KR20210123061A - 나노셀룰로오스 농축 및 응축 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 각 분기관 마다 펌프가 구비된 병렬식 다단 세라믹필터를 이용하여 연속적이고 균일한 나노셀룰로오스 액상 원료의 농축이 이루어지도록 하며 이를 스프레이 방식으로 건조함에 있어 폐열을 응축 후 재활용함으로 건조효율을 높일 수 있는 나노셀룰로오스 농축 및 응축 시스템에 관한 것이다.
Description
본 발명은 나노셀룰로오스 제조에 관한 것으로, 자세하게는 각 분기관 마다 펌프가 구비된 병렬식 다단 세라믹필터를 이용하여 연속적이고 균일한 나노셀룰로오스 액상 원료의 농축이 이루어지도록 하며 이를 스프레이 방식으로 건조함에 있어 폐열을 응축 후 재활용함으로 건조효율을 높일 수 있는 나노셀룰로오스 농축 및 응축 시스템에 관한 것이다.
나노셀룰로오스는 셀룰로오스 사슬이 다발을 이루며 빽빽하게 결합한 나노·마이크로미터 크기의 막대형태 입자 혹은 섬유를 말한다. 일반적으로 나노셀룰로오스는 인장탄성계수(tensile modulus)가 강철이나 케블라(Kevlar)와 비슷하고, 밀도가 작으며, 넓은 비표면적(specific surface area)을 가지고 있는 바이오 기반소재이다.
이러한 장점들 때문에 포장 산업, 제지 산업, 여과 장치, 인공 피부, 화장품 등 다양한 분야에 응용될 수 있다.
나노셀룰로오스는 Acetobacter xylinum와 같은 박테리아로부터 생산할 수도 있지만, 박테리아 배양은 비용이 많이 들고, 용적 대비 수율이 낮아 대량으로 생산하기 어려움에 따라 현재 대부분의 나노셀룰로오스는 목재 펄프나 비목재 식물에서 하향식 처리(top-down processing)을 통해 얻는다.
지구상에 있는 유기물 가운데 가장 많은 양을 차지하고 있는 셀룰로오스로부터 나노 셀룰로오스를 얻는 단리방법은 크게 화학적 처리와 물리적 처리로 나눌 수 있다. 화학적 처리방법은 강산을 이용하여 셀룰로오스의 비결정영역을 제거하여 나노 크기의 셀룰로오스를 만드는 산 가수분해 방법이 있으며, 물리적인 방법으로는 고강도 초음파 처리, 고압 refiner 처리, grinder 처리, 고압 homogenizer 처리가 있고, 그밖에 효소를 이용하여 나노 셀룰로오스를 단리 할 수 있다.
결국, 이렇게 얻어진 나노 셀룰로오스는 액상 형태를 갖게 되므로 이를 활용하기 위해서는 건조를 통해 분말 형태로 만들어야 하며, 이를 위해 농축공정과 SPRAY DRAYER를 이용한 공정이 활용된다.
하지만, 액상의 원료로부터 수분을 분리하기 위한 필터링 작업시 셀룰로오스 나노 입자들이 필터에 달라붙어 막히는 현상이 자주 발생하며 필터에 달라붙은 입자 제거를 위한 처리공정의 지연 및 번거로움이 있었으며, SPRAY DRAYER의 경우 열효율과 더불어 낮은 건조 수율을 나타내었으므로 이를 개선하기 위한 방안이 요구되고 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 각 분기관 마다 펌프가 구비된 병렬식 다단 세라믹필터를 이용하여 연속적이고 균일한 나노셀룰로오스 액상 원료의 농축이 이루어지도록 하며 이를 스프레이 방식으로 건조함에 있어 폐열을 응축 후 재활용함으로 건조효율을 높일 수 있는 나노셀룰로오스 농축 및 응축 시스템을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 위해 본 발명은 나노셀룰로오스 액상 원료가 저장되되 하단이 좁아지며 순환관이 형성되며 상단에 리턴관이 형성되는 원료저장조; 상기 순환관에 연결되어 상기 원료저장조의 액상 원료를 흡입 및 이송하는 공급부; 한쪽 끝과 다른 쪽 끝이 각각 상기 공급부 및 리턴관에 연결되되, 공급되는 액상 원료의 압력을 통해 액 성분을 외측으로 투과시키는 복수의 세라믹필터가 복수로 직렬 형성된 이송관과, 상기 세라믹필터를 둘러싸며 통과한 액 성분을 취합하여 배출하는 케이싱을 구비한 필터링부; 상기 케이싱에 연결되어 취합된 액 성분을 저장하는 폐액저장조; 한쪽 끝과 다른 쪽 끝이 각각 상기 폐액저장조 및 케이싱에 연결되되 폐액저장조의 액 성분을 상기 케이싱 내부로 가압 이송하는 역세척부; 상기 원료저장조에 농축된 액상 원료를 고온의 공기와 함께 분사하여 건조시키되, 하단이 좁아지며 배출관이 형성되고, 상단에 고온의 공기가 액상 원료와 함께 공급되는 공급관과, 내측으로 상기 공급관에 연결되어 고온의 공기를 액상 원료와 함께 분사하는 분사부가 형성된 건조탱크; 상기 배출관에 연결되되 공기의 선회 흐름을 통해 공기에 함유된 나노입자에 원심력을 작용시켜 분리 및 포집하는 제1사이클론부와, 상기 제1사이클론부를 통과한 공기를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기를 통과한 공기의 선회 흐름을 통해 공기에 함유된 이물질을 제거하는 제2사이클론부와, 상기 제2사이클론부를 통과한 공기를 가열하여 상기 공급관에 공급하는 히터 및 송풍기를 구비하는 응축순환부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때 상기 응축기는, 한쪽으로 상기 제1사이클론부를 통과한 공기가 유입되는 유입부와, 다른 쪽으로 건공기가 배출되는 유출부가 형성되되 다른 쪽으로 하향 경사진 원통형의 몸체와, 상기 유입부 및 유출부를 연결하여 공기통로를 형성하되 내측으로 응축핀이 형성된 복수의 응축관과, 상기 유출부 내부에 설치되며 표면에 접촉되는 공기 중 수분을 응축시키는 다층 경사판 구조의 트랩과, 상기 유입부 및 유출부 하측에 형성된 응축수를 배출하는 드레인부와, 각각 상기 몸체를 통과하며 냉각수 흐름을 통해 상기 응축관을 냉각시키는 냉각수유입관 및 냉각수유출관을 구비하고, 상기 냉각수유입관 및 냉각수유출관에 연결되어 냉각수를 순환시키는 칠러 및 냉각펌프를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 필터링부는, 원통 형상으로 이루어지며, 한쪽이 공급관에 연결되는 입구와, 다른 쪽으로 상기 이송관에 연결되되 상기 입구보다 상대적으로 낮은 높이에 형성된 출구가 형성되고, 내부에는 원료에 혼입된 버블을 충돌시켜 상승을 유도하는 경사구조의 격막판과, 상측으로 대기와 연통되는 통기밸브가 형성된 에어벤트를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 원료가 임시 수용되되, 하단이 좁아지며 슬러지배출구가 형성된 원통형의 본체 한쪽과 다른 쪽으로 각각 외주면의 접선 방향으로 입구와 출구가 형성되고, 측벽을 따라 형성된 자성체와, 내측으로 상기 입구와 출구를 가로지르는 형태로 설치된 스크린메쉬판을 구비하며, 상기 원료저장부에 수용된 원료를 전처리하는 전처리부; 를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 원료저장조는, 외측으로 둘러싸는 형태로 설치되어 내부 원료를 가열하는 히터와, 수용된 원료를 교반하는 혼합기와, 수용된 원료의 레벨을 측정하는 레벨센서를 더 포함하고, 상기 공급부는 원료를 이송하는 피딩펌프 및 상기 피딩펌프를 통해 배출된 원료를 2차 증압하는 증압펌프와, 상기 피딩펌프와 증압펌프 사이와 증압펌프와 세라믹필터링부 사이에 각각 설치되어 설정된 이상의 압력인가시 동작하여 원료를 상기 리턴관으로 이송하는 릴리프 밸브를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명을 통해 건조된 분말형 나노셀룰로오스 제품을 제조함에 있어 세라믹 필터를 활용하여 액 성분을 최소화시켜 건조공정이 이루어지도록 함과 더불어 건조를 위해 공급된 열풍을 응축 후 재활용하여 운용비 절감 및 건조효율을 높일 수 있을 뿐 아니라, 높은 수율로 분말 형태의 나노 셀룰로오스를 제조할 수 있다.
또한, 건조과정에서 열풍회수 및 압력유지를 위한 나노필터의 소제 및 나노 셀룰로오스 분말의 내부 퇴적을 방지하여 장시간 신뢰성 있는 운전이 이루어질 수 있다.
또한, 필터링 과정에서 필터 전부의 압력차를 높이고 폐색된 필터를 자동으로 역세척하여 나노 셀룰로오스가 함유된 액상 원료 중 수분의 분리 효율을 높일 수 있으며 친수성의 나노 셀룰로오스를 입자가 필터에 달라붙어 막히는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 개통도,
도 2는 본 발명에 따른 필터링부의 구조를 나타낸 평면도,
도 3은 본 발명에 따른 필터링부의 구조를 나타낸 측면도,
도 4는 본 발명에 따른 필터링부의 액 성분 이송 방향을 나타낸 개념도,
도 5는 본 발명에 따른 건조탱크 및 응축순환부의 구조를 나타낸 개념도,
도 6은 본 발명에 따른 응축기의 구조를 나타낸 단면도,
도 7은 본 발명에 따른 필터링부의 세부 구성을 나타낸 계통도,
도 8은 본 발명에 따른 전처리부 구조를 나타낸 단면도,
도 9는 본 발명에 따른 에어벤트 구조를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 필터링부의 구조를 나타낸 평면도,
도 3은 본 발명에 따른 필터링부의 구조를 나타낸 측면도,
도 4는 본 발명에 따른 필터링부의 액 성분 이송 방향을 나타낸 개념도,
도 5는 본 발명에 따른 건조탱크 및 응축순환부의 구조를 나타낸 개념도,
도 6은 본 발명에 따른 응축기의 구조를 나타낸 단면도,
도 7은 본 발명에 따른 필터링부의 세부 구성을 나타낸 계통도,
도 8은 본 발명에 따른 전처리부 구조를 나타낸 단면도,
도 9는 본 발명에 따른 에어벤트 구조를 나타낸 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명 나노셀룰로오스 농축 및 응축 시스템의 구성을 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 개통도로서, 본 발명은 액상의 나노셀룰로오스 원료를 분말 형태로 제품화하는 데 있어 원료의 농축 및 건조효율을 크게 향상시키는 시스템으로 원료를 농축하기 위한 필터링부(3)와 함께 농축된 원료를 고온의 공기와 함께 분사하여 건조시키는 건조탱크(6) 및 그 외 부속설비들을 포함한다.
도 2는 본 발명에 따른 필터링부의 구조를 나타낸 평면도, 도 3은 본 발명에 따른 필터링부의 구조를 나타낸 측면도로서, 나노 셀룰로오스가 함유된 액상 원료 중 수분을 분리하여 이후 진행되는 건조 공정의 효율 및 수율을 높일 수 있도록 구비된 원료저장조(1)와, 공급부(2)와, 필터링부(3)와, 폐액저장조(4) 및 역세척부(5)의 구성을 도시하고 있다.
상기 원료저장조(1)는 본 발명에서 처리 대상이 되는 나노셀룰로오스 액상 원료가 저장되는 탱크로서 하단이 좁아지며 순환관(11)이 연결되며 상측으로는 리턴관(12)이 각각 연결된다.
도 7은 본 발명에 따른 필터링부의 세부 구성을 나타낸 계통도로서, 성능 향상 및 장치 보호를 위한 부가 구성이 추가된 모습을 나타내고 있다.
이때 액상 원료에 포함된 나노셀룰로오스 성분의 침전 및 응집을 방지하고 필터링 효율을 높이기 위하여 수용된 원료를 적정 온도로 가열하며 교반하는 것이 바람직하다.
이에 상기 원료저장조(1)를 외측으로 둘러싸는 형태로 설치되어 내부 원료를 가열하는 히터(13)와, 수용된 원료를 교반하는 혼합기(14)를 설치하여 적정한 유동성을 확보할 수 있는 온도로 가열과 함께 원료를 지속적으로 교반하여 나노셀룰로오스 성분이 균질한 분포를 이루도록 하는 것이 바람직하며, 후술되는 바와 같이 다 회차에 걸친 원료의 농축시 원료저장조(1)에 수용된 원료의 양을 측정하기 위해 수용된 원료의 레벨을 측정하는 레벨센서(15)를 더 포함시킬 수 있다.
이때 원료의 농축에 따른 점도 증가 특성 등을 반영하여 상기 레벨센서(15)는 원료저장조 내부 상단에 하측을 향하여 설치된 초음파 센서로 구성하는 것이 바람직하다.
상기 순환관(11)에 연결되어 상기 원료저장조(1)의 액상 원료를 흡입 및 이송하는 공급부(2)가 구성된다. 이러한 공급부(2)는 실질적으로 원료를 이송하는 펌프로 단일의 펌프로 구성될 수도 있으나, 원료 중 수분을 필터링함에 있어 일정 수준의 승압이 요구되므로 원료를 이송하며 1차로 승압하는 피딩펌프(21) 및 상기 피딩펌프(21)를 통해 배출된 원료를 2차 증압하는 증압펌프(22)로 구성하는 것이 바람직하다.
상기 공급부(2)를 통해 이송된 원료는 수분 필터링을 위한 필터링부(3)로 압송된다. 상기 필터링부(3)는 한쪽 끝과 다른 쪽 끝이 각각 상기 공급부(2) 및 리턴관(12)에 연결되어 원료 중 수분을 필터링 후, 분리된 수분은 후술되는 폐액저장조(4)로 이송되고 수분이 분리되어 농축된 원료는 상기 리턴관(12)을 통해 원료저장조(1)로 재공급한다.
본 발명에서는 공급되는 액상 원료의 압력을 통해 나노셀룰로오스를 통과시키지 않으면서 수분만 통과시키는 세라믹필터(32)가 복수로 직렬 형성된 이송관(31)을 통해 원료 중 수분만 필터링하게 되며, 첨부된 도면에서는 바람직한 실시예로 이송관(31)에 3개의 세라믹필터(32)가 직렬연결된 모습을 도시하고 있으나 그 숫자를 적절히 조정할 수도 있다.
상기 세라믹필터(32) 외측으로는 투과된 수분을 이송할 수 있도록 케이싱이 둘러싸게 되며, 상기 세라믹필터(32)를 내측에서 외측으로 통과한 액 성분만을 취합하여 배출되도록 한다.
바람직하게는 도 3과 같이 3개의 세라믹필터(32)를 직렬로 연결하여 3차에 걸쳐 수분 필터링이 이루어지도록 하되 도 2와 같이 앞서 설명한 3개 세라믹필터(32)를 다시 병렬로 3개로 분할하여 필터링이 이루어지도록 함으로 필터 폐색에 따른 효율저하를 줄이면서도 빠른 시간에 필터링이 이루어지도록 한다. 이때 병렬 필터링을 위한 분기관에 각각 공급부를 구비하여 선택된 하나의 분기관에 대한 세라믹필터 정비시 다른 분기관을 통해 필터링을 수행하는 등 작업의 연속성을 도모할 수도 있다.
물론 하나의 공급부를 통해 병렬연결된 모든 분기관으로 원료를 공급하는 것도 가능하나, 이 경우 공급부서 나오는 압력은 일정하지만 분배부분에서 분배기 형상에 의해 유량이 달라질 수 있으므로, 병렬 형성된 분기관에 각각 공급부를 구비함으로 세라믹필터의 막힘으로 인한 문제발생을 줄일 수 있다.
상기 세라믹필터(32)를 통과한 액 성분은 상기 케이싱(33) 내부를 따라 이동하며, 상기 케이싱에 연결된 폐액저장조(4)에 취합 및 저장된다.
이후 시간이 지남에 따라 나노셀룰로오스 성분이 세라믹필터(32)의 미세공을 막아 압력이 증가하게 되므로 이를 위해 상기 폐액저장조(4)의 액 성분을 역으로 케이싱(33)을 통해 세라믹필터(32) 측으로 가압, 공급하여 막힌 부분을 역세척함으로 필터링 성능을 복원시킬 수 있다.
즉 한쪽 끝과 다른 쪽 끝이 각각 상기 폐액저장조(4) 및 케이싱(33)에 연결되되 폐액저장조(4)의 액 성분을 상기 케이싱(33) 내부로 가압 이송하는 역세척부(5)인 펌프를 추가 설치하는 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 필터링부의 액 성분 이송 방향을 나타낸 개념도로서, 도 4(a)는 원료를 필터링하는 과정에서의 액의 흐름, 도 4(b)는 세라믹필터(32)를 역세척 하는 과정에서의 액의 흐름을 각각 나타내고 있다.
즉 원료저장조(1)에 저장된 나노셀룰로오스 원료를 상기 필터링부(3)를 통해 연속적으로 탈수하되 필터링부(3)의 성능 저하에 따른 역세척을 통해 세라믹필터의 성능을 유지하는 것으로, 앞서 언급한 바와 같이 상기 공급부(2)가 동작함에 따라 도 4(a)와 같이 원료 중 수분만 세라믹필터(32)를 통과하여 폐액저장조(4)로 이송되고 농축된 원료는 원료저장조(1)로 리턴된다.
이후 세라믹필터(32)의 폐색에 따라 세라믹필터(32) 내측의 압력상승시 공급부(2)의 동작을 정지하고 상기 역세척부(5)를 동작시키게 되며, 도 4(b)와 같이 상기 폐액저장조(4)에 수용된 물이 케이싱(33) 내부를 통해 세라믹필터(32)의 외측으로 가압되어 내측으로 투과됨으로 내측에서 나노셀룰로오스 성분을 통해 폐색된 세라믹필터(32)의 세척이 이루어진다.
마찬가지로, 도 2와 같이 필터링부(3)가 병렬로 구비됨에 따라 케이싱(33)과 폐액저장조(4)가 분기관을 통해 연결되며, 하나의 역세척부를 통해 모든 분기관에 액 성분을 공급하는 방식이 아닌 각 분기관마다 역세척부를 구비하여 폐색된 세라믹필터를 고르게 세척할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.
이때 상기 케이싱(33)과 폐액저장조(4)를 연결하는 배관에 조절밸브(37)를 설치하고 상기 역세척부(5)와 케이싱(33)을 연결하는 부분에 토출밸브(37)를 각각 설치하여 필터링 공정과 역세척 공정에서 이들을 적절히 개폐조작함으로 역류를 방지하게 됨은 자명하다.
상기 세라믹필터(32)의 경우 재질의 특성상 인가되는 압력이 너무 높을 경우 파손이 발생할 수 있음에 따라, 상기 피딩펌프(21)와 증압펌프(22) 사이와, 증압펌프(22)와 세라믹필터(32) 사이에는 각각 설정된 이상의 압력인가시 자동 개방되며 공급되는 원료를 상기 리턴관(12)으로 이송하여 압력을 설정치 이하로 낮추는 릴리프 밸브(R)를 설치하게 된다.
즉 원료저장조(1)에 수용된 나노셀룰로오스 원료를 상기 공급부(2)를 통해 필터링부(3)로 이송시, 안전밸브인 릴리프 밸브(R)는 세라믹필터(32) 내부의 손상을 방지하고자 10 bar 정도에서 열리도록 세팅하고 압력 오버에 따른 원료는 원료저장조(1)로 이송되도록 한다.
또한, 역세척시 상기 역세척부(5)에 의한 압력으로도 세라믹필터(32)가 파손될 수 있음에 따라 상기 역세척부(5) 출력 측에도 릴리프 밸브(R)를 구비하여 설정된 압력 이상으로 가압되는 것을 방지하되, 역세척부(5)에 설치된 릴리프 밸브(R)의 경우 개방시 폐액저장조(4)로 액을 리턴시키도록 구성한다.
이때 상기 이송관(31)에 압력계(34)를 설치하여 외부에서 세라믹필터(32)의 폐색 정도를 가늠할 수 있도록 구성하고, 폐액저장조(4) 측에서 유출되는 물의 양을 측정할 수 있도록 유량계(35)를 설치하여 저장된 물의 양 및 역세척에 소요된 양을 알 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
도 5는 본 발명에 따른 건조탱크 및 응축순환부의 구조를 나타낸 개념도로서, 앞서 설명한 바와 같이 필터링부(3)를 통해 원료에 포함된 나노셀룰로오스 성분과 물이 상당 비율로 제거되고 나노셀룰로오스 성분이 농축응집된 상태에서 이를 열풍을 통해 건조하여 분말형태로 제품화하되 열풍을 재순환하며 건조효율을 높일 수 있는 구성을 도시하고 있다.
상기 건조탱크(6)는 상기 원료저장조(1)에 농축된 액상 원료를 고온의 공기와 함께 분사하여 건조시켜 분말 제품으로 만들기 위한 탱크로, 하단이 좁아지며 배출관(62)이 형성되어 하측에 분말화된 제품을 효과적으로 포집 및 배출할 수 있도록 구성되고, 상단에 고온의 공기가 액상 원료와 함께 공급되는 공급관(61) 및 내측으로 상기 공급관(61)에 연결되어 고온의 공기를 액상 원료와 함께 분사하는 분사부(63)가 구비된다.
원료의 고른 건조를 위해 회전분사 방식의 스프레이를 사용하는 것이 바람직하며 이러한 스프레이 방식의 기본 건조 원리는 본 출원인의 등록특허 제10-1929928호(2018.12.11)를 통해 공지되어 있는바, 본 발명에서는 발명의 취지가 흐려지는 것을 방지하기 위해 건조 원리 및 분사부(63)에 대한 구체적인 내용은 생략한다.
종래의 경우 이러한 스프레이 방식의 건조기에서 건조 후 남은 공기를 대기로 배출함에 따라 폐열을 버리는 경우가 많은 상태로 남은 열의 재활용을 위해서는 고도의 필터링 수단이 요구되었다. 본 발명에서는 이러한 문제점을 해결할 수 있는 방법 중에 고도의 필터링 수단을 요구하지 않으면서도 열을 효과적으로 재활용하며 에너지를 절감할 수 있도록 응축순환부(7)를 구성하고 있다.
상기 응축순환부(7)는 상기 배출관(62)에 연결되되 공기의 선회 흐름을 통해 공기에 함유된 나노입자에 원심력을 작용시켜 분리 및 포집하는 제1사이클론부(71)를 통해 배출되는 나노입자를 회수하게 된다.
상기 제1사이클론부(71)를 통과한 공기는 응축기(72)를 통과하며 수분이 제거되며 건조한 상태가 되며, 상기 응축기(72)를 통과한 공기의 선회 흐름을 통해 공기에 함유된 이물질을 제거하는 제2사이클론부(73)를 통해 이물질 제거가 이루어지며, 히터(79) 및 송풍기(74)를 통해 상기 제2사이클론부(73)를 통과한 공기를 가열하여 상기 공급관(61)에 공급하게 된다.
이러한 제1사이클론부(71) 및 제2사이클론부(73)는 필터나 구조체 내에 회전 날개 등을 설치하고 기계적으로 입자에 원심력을 주는 다른 원심력 이용 장치와 비교하여 별도의 가동부 내지는 동력부가 없는 상태로 원활한 나노입자 및 이물질의 분리가 가능하다.
도 6은 본 발명에 따른 응축기의 구조를 나타낸 단면도이다.
본 발명의 응축기(72)는 한쪽으로 상기 제1사이클론부(71)를 통과한 공기가 유입되는 유입부(721)와 다른 쪽으로 건공기가 배출되는 유출부(722)가 형성되되 다른 쪽으로 하향 경사진 원통형의 몸체를 구비하게 되며, 상기 몸체 내부를 가로지르며 상기 유입부(721) 및 유출부(722)를 연결하여 공기통로를 형성하되 내측으로 응축핀(7231)이 형성된 복수의 응축관(723)이 구비된다.
즉 상기 응축관(723)을 통해서는 공기가 통과하며 상기 응축관(723) 외측, 몸체 내측으로는 냉각수가 흐르는 구조로 공기와 냉각수 사이의 열교환이 이루어지게 되며, 상기 응축관(723)을 통과하는 공기를 응축시켜 수분을 제거하되 응축관(723) 내부에는 단면이 열십자 형태로 응축핀(7231)을 설치함에 따라 통과하는 공기의 접촉면적이 넓어지며 응축효율을 극대화한다.
이때 상기 유출부(722) 내부에는 표면에 접촉되는 공기 중 수분을 응축시키는 다층 경사판 구조의 트랩(724)이 설치되어 배출되는 공기 중 수분을 최종적으로 제거한다. 특히 상기 트랩(724)은 유출부(722) 측으로 상향 경사진 형태로 이루어져 공기는 상측으로 이동하여 배출되도록 유도하되 표면에서 응축된 물방울은 하측으로 떨어져 모이도록 한다.
특히 앞서 언급한 바와 같이 응축기(72)의 몸체가 전체적으로 다른 쪽으로 하향 경사짐에 따라 모인 물은 유출부(722)측 하측으로 쉽게 모여지며, 상기 유입부(721) 및 유출부(722) 하측에 형성된 드레인부(725)를 통해 응축수의 외부 배출이 이루어진다.
또한, 상기 몸체에는 내부 응축관(723) 외부의 냉각수 흐름을 통해 상기 응축관(723)을 냉각시키도록 냉각수유입관(726) 및 냉각수유출관(727)이 형성되며, 상기 냉각수유입관(726) 및 냉각수유출관(727)에 연결되어 냉각수를 순환시키는 칠러(75) 및 냉각펌프(76)와 같은 응축기(72)의 수냉구조가 마련된다.
이때 공기의 배관 중 온습도센서(77)에서 온습도 상태를 측정하고 응축기(72) 부분에 노점센서(78)를 장착하여 적정한 노점 온도를 유지할 수 있도록 냉각펌프(76)를 제어하는 것이 바람직하다. 즉 온습도센서(77) 및 노점센서(78)를 통해 수분발생 정도를 계산하되, 파악되는 수분발생이 적을 경우 냉각펌프(76)로 냉각수량을 조정하여 수분이 많이 배출될 수 있도록 한다.
도 8은 본 발명에 따른 전처리부 구조를 나타낸 단면도로서, 본 발명에서 전처리부(8)는 원료저장조(1)에 있는 원료 중 이물질을 이차로 걸러내는 작업을 수행하는 구성으로, 나노셀룰로오스 원료에 포함된 고형 이물질은 잘 분리가 되지 않는 어려움이 있어 필터링부에 유입시 문제를 일으킬 수 있음에 따라, 본 발명에서는 전처리부(8)를 통해 원료저장조(1)에 있는 원료를 처리 후 필터링부(3)에 공급함으로 필터링부의 안전 및 수명연장이 이루어지도록 한다.
이러한 전처리부(8)는 기본적으로 사이클론 구조를 비롯하여 강자성 스크린컬렉터, 스크린 매쉬 등의 3가지 필터링 수단을 통해 이물질을 제거하게 되며, 구체적으로, 원료가 임시 수용되되, 하단이 좁아지며 슬러지배출구(83)가 형성된 원통형의 본체 한쪽과 다른 쪽으로 각각 외주면의 접선 방향으로 입구(81)와 출구(82)가 형성되어 입구(81)와 출구(82) 사이에 와류가 발생하는 사이클론 구조로 본체가 형성된다.
또한, 상기 본체 측벽을 따라 강한 자성체(85)를 형성하여 원료 내 금속성분을 와류로 인한 원심력과 함께 효과적으로 제거할 수 있으며, 내측으로 상기 입구와 출구를 가로지르는 형태로 설치된 스크린메쉬판(84)을 설치하여 흐름이 발생된 원료 중 이물질을 물리적으로 걸러낸다. 분리된 이물질은 비중에 의해 하측으로 모여 상기 슬러지배출구(83)를 통해 배출된다.
첨부된 도면에서 A로 표시된 구성은 별도의 임시저장탱크도 될 수 있으나 바람직하게는 원료저장조(1)가 될 수 있으며, 원료저장조(1) 앞쪽에 전처리부(8)가 구비되는 경우 통상 원심분리기(C)를 통과한 원료를 공급받게 된다.
도 9는 본 발명에 따른 에어벤트 구조를 나타낸 단면도이다.
앞서 언급한 바와 같이 상기 원료저장조(1)에 혼합기(14)가 구비되어 수용된 원료를 교반함에 따라 원료에 공기가 혼입되며 이를 공급부(2)를 통해 필터링부(3)로 공급시 원료에 포함된 기포가 압축 팽창을 반복하면서 세라믹필터(32)에 충격을 주어 파손을 발생시키고, 일정한 압력유지를 방해하며 필터링 효율을 저해할 수 있음에 따라 원료의 필터링부(3) 공급전 기포를 제거하기 위한 에어벤트(36)를 설치하는 것이 바람직하다.
상기 에어벤트(36)는 원통 형상으로 이루어진 탱크 구조체로서, 한쪽이 공급관(61)에 연결되는 입구와, 다른 쪽으로 상기 이송관(31)에 연결되되 상기 입구보다 상대적으로 낮은 높이에 형성된 출구가 형성된다. 이는 원료에 혼입된 기포가 상승하려는 특성이 있음에 따라 기포가 함유되지 않은 하측의 원료가 우선적으로 배출될 수 있는 구조이며, 내부에는 원료에 혼입된 버블을 충돌시켜 상승을 유도하는 경사구조의 격막판(363)과, 상측으로 대기와 연통되며 공기를 배출시키는 통기밸브(364)가 형성된다.
즉 상기 격막판(363)은 입구에서 유입된 원료가 유입 후 접촉 가능한 위치에 구비되며 출구 쪽으로 상향 경사를 갖도록 하여 접촉한 원료의 액 성분은 하측으로 기포성분은 충돌 후 분리되어 위쪽으로 유도하며, 분리된 기포는 통기밸브(364)를 통해 대기로 배출되어, 공기성분이 최대한 배제된 상태로 원료가 필터링부로 공급된다.
본 발명에 따른 원료의 농축은 앞서 언급한 바와 같이 원료저장조(1) 상부에 레벨센서(15)를 설치하여 수용된 농축물(원료)의 레벨을 반영하여 1차 ~ 3차 역세척을 수행하도록 한다. 즉 초음파를 사용한 레벨센서(15)는 수용된 원료의 높이를 측정 후 설정된 높이가 감지되면 상기 역세척부(5)를 통해 물을 공급하게 된다.
또한, 본 발명에 따른 시스템의 제어를 위해 앞서 언급한 전기, 전자적인 구성과 연결된 제어부(9)가 구비됨은 자명하다. 특히 상기 제어부(9)는 앞서 언급한 각종 펌프들, 즉 공급부(2) 및 역세척부(5)를 비롯한 냉각펌프(76) 등을 제어함에 있어서 급격하게 작동시키는 것이 아닌 천천히 유량을 증가시키도록 제어하는 것이 바람직하다. 특히 공급부(2) 및 역세척부(5)의 급격한 펌프의 가동은 세라믹필터(32)의 파손과 수명단축을 가져올 수 있으므로 이러한 것을 방지하기 위한 펌프 제어가 이루어질 필요가 있다.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
1: 원료저장조
11: 순환관
12: 리턴관
13: 히터 14: 혼합기
15: 레벨센서
2: 공급부 21: 피딩펌프 22: 증압펌프
3: 필터링부 31: 이송관 32: 세라믹필터
33: 케이싱 34: 압력계
35: 유량계 36: 에어벤트
361: 입구 362: 출구
363: 격막판 364: 통기밸브
37: 조절밸브 38: 토출밸브
4: 폐액저장조
5: 역세척부
6: 건조탱크 61: 공급관 62: 배출관
63: 분사부
7: 응축순환부 71: 제1사이클론부 72: 응축기
721: 유입부 722: 유출부
723: 응축관 724: 트랩
725: 드레인부 726: 냉각수유입관
727: 냉각수유출관 73: 제2사이클론부
74: 송풍기 75: 칠러
76: 냉각펌프 77: 온습도센서
78: 노점센서 79: 히터
8: 전처리부 81: 입구 82: 출구
83: 슬러지배출구 84: 스크린메쉬판
85: 자성체
9: 제어부 R: 릴리프밸브 C: 원심분리기
13: 히터 14: 혼합기
15: 레벨센서
2: 공급부 21: 피딩펌프 22: 증압펌프
3: 필터링부 31: 이송관 32: 세라믹필터
33: 케이싱 34: 압력계
35: 유량계 36: 에어벤트
361: 입구 362: 출구
363: 격막판 364: 통기밸브
37: 조절밸브 38: 토출밸브
4: 폐액저장조
5: 역세척부
6: 건조탱크 61: 공급관 62: 배출관
63: 분사부
7: 응축순환부 71: 제1사이클론부 72: 응축기
721: 유입부 722: 유출부
723: 응축관 724: 트랩
725: 드레인부 726: 냉각수유입관
727: 냉각수유출관 73: 제2사이클론부
74: 송풍기 75: 칠러
76: 냉각펌프 77: 온습도센서
78: 노점센서 79: 히터
8: 전처리부 81: 입구 82: 출구
83: 슬러지배출구 84: 스크린메쉬판
85: 자성체
9: 제어부 R: 릴리프밸브 C: 원심분리기
Claims (5)
- 나노셀룰로오스 액상 원료가 저장되되 하단이 좁아지며 순환관(11)이 형성되며 상단에 리턴관(12)이 형성되는 원료저장조(1);
상기 순환관(11)에 연결되어 상기 원료저장조(1)의 액상 원료를 흡입 및 이송하는 공급부(2);
한쪽 끝과 다른 쪽 끝이 각각 상기 공급부(2) 및 리턴관(12)에 연결되되, 공급되는 액상 원료의 압력을 통해 액 성분을 외측으로 투과시키는 복수의 세라믹필터(32)가 복수로 직렬 형성된 이송관(31)과, 상기 세라믹필터(32)를 둘러싸며 통과한 액 성분을 취합하여 배출하는 케이싱(33)을 구비한 필터링부(3);
상기 케이싱(33)에 연결되어 취합된 액 성분을 저장하는 폐액저장조(4);
한쪽 끝과 다른 쪽 끝이 각각 상기 폐액저장조(4) 및 케이싱(33)에 연결되되 폐액저장조(4)의 액 성분을 상기 케이싱(33) 내부로 가압 이송하는 역세척부(5);
상기 원료저장조(1)에 농축된 액상 원료를 고온의 공기와 함께 분사하여 건조시키되, 하단이 좁아지며 배출관(62)이 형성되고, 상단에 고온의 공기가 액상 원료와 함께 공급되는 공급관(61)과, 내측으로 상기 공급관(61)에 연결되어 고온의 공기를 액상 원료와 함께 분사하는 분사부(63)가 형성된 건조탱크(6);
상기 배출관(62)에 연결되되 공기의 선회 흐름을 통해 공기에 함유된 나노입자에 원심력을 작용시켜 분리 및 포집하는 제1사이클론부(71)와, 상기 제1사이클론부(71)를 통과한 공기를 응축시키는 응축기(72)와, 상기 응축기(72)를 통과한 공기의 선회 흐름을 통해 공기에 함유된 이물질을 제거하는 제2사이클론부(73)와, 상기 제2사이클론부(73)를 통과한 공기를 가열하여 상기 공급관(61)에 공급하는 히터(79) 및 송풍기(74)를 구비하는 응축순환부(7); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노셀룰로오스 농축 및 응축 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 응축기(72)는,
한쪽으로 상기 제1사이클론부(71)를 통과한 공기가 유입되는 유입부(721)와, 다른 쪽으로 건공기가 배출되는 유출부(722)가 형성되되 다른 쪽으로 하향 경사진 원통형의 몸체와, 상기 유입부(721) 및 유출부(722)를 연결하여 공기통로를 형성하되 내측으로 응축핀(7231)이 형성된 복수의 응축관(723)과, 상기 유출부(722) 내부에 설치되며 표면에 접촉되는 공기 중 수분을 응축시키는 다층 경사판 구조의 트랩(724)과, 상기 유입부(721) 및 유출부(722) 하측에 형성된 응축수를 배출하는 드레인부(725)와, 각각 상기 몸체를 통과하며 냉각수 흐름을 통해 상기 응축관(723)을 냉각시키는 냉각수유입관(726) 및 냉각수유출관(727)을 구비하고,
상기 냉각수유입관(726) 및 냉각수유출관(727)에 연결되어 냉각수를 순환시키는 칠러(75) 및 냉각펌프(76)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노셀룰로오스 농축 및 응축 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 필터링부(3)는,
원통 형상으로 이루어지며, 한쪽이 공급관에 연결되는 입구(361)와, 다른 쪽으로 상기 이송관(31)에 연결되되 상기 입구보다 상대적으로 낮은 높이에 형성된 출구(362)가 형성되고, 내부에는 원료에 혼입된 버블을 충돌시켜 상승을 유도하는 경사구조의 격막판(363)과, 상측으로 대기와 연통되는 통기밸브(364)가 형성된 에어벤트(36)를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노셀룰로오스 농축 및 응축 시스템.
- 제1항에 있어서,
원료가 임시 수용되되, 하단이 좁아지며 슬러지배출구(83)가 형성된 원통형의 본체 한쪽과 다른 쪽으로 각각 외주면의 접선 방향으로 입구(81)와 출구(82)가 형성되고, 측벽을 따라 형성된 자성체(85)와, 내측으로 상기 입구와 출구를 가로지르는 형태로 설치된 스크린메쉬판(84)을 구비하며, 상기 원료저장부에 수용된 원료를 전처리하는 전처리부(8); 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노셀룰로오스 농축 및 응축 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 원료저장조(1)는,
외측으로 둘러싸는 형태로 설치되어 내부 원료를 가열하는 히터(13)와, 수용된 원료를 교반하는 혼합기(14)와, 수용된 원료의 레벨을 측정하는 레벨센서(15)를 더 포함하고,
상기 공급부(2)는 원료를 이송하는 피딩펌프(21) 및 상기 피딩펌프(21)를 통해 배출된 원료를 2차 증압하는 증압펌프(22)와, 상기 피딩펌프(21)와 증압펌프(22) 사이와 증압펌프(22)와 세라믹필터링부(3) 사이에 각각 설치되어 설정된 이상의 압력인가시 동작하여 원료를 상기 리턴관(12)으로 이송하는 릴리프 밸브(R)를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노셀룰로오스 농축 및 응축 시스템.
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| KR1020200040294A KR102458355B1 (ko) | 2020-04-02 | 2020-04-02 | 나노셀룰로오스 농축 및 응축 시스템 |
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|---|---|
| KR20210123061A true KR20210123061A (ko) | 2021-10-13 |
| KR102458355B1 KR102458355B1 (ko) | 2022-10-25 |
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ID=78115148
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| KR (1) | KR102458355B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117323749A (zh) * | 2023-11-03 | 2024-01-02 | 北京铝能清新环境技术有限公司 | 一种电解铝烟气干法脱氟脱硫***及处理方法 |
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| KR100540026B1 (ko) | 2004-09-21 | 2005-12-29 | (주)대창그린텍 | 니트로셀룰로오스 폐산여과장치 및 그 방법 |
| KR20100121640A (ko) | 2008-02-20 | 2010-11-18 | 알스톰 테크놀러지 리미티드 | 스프레이 건조기 흡수기 분산기 장치 |
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2020
- 2020-04-02 KR KR1020200040294A patent/KR102458355B1/ko active IP Right Grant
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| KR102458355B1 (ko) | 2022-10-25 |
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