KR20230100055A - 용해 반응기, 이를 포함하는 폐플라스틱 처리시스템 및 폐플라스틱 용해 방법 - Google Patents

용해 반응기, 이를 포함하는 폐플라스틱 처리시스템 및 폐플라스틱 용해 방법 Download PDF

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KR20230100055A
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Abstract

본 발명은 본체; 상기 본체 내에 위치되고, 회전하여 상기 용매에 상기 폐플라스틱을 용해시키는 교반기 및 상기 본체 내에 위치되어 용매와 폐플라스틱을 수용하는 공간이 구비되고, 상기 용매, 상기 폐플라스틱 및 상기 용매에 상기 폐플라스틱이 용해된 용해물 중 어느 하나 이상이 통과되는 복수개의 관통홀이 구비된 메쉬 필터를 포함하는 용해 반응기에 관한 것이다.

Description

용해 반응기, 이를 포함하는 폐플라스틱 처리시스템 및 폐플라스틱 용해 방법{DISSOLUTION REACTOR, DISPOSAL SYSTEM FOR WASTE PLASTIC INCLUDING THE SAME AND METHOD FOR DISSOLUTION REACTION}
본 발명은 용해 반응기, 이를 포함하는 폐플라스틱 처리시스템 및 폐플라스틱 용해 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 용매에 대한 폐플라스틱의 용해도를 증가시켜 용액 회수율을 증가시킨 용해 반응기, 이를 포함하는 폐플라스틱 처리시스템 및 폐플라스틱 용해 방법에 관한 것이다.
염화비닐 중합체(PVC)는 각종 물품들을 제조하는데 폭넓게 사용된다. 예를 들어 이들은 복토(covering soils)용, 차량(트럭) 덮개용, 작업이 수행되고 있는 빌딩을 가리는 용도, 엔터테인먼트나 전시회를 위한 세트 설치용, 또는 광고 목적용으로 의도되는 강화섬유로 일반적으로 강화된 시트를 제조하는데 사용된다. 이들 시트는 일반적으로 큰 표면적을 가지고 있다. 게다가, 많은 분야에서, 가장 특히는 현재 상당히 성장되고 있는 분야들인 광고 분야 또는 엔터테인먼트나 전시회를 위한 세트가 이용되는 분야에서는, 시트의 수명은 통상 몇 주 또는 몇 달로 짧다. 이러한 이유들 때문에, 많은 양의 이러한 시트들이 매년 폐기되고 있다. 그러므로 이들을 재생시키는 방법은 주된 생태학적 및 경제적 문제점을 구성한다.
1종 이상의 연질 또는 경질의 고분자(바람직하게는 PVC)에 기초한 다른 물품들, 예를 들어 차량, 파이프 및 호스의 컨베이어 벨트, 코팅 패브릭 및 다른 내부 설비용 부재, 창문틀 또는 고분자-절연 전기 케이블에 대해서 같은 상황이 적용된다.
도 1은 종래 폐수 처리 공정을 도시한 도면이다. 종래 PVC 플라스틱을 재활용하는 공정은 플라스틱을 분쇄, 용해, 침전 및 건조의 단계를 거쳐 불순물을 제거하였다.
분쇄된 분말 형태의 폐플라스틱은 입자의 크기가 다양하고, 다양한 크기의 폐플라스틱은 용매에 대한 용해도가 달라지게 된다. 따라서, 입자 크기가 큰 폐플라스틱은 용매에 녹지 않아 용액에 분말 형태의 폐플라스틱이 포함되게 되고 종래 플라스틱 재활용 공정은 용액 회수율이 낮은 문제가 발생하였다.
한국공개특허 제10-2011-0021781호
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 용매에 대한 폐플라스틱의 용해도를 증가시켜 용액 회수율을 증가시킨 용해 반응기, 이를 포함하는 폐플라스틱 처리시스템 및 폐플라스틱 용해 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시상태는 본체; 상기 본체 내에 위치되고, 회전하여 상기 용매에 상기 폐플라스틱을 용해시키는 교반기 및 상기 본체 내에 위치되어 용매와 폐플라스틱을 저장하는 공간이 구비되고, 상기 용매와 상기 폐플라스틱이 통과되는 복수개의 관통홀이 구비된 메쉬 필터를 포함하는 용해 반응기를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 메쉬 필터는 상기 본체 내벽과 이격되어 위치되는 것인 용해 반응기를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 전면에 상기 용매에 상기 폐플라스틱이 용해된 용액과 상기 폐플라스틱을 분리하는 복수개의 분리 관통홀이 구비된 보조 필터를 더 포함하고, 상기 분리 관통홀은 상기 관통홀과 크기가 상이한 것인 용해 반응기를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 메쉬 필터는 상기 보조 필터 내부에 위치되고, 상기 관통홀은 상기 분리 관통홀 보다 크기가 큰 것인 용해 반응기를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 메쉬 필터는 상기 보조 필터의 내벽과 이격되어 위치되는 것인 용해 반응기를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 교반기 및 상기 메쉬 필터 중 어느 하나 이상에 동력을 공급하는 모터를 더 포함하는 용해 반응기를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 메쉬 필터는 상기 교반기와 회전 속도가 상이한 것인 용해 반응기를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 폐플라스틱은 상기 메쉬 필터 내로 공급되어, 상기 폐플라스틱이 상기 용매에 용해된 용해물이 상기 메쉬 필터와 상기 본체 사이 공간으로 통과되는 용해 반응기를 제공한다.
본 발명의 다른 실시상태에 있어서, 전술한 실시상태에 따른 용해 반응기 및 상기 용해 반응기를 제어하는 제어부를 포함하는 폐플라스틱 처리시스템을 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시상태에 있어서, 용해 반응기에 용매 및 폐플라스틱을 공급한 후, 상기 용해 반응기 내 교반기를 회전시켜 용매에 폐플라스틱을 용해시키는 단계; 메쉬 필터를 통해 상기 폐플라스틱이 상기 용매에 용해된 용해물과 용해되지 않은 상기 폐플라스틱 및 이물질이 분리되는 단계 및 분리된 상기 용해물을 회수하는 단계를 포함하는 폐플라스틱 용해 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시상태에 있어서, 상기 폐플라스틱 및 상기 이물질이 분리되는 단계는 상기 메쉬 필터를 회전시켜 상기 용해물과 상기 폐플라스틱 및 상기 이물질을 분리시키는 것인 폐플라스틱 용해 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시상태에 있어서, 보조 필터를 통해 상기 용해물과 상기 폐플라스틱 및 상기 이물질이 2차로 분리되는 단계를 더 포함하는 폐플라스틱 용해 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시상태에 있어서, 상기 메쉬 필터는 상기 용해 반응기의 본체 내에 위치되고, 상기 폐플라스틱은 상기 메쉬 필터 내로 공급되고, 상기 용해물은 상기 본체와 상기 메쉬 필터 사이로 통과되는 것인 폐플라스틱 용해 방법을 제공한다.
본 발명의 실시상태들에 따른 용해 반응기, 이를 포함하는 폐플라스틱 처리시스템 및 폐플라스틱 용해 방법에 따르면, 용매에 대한 폐플라스틱의 용해도를 증가시켜 용액 회수율을 증가시킬 수 있다.
도 1은 종래 폐수 처리 공정을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시상태에 따른 용해 반응기를 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시상태에 따른 용해 반응기를 도시한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시상태에 따른 메쉬 필터와 보조 필터를 도시한 개략도이다.
이하에서는 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 도면은 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 도면에 의하여 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 일 실시상태에 따른 용해 반응기(100)를 도시한 개략도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시상태에 따른 메쉬 필터(13)와 보조 필터(14)를 도시한 개략도이다.
폐플라스틱 처리시스템(도시되지 않음)은 용해 반응기(10) 및 제어부(도시되지 않음)를 포함할 수 있다.
용해 반응기(10)는 용매에 폐플라스틱을 용해하는 것으로, 용매와 폐플라스틱을 혼합하여 용매에 폐플라스틱이 용해된 용해물(또는, 용액)을 제조할 수 있다. 용해물은 폐플라스틱에 포함된 가소제, 염화비닐 중합체(PVC), 첨가제 등이 용매에 용해된 용액을 의미할 수 있다.
용해 반응기(10)는 본체(11), 교반기(12) 및 메쉬 필터(13)를 포함할 수 있다.
본체(11)는 용매와 폐플라스틱을 공급받아 수용하는 것으로, 용매, 폐플라스틱 및 폐플라스틱이 용해된 용해물 중 어느 하나 이상을 저장할 수 있다. 이때, 폐플라스틱은 분쇄기를 통해 분쇄되어 분말 형태로 본체(11)에 공급될 수 있다.
본체(11)는 상부 또는 측면에 용매 및 폐플라스틱이 공급되는 용매 공급부(도시되지 않음) 및 폐플라스틱 공급부(도시되지 않음)가 구비될 수 있고, 하부에 용해물이 배출되는 용해물 배출부(도시되지 않음)가 구비될 수 있다. 그리고, 용해물 배출부는 내부에 판 형태의 필터를 포함하여, 용해물 내에 잔류되는 이물질을 걸려낼 수 있다.
교반기(12)는 본체(11) 내에 포함되는 것으로, 회전에 의해 용매와 폐플라스틱을 혼합하여 폐플라스틱을 용매에 용해시킬 수 있다. 교반기(12)는 본체(11)의 중심축을 축으로 회전하며 용매에 유체 흐름을 발생시켜 용매와 폐플라스틱의 접촉 면적을 증가시킬 수 있다.
일 실시예에 있어서, 교반기(12)는 길이가 긴 막대에 적어도 하나 이상의 프로펠러가 구비되는 것으로, 프로펠러는 막대의 길이 방향을 따라 위치될 수 있다. 그리고, 교반기(12)는 프로펠러를 회전시키기 위해 막대에 동력을 제공할 수 있는 모터를 포함할 수 있다. 따라서, 교반기(12)는 모터와 막대가 연결되어 구비될 수 있다.
교반기(12)는 프로펠러를 용매 또는 용해물에 침지되도록 위치될 수 있고, 모터에서 동력을 공급받아 막대 및 프로펠러를 회전시켜 용매와 폐플라스틱을 교반할 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 교반기(12)는 모터 일면에 본체(11)의 중심축과 수평되게 구비된 회전축(도시되지 않음)이 위치되고, 회전축 단부에서 본체(11) 내면 방향으로 연장된 복수개의 결합부(도시되지 않음)가 구비되며, 결합부 각각에 회전날개(도시되지 않음)가 결합되는 형태로 구비될 수 있다.
본 발명에 따른 교반기(12)는 용매에 폐플라스틱이 용해된 용액을 한 방향으로 회전시킬 수 있다면 그 형태를 특별히 한정하지 않는다.
메쉬 필터(13)는 본체(11) 내에 위치되어 용매와 폐플라스틱을 공급받아 수용하는 공간이 구비되고, 메쉬 필터(13) 용매, 폐플라스틱 및 용해물 중 어느 하나 이상이 통과되는 복수개의 관통홀(13a)이 구비될 수 있다.
메쉬 필터(13)는 본체(11) 내벽과 이격되어 위치되고, 메쉬 필터(13) 내부에 교반기(12)가 위치될 수 있다. 따라서, 교반기(12)가 회전함에 따라 폐플라스틱이 용매에 용해되고, 용해물에 유체 흐름이 발생되어 용매 및 용해물은 관통홀(13a)을 통해 메쉬 필터(13)와 본체(11) 사이 공간으로 빠져나갈 수 있다. 이때, 용매에 용해되지 않은 폐플라스틱 분말은 메쉬 필터(13) 내에 잔류될 수 있다.
메쉬 필터(13)와 본체(11) 사이 공간으로 배출된 용해물은 본체(11)의 용해물 배출부를 통해 회수될 수 있는데, 메쉬 필터(13)와 본체(11) 사이 공간에는 폐플라스틱이 용해된 용액만이 수용될 수 있어, 본 발명에 따른 용해 반응기(10)은 용해물 배출부가 분말 형태의 폐플라스틱 또는 이물질로 인해 막히는 문제를 방지하여 여과 시간을 단축할 수 있다. 그리고, 용해 반응기(10)는 용액 회수율이 증가되는 효과가 발생할 수 있다.
메쉬 필터(13)는 폐플라스틱의 용매에 대한 용해도를 증가시키고, 관통홀을 통해 용해물을 배출하기 위해 회전될 수 있다.
본 발명에 따른 용해 반응기(10)는 모터를 더 포함할 수 있는데, 모터(M)는 교반기(12) 및 메쉬 필터(13) 중 어느 하나 이상에 동력을 제공하고 회전시킬 수 있다. 모터(M)는 하나 또는 복수개 포함될 수 있는데, 예를 들어, 교반기(12)와 메쉬 필터(13)는 하나 또는 복수개의 모터(M)에 의해 동일한 속도(RPM)로 회전될 수 있다. 또는, 교반기(12)와 메쉬 필터(13)는 상이한 속도로 회전될 수 있다.
메쉬 필터(13)는 용해물과 용매에 용해되지 못해 잔류하는 분말 형태의 폐플라스틱을 회전에 의한 원심력을 통해 분리할 수 있고, 이 중 용해물은 메쉬 필터(13)에 구비된 관통홀을 통해 메쉬 필터(13)와 본체(11) 사이의 공간으로 이동될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시상태에 따른 용해 반응기(10)를 도시한 개략도이다. 다른 실시예에 따른 용해 반응기(10)는 보조 필터(14)를 더 포함할 수 있다.
도 4를 참고하면, 보조 필터(14)는 전면에 복수개의 분리 관통홀(14a)이 구비되어, 용해물과 폐플라스틱을 분리할 수 있다. 즉, 분리 관통홀(14a)을 통해 용해물이 배출되고, 폐플라스틱은 보조 필터(14) 내부에 잔류하게 된다.
다른 실시예에 따른 용해 반응기(10)는 중심으로부터 교반기(12), 메쉬 필터(13) 및 보조 필터(14) 순으로 위치된다. 그리고, 메쉬 필터(13)는 보조 필터(14)의 내벽과 이격되어 위치될 수 있다. 즉, 용해 반응기(10)는 메쉬 필터(13) 내부, 메쉬 필터(13)와 보조 필터(14) 사이 및 보조 필터(14)와 본체(11) 사이 공간이 구비될 수 있다.
메쉬 필터(13)의 관통홀(13a)은 보조 필터(14)의 분리 관통홀(14a)과 크기가 상이하게 구비될 수 있다.
예를 들어, 메쉬 필터(13)의 관통홀(13a)은 보조 필터(14)의 분리 관통홀(14a) 보다 크기가 클 수 있다. 따라서, 메쉬 필터(13) 내부에는 관통홀(13a) 보다 크기가 큰 폐플라스틱 분말, 용매 및 용해물이 잔류되고, 메쉬 필터(13)와 보조 필터(14) 사이에는 분리 관통홀(14a) 보다 크기가 크고, 관통홀(13a) 보다는 작은 폐플라스틱 분말이 잔류될 수 있다. 다시 말해, 메쉬 필터(13) 내부, 메쉬 필터(13)와 보조 필터(14) 사이, 보조 필터(14)와 본체(11) 사이로 갈수록 잔류하는 폐플라스틱 분말의 크기가 작아질 수 있다.
그리고, 다른 실시예에 따른 용해 반응기(10)는 메쉬 필터(13) 및 보조 필터(14)를 이용해 두 번의 폐플라스틱 분말 및 이물질을 거르기 때문에, 보조 필터(14)와 본체(11) 사이 공간에는 용해물 및 용매만 잔류될 수 있다.
제어부는 용해 반응기(10)를 제어하는 것으로, 교반기(12) 또는 메쉬 필터(13)의 회전 속도, 용해 반응기(10) 본체(11)에 공급되는 용매 및 폐플라스틱의 양 등을 조절할 수 있다.
교반기(12) 또는 메쉬 필터(13)의 회전 속도, 용해 반응기(10) 본체(11)에 공급되는 용매 및 폐플라스틱의 양은 용매에 폐플라스틱이 용해된 용액의 용해도에 따라 조절될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 폐플라스틱 처리시스템은 측정부(도시되지 않음)을 더 포함할 수 있다.
측정부는 용해 반응기(10)에 저장된 용매에 폐플라스틱이 용해된 용액의 용해도를 측정하는 것으로, 용액이 불포화 용액. 포화 용액 및 과포화 용액인지 측정할 수 있다. 측정부는 용액에 용해도를 측정할 수 있다면 특별히 한정되지 않는다.
본 발명의 다른 실시상태에 따른 폐플라스틱 처리시스템은 여과기(도시되지 않음)을 더 포함할 수 있다. 여과기는 용해 반응기(10)에서 1차로 이물질이 제거된 용매에 잔류하는 이물질을 2차로 이물질을 제거하는 것이다.
여과기는 용액을 저장하는 몸통과 용액이 공급되고 배출되는 방향의 수직 방향으로 구비된 필터를 포함할 수 있다. 이때, 필터는 용액에 포함된 이물질 보다 지름이 작은 복수개의 관통구가 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 폐플라스틱 용해 방법은 용해 반응기에 용매 및 폐플라스틱을 공급한 후, 용해 반응기 내 교반기를 회전시켜 용매에 폐플라스틱을 용해시키는 단계(S10), 메쉬 필터를 통해 폐플라스틱이 용매에 용해된 용해물과 용해되지 않은 폐플라스틱 및 이물질이 분리되는 단계(S20) 및 분리된 용해물을 회수하는 단계(S30)을 포함한다.
용매에 폐플라스틱을 용해시키는 단계(S10)는 분쇄된 분말 형태의 폐플라스틱이 용해 반응기에 공급되고, 폐플라스틱 분말은 크기가 다양할 수 있다.
폐플라스틱 및 이물질이 분리되는 단계(S20)는 메쉬 필터를 회전시켜 용해물과 폐플라스틱 및 이물질을 더욱 효과적으로 분리시킬 수 있다. 메쉬 필터는 복수개의 관통홀을 포함할 수 있고, 용해물은 관통홀을 통해 메쉬 필터 외부로 배출될 수 있다. 그리고, 관통홀보다 크기가 큰 폐플라스틱 분말 및 이물질은 메쉬 필터 내에 잔류하게 된다.
그리고, 폐플라스틱 용해 방법은 보조 필터를 통해 용해물과 폐플라스틱 및 이물질이 2차로 분리되는 단계(S21)를 더 포함할 수 있다. 보조 필터는 복수개의 분리 관통홀을 포함하고, 회전할 수 있다.
따라서, 폐플라스틱 용해 방법은 메쉬 필터 내에서 폐플라스틱이 용매에 용해되고, 교반기 및 메쉬 필터의 회전에 의한 원심력으로 용해물 및 메쉬 필터의 관통홀보다 크기가 작은 폐플라스틱 분말은 메쉬 필터의 관통홀을 통해 메쉬 필터와 보조 필터 사이로 배출되게 된다. 그리고, 메쉬 필터 및 보조 필터의 회전에 의해 배출된 폐플라스틱 분말은 용매에 용해되고, 용해물은 보조 필터의 분리 관통홀을 통해 보조 필터 외부로 배출될 수 있다.
폐플라스틱 용해 방법은 용해 반응기 중 중복된 구성의 설명을 인용할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 용해 반응기
11: 본체
12: 교반기
13: 메쉬 필터
13a: 관통홀
14: 보조 필터
14a: 분리 관통홀

Claims (13)

  1. 본체;
    상기 본체 내에 위치되고, 회전하여 상기 용매에 상기 폐플라스틱을 용해시키는 교반기 및
    상기 본체 내에 위치되어 용매와 폐플라스틱을 수용하는 공간이 구비되고, 상기 용매, 상기 폐플라스틱 및 상기 용매에 상기 폐플라스틱이 용해된 용해물 중 어느 하나 이상이 통과되는 복수개의 관통홀이 구비된 메쉬 필터
    를 포함하는 용해 반응기.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 메쉬 필터는 상기 본체 내벽과 이격되어 위치되는 것인 용해 반응기.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 용매에 상기 폐플라스틱이 용해된 용해물과 상기 폐플라스틱을 분리하는 복수개의 분리 관통홀이 구비된 보조 필터를 더 포함하고,
    상기 분리 관통홀은 상기 관통홀과 크기가 상이한 것인 용해 반응기.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 메쉬 필터는 상기 보조 필터 내부에 위치되고, 상기 관통홀은 상기 분리 관통홀 보다 크기가 큰 것인 용해 반응기.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 메쉬 필터는 상기 보조 필터의 내벽과 이격되어 위치되는 것인 용해 반응기.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 교반기 및 상기 메쉬 필터 중 어느 하나 이상에 동력을 공급하는 모터를 더 포함하는 용해 반응기.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 메쉬 필터는 상기 교반기와 회전 속도가 상이한 것인 용해 반응기.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 폐플라스틱은 상기 메쉬 필터 내로 공급되어, 상기 폐플라스틱이 상기 용매에 용해된 용해물이 상기 메쉬 필터와 상기 본체 사이 공간으로 통과되는 용해 반응기.
  9. 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 따른 용해 반응기 및
    상기 용해 반응기를 제어하는 제어부
    를 포함하는 폐플라스틱 처리시스템.
  10. 용해 반응기에 용매 및 폐플라스틱을 공급한 후, 상기 용해 반응기 내 교반기를 회전시켜 용매에 폐플라스틱을 용해시키는 단계;
    메쉬 필터를 통해 상기 폐플라스틱이 상기 용매에 용해된 용해물과 용해되지 않은 상기 폐플라스틱 및 이물질이 분리되는 단계 및
    분리된 상기 용해물을 회수하는 단계
    를 포함하는 폐플라스틱 용해 방법.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 폐플라스틱 및 상기 이물질이 분리되는 단계는 상기 메쉬 필터를 회전시켜 상기 용해물과 상기 폐플라스틱 및 상기 이물질을 분리시키는 것인 폐플라스틱 용해 방법.
  12. 청구항 10에 있어서, 보조 필터를 통해 상기 용해물과 상기 폐플라스틱 및 상기 이물질이 2차로 분리되는 단계를 더 포함하는 폐플라스틱 용해 방법.
  13. 청구항 10에 있어서, 상기 메쉬 필터는 상기 용해 반응기의 본체 내에 위치되고,
    상기 폐플라스틱은 상기 메쉬 필터 내로 공급되고, 상기 용해물은 상기 본체와 상기 메쉬 필터 사이로 통과되는 것인 폐플라스틱 용해 방법.
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