KR20160107242A - 습식 공정 합성 비정질 실리카를 분쇄 및 탈수하는 방법 - Google Patents

습식 공정 합성 비정질 실리카를 분쇄 및 탈수하는 방법 Download PDF

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KR20160107242A
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페테르 노르베리
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스벤스카 에어로젤 에이비
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Abstract

합성 비정질 실리카 (SAS) 를 분쇄 및 탈수하는 방법으로서, 사이클론 디바이스를 포함하는 분쇄/탈수 장치는 습식 고형물에서 시작하여 SAS 를 분쇄 및 탈수하는데 사용된다.
본 방법은, 장치를 제공하는 단계, 장치를 통하여 가스를 사이클론적으로 유동시키는 단계, 상기 장치안으로 합성 비정질 실리카 형태의 재료를 도입하는 단계, 및 상기 재료를 탈수 및 분쇄하는 단계, 분쇄 및 탈수된 재료의 대부분이 슬리브 (15) 의 상단부에서 조절가능한 유출구 (54) 를 통하여 가스와 함께 유동하도록 장치의 댐핑 수단 (17) 을 조절하는 단계, 및 집속 수단 (102) 을 사용하여 분쇄 및 탈수된 재료를 집속하는 단계를 포함한다.

Description

습식 공정 합성 비정질 실리카를 분쇄 및 탈수하는 방법 {METHOD FOR COMMINUTING AND DEHYDRATING WET-PROCESS SYNTHETIC AMORPHOUS SILICA}
본 발명은, 통상 2 ~ 10% 건조물을 포함하는 슬러리들을 희석하기 위해서, 필터 케이크 또는 유사 페이스트들의 덩어리 질량들로 된 어떤 것일 수 있는 습식 고형물들로 시작하여 습식 공정 합성 비정질 실리카 (SAS) 를 분쇄 및 탈수하기 위한 방법에 관한 것이다. 이 습식 고형물들은 졸-겔 기법 또는 침전 공정들에 의해 생성될 수 있다.
SAS 의 액체 공급원료들을 건조 분말들로 전환시키기 위해서 분무 건조기들이 실리카 산업에 널리 사용되고 있다. 분무 건조기는 통상적으로 유입 액체를 매우 미세한 적하물들의 분포로 세분화 (atomises) 하는 노즐 또는 회전 휠을 포함하는 건조 챔버로 구성된다. 이러한 적하물들은 고온 건조 공기의 스트림과 만나면 신속하게 건조된다. 건조 후에, 획득된 분말은 더 작은 입자들로 분쇄되고 상이한 크기 분포들로 분류된다.
대부분의 다른 건조기들과 마찬가지로, 분무 건조기들은 이용가능한 스팀일 때 건조 공기를 가열하기 위해 그리고 대부분 천연 가스 또한 석유 형태의 대량의 에너지를 소모하게 된다. 건조 공기의 온도는 좀처럼 150℃ 이하가 되지 않고 그리고 650℃ 만큼 높을 수 있다. 즉, 비용을 많이 들지 않고 그리고 열회수하지 않고서 저급 에너지 (예를 들어, 35 ~ 100℃ 에서의 물) 를 사용할 수 없다는 것이다. 최근의 조사에서, 영국에서 개별 분무 건조기들에 대해서 평균 비에너지 소모가 1.35 kWh/증발수의 kg 임이 나타났다 (Baker & McKenzie, 건조 기술, 23: 365-386, 2005). 특히 1 t/h 미만의 증발율들을 가진 소형 건조기들 중에서 비에너지 소모의 변동은 크다. 동일한 조사에 따르면, 이러한 소형 건조기들은 최대 4 배 더 높은 비에너지 소모 또는 대략 5 kWh/증발수의 kg 을 나타낼 수 있다.
입자들, 금속 스크랩, 폐기물들, 식품들 등과 같은 재료들을 분쇄 및 탈수하는 장치들과 방법들은, US 5,236,132 및 US 5,598,979 에 개시되어 있다. 본 장치들은 원통형 챔버와 이 챔버 아래에 지지되는 역원뿔형 공동 (inverted conical cavity) 을 가진 본체를 포함한다. 이 장치들은, 이 장치를 통하여 공기를 사이클론적으로 유동시키도록 공기 유동 수단과, 재료의 분쇄률과 분쇄된 재료의 조도 (coarseness) 를 제어하기 위한 제어 수단을 추가로 포함한다. 제어 수단은 슬리브 및 이 슬리브의 상부에 위치된 댐핑 (dampening) 수단의 형태이다. 건조 및 분말화될 재료는, 장치안으로 도입되고, 처리 후에, 분쇄 및 탈수된 재료는 역원뿔형 공동의 하부의 개구부로부터 중력에 의해 배출된다. 습한 공기는 장치의 상부에 제공된 유출구를 통하여 유동한다. US 5,598,979 에 개시된 장치에서, 장치로부터 먼지 (dust) 형태의 배출물들을 저감시키도록 집진 유닛 (dust collection unit) 을 통하여 공기가 유동한다.
본 발명의 목적은, 적어도 일부 양태에서, 습식 합성 비정질 실리카 고형물들을 건조 분말들로 전환시키는 개선된 방법을 제공하는 것이다. 특히, 일 목적은 종래의 분무 건조 기술들보다 더 에너지 효율적인 이러한 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은 청구항 1 에 따른 합성 비정질 실리카를 분쇄 및 탈수하기 위한 방법에 의해 달성된다. 상기 방법은, 이하의 단계들:
a) 이하를 포함하는 장치를 제공하는 단계:
(i) 수직한 또는 본질적으로 수직한 종축을 가진 원통형 챔버,
(ii) 수직한 또는 본질적으로 수직한 축을 가진 역원뿔형 공동을 가진 본체로서, 상기 본체는 상기 역원뿔형 공동의 베이스에서 원통형 챔버의 베이스에 연결되고 그리고 그 아래로 현수되며, 상기 베이스들의 직경들은 동일하거나 본질적으로 동일한, 상기 본체,
(iii) 상기 장치를 통하여 가스를 유동시키는 가스 유동 수단,
(iv) 재료를 장치에 도입하기 위한 재료 도입 수단,
(v) 상기 원통형 챔버를 통하여 그리고 부분적으로 상기 역원뿔형 공동을 통하여 축방향으로 연장되는 원통형 슬리브를 포함하는 제어 수단으로서, 상기 제어 수단은 상기 슬리브의 상단부에 그리고 상기 슬리브내에 적어도 부분적으로 위치된 댐핑 수단을 더 포함하며, 상기 슬리브에 대한 상기 댐핑 수단의 상대 위치는, 상기 슬리브의 상단부에 가스와 분쇄 및 탈수된 재료용 조절가능한 유출구가 제공되도록 조절가능한, 상기 제어 수단,
(vi) 분쇄 및 탈수된 재료를 집속하는 집속 수단으로서, 상기 집속 수단은 조절가능한 유출구의 하류측에 제공되는, 상기 집속 수단,
b) 상기 가스 유동 수단으로터의 가스를 상기 원통형 챔버 및 상기 역원뿔형 공동을 통하여 사이클론적으로 유동시키는 단계,
c) 합성 비정질 실리카 형태의 재료를 상기 장치에 도입하고 그리고 상기 재료를 탈수 및 분쇄하는 단계,
d) 분쇄 및 탈수된 재료의 대부분이 상기 슬리브의 상단부에서 조절가능한 유출구를 통하여 가스와 함께 유동하도록 상기 제어 수단에 의해서 조절가능한 유출구의 크기를 조절하는 단계,
e) 상기 집속 수단에서 분쇄 및 탈수된 재료를 집속하는 단계를 포함한다.
따라서, 상기 방법은 초기에 기재한 바와 같은 분쇄/탈수 장치를 사용한다. 하지만, 본 발명에 따른 방법에서, 분쇄 및 탈수된 재료는 장치의 바닥으로부터 중력에 의해 배출되는 대신에 장치의 상부에 제공된 유출구를 통한 가스 유동을 따른다. 이는, 분쇄 및 탈수된 재료의 대부분이 상기 슬리브의 상단부에서 유출구를 통하여 가스와 함께 유동하도록 상기 제어 수단에 의해서 조절가능한 유출구의 크기를 조절함으로써 달성된다.
본원에 따른 방법은 종래의 분무 건조 기법들에 비하여 SAS 를 건조 및 분말화시키는데 필요한 에너지를 상당히 저감시킨다. 본원의 방법을 사용하여, 분무 건조에 적합한 슬러리를 형성하기 위해서 액화 단계에서 SAS 페이스트를 희석 및 용해시킬 필요가 없다. 즉, 적은 물이 증발되어 재료의 최종 건조물 함량에 도달하고 그리하여 비에너지 소모가 저감된다는 것이다. 비에너지 소모는 본원에서 증발수의 킬로그램당 가스 유동 수단에 의해 소모된 에너지를 말한다. 처리 매개변수를 조절함으로써, 본 방법은 공급원료의 실질적으로 어떠한 상태, 액체에서 고체까지를 수용할 수 있다. 더욱이, 본 방법은 일 단계로 SAS 를 분쇄 및 탈수시켜, 건조 이후에 분말을 그라인딩하는 단계는 적은 에너지 입력으로 실시되거나 심지어 생략될 수 있다.
본원의 일 실시형태에서, 조절가능한 유출구의 크기는 분쇄 및 탈수된 재료의 적어도 90%, 바람직하게는 적어도 95% 가 슬리브의 상단부에서 유출구를 통하여 배출되도록 조절된다. 이는 일반적으로 비에너지 소모를 저감시킨다. 역원뿔형 공동 아래에 배출되는 잔류 재료를 재료 도입 수단으로 다시 공급할 수 있고, 그리하여 건조물 함량을 더 증가시킬 수 있다.
본원의 바람직한 실시형태에서, 조절가능한 유출구의 크기는 분쇄 및 탈수된 재료 전부가 슬리브의 상단부에서 유출구를 통하여 배출되도록 조절된다. 따라서, 비에너지 소모가 더 저감될 수 있다.
본원의 일 실시형태에서, 본 방법은 단계 (b) 에 사용하기 위한 가스를 예열하기 위한 단계를 포함한다. 예열된 가스, 바람직하게는 예열된 공기를 사용함으로써, 비에너지 소모를 보다 더 저감시킬 수 있다. 공기를 예열하는데 사용되는 에너지는 본원에서 비에너지 소모에 포함되지 않는다.
본원의 일 실시형태에서, 가스는 150℃ 이하, 바람직하게는 100℃ 이하의 온도로 예열된다. 가스를 상기 온도까지 예열하기 위해 저급 에너지를 사용할 수 있기 때문에, 예를 들어 산업 공정들로부터의 폐열을 사용할 수 있다. 이러한 폐열은 종종 저비용으로 이용가능하고 그리하여 본 방법에서 에너지를 사용하여 비에너지 소모를 저감시키는 것이 유리하다.
본원의 일 실시형태에서, 집속 수단으로서 필터 배열체가 사용된다. 이러한 필터 배열체는 예를 들어 백 필터들의 뱅크일 수 있다. 이는 분쇄 및 탈수된 SAS 를 집속하는 간단하고 효율적인 방법이다.
본원의 일 실시형태에서, 집속 수단으로서 필터 배열체와 조합하여 적어도 하나의 사이클론 디바이스가 사용된다. 이는, 대량의 탈수 및 분쇄된 재료가 적어도 하나의 사이클론으로부터 중력에 의해 배출되기 때문에, 필터 배열체의 세정을 향상시킨다. 바람직하게는, 한 세트의 복수의 일련의 사이클론들이 사용되고, 이러한 경우에 분쇄 및 탈수된 SAS 는 크기별로 직접 구분되고 크기 분포별로 분류될 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면들을 참조하여 이하 자세히 설명된다.
도 1 은 상세부를 나타내도록 일부들을 절취한 본 방법에 사용된 장치의 부분적인 측입면도를 도시한다.
도 2 는 비에너지 소모 대 장치안으로 공급률을 나타내는 선도이다.
도 3 은 비에너지 소모 대 유입 공기 온도를 나타내는 선도이다.
도 4 는 비에너지 소모 대 댐퍼 셋팅을 도시하는 선도이다.
도 5 는 회수된 분말의 건조물 함량 대 장치안으로의 공급률을 도시하는 선도이다.
도 6 은 회수된 분말의 건조물 함량 대 유입 공기 온도를 도시하는 선도이다.
도 7 은 회수된 분말의 건조물 함량 대 댐퍼 셋팅을 도시하는 선도이다.
도 8 은 회수된 분말의 건조물 함량 대 비에너지 소모를 도시하는 선도이다.
도 1 은 본원에 따른 방법에 사용된 장치 (1) 를 도시한다. 본 장치 (1) 는 본질적으로 수직한 종축 (A) 을 가진 원통형 챔버 (3) 를 포함한다. 실린더 (3) 의 베이스에서, 본질적으로 수직한 종축 (A) 을 가진 역원뿔형 공동 (27) 을 가진 본체 (5) 는 역원뿔형 공동 (27) 의 베이스에서 현수된 관계로 챔버 (3) 에 연결된다. 공동의 베이스는 공동 (27) 의 최상부이다. 공동 (27) 의 베이스의 직경은 원통형 챔버 (3) 의 베이스의 직경과 본질적으로 동일하다. 장치 (1) 는 가스, 이 경우에는 공기를 상기 장치 (1) 를 통하여 유동시키는 가스 유동 수단을 더 포함한다. 가스 유동 수단은 공기를 가압하는 취입기 (7), 덕트 수단 (ducting means; 9), 및 공기 속도를 향상시키도록 벤츄리 기구 (비도시) 를 포함한다. 장치 (1) 는, 재료를 장치 (1) 에 도입하기 위해 본원에서 밸브 (37) 와 호퍼 (47) 를 포함하는 재료 도입 수단 (13) 및 한편으로는 재료의 분쇄률 및 분쇄된 재료의 조도와 다른 한편으로는 탈수 및 분쇄된 재료가 배출되는 장소를 제어하는 제어 수단을 또한 포함한다. 제어 수단은 원통형 챔버 (3) 를 통하여 그리고 부분적으로 역원뿔형 공동 (27) 을 통하여 축방향으로 연장되는 원통형 슬리브 (15) 를 포함한다. 챔버 (3) 와 공동 (27) 에 대한 슬리브 (15) 의 수직 위치는, 본원에서 한 쌍의 자켓들 (53) 형태로 도시된 승강 수단을 사용하여 조절될 수 있다. 물론, 또한 유압식 승강 수단과 같은 다른 승강 수단을 가질 수 있다. 제어 수단은 또한 상기 슬리브 (15) 의 상단부 및 이 슬리브내에 부분적으로 위치된, 본원에서 역원뿔형인 댐퍼 (17) 형태의 댐핑 수단을 포함한다. 댐퍼 (17) 에 의해, 슬리브 (15) 의 상단부에는 가스 및 분쇄 및 탈수된 재료용 조절가능한 유출구 (54) 가 제공된다. 댐퍼 (17) 는 본원에서 나사결합에 의해 슬리브 (15) 쪽으로 그리고 그로부터 멀리 수직하게 이동가능하도록 수직한 로드 (55) 에 나사식으로 장착된다. 그리하여, 유출구 (54) 의 크기를 조절할 수 있다. 조절가능한 유출구 (54) 의 하류측에서, 장치 (1) 는 파이프 (101) 형태의 안내 수단과 분쇄 및 탈수된 재료를 집속하기 위한 백 필터 뱅크 (102) 형태의 집속 수단을 포함한다. 습윤 공기를 위한 유출 파이프 (103) 는 백 필터 뱅크 (102) 의 하류측에 제공된다. 역원뿔형 공동 (27) 의 바닥에서, 본체 (5) 는 분쇄 및 탈수된 재료의 중력에 의한 배출을 위한 개구부 (29) 를 포함한다. 장치 및 분쇄 및 탈수 기구의 특징들의 보다 상세한 설명은 US 5,236,132 에 개시되어 있다. US 5,598,979 에는 본 방법을 실시하는데 유용한 장치의 다른 실시형태가 개시되어 있다.
본 방법의 일 실시형태에서, 공기는 덕트 수단 (9) 을 통하여 취입기 (7) 에 의해서 장치 (1) 를 통하여 취입되고 그리고 벤츄리 기구에 의해 더 가속되며 원통형 챔버 (3) 안으로 도입된다. 챔버 (3) 및 역원뿔형 공동 (27) 에서, 축 (A) 근방에서보다 공동 (27) 의 주변에서 상당히 더 높은 압력으로, 공동 (27) 내에서 압력 구배가 발생하도록 공기가 사이클론적으로 가압된다. 습윤 고형 합성 비정질 실리카 (SAS) 형태의 재료가 재료 도입 수단 (13) 을 사용하여 도입되면, 이 재료는 원통형 챔버 (3) 및 공동 (27) 안으로의 공기 유동을 따르고, 이 공동에서 이 재료는 장치 (1) 내의 압력 구배와 힘들로 인해서 탈수 및 분쇄된다. 슬리브 (15) 의 위치를 조절함으로써, 챔버와 공동의 조합 체적이 변경되고, 그리하여 분쇄된 재료의 조도도 변경된다. 도 1 에서 점선은 슬리브의 상이한 위치들을 나타내고, 이 위치들 중 최하 위치는 더 미세한 입자들을 유발한다.
댐퍼 (17) 는 도시된 장치 (1) 에서 나사결합에 의해 슬리브 (15) 에 대하여 조절된다. 본원에 따른 방법에서, 슬리브 (15) 와 댐퍼 (17) 사이에 제공된 유출구 (29) 는 분쇄된 재료의 대부분이 유출구 (54) 를 통하여 공기 유동을 따르도록 충분히 크다. 따라서, 분쇄된 재료의 최소부만이 본체 (5) 의 하단부에서 개구부 (29) 를 통하여 배출된다. 바람직하게는, 댐퍼 (17) 는, 본체 (5) 의 하단부에서 재료가 전혀 배출되지 않도록 하지만 재료 전부가 슬리브 (15) 의 상단부에서 유출구 (54) 를 통하여 공기 유동을 따르도록 조절된다. 이 재료는 그 후에 파이프 (101) 를 통하여 공기 유동과 함께 안내되고 그리고 백 필터 뱅크 (102) 에 집속된다.
실시예 1
14.7% 의 (Ca,Mg)SiO3 의 고형물을 포함하고 잔부는 물인 세정 및 탈수된 실리카 페이스트를 1.3℃ 의 주위 온도에서 장치 (1) 에 공급하였다. 취입기 (7) 의 작용에 의해, 유입 공기의 온도는 취입기 (7) 의 팬 윙들과 공기 사이의 마찰로 인해 주위 온도에서부터 약 19℃ 로 상승되었다. 재료는 유출구 (54) 하류측 백 필터 뱅크 (102) 에서 뿐만 아니라 본체 (5) 의 하단부에서의 개구부 (29) 에서 샘플링되었다. 이러한 샘플들을 각각 TT-UK 및 TT-F 라고 하였다. 비교를 위해 또한 PS-UU 라고 하는 최초 페이스트들로부터의 샘플을 건조하기 전에 취하였다. 샘플들의 입자 크기 분포 (PSD) 는 영국 소재의 Malvern Instruments Ltd 사로부터 Mastersizer 2000 을 사용하여 결정되었다. 전술한 바와 동일한 유형의 페이스트로부터 분무 건조된 분말은 스위스 소재의 Buechi Labortechnik AG 사로부터 Mini Spray Dryer B-290 에서 생성되었고 그리고 참조 재료 (REF 라고 함) 로서 사용되었다. 표 1 에서는 이러한 시험들로부터 추출된, 상이한 건조 단계에서 침전된 실리카 샘플들의 입자 크기 데이터를 나타낸다.
Figure pct00001
표 1 에서의 결과들로부터, 백 필터 뱅크 (102) 로부터 샘플링된 재료 및 본체 (5) 아래의 개구부 (29) 로부터 샘플링된 재료 둘 다에 대하여, 장치 (1) 의 분쇄 영향이 상당함을 명확하게 볼 수 있다. 분무 건조 대신에 장치 (1) 를 사용함으로써 전체 분포에 대하여 더 큰 입자에서 더 작은 입자로의 시프트를 볼 수 있다. 추가로, 최종 분말이 본체 (5) 의 하단부 아래 대신에 백 필터 뱅크 (102) 에서 배출될 때 분말의 PSD 는 더 작은 크기 쪽으로 시프트된다. 이러한 방식으로, 분말을 더 많은 지분 (share) 의 미립자들로 그라인딩하기 위해 건조하기 후에 필요한 시간 및 에너지 소모 작업이 상당히 저감된다.
실시예 2
14.7% 의 (Ca,Mg)SiO3 의 고형물을 포함하고 잔부는 물인 세정 및 탈수된 실리카 페이스트를 1.3℃ 의 주위 온도에서 장치 (1) 에 공급하였다. 취입기 (7) 의 작용에 의해, 유입 공기의 온도는 팬 윙들과 공기 사이의 마찰로 인해 주위 온도에서부터 약 19℃ 로 상승되었다. 재료는 유출구 (54) 하류측 백 필터 뱅크 (102) 에서 뿐만 아니라 본체 (5) 의 하단부에서의 개구부 (29) 에서 샘플링되었다. 이러한 샘플들을 각각 TT-UK 및 TT-F 라고 하였다. 비교를 위해 또한 PS-UU 라고 하는 최초 페이스트들로부터의 샘플을 건조하기 전에 취하였다. 전술한 바와 동일한 유형의 페이스트로부터 분무 건조된 분말은 스위스 소재의 Buechi Labortechnik AG 사로부터 Mini Spray Dryer B-290 에서 생성되었고 그리고 참조 재료 (REF 라고 함) 로서 사용되었다.
샘플들은 안정적인 건조 중량을 획득할 때까지 105℃ 에서 열풍 오븐에서 건조되기 전후에 중량측정되었다. 건조물 함량은 건조하기 전에 샘플의 전체 중량에 대한 건조물의 중량의 백분율로서 결정되었다. 그 결과들은 표 2 에 도시된다.
Figure pct00002
표 2 에서의 결과들로부터, 최종 분말이 본체 (5) 의 하단부 아래 대신에 백 필터 뱅크 (102) 에서 배출될 때 본 발명의 탈수 작용이 뚜렷하게 보다 효과적임을 명확하게 알 수 있다. 추가로, 백 필터 뱅크 (102) 에 집속된 재료의 건조물 함량은 분무 건조기에 의해 처리된 대응 재료보다 더 많았다.
실시예 3
14.7% 의 (Ca,Mg)SiO3 의 고형물을 포함하고 잔부는 물인 세정 및 탈수된 실리카 페이스트를 1.3℃ 의 주위 온도에서 장치 (1) 에 공급하였다. 취입기 (7) 의 작용에 의해, 유입 공기의 온도는 팬 윙들과 공기 사이의 마찰로 인해 주위 온도에서부터 약 19℃ 로 상승되었다. 재료는 유출구 (54) 하류측 백 필터 뱅크 (102) 에서 뿐만 아니라 본체 (5) 의 하단부에서의 개구부에서 샘플링되었다. 이러한 샘플들을 각각 TT-UK 및 TT-F 라고 하였다. 비교를 위해 또한 PS-UU 라고 하는 최초 페이스트들로부터의 샘플을 건조하기 전에 취하였다. 전술한 바와 동일한 유형의 페이스트로부터 분무 건조된 분말은 스위스 소재의 Buechi Labortechnik AG 사로부터 Mini Spray Dryer B-290 에서 생성되었고 그리고 참조 재료 (REF 라고 함) 로서 사용되었다.
샘플들의 가공 밀도는 독일 소재의 J. Engelsmann AG 로부터의 졸팅 (jolting) 용적계 유형의 STAV II 로 결정되었다. 그 결과들은 표 3 에 도시된다.
Figure pct00003
표 3 에서의 결과들로부터, 장치 (1) 의 분쇄 및 탈수 작용으로 본체 (5) 의 하단부 아래 대신에 백 필터 뱅크 (102) 에서 배출될 때 더 낮은 밀도의 분말을 생성함을 명확하게 알 수 있다. 표 3 에서의 결과들에서는, 본원에 따른 건조 작용이 매우 완만하고 그리고 낮은 가공 밀도를 유발하는 훨씬 더 개방 구조물을 생성한다.
실시예 4
14.3% 의 본질적으로 합성 비정질 SiO2 의 고형물을 포함하고 잔부는 물인 세정 및 탈수된 실리카 페이스트를 15, 40 및 90℃ 의 공기 온도에서 각각 장치 (1) 에 공급하였다. 실리카 페이스트의 공급률은 230 ~ 415 kg/h 에서 변하였다. 댐퍼 (17) 의 상대 위치를 조절함으로써, 유출구 (54) 를 통하여 공기유동 제한 정도가 그에 따라 변경될 수 있다. mm 로 댐퍼 셋팅을 위한 값이 더 높다는 것은, 조절가능한 유출구 (54) 가 더 크다는 의미이고, 이는 공기 유동의 제한이 덜하다는 것을 의미한다. 따라서, 댐퍼 셋팅의 더 높은 값들에 대한 본체 (5) 의 하단부에서 재료가 덜 배출되었다. 댐퍼 셋팅은, 25 mm 일부 재료에서 10% 미만은 본체 (5) 의 하단부 아래에서 배출되었지만 분말의 대부분은 백 필터 뱅크 (102) 에서 종료되도록 된다. 75 mm 및 120 mm 의 댐퍼 셋팅들은 백 필터 뱅크 (102) 에서 종료하는 100% 생성물을 유발하였다. 실시예 2 에서와 같은 조건들하에서 건조한 후에, 백 필터 뱅크 (102) 에 집속된 분말은 건조물 함량을 위해 분석되었다. 표 4 는 증발된 물의 양에 대한 비에너지 소모에 대하여 공급률, 유입 공기 온도 및 댐퍼 셋팅, 그리고 그 결과 백 필터 뱅크 (102) 에서 회수된 분말의 건조물 함량과 관련된 시험 결과들을 도시한다.
Figure pct00004
표 4 로부터, 이하 도 2 ~ 도 8 에 도시된 일련의 그래프들이 그려진다. 이러한 도면들에서는, 2 개의 변수들이 다른 인자들에 종속하더라도 한 번에 2 개의 변수들을 비교하고 있다. 하지만, 문맥에서 함께 볼 때, 이러한 인자들은 명확하게 구분가능하다. 도 2 ~ 도 4 에서는 종속적인 가변 비에너지 소모 대 공급률, 유입 온도 및 댐퍼 셋팅을 각각 도시한다. 유사하게, 도 5 ~ 도 7 에서는 건조물 함량 대 동일한 독립적인 변수들을 도시한다. 마지막으로, 도 8 에서는 건조물 함량 대 비에너지 소모를 도시한다.
도 2 에서는, 비에너지 소모가 2 번의 예외 (후솔되는 바와 같이) 를 제외하고 모든 시험들에서 1 kWh/증발수의 kg 보다 상당히 낮게 나타낸다. 도 3 에서는 유입 공기를 위한 주위 온도보다 더 높은 온도를 사용하는 이점을 도시한다. 또한, 시험들 중 2 개에서는 다른 시험들보다 비에너지 소모에 대하여 상당히 더 높은 값들을 나타내는 주위 온도에서 일종의 이상 (anomaly) 이 나타난다. 도 4 에서는, 댐퍼 셋팅이 낮으면, 즉 25 mm 이면, 즉 장치 (1) 를 통하여 보다 제한된 공기 유동이면, 시험들 중 2 개에서는 약 1.8 kWh/증발수의 kg 의 높은 비에너지 소모를 부여하는 반면, 다른 2 개의 시험들에서는 1 kWh/증발수의 kg 보다 낮은 값을 나타내었다. 도 2 ~ 도 4 의 조합된 결과들에서는, 낮은 비에너지 소모를 얻도록, 댐퍼 (17) 는 높은 값, 이 경우에는 75 또는 120 mm 로 설정되어야 하거나 유입 공기는 40℃ 또는 90℃ 의 온도로 예열되어야 함을 보여준다. 댐퍼 (17) 의 높은 셋팅과 유입 공기의 상기 주위 온도까지의 예열을 조합하는 것도 가능하다.
도 5 에서는, 백 필터 뱅크 (102) 에 집속된 바와 같이, 분말의 건조물 함량이 공급률을 명백하게 따르지 않는 것을 도시한다. 하지만, 모든 시험들에 대해서 분말의 건조물 함량이 92% 또는 그 보다 높았다. 도 6 에서는 일관성 있는 높은 건조물 함량들을 얻기 위해서 상기 주위 온도로 유입 공기를 예열하는 유리한 효과를 도시한다. 예열된 공기의 온도가 더 높아지면, 더 많은 건조물 함량이 얻어졌다. 도 7 에서는, 모든 시험들에서 댐퍼의 모든 세팅들에 대하여 하지만 이러한 변수의 어떠한 뚜렷한 종속성 없이 높은 건조물 함량들을 유발하였다.
도 8 에서는 본원의 가장 중요한 발견, 즉 높은 건조물 함량, 즉 95% 초과하여 얻기 위해 그리고 동시에 비교적 낮은 비에너지 소모, 즉 1 kWh/증발수의 kg 미만을 얻기 위해서, 유입 공기를 주변 공기의 온도보다 높은 온도로 예열할 필요가 있음을 요약한 것이다. 더 낮은 건조물 함량, 예를 들어 90% 을 허용한다면, 하지만 여전히 비에너지 소모는 1 kWh/kg 미만이어야 하는 요건하에서, 그 후 댐퍼 셋팅이 높다면, 즉 모든 재료를 장치 (1) 를 통하여 공기유동에 의해 운반하고 그리고 최종적으로 집속 백 필터 뱅크 (102) 로 운반되도록 설정되는 한, 예열은 생략될 수 있다.
본원은 개시된 실시형태들에 한정되지 않고 이하의 청구범위내에서 변경 및 수정될 수 있다. 예를 들어, 본 장치의 구성은, 집속 수단의 상대 조절이 도시된 장치 (1) 에서와는 다른 방식으로 달성되도록 변할 수 있다. 슬리브는, 예를 들어 댐핑 수단에 대하여 유압식으로 변위될 수 있거나, 댐핑 수단은 슬리브에 대하여 유압식으로 변위될 수 있다. 이는, 역원뿔형 공동 아래 및 슬리브의 상단부에서 유출구 하류측에 각각 배출되는 재료의 양을 제어하기 위해 중요한 댐핑 수단과 슬리브의 상대 위치들이다.

Claims (7)

  1. 합성 비정질 실리카를 분쇄 및 탈수하는 방법으로서,
    a) 이하를 포함하는 장치 (1) 를 제공하는 단계:
    (i) 수직한 또는 본질적으로 수직한 종축 (A) 을 가진 원통형 챔버 (3),
    (ii) 수직한 또는 본질적으로 수직한 축 (A) 을 가진 역원뿔형 공동 (27) 을 가진 본체 (5) 로서, 상기 본체 (5) 는 상기 역원뿔형 공동 (27) 의 베이스에서 상기 원통형 챔버 (3) 의 베이스에 연결되고 그리고 그 아래로 현수되며, 상기 베이스들의 직경들은 동일하거나 본질적으로 동일한, 상기 본체,
    (iii) 상기 장치 (1) 를 통하여 가스를 유동시키는 가스 유동 수단 (7),
    (iv) 재료를 상기 장치 (1) 에 도입하기 위한 재료 도입 수단,
    (v) 상기 원통형 챔버 (3) 를 통하여 그리고 부분적으로 상기 역원뿔형 공동 (27) 을 통하여 축방향으로 연장되는 원통형 슬리브 (15) 를 포함하는 제어 수단으로서, 상기 제어 수단은 상기 슬리브 (15) 의 상단부에 그리고 상기 슬리브내에 적어도 부분적으로 위치된 댐핑 수단 (17) 을 더 포함하며, 상기 슬리브 (15) 에 대한 상기 댐핑 수단 (17) 의 상대 위치는, 상기 슬리브 (15) 의 상단부에 가스와 분쇄 및 탈수된 재료용 조절가능한 유출구 (54) 가 제공되도록 조절가능한, 상기 제어 수단,
    (vi) 상기 분쇄 및 탈수된 재료를 집속하는 집속 수단 (102) 으로서, 상기 집속 수단 (102) 은 상기 조절가능한 유출구 (54) 의 하류측에 제공되는, 상기 집속 수단 (102),
    b) 상기 가스 유동 수단 (7) 으로터의 가스를 상기 원통형 챔버 (3) 및 상기 역원뿔형 공동 (27) 을 통하여 사이클론적으로 유동시키는 단계,
    c) 합성 비정질 실리카 형태의 재료를 상기 장치 (1) 에 도입하고 그리고 상기 재료를 탈수 및 분쇄하는 단계,
    d) 상기 분쇄 및 탈수된 재료의 대부분이 상기 슬리브 (15) 의 상단부에서 상기 조절가능한 유출구 (54) 를 통하여 가스와 함께 유동하도록 상기 제어 수단에 의해서 상기 조절가능한 유출구 (54) 의 크기를 조절하는 단계,
    e) 상기 집속 수단 (102) 에서 상기 분쇄 및 탈수된 재료를 집속하는 단계를 포함하는, 합성 비정질 실리카를 분쇄 및 탈수하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 (d) 에서, 상기 조절가능한 유출구 (54) 의 크기는, 적어도 90%, 바람직하게는 적어도 95 % 의 분쇄 및 탈수된 재료가 상기 슬리브 (15) 의 상단부에서 상기 조절가능한 유출구 (54) 를 통하여 배출되도록 조절되는, 합성 비정질 실리카를 분쇄 및 탈수하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 (d) 에서, 상기 조절가능한 유출구 (54) 의 크기는 분쇄 및 탈수된 재료 전부가 상기 슬리브 (15) 의 상단부에서 상기 조절가능한 유출구 (54) 를 통하여 배출되도록 조절되는, 합성 비정질 실리카를 분쇄 및 탈수하는 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은 상기 단계 (b) 에 사용하기 위한 가스를 예열하는 단계를 포함하는, 합성 비정질 실리카를 분쇄 및 탈수하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 가스는 150℃ 이하, 바람직하게는 100℃ 이하의 온도로 예열되는, 합성 비정질 실리카를 분쇄 및 탈수하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 집속 수단 (102) 으로서 필터 배열체 (102) 가 사용되는, 합성 비정질 실리카를 분쇄 및 탈수하는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 집속 수단으로서 필터 배열체와 조합하여 적어도 하나의 사이클론 디바이스가 사용되는, 합성 비정질 실리카를 분쇄 및 탈수하는 방법.
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