KR101843209B1 - 탈휘발화 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시양태는, 가열 채널을 갖는 플레이트 가열기를 사용하는 유동성 물질 (예컨대 연행된 또는 용해된 용매 또는 미반응 단량체 또는 공단량체와 함께 용융된 중합체)의 탈휘발화 장치 또는 방법을 제공하며, 여기서 상기 가열 채널의 디자인 또는 작동은, 유동성 물질을 보다 큰 제1 대역으로의 통과 동안 그의 기포점 압력 초과로 유지하며, 이어서 가열 채널의 보다 작은 제2 대역 내에서 또는 하류에서 플래싱을 유도한다. 상기 장치는, 현재의 탈휘발화 장치와 비교하여 동등한 또는 보다 우수한 탈휘발화를 달성하면서 가열 채널 당 보다 높은 처리량을 가능하게 한다.

Description

탈휘발화 장치 및 방법 {DEVOLATILIZATION APPARATUS AND PROCESS}
관련 출원의 상호 참조
본원은, 2010년 2월 11일자로 출원된 미국 정식 특허 출원 번호 12/704,161 (발명의 명칭: "DEVOLATILIZATION APPARATUS AND PROCESS")로부터의 우선권을 청구하는 정식 출원이며, 상기 특허 출원의 교시내용은 하기에서 자세히 재현되는 것처럼 본원에 참조로 도입된다.
기술 분야
본 발명은, 플레이트 열 교환기를 포함하는 탈휘발화 장치, 및 높은 처리량의 유동성 물질의 관련 탈휘발화 방법에 관한 것이다.
유동성 물질로부터의 휘발성 성분의 제거 ("탈휘발화"로서 언급됨)는, 많은 중합체의 상업적 제조를 비롯한 여러 산업 공정에서 필수적인 단계이다. 특히, 중합체를 단량체의 용액으로부터 제조하는 경우, 최종 생성물로부터 용매 및 미반응 단량체를 제거하는 것이 필수적이다. 예를 들어, 잔류 단량체 및 휘발물은 폴리스티렌, 스티렌/아크릴로니트릴 공중합체 (SAN), 또는 고무-개질된 스티렌/아크릴로니트릴 공중합체 (ABS, AES 등), 및 올레핀-기재의 중합체 (예컨대 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 올레핀 블록 공중합체, 및 EPDM)의 벌크 또는 용액 중합에서 중합체 생성물로부터 제거되어야 한다.
용융된 중합체 용액으로부터의 휘발성 성분의 분리는 일반적으로 증발에 의해 달성되며, 그 공정은 휘발성 성분의 비점보다 높은 온도에서의 중합체 용액의 가열 및 방출된 휘발성 성분의 제거로 이루어진다. 한가지 탈휘발화 방법은, 중합체 용액을 열 교환기로 통과시키고, 이어서 감압 대역 내로 통과시키는 것을 포함한다. 평판 가열기 또는 평판 열 교환기로서 언급되는 것들과 같은, 이러한 목적에 적합한 열 교환기는, 가열되어 탈휘발화되는 용액의 통과를 위한 가열기의 내부 (여기로 중합체 용액이 공급됨)와 외부를 연결하는 각종 가열 채널과 함께, 스택 또는 적층식으로 배열된 다수의 가열된 플레이트를 포함한다. 개선된 성능은 부분적으로 배기되는 밀폐된 쉘 내에 가열기를 배치함으로써 달성된다.
평판 가열기의 이전 디자인은 미국 특허 3,014,702; 4,153,501; 4,421,162; 4,423,767; 4,564,063; 4,808,262; 5,084,134; 5,453,158; 및 5,861,474, 및 또한 PCT 공개 출원 W096/21836에 개시되어 있다.
세계 경제에서 경쟁하기 위해서는, 보다 큰 용량 (일부 경우에는 330,000 미터톤/년, 330 KTA를 초과함)을 갖는 중합 플랜트를 설치하는 것이 필수적인 것이 되었다. 이러한 크기의 플랜트에서는, 심지어 가장 효율적인 종래의 디자인 (예컨대 US 특허 5,453,158에 개시된 것들)도 전형적으로, 경제적으로 구성되고 실제 상황에서 성공적으로 작동될 수 있는 평판 가열기의 물리적 크기 한계에 도달하거나 이를 넘어선다. 특히, 이들 종래의 디자인은 필요한 탈휘발화도 및 이들 대형 플랜트의 높은 처리량 둘 다를 달성하기에는 부적절하고, 따라서 이들 열 교환기는 대형 중합 플랜트를 위한 탈휘발화 장치의 디자인에 있어 용량-제한 구성요소가 되었다.
따라서, 탈휘발화된 물질 중의 충분히 낮은 잔류 휘발물을 달성하면서 보다 높은 효율 및 처리량을 가능하게 하는 개선된 가열 채널 디자인을 갖는 플레이트 열 교환기를 포함하는 개선된 탈휘발화 장치에 대한 필요성이 존재한다.
발명의 개요
본 발명은,
하나 이상의 액체 또는 유동성 고체, 뿐만 아니라 하나 이상의 연행된(entrained) 또는 용해된 휘발성 성분을 포함하는 가압된 유동성 물질을 공급하기 위한 공급 수단,
수집-및-휘발물-분리 수단, 및
각 채널이
(1) 평균 수력학적 반경, 및 (2) 공급 수단으로부터 유동성 물질을 수용하도록 구성된 유입구를 갖는 제1 대역, 및
제1 대역으로부터 유동성 물질을 수용하도록 구성되고, 유동성 물질을 수집-및-휘발물-분리 수단으로 배출하도록 구성된 하나 이상의 유출구를 갖는, 각 채널의 나머지를 구성하는 제2 대역
을 포함하는 2개의 대역을 갖는, 복수의 가열 채널을 한정하는 다수의 플레이트
를 포함하며,
여기서,
유동성 물질은 유동성 물질의 온도에 따라 변하는 기포점 압력을 특징으로 하고,
제2 대역의 적어도 일부는 제1 대역의 평균 수력학적 반경보다 작은 수력학적 반경을 가지며,
적어도 일부 가열 채널의 디자인 또는 작동은, 이들 가열 채널의 제1 대역 내의 본질적으로 모든 위치에서 유동성 물질의 압력이 유동성 물질의 기포점 압력을 초과하도록 하는 것인, 탈휘발화 장치를 제공한다.
본 발명은 또한,
(a) 하나 이상의 용융된 중합체 및 하나 이상의 용해된 또는 연행된 휘발성 성분을 포함하는 가압된 유동성 물질을 공급하기 위한 펌프,
(b) 수집-및-휘발물-분리 용기, 및
(c) 각 채널이 실질적으로 균일한 높이를 갖고,
(1) 평균 수력학적 반경, 및 (2) 펌프로부터 유동성 물질을 수용하도록 구성된 유입구를 갖는 제1 대역, 및
제1 대역으로부터 유동성 물질을 수용하도록 구성되고, 유동성 물질을 수집-및-휘발물-분리 용기로 배출하도록 구성된 하나 이상의 유출구를 갖는, 각 채널의 나머지를 구성하는 제2 대역
을 포함하는 2개의 대역을 갖는, 복수의 가열 채널을 한정하는 다수의 플레이트, 및
(d) 플레이트의 적어도 일부를 가열하여 유동성 물질이 가열 채널을 통해 유동할 때에 그의 온도를 증가시키도록 구성된 복수의 가열 부재
를 포함하며,
여기서,
유동성 물질은 유동성 물질의 온도에 따라 변하는 기포점 압력을 특징으로 하고,
제2 대역의 적어도 일부는 제1 대역의 평균 수력학적 반경보다 작은 수력학적 반경을 가지며,
적어도 일부 가열 채널의 디자인 또는 작동은, 가열 채널의 제1 대역 내의 본질적으로 모든 위치에서 유동성 물질의 압력이 유동성 물질의 기포점 압력을 초과하도록 하는 것인, 탈휘발화 장치를 제공한다.
본 발명은 또한, 액체 또는 유동성 고체, 뿐만 아니라 하나 이상의 연행된 또는 용해된 휘발성 성분을 포함하는 유동성 물질을, 탈휘발화 조건 하에 작동시키면서 상기한 탈휘발화 장치로 통과시켜, 휘발성 성분을 분리하고 실질적으로 탈휘발화된 생성물을 생성하는 것을 포함하는, 상기 유동성 물질의 탈휘발화 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 생성되는 중합체를 용매 내에 용해시키거나 현탁시키고, 용융된 형태의 중합체, 용매, 및 하나 이상의 미반응 단량체 또는 공단량체를 포함하는 유동성 물질을 처리하여 용융된 중합체로부터 용매 및 미반응 단량체 또는 공단량체의 대부분을 제거하며, 제1항의 탈휘발화 장치를 유동성 물질의 처리에 사용하여 용매 및 미반응 단량체 또는 공단량체의 잔류 함량이 2000 wppm 미만인 실질적으로 탈휘발화된 중합체 생성물을 생성하는 것을 포함하는 개선점을 갖는, 지지된 또는 비지지된 촉매의 존재 하에서의 하나 이상의 단량체 및 선택적으로 하나 이상의 공단량체로부터의 중합체의 제조 방법을 제공한다.
도 1은, 본 발명의 장치의 한 실시양태에서 유용한 단일 가열 채널을 도시한 것이다.
도 2는, 도 1의 가열 채널 디자인을 포함하는 본 발명의 장치에서 유용한 평판 상부의 간략화된 축면도(axial view)이다.
도 3은, 도 2에서 3-3으로 나타낸 부분을 따라 절단된 평판의 스택의 원주 일부를 나타내는 측면, 부분 단면도이다.
도 4는, 도 2의 가열 채널 디자인을 포함하는 평판의 스택을 포함하는 본 발명의 장치의 한 실시양태의 부분 등각투상도(isometric view)이다.
도 5는, 본 발명의 장치의 한 실시양태의 각종 부재를 나타내는 개략도이다.
도 6A, 6B 및 6C는, 본 발명의 장치에서 유용한 가열 채널의 세가지 선택적 실시양태를 도시한 것이다.
도 7은, 도 1, 2 및 4의 가열 채널 디자인과의 비교를 위해 종래의 가열 채널 디자인이 사용된 US 특허 5,453,158에 개시된 유형의 평판 가열기의 단일 가열 채널을 도시한 것이다.
본 발명의 실시양태의 설명
달리 언급되거나, 문맥으로부터 암시적이거나, 또는 당업계에서 통상적인 것이 아닌 경우, 모든 부 및 백분율은 중량 기준이다. 미국 특허 실무 목적상, 본원에서 언급된 임의의 특허, 특허 출원 또는 공개 출원의 내용은, 특히 합성 기술, 정의 (본원에서 제공된 임의의 정의와 모순되지 않는 범위까지) 및 당업계의 일반적 지식의 개시내용에 대하여 전문이 본원에 참고로 도입된다 (또는 그의 대응 US 버젼이 이와 같이 참고로 도입됨).
정의
가열 채널 내의 대역의 치수 (예컨대 폭 또는 높이) 또는 단면적과 관련하여 사용된 "실질적으로 균일한"은, 이것이 수렴하거나 발산하지 않음을, 또는 그 치수의 평균의 10% 이하로 수렴하고/거나 발산함을 의미한다.
"중합체"는 단량체가 동일한 유형이든 상이한 유형이든 단량체의 중합에 의해 제조된 화합물을 지칭한다. 일반적 용어 "중합체"는 용어 "올리고머," "단독중합체," "공중합체," "삼원공중합체" 뿐만 아니라 "혼성중합체"를 포함한다.
"혼성중합체"는 2종 이상의 상이한 유형의 단량체의 중합에 의해 제조된 중합체를 지칭한다. 일반적 용어 "혼성중합체"는 용어 "공중합체" (이는 통상적으로 2종의 상이한 단량체로부터 제조된 중합체를 지칭하는 데 사용됨) 뿐만 아니라 용어 "삼원공중합체" (이는 통상적으로 3종의 상이한 유형의 단량체로부터 제조된 중합체를 지칭하는 데 사용됨)를 포함한다. 이는 또한, 4종 이상의 유형의 단량체의 중합에 의해 제조된 중합체를 포함한다.
"올리고머"는 단지 소수의 단량체 단위로 이루어진 중합체 분자, 예컨대 이량체, 삼량체 또는 사량체를 지칭한다.
"기포점 압력"은 주어진 온도에서 증기의 최초 기포가 형성되는 최고 압력을 의미한다.
가열 채널의 대역과 관련하여 사용된 "수력학적 반경"은 (a) 유체가 유동하는 도관의 단면적 대 (b) 상기 도관의 유체-습윤화된 총 둘레의 비율을 의미한다.
"유동성 고체"는, 통상적으로 고체인 일부 성분을 포함하지만 작동 조건 또는 디자인 조건 하에 본 발명의 장치의 가열 채널을 통해 유동성인 물질 (예컨대 미립자 고체를 함유하는 슬러리 또는 분산액 또는 현탁액)을 의미한다.
"열-유체"는, 가열원으로부터 열을 이송하고, 그 열을 간접적 열 교환에 의해 본 발명의 장치의 플레이트로 전달하기에 유용한 유체를 의미한다. 적합한 열-유체는 스팀, 핫 오일, 및 기타 열-유체, 예컨대 더 다우 케미칼 컴파니(The Dow Chemical Company)에 의해 상표명 "다우테름(DOWTHERM)"으로 시판되는 것들을 포함한다.
유동성 물질의 탈휘발화
본 발명의 장치 및 방법은 폭넓게 다양한 유동성 물질의 탈휘발화에 적합하고, 이들은 특히 점성 유동성 물질의 탈휘발화에 적합하다. 적합한 유동성 물질은, 탈휘발화 장치 내 조건 하에서는 유동성인, 연행된 또는 용해된 휘발성 성분을 갖는 통상적으로 고체인 물질 (예컨대 중합체 또는 식료품), 뿐만 아니라 연행된 또는 용해된 휘발성 성분을 갖는 통상적으로 액체인 조성물을 포함한다. 이러한 유동성 물질은, 전형적으로 용액-중합 공정 또는 슬러리-중합 공정에서 제조된 중합체 생성물, 뿐만 아니라 (a) 액체 또는 유동성 고체 및 (b) 연행된 또는 용해된 휘발성 성분으로 구성된 임의의 기타 유동성 물질을 포함하나 이에 제한되지는 않는다.
유동성 물질의 액체 또는 유동성 고체 내용물은 임의의 하나 이상의 각종 물질일 수 있다. 이러한 액체 또는 유동성 고체의 예는, 용융된 중합체, 단백질, 메틸렌 디이소시아네이트, 톨루엔 디이소시아네이트, 치즈, 소시지, 드레싱, 캔디, 초콜릿, 당밀, 기타 식품, 왁스, 중유, 타르, 아스팔트, 기타 건축 재료 (예컨대 점토, 회반죽, 시멘트 또는 수 중 응집체), 수액, 펄프, 종이, 비누, 액체 세제, 바이오매스, 접착제, 제약, 기타 점성 액체, 또는 그의 임의의 조합을 포함한다. 유동성 물질은 또한, 통상적으로 고체인 일부 성분을 포함하지만 작동 조건 또는 디자인 조건 하에 본 발명의 장치의 가열 채널을 통해 유동성인 유동성 고체 (예컨대 미립자 고체를 함유하는 슬러리 또는 분산액 또는 현탁액)를 포함한다.
본 발명의 장치 및 방법은, 올레핀-기재의 중합체, 비닐방향족 중합체, 축합 중합체, 폴리올, 고분자량 에폭시 등과 같은 용융된 중합체의 탈휘발화를 위해 바람직하다. 본 발명의 목적상, 비닐방향족 중합체는 하나 이상의 비닐방향족 단량체의 모든 단독중합체 및 공중합체 (그래프트 공중합체 포함) 및 그의 추가의 중합체와의 블렌드인 것으로 이해되어야 한다. 이러한 중합체의 예는, 폴리스티렌, 고무 개질된 또는 내충격성 폴리스티렌, 스티렌/아크릴로니트릴 공중합체 (그의 고무-개질된 버젼, 예컨대 ABS 또는 AES 공중합체 포함), 및 그의 기타 중합체, 예컨대 폴리카르보네이트 또는 폴리페닐렌 에테르 중합체와의 블렌드를 포함한다. 바람직한 비닐방향족 중합체는 폴리스티렌, 충격 개질된 폴리스티렌 (HIPS) 및 ABS이다.
올레핀-기재의 중합체의 예는, 하나 이상의 C2 내지 C10 올레핀의 단독중합체 및 공중합체 (그래프트 공중합체 포함)를 포함하며, 이는 폴리프로필렌 및 기타 프로필렌-기재의 중합체, 폴리에틸렌 및 기타 에틸렌-기재의 중합체, 및 올레핀 블록 공중합체를 포함하나 이에 제한되지는 않는다. 이러한 올레핀-기재의 중합체는, 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE), 저밀도 폴리에틸렌 (LDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌 (예컨대 더 다우 케미칼 컴파니에 의해 상표명 "다울렉스(DOWLEX)"로 시판되는 LLDPE), 강화 폴리에틸렌 (예컨대 더 다우 케미칼 컴파니에 의해 상표명 "엘리트(ELITE)"로 시판되는 것들), 메탈로센-촉매화 선형 또는 실질적으로 선형 에틸렌 공중합체 (예컨대 더 다우 케미칼 컴파니에 의해 상표명 "어피니티(AFFINITY)" 및 "인게이즈(ENGAGE)"로 시판되는 것들 및 엑손모빌 케미칼 컴파니(ExxonMobil Chemical Company)에 의해 상표명 "이그잭트(Exact)" 및 "익시드(Exceed)"로 시판되는 것들), 프로필렌-기재의 공중합체 (예컨대 더 다우 케미칼 컴파니에 의해 상표명 "베르시파이(VERSIFY)"로 시판되는 것들 및 엑손모빌 케미칼 컴파니에 의해 상표명 "비스타맥스(Vistamaxx)"로 시판되는 것들), 및 올레핀-블록 공중합체 (예컨대 더 다우 케미칼 컴파니에 의해 상표명 "인퓨즈(INFUSE)"로 시판되는 것들), 및 기타 폴리올레핀 엘라스토머 (예컨대 더 다우 케미칼 컴파니에 의해 상표명 "노르델(NORDEL)" 또는 "노르델 IP"로 시판되는 EPDM)을 포함하나 이에 제한되지는 않는다.
중합체의 다른 예는, 더 다우 케미칼 컴파니로부터 상표명 "데르(DER)"로 입수가능한 고급 에폭시 수지, 및 더 다우 케미칼 컴파니로부터 상표명 "덴(DEN)"으로 입수가능한 노볼락 수지와 같은 각종 올리고머를 포함한다.
이러한 중합체의 분자량 및 용융 지수 (I2, ASTM 방법 D-1238에 의해 측정됨)는 폭넓게 달라질 수 있다. 그 예는, 약 0.1 내지 약 1000 gm/10분, 바람직하게는 약 0.3 내지 약 200 gm/10분, 보다 바람직하게는 약 0.5 내지 약 10 gm/10분의 용융 지수 (I2, ASTM 방법 D-1238 (190℃ 및 2.16 kg의 조건)에 의해 측정됨) 를 갖는 에틸렌-기재의 중합체를 포함하나 이에 제한되지는 않는다. 추가의 예는, 약 0.1 내지 약 1000 gm/10분, 바람직하게는 약 0.3 내지 약 200 gm/10분, 보다 바람직하게는 약 0.5 내지 약 10 gm/10분의 용융 지수 (I2, ASTM 방법 D-1238 (230℃ 및 2.16 kg의 조건)에 의해 측정됨)를 갖는 프로필렌-기재의 중합체를 포함하나 이에 제한되지는 않는다.
상기 중합체는 전형적으로, 단량체 및 생성된 중합체가 용매 중에 연행되어 있는 용액 또는 슬러리 중합 반응기에서 제조된다. 다소량의 휘발성 성분을 함유하는 다른 중합체 용액이 또한 제조될 수 있다 (의도적으로 또는 비의도적으로). 전형적 휘발성 성분은 용매 (예컨대 방향족 또는 지방족 불활성 희석제) 뿐만 아니라 미반응 단량체 및/또는 공단량체를 포함한다. 중합체 용액으로부터 제거되는 용매, 미반응 단량체, 미반응 공단량체, 및/또는 기타 휘발성 성분의 양은, 매우 과량으로부터 단지 오염량까지의 범위일 수 있다. 용액- 또는 슬러리-중합 플랜트에서 제조된 용융된 중합체는, 심지어 초기 플래시-탈휘발화 단계 후에도, 용해된 또는 연행된 휘발성 성분을 이들이 플레이트 가열기 탈휘발화 장치에서 처리되는 시점에서 종종 10 내지 25 중량% 이상 함유한다. 전형적으로, 탈휘발화된 중합체 중에 남아있는 잔류 휘발성 성분의 양은 ASTM D-4526에 의해 측정시 약 2000 wppm 미만, 바람직하게는 1500 wppm 미만, 보다 바람직하게는 1000 wppm 미만이어야 한다.
탈휘발화되는 유동성 물질 중 휘발성 성분의 출발 농도, 및 탈휘발화된 생성물 중에서 허용가능한 잔류 휘발물의 수준에 따라, 1 단계 초과 (예컨대 2 또는 3 단계)의 탈휘발화 장치가 사용될 수 있다. 또한, 탈휘발화 장치를, 기타 공지된 탈휘발화 기술, 예컨대 단순한 플래시-탈휘발화, 이온성 유체 추출, 초임계 유체를 사용한 추출, 증류, 스팀-스트리핑 또는 이산화탄소-스트리핑과, 별도의 탈휘발화 단계에서 조합하여 또는 (예를 들어, 스팀-스트리핑 또는 이산화탄소-스트리핑의 경우) 이들을 동일한 탈휘발화 단계 내에서 본 발명의 장치와 조합하여 사용할 수 있다.
장치의 설명
본 발명의 탈휘발화 장치는, 높은 열 교환율 및 휘발성 성분의 실질적으로 완전한 기화 둘 다를 달성하면서 유동성 물질의 보다 높은 유동률을 가능하게 함으로써 열 교환기의 처리량 및 효율을 증가시키는 개선된 열 교환기를 포함한다. 플레이트는 임의의 적합한 물질로 제조될 수 있으나, 바람직하게는 강철, 스테인레스 강철, 알루미늄, 또는 기타 금속성 물질로 제조된다.
도 1은, 본 발명의 장치의 한 실시양태에 따른 단일 가열 채널 (12)의 형상을 도시한 것이다. 가열 채널 (12)은, 주위 플레이트 (그 중 하나의 플레이트의 단지 바로 인접한 부분을 (40)으로 나타냄)의 벽 (30) 및 채널 (12)의 바닥 및 천장을 형성하는 인접한 블록 또는 다른 플레이트 (도시하지 않음)에 의해 형성된 공간이다. 가열 채널은 그 자체가 2개의 대역, 즉 그의 유입구 (14)로부터 그의 유출구 (16)까지 비교적 큰 단면적을 갖는 제1 대역 (10), 및 제1 대역의 유출구 (16) (이는 또한 제2 대역에 대해서는 유입구 (24)임)와 제2 대역의 유출구 (26) 사이의 하나 이상의 위치에서 실질적으로 보다 작은 단면적을 갖는 제2 대역 (20)을 포함한다. 제2 대역의 단면적은, 제1 대역 (10)에서의 유동성 물질로부터의 휘발성 성분의 임의의 유의한 플래싱(flashing)을 방지하도록, 제1 대역 (10) 내의 유동성 물질을 그의 기포점 압력 초과로 가압시켜 유지하고, 이로써 채널을 형성하는 플레이트의 주위 벽 (30)으로부터 제1 대역 (10) 내의 중합체 용액으로의 열 전달 효율을 향상시키도록 (탈휘발화되는 유동성 물질의 특성 및 작동 조건을 고려하여) 크기조절된다. 또한, 제2 대역 (20)의 제한된 부분 (또는 전체)의 단면적은, 제2 대역 (20) 자체 내에서의, 또는 보다 바람직하게는 제2 대역 (20)의 유출구 (26)으로부터 배출시 그의 바로 하류에서의 유동성 물질로부터 휘발성 성분의 상당한 플래싱, 바람직하게는 실질적으로 완전한 플래싱이 일어나도록 크기조절된다.
가열 채널의 제1 대역을 형성하는 플레이트는 바람직하게는 유동성 물질의 온도를 최종 탈휘발화 온도로 상승시키기에 충분한 유동성 물질과의 접촉 표면적을 갖는다. 제1 대역 내의 유동성 물질 상의 압력이 기포점 압력 초과로 유지되기 때문에, 제1 대역으로부터의 플래싱은 제거된다. 전형적으로, 본 발명의 장치는, 제1 대역 내의 본질적으로 모든 위치에서의 유동성 물질 상의 압력이 가열 채널의 제1 대역 내에서의 최고 온도에서 유동성 물질의 기포점 압력을 2% 이상, 바람직하게는 5% 이상, 보다 바람직하게는 10% 이상, 가장 바람직하게는 15% 이상 초과하도록 디자인되고 작동될 것이다.
각 가열 채널의 높이는 전형적으로, (가열 플레이트의 스택의 제조 및 조립의 용이성을 위해 요망되는 바와 같이) 그의 길이 전반에 걸쳐 실질적으로 균일할 것이다 (도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같음). 높이는, 가열 부재로부터 가열 채널 내의 유동성 물질로의 효율적인 열 전달을 최적화하기 위해 가열 채널에 인접한 가열 부재 (도 2, 3 및 4에 나타낸 바와 같음) 및 가열 채널의 다른 치수와 함께 선택된다. 전형적으로 가열 채널은 그의 전체 길이에 걸쳐 약 0.05 cm 내지 약 5 cm (0.02 내지 2 인치), 바람직하게는 약 0.07 내지 약 2.5 cm (0.03 내지 1 인치), 보다 바람직하게는 약 0.12 내지 약 1.3 cm (0.05 내지 0.5 인치)의 실질적으로 균일한 높이를 가질 것이다.
가열 채널 (12)의 제1 대역 (10)의 형상 및 단면적은 폭넓게 변할 수 있되, 단 작동 조건 또는 디자인 조건 하에, 제1 대역을 통과하는 유동성 물질은 제1 대역 내의 본질적으로 모든 위치에서 그의 기포점 압력 초과로 유지된다. 따라서, 도 1에 나타낸 바와 같이, 제1 대역 (10)의 형상 및 단면적 (및 수력학적 반경)은, 유입구 (14)에서 (15)로서 또한 유출구 (16)에서 (17)로 나타낸 전이 구역과 같은 비교적 짧은 전이 구역을 제외하고는, 그의 유입구 (14)와 그의 유출구 (16) 사이에서 실질적으로 균일할 수 있다. 다르게는, 가열 채널의 제1 대역의 형상 및 단면적은 분산하거나, 수렴하거나, 또는 각각 분산하거나 수렴하거나 또는 실질적으로 균일할 수 있는 복수의 구역의 일부 조합일 수 있다. 제1 대역의 평균 수력학적 반경은, 그의 배열과 상관없이, 제2 대역의 적어도 일부의 수력학적 반경보다 더 커야 한다.
제2 대역 (20)은 제1 대역 (10)의 유출구 (16)에서 시작되고, 유동성 물질을 수집-및-분리 용기 (도 1에는 도시하지 않았으나, 도 5에서 용기 (75)로 나타냄)로 배출하도록 구성된 유출구 (26)에서 종결된다. 제2 대역 (20)은 길이가 변하며, 이는 전형적으로 가열 채널 (12)의 총 길이의 0.2% 내지 40%, 바람직하게는 약 0.5 내지 약 10%, 보다 바람직하게는 약 1 내지 약 5%이다. 제2 대역 (20)의 단면적은, 제1 대역 (10) 내의 유동성 물질 상에 충분한 배압을 부여하도록, 또한 제2 대역 (20) 내에서 또는 바람직하게는 제2 대역 (20)의 유출구 (26)의 바로 하류에서 유동성 물질로부터 휘발성 성분의 빠르고 극적인 플래싱을 일으키도록 제1 대역 (10)의 단면적보다 작다. 제2 대역 (20)의 최소폭 지점에서, 제2 대역 (20)은 전형적으로 약 0.01 내지 약 2 제곱 센티미터, 바람직하게는 약 0.02 내지 약 1 제곱 센티미터, 보다 바람직하게는 약 0.1 내지 약 0.5 제곱 센티미터의 단면적을 갖는다. 제1 대역의 평균 단면적 대 제2 대역의 최소폭 부분의 단면적의 비율은 전형적으로 약 2:1 내지 약 200:1, 바람직하게는 약 5:1 내지 약 60:1, 보다 바람직하게는 약 10:1 내지 약 30:1이다.
가열 채널의 제2 대역의 형상 및 단면적 (및 수력학적 반경)은 변할 수 있되, 단 제2 대역은, 작동 조건 또는 디자인 조건 하에, (a) 제1 대역을 통과하는 유동성 물질이 그의 기포점 압력 초과의 압력에서 유지되도록, 또한 (b) 제2 대역에서 유도된 압력 강하가 유동성 물질로부터 휘발성 성분의 충분한 플래싱을 일으키도록 크기조절된다. 따라서, 도 1에 나타낸 바와 같이, 제2 대역 (20)의 단면적 및 형상은, 유입구 (24)에서의 짧은 전이 구역 (25)를 제외하고는, 그의 유입구 (24)와 그의 유출구 (26) 사이에서 실질적으로 균일할 수 있다. 다르게는, 제2 대역의 형상 및 단면적은 필요한 압력 강하를 유도하고 제2 대역 (20) 내에서 또는 바람직하게는 유출구 (26)에서 휘발성 성분을 플래싱하도록 수렴하거나 분산하거나 또는 그의 조합일 수 있다.
가열 채널 (12)의 전체 길이는 전형적으로 5 내지 61 cm (2 내지 24 인치), 바람직하게는 15 내지 31 cm (6 내지 12 인치), 보다 바람직하게는 20 내지 26 cm (8 내지 10 인치)이다. 제1 대역 (10)의 길이는 전형적으로 2.5 내지 51 cm (1 내지 20 인치), 바람직하게는 12 내지 31 cm (5 내지 12 인치), 보다 바람직하게는 17 내지 25 cm (7 내지 9.5 인치)이다. 주위 플레이트에서 유동성 물질로의 열 전달의 효율을 증가시키기 위하여, 제1 대역이 가열 채널의 대부분을 구성해야 한다. 따라서, 제1 대역의 길이 대 가열 채널의 총 길이의 비율은 전형적으로 0.5:1 내지 0.998:1, 바람직하게는 0.7:1 내지 0.995:1, 보다 바람직하게는 0.90:1 내지 0.99:1이다.
점성의 용융된 중합체 중에 연행된 또는 용해된 용매 및 미반응 단량체 또는 공단량체를 함유하는 유동성 물질로부터 이들 휘발성 물질의 탈휘발화를 위해 디자인된 장치의 실시양태에서, 제1 대역 (10)의 평균 수력학적 반경은 약 0.06 내지 약 1.2 센티미터 (0.024 내지 0.47 인치)일 수 있고, 제2 대역 (20)의 가장-제한적 부분 (또는 전체)의 수력학적 반경은 약 0.03 내지 약 1.1 센티미터 (0.012 내지 0.43 인치)일 수 있다. 가열 채널의 높이는 전형적으로 약 0.15 내지 약 2.5 cm (0.06 내지 1 인치), 바람직하게는 약 0.19 내지 약 1 cm (0.07 내지 0.4 인치), 보다 바람직하게는 약 0.25 내지 약 0.64 cm (0.1 내지 0.25 인치)일 수 있다. 가열 채널의 길이는 약 5 내지 약 61 cm (2 내지 24 인치)일 수 있고; 가열 채널의 제1 대역의 길이는 약 2.5 내지 약 51 cm (1 내지 20 인치), 바람직하게는 약 12 내지 약 28 cm (5 내지 11 인치), 보다 바람직하게는 약 17 내지 약 23 cm (7 내지 9 인치)일 수 있다. 제2 대역은 가열 채널의 나머지를 구성한다. 결과적으로, 가열 채널의 제2 대역의 길이는 전형적으로 약 0.2 내지 약 16 cm (0.1 내지 6 인치), 바람직하게는 약 0.5 내지 약 7.6 cm (0.2 내지 3 인치), 보다 바람직하게는 약 0.7 내지 약 2.6 cm (0.3 내지 1 인치)일 수 있다.
가열 채널의 폭은 제1 대역과 제2 대역에서 상이하다. 제1 대역의 폭은 약 1.3 내지 약 30 cm (0.5 내지 12 인치), 바람직하게는 약 2.5 내지 약 20 cm (1 내지 8 인치), 보다 바람직하게는 약 3.8 내지 약 10 cm (1.5 내지 4 인치)일 수 있다. 제2 대역의 폭은 약 0.12 내지 약 15 cm (0.05 내지 6 인치), 바람직하게는 약 0.2 내지 약 2.5 cm (0.075 내지 1 인치), 보다 바람직하게는 약 0.25 내지 약 0.65 cm (0.1 내지 0.25 인치)일 수 있다.
본 발명의 일부 실시양태에서, (a) 제1 대역의 평균 수력학적 반경 대 (b) 최소 단면적을 갖는 제2 대역의 부분의 수력학적 반경의 비율은 약 1.05:1 내지 약 10:1, 바람직하게는 약 1.15:1 내지 약 8:1, 보다 바람직하게는 약 1.3:1 내지 약 6:1이다.
바람직한 한 실시양태에서, 가열 채널의 길이는 약 20 내지 약 26 cm (8 내지 10 인치)이고, 가열 채널의 높이는 약 0.12 내지 약 0.38 cm (0.05 내지 0.15 인치)이고, 제1 대역의 길이는 약 17 내지 약 24 cm (7 내지 9.5 인치)이고, 제1 대역의 폭은 약 3.8 내지 약 10 cm (1.5 및 4 인치)로 실질적으로 균일하고, 제1 대역의 수력학적 반경은 약 0.061 내지 약 0.184 cm (0.024 내지 0.072 인치)로 실질적으로 균일하고, 제2 대역의 길이는 약 0.63 내지 약 1.91 cm (0.25 내지 0.75 인치)이고, 제2 대역의 폭은 약 0.25 내지 약 0.64 cm (0.1 및 0.25 인치)로 실질적으로 균일하고, 제2 대역은 단일 유출구를 갖고, 수력학적 반경은 약 0.04 내지 약 0.12 cm (0.016 내지 0.047 인치)이고; (a) 제1 대역의 평균 수력학적 반경 대 (b) 최소 단면적을 갖는 제2 대역의 부분의 수력학적 반경의 비율은 약 1.05:1 내지 약 5:1이다.
본 발명의 가열 채널은 전형적으로, 유동성 물질이 가열 채널의 제1 대역을 유동할 때에 그의 압력이 감소되도록 디자인되거나 작동될 수 있다. 주어진 가열 채널 디자인에서, 제1 대역을 가로지르는 압력 강하는 유동성 물질의 처리량 및 점도에 따라 달라질 것이고, 보다 더 점성인 물질이 보다 덜 점성인 물질에 비해 더 높은 압력 강하를 겪는다. 용융된 중합체의 탈휘발화를 위해, 이러한 제1 대역을 가로지르는 압력 강하는 전형적으로 약 50 내지 약 2000 psi, 바람직하게는 약 100 내지 약 1800 psi, 보다 바람직하게는 약 300 내지 약 1500 psig일 수 있다. 그러나, 제1 대역 내의 각각의 위치에서의 압력은 휘발성 성분의 플래싱을 피하기 위해 그 위치에서의 기포점 압력을 초과하여 남아있어야 한다. 전형적으로, 제1 대역 내의 본질적으로 모든 위치에서의 압력은 제1 대역 내의 유동성 물질의 최고 온도에서 그의 기포점 압력을 5% 이상 (바람직하게는 10% 이상, 보다 바람직하게는 15% 이상) 초과할 것이다.
도 2는, 도 1의 가열 채널 디자인을 포함하는 본 발명의 장치의 한 실시양태에서 유용한 플레이트 상부의 간략화된 축면도를 도시한 것이다. 플레이트 (40)는, 펌프 (도 2에는 도시되지 않았으나, 도 5에서는 펌프 (62)로 나타냄)로부터 탈휘발화되는 유동성 물질의 공급을 수용하기 위한 축방향 정렬된 챔버 (60)과 플레이트 (40)의 외부에 있는 이를 둘러싼 수집-및-분리 용기 (도 2에는 도시되지 않았으나, 도 5에서는 용기 (75)로 나타냄) 사이의 유체 소통을 제공하는 복수의 가열 채널 (12)을 갖는다. 플레이트 (40)는 플레이트 (40) 내에 배치되고 가열 채널 (12) 주위에서 이들 사이에 공간을 두고 있는 복수의 가열 부재 (50)를 갖고, 이들은 열을 가열 부재 (50)로부터 플레이트 (40)의 벽 (30)을 통해 가열 채널 (12)로 통과시키도록 구성된다. 가열 부재 (50)는 임의의 유형의 가열 부재, 예컨대 전기적 가열 부재 또는 열-유체 가열 부재일 수 있다. 바람직하게는, 가열 부재 (50)는 열-유체 (예컨대 스팀, 핫 오일, 합성 액체, 또는 기타 가열된 액체)가 유동하는 다수의 열 교환 튜브를 포함한다. 사용되는 가열된 유체의 유형은 시스템의 온도 및 압력 요건에 따라 달라지며, 이는 열 교환기 디자인에 있어 널리 공지되어 있다.
도 3은, 도 2에서 3-3으로 나타낸 부분을 따라 절단된 본 발명의 장치의 한 실시양태에서의 플레이트 (40)의 스택 (70)의 원주 일부를 나타내는 측면, 부분 단면도를 도시한 것이다. 스택은 적절한 형상의 블록 (45)과 함께 교대 층으로 적층되고 각 채널 (12)의 벽, 바닥 및 천장을 형성하도록 배열되고 공급 수단으로부터 탈휘발화되는 유동성 물질의 수용을 위해 중심 챔버 (도 3에는 도시되지 않았으나, 도 2, 4 및 5에서는 60으로 나타냄)를 형성하도록 고정된 디스크 형상의 다수의 플레이트 (40)를 포함한다. 가열 부재 (50)는 플레이트 (40) 및 블록 (45)을 통과하여 열을 이들에 전달하도록 구성되고, 플레이트 (40) 및 블록 (45)은 또한 상기 열을 가열 채널 (12)의 벽, 바닥 및 천장을 통해 유동성 물질로 전달한다. 가열 부재 (50)는 열-유체가 통과하는 도관 또는 파이프일 수 있다. 플레이트 (40) 및 블록 (45)은 가열 부재, 또는 다른 고정 수단, 예컨대 볼트 (도시하지 않음)에 의해 함께 고정될 수 있다. 스택 (70) 내의 플레이트 (40) 및 블록 (45)의 수는 2개만큼 적은 수로부터 수천개의 플레이트만큼 많은 수로 다양할 수 있고, 바람직하게는 약 10 내지 약 1000개의 플레이트, 보다 바람직하게는 약 100 내지 약 800개의 플레이트이다. 스택 (70) 내의 플레이트 (40) 및 인접한 블록 (45) 각각에 의해 형성된 가열 채널 (12)의 수는 1개만큼 적은 수로부터 수백개의 가열 채널로 다양할 수 있고, 바람직하게는 플레이트 당 약 2 내지 약 100개의 가열 채널, 보다 바람직하게는 약 20 내지 약 70개의 가열 채널이다. 주어진 스택 (70) 내의 가열 채널 (12)의 총수는, 2개만큼 적은 수로부터 100,000개 이상, 바람직하게는 약 2,000 내지 약 60,000개, 보다 바람직하게는 약 10,000 내지 약 50,000개로 폭넓게 다양할 수 있다.
도 4는, 유동성 물질을 중심 챔버 (60)로부터 스택의 외부로 통과시키기 위해 가열 채널 (12)을 함께 형성하는 교대되는 플레이트 (40) 및 블록 (45)의 스택 (70)을 포함하는 본 발명의 플레이트 가열기의 한 실시양태의 부분 등각투상도이다. 가열 부재 (50) (도 4에서는 이들 중 단지 소수만을 나타냄)은 스택 (70)의 플레이트 (40) 및 블록 (45)을 통해 연장된다.
도 5는, 상기에 기재된 바와 같은 플레이트 가열기 스택 (70)을 포함하는 본 발명의 장치의 한 실시양태의 부분적 사선 절단도를 부분적으로 나타내는 부분 개략도이다. 가열기는 쉘 또는 용기 (75) 내에 장착되고 여기에 밀봉가능하게 부착된다. 쉘 (75)의 내부 및 플레이트 가열기 (70)의 외부는 수집-및-휘발물-분리 챔버 (80)를 형성하는데, 이는, 작동 조건에서 및/또는 디자인 조건에서, 유동성 물질이 가열 채널 (12)로 통과한 후 챔버 (80)로 도입되는 온도에서 유동성 물질의 휘발성 성분이 증기인 감압 (전형적으로 1 psia 이하의 진공)에서 유지되거나 상기 감압으로 배기된다. 챔버 (80)는 증기-배기 시스템 (82), 예컨대 진공 펌프 (도시하지 않음)와 작동 중 소통되어 용기 (75)의 증기 배출구 (84)를 통해 휘발성 성분을 제거한다. 증기-배기 시스템 (82)은 전형적으로, 증기를 냉각시키고 응축시키기 위한 응축기 (도시하지 않음) 및 휘발성 성분을 분리하고 이어서 재순환시키거나 달리 처분하기 위한 널리 공지된 바와 같은 기타 장비 (도시하지 않음)를 포함할 것이다. 챔버 (80)는 또한, 용기 (75)의 유출구 (88)에 연결되고 챔버 (80)로부터 탈휘발화된 액체 또는 유동성 고체를 배출하도록 구성된 배출 수단 (86), 예컨대 기어 펌프 (도시하지 않음)와 작동 중 소통된다. 복수의 가열 부재 (50) (이들 중 단지 2개만을 도 5에 나타냄)은 플레이트 (40) 및 블록 (45)을 통해 연장되고, 이는 열을 가열원 (54), 예컨대 가열로 또는 보일러 (도시하지 않음)로부터 플레이트 및 블록을 통해 가열 채널 (12) 내의 유동성 물질로 전달한다.
비교로서, 도 7은, US 특허 5,453,158에 개시된 유형의 평판 가열기의 단일 가열 채널 (512)을 도시한 것이고, 이 종래의 가열 채널 디자인은 출원인들에 의해 본 발명 이전의 가장 효율적인 기술로서 고려된 것이다. 가열 채널 (512)은 3개의 대역: 그의 배출구 (530)에서보다 그의 입구 (518)에서 폭이 더 넓은 일반적으로 수렴하는 제1 대역 (510); 채널이 제한 대역 (514)을 가로지르는 압력 강하를 일으킴으로써 제1 대역에서의 휘발성 성분의 실질적인 플래싱을 막으면서 제2 제한 대역에서의 플래싱을 허용하기에 충분한 최소폭을 달성하는 제2 제한 대역 (514); 및 유출구 (520)에서 종결되는 일반적으로 발산하는 제3 대역 (516)을 갖는다. 이 가열 채널 디자인은 휘발성 성분의 플래싱이 제2 대역에서 시작하여 제3 대역에서 계속될 수 있게 한다. US 특허 5,453,158에는, 제1 대역 (510)의 길이가 채널 (512)의 총 길이의 5 내지 20%이고, 제2 대역 (514)의 길이가 채널 (512)의 총 길이의 1 내지 40%이며, 제3 대역 (516)의 길이가 채널 (512)의 총 길이의 40 내지 85%라고 교시되어 있다. 상기 가열 채널 디자인 (예컨대 균일한 0.10 인치 높이, 9.0 인치의 총 길이, 2.8 인치 폭 유입구 및 0.6 인치 길이를 갖는 제1 수렴 대역, 4.8 인치 길이 및 1.9 인치 폭을 갖는 제2 제한 대역, 및 3.6 인치 길이 및 4.2 인치의 배출구 폭을 갖는 제3 발산 대역)을 이용하는 평판 가열기는 채널 당 약 1.23 kg/시간 (채널 당 2.7 파운드/시간) 이하의 속도로 용융된 중합체의 탈휘발화에 사용되었지만, 임의의 보다 높은 채널 당 처리량에서는 효율적인 탈휘발화가 가능하지 않았다. 이러한 제한은 매우 큰 평판의 스택을 필요로 하고 (일부 경우에는 플레이트 당 60개의 가열 슬롯을 갖는 724개의 플레이트 및 145 인치의 총 스택 높이를 필요로 함), 이는 단일 평판 가열기/탈휘발화기 장치가 사용되는 탈휘발화 트레인의 최대 크기에 대한 실질적인 한계 (예컨대 약 330,000 미터톤/년)를 부여하거나, 또는 수반되는 보다 높은 자본 비용과 함께 과다한 평판 가열기/탈휘발화기 트레인의 사용을 필요로 한다. 하기 실시예 및 비교 실시예에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 가열 채널 디자인은 이와 같이 제한되지 않는다.
도 6A, 6B 및 6C는, 본 발명의 장치에서 유용한 가열 채널의 세가지 선택적 실시양태를 나타낸 것이며, 여기서 적어도 일부 가열 채널의 제2 대역은 도 1에 나타낸 단일 유출구 (26)가 아닌 복수의 유출구를 갖는다.
도 6A는, 주위 플레이트 (그 중 하나의 플레이트의 단지 바로 인접한 부분만을 (140) 및 (142)로 나타냄)의 벽 (130) 및 채널 (112)의 바닥 및 천장을 형성하는 인접한 블록 또는 다른 플레이트 (도시하지 않음)에 의해 형성된 공간인, 본 발명의 단일 가열 채널 (112)의 형상을 도시한 것이다. 가열 채널 (112)은 그 자체가 2개의 대역, 즉 그의 유입구 (114)로부터 그의 유출구 (116)까지 비교적 큰 단면적을 갖는 제1 대역 (110), 및 실질적으로 보다 작은 단면적을 갖고 유입구 (124) 및 2개의 유출구 (126) 및 (127)을 포함하는 제2 대역 (120)으로 이루어진다.
도 6B는, 주위 플레이트 (그 중 하나의 플레이트의 단지 바로 인접한 부분만을 (240), (242) 및 (244)로 나타냄)의 벽 (230) 및 채널 (212)의 바닥 및 천장을 형성하는 인접한 블록 또는 다른 플레이트 (도시하지 않음)에 의해 형성된 공간인, 본 발명의 단일 가열 채널 (212)의 형상을 도시한 것이다. 가열 채널 (212)은 그 자체가 2개의 대역, 즉 그의 유입구 (214)로부터 그의 유출구 (216)까지 비교적 큰 단면적을 갖는 제1 대역 (210), 및 실질적으로 보다 작은 단면적을 갖고 유입구 (224) 및 3개의 유출구 (226), (227) 및 (228)를 포함하는 제2 대역 (220)으로 이루어진다.
도 6C는, 주위 플레이트 (그 중 하나의 플레이트의 단지 바로 인접한 부분만을 (340), (342) 및 (344)로 나타냄)의 벽 (330) 및 채널 (312)의 바닥 및 천장을 형성하는 인접한 블록 또는 다른 플레이트 (도시하지 않음)에 의해 형성된 공간인, 본 발명의 단일 가열 채널 (312)의 형상을 도시한 것이다. 가열 채널은 그 자체가 2개의 대역, 즉 그의 유입구 (314)로부터 그의 유출구 (316)까지 비교적 큰 단면적을 갖는 제1 대역 (310), 및 실질적으로 보다 작은 단면적을 갖고 유입구 (324) 및 3개의 엇갈린(staggered) 유출구 (326), (327) 및 (328)를 포함하는 제2 대역 (320)으로 이루어진다. 엇갈린 유출구 (326), (327) 및 (328)를 갖는 이 실시양태에서, 가열 채널로부터의 액체 또는 유동성 고체 배출물 (예컨대 한 실시양태에서는 일련의 용융된 중합체)의 개별 스트림은, 작동 조건 또는 디자인 조건 하에, 배출물 스트림이 실질적으로 완전한 탈휘발화가 일어난 후까지 서로 물리적으로 접촉하지 않도록 방사상으로 충분히 이격되어 있다. 이러한 유출구의 엇갈림은 인접한 유출구로부터의 배출물 액체 또는 유동성 고체의 뒤섞임 (이러한 뒤섞임은 다른 방식으로 빠져나가는 이러한 배출물 스트림 사이에 휘발성 성분을 포획할 수 있음)을 피하도록 도울 수 있다. 이러한 본 발명의 플레이트 가열기로부터의 배출물의 직접적 접촉을 피하기 위한 다른 접근법 (도시하지 않음)은, 상부 플레이트의 가열 채널 유출구가 플레이트 가열기의 보다 하부의 플레이트보다 플레이트 가열기의 축으로부터 더욱 방사상으로 이격되어 있는 역피라미드 구조 (도시하지 않음)에서와 같이 다양한 형상 또는 크기의 플레이트의 스택을 사용하는 것을 포함한다. 이러한 실시양태에서, 배출물 스트림은 샤워 헤드로부터의 물의 스트림과 매우 유사하게 수집 용기 내로 내려간다.
방법의 설명
도 5를 참조로 하여, 본 발명의 방법의 한 실시양태의 작업에서는, 적절한 온도에서 열-유체를 공급원 (54)으로부터 가열 부재 (50)를 통해 펌핑하여, 적층된 플레이트 (40) 및 블록 (45)을 가열한다. 펌프 (62)로부터의 중합체 용액은 중심 챔버 (60)을 충전시키고, 가열 채널 (12)에 도입되고, 가열 채널 (12)을 통해 외부로 유동되어 챔버 (80)로 배출된다. 가열 채널 (12)을 나오는 유동성 물질의 고온, 및 기포점 압력 미만으로의 압력 감소의 결과로, 휘발성 성분이 플래싱되고, 이 플래싱은 가열 채널 (12)의 제2 대역 (20) 내에서 또는 바람직하게는 그의 바로 하류에서 일어난다. 플래싱된 증기는 증기-배기 시스템 (82)에 의해 증기 배출구 (84)를 통해 제거된다. 탈휘발화된 액체 또는 유동성 고체는 중력류에 의해 챔버 (80)의 바닥에 수집되고, 수집 시스템 (86) (이는 예를 들어 밸브, 기어 펌프 또는 압출기일 수 있음 (도시하지 않음))에 의해 배출구 (88)를 통해 배출된다. 용융된 중합체로부터의 용매 및 미반응 단량체 및 공단량체의 제거에 대한 일부 실시양태에서 (용융된 중합체 중의 휘발성 성분의 농도가 매우 높은 경우), 적절한 탈휘발화는 2개 이상의 단계로 용융된 중합체 중의 휘발성 성분의 함량을 감소시키기 위한 연속 작동되는 하나 초과의 본 발명의 장치의 사용을 필요로 할 수 있다.
예시된 실시양태는, 각 채널 (12)이 직사각형 단면을 갖는 것으로 나타내었지만, 유입구 및 유출구의 연부가 라운딩될 수도 있음을 이해한다. 예를 들어, 채널의 유입구, 유출구 및/또는 내부에서 날카로운 모서리를 피하기 위해, 채널을 형성하는 플레이트 또는 블록의 연부를 (날카롭지 않은) 곡선형의 전이부를 갖도록 기계처리할 수 있다.
임의의 특정 액체 또는 유동성 고체에 대한 기화 또는 열-분해 온도는 이미 널리 공지되어 있거나, 또는 당업자가 용이하게 측정할 수 있다. 가열 채널 내의 유동성 물질의 온도는 상기 온도까지 또는 상기 온도를 초과하여 상승되지 않아야 한다. 본 발명의 탈휘발화 장치를 사용하여 용융된 중합체로부터 휘발성 성분 (예컨대 용매, 미반응 단량체 및/또는 공단량체)을 제거하는 경우에는, 전형적으로, 비닐방향족 중합체를 약 350℃ 초과로 가열하거나, 또는 올레핀-기재의 중합체를 약 290℃ 초과로 가열할 필요가 없다.
실시예
하기 실시예는, 본 발명의 장치 및 방법에 의해 달성가능한 놀라운 성능을 예증하기 위해 제공되는 것이다. 실시예는 본 발명의 실시양태를 예시하기 위해 제공된 것이나, 본 발명을 기재된 특정 실시양태로 제한하고자 함은 아니다. 달리 지시되지 않는 한, 모든 부 및 백분율은 중량 기준이다. 모든 수치는 근사치이다. 수치 범위가 주어진 경우, 언급된 범위를 벗어나는 실시양태 또한 본 발명의 범위 내에 포함될 수 있음을 이해하여야 한다. 각각의 실시예에 기재된 특정 세부사항이 본 발명의 필수적 특징으로서 해석되어선 안된다. 당업자는 공지된 유한 요소 모델링 기술을 이용하여 본 발명의 가열 채널 내의 임의의 유동성 물질의 온도 및 압력을 모델링할 수 있다. 실시예 및 비교 실시예의 용융된 중합체, 용매 및 미반응 단량체를 포함하는 유동성 물질에 대한 적합한 모델링 기술은 "International Symposium on Computer Applications in Applied Polymer Science, II. Automation, Modeling and Simulation" (캐나다 토론토)에서 발표되었고, 문헌 [ACS Symposium Series, No. 44, 521-536, 1989]에서 공개된 두마스(C.G. Dumas) 및 딕시트(R. S. Dixit)의 논문 "Finite Element Modeling of Polymer Flow and Heat Transfer in Processing Equipment"에 기재되어 있다. 상기 논문의 개시내용은 본원에 참고로 도입된다.
실시예 1 및 비교 실시예 A
실시예 1 및 비교 실시예 A에서는, 85 중량%의 용융 에틸렌-옥텐 공중합체 (0.5 gm/10분의 용융 지수 (I2)를 가짐) 및 15 중량%의 휘발성 물질 (알칸 용매, 미반응 에틸렌 및 미반응 옥텐 공단량체의 조합)을 포함하는 유동성 물질을 2개의 별도의 탈휘발화 시스템에서 처리하였다.
실시예 1에서, 본 발명의 탈휘발화 장치의 한 실시양태가 사용되었다. 플레이트 가열기 스택은 27개의 플레이트-및-블록 부재 조합 (여기서, 가열 채널은 조합 부재에서 벗어나서 기계화됨) 및 1개의 말단-블록 부재를 가졌고, 각각의 상기 조합 부재는 2개의 가열 채널을 가졌다. 185℃의 온도 (이 온도에서 유동성 물질은 3.9 bar 게이지 [57 psig]의 기포점 압력을 가짐)의 유동성 물질을 도 1에 나타낸 배열을 갖는 54개의 가열 채널을 갖는 평판 가열기로 펌핑하였다. 가열 채널의 치수는 하기와 같았다: 0.25 cm (0.1 인치)의 균일한 높이, 22.9 cm (9 인치)의 총 길이, 21.6 cm (8.5 인치)의 제1 대역 길이, 제2 대역의 유입구로의 평탄한 수렴을 위해 기계처리된 최후 1.9 cm (0.75 인치)를 제외한 모두에 대해 약 5 cm (2 인치)의 제1 대역의 실질적으로 균일한 폭, 1.3 cm (0.5 인치)의 제2 대역 길이, 0.38 cm (0.15 인치)의 제2 대역의 실질적으로 균일한 폭. 제1 대역의 최후 1.9 cm (0.75 인치)를 제외한 모두에 대한 수력학적 반경은 약 0.121 cm (0.0476 인치)였고, 제2 대역의 수력학적 반경은 약 0.076 cm (0.03 인치)였으며, 여기서 비율은 1.59:1이었다. 유동성 물질은 제1 대역으로의 유입구에서 88 bar 게이지 (1276 psig)의 압력을, 또한 제2 대역으로의 유입구에서 26 bar 게이지 (380 psig)의 계산 압력을 가졌으며, 이들 압력은 둘 다 상기 위치에서 유동성 물질의 기포점 압력을 초과하는 것이었다. 각 채널을 통과하는 유동률을 약 3.54 kg/시간 (7.8 파운드/시간)으로 유지하였다. 가열 채널 내에서, 유동성 물질을 간접적 열 교환에 의해 (플레이트 내에 매립된 가열 부재로부터) 약 265℃의 가열 채널의 제1 대역 내의 피크 온도 (이 온도에서 유동성 물질은 16.8 bar 게이지 [243 psig]의 기포점 압력을 가지며, 이는 제2 대역으로의 유입구에서의 26 bar 게이지 [380 psig]의 압력 미만임)까지 가열하였다. 수집 및 증기-분리 용기를 약 20 밀리바 (0.29 psia)의 감압에서 유지하였다. 평판 가열기로의 유입구로부터 수집 및 증기-분리 용기로의 압력 강하는 약 88 bar (1276 psi)였다. 휘발성 물질이 유동성 물질로부터 플래싱되었고, 이를 분리 및 회수하고, 탈휘발화된 중합체 생성물을 회수하였다. 실시예 1에서는 ASTM D-4526에 의해 측정시 2000 wppm 미만의 잔류 휘발성 성분을 갖는 중합체 생성물이 제조되면서 가열 채널 당 3.54 kg/hr (가열 채널 당 7.8 파운드/시간) 이상의 처리량을 달성할 수 있었다.
실시예 1과 비교하기 위해, 비교 실시예 A에서는, 동일한 유동성 물질, 및 평판 가열기가 도 7에 나타낸 바와 같은 US 특허 5,453,158의 3-대역 배열을 갖는 가열 채널을 갖는 것을 제외하고는 실시예 1과 실질적으로 유사한 탈휘발화 장치를 사용하였다. 플레이트 가열기 스택은 100개의 플레이트-및-블록 부재 조합 (여기서, 가열 채널은 조합 부재에서 벗어나서 기계화됨) 및 1개의 말단-블록 부재를 가졌고, 각각의 상기 조합 부재는 2개의 가열 채널을 가졌다. 가열 채널의 치수는 하기와 같았다: 0.25 cm (0.1 인치)의 균일한 높이, 22.9 cm (9 인치)의 총 길이, 1.6 cm (0.63 인치)의 제1 수렴 대역 길이, 11.6 cm (4.6 인치)의 제2 제한 대역 길이, 및 9.7 cm (3.8 인치)의 제3 발산 대역 길이. 제1 수렴 대역으로의 유입구의 폭은 약 7 cm (2.8 인치)였고; 제2 제한 대역의 폭은 5.3 cm (2.1 인치)로 본질적으로 균일하였고; 제3 발산 대역의 폭은 2 단계로 그의 유입구에서의 5.3 cm (2.1 인치)로부터 그의 배출구에서의 10.8 cm (4.2 인치)로 증가하였다. 제1 대역의 수력학적 반경은 그의 유입구에서의 약 0.123 cm (0.048 인치)로부터 그의 유출구에서의 약 0.121 cm (0.047 인치)로 수렴하였다. 제2 제한 대역의 수력학적 반경은 그의 길이 전반에 걸쳐 약 0.121 cm (0.047 인치)로 실질적으로 균일하였다. 제3 대역의 수력학적 반경은 그의 유입구에서의 약 0.121 cm (0.047 인치)로부터 그의 유출구에서의 약 0.124 cm (0.049 인치)로 발산하였다. US 특허 5,453,158에 교시된 바와 같이, 유동성 물질은 제1 대역 (즉, 가열 채널의 최초 1.6 cm (0.625 인치))에서의 플래싱을 피하기 위해 제1 대역에서 실질적으로 일정한 압력 (이 경우 제1 대역의 배출구에 의해 달성가능한 200℃ 피크 온도에서 약 48 bar 게이지 (697 psig))으로 유지되어야 하지만; 제2 제한 대역 내에서는, 유동성 물질이 플래싱하기 시작하였고, 이 플래싱은 제3 대역을 통해, 또한 약 20 밀리바 (0.29 psia)의 감압에서 유지되는 수집 및 증기-분리 용기의 챔버 내로 계속되었다. 이러한 트럼펫형 가열-채널 디자인의 제한 내에서, 가열 채널로의 유입구에서의 유동성 물질의 압력은 약 48 bar 게이지 (697 psig)였고, 상기 유입구와 수집 용기 사이의 압력 강하는 약 48 bar (697 psi)였다. ASTM D-4526에 의해 측정시 2000 wppm 미만의 잔류 휘발성 성분을 갖는 중합체 생성물이 제조되면서 상기 가열 채널에서 달성된 최고 유동률은 가열 채널 당 1.2 kg/hr (가열 채널 당 2.7 파운드/시간)였다.
실시예 2 및 비교 실시예 B
실시예 2 및 비교 실시예 B에서는, 87 중량%의 용융 에틸렌-옥텐 공중합체 (1.0 gm/10분의 용융 지수 (I2)를 가짐) 및 13 중량%의 휘발성 물질 (알칸 용매 및 미반응 에틸렌 및 옥텐 단량체의 조합)을 포함하는 유동성 물질을 2개의 별도의 탈휘발화 시스템에서 처리하였다.
실시예 2에서, 본 발명의 탈휘발화 장치의 한 실시양태가 사용되었다. 플레이트 가열기 스택은 282개의 플레이트 및 283개의 블록을 가졌고, 각 플레이트는 40개의 가열 채널을 가졌다. 208℃의 온도 (이 온도에서 유동성 물질은 6 bar 게이지 [88 psig]의 기포점 압력을 가짐)의 유동성 물질을 도 1에 나타낸 배열을 갖는 11,280개의 가열 채널을 갖는 평판 가열기로 펌핑하였다. 가열 채널의 치수는 하기와 같았다: 0.25 cm (0.1 인치)의 균일한 높이, 22.9 cm (9 인치)의 총 길이, 21.6 cm (8.5 인치)의 제1 대역 길이, 제2 대역의 유입구로의 평탄한 수렴을 위해 기계처리된 최후 1.9 cm (0.75 인치)를 제외한 모두에 대해 5.1 cm (2 인치)의 제1 대역의 실질적으로 균일한 폭, 1.3 cm (0.5 인치)의 제2 대역 길이, 및 0.38 cm (0.15 인치)의 제2 대역의 실질적으로 균일한 폭. 제1 대역의 최후 1.9 cm (0.75 인치)를 제외한 모두에 대한 수력학적 반경은 약 0.121 cm (0.0476 인치)였고, 제2 대역의 수력학적 반경은 약 0.076 cm (0.03 인치)였고, 여기서 비율은 1.59:1이었다. 유동성 물질은 제1 대역으로의 유입구에서 127 bar 게이지 (1847 psig)의 압력을, 또한 제2 대역으로의 유입구에서 33.5 bar 게이지 (486 psig)의 계산 압력을 가졌으며, 이들 압력은 둘 다 상기 위치에서 유동성 물질의 기포점 압력을 초과하는 것이었다. 각 채널을 통과하는 유동률을 약 5 kg/시간 (11 파운드/시간)으로 유지하였다. 가열 채널 내에서, 유동성 물질을 간접적 열 교환에 의해 (플레이트 내에 매립된 가열 부재로부터) 약 265℃의 가열 채널의 제1 대역 내의 피크 온도 (이 온도에서 유동성 물질은 16.8 bar 게이지 [243 psig]의 기포점 압력을 가지며, 이는 제2 대역으로의 유입구에서의 33.5 bar 게이지 [486 psig]의 압력 미만임)까지 가열하였다. 수집 및 증기-분리 용기의 챔버 내의 압력을 약 20 밀리바 (0.29 psia)의 감압에서 유지하였다. 평판 가열기 유입구로부터 수집 및 증기-분리 용기로의 압력 강하는 약 127 bar (1847 psi)였다. 휘발성 물질이 유동성 물질로부터 플래싱되었고, 이를 분리 및 회수하고, 탈휘발화된 중합체 생성물을 회수하였다. 실시예 2에서는 ASTM D-4526에 의해 측정시 2000 wppm 미만의 잔류 휘발성 성분을 갖는 중합체 생성물이 제조되면서 가열 채널 당 5 kg/hr (가열 채널 당 11 파운드/시간) 이상의 처리량을 달성할 수 있었다.
실시예 2와 비교하기 위해, 비교 실시예 B에서는, 동일한 유동성 물질, 및 평판 가열기의 가열 채널이 도 7에 나타낸 바와 같은 US 특허 5,453,158의 3-대역 배열을 갖는 것을 제외하고는 실시예 2와 유사한 탈휘발화 장치를 사용하였다. 플레이트 가열기 스택은 1068개의 플레이트 및 1069개의 블록을 가졌고, 각 플레이트는 40개의 가열 채널을 가졌다. 가열 채널의 치수는 하기와 같았다: 약 0.25 cm (0.1 인치)의 균일한 높이, 22.9 cm (9 인치)의 총 길이, 1.6 cm (0.63 인치)의 제1 수렴 대역 길이, 11.6 cm (4.6 인치)의 제2 제한 대역 길이, 및 9.7 cm (3.8 인치)의 제3 발산 대역 길이. 제1 수렴 대역으로의 유입구의 폭은 7 cm (2.8 인치)였고; 제2 제한 대역의 폭은 5.3 cm (2.1 인치)로 본질적으로 균일하였고; 제3 발산 대역의 폭은 2 단계로 그의 유입구에서의 5.3 cm (2.1 인치)로부터 그의 배출구에서의 10.8 cm (4.2 인치)로 증가하였다. 제1 대역의 수력학적 반경은 그의 유입구에서의 약 0.123 cm (0.048 인치)로부터 그의 유출구에서의 약 0.121 cm (0.047 인치)로 수렴하였다. 제2 제한 대역의 수력학적 반경은 그의 길이 전반에 걸쳐 약 0.121 cm (0.047 인치)로 실질적으로 균일하였다. 제3 대역의 수력학적 반경은 그의 유입구에서의 약 0.121 cm (0.047 인치)로부터 그의 유출구에서의 약 0.124 cm (0.049 인치)로 발산하였다. US 특허 5,453,158에 교시된 바와 같이, 유동성 물질은 가열 채널의 최초 1.6 cm (0.625 인치)에서의 플래싱을 피하기 위해 제1 대역에서 실질적으로 일정한 압력 (이 경우 제1 대역의 배출구에 의해 달성가능한 208℃ 피크 온도에서 약 54.8 bar 게이지 (795 psig))으로 유지되어야 하지만; 제2 대역 내에서는, 유동성 물질이 플래싱하기 시작하였고, 이 플래싱은 제3 대역을 통해, 또한 약 20 밀리바 (0.29 psia)의 감압에서 유지되는 수집 및 증기-분리 용기의 챔버 내로 계속되었다. 이러한 트럼펫형 가열-채널 디자인의 제한 내에서, 가열 채널로의 유입구에서의 유동성 물질의 압력은 약 54.8 bar 게이지 (795 psig)였고, 상기 유입구와 수집 용기 사이의 압력 강하는 약 54.8 bar (795 psi)였다. ASTM D-4526에 의해 측정시 2000 wppm 미만의 잔류 휘발성 성분을 갖는 중합체 생성물이 제조되면서 상기 가열 채널에서 달성된 최고 유동률은 가열 채널 당 1.3 kg/hr (가열 채널 당 2.9 파운드/시간)였다.
이들 실시예는, 동일한 수준의 유동성 물질의 탈휘발화를 제공하면서, 본 발명의 장치의 2-대역, 보틀형 가열-채널 디자인 (도 1에 나타낸 바와 같음)은 US 특허 5,453,158의 3-대역, 트럼펫형 가열-채널 디자인 (도 7에 나타낸 바와 같음)에 의해 달성가능한 것보다 실질적으로 더 높은 채널 당 처리량을 가능하게 함을 보여준다. 일부 실시양태에서, 본 발명의 보틀형 가열 채널 디자인은, 총 채널 길이가 동일한 트럼펫형 채널 (US 특허 5,453,158에 기재된 바와 같음)의 처리량의 전형적으로 1.2 내지 10배, 바람직하게는 1.5 내지 7배, 보다 바람직하게는 2 내지 5배의 채널 당 처리량을 가능하게 하였다. 이러한 놀라운 결과는 훨씬 더 효율적이고 저비용이 드는 탈휘발화 장치의 디자인 (US 특허 5,453,158 디자인에서의 플레이트 수의 단지 일부만을 필요로 함)을 가능하게 하는 것이다. 다르게는, 동일한 수의 플레이트를 사용하는 경우, 본 발명의 가열 채널 배열을 이용하는 평판 가열기는 수배 더 많은 유동성 물질을 처리하여, 동일한 스택 높이에 대해 보다 높은 용량을 제공할 수 있다.
실시예 3 및 4, 및 비교 실시예 C
하기 표 및 실시예는 상기 결과를 더욱 강조하는 것이다.
Figure 112012072779953-pct00001
비교 실시예 C에서는, 매우 큰 (368 cm [145 인치]의 총 스택 높이) 724개의 플레이트 및 블록의 층을 갖는 평판 가열기를 가지며, US 특허 5,453,158의 트럼펫형 가열 채널을 갖는 탈휘발화 장치에서 달성가능한 실제-최대 생산율 (약 370,000 미터톤/년, KTA)의 계산을 수행하였다. 실시예 3 및 4에서는, 각 경우에 본 발명의 보틀형 가열 채널을 갖는 평판 가열기를 사용하여, 보다 높은 비율로 동일한 중합체의 동등한 탈휘발화를 가능하게 하는 평판 가열기의 크기를 결정하기 위해 유사한 계산을 수행하였다. 실시예 3의 계산에서는, 스택 높이가 비교 실시예 C의 스택 높이의 약 50%인 본 발명의 장치가, 비교 실시예 C의 생산율 (370 KTA)의 약 120%인 생산율 (446 KTA)을 가능하게 함을 보여준다. 실시예 4의 계산에서는, 비교 실시예 C의 스택 높이와 동일한 스택 높이를 갖는 본 발명의 장치가, 비교 실시예 C의 생산율 (370 KTA)의 250%인 생산율 (925 KTA)을 가능하게 함을 보여준다.
본 발명을 제한된 수의 실시양태에 대하여 기재하였지만, 본 발명의 한 실시양태의 특정 특징이 그의 다른 실시양태에 속하는 것으로 여겨지지는 않아야 한다. 단일 실시양태가 본 발명의 모든 측면을 대표하는 것은 아니다. 기재된 실시양태로부터의 변화 및 변형이 존재한다. 끝으로, 본원에 개시된 임의의 수치는, 그 수치를 기재하는 데 있어 용어 "약" 또는 "대략"이 사용되었는지의 여부에 관계없이 근사치를 의미하는 것으로 해석되어야 한다. 첨부된 특허청구범위는 이러한 모든 변형 및 변화를 본 발명의 범주 내에 속하는 것으로 포함하도록 의도된다.

Claims (24)

  1. (a) 하나 이상의 용융된 중합체 및 하나 이상의 용해된 또는 연행된(entrained) 휘발성 성분을 포함하는 가압된 유동성 물질을 공급하기 위한 펌프,
    (b) 수집-및-휘발물-분리 용기, 및
    (c) 복수의 가열 채널을 한정하는 다수의 플레이트로서, 각 채널은 실질적으로 균일한 높이를 갖고,
    (1) 평균 수력학적 반경, 및 (2) 펌프로부터 유동성 물질을 수용하도록 구성된 유입구를 갖는 제1 대역, 및
    제1 대역으로부터 유동성 물질을 수용하도록 구성되고, 유동성 물질을 수집-및-휘발물-분리 용기로 배출하도록 구성된 하나 이상의 유출구를 갖는, 각 채널의 나머지를 구성하는 제2 대역
    을 포함하는 2개의 대역을 갖는 것인, 복수의 가열 채널을 한정하는 다수의 플레이트, 및
    (d) 플레이트의 적어도 일부를 가열하여 유동성 물질이 가열 채널을 통해 유동할 때에 그의 온도를 증가시키도록 구성된 복수의 가열 부재
    를 포함하며,
    유동성 물질은 유동성 물질의 온도에 따라 변하는 기포점 압력을 특징으로 하고,
    제2 대역의 유출구는 제1 대역의 평균 수력학적 반경보다 작은 수력학적 반경을 가지며,
    적어도 일부 가열 채널의 디자인 또는 작동은, 이들 가열 채널의 제1 대역 내의 모든 위치에서 유동성 물질의 압력이 유동성 물질의 기포점 압력을 초과하도록 하는 것인, 탈휘발화 장치.
  2. 하나 이상의 액체 또는 유동성 고체, 뿐만 아니라 하나 이상의 연행된 또는 용해된 휘발성 성분을 포함하는 가압된 유동성 물질을 공급하기 위한 공급 수단,
    수집-및-휘발물-분리 수단, 및
    복수의 가열 채널을 한정하는 다수의 플레이트로서, 각 채널은
    (1) 평균 수력학적 반경, 및 (2) 공급 수단으로부터 유동성 물질을 수용하도록 구성된 유입구를 갖는 제1 대역, 및
    제1 대역으로부터 유동성 물질을 수용하도록 구성되고, 유동성 물질을 수집-및-휘발물-분리 수단으로 배출하도록 구성된 하나 이상의 유출구를 갖는, 각 채널의 나머지를 구성하는 제2 대역
    을 포함하는 2개의 대역을 갖는 것인, 복수의 가열 채널을 한정하는 다수의 플레이트
    를 포함하며,
    유동성 물질은 유동성 물질의 온도에 따라 변하는 기포점 압력을 특징으로 하고,
    제2 대역의 유출구는 제1 대역의 평균 수력학적 반경보다 작은 수력학적 반경을 가지며,
    적어도 일부 가열 채널의 디자인 또는 작동은, 이들 가열 채널의 제1 대역 내의 모든 위치에서 유동성 물질의 압력이 유동성 물질의 기포점 압력을 초과하도록 하는 것인, 탈휘발화 장치.
  3. 제2항에 있어서, 플레이트를 가열하여, 유동성 물질이 가열 채널을 통해 유동할 때에 열을 유동성 물질 내로 전달하여 그의 온도를 증가시키도록 구성된 복수의 가열 부재를 추가로 포함하는, 탈휘발화 장치.
  4. 제1항에 있어서, 가열 부재가 플레이트 내로, 플레이트를 통해, 또는 플레이트에 인접하여 직각으로 장착되고, 가열 부재가 전기적 가열 부재, 열-유체 가열 부재 또는 그의 조합으로부터 선택되는 것인, 탈휘발화 장치.
  5. 제1항에 있어서, 가열 부재가, 유동성 물질이 각 가열 채널을 통해 유동할 때에 열을 유동성 물질에 전달하여, 작동 조건에서 또는 디자인 조건에서, 유동성 물질의 온도가 (a) 용융된 중합체 자체가 기화되거나 분해되는 최저 온도 미만, 및 (b) 제1 대역의 하류 지점에서 용융된 중합체로부터 휘발성 성분의 플래싱(flashing)을 일으키는데 필요한 온도 이상인 값으로 상승되도록 하기에 충분히 플레이트를 가열하도록 구성된 것인, 탈휘발화 장치.
  6. 제1항에 있어서, 적어도 일부 가열 채널이 단일 유출구를 갖는 것인, 탈휘발화 장치.
  7. 제1항에 있어서, 적어도 일부 가열 채널이 2 또는 3개의 유출구를 갖는 것인, 탈휘발화 장치.
  8. 제7항에 있어서, 적어도 일부 가열 채널의 제2 대역의 유출구들이, 작동 조건 또는 디자인 조건 하에, 인접한 유출구로부터의 용융된 중합체 배출물이 완전한 탈휘발화가 일어난 후까지 서로 물리적으로 접촉하지 않도록 충분히 이격된 것인, 탈휘발화 장치.
  9. 제1항에 있어서, 적어도 일부 가열 채널에 대해 그의 제2 대역의 수력학적 반경이, 작동 조건 또는 디자인 조건 하에, 제1 대역 내의 유동성 물질의 압력이 제1 대역 내의 유동성 물질의 최고 온도에서 그의 기포점 압력을 5% 이상 초과하도록 크기조절된 것인, 탈휘발화 장치.
  10. 제1항에 있어서, 적어도 일부 가열 채널의 총 길이가 15 cm 내지 31 cm이고, 이들 가열 채널의 제1 대역의 길이가 14 cm 내지 29 cm인, 탈휘발화 장치.
  11. 제1항에 있어서, 적어도 일부 가열 채널의 총 길이가 20 cm 내지 26 cm이고, 이들 가열 채널의 제1 대역의 길이가 17 cm 내지 25 cm인, 탈휘발화 장치.
  12. 제1항에 있어서, 적어도 일부 가열 채널이 0.90:1 내지 0.99:1의 제1 대역 길이 대 가열 채널의 총 길이의 비율을 갖는 것인, 탈휘발화 장치.
  13. 제1항에 있어서, (i) 제1 대역의 평균 수력학적 반경 대 (ii) 최소 단면적을 갖는 제2 대역의 부분의 수력학적 반경의 비율이 1.05:1 내지 10:1인, 탈휘발화 장치.
  14. 제1항에 있어서, 적어도 일부 가열 채널의 제1 대역이 제1 대역의 길이를 따라 실질적으로 균일한 수력학적 반경을 갖는 것인, 탈휘발화 장치.
  15. 제1항에 있어서, 적어도 일부 가열 채널의 제1 대역이 제1 대역의 길이를 따라 수렴하고/거나 발산하거나, 또는 제1 대역의 길이를 따라 수렴하고/거나 실질적으로 균일하고/거나 발산하는 것의 일부 조합인 단면적을 갖는 것인, 탈휘발화 장치.
  16. 제1항에 있어서, 가열 채널 및 장치의 나머지가, (i) 각 가열 채널의 제1 대역 내의 모든 위치에서의 유동성 물질의 압력이 제1 대역 내의 유동성 물질의 최고 온도에서 그의 기포점 압력을 5% 이상 초과하고, (ii) 가열 채널 당 유동성 물질의 처리량이 1.4 kg/hr 초과이고, (iii) 제2 대역 내에서 또는 제2 대역의 하류에서 유도된 휘발성 성분의 플래싱이 2000 wppm 이하인 휘발성 성분의 잔류 농도를 갖는 분리된 액체 또는 유동성-고체 생성물을 생성하도록 디자인되거나 작동되는 것인, 탈휘발화 장치.
  17. 제1항에 있어서, 적어도 일부 가열 채널이, 작동 조건 또는 디자인 조건 하에, 가열 채널 당 유동성 물질의 처리량이 2 내지 10 kg/hr가 되도록 크기조절된 것인, 탈휘발화 장치.
  18. 제1항에 있어서, 적어도 일부 가열 채널이, 작동 조건 또는 디자인 조건 하에, 상기 가열 채널의 제1 대역의 유입구와 유출구 사이의 압력 강하가 100 psig 이상이 되도록 크기조절된 것인, 탈휘발화 장치.
  19. 액체 또는 유동성 고체, 뿐만 아니라 하나 이상의 연행된 또는 용해된 휘발성 성분을 포함하는 유동성 물질을, 탈휘발화 조건 하에 작동시키면서 제2항의 탈휘발화 장치로 통과시키는 것을 포함하는, 유동성 물질의 탈휘발화 방법.
  20. 제19항에 있어서, 휘발성 성분을 분리하여, 탈휘발화 장치 내로 도입된 유동성 물질 중 휘발성 성분의 농도보다 90% 이상 낮은 휘발성 성분의 잔류 농도를 갖는 생성물을 생성하는, 유동성 물질의 탈휘발화 방법.
  21. 제19항에 있어서, 탈휘발화 장치 내로 도입된 유동성 물질의 액체 또는 유동성 고체 성분이, 용융된 중합체, 치즈, 초콜릿, 당밀, 기타 유동성 식품, 왁스, 중유, 타르, 아스팔트, 기타 유동성 건축 재료, 수액, 펄프, 종이, 비누, 바이오매스, 접착제, 제약, 점성 액체, 또는 그의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 유동성 물질의 탈휘발화 방법.
  22. 제19항에 있어서, 탈휘발화 장치 내로 도입된 유동성 물질이, 0.3 내지 200 gm/10분의 용융 유량 (I2)을 갖는 하나 이상의 용융된 중합체, 및 미반응 단량체, 용매 및 미반응 공단량체, 및 그의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 휘발성 성분을 포함하는 것인, 유동성 물질의 탈휘발화 방법.
  23. 제22항에 있어서, 중합체가 (i) 하나 이상의 비닐방향족 단량체의 단독중합체 및 공중합체 (그래프트 공중합체 포함) 및 그의 다른 중합체와의 블렌드, 및 (ii) 하나 이상의 C2 내지 C10 올레핀의 단독중합체 및 공중합체 (그래프트 공중합체 포함) 및 그의 다른 중합체와의 블렌드로 이루어진 군으로부터 선택되고, 탈휘발화된 생성물이 2000 wppm 미만의 휘발성 성분의 잔류 함량을 갖는 것인, 유동성 물질의 탈휘발화 방법.
  24. 생성되는 중합체를 용매 내에 용해시키거나 현탁시키고, 용융된 형태의 중합체, 용매, 및 하나 이상의 미반응 단량체 또는 공단량체를 포함하는 유동성 물질을 처리하여 용융된 중합체로부터 용매 및 미반응 단량체 또는 공단량체의 대부분을 제거하며, 제1항의 탈휘발화 장치를 유동성 물질의 처리에 사용하여 2000 wppm 미만의 용매 및 미반응 단량체 또는 공단량체의 잔류 함량을 갖는 탈휘발화된 중합체 생성물을 생성하는 것을 포함하는 개선점을 갖는, 지지된 또는 비지지된 촉매의 존재 하에서의 하나 이상의 단량체 및 선택적으로 하나 이상의 공단량체로부터의 중합체의 제조 방법.
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