KR20000005373A - 폴리올레핀 회수장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리올레핀, 특히 고분자량의 비정질 폴리알파올레핀의 생성물 회수 방법 및 장치에 관한 것으로서, 물의 사용이 크게 감소되며 폴리올레핀 덩어리를 저장 및 건조시키는 중간단계가 제거됨을 특징으로 한다. 반응기에서 제조된 폴리올레핀은 반죽기-압출기에서 시그마 블레이드에 의해 가열 및 혼합되어서 미반응 모노머를 제거한다. 이후에 액체형태의 폴리올레핀 재료가 압출기에 직접 전달되어서 미반응 모노머와 촉매를 추가 제거한다. 본 발명은 알려진 양의 가스와알려진 열역학적 성질을 사용하여 용기내 재고량을 측정하는 방법을 포함한다.

Description

폴리올레핀 회수장치 및 방법

비정질 프로필렌 단일중합체 및 공중합체와 같은 비정질 폴리알파올레핀은 다양한 제품에서 중요하다. 이러한 물질의 넓은 활용도는 화학적 불활성, 유연성, 신축성과 같은 화학적 및 물리적 성질의 고유한 조합 때문이다.

비정질 폴리올레핀은 촉매 활성을 제거하고 미반응 모노머를 제거하기 위해서 물과 혼합된다. 촉매 및 모노머 제거로 축축하고 점성인 생성물 덩어리가 획득된다. 이 물질이 다양한 제품으로 형성되기 위해서 덩어리가 건조되고 이후에 압출 또는 성형되어야 한다.

물질의 압출은 필요한 폴리머의 건조된 덩어리를 호퍼로 부터 스크루형 압출기의 이송지대로 이송하는 것을 포함한다. 폴리올레핀 재료는 펠렛화 또는 고압하의 성형 이전에 가열되고 기계적으로 작동되는 스크루에 의해 압출기를 통과한다. 혹은, 이러한 재료는 사출성형, 로울 밀링 및 압축성형과 같은 고온방법에 의해 성형된다. 저분자량 및 고분자량의 비정질 폴리알파올레핀은 대체로 위와 같이 가공된다.

그러나, 기존의 생성물 전달 및 회수방법은 여러 회수단계를 통해 폴리머 반응기로 부터 압출기로 재료를 운반하기 위해서 물의 도입을 필요로 한다. 이들 방법에서 과도한 물의 사용 때문에 추가 저장탱크, 운반 및 제거라인 및 기타 부속시설이 필요한 양의 물을 도입, 유지, 제거 및 재순환시키는데 필요하다. 추가로, 기존의 방법은 유용한 제품으로 압출시키기 이전에 재료를 덩어리 형태로 저장하므로 이러한 중간 가공단계를 위해 관련된 유지시설과 함께 추가 저장 및 운반시설을 필요로 한다. 따라서, 폴리올레핀, 특히 고분자량의 비정질 폴리알파올레핀의 회수방법 및 장치가 필요로 하는데, 이 경우 생성물 회수동안 물의 사용이 크게 감소되고 폴리올레핀 덩어리형태를 저장 및 건조하는 중간 단계가 제거되어 제조효율을 향상시킬 필요가 있다.

시그마 믹서, 반죽기 또는 반죽기/압출기와 같은 종래의 가공시설이 공지된다. 이러한 종래의 시설은 대체로 다양한 재료를 배치 혼합하는데 사용된다. 고분자량의 비정질 폴리알파올레핀은 저분자량의 폴리알파올레핀에 비해서 비교적 높은 연화점 뿐만 아니라 증가된 점도 및 끈기를 보인다. 이러한 성질의 조합은 고분자량의 폴리올레핀에 고유한 가공문제를 제공한다. 예컨대, 종래의 취급 및 운반기술을 사용하면 고분자량의 비정질 폴리알파올레핀은 스크루, 블레이드, 노즐, 피팅, 밸브 및 파이프를 막히게 한다. 이것은 이러한 재료의 가공동안 특히 문제가 된다.

용기, 탱크 또는 기타 가공 또는 저장시설(이후에는 "용기"라 칭함)에 있는 재료의 양을 측정할 필요가 빈번히 있다. 용기의 재고량이 이용가능한 용적을 범람시키지 않아야 하며 용기가 완전히 비어있지 않아야 한다. 이러한 문제는 재료의 입출력에 대해 제어를 하도록 용기의 재고량을 측정함으로써 방지될 수 있다. 용기 내부 용적이 변하는 다양한 시설과 함께 각 용기는 재고량 측정을 필요로 한다.

종래의 재고량 측정수단은 다음과 같은 가능성과 문제를 갖는다. 한가지 방법은 재료 첨가 전후에 용기를 무게를 기계식 또는 전자식으로 재는 것인데, 이 경우 용기가 재고량보다 훨씬 더 무게가 나갈 때 정확도가 떨어지고 용기가 움직일 수 있어야 하므로 신축성 연결부 사용이 필요하다는 문제가 있다.

액체 재고를 포함한 용기에 대해 또다른 종래적인 방법은 용기내의 유체 정압을 측정하는 장치사용이 필요하며, 재고가 고체 또는 점성재료일 때 이 방법은 사용될 수 없다. 또다른 방법은 추가된 질량을 통과할 때 감마선과 같은 고에너지 복사선의 감소량 증가를 측정하는 것인데, 이 방법은 무게측정방법과 같은 정확도 문제가 있다. 또다른 종래적인 방법은 부표, 기계적 패들 휘일, 전기적 프로브, 초음파 트랜시버와 같은 수단에 의해 표면 높이를 측정하는 것인데, 재료가 용기에 균일 분포하지 않을 때 문제가 된다.

용기의 재고량을 측정하는 종래의 방법 모두는 본 발명의 끈적거리는 고분자량의 비정질 폴리알파올레핀의 양을 정확히 측정할 수 없다. 따라서, 종래의 무게측정 기술의 한계를 극복하기 위해서 연속 가공시설에서 이러한 재료의 재고량을 측정할 필요가 있다.

발명의 요약

본 발명의 공지기술과 관련된 문제를 극복하는 고분자량의 비정질 폴리올레핀 회수방법에 관계한다. 이 방법은 반응지대에서 모노머를 반응시켜 고분자량의 비정질 폴리올레핀 재료를 형성시키는 단계; 잔류촉매 및 미반응 모노머와 함께 폴리올레핀 재료를 혼합물로서 반응지대에서 용적이 알려진 조절지대로 연속 전달하는 단계; 조절된 폴리올레핀을 형성하고 미반응 모노머를 제거하기 위해서 충분한 기간동안 혼합물을 반죽하면서 조절지대에 있는 혼합물을 250℉ 이상의 온도로 가열하는 단계; 조절지대에 있는 혼합물의 용적을 측정하는 단계; 조절지대로 부터 조절된 폴리올레핀을 제거하는 단계; 폴리올레핀 재료 전달 또는 조절된 폴리올레핀 제거단계를 조절하여 폴리올레핀의 과열을 방지하면서 상당량의 미반응 모노머를 제거시키기에 충분한 폴리올레핀 체류시간을 제공하도록 조절지대에서 충분한 용적의 혼합물을 유지시키는 단계를 포함한다.

상기 방법에서 측정단계는 조절지대에서 탐지가능한 압력변화를 일으키도록 혼합물과 반응하지 않으며 조절지대 온도에서 비응축성인 용적이 알려진 유체를 조절지대에 도입하고; 조절지대를 점유하는 가스와 유체의 용적을 측정하고; 조절지대의 측정된 용적과 알려진 용적을 사용하여 조절지대에 있는 재료 혼합물의 용적을 측정하는 과정을 포함한다. 예컨대, 재료 혼합물의 변동용적을 결정하기 위해서 조절지대의 알려진 용적으로 부터 측정된 용적이 감해질 수 있다.

유체 용적 측정 단계는 유체 도입 이전에 조절지대에 있는 가스의 압력 및 온도를 측정하고; 조절지대로 도입이전에 용적이 알려진 유체의 압력 및 온도를 측정하고; 조절지대에 도입되지 않는 유체의 온도 및 압력을 측정하고; 조절지대를 점유하는 가스 및 유체의 온도 및 압력을 측정하고; 측정된 압력 및 온도로 부터 조절지대에 있는 가스 및 유체의 용적을 계산하는 과정을 포함한다. 또한 조절지대로 부터 미반응 모노머를 통기시켜서 통기된 미반응 모노머를 반응지대로 재순환시킬 수 있다.

또한 본 발명은 통기단계동안 폴리올레핀의 이월을 막기 위해서 조절지대로의 폴리올레핀 재료의 전달을 조절하고 조절지대에서 일정한 용적의 혼합물을 유지시키도록 폴리올레핀 재료의 전달, 가열 및 반죽단계를 조절하는 과정을 포함한다. 혹은 폴리올레핀 재료가 조절지대에 간헐적으로 전달될 수 있다.

본 발명의 또다른 측면은 고분자량의 비정질 폴리올레핀 회수장치에 관계한다. 이 장치는 폴리올레핀 재료 수용수단; 잔류 촉매 및 미반응 모노머와 함께 폴리올레핀 재료를 혼합물로서 수용수단에 연속 전달하는 수단; 수용수단으로 부터 미반응 모노머를 통기시키는 수단; 수용수단에 있는 혼합물을 250℉ 이상의 온도로 가열하는 수단; 조절된 폴리올레핀을 형성하고 혼합물로 부터 미반응 모노머를 제거하기 위해서 충분한 시간동안 수용수단에 있는 혼합물을 반죽하는 수단; 수용수단으로 부터 조절된 폴리올레핀을 제거하여 회수하는 수단을 포함하며 수용수단은 가압된다.

혼합물 반죽수단은 서로 반대로 회전하여 블레이드 사이의 폴리올레핀을 조절된 폴리올레핀 회수수단으로 밀어내면서 혼합물을 반죽하는 회전가능한 시그마 블레이드를 포함한다. 반죽수단은 중공 코어를 가지는 블레이드 부재를 포함하며 가열수단은 블레이드의 중공 코어에 배치된 가열매체일 수 있다. 수용수단은 35 내지 100psig의 압력에서 작동된다.

본 발명에 따른 또다른 측면은 용적이 알려진 용기의 재고량을 측정하는 방법에 관계한다. 이 방법은 비반응성이고 용기온도에서 비응축성인 알려진 용적의 유체를 저장원에서 용기로 도입하여 저장원에서 탐지가능한 압력변화를 일으키는 단계; 용기를 점유하는 가스 및 유체의 용적을 측정하는 단계; 용기의 알려진 용적으로 부터 측정된 용적을 뺌으로써 용기의 재고량을 측정하는 단계를 포함한다. 유체용적 측정단계는 유체의 도입 이전에 용기에 있는 가스의 압력 및 온도 측정; 조절 지대로 도입되기 이전에 용적이 알려진 유체의 압력 및 온도측정; 용기에 도입되지 않은 유체의 압력 및 온도측정; 용기를 점유한 가스 및 유체의 압력 및 온도측정; 측정된 압력 및 온도로 부터 용기에 있는 가스 및 유체의 용적계산 과정을 포함한다. 추가로, 유체 도입 단계는 용기온도에서 비반응성이고 비응축성인 유체를 저장원에 도입하고 저장원에 있는 유체의 용적을 측정하는 과정을 포함한다. 이러한 측면에서 측정유체가 용기에 도입될 때 용기의 재고량 변화를 임시 중지시키는 것이 유용하다. 이후에 측정유체가 용기로 부터 방출되고 용기를 통한 정상적 재고흐름이 재개될 수 있다.

본 발명은 폴리올레핀 회수방법 및 장치, 특히 고분자량의 비정질 폴리알파올레핀을 회수하기 위한 장치 및 방법에 관계한다.

도 1 은 본 발명에 따른 반죽기-압출기 장치를 보여준다.

도 2 는 본 발명에 따른 반죽기-압출기 장치 시그마 블레이드의 상세도이다.

도 3 은 본 발명의 생성물 회수방법과 관련된 재고량 측정방법을 보여준다.

도 4 는 본 발명의 생성물 회수방법과 관련된 장치를 보여준다.

도 5 는 본 발명의 생성물 회수방법과 관련된 단계를 보여주는 순서도이다.

* 부호설명

1 ... 파이프 2,20 ... 반죽기-압출기

3 ... 블레이드 4 ... 통기구

5 ... 스크루 6 ... 모터

7 ... 통기라인 8 ... 블리퍼 밸브

9 ... 통기밸브 10 ... 반응기

11 ... 회전 샤프트 12 ... 입구

13 ... 폴리올레핀 덩어리 14 ... 가스

15 ... 배럴 21,22 ... 전달 수단

25 ... 가열수단 26 ... 펌프

27 ... 히터 28 ... 제어밸브

30 ... 통기라인 40 ... 녹아웃 단지

47 ... 통기밸브 50 ... 압출기

51 ... 스크루배럴 70 ... 통기라인

80 ... 펠렛화기 90 ... 가변속도 모터

100 ... 건조기

본 발명의 장치 및 방법은 폴리프로필렌과 같은 고분자량의 비정질 폴리알파올레핀을 가공 및 회수하는데 유용하다. "고분자량"이란 용어는 190℃에서 200,000cps 이상의 용융물 점도나 230℃에서 80g/10분 미만의 용융물흐름속도(MFR)를 갖는 폴리머를 가리킨다. 이러한 폴리머로는 아이소택틱 결정성을 보이지 않으며 1dl/g 미만의 고유점도를 가지는 디에틸 에테르 가용성 폴리머가 있다. 이러한 폴리올레핀은 반응기에서 적당한 모노머를 중합시켜 제조된다. 예컨대, 폴리프로필렌을 제조하기 위해서 액체 프로필렌이 135 내지 140℉에서 약 345psig의 기포점 압력에 유지될 수 있다. 에틸렌 또는 부텐-1과 같은 코모노머가 폴리올레핀 성질을 더욱 향상시키기 위해서 첨가될 수 있다. 반응기는 280 내지 700, 특히 300 내지 550, 더더욱 340 내지 385psig의 압력으로 가압되고 100 내지 200℉, 특히 120 내지 170℉로 냉각되어서 원하는 폴리올레핀 제조에 필요한 적절한 온도 및 압력을 유지한다. 반응기는 140 내지 300, 특히 180 내지 285, 더더욱 225 내지 275rpm으로 미반응 화합물을 혼합시킨다. 반응기의 용적은 50 내지 500갤론, 특히 100 내지 400갤론, 더더욱 150 내지 250갤론이다. 필요한 폴리올레핀에 따라서 적절한 촉매가 반응기에 첨가된다.

촉매는 할로겐화 마그네슘, 특히 8:0.5 내지 8:3, 더더욱 8:1 내지 8:1.5의 몰비로 염화마그네슘과 삼염화 알루미늄을 포함하는 담체와 혼합된 4할로겐화 티타늄과 같은 전이금속 화합물을 포함한다. 4할로겐화 티타늄에 대한 할로겐화 마그네슘의 몰비는 8:0.1 내지 8:1, 특히 8:0.4 내지 8:0.6이다. 촉매는 알킬기가 1 내지 9개의 탄소원자를 포함한 트리알킬알루미늄과 같은 오르가노알루미늄 성분을 포함한다. 티타늄 성분에 대한 알루미늄 성분의 비는 50:1 내지 600:1, 특히 70:1 내지 300:1, 더더욱 90:1 내지 125:1이다.

예컨대, 폴리프로필렌은 프로필렌 모노머와 광유의 6%w/w 혼합물로서 반응기에 펌핑된 2.5%w/w의 티타늄 함량을 갖는 트리에틸알루미늄(TEA)의 5%w/w 헵탄 용액을 사용하여 제조될 수 있다. 이것은 154.9℃의 용융점, 7.7cal/gm의 용융열, 230℃에서 5.7gm/10분의 용융물 흐름속도, 190℃에서 2,000,000cps 이상의 용융물 점도, 10 S^-1의 전단속도, 11.8㎏ 폴리머/g촉매의 촉매효율, 43.8% 헵탄 용해 중량을 갖는 폴리올레핀을 생성한다.

반죽기-압출기로 공급되는 형태는 액체 프로필렌에 폴리프로필렌 입자의 슬러리이다. 일부 액체 프로필렌은 고압의 중합 반응기에서 저압의 반죽챔버로 흐를 때 가스로 빠져나간다. 폴리프로필렌의 용융물 흐름속도(ASTM D-1238, 2.16㎏, 230℃)는 0.1 내지 80gm/10분, 특히 0.2 내지 30그램/10분이다.

고분자량의 비정질 프로필렌 단일중합체는 탄성을 가지며 아이소택틱 결정성이 없고 1dl/g 미만의 고유 점도를 갖는 디에틸 에테르 가용성 폴리머이다. 용융물 점도가 190℃에서 200,000 내지 2,000,000cps이 되도록 하는 분자량을 갖는다. 이것은 중합반응동안 수소를 반응기 압력의 4%로 제한함으로써, 특히 수소를 도입하지 않음으로써 달성된다. 이 프로필렌 단일중합체는 120 내지 200℃, 특히 145 내지 165℃의 용융점을 갖는다.

폴리올레핀이 생성되면 추가 가공 및 회수를 위해 다른 설비로 전달되어야 한다. 본 발명에 따르면 중합된 폴리올레핀은 반응기로 부터 간헐적 또는 연속으로 반죽기-압출기 내부로 전달될 수 있다. 이 재료는 액체 모노머에든 폴리머 입자 슬러리 형태로 간헐적 또는 연속으로 이송될 수 있다. 재료의 이송은 1/2초 내지 10초, 특히 1초간 분당 1 내지 10번 전달, 특히 분당 1 내지 10번 전달되거나 연속으로 이루어질 수 있다. 총 이송속도는 시간당 80 내지 180파운드의 미반응 화합물, 시간당 20 내지 150파운드의 폴리머이다. "미반응 화합물"이란 용어는 미반응 프로필렌 또는 기타 모노머와 최종 폴리올레핀 제품에 필요한 휘발물질을 포함한다. 이송속도는 시간당 30 내지 90파운드의 폴리머와 시간당 90 내지 150파운드의 프로필렌 모노머와 같은 미반응 모노머이다. 특히, 폴리머 이송속도는 시간당 42 내지 60파운드이고 미반응 화합물 이송속도는 시간당 100 내지 120파운드이다.

전달력은 반응기와 반죽기-압출기간의 압력차이다. 반응기로 부터 반죽기-압출기로의 재료의 연속 전달이 가능하지만, 배치방식보다 더 경제적인 흐름을 허용한다면 재료의 간헐적 전달이 가능하다. 따라서, 반죽기-압출기는 연속 공정에서 플래쉬 탱크로 작용하며 압력하에서 작동한다.

도 1 에서, 폴리올레핀 재료는 반죽기-압출기(2)에 연결된 파이프(1)를 통해 공급된다. 반죽기-압출기로의 전달은 밸브나 게이트를 수단으로 이루어질 수 있다. 한 구체예에서 소위 "블리퍼" 밸브가 재료를 반죽기-압출기에 간헐적으로 통과시키는데 사용된다. 또다른 구체예에서 밸브 또는 게이트가 부분 개방위치에 있어서 재료가 반죽기-압출기에 연속 통과되게 할 수 있으며, 이 경우에 전달되는 재료의 양은 반응기에 공급되는 모노머와 촉매의 양에 따라 좌우된다.

반죽기-압출기 내부는 250 내지 500℉의 온도로 가열되어서 폴리올레핀 재료에 남아있는 미반응 모노머를 방출시킨다. 선호되는 구체예에서 반죽기-압출기는 340 내지 410℉, 특히 370 내지 390℉로 가열된다. 열은 반죽기-압출기 벽에 포함된 전기저항 가열소자, 반죽기-압출기 주위의 전기유도성 가열코일, 반죽기-압출기 주위나 폴리올레핀 재료 및 미반응 화합물에 사용되는 교반기 또는 믹서의 중공 블레이드나 중공 전달 스크루를 통하는 열전달 유체 순환, 또는 다른 종래의 가열수단에 의해 공급된다.

이러한 반죽기-압출기는 열형태로 충분한 에너지를 공급하고 폴리올레핀에 기계적으로 작용하여 대부분의 미반응 프로필렌 또는 기타 모노머를 증발시키고 최종 폴리올레핀 재료에서 불필요한 미반응 프로필렌, 에틸렌, 수소 및 기타 미반응 화합물의 분리를 허용한다.

반죽기-압출기의 내부는 한 샤프트에 하나의 블레이드로 두 개의 블레이드를 포함한다. 샤프트는 별도의 가변속도 모터에 의해 구동되지만 한 샤프트가 다른 샤프트의 1/2 내지 3/4, 특히 2/3의 속도로 작동하는 기어박스를 통해 모터(6)에 의해 구동될 수 있다. 별도의 모터가 사용되면 이들 샤프트는 상이한 속도로 독립적으로 구동될 수 있다. 반죽기-압출기는 1 내지 7피트의 길이와 폭, 특히 1/2 내지 4피트의 길이와 폭, 더더욱 20 내지 24인치의 길이와 22 내지 30인치의 폭을 갖는 홈통을 포함하여서 조절된 폴리올레핀이 장치로 부터 빠져나올 수 있게 한다. 선호되는 구체예에서 두 개의 블레이드 및 샤프트가 반대방향으로 장치의 중심을 향해 하향으로 회전하여서 홈통내에서 반죽챔버 바닥에 위치된 전달 압출기 스크루에 대해서 폴리머를 전방 하향 및 후방 하향으로 밀어낸다.

더 빠른 블레이드를 10 내지 60, 특히 15 내지 50, 더더욱 25 내지 40rpm의 속도로 회전시킴으로써 반죽기에 도입된 모든 폴리올레핀 재료에 대해 블레이드가 작용한다. 더 느린 블레이드는 기어 박스에서 선택된 비율에 따라서 5 내지 45, 특히 7 내지 38, 더더욱 12 내지 30rpm의 속도로 회전한다. 도 1 에 도시된 구체예에서 블레이드는 그리스문자 시그마(Σ)와 유사한 모양이다. 블레이드는 1 내지 5피트의 길이와 4 내지 20인치의 직경, 특히 1½ 내지 2½피트의 길이와 7 내지 16인치의 직경, 더더욱 1¾ 내지 2¼피트의 길이와 10 내지 12인치의 직경을 가진다. 블레이드는 반죽기-압출기 용기의 전체 내면에 접근하여 생성물 재료에 작용할 수 있어서 반죽기-압출기에 있는 모든 점성 폴리올레핀 재료를 내면으로 부터 효과적으로 "긁어모아서" 홈통과 전달 스크루(5)안으로 하향 이동시킨다. 스크레이핑은 폴리올레핀 재료가 벽에 접착하여 반죽기-압출기 용기(2)에 너무 오래 남아있으므로써 열분해되는 것을 방지하고 반죽기-압출기(2)의 막힘을 방지하고 새로운 열전달 표면을 제공함으로써 열전달률을 증가시키는데 필요하다.

블레이드(3)가 재료에 작용할 때 재료를 가열하여서 미반응 모노머, 프로필렌과 기타 휘발물질이 탈출할 수 있게 한다. 작은 규모의 반죽기-압출기에서 재킷과 재순환된 가열된 폴리올레핀 재료로 부터 충분한 열이 제공된다. 큰 규모의 반죽기-압출기에서 블레이드(3)는 중공형이어서 고온 증기 또는 오일과 같은 열전달유체, 전기유도코일 또는 반죽기-압출기에 있는 재료와 블레이드를 가열하는 기타 종래의 가열수단을 포함할 수 있다. 폴리올레핀 재료는 폴리올레핀의 과도한 열분해가 유도되는 온도만큼 뜨겁지 않게 가열 및 기계적 작용함으로써 용융상태로 유지된다.

블레이드(3)의 상세도는 도 2 에 도시된다. 블레이드의 외측 가장자리는 도시된 만큼 "하강"하지 않는다. 오히려 블레이드의 외측 가장자리는 종축을 따라 있는 샤프트로 부터 일정한 거리에 있다. 대신에, 블레이드 가장자리는 홈통 내부의 원주주위에 "구부러진다". 지점 C 에서 지점 D 로의 구부러짐은 약 90도이다.

반죽기-압출기(2)는 폴리올레핀 가공에 사용된 반응기에 비해서 작은 용적을 가진다. 증발되는 모노머를 포함한 미반응 화합물의 양은 반죽기-압출기의 필요한 용적을 결정한다. 미반응 화합물의 양은 반죽기-압출기(2)에 들어오는 재료의 40 내지 75%, 특히 50 내지 65%, 더더욱 58%이다. 반죽 블레이드를 배제하고 압출기 전체 용적을 배제한 (압출기 스크루는 폴리머로 채워지기 때문) 반죽기-압출기의 자유용적은 20 내지 120, 특히 40 내지 100, 더더욱 55 내지 75리터이다. 반죽기-압출기 챔버에 유지된 폴리머의 양은 종래의 반죽기 혼합량에 비해서 적다. 대개의 종래의 반죽기는 밀폐되거나 가압되지 않으므로 더 큰 용적을 가질 수 있다.

반죽기-압출기 구축에 다양한 종래의 재료가 사용될 수 있지만 폴리올레핀과 접촉하는 모든 부분이 다양한 등급의 스텐레스강으로 제조되는 것이 좋다. 선호되는 구체예에서, 반죽기-압출기(2)는 사이에 겹침 정도가 적게 나란히 놓이는 두 개의 짧은 원통모양을 가진다. 반죽기-압출기 실린더는 각각 4 내지 20인치의 지경과 1½ 내지 2½피트의 길이, 특히 8 내지 16인치의 직경 2 내지 4피트의 길이를 가진다. 각 실린더의 직경은 반죽기 블레이드의 직경보다 0.5인치, 특히 0.05인치, 더더욱 0.005인치 더 크다. 반죽 블레이드(3)는 반죽기-압출기 챔버의 각 실린더에 위치된다. 비교적 적은 용적의 반죽기-압출기(2)와 블레이드(3)의 모양은 모든 폴리올레핀이 블레이드(3)에 의해 기계적 작용을 받으며 가열되게 하여서 남아있는 미반응 모노머 제거공정을 수월하게 한다. 선호되는 구체예에서, 홈통은 전기유도코일, 증기 또는 250 내지 500℉의 고온오일과 같은 가열수단이 장착되어서(도시 안된) 남아있는 미반응 프로필렌 또는 기타 모노머의 증발을 보조할 수 있다. 더욱 선호되는 구체예에서 가열수단은 385 내지 455℉의 고온 오일이다. 이것은 폴리머 재료를 340 내지 410℉, 특히 370 내지 390℉로 유지시킨다.

프로필렌 또는 미반응 모노머 또는 기타 휘발물질을 포함하는 가스는 반죽기-압출기(2)에 있는 하나이상의 통기구(4)를 사용함으로써 폴리올레핀 재료로 부터 방출된다. 이러한 통기구는 적어도 하나의 녹아웃 단지(도시 안된)에 연결된다. 녹아웃 단지는 통기 가스에서 바람직하지 않는 폴리올레핀 재료와 촉매, 조촉매와 같은 화합물 제거에 사용된다. 선호되는 구체예에서 통기 가스를 반죽기-압출기에서 제거하기 위해 통기구를 적어도 두 개의 녹아웃 단지에 연결시키는 하나이상의 통기 라인(7)이 있다. 한 단지는 바로 사용할 수 있고 나머지는 보충용이다. 새로운 폴리올레핀이 반죽기-압출기에 들어올 때 높은 가스속도는 재료를 통기라인에 이월시켜서 제조공정의 막힘과 예기치 못한 운전정지를 유도할 수 있다.

폴리올레핀 재료가 간헐적 전달될 때 순간 압력상승이 재료내의 미반응 화합물이 휘발 또는 분출과 반응기 재료의 고압으로 인해서 반죽기-압출기에서 일어날 수 있다. 높은 가스속도 문제를 방지하기 위해서 블리퍼 밸브(8)가 개방되는 동안 반응기와 반죽기-압출기간의 통기밸브가 수동으로 폐쇄될 수 있다. 이러한 문제는 폴리올레핀 재료가 연속으로 반죽기-압출기에 전달될때는 덜 명백하다. 추가로, 통기밸브(9)는 블리퍼 밸브(8)와 동기적으로 작동하는 마이크로프로세서 함유 타이머에 의해 작동될 수 있다. 새로운 폴리올레핀 재료가 반죽기-압출기에 들어온 이후에 통기 가스가 반죽기-압출기(2) 밖으로 느리게 시작하도록 통기 밸브(9)가 느리게 개방된다. 통기 가스는 반죽기-압출기 작동 압력을 35 내지 250, 특히 50 내지 150, 더더욱 60psig로 유지시키는 압력제어밸브를 통해 흐를 수 있다. 게다가 통기가스는 가공 및 재사용을 위해 올레핀 공장에 복귀될 수 있다. 반죽기-압출기 작동압력은 반응기로 재도입을 위해 올레핀 공장으로의 재순환 파이프라인(도시 안된)을 통해 통기가스가 흐르게 한다.

반죽기-압출기(2)에서 블레이드(3)에 의한 기계적 작용은 끈적거리는 폴리올레핀 재료를 블레이드 아래에 위치된 추가 회전 샤프트(11)상의 압출기 스크루(5)상에 보낸다. 반죽기-압출기에서 폴리올레핀 재료의 평균 체류시간은 0.4 내지 1.4시간, 특히 0.6 내지 1시간이다. 이후에 폴리올레핀 재료는 펌프를 통해 히터나 압출기로 공급된다. 압출기 스크루(5)는 반죽챔버보다 길다. 출구 스크루(5)는 1 내지 8피트의 길이와 1 내지 10인치의 직경, 특히 3 내지 5피트의 길이와 3 내지 7인치의 직경, 더더욱 4피트의 길이와 5인치의 직경을 가진다.

액체 또는 용융된 형태의 폴리올레핀 재료를 스크루를 통해 반죽기-압출기로부터 압출기로 직접 전달하는 단계는 폴리올레핀을 축축하고 끈적거리는 덩어리 형태로 저장했다가 나중에 압출을 위해 덩어리를 건조시키는 공지 방법에 비해서 장점을 제공한다. 반죽기-압출기로 부터 폴리올레핀 재료를 압출기에 직접 이동시키기 위해 스크루를 사용하는 것은 여러 회수단계를 통해 재료를 운반하는 물의 필요성을 최소화함으로써 물의 도입, 유지, 제거 및 재순환시키는데 사용되는 저장탱크, 운반 및 제거라인, 밸브 및 기타 시설의 필요성을 최소화한다. 추가로, 본 방법은 액체 또는 용융상태로 폴리올레핀 재료를 연속 가공할 수 있게 한다. 이것은 기존의 생성물 회수와 관련된 중간단계를 방지하는데, 이 경우 생성물 재료는 축축한 덩어리 형태로 저장되었다가 추가 가공을 위해서 나중에 건조된다. 이러한 단계의 제거는 추가 가공에 앞서 재료의 저장, 유지 및 건조에 필요한 추가 시설의 필요성을 제거한다.

반죽기-압출기의 최적의 작동은 폴리머 체류시간의 조절과 용기에 있는 폴리올레핀의 양 모니터링을 필요로 한다. 이것은 용기에 있는 폴리머의 양을 측정함으로써 달성된다. 종래의 무게측정 기술은 반죽기-압출기가 폴리머 중량(수십 파운드)에 비해서 너무 무겁고(수천 파운드) 반죽기-압출기가 다른 장치(예, 고압 입력 파이프, 통기 파이프, 파열판 파이프, 온도 및 압력 기기, 회전 드라이브 샤프트, 토크 기기, 기어박스, 전기모터, 열전달 유체 입력 및 출력파이프, 압출기 배럴, 전기도관)로의 너무나 많은 비신축성 연결부를 가지기 때문에 폴리올레핀 재료 재고량을 측정하는데 사용될 수 없다. 종래의 유체 정압 기술은 폴리머가 액체가 아니며 반죽챔버 바닥까지 흐리지 않고 반죽챔버 바닥상에 유체 정압을 발휘하지 않기 때문에 사용될 수 없다. 종래의 복사량 감소 기술은 몇가지 이유로 사용할 수 없다. 첫째 소량의 폴리머는 무게측정 방법과 같이 소량의 복사감소량을 야기시킨다. 둘째, 반죽챔버내부의 폴리머 "덩어리"의 모양과 위치가 일정하게 변하므로 복사선을 명중시킬 위치를 알 길이 없다. 셋째, 혼합 블레이드가 반죽챔버에서 복잡한 패턴으로 꾸준히 움직이고 블레이드가 폴리머 "덩어리"보다 질량이 크다. 그러므로, 블레이드가 폴리머보다 많은 복사선을 감소시키고 움직이는 블레이드에 의한 복사선 감소는 블레이드가 복사선 안팎으로 움직일 때 복잡한 교란 신호를 일으킨다. 종래의 표면 탐지 기술은 폴리머 "덩어리"의 모양과 위치가 꾸준히 변하므로 사용될 수 없다. "덩어리" "상부면"의 위치는 폴리머 재고량에 대해 어떤 것도 표시하지 않는다. 그러므로 용기에 있는 재료의 양을 측정하는 새로운 기술이 필요하다.

재고량 측정방법은 용적이 알려진 저장원으로 부터 용기로 흐르는 비응축성 가스를 사용한다. 저장원 및 용기의 가스 온도 및 압력이 가스가 흐르기 전후에 측정되어서 용기내 재고량 계산을 할 수 있다.

일정한 재고량을 유지시키기 위해서 스크루 속도를 결정하는데에는 용기내 폴리올레핀의 양을 알 필요가 있다. 즉 도 3 에 도시된 신규한 재고량 측정방법에 의해 결정된다. 일정한 재고량은 0.2 내지 1.4ft³, 특히 0.6 내지 1ft³이다. 폴리올레핀 재료는 밸브(V3)를 통해 용기 안으로 밸브(V4)를 통해 용기 밖으로 흐른다. 용기와 제 1 차단밸브까지 용기에 연결된 모든 파이프의 총 용적이 알려진다. 폴리올레핀 재료의 다중입구(12)가 존재한다면 다중 밸브(V3)가 있을 것이다. 유사하게 다중 출구가 있다면 다중 통기 밸브(V4)가 있을 것이다. 이들 밸브가 용기에서 행해지는 공정에 필요하지 않다면 디자인에 추가되어서 재고량 측정이 필요할때까지 완전개방위치에 둘 수 있다. 용기 안팎으로의 흐름은 연속적 또는 간헐적일 수 있다. 흐름이 연속적이라면 재고량 측정을 위해 흐름이 주기적으로 중단될 수 있도록 디자인을 재배열하는 것이 필요하다. 재고 재료는 고체, 액체 또는 이들의 조합일 수 있다. 재료는 임의의 모양과 경점성을+ 가질 수 있다. 재료는 용기내의 임의의 장소에 위치될 수 있다. 재료는 한 장소에 모두 있을 필요가 없으며 여러개의 "덩어리"(13) 형태일 수 있다.

종래의 기술은 폴리올레핀 재료 "덩어리"(13)를 측정하는데 사용될 수 없다. 본 발명에 따르면 재료에 의해 점유되지 않은 용기 부분(B)은 공정온도 및 압력에서 가스(14)에 의해 채워질 것이다. 이러한 "가스"는 가스상, 초임계 유체 또는 포화된 증기일 수 있다. 이러한 가스(14)는 공정의 필수부분이거나 공정에 무관하거나 가장 최근의 측정 싸이클 동안 재고량 측정에 사용된 남아있는 비응축성 가스일 수 있다. 용기(B)에서 행해지는 가공은 가스제거를 위해 통기구를 필요로 할 수 있다. 본 발명에서 통기 밸브(V5)가 첨가된다. 반죽기-압출기의 경우에 통기 밸브(V5)가 존재하고 녹아웃 단지에 연결된다.

본 발명의 방법은 용기(B)에서 수행되는 공정의 압력보다 높은 압력에 비응축성 가스를 유지시키기 위해서 용적이 알려진 저장원(A)을 실시함으로써 실시된다. 저장원(A)은 밸브(V2)에 의해 용기에 연결된다. 각 측정 싸이클 이후에 저장원(A)은 밸브(V1)를 통해 재충진된다. "비응축성"이란 수행되는 공정의 온도 및 압력에서 응축하지 않음을 의미한다. 구매가능성, 비용, 부식, 화염성, 안전, 공정과 양립성과 같은 많은 인자가 고려된다.

정상 작동모드에서 시스템은 다음과 같이 배열된다: 용기(B)의 압력보다 높은 압력으로 비응축성 가스로 저장원이 채워진 후 밸브(V1)가 닫힌다; 밸브(V2)가 닫힌다; 밸브(V3, V4)가 개방된다. 용기 안팎으로 재료의 흐름을 조절하는 제어밸브와 비상 정지 밸브, 덤프밸브, 퀀칭 밸브, 감압 밸브등이 있을 수 있다. 수행되는 공정에 따라 통기밸브(V5)가 개방 또는 폐쇄된다.

용기(B)의 재료(14)의 양을 일련의 단계를 수행함으로써 측정된다. 이들 단계는 새로운 측정치를 얻기 위해서 필요에 따라 반복된다. 측정빈도는 수행되는 공정의 성질에 의해 결정된다. 본 출원에서 재고량은 1 내지 10분, 특히 2-5분마다 측정된다. 재료(14)의 양이 빠르게 변하면 수초마다 측정이 수행될 수 있다. 재고량이 느리게 변하면 수시간마다 측정이 수행될 수 있다. 측정 싸이클은 다음 단계를 포함한다.

1. 입력 밸브(V3), 출력 밸브(V4), 통기밸브(V5)가 닫힌다.

2. 저장원(A)과 용기(B)의 가스 초기 온도 및 압력이 측정된다.

3. 밸브(V2)가 개방되어 저장원(A)에서 용기(B)로 가스가 흐르게 한다. 흐르는 가스의 양은 중요하지 않다. 유일한 필요조건은 용기(B)와 저장원(A)의 압력이 정확히 측정될 수 있도록 충분히 변하는 것이다. 압력변화가 클수록 측정 정확도는 커진다. 약 1psi의 압력변화가 사용될 수 있지만 5psi이상, 특히 60psi 이상의 압력변화를 사용하는 것이 선호된다. 충분한 압력변화후 밸브(V2)가 폐쇄되거나 저장원(A)과 용기(B)의 압력이 동일해질때까지 개방된후 폐쇄된다.

4. 저장원(A)과 용기(B)내의 가스의 최종 온도 및 압력이 측정 또는 계산된다.

5. 통기 밸브(V5)가 개방되어 측정가스를 용기(B)에서 내보낸다. 이후에 밸브(V5)가 정상 작동모드에 적절한 위치에 놓인다.

6. 입구밸브(V3)와 출구밸브(V4)가 개방되고 공정의 정상작동 모드가 재개된다.

7. 재충진 밸브(V1)가 개방되고 저장원(A)이 필요한 압력까지 재충진된다.

8. 재충진 밸브(V1)가 닫히고 시스템은 또다른 측정 싸이클을 위해 초기 상태로 복귀된다.

9. 용기(B)내의 재료의 양이 측정된 온도 및 압력, 저장원(A)과 용기(B)의 총 용적, 선택된 가스의 거동을 설명할 수 있는 열역학적 관계를 사용하여 계산된다.

이 방법은 밸브의 반복적인 개폐, 온도 및 압력의 반복적 측정 및 기록, 열역학적 관계의 반복적 계산을 필요로 한다. 모든 작용은 수동으로 수행된다. 그러나, 이러한 반복적 작용이 프로그램가능한 논리 제어기, 분포된 제어시스템, 제어컴퓨터와 같은 적절한 기술에 의해 자동화될 수 있다.

선택된 열역학적 관계된 수행된 계산의 복잡성과 계산된 결과의 정학성간의 균형에 달려있다. 가스의 행위를 기술하는 수많은 열역학적 관계가 있다. 이상 가스 법칙과 같은 간단한 관계는 계산을 용이하게 하지만 정확도가 떨어진다. 더 복잡한 관계는 더 많은 계산으로 정확도를 증가시킨다. 그러므로, 열역학적 관계의 선택은 수행되어야 하는 계산의 복잡성에 대한 필요한 정확도에 따라서 이루어진다.

계산된 재고량의 정확도는 열역학적 관계에 추가적으로 특별한 계산에 의해 향상될 수 있다. 예컨대, 기기 또는 샤프트 시일의 퍼징(purging)으로 인해 저장원(A)으로 부터 흐르는 가스에 추가적으로 용기(B)로의 가스흐름이 있다면 독립 시스템에 의해 이러한 퍼지가스의 흐름이 측정, 계산 또는 평가되고 퍼지 가스의 양이 재고량 계산에 고려될 수 있다.

반죽기-압출기(2)의 재고량 제어 및 모니터링으로 폴리올레핀 재료가 효과적으로 가공 및 회수될 수 있다. 재료는 반죽기-압출기(2)를 과충진 또는 적게 충진함이 없이 시그마 블레이드(3)에 의해 적절한 작용을 받을 수 있는 위치에 유지된다. 일반적으로 반죽기-압출기(2)는 반죽기-압출기 용액의 10 내지 60%, 특히 20 내지 50%, 더더욱 30 내지 40%의 폴리올레핀 재료를 써서 작동되어야 한다. 반응기로 부터 반죽기-압출기로의 재료의 도입은 (도 1 에 도시안된) 블리퍼밸브(8)의 작동에 의해 제어될 수 있는데, 이것은 필요한 양의 폴리올레핀 재료를 반죽기-압출기에 제공하는 것을 보조한다.

반죽기-압출기의 홈통에 있는 스크루(5)는 속도가 재고량 측정 방법에 기초하여 결정되는 가변속도 모터(11)에 의해 구동되어 폴리올레핀을 추가가공을 위해 압출기에 전달한다. 스크루 속도의 제어는 재고량을 필요한 수준으로 유지시키는데 부분적으로 기여할 수 있다. 모터(11)는 20 내지 60, 특히 30 내지 45, 더더욱 33 내지 40rpm의 속도로 작동되어서 반죽기-압출기로 부터 적절한 양의 재료를 이동시켜서 필요한 재고량을 유지시킨다. 스크루(5)는 스크루 배럴에 있는 고온 오일에 의해 가열되어서 폴리올레핀 재료를 압출기에 더 쉽게 전달할 수 있다.

압출기는 1 내지 3피트, 특히 2피트의 짧은 배럴(15)을 가지므로 압출기 스크루(5)가 점성 폴리올레핀 재료를 다음 설비로 밀어내는데 충분한 압력을 발휘한다. 압출기 배럴(15)은 시그마 블레이드 아래의 홈통과 겹치지 않은 출구 전달 스크루 부위이다.

스크루(5)가 반죽기-압출기(2)로 부터 폴리올레핀 재료를 전달할 때 스크루 단부에 위치된 펌프(26)는 히터(27)를 통해 압출기 시스템으로 폴리올레핀 재료를 흐르게 한다. 반죽기-압출기 스크루만으로는 충분한 압력을 공급할 수 없다. 이러한 순환펌프(26)는 25 내지 250, 특히 150 내지 200lb/hr의 속도로 작동한다.

용융된 폴리올레핀 재료의 일부는 반죽기-압출기 스크루(5)로 부터 펌프(26)를 통해 폴리올레핀 재료에 추가 열에너지를 공급하는 히터(27)로 펌프질되며 이후에 재료는 반죽기-압출기(2)로 복귀된다. 가열된 폴리올레핀 재료는 반죽기-압출기(2)에서 폴리올레핀 재료를 용융 상태로 유지시키므로 막힘을 방지한다. 폴리올레핀 재료는 300 내지 550℉의 온도로, 특히 380 내지 470℉로 가열된다. 열원은 약 550psig로 조절되는 최대 650psig의 증기이지만 고온오일과 같은 다른 열원이 사용될 수 있다. 나머지 폴리올레핀 재료는 제어밸브(28)를 통해 압출기로 직접 펌핑된다. 수동 드로틀 밸브 또는 레벨 제어 밸브가 조여져서 더 많은 폴리올레핀 재료가 히터를 통해 재순환되게 하므로 반죽기-압출기(2)를 더 완전히 채울 수 있다. 제어밸브는 재고량 측정방법으로 결정된 반죽기-압출기 재고에 기초하여 반죽기-압출기 레벨을 수동으로 조절하는데 사용되지만 제어밸브가 자동 조절될 수 있다. 이러한 제어밸브는 중합반응기로 부터 반죽기-압출기 장치까지 가변 유속을 감소시킴으로써 반죽기-압출기에서 일정한 폴리머 레벨을 유지시키고 압출기로의 균일한 흐름을 제공한다. 출구 전달 스크루(5), 순환펌프(26) 또는 제어밸브(28)의 속도를 조절함으로써 재고량이 필요한 수준으로 유지된다. 선호되는 구체예에서 제어밸브가 재고량을 필요한 수준으로 유지시키는데 주로 기여한다.

압출기에서 폴리올레핀 재료는 재료에 남아있는 촉매의 활성을 제거하기 위해서 소량의 물과 혼합된다. 폴리올레핀 재료의 분해를 막기 위해서 항산화제가 첨가될 수도 있다. 폴리올레핀 재료의 추가가열은 미반응 모노머, 항산화제, 용매 및 이 단계에서 첨가된 과잉량의 물을 더욱 방출시키는데 사용된다. 압출기 입구의 온도는 250 내지 500℉, 특히 340 내지 410℉, 더더욱 370 내지 390℉이다. 압출기의 출구 온도는 300 내지 550℉, 특히 380 내지 470℉이다. 가열은 전기코일, 증기, 고온 오일 또는 기타 고온물질과 같이 압출기 스크루의 배럴 또는 재킷에 위치된 가열수단에 의해 달성될 수 있다. 선호되는 구체예에서 증기나 고온 오일이 사용된다.

압출기는 대체로 가변속도 모터(49)에 의해 구동되는 트윈 스크루형 압출기이지만 다른 형의 압출기가 사용될 수 있다. 스크루와 스크루 배럴(51)은 수많은 모듈 섹션을 포함한다. 미반응 화합물 증기의 일부는 통기 도움(70)으로 부터 거꾸로 흘러서 올레핀 공장으로 복귀될 수 있다. 통기 도움은 압력을 1 내지 12psig, 특히 5psig로 유지시키는 압력제어밸브를 포함할 수 있다. 촉매활성제거를 위해 펌프에 의해 물이 첨가될 수 있다. 과잉량의 수증기는 통기도움(70)을 통해 방출된다. 항산화제가 펌프에 첨가될 수 있으며 휘발물질과 항산화제 용매는 진공 펌프에 연결된 통기 도움을 통해 소각기로 방출된다.

마지막으로, 폴리올레핀 재료는 저장 또는 사용을 위해 펠렛화기(80)에 전달될 수 있다. 펠렛화기는 가변속도 모터(96)에 의해 구동되는 한 세트의 블레이드와 다이 플레이트를 포함한 전통적인 펠렛화기이다. 고온 오일과 같은 가열수단에 의해 다이 플레이트에 열이 제공되어서 재료를 압출온도로 유지시킨다. 재료가 다이 구멍에서 나올 때 회전 블레이드의 속도에 따라 사이징된 펠렛으로 절단되고 순환수에 의해 냉각된다. 재료는 물과 접촉시 급속 응고한다.

펠렛은 물에 의해 건조기(100)에 운반되어서 펠렛과 물이 분리된다. 건조 펠렛은 펠렛 출구 노즐을 통해 1000lb 용량의 박스와 같은 저장수단에 방출된다. 펠렛의 물은 펠렛 건조기로 부터 물탱크로 중력에 의해 흐른다. 물탱크에서 여과 등에 의해 입자가 제거되고 펠렛화기로 복귀된다. 손실된 물은 레벨 제어밸브 등에 의해 응축수 또는 다른 물을 첨가하여 보충된다.

도 4 는 본 발명의 방법과 생성물 회수 압출기와 관련된 전체 시스템을 보여준다. 반응될 모노머는 연속으로 반응기(10)에 공급된다. 사용되는 모노머는 제조될 폴리올레핀에 따라 결정된다. 반응기(10)는 반응에 필요한 온도 및 압력을 유지하기 위해서 냉각 및 가압된다. 결과의 폴리머는 전달수단(22)을 통해 연속으로 반죽기-압출기(20)에 전달된다. 전달수단(22)은 밸브이다. 가장 선호되는 구체예에서 블리퍼 밸브가 사용된다. 전달수단(22)은 재료가 반응기(10)로 부터 반죽기-압출기(20)로 방출되는 속도를 조절할 수 있다.

반죽기-압출기(20)에서 폴리올레핀 재료는 제조될 폴리올레핀에 따라 위에서 기술된 온도까지 가열된다. 온도의 증가는 재료에 포함된 미반응 화합물을 배출시킨다. 미반응 화합물은 프로필렌, 에틸렌, 수소 또는 기타 모노머이다.

반죽기-압출기(20)내의 샤프트상의 두 개의 블레이드는 적어도 하나의 가변속도 모터(21)에 의해 회전되어서 재료에 기계적 작용을 하여 재료로 부터 미반응 화합물의 제거를 촉진한다. 이러한 과정은 가스를 발생시키며, 이 가스는 반죽기-압출기(20)의 벽에 있는 통기 라인(30)을 통해 통기 밸브(47)로 방출된다. 선호되는 구체예에서 통기는 통기라인(30)을 통해 녹아웃 단지(40)에서 이루어진다. 녹아웃 단지(40)에서 통기된 가스는 정제되어 복귀라인(45)을 통해 재사용을 위해 폴리올레핀 공장으로 복귀된다. 반-연속적 전달시 폴리올레핀 재료가 통기라인(30)으로 이월하는 것을 막기 위해서 반응기(10)로 부터 반죽기-압출기(20)로 재료의 전달동안 통기 밸브(47)가 닫힌다. 통기 밸브(47)가 닫히면 고속으로 움직일 수 있는 적은 용적의 반죽기내의 통기된 가스는 폴리올레핀 재료를 통기라인(30)으로 운반하지 못한다. 통기밸브(47)는 전달수단(22) 및 통기밸브(47)를 둘다 조절하는 마이크로프로세서 장착 타이머(도시안된)에 의해 작동된다.

폴리올레핀 재료는 블레이드로 부터 가변속도 모터(22)에 의해 구동되는 샤프트상에 있는 가변속도 스크루에 전달된다. 스크루는 재료를 반죽기-압출기(20)로 부터 압출기(50)로 전달한다. 스크루 배럴은 가열수단(25)에 의해 가열되어서 재료를 반죽기-압출기(20) 온도와 동일한 온도로 유지시킨다. 가열수단(25)은 전기 코일, 증기 재킷 또는 오일 재킷을 포함할 수 있다.

폴리올레핀 재료가 출구 전달 스크루와 압출기 배럴을 떠날 때 압력을 증가시키는 펌프(26)로 들어와 폴리올레핀 재료를 전방으로 이동시킨다. 폴리올레핀 재료의 일부는 히터(27)에 들어왔다가 반죽기-압출기(20)에 복귀된다. 나머지 재료는 펌프(26)로 부터 제어밸브(28)를 통해 압출기(50)에 직접 흐른다. 반죽기-압출기(20)에 일정한 재료 재고를 유지시키도록 스크루 속도, 순환펌프(26) 또는 제어밸브(28)가 조절될 수 있다.

압출기(50)에서 폴리올레핀 재료는 물과 혼합되어 촉매 활성이 제거된다. 폴리올레핀 재료는 첨가제와 혼합되어서 필요한 폴리머 재료를 얻는다. 펌프(도시안된)를 통해 물이 첨가되어 반응기(10)에 첨가된 촉매의 활성을 제거한다. 측정된 양의 물은 필요한 폴리올레핀 형성을 촉진한다. 이것은 물이 본 발명의 회수방법 및 장치에 사용되는 유일한 경우이다. 추가 가열은 재료로 부터 과잉량의 물과 남아있는 미반응 모노머 또는 휘발물질의 제거를 촉진한다. 압출기(50)내에서 발생된 가스는 통기 라인(70)을 통해 압출기(50)로 부터 통기된다.

재료는 압출기(50)로 부터 펠렛형성기(80)로 전달된다. 펠렛형성기(80)는 가변속도 모터(90)에 의해 구동되는 한 세트의 회전 블레이드와 다이 플레이트(도시안된)를 포함한다. 재료를 압출온도로 유지시키기 위해서 다이플레이트에 열이 제공된다. 재료가 다이구멍을 빠져 나올 때 회전 블레이트의 속도에 따라 사이징된 펠렛으로 절단되고 순환수에 의해 냉각된다. 생성 재료는 물과 접촉시 급속 응고한다.

펠렛은 흐르는 물에 의해 건조기(100) 운반되어서 물에서 펠렛이 회수되고 공기로 건조된다. 다음에 펠렛이 포장되고 나중 사용을 위해 저장된다.

도 5 는 본 발명의 생성물 회수 방법과 관련된 단계를 보여주는 순서도이다. 필요한 폴리올레핀 제조에 필요한 모노머는 단계(110)에서 반응기로 연속 공급된다. 반응기는 폴리올레핀 재료의 생성을 촉진하도록 냉각 및 가압된다. 이후에 단계(120)에서 폴리올레핀 재료가 반죽기-압출기에 전달되고 남아있는 미반응 모노머와 휘발물질이 제거된다. 모노머와 휘발물질은 반죽기-압출기에서 폴리올레핀 재료를 250 내지 500℉로 가열하여 배출된다. 이 단계에서 두 개이상의 블레이드에 의해 폴리올레핀 재료에 대한 기계적 작용은 미반응 화합물의 제거를 촉진한다. 이 단계에서 생성된 가스는 녹아웃 단지와 같은 통기 수단을 통해 통기되고 이후에 재사용을 위해 정제된다(단계(130, 140)).

단계(150)에서 폴리올레핀 재료는 압출기에 전달되고 물과 항산화제와 같은 필요한 첨가제가 폴리올레핀 재료와 혼합된다(단계(160, 170)). 측정된 양의 물의 첨가는 폴리올레핀 재료에 있는 촉매의 활성을 제거한다. 이 단계동안 생성된 가스는 통기된다(단계(180)).

다음에 폴리올레핀 재료는 압출기로 부터 펠렛 형성기로 전달된다. 펠렛 형성기에서 폴리올레핀 재료는 회전하는 블레이드를 통해 펠렛으로 절단되고 순환수에 의해 냉각된다(단계(190)). 펠렛은 흐르는 물에 의해 건조기에 전달된다. 물에서 펠렛이 제거되고 포장 또는 사용에 앞서 건조된다(단계(200)). 건조는 공기를 써서 수행된다.

기존의 전달 기술을 사용할 경우 필요로 하는 각 폴리머에 대해 상이한 공장을 사용하는 것에 비해서 본 발명의 반죽기-압출기는 동일한 공장에서 상이한 폴리머를 취급 및 운반할 수 있다는 점에서 신규하다. 반죽기-압출기 기술과 관련된 재고량 측정 방법을 사용하여 단일한 공장에서 상이한 폴리머를 제조할 수 있다. 따라서 제조자는 다양한 생성물 혼합으로 다양한 제품 공장을 갖는 경제적 잇점을 얻을 수 있으며 다양한 원료 및 제품으로 시장의 우위를 점유하도록 임의의 시간에 조절할 수 있다.

실시예 1: 용기내 재고량 측정방법

저장원에 속하는 값은 첨자 "A"로 표기되고 용기에 속하는 값은 첨자 "B"로 표기된다. 가스가 저장원으로 부터 용기에 흐르기 이전에 행해진 초기 측정은 첨자 "i"로 표기되고 마지막 측정은 "f"로 표기한다. 온도값은 "T", 압력값은 "P"로 표기한다. 가스의 몰수는 "n", 기체상수는 "R"로 표기하며 부피는 "V"로 표기한다. "부피"의 정의는 저장원 및 용기내부의 공간뿐만 아니라 제 1 폐쇄 밸브까지 모든 부착된 파이프, 기기, 피팅내의 공간을 포함한다. 용기가 비어 있을 때 용기의 총부피는 첨자 "t"로 표기하고 가스상에 의해 점유된 용기내 부피는 첨자 "B"로 표기한다. 이것은 본 발명의 방법에 의해 측정된 부피이다. 용기내 재료의 부피는 비어있을 때 용기의 총부피와 용기내 가스상의 부피간의 차이로서 계산된다. 용기내 재료의 부피는 첨자 "m"으로 표기된다.

T_Ai- 초기 저장원 온도

T_Af- 최종 저장원 온도

T_Bi- 초기 용기 온도

T_Bf- 최종 용기 온도

P_Ai- 초기 저장원 압력

P_Af- 최종 저장원 압력

P_Bi- 초기 용기 압력

P_Bf- 최종 용기 압력

n_Ai- 초기 저장원내 가스의 몰수

n_Af- 최종 저장원내 가스의 몰수

n_Bi- 초기 용기내 가스의 몰수

n_Bf- 최종 용기내 가스의 몰수

R - 기체상수

V_A- 저장원 부피(알려진 상수)

V_t- 빈 용기 부피(알려진 상수)

V_B- 용기내 가스상 부피

V_m- 용기내 재료 부피

Z_Ai- 저장원내 가스의 초기 압축률

Z_Af- 저장원내 가스의 최종 압축률

Z_Bi- 용기내 가스의 초기 압축률

Z_Bf- 용기내 가스의 최종 압축률

"본 발명의 상세한 설명"에서 기술된 단계가 순서대로 실시된다. 단계 2 동안 초기 온도 및 압력이 측정된다. 저장원 및 용기내 가스의 초기 몰수가 수학식 1 및 수학식 2 에 따라 이상기체법칙으로 부터 계산된다. 그러나 다른 열역학적 관계식이 사용될 수 있다. 더 복잡한 관계식은 정확도 증가 때문에 선호될 수 있다. 이 실시예에서 이상기체법칙이 사용되어서 본 발명의 이론을 보여줄 것이다.

압축인자는 가스의 화학적 성질에 대한 다양한 교재에서 발견되는 값이다. 이것은 가스의 알려진 압력, 온도 및 조성에 기초하여 계산될 수도 있다. 최종 온도가 측정되거나 실험 데이타로 부터 유도된 식을 기초로 추정될 수 있다.

단계 3에서 밸브(V2)가 개방되고 가스가 저장원에서 용기로 흐른다. 이후에 밸브(V2)가 닫힌다. 최종 온도 및 압력이 단계 4에서 측정된다. 단계 5 내지 단계 8 이 실행되어서 시스템을 정상 작동모드로 복귀시킨다. 단계 9에서 이상기체법칙이나 적당한 열역학적 관계식이 사용되어서 수학식 3 및 수학식 4 에 따라 저장원 및 용기내 가스의 최종 몰수를 계산할 수 있다.

질량보존법칙에 따르면 저장된 더하기 용기의 전체 시스템에서 가스 몰수의 합은 변하지 않으므로 수학식 5가 얻어진다:

n_Ai+n_Bi=n_Af+n_Bf

수학식 1, 수학식 2, 수학식 3, 수학식 4는 다음과 같이 수학식 6으로 치환될 수 있다.

수학식 6은 다음과 같이 대수적으로 재배열될 수 있다:

수학식 7에서 V_B를 제외한 모든 항은 알고 있으므로 V_B를 계산할 수 있다. 용기내 재료의 양은 수학식 8과 같이 용기의 총부피와 용기내 가스상의 부피간의 차이이다.

V_m=V_t-V_B

수학식 8에서 V_m을 제외한 모든 항을 알고 있으므로 V_m을 계산할 수 있다.

한 실험에서 P_Ai는 192.8psig, V_A는 0.524ft³, R은 10.73psi*ft³/1b*몰*℉, T_Ai는 581.8℉, Z_Ai는 0.80047이며 저장원내 초기 몰수는 0.020222몰이다. 측정은 P_Af가 139.324psig, T_Af가 561.9℉, Z_Af가 0.84076이고 저장원내 최종 몰수는 0.014403몰임을 보여준다. 함량이 측정된 용기에서 P_Bi는 69.6299psig, V_B는 미지값, T_Bi는 560.0℉, Z_Bi는 0.93019이며 용기내 초기몰수는 0.026295몰이다. 압력변화후 측정을 하면 P_Bf는 84.841psig, V_B는 미지값, T_Bf는 564.8℉, Z_Bf는 0.91999이고 용기내 최종 몰수는 0.032115몰이다. 이러한 수치를 사용하면 용기내 재고량의 최종 부피 Vm은 0.178306ft³이다.

실시예 2: 반죽기-압출기의 재고량 측정

열역학적 관계 사용이 실시예 2에서 설명되는데 용기에 연결된 압력 전송기에 연속적으로 불활성 가스가 주입된다. 이 실시예는 계산된 결과의 정확도를 향상시키기 위해서 열역학적 관계가 변형이 될 수 있음을 보여준다.

도 1 과 실시예 1 의 정의가 참조된다. 주입가스의 유속이 유속 측정 기술에 의해 측정된다. 주입가스의 몰 유속은 "F"이다. 초기 측정이 이루어지기 이전에 시스템으로 흐르는 주입가스의 양은 초기 측정에 고려되기 때문에 중요하지 않다. 시스템에 흐르는 주입가스는 초기 측정과 최종 측정간의 시간동안 고려되어야 한다. 초기측정과 최종측정간의 경과된 시간은 "t"로 표기되고 이 시간동안 시스템에 흐르는 주입가스의 몰수는 "n_p"로 표기된다.

측정간 시간동안 시스템에 흐르는 주입가스의 양은 주입가스의 유속과 경과시간의 곱으로서 계산된다. 주입가스의 유속과 경과된 시간이 측정되고 n_p가 수학식 9에 따라 계산된다.

n_p=F*t

실시예 2에서 수학식 5로 기술된 질량 관계가 측정간에 시스템에 흐르는 주입가스의 양을 고려하여 변형되어야 한다. 시스템에서 가스의 최종 몰수의 합은 시스템에서 가스의 초기 몰수의 합과 동일하지 않고 시스템내 가스의 초기 몰수의 합 더하기 측정간에 시스템에 유입된 주입가스의 양과 동일하다. 따라서 수학식 (5)는 수학식 10으로 쓰여져야 한다.

n_Ai+n_Bi+n_P=n_Af+n_Bf

실시예 1에서 처럼 수학식 1, 수학식 2, 수학식 3, 수학식 4가 수학식 10으로 치환된다.

수학식 11은 다음과 같이 대수적으로 재배열된다.

수학식 12에서 V_B를 제외한 모든 항을 알 수 있으므로 V_B가 계산될 수 있다. 용기내 재료의 부피는 용기내 총부피와 용기내 가스상 부피간의 차이이다.

V_m=V_t-V_B

수학식 13에서 V_m을 제외한 모든 항이 알려져 있으므로 V_m이 계산될 수 있다.

Claims (25)

1. 반응지대에서 모노머를 반응시켜 고분자량의 비정질 폴리올레핀을 형성하고;

   폴리올레핀을 잔류 촉매 및 미반응 모노머와 함께 혼합물로서 반응지대로부터 용적이 알려진 조절지대로 연속 전달하고;

   조절된 폴리올레핀을 형성하고 미반응 모노머를 제거하기에 충분한 시간동안 혼합물을 반죽하면서 250℉이상의 온도까지 조절지대에서 혼합물을 가열하고;

   조절지대에 있는 혼합물의 부피를 측정하고;

   조절지대에서 조절된 폴리올레핀을 제거하고;

   폴리올레핀의 과열을 방지하면서 미반응 모노머를 제거하기에 충분한 폴리올레핀 체류 시간을 제공하기 위해서 조절지대에서 충분한 부피의 혼합물을 유지하도록 폴리올레핀 전달단계나 조절된 폴리올레핀 제거단계를 조절하는 단계를 포함하는 고분자량의 비정질 폴리올레핀의 회수방법.
2. 제 2 항에 있어서, 측정단계가 조절지대 온도에서 비응축성이며 혼합물과 반응하지 않는 부피가 알려진 유체로 조절지대에 도입하여 조절지대에서 탐지가능한 압력변화를 일으키고;

   조절지대를 점유하는 가스 및 유체의 부피를 측정하고;

   조절지대의 측정된 부피를 사용하여 조절지대에 있는 혼합물의 부피를 결정하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 유체 부피 측정단계가 유체 도입 이전에 조절지대에 있는 가스의 온도 및 압력을 측정하고;

   조절지대에 도입이전에 부피가 알려진 유체의 온도 및 압력을 측정하고;

   조절지대에 도입되지 않는 유체의 온도 및 압력을 측정하고;

   조절지대를 점유하는 유체 및 가스의 온도 및 압력을 측정하고;

   측정된 온도 및 압력을 기초로 조절지대에 있는 유체 및 가스의 부피를 계산하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 조절지대로부터 미반은 모노머를 통기시키는 과정을 더욱 포함하는 방법.
5. 제 4 항에 있어서, 통기된 미반응 모노머를 반응지대에 재순환시키는 과정을 더욱 포함하는 방법.
6. 제 4 항에 있어서, 통기 단계동안 폴리올레핀의 이월을 막기위해서 조절지대로의 폴리올레핀의 전달을 조절하는 과정을 더욱 포함하는 방법.
7. 제 1 항에 있어서, 조절지대에 일정한 부피의 혼합물을 유지시키도록 폴리올레핀 전달을 조절하고 가열하고 반죽하는 단계를 더욱 포함하는 방법.
8. 제 1 항에 있어서, 폴리올레핀이 조절지대로 간헐적으로 전달됨을 특징으로 하는 방법.
9. 폴리올레핀 수용수단;

   폴리올레핀을 잔류 촉매 및 미반응 모노머와 함께 혼합물로서 수용수단에 연속 전달하는 수단;

   수용수단으로부터 미반응 모노머를 통기시키는 수단;

   수용수단에 있는 혼합물은 250℉이상의 온도로 가열하는 수단;

   조절된 폴리올레핀을 형성하고 혼합물로부터 미반응 모노머를 제거하기에 충분한 시간동안 수용수단에서 혼합물을 반죽하는 수단;

   조절된 폴리올레핀 회수를 위해 수용수단으로부터 조절된 폴리올레핀을 제거하는 수단을 포함하며 수용 수단이 가압됨을 특징으로 하는 고분자량의 비정질 폴리올레핀 회수장치.
10. 제 9 항에 있어서, 통기수단으로의 폴리올레핀의 이월을 막기위해서 재료 전달 수단과 통기수단을 제어하는 수단을 더욱 포함하는 장치.
11. 제 9 항에 있어서, 수용수단에 필요한 재고량을 유지시키도록 혼합물의 부피를 측정하는 수단을 더욱 포함하는 장치.
12. 제 11 항에 있어서, 폴리올레핀의 과열을 방지하면서 미반응 모노머를 제거시키기에 충분한 폴리올레핀 체류시간을 제공하기 위해서 수용수단에 충분한 부피의 혼합물을 유지시키도록 재료 전달 단계나 조절된 폴리올레핀 제거단계를 제어하는 수단을 더욱 포함하는 장치.
13. 제 9 항에 있어서, 폴리올레핀을 연속전달하는 수단이 재료가 간헐적으로 전달될 수 있도록 블리퍼 밸브를 포함하는 장치.
14. 제 9 항에 있어서, 미반응 모노머 통기수단이 하나이상의 통기라인과 통기라인과 조합된 하나이상의 녹아웃 단지를 포함함을 특징으로 하는 장치.
15. 제 9 항에 있어서, 조절된 폴리올레핀 제거수단이 출구 전달 스크루를 포함함을 특징으로 하는 장치.
16. 제 9 항에 있어서, 혼합물 가열수단이 재킷과 수용수단 사이를 통과하는 가열매체와 수용수단을 에워싸는 재킷을 포함함을 특징으로 하는 장치.
17. 제 9 항에 있어서, 혼합물 반죽수단이 회전가능한 시그마 블레이드를 포함함을 특징으로 하는 장치.
18. 제 17 항에 있어서, 반죽수단이 블레이드 사이의 폴리올레핀을 조절된 폴리올레핀 회수수단쪽으로 밀어내면서 혼합물을 반죽하도록 서로 반대로 회전하는 두 개의 시그마 블레이드를 포함함을 특징으로 하는 장치.
19. 제 9 항에 있어서, 수용수단이 35 내지 100psig의 압력에서 작동됨을 특징으로 하는 장치.
20. 제 9 항에 있어서, 반죽수단이 중공코어를 갖는 블레이드 부재를 포함하고 가열수단이 블레이드의 중공코어에 배치된 가열매체를 포함함을 특징으로 하는 장치.
21. 용기온도에서 비반응성이고 비응축성인 부피가 알려진 유체를 저장원에서 용기로 도입하여 저장원에서 탐지가능한 압력변화를 일으키고;

    용기를 점유하는 가스와 유체의 부피를 측정하고 용기의 알려진 부피로부터 측정된 부피를 뺌으로써 용기내 재고량을 결정하는 단계를 포함하는 알려진 부피로 용기의 재고량을 측정하는 방법.
22. 제 21 항에 있어서, 유체 부피 측정 단계가 유체 도입 이전에 용기내 가스의 온도 및 압력을 측정하고;

    조절지대에 도입 이전에 알려진 부피의 유체의 온도 및 압력을 측정하고;

    용기에 도입되지 않은 유체의 온도 및 압력을 측정하고;

    용기를 점유하는 가스 및 유체의 온도 및 압력을 측정하고;

    측정된 온도 및 압력으로부터 용기내 가스 및 유체의 부피를 계산하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
23. 제 21 항에 있어서, 유체 도입 단계가 용기 온도에서 비반응성이고 비응축성인 유체를 저장원에 도입하고;

    용기내 유체 부피를 측정하는 단계를 더욱 포함함을 특징으로 하는 방법.
24. 제 21 항에 있어서, 측정 유체가 용기에 도입될 때 용기내 재고량 변화를 임시적으로 중단시키는 과정을 더욱 포함하는 방법.
25. 제 24 항에 있어서, 용기로부터 측정 유체를 방출시키고 용기를 통한 정상적 재고량 흐름을 재개시키는 과정을 더욱 포함하는 방법.