KR0132527B1 - 안정한 구형의 과탄산나트륨의 제조방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 안정한 구형의 과탄산나트륨의 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 a) 고형의 물을 첨가시킨 다음, 안정제와 과산화수소를 첨가하여 반응시키는 단계; b) 상기 a)단계의 반응생성물과 미립의 과탄산나트륨을 혼합시킨 다음, 고속혼합기에서 고속혼합시켜 과립화시키는 단계; c) 상기 b)단계의 과립화된 과탄산나트륨을 건조시키는 단계; 및 d) 상기 c)단계의 건조된 과탄산나트륨을 크기별로 분류시키는 단계로 이루어지는 안정한 구형의 과탄산나트륨의 제조방법 및 상기 방법을 수행할 수 있는 장치에 관한 것이다.

Description

안정한 구형의 과탄산나트륨의 제조방법 및 그 장치

제1도는 본 발명의 실시예 1에 따라 과탄산나트륨을 제조하는 방법을 개략저으로 도시한 제조공정도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 혼합반응기 2 : 고속혼합기

3 : 유동층건조기 4 : 분류기

5 : 분쇄기 6 : 쿠션탱크

7 : 이송장치 8 : 백필터

본 발명은 안정한 구형의 과탄산나트륨의 제조방법 및 그 장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 혼합반응기에서 일정량의 수분을 함유하는 고형의 탄산나트룸 분말에 안정제 혼합물 및 과산화수소 수용액을 분무·혼합하여 반응시켜 과탄산나트륨을 생성시킨 후, 과립기에서 이미 제조되어 있는 미립의 과탄산나트륨과 혼합시켜 과립화하고 건조기에서 건조시켜 안정한 구형의 과탄산나트륨을 제조하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

과탄산나트륨은 활성산소의 방출에 따른 표백작용에 의한 표백제 또는 산화제로 널리 알려져 있으며, 화학식은 Na₂CO₃·1.5H₂O₂로 표시되는 백색분말위 물질이다. 과탄산나트륨은 과붕산나트륨에 비하여 가격이 저렴하고 저온에서의 표백력이 우수하며 용해속도가 빠르고 인체에 무해하다.

이러한 과탄산나트륨은 탄산나트륨을 물에 용해시킨 수용애과 과산화수소 수용액을 반응물로 하여 통상적으로 제조하는데, 이와 관련된 많은 선행특허들이 있다. 상기 특허들 중 미합중국 특허 제 2,380,620호 제 2,448,058호 제 2,541,733호 및 제 4,409,197호는 물을 매개체로 이용하여 반응을 수행하기 때문에 반응물의 혼합효과와 반응성이 뛰어나고 열전달이 우수하여 온도제어가 용이한 장점을 가진다. 그러나, 반응후에 남은 반응물 모액중에 과산화수소의 분해로 인하여 과탄산 나트륨 생성물의 유효산소의 손실이 크다는 단점이 있다.

상기 특허들에 기재된 제조방법과는 달리 유럽특허 제0,487,256호에서는 수분이 없는 건조한 탄산나트륨에 과산화수소수 수용액을 반응시켜 과탄산나트륨을 제조하는데, 이때에 제조되는 과탄산나트륨은 8%이하로 수분을 함유하고 95%이상으로 높은 과산화수소 이용효율을 가진다. 그러나, 상기 방법은 연속적으로 반응이 수행됨에 따라 생성되는 과탄산나트륨의 밀도가 커져서 안정성이 좀 나아지기는 하지만 실제로 사용될 경우에는 물에 대한 용해성이 저하되는 단점을 가진다. 또한 상기 반응은 비효율적으로 수행될 뿐만 아니라 생성되는 반응열에 의해 온도가 급격히 상승되어 과탄산나트륨의 분해가 크게 일어나기 때문에 역시 마찬가지로 생성된 과탄산나트륨의 유효산소의 손실을 초래한다.

한편, 상기 특허들외에 과산화수소 반응물의 이용효율을 물을 매체로 하여 생성반응열을 용이하게 제거하도록 높은 열전달계수를 유지시켜 과도한 온도상승을 막으므로써 과탄산나트륨의 유효산소의 손실을 억제시킬 수 있는 7∼18%이상의 수분을 함유하는 과탄산나트륨 제조방법에 관한 특허(미합중국 특허 제 3,860,694호 및 유럽특허 제 0,360,840호)가 있고, 또한 생성되는 반응열을 제거하기 위한 방편으로 물을 사용하는 대신에 반응물에 대해 비활성인 유기용매를 이용하여 반응을 수행한 특허(일본 특개소 제 47-32518호)도 있다.

또한, 공지의 반응장치를 이용하여 과탄산나트륨을 제조하는 특허들이 있는데, 미합중국 특허 제 4,428,914호, 및 일본 특개소 제47-36636호, 제60-96511호 및 제60-42206호에서는 유동층 건조기(Fludized Bed Dryer)를 이용하여 과탄산나트륨을 제조하는 방법을 개시하고 있고, 영국특허 제722,351호, 미합중국 특허 제3,555,696호, 미합중국 특허 제3,801,706호, 미합중국 특허 제4,171,280호 및 미합중국 특허 제4,260,508호에서는 분무 건조기(Spray Dryer)를 이용하여 과탄산나트륨을 제조하는 방법을 게시하고 있으며, 유럽특허 제0,487,256호에서는 고속 혼합기(High Speed Mixer)를 반응기로 이용하여 과탄산나트륨을 제조하는 방법을 게시하고 있다. 참고로, 본 발명에서는 고속혼합기나 과탄산나트륨의 과립화를 위한 조립기로 사용된다.

일반적으로 미세한 입자의 과탄산나트륨일수록 외관과 내마모성이 우수하고, 2차적으로 미립자를 과립하시키면 용해성이 우수해지는 것으로 알려져 있으나, 유동층 건조기와 같은 건조반응기내에서 과탄산나트륨 입자에 계속적으로 과산화수소 수용액과 탄산나트륨용액을 분무시켜 입자크기를 크게하는 방법은 결정입자가 불필요하게 고비층화되어 인해용해성이 떨어지는 단점이 있다. 또한, 상술한 특허들은 과산화수소의 이용효율이 떨어지는 경향이 있다.

한편, 일본 특개소 제47-32519호, 제54-8197호 및 제63-215502호 및 일본특개평제1-153510 및 제2-283800호는 미립형태의 과탄산나트륨을 과립화(Granulation)시킬 때에 주입되는 첨가제에 관한 것으로, 액체상태의 물질을 분무, 건조시키는 것으로 구성된다. 또한, 일본 특개서 제50-57977호 및 제50-57978호에서는 과립화시킬때에 안정제를 투여하여 과탄산나트륨을 제조하는 방법을 기술하고 있다. 일반적으로 과탄산나트륨의 제조에 첨가되는 안정제의 상(Phase)은 대부분이 액체상태인데, 일본 특개평 제3-33004호 및 제2-307811호에서는 고체상태의 안정제를 사용한다. 고체상태의 안정제는 대부분 제조된 과탄산나트륨에 혼합시켜 사용한다. 안정제로는 공지의 알카리 금속염, 규산염, 인산염 등이 많이 사용되고 있으며, 상업적으로 이용되는데 필요한 과탄산나트륨의 겉보기밀도의 범위는 0.5∼1.2g/㎤이지만, 통상적으로 상기 안정제를 사용하여 제조된 과탄산나트륨은 대부분 0.6∼1.0g/㎤이다.

따라서, 본 발명의 목적은 93∼98%의 높은 과산화수소 이용효율을 가지며, 겉보기밀도의 범위가 0.7∼0.9g/㎤인 안정한 구형의 과탄산나트륨을 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 방법을 수행할 수 있는 장치를 제공하는 데 있다.

목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은 a) 고형의 탄산나트륨에 물을 첨가시킨다음, 안정제와 과산화수소를 첨가하여 반응시키는 단계; b) 상기 a)단계의 반응생성물과 미립의 과탄사난트륨을 혼합시킨 다음, 고속혼합기에서 고속혼합시켜 과립화시키는 단계; c)상기 b)단계의 과립화된 과탄산나트륨을 건조시키는 단계; 및 d)상기 c)단계의 건조된 과탄산나트륨을 크기별로 분류시키는 단계로 이루어진다.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 장치는 고형의 탄산나트륨에 물을 첨가한 다음, 안정제와 과산화수소를 첨가하여 반응시키는 혼합 반응기; 상기 혼합반응기의 반응생성물과 미립의 과탄산나트륨을 고속혼합시켜 과립화시키는 고속혼합기; 상기 고속혼합기에서 과립화된 과탄산나트륨을 건조시키는 유동층건조기; 및 상기 유동층건조기에서 건조된 과탄산나트륨을 크기별로 분류시키는 분류기로 이루어진다.

이하 본 발명의 방법 및 장치를 첨부된 도면을 참조하여 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

제1도는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따라 과탄산나트륨을 제조하는 방법을 개략적으로 도시한 제조공정도로써, 혼합반응기(1)에 원료성분인 탄산나트륨과 물을 첨가하여 수분함유량을 14∼16중량%로 유지시켜 상기 탄산나트륨의 수화열을 제거한 후에, 과산화수소 수용액 및 안정제 화합물을 혼합, 분사시켜 20∼40℃의 온도를 유지시키면서 교반·반응시킨다. 이때 상기 과산화수소 수용액 및 안정제 화합물은 상기 탄산나트륨에 대하여 40∼45중량% 및 2∼5중량%로 첨가되며, 생성되는 과탄산나트륨의 반응열을 제거하기 용이하도록 과탄산나트륨의 수분함유량을 33 내지 37중량%로 유지시킨다.

일단 반응이 끝난 반응물은 고속혼합기(High speed mixer, 2)로 이동시켜 과탄산나트륨의 과립화공정을 수행한다. 상기 고속혼합기(2)에는 미리 제조된 미립이 과탄산나트륨을 첨가 또는 재순환(후속공정에 따라 순환됨)시켜 상기 반응물과 혼합시켜 혼합슬러리의 수분함유량을 15 내지 20중량%로 유지시킨 상태에서 과립화시킨다. 과탄산나트륨을 구형으로 형성시키기 위한 고속혼합기(2)의 운전조건은 쵸퍼의 회전속도는 최대 3,600rpm이고, 블레이드(Blade)의 회전속도는 최대 140rpm이 바람직하다. 이러한 조건에서, 과탄산나트륨이 고속혼합기(2)에서 체류하는 시간은 2∼5분이 바람직하며, 5분을 초과하면 과탄산나트륨의 입자가 뭉쳐져서 커지는 단점이 있다.

상기 고속혼합기(2)에서 과립화공정이 끝나면 구형으로 과립화된 과탄산나트륨을 약 90℃로 작동되는 유동층 건조기(3)로 이동시켜 0.5증량%이하로 수분함유량을 가지도록 건조시켜 과탄산나트륨을 안정화시킨다. 상기 유동층 건조기(3)에서 건조된 과탄산나트륨은 이송장치(7)을 통해 분류기(4)로 이송되고, 물은 증발시켜 제거되며, 건조공정시 발생된 과탄산나트륨 분진은 별도로 연결된 백필터(8)에서 여과되어 다시 쿠션탱크(6)로 수집된다. 이렇게 수집된 분진은 고속혼합기(2)로 재순환된다.

상기 분류기(4)로 이동된 건조 과탄산나트륨은 최종제품으로 분류시키는데, 상기 분류기(4)에서 본 발명에서 요구되는 크기(20∼80매쉬(180∼850㎛))보다 작거나 큰 것은 분쇄기(5)에서 잘게 분쇄된 후에 쿠션탱크(Cushion Tank, 6)로 이송된 다음에 고속혼합기(2)로 재순환되어 과립화공정에 사용되며 필요에 따라서는 최종제품의 일부가 분쇄기(5)로 도입되어 분쇄된 후에 쿠션탱크(6)를 통하여 과립화공정으로 재순환된다. 또한 각각의 장치에서 생성되는 미립의 과탄산나트륨도 백필터(Bag Filter, 8)에서 포집되어 쿠션탱크(6)로 수집되고 고속혼합기(2)로 도입되어 과립화시킨다.

본 발명에 따라 재순환된 미립의 과탄산나트륨과 최종 생성물과의 비는 0.6∼2.5 : 1.0정도이며, 최종 생성된 과탄산나트륨의 겉보기밀도는 0.7∼0.9g/㎤이다.

본 발명에서는 일반적인 v형 믹서, 리본믹서(Robbon Mixer), 스크류믹서(Screw Mixer) 또는 패들 믹서(Paddle Mixer)와 같은 혼합기 또는 쌍완형 니이더(Kneader) 또는 연속식 니이더와 같은 혼련기 등의 혼합반응기(1)를 사용하여 혼합반응을 수행한 다음, 고속혼합기(2)를 사용하여 과탄산나트륨을 과립화시키고, 미립의 과탄산나트륨을 재순환시켜 수분함량을 15∼20중량%, 좀 더 바람직하게 16∼18중량%로 유지시켜 과립화도를 높여서 과탄산나트륨의 구형도를 증가시켰다. 이러한 공정은 종래에 고속혼합기가 반응기로 사용된 예와는 확연이 구분되는 것으로, 본 발명에서의 고속혼합기(2)는 과탄산나트륨의 과립화에 필요한 조립기로 사용된다.

따라서, 본 발명에서는 상기 고속혼합기(2)를 통한 과립화공정에 의해 과탄산나트륨의 겉보기밀도와 물에 대한 용해성을 증대시켰으며, 다른 형태의 것보다 과립화된 구형의 과탄산나트륨을 저장할 때에 유효산소의 손실이 없도록 안정화시키는 것이다.

본 발명에 사용된 안정제는 관련분야에서 사용되는 모든 안정제를 사용할 수 있지만, 아미노산, 아민염, 에스테르염, 알킬알코올, 살리실산, 소듐 실리케이트, 소듐 폴리포스페이트 및 마그네슘 설페이트로 구성된 군으로부터 둘 또는 그이상 선택된 화합물이 바람직하며, 소듐 실리케이트, 소듐 폴리포스페이트 및 마그네슘 설페이트의 화합물이 좀더 바람직하다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보지만, 하기 예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.

실시예1 : 제1도를 참조하여, 40리터의 혼합반응(1)에 탄산나트륨 7.0㎏에 먼저 1.19㎏의 물을 첨가한 후에 50중량% 과산화수소 6.75㎏과 0.5g/㎖ 농도의 3호 소듐 실리케이트(S.S) 393㎖, 0.1g/㎖ 농도의 소듐 폴리포스페이트(SPP)350㎖ 및 0.25g/㎖ 농도의 마그네슘 설페이트 140㎖를 혼합시킨 안정제용액을 반응온도를 35℃로유지시키면서 반응물에 첨가 반응시킨 후, 17.5㎏의 미립의 과탄산나트륨을 첨가시켜 고속혼합기(2)에서 블레이드 130rpm, 쵸퍼 2500rpm의 속도로 4분동안 과립화시켜 제조한 과탄산나트륨을 90℃의 유동층 건조기(3)에서 0.5중량%이하의 수분함유량을 가지도록 건조시킨다. 그 결과로 유효산소함유량(Active oxygen content, 이하 A.O.C 라함)이 14.7%이고 0.88g/㎤의 겉보기 밀도를 가지는 구형의 과탄산나트륨을 얻었다. 상기 유효산소함유량은 하기와 같이 측저하였고, 겉보기밀도는 용기에 자연히 담길때의 값(Loose bulk density)과 상기 용기를 가볍게 팩킹시킨 값(packed bulk density)의 평균치(Dynamic bulk density)로 측정하였다.

본 실시예에 따른 최종 제품의 크기는 하기 표 1과 같다.

비교예1: 실시예 1에서 고속혼합기로 조립하는 공정을 제외시킨 것 외에는 동일하게 실시하여 과탄산나트륨을 제조하였다.

실시예1에 의해 제조된 구형의 과탄산나트륨(고속혼합기로 조립된 과탄산나트륨)과 비교에 1의 조립하지 않은 과탄산나트륨의 안정성을 시험하기 위하여 105℃에서 2시간동안 방치시킨 과탄산나트륨의 유효산소 함유량의 손실도(Loss of Oxygen Content)를 척정하였고, 유효산소함유량의 잔유량에 대한 결과는 하기 표2와 같다.

(시험방법 1) : 과탄산나트륨 1g을 물에 녹여 250㎖의 용액으로 만든후에 이중에서 25㎖의 시료를 취해서 5㎖의 황산(10vol%)용액을 첨가하여 이를 과망간산 나트륨으로 적정하여 유효산소 함유량을 측정한다.

(시험방법 2) : 105℃에서 2시간동안 방치시킨 과탄산나트륨 1g을 물에 녹여 250㎖의 용액으로 만든후에 이중에서 25㎖의 시료를 취해서 5㎖의 황산(10vol%)용액을 첨가하여 이를 0.1N 과망간산나트륨으로 적정하여 유효산소 함유량을 측정한다. 잔류유효 산소 함유량은 다음의 식으로 계산할 수 있다.

진술한 바와같이, 본 발명의 방법 및 장치는 과탄산나트륨을 제조하는데 있어서, 고상, 액상 반응믈들을 반응시킬 때에 생성되는 과탄산나트륨의 생성열과 탄산나트륨의 수화열등을 제거하기가 용이하고, 고가의 과산화수소의 이용효율을 높이면서 과탄산나트륨을 제조할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (12)

1. a) 고형의 탄산나트륨에 수분함유량이 14∼16중량%가 되도록 물을 첨가시킨 다음, 안정제와 과산화수소 수용액을 첨가하여 20∼40℃에서 반응시켜 최종 반응 생성물의 수분함유량을 33∼37중량%로 유지시키는 단계; b) 상기 a)단계의 반응생성물과 미립의 과탄산나트륨을 혼합시켜 수분함유량을 15내지 20중량%의 범위로 조절한 다음, 고속혼합기에서 고속혼합시켜 과립화시키는 단계; c) 상기 b) 단계의 과립화된 과탄산나트륨을 0.5중량% 이하의 수분함유량으로 건조시키는 단계; 및 d) 상기 c)단계의 건조된 과탄산나트륨을 크기별로 분류시키는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 안정한 구형의 과탄산나트륨의 제조방법,
2. 제1항에 있어서, 상기 고속혼합기의 쵸퍼의 회전속도가 최대 3.600rpm이고, 블레이드의 속도가 최대 140rpm인 것을 특징으로 하는 안정한 구형의 과탄산나트륨의 제조방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 고속혼합기에서 과탄산 나트륨의 체류시간이 2∼5분인 것을 특징으로 하는 안정한 구형의 과탄산나트륨의 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 c)단계에서 과탄산나트륨의 임을 특징으로 하는 안정한 구형의 과탄산나트륨의 제조방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 d)단계에서 과탄산나트륨의 평균입자직경이 180∼850㎛임을 특징으로 하는 안정한 구형의 과탄산나트륨의 제조방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 방법이 건조된 과탄산나트륨중 평균입자직경이180∼850㎛범위 밖의 나머지 과탄산나트륨을 분쇄시키는 단계; 및 상기 분쇄된 과탄산나트륨 분말을 상기 고속혼합기로 재순환시키는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 안정한 구형의 과탄산나트륨의 제조방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 재순환된 미립의 과탄산나트륨과 최종 생성물과의 비가 0.6∼2.5 : 1.0인 것을 특징으로 하는 안정한 구형의 과탄산나트륨의 제조방법.
8. 제1항에 있어서 상기 d)단계에서 최종 생성된 과탄산나트륨의 겉보기밀도가 0.7∼0.9g/㎤인 것을 특징으로 하는 안정한 구형의 과탄산나트륨의 제조방법.
9. 고형의 탄산나트륨에 수분함유량이 14∼16중량%가 되도록 물을 첨가시킨 다음, 안정제와 과산화수소 수용액을 첨가하여 20∼40℃에서 반응시키는 혼합반응기; 상기 혼합반응기의 반응생성물과 미립의 과탄산나트륨을 고속혼합시켜 과립화시키는 쵸퍼의 회전속도가 최대 3,600rpm이고, 블레이드의 속도가 최대 140rpm인 고속혼합기; 상기 고속혼합기에서 과립화된 과탄산나트륨을 건조시키는 유동층건조기; 및 상기 유동층건조기에서 건조된 과탄산나트륨을 크기별로 분류시키는 분류기로 이루어짐을 특징으로 하는 안정한 구형의 과탄산나트륨의 제조장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 혼합반응기가 V형 믹서, 리본믹서, 스크류 믹서 또는 패들믹서와 같은 혼합기 또는 쌍완형 니이더 또는 연속식 니이더와 같은 혼련기임을 특징으로 하는 안정한 구형의 과탄산나트륨의 제조장치.
11. 제9항에 있어서, 상기 장치가 상기 유동층 건조기에 연결되어 유동층 건조기에서 발생된 분진을 수집하고, 여과시켜 쿠션탱크에 상기 분진을 공급하는 백필터를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 안정한 구형의 과탄산나트륨의 제조장치.
12. 제9항에 있어서, 상기 분류기에 연결되어 상기 건조된 과탄산나트륨중 평균입자직경이 180∼850㎛범위 밖의 나머지 과탄산나트륨을 분쇄시키는 분쇄기; 및 상기 분쇄기와 연결되어 분쇄된 과탄산나트륨 분말을 상기 고속혼합기로 재순환시키는 쿠션탱크를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 안정한 구형의 과탄산나트륨의 제조장치.