KR20080081244A - 관다발형 열 교환기 및 중합체 용액으로부터의 용해 물질제거 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 각 단부에서 관 판 (B) 및 저부 관 판 (B) 하부의 탈기 영역에 고정된 평행한 수직 관들 (R)의 다발, 관 (R)을 관통하는 자유 개방 단면적을 감소시키는 각 관 (R) 내의 내부 삽입물 (1) (중합체 용액 (P)은 단일-상의 액체 상태로 관 (R)에 공급됨), 및 열 전달 매체가 흐르는 관 (R) 주변의 원통 내 내부 공간 (관다발형 열 교환기 (R)로의 중합체 용액 (P)의 유입 압력 및 탈기 영역 사이의 압력 강하의 결과로 탈기가 발생함)을 포함하며, 여기서 각 내부 삽입물 (1)은 유입 압력 및 탈기 영역의 압력 사이에 압력 단차를 생성시키도록 구성되고, 이에 의해 탈기된 중합체 중 용해 물질의 지정된 낮은 잔류 함량이 달성되며, 열 전달 매체를 통하여 단일-상의 액체 중합체 용액 (P)으로의 이러한 목적에 필요한 추가적인 열의 도입이 발생하는, 탈기에 의해 중합체 용액 (P)으로부터 용해 물질을 제거하기 위한 관다발형 열 교환기 (R)에 관한 것이다.

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Description

관다발형 열 교환기 및 중합체 용액으로부터의 용해 물질 제거 방법 {TUBE BUNDLE HEAT EXCHANGER AND METHOD FOR REMOVING DISSOLVED SUBSTANCES FROM A POLYMER SOLUTION}

본 발명은 관다발형(shell-and-tube) 열 교환기, 및 관다발형 열 교환기를 사용한 중합체 용액으로부터의 용해 물질의 제거 방법에 관한 것이다.

스티렌, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체 (SAN) 또는 HIPS와 같은 열가소성 중합체는 종종 용액 중합 공정에 의해 제조된다. 원하는 중합체 물질을 수득함에 있어 중용한 공정 단계는 중합 후 수득된 중합체 용액으로부터 용해된 물질, 구체적으로 미반응 단량체, 저분자량 반응 생성물 (올리고머), 분해 생성물, 보조제 및 특히 용매를 제거하는 것이다.

이것은 종종 용해 물질을 감압 및 경우에 따른 가열에 의해 기체 상태로 전환하고 액체로 남아 있는 중합체 용융물로부터 기체 상태로 분리 제거하는 탈기 공정을 사용하여 수행된다.

탈기를 수행하기 위한 장치로서의 많은 공정 변형물들이 알려져 있는데, 그중에서도 관다발형 열 교환기에서의 탈기가 구체적으로 저- 및 중간-점도 범위의 중합체 용액을 탈기하는 데에 특히 유용한 것으로 알려져 있다. 이와 같은 열교환 기는 기계적 작동부가 없어서 상대적으로 고장에 덜 민감한 장치이다.

탈기에 사용될 수 있는 관다발형 열 교환기는, 통상적인 관다발형 장치와 마찬가지로, 각 단부에서 관 판(tube plate)에 고정된 평행한 수직 관들의 다발을 포함하며, 장치의 양 단부에 제1 매체, 예컨대 탈기될 중합체 용액을 관으로 통과시키기 위한 설비, 구체적으로 유입구 또는 유출구가 장착된 캡이 구비되고, 또한 제2 매체, 구체적으로 열 전달 매체를 관들 사이의 공간으로 또는 그로부터 도입 및 방출하기 위한 설비, 예컨대 고리형 관로(ring line)가 구비된다.

특히 많은 관이 구비된 대형 장치의 경우, 균일한 생성물 품질을 달성하기 위해서는, 처리될 매체 예컨대 탈기될 중합체 용액을 전체 관에 걸쳐 균일하게 분배시킬 필요가 있다.

이러한 목적으로, 관다발형 장치에는, 예컨대 DE-A 36 28 994호에 공지된 바와 같이, 관 주입구에 쵸크(choke) 및 분배기 설비가 제공될 수 있다.

WO-A 02/00740호는 제1 탈기 단계에서 중합체 용액을 탈기하기 위한 다른 관다발형 열 교환기를 개시하고 있는데, 여기에서는 관다발형 장치로 유입되는 흐름을 개별 관 전체에 걸쳐 균일하게 분배하기 위하여 관 앞의 공간에 승압을 생성시키는 분배기 판 (천공된 판)이 들어간다. 20 내지 100 mbar의 탈기 영역 압력 및 190 내지 240 ℃의 벽 가열 온도가 기술되고 있다. 특히, 이 공정은 관 내에 오리피스 판 또는 협착이 제공되지 않음으로써 이에 따라 관 진입시 흐름의 압력 강하가 절대압 10 bar 미만, 바람직하게는 절대압 5 bar 미만으로 낮게 되도록 운용되어야 한다. 제1 공정 단계의 결과로써 1000 내지 2000 ppm의 잔류 단량체 함량을 가지는 중합체가 수득가능한 것으로 언급되고 있다. WO-A 02/00740호의 공정에 따르면, 이것은 연속 탈기장치에서의 제2 탈기 단계에서 더 낮은 단량체 함량으로 더 정제된다. 기술된 공정은 용액이 관에 유입된 직후에 용액의 증발이 발생하여 대량의 거품, 즉 2-상의 매체를 구성하도록 수행되어야 한다. 관 내의 2 상의 존재는 열 전달, 체류 시간 및 생성물 온도 (증발 냉각)에 긍정적인 효과를 가지며, 이러한 방식으로 완만한, 즉 낮은 열 스트레스 및 짧은 체류 시간을 가지는 증발을 보장하는 것으로 언급되고 있다.

이와 같은 선행 기술의 견지에서, 본 발명의 목적은 그를 이용하여 단일 탈기 단계에서 단일 경로로 향상된 생성물 품질, 구체적으로 더 낮은 용해 물질 잔류 함량이 수득될 수 있는 관다발형 열 교환기 및 관다발형 열 교환기에서의 탈기에 의한 용해 물질의 제거 방법을 제공하는 것이다.

장치 면에서의 목적은 각 단부에서 관 판 및 저부 관 판 하부의 탈기 영역에 고정된 평행한 수직 관들의 다발, 관을 관통하는 자유 개방 단면적(free open cross section)을 감소시키는 각 관 내의 내부 삽입물 (중합체 용액은 단일-상의 액체 상태로 관에 공급됨), 및 열 전달 매체가 흐르는 관 주변의 원통(shell) 내 내부 공간 (관다발형 열 교환기로의 중합체 용액 유입 압력 및 탈기 영역 사이의 압력 강하의 결과로 탈기가 발생함)을 포함하는, 탈기에 의해 중합체 용액으로부터 용해 물질을 제거하기 위한 관다발형 열 교환기에 의해 달성되며, 여기서 각 내부 삽입물은 유입 압력 및 탈기 영역의 압력 사이에 압력 단차를 생성시키도록 구성되고, 이에 의해 탈기된 중합체 중 용해 물질의 지정된 낮은 잔류 함량이 달성된다.

바람직한 변형예에서, 내부 삽입물은 추가적으로 열 전달 매체로부터 투입된 열이 단일-상의 액체 중합체 용액으로 들어가는 것을 보장하도록 구성된다.

중합체 용액의 탈기를 위한 관다발형 열 교환기의 관 중 내부 삽입물이, 중합체 용액을 관 전체에 걸쳐 균일하게 분배하는 역할을 하며 중합체 용액의 유입 압력과 탈기 영역의 압력 사이의 압력 강하를 생성시킬 수 있다는 것 뿐만 아니라, 압력 강하가 압력 단차로써 발생하는 것, 즉 내부 삽입물의 형상, 또는 내부 삽입물에 의해 초래되는 관을 통한 중합체 용액 유로 상에서의 단면적의 협착이, 짧은 거리에서도 수십배까지 단계적 양식으로 압력이 강하하도록 하는 방식으로 설계되는 것이 탈기 성능에 중요하다는 것 역시 밝혀졌다.

구체적으로, 내부 삽입물은 10 bar/cm 이상의 압력 단차를 생성시키게 된다.

관 중 내부 삽입물을 통한 자유 개방 단면적의 상응하는 협착은 각 경우에서 내부 삽입물이 없는 관의 자유 단면적을 기준으로 5％ 미만, 바람직하게는 2％ 미만, 더욱 바람직하게는 1％ 미만에 달한다.

수행되는 탈기 임무에 따라, 즉 구체적으로 중합체 용액의 화학적 특성 및 관다발형 열 교환기를 통한 단일 경로 종료시의 탈기된 중합체 중 용해 물질의 지정된 낮은 잔류 함량에 따라, 필요한 임무를 수행하기 위한 상기 압력 단차를 생성시키도록 내부 삽입물을 구성하는 것으로 충분할 수 있다. 구체적으로, 이것은 탈기되는 중합체 용액이 관다발형 열 교환기로의 유입시에 용해 물질을 증발시키기에 가능한 한 충분한 에너지 함량을 가지는 경우이다. 구체적으로, 이것은 예컨대 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체 용액의 경우일 수 있다.

이 변형예에서는, 내부 삽입물을 상부 관 판 영역에 위치시키는 것, 및 이것을 바람직하게는 중합체 용액의 통과를 위한 중앙 홀을 제외하고 관을 밀폐시키는 플러그(plug)의 형태로 구성시키는 것이 가능하다.

그러나, 단일의 중앙 홀 대신, 예컨대 쌍, 삼각형 또는 사각형의 배열로, 또는 게임용 주사위의 점 형태로 배열될 수 있는 2 이상의 홀을 제공하는 것 역시 가능하다. 홀을 설계함에 있어서는, 플러그의 기계적 강도, 원하는 중합체 용액 처리량, 원하는 플러그 전체에 걸친 압력 단차, 중합체 용액의 물질 특성 및 경우에 따라 원하는 흐름 조건이 고려되어야 한다.

홀은 플러그의 세로 축 방향으로, 즉 관 내의 플러그 설치 후 관의 세로 방향으로 플러그를 따라 배열될 수 있으나, 비스듬히 배열될 수도 있는데, 구체적으로 인접 홀이 동일한 방향 또는 반대 방향으로 경사질 수 있다. 중합체 용액의 흐름 거동은 그러한 배열에 의하여 영향을 받을 수 있다.

홀은 원통형으로, 원뿔형으로 또는 단차진 직경을 가지도록, 또는 다르게는 슬릿, 삼각형 또는 별 형상으로 구성될 수 있으며, 후자의 구현예들은 구체적으로 침식에 의해 수득될 수 있다.

추가적인 구현예에서, 홀은 플러그를 완전히 관통하여 통과하지 않고, 대신 세로 방향으로 배향된 주 홀에 직각으로 또는 90°가 아닌 다른 각도로 진행하는 하나 이상의 횡단 홀로 개방되며, 횡단 홀은 주 홀과 동일한 직경 또는 그와 다른 직경을 가질 수 있다. 전체 횡단 홀의 자유 개방 단면적의 합은 바람직하게는 주 홀 또는 세로 방향으로 배열된 홀의 자유 개방 단면적에 비해 크며, 이에 따라 주홀 또는 홀들에 최대의 압력 단차가 발생한다. 이와 동시에, 중합체 용액이 횡단 홀에 의해 관의 내부 벽 전체에 걸쳐 우수하게 분배된다. T-채널, 교차-채널 또는 별형-채널 홀이 바람직하다. 이러한 홀들의 형상이 원형일 필요는 없으며, 깔대기 형상을 가지거나, 또는 단차진 직경을 가지는 원통 구획들의 형상을 가질 수도 있다.

바람직한 구현예에서, 내부 삽입물은 교차-채널 홀을 가지며, 중앙 홀은 교차-형상의 횡단 홀로 개방된다.

교차-형상의 횡단 홀은 바람직하게는 2 내지 5 mm의 직경, 구체적으로 4 mm의 내경을 가진다.

하나 이상 홀의 길이 및 직경, 그리고 개구부의 형상은 특정 탈기 임무에 따라, 즉 구체적으로 탈기되는 중합체 용액의 화학적 조성 및 점도, 유입 온도, 유입 압력 및 관다발형 열 교환기를 통한 처리량, 그리고 탈기된 중합체 중의 용해 물질의 지정된 잔류 함량에 따라 달라진다.

통상적인 직경은, 단일의 홀이 제공되는 경우, 0.5 내지 7 mm, 바람직하게는 1 내지 6 mm, 더욱 바람직하게는 1.5 내지 5 mm의 범위이다. 단일 홀, 구체적으로 중앙홀이 제공되는 경우, 이것은 구체적으로 0.5 내지 10 cm, 바람직하게는 1 내지 10 cm, 더욱 바람직하게는 1 내지 6 cm의 길이를 가진다. 이것은 직접 또는 단면적이 넓어지면서 종료, 즉 관으로 개방될 수 있다.

탈기되는 중합체 용액은 보통 중합 반응기, 예컨대 연속적으로 운용되는 교반 용기, 교반 용기의 다단체 또는 관 반응기로부터 직접 유입되며, 주로 중합 조건에 해당하는 압력 및 온도 상태에 있다. 그러나, 압력-상승 장치, 예컨대 용융 펌프, 압출기 등, 및 경우에 따라 열교환기를 이용하여 중합 조건에 비해 압력 및 온도 수준을 높이는 것 역시 가능하다.

구체적으로는, 100 내지 300 ℃, 바람직하게는 120 내지 250 ℃, 더욱 바람직하게는 130 내지 200 ℃의 유입 온도, 및 절대압 5 내지 80 bar, 바람직하게는 절대압 8 내지 60 bar, 더욱 바람직하게는 절대압 10 내지 40 bar 범위의 유입 압력에서 작동하는 것이 보통이다.

탈기 목적으로 관다발형 열 교환기에 공급되는 중합체 용액은 보통 중합체 용액의 50 내지 95 중량％, 바람직하게는 45 내지 90 중량％, 더욱 바람직하게는 60 내지 85 중량％의 중합체 함량을 가진다.

일반적인 중합체 용액 처리량은 시간 및 관 당 중합체 용액 0.5 내지 30 kg, 바람직하게는 시간 및 관 당 중합체 용액 1 내지 25 kg, 더욱 바람직하게는 시간 및 관 당 중합체 용액 2 내지 20 kg의 범위이다.

관다발형 열 교환기의 개별 관들 전체에 걸쳐 중합체 용액을 분배하기 위하여, 상부 관 판 영역에 노즐 또는 오리피스 판이 추가적으로 제공되는 것 역시 가능하다.

관다발형 열 교환기 관의 길이는 보통 0.3 내지 10 m, 바람직하게는 0.5 내지 6 m, 더욱 바람직하게는 1.0 내지 3 m의 범위이다. 관은 바람직하게는 5 내지 30 mm, 바람직하게는 8 내지 25 mm, 더욱 바람직하게는 10 내지 18 mm의 내경을 가진다.

관다발형 열 교환기의 관은 관 주변의 원통 내 내부 공간을 통하여 흐르는 액체 또는 기체성 열 전달 매체에 의해 가열된다. 단일의 열 전달 매체 회로가 제공되는 것이 가능하나, 특히 액체 열 전달 매체에 의해 가열되는 경우에는, 개별적인 영역들이 상이한 온도를 가지도록 하기 위하여 복수의 열 전달 매체 회로를 제공하는 것 역시 가능하다. 이것은 특히 각각이 상이한 탈기 특성을 가지는 서로 다른 성분들을 제거하고자 할 때 필요할 수 있다.

가능한 기체성 열 전달 매체는 예컨대 수증기 또는 디파일 증기(Diphyl vapor)일 수 있다.

증기 공간으로의 불활성 기체 버퍼의 도입에 의해 증기-가열된 장치에서 온도 단차(gradated temperature), 예컨대 냉각기 유입구 영역이 얻어질 수 있다.

통상적인 열 전달 매체 온도는 100 내지 380 ℃, 바람직하게는 120 내지 350 ℃, 더욱 바람직하게는 130 내지 340 ℃의 범위이다.

관다발형 열 교환기 관의 하단부는 종종 5 내지 100 mbar, 바람직하게는 12 내지 70 mbar, 더욱 바람직하게는 20 내지 50 mbar 범위의 진공이 적용되는 탈기 영역으로 개방된다.

관다발형 열 교환기로 유입되는 중합체 용액이 아직 지정된 용해 물질 잔류 함량을 달성하는 데에 필요한 증기화에 요구되는 에너지를 함유하지 않거나, 또는 특히 이 에너지가 관다발형 열 교환기로의 유입 전에 도입될 수 없고, 용액의 한정된 열 안정성이 이것을 허용하지 않는 경우에, 각 관 중 내부 삽입물은 탈기된 중합체에서 지정된 낮은 용해 물질 잔류 함량을 달성하기 위하여, 본 발명에 따라 추가적으로, 상기한 압력 단차를 생성시킬 뿐만 아니라, 제1 상부(first upper part)에서 중간 정도의 단면적 협착만을 생성시킴으로써 사용된 중합체 용액 및 운용 조건에 따라 중합체 용액이 단일-상의 액체 상태로 남는 것을 보장하도록 구성된다. 내부 삽입물의 이와 같은 상부에서, 중간 정도의 단면적 협착에 의해 생성되는 압력 강하는 0.3 bar/cm 이하, 특히 0.1 bar/cm 이하이어야 하나, 특히 관의 내경에 대한 비율로서의 협착은 중합체 용액에서의 흐름 단면 전체에 걸친 균일한 온도 분포를 보장하기에 충분해야 한다.

내부 삽입물의 상부는 구체적으로 관의 상단부로부터 관 전체 길이의 20％ 이하로, 바람직하게는 관 전체 길이의 15％ 이하로 연장된 막대의 형태일 수 있다.

관 상부에서 이와 같은 내부 삽입물 상부에 의해 단일-상의 중합체 용액이 보장되는 것, 및 이와 동시에 단면 전체에 걸쳐 균일한 온도 분배가 보장되기에 충분하도록 자유 단면적이 유지되는 것의 결과로써, 탈기 영역의 압력에 대한 차이를 이용하여 탈기된 중합체에서 지정된 낮은 용해 물질 잔류 함량을 달성하는 것을 가능케하는 온도 수준까지, 열적으로 민감한 중합체 용액을 오손 없이 균일하고 완만하게 가열하는 것이 가능하다.

상기한 바람직한 구현예에서, 내부 상입물의 상부는 2 cm 이하의 길이에 걸쳐 10 bar/cm 이상, 바람직하게는 20 bar/cm 이상의 큰 압력 단차를 생성시키는 내부 삽입물의 추가 부와 연결된다.

10 bar/cm 이상, 바람직하게는 20 bar/cm 이상의 압력 단차를 생성시키는 내부 삽입물의 추가 부는 바람직하게는 10 mm 미만, 특히 2 mm 미만의 길이를 가진다.

추가적인 바람직한 구현예에서, 압력 단차를 생성시키는 내부 삽입물의 추가 부는 다시 중간 정도의 압력 강하만을 생성시키는 추가적인 치환 바디(displacement body)와 연결될 수 있다. 예를 들어 원통, 구체적으로 저부가 밀폐된 원통일 수 있는 이러한 치환 바디는 압력 단차를 생성시키는 내부 삽입물 추가 부 하류의 2-상 흐름 영역에서 주로 환상인 흐름(annular flow)을 발생시키고 그에 따라 열의 도입에 유리한 흐름 추이를 발생시키도록 구성되어야 한다. 치환 바디는 관의 말단 직전까지, 예컨대 관 길이의 약 80％로 연장될 수 있다.

내부 삽입물은 압연 소켓(milled-out socket) 및 나사에 의해 상부 관 판에 고정될 수 있다. 관 판이 충분한 물질 두께를 가질 경우, 대형 산업용 규모 관다발형 열 교환기의 경우와 마찬가지로, 내부 삽입물은 압연 홀에 의해 상부 관 판에 삽입되어 나사에 의해 적소에 고정될 수도 있다. 단순히 정밀하게 들어맞는 압연 홀과 그에 부합하는 내부 삽입물 형상을 이용하여 나사 없이 고정하는 것으로도 종종 충분하다.

특정 구현예, 특히 상대적으로 긴 내부 삽입물의 경우에 있어서, 벽 주변으로 움직이는 것을 피하기 위하여 내부 삽입물을 관 중간에 고정하는 포인트 스페이서(point spacer) 또는 패들-형상의(paddle-shaped) 스페이서를 사용하는 것이 가능하다.

추가적인 바람직한 구현예에서, 특히 상대적으로 긴 내부 삽입물이 사용되는 경우, 이것은 관 판에 위치하는 부분 및 상대적으로 긴 스택(stack)의 말단에 배열되어 압력 단차를 생성시키는 추가 부 사이의 조인트를 이용하여 유연하게 설치될 수 있다. 이와 같은 조인트는 모든 공지의 방식으로, 예컨대 그를 통하여 고정 핀이 밀리는 페그와 포크(peg and fork)를 이용하여 구성될 수 있다.

도면 및 실시예를 이용하여 본 발명을 하기에 예시한다.

유일한 도면인 도 1은 본 발명에 따른 관다발형 열 교환기 관용 내부 삽입물의 바람직한 변형예를 도식적으로 나타낸다.

내부 삽입물 (1)은 관 판에 위치하며 매우 작은 압력 강하를 생성시키도록 구성된 부분을 가진다. 중합체 용액 (T)는 상부로부터 관으로 도입된다. 관 판 (B)에 위치하는 내부 삽입물 (1)의 부분은 0.1 bar/cm 이하의 중간 정도 압력 강하를 생성시키며 중합체 용액의 단일-상 흐름을 보장하는 막대 형태의 상부 (2)와 연결된다. 이것은 내부 삽입물의 상부 (2)에 비해 짧으며 급격한 압력 단차를 생성시키는 내부 삽입물 (1)의 추가 부 (3)와 연결된다. 도면에 묘사된 바람직한 구현예에서, 이것은 다시 한번 중간 정도의 압력 강하를 생성시키며 관을 통하여 흐르는 2-상 혼합물에 유리한 흐름 추이를 발생시키는 치환 바디 (4)와 연결된다.

도 1은 본 발명에 따른 관다발형 열 교환기 관용 내부 삽입물의 바람직한 변형예를 도식적으로 나타낸다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1. 내부 삽입물

2. 막대

3. 압력 단차를 생성시키는 내부 삽입물의 추가 부

4. 치환 바디

실시예

실시예를 이용하여 본 발명을 하기에 예시한다.

서로 다른 온도로 유지되는 복수의 구역으로 분할된 직립 이중-벽 관을 포함하는 실험실 장치에서 실험을 수행하였다. 이중-벽 관의 상단부에는 내부 삽입물을 수용하기 위한 오목부가 제공되었는데; 예를 들어, 여기에는 상이한 형상을 가지는 플러그들을 나사체결하거나 또는 밀어넣을 수 있다.

비교 실시예로는, 홀더에 끼워진 내경 8 mm의 환상 디스크가 플러그의 위치에 사용되었다.

이중-벽 관은 1400 mm의 총 길이를 가지며, 서로 다른 온도로 유지되고 각각에는 말로썸(Marlotherm)^® S 액에 의해 가열되는 전용 온도-조절 회로가 구비된 3개의 구역으로 분할되었다. 온도 조절의 범위는 실온으로부터 330 ℃에 이른다.

각 중합체 용액은 기어 펌프를 이용하여 가열된 배관을 통해 이중-벽 관의 상단부에 1.0 내지 30 kg용액/시간의 처리량으로 투입될 수 있었다.

이중-벽 관의 하단부에 100 내지 20 mbar, 바람직하게는 70 내지 25 mbar의 감압으로 운용될 수 있는 증기화기 포트를 설치하였다. 증기화기 포트로부터 뽑아 낸 증기를 응축시켰다.

기어 펌프를 이용하여 증기화기 포트의 저부에서 노즐을 통하여 대폭 탈기된 용융물을 방출시키고, 냉각하여 압출물로서 펠렛화하였다. 이러한 방식으로 수득된 펠렛에 남아있는 단량체 및 용매의 잔류 함량을 측정하였다.

비교 실시예

직경 8 mm의 홀이 구비된 환상 디스크를 이중-벽 관의 상단부에 위치시켰다.

기어 펌프를 이용하여 130 ℃의 온도에서 70 중량％의 폴리스티렌 및 30 중량％의 스티렌과 에틸벤젠의 혼합물로 구성된 용액 12.9 kg/시간을 투입하였다. 환상 디스크 바로 정면에서의 압력은 3 bar이었으며, 증기화기 포트에서의 감압은 절대압 25 mbar이었다.

관 제1 구역 후의 압력은 1 bar이었으며, 장치로의 중합체 용액의 유입 및 환상 디스크 하류의 압력 사이의 압력 강하는 이에 따라 1 bar이었다. 환상 디스크에 두께 10 mm에서는 이에 따른 압력 강하가 2 bar/cm이었다.

이중-벽 관의 3개 구역 모두를 외부로부터 314 ℃로 가열하였으며, 탈기장치 포트는 250 ℃로 가열하였다. 탈기장치 포트로의 유입시 용융물 온도는 232 ℃이었다.

휘발성 물질의 함량은 940 ppm인 것으로 나타났다.

실시예 1 (본 발명)

직경 1.8 mm 및 길이 25 mm의 중앙 홀이 구비된 플러그를 이중-벽 관의 상단부에 삽입하였다. 34 bar의 유입 압력하에서 136 ℃의 온도로, 비교 실시예에서 기술된 용액을 플러그를 통하여 이중-벽 관으로 펌핑하였다. 이렇게 하여 플러그는 12.8 bar/cm의 압력 단차를 생성시켰다. 관 제1 구역 후의 압력은 절대압 약 2 bar이었다. 증기화기 포트에서의 감압은 절대압 25 mbar이었다.

관의 3개 구역 모두를 외부로부터 314 ℃로 가열하였으며, 탈기장치 포트는 250 ℃로 가열하였다. 탈기장치 포트로의 유입시 용융물 온도는 246 ℃이었다.

휘발성 물질의 함량은 440 ppm인 것으로 나타났다.

실시예 2 (본 발명)

상이한 형상을 가지는 플러그를 사용하여 실시예 1에서 개시된 실험을 반복하였는데: 이 플러그는 치환 바디 (4) 없는 도면에 해당하는 형상을 나타내며, 총 길이는 30 cm이었다. 압력 강하를 결정짓는 부분 (3)은 3 cm의 길이를 가졌으며, 그의 관 벽까지의 거리는 0.8 mm이었다.

탈기될 용액의 처리량 및 조성은 실시예 1에서와 동일하였으나, 유입 온도는 133 ℃로서 약간 달랐다. 유입 압력은 약 44 bar이었으며, 관 제1 구역 후의 압력은 2 bar로서 실시예 1과 유사하였다. 플러그를 통한 압력 강하는 이에 따라 14 bar/cm에 해당하였다. 증기화기 포트에서의 감압은 절대압 25 mbar로서 실시예 1에서와 동일하였으며; 관 3개 구역의 가열은 313 ℃까지로서 약간 달랐고, 탈기 포트는 똑같이 250 ℃로 가열하였다. 탈기장치 포트로의 유입시 용융물 온도는 243 ℃이었다.

중합체 용융물 (본질적으로 에틸벤젠, 그리고 특히 스티렌) 중의 휘발성 물질의 함량은 550 ppm인 것으로 나타났다.

Claims (13)

1. 각 단부에서 관 판 (B) 및 저부 관 판 (B) 하부의 탈기 영역에 고정된 평행한 수직 관들 (R)의 다발, 관 (R)을 관통하는 자유 개방 단면적을 감소시키는 각 관 (R) 내의 내부 삽입물 (1) (중합체 용액 (P)은 단일-상의 액체 상태로 관 (R)에 공급됨), 및 열 전달 매체가 흐르는 관 (R) 주변의 원통 내 내부 공간 (관다발형 열 교환기 (R)로의 중합체 용액 (P)의 유입 압력 및 탈기 영역 사이의 압력 강하의 결과로 탈기가 발생함)을 포함하며, 여기서 각 내부 삽입물 (1)은 유입 압력 및 탈기 영역의 압력 사이에 압력 단차를 생성시키도록 구성되고, 이에 의해 탈기된 중합체 중 용해 물질의 지정된 낮은 잔류 함량이 달성되는, 탈기에 의해 중합체 용액 (P)으로부터 용해 물질을 제거하기 위한 관다발형 열 교환기 (R).
2. 제1항에 있어서, 내부 삽입물 (1)이, 열 전달 매체로부터 투입된 열이 단일-상의 액체 중합체 용액 (P)으로 들어가는 것을 추가적으로 보장하도록 구성되는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 내부 삽입물 (1)이 10 bar/cm 이상의 압력 단차를 생성시키는 관다발형 열 교환기 (R).
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 내부 삽입물 (1)이 관 (R)의 자 유 개방 단면적을 5％ 미만, 바람직하게는 2％ 미만, 더욱 바람직하게는 1％ 미만으로 감소시키는 관다발형 열 교환기 (R).
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 내부 삽입물 (1)이 상부 관 판 (B) 영역에 위치하며, 중합체 용액 (P)의 통과를 위한 중앙 홀을 제외하고 관 (R)을 밀폐시키는 플러그의 형태로 구성되는 관다발형 열 교환기 (R).
6. 제5항에 있어서, 내부 삽입물 (1)의 중앙 홀이 1.5 내지 2.5 mm, 바람직하게는 1.6 내지 1.9 mm의 직경을 가지는 관다발형 열 교환기 (R).
7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 내부 삽입물 (1)이 교차-채널 홀을 가지며, 중앙 홀이 교차-형상의 횡단 홀로 개방되는 관다발형 열 교환기 (R).
8. 제7항에 있어서, 교차-형상의 횡단 홀이 2 내지 5 mm의 내경, 바람직하게는 4 mm의 내경을 가지는 관다발형 열 교환기 (R).
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 관 (R)이 0.3 내지 10.0 m, 바람직하게는 0.5 내지 6.0 m, 더욱 바람직하게는 1.0 내지 3 m의 길이, 및 5 내지 30 mm, 바람직하게는 8 내지 25 mm, 더욱 바람직하게는 10 내지 18 mm의 내경을 가지는 관다발형 열 교환기 (R).
10. 제2항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 내부 삽입물 (1)의 상부가 관 (R)의 상단부로부터 관 (R) 전체 길이의 20％ 이하로 연장된 막대 (2)의 형상을 가지며, 2 cm 이하의 길이에 걸쳐 10 bar/cm 이상, 바람직하게는 20 bar/cm 이상의 압력 단차를 생성시키는 내부 삽입물 (1)의 추가 부 (3)와 연결되는 관다발형 열 교환기 (R).
11. 제10항에 있어서, 막대가 관 (R) 전체 길이의 15％ 이하로 연장되며, 10 bar/cm 이상, 바람직하게는 20 bar/cm 이상의 압력 단차를 생성시키는 내부 삽입물의 추가 부 (3)가 10 mm 미만, 바람직하게는 2 mm 미만의 길이를 가지는 관다발형 열 교환기 (R).
12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 내부 삽입물 (1)의 추가 부 (3)가 관 (R) 내 중합체 용액 (P)의 주로 환상인 흐름을 보장하는 치환 바디 (4)와 연결되는 관다발형 열 교환기 (R).
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 관다발형 열 교환기를 사용하여 수행되는, 중합체 용액 (P)으로부터의 용해 물질 제거 방법.

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