KR101579245B1

KR101579245B1 - 고분자 중합장치

Info

Publication number: KR101579245B1
Application number: KR1020140000253A
Authority: KR
Inventors: 김선규; 이부연; 조해석; 정병만; 송병준
Original assignee: 주식회사 효성
Priority date: 2014-01-02
Filing date: 2014-01-02
Publication date: 2015-12-21
Also published as: KR20150080780A

Abstract

본 발명은 폴리케톤(polyketone)과 같은 고분자 중합에 있어 원통형 베셀(vessel) 내의 상층부 벽면 및 교반기 샤프트(shaft)에 형성되는 파울링을 효과적으로 억제 및 제거함으로써 고분자의 연속중합이 가능하도록 하기 위한 고분자 중합장치에 관한 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 원통형 베셀 내에 투입된 유체를 연속 교반하여 중합하도록 상기 원통형 베셀의 저면에 장착되는 제2 감속모터와, 상기 제2 감속모터와 연결 설치되며, 상기 원통형 베셀 내의 하부에 수직 상부로 회전가능하게 설치되는 교반기 샤프트와, 상기 교반기 샤프트에 다단으로 고정설치되는 복수의 임펠러 교반기로 이루어지며, 상기 원통형 베셀 내벽에 하부가 호형으로 절곡된 평판 형상 수직으로 길게 구비되며, 상기 원통형 베셀 내에 투입된 유체의 흐름을 방해 및 안내하는 복수의 배플로 이루어지는 고분자 중합장치에 관한 것으로,
상기 원통형 베셀의 상면에 장착되는 제1 감속모터와;
상기 제1 감속모터와 연결 설치되며, 상기 원통형 베셀 내의 상부에 수직 하부로 회전가능하게 설치되는 스크래퍼 샤프트와;
상기 스크래퍼 샤프트의 하단에 상광하협의 평판 형상으로 하향 경사지게 일단이 연결 설치되는 패들과, 상기 패들의 타단에 상기 배플의 상단과 근접한 높이 수직방향으로 구비되는 스크래퍼를 포함한다.

Description

고분자 중합장치{Macromolecule polymerization apparatus}

본 발명은 고분자 중합시 형성되는 파울링(fouling)을 효과적으로 제거하기 위한 고분자 중합장치에 것으로, 더욱 상세하게는 폴리케톤(polyketone)과 같은 고분자 중합에 있어 원통형 베셀(vessel) 내의 상층부 벽면 및 교반기 샤프트(shaft)에 형성되는 파울링을 효과적으로 억제 및 제거함으로써 고분자의 연속중합이 가능하도록 하기 위한 고분자 중합장치에 관한 것이다.

일반적으로 폴리케톤과 같은 고분자를 중합하기 위한 반응기(reactor), 즉 고분자 중합장치(10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 원통형 베셀(vessel)(20)의 상면에 장착되는 감속모터(geared motor)(30)와, 상기 감속모터(30)와 연결 설치되며 상기 원통형 베셀(20)의 내부에 수직으로 회전가능하게 설치되는 교반기 샤프트(40)와, 상기 교반기 샤프트(40)의 하부에 다단으로 고정설치되는 임펠러 교반기(50)와, 상기 원통형 베셀(20)의 내벽에 평판 형태로 설치되는 복수의 배플(baffle)(60);을 포함하여 구성되어 있다.

그러나, 일 실시예로 폴리케톤(polyketone)과 같은 고분자 중합은 상기한 고분자 중합장치(10)의 원통형 베셀(20) 내에 용매를 투입하고 모노머가스 및 촉매를 주입하는 방법으로 이루어지며, 임펠러 교반기(50)의 회전에 의해 중합이 진행함에 따라 용매에 파우더(powder)가 형성되는 형태로 진행된다. 상기 용매에 파우더가 형성되면서 중합용액 부피 및 점도가 증가하게 되고, 이에 따라 도 2에 도시된 바와 같이, 교반기 샤프트(40)에 임펠러 교반기(50)가 설치되지 않아 교반능력이 약한 원통형 베셀(20) 내의 반응계면 상층부의 벽면 및 교반기 샤프트(40)에 중합용액의 유속이 감소되면서 파울링(fouling)이 성장하게 되고, 이렇게 성장된 파울링은 연속중합시 공정문제를 발생시키게 된다.

상기한 종래의 고분자 중합장치(10)에서는 원통형 베셀(20) 내의 상층부 벽면 및 교반기 샤프트(40)에 형성되는 파울링으로 인하여 모노머 가스를 순환시키는 루프가스(loop gas) 시스템에 파우더(powder) 유입으로 인한 배관 스케일링(scaling), 루프가스 컴프레서(loop gas compressor)의 로드(load) 증가를 유발시키고, 파울링 덩어리가 중합액으로 떨어질 경우 파쇄되어 럼프(lump)가 형성되어 이송 밸브(valve), 중합액 이송 펌프(pump) 및 배관을 막는 현상이 발생하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 창안된 것으로, 원통형 베셀 내의 반응계면 상부에 저속 교반이 가능하도록 스크래퍼(scraper)를 설치하고, 상기 반응계면 하부에 중합용매를 고속으로 교반할 수 있는 임펠러 교반기를 상기 스크래퍼와 분리되게 설치하여, 원통형 베셀 내의 상층부 벽면 및 교반기 샤프트(shaft)에 형성되는 파울링을 효과적으로 억제 및 제거함으로써, 폴리케톤과 같은 고분자의 연속중합이 가능하도록 하는 고분자 중합장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 원통형 베셀 내에 투입된 유체를 연속 교반하여 중합하도록 상기 원통형 베셀의 저면에 장착되는 제2 감속모터와, 상기 제2 감속모터와 연결 설치되며, 상기 원통형 베셀 내의 하부에 수직 상부로 회전가능하게 설치되는 교반기 샤프트와, 상기 교반기 샤프트에 다단으로 고정설치되는 복수의 임펠러 교반기로 이루어지며, 상기 원통형 베셀의 내벽에 하부가 호형으로 절곡된 평판 형상으로 되어 수직으로 길게 구비되며, 상기 원통형 베셀 내에 투입된 유체의 흐름을 방해 및 안내하는 복수의 배플(baffle)로 이루어지는 고분자 중합장치에 관한 것으로,
상기 원통형 베셀의 상면에 장착되는 제1 감속모터와;
상기 제1 감속모터와 연결 설치되며, 상기 원통형 베셀 내의 상부에 수직 하부로 회전가능하게 설치되는 스크래퍼 샤프트와;
상기 스크래퍼 샤프트의 하단에 상광하협의 평판 형상으로 하향 경사지게 일단이 연결 설치되는 패들과, 상기 패들의 타단에 상기 배플의 상단과 근접한 높이 수직방향으로 구비되는 스크래퍼를 포함한다.

삭제

또한, 상기 스크래퍼는 적어도 하나 이상 구비되는 것을 특징으로 한다.

삭제

또한, 상기 임펠러 교반기는 교반날개가 일정한 간격의 방사상으로 복수의 플랫패들, 경사패들 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 교반기 샤프트는 상기 원통형 베셀 내의 반응계면 하방에 위치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 고분자 중합장치에 의하면, 원통형 베셀 내의 반응계면 상부에 저속으로 교반이 가능하도록 스크래퍼(scraper)를 설치하고, 상기 반응계면 하부에 중합용매를 고속으로 교반이 가능하도록 임펠러 교반기를 상기 스크래퍼와 분리되게 설치함으로써, 상기 반응계면 상부에 저속으로 교반하는 스크래퍼로 원통형 베셀 내의 상층부 벽면에 형성되는 파울링을 효과적으로 제거할 수 있고, 상기 반응계면 하부에 고속으로 교반하는 임펠러 교반기가 용액 내에 잠기게 되어 반응계면 상부로 노출되지 않으므로 반응계면 상층부 중심에 형성되는 파울링의 생성을 억제할 수 있게 되어, 고분자의 중합시 파울링에 의한 공정문제가 발생하지 않아 폴리케톤과 같은 고분자의 연속중합이 가능하도록 하는 효과가 있다.

도 1은 종래의 고분자 중합장치를 나타낸 개략도,
도 2는 종래의 일 실시예에 따라 고분자 중합장치의 파울링 형성 위치를 나타낸 개략도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 중합장치를 나타낸 개략도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 고분자 중합장치의 파울링 억제 및 제거 위치를 나타낸 개략도.

이하, 본 발명에 따른 고분자 중합장치에 대한 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세하게 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

또한, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있고, 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있으며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 중합장치를 나타낸 개략도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 고분자 중합장치의 파울링 억제 및 제거 위치를 나타낸 개략도이다.

본 발명에 따른 고분자 중합장치(100)는 도 3 및 도 4에 도시된 것과 같이, 원통형 베셀(110) 내에 투입된 유체를 연속 교반하여 중합하는 고분자 중합장치에 있어서, 상기 원통형 베셀(110)의 상면에 장착되는 제1 감속모터(120); 상기 제1 감속모터(120)와 연결 설치되며, 상기 원통형 베셀(110) 내의 상부에 수직 하부로 회전가능하게 설치되는 스크래퍼 샤프트(130); 상기 스크래퍼 샤프트(130)의 하단과 연결 설치되며, 상기 원통형 베셀(110)의 상부측 내벽에 근접하게 패들(141)의 하단에 구비되는 스크래퍼(140); 상기 원통형 베셀(110)의 저면에 장착되는 제2 감속모터(150); 상기 제2 감속모터(150)와 연결 설치되며, 상기 원통형 베셀(110) 내의 하부에 수직 상부로 회전가능하게 설치되는 교반기 샤프트(160); 및 상기 교반기 샤프트(160)에 다단으로 고정설치되는 복수의 임펠러 교반기(170);를 포함하여 구성된다. 이때, 상기 스크래퍼(140)는 상기 제1 감속모터(120)의 제어에 의해 저속으로 회전하고, 상기 임펠러 교반기(170)는 상기 제2 감속모터(150)의 제어에 의해 상기 스크래퍼(140) 보다 고속으로 회전하게 된다.

또한, 상기 원통형 베셀(110)의 내벽에 하부가 호형으로 절곡된 평판 형상으로 되어 수직으로 길게 상기 스크래퍼(140)의 하단에 근접한 높이로 구비되며, 상기 원통형 베셀(110) 내에 투입된 유체의 흐름을 방해 및 안내하는 복수의 배플(baffle)(180)을 더 포함하여 구성된다. 이는 상기 배플(180)에 의해 유체 흐름의 교란 효과 및 유체의 반응계면에서의 하방으로 펌핑력을 증가시켜 원통형 베셀(110) 내에서의 유체의 유동 속도 및 난류 소산(turbulent dispersion)이 증가함으로써, 유체의 흐름 및 속도의 증가, 소용돌이 현상이 증가되어 원통형 베셀(110) 내의 벽면과 하부에 발생하는 파울링의 생성을 최소화할 수 있도록 하기 위함이다.

상기 스크래퍼(140)는 원통형 베셀(110)의 상부측 내벽에 생성되는 파울링을 원활하게 벗겨내어 제거할 수 있도록 강도, 내식성, 가공성이 우수한 SUS(Steel Use Stainless)와 같은 스틸 계통으로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 스크래퍼(140)는 적어도 하나 이상 구비되는 것이 바람직하다. 이는 폴리케톤과 같은 고분자의 중합시 상기 원통형 베셀(110)의 상부측 내벽에 파울링이 부착되어 생성되는 것을 신속하게 방지하기 위한 것이다.

상기 패들(141)은 상광하협의 평판 형상으로 되어 하향 경사지게 위치되는 것이 바람직하다. 이는 유체의 저속 교반시 패들(141)의 회전저항 감소로 스크래퍼(140)의 회전력을 향상시킬 수 있게 된다.

상기 임펠러 교반기(170)는 교반날개(171)가 일정한 간격의 방사상으로 복수의 플랫패들, 경사패들 중 어느 하나로 형성되는 것이 바람직하다. 이는 기체와 액체의 혼합이 필요한 경우나 고체가 형성되거나 폴리케톤 중합과 같이 중합용매에서 고분자 파우더가 형성되는 경우에 교반능력을 향상시키게 된다. 그러나, 상기 임펠러 교반기(170)의 형태를 패들형으로 한정하는 것은 아니다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 고분자 중합장치(100)는 원통형 베셀(110) 내의 반응계면 상부에 저속으로 교반이 가능하도록 스크래퍼(140)를 설치하고, 상기 반응계면 하부에 중합용매를 고속으로 교반이 가능하도록 임펠러 교반기(170)를 상기 스크래퍼(140)와 분리되게 설치함으로써, 상기 반응계면 상부에 저속으로 교반하는 스크래퍼(140)로 원통형 베셀(110) 내의 상층부 벽면에 형성되는 파울링을 효과적으로 제거할 수 있고, 상기 반응계면 하부에 고속으로 교반하는 임펠러 교반기(170)가 용액 내에 잠기게 되어 반응계면 상부로 노출되지 않으므로 반응계면 상층부 중심에 형성되는 파울링의 생성을 억제할 수 있게 되어, 폴리케톤과 같은 고분자의 중합시 파울링에 의한 공정문제가 발생하지 않아 고분자의 연속중합이 가능한 것이다.

본 발명에 따른 고분자 중합장치(100)와 종래의 고분자 중합장치(10)를 이용하여 실시할 경우 폴리케톤을 동일한 조건으로 중합하였을 때 연속가동일과 컴프레서 전단 필터 교체주기 및 컴프레서 클리닝 주기를 비교 평가한 결과를 표 1에 나타내었다.

	종래의 실시예	본 발명의 실시예
연속가동일	28일	180일
컴프레서 전단 필터 교체주기	1주	2개월
컴프레서 클리닝 주기	2주	1회

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 종래의 고분자 중합장치(10)를 이용하여 실시할 경우 실제 사용이 가능한 연속가동일이 28일이었던 것을 본 발명의 고분자 중합장치(100)를 이용하여 실시할 경우 루프가스 컴프레서(loop gas compressor) 및 컴프레서 전단 필터(filter) 교체주기를 증가시켜 180일 이상 연속가동이 가능하였다. 이때, 상기 표 1의 본 발명의 실시예에 따른 연속가동일 180일은 그 기간을 한정하는 것은 아니며, 고분자의 반응조건에 따라 그 이상의 연속가동이 가능하다.

이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 의해 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상과 이하에서 기재되는 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 형태의 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100 : 고분자 중합장치 110 : 원통형 베셀
120 : 제1 감속모터 130 : 스크래퍼 샤프트
140 : 스크래퍼 141 : 패들
150 : 제2 감속모터 160 : 교반기 샤프트
170 : 임펠러 교반기 171 : 교반날개
180 : 배플

Claims

원통형 베셀(110) 내에 투입된 유체를 연속 교반하여 중합하도록 상기 원통형 베셀(110)의 저면에 장착되는 제2 감속모터(150)와, 상기 제2 감속모터(150)와 연결 설치되며, 상기 원통형 베셀(110) 내의 하부에 수직 상부로 회전가능하게 설치되는 교반기 샤프트(160)와, 상기 교반기 샤프트(160)에 다단으로 고정설치되는 복수의 임펠러 교반기(170)로 이루어지며, 상기 원통형 베셀(110)의 내벽에 하부가 호형으로 절곡된 평판 형상으로 되어 수직으로 길게 구비되며, 상기 원통형 베셀(110) 내에 투입된 유체의 흐름을 방해 및 안내하는 복수의 배플(baffle)(180)로 이루어지는 고분자 중합장치에 있어서,
상기 원통형 베셀(110)의 상면에 장착되는 제1 감속모터(120)와;
상기 제1 감속모터(120)와 연결 설치되며, 상기 원통형 베셀(110) 내의 상부에 수직 하부로 회전가능하게 설치되는 스크래퍼 샤프트(130)와;
상기 스크래퍼 샤프트(130)의 하단에 상광하협의 평판 형상으로 하향 경사지게 일단이 연결 설치되는 패들(141)과, 상기 패들(141)의 타단에 상기 배플(180)의 상단과 근접한 높이 수직방향으로 구비되는 스크래퍼(140)를 포함하는 고분자 중합장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 스크래퍼(140)는 적어도 하나 이상 구비되는 것을 특징으로 하는 고분자 중합장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 임펠러 교반기(170)는 교반날개(171)가 일정한 간격의 방사상으로 복수의 플랫패들, 경사패들 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 고분자 중합장치.
제1항에 있어서,
상기 교반기 샤프트(160)는 상기 원통형 베셀(110) 내의 반응계면 하방에 위치되는 것을 특징으로 하는 고분자 중합장치.