KR101620553B1

KR101620553B1 - 고점도 중합기

Info

Publication number: KR101620553B1
Application number: KR1020140151141A
Authority: KR
Inventors: 김낙길; 최상선
Original assignee: 주식회사 엠에이에스; 안양대학교 산학협력단
Priority date: 2014-11-03
Filing date: 2014-11-03
Publication date: 2016-05-23
Also published as: KR20160051326A

Abstract

본 발명은 고점도 중합기에 관한 것이다.
본 발명의 고점도 중합기는, 상부 일측에 원료주입구(11)가 형성되어 있으며, 내부에 원료주입구를 통해 유입된 원료가 중합되는 중합공간(12)이 형성되어 있는 케이스(10)와; 상기 케이스(10) 내부에 설치되어 있으며, 외주면에 교반날개(22)가 연결되어 있는 교반축(21)과, 상기 교반축(21)과 일측이 연결되어 교반축(21)을 회전시키는 구동모터(23)를 포함하여 구성되어 있는 교반기(20)와; 상기 교반축(21)에 설치되어 있어 교반축(21)의 회전에 대한 원료의 저항 토크를 감지하는 토크감지기(30)와; 상기 케이스(10) 내부에 설치되어 있으며, 원료의 점도를 측정하는 점도측정기(40)와; 상기 케이스(10) 외부에 설치되어 있으며, 일측은 상기 교반기(20)와 연결되어 있고, 상기 교반기(20)를 케이스 내,외로 이동시키는 교반기이동장치(50)와; 외부 전원과 연결되어 있으며, 상기 구동모터(23), 토크감지기(30), 점도측정기(40) 및 교반기이동장치(50)와 전기적으로 연결되어 토크감지기(30) 및 점도측정기(40)로부터 수신받은 신호에 따라 상기 구동모터(23) 및 교반기이동장치(50)의 작동을 제어하는 컨트롤장치(60);를 포함하여 구성된다.
본 발명에 의해, 종래와 같이 토크감지기를 이용하여 모터의 회전을 제어할 수 있도록 하되, 케이스 내부에 점도측정기를 설치하여 교반날개에 가해지는 저항 토크값까지 컨트롤장치에 제공토록 함과 더불어, 교반기 자체를 케이스로부터 분리시킬 수 있도록 하는 이동장치를 설치함으로써 일정 점도 이상이 되면 교반기 자체를 케이스에 분리시켜 중합 반응이 완료되어 제조된 중합체를 파손하지 않은 채 용이하게 케이스에서 꺼낼 수 있고, 케이스 하부에 개폐도어를 설치함으로써 반응이 완료된 중합체를 용이하게 케이스로부터 꺼내 후속 공정으로 이송시킬 수 있게 되며, 특히, 교반기의 교반날개는 교반축 내부로 삽입되는 회전이 가능하도록 구성하되, 특히 교반기를 케이스로부터 분리하고자 할 때에는 접히도록 구성함으로써 교반기 분리시 교반날개의 저항을 최소화하고, 교반날개 주변의 반응물에 손상을 최소화할 수 있게 된다.

Description

고점도 중합기{Apparatus for high viscosity polymerizing}

본 발명은 분해성 고분자 및 합성 고분자로 이루어지는 중합물을 교반시켜 중합 반응이 이루어지도록 하는 중합기에 관한 것으로, 특히 고점도 중합을 가능하게 하는 고점도 중합기에 관한 것이다.

고분자 화합물을 중합 반응시켜 중합체를 제조함에 있어서, 통상적으로 원료가 저장되는 탱크 내부에 교반날개가 구비된 교반기가 설치되는 것이 일반적이다.

이러한 중합기와 관련된 기술로, "열가소성 수지의 중합장치"(한국 공개특허공보 10-2000-0020517호, 특허문헌 1)에는 모터 전력치를 이용하여 중합되는 폴리머의 중합도를 개략적으로 예측하여 중합 반응이 이루어지도록 하는 기술이 공개되어 있다.

그러나, 이 경우 반응 중에 일어나는 화학적인 반응 현상을 이해할 수 없어 중합되는 폴리머의 분자량을 정확하게 제어할 수 없는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해소하기 위해 특허문헌 1에서는 중합반응기 내부에 토크메터를 설치하고, 토크메터를 통해 제공받은 데이터를 이용하여 저장된 프로그램을 따라 임펠러 회전수, 중합온도 및 중합압력을 조절하는 구성이 공개되어 있다.

상기한 특허문헌 1은 비교적 중합 반응 과정이 비교적 저점도 상태인 열가소성 수지의 중합에 사용된다.

중합기와 관련된 또다른 종래 기술로 "연속 중합을 위한 장치 및 이를 사용한 연속 중합 방법"(한국 등록특허공보 제10-1252299호, 특허문헌 2)에는 반응 용기 내부의 온도를 감지하는 센서 및 외벽 표면의 온도를 조절하는 수단을 구비하여 중합 반응에서 발생하는 열로 인한 변형을 방지하고 열 컨트롤이 이루어지도록 하기도 하였다.

이처럼 종래에 공개된 기술들은 중합 반응이 연속적으로 이루어지도록 하는 생산성을 높이기 위한 방법이나, 이때 발생하는 열을 컨트롤하거나 중합 반응 중의 점도 상태를 확인하여 이를 통해 모터의 회전을 제어하고자 하였다.

그런데, 최근 그 수요가 증가하고 있는 폴리디옥사논(PDO)과 같은 생분해성 수지는 중합 과정에서 매우 높은 고점도의 특성을 갖는데, 이 경우 교반 날개를 적절한 시점에서 반응 용기에서 분리하지 않을 경우 교반날개가 반응 용기 내부에 설치된 상태로 굳어버려 반응이 완료된 중합체를 용기에서 꺼내기가 매우 어렵게 된다.

결국에는 용기 내부에서 제조된 중합체를 해머 등을 이용하여 수작업으로 파손시키게 되고 이로 인해 품질 저하를 일으키고 생산성을 떨어뜨리게 된다.

KR 10-2000-0020517 (2000.04.15) KR 10-1252299 (2013.04.02)

본 발명의 고점도 중합기는 상기와 같은 종래 기술에서 발생하는 문제점을 해소하기 위한 것으로, 종래와 같이 토크감지기를 이용하여 모터의 회전을 제어할 수 있도록 하되, 케이스 내부에 점도측정기를 설치하여 교반날개에 가해지는 저항 토크값까지 컨트롤장치에 제공토록 함과 더불어, 교반기 자체를 케이스로부터 분리시킬 수 있도록 하는 이동장치를 설치함으로써 일정 점도 이상이 되면 교반기 자체를 케이스에 분리시켜 중합 반응이 완료되어 제조된 중합체를 파손하지 않은 채 용이하게 케이스에서 꺼낼 수 있게 하려는 것이다.

더하여, 케이스 하부에 개폐도어를 설치함으로써 반응이 완료된 중합체를 용이하게 케이스로부터 꺼내 후속 공정으로 이송시킬 수 있게 하려는 것이다.

특히, 교반기의 교반날개는 교반축 내부로 삽입되는 회전이 가능하도록 구성하되, 특히 교반기를 케이스로부터 분리하고자 할 때에는 접히도록 구성함으로써 교반기 분리시 교반날개의 저항을 최소화하고, 교반날개 주변의 반응물에 손상을 최소화할 수 있게 하려는 것이다.

본 발명의 고점도 중합기는 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 상부 일측에 원료주입구(11)가 형성되어 있으며, 내부에 원료주입구를 통해 유입된 원료가 중합되는 중합공간(12)이 형성되어 있는 케이스(10)와; 상기 케이스(10) 내부에 설치되어 있으며, 외주면에 교반날개(22)가 연결되어 있는 교반축(21)과, 상기 교반축(21)과 일측이 연결되어 교반축(21)을 회전시키는 구동모터(23)를 포함하여 구성되어 있는 교반기(20)와; 상기 교반축(21)에 설치되어 있어 교반축(21)의 회전에 대한 원료의 저항 토크를 감지하는 토크감지기(30)와; 상기 케이스(10) 내부에 설치되어 있으며, 원료의 점도를 측정하는 점도측정기(40)와; 상기 케이스(10) 외부에 설치되어 있으며, 일측은 상기 교반기(20)와 연결되어 있고, 상기 교반기(20)를 케이스 내,외로 이동시키는 교반기이동장치(50)와; 외부 전원과 연결되어 있으며, 상기 구동모터(23), 토크감지기(30), 점도측정기(40) 및 교반기이동장치(50)와 전기적으로 연결되어 토크감지기(30) 및 점도측정기(40)로부터 수신받은 신호에 따라 상기 구동모터(23) 및 교반기이동장치(50)의 작동을 제어하는 컨트롤장치(60);를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 케이스(10)는 지면으로부터 이격되어 위치되어 있고, 상기 케이스(10) 하부에는 개폐도어(13)가 설치되어 있으며, 상기 케이스(10) 하부에는 개폐도어(13) 개방에 의해 낙하하는 중합체가 적재되는 중합물적재함(70)이 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.

더하여, 상기 교반기(20)는, 상기 교반축(21)은 외부관(21a)과 내부관(21b)의 이중 구조로 이루어져 있고, 외부관(21a) 하부 둘레를 따라 다수의 절개부(24)가 형성되어 있으며, 외부관(21a) 하단에는 마감캡(25)이 연결되어 있되, 마감갭(25) 상부에는 외부관(21a) 내측에 위치한 채 상방향으로 돌출된 원추 형상을 갖는 가이드부(25a)가 형성되어 있고, 상기 교반날개(22)는 내부관(21b) 둘레를 따라 상기 절개부(24)의 위치에 대응되어 배치되어 있되, 내부관(21b) 벽면에 상부가 회전 가능하게 연결되어 있으며, 상기 내부관(21b)는 내부관이동장치(26)에 의해 외부관(21a) 내부에서 상하로 이동 가능하도록 이루어져 있되, 상하 이동시 상기 가이드부(25a)에 의해 상기 교반날개(22) 하단이 접촉하면서 교반날개(22)가 회전하여 오므라들거나 벌어지도록 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의해, 종래와 같이 토크감지기를 이용하여 모터의 회전을 제어할 수 있도록 하되, 케이스 내부에 점도측정기를 설치하여 교반날개에 가해지는 저항 토크값까지 컨트롤장치에 제공토록 함과 더불어, 교반기 자체를 케이스로부터 분리시킬 수 있도록 하는 이동장치를 설치함으로써 일정 점도 이상이 되면 교반기 자체를 케이스에 분리시켜 중합 반응이 완료되어 제조된 중합체를 파손하지 않은 채 용이하게 케이스에서 꺼낼 수 있게 된다.

더하여, 케이스 하부에 개폐도어를 설치함으로써 반응이 완료된 중합체를 용이하게 케이스로부터 꺼내 후속 공정으로 이송시킬 수 있게 된다.

특히, 교반기의 교반날개는 교반축 내부로 삽입되는 회전이 가능하도록 구성하되, 특히 교반기를 케이스로부터 분리하고자 할 때에는 접히도록 구성함으로써 교반기 분리시 교반날개의 저항을 최소화하고, 교반날개 주변의 반응물에 손상을 최소화할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 고점도 중합기를 나타낸 단면도.
도 2는 도 1의 상태에서 교반날개가 접히는 상태를 나타낸 단면도.
도 3은 도 2의 상태에서 교반날개가 상부로 이동하는 상태를 나타낸 단면도.
도 4는 도 3의 상태에서 개폐도어가 개방되어 중합이 완료된 중합체가 케이스 외부로 배출되는 상태를 나타낸 단면도.

이하, 첨부된 도면을 통해 본 발명의 고점도 중합기에 대해 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 구성요소인 케이스(10)는 상부 일측에 원료주입구(11)가 형성되어 있으며, 내부에 원료주입구를 통해 유입된 원료가 중합되는 중합공간(12)이 형성되어 있다.

도면에서 원료주입구(11)는 플랜지 형상으로 형성되어 인접한 원료저장탱크(미도시)로부터 배관을 통해 원료가 주입되도록 이루어져 있다.

원료는 중합 반응 중 또는 중합 완료 후 고점도를 갖게 되는 원료 예를 들어 폴리디옥사논의 중합 반응에 사용되는 원료가 주입된다.

본 발명의 구성요소인 교반기(20)는 상기 케이스(10) 내부에 설치되어 있으며, 외주면에 교반날개(22)가 연결되어 있는 교반축(21)과, 상기 교반축(21)과 일측이 연결되어 교반축(21)을 회전시키는 구동모터(23)를 포함하여 구성되어 있다.

교반날개(22)는 일반적인 교반기에서와 같이 교반축에 고정된 상태의 것을 사용할 수 있다.

그러나, 보다 바람직한 교반날개(22)는 교반기(20)의 상향 이동시 중합물과의 마찰을 일으키지 않고, 중합 과정에서 케이스(10) 내부가 밀폐된 상태를 유지할 수 있도록 하기 위해 도시된 것처럼 교반축(21)을 기준으로 접히거나 펼쳐지는 방식의 회전이 가능하도록 구성됨이 바람직하다.

구체적으로 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 교반축(21)은 외부관(21a)과 내부관(21b)의 이중 구조로 이루어져 있고, 외부관(21a) 내부에 삽입된 내부관(21b)은 상하로 이동이 가능하도록 구성될 수 있다.

이때, 외부관(21a)의 하부 둘레에는 다수의 절개부(24)가 수직 방향으로 형성되어 교반날개(22)가 절개부(24)를 통해 돌출되어 펼쳐지도록 할 수 있다.

또한, 외부관(21a) 하단에는 마감캡(25)이 연결되어 있되, 마감갭(25) 상부에는 외부관(21a) 내측에 위치한 채 상방향으로 돌출된 원추 형상을 갖는 가이드부(25a)가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 교반날개(22)는 내부관(21b) 둘레를 따라 상기 절개부(24)의 위치에 대응되어 배치되어 있되, 내부관(21b) 벽면에 상부가 도 2와 같은 방향으로 회전 가능하게 연결되어 있다.

즉, 이러한 구성은 내부관(21b) 외주면이 절개된 상태에서 교반날개(22)가 핀에 의해 절개된 부분에 끼워지도록 구성되어 핀을 축으로 하여 교반날개(22)가 회전하게 되는 것이다.

이때, 상기 내부관(21b)는 내부관이동장치(26)에 의해 외부관(21a) 내부에서 상하로 이동 가능하도록 이루어져 있다.

도면에는 내부관이동장치(26)의 일예로 구동모터(23)의 모터축(23a)과 플레이트에 의해 고정된 유압실린더몸체(26a)와, 이 유압실린더몸체(26a)에 연결되어 있는 실린더로드(26b)로 구성된 예가 도시되어 있다.

이때, 외부관(21a)는 플레이트에 고정된 상태를 취한다.

즉, 유압 실린더의 작동에 의해 내부관(21b)은 상승, 하강을 반복할 수 있게 된다.

이때, 유압실린더로드(26b) 단부에는 내부관(21b)이 고정되는 플레이트가 설치된다.

이러한 구성은 유압 실린더 작동에 의해 내부관(21b)이 도 1의 상태에서 상승하게 되면 교반날개(22)의 상측이 절개부(24) 내벽면에 의해 걸리면서 펼쳐진 상태에서 오므라들게 되어 도 2와 같이 오므라드는 상태가 된다.

반대로 내부관(21b)이 하강하게 되면 교반날개(22) 하부 내측면이 원추 형상을 취하는 가이드부(25a)에 의해 벌어지려는 힘을 받게 되고, 핀을 기준으로 회전하게 되면서 절개부(24)를 통해 외부관(21a) 외측으로 돌출된 상태가 되는 것이다.

즉, 상하 이동시 상기 가이드부(25a)에 의해 상기 교반날개(22) 하단이 접촉하면서 교반날개(22)가 회전하여 오므라들거나 벌어지도록 이루어지는 것이다.

본 발명의 구성요소인 토크감지기(30)는 도시된 것처럼 상기 교반축(21) 특히 바람직하기는 외부관(21a)에 설치되어 있어 교반축(21)의 회전에 대한 원료의 저항 토크를 감지하도록 이루어져 있다.

이러한 토크감지기(30)는 공지의 토크감지센서로 구성될 수 있다.

본 발명의 구성요소인 점도측정기(40)는 도시된 것처럼 상기 케이스(10) 내벽면에 설치되어 있으며, 케이스(10) 내부의 내용물의 점도를 측정하도록 이루어져 있다.

이러한 점도측정기(40) 역시 공지의 점도측정센서 등으로 구성될 수 있다.

본 발명의 구성요소인 교반기이동장치(50)는 상기 케이스(10) 외부에 설치되어 있으며, 일측은 상기 교반기(20)와 연결되어 있고, 상기 교반기(20)를 케이스 내,외로 이동시키도록 이루어져 있다.

도면의 실시예에서는 일측에 설치되어 있는 "Y"자 형의 프레임(51)과, 이 프레임 양측 상단 및 케이스 외벽면에 설치되어 있는 롤러(52) 및, 케이스 외벽면에 설치되어 있는 롤러(52)를 강제 회전시키는 와이어권취모터(53) 및 일측 단부는 구동모터(23)와 연결되고, 중간 부분은 각 롤러(52)들에 권취된 채 케이스 외벽면에 설치되어 있는 롤러(52)에 감긴 채 단부가 고정되어 있는 와이어(54)로 구성된 예가 도시되어 있다.

이 구성은 와이어권취모터(53)의 작동에 의해 와이어(54)가 감기게 되고, 이로 인해 구동모터(23)를 포함한 교반기(20)가 도 2의 상태에서 도 3과 같은 상태로 상승하게 되는 구성이다.

도 3에 도시된 바와 같이 상승 이동시 교반기(20)의 교반날개(22)가 오므라드는 방향으로 회전한 채 교반기(20) 하단이 케이스 내부로부터 이탈했음을 알 수 있다.

특히, 교반날개(22)가 접힌 상태에서 이동하게 되므로 내부에서 중합이 이루어져 고점도의 상태를 갖는 내용물에 손상을 덜 줄게 되고, 교반날개(22)의 파손 역시 최소화할 수 있게 된다.

본 발명의 구성요소인 컨트롤장치(60)는 외부 전원과 연결되어 있으며, 상기 구동모터(23), 토크감지기(30), 점도측정기(40) 및 교반기이동장치(50)와 전기적으로 연결되어 토크감지기(30) 및 점도측정기(40)로부터 수신받은 신호에 따라 상기 구동모터(23) 및 교반기이동장치(50)의 작동을 제어하게 된다.

즉, 토크감지기(30)에 전달받은 토크값이 커지게 되면 구동모터(23)의 회전수를 줄여 교반날개(22)에 발생하는 부하를 줄임과 더불어, 점도측정기(40)로부터 전달받은 점도값이 커지게 되면 내부관이동장치(26)를 이용하여 내부관(21b)을 이동시켜 교반날개(22)를 접고, 교반기이동장치(50)를 작동시켜 교반기(20)를 케이스(10) 상측으로 이동시키게 된다.

특히, 도 4와 같이 케이스(10)는 지면으로부터 이격되어 위치되어 있고, 상기 케이스(10) 하부에는 개폐도어(13)가 설치되어 있으며, 상기 케이스(10) 하부에는 개폐도어(13) 개방에 의해 낙하하는 중합체가 적재되는 중합물적재함(70)이 구비되도록 할 수 있는데, 이 경우 개폐도어(13)가 전기적 신호에 의해 작동되도록 하여 컨트롤장치(60)의 제어에 의해 중합이 완료된 중합물(1)을 후속 공정으로 이동시키도록 할 수도 있다.

10 : 케이스 11 : 원료주입구
12 : 중합공간 13 : 개폐도어
20 : 교반기 21 : 교반축
21a : 외부관 21b : 내부관
22 : 교반날개 23 : 구동모터
24 : 절개부 25 : 마감캡
25a : 가이드부 26 : 내부관이동장치
26a : 유압실린더몸체 26b : 실린더로드
30 : 토크감지기 40 : 점도측정기
50 : 교반기이동장치 51 : 프레임
52 : 롤러 53 : 와이어권취모터
54 : 와이어 60 : 컨트롤장치
70 : 중합물적재함

Claims

고점도 중합기에 있어서,
상부 일측에 원료주입구(11)가 형성되어 있으며, 내부에 원료주입구를 통해 유입된 원료가 중합되는 중합공간(12)이 형성되어 있는 케이스(10)와;
상기 케이스(10) 내부에 설치되어 있으며, 외주면에 교반날개(22)가 연결되어 있는 교반축(21)과, 상기 교반축(21)과 일측이 연결되어 교반축(21)을 회전시키는 구동모터(23)를 포함하여 구성되어 있는 교반기(20)와;
상기 교반축(21)에 설치되어 있어 교반축(21)의 회전에 대한 원료의 저항 토크를 감지하는 토크감지기(30)와;
상기 케이스(10) 내부에 설치되어 있으며, 원료의 점도를 측정하는 점도측정기(40)와;
상기 케이스(10) 외부에 설치되어 있으며, 일측은 상기 교반기(20)와 연결되어 있고, 상기 교반기(20)를 케이스 내,외로 이동시키는 교반기이동장치(50)와;
외부 전원과 연결되어 있으며, 상기 구동모터(23), 토크감지기(30), 점도측정기(40) 및 교반기이동장치(50)와 전기적으로 연결되어 토크감지기(30) 및 점도측정기(40)로부터 수신받은 신호에 따라 상기 구동모터(23) 및 교반기이동장치(50)의 작동을 제어하는 컨트롤장치(60);를 포함하여 구성되되,
상기 교반기(20)는,
상기 교반축(21)은 외부관(21a)과 내부관(21b)의 이중 구조로 이루어져 있고,
외부관(21a) 하부 둘레를 따라 다수의 절개부(24)가 형성되어 있으며,
외부관(21a) 하단에는 마감캡(25)이 연결되어 있되, 마감캡(25) 상부에는 외부관(21a) 내측에 위치한 채 상방향으로 돌출된 원추 형상을 갖는 가이드부(25a)가 형성되어 있고,
상기 교반날개(22)는 내부관(21b) 둘레를 따라 상기 절개부(24)의 위치에 대응되어 배치되어 있되, 내부관(21b) 벽면에 상부가 회전 가능하게 연결되어 있으며,
상기 내부관(21b)는 내부관이동장치(26)에 의해 외부관(21a) 내부에서 상하로 이동 가능하도록 이루어져 있되, 상하 이동시 상기 가이드부(25a)에 의해 상기 교반날개(22) 하단이 접촉하면서 교반날개(22)가 회전하여 오므라들거나 벌어지도록 이루어진 것을 특징으로 하는,
고점도 중합기.
제 1항에 있어서,
상기 케이스(10)는 지면으로부터 이격되어 위치되어 있고,
상기 케이스(10) 하부에는 개폐도어(13)가 설치되어 있으며,
상기 케이스(10) 하부에는 개폐도어(13) 개방에 의해 낙하하는 중합체가 적재되는 중합물적재함(70)이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는,
고점도 중합기.
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