KR20020042824A - Apparatus And Method For Separating Mixed Liquids - Google Patents
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Abstract
바이오매스 추출 순환에 있어서, 개선된 증발기가 요구된다. 증발기(12)는 액체 용매/바이오매스 혼합물을 위한 유입구를 포함하며, 유입구는 분사 노즐(27)을 포함한다. 증발기(12)는 가열된 용기 벽(20a, 20b)를 포함한다. 용매/바이오매스 혼합물이 노즐(27)을 통해 흐르는 경우, 압력 강하로 인하여 일부 용매가 휘발된다. 가열된 벽(20a, 20b)은 용매 잔부를 휘발시킨다. 용매 증기는 재순환시 증발기(12)로 부터 배출된다. 액체 바이오매스 추출물은 배출하기 위해 용기 저부에서 수집하여 후속적으로 사용된다.In the biomass extraction cycle, an improved evaporator is needed. Evaporator 12 includes an inlet for a liquid solvent / biomass mixture, which includes a spray nozzle 27. Evaporator 12 includes heated vessel walls 20a and 20b. When the solvent / biomass mixture flows through the nozzle 27, some solvent is volatilized due to the pressure drop. The heated walls 20a, 20b volatilize the solvent residue. Solvent vapor is withdrawn from the evaporator 12 upon recycling. The liquid biomass extract is collected at the bottom of the vessel and subsequently used for discharge.
Description
본 발명은 혼합된 액체, 특히 휘발성이 다른 액체를 분리하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 이와 같은 혼합물은 예를들어, "바이오매스(biomass)"를 추출(extracting)하는 공정(그 방법을 다음에 예시하였다.)에서 발생한다. 이와 같은 공정에서의 전형적인 중간산물은 하이드로플로로카본("HFC")(예를들어, 1,1,1,2-테트라플루오로에탄); 클로로플로로카본("CFC"); 혹은 하이드로클로로플로로카본("HCFC")와 같은 용매와 바이오매스로 알려진 천연적으로 발생하는 물질로 부터 추출된 왁스성 혹은 오일성 액체와의 혼합물이다.The present invention relates to an apparatus and a method for separating mixed liquids, in particular liquids of different volatility. Such mixtures arise, for example, in a process of extracting "biomass" (the method of which is illustrated next). Typical intermediates in this process include hydrofluorocarbons (“HFCs”) (eg, 1,1,1,2-tetrafluoroethane); Chlorofluorocarbons (“CFCs”); Or a mixture of solvents such as hydrochlorofluorocarbons ("HCFCs") and waxy or oily liquids extracted from naturally occurring substances known as biomass.
용어 "하이드로플루오로카본"은 탄소, 수소 및 불소 원자만 함유하며, 따라서 염소가 함유되어있지 않은 물질을 말한다.The term "hydrofluorocarbon" refers to a substance which contains only carbon, hydrogen and fluorine atoms and therefore does not contain chlorine.
바람직한 하이드로플루오로카본은 하이드로플루오로알칸 및 특히 C1-4하이드로플루오로알칸이다. 용매로 사용될 수 있는 C1-4하이드로플루오로알칸의 적절한 예로는 특히, 트리플루오로메탄(R-23), 플루오로메탄(R-41), 디플루오로메탄(R-32), 펜타플루오로에탄(R-125), 1,1,1-트리플루오로에탄(R-143a), 1,1,2,2-테트라플루오로에탄(R-134), 1,1,1,2-테트라플루오로에탄(R-134a), 1,1-디플루오로에탄(R-152a), 헵타플루오로프로판 및 특히 1,1,1,2,3,3-헵타플루오로프로판(R-227ea), 1,1,1,2,3,3-헥사플루오로프로판(R-236ea), 1,1,1,2,2,3-헥사플루오로프로판(R-236cb), 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로프로판(R-236fa), 1,1,1,3,3-펜타플루오로프로판(R-245fa), 1,1,2,2,3-펜타플루오로프로판(R-245ca), 1,1,1,2,3-펜타플루오로프로판(R-245eb), 1,1,2,3,3-펜타플루오로프로판(R-245ea) 및 1,1,1,3,3-펜타플루오로부탄(R-365mfc)를 포함한다. 필요에 따라 2 또는 그 이상의 하이드로플루오로카본의 혼합물이 사용될 수 있다.Preferred hydrofluorocarbons are hydrofluoroalkanes and especially C 1-4 hydrofluoroalkanes. Suitable examples of C 1-4 hydrofluoroalkanes that may be used as the solvent are, in particular, trifluoromethane (R-23), fluoromethane (R-41), difluoromethane (R-32), pentafluoro Roetan (R-125), 1,1,1-trifluoroethane (R-143a), 1,1,2,2-tetrafluoroethane (R-134), 1,1,1,2- Tetrafluoroethane (R-134a), 1,1-difluoroethane (R-152a), heptafluoropropane and especially 1,1,1,2,3,3-heptafluoropropane (R-227ea ), 1,1,1,2,3,3-hexafluoropropane (R-236ea), 1,1,1,2,2,3-hexafluoropropane (R-236cb), 1,1, 1,3,3,3-hexafluoropropane (R-236fa), 1,1,1,3,3-pentafluoropropane (R-245fa), 1,1,2,2,3-pentafluoro Lopropan (R-245ca), 1,1,1,2,3-pentafluoropropane (R-245eb), 1,1,2,3,3-pentafluoropropane (R-245ea) and 1, 1,1,3,3-pentafluorobutane (R-365mfc). Mixtures of two or more hydrofluorocarbons may be used as desired.
R-134a, R-227ea, R-32, R-125, R-245ca 및 R-245fa가 바람직한 것이다.R-134a, R-227ea, R-32, R-125, R-245ca and R-245fa are preferred.
본 발명에 사용하기에 특히 바람직한 하이드로플루오로카본은 1,1,1,2-테트라플루오로에탄(R-134a)이다.Particularly preferred hydrofluorocarbons for use in the present invention are 1,1,1,2-tetrafluoroethane (R-134a).
바이오매스 추출은 천연 물질로 부터 향료(flavours), 방향(fragrances) 또는 약학적으로 활성인 성분(본 명세서에서 이러한 물질들은 "바이오매스(biomass)"라 한다.)을 추출하는 것이다.Biomass extraction is the extraction of flavors, fragrances or pharmaceutically active ingredients (herein referred to as "biomass") from natural substances.
바이오매스의 예는 이에 한정하는 것은 아니지만, 코리앤더(coriander), 정향(cloves), 스타 아니스(star anise), 커피, 오렌지 쥬스, 회향 씨, 커민(cumin),생강 및 다른 종류의 나무껍질, 잎, 꽃, 열매, 뿌리, 근경 및 씨와 같은 플라보좀(flavoursome) 또는 방향 물질을 포함한다. 바이오매스는 또한, 살충제와 같이 생물학적으로 활성인 물질 및 예를들어, 식물 물질, 세포 배양물 또는 발효액을 얻을 수 있는 약학적으로 활성인 물질 또는 그 전구체의 형태로 추출될 수 있다.Examples of biomass include, but are not limited to, coriander, cloves, star anise, coffee, orange juice, fennel seeds, cumin, ginger and other types of bark, leaves And flavosomes or fragrances such as flowers, fruits, roots, rhizomes and seeds. The biomass may also be extracted in the form of biologically active substances such as insecticides and pharmaceutically active substances or precursors thereof, for example to obtain plant substances, cell cultures or fermentation broths.
이러한 추출 공정에 상기한 바와 같이 중요한 용매 혹은 예를들어, 액화 이산화탄소를 사용하는 기술적 및 상업적 관심이 증대되고 있다.There is an increasing technical and commercial interest in using such important solvents as described above in such extraction processes or liquefied carbon dioxide, for example.
용매 혼합물을 사용하여 바이오매스를 추출할 수 있다.The solvent mixture can be used to extract the biomass.
이러한 용매를 이용하는 알려져 있는 추출 공정은 일반적으로 폐쇄된-루프 추출 장치에서 행하여 진다. 이와 같은 시스템의 전형적인 예 10를 도 1에 개략적으로 나타내었다.Known extraction processes using such solvents are generally performed in closed-loop extraction equipment. A typical example 10 of such a system is shown schematically in FIG. 1.
이러한 전형적인 시스템에서, 액화 용매는 용기 11에 고정된 바이오매스의 베드를 통해 하향흐름으로 중력에 의해 삼투되어진다. 그곳에서부터 증발기 12로 흘러들고 여기서 휘발성 용매는 고온 유체(hot fluid)와의 열 교환에 의해 휘발된다. 그 후, 증발기 12로 부터의 증기는 압축기 13에서 압축된다. 그 다음 압축된 증기는 응축기 14로 공급되며, 여기서 저온 유체(cold fluid)와의 열 교환에 의해 액화된다. 그 후, 액화된 용매는 임의로 중간 보관 용기(수신기) 15에 수집되거나또는 직접 추출 용기 1로 보내져 순환이 완료된다.In this typical system, the liquefied solvent is osmotically oscillated downward through a bed of biomass fixed to vessel 11. From there it flows into the evaporator 12 where the volatile solvent is volatilized by heat exchange with hot fluid. The vapor from evaporator 12 is then compressed in compressor 13. The compressed steam is then fed to condenser 14 where it is liquefied by heat exchange with cold fluid. The liquefied solvent is then optionally collected in an intermediate storage vessel (receiver) 15 or sent directly to extraction vessel 1 to complete the circulation.
상기 공정의 특징은 용매가 바이오매스와 시스템 주위를 순환하도록 하는 주요한 구동력이 응축기/저장 용기와 증발기 사이의 압력차라는 것이다. 이 압력차는 압축기에서 발생한다. 따라서, 바이오매스를 통과하는 용매 순환율을 증가시키기 위해서는 이 압력차를 증가시킬 필요가 있으며, 보다 크고 힘이 좋은 압축기를 필요로 한다.The process is characterized by the pressure difference between the condenser / storage vessel and the evaporator as the main driving force for the solvent to circulate around the biomass and the system. This pressure difference occurs in the compressor. Therefore, in order to increase the solvent circulation rate through the biomass, it is necessary to increase this pressure difference, and a larger and better compressor is required.
용매 액체와 증기의 큰 밀도차는 액체 순환율의 완만한 증가는 압축기 크기의 증가로 인하여 상당한 자본과 공정 비용이 요구될 수 있음을 의미한다. 이는 시스템 개발자가 바이오매스를 통한 액체의 흐름과 증기가 압축될 수 있는 율(rate)의 조화를 도모하여야 함을 의미한다.The large difference in density of solvent liquid and vapor means that a slow increase in liquid circulation rate can require significant capital and process costs due to the increase in compressor size. This means that the system developer must balance the flow of liquid through the biomass with the rate at which vapor can be compressed.
이와 같은 추출 시스템에서, 물질은 전형적으로 비휘발성 액체 혹은 왁스질의 고형물로 추출되며, 따라서, 용매 증발기는 증류 생산물로 부터 용매를 분리하는 작용과 생산물을 저장하는 두가지 목적으로 사용된다. 일반적인 디자인은 액체 혹은 슬러리 풀(pool)을 형성하는 용매와 생산물을 포함하는 전형적인 재킷된 압력 용기이다. 열은 용기 벽을 통해 공급되어 용매를 증발시키며 열 전달 방식은 풀(pool)을 보일링(boiling)하는 것이다. 액체 공급물은 딥-파이프(dip-pipe)를 통해 도입된다.In such extraction systems, the material is typically extracted as a non-volatile liquid or waxy solid, so solvent evaporators are used for the purpose of separating the solvent from the distillation product and for storing the product. A typical design is a typical jacketed pressure vessel that includes a product and a solvent that forms a liquid or slurry pool. Heat is supplied through the vessel wall to evaporate the solvent and the heat transfer method is to boil the pool. The liquid feed is introduced through a dip-pipe.
이와 같은 배열은 제작하기 용이하지만, 많은 문제를 갖는다.Such an arrangement is easy to manufacture, but has many problems.
먼저, 용매와 생산물이 밀접한 혼합물을 형성함으로, 시스템은 열역학 평형에 유사한 것으로 여겨질 수 있다. 이는 추출공정시 용기에서 생산물의 양이 증가함에 따라, 증발기의 액체 풀에서 생성물의 농도가 꾸준히 증가함을 의미한다. 대부분의 추출물은 용매에 비하여 휘발성이 매우 낮으며, 이는 증발 온도, 예를들어, 열공급 온도가 고정되면, 기화 압력(vaporisation pressure)이 시간경과에 따라 감소됨을 의미한다.First, by forming an intimate mixture of solvent and product, the system can be considered similar to thermodynamic equilibrium. This means that as the amount of product in the vessel increases during the extraction process, the concentration of product in the liquid pool of the evaporator steadily increases. Most extracts have very low volatility compared to solvents, which means that the vaporization pressure decreases over time when the evaporation temperature, for example the heat supply temperature, is fixed.
증기압력의 감소는 증기밀도를 감소시키며 따라서, 압축기를 통과하는 물질(mass)이 감소된다. 만약, 이와 같은 밀도 감소가 기화 온도 상승으로 보상되지 않으면, 시스템 주위의 전반적인 용매 순환율(압축기 물질 처리량(mass throughput)으로 측정됨)이 감소된다.Reducing the steam pressure reduces the vapor density, thus reducing the mass passing through the compressor. If this decrease in density is not compensated for by an increase in vaporization temperature, the overall solvent circulation rate (measured by compressor mass throughput) around the system is reduced.
증발기에서의 기화온도는 열에 의해 공급되는 온도에 의해 제한된다. 일반적으로 그러하듯이, 일정한 형태의 열 통합(heat integraton)(열 회수)을 사용하여 열을 응축기에서 증발기로 재순환하면, 열 공급 온도에 대한 명확한 상한치가 존재한다. 증발기에서의 열저항과 관련된 경우, 이로 인하여 기화 압력 변화를 상쇄하기 위한 증발기 온도의 상승이 제한된다.The vaporization temperature in the evaporator is limited by the temperature supplied by the heat. As is generally the case, using some form of heat integraton (heat recovery) to recycle heat from the condenser to the evaporator, there is a clear upper limit to the heat supply temperature. In the case of heat resistance in the evaporator, this limits the rise of the evaporator temperature to offset the change in vaporization pressure.
증발기 용기 12에 적용될 수 있는 최대 온도차가 있을 뿐만아니라, 이를 벗어나는 보일링 방식은 풀 보일링에서 풀 보일링 방식에 비하여 열 유동이 현저하게 감소되는 소위 필름 보일링(film boiling)으로 변한다. 따라서, 보일링 압력 변화를 상쇄하기 위한 어떠한 시도도 장치의 특성 및 용매/추출 유체 시스템의 열역학적 특성으로 인하여 현저하게 제한된다.Not only is there a maximum temperature difference that can be applied to the evaporator vessel 12, but the boiling scheme beyond this turns into a so-called film boiling in which the heat flow is significantly reduced compared to the full boiling scheme. Thus, any attempt to counteract changes in boiling pressure is significantly limited due to the properties of the device and the thermodynamic properties of the solvent / extraction fluid system.
둘째, 보일링 유체에 두번째로 비휘발성 성분을 첨가하는 것은 열 전달율에 악역향(일반적으로 열 전달 계수의 감소로 표현됨.)을 미칠 수 있다. 이는 순수한 유체가 끓을때 발생하는 열 저항 뿐만 아니라 소위 물질 전환 저항(mass transfer resistance)의 도입에 기인한다. 따라서, 증발기에 보유되어 있는 추출물의 양이 추출도중 증가함에 따라, 손상된 열 전달이 증가할 수 있다. 이는 상기한 바와 같이 용매 순환율을 감소시킬 수 있다.Secondly, the addition of a second nonvolatile component to the boiling fluid can adversely affect heat transfer rate (generally expressed as a decrease in heat transfer coefficient). This is due to the introduction of the so-called mass transfer resistance as well as the thermal resistance that occurs when pure fluids boil. Thus, as the amount of extract retained in the evaporator increases during extraction, impaired heat transfer may increase. This can reduce the solvent circulation rate as described above.
상기 두 가지 문제는 이로 인하여 총 용매 순환율을 계속하여 조절(압축기에 맞추어 증발기의 출력이 균형되도록)해야 할 필요를 야기하며, 물질 추출에 필요한 시간을 연장시킴으로 고려의 대상이 된다.Both of these problems cause the need to continuously adjust the total solvent circulation rate (to balance the output of the evaporator to the compressor) and to extend the time needed for material extraction to be considered.
세번째 문제는 시스템의 열역학적 특성과 관련하여 알려져 있는 디자인에 기인한 것이다. 추출이 일단 실질적으로 완료되면, 가능한한 많은 용매가 회수될 수 있도록, 추출기 용기, 증발기 및 연결 파이프에서 잔류 용매를 휘발시킬 필요가 있다. 이와 같은 증발이 생산물과 혼합된 보일링 액체 풀에서 완전히 발생하면, 생산물 추출 농도가 증가함에 따라 생산물의 일부가 증발된다. 이는 증기에서의 농도는 수용가능한 정도로 상당히 낮으나, 여전히 용매를 오염된다.The third problem is due to the known design with respect to the thermodynamic properties of the system. Once the extraction is substantially complete, it is necessary to volatize the residual solvent in the extractor vessel, the evaporator and the connecting pipe so that as much solvent as possible can be recovered. If this evaporation occurs completely in the boiling liquid pool mixed with the product, part of the product evaporates as the product extraction concentration increases. This is due to the fact that the concentration in the vapor is considerably low, but still contaminates the solvent.
용매 시스템으로의 이와 같은 손실은 가치있는 생산물의 손실은 재사용되기 전에 용매의 부가적인 회수 및 세척을 필요로함을 의미한다. 이는 필요로하는 장치 및 가동유지 시간 모두로 인하여 비용이 증대된다.This loss to the solvent system means that the loss of valuable products requires additional recovery and washing of the solvent before it can be reused. This adds cost because of both the equipment and uptime required.
이러한 방식으로 증발되는 경우 일부 추출물과 관련하여 부가적인 문제가 야기될 수 있다. 많은 향신료 및 방향 추출물은 몇몇 분자들의 혼합물이다: 따라서 일부가 상기한 바와 같이 용매 시스템내로 증발되면, 필수적인 성분의 특성이 손실되고 이에 따라 그 가치가 변한다. 이 또한 바람직하지 않은 것이다.Evaporation in this way can cause additional problems with some extracts. Many spice and aroma extracts are mixtures of several molecules: therefore, if some are evaporated into the solvent system as described above, the properties of the essential ingredients are lost and their value changes accordingly. This is also undesirable.
정리하면:In short:
ㆍ용매/추출물 분리에 풀 보일링 증발기를 사용하는 것은 상기한 바와 같이 폐쇄-루프 용매 추출에 사용되는 표준 기술이다.Use of a full boiling evaporator for solvent / extract separation is a standard technique used for closed-loop solvent extraction as described above.
ㆍ이와 같은 증발기는 생산물에서 용매를 분리하지 못하며 순환 시간을 연장하는 저조한 열 전달; 생산물의 열퇴화; 분류(fractionation)로 인한 추출에서의 부분 변화 및 추출물에 의한 용매 시스템의 오염;과 같은 문제가 발생한다.Evaporators such as poor heat transfer which do not separate solvent from the product and prolong circulation time; Thermal degradation of the product; Problems such as partial changes in the extraction due to fractionation and contamination of the solvent system by the extract.
본 발명의 일 견지에 의하면, 청구항 1항의 장지가 제공된다.According to one aspect of the invention, the barrier of claim 1 is provided.
이와 같은 장치의 잇점으로는:The advantages of such a device are:
용매의 증발은 용기에서 소적(droplet) 분사와 증기의 직접적인 접촉에 의해 부분적으로 발생하고 또한, 박막 필름으로 부터 부분적으로 증발한다. 두 방식 모두 고열전달계수를 제공하는 것으로 잘 알려져 있으며 따라서 열 성능이 우수하다.The evaporation of the solvent occurs in part by the direct contact of the droplet injection and the vapor in the vessel and also partly evaporates from the thin film. Both methods are well known for providing high heat transfer coefficients and therefore good thermal performance.
휘발되는 용매에서 추출물의 수준이 항상 낮고(예를들어, 도 1의 용기 11과 같은 추출기 용기에서 유입구를 거쳐 공급되는 농도) 따라서 시간경과에 따라 끓는점온도 혹은 용매 증기 밀도가 거의 변화되지 않음으로 장치가 작동함에 따른 증발성능의 감소가 거의 없다.As the level of extract in the volatilized solvent is always low (e.g., the concentration supplied via the inlet in an extractor vessel, such as vessel 11 of Figure 1), the boiling point temperature or solvent vapor density hardly changes over time. There is almost no reduction in evaporation performance with
일부 바이오매스 추출물은 주위온도에 근접한 온도 혹은 이 보다 낮은 온도에서 농축되는 경우 고형화되는 것으로 알려져 있다. 본 발명은 휘발하는 필름에서 추출물이 액체로 남아있도록 하며(가열되는 부분의 온도를 선택함에 따라) 따라서, 벌크 용매 휘발 온도가 추출물의 융점보다 낮더라도 추출물을 액상으로 유지하는 것이 가능하고 용기 저부에 도입되도록 한다.Some biomass extracts are known to solidify when concentrated at or near ambient temperature. The present invention allows the extract to remain liquid in the volatilized film (by selecting the temperature of the portion to be heated), thus making it possible to keep the extract in the liquid phase even if the bulk solvent volatilization temperature is lower than the extract's melting point. To be introduced.
효과적으로 분리되도록하는 장치 구성요소의 바람직한 배열을 청구항 2 및 3에 나타낸 바와 같다.Preferred arrangements of the device components to be effectively separated are as shown in claims 2 and 3.
바람직하게, 노즐은 유입구에서 제거할 수 있다. 제거가능한 공급 노즐의 사용은 최적 분사 각도 및 소적 크기를 공정처리되는 추출물의 특성 및 농도에 따라추출시마다 쉽게 변화시킬 수 있음을 의미한다.Preferably, the nozzle can be removed at the inlet. The use of removable feed nozzles means that the optimum spray angle and droplet size can be easily changed from extraction to extraction depending on the nature and concentration of the extract being processed.
임의로, 유입구는 용매/액체 혼합물의 가열에 사용되는 예비가열기를 포함한다. 바람직하게, 상기 예비가열기에 의한 가열은 공정처리되는 정확한 공급에 따라 마이크로프로세서 제어 수단으로 제어할 수 있다. 이는 장치에서 용매의 플래쉬 휘발양을 이롭제 조절하는 것이다.Optionally, the inlet comprises a preheater used for heating the solvent / liquid mixture. Preferably, the heating by the preheater can be controlled by microprocessor control means in accordance with the exact supply to be processed. This advantageously controls the flash volatilization of the solvent in the device.
증기 배출구의 바람직한 형태는 청구항 7 및 8에 나타낸 바와 같다. 이들 형태는 바이오매스 추출물의 동반흐름(entrainment)을 방지하면서, 용기에서 용매 증기의 완전한 회수를 확실시하기에 이로운 것이다.Preferred forms of steam outlets are as shown in claims 7 and 8. These forms are beneficial to ensure complete recovery of solvent vapors from the vessel while preventing entrainment of the biomass extract.
청구상 9의 흐림제거 배리어(dimisting barrier)는 또한 바이오매스 추출물의 동반흐름을 이롭게 방지한다.The dimming barrier of claim 9 also advantageously prevents the accompanying flow of the biomass extract.
청구항 10 및 11은 우수한 흐름 및 분리 효과를 제공하는 것을 돕는 용기의 치수 형태를 특정하는 것이다.Claims 10 and 11 specify the dimensional form of the vessel which helps to provide good flow and separation effects.
본 발명은 바이오매스 추출 설비, 특히 압력 용기, 특히 그 내부,가 일부를 형성하는 폐쇄된 루프 용매 순환 패스를 포함하는 설비와 작동적으로 연결되어 사용되는 경우, 본 명세서에서 특정하고 있는 바와 같은 장치에 관한 것이다.The invention relates to a biomass extraction plant, in particular a pressure vessel, in particular an apparatus as specified herein, when used in operative connection with a plant comprising a closed loop solvent circulation path which forms part of it. It is about.
본 발명의 다른 견지에 의하면, 청구항 14의 방법이 제공된다. 상기 방법의 바람직한 구현은 청구항 15 내지 17과 같다.According to another aspect of the present invention, the method of claim 14 is provided. Preferred implementations of the method are as in claims 15 to 17.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 구현에 대하여 설명한다. 단 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다.Hereinafter, with reference to the drawings will be described a preferred embodiment of the present invention. However, this does not limit the present invention.
도 1은 종래의 전형적인,폐쇄 루프 바이오매스 추출 순환을 나타내는 도면이며;1 is a diagram illustrating a conventional, closed loop biomass extraction cycle in the prior art;
도 2는 증발기 형태의 본 발명에 의한 장치의 교차단면도를 나타내는 도면이다.2 shows a cross sectional view of a device according to the invention in the form of an evaporator.
도 2에 도 1의 순환에서 통상의 증발기 12를 대체할 수 있는 증발기 12를 나타내었다.2 shows an evaporator 12 which can replace the conventional evaporator 12 in the circulation of FIG. 1.
도 2의 증발기 12는 재킷 22를 통해 흐르는 열 공급원 21을 갖는 재킷된 압력 용기 20이다. 다른 예는 도 2의 재킷 22와 비슷한 방법으로 용기 20의 측면 및 저면 20a, 20b를 감싸는 혹은 주위에 삽입된 전자 가열 요소를 사용하는 것이다.Evaporator 12 in FIG. 2 is jacketed pressure vessel 20 with heat source 21 flowing through jacket 22. Another example is the use of an electronic heating element inserted around or surrounding the sides and bottoms 20a, 20b of the vessel 20 in a manner similar to the jacket 22 of FIG.
공정의 추출 단계 11로 부터 추출물을 포함하는 액체 용매는 공급 라인 23, 임의의 예비가열기 24를 통해 공급되며, 따라서, 끝에 제거가능하고, 각이 맞추어진 분사노즐 27을 갖는 짧은 수직 파이프 26을 통해 용기 내부로 유입된다.From extraction step 11 of the process, the liquid solvent containing the extract is fed via feed line 23, any preheater 24, thus providing a short vertical pipe 26 having a removable, angled injection nozzle 27 at the end. Through the container.
용매/바이오매스 추출액 혼합물이 라인 23과 파이프 24를 통해 그리고 노즐 27를 통하여 흐를 때, 노즐 27에서 공급 압력이 떨어지고 따라서, 공급물 일부(전형적으로 약 5-7%)가 용기 11로 유입됨에 따라 휘발된다. 소위 이 플래쉬 증기의 양은 액체 용매 공급물을 예비가열하여 조절할 수 있다.As the solvent / biomass extract mixture flows through line 23 and pipe 24 and through nozzle 27, the supply pressure drops at nozzle 27 and thus as part of the feed (typically about 5-7%) flows into vessel 11 Volatilized The so-called amount of flash steam can be controlled by preheating the liquid solvent feed.
각도가 맞추어진 노즐 27은 휘발되지 않은 액체의 미세한 분사가 용기 20의 벽 20a를 향하도록 조준되며, 그 후 액체는 용기의 내부 벽 20a를 박막 필름(thin film)으로 흘러내린다. 상기 필름이 아래로 흘러내림에따라 벽의 온도가 증발 압력에서 용매의 증발온도보다 높게 유지됨으로 용매가 휘발한다. 추출물(즉, 액체 바이오매스 추출물)(이의 이슬점 온도는 용매의 이슬점온도보다 낮다.)은 용기 20의 바닥 20b로 흘러내리며, 여기서, 순환기간도중 모이고 필요에 따라 저면 20b에서 드레인 밸브 28을 통해 채취된다.The angled nozzle 27 is aimed so that a fine jet of unvolatized liquid is directed towards the wall 20a of the vessel 20, after which the liquid flows down the inner wall 20a of the vessel into a thin film. As the film flows down the solvent evaporates as the wall temperature remains above the evaporation temperature of the solvent at the evaporation pressure. The extract (ie liquid biomass extract) (its dew point temperature is lower than the dew point temperature of the solvent) flows down to bottom 20b of vessel 20 where it is collected during circulation and collected via drain valve 28 at bottom 20b as needed. do.
가열과 소적 분사에 의한 물질이동이 진행됨에 따라 휘발된 증기가 용기에서 솟아오르고 용매 압축기 13의 작용에 의해 용기상부에서 덕트 29를 통해 제거된다.As mass transfer proceeds by heating and droplet injection, the vaporized vapor rises out of the vessel and is removed through the duct 29 at the top of the vessel by the action of the solvent compressor 13.
용매 도입 지점보다 상부인 용기 부분 20c는 증기에 부가적인 초과열(superheat)을 제공(증기의 건조제거를 돕도록)하기 위해 사용(가열 재킷 22의 적합한 연장 혹은 다른 가열 요소)될 수 있으며 또한, 액체 소적의 동반흐름을 최소화하기 위한 유리 스페이스(disengagement space)로 또한 작용한다.The vessel portion 20c, which is above the solvent introduction point, can be used (as a suitable extension of the heating jacket 22 or other heating element) to provide additional superheat to the vapor (to help dry out the steam). It also acts as a disengagement space to minimize the entrainment of liquid droplets.
증기의 상기 유리(disengagement)에 도움이 되도록, 용기 내부 직경 D는 분사노즐에 의해 형성되는 입자 크기의 소적의 동반흐름이 실질적으로 제거되기에 충분히 낮은 증기 속도가 되도록 선택된다. 부가적인 흐림제거(demister) 패드 혹은 배플 배열 30이 액체 동반흐름을 더욱 차단하도록 내부 증기 공간의 상분에 필요에 따라 장착될 수 있다.To aid in the disengagement of the vapor, the vessel inner diameter D is chosen such that the vapor velocity is low enough to substantially eliminate the entrainment of the droplets of particle size formed by the spray nozzle. Additional demister pads or baffle arrays 30 may be mounted as needed at the top of the internal vapor space to further block liquid entrainment.
용기 길이 L은 일반적인 작동 사이클에서, 예상되는 양의 생성물이 용기 저부 20에 도달하기 전에 용매의 완전한 휘발을 확실시하기 위해 표면에 충분한 열을 전달하는 것을 확실시 할 수 있도록 선택된다.The vessel length L is chosen to ensure that in the normal operating cycle, the expected amount of product transfers sufficient heat to the surface to ensure complete volatilization of the solvent before reaching the vessel bottom 20.
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