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KR102421977B1 - 방향족 비닐 화합물-비닐시안 화합물 중합체의 제조방법 및 제조장치 - Google Patents

방향족 비닐 화합물-비닐시안 화합물 중합체의 제조방법 및 제조장치 Download PDF

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KR102421977B1
KR102421977B1 KR1020180164872A KR20180164872A KR102421977B1 KR 102421977 B1 KR102421977 B1 KR 102421977B1 KR 1020180164872 A KR1020180164872 A KR 1020180164872A KR 20180164872 A KR20180164872 A KR 20180164872A KR 102421977 B1 KR102421977 B1 KR 102421977B1
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황정아
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이원균
장성근
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Abstract

본 기재는 방향족 비닐 화합물-비닐시안 화합물 중합체의 제조방법 및 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방향족 비닐 화합물, 비닐시안 화합물 및 유기 용매를 포함하는 반응 혼합물을 반응기에서 중합반응시키는 단계; 및 반응기 상부로 기화된 반응 혼합물을 배관을 통해 열교환기로 이송하여 응축시키는 단계;를 포함하되, 상기 응축된 반응 혼합물을 배관의 일측으로 이송하여 배관 내에 스프레이 하는 것을 특징으로 하는 방향족 비닐 화합물-비닐시안 화합물 중합체의 제조방법에 관한 것이다.
본 기재에 따르면, 반응기로부터 기화된 반응 혼합물의 유속을 감소시키고 온도를 낮추어 반응기 내의 폴리머가 열교환기로 빨려 들어가는 현상을 억제하고 열교환기 내에서 중합이 일어나는 것을 방지하여 생산성 및 품질을 개선시키는 효과가 있다.

Description

방향족 비닐 화합물-비닐시안 화합물 중합체의 제조방법 및 제조장치{METHOD AND APPARATUS FOR PREPARING AROMATIC VINYL COMPOUND-VINYLCYAN COMPOUND COPOLYMER}
본 발명은 방향족 비닐 화합물-비닐시안 화합물 중합체의 제조방법 및 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방향족 비닐 화합물, 비닐시안 화합물 및 유기 용매를 포함하는 반응 혼합물을 반응기에서 중합반응시키는 단계; 및 반응기 상부로 기화된 반응 혼합물을 배관을 통해 열교환기로 이송하여 응축시키는 단계;를 포함하되, 상기 응축된 반응 혼합물을 상기 배관의 일측으로 이송하여 배관 내에 스프레이 하여 반응기로부터 기화되는 반응 혼합물의 유속을 감소시키고 온도를 낮추어 반응기 내의 폴리머 입자가 열교환기로 빨려 들어가는 현상(고분자 엔트레인먼트(entrainment) 현상)을 방지하고, 열교환기 내에서 중합이 일어나는 것을 억제하여 열교환기의 오염을 막아 반응 운전 주기를 연장시켜 생산성 및 품질을 향상시키는 방향족 비닐 화합물-비닐시안 화합물 중합체의 제조방법 및 제조장치에 관한 것이다.
일반적으로, 방향족 비닐 화합물-비닐시안 화합물 중합체(이하 "SAN 수지"라 함)는 성형성, 강성 및 전기적 특성이 우수하여 컴퓨터, 프린터, 복사기 등의 OA 기기, 텔레비전, 오디오 등의 가전 제품, 전기전자 부품, 잡화 등을 포함한 다양한 산업 분야에서 광범위하게 사용되고 있다. 특히, 내열도를 높여 외부의 높은 온도에서도 잘 견디는 내열성 방향족 비닐 화합물-비닐시안 화합물 중합체는 가전제품 하우징용, 자동차 내장재 등의 특별한 용도로 사용되고 있다.
방향족 비닐 화합물-비닐시안 화합물 중합체는 방향족 비닐 화합물 및 비닐시안 화합물을 유기 용매 하에서 중합반응시켜 얻어지며, 중합반응은 발열 반응으로 중합시 반응열에 의해 반응기 온도가 상승하게 되어 방향족 비닐 화합물, 비닐시안 화합물 및 유기 용매가 반응기 상부로 기화된다. 따라서 반응기 상부에 열교환기를 설치하여 반응 중 기화된 방향족 비닐 화합물, 비닐시안 화합물 및 유기 용매를 응축시켜 반응기로 다시 되돌리는 제열기술을 사용한다. 기화된 방향족 비닐 화합물, 비닐시안 화합물 및 유기 용매는 반응기로부터 열교환기로 배관을 통해 이송되는데, 이때 배관 내에서 기체의 유속이 매우 빨라 반응기 내의 중합된 폴리머가 기체와 함께 열교환기로 빨려 들어가는 현상(고분자 엔트레인먼트 현상)이 발생한다. 열교환기 내로 유입된 폴리머는 열교환기 내에 부착되어 있다가 시간이 경과하면서 고분자 겔(gel)로 성장한 후, 떨어져서 나와 반응기로 다시 들어간다. 이후 폴리머와 섞여 SAN 수지의 품질을 악화시키는 원인이 된다. 또한, 열교환기로 이송된 방향족 비닐 화합물, 비닐시안 화합물 및 유기 용매는 열교환기 내부의 높은 온도로 인해 중합이 일어나 열교환기에 부착되어 이를 제거하기 위하여 반응을 중단시켜야 하므로 생산성이 저하되는 문제가 있다.
따라서, 열교환기로 중합체가 유입되는 현상을 억제하여 SAN 수지의 품질을 향상시키고 열교환기의 오염을 방지하여 생산성을 개선시킬 수 있는 제조방법의 개발이 필요한 실정이다.
한국 등록특허 제1995-0008719호
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 기재는 방향족 비닐 화합물, 비닐시안 화합물 및 유기 용매를 포함하는 반응 혼합물을 반응기에서 중합반응시키는 단계; 및 반응기 상부로 기화된 반응 혼합물을 배관을 통해 열교환기로 이송하여 응축시키는 단계;를 포함하되, 상기 응축된 반응 혼합물을 상기 배관 내에 스프레이 하여 반응기로부터 기화된 반응 혼합물의 유속을 감소시키고 온도를 낮춤으로써 반응기 내의 폴리머 입자가 열교환기로 빨려 들어가는 현상(고분자 엔트레인먼트(entrainment) 현상)을 방지하여 방향족 비닐 화합물-비닐시안 화합물 중합체의 품질이 향상되고, 또한 기화된 반응 혼합물이 열교환기 내에서 중합되는 것을 억제하여 열교환기의 오염을 막아 반응 운전 주기를 연장하여 생산성이 증대되는 방향족 비닐 화합물-비닐시안 화합물 중합체의 제조방법 및 제조장치에 관한 것이다.
본 기재의 상기 목적 및 기타 목적들은 하기 설명된 본 기재에 의하여 모두 달성될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 기재는 방향족 비닐 화합물, 비닐시안 화합물 및 유기 용매를 포함하는 반응 혼합물을 반응기에서 중합반응시키는 단계; 및 반응기 상부로 기화된 반응 혼합물을 배관을 통해 열교환기로 이송하여 응축시키는 단계;를 포함하되, 상기 응축된 반응 혼합물을 상기 배관의 일측을 통해 배관 내에 스프레이 하는 것을 특징으로 하는 방향족 비닐 화합물-비닐시안 화합물 중합체의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 기재는 방향족 비닐 화합물, 비닐시안 화합물 및 유기 용매를 포함하는 반응 혼합물을 중합반응시키는 반응기; 상기 반응기로부터 기화된 반응 혼합물을 응축시키는 열교환기; 상기 반응기 상부로부터 기화된 반응 혼합물을 열교환기로 이송하는 가스 배관; 및 상기 열교환기로부터 응축된 반응 혼합물을 상기 가스 배관의 일측으로 이송하는 응축액 배관;을 포함하되, 상기 응축액 배관은 스프레이 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 방향족 비닐 화합물-비닐시안 화합물 중합체의 제조장치를 제공한다.
본 기재에 따르면, 방향족 비닐 화합물, 비닐시안 화합물 및 유기 용매를 포함하는 반응 혼합물을 중합반응 시 반응기로부터 기화된 반응 혼합물의 유속을 감소시키고 온도를 낮추어 반응기 내의 폴리머 입자가 열교환기로 빨려 들어가는 현상(고분자 엔트레인먼트 현상)을 방지하고, 기화된 반응 혼합물이 열교환기 내에서 중합되는 것을 억제하여 열교환기의 오염을 막아 반응 운전 주기를 연장시켜 방향족 비닐 화합물-비닐시안 화합물 중합체의 생산성을 개선시키고 중합체의 품질을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 본 기재에 따른 방향족 비닐 화합물, 비닐시안 화합물 및 유기 용매를 포함하는 반응 혼합물을 반응기에서 중합반응시키고, 반응기 상부로 기화된 반응 혼합물을 배관을 통해 열교환기로 이송하여 응축시키며, 상기 응축된 반응 혼합물을 배관의 일측을 통해 배관 내에 스프레이 하는 단계를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 방향족 비닐 화합물, 비닐시안 화합물 및 유기 용매를 포함하는 반응 혼합물을 반응기에서 중합반응시키고, 반응기 상부로 기화된 반응 혼합물을 배관을 통해 열교환기로 이송하여 응축시키며, 상기 응축된 반응 혼합물을 반응기 내로 투입하는 단계를 개략적으로 도시한 도면이다.
이하 본 기재의 방향족 비닐 화합물-비닐시안 화합물 중합체의 제조방법을 상세하게 설명한다.
본 발명자들은 방향족 비닐 화합물-비닐시안 화합물 중합체를 제조하는 과정에서 반응기 상부로 기화된 방향족 비닐 화합물, 비닐시안 화합물 및 유기 용매를 포함하는 반응 혼합물이 열교환기 내에서 중합되어 열교환기를 오염시키고, 기화된 반응 혼합물과 함께 반응기 내의 폴리머가 열교환기로 빨려 들어갔다가 반응기로 재투입되어 품질이 저하되는 문제를 해결하고자 부단히 노력한 결과, 열교환기에서 응축된 반응 혼합물을 배관의 일측을 통해 배관 내에 스프레이 함으로써, 반응기로부터 기화된 반응 혼합물의 유속을 감소시키고 온도를 낮추어 폴리머가 열교환기로 빨려 들어가는 현상을 방지하여 중합체의 품질이 향상되고 반응 운전 주기를 연장하여 생산성이 증대되는 효과를 확인하고, 이를 토대로 연구에 더욱 매진하여 본 발명을 완성하게 되었다.
본 기재에 의한 방향족 비닐 화합물-비닐시안 화합물 중합체의 제조방법을 상세하게 살펴보면 다음과 같다.
본 기재의 방향족 비닐 화합물-비닐시안 화합물 중합체의 제조방법은 방향족 비닐 화합물, 비닐시안 화합물 및 유기 용매를 포함하는 반응 혼합물을 반응기에서 중합반응시키는 단계; 및 반응기 상부로 기화된 반응 혼합물을 배관을 통해 열교환기로 이송하여 응축시키는 단계;를 포함하되, 상기 응축된 반응 혼합물을 배관의 일측으로 이송하여 배관 내에 스프레이 하는 것을 특징으로 하고, 이 경우에 반응기로부터 기화되는 반응 혼합물의 유속을 감소시키고 온도를 낮춤으로써 열교환기 내에서 중합되는 것을 억제하여 열교환기의 오염을 막아 생산성이 증대되고, 또한 반응기 내의 폴리머가 열교환기로 빨려 들어가는 현상을 방지하여 최종 중합체의 품질을 향상시키는 효과가 있다.
중합반응 단계
중합반응 단계는 방향족 비닐 화합물, 비닐시안 화합물 및 유기 용매를 포함하는 반응 혼합물을 반응기에서 중합반응시키는 단계이다.
상기 방향족 비닐 화합물은 일례로 스티렌, α-메틸 스티렌, p-메틸 스티렌, p-브로모스티렌, p-클로로스티렌 및 o-브로모스티렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 비닐시안 화합물은 일례로 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴 또는 이들의 혼합일 수 있다.
상기 유기 용매는 일례로 톨루엔, 에틸 벤젠, 자일렌, 메틸에틸케톤 및 메틸이소부틸케톤으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 반응 혼합물은 일례로 방향족 비닐 화합물 40 내지 80 중량%, 비닐시안 화합물 10 내지 35 중량% 및 유기 용매 5 내지 35 중량%, 바람직하게는 방향족 비닐 화합물 50 내지 75 중량%, 비닐시안 화합물 15 내지 30 중량% 및 유기 용매 10 내지 25 중량%를 포함할 수 있고, 상기 범위 내에서 인장강도, 충격강도 등의 기계적 물성과 내열성, 열안정성이 우수한 효과가 있다.
상기 반응 혼합물은 일례로 개시제, 분자량 조절제, 또는 이들의 혼합을 방향족 비닐 화합물 및 비닐시안 화합물의 총합 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 10 중량부, 바람직하게는 0.1 내지 5 중량부 범위 내에서 투입하여 중합반응시킬 수 있다.
상기 개시제는 일례로 t-부틸 하이드로 퍼옥사이드, 큐멘 하이드로 퍼옥사이드, 디이소프로필벤젠 하이드로 퍼옥사이드, t-헥실 하이드로 퍼옥사이드, 1,1,3, 3-테트라메틸부틸 하이드로 퍼옥사이드, 디큐밀 퍼옥사이드 및 t-부틸큐밀 퍼옥사이드로 이루어지는 군으로부터 1종 이상일 수 있다.
상기 분자량 조절제는 일례로 n-도데실머캅탄, 3급 도데실머캅탄, n-테트라데실머캅탄 및 3급 테트라데실머캅탄으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 중합반응은 일례로 온도 140 내지 170℃ 및 압력 1.0 내지 4.0 kgf/cm2g 하에서, 바람직하게는 온도 150 내지 165℃ 및 압력 1.5 내지 3.5 kgf/cm2g 하에서 수행될 수 있고, 이 범위 내에서 중합전환율이 우수한 효과가 있다.
본 기재에서 구체적으로 언급하지 않은 기타 다른 첨가물은 필요에 따라 적절히 선택할 수 있고, 방향족 비닐 화합물-비닐시안 화합물 중합체 제조에 일반적으로 적용되는 범위인 경우 특별히 제한되지 않는다.
상술한 기재 이외에 방향족 비닐 화합물 및 비닐시안 화합물 중합체의 중합방법에 있어 반응시간, 반응온도, 압력, 반응물의 투입 시점 등과 같은 기타 반응 조건들은 본 발명이 속한 기술분야에서 통용되고 있는 범위 내인 경우 특별히 제한되지 않으며, 필요에 따라 적절히 선택하여 실시할 수 있다.
응축 단계
응축 단계는 반응기 상부로 기화된 반응 혼합물을 상기 배관을 통해 열교환기로 이송하여 응축시키는 단계이며, 상기 응축된 반응 혼합물을 상기 배관의 일측을 통해 배관 내에 스프레이 한다.
상기 스프레이는 일례로 상기 응축된 반응 혼합물이 상기 기화된 반응 혼합물과 향류가 되도록 할 수 있고, 이 경우에 반응기로부터 기화되는 반응 혼합물의 유속을 감소시키고 온도를 낮추는 효과가 있다. 기화되는 반응 혼합물의 유속을 감소시킴으로써, 반응기로부터 기화되는 반응 혼합물과 함께 폴리머가 열교환기로 빨려 들어가는 현상을 방지하여 방향족 비닐 화합물-비닐시안 화합물 중합체의 품질을 향상시키는 효과가 있다. 반응기 내에 폴리머가 기화된 반응 혼합물과 함께 열교환기로 빨려 들어가는 경우, 열교환기로 들어간 폴리머가 고분자 겔(gel)로 성장한 후 다시 반응기로 들어가 중합체와 혼입되어 품질이 저하되는 문제가 발생한다. 또한, 기화된 반응 혼합물의 온도를 낮춤으로써 열교환기 내에서 반응 혼합물이 중합되지 않도록 하여 열교환기의 오염을 억제하여 반응 운전 주기를 연장시킴으로써 생산성이 증대되는 효과가 있다.
상기 스프레이 후 열교환기로 이송되는 반응 혼합물의 온도는 일례로 100 내지 140℃, 바람직하게는 110 내지 130℃일 수 있고, 상기 열교환기로부터 배출되는 반응 혼합물의 온도는 일례로 15 내지 50℃, 바람직하게는 20 내지 45℃일 수 있고, 상기 범위 내에서 기화된 반응 혼합물이 열교환기 내에서 중합되는 것을 방지하여 열교환기가 오염되지 않아 반응 운전 주기가 연장되어 생산성이 증대되는 효과가 있다.
상기 스프레이 후 열교환기로 이송되는 반응 혼합물의 유속은 일례로 1.0 내지 2.0 m/sec, 바람직하게는 1.2 내지 1.7 m/sec, 보다 바람직하게는 1.2 내지 1.4 m/sec일 수 있고, 상기 범위 내에서 반응기 내의 폴리머가 열교환기로 빨려 들어가는 현상을 방지하여 방향족 비닐 화합물-비닐시안 화합물 중합체의 품질이 우수한 효과가 있다.
본 기재에서 유속은 하기 수학식 1로 계산할 수 있다.
[수학식 1]
유속(m/sec) = 기체부피유량 / 배관 단면적
상기 스프레이는 일례로 열교환기로 이송된 반응 혼합물의 유량의 전부 또는 일부를 포함할 수 있고, 바람직하게는 전부를 포함할 수 있으며, 이 경우에 기화된 반응 혼합물이 응축된 반응 혼합물과 향류가 되어 기화된 반응 혼합물의 온도와 유속이 감소되어 반응기 내의 폴리머가 열교환기로 빨려 들어가는 현상을 억제하고, 기화된 반응 혼합물이 열교환기 내에서 중합반응 되는 것을 방지하는 효과가 있다.
본 기재에서 향류는 2개의 유체 사이에서 열이나 물질의 이동이 있는 경우 이 유체들이 서로 반대로 흐르는 경우를 의미한다.
본 기재에서 유량은 열교환기에서 응축된 반응 혼합물을 스프레이하기 위한 응축액 배관에서 유량계로 측정할 수 있다.
본 기재에서 열교환기는 본 발명이 속한 기술분야에서 일반적으로 사용되는 열교환기인 경우 특별히 제한되지 않고 일반적으로 적용되는 열교환기가 사용될 수 있으나, 일례로 수평 쉘 앤 튜브(Horizonal Shell and tube) 열교환기 또는 수직 쉘 앤 튜브(Vertical shell and tube) 열교환기일 수 있다.
본 기재의 방향족 비닐 화합물-비닐시안 화합물 중합체의 제조장치는 방향족 비닐 화합물, 비닐시안 화합물 및 유기 용매를 포함하는 반응 혼합물을 중합반응시키는 반응기; 상기 반응기로부터 기화된 반응 혼합물을 응축시키는 열교환기; 상기 반응기 상부로부터 기화된 반응 혼합물을 열교환기로 이송하는 가스 배관; 및 상기 열교환기로부터 응축된 반응 혼합물을 상기 가스 배관의 일측으로 이송하는 응축액 배관;을 포함하되, 상기 응축액 배관은 스프레이 노즐을 포함하는 것을 것을 특징으로 하고, 이 경우에 반응기로부터 기화되는 반응 혼합물의 유속을 감소시키고 온도를 낮춤으로써 열교환기 내에서 중합되는 것을 억제하여 열교환기의 오염을 막아 생산성이 증대되고, 또한 반응기 내의 폴리머가 열교환기로 빨려 들어가는 현상을 방지하여 최종 중합체의 품질을 향상시키는 효과가 있다.
상기 스프레이 노즐은 일례로 일부 또는 전부가 상기 가스 배관 내부에 위치하고 스프레이 되는 응축된 반응 혼합물과 반응기로부터 기화된 반응 혼합물이 향류를 형성할 수 있도록 설치될 수 있고, 이 경우에 반응기로부터 기화되는 반응 혼합물의 유속을 감소시키고 온도를 낮추어 반응기 내의 중합된 중합체가 열교환기로 빨려 들어가는 현상(엔트레인먼트 현상)이 억제되어 생산성 및 품질이 향상되는 효과가 있다.
본 발명의 노즐은 본 발명이 속한 기술분야에서 일반적으로 사용되는 노즐인 경우 특별히 제한되지 않고 일반적으로 적용되는 노즐이 사용될 수 있다.
상기 방향족 비닐 화합물-비닐시안 화합물 중합체의 제조장치에 포함된 반응기, 열교환기, 반응 혼합물 등은 상술된 내용을 따르므로 그 기재를 생략한다.
본 발명에 따른 방향족 비닐 화합물-비닐시안 화합물 중합체의 제조방법 및 제조장치를 하기 도 1 및 2를 참조하여 설명한다. 이러한 도면은 단지 본 발명을 예시하는 개략도일 뿐 묘사된 실시 태양에 제한되지 않으며, 이해가 쉽도록 본 발명을 설명하기 위해 필요한 수단만을 묘사하였으며, 방법 및 장치를 수행하기 위해 필요한 다른 자명한 수단은 도면에서 생략하였다.
하기 도 1은 본 발명에 따른 실시예 1 내지 2에 사용된 반응기, 열교환기, 가스 배관, 응축액 배관 및 스프레이 노즐을 개략적으로 도시한 도면으로, 방향족 비닐 화합물, 비닐시안 화합물 및 유기 용매를 포함하는 반응 혼합물을 반응기에서 중합반응시키고, 반응기 상부로 기화된 반응 혼합물은 가스 배관을 통해 열교환기로 이송되어 응축된다. 상기 응축된 반응 혼합물은 응축액 배관을 통해 가스 배관으로 이송되되, 상기 가스 배관에 설치된 스프레이 노즐을 통해 스프레이 되어 기화된 반응 혼합물과 향류를 형성하고 반응기로 재투입 된다.
또한, 하기 도 2는 비교예 1에 사용된 반응기, 열교환기, 가스 배관 및 응축액 배관을 개략적으로 도시한 도면으로, 방향족 비닐 화합물, 비닐시안 화합물 및 유기 용매를 포함하는 반응 혼합물을 반응기에서 중합반응시키고, 반응기 상부로 기화된 반응 혼합물은 가스 배관을 통해 열교환기로 이송되어 응축되며, 상기 응축된 반응 혼합물은 응축액 배관을 통해 반응기 상부로 재투입 된다.
이하, 본 기재의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 기재를 예시하는 것일 뿐 본 기재의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
[실시예]
하기 표 1에서 각 단계별 조건은 다음과 같다.
실시예 1
< 중합반응 단계 >
반응기에 스티렌 60 중량%, 아크릴로니트릴 25 중량% 및 톨루엔 15 중량%를 포함하는 반응 혼합물을 유량 20,000 kg/hr로 반응기에 투입하여 160℃에서 1.5 kgf/cm2g 압력 하에서 중합반응하였다.
< 응축 단계 >
상기 반응기 상부로 기화된 스티렌, 아크릴로니트릴 및 툴루엔을 포함하는 반응 혼합물을 가스 배관을 통해 열교환기로 이송시켜 응축시켰으며, 이 때 열교환기의 냉매의 온도는 35 내지 37℃로 하였다. 응축된 반응 혼합물을 응축 배관을 통해 가스 배관으로 이송시키고 응축 배관에 위치한 스프레이 노즐을 통해서 열교환기로 이송된 반응 혼합물의 유량의 전부, 즉 1270 kg/hr를 기화되는 반응 혼합물에 스프레이 하여 향류가 되도록 하였다. 이때, 반응기로부터 기화된 반응 혼합물의 유량은, 응축된 반응 혼합물을 스프레이하기 위해 이송되는 응축액 배관에서 유량계로 측정한 유량으로 하였다. 또한, 상기 스프레이 후 열교환기로 이송되는 반응 혼합물의 유속은 상기 응축액 배관에서 측정한 유량으로 하기 수학식 1에 의해 유속을 계산하였다.
[수학식 1]
유속(m/sec) = 기체부피유량 / 배관 단면적
또한, 상기 스프레이 후 열교환기로 이송되는 반응 혼합물의 온도 및 열교환기로부터 응축되어 배출된 반응 혼합물의 온도를 온도계로 측정하였다.
또한, 제조된 SAN 중합체를 단축 압출기에서 온도 250℃에서 50 rpm 조건 하에서 시트형 필름으로 제조하여 SAN 중합체의 품질을 평가하였다.
실시예 2
실시예 1의 응축단계에서 열교환기의 냉매의 온도는 20 내지 22℃로 하였으며, 이 때 열교환기로 이송된 반응 혼합물의 유량의 전부, 즉 1210 kg/hr를 스프레이한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
비교예 1
< 중합반응 단계 >
반응기에 스티렌 60 중량%, 아크릴로니트릴 25 중량% 및 톨루엔 15 중량%를 포함하는 반응 혼합물을 유량 20,000 kg/hr로 투입하여 160℃에서 1.5 kgf/cm2g 압력 하에서 중합반응시켰다.
< 응축 단계 >
상기 반응기 상부로 기화된 스티렌, 아크릴로니트릴 및 툴루엔을 포함하는 반응 혼합물을 가스 배관을 통해 열교환기로 이송하여 응축시켰으며, 이 때 열교환기의 냉매 온도는 30℃로 하였다. 응축된 반응 혼합물을 응축 배관을 통해 반응기 내로 재투입하였다.
이 때, 반응기로부터 기화된 반응 혼합물의 유량은, 응축된 반응 혼합물을 열교환기로 이송하는 응축 배관에서 유량계로 측정한 유량으로 하였다. 또한, 상기 유량 및 상기 수학식 1로 열교환기로 이송되는 기체상의 반응 혼합물의 유속을 추정하였고, 열교환기로 이송되는 반응 혼합물의 온도와 열교환기로부터 응축되어 배출된 반응 혼합물의 온도를 온도계로 측정하였다.
또한, 제조된 SAN 중합체를 단축 압출기에서 온도 250℃에서 50 rpm 조건 하에서 시트형 필름으로 제조하여 SAN 중합체의 품질을 평가하였다.
[시험예]
상기 실시예 1 내지 2 및 비교예 1에서 제조된 시편의 특성을 하기의 방법으로 측정하고, 그 결과를 하기의 표 1에 나타내었다.
측정방법
* SAN 중합체의 품질: 단출 압출기로 제조된 SAN 중합체 필름을 10cm × 10cm로 절단하여 표면에 나타나는 고분자 겔 개수를 육안으로 관찰하여, 고분자 겔 개수가 0 내지 5개인 것은 우수, 6 내지 10개인 것은 보통, 10개 초과인 것은 불량으로 평가하였다.
구 분 실시예 1 실시예 2 비교예 1
열교환기로 이송된
반응 혼합물의 유량 (kg/hr)		 1270 1210 2098
스프레이 후 열교환기로 이송되는
반응 혼합물의 유속 (m/sec)		 1.31 1.26 2.27
스프레이 후 열교환기로 이송되는
반응 혼합물의 온도(℃)		 123 123 160
스프레이 유량(kg/hr) 1270 1210 0
열교환기에서 배출된
반응 혼합물의 온도 (℃)		 40 25 74
SAN 중합체의 품질 우수 우수 보통
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 기재의 실시예 1 및 2는 열교환기에서 응축된 반응 혼합물을 배관의 일측으로 이송하여 배관 내에서 스프레이 하여, 반응기 상부로부터 기화된 반응 혼합물과 향류가 되어 스프레이 후 열교환기로 이송되는 반응 혼합물의 온도 및 유속이 감소된 효과를 확인할 수 있었다. 이로 인해 열교환기 내에서 반응 혼합물의 중합이 억제되어 반응 운전 주기가 연장됨으로써 생산성이 향상될 수 있었다. 또한, 반응기 내의 폴리머가 열교환기로 빨려 들어가는 현상이 억제되어 스티렌-아크릴로니트릴 중합체의 품질이 우수하였다.
실시예 2의 경우, 열교환기에서 사용된 냉매의 온도가 실시예 1에 비해 낮아 열교환기에서 응축된 반응 혼합물의 온도가 실시예 1보다 낮지만, 열교환기로 이송되는 반응 혼합물의 유량이 실시예 1에 비해 적기 때문에, 스프레이 후 열교환기로 이송되는 반응 혼합물의 온도는 실시예 1과 동일하였다.
반면에, 열교환기에서 응축된 반응 혼합물이 반응기 내로 재투입되는 비교예 1은 실시예 1 및 2에 비해 반응기 상부로부터 기화된 반응 혼합물의 속도가 매우 빠르고 온도가 훨씬 높아서 반응기 내에 폴리머가 열교환기로 빨려 들어가는 현상이 발생하고, 기화된 고온의 반응 혼합물이 열교환기 내에서 중합되고 열교환기에 부착됨으로써 반응 운전 주기가 짧아져서 생산성이 저하되었다. 또한, 반응기 내의 폴리머가 열교환기 내로 빨려 들어가 고분자 겔로 성장하여 반응기로 재투입되어 스티렌-아크릴로니트릴 중합체의 품질이 저하되었다.

Claims (12)

  1. 방향족 비닐 화합물, 비닐시안 화합물 및 유기 용매를 포함하는 반응 혼합물을 반응기에서 중합반응시키는 단계; 및
    반응기 상부로 기화된 반응 혼합물을 배관을 통해 열교환기로 이송하여 응축시키는 단계;를 포함하되,
    상기 응축된 반응 혼합물을 상기 배관의 일측으로 이송하여 배관 내에 스프레이 하고,
    상기 스프레이는 응축된 반응 혼합물이 상기 기화된 반응 혼합물과 향류가 되도록 하는 것을 특징으로 하는
    방향족 비닐 화합물-비닐시안 화합물 중합체의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반응 혼합물은 방향족 비닐 화합물 40 내지 80 중량%, 비닐시안 화합물 10 내지 35 중량% 및 유기 용매 5 내지 35 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는
    방향족 비닐 화합물-비닐시안 화합물 중합체의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스프레이는 열교환기로 이송된 반응 혼합물의 유량의 전부 또는 일부를 포함하는 것을 특징으로 하는
    방향족 비닐 화합물-비닐시안 화합물 중합체의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 스프레이 후 열교환기로 이송되는 반응 혼합물의 온도는 100 내지 140℃이고, 상기 열교환기로부터 배출되는 반응 혼합물의 온도는 15 내지 50℃인 것을 특징으로 하는
    방향족 비닐 화합물-비닐시안 화합물 중합체의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스프레이 후 열교환기로 이송되는 반응 혼합물의 유속은 1.0 내지 2.0 m/sec인 것을 특징으로 하는
    방향족 비닐 화합물-비닐시안 화합물 중합체의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 중합반응은 온도 150 내지 170℃ 및 압력 1.0 내지 4.0 kgf/cm2g 하에서 수행되는 것을 특징으로 하는
    방향족 비닐 화합물-비닐시안 화합물 중합체의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 방향족 비닐 화합물은 스티렌, α-메틸 스티렌, p-메틸 스티렌, p-브로모스티렌, p-클로로스티렌 및 o-브로모스티렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는
    방향족 비닐 화합물-비닐시안 화합물 중합체의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 비닐시안 화합물은 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴 또는 이들의 혼합인 것을 특징으로 하는
    방향족 비닐 화합물-비닐시안 화합물 중합체의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 유기 용매는 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌, 메틸에틸케톤 및 메틸이소부틸케톤으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는
    방향족 비닐 화합물-비닐시안 화합물 중합체의 제조방법.
  11. 방향족 비닐 화합물, 비닐시안 화합물 및 유기 용매를 포함하는 반응 혼합물을 중합반응시키는 반응기;
    상기 반응기로부터 기화된 반응 혼합물을 응축시키는 열교환기;
    상기 반응기 상부로부터 기화된 반응 혼합물을 열교환기로 이송하는 가스 배관; 및
    상기 열교환기로부터 응축된 반응 혼합물을 상기 가스 배관의 일측으로 이송하는 응축액 배관;을 포함하되,
    상기 응축액 배관은 스프레이 노즐을 포함하고,
    상기 스프레이 노즐은 일부 또는 전부가 상기 가스 배관 내부에 위치하고 스프레이 되는 응축된 반응 혼합물과 반응기로부터 기화된 반응 혼합물이 향류할 수 있도록 설치되는 것을 특징으로 하는
    방향족 비닐 화합물-비닐시안 화합물 중합체의 제조장치.
  12. 삭제
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