KR100445346B1 - 와류형 인젝터를 포함하는 부상탈묵기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 와류형 인젝터를 포함하는 부상탈묵기에 관한 것으로서, 에어 컴프레서 및 와류형 인젝터를 사용하여 공기를 주입하므로 수시로 공기의 양을 조절할 수 있고 공기의 주입량도 수시로 확인이 가능하므로 공정의 안정적인 운전을 할 수 있고, 와류형 인젝터에서 발생하는 와류에 의해 공기의 분산과 지료의 혼합이 이루어지도록 할 수 있는 동시에 추가적으로 와류형 인젝터에 배플을 설치하여 분산과 혼합을 극대화 할 수 있으며, 공기의 양은 에어 컴프레서나 와류형 인젝터의 나선수, 직경, 각도, 길이 등을 통하여 조절할 수 있는 와류형 인젝터를 포함하는 부상탈묵기를 제공함으로써, 다양한 고지사용에 따른 다양한 잉크성상에 능동적으로 대처하여 균일한 품질의 재생펄프를 생산할 수 있는 효과가 있으며, 궁극적으로 고가의 설비인 부상탈묵기의 국산화 개발로 외화의 낭비를 줄일 수 있고, 국내 제지기술의 향상 및 해외 경쟁력 강화에 큰 도움을 줄 수 있도록 한 것이다.

Description

와류형 인젝터를 포함하는 부상탈묵기{The flotation deinking cell using swirl tube type injector}

본 발명은 와류형 인젝터를 포함하는 부상탈묵기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 부상부유법의 부상탈묵기를 적용하는 재생펄프 생산공정에서 에어 컴프레서와 와류형 인젝터를 이용하여 공기의 주입 및 분산효과와 지료의 혼합효과를 극대화 함으로써, 다양한 고지사용에 따른 다양한 잉크성상에 능동적으로 대처하여 균일한 품질의 재생펄프를 생산할 수 있도록 한 와류형 인젝터를 포함하는 부상탈묵기에 관한 것이다.

일반적으로 국내 재생펄프 생산공정의 경우 물의 사용이 제한적이므로 부상부유법을 이용하여 잉크를 제거하는 방식을 대부분 적용하고 있다.

부상부유법은 설비적으로 아래와 같은 4가지 과정이 영향을 미친다.

1) 지료 내의 공기의 흡입과정

2) 공기와 지료의 혼합과정

3) 부상부유기 내에서 공기와 잉크의 혼합물이 표면으로 부상과정

4) 부상된 공기와 잉크의 혼합물을 계외로 제거과정

위의 과정 중에서 공기와 지료의 혼합과정은 재생펄프의 품질이나 생산공정의 효율을 결정하는데 매우 중요한 요소라 할 수 있다.

현재 국내에서 자체 개발하여 사용하고 있는 부상탈묵기는 별도의 에어 컴프레서 없이 순간확장에 의한 압력강하를 이용하여 공기를 주입하는 방식으로 되어 있는데, 이러한 기존의 부상탈묵기는 공기의 분산이 제대로 이루어지지 않고 지료와 공기의 혼합도 잘 이루어지지 않아 잉크제거율이 크게 떨어지는 단점이 있다.

즉, 공기의 분산이 잘 이루어지지 않는 경우 강한 부력에 의하여 지료와 접촉이 되지않은 상태로 부상탈묵기 표면으로 떠오르게 되고, 이렇게 떠오른 상태에서도 기포의 안정성이 떨어져 기포가 제거되기 전에 터져버림으로써, 기포에 부착된 잉크가 다시 지료 내로 흡수되는 현상을 초래하게 되고, 이로 인해 잉크제거율은 더욱 떨어지게 되는 문제점을 안고 있다.

또한, 기존의 부상탈묵기는 많은 수의 스텝 디퓨저를 필요로 하므로 변경이 어렵고 보수유지가 어려운 문제가 있으며, 공기의 양이나 혼합강도의 조절이 불가능하여 사양변경시 인젝터 자체를 교체해야 하는 비효율적인 부분이 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 에어 컴프레서 및 와류형 인젝터를 사용하여 공기를 주입하므로 수시로 공기의 양을 조절할 수 있고 공기의 주입량도 수시로 확인이 가능하므로 공정의 안정적인 운전을 할 수 있고, 와류형 인젝터에서 발생하는 와류에 의해 공기의 분산과 지료의 혼합이 이루어지도록 할 수 있는 동시에 추가적으로 와류형 인젝터에 배플을 설치하여 분산과 혼합을 극대화 할 수 있으며, 공기의 양은 에어 컴프레서나 와류형 인젝터의 나선수, 직경, 각도, 길이 등을 통하여 조절할 수 있는 와류형 인젝터를 포함하는 부상탈묵기를 제공함으로써, 다양한 고지사용에 따른 다양한 잉크성상에 능동적으로 대처하여 균일한 품질의 재생펄프를 생산할 수 있는 효과가 있으며, 궁극적으로 고가의 설비인 부상탈묵기의 국산화 개발로 외화의 낭비를 줄일 수 있고, 국내 제지기술의 향상 및 해외 경쟁력 강화에 큰 도움을 줄 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 와류형 인젝터를 포함하는 부상탈묵기의 구조를 개략적으로 보여주는 사시도

도 2a,2b,2c는 본 발명에 따른 와류형 인젝터를 포함하는 부상탈묵기에서 와류형 인젝터의 구조에 대한 여러 구현예를 보여주는 사시도

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 지료 입구 11 : 지료 출구

12 : 플로터실 13 : 수집실

14 : 인젝터 15 : 에어 배관

16 : 산기판 17 : 배플(Baffle)

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 지료 입구(10) 및 지료 출구(11)를 갖는 플로터실(12)과, 공기/잉크 거품의 제거를 위한 수집실(13)과, 지료의 혼합 및 분산을 위한 인젝터(14)를 포함하여 구성되는 부상탈묵기에 있어서, 상기 인젝터(14)는 별도의 공기유입이 가능한 나선형의 관으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 인젝터(14)의 공기유입을 위한 수단은 공기의 공급량 조절이 가능한 에어 컴프레서와 이것으로부터 연장되면서 인젝터 몸체에 수직으로 연결되는 에어 배관(15)으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 인젝터(14)의 에어 배관측 연결부위에는 공기의 분산을 유도하기 위한 산기판(16)이 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 인젝터(14)는 입구측에서부터 출구측으로 갈수록 그 직경이 점차 넓어지는 테이퍼 관의 형태로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 인젝터(14)의 내부에는 길이방향을 따라 일정한 간격으로 다수의 배플(17)이 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 인젝터(14)의 길이는 200∼500㎜ 범위의 것을 사용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 인젝터(14)의 확장각도는 0∼30°범위의 것을 사용하는 것을 특징으로 한다.

이를 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시한 바와 같이, 일정한 수준의 액면을 유지하는 플로터실(12)의 전후측에는 적어도 2개의 지료 입구(10)와 지료 출구(11)가 설치되어 이곳을 통해 물을 포함하는 지료가 공급되고, 또 잉크가 제거된 재생펄프가 회수된다.

상기 플로터실(12)의 내부 일측에는 액면과 대략 동일한 수준으로 그 상단이 위치되는 독립된 수집실(13)이 설치되며, 이곳으로 액면상에서 부유되는 잉크를 포함하는 거품이 자연적으로 또는 별도의 장치를 통해 인위적으로 수집될 수 있다.

여기서, 플로터실(12)의 액면은 소정의 제어수단을 통해 항상 일정한 수준이 유지될 수 있으므로, 수집실(13)의 내부로 물과 지료가 넘칠 우려는 없게 되며, 수집실(13) 내에 수집된 공기/잉크 거품은 별도의 배관(미도시)을 통해 제거된다.

상기 플로터실(12)의 내부에는 지료의 혼합과 분산을 위한 수단으로 인젝터(14)가 제공되고, 인젝터 몸체에 대해 수직으로 에어 배관(15)이 연결되어 이곳을 통해 에어 컴프레서로부터 공급되는 압축공기가 인젝터(14)의 내부로 공급될 수 있게 된다.

특히, 상기 인젝터(14)는, 도 2a 내지 도 2c에 도시한 바와 같이, 나선형의 관으로 되어 있으며, 이러한 나선형 구조를 가짐에 따라 와류에 의하여 공기의 분산을 미세하게 할 수 있고, 따라서 공기방울과 잉크의 접촉면적을 크게 넓힐 수 있게 된다.

또한, 인젝터(14)와 에어 배관(15)의 연결부위에는 에어 컴프레서로부터 공급되는 공기의 분산을 적절히 유도하는 산기판(16)이 장착되며, 그 공극의 크기를 조절하면 공기방울의 크기도 변환시킬 수 있게 된다.

이때의 상기판(16)은 플라스틱 재질의 판체로서, 50∼500㎛ 정도의 크기를 갖는 다수의 구멍(Pore)을 포함하게 된다.

도 2b에 도시한 바와 같이, 나선형 관의 내부에 관 길이방향을 따라 다수의 배플(17)을 일정한 간격으로 배치함으로써, 공기의 분산과 지료의 혼합을 향상시킬 수 있다.

상기 배플(17)은 나선형 관의 내부에 배치되는 일종의 댐과 같은 것으로서, 와류를 증폭하는 역할을 하게 된다.

도 2c에 도시한 바와 같이, 나선형 관의 형태를 지료의 진행방향으로 갈수록 점차 직경이 넓어지는 테이퍼 관의 형태로 제작함으로써, 공기의 거동을 변환시킬 수 있고, 이에 따라 공기와 지료 간의 혼합성능을 한층 높일 수 있다.

이와 같이 본 발명은 공기의 주입수단으로 에어 컴프레서 및 에어 배관을 채용하고, 에어 배관의 산기판을 통해 1차적인 공기의 분산을 유도하였으며, 공기의 주입은 지료가 유입되는 인젝터와 직접 연결함으로써, 공기의 주입 즉시 지료와 혼합이 가능하게 한 것이다.

따라서, 지료의 공급과 더불어 인젝터에 주입된 공기는 지료와 함께 나선형의 관을 따라 플로터실 내부로 흐르게 되는데, 나선형 관에 의한 와류에 의하여 공기는 미세하게 분산되고, 이에 따라 동일한 공기를 주입하여도 상대적으로 표면적은 증가하게 되어 공기방울과 잉크의 접촉은 기존 대비 월등히 높아지게 된다.

소수성인 공기와 소수성인 잉크는 서로 접촉시 부착된 상태로 안정화가 되므로, 이러한 공기와 잉크의 혼합물은 공기의 부력에 따라 플로터실의 표면으로 이동하게 된다.

기존에 사용하던 방식에 비해 공기방울이 작아 상대적으로 표면에서도 안정한 상태를 유지하게 되며, 이에 따라 수집실에서 제거되기까지 기포는 터지지 않은 상태로 존재하게 되면서 계외로 배출된다.

즉, 잉크의 계내 재유입이 방지될 수 있게 된다.

또한, 현재 다양한 고지에 따라 잉크의 크기 및 성상이 바뀌고 있으며, 또한 혼합된 고지에 따라 수시로 공기의 주입량과 분산 혼합을 조절할 필요가 있는데, 이러한 경우에도 본 발명의 인젝터는 능동적으로 변환이 가능하게 된다.

즉, 공기의 주입량을 에어 컴프레서에 의해 조절하는 동시에 산기판의 공극크기를 조절하여 공기방울의 크기를 변환시킬 수 있으며, 또한 나선형 관의 나선각도에 따라 와류의 정도를 변화시켜 공기방울의 크기는 물론 혼합강도까지 조절이 가능하다.

또한, 나선형 관의 길이조절에 의하여 공기방울의 크기 변환 및 잉크와의 접촉시간 조절도 가능하고, 경우에 따라 나선형 관의 직경을 변환하여 공기의 거동을 변환시킬 수 있다.

즉, 기존의 방법에 비하여 고지의 다변화에 따른 잉크의 변화에 능동적으로 대처함으로써, 균일한 재생펄프의 특성 유지 및 품질 향상이 가능하다.

이하, 본 발명의 실시예 및 비교에에 대해 살펴보면 다음과 같다.

〔실시예 1〕

국산 신문고지를 4% 농도로 해리한 후, 비교적 큰 물질을 스크린과 클리너를사용하여 제거하고, 본 발명의 인젝터를 장착한 부상탈묵기를 사용하여 잉크를 제거하였다.

지료는 1% 농도로 부상탈묵기에 주입되었으며, 지료 유량은 55ℓ/min에 공기는 33ℓ/min 주입하였다.

나선형 관은 공기주입 시점부터 20cm에 직경 10cm 5개의 나선형 관을 갖는 형태를 사용하였다.

〔실시예 2〕

상기 실시예 1의 경우를 나선형 관의 직경이 확대되는 타입을 사용하여 실시하였다.

즉, 출구직경이 15cm로 확대되는 타입을 사용하였다.

〔실시예 3〕

상기 실시예 1의 경우를 나선형 관의 길이를 40cm로 확대하고, 나사산이 10개인 나선형 관을 사용하여 실시하였다.

〔실시예 4〕

상기 실시예 1의 경우를 배플을 갖는 나선형 관을 사용하여 실시하였다.

〔실시예 5∼8〕

상기 실시예 1∼4의 경우를 신문고지 대신 상질고지(W/L)를 사용하여 실시하였다.

〔비교예 1〕

국내 보유중인 외국산 부상탈묵기(Eco Cell)를 사용하여 신문고지를 사용하여 부상탈묵을 실시하였다.

〔비교예 2〕

국내 보유중인 H사 자체 개발 부상탈묵기를 사용하여 신문고지를 사용하여 부상탈묵을 실시하였다.

〔비교예 3〕

국내 보유중인 H사의 자체 개발 부상탈묵기를 사용하여 상질고지를 사용하여 부상탈묵을 실시하였다.

이상의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 재생펄프를 아래에서 기술한 시험방법을 통해 실시하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.

(1) 백색도

TAPPI Method T217 os-48(Brightness of pulp)에 의한 측정기기인 Brightometer(Technodyne) 사용

(2) 잔류 잉크

한국 화학연구원 소재 Simpatic Lab rev3.00 사용

(3) Ash 함량

TAPPI Method T211 cm 86에 의해 측정

이상에서와 같이 본 발명은 기존에 사용하고 있는 부상탈묵기에 용이하게 적용할 수 있는 설비적인 측면에서의 장점이 있고, 다양한 고지사용에 따른 다양한 잉크성상에 능동적으로 대처하여 균일한 재생펄프 품질을 유지할 수 있는 효과가 있으며, 부상탈묵기의 국산화에 따른 외화의 유출을 방지하고 나아가서는 국내 제지업계의 국제 경쟁력을 강화시킬 수 있는 장점이 있다.

Claims (7)

1. 지료 입구(10) 및 지료 출구(11)를 갖는 플로터실(12)과, 공기/잉크 거품의 제거를 위한 수집실(13)과, 지료의 혼합 및 분산을 위한 인젝터(14)를 포함하여 구성되는 부상탈묵기에 있어서, 상기 인젝터(14)는 별도의 공기유입이 가능한 나선형의 관으로 이루어진 것을 특징으로 하는 와류형 인젝터를 포함하는 부상탈묵기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 인젝터(14)의 공기유입을 위한 수단은 공기의 공급량 조절이 가능한 에어 컴프레서와 이것으로부터 연장되면서 인젝터 몸체에 수직으로 연결되는 에어 배관(15)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 와류형 인젝터를 포함하는 부상탈묵기.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 인젝터(14)의 에어 배관측 연결부위에는 공기의 분산을 유도하기 위한 산기판(16)이 구비되는 것을 특징으로 하는 와류형 인젝터를 포함하는 부상탈묵기.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중에서 어느 한 항에 있어서, 상기 인젝터(14)는 입구측에서부터 출구측으로 갈수록 그 직경이 점차 넓어지는 테이퍼 관의 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 와류형 인젝터를 포함하는 부상탈묵기.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중에서 어느 한 항에 있어서, 상기 인젝터(14)의 내부에는 길이방향을 따라 일정한 간격으로 다수의 배플(17)이 구비되는 것을 특징으로 하는 와류형 인젝터를 포함하는 부상탈묵기.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 인젝터(14)의 길이는 200∼500㎜ 범위의 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 와류형 인젝터를 포함하는 부상탈묵기.
7. 제 4 항에 있어서, 상기 인젝터(14)의 확장각도는 0∼30°범위의 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 와류형 인젝터를 포함하는 부상탈묵기.