KR20040029987A - 분말의 습윤장치 및 습윤방법 - Google Patents

분말의 습윤장치 및 습윤방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 습윤된 물질이 벌크 수에 완전히 균일하게 분산되도록 분말화된 물질을 습윤시키기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

분말의 습윤장치 및 습윤방법{Apparatus and method for wetting powder}
본 발명은 나중에 벌크 수에 습윤된 물질의 균일한 분산을 촉진시키도록 분말 물질, 특히 중합체성 분말 물질을 습윤시키는 장치 및 방법에 관한 것이다.
수용성 분말 물질을 부분적으로 용해된 물질의 응집 덩어리[종종 피쉬-아이(fish-eye)로 지칭함]를 형성시키지 않으면서 물에 신속하게 용해시키기가 어려운 사실은 공지되어 있다.
무수(사실상 부스러지기 쉬운) 입상 물질을 수중 균질한 분산액 또는 용액으로 전환시키기 위한 수 많은 혼합 장치가 개발되어 왔다.
유럽 특허공보 제0 686 060호에는 하부 말단이 개방되어 있고, 상부 말단에 수송관과 사실상 동축이고 주입구 벽으로 한정되어 있는 수송관 입구가 있고, 물질을 공급할 수 있으며, 주입구 벽의 상부 주위에 확장된 위르(weir) 장치, 및 위르 장치를 통해 사실상 주입구 벽의 노출된 표면 전체를 따라 아래로 물을 연속적으로 유동시키기 위한 장치 및 사실상 수송관 주입구 근처에 장착되어 있으며, 입상 물질을 습윤시키기 위해 수송관을 통해 아래 방향으로 물을 직접 분사하도록 배치된 물 분사 오리피스를 포함하는, 수용성 또는 수 팽윤성 입상 물질을 균일하게 습윤시키기 위한 장치가 기재되어 있다. 이러한 장치는 회분식으로 사용되므로 중합체의 일부분이 지속적으로 습윤되지 않을 수 있다.
본 발명의 목적은 장치내의 고체 물질의 형성 수준을 낮게 유지하고, 장치를 직렬로 사용할 수 있으면서(즉, 습윤시키면서 장치로부터 습윤된 분말을 연속적으로 배출시킬 수 있는), 피쉬-아이의 형성을 최소화시키면서 물질이 벌크 희석수에 용해되거나 균질하게 분산되도록 수용성 또는 수 팽윤성 입상 물질을 균일하게 습윤시키기 위한 간단한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 도1에 나타낸 바와 같이, 하부 말단에 배출구(2)가 있고 상부 말단에 주입구(3)가 있는 탱크(1)로서, 각각 오리피스(7)를 갖는 수평 격벽(6)을 포함하는 다수의 개별적인 내부 챔버(5) 및 탱크와 사실상 동축상으로 각각의 오리피스를 통과하며 하나 이상의 임펠러(9) 및 하나 이상의 고리(10)가 결합되어 있는 각각의 오리피스 위의 교반 막대(8)를 포함하는 용기가 장착되어 있는 탱크(1)를 포함하고 물 공급원(24)과 주입구에 결합되어 있는 혼합방사기(13)에 연결되어 있는 공급 장치(12)에 연결된 호퍼(11)를 추가로 포함하는 입상 물질의 습윤장치를 제공한다.
바람직하게는, 탱크(1)은 장치가 위치하는 표면에 대하여 사실상 수직이다. 또한, 각각의 챔버(5)내의 용기(4)의 내부 벽은 격벽으로서 작용할 수도 있다.
탱크를 직경과 깊이가 상이한 탱크로 쉽게 교체할 수 있도록 용기(4) 및 여기에 포함된 장치의 다른 부분들을 탱크(1)로부터 쉽게 탈착시킬 수 있다.
다수의 개별적인 내부 챔버(5)는 한개 이상, 바람직하게는 2개 이상, 보다 바람직하게는 3개 이상이다. 3개의 챔버를 갖는 장치가 특히 바람직하다. 임펠러는 A310형 임펠러와 같은 적합한 모양을 갖는다.
고리(10)는 바람직하게는 오리피스 위와 임펠러 아래의 교반 막대에 연결된다. 바람직하게는 고리와 격벽 사이에 간격이 존재하며, 이에 의해 물이 오리피스를 통해 아래로 유동하여 인접한 내부 챔버로 공급된다.
호퍼는 예를 들면, 50kg 내지 150kg 범위의 적합한 용량을 갖는다.
공급 장치는 나선형 공급기(screwfeeder)와 같은, 입상 물질에 사용하기에 적합한 장치일 수 있다. 이러한 공급 장치(12)는 깔대기(14) 및 연결관(23)과 같은 적합한 채널을 통해 혼합방사기(13)에 연결되어 있을 수 있다.
물을 유동 조절 밸브(15), 전기로 작동되는 밸브(16)(예: 솔레노이드 밸브), 물의 유동을 측정하기에 적합한 게이지(17)(예: 로타미터) 및 압력 게이지를 포함하는 조절 시스템을 통해 혼합방사기내로 공급할 수 있다.
교반 막대를 모터(19)와 같은 적합한 장치에 의해 회전시킬 수 있다.
레벨 전극(20)의 시스템을 용기(4)의 최상부 챔버에 위치시킬 수 있다. 이러한 시스템은 바람직하게는 하부 레벨 전극(21) 및 상부 레벨 전극(22)으로 이루어진다. 전극의 위치는 장치가 어떻게 작동되느냐에 따라 변할 수 있다.
바람직하게는 본 장치는 입상 물질을 습윤시키는데 사용되며, 보다 바람직하게는 중합체성 입상 물질을 습윤시키는데 사용된다. 입상 물질로는 분말이 있다.
본 장치는 바람직하게는 디자인이 간결하므로, 설치시 최소의 공간만 있으면 된다. 또한, 본 장치는 작동자가 개입할 필요가 거의 없으며, 사실상 자동으로 작동된다.
본 발명에 유용한 입상 물질은 통상 중합체성 물질이다. 이들은 습윤된 중합체 입자가 차후에 물에 첨가되어 용액을 형성하는 수용성 중합체일 수 있으며, 또는 습윤된 입자가 물에 첨가되어 균일한 현탁액을 형성하는 수 팽윤성 입자일 뿐만 아니라 수불용성 입자일 수 있다.
바람직한 입상 물질은 90중량% 이상, 통상적으로는 99중량% 이상의 입자 크기가 20 내지 1000마이크론인 수용성 중합체이다.
입상 물질의 80중량% 이상, 통상적으로는 90중량% 이상의 입자 크기는 700마이크론 이하이며, 일반적으로 400마이크론 이하이다.
입상 물질은 전분 또는 셀룰로스와 같은 천연 중합체일 수 있지만, 바람직하게는 수용성 단량체의 중합에 의해, 임의로 중합체가 팽윤성이고 불용성인 경우 가교 결합제와 함께 중합에 의해 제조된 합성 중합체이다. 단량체는 통상적으로 아크릴아미드 또는 기타 비이온성 단량체, 나트륨 아크릴레이트 또는 기타 음이온성 단량체 및 디알킬아미노알킬(메트) 아크릴레이트 또는 디알킬아미노알킬(메트) 아크릴아미드 산 부가 또는 4가 염 또는 기타 양이온성 단량체일 수 있다. 산업 현장에서 응집제로서 지칭되는 이러한 중합체를 통상적인 장치를 사용하여 습윤시킬 수 있다.
본 발명의 추가 양태는 입상 물질을 호퍼(11)로부터 공급장치(12)에 공급한 다음, 물을 혼합방사기(13)를 통해 주입구(3)로 주입하면서, 입상 물질을 주입구(3)에 공급하는 단계를 포함하는 상술한 바와 같은 장치를 사용하여 입상 물질을 균질하게 습윤시키는 방법이다.
물을 20 내지 60psi의 압력하에 혼합방사기(3)를 통해 약 40리터/분의 공급 속도로 펌핑시키면서, 공급 장치(12)에 의해 0.05 내지 0.5kg/분(예: 0.2kg/분)의 공급 속도로 입상 물질을 공급한다. 혼합방사기를 통한 물의 유동에 의해 형성된 진공에 의하여 무수 중합체가 장치를 통해 주입구로 유입된다. 물의 유동을 조절하여 충분한 진공(예: 약 30inHg)을 수득할 수 있다.
입상 물질과 물이 탱크로 공급되는 속도는 장치가 사용되는 방법에 따라 변할 수 있다. 탱크로 공급되는 물의 양 및 입상 물질의 양을 밸브(16)와 공급 장치(12)를 전자적으로 조절하는 레벨 전극 시스템에 의해 조절한다. 바람직한 작동 시스템을 아래에 기술한다.
유동 조절 밸브(15)를 조정하여 적합한 물의 유속을 수득할 수 있다. 탱크(1)내의 물의 수위가 하부 레벨 전극(21) 이하로 떨어지면, 밸브(16)이 개방되어 물이 혼합방사기(13)로 공급된다. 밸브가 개방되면, 중합체 분말이 공급 장치(12)를 통해 호퍼(11)로부터 콘(14)으로 측정된 속도로 공급된다. 물이 혼합방사기(13)를 통과하여 탱크(1)에 유입됨으로써 진공이 형성되어, 혼합방사기(13)내로 분말이 흡입되어 탱크내에서 습윤된다.
탱크의 레벨이 상부 레벨 전극(22)에 도달하면, 공급 장치(12)가 멈추고, 설정 시간 후에 밸브(16)가 닫힌다. 이러한 설정 시간을 조정하여 용액의 목적하는 최종 농도를 제공할 수 있다. 탱크 레벨이 다시 하부 레벨 전극 이하로 떨어지면 사이클이 다시 시작된다. 본 장치가 운전되는 중에, 교반 막대(8)는 연속적으로 작동하며, 탱크의 배출구에서 완전히 숙성된 중합체를 항상 이용할 수 있다.
본 방법에 의해 제조된 용액 농도는 작동 방법에 따라 변할 수 있는데, 예를 들면, 0.2% 내지 0.5%의 농도가 성취될 수 있다.
다음 실시예에 의해 본 발명을 추가로 설명한다.
실시예 1
나선형 공급기에 의해 공급되는 고분자량의 음이온성 폴리아크릴아미드 응집제를 혼합방사기를 통해 200g/분의 속도로 탱크의 상부에 첨가한다. 혼합방사기는 2.4㎥/시간의 속도로 공급되는 물과 연결되어 있으며, 이에 의해 용액의 농도는 약 0.5%가 된다. 응집제 용액을 장치의 출구에서 2㎥/시간의 속도로 펌핑시킨다.
우선, 장치를 챔버 상부의 임펠러 바로 위까지 물로 채우고, 교반 막대를 작동시킨다. 남색 염료를 물에 첨가하여 짙은 남색으로 착색시킨다. 펌프를 가동하여 물을 첨가하고, 물이 상부 탱크와 동일한 색조의 남색을 나타내는데 걸린 시간을 기록한다. 그 다음 탱크를 비운다.
다시 장치에 임펠러 바로 위까지 물을 채우고, 교반기를 작동시킨다. 무수 응집제와 물을 첨가하고, 펌프를 가동시킨다. 탱크의 바닥으로부터 펌핑되는 응집제 용액의 시료를 수집하여 측정한다. 탱크의 하부로부터 펌핑되는 응집제 용액의 농도가 출발 농도와 동일해지면, 남색 염료를 물에 첨가하여 짙은 남색으로 착색시킨다. 다시, 물이 상부 탱크와 동일한 남색 색조를 나타내는데 걸린 시간을 기록한다. 그 다음 탱크를 비운다.
염료가 물을 함유하는 장치를 완전히 통과하는데 걸린 시간은 15분이었다. 염료가 응집제를 함유하는 장치를 완전히 통과하는데 걸린 시간은 40분이었다.
3가지 상이한 유형의 응집제 용액을 제조하였는데, 하나는 표준 실험실 방법으로 제조된 것이고, 또 다른 하나는 장치 출구로부터 수득한 것이며, 나머지 하나는 탱크의 상부로부터 추출한 것이다.
본원에 기재된 장치를 사용하여 각종 응집제 용액을 제조하여, 배출구로부터 용액을 수득하였다. 상이한 시료 시간(용액을 혼합한 시간의 길이)에 의해 무수 중량 농도가 상이한 용액을 수득하였다. 제조된 각각의 응집제 용액의 성능을 2g/ℓ의 4% 염화나트륨 차이나 점토(China clay)를 사용하여 표준 절차에 따라 측정하였다. 투여 레벨을 변화시킴으로써 표 1에 나타낸 바와 같은 다양한 침전 속도를 수득하였다.
생성물 시료 시간(분) 용액 무수 중량(%) 투여 레벨(mls) 침전 속도(cm/분)
표준 실험실 방법으로제조된 응집제 - 0.43 0.25 3.5
0.5 20.1
0.75 71.1
출구에서 수집한응집제 용액 15 0.07 1 < 1
30 0.14 1 1.7
45 0.23 0.75 2.9
1 8.6
60 0.28 0.75 8.7
1 13.4
75 0.33 0.75 11.1
1 46.8
90 0.39 0.5 6.6
0.75 36.4
105 0.41 0.5 14.3
0.75 44.2
120 0.41 0.5 15.3
0.75 55.4
135 0.44 0.5 16.6
0.75 57.7
150 0.44 0.5 18.6
0.75 60.4
탱크의 상부에서 수집한 응집제 용액 150 0.44 0.25 2.2
0.5 15.1
0.75 53.6
염료 혼합 평가의 결과에 따르면 염료는 중합체 용액중의 염료보다 2배 이상 신속하게 물과 혼합된다는 사실이 밝혀졌다. 이러한 결과에 따르면 본 장치내에서의 혼합은 우수하며, 3개의 내부 혼합 탱크 사이에서 중합체 용액이 잘 통과된다는 사실을 나타내고 있다.
응집제 용액을 평가한 결과 본 응집제 용액에 의해 약 135분 후 정확한 농도가 수득된다는 사실이 밝혀졌다.

Claims (8)

  1. 하부 말단에 배출구(2)가 있고 상부 말단에 주입구(3)가 있는 탱크(1)로서, 각각 오리피스(7)를 갖는 수평 격벽(6)을 포함하는 다수의 개별적인 내부 챔버(5) 및 탱크와 사실상 동축상으로 각각의 오리피스를 통과하며 하나 이상의 임펠러(9) 및 하나 이상의 고리(10)가 결합되어 있는 각각의 오리피스 위의 교반 막대(8)를 포함하는 용기가 장착되어 있는 탱크(1)를 포함하고 물 공급원(24)과 주입구에 결합되어 있는 혼합방사기(13)에 연결되어 있는 공급 장치(12)에 연결된 호퍼(11)를 추가로 포함하는 입상 물질의 습윤장치.
  2. 제1항에 있어서, 개별적인 내부 챔버(5)의 수가 하나 이상인 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 고리(10)가 바람직하게는 오리피스 위 임펠러 아래의 교반 막대에 결합되어 있는 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 고리와 격벽 사이에 간격이 존재하는 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 물이 유량 조절 밸브(15), 솔레노이드 밸브(16)와 같은 전기적으로 작동되는 밸브, 로타미터(17)와 같은 물의유동을 측정하기에 적합한 게이지 및 압력 게이지(18)로 이루어진 조절 시스템을 통해 혼합방사기에 공급될 수 있는 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 하부 레벨 전극(21) 및 상부 레벨 전극(22)으로 이루어진 레벨 전극(20) 시스템이 용기(4)의 최상부 챔버에 위치될 수 있는 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 입상 재료가 90중량% 이상의 입자 크기가 20 내지 1000마이크론 범위인 수용성 중합체인 장치.
  8. 입상 물질을 호퍼(11)로부터 공급 장치(12)에 공급한 다음, 물을 혼합방사기(13)를 통해 주입구(3)로 공급하면서 입상 재료를 주입구(3)로 공급하는 단계를 포함하는, 제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 따르는 장치를 사용하는 입상 물질의 습윤방법.
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