KR102691945B1 - 잔류 모노머 제거장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 잔류 모노머 제거장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 유동되는 증류대상물질에 기체가 공급되여 휘발성 물질이 제거될 시, 증류대상물질이 유동되지 않거나 유동 속도가 저하되는 데드존의 형성을 방지할 수 있는 잔류 모노머 제거장치에 관한 것이다.
본 발명의 잔류 모노머 제거장치는 내부에 수용된 증류대상물질에 기체를 공급할 수 있는 몸체부; 상기 몸체부의 상부에 마련되고, 상기 증류대상물질이 투입되는 증류대상물질 공급부; 상기 몸체부의 하부에 마련되고, 상기 기체가 투입되는 기체유입부; 상기 몸체부의 상부에 마련되고, 상기 기체에 의해 상기 증류대상물질로부터 분리된 휘발성 물질을 배출하는 배출부; 상기 몸체부의 하부에 마련되고, 상기 증류대상물질로부터 상기 휘발성 물질이 제거된 증류대상물질을 회수하는 회수부; 상기 몸체부의 내부에 복수개로 구비되며, 각각에 관통홀이 형성되고, 스파이럴(spiral)형 유로가 형성된 트레이; 및 상기 트레이들 사이에 마련되며, 상기 몸체부의 상부에서 하부방향으로 상기 증류대상물질이 이동되는 이동통로인 다운커머;를 포함한다.
본 발명의 잔류 모노머 제거장치는 내부에 수용된 증류대상물질에 기체를 공급할 수 있는 몸체부; 상기 몸체부의 상부에 마련되고, 상기 증류대상물질이 투입되는 증류대상물질 공급부; 상기 몸체부의 하부에 마련되고, 상기 기체가 투입되는 기체유입부; 상기 몸체부의 상부에 마련되고, 상기 기체에 의해 상기 증류대상물질로부터 분리된 휘발성 물질을 배출하는 배출부; 상기 몸체부의 하부에 마련되고, 상기 증류대상물질로부터 상기 휘발성 물질이 제거된 증류대상물질을 회수하는 회수부; 상기 몸체부의 내부에 복수개로 구비되며, 각각에 관통홀이 형성되고, 스파이럴(spiral)형 유로가 형성된 트레이; 및 상기 트레이들 사이에 마련되며, 상기 몸체부의 상부에서 하부방향으로 상기 증류대상물질이 이동되는 이동통로인 다운커머;를 포함한다.
Description
본 발명은 잔류 모노머 제거장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 유동되는 증류대상물질에 기체가 공급되어 휘발성 물질이 제거될 시, 증류대상물질이 유동되지 않거나 유동 속도가 저하되는 데드존의 형성을 방지할 수 있는 잔류 모노머 제거장치에 관한 것이다.
PVC는 일반적으로 서스펜션 중합(현탁중합, suspension polymerization), 에멀젼 중합(유화 중합, emulsion polymerization) 또는 벌크 중합(괴상중합, bulk polymerization)에 의해 제조되지만, 통상적으로, 반응열이 용이하게 제거될 수 있고, 고순도의 생성물을 수득할 수 있다는 이점이 있는 서스펜션 중합 및 에멀젼 중합에 의해 제조된다.
이러한, 서스펜션 중합 및 에멀젼 중합은 일반적으로 수성 매질, 분산제 및 유화제와 함께 염화비닐단량체 (vinyl chloride monomer, VCM) 및 중합 개시제를 교반기가 장착된 중합 용기에 투입하여 교반하고, 중합 용기 내부의 온도를 유지하여 VCM을 중합시킨다.
이때, 일반적으로 중합반응은 VCM이 PVC로 모두 전환되는 시점까지 지속되지 않으며, 생산 효율이 높은 중합 전환율에서 종결된다. 종결 후, 중합 용기 내의 잔류 단량체는 제거장치를 통해, PVC 슬러리로부터 분리된 다음, 회수된다.
종래의 제거장치는 이러한 중합반응 제조 시 형성되는 VCM을 완전히 제거하거나 환경학적 위생에 무해한 정도로 VCM 함량을 감소시키기 위한 다양한 방법이 제안되어 오고 있다.
특히, 대한민국 등록특허 제 10-0505907호의 잔류 단량체의 제거방법 및 제거장치는 지그재그형상의 PVC슬러리 유로를 형성하는 구획벽이 설치된 다공판(트레이)을 구비하고 있다.
그러나 이와 같은 구조의 트레이는 지그재그형의 구획벽이 형성하는 유로를 따라 PVC슬러리가 유동될 시, 코너 부근에서 PVC슬러리가 구획벽에 부딪힘에 따라 유동되는 PVC슬러리의 유동속도가 저하되거나, 유동이 되지 않는 데드존(dead zone)이 형성된다. 이로 인해, 슬러리의 고형물이 침전되어 기체가 공급되는 홀이 폐쇄됨에 따라 슬러리와 기체가 접촉되지 않을 수 있으며, 생산효율이 저하되고 생산된 PVC의 품질이 저하될 수 있다.
게다가, 코너 부근에서 PVC슬러리가 구획벽에 부딪힘에 따라 PVC 슬러리에 다량의 거품(foam)이 발생되고, 이에, PVC슬러리와 기체가 접촉되는 기-액 접촉면적이 감소되어 공정의 효율이 더욱 저하되며, 장치의 내부가 오염될 수 있다.
본 발명의 목적은 유동되는 증류대상물질에 기체가 공급되어 휘발성 물질이 제거될 시, 증류대상물질이 유동되지 않거나 유동 속도가 저하되는 데드존의 형성을 방지할 수 있는 잔류 모노머 제거장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 잔류 모노머 제거장치는 내부에 수용된 증류대상물질에 기체를 공급할 수 있는 몸체부; 상기 몸체부의 상부에 마련되고, 상기 증류대상물질이 투입되는 증류대상물질 공급부; 상기 몸체부의 하부에 마련되고, 상기 기체가 투입되는 기체유입부; 상기 몸체부의 상부에 마련되고, 상기 기체에 의해 상기 증류대상물질로부터 분리된 휘발성 물질을 배출하는 배출부; 상기 몸체부의 하부에 마련되고, 상기 증류대상물질로부터 상기 휘발성 물질이 제거된 증류대상물질을 회수하는 회수부; 상기 몸체부의 내부에 복수개로 구비되며, 각각에 관통홀이 형성되고, 스파이럴(spiral)형 유로가 형성된 트레이; 및 상기 트레이들 사이에 마련되며, 상기 몸체부의 상부에서 하부방향으로 상기 증류대상물질이 이동되는 이동통로인 다운커머를 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 잔류 모노머 제거장치에 있어서, 상기 트레이는 상기 몸체부의 내부를 상,하부로 구획하는 방향으로 위치하는 디스크형의 바디와, 상기 바디의 상부면에 위치하며, 상기 바디부의 중심부에서 가장자리 방향으로 회전 연장되어 상기 스파이럴형의 유로를 형성하는 스파이럴베플을 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 잔류 모노머 제거장치에 있어서, 상기 다운커머는 상기 트레이의 가장자리 또는 상기 트레이 중심에 위치하되, 상기 몸체부의 높이방향을 따라 위치가 교번될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 잔류 모노머 제거장치에 있어서, 상기 스파이럴형 유로의 폭이 일정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 잔류 모노머 제거장치에 있어서, 상기 공급부는 상기 증류대상물질을 분산투입할 수 있도록 복수개가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 잔류 모노머 제거장치에 있어서, 상기 공급부는 상기 몸체부의 내부 둘레를 따라 동일간격으로 이격될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 잔류 모노머 제거장치에 있어서, 복수개의 상기 트레이는 상기 몸체부의 높이방향을 따라 동일 간격으로 이격될 수 있다.
본 발명에 따른 잔류 모노머 제거장치를 통한 잔류 모노머 제거 방법은 상기 증류대상물질에 기체가 공급되어 휘발성 물질을 함유하는 기상과 휘발성 물질이 제거된 증류대상물질이 생성되는 단계; 및 상기 본체로부터 기상과 휘발성 물질이 제거된 증류대상물질을 제거하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 잔류 모노머 제거 방법에 있어서, 상기 증류대상물질은 서스펜션 중합(suspension polymerization) 또는 에멀젼 중합(emulsion polymerization)의 중합생성물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 잔류 모노머 제거 방법에 있어서, 상기 증류대상물질은 증류 가능한 염화비닐단량체(vinyl chloride monomer, VCM)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 잔류 모노머 제거장치는 스파이럴(spiral)형 유로가 형성된 트레이를 구비하여 증류대상물질의 유동하지 않거나 유동속도가 저하되는 데드존과, 기-액 접촉면적을 감소시키는 폼의 형성을 방지할 수 있어, 우수한 공정 효율을 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 잔류 모노머 제거장치를 도시한 일부절개 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 잔류 모노머 제거장치의 요부를 도시한 평면도,
도 3은 도 1에 도시된 잔류 모노머 제거장치의 일부절개 측면도,
도 4는 도 1에 도시된 잔류 모노머 제거장치와 종래 잔류 모노머 제거장치의 내부 전산 유체 역학(Computational fluid dynamics, CFD)계산 결과를 도시한 이미지,
도 5는 본 본 발명의 다른 실시예에 따른 잔류 모노머 제거장치의 요부를 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 잔류 모노머 제거장치의 요부를 도시한 평면도,
도 3은 도 1에 도시된 잔류 모노머 제거장치의 일부절개 측면도,
도 4는 도 1에 도시된 잔류 모노머 제거장치와 종래 잔류 모노머 제거장치의 내부 전산 유체 역학(Computational fluid dynamics, CFD)계산 결과를 도시한 이미지,
도 5는 본 본 발명의 다른 실시예에 따른 잔류 모노머 제거장치의 요부를 도시한 평면도이다.
본 명세서에서 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다.
본 명세서의 용어, '포함한다'는 '구비한다', '함유한다', '가진다' 또는 '특징으로 한다' 등의 표현과 등가의 의미를 가지는 개방형 기재이며, 추가로 열거되어 있지 않은 요소, 재료 또는 공정을 배제하지 않는다.
본 발명의 잔류 모노머 제거장치는 증류대상물질에 기체를 공급하여 휘발성 물질을 제거하기 위한 것으로, 몸체부, 공급부, 기체유입부, 배출부, 회수부, 스파이럴형 유로가 형성된 트레이 및 다운커머를 포함한다.
종래, 잔류 모노머 제거장치의 트레이는 구획벽에 의해 상면에 지그재그형의 유로가 형성되며 형성된 유로를 따라 증류대상물질이 유동된다. 이에, 유로의 코너 부근에서 증류대상물질이 구획벽에 부딪힘에 따라, 유동되는 증류대상물질의 유동속도가 저하되거나, 유동이 되지 않는 데드존(dead zone)이 형성된다. 이로 인해, 증류대상물질의 고형물이 침전되어 기체가 공급되는 홀이 폐쇄되고, 증류대상물질과 기체가 접촉되지 않아 휘발성 물질이 충분히 제거되지 못해 생산효율이 저하되고 생산된 PVC의 품질이 저하될 수 있다.
그러나 본 발명의 잔류 모노머 제거장치는 스파이럴형 유로가 형성된 트레이를 구비하여, 트레이의 상면에서 스파이럴형으로 증류대상물질이 유동됨에 따라, 유로 전면에서 일정한 유속으로 증류대상물질이 유동되며, 유동하지 않거나 유동속도가 저하되는 데드존과, 기-액접촉면적을 감소시키는 폼의 형성을 방지할 수 있다. 이에, 우수한 공정 효율을 유지할 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 잔류 모노머 제저장치에 대해 상세하게 설명한다. 첨부한 도면들은 통상의 기술자에게 본 발명의 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위하여 어디까지나 예시적으로 제공되는 것으로서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들로 한정되지 않고 다른 형태로 얼마든지 구체화될 수 있다.
도 1 내지 도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 잔류 모노머 제거장치(100)가 도시되어 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 잔류 모노머 제거장치(100)는 증류대상물질로부터 기체를 공급하여 고분자 슬러리의 잔류 모노머(monomer)를 제거하기 위한 것으로, 구체적 예로 염화비닐단량체(vinyl chloride monomer, VCM)를 포함하는 휘발성 물질을 제거하기 위한 VCM 스트립퍼일 수 있으나 이에 한정되진 않는다. 본 발명의 잔류 모노머 제거장치(100)는 몸체부(10), 공급부(30), 기체유입부(50), 배출부(70), 회수부(90), 스파이럴형 유로(25)가 형성된 트레이(20) 및 다운커머(40)을 포함한다.
본 발명에서, 증류대상물질은 서스펜션 중합(현탁중합, suspension polymerization), 에멀젼 중합(유화 중합, emulsion polymerization)에서 얻어진 고분자분말 내부에 잔존 용매 및 증류 가능한 단량체가 존재하는 형태를 의미하는 것으로, 예를 들어, 폴리염화비닐(Polyvinyl chloride, PVC)를 서스펜션 중합한 후, 내부에 증류 가능한 VCM를 함유하는 서스펜션 중합체(PVC슬러리)를 의미할 수 있다. 서스펜션 중합 또는 에멀젼 중합으로서 PVC를 예로 들어 설명하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명에서 기체는 잔류 모노머 및 잔존 용매 등의 기상화를 위한 것으로, 가스 또는 증기일 수 있으며, 구체적으론 수증기일 수 있다.
몸체부(10)는 내부에 수용된 증류대상물질에 기체를 공급할 수 있는 수용공간을 제공하는 것으로, 도면에 도시된 바와 같이 원통형 챔버로 구비될 수 있으나, 수용공간을 형성할 수 있는 구조라면 한정되지 않는다. 몸체부(10)는 지면에 수직으로 설치되며, 몸체부(10)는 내부에 복수개의 트레이(20) 및 다운커머(40)을 수용한다. 몸체부(10)는 트레이(20)에 의해 내부가 상하방향으로 구획될 수 있다. 몸체부(10)는 증류대상물질이 몸체부(10)의 상부에서 유입되고 기체가 몸체부(10)의 하부에서 유입된다.
공급부(30)는 몸체부(10)의 상부에 마련되고, 증류대상물질이 투입되는 배관으로서, 몸체부(10)의 상부에 마련된 공급부(30)를 통해 몸체부(10)의 내부로 증류대상물질이 공급됨에 따라, 중력에 의해 증류대상물질이 유속을 가지며 이동된다. 구체적으로, 공급부(30)는 최상단의 트레이(20)보다 몸체부(10)의 상부 측에 마련되어 투입된 증류대상물질이 최상단 트레이(20)의 상부면으로 이동될 수 있도록 한다.
기체 유입부는 기체가 투입되는 관 또는 튜브로, 증류대상물질의 유입 방향과 반대로 몸체부(10)의 하부에 마련된다. 기체유입부(50)가 몸체부(10)의 하부에 마련됨에 따라 몸체부(10)의 내부 하부에서부터 상부방향으로 기체가 상승된다.
배출부(70)는 몸체부(10)의 상부에 마련되는 것으로, 기체에 의해 증류대상물질로부터 분리된 휘발성 물질을 배출되는 관 또는 튜브일 수 있다. 구체적으로 배출부(70)을 통해 배출되는 휘발성 물질은 증류대상물질에 함유된 잔존 용매 및 증류 가능한 단량체일 수 있다.
회수부(90)는 몸체의 하부에 마련되는 것으로, 증류대상물질로부터 휘발성 물질이 제거된 증류대상물질을 회수하는 관 또는 튜브일 수 있다. 구체적으로 회수부(90)를 통해 배출되는 휘발성 물질이 제거된 증류대상물질은 잔존 용매 및 증류 가능한 단량체가 제거된 고순도 PVC일 수 있다.
트레이(20)는 몸체부(10)의 내부에 복수개로 구비되며, 각각에 관통홀(21)이 형성되고, 상부면에 스파이럴(spiral)형 유로가 형성된 것이다. 구체적으로, 트레이(20)는 몸체부(10)의 내부를 상,하부로 구획하는 방향으로 위치된 디스크형의 바디(21)와, 디스크형의 바디(21)의 상부면에 위치하여, 스파이럴형의 유로를 형성하는 스파이럴베플(23)을 구비할 수 있다.
이와 같은 트레이(20)는 몸체부(10)의 내부에 복수개가 구비됨에 따라, 몸체부(10)의 내부를 다층으로 구획할 수 있다. 더욱 구체적으로, 트레이(20)는 지면과 수직하는 몸체부(10)의 높이방향을 따라 동일 간격으로 이격되어 배열될 수 있다. 이처럼 동일 간격으로 배열된 트레이(20)들은 임의적으로 상호 인접한 트레이(20) 중 상부에 위치하는 트레이(20)를 상부트레이(20), 이의 하부에 위치하는 트레이(20)를 하부 트레이(20)라 가정할 시, 상부 트레이(20)로부터 하부 트레이(20)로 이동되는 높이가 동일함에 따라 위치에너지에 의해 결정되는 증류대상물질의 유속이 각 트레이(20)가 형성하는 각 층에서 동일할 수 있다. 이에, 공정 설계시 몸체부(10) 내부에 증류대상물질의 유속이 용이하게 제어될 수 있다. 최상부의 트레이(20)는 도면에 도시된 바와 같이, 가장자리 위치에 공급부(30)가 위치하고, 중심 위치에 다운커머(40)이 위치할 수 있으나 이와 달리, 중심 위치에 공급부(30)가 위치하고 가장자리 위치에 다운커머(40)이 위치할 수 있다.
트레이(20)의 바디(21)는 본체의 상,하부 방향으로 관통된 복수개의 관통홀(21)이 형성될 수 있다. 관통홀(21)은 바디(21) 전면에 걸쳐 형성될 수 있으며, 바람직하게는 증류대상물질이 이동로 즉, 스파이럴형 유로(25)의 바닥면에 집중되게 배열될 수 있다. 이때, 바디(21)의 하면은 관통홀(21)로 인해 스파이럴형 유로(25)와 대응되는 스파이럴 패턴이 형성될 수 있다. 바디(21)에 천공되는 관통홀(21)의 직경은 10㎜ 이하, 바람직하게는 1 내지 5㎜, 보다 바람직하게는 1 내지 3㎜일 수 있으나 이에 한정되진 않는다. 바디(21)의 개구비(전체 관통홀(21) 면적/바디(21) 상면의 면적)는 0.01 내지 30%, 바람직하게는 0.02 내지 10%일 수 있으나 이에 한정되진 않는다.
스파이럴베플(23)은 바디(21)의 중심에서 가장자리 방향으로 회전 연장되어 스파이럴형 유로(25)를 형성하는 것으로, 스파이럴베플(23)에 의해 증류대상물질이 트레이(20)의 상면에서 스파이럴형으로 유동될 수 있다. 스파이럴베플(23)은 트레이(20)의 바디(21) 상면에 다양한 스파이럴형 유로(25) 폭을 형성하도록 다양한 각도로 회전 연장될 수 있으나, 바람직하게는 스파이럴베플(23)의 연장방향을 따라 스파이럴형 유로(25) 폭이 일정하도록 회전 연장될 수 있다. 이와 같은 스파이럴베플(23)은 스파이럴형 유로(25)가 일정한 폭으로 형성됨에 따라, 유로를 통해 일정량의 증류대상물질이 유동될 수 있다. 이에, 공정 설계시 증류대상물질의 유량이 용이하게 제어될 수 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 스파이럴베플(23)은 스파이럴 유로(25)를 형성하기 위해 곡선형으로 회전 연장되되, 트레이(20)의 바디(21) 상면의 일부구간에서 직선형으로 연장되어, 스파이럴형 유로(25)의 일부가 직선형으로 형성된 가속구간(23a)을 포함할 수 있다. 가속구간(23a)은 트레이(20)의 중심을 중심으로, 중심각의 크기가 10° 내지 90°, 바람직하게는 20° 내지 80°, 더욱 바람직하게는 30° 내지 60°인 부채꼴 영역에 형성될 수 있다. 이와 같은 부채꼴 영역에 가속구간(23a)이 형성됨에 따라, 유동시 발생하는 마찰 및 바디(21)의 관통홀(21)로부터 공급되는 기체와의 접촉 등에 의해 증류대상물질의 유속이 저하되는 것을 더욱 방지할 수 있다.
다운커머(40)는 트레이(20)들 사이에 마련되며, 몸체부(10)의 상부에서 하부방향으로 증류대상물질이 이동되는 이동통로이다. 다운커머(40)는 상호 인접한 트레이(20) 중 상부에 위치하는 트레이(20)를 상부 트레이(20), 이의 하부에 위치하는 트레이(20)를 하부 트레이(20)라 가정할 시, 상부 트레이(20)와 하부 트레이(20) 사이에 위치하여 상부 트레이(20)에서 유동된 증류대상물질을 하부트레이(20)로 이동시킬 수 있다. 다운커머(40)는 트레이(20)가 복수개가 구비됨에 따라, 복수개가 구비될 수 있다. 이때, 다운커머(40)는 트레이(20)의 가장자리 또는 트레이(20)의 중심에 위치하되 몸체부(10)의 높이방향을 따라 위치가 교번될 수 있다. 구체적으로, 다운커머(40)는 몸체의 상부에서 하부 방향으로 순차적으로 번호를 정할 시, n번째 다운커머(40)는 n번째 트레이(20)의 가장자리로부터 하방으로 연장되어 (n+1)번째 트레이(20)의 가장자리 상부면에 증류대상물질을 이동시킬 수 있다. 아울러, (n+1)번째 다운커머(40)은 n+1번째 트레이(20)의 중심으로부터 하방으로 연장되어, n+2번째 트레이(20)의 중심 상부면에 증류대상물질을 이동시킬 수 있다. 이처럼, 다운커머(40)을 통해 트레이(20) 상에 공급된 증류대상물질은 스파이럴형 유로(25)를 따라 유동된 후, 다음 다운커머(40)을 통해 하부에 위치한 다음 트레이(20)로 이동할 수 있다.
이하, 도 3을 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 잔류 모노머 제거장치(100)의 작동에 대해 상세히 설명한다.
도 3을 참조하면, 공급부(30)를 통해 증류대상물질이 몸체부(10)의 내부로 공급된다. 공급된 증류대상물질은 최상부에 위치하는 트레이(20)의 상부에 공급되며, 스파이럴형 유로(25)를 따라 제1방향(A)으로 회전되며 트레이(20)의 가장자리에서 중심으로 이동된다. 이동된 증류대상물질은 최상부 다운커머(40)을 통해 다음 층의 트레이(20)의 상부에 중심에 공급된다. 공급된 증류대상물질은 스파이럴형 유로(25)를 따라 제2방향(B)으로 회전되며 트레이(20)의 중심에서 가장자리로 이동된다. 도면에선 제1,2방향(A)(B)이 서로 반대되는 방향이나, 이와 달리, 동일한 방향으로 회전될 수 있음은 물론이다. 이처럼, 증류대상물질은 트레이(20) 및 다운커머(40)을 따라 몸체부(10)의 상부에서 하부로 이동된다. 증류대상물질이 트레이(20)의 상부에 스파이럴형 유로(25)를 따라 이동할 시, 기체 유입부로부터 공급된 기체가 트레이(20)의 바디(21)에 형성된 관통홀(21)을 통해 증류대상물질로 공급된다. 공급된 기체에 의해 증류대상물질은 휘발성 물질이 분리되며, 몸체부(10)의 상부에 형성된 배출부(70)를 통해 휘발성 물질은 배출된다. 트레이(20)의 상부에서 하부로 갈수록 휘발성 물질이 점점 제거 되며, 몸체부(10)의 하부에 마련된 회수부(90)를 통해 휘발성 물질이 제거된 고순도의 최종생성물이 몸체부(10)로부터 배출된다.
이와 같은 본 발명의 잔류 모노머 제거장치(100)는 스파이럴형 유로(25)를 통해 트레이(20)의 상면에서 스파이럴형으로 증류대상물질이 유동됨에 따라, 유로 전면에서 일정한 유속으로 증류대상물질이 유동되며, 유동하지 않거나 유동속도가 저하되는 데드존과, 기-액접촉면적을 감소시키는 폼의 형성을 방지할 수 있다.
도 4는 종래 지그재그형 유로와 본 발명의 스파이럴형 유로의 내부 전산 유체 역학(Computational fluid dynamics, CFD)계산 결과를 시각적으로 이미지화 한 도면이다.
도 4를 참조하면, 종래의 유로는 유체가 거의 유동되지 않는 파란색의 데드존이 코너 부근 마다 곳곳에 형성되어 있으나, 본 발명의 스파이럴형 유로(25)는 전체적으로 데드존의 형성없이 유체가 일정하게 흐름을 확인할 수 있었다. 즉, 본 발명의 잔류 모노머 제거장치(100)는 스파이럴형 유로(25)가 형성됨에 따라 증류대상물질을 안정적으로 유동시킬 수 있으며, 이에 침전에 의한 공정 효율의 저하 및 장치의 고장 등을 방지할 수 있다. 뿐만 아니라, 증류대상물질이 원활하게 흐름에 따라, 공정 속도를 증진시키기 위해, 증류대상물질을 빠른 유속으로 공급할 시에도, 증류대상물질의 체류 및 유속저하를 방지할 수 있다. 게다가, 큰 마찰 없이, 유체가 이동될 수 있음에 따라, 거품의 발생률이 매우 저하되어 공정 효율이 더욱 상승될 수 있다.
아울러, 본 발명의 잔류 모노머 제거장치는 도 5에 도시된 바와 같이, 공급부(30)가 복수개로 구비될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 잔류 모노머 제거장치(200)에 있어서, 공급부(30)는 증류대상물질을 분산 투입할 수 있도록 복수개가 형성될 수 있다. 상세하게, 복수개의 공급부(30)는 몸체부(10)의 내부 둘레를 따라 동일간격으로 이격배치될 수 있으며, 각각에서 동일한 유량으로 증류대상물질이 배출될 수 있다. 단일개의 공급부(30)에서 배출되는 증류대상물질 유량이, 공급부(30)의 개수에 반비례하여 줄어듦에 따라, 공급부(30)와 몸체부(10) 사이에서의 압력차가 줄어들고, 압력차에 의해 폼이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이와 같은 본 발명의 잔류 모노머 제거장치(200)는 폼의 형성이 더욱 방지되여 공정 효율 증대 효과가 극대화 될 수 있다.
그리고 본 발명은 상술한 잔류 모노머 제거장치를 통한 잔류 모노머 제거 방법으로, 증류대상물질이 몸체부에 투입되는 단계, 증류대상물질에 기체가 공급되어 휘발성 물질을 함유하는 기상과 휘발성 물질이 제거된 증류대상물질이 생성되는 단계 및 몸체부로부터 기상과 휘발성 물질이 제거된 증류대상물질을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에서 증류대상물질은 서스펜션 중합(suspension polymerization) 또는 에멀젼 중합(emulsion polymerization)의 중합생성물을 포함하는 것으로, 상세하게는 PVC의 서스펜션 중합생성물 또는 에멀젼 중합생성물을 포함할 수 있다. 중합을 위해 VCM와 반응할 수 있는 중합성 단량체의 예는 비닐 알콜의 카복실산 에스테르(예: 비닐 아세테이트), 비닐 에테르(예: 알킬비닐 에테르), 불포화 카복실산 에스테르(예: 아크릴레이트 및 메타크릴레이트), 비닐리덴 할라이드(예: 비닐리덴 클로라이드 및 비닐리덴 플루오라이드), 불포화 니트릴(예: 아크릴로니트릴) 및 올레핀(예: 에틸렌 및프로필렌)이 포함될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
본 발명에서, 증류대상물질은 바람직하게 중합 반응을 거친 PVC, 미반응 잔류 단량체(VCM) 및 주로 물을 함유하는 수성 매질을 함유하는 액체 분산액(PVC슬러리)을 지칭할 수 있으며, 필요에 따라 완충제, 입자 크기 조절제, 스케일(scale) 부착 억제제, 소포제 등의 이외에도, 폴리비닐 알콜 또는 하이드록시프로필메틸 셀룰로즈와 같은 분산제를 소량 포함할 수 있다.
상세하게, 증류대상물질이 몸체부에 투입되는 단계에서, 증류대상물질의 슬러리 농도, 즉 PVC슬러리의 농도는, 바람직하게는 5 내지 50중량%, 보다 바람직하게는 10 내지 40중량%이다. 증류대상물질의 농도가 50중량%를 초과할 경우, 유동성이 매우 저하되며, 농도가 5중량% 미만이면 잔류 단량체의 제거 효율이 현저히 저하될 수 있다.
증류대상물질에 기체가 공급되어 휘발성 물질을 함유하는 기상과 휘발성 물질이 제거된 증류대상물질이 생성되는 단계에서, 기체의 분출량은 증류대상물질이 형성하는 영역 1㎥당 바람직하게는 1 내지 100kg/h, 보다 바람직하게는 5 내지 50kg/h일 수 있으나 이에 한정되진 않는다. 이때, 기체의 온도 및 분출량은 최상부 트레이 위를 유동하는 증류대상물질의 온도가 50 내지 150℃, 구체적으로 70 내지 120℃, 보다 구체적으론 80 내지 110℃로 되도록 조절할 수 있으나 이에 한정되진 않는다.
몸체부로부터 기상과 휘발성 물질이 제거된 증류대상물질을 제거하는 단계에서, 휘발성 물질은 배출부를 통해 배출되며 휘발성 물질이 제거된 증류대상물질은 회수부로 배출된다. 휘발성 물질이 제거된 증류대상물질은 VCM이 제거된 고순도 PVC 일 수 있다. 이처럼, 상술한 잔류 모노머 제거장치를 통한 잔류 모노머 제거 방법은 공정 효율이 우수하여 고순도의 제품을 제조할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10 : 몸체부
20 : 트레이
25 : 스파이럴형 유로
30 : 공급부
40 : 다운커머
50 : 기체유입부
70 : 배출부
90 : 회수부
100 : 잔류 모노머 제거장치
20 : 트레이
25 : 스파이럴형 유로
30 : 공급부
40 : 다운커머
50 : 기체유입부
70 : 배출부
90 : 회수부
100 : 잔류 모노머 제거장치
Claims (10)
- 내부에 수용된 증류대상물질에 기체를 공급할 수 있는 몸체부;
상기 몸체부의 상부에 마련되고, 상기 증류대상물질이 투입되는 증류대상물질 공급부;
상기 몸체부의 하부에 마련되고, 상기 기체가 투입되는 기체유입부;
상기 몸체부의 상부에 마련되고, 상기 기체에 의해 상기 증류대상물질로부터 분리된 휘발성 물질을 배출하는 배출부;
상기 몸체부의 하부에 마련되고, 상기 증류대상물질로부터 상기 휘발성 물질이 제거된 증류대상물질을 회수하는 회수부;
상기 몸체부의 내부에 복수개로 구비되며, 각각에 관통홀이 형성되고, 스파이럴(spiral)형 유로가 형성된 트레이; 및
상기 트레이들 사이에 마련되며, 상기 몸체부의 상부에서 하부방향으로 상기 증류대상물질이 이동되는 이동통로인 다운커머;를 포함하며,
상기 트레이는 상기 몸체부의 내부를 상,하부로 구획하는 방향으로 위치하는 디스크형의 바디와, 상기 바디의 상부면에 위치하며, 상기 바디의 중심부에서 가장자리 방향으로 회전 연장되어 상기 스파이럴형의 유로를 형성하는 스파이럴베플을 구비하고,
상기 다운커머는 상기 트레이의 가장자리 또는 상기 트레이 중심에 위치하되, 상기 몸체부의 높이방향을 따라 위치가 교번되는 잔류 모노머 제거장치. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 스파이럴형 유로의 폭이 일정한 잔류 모노머 제거장치. - 제1항에 있어서,
상기 공급부는 상기 증류대상물질을 분산투입할 수 있도록 복수개가 형성되는 잔류 모노머 제거장치. - 제5항에 있어서,
상기 공급부는 상기 몸체부의 내부 둘레를 따라 동일간격으로 이격되는 잔류 모노머 제거장치. - 제1항에 있어서,
복수개의 상기 트레이는 상기 몸체부의 높이방향을 따라 동일 간격으로 이격된 잔류 모노머 제거장치. - 제1항 또는 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항의 잔류 모노머 제거장치를 통한 잔류 모노머 제거 방법에 있어서,
상기 증류대상물질이 상기 몸체부에 투입되는 단계;
상기 증류대상물질에 기체가 공급되어 휘발성 물질을 함유하는 기상과 휘발성 물질이 제거된 증류대상물질이 생성되는 단계; 및
상기 몸체로부터 기상과 휘발성 물질이 제거된 증류대상물질을 제거하는 단계;를 포함하는 잔류 모노머 제거 방법. - 제8항에 있어서,
상기 증류대상물질은 서스펜션 중합(suspension polymerization) 또는 에멀젼 중합(emulsion polymerization)의 중합생성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 잔류 모노머 제거 방법. - 제9항에 있어서,
상기 증류대상물질은 증류 가능한 염화비닐단량체(vinyl chloride monomer, VCM)를 포함하는 잔류 모노머 제거 방법.
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