메틸 셀룰로오스, 카르복시메틸 셀룰로오스, 하이드 록시 에틸 셀룰로오스 등을 제조하는 복합 플랜트 기술.
펄프는 식물 섬유의 화학적 펄프화 과정에서 생성되는 섬유질 덩어리입니다. 펄프는 주로 셀룰로오스로 구성되어 있습니다. 이 단어는 라틴어에서 유래되었으며 작은 셀을 의미합니다. 셀룰로오스는 모든 식물 세포의 기본 정적 구조입니다.
셀룰로오스 유도체: 화학적으로 변형된 형태(예: 메틸 셀룰로오스)로 사진의 발달을 가능하게 한 물질입니다. 셀룰로오스는 섬유 섬유의 중요한 구성 요소입니다. 타일을 깔고, 구운 식품을 신선하게 유지하고, 마요네즈의 농도를 유지하고, 치약을 부드럽게 만드는 데 도움이 됩니다.
카보일메틸셀룰로오스의 복잡한 반응 공정
양적인 측면에서 가장 중요한 셀룰로오스 에테르는 카보일메틸셀룰로오스(CMC)입니다. 목재 또는 면화에서 정제된 셀룰로오스를 미세한 분말(입자 크기 약 100~200μm)로 분쇄하여 10~30m³의 대용량 믹서로 공압으로 이송합니다.
거기에서 균질화된 펄프는 합성 반응기로 전달됩니다. 50% 가성 소다를 원자로에 분사합니다. 발열 반응은 셀룰로오스 나트륨을 생성합니다. 그런 다음 클로로아세트산을 반응기에 분사합니다. 이것은 카르복실 메틸 셀룰로오스를 생성합니다. 선택적으로, CMC 합성은 용매(이소프로난올 또는 에탄올)를 사용하지 않거나 용매를 사용하여 슬러리 형태로 수행할 수 있습니다.
다른 셀룰로오스 유도체(예: 히드록시프로필메틸셀룰로오스)도 비슷한 방식으로 생산됩니다. 유일한 차이점은 일반적으로 용매가 사용되지 않고 반응 화학 물질이 기체(염화메틸, 산화프로필렌 또는 산화에틸렌)라는 점입니다. 그런 다음 물질을 변환하려면 기체 반응물이 고온에서 시스템에 남아있도록 비교적 높은 시스템 압력(최대 20bar)이 필요합니다.
셀룰로오스 유도체 생산용 반응기는 내압성을 갖도록 설계되었습니다. 또한 내용물을 데우거나 식힐 수 있도록 이중 재킷이 장착되어 있습니다. 대형 원자로에는 상부 구조물 및 원자로와 병렬로 추가 냉각 시스템이 있습니다.
amixon ®은 (1), (2), (3)의 세 가지 대량 균질화 방법을 제공합니다
(1) amixon ® 원뿔형 믹서는 불연속적으로 혼합합니다.
마지막 공정 단계에서는 제품을 분쇄하고 파워 드라이어에서 건조합니다. 건조는 대기 중에서 이루어집니다. 생산된 건조 재료는 대형 믹서에 모아 균질화한 후 백이나 빅백에 채웁니다.
원료 펄프는 재생 가능한 천연 제품입니다. 모든 천연 제품과 마찬가지로 원료도 계절 및 현장 관련 변동이 있을 수 있습니다. 또한 물질은 일괄적으로 준비됩니다. 여기에서도 배치마다 품질에 약간의 차이가 있습니다. 이러한 균형을 맞추는 것은 대량 최종 제품 믹서의 주요 작업 중 하나입니다. 다음에서는 3가지 최종 믹싱 방법을 설명합니다.
두 개의 상반되는 흐름이 amixon® 원뿔형 믹서에서 만납니다. 바깥쪽은 나선형 패턴으로 위쪽으로 믹스가 전달되는 반면, 중간은 아래쪽 흐름이 우세합니다. 경계 영역에서는 파티클 시스템 내에서 위치 변경이 일어납니다. 블레이드 모양의 믹서 암은 상호 보완적인 교차 흐름을 생성합니다. 느린 회전 주파수에도 불구하고 실제로는 더 이상 개선할 수 없는 이상적인 믹싱 품질이 보장됩니다. 이러한 방식으로 설명된 전체 흐름은 모든 파티클을 서로 상대적인 움직임으로 지속적으로 설정합니다. 충전 레벨이 5%이든 최대 충전이든 관계없이 보편적으로 사용할 수 있습니다. "SinConcave®" 또는 "SinConvex®" 디자인의 특수한 형태의 혼합 헬릭스는 거의 100% 잔류 배출을 보장합니다. 혼합할 재료를 특히 부드럽게 처리하는 것은 낮은 구동력에서 직접적으로 비롯됩니다. 믹스 입자가 뭉개지거나 둥글거나 부서지지 않습니다.
(2) 아믹슨® 원추형 믹서는 연속적으로 혼합합니다.
이 유형의 믹서의 흥미로운 점은 크기에 관계없이 불연속적으로 또는 연속적으로 작동할 수 있다는 것입니다. 그러나 더욱 흥미로운 점은 배출된 믹스가 처음부터 이상적인 믹스 품질에 부합한다는 것입니다. "시작 손실"은 없습니다. 이에 대한 자세한 내용은 아래에 설명되어 있습니다:
생산 시작 시 작동 모드:
믹서 콘센트가 닫혀 있습니다. 중력식으로 작동하는 모든 계량 장치는 낮은 질량 유량으로 동시에 시작됩니다. 마스터 도징 제어는 모든 제품 흐름을 조화시킵니다. 믹서 충전 레벨은 지속적으로 증가하며, 믹서 드라이브는 충전 레벨의 절반에서 시작됩니다. 이퀄라이제이션 프로세스는 믹서가 절반 이상 채워지면 완료됩니다. 원하는 충전 수준(사용 가능한 용량의 약 60~80%)에 도달하면 배출구가 천천히 열립니다. 이 충전 레벨은 일정하게 유지됩니다. 투약 유량은 최대 질량 유량까지 일정한 제어하에 증가시킬 수 있습니다.
생산 종료 시 작동 모드:
모든 계량 요소는 질량 흐름을 차례로 감속한 다음 동시에 꺼지고 닫힙니다. 믹서는 마지막 잔여물까지 계속 비웁니다. 자유롭게 흐르는 제품은 완전히 흘러나옵니다.
사용자를 위한 이점을 한눈에 살펴보세요:
- 기술적으로 이상적인 믹싱 품질
- 프리믹스용 배치 믹서 또는 연속 믹서로 작동 가능
- 혼합 강도를 조절할 수 있습니다(부드러운 균질화부터 집중적인 응집 제거까지).
- 연속 보일러 유량을 기준으로 믹서에서 혼합 재료의 평균 체류 시간을 정의합니다. 이는 믹싱 도구의 속도와는 무관합니다.
- 생산 초기 제품 손실 없음
- 생산 종료 시 제품 손실 없음
- 이상적인 잔류 방전
- 사용 가능한 용량의 10%에서 100%까지 선택 가능한 정의된 충전 레벨
- 믹서의 오염 없이 액체를 미세하게 혼합합니다.
- 가습, 템퍼링, 건조와 같은 고급 공정,
- 반응 가능 - 최고 수준의 위생 기준(GMP 기준), 간편한 세척, 건식 또는 습식 - 믹서는 상단에만 장착되어 구동됩니다.
(3) Gyraton® 믹서는 연속적으로 또는 불연속적으로 혼합합니다
특히 대량 배치의 균질화를 위해 amixon®은 Gyraton® 믹서로 흥미로운 새로운 개발을 이루어냈습니다: 믹싱 나선형은 시계 방향으로 회전하며 믹스를 위쪽으로 전달합니다. 추가 드라이브는 믹서 샤프트의 아래쪽 부분을 원형 경로로 이동합니다. 피벗 포인트는 샤프트 씰의 상단 중앙에 있습니다.
이 믹서는 건식, 습식 또는 부유식 벌크 재료에도 사용할 수 있습니다. 크기는 10m³에서 100m³까지 자유롭게 선택할 수 있습니다. 최대 70m³의 크기는 완전히 조립된 상태로 도로로 운송할 수 있습니다.
최상의 혼합 결과는 이미 10%의 충전 수준에서 달성됩니다. 믹싱은 매우 낮은 에너지 입력으로 매우 부드럽게 이루어집니다. 공급은 하나 이상의 표준 노즐을 통해 위에서 이루어집니다. 혼합 재료를 비울 때는 아래쪽을 향하는 표준 스파우트를 통해 하단 덮개를 연 상태로 진행합니다.
Gyraton® 믹서의 특징은 다음과 같습니다
- 믹싱 과정은 데드 스페이스 없이, 특히 최소한의 에너지 투입으로 부드럽게 진행됩니다.
- 매우 우수한 잔여물 비우기
- 선택적으로 내압 또는 진공 내성
- 혼합 챔버는 선택적으로 온도 제어가 가능합니다.
- 공간 절약형 컴팩트 디자인. 대형 믹서는 도로에서 운반할 수 있습니다.
- 대형 검사 도어를 통해 믹싱 챔버에 쉽게 접근할 수 있습니다.
- 간편한 청소
- 습식(자동)
- 후버 드라이 매뉴얼
- 고객이 지정할 수 있는 믹싱 시간의 길이에 따라 믹싱 도구의 회전 주파수와 중첩된 진자 움직임이 조정됩니다. 엔진은 매우 작습니다. 그에 따라 에너지 소비량도 적습니다.
- 이 혼합 시스템은 습기가 많고 흐름이 원활하지 않은 제품에도 사용할 수 있습니다.
아믹슨® 기술 센터에서 체험하기
혼합, 균질화, 응집, 합성, 냉각 또는 진공 혼합 건조 분야에서 투자 결정을 내려야 하는 경우 당사와 상담해야 합니다. amixon®은 탁월하고 매우 효율적인 솔루션을 제공합니다. 당사는 광범위한 공정 엔지니어링 노하우를 제공하며 우수한 장비를 갖춘 기계/장비 구축 부서를 보유하고 있습니다. 가까운 시일 내에 기술 센터에서 테스트를 위한 약속을 잡아드리겠습니다.
플레이크 얼음을 이용한 연속 냉각
반응 생성물은 촉촉한 셀룰로오스 유도체로, 여전히 일반적인 염분과 일부 부산물(고알코올)을 함유하고 있습니다. 원액을 90°C 수조로 옮겨 현탁합니다. 염분과 부산물은 뜨거운 물에 녹습니다. 하지만 셀룰로오스 에테르는 아닙니다: MC, HEMC 및 HPMC는 50-60°C 이상의 온도에서 물에 용해되지 않습니다.
그런 다음 뜨거운 세척수를 여과하여 분리하고 필터 케이크를 염분 없이 세척합니다. 뜨거운 세척수는 일반 염분을 최대 30%까지 흡수할 수 있으므로 세척에 여러 번 사용할 수 있습니다. 이러한 측면에서 에너지와 물을 절약할 수 있습니다. 필터 및 세척 단계 후에도 세척된 제품의 잔류 수분은 여전히 약 50~60%입니다. 세척 후에도 여전히 분쇄 셀룰로오스의 벌크 밀도(약 150g/l)를 유지하는 셀룰로오스 에테르는 이제 연속적으로 작동하는 링층 혼합기 응집기에서 냉수 또는 플레이크 얼음을 추가하여 물에 용해되는 온도(약 45°C)에 근접하도록 선택적으로 냉각됩니다.
대량의 물질을 효율적이고 위생적으로 건조해야 합니다.
여기서 사용되는 플래시 건조기는 일반적으로 연속으로 작동하는 분쇄 건조기입니다. 이 건조기는 응집체를 효과적으로 분해할 수 있습니다. 건조 공정은 대기 중입니다. 대량의 공기가 사전 세척, 건조 및 가열됩니다. 건조 공정은 매우 중요합니다. 많은 에너지를 소비합니다.
그런 다음 건조된 분말은 사이클론에서 먼지를 제거합니다. 가장 미세한 먼지는 패브릭 필터에서 분리됩니다. 그런 다음 무거운 입자를 분류하고 체질합니다. 최종 적용을 위해서는 정의된 입자 크기가 중요합니다.
펄프는 재생 가능한 천연 제품입니다. 모든 천연 제품과 마찬가지로 펄프도 계절 및 현장 관련 변동의 영향을 받습니다. 펄프도 일괄 처리됩니다. 여기에서도 배치마다 품질에 약간의 차이가 있습니다. 대량 최종 믹서의 주요 임무 중 하나는 이러한 차이를 균일화하는 것입니다. 그런 다음 제품은 자루 또는 큰 가방에 포장됩니다.
또한 고강도 소재는 영구적으로 부식에 강해야 합니다. 여기서 용접 기술은 매우 중요합니다.
또한 원자로를 설계할 때 고려해야 할 다른 기준도 있습니다. 예를 들어, 형성되는 염의 염화물은 물과 결합하여 고온에서 화학적으로 공격적이기 때문에 용기 재질은 고강도 외에도 특별한 내식성을 가져야 합니다. 응력 부식 균열 현상은 인장 응력이 증가하면 재료의 내식성이 감소하는 것을 말합니다. 또한 하중과 온도 변화에 따른 소재의 피로 현상도 고려해야 합니다.
시약과 반응 부산물을 다루는 데에도 많은 노하우가 필요합니다. 에틸렌 옥사이드는 위험 가능성이 가장 높습니다(HEC 또는 HE 혼합 에테르(예: HEMC) 생성): 폭발성이 있으므로 질소 분위기에서 보관해야 합니다. 메틸 셀룰로오스(MC, HEMC 또는 HPMC)를 생산하는 동안 부반응으로 디메틸 에테르가 형성되는데, 이는 가연성, 폭발성 및 독성이 매우 높습니다. 반응이 끝나면 반응하지 않은 염화메틸과 함께 배출되어야 합니다. 산업 공정에서 가스 혼합물은 압력 하에서 수집되어 공정에서 재사용됩니다.
셀룰로오스는 다재다능한
셀룰로오스만큼 인류의 역사와 밀접한 관련이 있는 원료는 거의 없습니다. 종이가 없었다면 인류의 역사는 달라졌을 것입니다. 처음에는 헝겊도 종이를 만드는 데 사용되었습니다. 면으로 만들어졌기 때문입니다. 섬유질에는 셀룰로오스가 특히 순수한 형태로 존재합니다.
셀룰로오스의 화학적 사용은 1846년 셀룰로오스 삼염산염이라고도 불리는 니트로셀룰로오스의 생산으로 시작되었습니다. 처음에는 군사 목적으로 사용되었으며 건 코튼이라고도 불렀습니다. 셀룰로오스가 황산과 질산의 혼합물인 질산으로 처리될 때 형성됩니다. 추가 공정 단계에서는 건 코튼을 세척, 제분 및 건조합니다.
역사
군사적 사용과 병행하여 19세기에는 니트로셀룰로오스의 민간 사용은 19세기에 시작되었습니다. 약질화 니트로셀룰로오스(셀룰로오스 다이니트레이트)를 장뇌와 혼합하여 셀룰로이드로서 최초의 기술 플라스틱의 기초를 형성했습니다.
셀룰로이드는 1951년까지 사진 필름을 담는 용도로 사용되었습니다. 탁구공도 2014년까지 셀룰로이드로 만들어졌습니다. 최초의 투명 플라스틱 필름도 셀룰로오스를 기반으로 했습니다. 1920년대에는 셀로판(브랜드 이름: 셀로판)은 포장용으로 생산됩니다. 특히 광택이 있으며 최신 포장 필름과 달리 영구적으로 접을 수 있습니다. 예를 들어 양쪽 끝을 잘 '비틀어' 사탕 포장지로 사용했습니다. 그 동안 셀로판은 가격 및 기술적인 이유로 유성 플라스틱 필름으로 대체되었습니다. 그러나 셀로판의 뛰어난 생분해성으로 인해 향후 셀로판의 르네상스가 정당화될 수 있습니다.
셀룰로이드가 다른 플라스틱으로 대체된 데에는 중요한 이유가 있습니다. 이것은 셀룰로이드의 쉬운 가연성입니다.
셀룰로오스는 생분해성입니다.
면의 셀룰로오스 함량은 약 84-91%입니다. 섬유질이 길기 때문에 주로 섬유 원료로 가공됩니다. 반면 목재의 셀룰로오스 함량은 약 40~45%에 불과하며 복잡한 화학적 분해 과정을 거쳐 분리해야 합니다. 주로 제재소 찌꺼기와 저급 침엽수는 종이로 재활용하는 산업 원료로 사용됩니다. 그러나 주로 농장에서 생산되는 고품질 침엽수 및 경재 등급도 화학 펄프에 사용됩니다.
아황산염 소화 과정의 도움으로 목재에서 특히 순수한 셀룰로오스를 얻을 수 있습니다. 이렇게 얻은 화학 셀룰로오스를 용해성 펄프 또는 특수 펄프라고도 합니다.
하지만 먼저 셀룰로오스를 나무에서 녹여내야 합니다. 통나무는 나무 조각으로 잘립니다. 목표는 균일한 크기를 달성하는 것입니다.
이 우드 칩은 산성 화학 물질이 담긴 내압 반응기에서 열과 압력을 가해 몇 시간 동안 조리됩니다. 리그닌 및 헤미셀룰로오스와 같은 셀룰로오스의 동반 물질은 산에 용해되어 여과액과 함께 분리됩니다. 여과액은 흑주라고 불리며 리그닌 잔류물, 헤미셀룰로오스 분해로 인한 탄수화물, 탄산나트륨, 황산나트륨 및 기타 무기염류가 포함되어 있습니다. 나트륨, 유황, 칼슘은 대부분 흑주에서 회수되어 재활용됩니다. 바닐린은 나무 껍질과 비슷한 리그닌에서 추출할 수 있습니다.
우리는 거의 모든 곳에서 셀룰로오스 유도체와 마주칩니다.
고분자 화학의 발전으로 귀중한 특성을 지닌 다양한 셀룰로오스 유도체가 개발되었습니다.
셀룰로오스 에스테르: 1856년 장뇌와 질산 셀룰로오스로 최초의 열가소성 플라스틱이 생산되었습니다. 그 결과 탁구공과 사진 및 동영상 촬영용 필름 소재가 탄생했습니다.
셀룰로오스 아세테이트: 그 다음에는 폼(담배 필터)과 섬유로 가공할 수 있는 두 번째 열가소성 플라스틱이 이어졌습니다. 추가 개발을 통해 투명한 몰딩 바디, 큐브 및 도구 손잡이가 개발되었습니다.
셀룰로오스 에테르: 1930년대 초부터 이 셀룰로오스 유도체 그룹은 오늘날까지 계속되는 승리의 행진으로 산업적 중요성을 얻었으며, 그 응용 범위가 점점 더 넓어지고 있습니다. 셀룰로오스 에테르는 무독성이며 대부분 수용성인 제품으로, 일반적으로 흰색 분말이나 과립으로 거래됩니다. 개별 셀룰로오스 에테르의 특정 특성은 수산화나트륨 용액으로 셀룰로오스 분자를 활성화한 후 화학 반응에 의해 도입된 치환체의 유형, 수 및 분포에 따라 달라집니다.
이름은 치환체의 이름을 지정하여 지정합니다(예:: 메틸 셀룰로오스 (MC), 히드록시프로필 메틸 셀룰로오스 (HPMC), 카르복시메틸 셀룰로오스(CMC), 히드록시프로필 셀룰로오스 (HPC), 에틸 셀룰로오스 (EC) 등이 있습니다. 건설 산업에서 모르타르, 타일 접착제 또는 필러(HEMC 또는 HPMC)의 다양한 특성을 최적화하기 위한 첨가제로 사용됩니다. 벽지 페이스트는 주로 메틸 셀룰로오스(MC) 또는 카르복시메틸 셀룰로오스(CMC)로 구성됩니다.
금속 성형에서 셀룰로오스 유도체는 윤활제로, 페인트 및 바니시 생산에서 점도 조절제 및 바인더로 사용됩니다. 식기 세척기 탭을 폭발물로 사용하거나 농약의 효과를 지연시키기 위해 농업용으로 사용합니다.
일부 셀룰로오스 유도체는 식품 첨가물 및 화장품 제형에 사용하도록 승인되었습니다. 무엇보다도 다양한 온도에서 수성 환경에서 서로 다른 셀룰로오스 에테르의 거동이 사용됩니다. 유화제, 안정제 및 방부제에 필수적인 첨가제인 경우가 많습니다. 인스턴트 소스와 수프의 유동성을 개선합니다. 아이스크림에서는 녹는 성질과 식감에 영향을 미치고 크림을 줄였음에도 불구하고 크리미한 맛을 내는 역할을 합니다.
식품 및 제약 산업에서는 액체 및 반고체 제품의 질감, 모양, 구조 및 일관성에 영향을 미칩니다. 치약부터 의약품용 코팅 화합물에 이르기까지 다양한 용도로 사용됩니다. 화장품에서는 점도 조절제 및 안정제 역할을 하며 연고, 선크림 및 메이크업의 유변학을 결정합니다. 그들의 잠재력은 아직 소진되지 않았으며 집중적인 연구의 대상입니다.
카르복시메틸 셀룰로오스(CMC)와 같은 "단순" 셀룰로오스 유도체의 가격은 1.50유로/kg부터 시작하며 제약 분야에 사용되는 특수 셀룰로오스 유도체의 경우 100유로/kg 이상까지 상승합니다. 셀룰로오스 에테르는 많은 응용 분야에서 석유 기반 제품으로 대체하기 어렵습니다. 이는 다양한 산업 분야에서 그 중요성이 높아질 것입니다. 특히 많은 제약 분야 또는 식품 첨가물, 특히 편의성 제품에서 사용됩니다.
셀룰로오스 에테르와 산업에서의 응용 분야
이름 | 약어 | 프로덕션 | 애플리케이션 |
카복시메틸 셀룰로오스 | CMC | 수산화나트륨 용액으로 알칼리성 셀룰로오스로 전환. 클로로 아세트산으로 알킬화. | 석유 산업, 섬유 산업, 세제 첨가제, 바인더, 증점제, 종이 크기 조정제(벽지 페이스트), 보호 콜로이드, 식품 첨가제 E 466(아이스크림, 마요네즈, 젤리, 제과류), 치약, 정제 붕해제로 가교 결합. |
메틸셀룰로오스 | MC HEMC HPMC | 수산화나트륨 용액으로 알칼리성 셀룰로오스로 전환. 염화메틸로 알킬화, 이더리움을 통한 에틸렌 옥사이드 또는 프로필렌 옥사이드 | 다양한 건축 자재(콘크리트, 모르타르, 타일 접착제, 필러, 석고 등)의 첨가제 벽지 페이스트, 증점제, 겔화 및 코팅제, 유화제, 식품의 안정제 (MC: E 461, HPMC: E 464) 육류 대용품, 아이스크림, 베이커리 제품, 마요네즈, 인스턴트 제품 및 냉동 제품) 및 화장품. 약국에서 "인공 눈물", 완하제, 음성 조영제, 활성 성분의 지연, 정제 코팅, 하드 캡슐 용 재료로 약국에서. |
에틸 셀룰로오스 | EC | 수산화나트륨 용액으로 알칼리성 셀룰로오스로 전환. 염화 에틸로 알킬화. | 증점제, 바인더, 접착제는 물론 필름 형성제 및 발수성 장벽층. 주요 성분 내광성 셀룰로오스 에테르 코팅, 포장재, 열가소성 플라스틱, 크리스마스 트리용 인공 눈, 케이블 단열재, 보호 스킨 및 씰. 유색 부활절 달걀을 니스 칠하기 위한 합성 수지 및 왁스의 첨가제 및 식품 산업에서 스탬핑 잉크의 첨가제(E 462)로 사용됩니다. 약국에서는 점도를 높이기 위한 부형제, 정제 과립의 바인더, 정제의 빌더 및 붕해제, 특히 래커 정제의 필름 형성제(예: Surelease®로 상표 등록됨)로 사용됩니다. |
하이드록시에틸셀룰로오스 | HEC | 수산화나트륨 용액으로 알칼리성 셀룰로오스로 전환. 에틸렌 옥사이드로 에테르화. | 수용성 도료 및 분산 접착제, 석고 및 필러 등 건축 자재 산업에서 사용됩니다. 의약품의 부형제 및 치약에 사용됩니다. |
하이드록시프로필셀룰로오스 | HPC | 수산화나트륨 용액으로 알칼리성 셀룰로오스로 전환. 프로필렌 옥사이드로 에테르화. | 의약품 부형제, 세라믹 덩어리용 바인더, 코팅 및 접착제, 화장품, 인쇄 잉크 및 중합 기술에 사용됩니다. 식품에서 안정제, 보호 층 및 광택 코팅으로 사용됩니다. |
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