KR102421866B1

KR102421866B1 - 탈휘발/증발 장치

Info

Publication number: KR102421866B1
Application number: KR1020200132191A
Authority: KR
Inventors: 박찬호; 고민수
Original assignee: 한화토탈에너지스 주식회사
Priority date: 2020-10-13
Filing date: 2020-10-13
Publication date: 2022-07-15
Anticipated expiration: 2040-10-13
Also published as: KR20220048851A

Abstract

본 발명은 단량체, 공단량체 및 용매를 반응시켜 중합체를 제조할 때, 고분자 용액을 감압하여 미반응 단량체, 공단량체 및 용매를 제거하기 위한 탈휘발/증발 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 탈휘발/증발 장치는 고분자 용액을 감압하여 탈휘발/증발시키는 탈휘발/증발 장치에 있어서, 탱크, 상기 탱크의 상부에 연결되어, 상기 탱크로 고분자 용액을 이송하기 위한 이송관, 상기 이송관으로부터 상기 탱크의 내부로 연장되어, 고리 형상을 가지며 상기 탱크의 내경보다 작은 외경을 갖는 제1 주입구를 포함하는 주입관, 상기 탱크의 하부에 연결되는 액체 배출관 및 상기 탱크의 상부에 연결되는 증기 배출관을 포함할 수 있다.

Description

탈휘발/증발 장치 {DEVOLATILIZING/EVAPORATING APPARATUS}

본 발명은 탈휘발/증발 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단량체, 공단량체 및 용매를 반응시켜 중합체를 제조할 때, 고분자 용액을 감압하여 미반응 단량체, 공단량체 및 용매를 제거하기 위한 탈휘발/증발 장치에 관한 것이다.

고분자 용액을 감압하여 미반응 단량체, 공단량체 및 용매를 제거하기 위한 탈휘발/증발 장치는 고분자 용액을 주입하는 방식에 따라 크게 'Falling Strand Devolatilizer', 'Thin Film Evaporator' 등으로 구분될 수 있다.

이들 중 전자는 구멍을 통해 고분자 용액을 가느다란 가닥 형태로 떨어뜨리는 방식을 말한다. 이때 고분자 용액의 표면적을 넓히기 위해 그 구멍을 더 작게 그리고 많이 형성할 수 있다. 하지만 이처럼 구멍을 작게 형성하다 보면 그 구멍이 고분자 물질에 의해 폐색될 수 있는 문제가 있다.

한편 후자는 고분자 용액이 탱크의 벽면을 따라 흐르게 한 후 블레이드가 탱크의 벽면에 근접하여 지나가게 함으로써 탱크의 벽면에 얇은 고분자 막을 형성하는 방식을 말한다. 하지만 이러한 방식은 고분자 물질이 탱크의 벽면에 부착되어 굳는 파울링 현상을 일으킬 수 있는 문제가 있다.

본 발명은 전술한 문제들을 동시에 해결할 수 있는 탈휘발/증발 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 탈휘발/증발 장치는 고분자 용액을 감압하여 탈휘발/증발시키는 탈휘발/증발 장치에 있어서, 탱크, 상기 탱크의 상부에 연결되어, 상기 탱크로 고분자 용액을 이송하기 위한 이송관, 상기 이송관으로부터 상기 탱크의 내부로 연장되어, 고리 형상을 가지며 상기 탱크의 내경보다 작은 외경을 갖는 제1 주입구를 포함하는 주입관, 상기 탱크의 하부에 연결되는 액체 배출관 및 상기 탱크의 상부에 연결되는 증기 배출관을 포함할 수 있다.

또한 상기 제1 주입구는 고분자 용액이 0.001 내지 50,000[Pa·s]의 점도를 가질 때 0.1 내지 10[m/s]의 주입 속도를 갖게 하는 면적을 가질 수 있다.

또한 상기 제1 주입구는 이송관의 내경보다 5배 내지 180배 큰 외경을 가질 수 있다.

또한 상기 주입관은 고리 형상을 가지며 상기 제1 주입구의 내측에 배치되고 상기 제1 주입구의 내경보다 작은 외경을 갖는 제2 주입구를 더 포함할 수 있다.

또한 상기 주입관의 내부에서 상기 주입구의 내측에 배치되는 가열기를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 탈휘발/증발 장치는 주입구가 고리 형상을 가지며 탱크의 내경보다 작은 외경을 가짐으로써, 고분자 용액이 탱크의 내벽에 접촉되지 않아, 고분자 용액이 탱크의 내벽에 부착되어 굳는 파울링 현상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 구멍이 고분자 물질에 의해 폐색될 염려 없이, 고분자 용액의 표면적을 넓힐 수 있어, 고분자 용액을 효과적으로 탈휘발/증발시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탈휘발/증발 장치의 개요도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탈휘발/증발 장치의 주입관의 저면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 탈휘발/증발 장치의 주입관의 저면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 탈휘발/증발 장치의 개요도이다.

도면을 참조하여 본 발명의 각 실시예에 따른 탈휘발/증발 장치에 대해 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탈휘발/증발 장치(100)의 개요도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탈휘발/증발 장치(100)의 주입관(130)의 저면도이다.

도 1, 도 2를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 탈휘발/증발 장치(100)는 탱크(110), 이송관(120), 주입관(130), 액체 배출관(140) 및 증기 배출관(150)을 포함한다.

탱크(110)는 대체적으로 상하로 길쭉하게 연장될 수 있으며, 하단으로 갈수록 좁아지게 형성될 수 있다. 또한 탱크(110)는 이중벽 구조를 가질 수 있다. 다시 말해 탱크(110)는 내벽(111)과 외벽(112) 사이에 공간이 마련될 수 있다. 이러한 공간은 히팅 재킷(heating jacket)으로서 역할을 할 수 있다. 따라서 상기 공간으로 고온의 물, 오일, 증기 등을 공급함으로써 탱크(110)의 내부를 가열할 수 있다.

이송관(120)은 탈휘발/증발 장치(100)의 전단에 설치되는 장치(예컨대 반응기(reactor))(미도시)로부터 탈휘발/증발 장치(100)로 고분자 용액을 이송하기 위한 것으로, 탱크(110)의 상부에 연결된다.

주입관(130)은 탱크(110)의 내부로 고분자 용액을 주입하기 위한 것으로, 이송관(120)으로부터 탱크(110)의 내부로 연장된다. 이러한 주입관(130)은 끝단으로 갈수록 넓어지게 형성될 수 있으며, 그 끝단에서 주입구(131)를 통해 탱크(110)의 내부에 연통한다.

주입구(131)는 탱크(110)의 상부 중앙에 배치될 수 있으며, 연직 하방으로 개방될 수 있다. 특히 주입구(131)는 고리 형상을 갖는다. 도면에서는 주입구(131)가 원형의 고리 형상을 갖는 것으로 예시되어 있으나, 본 발명의 보호범위가 그 모양으로 한정되는 것은 아니다. 따라서 주입구(131)는 예컨대 타원형, 임의의 폐곡선, 다각형 또는 그 조합 등 다양한 모양의 고리 형상을 가질 수 있다. 다만 이하에서는 이해의 편의를 위해, 주입구(131)가 원형의 고리 형상을 갖는 것으로 설명한다. 이러한 주입구(131)는 고분자 용액이 탱크(110)의 내벽(111)에 접촉되지 않게, 탱크(110)의 내벽(111)의 내경보다 작은 외경(d)을 가질 수 있다. 이에 의하면 고분자 용액이 탱크(110)의 내벽에 부착되어 굳는 파울링(fouling) 현상을 방지할 수 있다. 나아가 주입구(131)는 상대적으로 매우 좁은 폭(w)을 가질 수 있다. 이에 의하면 고분자 용액이 일종의 박막 형태로 떨어져, 그 표면적을 보다 넓힐 수 있다. 따라서 고분자 용액을 더 효과적으로 탈휘발/증발시킬 수 있다. 더욱이 주입구(131)는 고분자 용액이 예컨대 0.001 내지 50,000[Pa·s]의 점도를 가질 때 예컨대 0.1 내지 10[m/s], 바람직하게는 1 내지 5[m/s]의 주입 속도를 갖게 하는 면적을 가질 수 있다. 가령 통상적인 폴리올레핀 엘라스토머 제조용 고분자 용액에 대해 적용될 경우, 주입구(131)는 1 내지 3[m]의 외경(d)을 갖고, 0.01 내지 3[mm]의 폭(w)을 가질 수 있다. 또한 주입구(131)는 이송관(120)의 내경보다 5배 내지 180배, 바람직하게는 10배 내지 50배 큰 외경(d)을 가질 수 있다. 고분자 용액의 점도, 주입 속도 및 주입구(131)의 외경(d)을 이용해 주입구(131)의 폭(w)을 역산하는 방법 자체는 통상의 기술자에게 자명한 사항에 해당하므로, 이에 대해 구체적인 설명은 생략한다.

액체 배출관(140)은 탱크(110)의 하부에 연결되어, 탱크(110)의 하부에 모인 액체(즉 고분자 용액에서 미반응 단량체, 공단량체 및 용매가 탈휘발/증발되고 남은 물질)를 배출하는 역할을 한다. 이러한 액체 배출관(140)의 후단에는 그 유동을 제어하기 위한 밸브(V)가 설치될 수 있다.

증기 배출관(150)은 탱크(110)의 상부에 연결되어, 탱크(110)의 상부에 있는 증기(즉 고분자 용액에서 탈휘발/증발된 미반응 단량체, 공단량체 및 용매)를 배출하는 역할을 한다. 이러한 증기 배출관(150)의 후단에는 그 증기를 액체로 변환하기 위한 응축기(C) 및/또는 증기 배출관(150)을 통해 탱크(110)의 내부에 연통하여 탱크(110)의 내부를 감압하기 위한 진공 펌프(VP)가 설치될 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 탈휘발/증발 장치의 주입관(230)의 저면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 탈휘발/증발 장치(100)와 비교할 때, 본 발명의 다른 실시예에 따른 탈휘발/증발 장치는 주입관(230)이 복수의 주입구(231, 232, 233, 234)를 포함한다는 점에 있어서 차이가 있다. 그 외 다른 사항은 본 발명의 일 실시예에 따른 탈휘발/증발 장치(100)와 실질적으로 동일하거나 통상의 기술자라면 위 차이에 대응하여 당연히 변경할 것으로 예상되는 정도에 해당하므로, 이에 대해 반복적인 설명은 생략한다.

도 3을 참조하면 주입관(230)은 모두 고리 형상을 갖되, 탱크(110)의 내벽(111)의 내경보다 작은 외경을 갖는 제1 주입구(231), 제1 주입구(231)의 내측에 배치되어 제1 주입구(231)의 내경보다 작은 외경을 갖는 제2 주입구(232), 제2 주입구(232)의 내측에 배치되어 제2 주입구(232)의 내경보다 작은 외경을 갖는 제3 주입구(233), 제3 주입구(233)의 내측에 배치되어 제3 주입구(233)의 내경보다 작은 외경을 갖는 제4 주입구(234) 등을 포함할 수 있다. 도면에서는 이처럼 주입관(230)이 네 개의 주입구(231, 232, 233, 234)를 포함하는 것으로 예시되어 있으나, 본 발명의 보호범위가 그 개수로 한정되는 것은 아니다. 따라서 주입관(230)은 필요에 따라 두 개, 세 개 또는 다섯 개 이상의 주입구를 가질 수도 있다. 이에 의하면 고분자 용액의 표면적을 더 넓힐 수 있어, 고분자 용액을 더욱 효과적으로 탈휘발/증발시킬 수 있다. 한편 복수의 주입구(231, 232, 233, 234)는 서로 같은 모양의 고리 형상을 가질 수도 있고, 서로 다른 모양의 고리 형상을 가질 수도 있다. 예를 들면 제1 주입구 내지 제4 주입구(231, 232, 233, 234)는 원형의 고리 형상을 가질 수 있다. 또는 제1 주입구(231)는 원형의 고리 형상을 갖고, 제4 주입구(234)는 사각형의 고리 형상을 가질 수 있다. 또한 복수의 주입구(231, 232, 233, 234)는 서로 같은 폭을 가질 수도 있고, 서로 다른 폭을 가질 수도 있다. 예를 들면 제1 주입구(231)의 폭은 제4 주입구(234)의 폭보다 클 수 있다. 또는 반대로 제1 주입구(231)의 폭은 제4 주입구(234)의 폭보다 작을 수 있다. 또한 복수의 주입구(231, 232, 233, 234)는 서로 같은 간격으로 배열될 수도 있고, 서로 다른 간격으로 배열될 수도 있다. 예를 들면 제1 주입구(231)의 내경과 제2 주입구(232)의 외경의 차는 제3 주입구(233)의 내경과 제4 주입구(234)의 외경의 차보다 클 수 있다. 또는 반대로 제1 주입구(231)의 내경과 제2 주입구(232)의 외경의 차는 제3 주입구(233)의 내경과 제4 주입구(234)의 외경의 차보다 작을 수 있다. 또한 복수의 주입구(231, 232, 233, 234)는 서로 동심으로 배열될 수도 있고, 서로 편심으로 배열될 수 있다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 탈휘발/증발 장치(300)의 개요도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 탈휘발/증발 장치(100)와 비교할 때, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 탈휘발/증발 장치(300)는 가열기(360)를 더 포함한다는 점에서 차이가 있다. 그 외 다른 사항은 본 발명의 일 실시예에 따른 탈휘발/증발 장치(100)와 실질적으로 동일하거나 통상의 기술자라면 위 차이에 대응하여 당연히 변경할 것으로 예상되는 정도에 해당하므로, 이에 대해 반복적인 설명은 생략한다.

도 4를 참조하면 가열기(360)는 주입관(130)의 내부에서 주입구(131)의 내측에 배치된다. 이에 의하면 가열기(360)를 이용해 고분자 용액을 가열함으로써, 고분자 용액의 점도를 낮춰 고분자 용액을 주입할 때 발생하는 압력을 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 탈휘발/증발 작용을 촉진할 수 있다. 이러한 가열기(360)는 예컨대 전기식 히터, 고온의 물, 오일, 증기 등을 사용하는 열교환기 등으로 구성될 수 있다. 또한 가열기(360)는 그 외형이 주입구(131)에 가까워질수록, 다시 말해 방사상 외측으로 갈수록 하향으로 경사지게 형성될 수 있다. 이에 의하면 고분자 용액이 주입관(130)의 내부에서 주입구(131)를 향해 유동할 수 있게 유도할 수 있다.

물론 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 탈휘발/증발 장치(미도시)로서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 탈휘발/증발 장치와 같이 주입관이 복수의 주입구를 포함하면서, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 탈휘발/증발 장치(100)와 같이 가열기를 더 포함하는 것도 가능하다.

이상으로 설명한 탈휘발/증발 장치는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 탈휘발/증발 장치 중 하나에 불과하다. 본 발명의 기술적 사상은 위 실시예로 한정되지 않으며, 청구범위에 기재된 바에 따라, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이 용이하게 변경할 수 있는 범위까지 모두 포함한다.

Claims

고분자 용액을 감압하여 탈휘발/증발시키는 탈휘발/증발 장치에 있어서,
탱크,
상기 탱크의 상부에 연결되어, 상기 탱크로 고분자 용액을 이송하기 위한 이송관,
상기 이송관으로부터 상기 탱크의 내부로 연장되어, 고리 형상을 가지며 상기 탱크의 내경보다 작은 외경을 갖고 미리 정해진 폭을 갖는 제1 주입구를 포함하는 주입관,
상기 탱크의 하부에 연결되는 액체 배출관 및
상기 탱크의 상부에 연결되는 증기 배출관을 포함하는 탈휘발/증발 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 주입구는 고분자 용액이 0.001 내지 50,000[Pa·s]의 점도를 가질 때 0.1 내지 10[m/s]의 주입 속도를 갖게 하는 면적을 갖는 탈휘발/증발 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 주입구는 이송관의 내경보다 5배 내지 180배 큰 외경을 갖는 탈휘발/증발 장치.
제1항에 있어서,
상기 주입관은 고리 형상을 가지며 상기 제1 주입구의 내측에 배치되고 상기 제1 주입구의 내경보다 작은 외경을 갖는 제2 주입구를 더 포함하는 탈휘발/증발 장치.
제1항에 있어서,
상기 주입관의 내부에서 상기 주입구의 내측에 배치되는 가열기를 더 포함하는 탈휘발/증발 장치.