KR20030042934A - 수분을 함유하는 화합물 및 천연물의 분쇄 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수분을 함유하는 화합물 및 천연물의 분쇄 방법 및 장치에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 수분을 포함하는 화합물 또는 천연물을 제조하거나 가공하는 공정중 수분함유 제품의 물성과 품질면에서 가장 큰 영향을 미치는 건조공정과 분쇄공정을 통합하여 동시에 실시하므로써 종래의 분쇄와 건조가 분리된 방법과 비교하여 공정시간을 단축시킬 수 있어 생산성을 향상시키고, 분쇄물의 입자 크기를 함께 조절할 수 있으며, 분쇄물의 물성의 변화를 방지할 수 있는 경제적이며 효율적인 수분을 함유하는 화합물 및 천연물의 분쇄 방법 및 장치에 관한 것이다.

Description

수분을 함유하는 화합물 및 천연물의 분쇄 방법 및 장치{A method for crashing of water containing material and an apparatuse thereof}

본 발명은 수분을 함유하는 화합물 및 천연물의 분쇄 방법 및 장치에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 수분을 포함하는 화합물 또는 천연물을 제조하거나 가공하는 공정중 수분함유 제품의 물성과 품질면에서 가장 큰 영향을 미치는 건조공정과 분쇄공정을 통합하여 동시에 실시하므로써 종래의 분쇄와 건조가 분리된 방법과 비교하여 공정시간을 단축시킬 수 있어 생산성을 향상시키고, 분쇄물의 입자 크기를 함께 조절할 수 있으며, 분쇄물의 물성의 변화를 방지할 수 있는 경제적이며 효율적인 수분을 함유하는 화합물 및 천연물의 분쇄 방법 및 장치에 관한 것이다.

고체 입자를 잘게 부수는 분쇄방법은 분쇄되는 원료의 성질·목적·입도 등에 따라 달라지지만, 분쇄 목적으로 입자에 가해지는 외력은 대개의 경우 압축·전단·충격 중의 하나 또는 이들을 조합한 기계적인 힘이라고 할 수 있으며, 극히 특수한 분쇄방법으로는 입자 내부의 열응력(熱應力)이나 초음파 등으로 분쇄하기도 한다.

분쇄의 대상이 되는 물질은 광석·시멘트원료·석탄·클링커·화학공업원료·약품·식품 등 다양하다.

분쇄에 사용되는 분쇄기의 종류로 일반적으로 많이 사용되는 것은 볼밀(ball mill), 로드밀(rod mill), 롤러밀(roller mill), 휠러밀(wheeler mill) 등이 있다.

볼밀(ball mill)은 원통 속에 강으로 만든 볼(강구)을 여러 개 재료와 함께 넣어 회전시켜 강구운동에 의한 충격으로 재료를 분쇄하는 장치로서 볼에는 주철·칠주물·플린트석·천연석 등 원료에 따라 여러 가지가 있으며 통의 길이는 지름을 초과하지 않는 것이 표준형이지만 지름의 수 배 이상으로 긴 형의 튜브밀, 그 중간인 콤파운드밀(compound mill) 등의 종류가 있고, 원통의 내면은 특수강 또는 니켈판으로 내장한다. 최종적인 미분을 만들 때 사용되며, 도토(陶土)·염료 등의최미분인 경우에는 건식으로 사용되며, 용도가 매우 넓다.

로드밀(rod mill)은 기체 내면의 길이보다 약간 짧은 강봉을 분쇄매체로 사용하는 회전식 분쇄기로서 거친 입자부터 선택적으로 분쇄하며, 입도가 비교적 균일한 분쇄산물을 얻을 수 있는 특징이 있으며, 단독으로 사용되는 외에 볼밀에 의한 분쇄의 예비분쇄기로서도 종종 사용된다.

롤러밀(roller mill)은 볼밀과 같은 원리의 분쇄기로 시멘트원료를 분쇄할 때나 석탄을 분쇄할 때 사용되며 분쇄기 중에 롤러나 볼을 이용한 것을 링롤러밀이라고도 한다.

휠러밀(wheeler mill)은 수 ㎛ 이하의 미분쇄를 필요로 하는 분야에서 널리 사용되며, 소위 유체에너지밀의 일종으로 고압기체를 불어 넣음으로써 입자를 기계의 벽이나, 또는 다른 입자에 충돌시켜서 분쇄하는 장치로서 기체는 길쭉한 도넛형의 기내(機內)를 입자와 함께 환류(還流)하고, 미세하게 된 입자만이 배기와 함께 기외로 배출되는 구조로 되어 있다.

이외에도 압축력에 의한 자이러토리크러셔(gyratory crusher)·콘크러셔(cone crusher)가 있고, 충격력에 의한 해머밀(hammer mill)·케이지밀(cage mill)·유체에너지밀, 전단력에 의한 분쇄기가 있으며, 마쇄력에 의한 자생분쇄밀과 진동밀·유성밀·교반밀이 있다.

종래의 분쇄 공정이 포함되는 화합물 중 셀롤로스에테르를 예로들어 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

셀룰로스에테르라 함은 알킬셀룰로스, 히드록시알킬셀룰로스, 히드록시알킬알킬셀룰로스등을 말하는 것으로서 의약, 건축, 페인트 등의 증점제,결합제 , 보수제등으로 사용되는 산업적으로 매우 유용한 화합물로서, 메틸셀룰로스, 에틸셀룰로스, 히드록시에틸셀룰로스, 히드록시에틸메틸셀룰로스, 히드록시프로필셀룰로스, 히드록시프로필메틸셀룰로스, 히드록시에틸에틸셀룰로스 및 카르복시메틸셀룰로스 등이 있다.

일반적으로 알려진 셀룰로스에테르의 분쇄방법은 다음과 같은 것이 있다.

잘게 분쇄한 펄프에 가성소다 처리한 후 알킬렌옥시드와 알킬할라이드를 반응시켜 제조한 셀룰로스에테르를 여과한 다음 분쇄함에 있어서 독일특허 제 952,264호에 의하면 3 단계를 거쳐서 분쇄하는데 수분함량이 50 ∼ 70 중량부의 셀룰로스에테르를 해머밀로 분쇄 후 순환식 공기건조기를 사용하여 건조하고 있으나, 상기의 방법은 공정이 복잡하고 제품의 점도감소가 너무 커 제품의 변형이 큰 문제점이 있다.

미합중국특허 제 4,044,198호에 의하면 액체질소를 사용하여 충격을 가해 셀룰로스에테르를 일차 분쇄한 후 다시 분쇄하는 방법을 제공하고 있으나, 이는 액체질소를 사용하는 공정이 추가되므로 경제적이지 못한 결정적인 문제점이 있다.

미합중국특허 제 4,076,935호에 의하면 셀룰로스에테르의 미세 입자를 얻기 위하여 진동형 분쇄기를 사용하고 있다. 이는 제품의 점도감소가 너무 커서 예를 들어 분쇄전의 점도가 32,000 CPS 제품이 12,000 CPS로 낮아져 목적하는 제품을 얻을 수 없는 비효율적인 단점이 있다.

미합중국특허 제 4,415,124호에 의하면 2 단계로 이루어진 분쇄공정으로 미세입자를 얻는 방법을 제공하고 있는데, 냉각 장치가 장착된 진동형 또는 볼형 분쇄기를 사용한다. 이는 제품의 점도 감소가 크고 단위 시간당 처리량이 적어 비경제적인 문제점이 있다.

상기와 같이 일반적인 셀룰로스에테르의 분쇄방법은 예비건조 공정, 예비 분쇄 공정을 거쳐 제품분쇄 후 건조를 해야하는 상업적으로 불리하며, 비경제적인 단점이 있고 특히 커터밀로 분쇄하면 입도가 너무 크게 되고, 해머밀을 사용하면 입도가 작아지기는 하지만 겉보기 비중이 낮고 점도저하가 큰 단점이 있으며, 회분식 진동밀 및 볼형밀로 분쇄한 것은 입도가 작고 겉보기 비중이 크지만 점도저하가 현저하게 커져 상업적으로 적용하기 어려운 방법들이라 하겠다.

따라서, 여러 단계를 거쳐 분쇄하고 건조시키므로써 공정에 소요되는 시간이 길고 제품의 점도 감소 등 물성의 변형이 크기 때문에 목적하는 제품을 얻기가 어려운 상기한 문제점의 해소방법이 절실히 요구되는 실정이다.

이에 본 발명의 발명자들은 상기한 문제점을 개량하기 위하여 연구 노력한 결과 수분함유 열풍에 의한 분쇄와 건조를 동시에 실시하므로써 공정에 소요되는 시간을 단축하고, 제품의 점도감소 등의 물성 변형을 최소화할 수 있음을 알게되어 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명은 수분을 함유하는 화합물 및 천연물의 제조 및 가공공정에 있어서 분쇄와 건조 공정을 동시에 실시하므로써 공정에 소요되는 시간을 단축시키고 물성의 변성을 최소화할 수 있는 개선된 분쇄방법과 분쇄장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1 은 본 발명에서 사용된 분쇄장치의 일구현예를 개략적으로 나타낸 것이다.

도 2 는 도 1 의 15 부분을 확대한 횡단면도이다.

[도면의 주요 부호에 대한 설명]

10 : 몸체부12: 고정분쇄틀14: 분쇄용 로드

15 : 벤틸레이션부16 : 중심회전축18: 포집부

20: 톱니22: 유입구 24: 구동모터

26: 분쇄되는 입자

본 발명은 수분을 포함하는 화합물 또는 천연물의 분쇄 방법에 있어서, 분쇄목적물이 유속을 가지는 가열된 공기에 의하여 분쇄기의 유입구로부터 분쇄기의 중심부로 이송되는 단계; 이송된 분쇄목적물이 분쇄기의 회전축을 중심으로 회전하는 분쇄용로드에 의하여 분쇄되는 단계; 분쇄목적물이 벤틸레이션부와 분쇄기 중심부의 분쇄틀과 분쇄용로드 사이를 가열된 공기의 움직임에 따라 이송되며 건조 및 분쇄되는 단계를 포함하여 이루어지는 수분을 포함하는 화합물 또는 천연물의 분쇄 방법을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 수분을 포함하는 화합물 또는 천연물의 분쇄 장치에 있어서, 소정의 체적을 가지는 몸체부(10)와; 내경면에 톱니(20)를 갖는 동시에 다수의 순환홀이 관통 형성되고, 상기 몸체부(10)의 내부에 장착되는 고정분쇄틀(12)과; 상기 고정분쇄틀(12)의 내부와 연통되도록 상기 몸체부(10)의 하단 일측에 형성된 유입구(22)와; 상기 고정분쇄틀(12)의 중앙위치에서 수직방향으로 장착되고, 회전 가능하게 모터(24)와 연결된 회전축(16)과; 상기 회전축(16)의 외경면에 상하방향을 따라 등간격을 이루며 일체로 장착된 다수의 분쇄용로드(14)와; 상기 고정분쇄틀(12)의 순환홀과 연통되며 상기 몸체부(10)의 내경면과 상기 고정분쇄틀(12)의 외경면 사이 공간에 형성되는 벤틸레이션부(15)와; 상기몸체부(10)의 상단 부분에 고정분쇄틀(12)의 내부과 연통되게 장착되어, 소정의 입도로 분쇄된 입자를 포집하는 포집부(18)로 구성된 분쇄 장치를 그 특징으로 한다.

이하 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 수분을 포함하는 화합물 또는 천연물을 제조하거나 가공하는 공정 중 수분을 함유하는 제품의 물성과 품질면에서 가장 큰 영향을 미치는 건조공정과 분쇄공정을 효율적으로 통합하여 동시에 실시하므로써 종래의 분쇄와 건조가 분리된 방법과 비교하여 공정시간을 단축시킬 수 있어 생산성을 향상시키고, 분쇄물의 입자 크기를 동시에 조절할 수 있으며, 공정에 소요되는 시간을 단축함과 동시에 가열된 공기에 의하여 건조시키므로써 분쇄물의 물성의 변화를 방지할 수 있는 분쇄 방법이다.

첨부도면을 참고하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.

일정량의 수분을 함유하는 물질은 유입구(22)에서 공기가열기를 통과한 일정한 유속을 가지는 뜨거운 공기흐름에 의하여 중심 회전축(16)이 위치하고 있는 분쇄기의 중앙부로 이송된다.

본 발명의 분쇄 방법에서 사용될 수 있는 수분을 함유하는 목적분쇄물의 수분함량은 0 ∼ 80 % 로써, 수분함량이 80 % 를 초과할 경우에는 과도한 수분함량으로 인하여 공기에 의한 이송이 불가능한 문제점이 있다.

이로서 수분을 함유하는 물질이 이송수단에 의한 기계적인 이송과 함께 유속을 가지는 공기에 의하여 동시에 이송될 수 있게 하므로써 서로 융착되어 덩어리지는 현상을 방지하고 또한 원활한 유동성을 부여하기 위한 것으로서 분쇄 구동부분에 분쇄물이 흡착되지 않는 부가적인 효과가 함께 발생된다.

기계적인 이송와 가열된 공기에 의하여 분쇄기 내로 유입된 수분함유 물질은 구동모터(24)에 의해 회전하는 분쇄기의 회전중심축(16)에 장착된 분쇄용로드(14)와 고정분쇄틀(12) 사이를 통과하면서 서로 충돌되고 마찰에 의하여 분쇄된다. 이때 사용되는 고정분쇄틀(12) 이 톱니형이면 분쇄효과가 커진다.

상기 고정분쇄틀(12)와 분쇄용로드(14)의 마찰과 수분함유 물질(9) 사이의 충돌에 의하여 분쇄되는 물질(26)은 거칠게 분쇄된 것으로 입도가 균일하지 못하므로, 입도가 작아서 공기흐름에 의하여 이동이 가능한 것은 분쇄기의 상부로 이송되어 포집부(18)에 포집되고, 분쇄가 충분히 진행되지 않아 입도가 큰 물질은 회전하는 공기에 의하여 고정분쇄틀(12)을 포함한 외면에 위치한 벤틸레이션부(15)로 유입된 후 다시 분쇄용로드(14)에 의하여 충분한 분쇄가 진행된다.

즉, 벤틸레이션부(15)와 고정분쇄틀(12) 및 분쇄형로드(14) 사이에서 일어나는 분쇄의 횟수를 조절하면 목적하는 입도 크기를 가지는 제품을 얻을 수 있으며, 균일한 크기로 분쇄된 제품을 공기 흐름에 의하여 제품 포집부(18)로 이동된다.

이때, 분쇄할 물질에 유동성을 부여하는 공기의 온도는 목적하는 제품의 수분함량에 따라 자동조절 히터로 온도를 조절할 수 있고, 또한 제품의 입도크기는 물질의 유입구(22)의 이송수단의 속도와 공기의 유량 및 분쇄기 내부의 중심 회전축(16)의 회전속도에 따라 조절될 수 있다.

어느정도 균일한 입도를 가지는 제품으로 분쇄된 분쇄물은 사이클론을 통과한 후 호퍼에 저장되고 진동형 시브머신에 의해 분급 되어 목적하는 크기의 입도를가지는 제품으로 제조된다.

상기와 같은 본 발명의 방법에 의하면, 수분함유 물질은 분쇄와 동시에 뜨거운 공기로 건조시킴으로써 종래 기술의 문제점이었던 여러 단계로 이루어진 복잡한 공정을 단순화할 수 있으며, 이에 따라 생산성이 향상된다. 또한 수분함유 물질을 오래 방치할 경우에 발생되는 물성의 변화를 최소화 할 수 있어 우수한 물성을 가지는 제품을 제조할 수 있다.

인공적으로 제조된 화합물이나 천연물은 대부분이 일정한 수분을 함유하고 있으며, 상기 수분에 의한 화학반응과 미생물의 작용으로 여러 가지 물성의 변화가 발생한다.

따라서, 화합물 및 천연물에 관계없이 수분의 함유한 물질, 예를 들어 빵가루, 분말유제품, 다류, 조미료 등의 식품과 제초제 및 해충 구제제 등의 약품과 동물사료, 화학공업원료 등 산업 전반에 사용되는 수분을 함유하는 물질의 분쇄 및 건조공정에 본 발명의 방법을 적용시킬 수 있다.

이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하는 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 ~ 5

잘게 분쇄한 펄프에 가성소다를 분사한 후 알킬렌옥시드와 알킬할라이드를 반응시켜 제조한 셀룰로스에테르를 뜨거운 물로 세척한 다음 여과시켰다. 여과 후 수분함량이 20 ∼ 70 % 인 셀룰로스에테르를 온도가 90 ∼지 95 ℃이며 1 ∼ 10m/sec 의 유속을 가진 공기와 함께 분쇄기의 회전중심부로 이송시켰다. 이송된 셀룰로스에테르 입자를 고정분쇄틀 내부에서 8,000 ∼ 15,000 rpm으로 회전하는 분쇄형로드와 벤틸레이션부 사이를 가열된 공기로 순환시키면서 분쇄시켰다.

이때 사용된 셀룰로스에테르의 초기수분함량과 초기점도, 분쇄기내로의 유입속도, 겉보기 비중 등을 분쇄 전과 분쇄 후를 비교한 결과를 다음 표 1에 나타내었다.

비교예 1 ~ 3

실시예와 동일하게 실시하되 분쇄기의 종류를 변경하여 실시하였으며, 그 결과를 다음 표 2 에 나타내었다.

시험예

<2 중량부 수용액의 점도>

90 ℃ 이상의 열수 100 중량부에 대하여 건조한 셀룰로오스에테르를 2 중량부를 혼합한 2 중량부 수용액 약 500 ㎖를 약 30 분간 교반한 후 용액의 온도가 20℃ 되도록 냉각한 후 브룩필드 점도계 DV-III 를 사용하여 측정하였다.

<겉보기 비중>

상기의 건조한 셀룰로오스에테르를 일정 무게와 일정 부피를 갖는 원통형 튜브에 깔대기를 사용하여 채운 후 채우기 전과 후의 무게차의 비율로서 측정하였다.

상기 표 1 에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 방법에 의한 실시예에 따라 분쇄 및 건조된 셀룰로스에테르는 분쇄전 과 분쇄후의 점도의 변화가 거의 없어서 물성의 변형이 거의 일어나지 않았음을 알 수 있었으나, 표 2 에 나타낸 종래의 분쇄기를 사용한 비교예의 경우에는 분쇄후 점도가 초기점도의 최고 60% 까지 감소되어 물성의 변형이 일어났음을 알 수 있다.

셀룰로스에테르의 경우 점도의 변화는 합성시 결정된 점도보다 낮아지면 규격에 미달된 불량제품이 발생되므로 생산손실로 인하여 경제적으로 불리한 결과를 야기하는데, 본 발명의 방법에 의하여 제조된 셀룰로스에테르는 점도의 변화가 거의 없으므로 상기의 불량 발생률이 없어 생산효율이 높아지기 때문에 점도저하에 의한 문제점을 차단할 수 있다.

또한, 분쇄전과 후의 수분함량은 본 발명의 실시예의 경우 0.85 ∼ 1.51 %로 나타났고, 비교예의 경우 1.57 ∼ 2.51 % 로 나타나 짧은 시간내에 건조시켰지만 건조되는 정도는 우수한 것을 알 수 있다.

겉보기 비중은 제품의 단위부피당 무겁거나 가벼운 정도를 비중이 1인 물(物)과 비교한 것을 나타내는 성질로서, 제품의 사용시 제품 분말의 비산을 막고 포장의 용이성을 부여하는 등 제품의 포장 및 유통과 공정 운전효율과 연관되어 중요한 의미를 갖고 있는 것으로 일반적으로 0.3 ∼ 0.45 이하가 바람직하며, 본 발명의 방법에 의한 실시예와 비교예가 거의 유사하게 나타나므로, 본 발명의 방법을 사용하여 셀룰로스에테르를 제조할 경우 상기한 겉보기 비중의 특성을 만족시킬 수 있음을 알 수 있다.

또한, 평균 입도의 경우 실시예가 110 ∼ 130 ㎛로 균일하게 나타나는 등 본 발명의 방법에 의하여 분쇄 및 건조된 셀룰로스에테르의 품질이 종래의 방법으로 분쇄 및 건조된 셀룰로스에테르보다 월등히 우수함을 알 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 방법에 따르면 수분을 함유하는 물질의 분쇄 및 건조방법에 있어서 다단계로 구성되어 경제적 및 시간적으로 불리한 선행기술의 문제점을 개량하여 분쇄와 건조공정을 통합한 공정을 완성함으로써 생산성을 향상시켜 경제적으로 유리한 기술적 진보를 가져올 수 있으며, 분쇄 및 건조 중 제품의 변형을 최소화함으로써 품질면에서 높은 안정성이 부여된 제품을 얻을 수 있다.

Claims (4)

1. 수분을 포함하는 화합물 또는 천연물의 분쇄 방법에 있어서,

   1) 분쇄목적물이 유속을 가지는 가열된 공기에 의하여 분쇄기의 유입구로부터 분쇄기의 중심부로 이송되는 단계;

   2) 이송된 분쇄목적물이 분쇄기의 회전축을 중심으로 회전하는 분쇄용로드에 의하여 분쇄되는 단계; 및

   3) 분쇄목적물이 벤틸레이션부와 분쇄기 중심부의 분쇄틀과 분쇄용로드 사이를 가열된 공기의 움직임에 따라 이송되며 건조 및 분쇄되는 단계

   를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수분을 포함하는 화합물 또는 천연물의 분쇄 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 분쇄목적물의 초기 수분함량은 0 ∼ 80 % 인 것임을 특징으로 하는 수분을 포함하는 화합물 또는 천연물의 분쇄 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 3 단계가 1 회 이상 반복하여 수행될 수 있는 것을 특징으로 하는 수분을 포함하는 화합물 또는 천연물의 분쇄 방법.
4. 수분을 포함하는 화합물 또는 천연물의 분쇄 장치에 있어서, 소정의 체적을 가지는 몸체부(10)와; 내경면에 톱니(20)를 갖는 동시에 다수의 순환홀이 관통 형성되고, 상기 몸체부(10)의 내부에 장착되는 고정분쇄틀(12)과; 상기 고정분쇄틀(12)의 내부와 연통되도록 상기 몸체부(10)의 하단 일측에 형성된 유입구(22)와; 상기 고정분쇄틀(12)의 중앙위치에서 수직방향으로 장착되고, 회전 가능하게 모터(24)와 연결된 회전축(16)과; 상기 회전축(16)의 외경면에 상하방향을 따라 등간격을 이루며 일체로 장착된 다수의 분쇄용로드(14)와; 상기 고정분쇄틀(12)의 순환홀과 연통되며 상기 몸체부(10)의 내경면과 상기 고정분쇄틀(12)의 외경면 사이 공간에 형성되는 벤틸레이션부(15)와; 상기 몸체부(10)의 상단 부분에 고정분쇄틀(12)의 내부과 연통되게 장착되어, 소정의 입도로 분쇄된 입자를 포집하는 포집부(18)로 구성된 것을 특징으로 하는 분쇄 장치.