KR101106222B1 - 펄프 생산 공정 중 표백제 공급 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 펄프의 생산 공정 중 표백제를 공급하는 기계 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차아황산나트륨의 공급 방법을 개선하여 표백효율을 향상시키는 기계 장치 및 그러한 장치가 수행하는 방법에 관한 것이다.

SHS, 표백환원제, 공급 장치

Description

펄프 생산 공정 중 표백제 공급 장치{A Apparatus of Supplying Pulp With Bleaching Agent And The Method Using The Same}

본 발명은 펄프의 생산 공정 중 표백제를 공급하는 기계 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차아황산나트륨의 공급 방법을 개선하여 표백효율을 향상시키는 기계 장치 및 그러한 기계 장치가 수행하는 방법에 관한 것이다.

기계적 또는 화학적인 펄프화 방법들에 의해서 생산된 펄프들은 나무의 유형 및 사용된 섬유분해 공정에 따라서 다크브라운(Dark Brown)에서 미색(Creamish)까지의 범위의 색채를 가진다. 펄프는 다양하게 적용되는 백색 종이 제품들을 생산하기 위하여 표백된다.

표백(Bleaching)은 표백되지 않은 펄프에서 발견되는 빛을 흡수하는 물질들의 제거 또는 교체이다. 기계 펄프의 표백에서는, 목질소(Lignin)의 용해도를 증가시키지 않고 펄프를 탈색시키는 것이 목적이다. 환원 표백 작용제들 또는 산화 표백 작용제들이 보통 사용된다. 표백은 종종 여러 단계의 공정이다. 화학펄프들의 표백은 침지(Digestion) 단계에서 시작되는 탈니그닌(delignification)의 확장 이다. 표백은 종종 여러 단계의 공정인데 상기 단계들은 과산화 염소 표백, 산소-알칼리 탈니그닌, 및 과산화 표백을 포함할 수 있다.

대표적인 고수율기계펄프의 제조방법인 열기계펄프(TMP), 화학열기계펄프(CTMP) 또는 리파이너기계펄프(RMP)의 공정은 회전하는 분쇄판에 의해 목재 칩이 해섬되는 2단 혹은 그 이상의 리파이닝 공정; 좋은 섬유를 분리하는 정선 공정; 그리고 섬유의 발색단을 제거하고 백색도를 상승시키는 표백공정으로 구성되어 있다.

일반적으로 첫번째 리파이닝 공정은 200~500kPa의 가압 상태에서 수행하며 두번째 또는 세번째 리파이닝 공정은 가압 또는 상압에서 수행한다. 이후 표백공정은 표백탑에서 이루어지며 차아황산(Na₂S₂O₄), 과산화수소(H₂O₂) 또는 포름아미딘설피닉산(FAS)이 일반적으로 사용되는 표백약품이다.

본 발명에서 조약 대상이 되는 표백제는 SHS (차아황산나트륨; Sodium Hydro-Sulfite, 환원표백제)로서, 아래와 같은 화학식을 통해 표백에 기여한다.

Na₂S₂O₄ + H₂O → 2NaHSO₄ + 6H

Na₂S₂O₄ + O2 + H₂O → 4Na₂SO₄ + S + 3SO₂

다만, 공기중의 산소와 접촉시 쉽게 분해되어 아황산 가스(SO₂)가 발생하는 문제점이 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 화학열기계펄프 생산 공정도이다.

일반적으로 SHS 는 제1 리파이닝(Primary Refiner)공정에 투입이 되고, Latency Chest 단계를 거친 후 전(前)백색도를 측정한다. 이후 Dump Chest 단계에서 SHS 를 다시 한번 투입하게 되고, 초지의 후(後)백색도를 측정한다. CTMP 표백 전 백색도는 칩(chip)의 수종 및 씨즈닝(Seasoning) 정도에 따라 49~55%ISO이다.

도 2는 종래의 SHS 조약 설비의 개념도를 나타낸다. 종래에는 SHS 1톤 팩을 8m3 부피의 공급 탱크에 공급을 한 후 사용하는 것이 일반적이었다. 하지만, 조약 및 저장시 SHS가 산소와 반응하여 아황산가스를 발생시켜 작업 환경이 매우 열악하고, 1톤 조약 후 장시간(대략 10시간)에 걸쳐 사용됨으로 약품의 자연 분해로 효율이 하락되는 문제가 발생하였다. 일반적으로 SHS 는 조약 후 3시간이 경과시 공기와 접촉으로 약품의 약 90%가 분해되는 성질이 있기 때문이다. 또한, 이러한 문제점을 극복하기 위해 종래에는 공기와의 접촉을 차단하기 위해 질소 퍼징을 실시하고 있으나 완벽한 차단이 이루어지지 않는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, CTMP 탱크에 SHS 를 시간 및 양을 자동적으로 분할하여 공급하는 설비를 제공하여 SHS가 장시간 공기에 노출되어 분해되는 문제점을 해결하고자 함이다. 또한, 공정 자동화를 통하여 공급 과정에서 발생할 수 있는 아황산가스로부터 작업자를 분리시켜 쾌적한 작업환경을 제공하고자 함이다. 마지막으로, SHS 가 CTMP 탱크에 유입되는 과정에서 공기와의 차단을 완벽하게 이루어지게 함으로써, 효율 하락을 방지하기 위함이다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 기술적 특징을 가진다.

펄프 생산 공정 중 표백 공정에서 펄프에 표백제를 조약하는 표백제 자동 공급 장치에 있어서, 표백제를 기밀하여 보관하는 저장소(20)와, 펄프로의 표백제 공급이 수행되는 이송탱크(30)와, 상기 저장소(20)로부터 표백제를 상기 이송탱크(30)로 자동으로 공급하는 이송장치를 포함하며, 상기 이송장치는, 상기 저장소(20)와 연결되어 있고, 표백제의 원활한 공급을 위한 진동수단(28)을 포함하는 자동 개폐 밸브(21)와, 상기 자동 개폐 밸브(21)의 하류측에 제공되고, 외부 공기와 차단된 제1 임시저장공간(22)와, 상기 제1 임시저장공간(22)의 하류측에 제공되고, 상기 제1 임시저장공간(22)에서 유출되는 표백제의 공급량을 조절하는 제1 조절수단(25)과, 상기 제1 조절수단(25)의 하류측에 제공되고, 외부 공기와 차단된 제2 임시저장공간(23)과, 상기 제2 임시저장공간(23)의 하류측에 제공되고, 상기 제2 임시저장공간(23)에서 유출되는 표백제의 공급량을 조절하는 제2 조절수단(26)을 포함하고, 상기 제2 조절수단(26)은 상기 이송탱크(30)와 연결되어 있다.

상기 제1 조절수단(25)은 상기 제2 조절수단(26)이 폐쇄되었을 경우에만 개방되고, 상기 제2 조절수단(26)은 상기 제1 조절수단(25)이 폐쇄되었을 경우에만 개방되어 있다.

상기 제1 조절수단(25) 및 상기 제2 조절수단(26)은 자동 개폐 밸브이다.

상기 표백제 자동 공급 장치는 상기 이송탱크(30)로 물을 공급하는 물공급부를 더 포함한다.

상기의 표백제 자동 공급 장치가 수행하는, 펄프 생산 공정 중 표백 공정에서 펄프에 표백제를 공급하는 방법에 있어서, 상기 제1 조절수단(25) 및 상기 제2 조절수단(26)을 폐쇄하는 제1 단계; 상기 자동 개폐 밸브(21)를 개방하고, 상기 진동수단(28)을 동작하여 표백제를 상기 제1 임시저장공간(22)으로 투입하는 제2 단계; 상기 자동 개폐 밸브(21)을 폐쇄하고, 상기 제1 조절수단(25)을 개방하여 상기 제1 임시저장공간(22)내의 표백제를 상기 제2 임시저장공간(23)으로 투입하는 제3 단계; 상기 제1 조절수단(25)을 폐쇄하고, 상기 제2 조절수단(26)을 개방하여 상기 제2 임시저장공간(23)내의 표백제를 상기 이송탱크(30)로 투입하는 제4 단계를 포함한다.

또한, 상기 이송탱크(30)로 물을 공급하는 제5 단계를 더 포함한다.

상기 이송탱크(30)에는 레벨 센서가 더 제공되고, 상기 이송탱크(30)의 내용물의 용량이 상기 이송탱크(30)의 내부 용량의 소정의 레벨 이상이 되는 경우, 상기 자동 개폐 밸브(21), 상기 제1 조절수단(25) 및 상기 제2 조절수단(26)을 폐쇄하고 공급 공정을 중단한다.

상기 과제 해결 수단에 의해 본 발명은 다음과 같은 효과를 갖는다.

1. CTMP 탱크에 SHS 를 시간 및 양을 자동적으로 분할하여 공급하는 설비를 제공하여 SHS가 장시간 공기에 노출되어 자연 분해되는 것을 방지하는 효과가 있다.

2. 공정 자동화를 통하여 공급 과정에서 발생할 수 있는 아황산가스로부터 작업자를 분리시켜 쾌적한 작업환경을 제공하는 효과가 있다.

3. SHS 가 CTMP 탱크에 유입되는 과정에서 공기와의 차단을 완벽하게 이루어지게 함으로써, 효율을 상승시키는 효과가 있다. 본 설비를 적용한 결과, 종래의 설비에 비해 약 20%이상의 효율이 상승하였다.

이하 도면을 참조하여 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 의한 표백제 자동 공급 장치의 구성도이다.

본 발명은 펄프 생산 공정 중 표백 공정에서 펄프에 표백제를 조약하는 표백 제 자동 공급 장치에 관한 것이나, 화학열기계펄프(CTMP)에 적용하기에 적합하다. 표백제는 차아황산나트륨인 것이 바람직하나, 이에 본 발명의 권리범위가 제한되는 것은 아니다.

본 발명에 의한 표백제 자동 공급 장치는 표백제를 기밀하여 보관하는 저장소(20)와, 펄프로의 표백제 공급이 수행되는 이송탱크(30)와, 저장소(20)로부터 표백제를 이송탱크(30)로 자동으로 공급하는 이송장치를 포함한다. 특히 이송탱크(30)로 물을 공급하는 물공급부를 더 포함할 수 있다.

본 발명에서의 핵심은 이송장치에 관한 기술적 구성이다. 종래의 기술은 차아황산나트륨 등의 표백제가 이송탱크로 공급되는 과정 또는 대기하는 과정에서 장시간 동안 공기에 노출되어 있어, 그 효율이 감소하는 문제점이 있었다. 따라서 본 발명은 차아황산나트륨 등의 표백제를 이송탱크로 공급하는 과정 및 대기하는 과정에서 철저하게 공기와의 접촉을 차단하고 있다.

이러한 효과를 제공하기 위해, 이송장치는, 저장소(20)와 연결되어 있고, 표백제의 원활한 공급을 위한 진동수단(28)을 포함하는 자동 개폐 밸브(21)와, 자동 개폐 밸브(21)의 하류측에 제공되고, 외부 공기와 차단된 제1 임시저장공간(22)와, 제1 임시저장공간(22)의 하류측에 제공되고, 제1 임시저장공간(22)에서 유출되는 표백제의 공급량을 조절하는 제1 조절수단(25)과, 제1 조절수단(25)의 하류측에 제공되고, 외부 공기와 차단된 제2 임시저장공간(23)과, 제2 임시저장공간(23)의 하류측에 제공되고, 제2 임시저장공간(23)에서 유출되는 표백제의 공급량을 조절하는 제2 조절수단(26)을 포함한다. 제2 조절수단(26)은 이송탱크(30)와 연결되어 있다. 각 구성요소들은 직렬적으로 배열되어 있는 것이 바람직하다.

자동 개폐 밸브(21)는 제어장치(도면 미도시)에 연결되어 있고, 제어장치는 이송탱크(30)내의 내용물의 용량에 따라 자동 개폐 밸브(21)를 개방하거나 폐쇠하는 신호를 전달한다.

일반적으로 이송탱크(30)의 내용물의 용량 레벨이 소정의 레벨 이하로 되면, 자동 개폐 밸브(21)는 개방된다. 이때, 제1 조절수단(25)과 제2 조절수단(26)은 반드시 폐쇄되어 있어야 한다. 만일 제1 조절수단(25)과 제2 조절수단(26)이 개방되어 있는 경우에는 공기가 역으로 유입되어 저장소(20)내의 차아황산나트륨 등의 표백제의 자연 반응을 일으키기 때문이다.

자동 개폐 밸브(21)가 개방되면서, 물공급부로부터 이송탱크(30)로 물을 공급하는 과정도 진행된다. 특히 자동 개폐 밸브(21)에는 진동수단(28)이 제공되어, 제1 임시저장공간(22)으로 표백제를 공급한다. 일반적으로 저장소(20)의 하류측에 자동 개폐 밸브(21) 등이 제공되므로, 중력에 의해 표백제가 제1 임시저장공간(22)으로 진입하게 되나, 분말 등의 점착력으로 인해 공급에 방해를 받기도 하기 때문에 이를 방지하기 위함이다.

제1 임시저장공간(22)으로 표백제가 공급되면, 자동 개폐 밸브(21)는 폐쇄된다. 이후, 제1 조절수단(25)이 개방되면서, 표백제가 제2 임시저장공간(23)으로 공급된다. 이 상태에서 공기의 역유입을 방지하기 위해 반드시 제2 조절수단(26)은 폐쇄되어 있어야 한다. 특히, 제2 조절수단(26)이 개방되어 있는 경우에는 이송탱크(30) 내의 공기 또는 수증기 또는 기타 성분들이 제1 임시저장공간(23)으로 유입되어, 이후 저장소(20)에까지 침투될 우려가 존재하기 때문이다.

표백제가 제2 임시저장공간(23)으로 완전히 공급된 후에는, 제1 조절수단(25)은 폐쇄되고, 제2 조절수단(26)이 개방되어, 표백제가 이송탱크(30)내로 공급이 완료되게 된다.

여기에서 제1 조절수단(25) 및 제2 조절수단(26)은 자동 개폐 밸브인 것이 바람직하고, 제어장치(도면 미도시)에 의해 그 개방 및 폐쇄가 제어되는 것이 바람직하다. 이러한 제어장치는 당업자에게 자명한 사항이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명에서는 제1 조절수단(25)은 제2 조절수단(26)이 폐쇄되었을 경우에만 개방되고, 제2 조절수단(26)은 제1 조절수단(25)이 폐쇄되었을 경우에만 개방되는 것이 바람직하며, 공기 및 수증기의 역류를 방지하는 효과를 제공하게 된다.

본 발명에서는 이러한 공정을 계속 반복적으로 수행하면서 저장소(20)의 표백제를 이송탱크(30)로 공급하게 된다.

일반적으로 이송탱크(30) 내에 레벨 센서를 설치하고, 레벨 센서가 소정의 레벨 이하가 되면 위 공정이 개시되고, 소정의 레벨 이상이 되면 위 공정이 중지되는 것이 바람직하며, 이러한 공정은 미리 제어장치를 통해 프로그래밍되어 있다.

이러한 장치를 사용하여 실제 공정에 적용해본 결과, 저장용량은 종래 기술에서는 8m³이었으나, 본 발명에서는 0.3 m³으로서 대폭 축소가 되었다. 이는 공기에 노출되는 양을 대폭 축소하는 것으로서, 표백제의 자연 반응에 의한 효율 감소 를 방지하는 효과가 있다. 또한, 저장시간 역시 종래 기술은 큰 저장소에 10시간 이상 저장을 하면서 사용하였으나, 본 발명에 의할 때에는 20분 이내로 감소하였다. 즉, 공기와 반응시간 감소로 약품 효율이 상승하는 효과를 제공하고 있다.

또한, 전체적인 백색도의 향상 측면에서는 종래의 기술의 경우 아래의 표와 같이 동일한 효과를 얻기 위해 소요되는 차아황산나트륨의 비용은 4.6천원/%ISO에서 3.7천원/%ISO로 감소하여 약 20% 이상의 개선효과를 제공하고 있다.

즉, 본 발명에 의한 표백제 자동 공급 장치는 표백제의 공기와의 대용량 또는 장시간의 접촉을 방지하여, 표백제의 자연 분해에 따른 성능 감소를 방지함으로써, 그 효율을 증대시키는 효과가 있다.

또한, 공급의 자동화로 인해 유해가스 발생이 억제되어 작업환경 개선의 효과도 아울러 제공하고 있다.

이하 본 발명에 의한 표백제 자동 공급 장치가 수행하는, 펄프 생산 공정 중 표백 공정에서 펄프에 표백제를 공급하는 방법을 설명하기로 한다.

제1 단계는 제1 조절수단(25) 및 제2 조절수단(26)을 폐쇄하는 단계이다. 저장소(20)로 공기 또는 수증기의 역유입을 차단하기 위함이다.

제2 단계는 자동 개폐 밸브(21)를 개방하고, 진동수단(28)을 동작하여 표백제를 제1 임시저장공간(22)으로 투입한다.

제3 단계는 자동 개폐 밸브(21)을 폐쇄하고, 제1 조절수단(25)을 개방하여 제1 임시저장공간(22)내의 표백제를 제2 임시저장공간(23)으로 투입한다.

제4 단계는 제1 조절수단(25)을 폐쇄하고, 제2 조절수단(26)을 개방하여 제2 임시저장공간(23)내의 표백제를 이송탱크(30)로 투입한다.

각 단계를 수행하는 과정에서 각 공간을 공기의 흐름으로부터 원천적으로 차단하는 것이 핵심이다.

본 발명에는 물공급부로부터 이송탱크(30)로 물을 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 이송탱크(30)에는 레벨 센서가 더 제공되고, 이송탱크(30)의 내용물의 용량이 이송탱크(30)의 내부 용량의 소정의 레벨 이상이 되는 경우, 자동 개폐 밸브(21), 제1 조절수단(25) 및 제2 조절수단(26)을 폐쇄하고 공급 공정을 중단한다.

여기에서 소정의 레벨이란, 이송탱크(30) 내부의 전체 부피 중에서 CTMP 및 표백제가 차지하는 용량을 기준으로 하는 것이 바람직하다. 예를 들어 50%라고 하면, CTMP 및 표백제의 용량이 이송탱크(30) 내부의 전체 부피 중 절반을 차지하고 있는 상황을 말한다. 생산 공정에서는 공정 조건에 따라 미리 이러한 레벨을 정해놓고, 이에 따라 공정의 개시 혹은 중단을 조절하게 된다. 따라서, 소정의 레벨이란 불명확한 의미가 아님은 당업자에게 자명하다.

이상 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대하여 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 첨부하는 특허청구범위에 의하여 결정되며, 전술한 실시예에 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

또한, 당업자에게 자명하고 특허청구범위에 기재되어 있는 발명의 본질에서 벗어나지 않는, 변경, 개량 내지 수정된 기술도 본 발명의 권리범위에 포함됨이 명백하게 이해된다.

도 1은 본 발명이 적용되는 화학열기계펄프 생산 공정도.

도 2는 종래의 SHS 조약 설비의 개념도.

도 3은 본 발명에 의한 SHS 조약 설비의 개념도.

Claims (6)

1. 펄프 생산 공정 중 표백 공정에서 펄프에 표백제를 공급하는 표백제 자동 공급 장치에 있어서,

   표백제를 기밀하여 보관하는 저장소와,

   펄프로의 표백제 공급이 수행되는 이송탱크와,

   상기 저장소로부터 표백제를 상기 이송탱크로 자동으로 공급하는 이송장치를 포함하며,

   상기 이송장치는,

   상기 저장소와 연결되어 있고, 표백제의 원활한 공급을 위한 진동수단을 포함하는 자동 개폐 밸브와,

   상기 자동 개폐 밸브의 하류측에 제공되고, 외부 공기와 차단된 제1 임시저장공간와,

   상기 제1 임시저장공간의 하류측에 제공되고, 상기 제1 임시저장공간에서 유출되는 표백제의 공급량을 조절하는 제1 조절수단과,

   상기 제1 조절수단의 하류측에 제공되고, 외부 공기와 차단된 제2 임시저장공간과,

   상기 제2 임시저장공간의 하류측에 제공되고, 상기 제2 임시저장공간에서 유출되는 표백제의 공급량을 조절하는 제2 조절수단을 포함하고,

   상기 제2 조절수단은 상기 이송탱크와 연결되어 있고,

   상기 제1 조절수단은 상기 제2 조절수단이 폐쇄되었을 경우에만 개방되고,

   상기 제2 조절수단은 상기 제1 조절수단이 폐쇄되었을 경우에만 개방되는,

   표백제 자동 공급 장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 제1 조절수단 및 상기 제2 조절수단은 자동 개폐 밸브인,

   표백제 자동 공급 장치.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 표백제 자동 공급 장치는 상기 이송탱크로 물을 공급하는 물공급부를 더 포함하는,

   표백제 자동 공급 장치.
4. 청구항 1의 표백제 자동 공급 장치가 수행하는, 펄프 생산 공정 중 표백 공정에서 펄프에 표백제를 공급하는 방법에 있어서,

   상기 제1 조절수단 및 상기 제2 조절수단을 폐쇄하는 제1 단계;

   상기 자동 개폐 밸브를 개방하고, 상기 진동수단을 동작하여 표백제를 상기 제1 임시저장공간으로 투입하는 제2 단계;

   상기 자동 개폐 밸브을 폐쇄하고, 상기 제1 조절수단을 개방하여 상기 제1 임시저장공간 내의 표백제를 상기 제2 임시저장공간으로 투입하는 제3 단계;

   상기 제1 조절수단을 폐쇄하고, 상기 제2 조절수단을 개방하여 상기 제2 임시저장공간 내의 표백제를 상기 이송탱크로 투입하는 제4 단계를 포함하는,

   표백제 자동 공급 방법.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 이송탱크로 물을 공급하는 제5 단계를 더 포함하는,

   표백제 자동 공급 방법.
6. 청구항 4에 있어서,

   상기 이송탱크에는 레벨 센서가 더 제공되고,

   상기 이송탱크의 내용물의 용량이 상기 이송탱크의 내부 용량의 소정의 레벨 이상이 되는 경우,

   상기 자동 개폐 밸브, 상기 제1 조절수단 및 상기 제2 조절수단을 폐쇄하고 공급 공정을 중단하는,

   표백제 자동 공급 방법.

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