KR100199145B1 - 분무건조 조립장치 - Google Patents

Abstract

통 안 상부에 원액 공급 분무 노즐에 의해 분무하는 원액을 열풍건조하는 분무건조부를 마련하고, 통 안 하부에는 유동조립부를 마련한 분무건조 조립장치이다.

이 원액 공급 분무 노즐로서, 가압 선회 노즐의 주위에 고속 가스 내뿜음 용 통상체를 구비한 가압 2류체 노즐을 사용한다. 이 분무건조 조립장치로는 대량의 원액도 1개의 노즐로 분무 미립화할 수 있다. 또, 원액의 공급속도라든가 농도, 점도, 종류 등을 대폭 변화시키는 경우, 종래형의 노즐로는 내부의 오리피스, 코어 등의 부품을 교환할 필요가 있었으나, 이 분무건조 조립장치의 가압 2류체 노즐로는, 고속기류의 속도의 조정에 의해 액적 경을 조정할 수 있어, 노즐 부품을 교환할 필요가 없다.

Description

분무건조 조립장치(噴霧乾燥 造粒裝置)

제1도는 본 발명의 분무건조 조립장치의 개요도.

제2도는 본 발명의 장치에 사용되는 가압 2류체 노즐의 단면 개요도.

제3도는 본 발명의 장치에 사용한 경우에 있어서의 입자의 조립(造粒) 상태의 설명도.

제4도는 본 발명의 장치에 있어서의 미분(微粉)공급의 설명도.

제5도는 본 발명의 장치에 의한 조립체의 형상 설명도.

제6도는 분무건조 조립장치의 일례를 보이는 개요도.

제7도는 분무건조 조립장치의 타의 예를 보이는 개요도.

제8도는 종래의 가압 선회 노즐의 설명도.

제9도는 가압 선회 노즐을 장착한 장치의 설명도.

제10도는 종래의, 복수의 분무 노즐을 마련한 장치의 개요도.

제11도는 종래의, 물 분무용 노즐을 원액 분무 노즐과 별도로 마련한 장치의 개요도.

제12도는 종래의 장치에 의한 조립체의 형상 설명도.

제13도는 종래의 장치에 의한 조립체의 형상 설명도. 그리고

제14도는 가압 선회 노즐에서 액이 원추환상(圓錐環狀)으로 분사되는, 1차 미립화의 상황을 보이는 설명도이다.

본 발명은 조립장치를 하나의 통 안에 내장하는 분무건조 조립장치에 관한 것이다.

종래, 분무건조 조립장치의 분무 노즐에는 오리피스의 그 앞에 코어, 스월체임버라고 하는 강한 선회 흐름을 부가하는 부분을 마련하여, 분무액적(噴霧液滴)의 입도(粒度)를 잘게 함과 동시에 열풍과의 접촉이 잘 되도록 공원추형(空圓錐型)의 분무 패턴을 부여하도록 제8도에 보이는 바와 같은 가압 선회 노즐(3)이 사용되고 있고, 예를 들어 제6도에 보이는 바와 같은 가압 선회 노즐을 사용한 장치라든가, 제7도에 보이는 바와 같은 가압 선회 노즐에 더하여 유동조립부(流動造粒部)에 바인더 분무 노즐을 마련한 장치(특원 소62-20480호)도 사용되고 있으나, 좁은 분무각도와 적당한 정도의 입도분포를 부여하게 되는 분무 노즐은 사용되고 있지 않다.

그런데, 통상, 스프레이 드라이어 장치에 있어서는, 그의 운전개시 시에, 과열에 의한 제품의 눌어 붙음, 뒷 공정의 열적 보호를 위해, 분무건조실의 온도를 안정시킬 필요가 있다. 그 목적을 위해, 동일의 가압 선회 노즐에 의해 물의 분무를 행하고 있다.

이와 같은 물 분무를 행하는 경우, 물 분무량은 원액 중의 수분에 상당하는 양으로 할 필요가 있다. 원액의 수분량은 일반적으로 30~80 중량%이고, 따라서 물의 분무량은 다를 바 없이 원액의 소정 분무량의 30~80%가 되고, 가압 선회 노즐의 특성상, 압력은 원액의 점도 등에서 의하지만 대체로 10~70%로 저하한다. 이 때문에, 가압 선회 노즐의 특성상, 물방울은 큰 입자가 되어 건조하기 어렵게 되기 때문에, 미건조된 채 건조실 내에 부착하게 되어, 벽면이 젖게 된다. 이 때, 연이어 원액을 분무한 경우에는, 건조한 분체(粉體)가 그 부분에 부착하여 고화(固化)해버리게 된다.

그래서, 종래에는 제10도 및 제11도에 보이는 바와 같은 여러 가지의 방법을 생각하고 있다.

제10도는 복수의 가압 선회 노즐을 설치한 경우의 예이며, 분무건조실 내의 상부에 복수의 가압 선회 노즐(25)를 마련하여, 물 분무를 행하는 경우, 가압 선회 노즐(25)의 갯수를 제어함에 의해서 저압력 분무를 회피하고 있는 것이다.

한편, 제11도는 물 분무 용 노즐(26)을 원액 노즐(27)과는 별개로 마련한 예를 보이고 있다.

상기한 종래의 가압 선회 노즐(3)에 있어서는, 분무각 α는 제8도 및 제9도에 보이는 바와 같이, 통상은 40°~90°로 넓고, 가압 선회 노즐(3)에서 분무되면 분무원추의 내측(12)가 부압(負壓)이 되어, 외기(17)이 외주측(16)에서 내측(12)에 향해 흐른다. 이 외기 이동에 의해 미세한 액적은 내측(12)에 모이나, 굵은 액적은 외주측(16)에 남는다. 미세한 액적은 건조가 잘 되나, 굵은 액적은 건조되기 어려워 분무 패턴의 외측에 남아 있고, 제9도에 보이는 바와 같이, 수분이 높은 채 분무건조부(1)의 하방부(18)에 도달하기 때문에 하방부(18)에 부착·퇴적하기 쉽다. 그 때문에 제품의 산출량이 저하하고 또 식품, 의약품, 유기화합물 따위의 열에 약한 물질의 경우에는 열변질을 일으키어, 품질이 저하하게 된다. 거꾸로, 부착을 피하기 위해 분체를 충분히 건조시키면, 분테의 수분이 지나치게 낮아 조립(造粒)이 촉진되지 않는다.

또, 오리피스의 그 앞에 강한 선회 흐름을 부가하는 부분이 없는 종래형 가압 노즐의 경우, 분무각을 좁게 할 수는 있으나, 액적이 지나치게 굵어지기 때문에 거의 건조되지 않은 채 유동조립부에 도달하여서 분말화 되지 않고, 유동층을 형성할 수도 없는 등의 문제가 있다.

제6도는 공지의 분무건조 조립장치의 일례의 개요도이다. 이 장치의 분무 노즐에 가압 선회 노즐(3)을 사용한 경우, 분무건조된 분체에 적당한 정도의 수분(3~15중량% 정도)이 남아 있지 않으면 조립이 촉진되지 않는다. 그러나, 분체에 적당한 정도의 수분을 남기려 하면, 노즐의 분무각이 넓기 때문에, 노즐에서 분무된 굵은 액적은 건조불충분으로 장치의 내벽면에 부착하고 만다.

장치의 직동부(直胴部)(14)의 높이를 높이면 부착은 피할 수 있으나, 유동조립층에 있어서의 조립속도가 낮아져, 큰 유동층이 필요하게 된다. 특히, 아미노산을 함유하는 물질 등, 조립할 수 있는 수분 범위가 좁고, 그 수분 범위를 넘으면 부착하기 쉬운 물질의 경우에는, 장치 내 부착을 피하면서 조립속도를 크게 하기 위해 운전조건을 선정하는 일은 어렵다.

제7도는 공지의 분무건조 조립장치의 타의 일례의 개요도이다. 이 장치는 상기와 같은 장치 내 부착의 문제를 해결하기 위해, 직동부(14)의 높이를 높게 한 바, 분체의 수분량이 낮아, 조립속도가 낮아졌다. 그 때문에, 다시 조립용의 바인더 분무 용으로 2류체 노즐을 마련한 것이다. 이로서 장치 내 부착을 없애기는 하였으나, 장치가 커져서 설치 스페이스가 커진다. 바인더 분무 용에 2류체 노즐을 사용하기 때문에 대량의 압축공기가 필요해진다. 또, 장치의 건설비가 높아지는 등의 문제가 있다.

또, 제10도에 보이는 것에 있어서는, 노즐 간격을 넓게 잡을 필요가 있는 것과 물을 분무하지 않는 노즐이 있기 때문에, 액적이 균일하게 퍼지지 않고, 온도의 분산이 생긴다. 또, 물을 분사하지 않는 노즐에 막힘이 생긴다고 하는 문제가 있다.

더구나, 제11도에 보이는 것에 있어서는, 물에 의한 원액 분무 노즐의 냉각과 세정이 되지 않기 때문에, 원액 분무 노즐에서 원액의 막힘이 생긴다고 하는 문제가 있다.

그러므로, 본 발명은 상기 종래 기술의 문제를 해결하는 것을 목적으로 하는 것이고, 분무건조부에 특수한 구조의 가압 2류체 노즐을 사용함으로써 상기의 문제를 해결하는 것이다.

즉, 본 발명에 의하면, 통 안 상부에 원액 공급 노즐에서 분무하는 원액을 열풍건조하는 분무건조부를 마련함과 동시에, 통 안 하부에 유동조립부를 마련한 분무건조 조립장치에 있어서, 원액 공급 노즐로서, 가압 선회 노즐의 주위에 고속 가스 내뿜음 용 통상체(筒狀體)를 구비한 가압 2류체 노즐을 사용한 것을 특징으로하는 분무건조 조립장치가 제공된다.

더구나, 본 발명에 있어서는, 가압 2류체 노즐의 주변에 미분(微粉)을 공급하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시양태를 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명의 분무건조 조립장치의 개요도이고, 제2도는 본 발명의 장치에 사용하는 가압 2류체 노즐의 단면 개략도이다.

본 발명은 한 개의 통 안의 상부에 분무건조부(1)을 마련하고, 하부에 유동조립부(2)을 마련한 분무건조 조립장치에 있어서, 분무건조 용의 원액 분무 노즐에, 가압 선회 노즐(3)의 주위에 고속 가스 내뿜음 용 통상체(4)를 구비한 가압 2류체 노즐(5)를 사용한 데 특징이 있다.

본 발명에 사용하는 가압 2류체 노즐은, 가압 선회 노즐을 개량한 것이고, 기본적으로는 가압 선회 노즐의 성능을 가진다.

가압 선회 노즐에 적용되는 분무특성에 관한 실험식(식 I, 식II)은 다음과 같다.

식I 및 식II에서 명확해지는 바와 같이, 분무압력(액 압력) P가 결정되면 액적 경 D_D와 액 유량 W는 일의적으로 결정되나, 액 압력 P가 저하하면 액 유량 W는 이에 비례하여 감소하고, 액적 경 D_D는 액 압력 P에 반비례하여 커진다. 이 커진 액적 경을 다시금 미립화하는 것이다.

즉, 가압 2류체 노즐에는 둘의 미립화 단계가 있어, 우선 초기조건 설정을 위해, 가압 선회 노즐의 액 자신이 갖는 압력으로 원액을 1차 미립화시킨다. 이 때, 상기 식I 및 식II가 적용된다. 가압 2류체 노즐의 오리피스에서 액이 원추환상으로 분사되는 1차 미립화의 상황은 제14도에 보이는 바와 같다.

다음에, 1차 미립화된 액적에 대해, 고속 가스 내뿜음 용 통상체의 선단에서 내뿜은 고속 가스를 집중적으로 충돌시키어 2차 미립화시키는 것이다.

상기한 바와 같은 작용을 하는 가압 2류체 노즐을 사용함으로써, 대용량의 원액이라도 1개의 노즐로 분무 미립화할 수 있다. 또, 원액의 공급속도라든가 농도, 점도, 종류 등을 크게 변화시키는 경우, 종래형의 노즐로는 내부의 오리피스, 코어 등의 부품을 교환 필요가 있었으나, 가압 2류체 노즐을 사용하면, 고속 기류의 속도의 조정에 의해서 액적 경을 조정할 수 있어, 노즐 부품을 교환할 필요가 없다.

가압 2류체 노즐(5)는 종래의 가압 선회 노즐에 비해, 분무각이 좁고, 액적의 입도분포는 폭 넓은 것이 된다. 액적의 입도분포가 폭 넓은 노즐을 분무건조에 사용한 경우, 잔 액적은 충분히 건조된 잔 입자가 되고, 한편, 굵은 액적은 표면이 조금 습한 상태의 수분률이 높은 굵은 입자가 된다. 이 잔 입자 갯수는 굵은 입자보다 압도적으로 수가 많다.

그러므로, 제3도에 보이는 바와 같이 양자의 입자가 접촉하면, 표면이 조금 습한 굵은 입자(6)을 핵으로 하여 그의 표면에 건조한 잔 입자(7)이 전면에 발라진 상태로 응집하여 조립이 촉진된다. 이 조립물은 표명이 건조한 상태이기 때문에, 분무건조부의 통 내부에 건조되지 않은 상태로 부착하는 것은 피하게 된다.

또한, 제1도에 보이는 바와 같이, 가압 2류체 노즐은 분무각도 α가 좁아서 표면이 습한 상태의 분체(6)이 직접 분무건조부의 통 내벽을 직격하는 일 없이 유동층 내의 분체에 도달하기 때문에, 통 내부의 금속표면에 분체가 건조되지 않은 상태로 부착하는 것은 피하게 된다.

더구나, 분무건조 조립장치에 있어서의 이상적인 분무각도는 5°~15°이다.

이에 대해 본 발명의 가압 2류체 노즐로 만들어지는 분무각도는 8°~30°로, 종래의 가압 2류체 노즐의 분무각도는 40°~90°에 비해 훨씬 작다.

또, 제4도처럼, 가압 2류체 노즐(5)의 주위에 사이클론, 백필터 등으로 배기가스에서 회수한 미분이나 부형제(賦形劑), 활재(滑材) 등의 첨부재의 미분(8)을 공급하면, 액의 분무 패턴의 내부가 음압(陰壓)이기 때문에 미분(8)은 분무 패턴 내부에 끌려 들어간다. 그러므로, 액적과 공급된 미분(8)이 접촉하여 조립하기 쉬워진다.

이와 같이 하여 만들어진 조립체는, 제5도에 보이는 바와 같이, 입자 서로가 면밀히 붙어 있어, 충전밀도가 크고 입자밀도도 큰 특징이 있다.

한편, 종래의 분무건조 조립장치에 의한 조립체는, 제12도 및 제13도에 보이는 바와 같이, 입자가 점접촉으로 응집하는 일이 많고, 포도의 방 같은 형상으로, 입자 간의 간격이 크고, 충전밀도 입자강도 모두가 작다.

그리고, 가압 2류체 노즐을 채용함으로써, 작동을 일으킬 때나 낮출 때의 물 운전에 있어서 분무압력이 낮아져도, 가압 선회 노즐 외주에 고속기류를 도입하고 있기 때문에, 통 안에의 미건조입자의 부착을 방지할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 토대로 더 상세히 설명할 것인즉, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

제6도는 공지의 분무건조 조립장치에 가압 2류체 노즐을 장착한 일 실시예의 개요도이다. 제6도에 있어서, 원액 공급 라인(9)에서 공급된 원액은 본 발명의 가압 2류체 노즐(5)에 의해 분무되어 분무건조부(1)에 들어 가서, 유동조립부(2)에서 조립되어, 건조, 냉각돼 제품이 된다. 한편, 배기 중의 미분은 제1사이클론(10) 및 제2사이클론(11)로 회수돼 원추부(13)에 되돌려지나, 후술하는 실시예 3에 있어서는 제1사이클론(10)으로 회수된 미분은 가압 2류체 노즐(5)의 주변에 공급할 수 있게 돼 있다.

상기와 같은 흐름으로 표1에 보이는 크기의 장치를 사용하여 시험을 하였다.

가압 2류체 노즐(5)에는 스프레이잉 시스템 사 제 SX형 가압 선회 노즐의 외주에서 고속 기류를 도입할 수 있는 구조의 것을 사용하였다. 액 분무 노즐 오리피스에는 구멍 직경 0.89㎜ø의 것을 사용하였다.

조립 용 원액은 덱스트린 40 중량%의 수용액으로 액 점도 100cps의 것을 사용하고, 분무건조 용의 열풍온도는 200℃, 유동층 조립 용 열풍온도는 75℃로 운전하였다. 그 결과 만들어진 제품의 평균 입자경과 충전밀도를 표1에 보인다. 표1에 의해, 유동조립부(2)의 면적이 비교예와 같아도, 가장 큰 제품 평균입자경이 얻어지는 것을 알 수 있다.

[실시예 2]

실시예1과 같은 장치를 사용하여, 공기공급 압력을 0.3㎏/㎠로 한 이외에는 실시예 1과 같은 조건으로 시험을 행한 바, 만들어진 제품의 평균 입자경은 210㎛가 되었다. 이 실시예에 의해, 공기공급 압력을 크게 하면 제품의 평균 입경을 작게 할 수가 있음을 알았다.

[실시예 3]

실시예 1과 같은 장치를 사용하여, 실시예 1과 같은 조건에서, 제4도에 설명한 것처럼, 제1사이클론(10)으로 회수된 미분을 가압 2류체 노즐(5)의 주변에 공급하는 방식으로 한 것이며, 미분을 공급하지 않은 경우에 비해 평균 입자경이 330㎛로 크고, 충전밀도는 0.54g/㎖로 큰 입자가 만들어졌다.

[비교예 1]

원액 분무 노즐에 스프레이잉 시스팀 사 제의 SX노즐, 오리피스 경 0.89 ㎜ø의 가압 선회 노즐을 사용한 이외에는, 실시예 1과 같은 장치를 사용하여, 같은 조건으로 시험하였다. 그 결과를 표 1에 보인다.

[비교예 2]

원액 공급속도를 87㎏/hr, 원액분무 압력을 42㎏/㎠로 한 이외에는 모두 비교예 1과 같은 조건으로 시험을 행한 바, 평균 입자경 250㎛의 제품이 만들어져, 비교예 1 보다도 평균 입자경이 커졌으나, 원추부(13)에 소량의 미건조 부착물이 발생하였다.

[비교예 3]

오리피스 경을 0.97㎜ø원액분무 압력을 36㎏/㎠로 한 이외에는 모두 비교예 1과 같은 조건으로 시험을 행한 바, 평균 입자경 280㎛의 제품이 만들어졌으나, 원추부(13)에 대량의 미건조 부착물이 발생하였다.

[비교예 4]

제7도는 분무건조 조립장치의 타의 비교예를 보이는 개략도이다. 이 장치를 사용하여, 장치 내에서의 부착물의 발생을 없애기 위해 직동부의 높이를 3000㎜로 높이 하였으나, 분체의 수분률이 낮고 조립속도가 낮아, 유동체조립부(2)에 조립용 바인더 분무 노즐(15)를 마련하였다. 바인더에는 원액과 같은 덱스트린 40중량%의 수용액을 사용하고, 미립화 용의 공기압력은 1㎏/㎠, 공기 소비량은 300Nl/min 이었다. 이 장치로 바인더 공급속도를 3.0㎏/hr로 하니, 평균 입자경 300㎛의 제품을 얻을 수가 있었다. 거꾸로, 바인더 공급속도를 0으로 하니까, 평균 입자경은 60㎛가 되어, 거의 조립되지 않은 구상(球狀) 제품이 만들어졌다.

이 방식으로는 통 안에 부착물이 발생하는 일없이, 입자경을 조절하는 것이 가능하나, 분무건조부(1)이 커지고, 또, 바인더 분무를 요하는 등의 결점이 있음을 알았다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 분무건조 조립장치에 의하면, 원액 분무에 특정구조의 가압 2류체 노즐을 사용함에 의해, 큰 용량이라도 1개의 노즐로 분무 미립화 할 수 있다. 또, 원액의 공급속도라든가 농도, 점도, 종류 등을 대폭 변화시킬 경우, 종래형의 노즐로는 내부의 오리피스, 코어 등의 부품을 교환할 필요가 있었으나, 본 발명의 가압 2류체 노즐을 사용하면 고속기류의 속도의 조정에 의해서 액적 경을 조정할 수 있어, 노즐 부품을 교환할 필요가 없다.

또, 본 발명의 가압 2류체 노즐은 종래의 가압 선회 노즐에 비해 분무각이 좁고 액적의 입도분포는 넓은 것이어서, 분무건조에 의해 건조된 다수의 잔 입자와 조금 습한 큰 입자로 되어, 큰 입자의 표면에 잔 건조입자가 응집하기 때문에, 장치 내표면에 입자가 부착하는 일이 없다.

나아가, 가압 2류체 노즐을 채용함으로써, 운전의 기동, 내림 시의 물 운전에 있어서, 물을 저압력 분무하는 경우라도, 가압 선회 노즐 외주에 고속기류를 도입하고 있기 때문에, 물방울이 미립화되어서 완전히 건조돼, 통 안에의 미건조입자의 부착을 방지할 수가 있다.

Claims (2)

1. 통 안 상부에 원액 공급 분무 노즐에 의해 분무하는 원액을 열풍건조하는 분무건조부를 마련함과 동시에, 통 안 하부에 유동조립부를 마련한 분무건조 조립장치에 있어서, 원액 공급 노즐로서, 가압 선회 노즐의 주위에 고속 가스 내뿜음 용 통상체(筒狀體)를 구비한 가압 2류체 노즐을 사용한 것을 특징으로 하는 분무건조 조립장치.
2. 제1항에 있어서, 가압 2류체 노즐의 주변에 미분(微粉)을 공급하는 것을 특징으로 하는 분무건조 조립장치.