KR100998468B1

KR100998468B1 - 대량 처리가능한 중합체로부터 휘발성 재료들을 제거하는장치 및 방법

Info

Publication number: KR100998468B1
Application number: KR1020057002568A
Authority: KR
Inventors: 더글라스 에이. 베르티; 조세 소사; 아론 티. 그리피스
Original assignee: 피나 테크놀러지, 인코포레이티드
Priority date: 2002-08-23
Filing date: 2003-08-07
Publication date: 2010-12-06
Also published as: US7087139B1; WO2004018522A2; CA2493819C; CN100388958C; KR20050056989A; EP1542777A2; CA2493819A1; AU2003258143A1; TW200408436A; ES2613380T3; EP1542777A4; AU2003258143A8; HUE031671T2; CN1674965A; WO2004018522A3; TWI295585B; EP1542777B1

Abstract

본 발명은 대량 처리가능한 중합체에서 휘발성 재료들을 감소시키는 장치 및 방법을 제공한다. 이 장치는 제1 및 제2 콜렉터들을 그 내에 갖는 다수-챔버의 탈휘발기(multi-chambered devolatilizer)를 포함한다. 일 실시예에서, 본 발명은 중합 공정으로부터 대량 처리가능한 중합체 스트림을 제1 탈휘발기로 통과시키는 단계를 포함하는 방법을 제공한다. 이 방법은 제1 탈휘발기로부터 중합체 스트림을 다수-챔버의 탈휘발기로 계속 통과시킨다. 이 장치 및 방법은 100ppm 보다 아래의 휘발성을 갖는 중합체를 제조하게 한다.

중합체, 콜렉터, 탈휘발기, 분포 노즐, 배출관

Description

대량 처리가능한 중합체로부터 휘발성 재료들을 제거하는 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR REMOVAL OF VOLATILES FROM A MASS PROCESSABLE POLYMER}

본 발명은 일반적으로, 중합체 재료들로부터 바람직하지 않는 성분들을 제거하는 것에 관한 것이며, 특히 중합 공정의 최종 단계에서 휘발성 재료들을 제거하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

중합체 재료, 특히, 대량 처리가능한 중합체들을 제조시에, 상당한 량들의 비반응 단량체 및 저 분자량 중합체들은 중합 공정 이후에 중합체 제품에 비말동반채 유지된다. 게다가, 통상적인 실시양태는 중합 반응 혼합물에서 각종 불활성 용제들 및 이외 다른 휘발제들을 사용하여, 중합체 제품의 바람직한 동작 조건들 및 특성들을 성취하는 것이다. 그러나, 최종 중합체 제품에서 이들 저 분자량 오염물들의 존재는 중합체 특성들에 나쁜 영향을 미칠 수 있다. 더욱이, 이들 휘발 성분들은 침출(leaching)을 겪음으로서, 중합체 제품이 포장 용기들로서 사용되지 못하도록 한다. 따라서, 이들 바람직하지 않은 휘발 성분들을 제거하는 것이 매우 바람직하다.

최고 품질의 제품을 제조하기 위하여, 가능한 한 완성된 중합체에서 잔류 휘 발 농도를 감소시키는 것이 바람직하다. 식품 포장과 같은 다양한 상업적인 응용을 위하여, 연방 법규는 중합체 제품에서 휘발성 재료들의 수용가능한 레벨들에 대해 정확한 표준들을 정하였다. 따라서, 중합 공정에 사용하기 위한 탈휘발 장치 및 절차들을 설계 및 개발하는데 많은 노력을 기울여 왔다. 그러나, 현재 대부분의 공정들은 중합체 제품에서 바람직하지 않은 높은 휘발 농도를 여전히 갖고 있다.

따라서, 종래 기술에선 대량 처리가능한 중합체 스트림으로부터 휘발성 재료들을 제거하는 개선된 장치 및 방법이 필요로 되었다.

종래 기술의 문제들을 처리하기 위하여, 본 발명은 탈휘발 시스템에 사용하기 위한 다수-챔버의 탈휘발기(multi-chambered devolatilizer)를 제공하여, 대량 처리가능한 중합체로부터 휘발성 재료들을 제거하는 것인데, 이 탈휘발 시스템은 제1 및 제2 콜렉터(collector)를 그 내에 갖는 탈휘발기를 포함한다. 이 탈휘발기는 제1 콜렉터 위에 위치된 제1 분포 노즐(distribution nozzle)을 갖는데, 이 제1 분포 노즐은 챔버 내의 제2 콜렉터 위에 위치된 제2 분포 노즐과 유체 결합되어 있다. 제1 및 제2 분포 노즐 각각은 그 내에 형성된 다수의 분포 개구들을 가져, 이 개구들을 통해서 대량의 처리가능한 중합체의 흐름을 분포시킨다. 이 시스템은 제1 탈휘발기, 상술된 바와 같이 구성된 제2 탈휘발기, 상기 탈휘발기들을 결합시키는 배출관(delivery conduit) 및 시스템을 통해서 중합체를 이동시키는 펌프를 갖는다.

또 다른 실시예에서, 본 발명은 제1 탈휘발기를 통해서 대량의 처리가능한 중합체를 통과시키는 단계를 포함하는 대량의 처리가능한 중합체로부터 휘발성 재료들을 제거하는 방법을 제공한다. 이 방법은 대량의 처리가능한 중합체를 제1 탈휘발기로부터 상술된 바와 같이 구성된 제2 탈휘발기로 통과시키는 단계를 더 포함한다. 제2 탈휘발기는 제1 및 제2 콜렉터들 및 그 내에 포함된 제1 및 제2 분포 노즐들을 갖는다. 대량 처리가능한 중합체는 제1 분포 노즐을 통해서 제1 콜렉터 내로 통과된다. 이 중합체는 제1 콜렉터로부터 제2 분포 노즐로 그리고 제2 콜렉터 내로 통과된다. 제1 및 제2 분포 노즐들 각각은 그 내에 형성된 다수의 분포 개구들을 가져, 대량의 처리가능한 중합체의 흐름을 이들 개구를 통해서 분포시킨다.

본 발명의 바림직하고 대안적인 특징들이 상기에 요약되어 있으며, 이로 인해 당업자는 이하의 본 발명의 상세한 설명을 보다 잘 이해할 수 있게 될 것이다. 본 발명의 부가적인 특징들이 후술되는데, 이들 특징은 본 발명의 청구항들의 요지를 형성한다. 당업자는 본 발명의 동일한 목적들을 실행하기 위하여 다른 구조들을 설계 또는 수정하기 위한 토대로서 서술된 개념 및 특정 실시예를 손쉽게 사용할 수 있다. 당업자는 또한 본 발명의 원리 및 범위를 벗어남이 없이 이와 같은 등가의 구성들을 구현한다.

본 발명의 보다 완전한 이해를 위하여, 첨부한 도면과 관련하여 이하에서 설명될 것이다.

도1은 본 발명을 따라서 설계된 중합반응 시스템의 일 실시예를 개요적으로 도시한 도면.

도2는 본 발명의 탈휘발기의 일 실시예를 개요적으로 도시한 도면.

도3은 본 발명의 다수-챔버의 탈휘발기의 또 다른 실시예를 개요적으로 도시한 도면.

도4는 본 발명을 따른 대량 처리가능한 중합체의 탈휘발 방법의 대표적인 실시예를 도시한 도면.

지금부터 도1을 참조하면, 대량의 처리가능한 중합체 스트림에서 휘발성 재료들을 감소시키는 시스템(100)이 도시되어 있다. 이 시스템(100)은 반응기(110)를 포함하는데, 이 반응기는 통상적으로, 중합체를 제조하는 일련의 이와 같은 반응기들의 최종 반응기이다. 본 발명의 어떤 실시예들은 부가적인 중합체 반응기로서 작용하는 열 교환기(115)를 부가적으로 포함할 수 있다. 반응기(110) 및 열 교환기(115)는 배출관(120)에 의해 접속된다. 열 교환기(115)는 상향 흐름 및 하향 흐름 유형들을 포함하는 임의의 구성으로 이루어질 수 있다. 중합체 스트림은 배출관(121)을 통해서 열 교환기(115)로 방출된다. 어떤 실시예들에서, 중합체는 펌프와 같은 진행 메커니즘(advancing mechanism)에 의해 제1 탈휘발기(130)로 진행될 수 있다. 다른 실시예들에서, 진행 메커니즘(125)은 불필요할 수 있다. 제1 탈휘발기(130)는 예를 들어, 약 20Torr 내지 약 200Torr의 진공을 생성함으로써 760Torr 보다 아래로 정해진 감압(reduced pressure)에서 동작될 수 있다.

제1 탈휘발기(130)를 포함하는 이들 실시예들에서, 제1 탈휘발기(130)는 가령 셀 및 튜브 열교환 구조를 포함하지만 이에 제한되지 않는 탈휘발 예열기 (devolatilization preheater)라 할 수 있는 열 교환기(135)를 포함할 수 있다. 이 열 교환기(135)는 열을 중합체 스트림에 제공하도록 동작되어, 탈휘발 탱크(140)로 유입되는 스트림의 탈휘발을 촉진시킨다. 따라서, 열 교환기(135)는 휘발성 재료들을 제거하는데 적합한 어떤 온도에서 동작될 수 있지만, 열 교환기(135)는 약 350℉ 내지 약 520℉의 범위의 온도로 유지되는 것이 바람직하다. 제1 탈휘발기(130)는 또한 하나 이상의 증기 제거 라인(145)을 포함하는 것이 바람직할 것이다. 대안적으로, 제1 탈휘발기(130)는 후프-폴링 스트랜드 탈휘발기(hoof-falling strand devolatilizer)로서 구성될 수 있다. 가열된 중합체 스트림이 열 교환기(135)에서 방출되어 탈휘발 탱크(140)로 들어올 때, 휘발성 재료들은 증기 제거 라인(145)을 통해서 제거된다. 그 후, 부분적으로 탈휘발된 중합체 스트림은 배출관(150)으로 유입되고 펌프(155)에 의해 다수-챔버의 탈휘발기(160)로 진행될 수 있다.

다수-챔버의 탈휘발기(160)는 중합체 스트림에서 휘발성 재료들의 농도를 더욱 감소시키도록 작용한다. 그러나, 어떤 실시예들에서, 중합체 스트림은 시스템(100)의 반응기 부분에서 다수-챔버의 탈휘발기(160)로 직접 방출될 수 있다. 일 실시예에서, 다수-챔버의 탈휘발기(160)는 상기 규정된 바와 같이 760Torr 보다 아래인 감압에서 동작될 수 있다. 특히, 이 압력은 약1 Torr 내지 약 200Torr 보다 아래 일 수 있는데, 바람직한 동작 범위는 약 1Torr 내지 약 5Torr이다. 제1 탈휘발기(130) 처럼, 다수-챔버의 탈휘발기(160)는 휘발성 재료들을 제거하는데 적합한 온도에서 동작될 수 있다. 그러나, 다수-챔버의 탈휘발기는 약 380℉ 내지 약 500℉에서 동작되는 것이 바람직하다. 다수-챔버의 탈휘발기를 통과한 후, 탈휘발된 중합체 스트림은 배출관(165)을 통해서 방출되고 펌프(170)에 의해 마감 동작부(finishing operation)(175)로 전달될 수 있다. 어떤 실시예들에서, 마감 동작부(175)는 펠리타이저(pelletizer)를 포함할 수 있다.

도2를 참조하면, 본 발명을 따른 다수-챔버의 탈휘발기(200)의 실시예가 도시되어 있다. 탈휘발기(200)를 통한 탈휘발 중합체 스트림(205)의 흐름이 화살표들로 도시되어 있다. 다수-챔버의 탈휘발기(200)는 제1 콜렉터(220) 및 제2 콜렉터(225)를 그 내에 갖는 탈휘발기 챔버(207)를 포함한다. 탈휘발기 챔버는 제1 콜렉터(220)위에 위치되는 제1 분포 노즐(240)을 갖는데, 상기 제1 콜렉터(220)는 탈휘발기 챔버(207) 내의 상기 제2 콜렉터(225) 위에 위치된 제2 분포 노즐(270)에 유체 결합된다. 제1 및 제2 분포 노즐들(240, 270) 각각은 그 내에 형성된 다수의 분포 개구들(250, 275)을 가져, 이 개구들을 통해서 대량 처리가능한 중합체의 흐름을 분포시킨다.

콜렉터 영역들(220 및 225)은 후술되는 바와 같이 탈휘발될 때 중합체 스트림(205)을 분리시키는데 충분한 어떤 구조일 수 있다. 예를 들어, 콜렉터들(220 및 225)은 어떤 거리(D)를 두고 분리될 수 있다. 대안적으로, 콜렉터들(220 및 225)은 도2에 도시된 바와 같은 원추 형상을 가질 수 있다. 어떤 실시예들에서, 내벽(235)은 콜렉터들(220 및 225)간에 위치되어 제1 탈휘발 챔버(210) 및 제2 탈휘발 챔버(215)를 분리시켜, 탈휘발되는 중합체 스트림(205)을 챔버들(210, 215)로의 분리를 촉진시킨다. 본 발명을 위하여, 챔버들(210 및 215)은 콜렉터 영역들(220 및 225) 각각 위의 볼륨들(volumes)로서 규정되고 외벽(230)에 의해 둘러싸여 진다. 어떤 실시예들에서, 탈휘발 챔버들(210, 215)은 내벽(235)을 공유할 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 2개 이상의 내벽들은 콜렉터들(220 및 225)간에 위치될 수 있다(도시되지 않음). 또한 다른 실시예들에서, 내벽(235)은 제1 및 제2 탈휘발 챔버들(210 및 215)을 부분적으로 분리시킬 수 있다. 예를 들어, 공통 내벽(235)은 제1 탈휘발 챔버(210) 및 제2 탈휘발 챔버(215)간에 위치되는 배플(baffle)을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 공통 내벽(235)은 챔버들(210 및 215)을 완전히 분리시킬 수 있다. 따라서, 제2 탈휘발 챔버(215)는 제1 탈휘발 챔버(210)와 다른 감압에서 동작될 수 있다. 일 실시예에서, 예를 들어, 제2 탈휘발 챔버(215)는 제1 탈휘발 챔버(210) 보다 낮은 압력에서 동작한다.

제1 탈휘발 챔버(210)는 제1 분포 노즐(240)을 포함하여 여러 가지 구성요소들을 포함한다. 제1 분포 노즐(240)은 바람직하게는 바닥면을 따라서 배열된 다수의 구멍들(250)을 갖도록 설계된다. 다른 실시예들에서, 이 구멍들은 상기 분포 노즐(240)의 전체 표면 위에 형성될 수 있다. 특정 실시예들에서, 분포 노즐(240)은 약 수백개 내지 2백개의 이와 같은 구멍들(250)을 가질 수 있다. 플랜트 규모의 실시예들에서, 구멍들의 수는 백만개를 초과할 수 있다. 다른 실시예들에서, 이 구멍들(250)은 약 1/64 내지 약 5/32 인치의 직경을 갖는다. 플랜트 규모의 실시예에서, 예를 들어, 이 구멍들은 약 6/16 내지 약 7/16인치의 직경을 갖는 것이 바람직하다. 어떤 실시예들에서, 이 구멍들(250)은 약 3/64 인치의 직경을 가질 것이다. 게다가, 제1 분포 노즐(240)은 상승된 온도에서 동작되어, 중합체 스트림으로부터 많은 량의 휘발성 재료들의 제거를 촉진시킬 수 있다. 특정 실시예들에서, 제1 분 포 노즐의 온도는 약460℉ 내지 약 540℉일 수 있다. 제1 분포 노즐의 온도 범위는 약 460℉ 내지 약 480℉가 바람직하다.

중합체 스트림(205)은 제1 분포 노즐(240)의 구멍들(250)을 통과한 후 제1 탈휘발 챔버(210)로 공급된다. 중합체 스트림(205)이 제1 탈휘발 챔버(210)로 통과되어 제1 콜렉터(220)로 유입될 때, 휘발성 재료들은 하나 이상의 증기 제거 라인들(260)을 통해서 제거된다. 중합체 스트림(205)은 배출관(265)을 통해서 제1 탈휘발 챔버(210) 아래의 제1 콜렉터(220)에서 방출되고 제2 탈휘발 챔버(215)로 펌핑될 수 있다.

제2 탈휘발 챔버(215)는 제2 분포 노즐(270)을 포함한다. 제2 분포 노즐(270)은 자신의 표면의 적어도 일부 위에서 구멍들(275)의 배열을 갖도록 구성될 수 있다. 어떤 실시예들에서, 구멍들(275)의 수는 제1 분포 노즐(240)의 구멍들(250)의 수와 동일할 수 있다. 예를 들어, 후술 되는 파일로트 플랜트 실험들에서, 구멍들(250, 275)의 수의 범위는 약 700 내지 약 2000개이다. 그러나, 당업자는 전체 플랜트 규모에 대해서 최대 적절한 값까지 이들 수들을 조정할 수 있다. 다른 실시예들에서, 구멍들(275)의 수는 제1 분포 노즐(240)의 구멍들(250)의 수보다 크게 될 수 있다. 이 구멍들(275)의 범위는 약 1/64 인치 내지 약 5/32 인치의 직경을 가질 수 있다. 특정 실시예들에서, 이 구멍들(275)은 약 3/64 인치의 직경을 가질 것이다. 게다가, 제2 분포 노즐(270)은 상승 된 온도, 예를 들어, 제1 분포 노즐에 대해 상술된 바와 동일한 범위들의 온도에서 동작 되어, 중합체 스트림으로부터 많은 량의 휘발성 재료들의 제거를 촉진시킬 수 있다. 특정 실시예들에서, 제2 분포 노즐(270)의 온도는 제1 분포 노즐(240)의 온도보다 높은 온도에서 동작 될 수 있다.

상술 된 바와 같은 중합체 스트림(205)은 제2 탈휘발 노즐(240)의 구멍들(275)을 통해서 제2 탈휘발 챔버(215)로 유입된다. 중합체 스트림(205)이 제2 탈휘발 챔버(215)로 통과되고 제2 콜렉터(220)로 유입될 때, 휘발성 재료들은 하나 이상의 증기 제거 라인들(280)을 통해서 제거된다. 탈휘발된 중합체 스트림(205)은 배출관(290)을 통해서 다수-챔버의 탈휘발기(200)의 제2 탈휘발 챔버(215)에서 방출된다. 배출관(290)은 제2 탈휘발 챔버(215)를 소망의 마감 동작부들에 결합시킨다.

지금부터 도2와 계속 관련하여 도3을 참조하면, 본 발명의 다수-챔버의 탈휘발기(300)의 전형적인 또 다른 실시예를 도시한 것이다. 이와 같은 실시예들에서, 다수-챔버의 탈휘발기(300)는, 중합체 스트림(305)의 단지 일부분만이 제1 분포 노즐(240)을 통과하도록 구성될 수 있다. 이와 같은 실시예들에서, 제1 분포 노즐(240)은 한 단부(310)에서 제2 분포 노즐(270)에 연결된다. 어떤 실시에들에서, 제2 분포 노즐(270)에 연결된 제1 분포 노즐(240)의 단부(310)는 테이퍼링되어, 노즐들(240, 270)의 정합을 개선시킨다. 이들 실시예들에서, 구멍들(250 및 275)의 구성은 제1 분포 노즐(240)로부터 제2 분포 노즐(270)로 직접 통과되는 중합체 스트림(305)의 프랙션을 제어하도록 조정될 수 있다. 이 프랙션은 구멍들(250, 275)의 상대 수 및 직경의 함수일 것이다. 일 실시예에서, 구멍들(275)의 수는 구멍들(250)의 수의 약 2.5배이다.

또 다른 양상에서, 본 발명은 대량 처리가능한 중합체 스트림으로부터 휘발성 재료들을 제거하는 방법을 제공한다. 도4는 본 발명을 따른 중합체 스트림을 탈휘발시키는 전형적인 방법의 일 실시예에 대한 순서도이다. 이 방법(400)은 대량 처리가능한 중합체를 반응기 시스템으로부터 제1 탈휘발기를 통과시킴으로써 제1 탈휘발 단계(410)에 의해 시작된다. 제1 탈휘발기는 임의의 종래 탈휘발기 또는 본원에 서술된 다수-챔버의 탈휘발기에 대한 임의의 실시예들로 이루어질 수 있다. 그 후, 대량 처리가능한 중합체는 제2 탈휘발 단계(420)에서 제1 탈휘발기로부터 제2 탈휘발기로 통과될 수 있다. 제2 탈휘발기는 예를 들어, 상술된 바와 같이 구성될 수 있다. 제2 탈휘발 단계(420)는 중합체 스트림을 제1 분포 노즐을 통해서 제1 콜렉터로 통과시키는 단계를 포함한다. 이 단계(420)는 또한, 중합체를 제1 콜렉터로부터 제2 분포 노즐로 그리고 제2 콜렉터 내로 통과시키는 단계를 포함한다. 이 단계들(410 및 420)은 또한 배출 노즐들 내의 구멍들을 통해서 중합체 스트림을 통과시켜 탈휘발을 지원하고 상술된 온도들 및 압력들에서 수행될 수 있다. 어떤 실시예들에서, 이 방법(400)은 펠리트화(pelletization)와 같은 마감 단계(430)를 포함할 수 있다. 이 공정은 중지 단계(stop step)(440)에서 종료된다.

대안적으로, 이 방법(400)의 단계(420)는 중합체 스트림의 제1 부분을 제1 분포 노즐의 단부로부터 제2 분포 노즐로 직접 계속적으로 통과시키는 단계를 포함할 수 있다. 어떤 실시예들에서, 이 단부는 예를 들어, 도3에 도시된 바와 같이 테이퍼링될 수 있다. 이와 같은 실시예들에서, 제1 부분은 제1 콜렉터를 바이패스시키고 그 내의 개구들을 통해서 제2 분포 노즐에서 방출된다. 중합체 스트림의 나머 지 또는 제2 부분은 제1 분포 노즐로부터 제1 콜렉터로 통과된다. 중합체 스트림의 나머지 부분은 제2 분포 노즐로 진행될 수 있고, 이 공정은 상술된 바와 같이 계속된다.

이 방법(400)의 다른 실시예들은 마감 단계(430) 전에 중합체 스트림을 제2 다수-챔버의 탈휘발기로부터 다음의 탈휘발기로 통과시키는 단계를 포함하는 단계(425)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 다음의 탈휘발기는 폴링 스트랜드 유형의 탈휘발기(falling strand type devolatilizer) 및 또 다른 다수-챔버의 탈휘발기일 수 있다.

상술된 방법 및 장치는 명백하게, 현재 이용가능한 탈휘발기들 및 탈휘발 방법들보다 우수하다. 본 발명에 따라서 탈휘발된 중합체들은 100ppm 보다 아래의 잔류 휘발성 재료들을 갖도록 준비될 수 있다. 어떤 실시예들은 휘발성 재료들의 농도를 약 50ppm으로 감소시킬 수 있다.

본 발명이 설명되었지만, 이하의 예들과 관련하여 상술된 바가 보다 더 명백하게 될 것이다. 이 예들은 단지 설명을 위하여 제공되었지만, 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다는 것을 이해하여야 할 것이다. 예를 들어, 후술된 실험들은 파일로트 플랜트상에서 실행되지만, 당업자는 전체 규모의 플랜트에 대해서 특정 수들, 치수들, 및 량들을 최대 적절한 값들까지 조정할 수 있다.

예들

비교 목적들을 위하여, 중합체 반응 시스템의 4가지 서로 다른 유형들의 폴리스티렌 샘플들이 종래 공정에 따라서 탈휘발된다. 이 샘플들 모두는 HIPS(High Impact Polystrenes)이다. 이는 다음 방식으로 탈휘발 시스템을 구성함으로써 성취된다. 제1 탈휘발기는 열 교환기를 포함하도록 구성된다. 다수-챔버의 탈휘발기는 제1 분포 노즐에서 구멍들을 제거함으로써 단일-챔버의 제2 탈휘발기로서 구성된다. 제1 분포 노즐에서 구멍들이 존재하지 않으면, 전체 폴리머 피드 스트림을 제2 분포 노즐로 강제로 밀어넣는다. 이 시스템을 통과한 중합체 샘플들은 본 발명에서 개시된 탈휘발 시스템 및 방법을 사용하는 것보다 훨씬 높은 잔류 휘발 농도들을 갖는다. 이 종래 구성에서 휘발 농도들은 평균 약 250ppm이고 160ppm에서 최대 380ppm의 범위를 갖는다. 이들 결과들은 표 I의 제2 칼럼에 표로 나타나 있다.

상기 4가지 유형들의 폴리스티렌 샘플들은 본 발명의 탈휘발기 및 방법들로 탈휘발된다. 한 세트의 실험들에서, 폴리스티렌 스트림은 상술된 바와 같이 구성된 제1 탈휘발기로부터 본 발명의 다수-챔버의 탈휘발기로 통과된다. 이 실험에서, 2개의 분포 노즐들은 단부들을 폐쇄시킴으로써, 중합체를 탈휘발기로 강제로 밀어넣어 제1 챔버의 제1 콜렉터 영역으로 유입시킨다. 다수-챔버의 탈휘발기는 공통 증기 에리어를 허용하도록 구성되는데, 이 챔버의 내벽은 중합체들이 혼합되는 것을 방지한다. 제1 분포 노즐은 노즐의 바닥면에 형성된 약 1200개의 구멍들을 갖도록 구성된다. 각 홀은 3/64인치의 직경을 갖는다. 제1 분포 노즐의 온도는 종래의 오일 통(oil bath)에서 약 480℉로 유지된다. 챔버의 압력 범위는 약 1Torr 내지 약 5Torr이다. 그 후, 중합체 스트림은 종래의 파이핑을 통해서 다수-챔버의 탈휘발기의 제2 분포 노즐로 전달된다. 제2 분포 노즐은 제1 분포 노즐과 동일 수 및 직경의 구멍들을 갖도록 구성되고 약 480℉로 유지된다. 그 후, 중합체 스트림은 제2 분포 노즐의 구멍들을 통해서 제2 탈휘발 챔버로 강제로 밀어넣어지며, 이 챔버는 예를 들어 약 1Torr 내지 약 5Torr의 감압으로 유지된다.

이들 샘플들의 농도는 지속적으로 100ppm 보다 아래, 평균 약 65ppm 값이다. 어떤 샘플들에 대해서, 휘발 농도들은 40ppm 만큼 낮게된다. 이들 결과들이 표I의 제4 칼럼에 표로 나타나 있다.

제2 세트의 실험들에서, 상기 4개의 HIPS 및 부가적인 제5 GPPS(General Purpose Polystrene) 샘플(샘플 585)은 중합체 스트림을 부분적으로 재생시키도록 구성된 다수-챔버의 탈휘발기로 통과된다. 제1 분포 노즐은 한 단부에서 테이퍼링되어 제2 탈휘발 노즐에 결합된다. 제1 탈휘발 노즐은 약 770개의 구멍들을 갖도록 구성되며, 각 구멍은 3/64 인치의 직경을 갖는다. 제2 분포 노즐은 약 1930개의 구멍들을 갖도록 구성되며, 각 구멍은 3/64 인치의 직경을 갖는다. 2개의 제1 및 제2 분포 노즐의 온도는 약 480℉로 유지된다. 이와 같은 구성은 대략 40%의 중합체 스트림이 제1 분포 노즐 내의 구멍들을 통해서 제1 탈휘발 챔버로 통과되도록 한다. 그 후, 이 부분은 수집되어 종래 파이핑을 통해서 제2 분포 노즐로 전달된다. 나머지 60%의 폴리머 스트림은 제1 분포 노즐로부터 제2 분포 노즐로 직접 통과된다. 그 후, 이 결합된 스트림들은 분포 노즐의 구멍들을 통해서 제2 탈휘발 챔버로 통과된다.

부분 재생시키는 제2 세트의 실험들에서 사용되는 구성은 전혀 재생시키지 않는 제1 세트의 실험들의 구성과 비교하여 다소 높은 잔류 휘발 농도들을 지닌 샘플들을 발생시킨다. 예를 들어, 전자의 실험들에서 휘발 농도의 범위는 약 90ppm 내지 약 250ppm이다. 평균 휘발 농도는 약 165ppm이다. 이들 결과들은 표I의 제3 칼럼에 표로 나타나 있다.

[표 I]

폴리스티렌 샘플	종래의 탈휘발성	부분 재생의 본 발명	완전 재생의 본 발명
	min, max, ave(ppm)	min, max, ave(ppm)	min, max, ave(ppm)
945	210,370,280	160,240,203	50,70,67
CX 7216	160,230,205	110,250,173	60,60,60
CX 7200	190,190,190	110,200,148	40,70,57
825 EX	200,380,304	90,240,139	50,80,64
585	100,290,197	80,310,146	70,90,83

따라서, 본 발명은 중합체 제품들에서 잔류 휘발 성분들의 농도를 상당히 감소시키는 방법 및 장치를 제공한다.

본 발명이 상세히 서술되었지만, 당업자는 어떤 중합체 조성물이 본 발명의 방법 및 장치로 탈휘발될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 본 발명은 호모폴리머 또는 공중합체 제조 공정에 적용될 수 있다. 당업자는 본 발명의 원리 및 범위를 벗어남이 없이 각종 다른 변경들, 치환들 및 대체들을 행할 수 있다.

Claims

대량 처리가능한 중합체로부터 휘발성 재료를 제거하는 탈휘발 시스템에 사용하기 위한 다수-챔버의 탈휘발기로서,

제1 콜렉터 및 제2 콜렉터를 그 내에 갖는 탈휘발기 챔버를 포함하고, 상기 탈휘발기 챔버는 상기 제1 콜렉터 위에 위치된 제1 분포 노즐을 가지며, 상기 제1 콜렉터는 상기 탈휘발기 챔버 내의 상기 제2 콜렉터 위에 위치된 제2 분포 노즐에 유체연통적으로 연결되고(fluidly coupled),

상기 제1 분포 노즐은 자신의 단부에서 상기 제2 분포 노즐에 결합되어 상기 대량 처리가능한 중합체가 상기 제1 분포 노즐로부터 상기 제2 분포 노즐로 흐르도록 하며,

상기 제1 및 제2 분포 노즐 각각은 그 내에 형성된 다수의 분포 개구를 가져 대량 처리가능한 중합체의 흐름을 상기 개구를 통해서 분포시키고,

상기 제1 및 제2 콜렉터는 내벽에 의해 분리되며 상기 벽은 배플을 포함하는 것을 특징으로 하는 다수-챔버의 탈휘발기.
제1항에 있어서, 상기 탈휘발기는 그 내에 형성된 하나 이상의 증기 제거 라인을 가져 휘발성 재료를 제거하는 것을 특징으로 하는 다수-챔버의 탈휘발기.
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제1항에 있어서, 상기 제2 분포 노즐 내의 상기 분포 개구의 수는 상기 제1 분포 노즐 내의 상기 분포 개구의 수와 동일한 것을 특징으로 하는 다수-챔버의 탈휘발기.
제1항에 있어서, 상기 제2 분포 노즐 내의 상기 분포 개구의 수는 상기 제1 분포 노즐 내의 상기 분포 개구의 수보다 많은 것을 특징으로 하는 다수-챔버의 탈휘발기.
제1항에 있어서, 상기 다수-챔버의 탈휘발기는 다음 탈휘발기에 유체연통적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 다수-챔버의 탈휘발기.
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제1항에 있어서, 상기 단부는 상기 제1 분포 노즐 및 상기 제2 분포 노즐간의 연결을 개선시킬 정도로 충분하게 테이퍼링되는 것을 특징으로 하는 다수-챔버의 탈휘발기.
대량 처리가능한 중합체로부터 휘발성 재료를 제거하는 탈휘발 시스템에 사용하기 위한 다수-챔버 탈휘발기로서,

제1 콜렉터 및 제2 콜렉터를 그 내에 갖는 탈휘발기 챔버를 포함하고, 상기 탈휘발기 챔버는 상기 제1 콜렉터 위에 위치된 제1 분포 노즐을 가지며, 상기 제1 콜렉터는 상기 탈휘발기 챔버 내의 상기 제2 콜렉터 위에 위치된 제2 분포 노즐에 유체연통적으로 연결되고,

상기 제1 분포 노즐은 자신의 단부에서 상기 제2 분포 노즐에 결합되어 상기 대량 처리가능한 중합체가 상기 제1 분포 노즐로부터 상기 제2 분포 노즐로 흐르도록 하며,

상기 제1 및 제2 분포 노즐 각각은 그 내에 형성된 다수의 분포 개구를 가져 대량 처리가능한 중합체의 흐름을 상기 개구를 통해서 분포시키고,

상기 제2 분포 노즐 내의 분포 개구의 수는 상기 제1 분포 노즐 내의 분포 개구의 수의 2.5배인 것을 특징으로 하는 다수-챔버의 탈휘발기.
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대량 처리가능한 중합체로부터 휘발성 재료를 제거하는 탈휘발 장치로서,

제1 탈휘발기;

제1 콜렉터 및 제2 콜렉터를 그 내에 포함하는 제2 탈휘발기로서, 상기 제2 탈휘발기는 상기 제1 콜렉터 위에 위치되는 제1 분포 노즐을 가지고, 상기 제1 콜렉터는 상기 제2 탈휘발기 내의 상기 제2 콜렉터 위에 위치된 제2 분포 노즐에 유체연통적으로 연결되며, 상기 제1 및 제2 분포 노즐은 상기 대량 처리가능한 중합체의 일부를 상기 제1 분포 노즐을 통해서 상기 제2 분포 노즐로 통과시키고, 상기 제1 및 제2 분포 노즐 각각은 그 내에 형성된 다수의 분포 개구를 가져 대량 처리가능한 중합체의 흐름을 상기 개구를 통해서 분포시키며, 상기 제1 및 제2 콜렉터는 내벽에 의해 분리되며 상기 벽은 배플을 포함하는, 제2 탈휘발기;

상기 제1 탈휘발기를 상기 제2 탈휘발기에 결합시키는 배출관; 및

상기 탈휘발 장치를 통해서 상기 대량 처리가능한 중합체를 이동시키도록 구성된 상기 배출관에 결합된 펌프;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 탈휘발 장치.
제36항에 있어서, 제1 탈휘발 챔버는 상기 제1 콜렉터 위의 제1 볼륨을 포함하고, 제2 탈휘발 챔버는 상기 제2 콜렉터 위의 제2 볼륨을 포함하며, 상기 제1 및 제2 탈휘발 챔버는 그 내에 형성된 하나 이상의 증기 제거 라인을 가져 휘발성 재료를 제거하는 것을 특징으로 하는 탈휘발 장치.
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제36항에 있어서, 상기 제2 분포 노즐 내의 상기 분포 개구의 수는 상기 제1 분포 노즐 내의 상기 분포 개구의 수와 동일한 탈휘발 장치.
제36항에 있어서, 상기 제2 분포 노즐 내의 상기 분포 개구의 수는 상기 제1 분포 노즐 내의 상기 분포 개구의 수보다 많은 탈휘발 장치.
제36항에 있어서, 상기 제2 탈휘발기는 다음 제3 탈휘발기에 유체연통적으로 연결되는 탈휘발 장치.
제36항에 있어서, 상기 제1 분포 노즐은 자신의 한 단부에서 상기 제2 분포 노즐에 연결되어 상기 대량 처리가능한 중합체가 상기 제1 분포 노즐로부터 상기 제2 분포 노즐로 흐르도록 하는 탈휘발 장치.
제44항에 있어서, 상기 단부는 상기 제1 분포 노즐 및 상기 제2 분포 노즐간의 접속을 개선시킬 정도로 충분하게 테이퍼링되는 탈휘발 장치.
대량 처리가능한 중합체로부터 휘발성 재료를 제거하는 탈휘발 장치로서,

제1 탈휘발기;

제1 콜렉터 및 제2 콜렉터를 그 내에 포함하는 제2 탈휘발기로서, 상기 제2 탈휘발기는 상기 제1 콜렉터 위에 위치되는 제1 분포 노즐을 가지고, 상기 제1 콜렉터는 상기 제2 탈휘발기 내의 상기 제2 콜렉터 위에 위치된 제2 분포 노즐에 유체연통적으로 연결되며, 상기 제1 및 제2 분포 노즐은 상기 대량 처리가능한 중합체의 일부를 상기 제1 분포 노즐을 통해서 상기 제2 분포 노즐로 통과시키고, 상기 제1 및 제2 분포 노즐 각각은 그 내에 형성된 다수의 분포 개구를 가져 대량 처리가능한 중합체의 흐름을 상기 개구를 통해서 분포시키며, 상기 제2 분포 노즐 내의 분포 개구의 수는 상기 제1 분포 노즐 내의 상기 분포 개구의 수의 2.5배인, 제2 탈휘발기;

상기 제1 탈휘발기를 상기 제2 탈휘발기에 결합시키는 배출관; 및

상기 탈휘발 장치를 통해서 상기 대량 처리가능한 중합체를 이동시키도록 구성된 상기 배출관에 결합된 펌프;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 탈휘발 장치.