KR101619053B1 - 연속 공급물 계량장치 - Google Patents

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알바로 페르난데즈
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토탈 리서치 앤드 테크놀로지 펠루이
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Abstract

본 발명은 미립자 물질을 분배하는 장치 (200) 에 관한 것으로, 상기 미립자 물질용 유입구 (12, 12') 와 배출구 (14, 14') 가 제공된 고정자 (10, 10') 와, 상기 배출구 (14, 14') 로부터 상기 유입구 (12, 12') 를 시일하는 상기 고정자 (10, 10') 에 착좌된 로터 (20, 20') 를 각각 구비하고, 상기 로터 (20, 20') 가 그 중심축 (A-A') 을 중심으로 회전할 때 상기 미립자 물질을 수용 및 분배하는 적어도 하나의 챔버 (22, 22') 가 각각의 상기 로터에 배치되는 적어도 2개의 로터리 밸브들 (100, 100') 을 포함하며, 상기 로터 (20, 20') 는 동기식으로 회전하도록 구성되고, 적어도 2개의 로터들 (20, 20') 의 챔버들 (22, 22') 이 비동기식으로 상기 미립자 물질을 분배하도록 구성되고, 그리고 상기 로터들 (20, 20') 은 상기 미립자 물질의 결합 흐름이 본질적으로 연속적이 되도록 구성된다. 본 발명은 또한 미립자 물질을 분배하는 방법에 관한 것이다.

Description

연속 공급물 계량장치{CONTINUOUS FEED METERING DEVICE}
본 발명은 건조 또는 슬러리 미립자 물질의 제어된 양을 연속적으로 분배하는 전달장치에 관한 것이다. 본 발명은 특히 중합 반응기 내로 촉매를 도입하기 위한 촉매 전달수단에 관한 것이다.
많은 제조 공정들은 하류측 장치 (downstream application) 를 위하여 미립자 물질을 제어된 방식으로 분배하는데 의존하다. 공정들은 도입되는 미립자 물질의 양에 민감하므로, 그 미립자 물질의 흐름을 제어하고 그 유량 변경을 최소화하는 것이 중요하다. 특히, 중합화와 같은 반응들은 도입되는 촉매의 양에 민감하다. 반응기에 예기치 않은 또는 제어되지 않은 촉매의 주입은 반응기의 냉각 용량을 초과하는 반응들을 유발할 수 있기 때문에, 반응기로의 촉매 흐름을 제어하는 것이 중요하다.
전형적으로, 미립자 물질을 분배하기 위해 계량장치가 채용되며, 그 계량장치는 로터리 시스템에 기반한, 정량 분말 공급 장치와 같은 공급 장치를 이용한다. 로터리 시스템들은 일반적으로 반경 방향으로 장착된 다수의 블레이드들을 구비한 로터리 밸브나, 챔버들을 구비한 회전 실린더 중 어느 하나를 포함한다.
공급될 건조 또는 슬러리 미립자 고형분이 저유동성을 갖고 끈적거리거나 점성이 있는 경우, 공급 장치에 분말이 부착되는 현상이 발생될 수 있다. 이것은 장비의 기계적 마모와 촉매의 불안정된 공급으로 인해 궁극적으로 불안정한 반응기 작동들을 초래한다.
더욱이, 그러한 시스템들은 고정량의 미립자 물질을 불연속적으로 반응기에 전달한다; 즉, 유속이 규칙적으로 변화된다. 이것은 하류측 장치들에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 중합 반응기에 촉매를 불연속적으로 공급하는 것은 일정한 반응 조건들 유지와 안정된 작업들에서의 어려움을 함축하는 것으로 업계에서 알려져 있다.
예를 들어, US 5,738,249 는 로터가 기밀된 조건에서 케이싱의 내측면에서 슬라이딩하는 원주면을 갖는 케이싱에 수용되고, 상기 케이싱에는 로터 위에 배치된 분말 공급부가 제공되어 있고 로터 밑에 배치된 분말 강하부가 제공된 구성의 로터를 개시하고 있다. 적어도 하나의 양-측정 리세스부가 로터의 슬라이딩면에 형성된다. 로터의 회전에 따라, 양-측정 리세스부는 분말 공급부와 연통하게 되어서, 분말이 분말 공급부로부터 양-측정 리세스부 내로 공급된다. 회전이 더 진행되면, 양-측정 리세스부는 분말 강하부와 연통하게 됨에 따라 분말이 양-측정 리세스부로부터 분말 강하부를 통해 하측에 배치된 고압부로 떨어진다. US 5,738,249 의 도 7 에는 로터 (22) 의 축방향을 따라 적어도 2개 열의 양-측정 리세스부들이 제공될 수 있고, 다수의 분말 공급부들 (27) 과 공급 홀들 (25) 이 상기 양-측정 리세스부들와 연통하도록 제공될 수 있고, 또한, 다수의 강하 홀들이 제공된 구성이 개시되어 있다. US 5,738,249 의 도 7 에 도시된 바와 같이, 강하 홀들 (29) 은 단일의 Y-형상의 분말 강하부 (30) 로 개방되게 조합되거나, 또는 다르게는 다수의 분말 강하부들 (30) 이 상호 비틀림식으로 배치되어 단일의 공급 파이프 (19) (도시되지 않은) 에 연결되도록 구성된다. US 5,738,249 의 도 7 에 도시된 바와 같이, 로터 챔버들이 서로 정렬되어 동시에 분말을 분배하도록 되어 있다. 상호 비틀림식으로 된 분말 강하부들은 단지 분말을 강하 홀들로부터 단일의 공급 파이프로 전달하며, 로터로부터의 흐름의 동시성에 변화가 없다. 즉, US 5,738,249 에서는 흐름이 중단된다.
본 발명은 불안정된 작동을 효율적으로 감소시키는 수단을 제공한다.
본 발명은 종래 기술의 문제점들을 해소하고 정확한 투입량 (dosing) 을 유지하는 수단을 제공한다.
본 발명의 목적은 미립자 물질의 본질적으로 연속적이고 안정된 흐름이 보장된, 미립자 물질을 분배하는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 미립자 물질을 분배하는 장치 (200) 는
- 상기 미립자 물질용 유입구 (12, 12') 와 배출구 (14, 14') 가 제공된 고정자 (10, 10') 와, 상기 배출구 (14, 14') 로부터 상기 유입구 (12, 12') 를 시일하는 상기 고정자 (10, 10') 에 착좌된 로터 (20, 20') 를 각각 구비하고, 상기 로터 (20, 20') 가 그 중심축 (A-A') 을 중심으로 회전할 때 상기 미립자 물질을 수용 및 분배하는 적어도 하나의 챔버 (22, 22') 가 각각의 상기 로터에 배치되는 적어도 2개의 로터리 밸브들 (100, 100') 을 포함하며,
- 상기 로터 (20, 20') 는 동기식으로 회전하도록 구성되고,
- 적어도 2개의 로터들 (20, 20') 의 챔버들 (22, 22') 이 비동기식으로 상기 미립자 물질을 분배하도록 구성되고, 그리고
- 상기 로터들 (20, 20') 은 상기 미립자 물질의 결합 흐름이 본질적으로 연속적이 되도록 구성된다.
보다 적은 수의, 보다 큰 챔버들의 사용은 많은 미립자 물질의 효과적인 포획 및 배출을 허용한다. 회전속도는 감소되는 반면, 미립자 물질의 흐름에는 영향을 주지 않음으로써 마모를 감소시킨다. 미립자 물질의 연속적이고 바람직하게 일정한 흐름은 다양한 하류측 장치에 대해, 특히 미립자 물질이 촉매인 반응에 대해 안정된 반응 조건들을 유지한다.
상기 적어도 2개의 로터들 (20, 20') 의 제 1 로터 (20) 는 상기 적어도 2개의 로터들의 제 2 로터 (20') 에 대하여, 그 중심축 (A-A') 을 중심으로 정렬되어 상기 제 1 로터 (20) 의 챔버들 (22, 22a, 22b, 22b) 이 해당 쌍의 상기 제 2 로터 (20') 의 챔버들 (22', 22'a, 22'b) 사이의 원주 방향 공간들 (23') 과 바람직하게 정렬된다.
상기한 장치 (200) 는 임의의 수의 로터리 밸브들 (100, 100') 을 구비하며, 각각의 상기 로터리 밸브 (100, 100') 의 상기 로터 (20, 20') 에는 임의의 수의 챔버들 (22, 22') 이 로터 원주 둘레로 균일하게 분포되어 제공된다.
상기한 장치 (200) 는 n개의 로터리 밸브 (100, 100') 를 구비하며, 각각의 로터리 밸브 (100, 100') 의 로터 (20, 20') 에는 로터 원주 둘레로 균일하게 분포된 같은 수의 챔버들 (22, 22') 이 (예를 들어, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 또는 그 이상) 제공되고, 각 로터는 인접한 로터로부터 (360/챔버들의 수 )/n 의 각도만큼 회전방향으로 오프셋 (offset) 되어 있다.
상기한 장치 (200) 는 2개의 로터리 밸브 (100, 100') 를 구비하며, 각각의 로터리 밸브 (100, 100') 의 로터 (20, 20') 에는 로터 원주 둘레로 균일하게 분포된 같은 수의 챔버 (22, 22') 들이 (예를 들어, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 또는 그 이상) 제공되고, 로터들은 (360/챔버들의 수)/2 의 각도만큼 회전방향으로 오프셋되어 있다.
상기한 장치 (200) 의 적어도 2개의 로터들 (20, 20') 의 각각은 동일한 챔버들의 배열을 갖는 것이 바람직하다.
상기한 장치 (200) 는 2개의 로터리 밸브들 (100, 100') 을 구비하며, 각각의 상기 로터리 밸브 (100, 100') 의 로터 (20, 20') 에는 4개의 챔버들 (22, 22') 이 로터 원주 둘레로 균일하게 분포되어 제공된다.
상기 장치의 로터들 (20, 20') 은 이들 각각의 중심축 (A-A') 둘레로 고정된 회전으로 45°로 오프셋되는 것이 바람직하다.
상기 장치 (200) 의 각 유입구 (12, 12') 는 보유 탱크 (50) 의 배출구 (54, 54') 에 부착되어 구성되는 것이 바람직하다.
상기 장치 (200) 의 상기 유입구 (12, 12') 와 상기 배출구 (14, 14') 는 상기 로터 (20, 20') 의 중심에 대하여 정반대로 대향하고, 상기 로터의 중심축 (A-A') 에 수직 및 직각인 축에 배열되어 상기 챔버의 충전과 비움이 상기 미립자 물질에 작용하는 중력에 의해 이루어진다.
상기 장치 (200) 의 로터들 (20, 20') 의 중심축들 (A-A') 은 바람직하게 동축 정렬로 된다.
상기 장치 (200) 의 로터들 (20, 20') 은 적어도 부분적으로 금속 또는 합금으로 되는 것이 바람직하다.
상기 장치 (200) 의 로터 (20, 20') 는 챔버들 (22, 22') 이 배치되는 원통형의, 둥근 또는 절두 원추형의 영역을 적어도 부분적으로 포함하는 것이 바람직하다.
상기 장치 (200) 는 각 로터 (20, 20') 의 원주 둘레로 배치된 한 쌍의 시일 링들 (28, 28a, 28b) 을 추가로 포함하는 것이 바람직하고, 원주 방향 영역의 측면에 챔버들 (22, 22a, 22b, 22c) 로의 오리피스들이 제공된다.
상기 장치 (200) 의 시일 링들 (28, 28a, 28b) 은 폴리아미드, 폴리아세탈, 폴리에스테르, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리테트라 플루오로에틸렌, 방향족 폴리케톤 중 어느 것으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 장치 (200) 의 각 로터 (20, 20') 의 챔버들 (22, 22') 은 적어도 부분적으로 구형이거나 타원형인 것이 바람직하다.
본 발명은 또한 미립자 물질을 분배하는 방법에 관한 것으로 아래 단계들을 포함한다:
- 상기 미립자 물질용 유입구 (12, 12') 와 배출구 (14, 14') 가 제공된 고정자 (10, 10') 와, 상기 배출구 (14, 14') 로부터 상기 유입구 (12, 12') 를 시일하는 상기 고정자 (10, 10') 에 착좌된 로터 (20, 20') 를 각각 구비하고, 상기 로터 (20, 20') 가 그 중심축 (A-A') 을 중심으로 회전할 때 상기 미립자 물질을 수용 및 분배하는 적어도 하나의 챔버 (22, 22') 가 각각의 상기 로터에 배치되는 적어도 2개의 로터리 밸브들 (100, 100') 을 구비하는 장치 (200) 를 제공하는 단계,
- 상기 로터들 (20, 20') 을 동기식으로 회전시키는 단계,
- 상기 장치로부터 상기 미립자 물질의 결합 흐름이 본질적으로 연속적이 되도록 적어도 2개의 로터들 (20, 20') 의 챔버들 (22, 22') 로부터 비동기식으로 상기 미립자 물질을 분배하는 단계.
상기한 방법의 장치는 위에 정의된 바와 같은 것이 바람직하다.
본 발명을 보다 상세히 설명할 것이다. 아래 문구에서, 본 발명의 다른 양태들이 보다 상세히 정의된다. 그렇게 정의된 각 양태들은 명백히 달리 표시되지 않는 한 다른 양태들과 결합될 수 있다. 특히, 바람직한 것으로 또는 유익한 것으로 표시된 특징은 바람직하거나 유익한 것으로 표시된 다른 특징들과 결합될 수 있다. 기재는 단지 예로서 주어진 것이며 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 참조부호는 첨부된 도면에 관한 것이다.
도 1 은 본 발명 장치의 길이방향의 수직 평면에 따른 부분 단면도로서, 적어도 부분적으로 원추형인 로터를 사시도로 보여준다.
도 2 는 본 발명 장치의 길이방향의 수직 평면에 따른 부분 단면도로서, 원추형의 로터를 사시도로 보여준다.
도 3 은 본 발명 장치의 길이방향의 수직 평면에 따른 부분 단면도로서, 각 원뿔의 기부가 원통형 외측방향으로 연장된, 부분적으로 원추형의 로터를 사시도로 보여준다.
도 4 는 본 발명 장치의 길이방향의 수직 평면에 따른 부분 단면도로서, 원통형 로터를 사시도로 보여준다.
도 5 는 두개의 배출구를 갖는 보유 탱크에 연결된 도 2 의 장치를 보여준다.
도 5a 는 분할 라인을 사용하여 두개로 분할된 단일의 배출구를 갖는 보유 탱크에 연결된 도 2 의 장치를 보여준다.
도 6 은 고정자 하우징으로부터 제거된, 본 발명에 따른 원통형 로터의 사시도이다.
도 7 은 동축방향으로 결합된 본 발명의 두개의 원통형 로터의 사시도.
도 8 은 두개의 로터들 사이에서 회전 오프셋을 보여준다. 도 6 의 윤곽선에 가장 근접한 로터가 보다 작은 형상으로 도시되어 있으며, 제 1 로터 뒤쪽에서 윤곽선으로부터 더 멀리에 있는 로터가 보다 큰 형상으로 도시되어 있다. 오프셋 각도 β 는 보다 작은 윤곽과 보다 큰 윤곽 사이의 회전으로 도시되어 있다.
도 9 는 중심축 (A-A') 을 따라 도시된 원주면 원호 δ 와 원호 γ 를 갖는 로터의 도면이다.
도 10 은 경사 각도 ε 가 표시된 원추형 로터의 사시도.
본 발명의 장치를 설명하기 앞서, 본 발명은 특정 장치와 용도에 한정되는 것은 아니며, 그러한 장치와 용도는 변화될 수 있다. 본 명세서에서 사용된 관사들은 본 명세서에서 명백히 달리 표현하지 않는 한, 단수와 복수를 모두 포함한다.
본 명세서에서 사용된 "포함하는 (comprising)", 및 "포함한다 (comprises)", "포함되는 (comprised of)" 의 용어는 "포함하는 (including)", "포함하다 (includes)" 또는 "함유하는 (containing), "함유하다 (contains)" 와 동의어이며, 포괄적 또는 개방적으로 추가적인, 비인용된 부재들, 요소들 또는 방법 단계들을 배제하지 않는다. 상기한 "포함하는", "포함하다", "포함되는" 의 용어는 또한 "로 구성되는" 의 용어도 포함한다.
끝점들에 의한 수치 범위의 인용은 인용된 끝점들과 함께 각각의 범위내에 포함된 모든 수와 분수를 포함한다.
달리 한정되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된, 기술적 및 과학적 용어들을 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속한 분야에서 통상적인 기술을 가진 자에 의해 통상적으로 이해되는 의미를 갖는다. 다른 가이드에 의해, 본 명세서에서 사용된 용어에 대한 정의는 본 발명의 가르침을 보다 잘 이해하도록 포함된다.
본 발명에 대한 아래의 상세한 설명에서, 첨부한 도면들은 본 명세서의 일부를 형성하며, 본 발명을 실시하는 특정 예에 대한 설명으로 도시되어 있다. 본 발명의 다른 양태들이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 구조적 및 논리적 변경이 실시될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 아래의 상세한 설명은 그러므로 제한적 의미로서 취해져서는 안되며, 본 발명의 범위는 첨부한 청구범위에 의해서 한정된다.
본 발명은 미립자 물질들을 연속적으로 분배하는 장치를 제공하는 것으로, 둘 이상의 로터리 계량 밸브를 구비하며, 상기 밸브 각각에는 로터가 중심축을 중심으로 회전할 때 미립자 물질을 수용 및 분배하는 다수의 분리된 원주 방향으로 배열된 챔버-도우징 챔버를 구비한 로터가 제공된다. 상기 로터들의 동기 회전, 챔버 배열, 및 서로에 대한 로터들의 정렬은 각각의 로터에 대하여 비동기식으로 미립자 물질들을 분배하며, 회전에 대하여 결합 흐름이 본질적으로 연속된다. 보다 적은, 보다 큰 챔버들의 사용은 미립자 물질의 효과적인 포획 및 배출을 허용한다. 회전속도는 감소될 수 있는 한편, 미립자 물질의 흐름에는 영향을 주지 않으며, 이로써 마모가 감소되게 한다. 미립자 물질의 연속적 흐름은 하류측 처리를 위한 안정된 조건을 유지한다.
도 1 에 있어서, 본 발명에 따라 제공되는 미립자 물질을 분배하기 위한 장치 (200) 는
- 미립자 물질용 유입구 (12, 12') 와 배출구 (14, 14') 가 제공된 고정자 (10, 10') 와, 배출구 (14, 14') 로부터 유입구 (12, 12') 를 시일링하며 상기 고정자 (10, 10') 에 착좌된 로터 (20, 20') 를 각각 구비하는 적어도 2개의 로터리 밸브들 (100, 100') 을 포함하며, 각각의 로터는 상기 로터 (20, 20') 가 그의 중심축 (A-A') 을 중심으로 또는 회전축을 중심으로 회전할 때 미립자 물질을 유입구 (12, 12') 를 통하여 수용하고 배출구 (14, 14') 를 통하여 배출하기 위하여, 적어도 하나의 챔버 (22, 22') 가 배치되고, 상기 로터들 (20, 20') 은 동기식으로 회전하도록 구성된다.
각각의 로터 (20, 20') 의 챔버들 (22, 22') 은 비동기식으로 미립자 물질을 분배하도록 구성된다. 이와 관련하여, 적어도 2개의 로터들 (20, 20') 은 각각의 챔버들 (22, 22') 이 비동기식으로 미립자 물질을 분배하도록 각각의 중심축들 (A-A') 을 중심으로 오프셋되어 있다. 또한, 본질적으로 연속적인 상기 로터들 (20, 20') 로부터의 미립자 물질의 결합 흐름을 제공하도록 구성된다. 상기 고정자의 배출구들 (14, 14') 은 반응기 (도면에 도시되지 않은) 내로 배출한다. 도 1 에서, 두개의 밸브들 (100, 100') 이 제공되고, 상기 로터들 (20, 20') 은 커넥팅 샤프트 (30) 에 의해 결합된다. 상기 로터들 (20, 20') 은 적어도 부분적으로 절두 원추형의 영역을 갖는다; 보다 작은 (절두된) 원추형 단부들은 서로를 향하여 있다. 상기 장치 (200) 의 길이방향의 외측 단부들이 부분적으로 도시되어 있다: 로터들 (20, 20') 은 선택적으로 길이방향으로 외측을 향하여 연장되고, 각각의 고정자들 (10, 10') 에 둘러 싸여질 수 있다. 도 1 의 상기 로터들 (20, 20') 은 절두 원추형 형상을 갖는다: 원통형, 타원형, 구형과 같은 원형의 횡단면 프로파일을 갖는 다른 적당한 형상을 채용할 수 있다.
도 2 는 도 1 의 밸브 (100, 100') 배열을 보여주며, 상기 로터들 (20, 20') 은 절두 원추 형상을 갖고 각각의 고정자들 (10, 10') 에 둘러 싸여져 있다.
도 3 은 도 1 의 두개의 밸브 (100, 100') 배열을 보여주며, 상기 로터들 (20, 20') 은 각각의 절두 원추형 영역들의 기부로부터 원통형으로 길이방향으로 연장되어 있고, 각각의 고정자들 (10, 10') 에서 둘러 싸여져 있다.
도 4 는 로터들 (20, 20') 이 원통형상을 갖는 점을 제외하고는 도 2 의 두개의 밸브들 (100, 100') 배열과 유사하다.
미립자 물질은 유동성을 갖는 분말상, 입상, 플레이크상, 분쇄상 또는 기타 형태의 미립자 고형 물질을 지칭한다. 상기 미립자 물질은 건조 상태로 또는 예를 들어 오일에 희석된 슬러리 상태로 제공될 수 있다. 상기 미립자 물질은 변동없이 제어된 상태로 하류측의 (후속적인) 처리장치로의 공급이 요구된다. 상기 미립자 물질은 촉매가 될 수 있다. 본 발명은 특히 가스나 액상의 중합화를 위한 중합 반응기로 촉매의 전달용으로 특히 유용하지만, 여기에 제한되지는 않는다. 본 발명의 장치를 사용함으로써 미립자 물질의 미리 결정된 량을 신뢰성 있게 연속적으로 분배하는 것을 가능하게 한다.
상기 고정자의 각각의 유입구는, 미립자 물질이 분배되기전에 저장되는 중력에 의해 공급되는 보유 탱크의 배출구에 유체 연결될 수 있다. 상기 보유 탱크는 충전을 위해 상부에 구멍을 가지며, 미립자 물질이 배출되는 기부에 또는 기부를 향하여 하나 이상의 탱크 배출구를 갖는다. 다수의 배출구들이 각각의 고정자 유입구에 제공된 단일의 보유 탱크일 수도 있다. 다르게는, 다수의 배출구들이 각각의 고정자 유입구에 제공된 다수의 보유 탱크들일 수도 있다. 상기 보유 탱크의 배출구는 단일의 고정자 유입구에 연결될 수 있다. 다르게는, 상기 보유 탱크의 배출구는 하나 이상의 (예를 들어, 2, 3, 4, 5, 6 이상의) 고정자 유입구들에 연결될 수 있다: 이것은 보유 탱크(들)의 하나 이상의 배출구들에 연결을 위한 하나 이상의 분할 유입구들과, 둘 이상의 고정자 유입구들에 연결을 위한 둘 이상의 분할 배출구들을 갖는 분할 라인을 사용하여 달성될 수 있다. 상기 분할 라인내에는 분할 라인 배출구들이 분할 라인 유입구들과 유체 연결되어 있다. 분할 라인을 사용하는 경우에, 분할 라인 유입구들의 수는 분할 라인 배출구들의 수 보다 적다. 이런 식으로, 한정된 수의 탱크 배출구들이 보다 큰 수의 고정자 유입구로서 작용할 수 있으며, 특히 단일의 탱크 배출구가 다수의 고정자 유입구들로서 작용할 수 있다. 상기 분할 라인은 하나의 분할 라인 유입구와 두개의 분할 라인 배출구들을 갖는 분기 튜브를 포함할 수 있다. 상기 보유 탱크는 유동성의 미립자 물질을 제공하도록 구성된다. 이를 위하여, 상기 보유 탱크의 기부는 깔때기 형상으로 미립자 물질을 각각의 배출구를 향하여 공급하도록 경사벽들을 갖는다. 미립자 물질이 건조 분말인 경우, 상기 탱크의 기부에는 유동성을 증가시키거나 또는 덩어리진 것을 부수도록 하기 위하여 탱크속으로 가압된 가스 펄스를 분배하는 하나 이상의 가스 포트들이 제공될 수 있다. 위에서 사용되는 가스는 질소와 같은 어떠한 불활성 가스로 될 수 있다.
도 5 에서, 단일의 보유 탱크 (50) 가 도 1 에 도시된 것과 같은 본 발명의 장치 (200) 에 작동 연결되어 있다. 제 1 탱크 배출구 (54) 가 제 1 고정자 유입구 (12) 에 유체 연결되고, 제 2 탱크 배출구 (54') 가 제 2 고정자 유입구 (12') 에 유체 연결된다. 예시된 탱크는 개방된 충전 단부 (52) 를 구비하지만, 그러나 동일하게 커버링되거나 또는 시일될 수 있다. 하측의 벽들 (56, 56') 은 배출을 용이하게 하기 위하여 각각의 탱크 배출구 (54, 54') 를 향하여 각도 α로 경사져 있다. 상기 각도 α는 탱크 상부의 직선 벽과 탱크 하부의 경사진 벽 사이의 각도로서 5 °, 10 °, 15 °, 20 °, 25 °, 30 °와 같거나 더 작은 것이 바람직하며, 또는 전술한 값들중 어느 두개의 각도 사이의 범위 값으로 될 수도 있다. 탱크 배출구 (54, 54') 각각에 근접하여 위치한 가스 유입 포트들 (58, 58') 은 교반용 질소 펄스를 공급한다. 피스톤 밸브 (62, 62') 는 그것을 통하여 보유 탱크가 신속히 비워지는 것을 허용한다: 예를 들어, 한 세트의 배출 포트들 (60, 60') 을 통해 미립자 물질을 교체하는 계획이 있을 때, 이용될 수 있다. 밸브들 (64, 64') 은 배출구 (54, 54') 를 향하는 미립자 물질의 통로를 제어한다: 상기 밸브들은 쌍안정 밸브 (bistable valve) 즉, 개방 또는 폐쇄중 어느 하나로 되는 것이 바람직하다. 그러한 쌍안정 구조는 예를 들어 보수를 위해 공급장치가 보유 탱크로부터 분리되는 것을 허용한다. 본 발명 장치의 로터들 (20, 20') 은 커넥팅 샤프트 (30) 에 의해 연결되고, 구동 샤프트 (40) 가 하나의 로터 (20') 에 연결된다. 상기 구동 샤프트는 기어 박스 (42) 에 연결되고, 이 기어 박스는 모터 (44) 에 의해 차례로 구동된다. 상기 로터들 (20, 20') 은 절두 원추형의 형상을 갖는다: 원형의 횡단면 프로파일을 갖는 다른 적당한 형상도 이용될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
도 5a 는 보유 탱크 (50) 와 장치 (200) 가 분할 라인 (70) 을 사용하여 연결된 점을 제외하고 도 5 와 유사하다. 고정자 유입구들 (12, 12') 에 유체 연결을 위해 다수의 (예를 들어, 2개의) 배출구들로 분할된 하나의 유입구 (72) 를 구비한 분할 라인 (70) 에 유체 연결된 하나의 배출구 (54) 가 상기 보유 탱크 (50) 에 제공된다. 특히, 상기 보유 탱크 (50) 의 배출구 (54) 는 분할 라인 유입구 (72) 에 연결되고, 상기 고정자 유입구들 (12, 12') 각각은 분할 라인 배출구들 (74, 74') 에 연결된다. 분할 라인은 두갈래로 분기된 튜브를 포함한다. 이런식으로, 단일의 배출구는 다수의 고정자 유입구들로 작용한다.
각각의 고정자는 로터용 고정 하우징으로서 로터가 장착되고 회전하는 시트를 제공한다. 상기 고정자는 보유 탱크의 배출구와 유체 연결된 구조의 고정자 유입구를 포함한다. 상기 고정자는 또한 미립자 물질을 배출하기 위한 고정자 배출구를 포함한다. 상기 고정자 유입구들과 배출구들은 순환 포트들인 것이 바람직하다. 그 포트들은 직경이 동일하다. 미립자 물질용 고정자 유입구와 배출구들은 바람직하게는 고정자의 상부와 바닥에 각각 배치된다. 바람직하게는 그 유입구와 배출구들은 로터의 중심에 대해 정반대로 대향되고 로터의 회전축에 수직 및 직각인 축에 배치되어서, 자유 유동 미립자 물질에 가해진 중력에 의해 챔버가 채워지고 비워질 수 있게 된다. 상기 고정자의 유입구와 배출구들은 본질적으로 장방형 또는 원형이며 동일한 크기로 된다. 상기 고정자에는 배출구 부근에서 지향된 하나 또는 다수의 가스 배출 포트들이 제공되어 배출되는 미립자 물질이 챔버로부터 플러시될 수 있게 한다. 상기 포트들은 짧은 가압 펄스로서 불활성 가스를 (예를 들어, 질소) 분배할 수 있다. 적어도 2개의 고정자들이 (예를 들어, 2, 3, 4, 5 또는 그 이상) 있으며, 바람직한 고정자 수는 2개다. 고정자들은 로터들의 구조에 따라 각각 개별적으로 또는 단일의 하우징으로, 제공된다. 로터들이 긴 샤프트로 연결될 때, 고정자들은 분리된, 별개의 요소들일 필요가 있다. 다르게는, 로터들은 단일의 원통형 부재로 제조될 때, 상기 고정자들은 단일의 연속된 하우징을 형성하도록 결합될 수 있다.
도 2 내지 도 4 에서, 두개의 고정자들 (10, 10') 이 중심축 (A-A') 을 따라 나란히 결합되어 동축으로 결합된 두개의 로터들 (20, 20') 을 수용하는 단일의 연속된 하우징을 형성한다. 고정자들 (10, 10') 각각에는 로터 (20, 20') 용 시팅을 구비하고 미립자 물질용 고정자 유입구 (12, 12') 와 고정자 배출구 (14, 14') 가 제공된다. 고정자 배출구 (14, 14') 각각에는 가스 유입 포트 (16, 16') 들이 배치되며, 상기 가스 유입 포트들은 공급 라인 (18, 18') 에 연결되어서 챔버 (22, 22') 로부터 배출된 미립자 물질을 플러시한다.
각각의 로터는 대응된 고정자에 착좌된다. 각각의 로터는 고정자 유입구를 고정자 배출구로부터 시일한다. 각각의 로터는 로터의 회전축과 동축인 중심축 (A-A') 을 갖는다. 상기 중심축은 수평인 것이 바람직하다. 시일에 의해 상기 로터는 고정자 유입구에서 고정자 배출구로의 미립자 물질의 자유 유동을 방지하는 장벽으로서 작용하게 된다. 적어도 2개의 로터들 (예를 들어, 2, 3, 4, 5 또는 그 이상) 이 있으며, 바람직한 로터들의 수는 2개이다. 상기 로터는 적어도 부분적으로, 바람직하게는 전체적으로 내구성 및 견고성을 제공하는 금속 또는 합금, 예를 들어, 스테인레스 강으로 형성되는 것이 바람직하다. 2개 이상의 로터들이 동축 정렬되는 것이 바람직하다. 또한 예를 들어 샤프트에 의해, 인접한 견고한 연결 또는 단일의 원통형 요소로부터의 제조물에 의해 견고하게 연결되는 것이 바람직하다. 그러한 견고한 연결은 로터들의 동기식으로 회전을 허용한다. 즉, 로터들은 일체로, 같은 속도로 회전한다. 상기 로터들은 전기모터나 터빈 모터의 토크원에 의해 직접 또는 기어박스를 통해 구동된다.
로터는 원형의 횡단면 프로파일의 어떤 적당한 형상이 이용된다. 로터는 적어도 부분적으로 원통형, 둥근 (일부가 절단된 구형체) 또는 절두 원추형의 영역을 포함하며, 그 영역에 챔버들이 배치된다. 절두 원추형의 영역은 원뿔의 뾰족한 부분이 절단된 원뿔 형상으로 지칭한다. 상기 절두된 부분은 원뿔의 기부에 평행한 평면인 것이 바람직하다. 모든 로터들은 같은 형상과 치수를 갖는 것이 바람직하다.
상기 영역이 도시된 바와 같이 절두 원추형인 경우, 예를 들어 도 10 에서 원뿔 (20") 이 로터의 중심축이 수평일 때 그 수평으로부터 경사진다. 그 경사각 ε 은 도 10 에 도시된 바와 같이 원뿔의 중심축에 평행한 축에 대한 원뿔의 경사이다. 상기 경사각 ε은 아래 값들중 어느 두개 값 사이 범위의 각도를 갖는다: 9, 10, 11, 12, 13, 14 또는 15. 상기 영역이 절두 원추형인 경우, 각각의 로터는 같은 방향, 즉 원뿔의 보다 작은 단부가 같은 방향으로 향하도록 되어 있다. 다르게는, 두개 이상의 로터들은 상이한 방향, 즉 원뿔의 보다 작은 단부가 서로를 향하거나 멀어지게 가리키게 배향될 수도 있다. 바람직하게는, 원뿔들의 작은 단부들이 서로를 향하게 가리킨다.
도 1 에서, 두개의 로터들 (20, 20') 각각은 절두 원추형 영역을 포함한다. 도 2 에서, 두개의 로터들 (20, 20') 각각은 절두 원추형의 영역을 포함하며, 원뿔의 기부에 인접해서는 원통형의 영역을 포함한다. 도 3 에서, 두개의 로터들 (20, 20') 각각은 절두 원추형을 가진다. 도 1 내지 도 3 에서, 로터들 (20, 20') 의 보다 작은 단부들은 서로를 향하게 가리키며, 동축으로 연결된다. 도 4 에서 두개의 로터들 (20, 20') 각각은 원통형상을 가지며, 동축으로 결합되어 있다. 도 6 에서, 원통형 로터 (20) 는 고정자가 결여된 상태로 도시되어 있으며, 4개의 챔버들 (22) 을 포함하고, 그중 3개의 챔버들 (22a, 22b, 22c) 이 도시되어 있다.
각각의 로터에는 로터가 그 중심축을 중심으로 회전할 때 미립자 물질을 수용하고 분배하는 적어도 하나의 챔버가 제공된다. 챔버는 로터의 바디 내로 설정된 한정된 체적의 캐비티이고, 원통형 로터 표면에 오리피스가 형성되어 있다. 챔버가 회전 사이클의 상부에 있을 때, 챔버 오리피스는 고정자 유입구와 정렬된다. 이 위치에서, 미립자 물질은 탱크로부터 챔버내로 유동한다. 챔버가 고정자 유입구로부터 멀어지게 회전하면, 그 오리피스는 고정자 하우징에 의해 막히게 되고 과잉의 미립자 물질은 챔버 표면에서 제거된다. 회전 사이클의 바닥에서 또는 회전 사이클을 향하여, 챔버의 오리피스는 고정자 배출구와 정렬된다. 이 위치에서, 미립자 물질은 배출구를 통하여 반응기내로 배출된다. 계량 밸브와, 적재 및 배출의 사이클은 이 분야에서 잘 알려져 있다.
로터당 4개의 챔버들이 바람직하지만, 본 발명은 여기에 필수적으로 한정되는 것은 아니며, 다른 갯수의 챔버를 사용할 수 있다 (예를 들어, 로터당 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8 또는 그 이상의 챔버). 챔버의 수는 미립자 물질의 크기 (유동성) 와, 필요한 유량, 및 미립자 물질의 마찰과 최소의 마모를 고려한 로터의 최대 회전속도와 같은 요인들에 따른다.
상기 로터가 하나 이상의 챔버를 포함하는 경우, 상기 챔버들은 로터의 원주 둘레에 균일하게 분포되는 것이 바람직하며, 로터의 중심축에 공통의 횡단면에서 배열되는 것이 바람직하다. 고정자의 유입구와 배출구는 또한 같은 평면에서 정렬된다.
로터의 회전중에 어느 순간에, 로터리 밸브의 고정자 유입구와 고정자 배출구가 각각 단일의 챔버와 연통하게 배치될 수 있는 식으로, 상기 챔버들은 로터리 밸브의 로터에서 서로 원주 방향으로 이격되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 하나의 챔버가 고정자 유입구와 연통되게 배치되는 순간에, 같은 로터의 다른 챔버는 고정자 배출구와 연통되는 것이 바람직하다.
로터당 챔버들과 로터들의 수에 무관하게, 고정자 배출구로 미립자 물질이 연속적이고 바람직하게 일정하게 유동되도록 챔버들이 각 로터의 원주 둘레에 이격되는 것은 숙련된 기술자들에게 명백하다.
챔버는 본질적으로 원형 또는 장방형의 오리피스를 로터의 표면에 가지며, 이것은 챔버 보이드를 생기게 한다. 오리피스의 크기는 고정자 배출구의 크기 보다 작거나 또는 같은 것이 바람직하다. 챔버의 체적은 적용에 좌우되고, 챔버 체적, 로터의 속도 등의 결정 본 기술분야의 숙련자들의 능력 내에서 잘 알려져 있다.
챔버의 형상은 원추형, 원통형, 구형, 타원형, 절두 구형 (예를 들어, 반구형) , 절두 타원형 (예를 들어, 준-타원형) 또는 절두 원추형으로 될 수 있다. 바람직하게는, 상기 형상은 반구형 또는 준-타원형이다.
로터 (20, 20') 의 시일 효과는, 로터가 절두 원추형 영역을 포함할 때 (예를 들어, 도 1 내지 도 3) 향상될 수 있다. 고정자 (10, 10') 시트는 왕복운동하는 원추형 형상을 가지며, 그러므로 기부로부터 절두 원추형 영역의 작은 단부로의 방향으로 로터 (20, 20') 의 길이방향 단부에 가해지는 선형의 힘이 로터 (20, 20') 와 고정자 (10, 10') 사이의 작동 갭을 감소시키게 된다. 어느 정도의 힘을 가함으로써, 로터 (20, 20') 는 고정자 (10, 10') 에서 적절하게, 연속적으로, 그리고 로터 (20, 20') 의 수명기간에 걸쳐 착좌될 수 있다. 상기 힘은 스프링을 사용하여 가해질 수 있다.
상기 로터의 시일 효과는 하나 이상의 시일 링들을 제공함으로써 향상될 수 있다. 한 쌍의 시일 링들이 각 로터의 원주 둘레에 배치될 수 있고 원주 방향 영역의 측면에는 챔버 오리피스가 제공된다. 다르게는 또는 추가로, 시일 링이 각 챔버의 오리피스 둘레에 제공될 수 있다. 시일 링은 요구되는 내구성 및 마찰 감소 특성을 갖는 재료로 만들어질 수 있다. 적당한 재료로는 폴리아미드 (ERTALON), 폴리아세탈 (ERTACEL), 폴리에스테르 (ERTALYTE), 고밀도 폴리에틸렌 (CESTILITE), 폴리테트라플루오로에틸렌 (FLUOROSINT) 및 방향족 폴리케톤 (KETRON) 을 포함한다. 도 6 에서, 시일링들 (28) 의 쌍 (28a, 28b) 이 로터 (20) 의 원주 둘레에 배치되고, 원주 방향 영역의 측면에는 챔버들 (22, 22a, 22b, 22c) 가 제공된다. 상기 시일 링은 로터가 원통형의 형상을 가질 때 바람직하게 적용된다.
로터들은 동기식으로, 즉 일체로, 같은 속도로 회전하도록 구성된다. 적어도 2개의 로터들은 각 챔버들이 미립자 물질을 비동기식으로 (상이한 시간으로) 분배하고 로터들의 조합으로부터의 미립자 물질의 유동이 본질적으로 계속되도록 서로에 대하여 정렬된다. 비동기식이란, 두개의 로터들 사이에 하나 이상의 개시, 지속 및 종결 기간이 다름을 의미한다. 바람직하게는 로터들이 (두개의 로터들의 경우) 교번적으로, (두개 이상의 로터들의 경우) 나란히 또는 (두개 이상의 로터들의 경우) 어떤 패턴으로, 순효과가 두개 이상의 로터들의 중심축을 따라 공간적으로 이격되어 연속적인 유동이 되게 분배한다. 두개 로터들로 연속적인 유동을 얻기 위해, 하나의 로터의 챔버들은 서로에 대해 고정 회전식으로 오프셋되어 다른 로터의 챔버들이 분배를 중지한 기간에 분배하게 된다.
일 실시예에 따라, n개의 (예를 들어, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 또는 그 이상) 로터리 밸브들 (100, 100') 이 제공되며, 각 밸브 (100, 100') 의 로터 (20, 20') 에는 같은 수의 챔버들 (22, 22') (예를 들어, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 또는 그 이상) 이 로터의 원주에 균일하게 분포되어 있고, 각 로터는 (360/챔버의 수)/n 의 각도로 인접한 로터로부터 회전방향으로 오프셋되어 있다. 특별한 실시예에 따라, 두개의 로터리 밸브들 (100, 100') 이 제공되며, 밸브 (100, 100') 각각의 로터 (20, 20') 는 로터 원주에 균일하게 분포된 같은 수의 챔버들 (22, 22') (예를 들어, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 또는 그 이상) 을 가지며, 상기 로터들은 (360/챔버의 수)/2 의 각도로 회전방향으로 오프셋되어 있다.
미립자 물질의 흐름은 본질적으로 일정할 수도 있다. 이상적인 것은, 미립자 물질의 유량에 본질적으로 변화가 없는 것이다. 그 유량은 예를 들어 질량/시간 (예를 들어, 그램/초) 으로 측정될 수 있다. 상기 유량은 본질적으로 일정하다. 이러한 본질적으로 일정한 유량은 예를 들어 목적 값에 비하여 유량에서 ±5 %, ±10 %, ±15 %, ±20 %, ±25 % 의 최대 변화를 갖도록 어느 정도 허용오차를 제공한다.
로터들은 각각 동일한 챔버들의 배열을 가지며, 상기 챔버들은 일정한 축방향 각도 β 로 중심축을 중심으로 회전함으로써 고정된 오프셋으로 배치되어 있다. 도 8 은 두개의 로터들 사이에 회전 오프셋 β 로 표시된 기호를 보여준다. 도 7 의 화살표 (46) 라인에 가장 근접된 로터가 보다 작은 프로파일로 도시되어 있으며, 도 7 의 상기 화살표 라인에 멀리 떨어진 쪽이고 제 1 로터 뒤쪽의 로터는 보다 큰 프로파일로 도시되어 있다. 이러한 프로파일들의 크기들이 로터의 크기들을 반영하는 것은 아니다; 도 7 의 화살표 (46) 라인 (A-A') 으로부터의 로터들의 계속적인 순서를 보여준다. 상기 오프셋 각도 β 는 보다 작은 프로파일과 보다 큰 프로파일 사이의 회전으로 도시되어 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 각도 β 는 장치의 회전 사이클 동안에 하나의 고정자의 배출구는 챔버 오리피스로 한번에 완전히 개방되도록 설정된다. 본 발명의 다른 양태에 따라, 상기 각도 β 는 장치의 회전 사이클 동안에 한 쌍의 고정자 배출구들 중 하나의 고정자 배출구가 (챔버로) 개방된 동안에 해당 쌍의 다른 배출구는 (챔버로부터) 폐쇄되도록 설정된다. 본 발명의 다른 양태에 따라, 상기 각도 β 는 한쌍의 로터들중 한 로터의 챔버 오리피스가 다른 로터의 챔버 오리피스들 사이에서 원주 방향의 간격을 두고 일직선으로 정렬되도록 설정된다.
본 발명의 다른 양태에 따라, 각 로터의 챔버 오리피스들은, 각 로터의 오리피스들의 전체 원주 길이가, 로터들이 같은 직경을 가질 때, 하나의 로터의 원주와 누적적으로 본질적으로 같거나 또는 적어도 2개의 로터들이 상이한 직경을 가질 때, 로터들의 평균 원주와 누적적으로 본질적으로 같게 배치된다. 로터들의 챔버 오리피스들은, 그들 오리피스들 사이에 일부 중복되거나 갭이 있게 배치될 수 있지만, 일부 중복부분을 갖는 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 단일 지점에서 접촉하게 되는 것이다.
도 7 과 도 8 에 도시된 바와 같이, 두개의 로터들 (20, 20') 이 있으며, 각각의 로터 (20, 20') 에는 4 챔버 (22a, 22b, 22c, 22'a, 22'b) 가 제공되고, 그 각각은 오리피스로 개방되어 있으며, 상기 오리피스는 원주 둘레로 균일하게 분포되고, 동축상으로 배치된 로터들 (20, 20') 은 각각의 중심축들 (A-A') 을 중심으로 각도 β 로 오프셋되어 있다. 로터당 4개의 챔버들의 경우에, 각도 β 는 45°이다. 로터당 챔버들의 수가 2 이면, 각도 β 는 90°이고; 로터당 챔버들의 수가 3 이면 각도 β 는 60°이고; 로터당 챔버들의 수가 4 이면 각도 β는 45°이고; 로터당 챔버들의 수가 5 이면 각도 β 는 36°이다. 일반적으로, n 로터들이 동일한 수와 분포의 챔버들을 갖는 경우, 각도 β 는 (360/챔버들의 수)/n 이다. 일반적으로, 로터들의 쌍이 동일한 수와 분포의 챔버들을 갖는 경우, 각도 β 는 (360/챔버들의 수)/2 이다.
각도 β 는, 로터들의 쌍 (20, 20') 중 하나의 로터 (20) 의 챔버 (예를 들어, 22b) 오리피스들이, 도 8 에 도시된 바와 같이, 다른 쌍의 로터 (20') 의 챔버 오리피스들 사이에서 원주 방향의 공간 (예를 들어, 23') 으로 정렬되도록 설정될 수 있다. 가장 바람직하게는, 두개의 챔버 (22a, 22b) 오리피스들 사이로 범위가 제한된 로터 (20) 표면의 원주 방향의 공간 (23) 의 원호 (δ) 가 도 9 에 도시된 바와 같이, 챔버 (22a) 오리피스의 원주 방향 모서리부분으로 범위가 제한된 상기 로터 (20) 의 원주면의 원호 (γ) 이하인 것이다. 원호 (γ) 가 원호 (δ) 와 같은 경우, 고정자 배출구들 (14, 14') 사이의 흐름의 중복이 없고 흐름이 연속될 것이다. 원호 (γ) 가 원호 (δ) 보다 큰 경우, 고정자 배출구들 (14, 14') 사이의 흐름의 중복이 있다. 즉, 두개의 고정자 배출구들 (14, 14') 은 같은 시간에 짧게 배출하므로 흐름은 연속될 것이다. 상기 원호의 원주 방향 중간 부분은 각각의 로터들에 정렬된다.
챔버 오리피스들 각각의 원호들과 각각의 그 사이 중간의 공간들은 δ와 γ와 같은 값이고 로터들이 동일할 수 있고, 오프셋 β 은, 하나의 로터의 챔버 오리피스들이 다른 로터의 챔버 오리피스들 사이의 공간과 정렬하도록 설정될 수 있다.
다수의 로터들을 채용하는 것은 챔버 체적의 증가를 허용하며, 이것은 조대한 미립자 물질을 수용 및 분배할 수 있다. 미립자 물질들의 어떤 크기에서도 로터들이 종래의 로터들과 비교하여 느리게 회전하게 됨으로써 마모가 감소되고 수명이 증가된다. 오프셋된 로터 정렬은 본질적으로 중단되지 않은 계량된 공급을 제공한다.
본 기술 분야의 숙련된 기술자들은 회전속도, 반응기 처리량 및 미립자 물질의 밀도와 같은 요인들이 로터와 챔버들의 치수들에 영향을 준다는 사실을 이해할 것이다. 예시적인 로터 챔버들의 치수 계산이 여기에 제공된다.
본 발명의 장치는 미립자 물질의 연속적이고 제어된 분배가 필요한 용도를 갖는다. 본 발명은 특히 중합 반응기에 미립자 촉매의 전달에 적합하다. 본 명세서에서 사용된 용어 "촉매" 는 그 자체가 반응에 소비되지 않고 중합 반응의 속도를 변화시키는 물질로서 지칭된다. 본 발명은 특히 중합에 적당한 촉매에 이용될 수 있다. 미립자 촉매는 올레핀 중합 촉매인 것이 바람직하다. 상기 촉매는 에틸렌을 폴리에틸렌으로 중합하기 위한 촉매작용을 (즉, 에틸렌 중합 촉매) 할 수 있다. 에틸렌 중합 촉매의 예로는 메탈로센 촉매 (metallocene catalysts), 크롬 및/또는 지글러-나타 촉매 (Ziegler-Natta catalysts) 를 포함한다.
본 발명은 폴리올레핀, 바람직하게는 폴리에틸렌, 보다 바람직하게는 모노모달 (monomodal) 또는 바이모달 (bimodal) 폴리에틸렌 제조용의 중합 반응에 촉매를 공급하는데 특히 적합하다.
본 발명의 공급 장치는 촉매 슬러리를 중합 루프 반응기에 공급하도록 사용될 수 있다. 예시적인 장치로서 올레핀 중합 루프 반응기들, 바람직하게는 에틸렌 중합 루프 반응기들은 반응 경로를 한정하는 다수의 상호 연결된 파이프들을 포함한다. 그 반응기는 반응물질들 도입용의 하나 이상의 라인들을 포함한다. 바람직하게는, 촉매와 선택적인 활성화제가 상기한 장치들에 의해 반응기로 공급된다.
본 발명의 공급 장치는, 다르게는, 미립자 (입상, 플레이크상 또는 분말상의) 촉매를 가스상 중합 시스템에 공급하도록 사용될 수 있다. 본 발명의 장치는, 특히 알파-올레핀 중합 반응기로 촉매를 도입시키는데 특히 유용하고, 중합이 고압하에서, 그리고 보다 구체적으로 예를 들어 가스상 유동층 반응기 또는 가스상 교반 반응기와 같은 가스상 알파-올레핀 중합 반응기로 수행된다. 바람직하게는, 상기 반응기는 예를 들어 유동층 조건하에서 작동된다.
본 발명은 또한 미립자 물질을 하류측 스트림 (후속적인) 이용을 위해 연속적으로 분배하는 상기한 장치의 용도를 제공한다. 그러한 용도의 예는 첨가제들을 반응기, 예를 들어 중합 반응기에 첨가하는 것; 산화 방지제, 착색제, 산 제거제 등을 압출기에서의 과립화 전에 폴리머 분말에 첨가하는 것을 포함한다. 특히, 중합 반응기로 촉매를 연속적으로 분배하기 위해 본 발명 장치의 용도가 제공된다. 특히, 촉매를 올레핀 중합 반응기로 연속적으로 공급하는데 유용하다. 특히, 예를 들어 폴리에틸렌 (PE) 또는 폴리프로필렌 (PP) 과 같은 폴리올레핀 제조를 위한 올레핀 중합 반응기로 촉매를 연속적으로 공급하는데 유용하다. 본 발명은 또한 미립자 물질의 흐름이 본질적으로 일정하게, 미립자 물질을 분배하는 장치의 용도를 제공한다.
본 발명의 장치는, 대부분 종류의 촉매가 그렇지는 않지만, 즉 건조 미립자상 촉매 또는 앞서 설명한 희석제 존재하의 미립자상 촉매로부터 형성된 슬러리에 사용하기에 적당하다.
본 발명은 또한 중합반응기로 연속적으로 촉매 주입을 계량하도록 된 장치 (200) 를 제공하는 것이다. 중합 반응기가 가스상 반응기인 경우, 촉매는 분말상, 입자상 또는 플레이크상과 같은 미립자상의 고형체로 된다. 중합 반응기가 슬러리 반응기일 때, 촉매는 슬러리로 된다.
본 발명은 또한 아래 단계들을 포함하는 미립자 물질을 분배하는 방법을 제공한다:
- 미립자 물질용 유입구 (12, 12') 와 배출구 (14, 14') 가 제공된 고정자 (10, 10') 와, 배출구 (14, 14') 로부터 유입구 (12, 12') 를 시일하는 고정자 (10, 10') 에 착좌되는 로터 (20, 20') 를 각각 구비하며, 각각의 로터에는 로터 (20, 20') 가 중심축 (A-A') 을 중심으로 회전함에 따라 미립자 물질을 수용 및 분배하는 적어도 하나의 챔버 (22, 22') 가 배치되는, 적어도 2개의 로터리 밸브들 (100, 100') 을 갖는 장치 (200) 를 제공하는 단계;
- 상기 로터들 (20, 20') 을 동기식으로 회전시키는 단계; 및
- 상기 장치로부터의 미립자 물질의 결합된 흐름이 본질적으로 연속적이도록, 적어도 2개의 로터들 (20, 20') 의 챔버들 (22, 22') 로부터 비동기식으로 미립자 물질을 분배하는 단계.
본 발명의 방법은 위에서 설명한 장치 (200) 를 이용한다.
예
챔버 체적의 계산
로터의 챔버는 요구되는 분배 속도, 로터 속도, 크기 및 용도를 포함한 여러 요인들에 따른 체적을 갖는다. 일반적으로, 용도가 중합 반응기용 촉매를 분배하는 것인 경우, 로터의 챔버는 약 1 내지 약 100cm3, 바람직하게는 약 20 내지 약 70cm3, 보다 바람직하게는 약 20 내지 약 100cm3 범위의 체적을 가질 수 있다.
로터 챔버는 아래 방정식 [1] 에 따라 계산되는 체적을 갖는다. 상기 체적 V 는, 처리량 Q (ton/h); 촉매 생산성 P (gPE / g 촉매); 촉매 벌크 밀도 MVA (g/cm3); 및 로터들 회전속도 RPM 을 갖는 반응기에 대하여, 두개의 로터들을 포함하는 본 발명 장치의 일회전에 요구되는 체적이 계산된다:
Figure 112014065879408-pct00001
체적 V 로부터, 각 챔버의 체적 VCA 는 방정식 [2] 에서 계산되며, 여기서, N은 로터당 챔버들의 수 N, 2개의 로터가 있는 경우:
Figure 112014065879408-pct00002
구형 챔버들인 경우, 챔버 반경 RCA 는 아래 방정식 [3] 에 따라 계산된다:
Figure 112014065879408-pct00003
하나의 로터에서의 챔버들의 위치는 방정식 [4] 의 βSET1 에 의해 결정된다:
Figure 112014065879408-pct00004
연속적인 또는 본질적으로 연속적인 흐름을 제공하는, 다른 로터에서의 챔버들의 위치 결정은 방정식 [5] 의 βSET2 에 의해 결정된다:
Figure 112014065879408-pct00005
이들 조건에서, 모든 챔버들을 장착하도록 된 로터의 최소 반경 RCy 는 아래 방정식 [6] 을 사용하여 근사값으로 계산된다:
Figure 112014065879408-pct00006
촉매의 연속적인 계량을 얻기 위하여 하나의 로터의 챔버들과 다른 로터의 챔버들과의 사이에 정렬 또는 중복이 있도록 하기 위해 아래 방정식 [7] 이 예상된다:
Figure 112014065879408-pct00007
처리량 Q 30 ton/h, 촉매 생산성 P 8000 gPE/g 촉매, 촉매 벌크 밀도 MVA 0.28 g/cm3, 회전속도 RPM 1, 2개 로터들, 로터당 4개 챔버들의 반응기에 대하여, 장치 1 회전에 필요한 결과적인 체적 V 는 223.2cm3, 각 챔버의 체적은 27.9cm3, 각 챔버의 반경 RCA 는 2.4cm, 로터들의 최소 반경 RCy min 은 3.7cm, 및 로터들의 최대 반경 RCy max 는 6.1cm 이다.

Claims (15)

  1. 미립자 물질 (particulated material) 을 분배하는 장치 (200) 로서,
    - 상기 미립자 물질용 유입구 (12, 12') 와 배출구 (14, 14') 가 제공된 고정자 (10, 10') 와, 상기 배출구 (14, 14') 로부터 상기 유입구 (12, 12') 를 시일하는 상기 고정자 (10, 10') 에 착좌된 로터 (20, 20') 를 각각 구비하고, 상기 로터 (20, 20') 가 그 중심축 (A-A') 을 중심으로 회전할 때 상기 미립자 물질을 수용 및 분배하는 적어도 하나의 챔버 (22, 22') 가 각각의 상기 로터에 배치되는 적어도 2개의 로터리 밸브들 (100, 100') 을 포함하며,
    - 상기 로터 (20, 20') 는 동기식으로 회전하도록 구성되고,
    - 적어도 2개의 로터들 (20, 20') 의 챔버들 (22, 22') 이 비동기식으로 상기 미립자 물질을 분배하도록 구성되고, 상기 적어도 2개의 로터들 (20, 20') 의 제 1 로터 (20) 는 상기 적어도 2개의 로터들의 제 2 로터 (20') 에 대하여, 그 중심축 (A-A') 을 중심으로 정렬되어 상기 제 1 로터 (20) 의 챔버들 (22, 22a, 22b, 22b) 이 해당 쌍의 상기 제 2 로터 (20') 의 챔버들 (22', 22'a, 22'b) 사이의 원주 방향 공간들 (23') 과 정렬되고, 그리고
    - 상기 미립자 물질을 분배하는 장치 (200) 의 상기 로터들 (20, 20') 은 상기 미립자 물질의 결합 흐름이 연속적이 되도록 구성되는, 미립자 물질을 분배하는 장치 (200).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 로터들 (20, 20') 각각은 동일한 챔버들의 배열을 갖는, 미립자 물질을 분배하는 장치 (200).
  3. 제 1 항에 있어서,
    2개의 로터리 밸브들 (100, 100') 을 구비하며, 각각의 상기 로터리 밸브 (100, 100') 의 상기 로터 (20, 20') 에는 4개의 챔버들 (22, 22') 이 로터 원주 둘레로 균일하게 분포되어 제공되고, 상기 로터들 (20, 20') 은 이들 각각의 중심축 (A-A') 둘레로 고정된 회전으로 45°로 오프셋되는, 미립자 물질을 분배하는 장치 (200).
  4. 제 1 항에 있어서,
    각각의 상기 유입구 (12, 12') 는 단일의 라인 또는 분할 라인 (70) 을 통해 보유 탱크 (50) 의 배출구 (54, 54') 에 부착되도록 구성되는, 미립자 물질을 분배하는 장치 (200).
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 유입구 (12, 12') 와 상기 배출구 (14, 14') 는 상기 로터 (20, 20') 의 중심에 대하여 정반대로 대향하고, 상기 로터의 중심축 (A-A') 에 수직 및 직각인 축에 배열되어 상기 챔버의 충전과 비움이 상기 미립자 물질에 작용하는 중력에 의해 이루어지는, 미립자 물질을 분배하는 장치 (200).
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 로터들 (20, 20') 의 중심축들 (A-A') 이 동축으로 정렬되는, 미립자 물질을 분배하는 장치 (200).
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 로터들 (20, 20') 은 적어도 부분적으로 금속 또는 합금으로 형성되는, 미립자 물질을 분배하는 장치 (200).
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 로터 (20, 20') 는 상기 챔버들 (22, 22') 이 배치되는 적어도 부분적으로 원통형, 둥근형 또는 절두-원추형 영역을 포함하는, 미립자 물질을 분배하는 장치 (200).
  9. 제 1 항에 있어서,
    각각의 로터 (20, 20') 의 원주 둘레로 배치된 한 쌍의 시일 링들 (28, 28a, 28b) 을 추가로 포함하고, 원주 방향 영역의 측면에 챔버들 (22, 22a, 22b, 22c) 로의 오리피스들이 제공되는, 미립자 물질을 분배하는 장치 (200).
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 시일 링들 (28, 28a, 28b) 은 폴리아미드, 폴리아세탈, 폴리에스테르, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리테트라 플루오로에틸렌, 또는 방향족 폴리케톤 중 어느 것으로 형성되는, 미립자 물질을 분배하는 장치 (200).
  11. 제 1 항에 있어서,
    각각의 상기 로터 (20, 20') 의 챔버들 (22, 22') 은 적어도 부분적으로 구형 또는 타원형인, 미립자 물질을 분배하는 장치 (200).
  12. 미립자 물질을 분배하는 방법으로서,
    - 상기 미립자 물질용 유입구 (12, 12') 와 배출구 (14, 14') 가 제공된 고정자 (10, 10') 와, 상기 배출구 (14, 14') 로부터 상기 유입구 (12, 12') 를 시일하는 상기 고정자 (10, 10') 에 착좌된 로터 (20, 20') 를 각각 구비하고, 상기 로터 (20, 20') 가 그 중심축 (A-A') 을 중심으로 회전할 때 상기 미립자 물질을 수용 및 분배하는 적어도 하나의 챔버 (22, 22') 가 각각의 상기 로터에 배치되는 적어도 2개의 로터리 밸브들 (100, 100') 을 구비하는 장치 (200) 를 제공하는 단계,
    - 상기 로터들 (20, 20') 을 동기식으로 회전시키는 단계,
    - 상기 장치로부터 상기 미립자 물질의 결합 흐름이 연속적이 되도록 적어도 2개의 로터들 (20, 20') 의 챔버들 (22, 22') 로부터 비동기식으로 상기 미립자 물질을 분배하는 단계를 포함하고,
    상기 적어도 2개의 로터들 (20, 20') 의 제 1 로터 (20) 는 상기 적어도 2개의 로터들의 제 2 로터 (20') 에 대하여, 그 중심축 (A-A') 을 중심으로 정렬되어 상기 제 1 로터 (20) 의 챔버들 (22, 22a, 22b, 22b) 이 해당 쌍의 상기 제 2 로터 (20') 의 챔버들 (22', 22'a, 22'b) 사이의 원주 방향 공간들 (23') 과 정렬되는, 미립자 물질을 분배하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 장치는 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에서 정의되는, 미립자 물질을 분배하는 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 상기 미립자 물질을 분배하는데 사용되고, 상기 미립자 물질의 흐름이 일정한, 미립자 물질을 분배하는 장치 (200).
  15. 삭제
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