KR101494831B1

KR101494831B1 - 휘발성 유기화합물 제거용 ｓｃｃ

Info

Publication number: KR101494831B1
Application number: KR20120056071A
Authority: KR
Inventors: 주은정; 신대영; 이종구; 허창회
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2011-05-27
Filing date: 2012-05-25
Publication date: 2015-02-23
Also published as: KR20120132419A

Abstract

본 발명은, 회전축을 가지는 하우징; 상기 하우징 내부로 형성된 적어도 1종의 반응물 공급부; 상기 회전축에 상단에서 하단으로 일정 기울기를 가지도록 2개 이상 설치되어, 상기 반응물 공급부를 통해 공급된 반응물을 이동시키고, 상기 회전축을 중심으로 회전하는 스피닝 콘; 상기 하우징의 내부면 상에 고정되어 형성되고, 상기 상단의 스피닝 콘 상에서 하단의 스피닝 콘 상으로 반응물을 순차 이동시키기 위한 경로를 제공하는 각 스피닝 콘 하단에 위치하는 고정 콘; 상기 스피닝 콘 및 고정 콘을 통해 이동한 반응물을 수집하기 위한 생성물 수집부; 및 상기 스피닝 콘을 회전시키기 위한 구동부를 포함하고, 상기 회전축, 스피닝 콘, 고정 콘, 및 하우징 내부면으로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상에 열 공급 수단이 형성된 휘발성 유기화합물 제거용 SCC를 제공한다. 본 발명에 따르면, 타워형 컬럼을 사용하여 폴리머 내의 미반응 모노머를 제거 시 폴리머의 체류시간이 길어 폴리머 안정성에 영향을 미치고, 트레이에 폴리머 스케일이 발생하며, 과량의 스팀이 필요하다는 문제점을 해결하기 위하여, 과량의 stripping medium을 사용하지 아니하고 반응물의 휘발성 유기화합물을 연속적으로 제거할 수 있는 휘발성 유기화합물 제거용 SCC가 제공될 수 있다.

Description

휘발성 유기화합물 제거용 ＳＣＣ {Spinning cone column for removing Volatile Organic Compounds}

본 발명은 휘발성 유기화합물 제거용 SCC(spinning cone column)에 관한 것이다.

일반적으로 화학반응을 통해 생성물을 얻기 위해서는 반응장치가 필요하다. 이러한 반응장치로는 일반적으로 하나의 반응기에 원료생성물을 첨가한 후 교반 등을 통해 이루어지는 회분식 반응기가 이용되어 왔다. 하지만, 상기 방법의 경우 빠른 물질전달속도를 요구하는 반응에 대해서는 충분한 반응이 이루어지지 않아 다량의 미원료 생성물이 생길 수 있으며, 촉매를 사용하는 경우 촉매의 분리공정이 필수적이어서 대용량이 될수록 비용을 상승시키는 비효과적인 문제가 있었다.

이에, 대한민국 특허등록 제961,765호에서 스피닝 디스크 반응장치(Spinning disc reactor)가 제안된 바 있으나 이는 스피닝 디스크가 수평으로 배치되어 있어 원료생성물의 디스크 체류시간이 짧다는 문제가 있어, 기울기를 가진 디스크, 즉 콘을 다단 설치함으로써 원료생성물의 체류시간을 향상시킨 콘 형태의 SCC(spinning cone column)가 선호되고 있었다.

한편, 폴리머 내의 미반응 모노머를 제거하기 위하여 일반적으로 타워형 컬럼을 사용하여 왔다. 예를 들어, 대한민국 특허공개 제2000-0062362호는 트레이 컬럼을 이용한 잔류 단량체의 제거방법 및 제거장치에 관한 기술을 개시하고 있다. 이와 같이 종래에는 타워형 컬럼을 사용하여 폴리머 내의 미반응 모노머를 제거하였기 때문에, 폴리머의 체류시간이 길어 폴리머 안정성에 영향을 미치고, 트레이에 폴리머 스케일이 발생하며, 과량의 스팀이 필요하다는 문제점이 있어 새로운 분리장치의 개발이 필요한 실정이었다.

1. 대한민국 특허등록 제961,765호 2. 대한민국 특허공개 제2000-0062362호

본 발명은 SCC의 회전축, 스피닝 콘, 고정 콘, 및 하우징 내부면으로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상에 열 공급 수단이 형성되어, stripping medium 사용 없이도 휘발성 유기화합물 제거가 가능한 SCC를 제공하는 것이다.

본 발명은, 회전축을 가지는 하우징; 상기 하우징 내부로 형성된 적어도 1종의 반응물 공급부; 상기 회전축에 상단에서 하단으로 일정 기울기를 가지도록 2개 이상 설치되어, 상기 반응물 공급부를 통해 공급된 반응물을 이동시키고, 상기 회전축을 중심으로 회전하는 스피닝 콘; 상기 하우징의 내부면 상에 고정되어 형성되고, 상기 상단의 스피닝 콘 상에서 하단의 스피닝 콘 상으로 반응물을 순차 이동시키기 위한 경로를 제공하는 각 스피닝 콘 하단에 위치하는 고정 콘; 상기 스피닝 콘 및 고정 콘을 통해 이동한 반응물을 수집하기 위한 생성물 수집부; 및 상기 스피닝 콘을 회전시키기 위한 구동부를 포함하고, 상기 회전축, 스피닝 콘, 및 고정 콘으로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상에 열 공급 수단이 형성된 휘발성 유기화합물 제거용 SCC를 제공한다.

상기에서, 스피닝 콘은 상기 회전축을 중심으로 상단에서 하단으로 2 내지 40개가 배열될 수 있다.

그리고, 상기 스피닝 콘은 하기 계산식 1에 따른 G가 1 내지 100배가 되는 회전 속도로 동일 회전축을 중심으로 회전할 수 있다.

[계산식 1]

상기 식에서, G는 중력가속도의 배수이고, r은 콘의 반지름(m)이고, RPM은 회전속도(회/분)이다.

그리고, 상기 구동부는 모터일 수 있다.

아울러, 상기 SCC는 기체 공급부 및 잔여기체 배출부를 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 열 공급 수단은 회전축, 스피닝 콘, 및 고정 콘으로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 내부에 유로가 형성되어 상기 유로에 열전달 유체가 순환하는 구조를 가지게 된다.

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그리고, 상기 반응물은 휘발성 모노머를 포함하는 폴리머일 수 있으며, 상기 휘발성 모노머를 포함하는 폴리머는 PVC, SBR, NBR, ABS, 및 PBL 라텍스로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 SCC를 사용하여 휘발성 유기화합물을 제거하는 방법을 제공한다.

본 발명은, 타워형 컬럼을 사용하여 폴리머 내의 미반응 모노머를 제거 시 폴리머의 체류시간이 길어 폴리머 안정성에 영향을 미치고 트레이에 폴리머 스케일이 발생하며 과량의 스팀이 필요하다는 문제점을 해결하기 위한 것으로, stripping medium을 사용하지 아니하고 반응물의 휘발성 유기화합물을 연속적으로 제거할 수 있는 휘발성 유기화합물 제거용 SCC가 제공될 수 있다.

도 1은, 본 발명의 일 구현예에 따른 열 공급수단이 형성된 SCC의 구조를 나타낸 도면이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명은, 회전축(30)을 가지는 하우징(10); 상기 하우징 내부로 형성된 적어도 1종의 반응물 공급부(20); 상기 회전축에 상단에서 하단으로 일정 기울기를 가지도록 2개 이상 설치되어, 상기 반응물 공급부를 통해 공급된 반응물을 이동시키고, 상기 회전축(30)을 중심으로 회전하는 스피닝 콘(40); 상기 하우징의 내부면 상에 고정되어 형성되고, 상기 상단의 스피닝 콘 상에서 하단의 스피닝 콘 상으로 반응물을 순차 이동시키기 위한 경로를 제공하는 각 스피닝 콘 하단에 위치하는 고정 콘(50); 상기 스피닝 콘 및 고정 콘을 통해 이동한 반응물을 수집하기 위한 생성물 수집부(60); 및 상기 스피닝 콘을 회전시키기 위한 구동부(70)를 포함하고, 상기 회전축, 스피닝 콘, 및 고정 콘으로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상에 열 공급 수단이 형성된 휘발성 유기화합물 제거용 SCC를 제공한다.

본 발명에 따른 SCC는, SCC의 회전축, 스피닝 콘, 및 고정 콘으로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상에 열 공급 수단이 형성되어, 반응물의 휘발성 유기화합물을 연속적으로 제거할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 스피닝 콘(40)는 동일한 회전축(30)을 따라 상단에서 하단으로 일정 기울기를 가지도록 2개 이상 설치될 수 있다. 회전축이 회전할 때 스피닝 콘(40)가 동시에 회전하게 되면서 공급된 반응물이 스피닝 콘 상에서 퍼지게 되며 이로써 표면적이 넓어져 기체 등과의 접촉에 의해 제거 대상물의 제거가 원활해 질 수 있다. 상기에서, 스피닝 콘은 상기 회전축을 중심으로 상단에서 하단으로 적어도 2개 이상이 배열되며, 바람직하게는 2 내지 40개가 배열될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 2 내지 23개가 배열될 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서, 각 스피닝 콘 하단에 구비된 고정 콘(50)는 상단의 스피닝 콘 상에서 하단의 다른 스피닝 콘 상으로 반응물을 순차 이동시키기 위한 경로를 제공할 수 있다. 이러한 고정 콘은 하우징의 내부면 상에 고정되어 형성되어 있어 회전축의 회전 시에 회전되지 아니한다.

본 발명에서 반응물은 하우징 내부로 형성된 반응물 공급부(20)로 공급되고, 회전축의 회전에 의해 상기 스피닝 콘과 고정 콘을 통해 하부로 이동하게 된다. 이러한 이동 중에 제거 대상물이 제거되고, 제거 대상물이 제거된 반응물은 생성물 수집부(60)로 이동하게 된다.

[계산식 1]

또한, 상기 구동부(70)는 모터일 수 있다.

그리고, 상기 SCC는 기-액 반응을 진행하는 경우 기체 공급부(80) 및 잔여기체 배출부(90)를 더 포함할 수 있다. 즉, 선택적으로 하우징 외벽에 하우징 내부로 기체를 공급할 수 있는 기체투입부가 설치될 수 있다. 이러한 경우 기체는 하우징 내벽의 턱 바로 아래에 투입구를 설치하여 투입하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 반응 후 생성된 잔여 기체는 하우징 상단에 별도로 설치된 잔여기체 배출부를 통해 배출시킬 수 있다.

아울러, 상기 하우징(10)은 스테인레스 재질로 이루어진 것을 사용할 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 스피닝 콘 및 고정 콘 한 쌍을 단이라고 할 때, 상기 단 사이의 간격은 특별히 제한되지 아니한다. 단 사이의 간격은 일정할 수 있고, 상부 쪽에 가까운 단 사이 간격이 하부 쪽에 가까운 단 사이 간격보다 넓을 수 있으며, 하부 쪽에 가까운 단 사이 간격이 상부 쪽에 가까운 단 사이 간격보다 넓을 수도 있다.

한편, 상기 회전축, 스피닝 콘, 및 고정 콘으로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상에 열 공급 수단(100', 100'', 100''')이 형성될 수 있다.

또한, 회전축 내부, 스피닝 콘, 및 고정 콘에 유로를 형성하여 열전달 유체를 순환시킴으로써 동시에 열을 공급할 수 있다. 이 경우, 재킷만으로 열을 공급할 경우 부족한 열원을 운전 중에 효과적으로 공급해 줄 수 있다. 열전달 유체는 열을 저장하고 전달할 수 있는 유체로써 특별히 한정되지 아니한다.

본 발명에 따르면, 상기 열 공급 수단을 통해 열이 공급되어 휘발성 유기화합물 제거를 위해 과량의 가스 등을 사용하지 아니하고 반응물의 휘발성 유기화합물을 연속적으로 제거할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 반응물은 휘발성 모노머를 포함한 폴리머라면 특별히 제한되지 아니하나, 바람직하게는 PVC, SBR, NBR, ABS, 및 PBL 라텍스로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다.

본 발명에 따른 SCC의 반응물 공급부를 통해 휘발성 모노머를 포함한 폴리머가 공급되면, 회전축의 회전에 의해 상기 스피닝 콘 및 고정 콘을 거치면서 열 공급 수단에 의해 공급된 열에 의해서, 예를 들어 PVC 라텍스에서는 VCM(vinyl chloride monomer), SBR라텍스에서는 SM(styrene monomer)가, 즉 휘발성 유기화합물로써 배출부로 빠져나가게 된다. 이때 회전축, 스피닝 콘, 및 고정 콘으로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상에 형성된 열 공급 수단에서 공급된 열에 의해 상기 휘발성 유기화합물이 제거되게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 SCC는, SCC의 회전축, 스피닝 콘, 및 고정 콘으로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상에 열 공급 수단이 형성되어, 휘발성 유기화합물 제거를 위해 과량의 가스 등을 사용하지 아니하고 반응물의 휘발성 유기화합물을 연속적으로 제거할 수 있다는 특징을 가진다.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

10: 하우징
20: 반응물 공급부
30: 회전축
40: 스피닝 콘
50: 고정 콘
60: 생성물 수집부
70: 구동부
80: 기체 공급부
90: 잔여기체 배출부
100: 하우징 내부면의 열 공급 수단
100': 회전축의 열 공급 수단
100'': 스피닝 콘의 열 공급 수단
100''': 고정 콘의 열 공급 수단

Claims

회전축을 가지는 하우징;
상기 하우징 내부로 형성된 적어도 1종의 반응물 공급부;
상기 회전축에 상단에서 하단으로 일정 기울기를 가지도록 2개 이상 설치되어, 상기 반응물 공급부를 통해 공급된 반응물을 이동시키고, 상기 회전축을 중심으로 회전하는 스피닝 콘;
상기 하우징의 내부면 상에 고정되어 형성되고, 상기 상단의 스피닝 콘 상에서 하단의 스피닝 콘 상으로 반응물을 순차 이동시키기 위한 경로를 제공하는 각 스피닝 콘 하단에 위치하는 고정 콘;
상기 스피닝 콘 및 고정 콘을 통해 이동한 반응물을 수집하기 위한 생성물 수집부; 및
상기 스피닝 콘을 회전시키기 위한 구동부;
를 포함하고,
상기 회전축, 스피닝 콘, 및 고정 콘으로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상에 열 공급 수단이 형성되며,
상기 열 공급 수단은 회전축, 스피닝 콘, 및 고정 콘으로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 내부에 유로가 형성되어 상기 유로에 열전달 유체가 순환하는 구조를 가지는 휘발성 유기화합물 제거용 다단 콘 형태의 스피닝 콘 컬럼(Spinning Cone Column, SCC).
제1항에 있어서, 상기 스피닝 콘은 상기 회전축을 중심으로 상단에서 하단으로 2 내지 40개가 배열된 휘발성 유기화합물 제거용 다단 콘 형태의 스피닝 콘 컬럼(Spinning Cone Column, SCC).
제1항에 있어서, 상기 스피닝 콘은 하기 계산식 1에 따른 G가 1 내지 100배가 되는 회전 속도로 동일 회전축을 중심으로 회전하는 휘발성 유기화합물 제거용 다단 콘 형태의 스피닝 콘 컬럼(Spinning Cone Column, SCC):
[계산식 1]

상기 식에서, G는 중력가속도의 배수이고, r은 콘의 반지름(m)이고, RPM은 회전속도(회/분)이다.
제1항에 있어서, 상기 다단 콘 형태의 스피닝 콘 컬럼(Spinning Cone Column, SCC)은 기체 공급부 및 잔여기체 배출부를 더 포함하는 휘발성 유기화합물 제거용 다단 콘 형태의 스피닝 콘 컬럼(Spinning Cone Column, SCC).
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제1항에 있어서, 상기 반응물은 휘발성 모노머를 포함하는 폴리머인 휘발성 유기화합물 제거용 다단 콘 형태의 스피닝 콘 컬럼(Spinning Cone Column, SCC).
제7항에 있어서, 상기 휘발성 모노머를 포함하는 폴리머는 PVC, SBR, NBR, ABS, 및 PBL 라텍스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 휘발성 유기화합물 제거용 다단 콘 형태의 스피닝 콘 컬럼(Spinning Cone Column, SCC).
제1항 내지 제4항, 제7항, 및 제8항 중 어느 한 항에 따른 다단 콘 형태의 스피닝 콘 컬럼(Spinning Cone Column, SCC)을 사용하여 휘발성 유기화합물을 제거하는 방법.