KR102628371B1 - Solid state polymerization apparatus and method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 배치(batch) 방식을 이용해서 직접 열 가열하여 재생 재활용 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 고상중합(solid state polymerization; SSP) 처리하도록 구현한 고상중합 장치 및 방법에 관한 것으로, 고상중합부가 유입구와 배출구를 가진 챔버를 구비하여, 재생 재활용 폴리에틸렌테레프탈레이트를 챔버 내로 유입받아 고상중합 처리해서 배출해 주며; 구동모터부가 구동 제어에 따라 고상중합부를 회전 구동시켜 주며; 진공펌프부가 챔버와 연결 형성되어, 구동 제어에 따라 챔버의 내부를 진공상태로 만들어 주며; 가열부가 챔버의 외부면에 형성시켜, 구동 제어에 따라 챔버의 외부면을 직접 가열하여 챔버의 내부를 기 설정된 온도로 유지해 주며; 제어부가 구동모터부, 진공펌프부, 가열부의 구동을 제어해 준다.The present invention relates to a solid state polymerization device and method implemented to process recycled polyethylene terephthalate (PET) through solid state polymerization (SSP) by directly heating it using a batch method, wherein the solid state polymerization unit is connected to the inlet. It is equipped with a chamber with an outlet and an outlet, so that recycled polyethylene terephthalate flows into the chamber, undergoes solid-state polymerization, and discharges it; The driving motor unit rotates the solid phase polymerization unit according to drive control; The vacuum pump unit is connected to the chamber and creates a vacuum inside the chamber according to driving control; A heating unit is formed on the outer surface of the chamber to directly heat the outer surface of the chamber according to drive control to maintain the inside of the chamber at a preset temperature; The control unit controls the operation of the drive motor unit, vacuum pump unit, and heating unit.
Description
본 발명의 기술 분야는 고상중합 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 배치(batch) 방식을 이용해서 직접 열 가열하여 재생 재활용 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 고상중합(solid state polymerization; SSP) 처리하도록 구현한 고상중합 장치 및 방법에 관한 것이다.The technical field of the present invention relates to solid state polymerization devices and methods, and in particular, solid state polymerization (SSP) treatment of recycled polyethylene terephthalate (PET) by direct thermal heating using a batch method. It relates to a solid-state polymerization device and method.
고내열 특성을 갖는 고분자(즉, 중합체) 조성물이, 자동차 부품, 전기, 전자제품, 기계부품, 음료용기, 섬유, 필름, 타이어 코드 등에 널리 사용되고 있다. 이러한 중합체로는, 나일론(Nylon) 66, 나일론 6 등의 지방족 폴리아미드 중합체, 나일론 6T, 나일론 9T, 나일론 10T, 나일론 12T 등의 방향족 폴리아미드 중합체(즉, 고내열 나일론 수지), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지 등의 폴리에스테르 수지, 폴리카보네이트(PC) 수지 등이 있다. 그리고 중합체의 고내열, 고충격 특성을 향상시키기 위해서는, 중합체의 고유점도(IV)를 높이는 것이 필요하다.Polymer (i.e., polymer) compositions with high heat resistance properties are widely used in automobile parts, electrical and electronic products, mechanical parts, beverage containers, fibers, films, tire cords, etc. Such polymers include aliphatic polyamide polymers such as Nylon 66 and Nylon 6, aromatic polyamide polymers such as Nylon 6T, Nylon 9T, Nylon 10T, and Nylon 12T (i.e., high heat-resistant nylon resin), and polyethylene terephthalate ( There are polyester resins such as PET) resins, and polycarbonate (PC) resins. And in order to improve the high heat resistance and high impact properties of the polymer, it is necessary to increase the intrinsic viscosity (IV) of the polymer.
예를 들어, 0.5 dl/g 이상의 높은 고유점도를 가지는 중합체를 얻기 위한 방법으로서, 용융 공정이라고 불리는 용융된 수지의 중축합(condensation polymerization) 과정을 수행할 수 있다. 그러나 이러한 용융 공정은 중합체(특히, 결정성 고분자)의 높은 점성으로 인해 중축합 및 이송 중 높은 전단(shear)이 발생되고, 이로 인해 생성물이 분해될 우려가 있다. 이를 해소하기 위해서는, 용융 공정 중, 중합물의 온도를 용융온도 이상으로 높게 올려 운전 및 생산해야 하므로, 특히 용융온도가 높은 고내열성 수지에서는 엄청난 에너지 사용량 등에 의해 경제적이지 못하다. 또한, 장기 운전 시 중합물이 탄화되어 최종 제품에 탄화 이물(contamination)이 다량 포함될 수 있고, 제품이 변색(discoloraton)되어 높은 백색도를 요구하는 제품에 사용되지 못할 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 고상중합(solid state polymerization; SSP) 방식을 사용한다.For example, as a method to obtain a polymer with a high intrinsic viscosity of 0.5 dl/g or more, a condensation polymerization process of molten resin, called a melt process, can be performed. However, this melting process generates high shear during polycondensation and transport due to the high viscosity of polymers (especially crystalline polymers), which raises the risk of decomposition of the product. In order to solve this problem, during the melting process, the temperature of the polymer must be raised above the melting temperature to operate and produce, so it is not economical due to the enormous amount of energy used, especially in the case of high heat-resistant resins with high melting temperatures. In addition, during long-term operation, the polymer may carbonize and the final product may contain a large amount of carbonized contaminants, and the product may discolor, making it unusable for products requiring high whiteness. To solve this problem, solid state polymerization (SSP) is used.
이러한 고상중합은 무정형 상태인 중합체 칩(chip), 예비중합체(prepolymer) 등을 고상중합 장치에 투입한 뒤, 불활성 가스를 순환 공급하면서, 수 시간에서 수십 시간 동안 가열하는 공정을 포함한다. 불활성 가스로는, 중합체의 유리전이온도 이상 용융온도 미만(예, 130 내지 250℃ 범위)으로 가열한 질소가 주로 사용된다. 고상중합에 불활성 가스를 사용하는 이유는 중합이 수행되는 계 내에 산소와 같은 활성 가스가 존재할 경우, 고온 상태에서 중합이 진행되면서 일부 제품에서는 심각한 황변, 갈변 등의 변색 문제가 발생될 수 있기 때문이다. 즉, 반응기에 불활성 가스를 순환시킴으로써, 활성 가스 유입을 최소화하고, 공정 중 발생하는 물, 알데히드, 글리콜, 페놀 등의 반응 부산물을 함께 배출할 수 있다. 부산물이 고상중합 장치의 반응기로 재순환될 경우, 순환되는 불활성 가스의 순도가 점차적으로 저하되고, 그 결과 중합체가 변색되거나, 높은 부산물의 농도에 의해 반응속도가 저하되거나 중합반응이 역으로 진행될 수 있다. 따라서 불활성 가스는 재투입 전에 부산물을 제거하여야 한다. 이와 같이 불활성 가스 기류에 포함된 물 등의 부산물을 제거하고 순도를 유지하기 위해, 많은 에너지와 비용을 필요로 하여, 경제적이지 못하다는 단점이 있다.This solid-state polymerization involves putting amorphous polymer chips, prepolymers, etc. into a solid-state polymerization device and heating them for several to tens of hours while circulating inert gas. As an inert gas, nitrogen heated to a temperature above the glass transition temperature of the polymer but below the melting temperature (e.g., in the range of 130 to 250°C) is mainly used. The reason for using an inert gas in solid-state polymerization is that if an active gas such as oxygen is present in the polymerization system, serious discoloration problems such as yellowing and browning may occur in some products as polymerization proceeds at high temperature. . That is, by circulating an inert gas in the reactor, the inflow of active gas can be minimized, and reaction by-products such as water, aldehyde, glycol, and phenol generated during the process can be discharged together. When by-products are recycled to the reactor of the solid-state polymerization device, the purity of the circulating inert gas gradually decreases, and as a result, the polymer may discolor, the reaction rate may decrease due to a high by-product concentration, or the polymerization reaction may proceed in reverse. . Therefore, the by-products must be removed from the inert gas before reintroduction. In order to remove by-products such as water contained in the inert gas stream and maintain purity, a lot of energy and cost are required, which has the disadvantage of being uneconomical.
배치(batch) 방식 고상중합 장치로는, 수직형의 반응기 상부에 회전날개를 장착해 교반하면서 반응을 진행하는 고정식과. 상하부 모두 원추형으로 되어 있는 반응기를 활용해 예비중합체를 투입한 후 밀봉하고 진공 상태에서 반응기 몸체 전체를 회전시키면서 반응을 진행하는 회전형(tumbler) 방식이 있다. 또한, 연속식 고상중합 장치로는, 호퍼(hopper)형과 수평 원형 반응기 방식이 있다. 호퍼형은 원통상의 상부와 역원추상의 바닥부를 가지는 수직형의 반응기를 사용하여, 상부에 예비중합체를 투입하고, 동시에 반응기 하부 역원추상의 바닥 부근에서 가열된 불활성 가스를 투입하여, 바닥으로 최종 제품(중합체)이 배출되고 상부로 반응 중 발생된 불순물을 함유한 불활성 가스가 배출되도록 구성된 것이다. 그리고 수평 원형 반응기 방식은 내부에 스크루나 디스크형의 교반 날개를 가진 횡형의 원형 반응기를 사용하여, 입구 쪽으로 예비중합체를 투입하고, 동시에 가열된 불활성 가스를 투입하며 교반 날개를 활용해 혼합하여, 제품(중합체)은 입구 반대 방향의 배출구 쪽으로 배출하고, 불순물을 함유한 불활성 가스는 반응기 배출구 쪽 상부로 배출되도록 구성된 것이다.The batch type solid-state polymerization device includes a fixed type in which rotary blades are mounted on the top of a vertical reactor and the reaction proceeds while stirring. There is a tumbler method that utilizes a reactor with conical shapes on both the upper and lower sides, injects the prepolymer, seals it, and proceeds with the reaction by rotating the entire reactor body in a vacuum. In addition, continuous solid-state polymerization devices include a hopper type and a horizontal circular reactor type. The hopper type uses a vertical reactor with a cylindrical top and an inverted cone-shaped bottom, injecting prepolymer into the top, and simultaneously injecting heated inert gas near the bottom of the inverted cone at the bottom of the reactor. It is configured so that the product (polymer) is discharged and inert gas containing impurities generated during the reaction is discharged to the top. The horizontal circular reactor method uses a horizontal circular reactor with a screw or disc-shaped stirring blade inside, injects the prepolymer into the inlet, simultaneously injects heated inert gas, and mixes using the stirring blade, producing the product. (Polymer) is discharged toward the outlet opposite to the inlet, and inert gas containing impurities is discharged toward the upper outlet of the reactor.
이러한 배치 방식 고상중합 장치는 연속식 고상중합 장치에 비하여 예비중합체의 열 이력을 동등하게 유지할 수 있기 때문에 균일한 고유점도를 얻을 수 있으나, 배치 로트(lot) 당 생산량이 적고, 사이클 타임(cycle time)이 길며, 반응을 위해 지속적으로 승온 및 냉각 과정을 반복해야 하므로 에너지 손실이 커서 제품의 원가가 높아지는 단점이 있다.This batch-type solid-state polymerization device can maintain the thermal history of the prepolymer equally compared to the continuous solid-state polymerization device, so it can obtain uniform intrinsic viscosity, but the production volume per batch lot is low and the cycle time is low. ) is long, and the heating and cooling process must be repeated continuously for the reaction, which has the disadvantage of increasing the cost of the product due to large energy loss.
연속식 고상중합 장치는 배치 방식에 비하여 안정적(steady state)이고 사이클 타임이 짧아 높은 로트 생산성을 가지며, 작은 크기의 설비로도 양산이 가능하여, 투자비 및 에너지 손실이 적고 제품 원가를 낮출 수 있으나, 배치 방식 대비 분자량 분포가 다소 넓어질 수 있으며, 이에 따라 최종 제품으로 몰드 성형 시, 1개 몰딩에 필요한 사이클 타임이 길어져 몰드 제품의 생산성이 저하될 수 있다. 또한, 반응기 몸체가 고정되고, 교반 날개가 회전하는 횡형 반응기의 경우, 고상중합 시, 교반 날개 끝단부의 팁(tip) 부분 면과 반응기 내벽 사이에 설비의 열팽창 문제로 빈 공간이 존재하여야 하나, 공간에 중합체가 유동이 거의 없는 정체 구간(stagnant zone)이 형성될 수 있고, 이로 인해 탄화 이물(contamination) 등이 생성되어 제품 품질이 저하될 우려가 있으며, 예비중합체의 분쇄로 인한 입도변화의 원인이 될 수 있다. 그리고 진공 상태에서 연속적으로 원료를 공급/배출시키는 것이 어렵기 때문에 불활성 가스를 사용하나, 가스의 가열과 냉각을 반복해야 하며 부산물을 제거한 순수한 불활성 가스만을 회수하기 위해서는 별도의 불활성 가스의 정제공정이 필요하다. 이로 인해, 배치 방식에 비해 에너지 효율이 좋지 않다는 단점이 있다. 따라서 예비중합체의 정체 구간 형성을 방지할 수 있고, 진공 상태에서 반응이 가능한 고상중합 장치의 개발이 필요하다고 할 것이다.Continuous solid-state polymerization equipment has high lot productivity due to its steady state and short cycle time compared to the batch method, and can be mass-produced even with small-sized equipment, resulting in lower investment costs and energy loss and lower product costs. Compared to the batch method, the molecular weight distribution may be somewhat wider, and as a result, when molding the final product, the cycle time required for one molding may be longer, which may reduce the productivity of the molded product. In addition, in the case of a horizontal reactor in which the reactor body is fixed and the stirring blade rotates, during solid phase polymerization, an empty space must exist between the tip surface of the end of the stirring blade and the inner wall of the reactor due to thermal expansion of the equipment. A stagnant zone in which there is little polymer flow may be formed, which may lead to the generation of carbonized contaminants, which may deteriorate product quality, and may cause particle size changes due to pulverization of the prepolymer. It can be. Since it is difficult to continuously supply and discharge raw materials in a vacuum, inert gas is used, but heating and cooling of the gas must be repeated, and a separate inert gas purification process is required to recover only pure inert gas with by-products removed. do. Because of this, there is a disadvantage that energy efficiency is not good compared to the batch method. Therefore, it would be necessary to develop a solid-state polymerization device that can prevent the formation of a stagnation zone in the prepolymer and allows the reaction to occur in a vacuum.
한국등록특허 제10-1612159호(2016.04.06. 등록)는 연속식 고상중합 장치 및 방법에 관하여 개시되어 있는데, 연속적으로 예비중합체를 투입하기 위한 피더; 피더에 제1연결부를 통해 연결되어, 피더로부터 예비중합체를 수용하여 고상중합이 수행되며, 반응기 자체가 회전하는 횡형 반응기; 횡형 반응기 내에서, 횡형 반응기의 회전축과 반대 방향으로 회전하는 교반 축, 및 교반 축에 수직방향으로 접합되는 교반 날개를 포함하는 교반 장치; 및 횡형 반응기에 제2연결부를 통해 연결되어, 횡형 반응기로부터 배출된 고상중합이 완료된 중합체를 수용하고 배출하기 위한 챔버를 포함하며, 피더, 횡형 반응기 및 챔버는 진공 상태인 것을 특징으로 한다. 개시된 기술에 따르면, 예비중합체의 정체 구간 형성을 방지할 수 있고, 불활성 가스의 사용 없이, 진공 상태에서 연속적으로 고상중합 수 있는 경제성을 가지고 있다.Korean Patent No. 10-1612159 (registered on April 6, 2016) discloses a continuous solid-state polymerization device and method, including a feeder for continuously adding a prepolymer; a horizontal reactor connected to the feeder through a first connection, receiving the prepolymer from the feeder to perform solid-state polymerization, and rotating the reactor itself; In the horizontal reactor, a stirring device including a stirring shaft rotating in a direction opposite to the rotation axis of the horizontal reactor, and a stirring blade joined in a direction perpendicular to the stirring shaft; and a chamber connected to the horizontal reactor through a second connection to receive and discharge the solid-state polymerized polymer discharged from the horizontal reactor, wherein the feeder, the horizontal reactor, and the chamber are in a vacuum state. According to the disclosed technology, it is possible to prevent the formation of a stagnation zone of the prepolymer, and it is economical to carry out continuous solid-state polymerization in a vacuum condition without the use of an inert gas.
한국등록특허 제10-2183734호(2020.11.23. 등록)는 자원 절약화, 에너지 절약화 및 설비비용 삭감을 가능하게 하며, 간편하고 효율적으로 반응 혼합물로부터 중합체와 고형물을 분리할 수 있는 연속 중합 장치 및 중합체의 연속 제조 방법에 관하여 개시되어 있다. 개시된 기술에 따르면, 복수의 반응조를 갖는 연속 탈염 중축합 장치로서, 복수의 반응조는 반응 혼합물이 각 반응조를 순차 이동하도록 구성되어 있으며, 복수의 반응조는 반응 혼합물보다 상부에 형성되는 기상부가 서로 연통하고 있고, 반응 혼합물에 포함되는 고체를 침강에 의해 분리하는 동시에 향류 세정을 수행하는 세정부를 구비하고 있고, 고체가 부생염인 것을 특징으로 한다.Korean Patent No. 10-2183734 (registered on November 23, 2020) is a continuous polymerization device that enables resource saving, energy saving, and facility cost reduction, and can easily and efficiently separate polymer and solids from the reaction mixture. and methods for continuous production of polymers. According to the disclosed technology, it is a continuous desalting polycondensation device having a plurality of reaction tanks, wherein the plurality of reaction tanks are configured so that the reaction mixture sequentially moves through each reaction tank, and the plurality of reaction tanks have gaseous sections formed above the reaction mixture communicating with each other. It is equipped with a washing section that separates solids contained in the reaction mixture by sedimentation and simultaneously performs countercurrent washing, and the solid is a by-product salt.
상술한 바와 같은 종래의 기술에서는, 간접 열에 의한 중합 방식을 이용함으로써, 여전히 경제적이지 못할 뿐만 아니라 고온 유지가 어려운 단점을 가지고 있다.In the conventional technology as described above, by using a polymerization method using indirect heat, it has the disadvantage that it is not only uneconomical but also difficult to maintain a high temperature.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전술한 바와 같은 단점을 해결하기 위한 것으로, 배치(batch) 방식을 이용해서 직접 열 가열하여 재생 재활용 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 고상중합(solid state polymerization; SSP) 처리하도록 구현한 고상중합 장치 및 방법을 제공하는 것이다.The problem that the present invention aims to solve is to solve the disadvantages described above, and solid state polymerization (SSP) of recycled polyethylene terephthalate (PET) is achieved by direct thermal heating using a batch method. To provide a solid-state polymerization device and method implemented to process.
상술한 과제를 해결하는 수단으로는, 본 발명의 한 특징에 따르면, 유입구와 배출구를 가진 챔버를 구비하여, 재생 재활용 폴리에틸렌테레프탈레이트를 챔버 내로 유입받아 고상중합 처리해서 배출해 주는 고상중합부; 구동 제어에 따라 상기 고상중합부를 회전 구동시켜 주는 구동모터부; 상기 챔버와 연결 형성되어, 구동 제어에 따라 상기 챔버의 내부를 진공상태로 만들어 주는 진공펌프부; 상기 챔버의 외부면에 형성시켜, 구동 제어에 따라 상기 챔버의 외부면을 직접 가열하여 상기 챔버의 내부를 기 설정된 온도로 유지해 주는 가열부; 및 상기 구동모터부, 상기 진공펌프부, 상기 가열부의 구동을 제어해 주는 제어부를 포함하는 고상중합 장치를 제공한다.As a means of solving the above-described problem, according to one feature of the present invention, a solid phase polymerization unit is provided with a chamber having an inlet and an outlet, and receives recycled polyethylene terephthalate into the chamber, undergoes solid phase polymerization, and discharges the recycled polyethylene terephthalate; A driving motor unit that rotates the solid phase polymerization unit according to driving control; A vacuum pump unit connected to the chamber and creating a vacuum inside the chamber according to driving control; a heating unit formed on the outer surface of the chamber to directly heat the outer surface of the chamber according to driving control to maintain the interior of the chamber at a preset temperature; and a control unit that controls the operation of the driving motor unit, the vacuum pump unit, and the heating unit.
일 실시 예에서, 상기 고상중합부는, 상기 챔버의 양측에 각각 구비되고 상기 챔버의 내부를 진공상태로 만들기 위해 상기 챔버의 내부와 연결되는 유동로를 각각 가지도록 형성되며, 상기 구동모터부와 연결되어 상기 챔버를 회전 구동하도록 하기 위한 제1회전축 및 제2회전축을 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the solid phase polymerization unit is provided on both sides of the chamber and is formed to have a flow path connected to the inside of the chamber to make the inside of the chamber into a vacuum state, and is connected to the drive motor unit. It is characterized in that it includes a first rotation axis and a second rotation axis for rotating the chamber.
일 실시 예에서, 상기 고상중합부는, 상기 제1회전축 또는 상기 제2회전축의 외주연에 풀리가 연결되어 상기 구동모터부의 축과 벨트로 연결 형성되는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the solid-state polymerization unit is characterized in that a pulley is connected to the outer periphery of the first rotation shaft or the second rotation shaft and is connected to the shaft of the drive motor unit by a belt.
일 실시 예에서, 상기 고상중합부는, 상기 제1회전축 또는 상기 제2회전축의 외주연에 회전기어를 고정 설치하고, 상기 구동모터부의 축에 고정된 모터기어를 설치하여, 상기 회전기어와 상기 모터기어가 서로 치합 형성되는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the solid phase polymerization unit fixedly installs a rotating gear on the outer periphery of the first rotating shaft or the second rotating shaft, and installs a motor gear fixed to the axis of the driving motor section, so that the rotating gear and the motor It is characterized in that the gears are meshed with each other.
일 실시 예에서, 상기 모터기어는, 상기 고상중합부가 불연속적으로 회전하도록 하기 위해서 기 설정된 개수만큼 기어이빨이 없어 헛돌도록 하기 위한 하나 또는 그 이상의 헛돔부를 구비하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the motor gear is characterized by having one or more hollow dome parts for causing the solid phase polymerization unit to rotate discontinuously without a preset number of gear teeth.
일 실시 예에서, 상기 고상중합부는, 상기 제1회전축 및 상기 제2회전축의 단부에 상기 제1회전축 및 상기 제2회전축을 감싸며, 상기 챔버가 회전할 때에 고정 상태에서 상기 제1회전축 및 상기 제2회전축만 회전되도록 하기 위한 제1로터리조인터 및 제2로터리조인터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the solid-state polymerization unit surrounds the first rotation shaft and the second rotation shaft at ends of the first rotation shaft and the second rotation shaft, and holds the first rotation shaft and the second rotation shaft in a fixed state when the chamber rotates. It is characterized in that it further includes a first rotary jointer and a second rotary jointer to rotate only the two rotation axes.
일 실시 예에서, 상기 고상중합부는, 상기 진공펌프부에 의해 상기 챔버의 내부를 진공상태로 유지하면서 동시에, 상기 가열부에 의해 상기 챔버의 내부를 기 설정된 온도로 유지한 상태에서 재생 재활용 폴리에틸렌테레프탈레이트를 고상중합 처리해 주는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the solid-state polymerization unit maintains the interior of the chamber in a vacuum state by the vacuum pump unit and at the same time maintains the interior of the chamber at a preset temperature by the heating unit to produce recycled polyethylene terephthalate. It is characterized by solid-state polymerization of phthalate.
일 실시 예에서, 상기 고상중합부는, 상기 챔버가 회전할 때에도 고정 상태로 일측이 상기 진공펌프부에 연결 형성되고 다른 일측이 상 방향으로 기 설정된 각도로 상기 제1회전축 또는 상기 제2회전축의 유동로에서 상기 챔버의 내부로 연장 형성되어, 상기 진공펌프부에서 챔버의 내부 공기만을 흡입하도록 하기 위한 진공흡입관을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the solid-state polymerization unit is formed in a fixed state even when the chamber rotates, one side is connected to the vacuum pump unit, and the other side flows upward on the first rotation axis or the second rotation axis at a preset angle. It is characterized by further comprising a vacuum suction pipe extending from the furnace into the interior of the chamber and allowing the vacuum pump unit to suck only the internal air of the chamber.
일 실시 예에서, 상기 가열부는, 열선을 상기 챔버의 외부면에 형성시켜 상기 챔버의 외부면을 직접 가열해 주기 위한 히터를 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the heating unit includes a heater for directly heating the outer surface of the chamber by forming a heating wire on the outer surface of the chamber.
일 실시 예에서, 상기 가열부는, 상기 히터의 외면을 감싸도록 형성시켜, 상기 히터를 보호하면서 기 설정된 온도를 유지시켜 주기 위한 보온시트를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the heating unit further includes a thermal insulation sheet formed to surround the outer surface of the heater to protect the heater and maintain a preset temperature.
일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 챔버의 내부에 투입되는 재생 재활용 폴리에틸렌테레프탈레이트의 양에 따라 이에 대응하는 온도가 되도록 상기 가열부의 구동을 제어하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the control unit controls the operation of the heating unit to set a temperature corresponding to the amount of recycled polyethylene terephthalate introduced into the chamber.
일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 챔버의 내부에 투입되는 재생 재활용 폴리에틸렌테레프탈레이트의 양에 따라 이에 대응하는 회전속도가 되도록 상기 구동모터부의 구동을 제어하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the control unit controls the driving of the driving motor unit to have a rotational speed corresponding to the amount of recycled polyethylene terephthalate introduced into the chamber.
일 실시 예에서, 상기 고상중합 장치는, 상기 제1회전축 또는 상기 제2회전축의 유동로와 연결 형성되어, 상기 챔버의 내부로 액화질소를 투여하여 상기 챔버의 내부에 있는 재생 재활용 폴리에틸렌테레프탈레이트를 냉각시켜 주는 기화부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the solid-state polymerization device is connected to the flow path of the first rotation shaft or the second rotation shaft, and injects liquid nitrogen into the interior of the chamber to produce recycled polyethylene terephthalate inside the chamber. It is characterized in that it further includes a vaporizing part for cooling.
일 실시 예에서, 상기 기화부는, 상기 가열부에 의해 가열된 챔버 내부 온도를 급속 냉각시키는 액화질소를 투입하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the vaporization unit is characterized in that liquefied nitrogen is introduced to rapidly cool the internal temperature of the chamber heated by the heating unit.
일 실시 예에서, 상기 진공펌프부는, 상기 챔버의 내부 공기를 빼내면서 상기 챔버의 내부에 잔류된 액화질소도 함께 배출시키는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the vacuum pump unit exhausts the air inside the chamber and also discharges the liquid nitrogen remaining inside the chamber.
일 실시 예에서, 상기 고상중합 장치는, 온도 차이에 의한 수분 발생 시에, 상기 진공펌프부에서 공기를 빼낼 때에 발생된 수분도 빼내어 모아 주도록 하는 물탱크부도 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the solid-state polymerization device further includes a water tank unit that removes and collects moisture generated when air is extracted from the vacuum pump unit when moisture is generated due to a temperature difference.
일 실시 예에서, 상기 고상중합 장치는, 상기 진공펌프부에서 공기를 빼낼 때에 공기 중에 섞여 있는 불순물을 필터링시켜 주는 여과장치부도 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the solid-state polymerization device further includes a filtering device that filters out impurities mixed in the air when air is extracted from the vacuum pump.
상술한 과제를 해결하는 수단으로는, 본 발명의 다른 한 특징에 따르면, 유입구와 배출구를 가진 챔버를 구비한 고상중합부가 상기 유입구를 통해 재생 재활용 폴리에틸렌테레프탈레이트를 챔버 내로 유입받는 단계; 제어부가 상기 챔버와 연결 형성되어 있는 진공펌프부의 구동을 제어하며, 상기 진공펌프부가 구동 제어에 따라 상기 챔버의 내부를 진공상태로 만들어 주는 단계; 상기 제어부가 상기 챔버의 외부면에 형성되어 있는 가열부의 구동을 제어하며, 상기 가열부가 구동 제어에 따라 상기 챔버의 외부면을 직접 가열하여 상기 챔버의 내부를 기 설정된 온도로 유지해 주는 단계; 상기 제어부가 구동모터부의 구동을 제어하며, 상기 구동모터부가 구동 제어에 따라 상기 고상중합부를 회전 구동시켜 주는 단계; 및 고상중합 처리가 완료되면, 상기 고상중합부가 상기 배출구를 통해 고상중합 처리 완료된 재생 재활용 폴리에틸렌테레프탈레이트를 배출해 주는 단계를 포함하는 고상중합 방법을 제공한다.As a means of solving the above-described problem, according to another feature of the present invention, a solid phase polymerization unit provided with a chamber having an inlet and an outlet receives recycled polyethylene terephthalate into the chamber through the inlet; A control unit controls the operation of a vacuum pump unit connected to the chamber, and the vacuum pump unit creates a vacuum inside the chamber according to the drive control; The control unit controls the operation of a heating unit formed on the outer surface of the chamber, and the heating unit directly heats the external surface of the chamber according to the drive control to maintain the interior of the chamber at a preset temperature; The control unit controls the driving of the driving motor unit, and the driving motor unit rotates and drives the solid phase polymerization unit according to the driving control; And when the solid-state polymerization treatment is completed, the solid-state polymerization unit discharges the recycled polyethylene terephthalate that has undergone solid-state polymerization treatment through the outlet.
본 발명의 효과로는, 배치(batch) 방식을 이용해서 직접 열 가열하여 재생 재활용 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 고상중합(solid state polymerization; SSP) 처리하도록 구현한 고상중합 장치 및 방법을 제공함으로써, 경제적일 뿐만 아니라 고온 유지도 어렵지 않다는 것이다.The effect of the present invention is to provide a solid state polymerization device and method for solid state polymerization (SSP) of recycled polyethylene terephthalate (PET) by direct thermal heating using a batch method, Not only is it economical, but it is not difficult to maintain high temperatures.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 고상중합 장치를 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1에 있는 고상중합부와 구동모터부의 연결을 설명하는 도면이다.
도 3은 도 2에 있는 회전기어와 모터기어를 설명하는 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 고상중합부의 챔버 내에 구비된 진공흡입관을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 고상중합 방법을 설명하는 도면이다.1 is a diagram illustrating a solid-state polymerization apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating the connection between the solid phase polymerization unit and the driving motor unit in FIG. 1.
FIG. 3 is a diagram explaining the rotation gear and motor gear in FIG. 2.
FIG. 4 is a view explaining a vacuum suction pipe provided in the chamber of the solid phase polymerization unit shown in FIG. 1.
Figure 5 is a diagram explaining a solid-state polymerization method according to an embodiment of the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시 예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.Below, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. However, since the description of the present invention is only an example for structural and functional explanation, the scope of the present invention should not be construed as limited by the examples described in the text. In other words, since the embodiments can be modified in various ways and can take various forms, the scope of rights of the present invention should be understood to include equivalents that can realize the technical idea. In addition, the purpose or effect presented in the present invention does not mean that a specific embodiment must include all or only such effects, so the scope of the present invention should not be understood as limited thereby.
본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.The meaning of terms described in the present invention should be understood as follows.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.Terms such as “first” and “second” are used to distinguish one component from another component, and the scope of rights should not be limited by these terms. For example, a first component may be named a second component, and similarly, the second component may also be named a first component. When a component is referred to as being “connected” to another component, it should be understood that it may be directly connected to the other component, but that other components may also exist in between. On the other hand, when a component is referred to as being “directly connected” to another component, it should be understood that there are no other components in between. Meanwhile, other expressions that describe the relationship between components, such as "between" and "immediately between" or "neighboring" and "directly neighboring" should be interpreted similarly.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Singular expressions should be understood to include plural expressions, unless the context clearly indicates otherwise, and terms such as “comprise” or “have” refer to the specified features, numbers, steps, operations, components, parts, or them. It is intended to specify the existence of a combination, and should be understood as not excluding in advance the possibility of the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.All terms used herein, unless otherwise defined, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the field to which the present invention pertains. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as consistent with the meaning they have in the context of the related technology, and cannot be interpreted as having an ideal or excessively formal meaning unless clearly defined in the present invention.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 고상중합 장치 및 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.Now, the solid-state polymerization apparatus and method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 고상중합 장치를 설명하는 도면이며, 도 2는 도 1에 있는 고상중합부와 구동모터부의 연결을 설명하는 도면이며, 도 3은 도 2에 있는 회전기어와 모터기어를 설명하는 도면이며, 도 4는 도 1에 도시된 고상중합부의 챔버 내에 구비된 진공흡입관을 설명하는 도면이다.Figure 1 is a diagram illustrating a solid-state polymerization device according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a diagram illustrating the connection between the solid-state polymerization unit and the driving motor unit in Figure 1, and Figure 3 is a diagram illustrating the rotation gear and the drive motor unit in Figure 2. This is a drawing explaining the motor gear, and FIG. 4 is a drawing explaining the vacuum suction pipe provided in the chamber of the solid phase polymerization unit shown in FIG. 1.
도 1 내지 4를 참조하면, 고상중합 장치(10)는, 고상중합부(100), 구동모터부(200), 진공펌프부(300), 가열부(400), 제어부(500)를 포함한다.1 to 4, the solid-state polymerization apparatus 10 includes a solid-state polymerization unit 100, a driving motor unit 200, a vacuum pump unit 300, a heating unit 400, and a control unit 500. .
고상중합부(100)는, 유입구와 배출구를 가진 챔버를 구비하여, 재생 재활용 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 챔버 내로 유입받아 고상중합 처리해서 배출해 준다.The solid-state polymerization unit 100 is provided with a chamber having an inlet and an outlet, and receives recycled polyethylene terephthalate (PET) into the chamber, undergoes solid-state polymerization, and discharges it.
일 실시 예에서, 고상중합부(100)는, 챔버 양측에 각각 구비되고 챔버 내부를 진공상태로 만들기 위해 챔버 내부와 연결되는 유동로를 각각 가지도록 형성되며, 구동모터부(200)와 연결되어 챔버를 회전 구동하도록 하기 위한 제1회전축(110) 및 제2회전축(120)을 포함할 수 있다.In one embodiment, the solid phase polymerization unit 100 is provided on both sides of the chamber and is formed to have a flow path connected to the inside of the chamber to create a vacuum state, and is connected to the driving motor unit 200. It may include a first rotation axis 110 and a second rotation axis 120 to rotate the chamber.
제1회전축(110) 및 제2회전축(120)은, 구동모터부(200)에 의해 전체적으로 회전할 수 있도록 챔버 양측에 구비되는데, 이때 챔버와 고정되고 제1회전축(110)(또는, 제2회전축(120))은 구동모터부(200)와 연결되어, 구동모터부(200)의 회전에 의해 회전됨과 동시에 챔버를 회전할 수 있도록 구성되며, 제1회전축(110)(또는, 제2회전축(120))의 외주연에는 풀리가 연결되어 구동모터부(200)의 축과 벨트로 연결 형성될 수 있다.The first rotation shaft 110 and the second rotation shaft 120 are provided on both sides of the chamber so that they can be rotated as a whole by the driving motor unit 200. At this time, they are fixed to the chamber and are connected to the first rotation shaft 110 (or the second rotation shaft 110). The rotation shaft 120 is connected to the drive motor unit 200 and is configured to rotate the chamber simultaneously with rotation by the rotation of the drive motor unit 200, and is the first rotation axis 110 (or the second rotation axis). A pulley may be connected to the outer periphery of (120)) and may be connected to the shaft of the drive motor unit 200 by a belt.
다르게는, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1회전축(110)(또는, 제2회전축(120))의 외주연에는 회전기어(210)를 고정 설치하고 구동모터부(200)의 축에 고정된 모터기어(220)를 설치하여, 회전기어(210)와 모터기어(220)가 서로 치합 형성될 수도 있다.Alternatively, as shown in FIG. 2, the rotation gear 210 is fixedly installed on the outer periphery of the first rotation shaft 110 (or the second rotation shaft 120) and fixed to the shaft of the drive motor unit 200. By installing the motor gear 220, the rotation gear 210 and the motor gear 220 may be meshed with each other.
모터기어(220)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 보다 더 효율적인 고상중합 처리가 이루어지도록 고상중합부(100)가 불연속적으로 회전할 수 있도록 하기 위해서 기 설정된 개수만큼 기어이빨이 없어 모터기어(220)가 헛돌도록 하기 위한 하나 또는 그 이상의 헛돔부(221)를 구비할 수 있다.As shown in FIG. 3, the motor gear 220 does not have a preset number of gear teeth in order to allow the solid phase polymerization unit 100 to rotate discontinuously to achieve a more efficient solid phase polymerization process. (220) may be provided with one or more hollow dome parts (221) to allow it to spin freely.
일 실시 예에서, 고상중합부(100)는, 제1회전축(110) 및 제2회전축(120)의 단부에 제1회전축(110) 및 제2회전축(120)을 감싸도록 형성되어, 챔버가 회전할 때에 고정 상태에서 제1회전축(110) 및 제2회전축(120)만 회전되도록 하기 위한 제1로터리조인터 및 제2로터리조인터를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the solid-state polymerization unit 100 is formed at the ends of the first rotation axis 110 and the second rotation axis 120 to surround the first rotation axis 110 and the second rotation axis 120, so that the chamber It may further include a first rotary jointer and a second rotary jointer for rotating only the first and second rotation shafts 110 and 120 in a fixed state when rotating.
일 실시 예에서, 고상중합부(100)는, 진공펌프부(300)에 의해 챔버 내부를 진공상태로 유지하면서 동시에 가열부(400)에 의해 챔버 내부를 기 설정된 온도로 유지한 상태에서 재생 재활용 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 고상중합 처리해 줄 수 있다.In one embodiment, the solid phase polymerization unit 100 maintains the inside of the chamber in a vacuum state by the vacuum pump unit 300 and at the same time maintains the inside of the chamber at a preset temperature by the heating unit 400. Polyethylene terephthalate (PET) can be subjected to solid-state polymerization.
일 실시 예에서, 고상중합부(100)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 챔버가 회전할 때에도 고정 상태로 일측이 진공펌프부(300)에 연결 형성되고 다른 일측이 상 방향으로 기 설정된 각도(예를 들어, 45도)로 제1회전축(110)(또는, 제2회전축(120))의 유동로에서 챔버 내부로 연장 형성되어, 진공펌프부(300)에서 챔버의 내부 공기만을 흡입하도록 하기 위한 진공흡입관(130)을 더 포함할 수 있다.In one embodiment, as shown in FIG. 4, the solid phase polymerization unit 100 is formed in a fixed state even when the chamber rotates, with one side connected to the vacuum pump unit 300 and the other side tilted upward at a preset angle. (e.g., 45 degrees) extends from the flow path of the first rotation axis 110 (or the second rotation axis 120) into the chamber, so that the vacuum pump unit 300 sucks only the air inside the chamber. It may further include a vacuum suction pipe 130 for this purpose.
구동모터부(200)는, 제어부(500)의 구동 제어에 따라 고상중합부(100)를 회전 구동시켜 준다.The driving motor unit 200 rotates the solid phase polymerization unit 100 according to the driving control of the control unit 500.
일 실시 예에서, 구동모터부(200)는, 고상중합부(100)의 제1회전축(또는, 제2회전축)을 연결시켜, 제1회전축(110)(또는, 제2회전축(120))을 회전하여 고상중합부(100)의 챔버를 회전 구동시켜 줄 수 있다.In one embodiment, the driving motor unit 200 connects the first rotation axis (or second rotation axis) of the solid phase polymerization unit 100 to the first rotation axis 110 (or second rotation axis 120). By rotating, the chamber of the solid phase polymerization unit 100 can be driven to rotate.
진공펌프부(300)는, 고상중합부(100)의 챔버와 연결 형성되어, 제어부(500)의 구동 제어에 따라 고상중합부(100)의 챔버 내부를 진공상태로 만들어 준다.The vacuum pump unit 300 is connected to the chamber of the solid phase polymerization unit 100 and creates a vacuum inside the chamber of the solid phase polymerization unit 100 according to the operation control of the control unit 500.
일 실시 예에서, 진공펌프부(300)는, 제1회전축(110)(또는, 제2회전축(120))의 유동로와 연결되어, 해당 유동로를 통해 고상중합부(100)의 챔버 내부를 진공상태로 만들 수 있다.In one embodiment, the vacuum pump unit 300 is connected to the flow path of the first rotation shaft 110 (or the second rotation shaft 120), and flows into the chamber of the solid phase polymerization unit 100 through the flow path. can be created into a vacuum state.
가열부(400)는, 고상중합부(100)의 챔버 외부면에 형성시켜, 제어부(500)의 구동 제어에 따라 챔버 외부면을 직접 가열하여 챔버의 내부를 기 설정된 온도로 유지해 준다.The heating unit 400 is formed on the outer surface of the chamber of the solid-state polymerization unit 100 and directly heats the outer surface of the chamber according to the operation control of the control unit 500 to maintain the interior of the chamber at a preset temperature.
일 실시 예에서, 가열부(400)는, 열선을 고상중합부(100)의 챔버 외부면에 형성시켜 챔버 외부면을 직접 가열해 주기 위한 히터를 포함할 수 있다.In one embodiment, the heating unit 400 may include a heater to directly heat the external surface of the chamber of the solid-state polymerization unit 100 by forming a heating wire on the external surface of the chamber.
일 실시 예에서, 가열부(400)는, 히터의 외면을 감싸도록 형성시켜, 히터를 보호하면서 기 설정된 온도를 유지시켜 주기 위한 보온시트를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the heating unit 400 may further include a thermal insulation sheet formed to surround the outer surface of the heater to protect the heater and maintain a preset temperature.
제어부(500)는, 구동모터부(200), 진공펌프부(300), 가열부(400)의 구동을 제어해 준다.The control unit 500 controls the driving of the driving motor unit 200, the vacuum pump unit 300, and the heating unit 400.
일 실시 예에서, 제어부(500)는, 고상중합부(100)의 챔버 내부에 투입되는 재생 재활용 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)의 양에 따라 이에 대응하는 온도가 되도록 가열부(400)의 구동을 제어하여 보다 효과적이고 경제적인 효율성을 나타낼 수 있다.In one embodiment, the control unit 500 controls the operation of the heating unit 400 to set a temperature corresponding to the amount of recycled polyethylene terephthalate (PET) introduced into the chamber of the solid-state polymerization unit 100. This can result in more effective and economic efficiency.
일 실시 예에서, 제어부(500)는, 고상중합부(100)의 챔버 내부에 투입되는 재생 재활용 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)의 양에 따라 이에 대응하는 회전속도가 되도록 구동모터부(200)의 구동을 제어하여 보다 효과적이고 경제적인 효율성을 나타낼 수 있다.In one embodiment, the control unit 500 drives the driving motor unit 200 to achieve a rotational speed corresponding to the amount of recycled polyethylene terephthalate (PET) inputted into the chamber of the solid phase polymerization unit 100. can be controlled to achieve more effective and economical efficiency.
상술한 바와 같은 구성을 가진 고상중합 장치(10)는, 가열부(400)가 고상중합부(100)의 챔버와 함께 회전하므로, 제어부(500)의 전원공급수단으로부터 가열부(400)로 전원을 공급하기 위해서, 가열부(400)의 전원라인이 제2회전축(120)(또는, 제1회전축(110))의 유동로를 통해 풀리(또는, 제2로터리조인터)와 접촉하는 부분에 해당하는 위치에 제2회전축(120)(또는, 제1회전축(110))에 형성시킨 회전접속부재에 연결 형성되며, 전원공급수단의 전원라인이 풀리(또는, 제2로터리조인터)에 형성시킨 고정접속부재에 연결 형성되어, 제2회전축(120)(또는, 제1회전축(110))이 회전하더라도 회전접속부재와 고정접속부재가 항상 접속 상태를 유지시켜 주도록 형성될 수 있다.In the solid-state polymerization device 10 having the above-described configuration, the heating unit 400 rotates together with the chamber of the solid-phase polymerization unit 100, so that power is supplied to the heating unit 400 from the power supply means of the control unit 500. In order to supply, the power line of the heating unit 400 is in contact with the pulley (or second rotary jointer) through the flow path of the second rotation shaft 120 (or first rotation shaft 110). It is connected to a rotation connecting member formed on the second rotation shaft 120 (or first rotation shaft 110) at the corresponding position, and the power line of the power supply means is formed on the pulley (or second rotary jointer). It can be formed to be connected to the fixed connection member so that the rotating connection member and the fixed connection member always maintain a connected state even if the second rotation shaft 120 (or the first rotation shaft 110) rotates.
상술한 바와 같은 구성을 가진 고상중합 장치(10)는, 고상중합부(100)의 제1회전축(또는, 제2회전축)의 유동로와 연결 형성되어, 고상중합부(100)의 챔버 내부로 액화질소를 투여하여 챔버 내부에 있는 재생 재활용 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 냉각시킬 수 있도록 하는 기화부를 더 포함할 수 있다.The solid phase polymerization device 10 having the above-described configuration is connected to the flow path of the first rotation axis (or second rotation axis) of the solid phase polymerization unit 100, and flows into the chamber of the solid phase polymerization unit 100. It may further include a vaporization unit that cools the recycled polyethylene terephthalate (PET) inside the chamber by administering liquid nitrogen.
기화부는, 가열부(400)에 의해 가열된 고상중합부(100)의 챔버 내부 온도를 급속 냉각시키는 액화질소를 투입해 주는데, 고상중합방법을 수행함에 있어 재생 재활용 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)의 생산성을 극대화시킬 수 있다. 다시 말해서, 가열부(400)가 구동하여 고상중합부(100)의 챔버 내부를 고온 상태로 만든 다음 기화부로 액화질소를 투입하여 급속 냉각시킴으로써, 시간을 단축시킬 수 있게 되고, 재차 고상중합을 수행할 때에는 진공펌프부(300)에서 공기를 빼내게 되면 고상중합부(100)의 챔버 내부에 잔류된 액화질소도 함께 배출시키게 된다.The vaporization unit injects liquid nitrogen that rapidly cools the internal temperature of the chamber of the solid-state polymerization unit 100 heated by the heating unit 400. In performing the solid-state polymerization method, the productivity of recycled polyethylene terephthalate (PET) is increased. can be maximized. In other words, the heating unit 400 operates to bring the inside of the chamber of the solid-state polymerization unit 100 to a high temperature, and then injects liquid nitrogen into the vaporization unit to rapidly cool it, thereby shortening the time and performing solid-state polymerization again. When air is removed from the vacuum pump unit 300, the liquid nitrogen remaining inside the chamber of the solid phase polymerization unit 100 is also discharged.
상술한 바와 같은 구성을 가진 고상중합 장치(10)는, 온도 차이에 의한 수분 발생 시에, 진공펌프부(300)에서 공기를 빼낼 때에 발생된 수분도 빼내어 모아 주도록 하는 물탱크부도 더 포함할 수 있다.The solid-state polymerization device 10 having the above-described configuration may further include a water tank unit that removes and collects moisture generated when air is extracted from the vacuum pump unit 300 when moisture is generated due to a temperature difference. there is.
상술한 바와 같은 구성을 가진 고상중합 장치(10)는, 진공펌프부(300)에서 공기를 빼낼 때에 해당 공기 중에 섞여 있는 불순물을 필터링시켜 주는 여과장치부도 더 포함할 수 있다.The solid-state polymerization device 10 having the above-described configuration may further include a filtering device unit that filters out impurities mixed in the air when the air is removed from the vacuum pump unit 300.
상술한 바와 같은 구성을 가진 고상중합 장치(10)는, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 병 제조용 칩 원료의 20% 재활용 의무화에 의해 재생 재활용 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 고상중합 처리하되, 배치 방식을 이용해서 직접 열 가열하여 재생 재활용 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 고상중합 처리하도록 구현함으로써, 경제적일 뿐만 아니라 고온 유지도 어렵지 않다.The solid-state polymerization device 10 having the above-described configuration processes solid-state polymerization of recycled polyethylene terephthalate (PET) by mandating 20% recycling of chip raw materials for manufacturing polyethylene terephthalate (PET) bottles, but using a batch method. By implementing solid-state polymerization of recycled polyethylene terephthalate (PET) by directly heating it, it is not only economical but also not difficult to maintain high temperature.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 고상중합 방법을 설명하는 도면이다.Figure 5 is a diagram explaining a solid-state polymerization method according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 고상중합부(100)에서는, 챔버의 유입구를 통해 재생 재활용 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 챔버 내로 유입받게 된다(S501).Referring to FIG. 5, in the solid-state polymerization unit 100, recycled polyethylene terephthalate (PET) is introduced into the chamber through the inlet of the chamber (S501).
상술한 단계 S501에서 재생 재활용 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 챔버 내로 유입받은 다음에, 제어부(500)는 고상중합부(100)의 챔버와 연결 형성되어 있는 진공펌프부(300)의 구동을 제어하게 되며, 이에 진공펌프부(300)는 제어부(500)의 구동 제어에 따라 고상중합부(100)의 챔버 내부를 진공상태로 만들어 주게 된다(S502).After receiving recycled polyethylene terephthalate (PET) into the chamber in step S501 described above, the control unit 500 controls the operation of the vacuum pump unit 300 connected to the chamber of the solid phase polymerization unit 100. Accordingly, the vacuum pump unit 300 creates a vacuum inside the chamber of the solid phase polymerization unit 100 according to the operation control of the control unit 500 (S502).
상술한 단계 S502에서 챔버 내부를 진공상태로 만듦과 동시에, 제어부(500)는 고상중합부(100)의 챔버 외부면에 형성되어 있는 가열부(400)의 구동을 제어하게 되며, 이에 가열부(400)는 제어부(500)의 구동 제어에 따라 챔버 외부면을 직접 가열하여 챔버의 내부를 기 설정된 온도(예를 들어, 200 ~ 250˚C)로 유지해 주게 된다(S503).At the same time as making the inside of the chamber into a vacuum state in the above-described step S502, the control unit 500 controls the operation of the heating unit 400 formed on the outer surface of the chamber of the solid phase polymerization unit 100, and thus the heating unit ( 400) maintains the interior of the chamber at a preset temperature (for example, 200 to 250˚C) by directly heating the outer surface of the chamber according to the operation control of the controller 500 (S503).
상술한 단계 S503에서 챔버 내부를 가열함에 있어서, 제어부(500)에서는, 고상중합부(100)의 챔버 내부에 투입되는 재생 재활용 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)의 양에 따라 이에 대응하는 온도가 되도록 가열부(400)의 구동을 제어해 줄 수 있다. 이러한 이유는 재생 재활용 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)의 양이 적게 투입된 상태에서 고온으로 가열하여 경제적 효율성을 떨어뜨릴 필요가 없을 뿐만 아니라, 생산성을 저하시킬 필요가 없기 때문이다.In heating the inside of the chamber in the above-described step S503, the control unit 500 sets the heating unit to a temperature corresponding to the amount of recycled polyethylene terephthalate (PET) introduced into the chamber of the solid-state polymerization unit 100. The operation of (400) can be controlled. This is because there is no need to reduce economic efficiency or reduce productivity by heating to high temperatures with a small amount of recycled polyethylene terephthalate (PET) input.
상술한 단계 S503에서 챔버 내부를 가열하면서, 챔버 내에 유입된 재생 재활용 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)가 가열부(400)의 가열에 의해 뭉쳐지는 것을 방지할 수 있도록, 제어부(500)는 구동모터부(200)의 구동을 제어하게 되며, 이에 구동모터부(200)는 제어부(500)의 구동 제어에 따라 고상중합부(100)를 회전 구동시켜 주게 된다(S504).While heating the inside of the chamber in step S503 described above, the control unit 500 operates a driving motor unit ( The driving of the 200 is controlled, and the driving motor unit 200 rotates the solid phase polymerization unit 100 according to the driving control of the control unit 500 (S504).
상술한 단계 S504에서 고상중합부(100)를 회전 구동시켜 준 후에, 고상중합 처리가 완료되면, 고상중합부(100)에서는 챔버의 배출구를 통해 고상중합 처리 완료된 재생 재활용 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 배출해 주게 된다.After rotating the solid-state polymerization unit 100 in the above-described step S504, when the solid-state polymerization treatment is completed, the solid-state polymerization unit 100 releases recycled polyethylene terephthalate (PET) that has undergone solid-state polymerization treatment through the outlet of the chamber. It will be released.
고상중합 처리가 완료되어 제품의 생산이 완료되면, 제어부(500)가 가열부(400)의 구동을 중단시켜 준 후에, 기화부를 이용하여 챔버 내부로 액화질소를 투입하여 챔버 내부를 급속 냉각시켜 주며, 이에 고온에 의해 뜨거워진 제품이 냉각되어 배출구를 통해 배출될 수 있도록 해 준다. 즉, 기화부에 의해서, 140˚C 이상의 온도에서 산소와 접촉하면 산화되는 재생 재활용 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)의 물성과 경제성을 고려한 효과적인 냉각을 수행할 수 있다.When the solid-state polymerization process is completed and the production of the product is completed, the control unit 500 stops the operation of the heating unit 400, and then liquefied nitrogen is injected into the chamber using the vaporization unit to rapidly cool the chamber interior. , This allows the product heated by the high temperature to be cooled and discharged through the outlet. In other words, the vaporization unit can perform effective cooling taking into account the physical properties and economic feasibility of recycled polyethylene terephthalate (PET), which is oxidized when in contact with oxygen at a temperature of 140˚C or higher.
상술한 바와 같은 구성을 가진 고상중합 방법은, 재생 재활용 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)의 배치 방식 고상중합 장치에 의해서, 투자규모가 작은 재생 재활용에 적합하고 경제적 효율성이 높으며, 고상중합부(100)에서 재생 재활용을 위한 제품을 생산할 시에 고온과 진공 상태를 동시에 확보할 수 있도록 하여, 재생 재활용 원료에 잔류되어 제품의 하자나 불량의 주요 원인이 되는 EG 등의 불순물을 제거하게 되어, 생산된 제품의 품질 향상을 물론, 가격 경쟁력에도 뛰어나며, 재생 재활용 용도에 따라 가열 온도(내지는, IV 값)를 조절할 수 있다.The solid-state polymerization method having the above-described configuration is suitable for recycling with a small investment scale and has high economic efficiency by using a batch-type solid-state polymerization device of recycled polyethylene terephthalate (PET), and is used in the solid-state polymerization unit 100. By ensuring high temperature and vacuum conditions at the same time when producing products for recycling, impurities such as EG, which remain in recycled raw materials and are the main cause of defects or defects in products, are removed, thereby improving the quality of the produced products. In addition to improving performance, it is also highly competitive in price, and the heating temperature (or IV value) can be adjusted depending on the intended recycling purpose.
이상, 본 발명의 실시 예는 상술한 장치 및/또는 운용방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다. 이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.As mentioned above, the embodiment of the present invention is not implemented only through the above-described device and/or operating method, but through a program for realizing the function corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention, a recording medium on which the program is recorded, etc. It may be implemented, and such implementation can be easily implemented by an expert in the technical field to which the present invention belongs based on the description of the embodiments described above. Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements can be made by those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims. It falls within the scope of rights.
10: 고상중합 장치
100: 고상중합부
110: 제1회전축
120: 제2회전축
130: 진공흡입관
200: 구동모터부
210: 회전기어
220: 모터기어
300: 진공펌프부
400: 가열부
500: 제어부10: Solid phase polymerization device
100: Solid phase polymerization unit
110: First rotation axis
120: Second rotation axis
130: Vacuum suction tube
200: Driving motor unit
210: rotation gear
220: motor gear
300: Vacuum pump unit
400: heating unit
500: Control unit
Claims (5)
상기 고상중합부는, 상기 챔버의 양측에 각각 구비되고 상기 챔버의 내부를 진공상태로 만들기 위해 상기 챔버의 내부와 연결되는 유동로를 각각 가지도록 형성되며, 상기 구동모터부와 연결되어 상기 챔버를 회전 구동하도록 하기 위한 제1회전축 및 제2회전축을 포함하며; 상기 제1회전축 또는 상기 제2회전축의 외주연에 회전기어를 고정 설치하고, 상기 구동모터부의 축에 고정된 모터기어를 설치하여, 상기 회전기어와 상기 모터기어가 서로 치합 형성되며;
상기 모터기어는, 상기 고상중합부가 불연속적으로 회전하도록 하기 위해서 기 설정된 개수만큼 기어이빨이 없어 헛돌도록 하기 위한 하나 또는 그 이상의 헛돔부를 구비하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 고상중합 장치.
A solid phase polymerization unit provided with a chamber having an inlet and an outlet, where recycled polyethylene terephthalate flows into the chamber, undergoes solid phase polymerization, and discharges the recycled polyethylene terephthalate; A driving motor unit that rotates the solid phase polymerization unit according to driving control; A vacuum pump unit connected to the chamber and creating a vacuum inside the chamber according to driving control; a heating unit formed on the outer surface of the chamber to directly heat the outer surface of the chamber according to driving control to maintain the interior of the chamber at a preset temperature; And a control unit that controls the driving of the driving motor unit, the vacuum pump unit, and the heating unit;
The solid phase polymerization unit is provided on both sides of the chamber and is formed to have a flow path connected to the inside of the chamber to make the inside of the chamber into a vacuum state, and is connected to the driving motor unit to rotate the chamber. It includes a first rotation axis and a second rotation axis for driving; A rotating gear is fixedly installed on the outer periphery of the first rotating shaft or the second rotating shaft, and a motor gear fixed to the axis of the driving motor unit is installed, so that the rotating gear and the motor gear mesh with each other;
The motor gear is a solid-state polymerization device characterized in that it is provided with one or more hollow dome portions for causing the solid-state polymerization portion to rotate discontinuously without a preset number of gear teeth.
상기 제1회전축 및 상기 제2회전축의 단부에 상기 제1회전축 및 상기 제2회전축을 감싸며, 상기 챔버가 회전할 때에 고정 상태에서 상기 제1회전축 및 상기 제2회전축만 회전되도록 하기 위한 제1로터리조인터 및 제2로터리조인터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고상중합 장치.
The method of claim 1, wherein the solid phase polymerization unit,
A first rotary that surrounds the first and second rotation shafts at the ends of the first and second rotation shafts and allows only the first and second rotation shafts to rotate in a fixed state when the chamber rotates. A solid phase polymerization device further comprising a jointer and a second rotary jointer.
제어부가 상기 챔버와 연결 형성되어 있는 진공펌프부의 구동을 제어하며, 상기 진공펌프부가 구동 제어에 따라 상기 챔버의 내부를 진공상태로 만들어 주는 단계;
상기 제어부가 상기 챔버의 외부면에 형성되어 있는 가열단계; 제어부가 상기 챔버와 연결 형성되어 있는 진공펌프부의 구동을 제어하며, 상기 진공펌프부가 구동 제어에 따라 상기 챔버의 내부를 진공상태로 만들어 주는 단계; 상기 제어부가 상기 챔버의 외부면에 형성되어 있는 가열부의 구동을 제어하며, 상기 가열부가 구동 제어에 따라 상기 챔버의 외부면을 직접 가열하여 상기 챔버의 내부를 기 설정된 온도로 유지해 주는 단계; 상기 제어부가 구동모터부의 구동을 제어하며, 상기 구동모터부가 구동 제어에 따라 상기 고상중합부를 회전 구동시켜 주는 단계; 및 고상중합 처리가 완료되면, 상기 고상중합부가 상기 배출구를 통해 고상중합 처리 완료된 재생 재활용 폴리에틸렌테레프탈레이트를 배출해 주는 단계를 포함하며;
상기 고상중합부는, 상기 챔버의 양측에 각각 구비되고 상기 챔버의 내부를 진공상태로 만들기 위해 상기 챔버의 내부와 연결되는 유동로를 각각 가지도록 형성되며, 상기 구동모터부와 연결되어 상기 챔버를 회전 구동하도록 하기 위한 제1회전축 및 제2회전축을 포함하며; 상기 제1회전축 또는 상기 제2회전축의 외주연에 회전기어를 고정 설치하고, 상기 구동모터부의 축에 고정된 모터기어를 설치하여, 상기 회전기어와 상기 모터기어가 서로 치합 형성되며;
상기 모터기어는, 상기 고상중합부가 불연속적으로 회전하도록 하기 위해서 기 설정된 개수만큼 기어이빨이 없어 헛돌도록 하기 위한 하나 또는 그 이상의 헛돔부를 구비하는 것을 특징으로 하는 고상중합 방법.A solid phase polymerization unit equipped with a chamber having an inlet and an outlet, receiving recycled polyethylene terephthalate into the chamber through the inlet;
A control unit controls the operation of a vacuum pump unit connected to the chamber, and the vacuum pump unit creates a vacuum inside the chamber according to the drive control;
A heating step in which the control unit is formed on the outer surface of the chamber; A control unit controls the operation of a vacuum pump unit connected to the chamber, and the vacuum pump unit creates a vacuum inside the chamber according to the drive control; The control unit controls the operation of a heating unit formed on the outer surface of the chamber, and the heating unit directly heats the external surface of the chamber according to the drive control to maintain the interior of the chamber at a preset temperature; The control unit controls the driving of the driving motor unit, and the driving motor unit rotates and drives the solid phase polymerization unit according to the driving control; And when the solid-state polymerization treatment is completed, the solid-state polymerization unit discharges the recycled polyethylene terephthalate that has undergone solid-state polymerization treatment through the outlet;
The solid phase polymerization unit is provided on both sides of the chamber and is formed to have a flow path connected to the inside of the chamber to make the inside of the chamber into a vacuum state, and is connected to the driving motor unit to rotate the chamber. It includes a first rotation axis and a second rotation axis for driving; A rotating gear is fixedly installed on the outer periphery of the first rotating shaft or the second rotating shaft, and a motor gear fixed to the axis of the driving motor unit is installed, so that the rotating gear and the motor gear mesh with each other;
A solid-state polymerization method, characterized in that the motor gear is provided with one or more hollow dome parts for causing the solid-state polymerization part to rotate discontinuously without a preset number of gear teeth.
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2023
- 2023-03-08 KR KR1020230030407A patent/KR102628371B1/en active IP Right Grant
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