직경의 크기가 제한될 수 밖에 없다. 따라서 공급라인(20)을 통하여 100L의 유체를 공급하는 것보다 별도의 라인을 통하여 유체가 공급되는 것이 전체 공정시간면에서 유리하다.
따라서 본 발명의 가수분해촉진장치는 충진라인(90)을 더 포함할 수 있다. 충진라인(90)은 압력용기(200)에 초기 유체를 충진하기 위한 라인이고, 상기 설명한 바와 같이 특히 압력용기(200)의 용량이 대용량으로 구비되는 경우 효과적인 충진을 위하여 상기 공급라인(10)보다 큰 직경으로 형성된다.
충진라인(90)으로 공급되는 유체는 도1에 도시된 것과 같이 저장탱크(40)에 연결되어 저장탱크(40)에서 온도가 조절된 예를 들어(50℃)로 온도가 조절된 물이 공급될 수 있다.
한편, 도2에서와 같이 별도의 저장탱크(40')가 구비되고, 이에 구비된 유체가 충진라인(90')을 통하여 공급될 수도 있다. 따라서 저장탱크(40')에는 충진되기 위한 유체(예를 들어 100L)의 유체가 사용자가 원하는 온도로 세팅된 상태에서 바로 압력용기(200)로 충진이 되게 된다.
한편, 공급라인(20) 및 가압라인(30)을 통하여 공급되는 유체의 양은 충진라인(90')을 통하여 공급되는 유체의 양에 비하여 상대적으로 작은 용량이다. 따라서 용량에 따라 최적화된 저장탱크(40, 40')를 구비하여 각 저장탱크(40, 40')에서 공급되는 유체의 온도를 보다 효과적으로 조절할 수 있게 된다.
또한 가압라인(30)에는 가압라인(30)을 유동하는 유체의 온도를 조절하기 위한 온도조절부(80)가 구비될 수 있다. 따라서 가압라인(30)을 통하여 공급되는 유체의 온도를 효율적으로 조절을 할 수 있게 된다.
구체적으로 예를 들어, 50℃ 온도의 유체를 1000bar로 가압을 하는 경우 상온의 유체를 가압을 하는 경우보다 펌프의 용량은 30%이상의 커져야 된다.
따라서 고온의 유체를 가압하는 것이 아니라, 1000bar로 가압을 한 상태에서 가압라인(30)을 유동하는 유체에 열을 인가하여 온도를 상승시킨다. 결국 가압라인(30)에 상대적으로 적은 용량의 펌프(P)를 구비하면서도 요구되는 고온고압의 유체를 공급할 수 있다는 장점이 있다.
결국 상온의 유체가 저장탱크(40) 또는 별도의 공급처에서 공급되어, 펌프에서 가압된 후 온도조절부(80)에서 가열되어 압력용기(200)로 공급되게 된다.
그러나 압력용기(200)에서 요구되는 압력의 조건에 따라 저장탱크(40)의 온도조절부(50)에 의해 목적온도보다 낮은 온도의 유체가 공급되고, 펌프에서 가압된 후, 가압라인(30)의 온도조절부(80)에서 추가 가열되어 압력용기(200)로 공급될 수도 있을 것이다.
결론적으로 본 발명의 고압 가수분해추출장치를 이용하면 저장탱크를 이용하여 공급라인(20) 및 가압라인(30)을 이용하여 유체를 공급하는 과정에서 온도가 조절된 유체를 순간적으로 공급할 수 있다. 따라서 압력 및 온도를 즉각적으로 조절함에 따라 대상물의 효과적인 가수분해가 가능하다.
또한 제1순환라인(60), 제2순환라인(70) 및 저장탱크(40)을 통하여 온도가 조절된 유체의 순환이 가능하여 대상물에 인가되는 온도가 압력용기를 통한 열방출 등의 외부환경에 따라서 떨어지지 않고 유지될 수 있도록 할 수 있다.
특히 후술하는 온도상승단계(S30) 및 온도하강단계(S40)가 진행됨에 있어서, 가압라인(30) 및 제2순환라인(70)을 통하여 압력용기의 압력이 임계압력 이상이 유지된 상태에서 순환을 통하여 온도를 조절할 수 있다는 장점이 있다.
나아가 압력용기(200)의 용량에 따라서 충진라인(90, 90') 및 별도의 저장탱크(40')를 구비하여 전체적인 시스템에서 공급되는 열량을 효과적으로 활용할 수 있다는 장점 역시 있다.
그리고 본 발명에서의 가수분해추출장치는 압력용기(200)에 연결되어 유체가 배출되면서 압력용기(200) 내부의 압력을 조절하기 위한 압력조절라인(60a)을 더 포함한다.
한편, 본 발명의 가수분해추출장치는 압력용기(200)의 유체를 배출하기 위한 라인으로 제1순환라인(60) 및 제2순환라인(70)을 포함하고, 이를 통한 유체의 배출을 통하여 압력용기(200) 내부의 압력을 조절할 수도 있다. 그러나 본 발명에서는 압력용기(200)의 용량 등에 따라 미세압력을 조절하기 위하여 제1순환라인(60) 및 제2순환라인(70)보다 상대적으로 작은 직경의 압력조절라인(60a)을 통하여 미세한 압력용기(200) 내부의 압력을 조절한다.
구체적으로 대상물이 가수분해가 되는 과정에서 1000bar 및 50℃로 압력용기의 상태가 특정시간(예를 들어 24시간)유지가 되어야 한다. 온도를 유지하는 과정(히터를 이용한 온도의 조절, 유체의 온도를 이용한 온도의 조절)에서 압력용기 내부의 압력은 미세하게 변화하고, 이에 대한 보상이 필요하다. 나아가 압력의 인가에 따른 밀폐용기의 부피의 변화에 따라서도 압력용기(200) 내부의 압력은 미세하게 변화하고, 이 또한 보상이 되어야 한다.
즉 본 발명의 전체 공정 중 특정 압력을 유지하여야 하는 과정에서 압력은 미세하게 헌팅하게 되고, 가수분해효율을 증대를 위해서는 압력의 헌팅을 최소화하는 것이 중요하고, 이를 위하여 본 발명에서는 압력조절라인(60a)를 통한 유체의 배출을 정밀하게 조절하여 압력의 헌팅을 최소화한다.
한편, 압력헌팅을 제어하기 위해서는 상기 설명한 제1순환라인(60) 또는 제2순환라인(70)을 통한 유체의 배출도 가능하지만, 압력용기(200)의 용량이 크게 형성되는 경우 제1순환라인(60) 및 제2순환라인(70)보다 작은 직경의 압력조절라인(60a)을 통하여 압력용기(200)의 압력을 보다 정밀하게 제어한다.
압력조절라인(60a)의 타단은 도시된 것과 같이 제1순환라인(60)에 연결되어 압력조절라인(60a)을 통하여 배출되는 유체는 제1순환라인(60)을 따라 저장탱크(40)로 유입될 수도 있고, 제2순환라인(70)으로 연결되거나, 외부로 배출될 수도 있을 것이다. 그리고 압력조절라인(60a)에는 개폐를 위한 밸브(솔밸브)가 구비될 수 있다.
이하, 본 발명의 고압 가수분해추출장치를 이용하여 대상물을 가수분해하는 과정을 좀 더 구체적으로 설명한다.
본 발명의 가수분해방법은 대상물의 가수분해과정에 있어서 순환하는 유체의 온도를 조절함에 따라 히터(200a)만에 의한 가수분해과정에 비하여 빠른 시간에 효과적으로 대상물을 가수분해할 수 있다.
즉, 1) 대상물의 온도를 가수분해적정온도로 상승하는 과정 2) 대상물을 임계압력이상의 가수분해적정온도로 유지하는 과정에서의 온도 및 압력 밸런싱 3) 임계압력이상의 압력을 유지한 상태에서의 온도의 상승 4) 임계압력이상의 압력을 유지한 상태에서의 온도의 하강의 4개의 공정에 있어서 온도가 조절된 유체를 순환시킴에 따라 효과적인 온도의 조절이 가능하다.
구체적으로 본 발명의 고압 가수분해추출장치를 이용한 가수분해방법은 유체충진단계(S10), 가압단계(S20), 온도상승단계(S30) 및 온도하강단계(S40) 및 감압단계(S50)을 포함한다.
한편, 본 발명의 가수분해 대상물로는 다양한 분해물질(단백질류, 탄수화물류 등) 등 제한이 없으나, 본 발명에서는 동물성 단백질(예를 들어육류)를 대상으로 설명한다. 즉 대상물(예를 들어 소고기)을 갈아서 물 및 효소와 함께 신축성이 있는 용기에 수용된다(①).
그리고 다수개의 홀이 형성된 베셀(11)에 수용되어(②), 압력용기의 바디(211) 내부로 들어가게 된다(③). 베셀(11)에 수용된 바디(211)는 본 발명의 가수분해추출장치로 이동하고, 압력용기(200)의 뚜껑(212)이 바디(211)와 결합하면서 압력용기(200)는 베셀(11)이 수용된 상태에서 밀페된다.
유체충진단계(S10)은 대상물이 수용된 압력용기(1)에 제2온도의 유체를 충진한다.
그리고 본 실시예에서 주입되는 유체는 물이나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 효소 역시 대상물에 따라 가변될 수 있다.
그리고 제2온도의 기준이 되는 가수분해적정온도는 1) 효소의 활성도가 가장 높아 효소에 의한 분해 촉진이 가장 활발한 온도 2) 대상물(예를 들어 소고기)에 포함된 탄수화물, 단백질, 지방, 비타민 등의 지표물질의 변위가 생기지 않은 온도 3) 효소의 캐리어 역할을 하는 물분자의 분자운동량을 크게 할 수 있는 온도 등의 조건에 따라 다양한 온도로 결정될 수 있고, 본 실시예에서는 50℃를 기준으로 설명한다.
또한 후술하는 제3온도의 기준이 되는 효소가 파괴되는 시점의 경우 역시 75℃를 기준으로 설명한다.
대상물이 압력용기 내부 수용된 후, 압력용기를 밀폐하고, 공급라인(20)을 통하여 물을 주입한다.
이 때 주입되는 물은 온도조절부(50)에 의하여 기 설정된 제2온도까지 상승된 상태로 1차적으로 저장탱크(40)에 공급되고, 공급라인(20)을 통하여 압력용기로 유입된다.
한편 제2온도는 대상물의 가분분해적정온도로(예를 들어 50도)로 결정될 수 있고, 열손실 또는 대상물이 가수분해적정온도에 빠르게 도달하기 위하여 가수분해적정온도보다 높은 온도로 제공될 수 있다.
일반적으로 상온의 물을 압력용기(1)에 주입한 후, 가수분해 적정온도까지 히터(200a)에 의하여 가열하는 경우 히터(200a)에서 발생한 열이 압력용기(200)를 통하여 충진된 물을 가열하고, 물의 온도의 상승에 따라 대상물이 가열된다.
이에 반하여 본 발명에서는 제2온도로 상승한 유체의 공급함에 따라 히터(200a)로만 가열하는 경우보다 효과적으로 대상물에 열을 공급할 수 있게 된다.
대상물의 효과적인 열전달을 위하여 본 발명의 유체충진단계(S10)은 유체주입과정(S11), 고온유체순환과정(S12)을 포함한다.
유체주입과정(S11)은 압력용기(200)에 유체를 주입한다. 이 경우 유체는 상온으로 공급될 수도 있고, 온도가 조절된 상태에서 공급될 수도 있다. 나아가 바람직하게는 상기 설명한 가수분해적정온도(50℃) 이상으로 온도가 조절되어 공급되는 것이 바람직할 것이다.
이 경우 상기 설명한 것과 같이 용량이 작은 압력용기(200)의 경우에는 저장탱크(40)에서 온도가 조절된 유체가 공급라인(20)을 통하여 공급될 수 있다. 또한 저장탱크(40)에서 온도가 조절된 유체가 충진라인(90)을 통하여 공급될 수 있다.
또한, 용량이 큰 압력용기(200)의 경우 별도의 온도가 조절된 유체가 저장되는 저장탱크(40') 도5 참조)에 온도가 조절된 유체가 대량으로 준비되고, 이 유체는 별도의 충진라인(90')을 통하여 공급될 수 있다.
즉, 압력용기의 용량에 따라 다수의 밀폐용기에 대한 연속적인 공정이 진행될 수 있도록 다양하게 설계가 될 수 있을 것이다.
고온유체순환과정(S11)은 압력용기(200)가 유체로 충진된 상태에서 대상물이 가수분해적정온도에 도달할 때까지 제2온도의 유체를 순환시킨다. 구체적으로 본 실시예에서는 온도조절부(50)에서 저장탱크(40)의 유체의 온도를 50℃로 조절한다. 그리고 물은 공급라인(20), 압력용기(200), 제1순환라인(60) 및 저장탱크(40)를 순환하게 된다.
예를 들어 압력용기(200)의 용량이 300L, 대상물의 용량이 200L, 충진된 유체의 용량이 100L인 경우 전체 200L의 대상물을 원하는 50℃의 온도까지 상승시키기 위해서는 추가적인 열량이 필요하다.
즉 50℃, 100L의 유체가 충진되어 있는 상태에서 외부의 추가적인 열량이 공급되지 않는다면 200L의 대상물의 온도가 상승함에 따라 50℃, 100L의 유체의 온도는 시간이 지남에 따라 떨어지게 된다.
결국 대상물의 심부의 온도를 목적온도인 50℃까지 올리기 위해서 온도가 떨어진 유체에 히터(200a)를 통하여 추가적인 열을 공급할 수 있다. 나아가 온도가 떨어진 충진유체의 일부를 제1순환라인(60)을 통하여 외부로 배출하고, 저장탱크(50)에서의 50℃이상의 유체를 공급라인(20)을 통하여 압력용기(200)로 공급하게 된다.
이 경우 히터(200a)를 통한 열의 공급에 따라 압력용기 내부의 압력이 증가할 수 있고, 이 경우 원하는 압력을 유지할 수 있도록 압력용기에 연결된 배관 또는 별도의 배관을 통하여 내부의 유체를 외부로 배출하여 압력을 밸런싱할 수 있을 것이다.
그리고 온도가 떨어져서 제1순환라인(60)을 통과한 유체는 저장탱크(40)로 유입되고, 온도조절부(50)는 온도가 낮은 유체가 공급되더라도 저장탱크(40)의 유체의 온도가 50℃를 유지할 수 있도록 적절한 열을 공급하게 된다.
따라서 대상물에 지속적으로 일정온도의 열을 가하여 대상물이 가수분해적정온도까지 빨리 도달할 수 있도록 한다. 한편, 본 실시예에서는 제2온도가 가수분해적정온도인 50℃로 공급되는 경우로 설명을 하였지만, 제2온도는 가감되어 공급될 수도 있고, 공급과정에서의 압력용기의 압력 및 온도에 따라 조절되면서 공급될 수도 있다.
나아가 히터(200a)를 이용하여 온도를 추가적으로 조절하는 경우 보다 정밀한 온도의 제어가 가능할 것이다.
또한, 본 발명의 변형예와 같이 별도의 충진라인(90') 및 저장탱크(40')을 통하여 유체가 공급되는 경우, 공급되는 유체의 양에 비하여 순환되는 유체의 양은 상대적으로 적다. 따라서 충진과정에서는 저장탱크(40')의 유체가 공급되고, 순환과정에서는 공급라인(20) 및 제1순환라인(60)과 연결된 저장탱크(40)를 통하여 순환을 할 수 있다.
그리고 고온유체순환과정(S12)에서 대상물 심부의 온도가 50℃에 도달하였다고 판단되는 경우 공급라인(20) 및 제1순환라인(60)에 설치된 밸브(V)를 닫고, 결국 압력용기(200) 내부에는 50℃의 물이 충진되게 된다.
가압단계(S20)에서는 충진된 압력용기에 유체를 가압 주입하여 압력용기 내부의 압력을 제2압력으로 높이게 된다. 제2압력은 대상물 및 효소의 종류 등 가수분해조건에 따라 가변 가능하고, 본 실시예에서는 1000bar를 기준으로 설명한다.
여기서 제2압력은 1) 효소의 캐리어 역할을 하는 물분자의 분자운동량을 크게 할 수 있는 압력 2) 가수분해과정에 있어서 대상물에 부패가 발생하지 않도록 용존가스를 탈기시킬 수 있는 압력 3) 효소가 형태를 유지하고, 파괴되지 않는 압력 등의 조건에 따라 결정될 수 있다.
즉 제2압력은 상기 조건 및 제2온도에 따라 용매의 임계압력 이상의 지점에서 결정될 수 있을 것이다.
구체적으로 본 실시예에서는 유체충진 및 가압의 과정을 통하여 대상물에는 50℃, 1000bar가 가해진다. 즉 효소가 파괴되지 않는 조건 하에서 임계압력 이상의 고압력이 인가됨에 따라 대상물의 용존가스는 탈기된 상태이고, 효소의 캐리어로써의 물의 분자운동량이 매우 활발하여 효소가 대상물을 빠르게 가수분해하게 된다.
그리고 대상물의 가수분해를 위해서는 특정 시간 상기 압력 및 온도를 유지하여야 한다. 구체적으로 대상물의 가수분해 과정에서 대상물의 발열 또는 흡열 반응에 따라 유체의 온도가 영향을 받고, 유체의 온도의 변화에 따라 압력도 미세하게 변화하게 된다.
따라서 본원발명에서는 히터(200a)를 이용하여 온도를 제어한다. 그리고 가압라인(30) 및 제2순환라인(70)의 유체 주입 및 배출을 이용하여 압력용기(200) 내부의 요구되는 시간동안 압력용기(200) 내부의 압력을 밸런싱할 수도 있고, 압력조절라인(60a)를 통하여 유체를 배출시켜 압력을 밸런싱할 수도 있을 것이다.
나아가 가압라인(30)을 통한 유체의 주입시 저장탱크(40) 또는 온도조절부(80)에서의 유체의 온도조절에 따라 온도가 설정된 유체를 주입하여 온도 및 압력을 밸런싱할 수도 있을 것이다.
결국 본 발명에서는 히터(200a) 및 순환유체의 온도조절을 이용하여 압력 및 온도의 밸런싱을 하게 되고, 이에 따라 외부환경이 변화에도 대상물의 가수분해공정을 정량화할 수 있게 된다.
보다 구체적으로 본 발명의 가압과정(S20)은 가압과정(S21) 및 가압순환과정(S22)을 더 포함한다.
가압과정(S21)은 상기 설명한 것과 같이 유체를 주입하여 대상물에 압력을 인가한다.
가압순환과정(S22)는 압력용기에 50℃ 및 1000bar에 압력이 인가된 상태에서 유체를 순환시키게 된다. 이 경우 저장탱크(40)의 50℃의 물은 가압라인(30), 압력용기(200), 제2순환라인(70) 및 저장탱크(40)을 순환하면서 대상물에 50℃, 1000bar의 압력을 지속적으로 제공하게 된다.
특히 순환을 하지 않게 되면 가수분해가 진행되는 과정의 열손실 및 압력용기 외부로의 열 방출 등으로 지속적으로 압력용기 내부의 온도는 점진적으로 떨어지게 된다. 따라서 본 발명에서는 용기 내부의 압력을 유지한 상태에서 50℃을 가압라인(30) 및 제2순환라인(70)을 통하여 순환시킴에 따라 보다 효과적인 가수분해를 유도할 수 있게 된다.
나아가 상기 설명한 것과 같이 저장탱크(40)에서 50℃이상의 물이 펌프를 통하여 가압되어 압력용기로 공급될 수 있고, 50℃이하의 물이 온도조절부(80)을 통하여 가열되어 압력용기로 공급될 수도 있다. 또한, 별도의 유체공급처(미도시)에서의 물이 온도조절부(80)을 통하여 가열되어 압력용기로 공급될 수도 있을 것이다.
온도상승단계(S30)은 압력용기(200) 내부의 압력을 제1압력으로 유지한 상태에서 대상물이 수용된 용기 내부의 효소를 파괴하게 위한 제3온도로 압력용기 내부의 물을 상승시킨다. 상기 제3온도는 효소의 종류 등에 따라 가변적일 수 있고, 상기 과정을 통하여 가수분해 완료 후 효소에 의해 대상물이 분해가 된 후 부패가 되는 것을 방지한다.
특히 본 발명에서는 가수분해과정에서 대상물에 인가되었던 제2압력(임계압력, 1000bar)를 유지한 상태에서 온도를 상승시킨다.
따라서 대상물이 포함된 신축용기 내부에 용존산소가 압력 강하에 따라 신축용기 내부로 급속하게 퍼지지 않게 되고, 가수분해결과물의 지방 등이 용존산소와 반응하여 산패되는 것을 방지할 수 있게 된다.
그리고 온도의 상승은 히터(200a)를 통한 열을 공급하여 구현 가능하다. 또한, 온도조절부(50)에 의하여 저장탱크(40) 내부의 유체를 제3온도 이상으로 올린 다음, 가압라인(30) 및 제2순환라인(70)을 통하여 임계압력 이상의 압력을 유지한 제3온도의 유체의 순환을 통하여도 가능하다. 또한, 가압라인(30)의 온도조절부(80)을 통하여 가열을 한 다음 순환도 가능할 것이다. 나아가 보다 빠른 시간의 효과적인 온도 상승을 위하여 상기의 경우를 동시에 사용하는 것도 가능할 것이다.
이 경우 히터(200a)를 사용하는 경우 히터에 의하여 유체의 온도가 상승함에 따라 압력용기(200) 내부의 유체의 압력이 증가할 수 있고, 이를 밸런싱하기 위하여 상기 설명한 배관 또는 별도의 배관을 통하여 유체의 일부를 외부로 배출할 수 있다.
특히 압력용기의 용량이 큰 경우 히터(200a)에 의한 압력용기 내부의 온도를 제2온도로 상승시키기 위해서는 많은 시간이 소요된다. 따라서 본 발명의 고온고압의 유체를 가압라인(30)을 통하여 지속적으로 공급함과 동시에, 제2순환라인(70)을 통하여 배출하면서 보다 빠른 시간에 압력용기(200) 내부의 온도를 상승시킬 수 있게 된다.
상기 설명한 것과 같이 압력을 유지한 상태에서 온도 상승시 이에 따라 압력도 증가하고, 압력의 증가를 모니터링하면서 제1순환라인(60), 제2순환라인(70) 및 압력조절라인(60a) 중 적어도 하나를 이용하여 압력을 조절할 수 있을 것이다.
온도하강단계(S40)은 압력용기(200)의 압력을 제1압력 및 제2온도를 유지한 상태에서 제2시간 경과 후 유체의 온도를 제2온도보다 낮은 제1온도로 하강시킨다. 구체적으로 본 실시예에서는 압력을 1000bar로 유지한 상태에서 유체의 온도를 제1온도로 하강을 시킨다. 여기서 제1온도는 대상물의 수용된 용기 내부의 액화된 대상물의 밀도가 가장 높은 온도로 결정된다(물의 경우 밀도가 가장 높은 4℃).
나아가 압력이 1000bar로 유지한 상태에서 상기 온도 상승과정과 같이 하강된 온도의 유체를 가압라인(30) 및 제2순환라인(70)을 통하여 순환시키면서 온도를 하강시키게 된다.
온도상승단계의 제3온도 및 제2압력 조건하에서 대상물을 확보하기 위하여 대상물의 냉각 및 압력의 해제가 동시에 진행하는 경우, 신축용기 내부의 용존가스는 급속하게 신축용기의 내부에 확산이 되면서 가수분해대상물의 지방과 반응하고, 지방이 산화되게 된다.
따라서 본 발명에서는 대상물의 냉각을 제2압력(임계압력)을 유지한 상태에서 진행하여 밀폐된 가수분해된 대상물의 지방의 산화를 최대한 억제하게 된다.
구체적으로 본 발명에서는 제2순환라인(70)을 통하여 압력이 유지된 상태에서 고온의 유체가 배출됨과 동시에 가압라인(30)를 통하여 저온의 유체가 압력이 유지된 상태에서 지속적으로 공급된다.
한편, 공급되는 유체는 압력용기(200)의 용량 및 대상물의 부피에 따라 제3온도(본 실시예에서 4℃) 이하의 온도로 공급될 수 있을 것이다.
그리고 온도하강단계(S40)을 통하여 대상물 내부의 물의 온도가 가장 낮은 4℃가 된 다음, 감압단계(S50)을 통하여 압력를 제2압력보다 낮은 제1압력(예를 들어 대기압)으로 감압을 하고, 압력용기(200) 내부의 대상물을 외부로 꺼내어 최종 가수분해 대상물을 확보하게 된다.
결국 본 발명에서는 압력해제 및 냉각의 과정은 분리하여, 압력을 유지하여 용존가스의 활성성을 억제한 상태에서 냉각을 진행하여 유체(물)의 밀도가 가장 높은 상태를 유지한다. 그리고 유체(물)의 밀도가 가장 높은 상태에서 냉각을 진행함에 따라 용존가스에 의한 대상물의 산폐를 최소화할 수 있다는 장점이 있다.
구체적으로 가수분해가 완료되면 압력용기(200)의 뚜껑(212)이 열리고, 압력용기(200)의 바디(211)가 다시 가수분해촉진장치에서 외부로 배출된다(④). 그리고 베셀(11)이 바디(211)의 외부로 배출되고(⑤), 베셀(11)에서 밀폐용기(P)를 꺼냄에 따라 최종 가수분해대상물을 얻게 된다.
한편, 본 발명에서는 온도하강단계(S40)를 생략하고, 감압단계(S50)을 거친 다음 대상물을 냉각시킬 수도 있다. 도5에서 도시된 것과 같이, 이 경우 75℃에서 효소가 파괴된 다음 압력용기(200)의 압력이 해제된다. 그리고 이 경우 신축용기(P)는 고온의 상태를 유지하고 있고, 이를 별도의 냉각기(100)에 주입한 다음, 냉각을 하게 된다.
냉각기의 종류 및 방식은 다양하게 구비될 수 있으나, 본 발명에서는 수평방향으로 공급되는 라인 상의 편의성을 고려하여 냉각기(100)는 수평으로 구비되어 베셀(11)이 투입된 다음 수직 방향으로 세워져서 회전을 하면서 대상물을 냉각시키게 된다.
한편, 가수분해결과 대상물은 액상으로 존재하고, 따라서 대상물의 용량이 크고(예를 들어 200L) 냉각기를 수직방향으로 세워서 회전을 시키면서 냉각을 시키는 경우 보다 안정적 및 효과적으로 냉각을 할 수 있게 된다.
결국 본 변형예에서는 냉각을 가수분해추출장치의 외부에서 함에 따라 압력용기(200)를 냉각을 하지 않아도 된다. 따라서 다수의 대상물을 연속적으로 가수분해하는 경우 압력용기(200)가 어느 정도 가열된 상태를 유지할 수 있어, 새로운 대상물이 장치로 유입되는 경우 대상물의 온도를 가수분해적정온도(50℃)로 하는데 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다.
즉 본 발명의 가수분해방법의 경우, 가수분해 완료 및 효소를 파괴한 다음, 대상물을 얻기 과정에서 압력용기 내부의 압력 및 온도를 바도 대기압, 상온으로 줄이지 않는다. 즉 온도 하강 및 압력 하강을 분리하여 진행함에 따라 대상물이 수용된 밀폐용기에 들어있는 용존가스가 압력의 강하에 따라 밀폐용기 내부로 퍼지면서 지방과 분해되는 것을 방지할 수 있게 된다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
200: 압력용기 20: 공급라인
30: 가압라인 40: 저장탱크
50: 온도조절부 60: 제1순환라인
70: 제2순환라인 80: 온도조절부
90: 충진라인

Claims (20)

  1. 대상물이 수용되는 공간이 형성되며 바디 및 상기 공간을 밀폐하기 위하여 바디에 결합되는 뚜껑을 포함하는 압력용기;
    상기 뚜껑을 전, 후 방향으로 이동시키면서 바디를 개폐하는 밀착유닛; 및
    상기 압력용기를 충진하기 위한 유체가 공급되는 공급라인 및 압력용기의 유체가 배출되는 배출라인을 포함하는 배관부를 포함하고,
    상기 밀착유닛은 베이스의 상단에 고정되는 푸셔다이, 푸셔다이를 관통하여 뚜껑과 결합되어 좌, 우 방향으로 이동하면서 상기 뚜껑을 상기 바디에 착탈시키는 가이드바 및 상기 뚜껑이 상기 바디에 결합하면 상기 뚜껑과 상기 푸셔다이 사이에 삽입되어 상기 뚜껑이 바디 내부에 고압에 의하여 후방으로 밀리는 것을 방지하는 삽입부를 더 포함하는 초임계 가수분해추출장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 바디는 전, 후 방향으로 이송 가능하게 구비되고,
    상기 뚜껑은 상기 바디가 후방에 위치할 때, 상기 바디를 밀폐하고,
    상기 바디가 전방으로 이송시 대상물을 상기 바디로 공급하기 위한 투입부 및 상기 바디 내부의 대상물을 바디 외부로 배출하는 배출부를 더 포함하는 이송유닛을 더 포함하는 초임계 가수분해추출장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 바디는 좌, 우 면이 개방되고, 상기 뚜껑은 한 쌍이 상기 바디에 결합되고,
    상기 밀착유닛은 상기 압력용기의 좌, 우측에 한 쌍이 구비되며,
    상기 베이스의 상단에 상기 한 쌍의 푸셔다이를 고정하기 위한 프레임를 더 포함하는 초임계 가수분해추출장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유체가 수용된 압력용기에 가수분해 대상물에 압력을 인가하기 위한 유체가 추가 유입되는 가압라인을 더 포함하는 초임계 가수분해추출장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 공급라인을 통하여 공급되는 유체가 저장되는 저장탱크 및 상기 저장탱크에 수용되는 유체의 온도를 조절하는 온도조절부를 더 포함하는 초임계 가수분해추출장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 저장탱크와 상기 압력용기를 연결하고, 상기 공급라인을 통하여 유체가 공급되는 경우 압력용기에 수용된 유체를 저장탱크로 순환시키는 제1순환라인을 더 포함하는 초임계 가수분해추출장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 가압라인을 통하여 공급되는 유체가 저장되는 저장탱크 및 상기 저장탱크에 수용되는 유체의 온도를 조절하는 온도조절부를 더 포함하는 초임계 가수분해추출장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 저장탱크와 상기 압력용기를 연결하고, 상기 가압라인을 통하여 유체가 공급되는 경우 압력용기에 수용된 유체를 저장탱크로 순환시키는 제2순환라인을 더 포함하는 초임계 가수분해추출장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 가압라인에는 가압라인에서 공급되는 유체의 온도를 조절하기 위한 온도조절부가 구비되는 초임계 가수분해추출장치.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 공급라인 및 상기 가압라인을 통하여 공급되는 유체가 저장되는 저장탱크 및 상기 저장탱크에 수용되는 유체의 온도를 조절하는 온도조절부를 더 포함하는 초임계 가수분해추출장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 저장탱크와 상기 압력용기를 연결하고,
    상기 공급라인을 통하여 유체가 공급되는 경우 상기 압력용기의 유체를 상기 저장탱크로 순환시키는 제3순환라인 및 상기 가압라인을 통하여 유체가 공급되는 경우 상기 압력용기의 유체를 상기 저장탱크로 순환시키는 제4순환라인을 포함하는 초임계 가수분해추출장치.
  13. 제5항에 있어서,
    상기 압력용기에 연결되어 압력용기 내부의 유체가 배출되면서 상기 압력용기 내부의 압력을 조절하는 압력조절라인을 더 포함하는 초임계 가수분해추출장치.
  14. 가수분해대상물이 수용된 압력용기에 가수분해대상물의 가수분해 적정온도인 제2온도의 유체를 충진시키는 유체충진단계;
    상기 유체가 충진된 압력용기에 유체를 가압 주입하여 압력용기 내부의 압력을 가수분해가 촉진되도록 설정된 제2압력까지 높이는 가압단계; 및
    상기 압력용기의 압력을 상기 제2압력으로 유지한 상태에서 가수분해 적정시간인 제1시간 경과 후 상기 제2압력을 유지한 상태에서 상기 가수분해대상물 내부의 효소를 파괴하기 위하여 설정된 제3온도로 온도를 상승시키는 온도상승단계;
    를 포함하는 초임계 가수분해추출장치를 이용한 가수분해방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 온도상승단계 후,
    상기 압력용기의 압력을 상기 제2압력 및 상기 제3온도로 유지한 상태에서 상기 효소가 파괴되기 위하여 설정된 제2시간 경과 후 상기 압력용기의 압력을 상기 제2압력을 유지한 상태에서 상기 유체의 온도를 상기 제2온도보다 낮고, 액화된 대상물의 밀도가 가장 높은 제1온도로 낮추는 온도하강단계를 더 포함하는 초임계 가수분해추출장치를 이용한 가수분해방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 압력용기의 압력을 제2압력보다 낮은 제1압력으로 하강시키는 감압단계를 더 포함하는 초임계 가수분해추출장치를 이용한 가수분해방법.
  17. 삭제
  18. 제16항에 있어서,
    상기 감압단계 후,
    상기 대상물을 냉각하는 냉각단계를 더 포함하는 초임계 가수분해추출장치를 이용한 가수분해방법.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 유체충진단계는 압력용기에 유체를 주입하는 유체주입과정 및 가수분해대상물의 온도를 상승시키기 위해서 상기 제2온도 이상의 유체를 순환시키는 고온유체순환과정을 포함하는 고압 가수분해추출장치를 이용한 가수분해방법.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 가압단계는 상기 유체가 충진된 압력용기에 유체를 가압 주입하여 압력용기 내부의 압력을 제2압력까지 높이는 가압과정 및 상기 압력용기의 압력을 제2압력으로 유지한 상태에서 유체를 순환시키는 가압순환과정을 더 포함하는 고압 가수분해추출장치를 이용한 가수분해방법.
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