유동층 건조기에서  SEPARATOR와 GRINDER의 회전속도 및

회전자의 형상변화가 제품의 입도분포에 미치는 영향

허 병 수, 최 우 식

부산대학교 대학원 학과간 분체공학협동과정

The Effect of Rotation Speed and Shape of Separator's Blade and Grinder in Fluidized Bed Dryer on Particle Size of Products

Byung Soo HEO, Woo Sik CHOI

Interdisciplinary Program in Powder Technology,

Graduate School, Pusan National University

서론

固狀, PASTE狀 혹은 CAKE狀인 제조공정의 반제품을 완제품으로 포장하기까지는 대부분의 화학제품은 건조, 분쇄하여 요구하는 입도로(1 □m - 100 □m) 분급하게 된다.

국내에서 개발된 건조기 중에서 분급기(separator)와 분쇄기(grinder)를 장착한 유동층건조기가 몇종류 있으나 회전속도와 회전자 형상의 변화가 제품의 입도 분포에 어떠한 영향을 미치는지에 관한 보고가 부족하여 기계 설계에 어려움이 많았다. 이를 해결하고자 소형 Pilot 실험장치를 제작하여, silica gel(SiO2·□H2O)를 시험용 시료로 사용하여 분급기와 분쇄기의 회전속도 및 회전자 형상를 변화시켜 시험한 결과 몇가지 유용한 DATA를 얻게 되어 이를 보고하고자 한다.

실험 조건

1) 건조기 사양

Table 1. 건조기의 DEMENSION

건조기 높이 L	1,120 mm
건조기 내경 D	350 mm
건조기 용적 V	0.107 m3
건조기 길이/건조기 내경(L/D)	3.2/1
하부분쇄기 MOTOR	5 HP x 2 P(invertor)
상부 분급기 MOTOR	1 HP x 4 P(invertor)
FEEDER MOTOR	2 HP x 4 P(invertor)

Figure 1. Pilot 유동층 건조 시스템

2) 사용 시료 : Silica gel(SiO2·□H2O)

① 용도 : 투명한 granule상의 입자로 일반적으로 흡착제로 사용된다.

② 흡착력 : 0.4 kg H2O/SiO2·□H2O kg

③ 밀도 : 약 0.662 g/cm3

④ SiO2·□H2O의 입도 분포(사분법에 의해 측정)

⑤ 전체 silica gel 무게 : 200 g/batch

Table 2. 실험용 시료 SiO2·□H2O의 입도분포

Particle size	Freq.(%/mm)	Cum. freq.(%)	Remark
4 mm 이상	2.1	2.1	X50 ≒ 2.23 mm
3-4 mm	3.2	5.3
2-3 mm	61.8	67.1
1-2 mm	31.9	99.0
850 □m-1 mm	1.0	100.0

3) 실험 조건

① silica gel의 초기 함수율 : 40 %

② 건조기 입구 온도 : 155 ℃

③ 건조기 출구 온도 : 110 ℃

④ 풍 량 : 16 Nm3/min

⑤ 풍 압 : 300 mmAq

⑥ 수분 증발량 : 30 kg/h

결과 및 고찰

하부 분쇄기와 상부 분급기의 회전수를 각각 1,500 - 4,500 rpm, 500 - 2,000 rpm으로 가변하   였을때 분급기를 거친 제품의 입도 분포를 습식 입자경분석기 (CILAS-1064 :레이저 산란·회절 측정방식)을 사용하여 측정하였으며 결과는 아래와 같다.

Table 3. 분급기-분쇄기 회전수 변화에 따른 제품의 중위경

Separator n (rpm) Grinder n (rpm)	Median diameter (□m)						Remark
	0	500	1,000	1,500	1,750	2,000
1,500	500	53	46	39	33	20	W. M. : 3%
2,000	500	38	37	34	21	18
3,000	500	32	29	26	20	17
3,500	500	25	25	25	22	17
4,500	500	28	23	19	16	14

① 실험결과, 분급기의 회전수를 0에서 2,000 rpm으로, 분쇄기를 1,500에서 4,500 rpm으로 변화시킴에 따라 중위경이 500 □에서 14 □으로 작아졌다. 이에 본 유동층 건조시스템에서는 분쇄기 및 분급기의 회전수를 변화시키므로써 건조물의 입자경 조절이 가능함을 확인하였다.

② 표 3에서 보면, 상부 분급기의 회전수가 0인 경우 하부분쇄기의 회전수가 증가함에 따라 중위경이 500 □로 일정하였다가, 분급기의 회전수가 500 rpm으로 증가함에 따라 분급효과가 53∼28 □로 낮아짐으로써 분급기의 회전수가 건조물의 분급에 큰 영향을 끼치는 것으로 나타났다.

Figure 2. 분급기-분쇄기 회전수 변화에 따른 건조 제품의 중위경의 변화

③ 그림 2에서 보면, 본 유동층 건조시스템에서는 분쇄기의 회전수가 3,500 rpm이하일 경우에는 분급기의 회전수 변화에 따라 분급효과의 폭이 컸으나, 3,500 rpm 이상일 경우에는 미미한 효과가 있는 것으로 나타났다.

④ 표 3에서 알 수 있는 바와 같이 분쇄기의 회전속도는 일정하게 하고 (1500 rpm), 분급기의 회전수를 높혀 미립자를 얻는 것이 더욱 효과적인 것으로 나타났다.

즉, 유동층 건조시스템의 입자 분쇄-분급은 건조 시료의 물성치에 따라 다양하게 변하나, 일반적으로 건조물에 작용하는 분쇄-분급효과는 분쇄기의 회전수가 일정 치 이하에서는 분급기의 회전수가 더욱 지배적인 작용을 하는 것으로 나타났다.

참고문헌

1) Perry & Green : 'Perry's Chemical Engineers' Handbook sixth edition',

p.8-1 - p 8-72  , (1970).

2) 일본화학공학회편: □化學工學便覽□, p.795 - p.810, p815 - p.838(1995).

3) 일본분체공학회 : '最新粉體기술핸드북□, p.515 - p.559 , (1990).

4) 강석호 : □粉體工學□, p.153 -p.290, 희중당 (1995).