KR19980024932A

KR19980024932A - 입자 크기 분포가 주기적으로 변동하는 입상 물질의 제조방법및 이 방법을 수행하는 장치

Info

Publication number: KR19980024932A
Application number: KR1019970048604A
Authority: KR
Inventors: 뤼디거 쉿테; 알렉산더 루스; 이판 펠그림스; 클라아스-위르겐 클라젠; 로타르 카이저
Original assignee: 메르크 볼프강, 펠트만 마르틴; 데구사 아크티엔게젤샤프트
Priority date: 1996-09-26
Filing date: 1997-09-25
Publication date: 1998-07-06
Also published as: JPH10128099A; AU3924997A; BR9704895A; CN1183999A; DE19639579C1; EP0832683A1

Abstract

입자 크기 분포가 주기적으로 변동하는 입상 물질은 연속 유동상 분무 입상화로 제조될 수 있는데, 입상 물질은 주기적으로 변동하는 유동상의 분배기 플레이트 면적(F)에 대한 방출 표면(f)의 시간 적분의 면적비에서 분류 효과가 있는 방출 장치를 통해 방출된다. 면적비 f/F를 감소시킴으로써 변동이 조정되고, 추가로 감소시킴으로써 진폭은 증가한다. 입자 크기 분포가 상이한 분획은 일정 기간 동안 입상 물질의 분별 제거에 의해 수득된다.

Description

입자 크기 분포가 주기적으로 변동하는 입상 물질의 제조방법 및 이 방법을 수행하는 장치

본 발명은 입자 크기 분포가 주기적으로 변동하는 입상 물질의 제조방법 및 이 방법을 수행하는 장치에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 유동상 분무 입상화(fluidised bed spray granulation)를 기본으로 하고, 입자 크기 분포가 상이한 둘 이상의 과립 분획이 거의 연속적으로 입상화로부터 직접 수득되도록 한다.

다수의 경우, 입상 물질의 제조자들은 특정 용도 또는 특정 구매자에 따라 특정 입자 크기 분포를 갖는 입상 물질을 제공하도록 요구받고 있다. 과립을 제조한 후에, 예를 들면, 비싼 선별기를 사용하여 입상 물질을 각종 분획으로 분리하는 공정이 요구되고/거나 과립 제조 동안의 작업 파라미터가 각각의 목적하는 입자 크기 분포에 따라 개별적으로 조정되어야 하고, 이는 개시/대체 문제를 일으키고 품질을 저하시킬 수 있기 때문에 입자 크기 분포가 상이한 입상 물질을 제조하는 비용은 상당하다.

입상 물질을 제조하는 다수의 방법이 사용되고 있는데, 예를 들면, 고형 입자를 분말 형태로 층 응집시키거나 가압 응집시키는 방법 또는 유동상 분무 입상화(여기서, 용액, 현탁액 및 용융물과 같은 액상 생성물은 입상 물질로 전환된다)가 있다. 연속 유동상 분무 입상화의 원리 및 유동상 분무 입상화에 적합한 장치의 구조가 문헌[참조: H. Uhlemann in Chem. -Ing. -Technik 62 (1990), 822-834]에 요약되어 있는데, 연속 유동상 분무 입상화를 통해서, 입상 물질의 크기와 입자 크기 분포를 다른 방법보다 용이하게 조절할 수 있다. 따라서, 본 발명은 유동상 분무 입상화를 기본으로 하고 있다. 그러나, 유동상 분무 입상화를 사용하여 입자 크기 분포를 조절하는 원리는 연속 조작시 물질 의존성 입자 크기 분포가 정상 상태를 필요로 한다는 것이다. 따라서, 상이한 분포, 특히 상이한 평균 입자 크기(d₅₀)가 필요한 경우, 상태 조건은 변해야 한다. 이는 일반적으로 뉴클레이 파퓰레이션 밸런스(nuclei population balance)를 통해서 직접 또는 간접적으로 발생하고, 입자 크기 분포의 상한과 하한은 물질에 따라 정상 상태 조작시 수득된다. 특정 평균 입자 직경을 갖는 비교적 좁은 입자 크기 분포를 수득하기 위해서, 분류 방출 장치를 통해 유동상으로부터 입상 물질을 방출하는 것이 유리한 것으로 입증되었다.

본 발명의 목적은 입자 크기 분포가 상이한 둘 이상의 과립 분획을 거의 연속적으로 수득할 수 있는 방법을 제시하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따르는 방법으로 수행하는 데 바람직한 장치를 나타내는 도식도이다.

도 2와 도 3은 조작 시간의 함수로서 입자 크기 분포(평균 입자 직경(d₅₀)과 표준 편차(S))를 나타낸다.

이러한 목적은 입상 물질이 연속 유동상 분무 입상화 장치에서 제조되고, 유동상 분무 입상화의 분배기 플레이트 면적(F)에 대한 하나 이상의 방출 장치의 방출 면적(f)의 시간 적분의 면적비에서 분류 효과가 있는 하나 이상의 방출 장치를 사용하여 방출시켜 입자 크기 분포가 주기적으로 변동하도록 함을 특징으로 하는, 입자 크기 분포가 주기적으로 변동하는 입상 물질의 제조방법에 의해서 성취된다. 나머지 특허청구의 범위는 본 발명의 방법의 바람직한 양태와 이 방법을 수행하기에 특히 적합한 장치에 관한 것이다.

놀랍게도, 정상 변동 상태는 개별 과립 입자가 분류 공정에 참여하는 빈도에 따라 분류하여 과립을 방출하는 유동상 분무 입상화용 장치에서 수득될 수 있는 것으로 확인되었다. 변동은 외부의 영향없이 정상 상태 조작시에 달성될 수 있다. 변동 상태는 분류 빈도를 감소시킴으로써 성취될 수 있다. 분류 빈도는 유동상의 분배기 플레이트 면적(=기체 분배기 플레이트)(F)에 대한 모든 방출 장치의 방출 면적(f)의 시간 적분의 면적비를 입자 분배 및 평균 입자 직경의 변동 효과가 분명하게 전개되는 시간까지 감소시켜 간단히 감소시킬 수 있다. 면적비 f/F는 방출 포트에 입자가 충돌하는 빈도의 확률의 척도를 제공한다. 입자에 있어서 다음 가능성은 이러한 경우에 중요하다:

(i) 유동상 챔버의 유동하는 입자는 항상 일정 면적을 통해 방출되므로, 면적비는 원칙적으로 항상 충돌 빈도, 예를 들면, 유동상의 분배기 플레이트에 대한 방출 포트의 합계(F)(여기서, f는 n·f'와 동일하고, n은 포트의 수이고, f'는 개별 포트의 면적이다)로 정의될 수 있다. 수치가 궤도 및/또는 입자의 이동 공간에 영향을 미치는 경우, 궁극적으로는 변동 효과가 발생하는 면적비의 특정값만 상대적으로 이동할 것이다.

(ii) 다른 가능성은, 원칙적으로, 예를 들면, 방출 포트를 맥동식으로 개방하고 폐쇄함으로써 방출 포트를 디지탈화하는 것이다. 각종 기술적인 해결책을 생각할 수 있는데, 이러한 해결책은 항상 방출 면적(포트)의 사용 기간을 제한하는 원리에 이른다.

예비 시험을 통해 효과적인 면적비 f/F를 결정하는 경우, 유동상 장치 속에서 덩어리가 형성되지 않도록 주의를 기울여야 한다. 이는, 예를 들면, 공기를 직접 유동시키는 분배기 플레이트(예: 코니듀 판(Conidur plate))를 사용하여 오버사이즈(oversize)가 분배기 포트의 방향으로 수송되도록 함으로써 일어난다. 면적비는 방출 포트(분류 포트)의 수 및/또는 단면적을 감소시킴으로써 간단하게 감소시킬 수 있다.

특정 면적비 f/F로부터, 분류기 출구에서 수득한 입상 물질의 평균 입자 직경은 최대 진폭과 최소 진폭 사이에서 규칙적으로 변동할 것이다. 입자 크기 분포의 분산은 동일한 빈도를 갖는 상을 벗어나 변동한다. 빈도는 분배기 플레이트의 면적을 기준으로 하여, 입상 물질의 처리량에 좌우되는데, 처리량이 증가함에 따라 시간은 짧아지고 빈도는 증가한다. 분류의 빈도가 적고 면적비 f/F가 작아질수록 평균 입자 크기(d₅₀)의 최대 진폭과 최소 진폭의 차는 커질 것이다. 변동 시간이 산업적 규모의 설비에서는 몇 시간일 수 있으므로, 처리량이 일정하고 분무 속도가 상응하게 일정하고 유동 가스의 유동량과 온도가 일정한 경우, 입자 크기 분포가 상이한 둘 이상의 분획을 일정한 시간 동안 방출 장치로부터 서로 개별적으로 용이하게 제거할 수 있다.

분류 방출 장치를 사용하는 유동상 분무 입상화에 적합한 장치는, 예를 들면, 인용된 문헌에 따르는 양태에 그 자체 공지되어 있다[참조: Uhlemann 또는 독일 특허 제195 14 187호 또는 유럽 특허 제0 332 929호]. 실제 유동상 장치는 통상적으로 원형 또는 직사각형이다. 소위 단일 유동 채널 대신에 몇 개 채널형 모듈러스가 서로 인접하여 평행으로 연결되어 있다. 분류 방출에 특히 적합한 장치는 기체 유동 분류기(역류 중력 분류기(counter-current-gravity classifier)), 예를 들면, 라이저 관 분류기(riser pipe classifier) 또는 지그재그 분류기가 장착된 장치이다. 채널형 유동상의 경우, 방출 장치는 채널의 한쪽 말단에 배열되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 유동 채널이 사용되는 경우, 면적비 f/F는 일반적으로 5 내지 0.1‰(=5·10^-3내지 1·10^-4), 바람직하게는 3 내지 0.5‰이다.

본 발명에 따르는 바람직한 양태에 있어서, 유동상 속의 고형 입자의 질량은 일정하게 유지된다. 유동상의 상 높이 이상으로 측정된 압력 강하가 일정하게 유지되는 경우, 분류기 함량도 일정하게 유지된다. 기체 유동 분류하는 분류 장치에서의 일정한 조건은 분류 기체의 처리량(단위 시간당 양)을 통해서 간단하게 유지될 수 있다.

성장 상 동안, 입자 직경이 작아지게 되면 분류 기체의 양은 증가하는데, 예를 들면, 내부 핵형성이 증가함으로 인하여 분류 기체의 양은 감소한다. 따라서, 단위 시간당 분류 기체의 양은 방출되는 입상 물질의 순간 입자 직경의 우수한 지표이다. 따라서, 장기간의 변동에 있어서, 기간은 분류 기체의 양의 함수로서 시간의 구획으로 나누어질 수 있고, 방출된 입상 물질은 입자 직경 띠에 따르는 개별 분획으로 유동 공급될 수 있다. 따라서, 분별화된 생성물 스트림을 상이하지만 장기간에 걸친 전체 분포의 적분에 상응하는 입자 크기 분포보다 좁은 입상화 공정으로부터 거의 연속적으로 수득된다.

입상 물질은 공지된 방식으로 물질의 용액 또는 현탁액을 분무하여 유동상에 위치하는 입자로 입상화하고 용매를 증발시킴으로써 제조한다. 그러나, 건조 시간이 반응에 충분하다면 하나의 반응물을 각각 함유하는 두개의 용액을 하나의 용액 대신에 사용할 수 있다. 용융물은 또한 본 발명에 따라서 분무될 수 있고, 입상 물질로 전환될 수 있다. 마지막으로, 용액 형태의 반응물을 분무하고 기체 형태의 제2 반응물을 유동 기체에 가할 수 있다.

본 발명은 도 1 내지 도 3을 기본으로 하여 설명된다. 도 1은 본 발명에 따르는 방법으로 수행하는데 바람직한 장치를 나타내는 도식도이다. 이 장치는 기체 분류기 플레이트(2), 공급 라인(3), 분무 노즐(4), 유동 공기용 공기 유입구(5), 폐 공기 연결기(6), 및 분류 기체 공급 라인(8)을 갖는 분류관(7)이 표시되어 있는 분류 방출 장치가 장착되어 있는 유동상 장치(1)를 포함한다. 유동 공기(또는 또 다른 유동 기체)는 공기 유입 라인(9) 또는 공기 유입구(5)를 통해서 공기 분배기 플레이트(2) 아래에 위치하고 있는 풍함(10)으로 공급된다. 풍함은 각각 단독 공기 유입구(도면에는 표시되어 있지 않다)가 제공되어 있는 중간벽에 의해 몇 개의 면적으로 분할될 수도 있다. 필요한 경우, 몇 개의 위어(weir)가 유동상 내에 배열될 수도 있다(표시되지 않음). 유동 공기는 유동상(11)을 통해 유동한 후에 폐 공기 연결관(6)을 거쳐 반응기에서 나와서 라인(12)를 통해 분진 분리기(13)에 이르고, 폐 공기로부터 제거된 분진은 연결관(14)을 통해 방출되고, 분리된 분진은 라인(15)을 통해 반응기로 반송될 수 있다. 분류기의 함량은 신호 전송 장치(19)를 통해서 압력 측정 장치에 연결되어 있고 연결 케이블(29)을 통해서 분류 기체용 조절 밸브(21)에 연결되어 있는 측정 및 조절 장치(18)의 보조로 시차 압력 측정 장치(16 및 17)를 사용하여 측정되고 분류 기체 처리량에 의해 일정하게 유지된다. 분류관을 통해 방출된 입상 물질은 밀봉 장치(22)를 통과한 후에 다방식 스위치(multi-way switch)(23)로 공급되는데, 과립 스트림은 다방식 스위치에 의해 분획(채널 A, B, C 및 D으로 나타냄)으로 분할된다. 스위치의 규정 거리는 스위치의 규정 거리를 분류 기체의 용량 스트림의 함수로서 결정하는 자동화 소자(24)에 의해 분류 기체 스트림 측정 장치(18의 부품)가 장착된 신호 이송(25)을 통해 고정된다.

도 2와 도 3은 조작 시간의 함수로서 입자 크기 분포(평균 입자 직경(d₅₀)과 표준 편차(S))를 나타낸다. 가로축은 조작 시간(h)을 나타내고 세로축은 입자 직경과 표준 편차(S)(mm)를 나타낸다. S는 랜덤한 개별 변수(입자 직경)의 분산의 루트로서 정의된다: S=√(∑(d_i-d₅₀)²·p_i(여기서, d_i는 2개의 인접한 체이고 p_i는 체에 대한 질량 분수이다). 도 2는 분류관을 사용하는 실시예에 따라 면적비 f/F가 7.359‰인 과립의 입자 크기 분포에 관한 것이다. 도 3은 하나의 분류관만 존재하여 면적비 f/F가 1.2265‰인 차가 유일한 동일 입상화에 관한 것이다. 도 3은 평균 입자 직경과 분산의 매우 현저하게 뚜렷한 변동을 나타낸다.

본 발명은 또한 이 방법을 수행하는 장치를 제공한다. 장치는 기체 분배기 플레이트, 분무 부품, 유동 기체를 공급하고 제거하는 장치 및 하나 이상의 방출 장치에 적합한 유동상 분무 입상화 장치와 방출 장치의 하부의 다방식 스위치를 포함하고 동일한 크기이고/거나 유동상 장치의 분배기 플레이트 면적(F)에 대한 모든 방출 장치의 방출 면적(f)의 시간 적분의 면적비가 5 내지 0.5‰, 바람직하게는 3 내지 0.5‰인 방출 포트의 맥동식 개폐용 장치에 적합하다.

도 1에도 나타낸 바와 같이, 방출 장치는 바람직하게는 기체 유동 분류 장치이고, 기체 유동 장치의 기체 분류량은 조절 장치에 의해 조절될 수 있다.

실시예

도 1에 따르는 장치에서 3개의 성분 노즐(채널형 유동상 반응기 속에 노즐이 배열되어 있는데, 즉 서로 대향하고 있다)을 사용하여 탄산나트륨 수용액과 과산화수소를 분무하여 과립 형태의 나트륨 퍼카보네이트를 제조하고, 중요한 공정 조건은 독일 특허 제195 14 187호에 공지되어 있다. f/F를 결정하는 플랜트 파라미터는 다음 표로부터 유도될 수 있고, 입자 크기 분포는 도 2와 도 3으로부터 유도될 수 있다.

유동상 플레이트 면적(F)	6.4m²	6.4m²
분류관의 포트 면적(f')	0.00785m²	0.00785m²
분류관의 수(n)	6	1
면적비 f/F=n·f'/F	7.359‰	1.2265‰
입자 크기 분포(d₅₀) 및 S	도 2 참조	도 3 참조

본 발명에 따르는 방법의 잇점은 입자 크기 분포가 요구에 적합한 분별화된 생성물 스트림을 입상화 방법으로부터 직접 간단한 방식으로 거의 연속적으로 수득할 수 있다는 점이다. 따라서, 고가의 선별 장치와 연속 작업을 방해하는 각각의 목적하는 분획의 작업 파라미터를 재조정할 필요가 없다는 것이다.

Claims

입상 물질이 연속 유동상 분무 입상화 장치에서 제조되고, 유동상의 분배기 플레이트 면적(F)에 대한 하나 이상의 방출 장치의 방출 면적(f)의 시간 적분의 면적비에서 분류 효과가 있는 하나 이상의 방출 장치를 통해 방출되어 입자 크기 분포가 주기적으로 변동하도록 함을 특징으로 하는, 입자 크기 분포가 주기적으로 변동하는 입상 물질의 제조방법.
제1항에 있어서, 사용되는 방출 장치가 하나 이상의 역류 중력 분류기이고, 방출 포트가 일정하게 개방되어 있거나 맥동식으로 개폐됨을 특징으로 하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 유동상 속에서의 체류 시간이 정상인 유동상으로부터 일정 기간 동안 방출된 입상 물질이 입자 크기 분포가 상이한 둘 이상의 연속 분획으로 분리됨을 특징으로 하는 방법.
제3항에 있어서, 분류관이 분류 효과가 있는 방출 장치로서 사용되고, 유동상의 고형 입자의 질량이 분류 기체 처리량에 의해 일정하게 유지되고, 방출된 입상 물질의 분획이 분류 기체 처리량에 의해 조절됨을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 변동 기간이 입상 물질의 처리량을 증가시킴으로써 단축됨을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 면적비 f/F가 감소되어 한 주기 내의 최대 입자 직경과 최소 입자 직경 사이의 진폭 변화가 증가함을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 유동상 분무 입상화에 사용되는 장치가 유동 채널 또는 서로 인접하게 위치하고 있는 유동 채널형 모듈러스이고, 하나 이상의 분류 방출용 장치가 채널 또는 채널형 모듈러스의 말단부에 배열되어 있고 면적비 f/F가 5 내지 0.1‰(=5·10^-3내지 1·10^-4)임을 특징으로 하는 방법.
기체 분배기 플레이트(2), 분무 부품(4), 유동 기체를 공급하고 제거하는 장치(5 및 6) 및 개방 상태로 유지되거나 맥동식으로 개폐될 수 있는 분류 효과가 있는 하나 이상의 방출 장치(7)가 장착된 유동상 분무 입상화 장치(1)와 방출 장치의 하부에 다방식 스위치(multi-way switch)(23)를 포함하는 제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 따르는 방법을 수행하기 위한 장치로서, 유동상 장치의 분배기 플레이트 면적(F)에 대한 모든 방출 장치의 방출 면적(f)의 시간 적분의 면적비가 5 내지 0.5‰, 특히 3 내지 0.5‰임을 특징으로 하는 장치.
제8항에 있어서, 분류 기체의 양을 조절하는 장치(21과 함께 18)와 함께 기체 유동 분류 장치(8)를 방출 장치로서 가짐을 특징으로 하는 장치.