KR20180111811A - 소석고 처리 장치 및 소석고 처리 방법 - Google Patents

소석고 처리 장치 및 소석고 처리 방법 Download PDF

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요시노 셋고 가부시키가이샤
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Abstract

[과제] 소석고를 가수 처리에 의해 개질하는 소석고의 개질 과정에 있어서, 소석고 및 수분의 접촉역이나, 개질 후의 소석고의 반송로 등에 결로수가 생성되는 것을 확실하게 방지한다.
[해결 수단] 소석고 처리 장치는 소석고(G)를 냉각하는 냉각역(D)을 구비한 교반식의 냉각 장치(1)와 소석고에 가수하는 가수 장치(20)를 갖는다. 가수 장치는 수분 또는 수증기를 포함하는 습윤 가스(S)를 냉각역에 직접 도입하는 습윤 가스 공급구(22)를 갖는다. 소석고는 냉각 장치의 소석고 도입구(16)로부터 냉각역에 도입되고, 냉각역에서 가수 처리되어, 개질된다. 습윤 가스 공급구는 소석고 도입구의 근방에 배치되고, 습윤 가스의 분류 또는 토출류는 소석고 도입구로부터 냉각역에 도입된 직후의 소석고에 접촉한다.

Description

소석고 처리 장치 및 소석고 처리 방법
본 발명은 소석고 처리 장치 및 소석고 처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 미리 소석고를 가수 처리함으로써, 소석고의 슬러리화에 요하는 믹싱수량(練混水量)의 저감을 가능하게 하는 소석고 처리 장치 및 소석고 처리 방법(apparatus and method for treating stucco)에 관한 것이다.
소석고(stucco, calcined gypsum or calcined plaster)는 화학 석고 또는 천연 석고 등의 원료 석고를 단독으로 소성하거나, 또는 이종의 원료 석고를 혼합하고 가열(소성)하는 소성 공정에 의해 제조된다. 원료 석고의 주성분인 이수 석고(CaSO4·2H2O)는 소성 공정에 의해 반수 석고(CaSO4·1/2H2O)로 전이한다. 이수 석고 및 반수 석고의 화합수(결정수) 함유량은 각각 20.9wt% 및 6.2wt% 이론값)이다. 일반적으로, 소성 공정에 의해 얻어지는 소석고는 반수 석고 이외에, III형 무수 석고(CaSO4) 등을 함유한다.
소석고에는 적당량의 물을 가하여 혼련하면 슬러리화(이장화(泥漿化)))되고, 수화 반응에 의해 이수화물로 되어 신속하게 고화하는 성질이 있어, 소석고는 여러 석고 제품의 원료로서 사용되고 있다. 예를 들면, 소석고를 원료로 한 대표적 제품으로서 석고 보드를 들 수 있다. 일반적으로, 석고 보드는 소석고 및 물을 혼련하고 또한 접착 조제, 경화촉진제, 거품 등을 첨가함으로써 슬러리화하여 이루어지는 석고 슬러리를 상하의 석고 보드용 원지의 사이에 부어 넣고, 이것을 강제 건조하고 또한 절단함으로써 제조되는 건축 공사용의 보드 재료 또는 판재이다.
이러한 소석고 및 물 등의 혼련 공정에 있어서, 소석고에 포함되는 III형 무수 석고는 소석고의 슬러리화에 요하는 혼련하는 물의 믹싱수량(이하, 「소석고 슬러리화용의 믹싱수량」, 또는, 「믹싱수량」이라고 한다.)을 증량시키는 성질을 갖는다. 석고 보드 제조 과정에서는, 믹싱수량의 증량은 강제 건조 공정의 열 부하를 증대시키는 경향이 있다. 이 때문에, 소석고를 슬러리화 하기 전에, 소석고 중의 III형 무수 석고를 미리 반수 석고로 전환하고, 이것에 의해, 소석고 슬러리화용의 믹싱수량을 저감시키는 것이 환경부하 경감 및 에너지 절약 대책 등의 관점에서 바람직하다.
소석고 슬러리화용의 믹싱수량을 저감시키는 기술로서 소석고의 결정 내 및 표면의 결함을 해소하기 위하여, 소성 장치의 노 내 또는 반응 용기 내에 생성한 프로세스 가스(고온다습 가스)를 소석고와 함께 동일 유로로 급송(給送)하고, 소석고 및 프로세스 가스를 석고 플라스터 쿨러에 도입하는 기술이, 일본 특표 2013-535401호 공보(특허문헌 1)에 기재되어 있다. 이 기술은, 석고 플라스터 쿨러의 냉각 존의 전단에 안정화 존을 설치하고, 비교적 다량의 수분(수증기)을 포함하는 소성 장치의 프로세스 가스를 소석고와 함께 안정화 존에 도입하고, 프로세스 가스 중의 수분에 의해 소석고 중의 III형 무수 석고를 안정화 존에서 반수 석고로 전환하려고 하는 것이다. 안정화 존에 있어서의 수분 공급 또는 수분 첨가에 의해 개질된 소석고는 공냉식 열교환기를 구비한 냉각 존에서 냉각된다.
소석고 슬러리화용의 믹싱수량의 저감을 도모하는 다른 기술로서, 혼련 공정 전에 소석고를 미리 가수 처리함으로써, 혼련 공정에서의 소석고 슬러리화용의 믹싱수량을 저감시키는 기술이 알려져 있다. 예를 들면, 슬러리화 전의 소석고에 소량의 물(중량비 약 1∼10질량%)을 가수하여, 슬러리화 시에 소석고 입자가 필요 이상으로 미세화되어 물에 용해되는 것을 방지하는 처리(힐링 처리)가 알려져 있다(일본 특공 평3-51665호 공보(특허문헌 2), 일본 특허 제4847855호 공보(특허문헌 3)).
일본 특표 2013-535401호 공보 일본 특공 평3-51665호 공보 일본 특허 제4847855호 공보
상술한 소석고의 개질 기술은, 소석고를 가수 처리함으로써, (1) 소석고 중의 III형 무수 석고를 반수 석고로 전환하고, (2) 슬러리화 시에 소석고 입자가 필요 이상으로 미세화되지 않고 물에 용해되도록 소석고를 개질하거나, 또는 (1) 및 (2)의 쌍방에 의해 소석고를 개질하고자 하는 것이다. 그렇지만, 소석고를 상기 프로세스 가스(고온다습 가스)와 함께 동일 유로로 급송하는 경우, 또는 습윤 가스를 소석고에 첨가하고 개질한 후에 냉각하는 경우, 가수 후의 소석고 수용역의 분위기는 비교적 다량의 수분 또는 수증기를 보유하는 습윤 분위기이므로, 소석고 및 수분의 접촉역을 구획하거나 또는 둘러싸는 반응용기 또는 관로 등, 또는 개질 후의 소석고의 반송로 등의 내면에서 습윤 분위기 중의 수분이 응축하여, 반응용기, 관로, 반송로 등의 내면에 결로수가 생성되기 쉽다.
이러한 결로수가 반응 용기, 관로, 반송로 등의 내면에 생성되면, 소석고와 결로수가 수화 반응하여 용기 내면, 관로 내면 등에 부착되고 또한 고화되는 결과, 소석고의 반응역, 반송로 등의 유로 단면을 충분히 확보하기 어려운 상황이 생기므로, 이 종류의 고화물은 적당히 제거할 필요가 있다. 그러나, 이러한 반응 용기, 관로 등의 내면의 고화물을 확실하게 제거하는 것은 실무적으로 대단히 곤란하다.
본 발명은, 이러한 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는 소석고를 가수 처리하여 소석고를 개질하는 소석고의 개질 과정에 있어서, 소석고 및 수분의 접촉역이나, 개질 후의 소석고의 반송로 등에 결로수가 생성되는 것을 확실하게 방지할 수 있는 소석고 처리 장치 및 소석고 처리 방법을 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 소석고에 가수하는 가수 장치와, 소석고를 냉각하는 냉각역을 구비한 교반식의 냉각 장치를 갖는 소석고 처리 장치에 있어서,
상기 가수 장치는 수분 또는 수증기를 포함하는 습윤 가스의 분류(噴流) 또는 토출류를 상기 냉각역에 직접 도입하는 습윤 가스 공급구를 갖고,
상기 냉각 장치는 상기 소석고를 상기 냉각역에 도입하는 소석고 도입구를 갖고,
상기 습윤 가스 공급구는 상기 냉각역에 도입된 직후의 소석고에 상기 습윤 가스의 분류 또는 토출류가 접촉하도록, 상기 소석고 도입구의 근방에 배치되는 것을 특징으로 하는 소석고 처리 장치를 제공한다.
본 발명은 또한 냉각 전의 소석고를 수분과 접촉시킴과 아울러, 냉각역을 갖는 교반식의 냉각 장치에 의해 소석고를 냉각하는 소석고 처리 방법에 있어서,
수분 또는 수증기를 포함하는 습윤 가스를 토출 또는 분사하는 습윤 가스 공급구를 상기 냉각 장치의 소석고 도입구의 근방에 배치하고,
상기 소석고를 상기 소석고 도입구로부터 상기 냉각 장치의 냉각역에 도입하고,
상기 습윤 가스를 상기 습윤 가스 공급구로부터 상기 냉각역에 직접 도입하고,
상기 냉각역에 도입된 직후의 소석고에 대하여 상기 습윤 가스 공급구의 습윤 가스의 분류 또는 토출류를 접촉시켜, 이 냉각역에서 소석고를 가수 처리하는 것을 특징으로 하는 소석고 처리 방법을 제공한다.
본 발명의 상기 구성에 의하면, 습윤 가스가 냉각 장치의 냉각역에 직접 도입되고, 냉각역에서 소석고가 가수 처리된다. 습윤 가스의 분류 또는 토출류는 소석고 도입구(소석고 장입구)의 근방에 배치된 습윤 가스 공급구로부터 냉각역에 유입되므로, 습윤 가스는 냉각 장치의 소석고 도입구로부터 냉각역에 도입된 직후의 소석고에 접촉한다. 냉각 장치의 냉각역은 소석고의 개질역으로서도 기능하므로, 냉각 및 개질의 각 작용이 냉각역에서 소석고에 동시에 작용한다. 이러한 소석고 처리 장치 및 소석고 처리 방법에서는, 습윤 가스는, 냉각역에 직접 도입되고, 냉각역에서 소석고에 접촉한다(따라서, 상기 습윤 가스는 소석고의 반송로 등에서는 소석고에 접촉하지 않음). 이 때문에, 소성 장치로부터 냉각역에 이르는 소석고의 반송로 등에 결로수가 생성되는 것을 확실하게 방지할 수 있다. 또한 비교적 대용적의 냉각역에 해방된 습윤 가스의 분류 또는 토출류는 신속하고 또한 효율적으로 비교적 다량의 소석고에 접촉한다. 따라서, 습윤 가스 중의 수분은 효과적으로 소석고에 부여된다. 이 때문에, 소석고의 가수 처리의 효율을 향상시켜, 잉여의 수분이 냉각역에서 결로되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 소석고 처리 장치 및 소석고 처리 방법에 의하면, 소석고를 가수 처리하여 소석고를 개질하는 소석고의 개질 과정에 있어서, 소석고 및 수분의 접촉역이나, 개질 후의 소석고의 반송로 등에 결로수가 생성되는 것을 확실하게 방지할 수 있다.
도 1(A)는 소석고 처리 장치의 전체 구성을 도시하는 측면도이고, 도 1(B)는 도 1(A)의 I-I선에 있어서의 소석고 처리 장치의 단면도이며, 도 1(C)는 소석고 처리 장치의 배면도이다.
도 2는 소석고 처리 장치의 주요 구성 요소를 개략적으로 도시하는 횡단면도이다.
도 3은 소석고 처리 장치의 주요 구성 요소를 개략적으로 도시하는 종단면이도다.
도 4는 냉각역에서 시인한 소석고 장입구 및 습윤 가스 공급구의 형태를 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도 5는 습윤 가스 공급구의 변형예를 도시하는 도 4와 동일한 개략 사시도이다.
도 6은 습윤 가스 공급구의 위치를 개념적으로 도시하는 단면도이다.
도 7(A)는 소석고 장입구의 위치를 냉각역의 중심으로부터 한쪽으로 치우치게 한 구성을 개념적으로 도시하는 단면도이며, 도 7(B)는 소석고 장입구를 끝벽으로부터 끌어들인 위치에 배치한 구성을 개념적으로 도시하는 단면도이다.
도 8은 소석고 장입구를 쉘의 내주 벽면에 배치한 구성을 개념적으로 도시하는 단면도이다.
도 9는 도 5에 도시하는 습윤 가스 공급구의 변형예를 도시하는 습윤 가스 공급구 및 소석고 장입구의 개략 단면도이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
본 발명의 바람직한 실시형태에 의하면, 습윤 가스는 소석고를 소성하는 소성 장치에서 생성되고 또한 소석고로부터 분리된 고온다습 가스이며, 소석고를 급송하는 소석고 급송관이 소석고 도입구를 포함하는 소석고 공급 장치에 접속되고, 소석고로부터 분리된 고온다습 가스를 급송하는 습윤 가스 급송관이 습윤 가스 공급구와 연통한다. 바람직하게는, 소석고 도입구는 원형 윤곽을 갖고, 습윤 가스 공급구는 소석고 도입구를 동심 형상으로 둘러싸는 환상의 개구부, 또는 소석고 도입구의 주위에 환상으로 배열된 복수의 개구부로 이루어진다. 더욱 바람직하게는, 습윤 가스 공급구는 소석고 도입구의 중심 축선과 실질적으로 평행한 방향, 또는 소석고 도입구의 중심 축선에 접근하는 방향으로 습윤 가스의 분류 또는 토출류를 보내도록 배향된다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 냉각 장치는 공냉식 열교환기를 갖는 이너 튜브·로터리형(inner-tube-rotary type)의 다관식 냉각 장치(multi-tubular cooler)이다. 냉각 장치는 냉각역을 형성하는 회전 교반식의 원통 형상 쉘과, 대기 온도의 공기를 냉열 매체로 한 공냉식 열교환기를 갖는다. 쉘의 회전 중심 축선은 수평면에 대하여 소정 각도를 이루고 경사져서 횡방향으로 연장된다. 소석고 도입구(소석고 장입구)는 쉘의 기단부 또는 일단부에 배치되고, 냉각역에 도입된 소석고는 쉘의 경사 구배에 상응하여 쉘의 선단부 또는 타단부로 이동한다. 또한 상기 소석고 공급 장치는 회전 구동되는 스크루부를 갖고 또한 소석고 도입구를 향하여 소석고를 압출하는 스크루 피더식의 소석고 공급 장치이다. 가수 장치를 구성하는 습윤 가스 공급 장치가 스크루부의 원통 형상 하우징을 둘러싸도록 배치된다. 습윤 가스 급송관을 습윤 가스 공급구와 연통시키는 환상의 습윤 가스 유로가 스크루부의 외주역에 형성된다.
바람직하게는, 소석고 장입구는 쉘의 기단측(구배 방향 상류측)의 끝벽에 개구하고, 쉘의 중심 축선과 동심 형상으로 배치되고, 습윤 가스 공급구도 또한 쉘의 기단측 끝벽에 개구한다. 습윤 가스 공급구의 위치는, 적합하게는, 소석고 도입구의 직경 또는 최대 치수(α)에 대하여, 소석고 도입구의 중심 β를 중심으로 한 반경 1.5α(또는 1m)의 원형 영역 또는 반구형 영역의 범위 내, 바람직하게는 반경 α(또는 65cm)의 원형 영역 또는 반구형 영역의 범위 내에 배치되어, 습윤 가스와 소석고와의 확실하고 또한 원활한 혼합 접촉이 도모된다.
적합하게는, 습윤 가스는 포화 수증기, 과열 수증기, 수증기 및 공기의 혼합기, 또는 소정 중량비 이상의 수분을 함유하는 기체이다. 또한, 과열 수증기는 건조 기체의 일종이지만, 냉각역에 유입한 직후에 급격한 온도 강하 및 압력 강하가 발생하는 결과, 수분을 방출 가능한 상태로 변화시킨다고 생각되므로, 본 명세서에서는, 과열 수증기를 습윤 가스에 포함시키는 것으로 한다.
바람직하게는, 습윤 가스는 0.1∼2.0kg/kg'의 범위 내의 수분량을 갖고, 상기 냉각역에 도입되는 소석고에 대하여 질량비 0.3∼6.0wt%의 비율의 유량으로 상기 냉각역에 도입된다. 적합하게는, 습윤 가스는 5∼25m/s의 범위 내의 유속으로 습윤 가스 공급구로부터 냉각역에 유입된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 있어서, 습윤 가스는 소석고 처리 장치가 설치된 공장 내 또는 플랜트 내에서 사용되거나 또는 공용되고 있는 프로세스 증기 등의 수증기(또는 과열 수증기), 또는 수증기 및 공기의 혼합기이다.
실시예
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
도 1(A)는 소석고 처리 장치의 전체 구성을 도시하는 측면도이고, 도 1(B)는 도 1(A)의 I-I선에 있어서의 소석고 처리 장치의 단면도이며, 도 1(C)는 소석고 처리 장치의 배면도이다.
도 1(A)에 도시하는 바와 같이, 소석고 처리 장치는 공냉식 열교환기를 구성하는 다수의 냉각관(2)을 원통 형상 쉘(외피체)(3) 내에 배열 설치한 이너 튜브·로터리형의 다관식 냉각 장치(1)(이하, 「냉각 장치(1)」라고 한다.)를 갖는다. 냉각 장치(1)는 소석고(G)를 냉각 장치(1)의 냉각역(D)에 공급하는 스크루 피더식의 소석고 공급 장치(10)를 구비한다. 소석고 처리 장치는 또한 비교적 다량의 수분을 포함하는 습윤 공기나, 수증기(steam, water vapor) 등의 습기가 많은 기체(S)(이하, 「습윤 가스(S)」라고 한다.)를 냉각역(D)에 직접 도입하는 습윤 가스 공급 장치(20)를 갖는다.
냉각 장치(1)의 중심 축선(X-X)은 수평한 바닥면 또는 지반면(J)(수평면)에 대하여 소정 각도를 이루고 경사져 있고, 쉘(3)의 기단부(3a)에서 쉘(3) 내에 도입된 비교적 고온이고 또한 개질 전의 소석고(G)는 쉘(3)의 경사 구배를 따라 선단부(3b)로 이동하고, 냉각 후 또한 개질 후의 소석고(Ga)로서 선단부(3b)의 배출구(4)로부터 배출된다.
냉각 장치(1)는 중심 축선(X-X)을 중심으로 쉘(3)을 회전시키는 회전 구동 장치(5)(가상선으로 개략적으로 나타낸다.)를 구비한다. 회전 구동 장치(5)는 소정의 회전수로 쉘(3)을 회전 구동하고, 쉘(3) 내의 냉각역(D)은 쉘(3) 내의 소석고(G)를 교반하면서, 소석고(G)를 선단부(3b)를 향하여 이동시킨다.
냉각관(2)은 냉각역(D)에서 중심 축선(X-X)과 평행하게 연장되고, 쉘(3)과 일체로 회전한다. 냉각관(2)의 선단부(2b)는, 도 1(C)에 도시하는 바와 같이, 쉘(3)의 선단면에서 대기에 개방된다. 도 1(A)에 도시하는 바와 같이, 배기 매니폴드(6)가 쉘(3)의 기단부(3a)에 연달아 접속하고, 냉각관(2)의 기단부(2a)가 배기 매니폴드(6)의 유로에 개구한다. 배기 매니폴드(6)는 배기관(Ea)을 통하여 배기팬(또는 배기 블로어)(Eb)에 접속된다. 배기팬(Eb)의 흡인 압력은, 배기관(Ea) 및 배기 매니폴드(6)를 통하여 각 냉각관(2)의 관 내 영역 및 선단부(2b)에 작용하고, 각 냉각관(2)은 선단부(2b)로부터 대기 온도의 외기(외계 공기)를 흡인한다. 냉각관(2) 내에 유입된 외기는 냉각관(2)을 유통하여 배기 매니폴드(6) 내에 유입되고, 배기팬(Eb)에 의해 계 밖으로 배기된다. 냉각관(2) 내를 유동하는 외기는 냉각관(2)의 관벽을 통하여 냉각역(D)의 소석고(G)와 열교환하고, 소석고(G)를 냉각한다. 즉 냉각관(2)은 외기를 냉열 매체로 한 공냉식 열교환기를 구성하고, 승온 후의 외기(대기)는 배기 매니폴드(6)를 통하여 계 밖으로 배기된다.
쉘(3) 내의 분위기 가스를 배기하기 위한 배기구(7)가 선단부(3b)의 정상부에 배열 설치된다. 배기구(7)는 배기 유로(Fa)를 통하여 배기팬 또는 배기 블로어(Fb)에 접속된다. 배기팬(Fb)의 흡인 압력은 배기관(Fa) 및 배기구(7)를 통하여 냉각역(D)에 작용하고, 냉각역(D)의 분위기 가스는 배기팬(Fb)에 의해 계 밖으로 배기된다. 소망에 따라, 버그 필터 등의 제진 장치(Fc)(가상선으로 나타냄)가 배기관(Fa)에 개재된다.
소석고 공급 장치(10)의 원통 형상 하우징(11)이 배기 매니폴드(6)를 관통하여 기단부(3a)에 접속된다. 소석고 공급 장치(10)는 전동 모터 등의 구동 장치(12)와, 구동 장치(12)의 회전 구동축(13)에 직렬로 연결한 스크루부(14)와, 비교적 고온의 소석고(G)가 투입되는 호퍼 형태의 투입부(15)와, 냉각역(D)에 개구하여 소석고(G)를 냉각역(D)에 투입하는 원형 윤곽의 소석고 장입구(16)로 구성된다. 소석고 장입구(16)는 소석고(G)를 냉각역(D)에 도입하는 전술의 「소석고 도입구」를 구성한다. 스크루부(14) 및 소석고 장입구(16)의 중심 축선은 쉘(3)의 중심 축선(X-X)과 실질적으로 일치한다. 투입부(15)에는, 소석고 급송관(17)이 접속된다. 소석고 급송관(17)은 원료 석고를 소성하는 소성 장치(도시 생략)에 접속된다. 소성 장치의 소석고(G)는 소석고 급송관(17) 및 투입부(15)를 통하여 스크루부(14)에 공급된다. 회전하는 스크루부(14)는 소석고(G)를 소석고 장입구(16)로부터 냉각역(D)으로 밀어내고, 소석고(G)는 화살표로 나타내는 바와 같이 냉각역(D)에 도입된다.
습윤 가스 공급 장치(20)는, 소석고(G)를 가수 처리에 의해 개질하기 위해, 소요의 습윤 가스를 냉각역(D)에 직접 공급한다. 전술한 바와 같이, 가수 처리에 의한 소석고(G)의 개질은 소석고 슬러리화용의 믹싱수량을 저감하거나, 또는 소석고 슬러리화용의 믹싱수량의 증량을 방지하기 위한 것이다.
도 2 및 도 3은 소석고 처리 장치의 주요 구성 요소를 개략적으로 도시하는 횡단면도 및 종단면도이다. 또한 도 4는 냉각역(D)에서 시인한 소석고 장입구(16) 및 습윤 가스 공급구(22)의 구성을 도시하는 개략 사시도이며, 도 5는 습윤 가스 공급구(22)의 변형예를 도시하는 도 4와 동일한 개략 사시도이다.
도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 습윤 가스 공급 장치(20)는 소석고 공급 장치(10)의 하우징(11)을 둘러싸는 원통 형상 하우징(21)과, 소석고 장입구(16)를 둘러싸도록 소석고 장입구(16)의 외측에 배치된 환상의 습윤 가스 공급구(22)를 구비한다. 하우징(21)과 하우징(11) 사이에는, 습윤 가스 공급구(22)와 연통하는 환상의 습윤 가스 유로(25)가 형성된다. 습윤 가스 급송관(23)이 습윤 가스(S)를 습윤 가스 유로(25)에 도입하도록 하우징(21)에 접속된다. 습윤 가스 급송관(23)의 상류단은 습윤 가스 공급원(도시 생략)에 접속된다.
습윤 가스(S)로서 소성 장치(도시 생략)에서 생성한 습윤 공기 또는 다습 가스(소성 장치의 프로세스 가스), 제조 설비 전체에서 공용되는 프로세스 증기 등의 수증기, 또는 수증기 및 공기의 혼합기 등을 바람직하게 사용할 수 있다. 예를 들면, 소성 장치를 습윤 가스 공급원으로서 사용하는 경우, 소성 장치의 소성로 내 또는 반응용기 내에서 발생한 고온다습 가스(프로세스 가스)가 필터 유닛 등의 제진 장치(도시 생략)에 의해 소석고로부터 분리되어, 습윤 가스(S)로서 습윤 가스 급송관(23) 내의 유로 또는 관로를 통해 급송되어, 습윤 가스 유로(25)에 공급된다.
도 2 및 도 3에는, 냉각관(2)을 유통하는 공기(냉열 매체)의 흐름이 가는 실선의 화살표(Air; 공기)로 표시되어 있다. 또한 도 2 및 도 3에는, 투입부(15)에 투입된 소석고(G)의 유동 방향이 흰 화살표(G)로 표시되고, 습윤 가스 공급 장치(20)에 공급된 습윤 가스(S)의 유동 방향이 검은 화살표(S)로 표시되어 있다.
각 냉각관(2)에 유입한 대기 온도(T1)(예를 들면, 20℃)의 공기는 냉각역(D)의 소석고(G)와 열교환 하여 온도(T2)(예를 들면, 60℃)로 승온한다. 승온 후의 공기는 배기 매니폴드(6)에 유입되고, 전술한 바와 같이, 배기팬(Eb)(도 1)에 의해 계 밖으로 배기된다. 소석고 공급 장치(10)에 투입되는 소석고(G)의 온도(물질 온도)(T3)는, 예를 들면, 약 150℃이다. 소석고(G)는 냉각관(2) 내를 유통하는 공기와 열교환 하여 냉각된다. 배출구(4)로부터 배출되는 소석고(Ga)의 온도(T4)는, 예를 들면, 약 80℃이다.
습윤 가스 공급 장치(20)에 공급되는 습윤 가스(S)의 온도(T5)는 바람직하게는 100∼200℃의 범위 내의 온도, 예를 들면, 약 150℃이다. 습윤 가스(S)는 습윤 가스 공급구(22)로부터 냉각역(D)으로 분류되거나 또는 토출된다. 즉 습윤 가스(S)는 냉각역(D)에 직접 도입된다. 바람직하게는, 습윤 가스(S)는 0.1∼2.0kg/kg'의 범위 내의 수분량(절대 습도)을 갖고, 상기 냉각역에 도입되는 소석고에 대하여 질량비 0.3∼6.0wt%의 범위 내의 유량비로 상기 냉각역에 도입된다. 예를 들면, 소석고 공급 장치(10)의 소석고 공급량이 50t/h일 때, 습윤 가스(S)는 500∼1500kg/h(1∼3wt%)의 수분을 냉각역(D)에 공급한다. 적합하게는, 습윤 가스(S)는 5∼25m/s의 범위 내의 유속(예를 들면, 10m/s 또는 20m/s의 유속)으로 습윤 가스 공급구(22)로부터 냉각역(D)으로 유입된다.
소석고(G)는 쉘(3)의 회전에 의해 냉각역(D)에서 교반되고, 냉각역(D)에 유입된 습윤 가스(S)는 소석고(G)의 석고 입자가 많으면 신속하고 또한 효율적으로 혼합 접촉한다. 소석고(G)는 습윤 가스(S) 중의 수분을 흡습 또는 흡수하여, 소석고 슬러리화용의 믹싱수량을 저감(또는, 소석고 슬러리화용의 믹싱수량의 증량을 방지)할 수 있는 조성, 성분, 물성 또는 성상으로 개질되고, 이렇게 개질된 상태로 배출구(4)로부터 기기 외부로 배출된다.
도 4에는, 소석고 장입구(16) 및 습윤 가스 공급구(22)의 구성 및 위치 관계가 도시되어 있다. 소석고 장입구(16) 및 습윤 가스 공급구(22)는 모두 냉각역(D)의 끝벽(8)에 개구한다. 소석고 장입구(16)는 직경(α)을 갖는 원형(진원형) 윤곽의 개구이다. 습윤 가스 공급구(22)는 소석고 장입구(16)의 외주역에 동심 형상으로 배치된 환상 개구이며, 폭(γ)의 띠 형상 개구로서 중심 축선(X-X) 둘레에 띠 형상 또한 환상으로 뻗어 있다. 소석고 장입구(16)의 바깥 둘레와 습윤 가스 공급구(22)의 내주 가장자리 사이에는, 환상의 완충대(9)가 형성된다. 완충대(9)의 폭(η)은, 습윤 가스 공급구(22)의 폭(γ)에 대하여, γ×0.3∼3.0의 범위 내의 값(적합하게는, γ×0.5∼2.5의 범위 내의 값)으로 바람직하게 설정할 수 있다.
습윤 가스 공급구(22)는 습윤 가스(S)의 분류 또는 토출류를 냉각역(D)에 직접 토출 또는 분사하므로, 습윤 가스(S) 중의 수분(수증기)가 소석고(G)의 반송 경로에서 응축될 우려는 없고, 따라서, 소석고(G)의 반송 경로에 있어서의 결로수의 발생을 확실하게 방지할 수 있다. 또한 습윤 가스 공급구(22)는 소석고 장입구(16)의 근방에서 습윤 가스(S)를 토출 또는 분사하므로, 습윤 가스(S)는 소석고(G)의 석고 입자와 확실하고 또한 원활하게 혼합 접촉한다. 비교적 대용적의 냉각역에 해방된 습윤 가스(S)의 분류 또는 토출류는 신속하고 또한 효율적으로 비교적 다량의 소석고(G)에 접촉하므로, 습윤 가스(S) 중의 수분은 효과적으로 소석고(G)에 부여된다. 따라서, 소석고(G)의 가수 처리의 효율을 향상시켜, 잉여의 수분이 냉각역(D)에서 결로하는 것을 방지할 수 있다.
상기한 바와 같이, 도 4에 도시하는 습윤 가스 공급구(22)는 소석고 장입구(16) 둘레로 연장되는 환상 또한 띠 형상의 개구이다. 변형예로서 다수의 습윤 가스 공급구(22)를 소석고 장입구(16) 둘레에 분산 배치해도 된다. 도 5에는, 비교적 소직경의 원형 개구로서 소석고 장입구(16) 둘레에 동일한 간격으로 분산 배치된 다수의 습윤 가스 공급구(22)가 도시되어 있다.
도 5에 도시하는 습윤 가스 공급구(22)는 습윤 가스 급송관(23)을 분기하여 이루어지는 분기관(23a)에 각각 접속된다. 각각의 습윤 가스 공급구(22)는 습윤 가스(S)의 분류 또는 토출류를 냉각역(D)에 동시에 토출 또는 분사한다.
도 6은 습윤 가스 공급구(22)의 위치를 개념적으로 나타내는 단면도이다. 또한, 도 6에서는, 습윤 가스 공급구(22)는, 도 5에 도시하는 바와 같이 분산 배치된 다수의 소직경 개구로서 도시되어 있지만, 습윤 가스 공급구(22)는 도 4에 도시하는 환상 개구, 또는 다른 형태의 개구이어도 된다.
습윤 가스(S)와 소석고(G)와의 확실하고 또한 원활한 혼합 접촉을 도모하기 위해서는, 습윤 가스 공급구(22)를 소석고 장입구(16)의 근방에 배치하는 것이 바람직하다. 소석고 장입구(16)의 직경 또는 최대 치수를 치수 α라고 하면, 습윤 가스 공급구(22)는 바람직하게는 소석고 장입구(16)의 중심 β를 중심으로 한 반경 1.5α의 원형 영역의 범위 내, 더욱 바람직하게는 반경 α의 원형 영역의 범위 내에 배치된다.
또한 습윤 가스 공급구(22)는, 도 6에 파선으로 나타내는 바와 같이, 끝벽(8)으로부터 돌출한 위치에 배치하는 것도 가능하다. 이러한 구성에서는, 습윤 가스 공급구(22)는, 바람직하게는, 소석고 장입구(16)의 중심 β를 중심으로 한 반경 1.5α의 반구형 영역의 범위 내, 더욱 바람직하게는 반경 α의 반구형 영역의 범위 내에 배치된다.
도 7(A)는 소석고 장입구(16)의 중심 축선(X'-X')이 중심 축선(X-X)으로부터 한쪽으로 치우친 냉각 장치(1)에 관한 것으로서, 적합한 습윤 가스 공급구(22)의 위치를 개념적으로 도시하는 단면도이다. 또한 도 7(B)는 소석고 장입구(16)를 끝벽(8)으로부터 끌어들인 위치에 배치한 구성을 갖는 냉각 장치(1)에 관한 것으로, 적합한 습윤 가스 공급구(22)의 위치를 개념적으로 도시하는 단면도이다.
소석고 장입구(16)의 중심 축선(X'-X')은, 도 7(A)에 도시하는 바와 같이, 중심 축선(X-X)으로부터 한쪽으로 치우친 위치에 배치하는 것도 가능하다. 또한 소석고 장입구(16)는, 도 7(B)에 도시하는 바와 같이, 끝벽(8)을 부분적으로 기단측으로 후퇴시키고, 소석고 장입구(16)를 끝벽(8)의 위치로부터 끌어들인 위치에 배치해도 된다. 이러한 구성에서도, 습윤 가스 공급구(22)는 바람직하게는 석고 장입구(16)의 중심 β를 중심으로 한 반경 1.5α의 원형 영역 또는 반구형 영역의 범위 내, 더욱 바람직하게는, 반경 α의 원형 영역 또는 반구형 영역의 범위 내에 배치된다.
도 8은 소석고 장입구(16)를 쉘(3)의 내주 벽면에 배치한 냉각 장치(1)에 있어서의 습윤 가스 공급구(22)의 위치를 개념적으로 도시하는 단면도이다.
도 8에 도시하는 바와 같이, 소석고 장입구(16)를 쉘(3)의 내주벽면에 배치하는 것도 가능하다. 이러한 구성에서도, 습윤 가스 공급구(22)는 바람직하게는 소석고 장입구(16)의 중심 β를 중심으로 한 반경 1.5α의 원형 영역 또는 반구형 영역의 범위 내, 더욱 바람직하게는, 반경 α의 원형 영역 또는 반구형 영역의 범위 내에 배치된다.
도 9는 도 5에 도시하는 습윤 가스 공급구(22)의 변형예를 도시하는 단면도이다.
습윤 가스 공급구(22)가 토출 또는 분사하는 습윤 가스 직진류의 방향은 반드시 중심 축선(X-X, X'-X')과 평행하지 않아도 되고, 예를 들면, 습윤 가스 공급구(22)의 중심 축선은, 도 9에 도시하는 바와 같이, 중심 축선(X-X, X'-X')에 대하여 소정의 각도(θ)를 이루는 방향에 배향해도 된다. 바람직하게는, 각도(θ)는 습윤 가스 공급구(22)가 분사하는 습윤 가스 직진류가 중심 축선(X-X, X'-X')에 접근하는 방향으로 토출 또는 분류되도록 설정된다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시형태 및 실시예에 대해 상세하게 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태 또는 실시예에 한정되는 것은 아니고, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위 내에서 여러 변형 또는 변경이 가능하다.
예를 들면, 상기 실시예에 따른 냉각 장치는 쉘의 회전에 의해 쉘 내의 소석고를 교반하는 회전교반식의 냉각 장치이지만, 냉각 장치는 패들 교반식, 스크루 교반식, 또는 디스크 교반식 등의 다른 형식의 냉각 장치이어도 된다.
또한, 상기 실시예에서는, 습윤 가스는 소성 장치의 습윤 가스, 프로세스 증기 등으로서 예시했지만, 습윤 가스는 이러한 공급원의 습윤 가스에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 원료 석고의 예비 건조로로부터 배출되는 습윤 가스, 석고 제품 건조기로부터 배출되는 습윤 가스 등과 같이, 임의의 공급원의 습윤 가스를 사용할 수 있다.
또한, 상기 실시예에서는, 소성 장치에 의해 소성된 소석고를 즉시 냉각 장치에 의해 냉각하는 장치계에 있어서 냉각역을 소석고의 개질역으로서 사용한 구성의 것이지만, 개질할 소석고는 반드시 소성 직후의 소석고가 아니어도 되고, 예를 들면, 어떤 정도까지 냉각한 후의 소석고이어도 된다. 또한 상기 냉각 장치를 냉각·건조 장치로서 구성하고, 어느 정도까지 이미 냉각한 소석고를 더욱 냉각하거나 또한 건조시키는 냉각·건조역으로서 상기 냉각역을 구성해도 된다.
(산업상의 이용가능성)
본 발명은 소석고 처리 장치 및 소석고 처리 방법, 특히 소석고에 수분을 공급하고, 소석고를 가수 처리하여 개질하는 소석고 처리 장치 및 소석고 처리 방법에 적용된다.
본 발명에 의하면, 소석고를 가수 처리하여 개질하는 개질 과정에 있어서, 소석고 및 수분의 접촉역이나, 개질 후의 소석고의 반송로 등에 결로수가 생성되는 것을 확실하게 방지함과 아울러, 소석고의 가수 처리의 효율을 향상시킬 수 있으므로, 그 실용적 효과는 현저하다.
1 냉각 장치
2 냉각관
3 원통 형상 쉘
4 배출구
5 회전 구동 장치
6 배기 매니폴드
7 배기구
10 소석고 공급 장치
11 원통 형상 하우징
14 스크루부
16 소석고 장입구
20 습윤 가스 공급 장치
21 원통 형상 하우징
22 습윤 가스 공급구
25 습윤 가스 유로
D 냉각역
G 소석고(개질 전)
Ga 소석고(개질 후)
S 습윤 가스
X-X, X'-X' 중심 축선

Claims (16)

  1. 소석고에 가수하는 가수 장치와, 소석고를 냉각하는 냉각역을 구비한 교반식의 냉각 장치를 갖는 소석고 처리 장치에 있어서,
    상기 가수 장치는 수분 또는 수증기를 포함하는 습윤 가스의 분류 또는 토출류를 상기 냉각역에 직접 도입하는 습윤 가스 공급구를 갖고,
    상기 냉각 장치는 상기 소석고를 상기 냉각역에 도입하는 소석고 도입구를 갖고,
    상기 습윤 가스 공급구는 상기 냉각역에 도입된 직후의 소석고에 상기 습윤 가스의 분류 또는 토출류가 접촉하도록, 상기 소석고 도입구의 근방에 배치되는 것을 특징으로 하는 소석고 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 습윤 가스는 상기 소석고를 소성하는 소성 장치에서 생성되고 또한 상기 소석고로부터 분리된 고온다습 가스이며, 상기 냉각 장치는 소석고 도입구를 포함하는 소석고 공급 장치를 갖고, 상기 소석고를 급송하는 소석고 급송관이 상기 소석고 공급 장치에 접속되고, 상기 고온다습 가스를 급송하는 습윤 가스 급송관이 상기 습윤 가스 공급구와 연통하는 것을 특징으로 하는 소석고 처리 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 냉각 장치는 상기 냉각역을 형성하는 회전 교반식의 원통 형상 쉘과, 공기를 냉열 매체로 한 공냉식 열교환기를 갖는 다관식 냉각 장치이며, 상기 쉘의 회전 중심 축선은 수평면에 대하여 소정 각도를 이루고 경사져 횡방향으로 연장되고, 상기 소석고 도입구는 상기 쉘의 기단부 또는 일단부에 배치되고, 상기 냉각역에 도입된 소석고는 상기 쉘의 경사 구배를 따라 이 쉘의 선단부 또는 타단부로 이동하는 것을 특징으로 하는 소석고 처리 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 습윤 가스 공급구는 상기 소석고 도입구의 직경 또는 최대 치수(α)에 대하여, 상기 소석고 도입구의 중심 β를 중심으로 한 반경 1.5α의 원형 영역 또는 반구형 영역의 범위 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 소석고 처리 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소석고 도입구는 원형 윤곽을 갖고, 상기 습윤 가스 공급구는 상기 소석고 도입구를 동심 형상으로 둘러싸는 환상의 개구부, 또는 상기 소석고 도입구의 주위에 환상으로 배열된 복수의 개구부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 소석고 처리 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 소석고 공급 장치는 회전 구동되는 스크루부를 갖고 또한 상기 소석고 도입구를 향하여 소석고를 압출하는 스크루 피더식의 소석고 공급 장치이며, 상기 가수 장치는 상기 스크루부의 원통 형상 하우징을 둘러싸도록 배치된 습윤 가스 공급 장치를 갖고, 이 습윤 가스 공급 장치는 상기 습윤 가스 급송관을 상기 습윤 가스 공급구와 연통시키는 습윤 가스 유로를 갖고, 이 습윤 가스 유로는 상기 스크루부의 외주역에 형성된 환상 단면의 유로인 것을 특징으로 하는 석고 처리 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 습윤 가스 공급구는 상기 소석고 도입구의 중심 축선과 실질적으로 평행한 방향, 또는 이 중심 축선에 접근하는 방향으로 상기 분류 또는 토출류를 보내도록 배향되는 것을 특징으로 하는 소석고 처리 장치.
  8. 냉각전의 소석고를 수분과 접촉시킴과 아울러, 냉각역을 갖는 교반식의 냉각 장치에 의해 소석고를 냉각하는 소석고 처리 방법에 있어서,
    수분 또는 수증기를 포함하는 습윤 가스를 토출하거나 또는 분사하는 습윤 가스 공급구를 상기 냉각 장치의 소석고 도입구의 근방에 배치하고,
    상기 소석고를 상기 소석고 도입구로부터 상기 냉각 장치의 냉각역에 도입하고,
    상기 습윤 가스를 상기 습윤 가스 공급구로부터 상기 냉각역에 직접 도입하고,
    상기 냉각역에 도입된 직후의 소석고에 대하여 상기 습윤 가스의 분류 또는 토출류를 접촉시켜, 이 냉각역에서 소석고를 가수 처리하는 것을 특징으로 하는 소석고 처리 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 습윤 가스는 상기 소석고를 소성하는 소성 장치에서 생성되고 또한 상기 소석고로부터 분리된 고온다습 가스 또는 수증기이며, 상기 소석고는 상기 소석고 도입구를 갖는 소석고 공급 장치에 대하여 소석고 급송관에서 급송되고, 상기 소석고로부터 분리된 상기 고온다습 가스 또는 수증기는 습윤 가스 급송관에 의해 상기 습윤 가스 공급구에 급송되는 것을 특징으로 하는 소석고 처리 방법.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 냉각 장치는 상기 냉각역을 형성하는 회전 교반식의 원통 형상 쉘과, 공기를 냉열 매체로 한 공냉식 열교환기를 갖고, 상기 쉘의 회전 중심 축선은 수평면에 대하여 소정 각도를 이루고 경사져서 횡방향으로 연장되고, 상기 소석고 도입구는 상기 쉘의 기단부 또는 일단부에 배치되고, 상기 냉각역에 도입된 소석고는 상기 쉘의 경사 구배를 따라 이 쉘의 선단부 또는 타단부로 이동하는 것을 특징으로 하는 소석고 처리 방법.
  11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 습윤 가스 공급구는 상기 소석고 도입구의 중심 축선과 실질적으로 평행한 방향, 또는 이 중심 축선에 접근하는 방향으로 상기 분류 또는 토출류를 보내는 것을 특징으로 하는 소석고 처리 방법.
  12. 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 습윤 가스 공급구는 상기 소석고 도입구를 동심 형상으로 둘러싸는 환상의 개구부, 또는 상기 소석고 도입구의 주위에 환상으로 배열된 복수의 개구부로 이루어지고, 상기 분류 또는 토출류는 상기 소석고 도입구를 전체적으로 둘러싸도록 상기 냉각역에 유입하는 것을 특징으로 하는 소석고 처리 방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 소석고 공급 장치는 회전 구동되는 스크루부를 갖는 스크루 피더식의 소석고 공급 장치이며, 상기 습윤 가스 공급구를 갖는 습윤 가스 공급 장치가 상기 스크루부의 원통 형상 하우징을 둘러싸도록 배치되고, 상기 습윤 가스 급송관을 상기 습윤 가스 공급구와 연통시키는 환상의 습윤 가스 유로가 상기 원통 형상 하우징의 외주역에 형성되고, 상기 습윤 가스는 상기 습윤 가스 유로를 통하여 상기 습윤 가스 공급구에 급송되는 것을 특징으로 하는 소석고 처리 방법.
  14. 제 8 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 습윤 가스는 포화 수증기, 과열 수증기, 수증기 및 공기의 혼합기, 또는 소정 중량비 이상의 수분을 함유하는 기체인 것을 특징으로 하는 소석고 처리 방법.
  15. 제 8 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 습윤 가스는 0.1∼2.0kg/kg'의 범위 내의 수분량을 갖고, 상기 냉각역에 도입되는 소석고에 대하여 질량비 0.3∼6.0wt%의 비율의 유량으로 상기 냉각역에 도입되는 것을 특징으로 하는 소석고 처리 방법.
  16. 제 8 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 습윤 가스는 5∼25m/s의 범위 내의 유속으로 상기 습윤 가스 공급구로부터 상기 냉각역에 유입되는 것을 특징으로 하는 소석고 처리 방법.
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