KR100450896B1 - 저점도 유체를 고점도 유체에 혼합하는 혼합장치 - Google Patents
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Abstract
저점도유체를 고점도유체에 혼합하는 혼합장치(2)는, 고점도유체를 반송하고, 메인믹서(1)의 내장된 스태틱 혼합유니트(1a)를 가지는 메인라인(2a)과, 메인라인으로부터 메인믹서의 입구까지 연결되는 분기흐름을 위한 분기라인(2b)과, 분기라인에 위치된 펌프(3)와, 분기라인의 단부에 배설된 스태틱 보조믹서(5)와, 저점도유체를 공급하도록 보조믹서의 입구에 배설된 노즐(40)로 이루어지고, 메인라인과 메인믹서의 분기라인은 필수적으로 평행한 축을 가지는 파이프부(24,25)로 구성된다.
Description
본 발명은 저점도유체를 고점도유체에 혼합하는 혼합장치에 관한 것이다. 고점도유체는 주로 폴리머멜트(용해물)이고, 저점도유체는 폴리머멜트에 혼합될 주로 첨가제이다. 첨가제는 멜트내에서 가용성 및 불용성으로 될 수 있다. 유체의 점도차이는 일반적으로 매우 크고, 점도의 크기는 2가지 또는 그 이상의 정도로 다양하게 될 수 있다. 저점도유체로서 액체 및 가스가 모두 사용될 수 있다. 고점도유체는 고형물을 포함할 수 있다. 본 발명은 또한 상기 장치를 사용하여 행할 수 있는 혼합방법 및 그 프로세스의 이용에 관한 것이다.
점도가 크게 다른 액체를 혼합하는 방법이 DE-PS 23 15 114호로부터 공지되어 있다. 이 방법에서는, 다이나믹 믹서를 사용하여 저점도유체를 고점도유체의 분기류(分岐流)와 미리 혼합한다. 얻어진 사전 혼합물을 고점도유체의 흐름의 분기되지 않은 부분과 결합시키고, 스태틱 믹서를 사용하여 흐름 전체를 더 혼합한다. 이 공지된 방법은 첨가물이 균일하게 서서히, 즉 폴리머의 심한 전단응력 없이 혼합되는 것이 가능하기 때문에, 저점도의 첨가물을 폴리머멜트에 혼합할 때 유리하게 사용될 수 있다. DE - PS 23 15 114호의 개시(開示)에 의하면, 서서히 작용하는 스태틱 믹서만을 사용하는 혼합방법으로부터 얻어진 결과는 매우 불만족스러운 것이다.
그러나, 다이나믹 믹서의 사용은 매우 고가이고, 철저한 관리가 필요하고, 교반동작으로 인한 전단 및 온도상승 때문에, 이러한 믹서에서는 폴리머의 어느 정도의 열화(劣化)를 받아들이지 않으면 안된다.
본 발명의 목적은 다이나믹 믹서 없이 처리가능하고, 저점도첨가물을 폴리머멜트에 균일하게 혼합하도록 하는 혼합장치를 제공하는 것이다. 이 문제는 특허청구의 범위의 청구항 1에 정의한 장치에 의하여 해소될 수 있다.
도 1은 공지된 스태틱 믹서의 혼합부재이다.
도 2는 본 발명의 일실시예의 장치이다.
도 3은 직각벤드된 형상의 메인파이프를 갖춘 장치이다.
도 4는 도 3의 장치의 변형예이다.
도 5는 본 발명의 장치의 다른 실시예이다.
저점도유체를 고점도유체에 혼합하는 혼합장치는, 고점도유체를 반송하고, 메인믹서의 내장된 스태틱 혼합유니트를 가지는 메인라인과, 메인라인으로부터 메인믹서의 입구까지 연결되는 분기흐름을 위한 분기라인과, 분기라인에 위치된 펌프와, 분기라인의 단부에 배설된 스태틱 보조믹서와, 저점도유체를 공급하도록 보조믹서의 입구에 배설된 노즐로 이루어지고, 메인라인과 메인믹서의 분기라인은 필수적으로 평행한 축을 가지는 파이프부로 구성된다.
종래의 방법과 비교하여, 본 발명의 방법의 중요한 이점은, 보조믹서가 열교환기로서 구성될 수 있다는 사실에 있다. 혼합중에 사용된 에너지는 냉각제에 의하여 연속적으로 추출될 수 있으므로, 폴리머의 열화를 크게 회피할 수 있다.
다음에, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1에 있어서, 혼합부재(10)는 평행으로 배열된 2그룹의 구조부재를 형성하는 동시에, 서로 맞물려 십자형으로 교차되어 있는 플레이트(15,16)로 구성되는 구조를 가진다. 인접한 혼합부재(11)는 일점쇄선에 의하여 표시되어 있다. 타원형 라인(13,14)은 도시되지 않은 플레이트에 의한 경계면을 나타낸다. 라인(13,14)에 의한 경계면은 서로 교차한다. 2개의 혼합부재(10,11)는 동일하지만, 하나는 다른 것에 대하여 종축을 중심으로 90° 회전한다. 종축은 흐름의 주방향을 나타내는 화살표(12) 방향으로 연장된다. 복수의 단(段)으로 이루어지는 혼합부재(10,11)는 스태틱 믹서의 혼합배플(1′)을 형성한다. 혼합부재의 직경은 D로 표시되어 있다.
도 2에 나타낸 본 발명의 혼합장치(2)는, 메인라인(2a)을 형성하는 파이프(21)와, 파이프부(22,23,25)와 고점도유체를 공급하는 펌프(3), 바람직하게는 기어펌프에 의하여 형성되는 분기라인(2b)과, 내장된 스태틱 혼합유니트(1b)(혼합부재 10,11)를 갖춘 메인라인(2a)에 형성된 메인믹서(1)와, 2차 라인(2b)의 단부에 위치하고, 파이프부(25)와 내장된 스태틱 혼합유니트(1b)(혼합부재 10', 11')로이루어지는 보조믹서(5)와, 보조믹서(5)의 입구에서 공급라인(40')과 피드노즐(40)을 갖춘 저점도유체용 미터링펌프(4)로 이루어진다. 메인파이프(21)가 혼합유니트(1a)의 영역에서 더블재킷(도시생략)의 형태를 취하는 방식으로 메인믹서는 열교환기로서 구성될 수 있다.
파이프부(25)는 메인파이프(21)의 일부를 형성하는 파이프부(24)내에 동축으로 위치된다. 파이프부(25)는 파이프부(24)에 대하여 편심으로 위치될 수 있으나, 일반적으로 평행한 축에 따라서 정렬된다. 메인파이프(21)로부터 분기되는 파이프부(22)는 메인라인(2a)에 수직으로 위치하는 벤드를 형성한다. 고점도유체의 50% 이하, 바람직하게는 10∼15%가 메인라인(2a)으로부터 분기라인(2b)으로 분기된다.
직각의 밴드를 형성하는 파이프부(23)는 메인파이프(21)의 벽을 통하여 펌프(3)와 보조믹서(5)를 연결시킨다. 보조믹서(5)는 메인믹서(1)에서보다 유체혼합물의 현저히 큰 전단력을 제공한다. 보조믹서(5)에서의 흐름의 속도는 따라서 일반적으로 2개의 파이프부(24,25)의 사이의 메인흐름에서보다 크다. 이 경우에, 2차 믹서로부터 배출되는 유체의 흐름은 메인믹서(1)내로 배출함에 따라서 넓어진다 (파선으로 표시한다.).
보조믹서(5)에 선행하는 노즐(40)은 저점도유체를 공급하는데 사용되고, 고점도유체의 흐름방향에 직교하여 위치되어 있다.
고점도유체는, 예를 들면 폴리머멜트이다. 저점도유체는 액체 또는 가스질 첨가제로 될 수 있다. 보조믹서(5)에서는 이 첨가제가 액적(液滴) 또는 버블의 형태로 분기라인(2b)의 고점도유체내에 분산된다.
보조믹서(5)의 출구와 메인믹서(1)의 입구 사이의 거리는 가능한 한 작아야 한다. 즉, 보조믹서(5)의 내장된 혼합유니트(1b)의 직경(D)의 2배보다 작아야 한다. 그 거리가 너무 크면, 혼합물이 분리되고, 액적 또는 버블의 일부는 다시 유합(癒合)된다.
보조믹서(5)에서 발생된 분산체는 메인믹서(1)에서 메인라인(2a)의 유체와 혼합된다. 메인믹서(1)에서 머무르는 시간은 액적 또는 버블로부터 고점도유체 내로 확산된 결과로서 저점도첨가물이 최소한 부분적으로 용해될 수 있도록 한다.
도 3에 나타낸 본 발명의 혼합장치(2)의 제2 실시예는 도 2에 개시한 장치와는, 첫째로 직각벤드된 형상의 메인파이프(21)의 형상이 다르다. 둘째로, 보조믹서(5)는 연결파이프(52a,52b)와 냉각제(화살표 55)용 도관시스템(52)을 가지는 열교환기로서 구성되어 있다. 2차 라인(2b) 및 메인라인(2a)은 공통의 평면에 위치한다.
도 4에 나타낸 변형예에서는, 혼합장치(2)는 2부분의 메인믹서(1)를 가지고, 이것은 프리믹서(pre - mixer)(1a′)와, 내장된 혼합유니트(1a)의 직경이 프리믹서의 그것보다 큰 포스트믹서(post - mixer)로 구성되어 있다. 이 형태의 2부분의 믹서는 EP - PS 0 472 491호(M. Fleischli 등 "Neue Erkenntnisse zum Mischen und Dispergieren vonmit grossenin statischen Mischern" (New Findings on Mixing and Dispersing Fluids with Large Viscosity Differences in Static Mixers), Chem.-Ing.-Tech. 1990, 650 - 654페이지 참조)로부터 공지되어 있다. 프리믹서(1a′)에서는 첨가제의 미세한 액적 또는버블이 증대된 전단력에 의하여 생성된다. 첨가제는 포스트믹서에서 비교적 장기간의 혼합시간에 걸쳐서 용해 및 혼합된다. 피드노즐(40)의 팁(41)은 필수적으로 고점도유체의 흐름방향에 평행으로 위치한다. 저점도유체를 공급하는데 사용되는 노즐(40)과 보조믹서(5)의 사이에는 개구(42)가 위치된다. 노즐팁(41)은 테이퍼로 되어 있다. 개구를 가진 이 종류의 혼합장치는 EP - PS 0 472 491호로부터 공지되어 있다.
도 5는 분기라인(2b)이 귀환통로로서 구성되는 혼합장치(2)를 나타낸다. 본 실시예에 의하면, 메인흐름의 20% 이상을 분기시키는 것이 유리하다. 귀환흐름의 채용으로 인하여, 전술한 실시예의 경우에서보다 소량의 저점도유체(첨가제)가 보조믹서(5)에 가해질 필요가 있다. 보조믹서(5)의 출력에서 혼합물이 분리되는 경향이 작아지므로 유리하다.
본 발명의 혼합장치(2)가 동작중에 있을 때에는, 메인믹서(1)에 20~60바의 압력차가 발생한다. 보조믹서(5)에 대하여 분기라인(2b)의 펌프(3)에 의하여 80∼ 200 바의 구동압력차가 발생한다.
Claims (11)
- 저점도유체를 고점도유체에 혼합하는 장치(2)에 있어서,상기 고점도유체를 반송하고, 메인믹서(1)의 내장된 스태틱 혼합유니트(1a)를 가지는 메인라인(2a),상기 메인라인으로부터 상기 메인믹서의 입구까지 연결되는 분기흐름을 위한 분기라인(2b),상기 분기라인에 위치된 펌프(3),상기 분기라인의 단부에 배설된 스태틱 보조믹서(5), 및상기 저점도유체를 공급하도록 상기 보조믹서의 입구에 배설된 노즐(40)을 포함하고,상기 메인라인과 상기 메인믹서의 분기라인은 필수적으로 평행한 축을 가지는 파이프부(24,25)로 구성되며,상기 보조믹서(5)의 출구와 상기 메인믹서(1)의 입구 사이의 거리는 보조믹서의 내장된 혼합유니트(1b)의 직경(D)의 2배보다 작은혼합장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 분기라인(2b)은 상기 메인믹서(1) 상류의 상기 메인라인(2a)으로부터 분기되는 혼합장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 메인라인(2a)은 상기 메인믹서(1)에 선행하는 직각벤드된 형상이고, 상기 직각벤드된 영역내에 상기 보조믹서(5)가 배치되는 혼합장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 보조믹서(5)는 열교환기로서 구성되는 혼합장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 저점도유체용 피드노즐(40)은 상기 고점도유체의 흐름방향과 직교하여 위치되는 혼합장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 노즐(40)의 팁(41)은 상기 고점도유체의 흐름방향과 필수적으로 평행으로 위치하고, 상기 노즐(40)과 상기 보조믹서(5)의 사이에 개구(42)가 배치되는 혼합장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 메인믹서(1)는 프리믹서(pre - mixer)(1a′), 및 상기 혼합유니트(1a)의 직경이 상기 프리믹서보다 큰 포스트믹서(post - mixer)를 내장하는 혼합장치.
- 청구항 1에 따른 장치를 사용하여 점도비가 최소한 2가지 크기인 2가지 유체를 혼합하는 방법에 있어서,상기 고점도유체의 50% 이하가 상기 메인라인으로부터 상기 분기라인으로 분기되는 혼합방법.
- 청구항 8에 있어서,상기 메인믹서에서보다 상기 보조믹서에서 상기 유체혼합물의 전단력이 크게 발생하는 혼합방법.
- 청구항 8에 있어서,상기 고점도유체는 멜트(melt)이고, 상기 저점도유체는 액체 또는 가스질 첨가제이고, 상기 보조믹서에서는 상기 첨가제가 액적 또는 버블의 형태로 상기 분기라인의 고점도유체내에 분산되고, 상기 메인믹서에서는 이렇게 발생된 분산체가 상기 메인라인의 유체와 혼합되고, 상기 메인믹서에서 머무르는 시간이 상기 액적 또는 상기 버블로부터 상기 고점도유체내로 확산된 결과로서 상기 첨가제가 최소한 부분적으로 용해될 수 있도록 하는 혼합방법.
- 청구항 8에 있어서,상기 메인믹서는 20∼60바의 압력차로 작동되고, 80∼200바의 구동압력차가상기 분기라인에서의 펌프에 의하여 상기 보조믹서용으로 발생되는 혼합방법.
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