JP2023501676A - 重合反応器 - Google Patents

Abstract

本発明の実施形態による重合反応器は、反応容器、反応容器に設置されて反応物を攪拌させる攪拌翼、反応容器の円周方向に沿って一定の間隔で配置されている複数の冷却バッフルを含み、冷却バッフルは反応容器の側壁に設置され、冷却バッフルのうちの少なくとも一つは折り曲げられている折り曲げ型である。

Description

関連出願との相互引用
本出願は２０１９年１１月１５日付韓国特許出願第１０－２０１９－０１４７０４２号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。

本発明は反応器に関するものであって、特にＰＶＣ重合反応器に関するものである。

ＰＶＣ反応器は、５℃以下の偏差で温度制御を行う場合のみに製品の品質向上および異常重合を防止することができる。そのため、重合中発生する反応熱を除去することができる装置が必須である。

しかし、反応器外部に設置されるジャケット（ｊａｃｋｅｔ）のみでは重合熱を全て除去することに限界がある。ジャケットを用いた除熱はその面積が限定的であり、反応器本体の厚さおよび材質のため総括伝熱係数が低いためである。

よって、追加的に還流凝縮機（ｒｅｆｌｕｘ ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ、ＲＣ）を設置してＶＣＭ蒸気（ｖａｐｏｒ）を凝縮させながら温度制御を行うようになる。しかし、ＲＣの稼働を高めれば、界面の上に落ちる冷たい液体量が増加するためＰＶＣ製品の品質に悪影響を与えるようになる。

したがって、反応器内部に冷却バッフルのような除熱装置を設置して重合熱を追加的に除去している。内部に設置される冷却バッフルはスケール（ｓｃａｌｅ）問題が発生するため構造が複雑でなく、バッフルの役割も共に果たすことができるように設置できる。

このような冷却バッフルが界面の上に導出された場合、スケールが引き起こされて、可能な反応容器の底に設置するようになり、これは反応終了後排出時、スラリー（ｓｌｕｒｒｙ）の溜まり現象が発生する。

スラリーが溜まる場合、反応器内部に作業者が入って作業をしなければならないので安全問題および作業時間が増加し、生産性減少が発生する。

本発明の一側面は、反応熱を効果的に除去しながらも、スラリー溜まり現象が発生しない重合反応器を提供することである。

本発明の実施形態による重合反応器は、反応容器、反応容器に設置されて反応物を攪拌させる攪拌翼、および反応容器の円周方向に沿って一定の間隔で配置されている複数の冷却バッフルを含み、冷却バッフルは反応容器の側壁に設置され、冷却バッフルのうちの少なくとも一つは折り曲げられている折り曲げ型である。

前記冷却バッフルは、反応容器の側壁に結合される水平部、および水平部の端部に垂直な方向に連結された垂直部を含むことができる。

前記冷却バッフルは、流体が流入する流入口を含む第１管、および第１管を囲み流体が排出される排出口を含む第２管を含むことができる。

前記水平部は、反応物の界面の下に配置できる。

前記冷却バッフルは、相対的に反応容器の側壁と隣接するように配置された第１グループと、相対的に反応容器の中心と隣接するように配置された第２グループを含むことができる。

前記第１グループに含まれている冷却バッフルは同一な形態を有し、第２グループに含まれている冷却バッフルは同一な形態を有することができる。

前記第１グループと第２グループに含まれている冷却バッフルは互いに対向する方向に折り曲げられており、第１グループと第２グループの垂直部は互いに対向するように配置できる。

前記第１グループの水平部は反応容器の下部に位置し、第２グループの水平部は反応容器の上部に配置できる。

第１グループと第２グループに含まれている冷却バッフルは互いに異なる形態を有することができる。

前記第１グループと第２グループのうちのいずれか一つに含まれている冷却バッフルは折り曲げ型であり、残りの一つに含まれている冷却バッフルは折り曲げられていない直線型であってもよい。

前記第１グループの冷却バッフルは直線型であり、第２グループの冷却バッフルは折り曲げ型であってもよい。

本発明の実施形態によれば、冷却バッフルを設置して、重合反応を行うと、反応熱を効果的に除去しながらも、スラリー溜まり現象が発生しなくて高品質のＰＶＣを生産することができる。

本発明の一実施形態による重合反応器を概略的に示した図である。 本発明の一実施形態による冷却バッフルの配置を概略的に示した図である。 本発明の他の実施形態による重合反応器を概略的に示した図である。 本発明の他の実施形態による重合反応器を概略的に示した図である。 従来の技術による反応器を概略的に示した図である。 図５に示した反応器の冷却バッフル配置図である。 本発明の一実施形態による反応器を概略的に示した図である。 本発明の一実施形態による反応器を概略的に示した図である。 図７および８に示した反応器の冷却バッフル配置図である。 本発明と従来の技術による反応器で、上部界面近所での混合程度を測定したグラフである。

以下、添付した図面を参照して本発明の実施形態について本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳しく説明する。本発明は様々の異なる形態に実現でき、ここで説明する実施形態に限定されない。

本発明を明確に説明するために説明上不必要な部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素については同一な参照符号を付けるようにする。

明細書全体で、ある部分が他の部分と“連結”されているという時、これは“直接的に連結”されている場合だけでなく、他の部材を挟んで“間接的に連結”されたことも含む。また、ある部分がある構成要素を“含む”という時、これは特に反対になる記載がない限り他の構成要素を除くのではなく他の構成要素をさらに含むことができるのを意味する。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について具体的に説明する。

図１は本発明の一実施形態による重合反応器を概略的に示した図であり、図２は本発明の一実施形態による冷却バッフルの配置を概略的に示した図であり、図３および図４は本発明の他の実施形態による重合反応器を概略的に示した図である。

図１に示したように、本発明の一実施形態による重合反応器は、反応物を入れる反応容器１０、反応容器１０内に設置される冷却バッフル２０、攪拌機を含む。

反応器は物質の合成反応器であってもよく、例えば、高分子重合反応器または多量化反応器であってもよい。

反応容器は反応物質を収容するための空間を含み、円筒形の側壁Ｓ１と底部Ｓ２および蓋部を含むことができる。反応容器１０は二重壁構造（図示せず）に形成でき、二重壁内部に熱交換のための流体が循環可能である。

攪拌機は、モータ３０、回転軸３１、攪拌翼３２を含む。回転軸３１は、反応容器１０の中央に位置し、モータ３０と連結されている。攪拌翼３２は反応容器１０の内部に位置し、回転軸３１に結合されて回転軸によって回転する。攪拌翼の長さ方向は反応容器の半径方向であってもよい。

攪拌翼３２は回転軸の一端に一セットの攪拌翼が設置されるか、回転軸の長さ方向に沿って一定の間隔をおいて複数で設置できる。一セットの攪拌翼３２は少なくとも二つの攪拌翼を含むことができる。攪拌翼は必要によって設置位置および個数は多様に選択できる。

攪拌翼は、反応特性によってパドル（ｐａｄｄｌｅ）タイプ、プロペラ（ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ）タイプおよびタービン（ｔｕｒｂｉｎｅ）タイプを選択的に使用することができる。

冷却バッフル２０は攪拌翼３１の回転による反応物１０の円周方向流れを上下方向流れに変えて反応物の混合を良好にし、反応熱を効果的に除去するためのものであって、その内部に熱交換のための流体が流れる配管から構成できる。

冷却バッフル２０は、流体が流入する流入口２を有する第１管５と、第１管を囲み流体が排出される排出口３を有する第２管７からなる。

第１管５に流入した流体は第２管７を通じて排出され、反応容器内１０の反応物と熱交換を通じて反応物の温度を一定に維持させる。

冷却バッフル２０は反応容器１０の円周方向（または内周面）に沿って複数で設置でき、一定の角度をおいて配置できる。冷却バッフル２０は、２０度～１２０度の間隔で３個～３６個が設置できる。さらに好ましくは、３０度～６０度の間隔で６個～２４個が設置できる。この時、冷却バッフル２０が設置される個数は二重に設置される全ての冷却バッフル２０の個数である。

冷却バッフル２０は折り曲げられた形態であって、反応容器１０の側壁に連結された水平部２１と、水平部２１の端部に垂直に連結された垂直部２２を含む。したがって、冷却バッフル２０は英語のＬ字またはハングルのＬ字または逆Ｌ字形態を有することができる。

冷却バッフル２０は円周方向に一定の角度をおいて一つずつ配置（図７および図９参照）できるが、これに限定されるのではなく、図１のように重畳して二重に配置できる。

説明の便宜上、以下では、相対的に反応容器１０の側壁と隣接した冷却バッフル２０を第１グループＧ１といい、相対的に反応容器１０の中心と隣接した冷却バッフル２０を第２グループＧ２という。

第１グループＧ１に含まれている冷却バッフルの形態は同一であり、第２グループＧ２に含まれている冷却バッフルの形態も同一であり、第１グループＧ１と第２グループＧ２の冷却バッフルの形態は同一であるか異なってもよい。

冷却バッフル２０は、図１のように、第１グループＧ１および第２グループＧ２が全て折り曲げられた形態の折り曲げ型からなり得る。

図１のように第１グループＧ１および第２グループＧ２を折り曲げ型で配置する場合、第１グループＧ１と第２グループＧ２の垂直部２２は互いに対向するように配置される。

したがって、第１グループＧ１の水平部２１は反応容器１０の下部に位置し、第２グループＧ２の水平部２１は反応容器１０の上部に配置できる。この時、水平部２１は界面ＳＳと溶接部（またはＴＬ（ｔａｎｇｅｎｔ ｌｉｎｅ））の間に位置するのが好ましい。

第１グループＧ１の垂直部２２と反応容器１０の側壁の間の間隔は、第１グループＧ１の垂直部２２と第２グループＧ２の垂直部２２の間の間隔と同一であってもよい。

もちろん、冷却バッフルは、図３および図４のように、第１グループＧ１および第２グループＧ２が互いに異なる冷却バッフルからなり得る。

図３のように、第１グループＧ１は反応容器１０の底部から反応容器１０内部に垂直に設置され、折り曲げられていない直線型５０からなり、第２グループＧ２は折り曲げ型からなり得る。この時、折り曲げ型冷却バッフル２０は反応容器１０の上部に水平部２１が設置され、直線型５０と平行に垂直部２２が配置できる。

そして、図４のように、第１グループＧ１の冷却バッフル２０は折り曲げ型からなり、第２グループＧ２は折り曲げられていない直線型５０からなり得る。この時、折り曲げ型は反応容器１０の下部に水平部２１が設置され、直線型５０と平行に垂直部２２が配置できる。

本発明のように、折り曲げられた形態の冷却バッフルは、水平部を用いて反応容器の内壁に設置することによって、修理および交替時脱着が容易である。

また、本発明のように折り曲げられた形態に反応容器の側壁に設置することによって、反応後スラリーを排出させる時、スラリーのレベルが低まっても冷却バッフルによる段差にスラリーがかからず反応器の下部傾斜面に沿って容易に排出される。

以下では、本発明と従来の技術による反応器を用いて実験した結果を説明する。

図５は従来の技術による反応器を概略的に示した図であり、図６は図５に示した反応器の冷却バッフル配置図である。図７および図８は本発明の一実施形態による反応器を概略的に示した図であり、図９は図７および８に示した反応器の冷却バッフル配置図である。

従来の技術による［比較例］と本発明による［実施例１］と［実施例２］は同一の重合反応器であって、運転条件は同一であり、冷却バッフルの配置および形態が異なる。

運転条件は、反応器のＬ／Ｄは１．５であり、還流凝縮機が設置されており、反応器側面にはイナージャケット（ｉｎｎｅｒ ｊａｃｋｅｔ）が設置され、下部には螺旋形バッフル（ｓｐｉｒａｌ ｂａｆｆｌｅ）が設置されている。そして、攪拌機は２段パドル（ｐａｄｄｌｅ）であり、チップスピード（ｔｉｐ ｓｐｅｅｄ）は１０ｍ／ｓｅｃに設定した。

［比較例］は図５および図６に示した反応器であって、直線型の冷却バッフルが反応器底部に設置されている。［比較例］の冷却バッフルは６０度間隔で６個ずつ、二重に設置でき、総１２個の冷却バッフルが設置された。

［実施例１］は図７および９に示した反応器であって、折り曲げられた形態の冷却バッフルが反応器の側壁に設置されている。［実施例１］の冷却バッフルは３０度間隔で１２個が反応器の内周面に沿って設置できる。

［実施例２］は図８および９に示した反応器であって、折り曲げられた形態の折り曲げ型が反応器１０の側壁に設置されている。［実施例２］の冷却バッフルは３０度間隔で１２個が反応器の内周面に沿って設置できる。この時、冷却バッフルの水平部２１は反応器の上部に位置し、界面より下に位置する。

図１０は本発明と従来の技術による反応器で、上部界面近所での混合程度を測定したグラフである。

混合時間は、反応器内で上部界面から底まで３等分し、これをそれぞれ上部、中部および下部という時、それぞれの領域で使用者指定数値（ｕｓｅｒ ｄｅｆｉｎｅ ｓｃａｌａｒ）値の偏差が１ｅ－０５になるまでの時間である。

図１０を参照すれば、実施例１および２の場合、比較例よりピークも少なく、短時間内に安定化されることが分かる。

下記の［表１］は図１０に示した比較例、実施例１および２の混合時間を測定して記録した表である。

［表１］を参照すれば、比較例の混合時間は２０２秒であり、実施例１および実施例２の混合時間は２１１であり、混合時間の差が１０秒程度であって、比較例と実施例１および２がほとんど類似しているのを確認することができた。即ち、本発明の実施例のように冷却バッフルを二重でない一重に設置しても二重と類似の混合時間を得ることができるので、従来より冷却バッフルを配置する構造が単純になっても同一な効果を期待することができる。

下記の［表２］は、図１０に示した比較例、実施例１および２の冷却バッフルの熱交換面積比を記録した表である。

［表２］を参照すれば、比較例の面積を基準である１００％とする時、実施例２の熱交換面積比が９７％であって既存に対比して熱交換面積がそのまま維持されることが分かる。

実施例１は面積比が８７％であって比較例より熱交換面積比が多少減ったが、混合時間が短くスラリー溜まり現象が発生しない効果を得ることができる。

このように実施例１および２は折り曲げられた形態の冷却バッフルを設置する時、二重に設置せず第１グループのみで配置しても、比較例で二重に設置することと比較して熱交換面積を一定水準を維持させることができる。したがって、冷却バッフルを二重に設置することによって発生する設置および交替作業を減らすことができる。

また、実施例１および２は、比較例より混合効率が増加するのを確認することができる。これは、スラリー溜まり現象が除去されて、ノンポリタイム（ｎｏｎ－ｐｏｌｙ ｔｉｍｅ）が減り、したがって生産量を増加させることができ、スラリーの固着無くＰＶＣ品質を向上させることができる。

以上で本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるのではなく、特許請求の範囲と発明の詳細な説明および添付した図面の範囲内で多様に変形して実施することが可能であり、これも本発明の範囲に属するのは当然である。

２ 流入口
３ 排出口
５ 第１管
７ 第２管
１０ 反応容器
２０ 冷却バッフル
２１ 水平部
２２ 垂直部
３０ モータ
３１ 回転軸
３２ 攪拌翼
５０ 直線型

Claims (11)

1. 反応容器、
   前記反応容器に設置されて反応物を攪拌させる攪拌翼、および
   前記反応容器の円周方向に沿って一定の間隔で配置されている複数の冷却バッフル
   を含み、
   前記冷却バッフルは前記反応容器の側壁に設置され、前記冷却バッフルのうちの少なくとも一つは折り曲げられている折り曲げ型である、重合反応器。
2. 前記冷却バッフルは、前記反応容器の側壁に結合される水平部、および前記水平部の端部に垂直な方向に連結された垂直部を含む、請求項１に記載の重合反応器。
3. 前記冷却バッフルは、流体が流入する流入口を含む第１管、および前記第１管を囲み前記流体が排出される排出口を含む第２管を含む、請求項２に記載の重合反応器。
4. 前記水平部は前記反応物の界面の下に位置する、請求項２に記載の重合反応器。
5. 前記冷却バッフルは、相対的に前記反応容器の側壁と隣接するように配置された第１グループと、相対的に前記反応容器の中心と隣接するように配置された第２グループを含む、請求項２に記載の重合反応器。
6. 前記第１グループに含まれている前記冷却バッフルは同一な形態を有し、
   前記第２グループに含まれている前記冷却バッフルは同一な形態を有する、請求項５に記載の重合反応器。
7. 前記第１グループと前記第２グループに含まれている前記冷却バッフルは互いに対向する方向に折り曲げられており、
   前記第１グループと前記第２グループの前記垂直部は互いに対向するように配置されている、請求項６に記載の重合反応器。
8. 前記第１グループの水平部は前記反応容器の下部に位置し、前記第２グループの水平部は前記反応容器の上部に位置する、請求項７に記載の重合反応器。
9. 前記第１グループと前記第２グループに含まれている前記冷却バッフルは互いに異なる形態を有する、請求項６に記載の重合反応器。
10. 前記第１グループと前記第２グループのうちのいずれか一つに含まれている前記冷却バッフルは折り曲げ型であり、
    残り一つに含まれている前記冷却バッフルは折り曲げられていない直線型である、請求項９に記載の重合反応器。
11. 前記第１グループの前記冷却バッフルは直線型であり、
    前記第２グループの前記冷却バッフルは折り曲げ型である、請求項１０に記載の重合反応器。

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