KR100449195B1 - 잔류단량체제거장치및방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 잔류 단량체 제거 장치 및 방법에 관한 것이다. PVC 슬러리를 스팀과 접촉시켜 PVC 슬러리 중에 함유된 잔류 단량체를 제거하는 경우에, 최적의 처리조건은 특성이 상이한 여러 가지 PVC에 대하여 융통성 있게 선택할 수 있다. 더욱이, 장치중 PVC 슬러리의 유동성이 우수하게 유지될 수 있다. 따라서, 품질이 우수한 PVC가 안정하게 제조될 수 있다. 또한, 효율 및 안정성이 우수하게 유지되도록 작동을 조절할 수 있다. 장치는 중공 원통형 탑(4); 탑(4)에 수직방향으로 제공되고, 각각이 많은 구멍(43)을 갖는 다수의 판(31 내지 37); 챔버 바닥으로서 작용하는 판(31 내지 37) 중의 하나 위에 각각 형성되는 다수의 챔버(8, 25 내지 30); 두 개 이상의 챔버에 제공되는 슬러리 도입구(19 내지 24); 슬러리가 상부 챔버 판으로부터 하부 챔버판으로 계속해서 유동하도록 두 개의 인접한 판 사이에 각각 제공되는 하부 유동부분(flow-down section)(13 내지 18); 탑의 바닥에 제공되는 스팀 도입구(10); 슬러리 도입구를 갖는 챔버(29)보다 하부 챔버에 제공되는 슬러리 방출구(12); 및 각각의 판(31 내지 36) 아래에 직접 제공되는 고온수 분사장치(hot water jetting means)(46 내지 51)를 포함한다. 슬러리 도입구가 제공된 챔버중 한 챔버(26)의 판의 직경은 챔버(25 및 27)의 판의 직경보다 1.05 내지 5배 더 크다.

Description

잔류 단량체 제거 장치 및 방법

본 발명은 특성이 상이한 광범위한 PVC 슬러리와 원활하게 사용될 수 있는 잔류 단량체 제거 장치 및 당해 장치를 사용하여 잔류 단량체를 제거하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 염화비닐 수지(이후에는, PVC로서 언급함)의 제조시, 폴리염화비닐(이후에는, PVC로서 언급함)과 수성 매질의 혼합물(이후에는, PVC 슬러리로서 언급함)에 함유된, 염화비닐 단량체(이후에는, VC로서 언급함)를 주로 포함하는 반응하지 않은 잔류 단량체 제거 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 당해 장치를 사용하여 반응하지 않은 잔류 단량체를 제거하는 방법에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 PVC 특성 또는 성질 면에서 및 단량체 방출의 용이성 면에서 매우 상이한 PVC 슬러리에 대하여, 균일하게 높은 효율을 성취할 수 있도록 하고, 우수한 작동성능으로 품질이 우수한 수지를 제조할 수 있도록하는, 광범위한 능력을 갖는 잔류 단량체 제거 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 당해 장치를 사용하여 잔류 단량체를 제거하는 방법에 관한 것이다.

PVC는 화학적 및 물리적 특성이 우수한 수지이므로, 광범위한 분야에 사용된다. 일반적으로, PVC는 현탁 중합, 유화 중합 또는 벌크 중합에 의해 제조된다. 이들 방법 중에서, 현탁 중합 및 유화 중합이 통상적으로 사용되는데, 이는 이들 방법에서는 반응열이 용이하게 제거될 수 있고, 불순물의 함유량이 감소된 PVC 최종 생성물이 제조될 수 있으며, 중합후 미립자가 된 PVC를 과립화하는 단계가 필요치 않은 이점을 제공하기 때문이다. 현탁 중합 및 유화 중합은 일반적으로 VC, 수성 매질, 분산제, 중합개시제 등을 교반기가 장착된 반응기에 가한 다음, 소정의 온도를 유지하면서 VC를 중합시킴으로써 수행한다. 중합반응은 VC가 PVC로 100% 전환될 때까지 계속 수행하지는 않지만, 최적의 제조효율을 제공하는 80 내지 95%의 전환률에서 종결하는 것이 일반적인 방법이다. 따라서, 중합반응의 종결후 PVC 슬러리는 상당량의 반응하지 않은 잔류 단량체를 함유한다.

이들 잔류 단량체는 인체에 유해하므로, 잔류 단량체가 PVC 입자로 이동하거나 폐수 또는 공기로 이동하지 못하도록 주의하여야 한다. 따라서, 잔류 단량체는 가능한 한 많이 제거되어 PVC 슬러리로부터 회수되어야만 한다.

통상적인 잔류 단량체의 제거방법에 따르면, 중합반응에 의해 수득된 PVC 슬러리로부터 수성 매질을 기계적으로 분리한 다음, PVC에 소량으로 잔류하는 잔류단량체 및 수성 매질을 열풍 건조 등으로 제거하여 PVC 분말을 최종 생성물로서 수득한다.

이들 방법은 폐수로부터 잔류 단량체를 효과적으로 제거할 수 없고, 더욱이 잔류 단량체가 건조기로부터 배출되는 가스로 이동할 수 있다. 게다가, 잔류 단량체가 최종 생성물인, PVC 분말로부터 충분한 수준으로 제거되지 못하는 경우가 종종 있다. 따라서, 통상적인 방법은 안전성, 위생 및 환경보존의 측면에서 만족스럽지 못하다.

중합반응의 종결후 슬러리로부터 반응하지 않은 잔류 단량체를 효과적으로 제거하여 회수하는 방법으로서, 일본 공개특허공보 제54-8693호 및 제 56-22305호는 탑의 내부에 서로 소정의 간격으로 배치된, 다수의 구멍을 갖는 다수의 판을 포함하는 중공 원통형 탑, 탑의 기저에 배치된 탑으로 스팀을 분사하는 입구, 슬러리 도입구 및 탑의 상부에 배치된 가스 방출구를 포함하는 장치를 사용하는 방법을 제안하고 있다. 상기 장치에서는, PVC 슬러리를 다음과 같이 처리한다. 먼저, 슬러리를 중공 원통형 장치의 실질적으로 상부에 제공된 유일한 PVC 슬러리 도입구로 도입한다. 판 - 다수의 구멍을 가지며, 실질적으로 동심원적으로 배치되고, 많은 U-턴(U-turn)의 처리통로가 형성되도록 그 위에 격벽이 존재함 - 위에 형성된 처리통로를 따라 PVC 슬러리가 유동한다. 슬러리는 통로를 통해 유동하면서, 판의 구멍을 통해 기저로부터 위로 이동하는 스팀 분사에 노출된다. 따라서, 슬러리가 차례대로 판의 하부로 유동하는 경우에, 슬러리에 함유된 잔류 단량체를 증발시켜 분리한다. 이렇게 처리된 PVC 슬러리는 장치의 기저부분에 실질적으로 제공된 유일한 PVC 슬러리 방출구로부터 방출된다.

최근, 이의 적용이 다양화됨에 따라, PVC 품질에 있어서 여러 가지가 개선되었다. 그 결과, PVC 입자의 내부 구조, 열에 노출시 PVC의 분해 및 잔류 단량체 분리용 장치에서 슬러리의 기포 특성에 좌우되는 잔류 단량체의 방출성(releasability)에 관한 잔류 단량체 제거시의 문제점이 다양화되었다. 특히, 가소화제가 더 많이 흡수되도록 하기 위하여 입자 내에 보다 많은 구멍을 갖도록 개선된 PVC는 중합반응 후 PVC 입자에 다량의 잔류 단량체를 함유한다. 따라서, 당해 PVC를 포함하는 PVC 슬러리를 통상적인 잔류 단량체 제거 장치를 사용하여 처리하는 경우에 슬러리가 스팀과 접촉되면, 잔류 단량체가 증발되면서 상당히 발포되어 다음의 단점을 유발한다:

1. PVC 슬러리가 예정된 처리용 통로를 통해 통과하지 않고, 격벽 위로 유동하여 방출된다. 따라서, 잔류 단량체가 충분히 제거되지 않은 PVC 슬러리가 통상 통로를 통해 통과하는 PVC 슬러리로 이동하여, PVC 최종 생성물이 잔류 단량체를 고농도로 함유하는 PVC 입자로 오염된다.

2. 기포에 의해 부풀어진 PVC 입자가 장치의 내벽에 부착되려 한다. 부착된 입자가 고온의 스팀에 장시간 노출된 후에 열악해지면 착색 입자를 생성하게 되고, 이는 PVC 최종 생성물로 이동되어 생성물의 가치를 떨어트린다.

이들 단점은 슬러리가 격벽 위로 유동하지 않도록 통상의 방법에 따라 감소된 양의 PVC 슬러리를 도입시켜 극복할 수 있다. 그러나, 이러한 방법은 잔류 단량체의 처리 공정시 시간당 처리되는 PVC의 양이 감소되어 실제로 시간당 PVC 최종생성물의 생성이 감소된다.

PVC가 잔류 단량체를 용이하게 방출하는 경우에는 잔류 단량체가 제거되기 어려운 PVC에서 보다 PVC와 스팀의 접촉시간이 단축될 수 있다. 그러나, 잔류 단량체가 제거되기 어려운 PVC 함유 슬러리 처리용으로 적합한 조건에 부합되도록 잔류 단량체 제거 장치가 고안될 경우에, 잔류 단량체를 용이하게 방출하는 PVC 함유 PVC 슬러리를 처리하기 위해 당해 장치를 사용하면 PVC가 지나치게 열분해되어 PVC 최종 생성물의 품질이 저하되는 바람직하지 못한 결과를 유발한다. 이는 PVC 슬러리가 심지어 잔류 단량체가 충분히 제거된 후에도 불필요하게 장시간 동안 스팀과 접촉되기 때문이다. 반면에, 잔류 단량체가 용이하게 제거되는 PVC 함유 슬러리 처리용으로 적합한 조건에 부합되도록 잔류 단량체 제거 장치가 고안되고, 이 장치에 의하여 잔류 단량체가 제거되기 어려운 PVC 함유 슬러리가 처리되는 경우, 잔류 단량체는 완전히 제거될 수 없고, PVC 슬러리는 잔류 단량체를 고농도로 유지하면서 잔류 단량체 제거공정을 통과한다. 따라서, 통상적인 잔류 단량체 제거 장치는 잔류 단량체가 용이하게 제거되는 PVC 함유 PVC 슬러리를 처리하는 경우 및 잔류 단량체가 제거되기 어려운 PVC 함유 PVC 슬러리를 처리하는 경우를 모두 만족할 수 없다.

상기 문제점을 해결하기 위해 본 발명자가 부단히 연구한 결과, 특성이 상이한 광범위한 PVC 슬러리에 원활하게 사용할 수 있는 잔류 단량체 제거 장치 및 당해 장치를 사용하는 방법이 개발되어 본 발명이 완성되었다.

특히, 잔류 단량체가 제거되는 PVC 슬러리의 발포 현상에 대해 수행된 연구 결과, 다음의 사실이 발견되었다. 첫째로, 판 위에서 스팀으로 처리되는 경우에 PVC 슬러리로부터 생성되는 발포는 PVC 입자 및 수성 매질의 내부로부터 유리되는 잔류 단량체로부터 생성된 것이다. 둘째, 발포로 인해, 판 위를 유동하는 PVC 슬러리가 처리용 통로를 구분하는 격벽 위로 상부유동하게 된다. 셋째, 슬러리와 스팀의 접촉시간이 5분인 경우에, PVC 입자 내부에 존재하는 잔류 단량체의 70% 이상이 제거되며, 이로부터 발포 현상은 PVC 슬러리가 처음으로 도입되는 챔버의 바닥으로서 작용하는 판 위에서 가장 격렬하게 일어나리라 예상된다. 이러한 사실로부터, 하나 이상의 PVC 슬러리 도입구를 갖는 챔버의 바닥으로서 작용하는 판의 직경이 다른 판의 것보다 크도록 증가된다면, 판 위의 PVC 슬러리의 높이가 실제로 감소되어 발포 슬러리의 기포가 격벽 위로 상부유동하는 것을 방지하며, 이러한 방법에 따라, 처리되는 PVC 슬러리의 양이 감소될 필요가 없다. 또한, 잔류 단량체가 보다 용이하게 제거되는 PVC 함유 PVC 슬러리가 보다 격렬하게 비등하려 한다는 점을 고려할때, 다음과 같이 수행한다. 먼저, PVC 슬러리 도입구를 탑의 두 개 이상의 별개의 챔버에 설치한다. 그 다음에, VC를 증발시켜 분리하는데 장시간이 요구되는 PVC 슬러리를 처리하는 경우에, 체류시간을 확보하기 위하여 슬러리 방출구를 갖는 챔버로부터 가능한 먼 챔버에 제공된 슬러리 도입구로 슬러리를 도입한다. 한편, VC가 단시간 내에 증발되어 분리되는 PVC 슬러리를 처리하는 경우에, VC를 증발시켜 분리하는데 필요하고 충분한 체류시간은 슬러리 방출구를 갖는 챔버에 비교적 근접한 챔버에 제공된 슬러리 도입구로부터 슬러리를 도입시키면서, PVC 슬러리가지나치게 장시간 동안 스팀과 접촉되어 PVC의 지나친 열분해를 유발하지 않도록 함으로써 수득할 수 있다.

이후에 사용되는 용어 "다공도(porosity)"는 PVC의 미세공극의 용적(㎖/g)을 의미한다.

도 1은 본 발명에 따른 잔류 단량체 제거 장치를 사용하는 잔류 단량체의 제거방법을 도시한 개략도이고,

도 2는 천공된 판의 평면도이며,

도 3은 천공된 판의 수직도이다.

본원에 청구된 본 발명의 장치는 다음과 같이 요약된다:

중공 원통형 탑,

탑에 수직방향으로 서로 소정의 간격으로 배치되고 각각 많은 구멍을 갖는 다수의 판,

챔버 바닥으로서 작용하는 판들 중의 하나에 각각 형성된 다수의 챔버,

두 개 이상의 챔버에 제공되는 슬러리 도입구,

슬러리가 상부 챔버의 판으로부터 하부 챔버의 판으로 계속해서 유동하도록 두 개의 인접한 판 사이에 제공되는 하부 유동부분(flow-down section),

탑의 기저에 제공되는 스팀 도입구 및

슬러리 도입구가 있는 챔버보다 하부의 챔버에 제공되는 슬러리 방출구를 포함하며, 여기서 슬러리 도입구가 제공된 챔버중 하나의 판은 직경이, 슬러리 도입구가 제공된 챔버 판의 바로 위 및 아래에 있는 챔버에 각각 위치하는 판의 직경보다 1.05 내지 5배 더 크다.

본 발명의 다른 측면에 있어서, 판의 하부 면에 면하면서 하나 이상의 판에 근접하게 위치하는 고온 수 분사장치(hot water jetting means)를 추가로 포함하는, 위에서 기술된 장치가 제공된다.

바람직하게는, 각각의 구멍의 직경은 0.5 내지 5.0mm이다.

바람직하게는, 판의 면적에 대한 각각의 판에 존재하는 구멍의 면적의 비가 0.001 내지 10%이다.

본 발명의 또 다른 측면에 있어서,

폴리염화비닐 함유 슬러리를 슬러리 도입구로부터 도입시키는 단계,

탑의 기저에 제공된 스팀 도입구로부터 스팀을 송풍하는 단계,

슬러리를 판을 통해 하부로 유동시키면서 슬러리가 스팀과 접촉되도록 하는 단계,

상기 단계에 의해 잔류 단량체를 슬러리로부터 분리하는 동시에, 분리된 잔류 단량체 함유 가스를 탑의 상부로부터 방출시키는 단계 및

잔류 단량체가 제거된 슬러리를 슬러리 방출구로부터 방출시키는 단계를 포함하며, 이때 폴리염화비닐 함유 슬러리를 도입시키는 단계가,

(1) 잔류 단량체가 슬러리로부터 제거되기 어려운 경우, 판의 직경이 보다 큰 챔버 위의 챔버에 제공된 슬러리 도입구로부터 슬러리를 공급하거나,

(2) 잔류 단량체가 슬러리로부터 용이하게 제거되는 경우, 판의 직경이 보다 큰 챔버에 제공된 슬러리 도입구로부터 슬러리를 공급하거나, 판의 직경이 보다 큰 챔버보다 하부에 존재하는 챔버에 제공된 슬러리 도입구로부터 슬러리를 공급하거나, 또는

(3) 슬러리의 기포 특성이 큰 경우, 판의 직경이 보다 큰 챔버에 제공된 슬러리 도입구로부터 슬러리를 공급함으로써 수행되는, 상기 장치를 사용하여 잔류 단량체를 제거하는 방법이 제공된다.

특히, 슬러리 중의 폴리염화비닐의 다공도가 0.300㎖/g 이상인 경우, 슬러리는 판의 직경이 보다 큰 챔버 또는 이 챔버보다 하부에 위치하는 챔버로 도입시킨다.

또한, 슬러리 중의 폴리염화비닐의 다공도가 0.350㎖/g 이상인 경우, 슬러리는 판의 직경이 보다 큰 챔버로 도입시킨다.

또한, 슬러리 중의 폴리염화비닐의 다공도가 0.300㎖/g 미만인 경우, 슬러리는 판의 직경이 보다 큰 챔버보다 위에 위치하는 챔버로 도입시킨다.

본 발명의 잔류 단량체 제거 장치는, 잔류 단량체가 제거되기 어려운 PVC 슬러리를 처리하는 경우에는 체류시간이 연장되며, 이와는 대조적으로, 잔류 단량체가 용이하게 제거될 수 있는 PVC 슬러리를 처리하는 경우에는 체류시간이 감소하도록 처리되는 각각의 PVC에 따라 최적의 조건을 선택할 수 있다. 즉, 잔류 단량체 방출의 용이성에 따라 처리되는 PVC 슬러리의 양이 실질적으로 변할 필요가 없다. 따라서, 잔류 단량체는 본 발명의 장치를 사용하여 매우 효율적으로 제거할 수 있다.

더욱이, 본 발명에 따라, 통상적인 단일장치로는 처리되지 않았던 특성 및 성질이 다양한 PVC를 위한 잔류 단량체 제거조건을 융통성 있게 조절할 수 있다. 예를 들면, 잔류 단량체는 슬러리의 발포 특성, 단량체 방출의 용이성 및 PVC의 열분해에 대한 감수성에 따라 하나의 장치를 사용하여 효율적으로 제거할 수 있다.

본 발명에서, 용어 PVC는 VC의 단독중합체, VC 및 VC와 공중합가능한 단량체의 공중합체, VC를 올레핀 중합체에 그래프트 중합시켜 수득한 중합체, 및 둘 이상의 이들 중합체로 이루어진 중합체를 의미하는데 사용된다. 본 발명에 따라 잔류 단량체를 효율적으로 제거하기 위하여, 중합체는 바람직하게는 중합체의 구조단위로서 50중량% 이상의 VC를 함유한다. 당해 중합체는 현탁중합 또는 유화 중합에 의해 수득할 수 있다.

VC와 공중합가능한 중합성 단량체의 특정 예로는 비닐 알콜의 카복실산 에스테르(예: 비닐 아세테이트), 비닐 에테르(예: 알킬비닐 에테르), 불포화 카복실산 에스테르(예: 아크릴레이트 및 메타크릴레이트), 비닐리덴 할라이드(예: 비닐리덴 클로라이드 및 비닐리덴 플루오라이드), 불포화 니트릴(예: 아크릴로니트릴) 및 올레핀(예: 에틸렌 및 프로필렌)이 포함된다.

본 발명에서, 용어 "PVC 슬러리"는 PVC 및 수성 매질을 함유하는 슬러리를 의미하는데 사용된다. 중합반응의 종결후 PVC 슬러리는 PVC 및 수성 매질 이외에, 반응하지 않은 잔류 단량체를 함유한다. PVC의 제조시, 분산제(예: 폴리비닐 알콜 및 하이드록시프로필 메틸셀룰로오즈) 및, 경우에 따라, 완충제, PVC용 입자크기 조절제, 스케일 부착 억제제(agent for suppressing scale adhesion), 소포제 등이 사용된다. 따라서, PVC 슬러리는 이들 첨가제를 필요한 양으로 함유할 수 있다.

본 발명의 방법에 의해 처리되는 PVC 슬러리에 함유된 PVC의 농도(이후에는, 슬러리 농도로서 언급함)는 5 내지 45중량%가 바람직하며, 10 내지 40중량%가 보다 바람직하다. 슬러리 농도가 너무 높을 경우에, 잔류 단량체 제거 장치 중의 PVC 슬러리의 유동성은 불량해진다. 반면에, 슬러리 농도가 너무 낮을 경우에는, 처리되는 PVC의 실제량이 상당히 감소된다.

일반적으로 말해서, 본 발명에 따라 처리되는 PVC 슬러리는 중합반응이 종결된 후, 및 반응기의 내부 압력이 대기압으로 감소된 후 또는 감소되기 전에 PVC 슬러리 탱크로 옮긴 것일 수 있다. 또한, 중합반응시 전환이 임의 지점에 도달했을 때 중합반응이 종결되는 PVC 슬러리가 PVC 슬러리 탱크로 옮겨진 후에 사용될 수 있다. PVC 슬러리는 슬러리 탱크로부터 소정의 유량으로 펌프와 같은 전달수단을 사용하여 본 발명의 잔류 단량체 제거 장치로 공급한다.

본 발명의 장치를 사용하여 PVC 슬러리로부터 잔류 단량체를 제거하는 방법은 도 1 내지 3을 참조로 기술될 것이다. 그러나, 본 발명은 본 명세서에 기술된 특정 양태로 제한되지 않는다.

도 1은 본 발명의 양태에 따른 잔류 단량체 제거 장치의 개략도이다. 본 발명의 장치는 중공 원통형 탑(4); 탑(4)에 수직방향으로 배치되고, 각각이 많은 구멍을 갖는 다수의 판(31 내지 37); 챔버 바닥으로서 작용하는 판(31 내지 37) 중의 하나 위에 각각 형성되는 다수의 챔버(8, 및 25 내지 30); 두 개 이상의 챔버에 제공되는 슬러리 도입구(19 내지 24); 슬러리가 상부 챔버 판으로부터 하부 챔버판으로 계속해서 유동하도록 두 개의 인접한 판 사이에 각각 제공되는 하부 유동부분(13 내지 18); 탑(4)의 바닥에 제공되는 스팀 도입구(10); 슬러리 도입구를 갖는 챔버(29)보다 하부 챔버에 제공되는 슬러리 방출구(12); 및 각각의 판(31 내지 36) 바로 아래에 제공되는 고온 수 분사장치(46 내지 51)를 포함한다. 슬러리도입구가 제공된 챔버중 한 챔버(26)의 판의 직경은 챔버(26)의 바로 위 및 아래에 위치한 챔버(25 및 27)의 판의 직경보다 1.05 내지 5배 더 크다. 탑(4)의 상부 챔버(8)에는 냉각기(7)에 연결된 탈기구(11)가 제공된다. 각각의 판(31 내지 37)은 도 2에 제시된 수많은 구멍(43)을 갖는다. 각각의 판 위에는 격벽(38 내지 42)이 제공되어 하부 유동하는 슬러리가 격벽과 탑의 내벽에 의해 한정되는 많은 U-턴 통로[또는 지그-재그(zig-zag) 통로]를 형성할 수 있게 된다. (45)번은 분할 판을 나타낸다. 슬러리 도입구(19 내지 24)는 밸브(19A 내지 24A)가 있는 슬러리 공급 라인에 연결된다. 슬러리 공급 라인은 또한 밸브(52, 53), 열 교환기(3) 및 펌프(2)를 통해 슬러리 탱크(1)에 연결된다.

본 발명의 장치는 판 챔버(구획)를 각각 판(31 내지 37)이 있는 단위로서 조립함으로써 용이하게 제조할 수 있다. 또한, 통상적인 장치가 개장되는 경우에, 장치는 통상적인 장치의 판을 미리 별도로 제조한 직경이 보다 큰 판(33)으로 대체하여 제조할 수 있다.

도 1에 제시된 장치에서, 현탁 중합 또는 유화 중합에 의해 수득된 다음, 일시적으로 PVC 슬러리 탱크(1)에서 저장되었던 PVC 슬러리를 펌프(2)에 의해 열 교환기(3)로 도입시킨다. 슬러리를 열 교환기(3)에서 소정의 온도로 가열한 다음, PVC 슬러리 도입구(19 내지 24) 중의 하나를 통해 장치로 도입시킨다.

잔류 단량체 제거 장치의 탑 본체(4) 내부로 도입되는 PVC 슬러리의 유량은 도 2에 제시된 판(31)의 면적 ㎡당 0.1 내지 300㎥/h이고, 바람직하게는 1 내지 100㎥/h이다. 유량은 바람직하게는 펌프(2)에 의해 공급되는 액체의 양으로 조절한다.

탑(4)으로 도입되는 PVC 슬러리는 바람직하게는 열 교환기(3)를 사용하여 50 내지 100℃로 예열한다. 슬러리가 예열된 경우에, 잔류 단량체의 제거효율은 증진된다.

탑(4)에 제공된 판의 내경은 내경이 가장 작은 판인 경우에는 200 내지 10,000mm이고, 내경이 가장 큰 판인 경우에는 내경이 가장 작은 판의 것의 1.05 내지 5배, 바람직하게는 1.2 내지 5배이다.

바닥으로서 각각 판을 갖는 챔버의 내부 주변형태 및 크기는 판에 평행한 단면에 대해 서로 동일하거나 상이할 수 있다.

탑(4)의 높이는 직경이 가장 작은 판의 직경의 2 내지 20배, 보다 바람직하게는 5 내지 15배이다.

본 발명에 따른 잔류 단량체 제거 장치는 두 개 이상의 챔버에 슬러리 도입구를 갖는다. 더욱이, 슬러리 도입구를 갖는 챔버에 대한 바닥으로서 작용하는 판의 직경은 일반적으로 슬러리 도입구를 갖는 챔버의 바로 위 및 아래에 각각 존재하는 챔버에 제공된 판의 직경의 1.05 내지 5배, 바람직하게는 1.2 내지 5배이다.

단량체를 방출하는 PVC 슬러리의 용이성은 PVC 슬러리 중의 PVC 입자의 구조에 좌우된다. PVC 입자의 다공도가 큰 경우에, PVC 입자와 스팀의 접촉은 양호하다. 따라서, 잔류 단량체는 용이하게 제거된다. 또한, 당해 PVC 입자를 함유하는 중합반응 후의 슬러리는 발포하기 쉽다. 반면에, 다공도가 작은 PVC는 잔류 단량체를 용이하게 방출하지 못한다. 즉, 본 발명에서, 슬러리 중의 폴리염화비닐 입자의다공도가 0.300㎖/g 이상인 경우, 슬러리는 바람직하게는 판의 직경이 보다 큰 챔버 또는 이 챔버보다 하부에 위치하는 챔버로 도입시킨다. 슬러리 중의 폴리염화비닐 입자의 다공도가 0.350㎖/g 이상인 경우, 슬러리는 바람직하게는 판의 직경이 보다 큰 챔버로 도입시킨다. 더욱이, 슬러리 중의 폴리염화비닐 입자의 다공도가 0.300㎖/g 미만인 경우, 슬러리는 바람직하게는 판의 직경이 보다 큰 챔버보다 상부에 위치하는 챔버로 도입시킨다.

잔류 단량체 제거 장치에 있어서, 판의 수는 PVC 슬러리가 장치에 머무는 시간, 즉 PVC 슬러리와 스팀의 접촉시간을 결정하는 결정적인 요인이다. 본 발명의 장치에 있어서, 판의 수는 처리되는 다수의 PVC 슬러리중 잔류 단량체를 방출하는데 가장 긴 시간이 소요되는 PVC 슬러리가 슬러리로부터 잔류 단량체의 완전 제거가 확보될 수 있도록 하는데 최소한 필요한 체류시간을 갖도록 결정된다. PVC 슬러리가 실제로 도입되는 도입구는 단량체를 방출하는 슬러리의 용이성 및 필요한 체류시간에 따라 선택될 수 있다. 장치에서의 체류시간은 도입되는 PVC 슬러리 중의 잔류 단량체의 농도 및 방출되는 PVC 슬러리에 함유된 잔류 단량체의 설정 농도 뿐만 아니라, 단량체를 방출하는 슬러리의 용이성 등을 기준으로 하여 결정될 수 있다.

단량체를 방출하는 슬러리의 용이성에 따라 체류시간을 조절하는 방법이 도 1을 참조로 기술될 것이다. 잔류 단량체를 용이하게 방출하지 못하는 PVC 슬러리를 처리하는 경우에, 예를 들면, PVC 슬러리를 슬러리 도입구(19)로부터 도입시킨다. 도입된 PVC 슬러리를 판(31), 판(31) 위의 격벽(38 내지 42) 및 하부 유동부분(13)에 대한 탑의 내벽에 의해 형성된 처리통로로 통과시킨 다음, 근접한 하부 챔버의 판(32) 위로 도입시킨다.

이와 같이 판(32) 위로 도입된 슬러리를 계속해서 판(32)의 처리통로로 통과시켜, 아래에 있는 챔버의 판 위로 유동시킨다. 즉, 슬러리는 판(31 내지 37)의 처리통로를 통과한 다음, 최종적으로 PVC 슬러리 방출구(12)를 통해 장치 밖으로 방출된다. 한편, 잔류 단량체가 용이하게 제거되는 PVC 슬러리를 처리하는 경우에는, 예를 들면, PVC 슬러리를 판(35) 위의 PVC 도입구(23)로부터 도입시킨다.

슬러리를 판(36 및 37) 위의 처리통로로 또한 통과시킨 다음 처리한다. 더욱이, 격렬하게 발포되는 PVC 슬러리를 처리하는 경우에, 예를 들면, PVC 슬러리를 직경이 챔버(26)의 바로 위 및 아래에 위치한 챔버에 제공된 판(32 및 34)의 직경보다 더 큰, 판(33) 위의 챔버(26)에 설치된 PVC 도입구(21)로부터 도입시킨 다음, 위에서 언급한 것과 동일한 방법으로 처리한다. 따라서, PVC 슬러리가 도입되는 판의 위치를 선택함으로써, 처리되는 PVC 슬러리의 특성에 따라, PVC 슬러리와 스팀의 접촉시간을 잔류 단량체를 제거하는데 필요하고 충분한 시간으로 조절할 수 있고, 스팀과의 과도한 접촉으로 인한 PVC의 열분해를 방지할 수 있다. 용이하게 발포되는 PVC 슬러리를 처리하는 경우에, 슬러리는, 직경이 가장 작은 판의 것보다 1.05 내지 5배, 바람직하게는 1.2 내지 5배의 직경을 갖는 판(33)이 이의 바닥으로서 제공된 챔버(26)에 설치된 PVC 도입구(21)로부터 도입시키는 것이 바람직하다. 판의 직경이 큰 경우에, 판 위의 통로를 통해 유동하는 PVC 슬러리의 깊이는 얕아질 것이다. 따라서, 판 위에서 PVC 슬러리를 통과하는 스팀의 체류시간은 감소되며, 판 위에서의 슬러리의 발포는 억제될 수 있다. 결과적으로, PVC 슬러리가 격벽 위로 상부유동하는 것을 방지할 수 있고, 잔류 단량체가 충분히 제거되지 않는 PVC 슬러리가 PVC 생성물로 이동하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 잔류 단량체의 안정화된 제거 및 장치의 작동이 가능해진다. 판의 직경이 직경이 가장 작은 판의 것보다 1.05배 미만으로 큰 경우에, 발포의 억제효과는 제한된다. 반면에, 판의 직경이 직경이 가장 작은 판의 것보다 5배 이상으로 큰 경우에, 구멍을 통해 판 챔버에 송풍되는 단위 면적당 스팀의 양은 너무 작아서, PVC 슬러리가 불충분하게 교반된다. 이에 따라, PVC 입자가 침전되므로써, 때때로 장치의 작동이 어려워진다. 또한, 장치의 제조비용이 증가된다.

잔류 단량체를 방출하는 PVC 슬러리의 용이성은 슬러리 중의 PVC 다공도에 좌우된다. 따라서, 슬러리 도입구는 측정된 PVC의 다공도 값을 기준으로 하여 선택될 수 있다. 즉, 다공도가 0.300ml/g 이상인 경우, 슬러리는 챔버(26)(직경이 보다 큰 판이 제공됨) 또는 챔버(26) 아래에 위치한 챔버(28, 29 및 30) 중의 어느 하나에 위치한 슬러리 도입구로부터 도입시킨다. 다공도가 0.350㎖ml/g 이상이거나 슬러리가 발포되는 경우에, 슬러리는 (직경이 보다 큰 판이 제공된) 챔버(26)로 도입시킨다. 더욱이, 다공도가 0.300ml/g 미만인 경우, 슬러리는 챔버(26)의 위에 위치한 챔버(25)로 도입시킨다.

단지 한 개의 슬러리 방출구(12)가 도 1에 제시된 장치에 제공되어 있지만, 다수의 슬러리 방출구가 슬러리가 도입되는 입구의 아래에 있는 챔버에 제공될 수 있다. 다수의 슬러리 방출구가 제공될 경우에, 슬러리가 방출되는 입구(들)를 선택할 수 있다. 따라서, 잔류 단량체 제거 장치에서 직경이 보다 큰 판이 위치하는 챔버는 특별히 제한되지 않는다. 이는 체류시간이 방출구를 선택함으로써 조절될 수 있기 때문이다.

단량체 제거처리를 수행할 때, PVC 슬러리의 온도가 높으면, 잔류 단량체의 제거효율이 증진된다. 그러나, 온도가 너무 높으면, PVC 입자의 착색 또는 열분해가 일어나서 품질이 저하된다. 따라서, PVC 슬러리의 온도는 적절히 조절해야만 한다.

판 위를 유동하는 슬러리의 온도는 일반적으로 50 내지 150℃, 바람직하게는 70 내지 120℃이며, 보다 바람직하게는 80 내지 110℃이다. 판 위의 PVC 슬러리의 온도는 아래로부터 분사되는 스팀의 온도 및 양에 의해 조절할 수 있다.

탑(4)의 내부 압력은 바람직하게는 0.2 내지 3kg/㎠의 범위로 유지한다.

잔류 단량체 제거 장치에서 방해로 인하여 온도와 압력의 밸런스를 잃을 경우에, 판 위의 PVC 슬러리의 유동이 펄스(pulse)된다. 이의 원인으로는, 열 교환기에 의해 교환되는 열의 양이 PVC 슬러리 방출구로부터 방출되는 PVC 슬러리의 양의 변동에 의해 주로 변함으로써, PVC 슬러리 도입구로부터 도입되는 PVC 슬러리의 온도가 변함을 언급할 수 있다. 이러한 경우에, 판이 모두 크기가 동일한 경우, 생성된 펄스운동(pulsating motion)은 하부 판으로 전달되어 불안정한 작동을 하게 된다. 이와는 대조적으로, 본 발명에 따른 잔류 단량체 제거 장치를 사용하여 PVC 슬러리를 다른 판보다 직경이 큰 판으로 도입시키는 경우에, 잔류 단량체의 제거처리는 다른 판에 비하여 스팀 분사의 양이 더 적은 온화한 조건으로 수행한다. 따라서, 이미 개시된 펄스 운동은 직경이 보다 큰 판으로 이동되어 하부 판 위로 펄스 운동이 전달되는 것을 저지한다. 더욱이, 본 발명에 따른 잔류 단량체 제거 장치를 사용하면, PVC 슬러리의 유동이 매우 안정하다. 따라서, 방출되는 PVC 슬러리의 양도 또한 안정화된다. 즉, 본 발명의 장치는 펄스 운동 자체의 원인을 해결하거나 상당히 감소시키는 두드러진 효과를 갖는다.

잔류 단량체를 제거하기 위한 처리시, 슬러리의 발포는 심지어 잔류 단량체를 용이하게 방출하지 못하거나, 또는 환언하면, 슬러리를 유동시키기 위한 다수의 판이 필요한 PVC 슬러리의 처리 도중에도 전혀 억제되지 않는다. 특히, 잔류 단량체 제거 장치에서 온도와 압력의 밸런스를 잃을 경우에, 발포는 때로 장치의 작동을 불안정하게 만든다. 판이 모두 크기가 동일할 경우에, 발포는 소수의 하부 판으로 계속되지 않으며, 기포 또는 거품에 의해 위로 상승된 PVC 입자는 챔버의 벽에 부착되기 쉽다. 따라서, 벽으로부터 부착된 PVC를 제거하기 위하여 물 분사를 하는 경우에도, 분리된 PVC는 때때로 착색된 입자로서 잔류 단량체 제거 장치로부터 방출되는 PVC로 이동된다. 본 발명에 따른 잔류 단량체 제거 장치를 사용하면, 정도와 무관하게 발포가 직경이 보다 큰 판으로 효율적으로 이동될 수 있다. 즉, 상당히 비등하지 않고 일반적으로 잔류 단량체를 방출하기가 어려운 PVC 슬러리를 본 발명의 장치를 사용하여 처리하는 경우에, 발포는 실질적으로 판을 통과하는 도중에 없어진다. 그 결과, 착색된 PVC는 장치로부터 방출되는 PVC에서는 거의 검출되지 않는다.

본 발명에 따른 잔류 단량체 제거 장치는 위에서 기술한 바와 같이 이의 특정 구조 및 형태를 근거로 할 때, PVC 슬러리의 펄스를 매우 높은 수준으로 안정한 작동이 가능하도록 유지하고, 처리된 PVC에 함유된 PVC 착색입자의 수를 높고 안정한 수준으로 조절하는 우수한 효과를 제공하며, 이는 통상적인 장치로는 결코 수득될 수 없다.

기포가 전혀 생성되지 않거나 단지 약간만 생성되는 슬러리를 처리하기 위하여, 슬러리가 도입되는 판은 바람직하게는 직경이 작은 것이다. 직경이 감소되는 경우에, 판의 단위면적당 분사되는 스팀의 양은 증가된다. 또한, 판 위의 슬러리 깊이도 깊어진다. 결과적으로, 판 위에서의 PVC 슬러리와 스팀의 접촉시간은 잔류 단량체의 제거효율을 증진시키기 위하여 충분히 확보할 수 있다. PVC 슬러리 중의 잔류 단량체의 농도는 슬러리가 장치에서 하부 유동부분을 통해 하부로 유동함에 따라 감소되므로, 발포는 하부 판의 슬러리 깊이가 깊어지더라도 상부 판보다 하부 판 위에서 덜 격렬하게 발생된다.

도 1을 참조로, 발포 특성이 큰 PVC 슬러리를 슬러리 도입구(21)를 통해 장치로 도입시킨다. 이렇게 도입된 PVC 슬러리를 다수의 구멍을 갖는 판(33) 위의 격벽으로 형성된 처리통로로 유동시킨다. 슬러리는 하부 유동부분(15)을 통해 하부 판으로 유동된다. 이 경우에, 판(33)으로 도입되는 슬러리의 양이 다른 판의 양과 동일할지라도, 판(33)의 단위면적당 장치로 도입되는 슬러리의 양은 판(33)의 직경이 크기 때문에 감소될 수 있다. 결과적으로, 격렬하게 기포가 생성되는 PVC 슬러리를 사용할지라도, 단량체 제거처리는 발포를 억제하면서 효율적으로 수행할 수 있다.

본 명세서에서, 잔류 단량체 제거 장치에 제공되고, 한 표면에 각각 다수의 구멍 및 다수의 수직 격벽을 갖는 판을 "판 구조물(plate structures)"이라 부른다.

판의 구멍은 슬러리가 판 위로 유동할 때 구멍을 통해 분사되는 스팀에 의해 잔류 단량체를 제거하기 위하여 PVC 슬러리를 처리하기 위해 제공된다. 각각의 구멍의 크기, 스팀 압력 및 도입되는 스팀의 양은 PVC 슬러리가 구멍을 통해 하부로 유동되지 않고, 구멍이 막히지 않으며, 아래로부터 분사되는 스팀이 구멍을 통해 연속적으로 및 균일하게 통과되도록 설정하여야만 한다.

판에 각각 제공되는 구멍의 직경은 5mm 이하, 바람직하게는 0.5 내지 2mm이며, 보다 바람직하게는 0.7 내지 1.5mm이다. 각각의 판의 개환 비(구멍의 총 면적/ 판의 면적)는 0.001 내지 10%, 바람직하게는 0.04 내지 4%이며, 보다 바람직하게는 0.2 내지 2%이다. 개환 비가 너무 작은 경우, 판 위를 유동하는 PVC 슬러리 중의 PVC 입자는 구멍을 통해 분사되는 스팀에 의해 충분히 교반되지 못하므로써, PVC 입자를 침전시켜 잔류 단량체의 제거효율을 감소시킨다. 더욱이, PVC 슬러리의 유동성도 또한 감소된다. 반면에, 개환비가 너무 큰 경우에는, PVC 슬러리가 구멍으로부터 드립(drip)되는 현상(이 현상을 이후에는 슬러리 누출로서 언급함)이 일어나거나, 구멍으로부터의 슬러리 누출을 방지하기 위하여 다량의 스팀이 소모된다.

격벽은 이를 통해 PVC 슬러리가 판 위를 유동할 수 있도록 하는 처리 통로를 보장하기 위해 제공된다. 격벽의 존재로 인하여, PVC 슬러리는 일정 시간 동안 각각의 판 위를 유동할 수 있고, 이 동안에 슬러리는 스팀으로 처리되어 이로부터 잔류 단량체가 제거된다. 도 2 및 3에 제시된 판 구조물은 판(31) 위에 다른 관계로 배열된 격벽(38 내지 42)을 갖는다.

잔류 단량체 제거 장치에서 PVC 슬러리의 체류시간은 PVC 슬러리가 소정의 수의 판에 형성된 처리용 통로를 통해 통과하는데 소요되는 시간이다. 따라서, PVC 슬러리를 각각의 판이 고정된 직경을 갖는 경우 증가되는 양으로 도입시키고자 하는 경우에, 장치에서 입구로부터 각각의 하부 유동부분까지의 각각의 처리통로를 구분하는 분할판(45)의 높이를 증가시키는 것이 충분하다. 분할판의 높이를 조절함으로써, 그 판 위의 PVC 슬러리의 액체 깊이를 조절할 수 있다. 처리통로는 격벽을 설치하는 방식으로 한정된다. 통로의 형태는 바람직하게는 도 2에 제시된 바와 같은 헤어핀(hair-pin) 커브의 형태이다. 다른 선택가능한 형태의 예로는 나선형, 바퀴형 및 별형(방사상)이 포함된다.

격벽의 수 및 통로의 너비에 있어서, 본 발명의 판 구조물에 대한 특정 제한은 없다. 그러나, 격벽의 수가 지나치게 증가되고 통로의 높이가 너무 높을 경우에, PVC 슬러리의 액체 깊이가 너무 깊어져서 슬러리가 격벽 위로 바람직하지 못하게 넘칠 수 있다.

본 발명의 장치는 탑의 기저 챔버(9)에 스팀 도입구(10)를 갖는다. 도입구(10)로부터 도입된 스팀은 각각의 판 위를 유동하는 PVC 위로 판(37 내지 31)의 구멍을 통해 송풍된다. 도입되는 스팀의 양은 바람직하게는 PVC 슬러리 1㎥당 1 내지 100kg/h, 보다 바람직하게는 5 내지 50kg/h이다. 양이 너무 작을 경우에, PVC 슬러리 중의 PVC 입자가 침전됨으로써, PVC 슬러리 중의 잔류 단량체가 효율적으로 제거될 수 없다. 반면에, 도입되는 스팀의 양이 너무 많은 경우에는, PVC 슬러리가 격렬하게 튀어서 잔류 단량체를 제거하기 위한 처리가 어려워진다. 또한, PVC 슬러리로부터 잔류 단량체를 제거하는 효율은 처리효율이 매우 불량한, 도입된 스팀의 양이 많은 경우에 비하여 개선된다.

본 발명의 장치는 바람직하게는 판 바로 아래에 위치한 고온수 분사장치를 하나 이상 갖는다. 고온 수 분사장치(46 내지 51)는 수 많은 노즐 구멍을 갖는 파이프를 소정의 형태로 가공하여 제트 노즐을 형성함으로써 제조된다. 제트 노즐은 바람직하게는 고온수가 10 내지 60˙ 각도의 수직선을 지나는 방향으로 분사되도록 배치된다. 도 1의 장치에서, 고온수 분사장치(46 내지 51)는 각각 판(31 내지 36)의 바로 아래에 위치한다. 고온수는 판의 하부 표면 및 내벽을 세척하기 위하여 소정의 시간간격으로 각각의 장치로부터 분사된다.

고온수 분사장치(46 내지 51)를 구성하는 파이프의 형태는 일반적으로 그리스 문자인 오메가(Ω) 또는 파이(φ)형, 나선형, 별형이거나, 헤어핀의 형태이다. 모든 다른 링이 동심원적으로 배치되도록 링이 적층화된 다층 링의 형태가 또한 사용될 수 있다. 각각의 고온수 분사장치는(46 내지 51)는 각각의 판에 평행하게 판 바로 아래에 배치된다. 그러나, 고온수 분사장치(46 내지 51)의 가장 바깥 부분이 탑의 주변 내벽에 너무 근접하게 위치하는 경우에, 세척된 PVC 입자 및 다른 물질이 틈새를 막을 수 있다. 따라서, 고온수 분사장치가 각 장치의 가장 바깥 부분이 탑의 내벽표면으로부터 20mm 이상 떨어지도록 배치하는 것이 바람직하다.

고온수 분사장치(46 내지 51)에 제공된 제트 노즐 구멍의 형태는 원형, 타원형 또는 슬릿형(slit-like) 등일 수 있다. 형태는 사용목적에 따라 선택된다. 원형 또는 타원형이 사용되는 경우에 직경 또는 주축은 일반적으로 1 내지 8mm의 범위에서 선택되는 반면에, 슬릿형이 사용되는 경우에는 슬릿의 최대길이가 일반적으로 1 내지 8mm의 범위이다.

잔류 단량체 제거 장치에서 잔류 단량체가 충분히 제거된 PVC 슬러리는 펌프(5)에 의해 열 교환기(3)로 도입시킨다.

슬러리가 열 교환기(3)에서 냉각된 다음, 일시적으로 PVC 슬러리 탱크(6)에서 저장한다. 이어서, 슬러리를 탈수한 다음, 건조장치(도시되지 않음)로 공급한다. 잔류 단량체를 제거하기 위한 처리 및 후속의 공정단계를 거친 PVC 슬러리의 공급방법은 특별히 제한되지 않는다.

잔류 단량체 제거 장치에서 분리된 단량체 가스는 가스가 탈기구(11)를 통과한 후에 냉각기(7)에서 응축시킬 수 있다. 응결수가 다량의 염화비닐 단량체를 함유하는 경우에, 응결수를 다시 잔류 단량체 제거 장치로 반송하여 처리할 수 있다.

실시예

본 발명은 하기의 실시예 및 비교실시예를 참조로 기술될 것이지만, 이는 본 발명을 제한하는 것으로서 간주되어서는 안된다. 하기의 실시예 및 비교실시예에서, 다음과 같이 분석한다.

(1)잔류 단량체의 농도:

슬러리 방출구로부터 방출된 직후의 PVC 슬러리를 샘플로 취하여 탈수시켰다.

시마쯔 가부시키가이샤(Shimadzu Corporation)에서 제조한 가스 크로마토그래프 9A(상표명)를 사용하여, PVC 입자 중의 잔류 염화비닐 단량체의 농도를 "헤드 스페이스(head space)"법을 근거로 하여 측정하였다. 측정은 ASTM D4443에 따라 수행하였다. 검출영역은 FID를 사용하였다.

일반적으로, PVC 최종 생성물 중의 잔류 염화비닐 단량체의 농도는 1ppm을 초과하지 않도록 조절한다. 슬러리를 제거장치로부터 방출한 후에, 소량의 잔류 단량체를 다시 건조단계와 같은 후속단계를 통해 제거할 수 있다. 잔류 염화비닐 단량체의 농도는 PVC가 잔류 단량체 제거 장치로부터 방출되는 단계에서 10ppm을 초과하지 않도록 조절하는 것이 바람직하다.

(2) 황변 인자(열분해 인자)의 측정방법:

잔류 단량체를 제거하기 위한 처리 전과 후의 PVC 슬러리를 각각 탈수시켰다. 이들을 40℃에서 24시간동안 건조시켰다. 이어서, 다음의 조성을 갖는 PVC 판을 하기에 기술되는 압연 조건하에서 제조하였다. PVC판의 황변 인자는 JIS K7105에 따라 측정하였다. 값이 크면 클수록, 황변(열분해) 인자는 더욱 두드러진 것이다.

조성:

일반적으로, 중합도가 낮은 PVC는 중합도가 높은 PVC에 비하여 비교적 높은 중합온도에서 제조되므로, 중합도가 낮은 PVC가 중합반응 도중에 중합도가 높은 PVC보다 더 심하게 열분해되며, 중합도가 낮은 PVC는 열분해가 개시되는 불안정한 많은 구조물을 함유하는 것으로 잘 알려져 있다. 또한, 중합도가 보다 낮은 PVC의 다공도가 더 작음으로써, 잔류 단량체를 당해 PVC로부터 분리하기가 어려움을 앞 수 있다. 따라서, 중합도가 낮은 PVC는 중합도가 높은 PVC에 의해 요구되는 접촉시간에 비하여, 잔류 단량체를 제거하는 경우에 보다 긴 슬러리와 스팀의 접촉시간을 필요로 해야만 한다. 이러한 이유로 인하여, 중합도가 낮은 PVC는 일반적으로 중합도가 높은 PVC보다 더 큰 황변 인자를 갖는다. 잔류 단량체의 제거공정에서, 중합도가 1300인 PVC의 황변 인자가 5 이하로 억제될 수 있고, 중합도가 700인 PVC의 황변 인자가 10 이하로 억제될 수 있다면, 최종 생성물의 품질은 이의 상품가치를 떨어뜨리지 않을 것이다.

(3) 착색된 PVC 입자의 수:

PVC 슬러리 방출구(12)로부터 방출되는 PVC 슬러리의 일부를 샘플로 취하였다. 샘플을 건조시켜 PVC 수지 100g을 수득하고, 이를 백색 켄트지 위에 펴 놓았다. 전체 샘플 수지를 스패튤라로 혼합하면서, 착색된 PVC 입자를 육안으로 구분하여 골라내었다. 착색된 PVC 입자의 수를 계수하였다.

(4) 판 위의 발포 상태:

하기의 A와 B로 구분되는 두 개의 판 위에서 발포 상태를 관찰하고, 다음의 기준에 따라 평가하였다.

판 A : 외부로부터 장치로 슬러리를 도입하는 슬러리 도입구를 갖는 챔버의 바닥으로서 작용하는 판.

판 B : 위에서 언급한 판 A 아래에 위치하는 제 3의 판(판 A는 계수되지 않음).

평가:

A : 단지 약간의 기포가 관찰되거나, 기포가 관찰되지 않음. PVC 슬러리의 유동성은 우수함.

B : 기포가 적음. PVC 슬러리의 유동성은 양호함.

C : 기포가 많지만, PVC 슬러리는 격벽 위로 상부유동하지 않음.

D : 기포가 때때로 격벽 위로 상부유동함.

(5) PVC의 다공도

측정방법: 수은 침투법

장치 : 포로시미터(porosimeter) 모델-70[카를로-엘바(Carlo-elba)가 제조함]

압력: 최대 2,000kg/㎠

6회 측정으로 평균함.

실시예 1

(1) 잔류 단량체 제거 장치:

실시예 1에 사용되는 잔류 단량체 제거 장치는 도 1 내지 3에 제시된 구조이다. 보다 상세한 사항은 다음과 같다:

A) 판의 수: 7

B) 인접한 두 판 사이의 공간: 1,400mm

C) 판 구조물의 사양:

a) 기저로부터 계수되는 제1번, 2번, 3번, 4번, 6번 및 7번째 판 구조물:

판의 직경: 1,300mm

각각의 구멍의 직경: 1.3mm

개환 비(%): 0.3%(구멍의 총 면적/판의 면적)

격벽의 높이: 500mm

분할 벽의 높이: 450mm

처리용 통로의 너비: 200mm

b) 기저로부터 계수되는 제5번째 판 구조물:

판의 직경: 2,000mm

각각의 구멍의 직경: 1.3mm

개환 비(%): 0.3%(구멍의 총 면적/판의 면적)

격벽의 높이: 290mm

분할 벽의 높이: 250mm

처리용 통로의 너비: 200mm

D) PVC 슬러리 도입구:

위치: 기저로부터 계수되는 제3번, 4번, 5번, 6번, 7번 및 8번째 챔버.

수: 각각의 챔버에 대해 한 개, 총 6개의 도입구.

E) PVC 슬러리 방출구:

위치: 기저로부터 계수되는 제2번째 챔버.

수: 한 개.

F) 고온수 분사장치:

위치: 기저로부터 계수되는 각각의 제2번, 3번, 4번, 5번, 6번 및 7번째 판의 하부 표면으로부터 아래로 15cm에 위치함.

수: 각각의 위치에 한 개, 총 6개의 장치.

직경: 800mm

제트 노즐: 각각의 직경이 4mm 인 원형 노즐.

일부 노즐은 수직 방향으로부터 45°기울어져 있고, 다른 것은 수직 방향으로부터 30°기울어져 있다. 이들 각각은 챔버의 내벽 및 바로 위의 판의 하부 표면을 세척하도록 배열되었다.

형태: 직경이 50A인 파이프로부터 제조되는 링 형태.

분사방법: 고온수는 10분 간격으로 5초 동안 0.5㎥/h의 양으로 분사하였다.

(2) 사용되는 PVC 슬러리:

PVC: 평균 중합도가 1,300인 단독중합체.

슬러리 농도: 30 중량%

잔류 염화비닐 단량체의 농도: 30,000ppm

PVC의 다공도: 0.322㎖/g

(3) 스팀 도입구(10)로부터 도입되는 스팀:

온도: 110℃

유량: 600kg/h

(4) 잔류 단량체를 제거하기 위한 작동법:

중합반응의 종결 후, PVC 슬러리를 재빨리 슬러리 탱크(1)로 옮기고, 20㎥/h의 속도로 펌프를 사용하여 슬러리가 가열되는 열 교환기(3)로 다시 옮겼다. 가열된 슬러리를 잔류 단량체 제거 장치의 기저로부터 계수된 제5번 챔버, 즉 챔버(27)에 제공된 PVC 슬러리 도입구(22)로부터 도입시켰다. 슬러리를, 기저로부터 계수된 제4번, 3번, 2번 및 1번 판, 즉 판(34, 35, 36 및 37) 위의 격벽으로 구분된 통로를 통해 유동시키고, 이 동안에 잔류 단량체를 방출시키기 위해 슬러리를 각각의 판의 구멍을 통해 분사되기 전에 언급되는 스팀으로 처리하였다. 판 위를 유동하는 PVC 슬러리를 스팀에 의해 100℃로 가열하고, 하부 유동부분을 통해 아래로 유동시킨 다음, PVC 슬러리 방출구(12)를 통해 잔류 단량체 제거장치 밖으로 방출시켰다. 이어서, PVC 슬러리를 펌프(5)에 의해 옮기고, 열 교환기에서 50℃로 냉각시킨 다음, PVC 슬러리 탱크(6)에 저장하였다. 슬러리가 판 위에서 스팀과 접촉되는 경우에 PVC 슬러리로부터 제거된 폴리염화비닐 단량체를 냉각기(7)에서 염화비닐 단량체와 응축수로 분리한 다음, 단량체를 회수하기 위하여 염화비닐 단량체를 액화시키는 단계로 진행시켰다.

결과가 표 1에 제시되어 있다. 잔류 단량체 제거 장치로부터 방출된 PVC 중의 잔류 염화비닐 단량체의 농도는 250ppb이고, 성형된 PVC 생성물의 황변 인자는 2.21이며, 착색된 PVC 입자의 수는 0이다. 장치는 원활히 작동 되었다. 판 A 및 B 위의 발포는 낮은 수준으로 유지되었다. 특히, 판 B에서는 기포가 거의 관찰되지 않으며, 슬러리의 유동상태도 현저히 우수하였다.

실시예 2

실시예 1의 방법을 반복하되, 위의 조건(2) 및 (4)를 다음과 같이 변경하였다.

(2) 사용되는 PVC 슬러리:

PVC: 평균 중합도가 700인 단독중합체.

슬러리 농도: 30 중량%

잔류 염화비닐 단량체의 농도: 25,000ppm

PVC의 다공도: 0.231㎖/g

(4) 잔류 단량체를 제거하기 위한 작동법:

PVC 슬러리를, 장치의 기저로부터 계수된 제8번 챔버에 제공된 PVC 슬러리 도입구(19)로부터 잔류 단량체 제거 장치로 도입시켰다.

결과가 표 1에 제시되어 있다. 잔류 단량체 제거 장치로부터 방출된 PVC 중의 잔류 염화비닐 단량체의 농도는 350ppb이고, 성형된 PVC 생성물의 황변 인자는 8.62이며, 착색된 PVC 입자의 수는 0이었다. 장치는 원활히 작동되었다. 판 A 및 B 위의 발포는 낮은 수준으로 유지되었다. 특히, 판 B에서는 기포가 거의 관찰되지 않았으며, 슬러리의 유동상태도 현저히 우수하였다.

실시예 3

실시예 1의 방법을 반복하되, 위의 조건(2) 및 (4)를 다음과 같이 변경한다.

(2) 사용되는 PVC 슬러리:

PVC: 평균 중합도가 1,300인 단독중합체

슬러리 농도: 30 중량%

잔류 염화비닐 단량체의 농도: 30,000ppm

PVC의 다공도: 0.409㎖/g

(4) 잔류 단량체를 제거하기 위한 작동법:

PVC 슬러리를, 장치의 기저로부터 계수된 제6번 챔버에 제공된 PVC 슬러리 도입구(21)로부터 잔류 단량체 제거 장치로 도입시켰다.

결과가 표 1에 제시되어 있다. 잔류 단량체 제거 장치로부터 방출된 PVC 중의 잔류 염화비닐 단량체의 농도는 200ppb이고, 성형된 PVC 생성물의 황변 인자는 2.72이며, 착색된 PVC 입자의 수는 0이었다. 장치는 원활히 작동되었다. 판 A 및 B위의 발포는 낮은 수준으로 유지되었다. 특히, 판 B에서는 기포가 거의 관찰되지 않았으며, 슬러리의 유동상태도 현저히 우수하였다.

비교실시예 1

비교실시예 1에서는, 도 1 내지 3에 제시된 잔류 단량체 제거 장치와는 대조적으로 크기가 모두 동일한 판 및 단지 한 개의 슬러리 도입구가 제공된 장치가 사용되었으며, 구체적인 사항은 다음과 같다:

A) 판의 수: 7

B) 인접한 두 판 사이의 공간: 1,400mm

C) 판 구조물의 사양:

a) 모든 판 구조물의 사양:

판의 직경: 1,300mm

각각의 구멍의 직경: 1.3mm

개환 비(%): 0.3%(구멍의 총 면적/판의 면적)

격벽의 높이: 500mm

분할 벽의 높이: 450mm

처리용 통로의 너비: 200mm

D) PVC 슬러리 도입구:

위치: 기저로부터 계수되는 제8번째 챔버.

수: 한 개.

E) PVC 슬러리 방출구:

위치: 기저로부터 계수되는 제2번째 챔버.

수: 한 개.

F) 고온수 분사장치:

위치: 기저로부터 계수되는 각각의 제2번, 3번, 4번, 5번, 6번 및 7번째 판의 하부 표면으로부터 아래로 15cm에 위치함.

수: 각각의 위치에 한 개, 총 6개의 장치.

직경: 800mm

제트 노즐: 각각의 직경이 4mm 인 원형 노즐.

일부 노즐은 수직 방향으로부터 45°기울어져 있고, 다른 것은 수직 방향으로부터 30°기울어져 있었다. 이들 각각은 챔버의 내벽 및 바로 위의 판의 하부 표면을 세척하도록 배열되었다.

형태: 직경이 50A인 파이프로부터 제조되는, 링 형태.

분사방법: 고온수는 10분 간격으로 5초 동안 0.5㎥/h의 양으로 분사하였다.

(2) 사용되는 PVC 슬러리:

실시예 1과 동일한 슬러리가 사용되었다.

(3) 탑의 기저 챔버에 배치된 스팀 도입구로부터 도입되는 스팀:

온도: 110℃

유량: 600kg/h

(4) 잔류 단량체를 제거하기 위한 작동법:

실시예 1에 기술된 잔류 단량체의 제거방법을 반복하되, PVC 슬러리는 장치의 기저로부터 계수된 제8번 챔버에 제공된 PVC 슬러리 도입구로부터 잔류 단량체 제거 장치로 도입시켰다.

결과가 표 1에 제시되어 있다. 잔류 단량체 제거 장치로부터 방출된 PVC 중의 잔류 염화비닐 단량체의 농도는 100ppb이고, 성형된 PVC 생성물의 황변 인자는 7.52이었다. 동일한 PVC 슬러리가 처리되는 실시예 1의 경우에 비하여 슬러리와 스팀의 접촉시간이 지나치게 길기 때문에, 성형된 PVC 생성물의 열분해가 크고, 이에 따라 상품가치가 감소되었다. 판 A 위의 발포는 높은 수준을 나타내었다. 판 B에서 기포가 또한 관찰되었다. 착색된 PVC 입자의 수는 5이었다. 이 수는 고온수 분사장치가 작동됨에도 불구하고, 기포에 의해 위로 상승되어 장치의 내벽에 부착되는 PVC 입자는 물 분사에 의해 충분히 제거될 수 없음을 나타내는 것이다. 착색된 PVC 입자의 존재는 기포에 기인하리라 여겨진다.

비교 실시예 2

비교실시예 1의 방법을 반복하되, PVC 슬러리를 실시예 2에 사용된 것으로 대체하였다.

결과가 표 1에 제시되어 있다. 판 A 위의 발포는 다소 높은 수준이었다. 판 B에서 기포가 또한 관찰되었다. 착색된 PVC 입자의 수는 4이었다. 착색된 PVC의 존재는 비교실시예 1에서와 같이, 기포에 기인하리라 여겨진다.

비교 실시예 3

비교실시예 1의 방법을 반복하되, PVC 슬러리를 실시예 3에 사용된 것으로 대체하였다.

결과가 표 1에 제시되어 있다. 활발한 기포가 판 A 위에서 관찰되었다. PVC 슬러리는 격벽 위로 상부 유동하였다. 장치의 작동이 불안정해졌다. 스팀과 적절히 접촉되지 않은 일부 PVC 슬러리가 포함되므로, 장치로부터 방출되는 PVC에 함유된 잔류 폴리염화비닐 단량체의 농도는 80,000ppb와 같이 높은 값을 나타내었다. 25개의 착색된 PVC 입자가 포함되는 것으로 밝혀졌다. 기포에 의해 상승되어 장치의 내벽에 부착되는 PVC 입자는 물 분사에 의해 충분히 제거될 수 없다고 여겨진다. 판 B에서, 슬러리의 유체상태는 기포의 높이가 다소 감소될지라도 불안정하게 유동하였다.

비교 실시예 4

비교실시예 4에서는, 도 1 내지 3에 제시된 잔류 단량체 제거 장치의 구조물보다 작은 수의 판을 가지며, 가장 상부의 판의 직경은 다른 것보다 크고, 가장 상부의 챔버에 단지 한 개의 슬러리 도입구가 제공된 장치가 사용되며, 구체적 사양은 다음과 같다:

A) 판의 수: 5

B) 인접한 두 판 사이의 공간: 1,400mm

C) 판 구조물의 사양:

a) 기저로부터 계수된 제1번, 2번, 3번 및 4번째 판 구조물:

내경 : 1,300mm

각각의 구멍의 직경: 1.3mm

개환 비(%): 0.3%(구멍의 총 면적/판의 면적)

격벽의 높이: 500mm

분할 벽의 높이: 450mm

처리용 통로의 너비: 200mm

b) 기저로부터 계수된 제5번째 판 구조물:

판의 직경: 2,000mm

각각의 구멍의 직경: 1.3mm

개환 비(%): 0.3%(구멍의 총 면적/판의 면적)

격벽의 높이: 290mm

분할 벽의 높이: 250mm

처리용 통로의 너비: 200mm

D) PVC 슬러리 도입구:

위치: 기저로부터 계수되는 제6번째 챔버.

수: 한 개.

E) PVC 슬러리 방출구:

위치: 기저로부터 계수되는 제2번째 챔버.

수: 한 개.

F) 고온수 분사장치:

위치: 기저로부터 계수되는 각각의 제2번, 3번, 4번 및 5번째 판의 하부 표면으로부터 아래로 15cm에 위치함.

수: 각각의 위치에 한 개, 총 4개의 장치.

직경: 800mm

제트 노즐: 각각의 직경이 4mm 인 원형 노즐.

일부 노즐은 수직 방향으로부터 45°기울어져 있고, 다른 것은 수직 방향으로부터 30°기울어져 있다. 이들 각각은 챔버의 내벽 및 바로 위의 판의 하부 표면을 세척하도록 배열되었다.

형태: 직경이 50A인 파이프로부터 제조되는, 링 형태.

분사방법: 고온수는 10분 간격으로 5초 동안 0.5㎥/h의 양으로 분사하였다.

(2) 사용되는 PVC 슬러리:

실시예 2와 동일한 슬러리가 사용되었다.

(3) 잔류 단량체 제거 장치의 스팀 도입구 부분으로부터 도입되는 스팀:

온도: 110℃

유량: 600kg/h

결과가 표 1에 제시되어 있다. 잔류 단량체 제거 장치로부터 방출된 PVC 중의 잔류 염화비닐 단량체의 농도는 80,000ppb이고, 성형된 PVC 생성물의 황변 인자는 2.98이었다. 슬러리와 스팀의 접촉시간이 불충분하므로, 다시말하면, 장치의 처리용량이 동일한 PVC 슬러리가 처리되는 실시예 2에 비하여 불충분하므로, 방출되는 PVC중의 잔류 단량체의 농도는 높은 값을 나타내었다. 중합도가 700인 PVC 중합체는 잔류 단량체를 방출하기가 매우 어렵다. 즉, 단지 소량의 잔류 단량체만이 처리를 위한 온화한 조건을 제공하고 기포를 이동시킬 수 있는, 직경이 큰 판 위에서 제거될 수 있다. 따라서, PVC 슬러리는 고농도의 잔류 단량체를 유지하면서, 하부 단계로 이동된다. 결과적으로, 기포가 하부 단계에서 관찰되었다. 아마도, 이러한 이유로, 6개의 착색된 PVC 입자가 포함되었다.

본 발명의 잔류 단량체 제거 장치에 따라, 다음의 효과가 수득된다:

(1) 본 발명에 따라, 잔류 단량체를 제거하는 조건은 특성 및 성질이 다양한 PVC에 적합하도록 융통성있고 적절하게 선택할 수 있으므로, 전반적으로 슬러리의 발포 특성, 잔류 단량체의 방출의 용이성, PVC의 열분해 정도 및 잔류 단량체 제거 장치의 작업효율을 최상의 상태로 조절할 수 있다.

(2) 처리조건은 중합반응 후, 개개 PVC의 특성에 따라 선택할 수 있으므로, 고유의 PVC 특성은 PVC 슬러리가 통상적인 잔류 단량체의 제거방법으로 처리되는 경우에 비하여 저하되지 않는다.

(3) 착색된 PVC가 현저히 감소될 수 있다.

(4) PVC 슬러리의 펄스화 및 발포는 직경이 큰 판 위에서 완화되고 경감되므로, 불안정한 슬러리의 유동은 하부 부분의 판으로 전달되지 않는다. 결과적으로, 잔류 단량체 제거 장치의 작동이 전반적으로 상당히 높은 수준으로 조절될 수 있다.

(5) PVC의 품질 및 장치의 유지에 역효과를 주는, 잔류 단량체 제거 장치에서 압력과 온도의 불균형으로 인한 펄스의 전달 뿐만 아니라, 슬러리의 발포에 의해 유발되는 격벽 위로의 PVC 슬러리의 상부유동, 냉각기의 막힘 및 착색된 입자의 포함과 같은 많은 요인이 제거되거나 감소된다. 따라서, 보다 안정한 품질을 갖는 PVC를 보다 안정하게 공급할 수 있다. 더욱이, 장치의 유지에 필요한 단계 및 이와 함께 수반되는 시간의 손실이 생산성을 향상시키기 위하여 개선되었다.

[표 1]

* 사용된 슬러리:

[a] = PVC: 중합도가 1,300인 단독중합체; 슬러리 농도: 30중량%; 잔류 단량체의 농도: 30,000ppm; PVC의 다공도: 0.322㎖/g.

[a] = PVC: 중합도가 700인 단독중합체; 슬러리 농도: 30중량%; 잔류 단량체의 농도: 25,000ppm; PVC의 다공도: 0.231㎖/g.

[a] = PVC: 중합도가 1,300인 단독중합체; 슬러리 농도: 30중량%, 잔류 단량체의농도: 30,000ppm; PVC의 다공도: 0.409㎖/g.

Claims (8)

1. 잔류 단량체를 함유하는 폴리염화비닐 함유 슬러리로부터 잔류 단량체를 제거하는 장치에 있어서,

   중공 원통형 탑,

   탑에 수직방향으로 배치되고 각각 많은 구멍을 갖는 다수의 판,

   챔버 바닥으로서 작용하는 판들 중의 하나에 각각 형성된 다수의 챔버,

   두 개 이상의 챔버에 제공되는 슬러리 도입구,

   슬러리가 상부 챔버의 판으로부터 하부 챔버의 판으로 계속해서 유동하도록 두 개의 인접한 판 사이에 제공되는 하부 유동부분(flow-down section),

   탑의 기저에 제공되는 스팀 도입구 및

   슬러리 도입구가 있는 챔버의 하부 챔버에 제공되는 슬러리 방출구를 포함하며,

   슬러리 도입구가 제공된 챔버중 하나의 판은 직경이, 슬러리 도입구가 제공된 챔버의 바로 위와 아래에 있는 챔버에 각각 위치하는 판의 직경보다 1.05 내지 5배 더 큼을 특징으로 하는 장치.
2. 제1항에 있어서, 하나 이상의 판에 인접하게 위치한 고온 수 분사장치를 추가로 포함하는 장치.
3. 제1항에 있어서, 구멍의 직경이 0.5 내지 5.0mm인 장치.
4. 제1항에 있어서, 판의 면적에 대한 각각의 판에 존재하는 구멍의 면적의 비가 0.001 내지 10%인 장치.
5. 폴리염화비닐 함유 슬러리를 슬러리 도입구로부터 도입시키는 단계,

   탑의 기저에 제공된 스팀 도입구로부터 스팀을 송풍하는 단계,

   슬러리를 판을 통해 하부로 유동시키면서 슬러리가 스팀과 접촉되도록 하는 단계,

   상기 단계에 의해 잔류 단량체를 슬러리로부터 분리하는 단계 및

   분리된 잔류 단량체 함유 가스를 탑의 상부로부터 방출시키고, 잔류 단량체가 제거된 슬러리를 슬러리 방출구로부터 방출시키는 단계를 포함하며, 이때 폴리염화비닐 함유 슬러리를 도입시키는 단계가,

   (1) 잔류 단량체가 슬러리로부터 제거되기 어려운 경우, 판의 직경이 보다 큰 챔버보다 위의 챔버에 제공된 슬러리 도입구로부터 슬러리를 공급하거나,

   (2) 잔류 단량체가 슬러리로부터 용이하게 제거되는 경우, 판의 직경이 보다 큰 챔버에 제공된 슬러리 도입구로부터 슬러리를 공급하거나, 판의 직경이 보다 큰 챔버보다 하부에 존재하는 챔버에 제공된 슬러리 도입구로부터 슬러리를 공급하거나, 또는

   (3) 슬러리의 기포 특성이 큰 경우, 판의 직경이 보다 큰 챔버에 제공된 슬러리 도입구로부터 슬러리를 공급함으로써 수행되는, 제1항에서 정의한 바와 같은 장치를 사용하여 잔류 단량체를 제거하는 방법.
6. 제5항에 있어서, 슬러리중 폴리염화비닐의 다공도가 0.300㎖/g 이상인 경우, 슬러리를 판의 직경이 보다 큰 챔버로 도입시키거나, 이 챔버보다 하부에 위치하는 챔버로 도입시키는 방법.
7. 제5항에 있어서, 슬러리중 폴리염화비닐의 다공도가 0.350㎖/g 이상인 경우, 슬러리를 판의 직경이 보다 큰 챔버로 도입시키는 방법.
8. 제5항에 있어서, 슬러리중 폴리염화비닐의 다공도가 0.300㎖/g 미만인 경우, 슬러리를 판의 직경이 보다 큰 챔버보다 상부에 위치하는 챔버로 도입시키는 방법.