KR840001915B1 - 일차 및 이차분말 성분의 균일 혼합방법 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

일차 및 이차분말 성분의 균일 혼합방법
제1도는 유동층혼합기, 보르텍 분쇄기(vortec mill) 및 이덕터(eductor)로 이루어진 본 발명의 장치의 투시도.
제2도는 본 발명의 태양에 따라 설계된 충돌장치(impingement device) 및 다수의 호퍼를 도시한 유동층합혼기의 단면도.
제3도는 제1도의 선 3-3을 따라 절단한 유동층혼합기의 부분적인 단면도.
제4도는 제1도에 도시된 보르텍 분쇄기의 확대된 단면도.
제5도는 제3도에 도시된 충돌장치의 확대된 단면도.
제6도는 제4도의 선 6-6을 따라 절단한 보르텍 분쇄기의 단면도.
본 발명은 uo2분말 및 이차 점착분말의 비균질 혼합물을 균일 혼합물로 전환시키기 위한 개선된 방법 및 장치에 관한 것이다. 좀더 상세히 설명하면, 본 발명은 제1도에 도시한 바와 같이 공기 이송시스템(pneumatic conveying system)으로 서로 연결된 개선된 유동층혼합기, 개선된 보르텍분쇄기 및 이덕터를 사용하여 전술된 분말들을 더욱 균일하게 혼합시키는 장치 및 방법에 관한 것이다.
우리는 미립고체의 혼합을 여러 방법으로 수행하여 왔다. 텀블 혼합기(tumble mixer), 리본 혼합기(ribbon mixer) 및 고전단 혼합기와 같은 몇 가지 형의 기계적인 혼합기들을 사용해 왔으며, 분출층 혼합기(spouting bed blender) 및 유동층 혼합기도 사용해 왔다. 통상은 uo2분말을 기계적인 텀블형 혼합기에서 1차적으로 혼합시킨다. 그러나 이러한 형의 혼합기는 uo2분말이 균일하게 혼합된 배치(batch)의 제조에는 적당하지 못하다. 균일한 혼합의 실패는 혼합성분의 유동층내에 형성된 정체대(stagnant zone) 또는 부동대(dead zone) 및 방출중의 분리문제에서 기인된다고 생각된다. 라손(Larson) 등의 미합중국 특허 제4,168,914호에는 개선된 발포-유동층 혼합기(bubbling-bed fluidized-bed blender)에 대해 기술되어 있다. 라손 등의 혼합기에서는 혼합하려는 비균질분말(바람직한 것은 uo2분말) 수용장치를 설치하여 선행 발포-유동층 혼합기의 문제점이었던 큰 부동대를 제거하였다. 언급된 혼합기는 이의 기저부에 유동그릿(fluidizing grid)이 설치된 수직지향 슬랩형 혼합용기로 이루어져 있다. 라손 등에 의해 설계된 유동그릿은 원추형 개구로 좁혀진 벽을 갖는 선형배열된 하향피라미드형 호퍼들로 이루어져 있다. 다수의 개스오리피스를 각 호퍼의 기저부에 설치하여 유동개스가 호퍼를 통하여 상승하도록 한다. 유동개스는 분말의 균질한 혼합을 이를 때까지 혼합에 충분한 속도로 공급시키며, 유동개스의 기포는 분말혼합물을 통하여 상승하여 분말에서 이탈하므로써 분말을 혼합시킨다. 오리피스를 설치한 선형배열 호퍼를 사용하여 선행 발포-유동층 혼합기에서 발생되는 부동대를 제거한다.
그러나, 유동층 혼합기에서 미세 및 점착분말을 혼합시키기 위한 공지된 장치들2 2
본 발명 이점은 통상의 공기 이송 시스템으로 서로 연결된 개선된 유동층 혼합기, 개선된 보르텍분쇄기 및 이덕터를 사용하여 얻는다. 유동층 혼합기는 혼합기의 기저부에 유동그릿이 설치된 수직지향 혼합용기로 이루어져 있다. 유동그릿은 선형 배열된 피라밋형 호퍼들로 이루어져 있으며, 각 호퍼의 기저부에는 유동분사개스를 도입시켜 각 호퍼의 벽을 따라 발산되는 난류형(swirl-pattern)의 상승을 유도하도록 설계된 오리피스가 설치되어 있다. 전향판(deflection plate)을 갖는 1개 이상의 충돌장치를, 유동층의 기저부에 인접하여 선형 배열된 피라미드형 호퍼의 상부에 위치시킨다. 이차분말과 개스의 혼합물을 예정된 압력하에 충돌장치로 도입시키며, 전향판은 이차분말 성분을, 수직지향 혼합용기 내에 미리 충진시킨 uo2분말의 난류 유동층에 균일하게 분산시킨다. 이차물질, 이차분말 물질 또는 이차분말 성분은 후술한 소수성, 친수성 또는 흡습성 물질의 혼합물로 이루어지며, 결합재와 같은 성분을 추가로 함유할 수 있다. 또한 이차물질, 이차분말 물질 또는 이차분말 성분은 소수성, 친수성 또는 흡습성과 같은 단일 첨가제일 수도 있다.
이차분말 성분과 개스의 혼합을 예정된 압력하에 보르텍분쇄기로부터 충돌장치로 이송시킨다. 혼합물중의 이차분말 성분은 비교적 큰 덩어리(약 1200미크론)로 존재하며, 이것을 예정된 압력하에 보르텍분쇄기로 이송시켜 이차분말 성분의 미립을 평균 입자 크기 약 10내지 약 60미크론, 바람직한 것은 약 15미크론으로 분쇄시킨다.
이차분말 성분 및 개스의 혼합물을 예정된 압력하에 이덕터로부터 보르텍분쇄기로 이송시킨다. 언급된 이덕터는 이차 물질도입구, 시스템 압력형성을 위한 개스유입구 및 내부 혼합실로 이루어져 있다. 이덕터의 혼합실에서 이차분말의 혼합물의 성분을 예정된 압력하에 공급된 불활성 개스의 난류(turbulence)와 우선 대강 혼합시키고, 이어서 압력하에 이덕터로부터 보르텍분쇄기로 공기이송시킨다. 미립을 보르텍분쇄기에서 분쇄시키고, 더 혼합시킨다. 이어서, 혼합물을 예정된 압력하에 분쇄기로부터 충돌장치로 이송시켜 유동층 혼합기로 도입시킨다. 미립을 언급된 충돌장치에 의해 uo2분말과 균일하게 혼합시킨다.
제1도에는 분말의 혼합을 위한 장치가 도시되어 있다. 장치는 기본적으로 하기와 같은 3개의 주요부로 이루어져 있다 : 개선된 유동층 혼합기(10), 개선된 보르텍분쇄기(11) 및 이덕터(12).
UO2분말과 전술된 바와 같은 소수성, 친수성 및 흡수성 물질의 분말인 이차분말 성분의 혼합을 제1도에서의 개선된 유동층 혼합기(10)에서 수행한다.
제2도에 도시한 바와 같이, 유동층 혼합기(10)은 이의 기저부에 유동그릿(14)가 설치된 수직지향 혼합용기(13)로 이루어져 있다. 유동그릿(14)는 제2도에 도시한2
제3도 및 제5도에 도시된 바와 같이, 충돌장치(20)은 변형된 새장형으로 설계되어 압력하에 유동층 혼합기로 도입되는 개스 및 이차물질의 혼합물을 조절하고 전향시키는 효과를 나타낸다. 좀더 상세히 설명하면, 충돌장치(20)은 전술된 전향판(21) 및 상판(22)로 이루어져 있다. 이 판들은 원형이며, 원주상에 위치시킨 4개의 버팀대(23)에 의해 수직적으로 이격되어 있다. 상판(22)의 중앙에는 구멍이 뚫려 있으며, 도관(24)에 적절하게 부착되어 있다. 이와 같은 장치를 사용하여 전술된 이차분말 성분 및 개스의 혼합물을 혼합용기 내의 uo2유동층에 도입시킨다. 압력은 이차분말을 도입시킬 때 전향판의 충돌판에 충돌하도록하여 이들 분말에 대한 조절효과를 제공하며, 이에 의해 도입되는 분말을 충돌장치의 주위에 균일하게 분사시켜 혼합용기 내의 유동층(9)에 균일하게 혼합시킨다. 또한, 도관은 구조상 유동층의 기저부에 인접된 유동층내의 예정된 위치에 충돌장치(20)를 지지한다. 비록 단 한개의 충돌장치에 대해 설명했지만, 호퍼(15)의 상부에 선형으로 설치된 다수의 충돌장치를 사용할 수 있다는 것은 자명하다.
제1도 및 제4도에 도시된 바와 같이, 도관(24)를 전술된 보르텍분쇄기(11)의 유출구(25)와 연결하여 개스 및 이차분말 물질의 혼합물을 분쇄기로부터 도관(24)로 이송시킨다. 이차물질 및 개스의 혼합물을 이덕터(12)로부터 제어입구(26)를 통하여 보르텍분쇄기(11)로 이송시킨다. 혼합물 중의 미립(액 1200미크론)들을 보르텍분쇄기에서 평균 입자 크기 약 10 내지 약 60미크론, 바람직한 것은 약 15미크론의 미립으로 분쇄시킨다.
이차분말 성분 혼합물을 바람직한 입자 크기로 분쇄시킨 후에, 압력하에 보르텍분쇄기(11)로부터 도관(36)을 통하여 제3도 및 제5도에 도시된 충돌장치(20)로 이송시킨다.
제1도에 도시한 바와 같이, 이차분말 성분 혼합물을 압력하에 이덕터(12)로부터 보르텍분쇄기로 공기이송시킨다. 유입구(33)를 통해 이덕터에 도입되는 개스의 효과에서 기인된 진공하에 이차분말 성분 혼합물을 도입구(34)를 통해 이덕터로 도입시킨다. 이덕터에 도입시키는 개스는 N2와 같은 불활성 개스이며, 제1도에 도시된 바와 같이 개스공급원(37)로부터 도입시킨다. 이차분말 성분 혼합물을 이덕터(12)로부터 보르텍분쇄기(11)로 공기 이송시킨다.
제3도에는 유동층 혼합기 내에 설치된 다수의 호퍼들 중의 한개와 혼합실 내에 위치시킨 충돌장치(20)와의 연결관계가 도시되어 있다. 본 발명에 사용된 유동층 혼합기는 공지된 형의 혼합기이며, 혼합용기(10)의 기저부에 유동그릿(14)가 설치된 수직지향 혼합용기(13)으로 이루어져 있다. 유동그릿(14)는 원추형 개구로 좁혀진 벽을 갖2"&"
제2도 및 제3도에 도시한 바와 같이, 본 발명의 유동층 혼합기는 유동그릿에 인접한 위치에 1개 이상의 충돌장치(20)를 설치한 점이 선행 유동층 혼합기와 다르다. 비록 단 한개의 충돌장치를 도식했지만, 다수의 충돌장치를 사용할 수 있다는 것은 자명하다.
제3도 및 제5도에 도시한 바와 같이, 충돌장치는 유입구(24), 원형 전향판(21), 원형 상판(22) 및 충돌 장치의 상판과 하판을 수직으로 이격시키기 위한 지지재 또는 버팀대(23)로 이루어진 새장형 구조를 하고 있다. 전술한 충돌장치의 특수 구조는 압력하에 도관(24)로 통하여 도입되는 이차분말 혼합물을 조절하고, 전향시켜 유동층의 혼합실에 도입되는 이차분말의 유입속도 및 유입압력을 감소시킬 목적으로 고2
제1도 및 제4도에 도시한 바와 같이, 이차분말 혼합물을 보르텍 분쇄기의 유입구(26)을 통하여 보르텍 분쇄기로 이송시켜 도입깔때기(27)을 통하여 분쇄기의 내부로 도입시킨다. 고압조작을 위한 베아링 시스템의 분쇄기를 사용하여 개스 및 이차분말 물질을 유동층 혼합기의 저부로 가압 분사시킨다. 보다 상세히 설명하면, 고압조작이 가능한 베아링 시스템의 보르텍 분쇄기를 사용하여 공기 이송 시스템 내에 고속의 개스 흐름을 형성하여 개스 및 이차분말 물질을 분쇄시킨 후에 유동층 혼합기로 이송시킬 때 이차물질의 집괴화를 감소시킨다.
이차분말 혼합물을 보르텍 분쇄기(11)의 도입 깔때기(27)을 통하여 도입시켜 원심회전자 조립체의 기저부의 스프레더(30)와 접촉시킨다. 이어서, 약 20.000rpm으로 조작되는 회전자의 원심운동에 의해 미립을 약 213m/s의 속도로 가속시킨다. 미립을 하부스프레더 및 상부 회전자판에 의해 형성된 통로(28)를 통하여 바깥을 향해 방사상으로 추진시키고, 하부스프레더(30)의 원주상에 위치시킨 탄화 텅스텐 충돌 블록(32)에 충돌시킨다. 이차분말 혼합물의 미립을 탄화 텅스텐 충돌 블록에 충돌시켜 분쇄시키고, 이어서 보르텍 혼합기로부터 도관시스템(36)을 통하여 유동층 혼합기(10)로 압력하에 이송시킨다. 본 발명에서 이차분말 미립을 분쇄시키기 위하여 보르텍 믹서뿐 아니라 모든 적당한 분쇄기 또는 분쇄장치를 사용할 수 있다는 것은 자명
제1도에 도시한 바와 같이, 선행설계형의 이덕터(12)는 이차물질 도입구(34), 개스 유입구(33) 및 개스 공급원(37)로부터 혼합실로 도입되는 불활성 개스의 난류에 의해 일차 분말성분을 1차로 혼합시키기 위한 내부 혼합실로 이루어져 있다. 전술한 바와 같이 이차분말 혼합물의 입자크기는 약 1200미크론이다. 또한 이덕터는 전 혼합장치의 조작에 필요한 압력을 도관 시스템(36)에 공급한다. 제1도에 도시한 바와 같이 이덕터의 유출구(35)를 도관 시스템(36)을 통하여 보르텍 분쇄기의 유입구(26)에 연결하여 이차분말의 1차 혼합물을 보르텍 분쇄기로 이송시킨다. 언급된 이덕터는 본 발명에 속하지 않으며 적당한 모든 형의 이덕터를 사용할 수 있다. 본 발명에 사용된 이덕터는 아메트크 인코포레이티드(AMETK Inc.)에서 시판하는 264형이다.
본 발명의 혼합장치는 uo2분말을 유동층 혼합기에서 물리적 특성이 상이한 분말과 균일하게 혼합시키는데 효과적이다. uo2분말은 혼합 용기(13)의 최상단에 위치시킨 나비형 밸브와 같은 밸브를 갖는 도입구(여기서는 도시하지 않았음)를 통하여 발포 유동층 혼합기에 도입시켜 혼합공정 중에 분말이 누출되는 것을 방지한다. 나비형 밸브는 본 발명에 속하지 않으며, 모든 적당한 형의 밸브를 사용할 수 있다. 먼저 혼합용기(13)에 비균질 또는 비혼합 분말의 혼합물을 혼합용기 높이의 약 1/2까지 충진시킨다. 혼합용기의 하부 1/2는 혼합실의 역할을 하고, 나머지 상부 1/2는 유동개스에 유입된 분말을 정치시키는 개스충만실의 역할을 한다.
이와 같은 형의 혼합기를 사용한 분말의 혼합은 혼합용기의 내부 압력을 약 1 내2
전술된 순환식 혼합을 수행한다 하더라도, 실제적으로 본문에 기술된 발포-유동
이차분말 혼합물을 이덕터에서 1차 혼합시킨 후에, 불활성 개스를 유입시켜 압력하에 보르텍 분쇄기(11)의 유입구(26)으로 이송시키고, 도입 깔때기를 통하여 보르텍 분쇄기의 내부로 도입시킨다. 이차 분말 혼합물을 보르텍 분쇄기의 도입깔때기를 통하여 도입시킬 때, 이차 분말 혼합물은 피라밋형의 돌출된 중앙부를 가지며 점차로 바깥으로 하향경사진 스프레더(30)의 표면에 충돌한다. 스프레더의 표면은 도입깔때기와 통해있는 상부회전자판과 함께 작동한다. 회전자판의 표면과 스프레더의 표면은 거의 비슷하며, 이에 의해 형성된 방사상 통로(28)는 점차로 협소해져서 방사상 통로의 원주상에 설치한 원형 충돌블록(32)과 인접된 위치에 원주상 출구를 제공한다. 스프레더는 약 20,000rpm으로 회전하며, 이 회전력은 도관시스템의 유입압력에 가세하여 불활성 개스에 유입된 이차 분말 혼합물을 방사상 통로를 통하여 가속시켜 약 213m/sec의 속도로 탄화 텅스텐 블록에 충돌시키므로써 이차 분말 혼합물의 평균 입자 크기를 약 1200미크론에서 약 5 내지 약 60미크론, 바람직하게는 약 15미크론의 입자 크기로 분쇄시킨다.
개선된 보르텍 분쇄기에서 바람직한 입자직경으로 분쇄된 이차 분말 혼합물을 개선된 유동층혼합기(10)에 충진되어 있는 uo2분말과 혼합시킨다.
불활성 개스에 유입시킨 이차 분말 혼합물을 제4도에 도시된 배출장치(25)를 경유하여 배출시키고, 도관시스템(36)을 통하여 충돌장치의 유입구(24)로 이송시킨
이차 분말 혼합물을 약 3 내지 약 5psig 바람직한 것은 약 3.5psig로 충돌장치의 입구(24)에 도입시켜 전향판(21)에 충돌시킨다. 새장형 구조의 충돌장치는 조절효과를 발생시키며, 충돌장치의 전향판은 유동층에 도입되는 이차 분말 혼합물의 유입압력을 약 2psig로 감소시킨다. 충돌판은 이차 분말 혼합물이 일차 분말성분의 유동층에 균일하게 분포 및 분산되도록 한다.
이차 점착 분말과 uo2분말의 혼합공정은 이덕터(12)를 가동시켜 이차 분말 혼합물, 도관시스템(36) 및 보르텍 분쇄기(11)을 가압시키므로써 개시된다. 거의 동시에 유동층 혼합기(10)을 가동시켜 유동층 혼합기내에 충진된 uo2분말을 불규칙하게 순환시킨다. 이덕터를 먼저 가동시켜 유동층 혼합기에 충진된 uo2분말이 충돌장치(20)을 통하여 도관시스템(36)으로 누출되지 않도록 한다.
개스 유입구를 통하여 약 25psig의 압력으로 불활성 개스(예 : N2)를 주입하여 이덕터를 가동시키고, 동시에 미리 냉각시킨 이차 분말 혼합물을 도입구(34)를 통해 이덕터의 내부 혼합실로 도입시키고, 개스유입에 의해 발생한 난류하에, 약 5psig 미만의 압력하에 대강 혼합시킨다.
혼합시키려는 이차 물질은 통상적으로 소수성 물질, 친수성 물질 또는 흡습성 물질이다. 이차 물질은 이의 점착성 때문에 쉽게 큰 덩어리를 형성하여 잘 분산되지 않는
하기와 같은 소수성 물질은 물에는 잘 용해되지 않지만, 서로 잘 결합한다. 스테아린산 아연, 오일, 지방 및 왁스. 따라서 이와 같은 물질의 혼합을 위해서는 이들 덩어리를 분산시키기 전에 분쇄시켜야 한다.
친수성 물질은 물에 잘용해 되며, 서로 잘 결합한다. 이런 물질에는 탄수화물(예 : 녹말, 식물성 고무 등) 및 복합단백질이 포함된다. 이와 같은 물질도 역시 혼합시키기 전에 분쇄시켜야 한다.
중탄산 암모늄, 옥살연 암모늄, 염화칼슘 및 염화아연을 포함하는 무기물질은 세번째 부류인 흡습성 물질이다. 이들 물질은 공기로부터 수분을 흡수한다. 좀더 상세히 설명하면, 조해물질은 공기로부터 흡수된 물에 용해성인 수용성염의 흡습성 분말이다. 이들 물질은 취급이 어려우며, 건조상태로 공급해야 한다.
이덕터에서 대강 혼합된 이차 분말물질 혼합물을 약 1 내지 3psig, 바람직한 것은 약 2psig의 압력하에 보르텍 분쇄기로 공기 이송시켜 바람직한 입자 크기로 분쇄시킨다. 보르텍 분쇄기의 작용에 의해 약 2psig의 압력을 추가하여 다소 고압하에 혼합물을 보르텍 믹서로부터 혼합용기로 이송시킨다. 따라서, 전술된 바와 같이 분쇄된 이차 분말 혼합물을 압력하에 유동층 혼합기에 설치한 충돌장치로 공기 이송시키고, 일차 분말 혼합물(여기서는 uo1)의 발포층에 의해 일차 및 이차 분말을 균일하게 혼합시킨다.
일단 uo2분말과 이차 분말을 균일하게 혼합시키면, 균질 혼합물을 각 호퍼의 개구에 설치한 다수의 밸브장치를 사용하여 호퍼로부터 배출시킨다. 이들 밸브들은 분말

Claims (1)

  1. 일차 분말 성분을 압력용기(13)에 도입시켜 용기내에서 일차 분말 성분의 유동층(9)을 형성하고, 이차분말 성분 혼합물을 분쇄시키고, 분쇄된 이차 분말 성분 혼합물을 압력하에 일차 분말 성분의 유동층내에 설치된 전향판(21)에 충돌시켜, 이차 분말 성분 혼합물을 압력용기(13) 내의 일차 분말 성분 혼합물에 균일하게 분산 혼합시킴을 특징으로 하는, 일차 및 이차 분말 성분의 혼합물의 균일 혼합방법.
KR1019810000407A 1980-02-11 1981-02-10 일차 및 이차분말 성분의 균일 혼합방법 KR840001915B1 (ko)

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KR830004877A KR830004877A (ko) 1983-07-20
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