KR101785765B1 - 스파저 및 이를 포함하는 반응기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스파저 및 이를 포함하는 반응기에 관한 것으로, 본 발명의 일 측면에 따르면, 유입구와 토출구가 각각 마련된 챔버; 상기 챔버 내부에 높이방향을 따라 각각 마련되고, 유입구를 통해 유입된 원료의 높이방향 유동을 발생시키기 위한 복수 개의 임펠러; 및 인접하는 2개의 임펠러 사이에 배치되고, 스팀을 분사하기 위한 복수 개의 스팀 분사홀 및 높이방향으로 유동하는 원료를 분산 및 통과시키기 위한 복수 개의 유동홀이 각각 마련된 복수 개의 스파저(sparger)를 포함하는 반응기가 제공된다.

Description

스파저 및 이를 포함하는 반응기{Sparger and reactor comprising the same}

본 발명은 스파저 및 이를 포함하는 반응기에 관한 것으로, 특히, BR(부타디엔 고무) 또는 SSBR(솔루션스티렌부타디엔 고무) 스트리핑(stripping) 공정을 위한 스파저 및 이를 포함하는 반응기에 관한 것이다.

일반적으로 BR(부타디엔 고무) 또는 SSBR(솔루션스티렌부타디엔 고무) 스트리핑(stripping) 공정이라 함은, BR 또는 SSBR 크럼(Crumb)을 생성하고, 스팀(steam)을 통해 크럼에 잔존해있는 헥산(Hexane) 용매를 없애는 공정을 의미한다.

도 1은 일반적인 반응기(1)에서의 크럼(Crumb, C) 생성을 나타내는 시뮬레이션 결과이다.

도 1을 참조하면, 상기 BR 또는 SSBR 스트리핑 공정에서, 상기 반응기(1) 내부에는 BR 또는 SSBR 크럼(C)의 유동성 불량으로 인해 크럼 뭉침 현상이 일어난다. 이러한 뭉침 현상에 의해 반응기의 높이방향(H)에 따른 상부를 따라 고무 덩어리가 발생되고, 이에 따라 스트리핑 효율이 떨어지고, BR 또는 SSBR의 생산량이 감소하는 문제가 발생한다.

한편, BR 또는 SSBR 스트리핑 공정을 위한 반응기에는 스팀 분사를 위한 스파저(Sparger)가 마련된다. 여기서 상기 스파저에는 복수 개의 스팀 분사홀이 마련된다. 종래 스파저는 스팀을 분사하는 기능만을 수행하는 구조를 가지고 있으며, 상기 스파저는 반응기의 상단부를 향하여 스팀을 분사하도록 반응기 하단부에 마련된다.

따라서, 종래 반응기는, 스파저의 설치 위치 및 그 구조에 의하여 반응기 전체에 걸쳐 스팀을 고르게 분사할 수 없는 문제를 갖는다.

본 발명은 반응기의 전체 영역(반경방향 및 높이방향)에 걸쳐 스팀을 분사할 수 있는 스파저 및 이를 포함하는 반응기를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

또한, 본 발명은 BR 또는 SSBR 크럼의 사이즈를 줄이고, 크럼의 개수를 증가시킬 수 있는 스파저 및 이를 포함하는 반응기를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

또한, 본 발명은 반응기 내부의 BR 또는 SSBR 크럼의 유동 속도를 감소시킴으로써 유동 체류 시간을 늘릴 수 있는 스파저 및 이를 포함하는 반응기를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

또한, 본 발명은 헥산 용매의 제거 효율을 높일 수 있는 스파저 및 이를 포함하는 반응기를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 유입구와 토출구가 각각 마련된 챔버; 상기 챔버 내부에 높이방향을 따라 각각 마련되고, 유입구를 통해 유입된 원료의 높이방향 유동을 발생시키기 위한 복수 개의 임펠러; 및 인접하는 2개의 임펠러 사이에 배치되고, 스팀을 분사하기 위한 복수 개의 스팀 분사홀 및 높이방향으로 유동하는 원료를 분산 및 통과시키기 위한 복수 개의 유동홀이 각각 마련된 복수 개의 스파저(sparger)를 포함하는 반응기가 제공된다.

여기서 상기 복수 개의 스파저는 높이방향을 따라 제1 간격으로 각각 마련될 수 있다.

또한, 상기 복수 개의 임펠러는 높이방향을 따라 제2 간격으로 각각 마련될 수 있다.

또한, 상기 스파저의 직경은 상기 임펠러의 직경보다 클 수 있다.

또한, 상기 제1 간격과 제2 간격은 동일할 수 있다.

또한, 상기 제1 간격과 제2 간격은 서로 다를 수 있다.

또한, 상기 스파저는, 둘레방향을 따라 복수 개의 제1 스팀 분사홀이 마련되며, 중앙부에 개구부가 마련된 본체; 및 상기 개구부를 상기 복수 개의 유동홀로 구획하기 위한 복수 개의 구획부재를 포함할 수 있다.

또한, 상기 본체의 직경은, 상기 임펠러의 직경보다 클 수 있다.

또한, 상기 구획부재는, 복수 개의 횡방향 구획부재와 복수 개의 종방향 구획부재를 포함할 수 있다.

또한, 상기 횡방향 구획부재와 상기 종방향 구획부재의 교차영역에는 제2 스팀 분사홀이 마련될 수 있다.

또한, 제1 스팀 분사홀과 제2 스팀 분사홀은, 각각 임펠러의 회전 중심축과 평행하게 스팀을 분사하도록 마련될 수 있다.

또한, 상기 제1 스팀 분사홀과 상기 제2 스팀 분사홀은 동일한 방향으로 스팀을 분사하도록 마련될 수 있다.

또한, 임펠러의 회전축은 상기 스파저의 유동홀을 통과할 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 유입구와 토출구가 각각 마련된 챔버; 상기 챔버의 높이방향을 따라 마련된 회전축; 상기 회전축에 장착되고, 유입구를 통해 유입된 원료의 높이방향 유동을 발생시키기 위한 복수 개의 임펠러; 및 인접하는 2개의 임펠러 사이에 배치되고, 스팀을 분사하기 위한 복수 개의 스팀 분사홀 및 높이방향으로 유동하는 원료를 분산 및 통과시키기 위한 복수 개의 유동홀이 각각 마련된 복수 개의 스파저(sparger)를 포함하는 반응기가 제공된다.

여기서 적어도 2개의 스파저는 상기 회전축에 대하여 서로 다른 각도로 회전된 상태에서 각각 배치된다.

또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 둘레방향을 따라 복수 개의 제1 스팀 분사홀이 마련되며, 중앙부에 개구부가 마련된 본체; 및 상기 개구부를 통과하는 원료를 분산시키기 위하여, 상기 개구부를 복수 개의 유동홀로 구획하며, 길이방향을 따라 제2 스팀 분사홀이 마련된 복수 개의 구획부재를 포함하는 스파저(sparger)가 제공된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 적어도 일 실시예와 관련된 스파저 및 이를 포함하는 반응기는 다음과 같은 효과를 갖는다.

상기 스파저는 반응기의 반경방향을 따라 마련된 복수 개의 스팀 분사홀을 갖는다. 또한, 상기 스파저는 반응기의 높이방향을 따라 인접하는 2개의 임펠러 사이에 배치된다. 또한, 상기 스파저는 복수로 구비되며, 복수 개의 스파저는 상기 반응기의 높이방향을 따라 각각 배치된다. 따라서, 상기 반응기의 전체 영역(반경방향 및 높이방향)에 걸쳐 스팀을 분사할 수 있다.

또한, 상기 스파저는 BR 또는 SSBR 슬러리와 같은 원료를 분산시킴과 동시에 통과시킬 수 있는 복수 개의 유동홀을 갖는다. 상기 유동홀은 BR 또는 SSBR 크럼 생성시 유동 체류 시간을 증가시킴으로써 스팀을 통한 스트리핑 효율, 즉 헥산 제거 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 크럼의 사이즈를 줄이고, 크럼의 개수를 증가시킬 수 있다.

도 1은 일반적인 반응기에서의 크럼(Crumb) 생성을 나타내는 시뮬레이션 결과이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예와 관련된 반응기를 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예와 관련된 스파저(Sparger)를 나타내는 정면도이다.
도 4는 반응기 내에 복수 개의 스파저가 배치된 상태를 나타내는 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예와 관련된 반응기에서의 크럼(Crumb) 생성을 나타내는 시뮬레이션 결과이다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 스파저 및 이를 포함하는 반응기를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 2는 본 발명의 일 실시예와 관련된 반응기를 나타내는 개념도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예와 관련된 스파저(Sparger)를 나타내는 정면도이다.

본 발명의 일 실시예와 관련된 반응기(10)는 챔버(11)와 복수 개의 임펠러(30) 및 스파저(100)를 포함한다.

특히, 상기 반응기(10)는 BR 또는 SSBR 스트리핑(stripping) 공정에 사용될 수 있다. 상기 반응기(10)의 챔버(11)로는 BR 또는 SSBR 슬러리(이하, 원료라고도 함)가 유입될 수 있다. 여기서 상기 반응기(10)의 챔버(11) 내부에서는 BR 또는 SSBR 크럼이 생성될 수 있다. 또한, 상기 반응기(10)의 챔버(11) 내부에서는 BR 또는 SSBR 크럼에 잔존한 헥산 용매가 제거될 수 있다.

또한, 상기 반응기(10)는 스트리핑 장치 또는 스팀 스트리핑 장치로 지칭될 수도 있다.

상기 챔버(11)는 유입구(12)와 토출구(13)를 갖는다. 또한, 상기 챔버(11)는 높이방향을 따라 연장될 수 있다. 상기 유입구(12) 및 상기 토출구(13)는 상기 챔버(11)의 높이방향(H, 도 1참조)을 기준으로 챔버(11)의 하단부에 각각 마련될 수 있다.

일 실시태양으로, 상기 유입구(12)는 상기 챔버(11)의 하단부의 측면에 마련될 수 있고, 상기 토출구(13)는 상기 챔버(11)의 하단부의 바닥면에 마련될 수 있다. 또한, 상기 토출구(13)와 연결된 토출배관(도시되지 않음)에는 펌프(도시되지 않음)가 마련될 수 있다. 상기 펌프는 상기 챔버(11) 내의 BR 또는 SSBR 크럼을 챔버(11) 외부의 토출배관 측으로 끌어당기는 기능을 수행한다.

복수 개의 임펠러(30)는 상기 챔버(11) 내부에 높이방향을 따라 각각 마련된다. 상기 임펠러(30)는 유입구(12)를 통해 유입된 원료의 높이방향 유동을 발생시키는 기능을 수행한다. 또한, 상기 복수 개의 임펠러(30)는 높이방향을 따라 제2 간격(d2)으로 각각 마련될 수 있다. 한편, 상기 복수 개의 임펠러(30)는 높이방향을 따라 동일한 간격으로 마련될 수도 있고, 적어도 2개의 임펠러(30)는 서로 다른 간격으로 마련될 수도 있다.

상기 반응기(10)는 상기 챔버(11)의 높이방향을 따라 마련된 회전축(20)을 포함한다. 상기 회전축(20)은 모터와 같은 구동부와 연결될 수 있다. 또한, 상기 임펠러(30)는 상기 회전축(20)에 장착된다. 따라서, 상기 회전축(20)의 회전에 따라 상기 임펠러(30)는 회전하게 된다.

또한, 복수 개의 임펠러(30)는 단일 회전축(20)에 챔버(11)의 높이방향을 따라 각각 장착될 수 있다. 이와는 다르게, 각 임펠러(30)는 개별적인 회전축을 가질 수도 있고, 개별적인 회전축들은 서로 결합 가능하게 구성될 수도 있다.

상기 스파저(100)는 인접하는 2개의 임펠러(30) 사이에 배치된다. 또한, 상기 스파저(100)는 스팀을 분사하기 위한 복수 개의 스팀 분사홀(111, 150)을 포함한다. 복수 개의 스팀 분사홀(111, 150)은 상기 회전축(20)을 중심으로 반경 방향을 따라 각각 마련될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 복수 개의 스팀 분사홀(111, 150)은 제1 스팀 분사홀(111)과 제2 스팀 분사홀(150)을 포함할 수 있다.

또한, 상기 복수 개의 스파저(100)는 챔버(11)의 높이방향을 따라 제1 간격(d1)으로 각각 마련될 수 있다. 한편, 상기 복수 개의 스파저(100)는 높이방향을 따라 동일한 간격으로 마련될 수도 있고, 적어도 2개의 스파저(100)는 서로 다른 간격으로 마련될 수도 있다.

또한, 복수 개의 스파저(100)는 스팀 공급부(40)와 연결될 수 있다.

또한, 상기 스파저(100)는 챔버(11)의 높이방향으로 유동하는 원료를 분산 및 통과시키기 위해 마련된 복수 개의 유동홀(140)을 갖는다.

또한, 상기 스파저(100)는 복수 개의 유동홀(140)을 통해 크럼을 잘게 부수는 기능을 수행할 수 있다. 이에 따라 크럼이 작게 생성됨에 따라 복수 개의 스팀 분사홀(111, 150)을 통해 분사되는 스팀과의 접촉 면적을 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 스파저(100)는 복수 개의 유동홀(140)을 통해 크럼이 뭉치는 현상을 방지할 수 있다. 또한, 상기 크럼이 복수 개의 유동홀(140)을 통해 분산 및 통과하는 과정에서, 상기 스파저(100)는 크럼의 유동 체류 시간을 증가시킬 수 있다.

상기 복수 개의 스파저(100)는 높이방향을 따라 제1 간격(d1)으로 각각 마련되고, 상기 복수 개의 임펠러는 높이방향을 따라 제2 간격(d2)으로 각각 마련될 수 있다. 한편, 상기 스파저(100)의 직경은 상기 임펠러(30)의 직경보다 클 수 있다.

여기서, 상기 제1 간격(d1)과 제2 간격(d2)은 동일할 수 있다. 또한, 상기 제1 간격(d1)과 제2 간격(d2)은 서로 다를 수도 있다.

상기 스파저(100)는, 둘레방향을 따라 복수 개의 제1 스팀 분사홀(111)이 마련되며, 중앙부에 개구부(112)가 마련된 본체(110)를 포함할 수 있다. 상기 본체(110)는 링 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 본체(110)는 원형 또는 타원형일 수 있다. 또한, 상기 본체(110)의 직경은, 상기 임펠러(30)의 직경보다 크게 결정된다. 물론, 상기 본체(110)의 직경은, 상기 챔버의 내부 직경보다 작게 형성된다.

또한, 상기 스파저(100)는, 상기 개구부를 상기 복수 개의 유동홀(140)로 구획하기 위한 복수 개의 구획부재(120, 130)를 포함할 수 있다. 상기 유동홀(140)은 원형, 사각형, 사다리꼴 형상 등 다양한 형상을 가질 수 있고, 상기 유동홀(140)의 형상에 대응되도록 상기 구획부재(120, 130)가 마련될 수 있다.

또한, 복수 개의 유동홀(140)은 서로 다른 형상을 가질 수 있다. 여기서, 각 유동홀(140)은 상기 개구부(112)의 단면적보다 작은 단면적을 갖는다.

한편, 상기 복수 개의 유동홀(140)은 상기 회전축(20)을 중심으로 반경방향을 따라 멀어질수록 단면적이 작아질 수 있다. 이와는 다르게, 상기 복수 개의 유동홀(140)은 상기 회전축을 중심으로 반경방향을 따라 멀어질수록 단면적이 커질 수 있다.

상기 구획부재(120, 130)는, 복수 개의 횡방향 구획부재(120)와 복수 개의 종방향 구획부재(130)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 횡방향 구획부재(120)와 상기 종방향 구획부재(130)의 교차영역에는 제2 스팀 분사홀(150)이 마련될 수 있다.

또한, 상기 구획부재(120, 130)와 상기 본체(110)는 일체로 형성될 수 있다. 또한, 상기 복수 개의 횡방향 구획부재(120)와 복수 개의 종방향 구획부재(130)는 일체로 형성될 수 있다. 또한, 횡방향 구획부재(120)와 종방향 구획부재(130)의 폭은, 상기 유동홀(140)의 직경보다 작게 형성될 수 있다.

이와는 다르게, 상기 구획부재는, 복수 개의 횡방향 구획부재(120)만을 포함할 수도 있고, 상기 구획부재는, 복수 개의 종방향 구획부재(130)만을 포함할 수도 있다.

한편, 제1 스팀 분사홀(111)과 제2 스팀 분사홀(150)은, 각각 임펠러(30)의 회전 중심축(R)과 평행하게 스팀을 분사하도록 마련될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 스팀 분사홀(111)과 상기 제2 스팀 분사홀(150)은 동일한 방향으로 스팀을 분사하도록 마련될 수 있다.

임펠러(30)의 회전축(20)은 상기 스파저(100)의 유동홀(140)을 통과할 수 있다. 또한, 상기 스파저(100)는 상기 회전축(20)에 접촉되지 않을 수 있다. 따라서, 상기 회전축(20)이 회전하는 경우, 상기 스파저(100)는 회전하지 않을 수 있다.

도 4는 반응기 내에 복수 개의 스파저가 배치된 상태를 나타내는 개념도이다.

복수 개의 스파저(100, 100’)는 모두 동일한 구조를 가질 수 있다. 다만, 도 4를 참조하면, 적어도 2개의 스파저(100, 100’)는 상기 회전축(20)의 중심(R)을 기준으로 서로 다른 각도로 회전된 상태에서 각각 배치될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예와 관련된 반응기에서의 크럼(Crumb) 생성을 나타내는 시뮬레이션 결과이다.

도 5를 참조하면, BR 또는 SSBR 크럼들이 잘게 부셔지며, 스팀과 접촉하는 면적이 증가함에 따라 스트리핑 효율을 향상시킬 수 있다.

위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

10: 반응기
100: 스파저
110: 본체
120: 횡방향 구획부재
130: 종방향 구획부재
140: 유동홀

Claims (20)

1. 유입구와 토출구가 각각 마련된 챔버;
   상기 챔버 내부에 높이방향을 따라 각각 마련되고, 유입구를 통해 유입된 원료의 높이방향 유동을 발생시키기 위한 복수 개의 임펠러; 및
   인접하는 2개의 임펠러 사이에 배치되고, 스팀을 분사하기 위한 복수 개의 스팀 분사홀 및 높이방향으로 유동하는 원료를 분산 및 통과시키기 위한 복수 개의 유동홀이 각각 마련된 복수 개의 스파저(sparger)를 포함하며,
   상기 스파저는, 둘레방향을 따라 복수 개의 제1 스팀 분사홀이 마련되며, 중앙부에 개구부가 마련된 본체 및 상기 개구부를 상기 복수 개의 유동홀로 구획하기 위한 복수 개의 구획부재를 포함하고,
   상기 구획부재는, 복수 개의 횡방향 구획부재와 복수 개의 종방향 구획부재를 포함하며,
   상기 횡방향 구획부재와 상기 종방향 구획부재의 교차영역에는 제2 스팀 분사홀이 마련되며,
   적어도 2개의 스파저는 임펠러의 회전축에 대하여 서로 다른 각도로 회전된 상태에서 각각 배치됨을 특징으로 하는 반응기.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 복수 개의 스파저는 높이방향을 따라 제1 간격으로 각각 마련되고,
   상기 복수 개의 임펠러는 높이방향을 따라 제2 간격으로 각각 마련되며,
   상기 스파저의 직경은 상기 임펠러의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 반응기.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제1 간격과 제2 간격은 동일한 것을 특징으로 하는 반응기.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 제1 간격과 제2 간격은 서로 다른 것을 특징으로 하는 반응기.
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 본체의 직경은, 상기 임펠러의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 반응기.
7. 삭제
8. 제 1 항에 있어서,
   제1 스팀 분사홀과 제2 스팀 분사홀은, 각각 임펠러의 회전 중심축과 평행하게 스팀을 분사하도록 마련됨을 특징으로 하는 반응기.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 제1 스팀 분사홀과 상기 제2 스팀 분사홀은 동일한 방향으로 스팀을 분사하도록 마련됨을 특징으로 하는 반응기.
10. 제 1 항에 있어서,
    임펠러의 회전축은 상기 스파저의 유동홀을 통과함을 특징으로 하는 반응기.
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제
20. 삭제

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