KR20120071622A - 미세기포 발생형 중력식 습식산화 반응기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액상의 유기성 폐기물을 산화반응 후 배출하는 중력식 습식산화 반응기에 관한 것으로서, 상단부와 하단부가 막혀있는 관 형상을 하고 있으며 수직 방향으로 설치되고, 상부 일측에 슬러지배출관로(33)가 연결되어 산화반응이 이루어진 슬러지를 배출하는 반응기외관(110); 상기 반응기외관(110)보다 직경이 작으며 상단부는 막혀있고 하단부가 개방된 관 형상을 하고 있으며 상기 반응기외관(110)을 관통하여 상기 반응기외관(110)의 내부에 수직 방향으로 설치되고, 상부 일측이 슬러지공급관로(11)와 연결되어 공급된 슬러지가 관 내부를 따라 하강하는 반응기내관(120); 및, 상기 반응기내관(120)보다 직경이 작으며 상단부는 막혀있고 하단부가 개방된 관 형상을 하고 있으며 상기 반응기내관(120)을 관통하여 상기 반응기내관(120) 내부에 수직 방향으로 설치되고, 상부가 산화제공급관로(22)와 연결되어 공급된 산화제가 관 내부를 따라 하강하는 산화제공급관(130);으로 구성되고, 상기 산화제공급관(130)의 하부 영역 외주면을 따라 상기 산화제공급관(130)의 표면을 관통하는 다수 개의 미세기포공급구(135);가 구비되는 것을 특징으로 하는 미세기포 발생형 중력식 습식산화 반응기에 관한 것이다.

Description

미세기포 발생형 중력식 습식산화 반응기{Micro Bubble Type GPV-WAO Reactor}
본 발명은 중력식 습식산화 반응기의 산화제공급관의 구조를 개선하여 반응기내관으로 공급되는 산화제의 부유 방지를 위한 기술에 관한 것이다.
종래 중력식 습식산화 반응기의 경우 도1에 도시된 바와 같이 수직 심부 방향의 반응기내관(슬러지공급관) 내부에 산화제공급관이 설치되고, 산화제공급관의 하단부에서 전체 산화제가 공급된다.
반응기내관의 내부에 위치한 산화제공급관 하단부에서 전체 산화제가 공급되는 경우 일정량 이상의 산화제가 공급되면 산화제가 도5에 도시된 바와 같은 미세 기포 형태로 분화되지 못하고 도4에 도시된 바와 같이 슬러그 형태의 큰 기포로 융합되어 반응기내관(슬러지공급관)을 따라 상승(역류)하게 된다(slug flow 유발).
이 경우 중력식 습식산화 반응기 내부에 슬러지와 산화제가 경계면을 형성하게 되어 원활한 습식산화반응의 활성화가 불가능하게 되는 치명적인 문제점이 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위하여 창작된 본 발명의 기술적 과제는 다음과 같다.
첫째, 중력식 습식산화 반응기 내에 설치하는 산화제공급관(130)의 구조를 개선하여 산화제가 미세 기포 형태로 반응기내관(슬러지공급관)에 공급되도록 함을 본 발명의 목적으로 한다.
둘째, 산화제공급관(130)의 외주면을 따라 형성된 미세기포공급구(135)는 산화제공급관(130)의 내주면에서 외주면으로 갈수록 단면이 증가하는 형상을 구비함으로써 미세기포공급구(135)를 통과한 후 슬러지 유동의 영향을 최소화하고 급격한 압력 강화를 유발하여 산화제의 미세 기포 분할을 촉진할 수 있도록 함을 본 발명의 또 다른 목적으로 한다.
셋째, 미세기포공급구(135)가 구비된 영역의 상단에서 일정 거리 이격된 영역의 산화제공급관(130)의 외주면에 산화제공급관(130)의 외경이 증가되는 부유방지스페이서(140)를 구비하여 부유방지스페이서(140)를 통과하는 과정에서 유속이 증가된 슬러지에 의하여 산화제 공급전 유로 내부 난류를 증가시켜 산화제의 부유를 방지하고 슬러지와 산화제의 혼합을 촉진하도록 함을 본 발명의 또 다른 목적으로 한다.
넷째, 산화제공급관(130)의 하단부로 갈수록 미세기포공급구(135)의 크기가 증가되도록 하여 산화제 부유를 방지하고 혼합 특성을 개선함을 본 발명의 또 다른 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 창작된 본 발명의 기술적 구성은 다음과 같다.
본 발명은 액상의 유기성 폐기물을 산화반응 후 배출하는 중력식 습식산화 반응기에 관한 것으로서, 상단부와 하단부가 막혀있는 관 형상을 하고 있으며 수직 방향으로 설치되고, 상부 일측에 슬러지배출관로(33)가 연결되어 산화반응이 이루어진 슬러지를 배출하는 반응기외관(110); 상기 반응기외관(110)보다 직경이 작으며 상단부는 막혀있고 하단부가 개방된 관 형상을 하고 있으며 상기 반응기외관(110)을 관통하여 상기 반응기외관(110)의 내부에 수직 방향으로 설치되고, 상부 일측이 슬러지공급관로(11)와 연결되어 공급된 슬러지가 관 내부를 따라 하강하는 반응기내관(120); 및, 상기 반응기내관(120)보다 직경이 작으며 상단부는 막혀있고 하단부가 개방된 관 형상을 하고 있으며 상기 반응기내관(120)을 관통하여 상기 반응기내관(120) 내부에 수직 방향으로 설치되고, 상부가 산화제공급관로(22)와 연결되어 공급된 산화제가 관 내부를 따라 하강하는 산화제공급관(130);으로 구성되고, 상기 산화제공급관(130)의 하부 영역 외주면을 따라 상기 산화제공급관(130)의 표면을 관통하는 다수 개의 미세기포공급구(135);가 구비된다.
본 발명의 구성에 따른 기술적 효과는 다음과 같다.
첫째, 중력식 습식산화 반응기 내에 설치하는 산화제공급관(130)의 구조를 개선하여 산화제가 미세 기포 형태로 반응기내관(슬러지공급관)에 공급되도록 할 수 있다.
둘째, 산화제공급관(130)의 외주면을 따라 형성된 미세기포공급구(135)는 산화제공급관(130)의 내주면에서 외주면으로 갈수록 단면이 증가하는 형상을 구비함으로써 미세기포공급구(135)를 통과한 후 슬러지 유동의 영향을 최소화하고 급격한 압력 강화를 유발하여 산화제의 미세 기포 분할을 촉진할 수 있다.
셋째, 미세기포공급구(135)가 구비된 영역의 상단에서 일정 거리 이격된 영역의 산화제공급관(130)의 외주면에 산화제공급관(130)의 외경이 증가되는 부유방지스페이서(140)를 구비하여 부유방지스페이서(140)를 통과하는 과정에서 유속이 증가된 슬러지에 의하여 산화제 공급 전 유로 내부 난류를 증가시켜 산화제의 부유를 방지하고 슬러지와 산화제의 혼합을 촉진할 수 있다.
넷째, 산화제공급관(130)의 하단부로 갈수록 미세기포공급구(135)의 크기가 증가되도록 하여 산화제 부유를 방지함과 동시에 혼합 특성을 개선할 수 있다.
왜냐하면, 슬러지 유동(하강) 중에 산화제가 공급되면 슬러지와 미세 기포 형태의 산화제가 혼합된 유동부의 체적이 증가하고 이에 따라 유속(하강 속도)도 점차 증가하게 되는데, 이에 따라 산화제 공급량을 점차 증가시켜도 공급된 산화제가 부유하지 않고 심부 방향(수직 아래 방향)으로 계속 하강하게 되기 때문이다.
도1은 기존 중력식 습식산화 반응기의 개요를 도시한다.
도2는 본 발명에 따른 중력식 습식산화 반응기의 구조를 도시한다.
도3은 부유방지스페이서(140)의 다른 실시예이다.
도4는 미세 기포들이 큰 기포로 융합되어 반응기내관(슬러지공급관)을 따라 상승(역류)하는 것(slug flow)을 도시한다.
도5는 미세 기포를 형성한 산화제가 슬러지와 함께 하강하는 것(bubbly flow)을 도시한다.
도6은 미세기포공급구(135)의 단면 형태에 따른 유속분포 실험 결과를 보여준다.
이하에서는 본 발명의 구체적 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
반응기외관(110)은 도2에 도시된 바와 같이 상단부와 하단부가 막혀있는 관 형상을 하고 있으며 수직 방향으로 설치된다.
반응기외관(110)의 상부 일측에는 산화반응이 이루어지면서 상승한 슬러지를 배출하는 통로가 되는 슬러지배출관로(33)가 연결된다.
반응기내관(120)은 반응기외관(110)보다 직경이 작으며 상단부는 막혀있고 하단부가 개방된 관 형상을 하고 있다.
이러한 반응기내관(120)은 반응기외관(110)을 관통하여 반응기외관(110)의 내부에 수직 방향으로 설치되는데, 반응기내관(120)의 상부 일측에는 슬러지의 공급 통로가 되는 슬러지공급관로(11)가 연결된다.
이러한 슬러지공급관로(11)를 통하여 반응기내관(120)으로 공급된 슬러지는 관 내부를 따라 하강하여 산화제와 반응을 일으키게 된다.
산화제공급관(130)은 반응기내관(120)보다 직경이 작으며 상단부는 막혀있고 하단부가 개방된 관 형상을 하고 있다.
이러한 산화제공급관(130)은 반응기내관(120)을 관통하여 반응기내관(120) 내부에 수직 방향으로 설치되는데, 산화제공급관(130)의 상부 일측에는 산화제를 공급하는 통로가 되는 산화제공급관로(22)가 연결된다.
이러한 산화제공급관(130) 내부로 공급된 산화제는 관 내부를 따라 하강하여 슬러지와 반응을 일으키게 된다.
이러한 산화제공급관(130)의 하부 영역 외주면을 따라 산화제공급관(130)의 표면을 관통하는 다수 개의 미세기포공급구(135)가 구비되어 산화제공급관(130)의 내부로 공급된 산화제는 하강하면서 산화제공급관(130)의 하단부에 도달하기 전부터 일부는 미세기포공급구(135)를 통하여 슬러지가 하강하고 있는 반응기내관(120)으로 미세 기포 형태로 공급되어 슬러지와 혼합이 이루어지게 된다. 즉 산화제공급관(130)의 하단부로 모든 산화제가 동시에 빠져나오는 것이 아니라 미세기포공급구(135)를 통하여 서서히 빠져나오고 남은 나머지 산화제만 산화제공급관(130)의 하단부로 빠져나오게 된다.
이러한 미세기포공급구(135)는 도2에 별도의 상세도로 도시한 바와 같이 산화제공급관(130)의 내주면에서 외주면으로 갈수록 단면이 증가하는 형상을 가지는 것이 바람직하다. 즉 각각의 미세기포공급구(135)의 단면이 외주면으로 갈수록 서서히 증가하는 형태가 되는 것이다.
이와 같이 단면이 점점 증가하는 디퓨저 형태(case 03-02)가 바람직한 이유는 도6에 도시된 바와 같이 유속분포 실험 결과 미세기포공급구(135)의 직경이 일정한 경우(case 03-01)나 도2에 도시된 경우와는 반대로 내주면에서 외주면으로 갈수록 단면(직경)이 감소하는 노즐 형태(case 03-03)의 경우가 상대적으로 역류가 더 많이 발생하는 것으로 나오기 때문이다.
또한 이러한 미세기포공급구(135)는 상부에 있는 것보다 하부에 있는 것들이 상대적으로 큰 것을 특징으로 한다.
즉 미세기포공급구(135)는 산화제공급관(130)의 하부로 갈수록 관통 구멍의 크기가 큰 것들이 배열된다.
또한 산화제공급관(130)의 외주면에는 하강하는 슬러지의 와류 형성을 유도하고 부유를 방지하는 부유방지스페이서(140)가 더 구비된다.
부유방지스페이서(140)는 미세기포공급구(135)가 구비된 영역의 상단에서 일정 거리 상향 이격된 영역의 산화제공급관(130)의 외주면에 구비되는데 산화제공급관(130)의 외경이 증가되어 산화제공급관(130)과 반응기내관(120) 사이의 틈새를 감소시키는 역할을 한다.
산화제공급관(130)의 외주면에 별도의 관 형상의 부재를 삽입하여 일체로 고정하여 부유방지스페이서(140)를 부착할 수도 있고, 산화제공급관(130) 제작시 처음부터 산화제공급관(130)의 외주면 일정 영역을 두껍게 제작하여 부유방지스페이서(140)를 형성할 수도 있다.
이와 같이 부유방지스페이서(140)가 구비되면 반응기내관(120)과 산화제공급관(130) 사이의 공간이 부유방지스페이서(140)가 시작되는 부위에서 감소되었다가 부유방지스페이서(140)가 끝나는 부위에서 다시 증가하게 된다.
이와 같은 단면적의 변화는 하강하는 슬러지의 속도 변화를 유발하고 난류를 형성하여 산화제의 부유를 방지함과 동시에 슬러지와 산화제의 혼합을 촉진한다.
이러한 부유방지스페이서(140)는 도3에 도시한 바와 같이 하부로 갈수록 직경이 증가하는 형상이 될 수도 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 구체적 실시예를 참조하여 본 발명을 설명하였으나 본 발명의 보호범위가 반드시 이러한 실시예에만 한정되는 것은 아니며 본 발명의 기술적 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양한 설계변경, 공지기술의 부가나 삭제, 단순한 수치한정 등의 경우에도 본 발명의 보호범위에 속함을 분명히 한다.
11:슬러지공급관로
22:산화제공급관로
33:슬러지배출관로
110:반응기외관
120:반응기내관
130:산화제공급관
135:미세기포공급구
140:부유방지스페이서

Claims (5)

  1. 액상의 유기성 폐기물을 산화반응 후 배출하는 중력식 습식산화 반응기에 관한 것으로서,
    상단부와 하단부가 막혀있는 관 형상을 하고 있으며 수직 방향으로 설치되고, 상부 일측에 슬러지배출관로(33)가 연결되어 산화반응이 이루어진 슬러지를 배출하는 반응기외관(110);
    상기 반응기외관(110)보다 직경이 작으며 상단부는 막혀있고 하단부가 개방된 관 형상을 하고 있으며 상기 반응기외관(110)을 관통하여 상기 반응기외관(110)의 내부에 수직 방향으로 설치되고, 상부 일측이 슬러지공급관로(11)와 연결되어 공급된 슬러지가 관 내부를 따라 하강하는 반응기내관(120); 및,
    상기 반응기내관(120)보다 직경이 작으며 상단부는 막혀있고 하단부가 개방된 관 형상을 하고 있으며 상기 반응기내관(120)을 관통하여 상기 반응기내관(120) 내부에 수직 방향으로 설치되고, 상부가 산화제공급관로(22)와 연결되어 공급된 산화제가 관 내부를 따라 하강하는 산화제공급관(130);
    으로 구성되고,
    상기 산화제공급관(130)의 하부 영역 외주면을 따라 상기 산화제공급관(130)의 표면을 관통하는 다수 개의 미세기포공급구(135);
    가 구비되는 것을 특징으로 하는 미세기포 발생형 중력식 습식산화 반응기.
  2. 제1항에서,
    상기 미세기포공급구(135)는 상기 산화제공급관(130)의 내주면에서 외주면으로 갈수록 단면이 증가하는 형상인 것을 특징으로 하는 미세기포 발생형 중력식 습식산화 반응기.
  3. 제2항에서,
    상기 미세기포공급구(135)는 상기 산화제공급관(130)의 하부로 갈수록 관통 구멍의 크기가 증가하는 것을 특징으로 하는 미세기포 발생형 중력식 습식산화 반응기.
  4. 제1항 내지 제3항 가운데 어느 한 항에서.
    상기 미세기포공급구(135)가 구비된 영역의 상단에서 일정 거리 이격된 영역의 상기 산화제공급관(130)의 외주면에는 상기 산화제공급관(130)의 외경이 증가되어 상기 산화제공급관(130)과 상기 반응기내관(120) 사이의 틈새를 감소시키는 부유방지스페이서(140);
    가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 미세기포 발생형 중력식 습식산화 반응기.
  5. 제4항에서,
    상기 부유방지스페이서(140)는 하부로 갈수록 직경이 증가하는 형상인 것을 특징으로 하는 미세기포 발생형 중력식 습식산화 반응기.
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