KR920002380B1 - 건조방법 및 장치 - Google Patents

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페르미안 리서치 코오퍼레이션
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Abstract

내용 없음.

Description

건조방법 및 장치
제1도는 본 발명의 건조 시스템을 도시하는 개략적인 흐름도.
제2도는 본 발명의 건조기의 내부구조를 도시하는 단면입면도.
제3도는 제2도의 3-3선에 따른 본 발명의 건조기의 부분 평면도.
제4도는 제2도에 나타낸 본 발명의 건조기의 샤프트 앵커판을 도시하는 평면도.
제5도는 본 발명의 건조 시스템의 가스흐름 제어기구를 채용한 가스흐름 제어판을 도시하는 평면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 건조 시스템 12 : 공급호퍼
14 : 건조기 16 : 샤프트
18 : 모터 24 : 배출구
34 : 사이클론 38 : 마이크로필터
40 : 응축기 46 : 송풍기
50 : 댐퍼기구 60 : 입구흐름 제어밸브
64, 68 : 데시케이터 74 : 출구흐름 제어밸브
78 : 가열기 82 : 측벽
84, 86, 102, 104, 108, 110 : 교반아암
96, 98, 100 : 배플판 124 : 첫째 흐름분리기
136 : 보조분리기 150 : 가스흐름 제어판
154 : 물질이 충만되는 공간
본 발명은 건조방법 및 장치, 더 상세히는 중합체의 건조에 이용하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명의 한가지 태양은 특히 폴리에틸렌 테레프탈레이트의 펠렛 또는 과립과 같은 결정성 중합체를 건조시키는 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명의 다른 태양은 폴리에스테르 및 폴리아미드와 같은 중축합 중합체를 후응축(aftercondensation)시키는 방법 및 장치에 관한 것이다.
미세하게 분할된 재료의 수분을 효과적으로 효율적으로 감소시킬 수 있는 건조기에 대한 요구는 잘 알려져 있다. 그러한 재료를 건조시킬 때 흔히 부딪히는 한가지 문제는 군집(clumping)과 집괴(agglomeration)이다.
어떤 종래기술은 건조하는 동안 입상물질을 교반하기 위하여 샤프트를 회전시키고 아암으로 교반하는 것을 이용한다. 다른 기술은 건조하는 동안 입상물질의 층을 유동시키기 위하여 고압하에 분사되는 고온가스를 이용하는 것이다.
또다른 기술은 건조시키기 위하여 교반장치와 고온가스의 분사를 병용하는 것이다. 그러나 통상의 상업적으로 입수가능한 건조기와 그 사용방법은 여전히 문제점이 남아 있다.
그러한 문제점에는 예컨대 교반아암의 회전에 의한 습한 입상물질의 패킹; 불완전한 건조, 집괴 및 부분과열을 초래하는 편류; 건조기로부터 필터 및 오버헤드 회수 시스템으로의 고체의 이동; 소망스럽지 못한 반응생성물을 효과적으로 제거할 수 없는 것; 과도한 에너지 사용; 등이 있다.
후속의 성형 또는 압출작업을 위해 비정질 또는 결정성 중합체를 만족스럽게 제조하기 위하여 흔히 건조가 필요하다. 예컨대 탄산음료병을 성형하는데 사용되는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 펠렛은 패리슨을 사출성형하기전에 건조되고 그것으로부터 병이 취입되는 것이 일반적이다.
비정질 중합체의 후응축용의 통상의 방법 및 장치는 미국특허 제4,585,366호에 개시되어 있다.
비정질 중합체 특히 폴리에스테르의 후응축에서 사전에 부딪히는 두가지 주요한 문제는 응집과 아세트알데히드와 같은 소망스럽지 못한 가스상 반응생성물의 제거이다. 강압공기 또는 비활성가스에 의해 결정성 PET의 정상층(static bed)으로부터 알데히드를 제거하는 것은 특히 미국특허 제4,230,819호에 개시되어 있다.
이들 두 문제를 극복하기 위해 제시된 상기 개시의 방법 및 시스템에서 다른 문제, 즉 그들의 유용성과 효율성을 제한하는 문제가 발생한다. 따라서 회전드럼 건조기는 응집을 제한하기 위해 채용되었으나 그의 효과는 먼지의 형성, 고에너지 소모 및 연속공정이 아닌 배치식 작업의 요구에 의해 상쇄되었다.
건조용기와 같은 컬럼 또는 간단한 샤프트를 사용하면 그러한 용기의 상부에 과립이 집괴하는 결과가 되어 덩어리를 부수기 위해 배출부에서 파쇄 또는 박리장치를 사용해야 하기 때문에 에너지 소비가 늘어나고 먼지가 형성된다.
그러한 문제점을 피하기 위해서 다른 사람들은 재응축전에 중합체를 예비결정하기 위해 유동층을 채용하였다. 그러나 유동층으로서는 입자의 잔류시간을 제어하기가 어렵다. 에너지가 또한 많이 요구되고 2단계공정의 각 단계마다 별도의 용기가 필요하다.
미국특허 제4,584,366호에서 그 발명자들은 2개의 스택부분을 구비한 단일용기로 이루어진 장치를 개시하고 있다. 상부는 편평한 교반바아가 부착된 회전샤프트로 구성된 교반기를 포함한다.
상부로부터 중력에 의해 떨어져 내리는 하부는 단지 분리나 방해를 받지 않고 중합체가 흐르는 실린더형용기이다. 고온의 비활성가스가 각 부분의 하부로 분사되고 여과, 건조, 제가열 및 재순환되는 수집 시스템으로 중합체층을 통해 상방으로 흐른다. 그러나 미국특허 제4,584,366호에 개시된 장치는 PET 과립을 적절히 건조 및 재응축시키기 위해서는 5기산의 잔류시간이 요구된다.
미세하게 분할된 입상물질, 더 상세히는 PET 펠렛 또는 과립과 같은 중합체 물질을 5시간보다 훨씬 짧은 시간에 건조할 수 있는 중합체 건조기, 건조기 시스템 및 작동방법이 요구되며 그에 의해서 상응하는 생산고가 이루어진다. 이 장점은 다른 요인에 의해 생산고의 얻어진 장점이 상쇄되는 범위까지 자본투자 및 작업비용의 필요한 증가없이 얻어져야 한다. 또한 생산고의 장점은 제품의 물성을 희생함이 없이 달성되어야만 한다.
식품등급의 용도에 사용하려는 PET 과립에 있어서 이것은 재응축된 중합체의 아세트알데히드 수준이 특정된 최대수준 이하로 유지되어야 한다는 것을 의미한다.
또한 재응축된 중합체로부터 성형되는 제품의 성형성 및 구조적 통합성은 건조되어 응축된 중합체의 본래의 점도가 특정의 허용가능한 범위내로 유지되는 것을 요구한다.
본 발명에 따르면 본 발명의 사용을 위해 얻어지는 장점을 상쇄하는 관련된 단점없이 상기의 모든 장점이 달성되는 건조기, 건조 시스템 및 방법이 제공된다.
본 발명의 건조기는 실린더형 용기를 통해 하방으로 흐르는 입상물질을 가열공기의 향류(countercurrent flow)와 접촉시키는 것이다.
본 발명의 한 구체예에 따르면 응집없이 중합체의 생산고와 건조를 향상시키기 위해서 특별히 고안된 배플과 소공의 분리기를 구비한 특별히 고안된 회전 교반기를 채용한 개량된 1단계 중합체 건조기가 제공된다.
본 발명에서 사용되는 회전 교반기는 샤프트에 고정된 관계로 부착되는, 원주방향으로 이격된, 하방으로 기울어진 교반아암의 복수개의 축방향으로 이격된 배열을 가진 중심에 배치된 회전가능한 샤프트로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 방법에 따라 사용될 때 본 발명의 장치는 중축합물로부터 가스상 반응생성물을 건조 및 제거하는데 탁월한 효과를 나타낸다.
본 발명의 다른 구체예에 따르면 본 발명의 건조기 및 건조 시스템의 사용을 통해 중합체를 건조시키는 방법이 개시된다. 본 방법의 특히 바람직한 구체예에 따르면 하방으로 흐르는 중합체를 약 170 내지 200℃(약 340 내지 385℉) 범위의 온도에서 질소와 같은 불활성 가스 또는 공기의 상방으로 흐르는 기류와 중합체 시간 당 1파운드(1lb/hr)에 대하여 가스 약 1.0 내지 1.5, 가장 바람직하게는 1.3분당 입방피트(ft2min)의 비율로 접촉시킴으로써 유리한 결과가 달성된다.
도면을 참조해서 본 발명을 더 기술 및 설명하는 바, 각 도면에서 같은 부재번호는 같은 부품을 지칭한다. 건조 시스템(10)은 건조기(14)와 제1도에서 개략적으로 도시한 관련보조장치로 구성된다.
제1도를 참조하면 건조 시스템(10)에는 바람직하게는 공급호퍼(12), 사이클론(34), 필터(38), 오버헤드 응축기(40), 송풍기(46), 가스흐름 제어기구(50), 건조장치(64,68), 방향성 입구흐름 제어밸브(60), 방향성 출구흐름 제어밸브(74), 가스 가열기(78)로 구성된다.
입상물질은 공급호퍼(12)로부터 공급입구(22)를 통해 건조기(14)에 공급된다. 입상공급물질은 비교적 미세하게 분할된 입상고체물질 또는 낟알과 낟알생성물을 포함하는 그의 혼합물; 모래; 목재가루; 비료 및 다른 입상 화학적 화합물; 중합체 과립, 플레이크 또는 펠렛(비정질, 부분결정 또는 결정질의 것이나 본래의 것 또는 재분쇄된 것을 포함한다)등의 어느 하나일 수 있다.
공급입구(22)를 통해 건조기(14)에 도입되는 입상물질은 중력흐름에 의해 용기를 통하여 하방으로 흘러서 출구(24)를 통해 배출된다. 고온가스는 가스도입구(28)를 통해 가스공급관(26)으로부터 건조기(14)로 송풍된다. 고온가스는 공기, 또는 비교적 값이 싼 질소와 같은 비활성 가스가 바람직하다.
고온가스는 건조기(14)의 내부에서 입상물질을 거치면서 상승하여 입상물질을 가열 및 건조하면서 수분, 미세물질, 경우에 따라서는 반응물을 픽업한다.
소모된 가스는 입상물질을 통해 상방으로 통과한 후에 가스배출구(30)을 통해 배출되고 사이클론(34) 및 마이크로필터(38)를 통해 흘러서 먼저 함유된 미세 입상물질을 제거한다. 여과된 가스는 이어서 응축기내로 흘러들어가 바람직하게는 탑을 수냉시켜 냉각하고 데시케이터(64)에 들어가기 전에 대부분의 액체가 응축된다.
응축된 액체는 응축물 배출구(42)를 통해 ;(40)에서 배출되고 응축되지 않은 가스는 송풍기 공급관(44)을 통해서 송풍기(46)로 공급된다. 송풍기(46)는 송풍기 배기관(48), 가스흐름 제어기구(50) 및 데시케이터 공급관(52)을 통해 가스를 배출한다.
데시케이터 공급관(52)을 통한 가스흐름은 방향성 입구흐름 제어밸브(60)에 의해 어느 한 데시케이터 또는 다른 데시케이터로 향한다.
두 데시케이터는 한 데시케이터가 가스로부터 부가적인 수증기를 제거하는 동안 다른 데시케이터는 재생되는 건조기 시스템(10)을 채용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 구체예에 따르면 데시케이터(64,68)는 각기 유니언 카바이드사에서 시판하는 ＂MicroSeive 건조제의 펠렛인 4ADG 1/8＂을 약 1050파운드 포함하고 한 데시케이터에서 다른 데시케이터로의 흐름의 전환은 연속공정에서는 매 4시간마다 하는 것이 바람직하다.
매 4시간 주기후에 사용중이 아닌 데시케이터의 건조제는 제1도에는 도시되지 않은 통상의 보조가열기 및 송풍 시스템에 의해 재생된다. 건조제층을 통과한 가스는 처리되는 출구판(70,72) 및 방향성 출구흐름 제어밸브(74)를 통해 배출되어 가열기 공급관(76)으로 들어간다.
가열기 공급관(76)은 여과된 건조가스를 가열기(78)에 공급하여 가스는 다시 소망하는 온도까지 가열된 후 가스공급관(26) 및 도입구(28)를 통해 건조장치(14)로 분사된다.
누출 또는 다른 손실을 보상하기 위하여 재순환 가스 시스템에 요구되는 어떠한 보충가스도 송풍기의 도입구에 인접하여 시스템내로 도입된다.
건조되는 입상물질과 적용되는 온도 및 유속에 따라, 통상의 가스―가스 열교환기 즉 가스 가열기(78)에 도시되기 전에 건조기(14) 및 응축기(40) 사이의 곳에 오버헤드 가스류로부터 열에너지를 전달하도록 되어있는 열교환기를 통해 데시케이터(64,68)를 떠난 가스를 순환시키는 경우에 추가적인 에너지 절약기 얻어질 수 있다.
건조기(14)를 제2도 내지 제4도를 참조해서 더 설명한다. 건조기(14)는 위벽(80)과 측벽(82)으로 이루어진 실질적인 실린더형 용기가 바람직하다. 측벽(82)의 상부는 그 길이의 긴 부분으로서 실질적으로 원통형이 바람직하다.
측벽(82)의 하부는 그 길이의 작은 부분으로서 측벽(82)의 실질적인 원통형 상부로부터 하방으로 연장됨에 따라 안쪽으로 경사지게 되어 있는 것이 바람직하다.
그에 따라 측벽(82)의 하부는 상부 직경에 대응하는 위 직경과 출구(24)직경에 대응하는 출구(24)의 직경에 대응하는 하부 직경을 가지는 원추대부분을 규정한다. 교반기 샤프트(16)는 측벽(82)의 수직축과 동축으로 회전가능하게 설치되는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 구체예에 따르면, 샤프트(16)의 직경은 5인치이다. 샤프트(16)의 아래 말단은 용기의 출구(24)의 내부에 배치되고 샤프트 앵커판(116)에 볼트 고정된 베어링(114)에 의해 지지된다.
제4도를 참조하면 샤프트(16)는 오리피스(118)를 통해 하방으로 연장되고 베어링(114)은 볼트구멍(123)을 통해 샤프트 앵커판(116)에 볼트 고정된다. 샤프트(16)의 위끝은 제1도에 도시된 바와같이 위벽(80)을 통해 상방으로 연장되어 모터(18)에 의해 체인구동(20)을 통해서 구동된다. 본 발명의 바람직한 구체예에 따르면 모터(18)의 정격출력은 20마력이다.
원주상 이격된 교반아암의 축방향 이격된 복수개의 세트(조)는 샤프트(16)에 고정된 관계로 연결되는 것이 바람직하다. 교반아암의 간격과 개수는 건조기(14)의 전체크기에 관련하여 변할 수 있지만 본 발명의 바람직한 구체예에 따르면 도면에 도시된 구조는 시간 당 중합체 약 1000파운드의 생산고를 가지는 장치로서 만족스럽게 채용될 수 있다.
제2도 및 제3도를 참조하면 교반아암의 최상의 세트는 바람직하게는 인접해서 배치되는 지점에서, 가장 바람직하게는 연속작업을 하는 동안 건조기(14)내에서 입상물질이 충만되어 유지되는 수준 약간 아래에서, 축과 연결된 교반아암(84,85,86)으로 이루어지는 것이다.
각 교반아암은 샤프트(16)보다 직경이 더 작고 하방으로 경사져 있어 축을 포함한 각이 약 40 내지 45도를 이루는 것이 바람직하다. 각 캡(88)은 각 교반아암(84,85,86)의 끝에 제공된다. 지지로드(90,92,94)는 교반아암(84,85,86) 사이에 가로질러 연장됨으로써 평행한 구조적 지지를 제공한다. 교반아암(84,85,86)의 길이는 아암의 측벽(82)의 내부로 대향하는 표면의 약 2.5인치내까지 연장되는 것이 바람직하다.
다음의 원주상 이격된 교반아암의 축방향 이격된 세트는 교반아암(102,104)과 제2 또는 3도에는 도시되지 않은 교반아암(85)의 아래에 배치되는 제3의 교반아암으로 구성된다. 각각의 교반아암(102,104) 및 제3교반아암은 말단캡(106)을 더 포함한다.
제3의 교반아암의 축방향 이격된 세트는 교반아암(108,110)과 제2 또는 3도에는 보이지 않은 교반아암(85)의 아래에 배치된 제3 교반아암으로 구성된다. 각 교반아암(108,110)과 제3교반아암은 말단갭(112)을 더 포함한다.
제2도에 표시된 교반아암의 축방향 이격된 세트가 도시를 용이하게 하기 위해 상하로 나란히 정렬되어 도시되었지만 각각의 교반아암의 축방향 이격된 세트는 용기내에서 더 중첩된 교반패턴을 얻기 위해서 교반아암의 다음 인접한 세트와 비교해서 원주상으로 회전한 위치로 샤프트(16)에 부착할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
제2도에 표시된 교반아암의 각 축방향 이격된 세트는 3개의 교반아암으로 되어 있지만 교반아암의 수도 역시 각 축방향 이격된 세트에서 변할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 바람직한 구체예에 따르면 각각의 축방향 이격된 세트에서 교반아암은 샤프트(16)주위에 원주방향으로 등간격이고 건조기(14)의 모든 교반아암은 직경 1인치 스케줄 80파이프로부터 제작된다.
제2도에 도시된 바와 같이, 교반아암의 도개의 아래쪽 세트의 각각에서 교반아암의 길이는 위에 배치된 세트 또는 세트들보다 짧다.
본 발명의 바람직한 구체예에 따르면 각 축방향 이격된 세트에서 교반아암의 길이는 같고 교반아암의 최외연장부와 중합체 건조기 및 재응축기(14)의 내부고정물 사이의 가장 가까운 부분까지의 반경방향 거리는 약 1 내지 3인치, 가장 바람직하게는 약 2 내지 2.5인치가 되는 그런 길이이다. 교반아암의 길이 및 직경과 교반하는 동안 이들에 가해지는 힘의 크기에 따라 더 짧은 교반아암을 위한 축방향 지지봉이 필요할 수 있다.
제2 및 3도를 다시 참조하면, 건조기(14)는 바람직하게는 첫째 흐름분리기(124), 즉 바람직하게는 원추대의 다공성 금속구조물로서 최상부엣지(128) 및 최하부엣지(130)로 규정되며, 제1상방 및 내부로의 대향표면과 제2하방 및 외부로의 대향표면을 가지고, 두께는 약 1/8인치인 분리기를 더 포함할 수 있다.
최상부엣지(128)는 측벽(82)이 내부로 기울어지는 수준의 위의 점에서 측벽(82)에 용접과 같은 방법으로 고정되는 것이 바람직하다.
최하부엣지(130)는 실린더형 출구흐름분리기(126)의 최상부엣지와 같은 범위인 것이 바람직하다. 출구흐름분리기(126)는 첫째 흐름분리기(124)와 같은 금속으로 제작하고 용접 또는 다른 유사한 효과적인 수단에 의해 첫째 분리기에 고정된 관계로 연결되는 것이 바람직하다.
출구흐름분리기(126)의 베이스는 구명(122)을 통해 최하부엣지를 따라 용접 또는 플랜지의 볼트 체결(제2도에 도시되지 않음)에 의해 중합체 오리피스(120)의 반경방향 외측에서 샤프트 앵커판(116)에 고정된 관계로 연결되는 것이 바람직하다.
첫째 흐름분리기(124) 및 출구 흐름분리기(126)는 그들의 표면에 1/8인치 직경의 구멍(132,134)이 3/16인치로 이격되어 각각 다이아몬드 패턴으로 드릴되어 천공되는 것이 바람직하다. 구멍(132,134)의 직경은 입상물질의 평균 직경에 따라 상기 언급한 직경과 달라질 수 있는데 평균입경과 거의 같거나 약간 작은 크기가 바람직하다. 도시를 간단히 하기 위해서 제2 및 3도에는 대표적인 구멍(132, 134)만을 도시한다.
첫째 흐름분리기(124) 및 출구흐름분리기(126)가 본 명세서에 기재된 대로 구성되었을 때, 이들은, 중합체가 분포된 전체 단면적을 통해 상승하도록 가스도입부(28)를 통해 도입된 비교적 건조한 고온가스가 건조기(14)의 실질적으로 전체 단면적에 배분되는 물질이 충만되는 공간(154)을 함께 규정한다. 공간(154)내에서 고온가스의 순환 및 배분은 공간(154)내의 통상의 배플(도시되지 않음)의 설치에 의해 더 좋게 될 수 있는데 배플은 측벽(82)의 내부에 부착될 수 있다.
보조분리기(136)는 건조기(14)의 측벽(82)내에 배치되는 또다른 원추대형의 다공성 구조물이며, 하방으로 흐르는 입상물질과 상방으로 흐르는 가열가스 사이의 유리한 접촉을 성립시키고 동시에 집괴를 지연시킴에 있어서 첫째 흐름분리기(136) 및 상기 교반아암과 협력하는데 적합하게 되어 있다.
보조분리기(136)의 최하부엣지(142)는 첫째 흐름분리기(124)의 상방 대면표면으로부터 약 3인치 이격되는 것이 바람직하다. 보조분리기(136)는 최하부엣지(142) 주위에 원주상으로 이격된 복수개의 브라켓(138)을 설치함으로써 지지되고, 첫째 흐름분리기(124)에 고종된 관계로 유지되는 것이 바람직하다. 보조분리기(136)의 최상부엣지(140)는 샤프트(16)에 가까이 인접하지만 접촉하지는 않는 것이 바람직하다.
보조분리기(136)는 직경 1/8인치의 구멍(144)이 3/16인치 간격으로 실질적으로 전체 표면에 천공되는 것이 바람직하다. 입상물질의 입경이 너무 커서 하방으로 흐르는 어떠한 입상물질도 보조분리기(136)를 통과하지 못하는 경우 그러한 입상물질의 평균 입경보다 더 큰 복수개의 구멍(144)이 작은 직경의 구멍(144)과 함께 군데군데 배치되어 건조기(14)를 통해 더 양호한 흐름분포를 제공할 수 있다.
하방으로 경사진 디플렉터 실드(146)는 보조분리기(136)의 최상부엣지(140)의 약간 위의 회전 샤프트(16)에 부착되고 그것으로부터 반경방향의 바깥쪽에서 충분히 연장되어 있어 최상부엣지(140) 및 샤프트(16) 사이의 갭을 통해 하방으로 흐르는 입상물질의 통로형성(편류)을 방지한다.
이와 같은 방법으로 설치되었을 때 디플렉터 실드(146)는 또한 샤프트(16)를 따라 상승하는 고온가스의 통로화를 방지하는 기능을 한다.
교반아암(84,85,86) 및 샤프트(16)에 용접된 삼각형 배플판(96,98,100)은 또한 샤프트(16)를 따라 상승하는 고온가스의 통로화를 억제하는데 효과적이고 교반아암의 축방향 지지를 또한 부가적으로 제공한다.
물론 디플렉터 실드(146)와 같은 축방향으로 이격된 디플렉터 실드를 경우에 따라 직경을 달리해서 축의 다른 지점에 부가적으로 설치함으로써 유사한 기능이 만족스럽게 이루어질 수 있다.
이 방법대로 구성되었을 때 건조기(14)는 본 발명의 방법에 따라 효과적으로 작동될 수 있다.
본 발명의 바람직한 구체예에 따르면 결정성 PET 펠렛은 시간당 약 1000파운드의 속도로 공급입구(22)를 통해 건조기(14)에 도입된다. 공급입구(22)의 하부말단이 위벽(80)의 약 4인치 아래에 배치되었을 때 소망스런 결과가 얻어진다는 것이 경험적으로 밝혀졌다.
교반기 샤프트(16)의 분 당 약 10회전 이하, 바람직하게는 분 당 약 3.5회전하도록 제어된다. 바람직하게는 이슬점 온도범위 약 -30℉ 내지 -60℉, 가장 바람직하게는 약 -50℉ 온도의 공기 또는 질소인 가열되는 가스는 가열기(78)내에서 약 340℉ 내지 385℉, 가장 바람직하게는 380℉의 온도까지 가열된다.
그 후 가열된 가스는 분 당 약 1000 내지 1500입방피트, 가장 바람직하게는 분 당 약 1350 피트의 유속으로 건조기(14)의 물질이 충만되는 공간(154)내로 도입된다.
이 유속을 입상물질에 대한 유속으로 환산하면 입상물질의 파운드 당 가열공기 약 60 내지 90입방피트의 범위, 바람직하게는 입상물질의 파운드 당 가열공기 및 80입방피트에 상당한다.
입상물질이 건조기(14)를 통해 하방으로 흐름에 따라 샤프트(16) 및 부착된 교반아암의 회전에 의해 교반된다. 입상물질은 가열된 공기가 용기를 통해 상승함에 따라 가열된 공기에 의해 동시에 접촉된다.
하방으로 흐르는 입상물질에 대해 가열된 공기에 의해 가해지는 힘은 전체 건조기(14)를 통과하고, 힘이 너무 커서 입상물질을 유동시키거나 또는 가스 배출부(30)를 통해 통과하는 배기가스에 상당량의 입상물질(미분진이 이외의 것)을 포집함이 없이 각 입상물질과 접촉하는 것이 소망스럽다.
PET 펠렛을 본 방법에 따라 건조하였을 때 대조되는 종래 장치와 비교해서 만족스러운 고 고유점성 및 만족스러운 저 아세트알데히드 수준을 가지는 건조제품을 얻는 우수한 결과가 얻어진다.
본 발명의 방법과 시스템의 또 다른 바람직한 구체예에 따르면 제1 및 5도에 개략적 형태로 도시된 댐퍼기구(50)가 소망스럽게 채용되어 출구(24)를 통한 입상물질의 흐름이 장기간 중단되는 동안에 건조기(14)를 통한 가열된 공기의 흐름을 제한한다.
댐퍼기구(50)는 가스흐름 제어판(150)으로 이루어지며 회전가능한 스핀들(148)에 고정된 관계로 연결된다. 가스흐름 제어판(150)은 송풍기 출구관(48)의 내부에 배치되고 가스흐름 제어판(150)의 직경은 송풍기 출구관(48)의 내경보다 약간 작은 것이 바람직하다.
회전가능한 스핀들(148)은 송풍기 출구관(48)의 벽을 통해 연장되고, 가스흐름 제어판(150)의 주 표면이 송풍기 출구관(48)을 통해 가스의 흐름을 유의하게 방해하지 않는 제1부분과 가스흐름 제어판(150)의 주표면이 송풍기 출구관(48)을 통해 가스흐름 방향에 대해 실질적으로 가로질러 있는 제2부분 사이에서 선택적으로 회전되는 통상의 상업적으로 입수가능은 전자기계적 제어수단(도시되지 않음)에 의해 제어된다.
가스흐름 제어판(150)이 제1위치에 있을 때는 언제나 그렇지 않으면 댐퍼기구(50)를 흐를 수 있는 가스량에 비교해서 가스흐름 제어판(150)이 횡단위치에 있을 때는 언제나 댐퍼기구(50)를 통과한 가스흐름의 약반, 바람직하게는 약 40 내지 60퍼센트를 허용하도록 되어 있는 복수개의 오리피스(152)가 가스흐름 제어판(150)에 더 제공되는 것이 바람직하다.
댐퍼기구(50)를 채용한 본 발명의 바람직한 구체예에 따르면 본 발명의 건조기 시스템은 공급입구(22)를 열고 건조기(14)내의 샤프트(16)를 회전시키는 모터(18)를 작동시킴으로써 작동이 개시된다.
송풍기(46)도 또한 작동되고 가스 가열기(78)는 소망하는 온도까지 순환가스를 가열하도록 고정된다. 건조시스템은 건조기(14)의 온도를 올리기 위해서 출구(24)를 닫고 1시간동안 이같은 방법으로 작동시키는 것이 소망스러우며 그로써 정상상태(steady state) 작동조건에 접근한다.
그후 출구(24)를 열고 건조된 입상물질의 배출을 시작한다. 나중에 출구(24)로부터 건조된 입상물질의 배출을 중단할 필요가 있을 때 그러한 중단 또는 흐름의 중지동안 건조기(14)내의 물질에 가해지는 열 및/또는 교반의 양은 샤프트(16)의 회전속도에 제어, 가스유속을 제한하는 댐퍼기구(50)의 제어, 및 순환가스의 온도제어에 의해 선택적으로 제어된다. 입상물질이 PET 펠렛인 경우 출구(24)는 사출성형기계에 공급하기에 적합하도록 되어 있고 본 발명의 방법은 다음과 같이 사출성형기계의 짧은 정지 동안에 성공적으로 사용되었다.
첫째 본 방법에 있어서 사용이 공지된 상업적으로 입수가능한 장치인 토글 스위치가 사출성형기계가 중지될 때는 언제는 딜레이 타이머를 작동시킨다. 2분 이하의 정지에는 본 발명의 건조기 시스템의 작동에 영향이 없다. 그러나 정지 2분 후에는 통상의 마이크로프로세서의 신호에 따라 모터(18)가 정지하고 따라서 건조기(14)내의 샤프트(16) 및 교반아암의 회전구동이 정지된다. 마이크로프로세서는 동시에 댐퍼기구(50)에 신호를 보내 당업자에게 자명한 에어실린더와 같은 통상의 수단에 의해 가스흐름 제어판(150)을 횡단위치로 돌려서 가스 유속을 연속작업에서 분 당 약 1350입방피트와 비교해서 분 당 650입방피트로 제한한다.
2분 이상의 정지를 위해서는 가스 가열기(78)의 온도고정을 낮춤으로써 건조기(14)내의 PET 펠렛이 눋는 것을 피하는 것이 바람직하다. 사출성형기계가 출구로부터의 물질수용을 재개하면 상기 단계가 역전되어 온도를 다시 올리고 가스흐름 제어판(150)은 개방위치로 돌아가고 모터(18)가 작동하여 샤프트(16)의 회전이 시작된다.
본 방법 및 장치는 본 발명에서 개시된 대로 건조된 PET 펠렛으로부터 사출성형된 PET 부품의 아세트알데히드 수준을 감소시키는데 특히 효과적이다.
가스도입온도 380℉, 가스 유속 약 1350입방피트/분, PET 유속 약 1000파운드/시간, 샤프트 회전속도 약 3.5rpm에서 가열된 가스로서 공기를 이용하여 본 방법을 실시하였을 때 본 발명의 장치에서 건조된 PET 펠렛으로부터 만들어진 사출성형된 PET 부품의 아세트알데히드 수준은 3rpm이하로 일정하게 얻어진다.
더욱이 본 발명의 사용을 통해서, 이들의 매우 소망스런 결과는 대조되는 가장 가까운 종래의 건조기와 비교해서 약 30%의 에너지가 절감된다.
본 발명의 사용을 통해서 경험된 에너지 효율의 현저한 향상은 가열된 가스와 입상물질 사이의 접촉의 증가와 열에너지 전달의 향상 기인하는 것으로 믿어지며, 이 접촉의 증가와 열에너지 전달의 향상은 특히 유리한 가스 유속과 협력해서 본 건조기내에서 향상된 교반 및 흐름분포를 통해서 이루어진다. 그러한 에너지절약은 작동비용의 현저한 절감으로 해석되며 얻어진 제품의 물성이 매우 소망스럽기 때문에 본 발명의 방법 및 장치의 사용에 의해서 매력적인 경제적 인센티브가 제공된다.
본 건조기, 시스템 및 방법의 다른 변경 및 수정은 본 개시된 내용을 읽은 통상의 전문가에게는 명백할 것이고 본 발명은 발명자에게 법률적으로 주어진 첨부된 클레임의 가장 넓은 의미의 해석에 의해서만 제한되게 하려는 의도이다.

Claims (27)

  1. 수직으로 배치된 실린더형 상부 및 원추대형 하부를 가지는 용기; 상기 용기의 전체길이에 대해 상기 용기를 통해 하방으로 연장된 동축으로 배치된 회전가능한 샤프트; 상기 샤프트를 회전시키는 수단; 상기 샤프트에 연결되어 있고 원주상 이격된, 반경방향으로 연장된, 하방으로 기울어진 교반아암의 복수개의 축방향으로 이격된 배열; 상기 용기를 통해서 입상물질이 하방으로 흐르도록 하기 위하여 상기 용기에 고정된 관계로 서로 역으로 장치된 2개 이상의 동축적으로 배향된 다공성 원추대형 분리기; 상기 용기의 위에 인접해서 상기 용기내로 상기 입상물질을 도입하는 수단; 상기 용기의 바닥에 인접해서 상기 입상물질을 배출하는 수단; 상기 용기의 바닥에 인접해서 상기 용기내로 가열된 공기를 도입하는 수단; 상기 하방으로 흐르는 입상물질을 접촉시키기 위해서 상기 용기를 통해 상기 가열된 가스를 배출하기에 더 적합하게 되어 있는 상기 분리기로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 입상물질용 건조기.
  2. 수직으로 배향된 실린더형 측벽을 구비하고 상부와 하방으로 내부로 경사진 원추대형 측벽을 구비한 동축으로 정열된 하부를 가지는 밀폐용기(이때 상기 상부의 최하부엣지는 상기 하부의 최상부엣지와 넓이가 같다); 상기 용기내에 동축으로 배치되고 상기 용기의 전체 길이로 연장되어 있는 회전가능한 샤프트; 상기 용기내의 상기 샤프트를 회전시키는 수단; 상기 샤프트에 고정된 관계로 샤프트에 연결된 서로 고정된 관계로 원주상 이격되고 반경방향으로 연장된 하방으로 경사진 교반아암의 복수개의 축방향으로 이격된 배열; 건조되는 입상물질을 상기 용기내로 도입하는 상기 용기의 위에 인접한 입구수단; 건조된 입상물질을 상기 용기로부터 배출하기 위한 상기 용기의 바닥에 있는 출구수단; 상기 용기의 하부로 가열된 가스를 도입하는 수단; 그리고 상기 용기의 측벽에 서로 고정된 관계로 상기 용기내에 동축으로 배치된 2이상의 다공성 원추대형 분리기로 구성되며, 이때 상기 제1분리기는 하방으로 경사지고, 상기 용기의 측벽과 같은 넓이의 최상부엣지와 상기 용기의 바닥에 인접해서 종료되는 최하부엣지를 가지며, 상기 제1분리기는 제1내부 및 상부로의 대향표면과 제2하방 및 외부로의 대향표면으로 이루어지고, 상기 제2표면은 상기 용기의 측벽과 더 협력하여 상기 용기의 하부내에 환형의 공간을 규정하고, 상기 공간은 상기 용기의 하부내로 도입되는 상기 가열된 가스를 수용하고 상기 용기를 통해 상방으로 상기 가열된 가스를 배분하기에 적합하게 되어 있고, 상기 제1분리기 수단의 구멍은 그곳을 통해 가열된 가스가 상방으로 통과하기에는 적합하고 상기 입상물질의 평균입경보다는 더 크지 않으며; 상기 제2분리기 수단은 상기 제1분리기 수단과 역의 관계에 있고 상기 샤프트와 밀접히 인접하지만 이격되어 있는 최상부엣지와 상기 제1분리기 수단과 역의 관계에 있고 사익 샤프트와 밀접히 인접하지만 이격되어 있는 최상부엣지와 상기 내부 대향표면의 위로 충분히 이격되어 있는 최하부엣지를 가지며, 상기 제2분리기 수단의 구멍의 일부는 그곳을 통해 입상물질을 통과시키기에 충분하게 넓은 것을 특징으로 하는 입상물질용 건조기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 배열의 적어도 하나인 상기 교반아암은 상기 용기내에서 회전하는 동안 상기 교반아암에 측방향 지지를 제공하기에 적합한 수단에 의해 더 연결된 것을 특징으로 하는 건조기.
  4. 제2항에 있어서, 1이상의 디플렉터 수단이 상기 샤프트를 따라 상기 용기를 통해 상승하는 상기 가열된 가스를 방해하도록 상기 축에 고정된 관계로 연결되는 것을 특징으로 하는 건조기.
  5. 제2항에 있어서, 상기 샤프트의 하부말단은 상기 용기내의 바닥에 인접해서 회전가능하게 설치되고 앵커판을 통해 입상물질의 하방 통과를 허용하기에 적합한 앵커판에 고정된 베어링에 의해 상기 용기와 동축으로 정렬되어 유지되는 것을 특징으로 하는 건조기.
  6. 제2항에 있어서, 상기 용기가 시간 당 1000파운드의 입상물질과 분 당 1350입방피트의 가열된 공기의 흐름을 수용하기에 적합한 것을 특징으로 하는 건조기.
  7. 제6항에 있어서, 상기 입상물질이 중합체 펠렛이고 상기 가열된 가스가 질소 및 공기로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 건조기.
  8. 제1항의 건조기; 상기 건조기로 입상물질과 가열된 공기를 도입하는 수단; 상기 건조기로부터 가스를 수집, 여과, 응축, 건조, 재가열 및 상기 건조기로의 상기 가스의 재순환하는 수단; 상기 건조기로부터 배출된 건조된 입상물질을 수용하는 수단; 그리고 상기 건조기를 통한 입상물질의 흐름이 중지되면 이어서 상기 건조기로 통하는 재순환 가스의 흐름을 제한하는 수단으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 입상물질용 건조 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 재순환 가스의 흐름을 제한하는 상기 수단이, 소정의 기간동안 상기 건조기를 통한 입상물질의 흐름이 중단되면 이어서 재순환 가스의 흐름을 제한하는데 적합한 댐퍼기구인 것을 특징으로 하는 건조기 시스템.
  10. 제8항에 있어서, 소정의 기간동안 상기 건조기를 통한 입상물질의 흐름이 중단되면 이어서 상기 재순환 가스의 온도를 낮게 조정하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건조기 시스템.
  11. 제8항에 있어서, 소정의 기간동안 상기 건조기를 통한 입상물질의 흐름이 중단되면 이어서 상기 샤프트의 회전 속도를 낮게 조정하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건조기 시스템.
  12. 수직으로 배치된 실리더형 상부와 원추대형 하부를 가지는 용기내로 상기 입상물질을 도입하는 공정, 이때 상기 용기는 상기 용기의 전체 길이에 대해 상기 용기를 통해 하방으로 연장된 동축으로 배치된 회전 가능한 샤프트; 상기 샤프트에 연결된, 원주상으로 이격되고 반경방향으로 연장되고 하방으로 경사진 교반아암의 복수개의 축방향으로 이격된 배열; 그리고 상기 용기를 통해 상기 입상물질이 하방으로 흐르도록하기 위하여 서로 역으로 상기 용기에 고정된 관계로 장치된 동축으로 배치된, 다공성 원추대형 분리기를 더 포함하며, 이때 상기 분리기는 상기 용기내의 상기 입상물질의 집괴를 지연시키기 위하여 상기 교반아암과 함께 작동한다; 상기 용기의 전체 단면적에 분포되고 상기 용기를 통해 상방으로 향하게 하는 방법으로 상기 용기의 하부내로 비교적 건조한 가열된 가스를 도입하는 공정; 상기 샤프트를 회전시켜 상기 입상물질을 교반하는 동안 상기 하방으로 흐르는 입상물질과 상기 상방으로 향하는 가열된 가스가 접촉하는 공정; 상기 용기의 하부에 배치된 출구를 통해 상기 입상물질을 배출하는 공정; 상기 용기 가장 위에서 출구를 통해 상기 가열된 가스를 회수하는 공정; 상기 회수된 가스로부터 포집된 입상물질을 여과하는 공정; 상기 회수된 가스로부터 수증기를 응축하는 공정; 상기 회수된 가스를 건조하는 공정; 상기 회수된 가스를 재가열하는 공정; 그리고 상기 회수된 가스를 상기 용기로 재순환시키는 공정으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 입상물질의 건조 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 입상물질이 중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 입상물질이 중축합물로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 입상물질이 폴리에스테르로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 입상물질이 폴리에틸렌 테레프탈레이트 펠렛, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 과립, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 폴레이크 및 그의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제13항에 있어서, 상기 용기로 도입되는 가열된 가스가 약 -30℉ 및 -60℉ 사이 범위의 이슬점 온도를 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 가열된 가스의 이슬점 온도가 약 -50℉인 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제12항에 있어서, 상기 가열된 가스의 대부분이 비활성 가스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 비활성 가스가 질소인 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제16항에 있어서, 상기 가열된 가스가 약 170℃ 및 200℃ 사이 범위의 온도로 상기 용기내로 도입되는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제12항에 있어서, 상기 용기내로 도입되는 가열된 가스의 양이 입상물질의 파운드 당 약 60 및 90입방피트 범위인 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 용기내로 도입되는 가열된 가스의 양이 입상물질의 파운드 당 약 80입방피트인 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제12항에 있어서, 상기 용기를 통한 상기 입상물질의 흐름의 중지시에 상기 가열된 가스의 유속이 약반으로 제한되는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제12항에 있어서, 상기 용기를 통한 상기 입상물질의 흐름의 중지시에 상기 가열된 가스의 온도를 저하시키는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제12항에 있어서, 상기 용기를 통한 상기 입상물질의 흐름의 중지시에 상기 샤프트의 회전속도를 저하시키는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 공기 및 질소로 구성된 군에서 선택된 가열된 가스를 수지 파운드 당 약 60 내지 90입방피트와 같은 양으로 대부분이 폴리에스테르인 중합체 수지 입상물질과 접촉시킴과 동시에, 회전 샤프트에 연결된 복수개의 교반아암으로 상기 수지를 교반함으로써 상기 입상수지를 건조시키는 공정으로 이루어지는, 대부분이 폴리에스테르 입상물질인 중합체 입상물질로부터 성형된 부품의 아세트알데히드 수준을 저하시키는 것을 특징으로 하는 방법.
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