3단계 메카니즘, '이너트 파티클' 매체 이용



매체유동층 건조기는 나노입자들을 유동화시키면서 건조를 포함한 물리적 또는 화학반응기로 응용이 가능하다. 매체유동층 건조 메카니즘은 부착과 분산, 증발, 탈리 및 유출의 3단계로 구분할 수 있다.

 

매체를 이용한 유동층 건조기는 유동화 및 열전달 매체인 이너트 파티클(Inert Particle)을 유동화시키면서 미세 입자를 건조시키고 건조된 미세입자는 열풍과 같이 유동층 밖으로 이송된 후 포집되는 건조시스템이다. 미세입자의 제조방법으로 기상을 이용한 제조법, 액상을 이용한 제조법과 기계적 제조법으로 나눌 수 있다.
 

기상을 이용한 제조방법으로는 에어로절법과 증발 응축법을 말한다. 이 방법은 대부분 고온, 감압공정이므로 조업창이 상대적으로 매우 좁아 대량생산에 한계가 있고 입자제조 비용이 고가이므로 산업적으로 널리 이용되지 못하고 있다. 
 

기계적 제조법은 캐비테이션 프로세싱과 하이 에너지 볼 밀링과 같이 여러 성분을 미세 입자화할 수 있는 장점이 있으나 제조공정 상에서 발생하는 불순물의 혼입에 문제점이 있고 응집화 현상이 심한 단점이 있다. 액상을 이용한 제조법은 금속이온 환원제가 함유된 용액을 혼합하여 미세입자를 제조하는 공침법, 초음파이용법과 마이크로 에멀젼 이용법 등이 있다.

 

액상공정은 상대적으로 제조공정이 간단하고 경제적이란 이유로 많은 분야에서 산업적 생산이 되고 있다. 그러나 액상공정은 생산된 나노입자들을 입자간 2차 응집을 최대한 억제하면서 분말형태로 얻는 것과 액상용매를 건조하는데 필요한 에너지를 최대한 효율적으로 활용할 수 있는 건조시스템의 개발이 추진되지 못했고 국내의 연구사례도 없는 것으로 조사됐다. 
 

일반적인 입자의 조건에는 분무건조기 또는 유동층 건조기 등이 널리 이용되고 있다. 에너기기술연구원에서 다단 유동층 건조기 개발 및 활성탄에 적용연구가 추진됐고 (주)세진테크에서 기계적 유동화를 이용한 무중력 유동층 건조기 상품화 개발이 추진됐다. 분무건조기의 개발과 관련하여 삼영화학기계(주)에서 회원 원반식 분무건조기 및 산업용 유기용제용 분무건조기가 개발됐다.

 

그러나 입자유동식 건조분야는 선진국에 비해 기술이 낙후되어 있다. 국내에서 일반적인 유동층 건조기는 PVC 또는 폴리에틸렌 등 고분자형태의 입자들을 건조하는데 많이 사용되고 있으나 미세입자를 건조할 수 있는 매체유동층 건조기에 대한 상업용건조기는 설치 및 운전되고 있는 사례가 없는 것으로 조사됐다.

 

미세입자를 효과적으로 건조할 수 있는 연구는 국내외적으로 많은 연구가 진행되고 있으나 아직은 기초적인 단계에 있다. 일본에선 나노입자를 포함한 미세입자의 건조에 많은 연구를 수행하고 있다. 이미 대학 연구수준에서 미세입자인 분체와 상대적으로 큰 매체입자를 혼합하여 건조하는 분립유동층이 제안된 바 있다. 또 전자재료에 사용되는 미세입자의 제조 및 건조를 완료하여 상업제품을 판매하고 있다.

 

예를 들면 전자재료인 이방 도전성 필름(ACF) 원재료인 미세입자는 현재 일본 세키스이 화학과 니혼화학등 소수업체만이 제품을 공급하고 있다. 이러한 미세입자들은 호소카와 미크론(주) 또는 니로 제펜에서 건조기를 공급하고 있다. 호소카와 미크론의 제품인 드라이 마이스터는 분쇄 분급기를 내장한 고성능 건조기이다.

 

공급된 원료는 분쇄부에서 분쇄되는 것과 동시에 건조를 해 상부의 분급부에서 설정된 입자 이하의 건조된 미분이 제품으로 연속적으로 배출된다. 건조가 충분하지 않은 제품은 재차 분쇄부에 낙하해 분쇄 건조가 반복된다. 광물, 식품, 안료, 염료, 금속 산화물 등 폭넓은 원료의 건조용으로 사용할 수 있고 슬러리, 부착성이 강한 원료도 가공할 수 있다.

 

EU에선 매체유동층 건조기술을 이용하여 살균제 및 제조체와 무기화합물 등과 같은 물질에 대해 실증설비 수준에서 성공적으로 건조하고 있다.

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