KR840000248B1 - 요소환(尿素丸)의 제조방법 - Google Patents

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헨드릭 빌렘스 미카엘
빌렘 클록 잔
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우니 반 쿤스트메스트 화브리켄 베 · 뷔
엘 · 프론크, 제이 · 에프 · 쿠푸만스
우니 반 쿤스트메스트 화브리켄 베·뷔
제이·에프·쿠푸만스
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Abstract

내용 없음.

Description

요소환(尿素丸)의 제조방법
제1도는 생성된 요소환의 표피에 기공이 형성된 모습을 찍은 사진이다.
제2도는 요소환의 충격강도와 결정씨드의 수의 관계도를 나타낸 도표이다.
제3도는 본 발명에 의해 생성된 요소환의 사진이다.
본 발명은 씨드(seed)물질 등이 분산되어 있는 냉각구역을 통하여 냉각개스를 융성물 낙하의 역방향으로 주입시키면서 실제적으로 수분이 제거된 요소융성물을 낙하시켜서 요소환을 제조하는 방법에 관한 것이다.
고체의 요소입자들이나 교질상태의 다른 씨드물질이나 안개처럼 존재하는 냉각구역 속에서 실질적으로 수분이 없는 요소용해물을 분사시키면서 그 역방향으로 냉각개스를 주입시켜 요소환을 얻는 방법은 이미 공지된 사실이다(미국특허 제3,450,804호 명세서 참조). 이러한 방법에서는 표면에서 내부로 냉각되어가면서 실질적으로 같은 방향으로 배열된 큰 결정체들의 수가 제한되고 나머지 환이 냉각되고 고체화되는 도중에 처음 형성된 표피가 어떤 부분에서는 내부로 흡입되어져 기공이 형성된다(제1도 참조). 이 결과로 요소환들은 충격강도가 감소되고 운반과 제조과정에서 분쇄되어 미분화한다.
이러한 결점들은 대량운반시에 현저하게 나타난다.
위에 설명한 결점들은 냉각구역에서 2-10미크론(mircron) 크기와 냉각개스 1m3당 8-25mg양의 결정입자들을 씨드로 분산시킴으로써 기동이 제거되고 결정체들의 무작위배열을 가진 요소환을 얻을 수 있게 개선될 수 있다.
2미크론 이하의 입자는 씨드물질로서는 효과가 없는데 왜냐하면 냉각개스에 의해 낙하하는 융성물을 둘러쌀 뿐 융성물과 직접 부딪히지 않기 때문이다.
10미크론 이상의 입자들은 적용가능하나 2-10미크론의 입자와 같은 효과를 나타낸다.
이런 입자들의 사용은 결국 많은 양의 씨드물질을 사용하게 된다. 그러므로 4-8미크론의 입자들이 적당하다.
입자들의 크기 뿐만 아니라 분사되어지는 요소융성물의 크기도 필요한 씨드물질의 양을 좌우한다.
1-3mm 직경 크기의 요소환을 만들려면 1m3의 냉각개스에 2-10미크론의 입자 8-25mg의 씨드물질이 필요하다. 이 경우 1m3의 냉각개스에는 0.01×109에서 4.5×109개 정도의 입자가 들어있다.
10미크론인 경우 이 값은 감소할 것이고 2미크론인 경우는 증가한다. 씨드로서는 요소입자를 사용하는 것이 좋은데, 이것은 요소환이나 요소결정을 분쇄해서 얻을 수 있다.
분쇄성과 유동성을 증가시키기 위해서는 해산제를 분쇄될 요소결정들에 첨가한다. 적당한 해산제로서는 고지방산의 칼슘염, 마그네슘염, 아연염, 알루미늄염이나 점토, 활석 방해석, 혹은 세피얼라이트(sepiolite) 등이 적당하고 여기서는 스테아린산칼슘(Calcium Stearate)이 특히 좋다. 분사될 융성물은 요소액을 증발시키거나 요소결정들을 융해시켜 만든다.
요소결정을 용해시켜서 분사하면 프릴링탑(Prilling tower)같은 가능한 한 분사시설 상부 뷰렛(biuret)의 생성을 억제할 수 있는 장점이 있다. 결정들은 공기역학적으로 프릴링탑의 상부에서 원심분리기에 의해 운반개스와 분리된 다음 용해된다. 원심분리기는 2-10마이크론 크기의 입자들을 운반된 기체들에 의해 방출할 수 있게 조정한다. 방출후 미세한 요소입자들이 분산되어 있는 운반개스는 냉각부의 냉각개스에 첨가되는데 이때 적은 양의 분쇄된 씨드물질이 필요하게 된다. 분사된 방울이 환으로 응고되는 과정에서 냉각의 방법이나 냉각속도에 따라 결정들의 크기가 달라진다.
무작위 배열의 작은 결정들로 구성된 요소환의 충격강도는 같은 배열의 큰 결정들로 구성된 요소환보다 훨씬 크다. 결정화 온도에서 요소환의 작은 결정들의 생성은 미세하고 많은 양의 씨드물질과 융성물 방울이 접촉될 때 증진된다. 여기서 미세한 입자는 결정씨드로서 적용된다.
환의 충격강도와 결정씨드의 수의 관계는 제2도에서 평균직영(d50)이 약 2mm(즉 50% 환의 직경이 2mm, 혹은 그 이상의 직경)인 환에 대한 실험결과로 나타나고 환의 직경에 대한 오차는 최고 ±40%이다.
종축은 충격강도를 나타낸 것이고 횡축은 1개의 환당씨드의 수이다. 충격강도는 다음과 같이 측정되었다.
즉 일정량의 환을 공기의 작용으로 20m/초속도와 45°의 각도로 강판에 충돌시켜서 파괴되지 않는 환의 수를 백분율로 나타낸다.
제2도에서 보면70%의 충격강도를 가질려면d50=2mm인 환 1개당 10개 이상의 씨드를 가져야 함을 알 수 있다. 80% 이상의 충격강도도 쉽게 얻어질수 있는데 이는 d50=2mm인 환 1개당 20개 이상의 씨드를 필요로 한다. 실제로 좋은 충격강도를 가진 환을 얻기 위해서는 요소융성물 2000kg당 2-10미크론 크기의 요소입자 0.125-0.375kg의 요소분말이 씨드로서 필요하다. 또 적당한 충격강도를 얻기 위해서는 냉각개스의 상대습도가 증가할수록 많은 양의 씨드가 필요하게 됨이 밝혀졌다. 요소에 대해 불활성이어야 하는 냉각개스로는 공기, 질소나 이산화탄소 등이 있으나, 실제로는 공기가 많이 쓰이다.
위에서 언급한 씨드의 양이면 최고의 상대습도를 가진 공기인 경우도 충분하다.
씨드물질은 하나 혹은 둘 이상의 장소에서 가능한 한 균일하게 분산되도록 냉각구역에 공급된다. 냉각구역에서의 미세한 요소입자들의 분산을 유지시키기 위해서는 모든 대기상태하의 냉각공기의 수증기압은 냉각공기의 온도에서 요소입자들의 수증기압보다 같거나 작아야 한다. 만약 냉각공기의 수증기압이 더 크면 요소입자가 용해되어 씨딩(seeding)의 효과는 완전히 없어지게 된다. 그러므로 씨드물질의 공급장소는 그 장소에서의 냉각공기의 수증기압이 씨드물질의 수증기압보다 같거나 작을 정도로 가열될 수 있게 선택되어야 한다. 물론 냉각구역에 씨드물질을 공급해 주는 공기 역시 낮은 수증기압을 가져야 한다. 이 장소에서의 공기는 예를들면 50℃ 정도로 사전건조, 가열되기도 한다.
미세한 요소입자 외에도 다른 결정물들이 씨드로서 사용될 수 있는데 이러한 예는 분필, 석고, 염화칼륨(potassium chloride) 등이다. 이와같은 다른 종류의 씨드물질이 사용된 때는 요소환은 이들에 의해 오염되어 어떤 목적에는 덜 적합하다.
본 발명에 의해 얻어지는 환은 작은 결정들로 되어 있기 때문에 좋은 충격강도를 가지고 있다.
제3도에서 본 발명에 따른 요소환을 나타내었다.
본 발명은 다음 실시예에서 자세히 설명된다.
[실시예]
52m 높이의 프릴링탑에서 시간당 40,000kg의 99.8% 요소융성물이 138℃의 온도로 구멍이 직경이 1.3mm인 회전프릴링통(prilling bucket)에 의해 분사된다.
프릴링탑 주위의 네곳에서 공기와 평균크기가 4미크론인 2-10미크론의 요소입자들이 혼합된 상태로 배출기에 의해 관을 통해 들어가서 가능한 한 균일하게 분산된다.
입자들은 3% 스테아린산 칼슘이 첨가된 요소환을 분쇄해서 얻은 것이다. 파이프 속의 통과속도는 35m/초, 운반공기의 상대습도는 30%였다. 프릴링탑의 씨딩구멍은 프릴링통의 20m 아래에 위치한다.
탑의 밑에서 냉각공기기 공급되는데 그 방향은 분산된 요소융성물에 대한 반대방향이며 입구의 온도는 20℃, 양은 600,000m3/hr이다. 씨드물질의 양은 여러 냉각공기의 상대습도(RH)에 따라 변화된다.
각 실험으로 얻은 요소환의 충격강도(IS)가 측정되어서 다음의 도표에 나타나 있다.
[도 표]
Figure kpo00001
도표로부터 같은 충격강도를 얻기 위해서는 낮은 상대습도보다 높은 상대습도에서 더 많은 씨드물질을 필요로 한다는 것을 알 수 있다.
실험 9와 10에서, 씨드물질을 첨가하지 않은 것은 씨드물질을 첨가한 것보다 훨씬 작은 충격강도를 나타냄을 보여준다.
본 발명을 요약하면 다음과 같다.
수분이 제거된 요소융성물을 낙하시켜서 좋은 충격강도의 요소환을 제조함에 있어서 융성물낙하의 역방향으로 냉각개스를 통과시키고 2-10미크론 크기의 결정입자들을 냉각구역에 분산시키는데, 냉각개스 1m3당 4-8미크론/크기의 입자 8-25mg의 양이 유지되어야 좋다.
입자들은 결정요소를 분쇄해서 얻을 수 있다.

Claims (1)

  1. 씨드물질을 분산시킨 냉각구역을 통하여 실질적으로 수분이 제거된 요소융성물을 낙하시키면서 냉각개스를 역방향으로 주입시켜 요소환을 제조함에 있어서 냉각개스 1m3당 2-10미크론 크기의 결정입자 8-25mg을 냉각구역에 분산시키는 것을 특징으로 하는 요소환의 제조방법.
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