KR20210014120A - 탈휘발화기 디자인 - Google Patents

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KR20210014120A
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solvent
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KR1020207036141A
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마리아 폴라드
이르판 칸
쉬리칸트 도답카르
마틴 로페즈
퀴안 유안
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다우 글로벌 테크놀로지스 엘엘씨
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Abstract

용매와 중합체를 포함하는 중합체가 풍부한 용액으로부터 적어도 일부의 용매를 분리하기 위한, 온도(T) 및 압력(P)에서 작동하는 탈휘발화기 (devo)에 있어서, 탈휘발화기는 적어도 하기 구성요소를 포함한다:
A) 분배기, 히터, 또는 히터/분배기 조합;
B) 구성요소 A 주변의 일부 또는 전체 주위에 위치한 슈라우드(shroud)(구성요소 B); 및
C) 구성요소 A의 외면과 구성요소 B의 내면 사이에 위치된 갭(구성요소 C).

Description

탈휘발화기 디자인
용액 중합의 경우, 진공 응축기로의 중합체 캐리오버(carryover)를 줄일 수 있는 탈휘발화 디자인이 요구된다. 용액 폴리에틸렌 공정에서 미 반응 에틸렌과 용매는 통상적으로 탈휘발화 (devo) 탱크라고 지칭되는 2개의 플래시 유닛을 사용하여 중합체에서 제거된다. 미 반응 에틸렌과 대부분의 용매는 제1 devo에서 제거되어 중합체 농도가 80 내지 90 중량%이 된다. 나머지 용매는 제2 devo에서 제거된다. 제1 devo의 스트림은 통상적으로 열교환기 또는 히터를 사용하여 가열된다. 중합체가 히터를 통해 유동하고 가열됨에 따라 용매가 증발하고 중합체에서 상 분리되어 제2 devo 탱크로 가는 히터 슬롯의 출구 쪽으로 포말이 형성되도록 한다. 휘발성 물질은 히터 외부의 중합체에서 분리되고 용융된 중합체는 용기 바닥에 모이고 증기는 devo 탱크 상단의 노즐을 통해 제거된다. 그러나, 통상적인 devo 디자인으로는 고 중합체가 통풍구와 결국에는 진공 응축기로 캐리오버 하게 된다. 중합체가 진공 응축기로 옮겨지면 응축기를 오염시켜 효율성을 감소시킨다. 즉, 진공 응축기가 devo 내부의 진공 수준을 유지할 수 없다. 일부 devo 및/또는 히터 디자인은 하기 참고문헌: 미국 특허 제4808262호, 미국 특허 제5084134호, 미국 특허 제5453158호, 미국 특허 제6627040호, 미국 특허 제7332058호 및 미국 특허 제8518212호에 기재되어 있다. 용액 중합의 경우, 진공 응축기로의 중합체 캐리오버를 줄일 탈휘발화 디자인에 대한 요구가 여전히 존재한다. 이러한 요구는 하기의 발명에 의해 충족되었다.
용매와 중합체를 포함하는 중합체가 풍부한 용액으로부터 적어도 일부의 용매를 분리하기 위한, 온도(T) 및 압력(P)에서 작동하는 탈휘발화기 (devo)로서, 탈휘발화기는 적어도 하기 구성요소들:
A) 길이 L의, 분배기, 히터, 또는 히터/분배기 조합(구성요소 A), 여기서 길이 L은 구성요소 A의 상단에서 하단까지의 수직 거리임;
B) 구성요소 A 주변의 일부 또는 전체 주위에 위치한 슈라우드(shroud)(구성요소 B); 여기서 슈라우드는 구성요소 A의 주변부 외부에 위치한 적어도 하나의 원통형 섹션을 포함하고, 이 원통형 섹션은 구성요소 A의 주변부의 적어도 일부를 둘러쌈, 및
C) 구성요소 A의 외면과 구성요소 B의 내면 사이에 위치한 갭(gap) (구성요소 C)을 포함하고, 여기서 갭은 구성요소 A의 외면에서 구성요소 B의 적어도 하나의 원통형 섹션의 내면까지의 거리 (w)인 폭을 가지며, 갭은 L 이하의 길이를 갖고; w는 선택적으로 길이 L을 따라 연속적으로 또는 불연속적으로 변할 수 있음; 그리고
여기서 구성요소 A는 내부 채널, 및 내부 채널로부터 갭으로 연장되는 복수의 단면 개구를 포함하고; 중합체가 풍부한 용액의 일부 또는 전부는 내부 채널로 들어가고 단면 개구부를 통해 방사상으로 이동하며, 각 개구부 내에서, 중합체가 풍부한 용액의 용매의 일부 또는 전부는 기화되어 용매 증기 및 중합체 용융물을 형성하며; 중합체 용융물은 갭으로 들어가고, 입구 지점에서 갭으로 하향으로 유동하며, 용매 증기의 일부 또는 전부가 입구 지점에서 갭으로 하향으로 유동하고; 그리고
구성요소 A의 외면의 상단으로부터 측정된 각 수직 거리 y에 대해, 주어진 거리 y에서 구성요소 A를 떠나 구성요소 C로 하향으로 유동하는 용매 증기의 총량은 하기 속도를 가짐:
a) 갭 내에서, "총 용매 증기 유량" 대 "유동에 이용 가능한 단면적"의 비율로 정의되는 평균 수직 하향 속도, 여기서 "총 용매 증기 유량" 및 "유동에 이용 가능한 단면적"의 각각은 동일한 수직 거리 y에서 측정됨, 및
b) "탈휘발화기의 온도(T) 및 압력(P)에서 구성요소 A의 출구에서의 총 용매 증기 유량" 대 "각 개구부의 단면적으로 곱해진 구성요소 A 내에서의 개구부의 수"의 비율로 정의되는, 구성요소 A를 빠져나가는 방사상 평균 속도;
여기서 평균 수직 하향 속도 ≤ 구성요소 A를 빠져나가는 방사상 평균 속도이다.
도 1은 용액 중합 공정의 개략도이다.
도 2는 탈휘발화 공정의 개략도이다.
도 3은 "히터 및/또는 분배기"를 빠져나가며 히터/분배기와 슈라우드 사이의 환형 영역을 통해 이동하는 중합체 및 증기의 개략도이다.
도 4는 비교예를 포함하는 상이한 슈라우드 디자인의 개략도이다.
도 5는 도 4에 도시된 본 발명 실시예에 대한 슈라우드 디자인의 세부 사항의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 디자인-1의 일 실시형태/변형예를 도시한다.
도 7은 도 4에 도시된 각각의 devo 디자인에 대해 구성요소 A와 B 사이의 갭에서 증기 대 y 값을 도시한다. 도 7은 구성요소 A를 빠져나가는 방사상 평균 속도에 대한 일정한 선을 포함한다. 본 발명 실시예 2와 본 발명 실시예 3에 대한 속도(V (m/s)) 결과는 일치한다는 것에 유의하라 - 도 7에서 최저 프로파일을 참조. 증기의 평균 방사상 속도는 또한 수평선으로 도시된다. 는 의 "평균 증기 수직 하향 속도"의 플롯
도 8은 분배기 및/또는 히터(구성요소 A)와 슈라우드(구성요소 B)를 둘러싸는 외부 용기를 도시한다.
상기 논의된 바와 같이(발명의 내용 참조) 탈휘발화기 (devo)인 장치가 제공된다.
탈휘발화기 (devo)는 본원에 기재된 2개 이상의 실시형태를 포함할 수 있다.
일 실시형태에서, 중합체가 풍부한 용액은 중합체가 풍부한 용액의 중량을 기준으로 60 중량% 이상, 또는 70 중량% 이상, 또는 80 중량% 이상, 또는 90 중량% 이상, 또는 95 중량% 이상의 중합체를 포함한다.
일 실시형태에서, 갭의 폭 (w)은 길이 L을 따라 변한다.
일 실시형태에서, 갭의 폭 (w)은 길이 L을 따라 연속적으로 변한다.
일 실시형태에서, 갭의 폭 (w)은 길이 L을 따라 불연속적으로 변한다.
일 실시형태에서, L은 10 cm 내지 200 cm, 또는 20 cm 내지 180 cm, 또는 30 cm 내지 160 cm이다.
일 실시형태에서, 각각의 거리 y에 대해, 평균 수직 하향 속도는 1 m/s 내지 10 m/s, 또는 1 m/s 내지 8 m/s, 또는 1 m/s 내지 6 m/s, 또는 1 m/s 내지 4 m/s이다.
일 실시형태에서, 구성요소 A를 빠져나가는 방사상 평균 속도는 10 m/s 이상 또는 8 m/s 이상, 또는 6 m/s 이상이다.
일 실시형태에서, 구성요소 A는 구성요소 A의 길이를 따라 대칭 단면적을 갖는다.
일 실시형태에서, 구성요소 A는 원통형 형상이고, 다른 A는 원통형이다.
일 실시형태에서, 구성요소 A의 경우, 단면 개구부는 모두 동일한 치수를 갖는다. 본원에 사용된 "동일 치수"라는 문구는 표적 치수의 ± 1.0%의 공차를 지칭한다.
일 실시형태에서, 구성요소 B의 원통형 섹션은 구성요소 A의 길이 이상의 길이를 갖는다. 추가적인 일 실시형태에서, 구성요소 B의 원통형 섹션은 구성요소 A의 길이와 동일한 길이를 갖는다.
일 실시형태에서, 구성요소 B의 원통형 섹션은 구성요소 A의 길이 미만의 길이를 갖는다.
일 실시형태에서, 구성요소 B의 경우, 원통형 섹션은 플레어 실린더의 시작 부분에서의 상부 외경보다 큰, 플레어 실린더의 종료 부분에서의 하부 외경을 갖는 연속 플레어 실린더를 포함한다. 예를 들어, 도 4의 본 발명 실시예 1 및 도 6을 참조. 추가적인 일 실시형태에서, 하부 외경은 > 1.2 x 상부 외경이다. 플레어 실린더의 하단은 플레어 실린더의 상단으로부터 다운스트림(downstream)이다.
일 실시형태에서, 구성요소 B의 경우, 원통형 섹션은 길이 h 1 의 수직 섹션에 이어 길이 h 2 의 플레어 섹션을 포함한다. 추가적인 일 실시형태에서, 길이 h 2 의 플레어 섹션 다음에 길이 h 3 의 수직 섹션이 이어진다. 예를 들어, 도 6을 참조. 일 실시형태에서, h 1 = h 2 이다. 일 실시형태에서, h 1 = h 2 = h 3 이다. 일 실시형태에서, h 2 ≥ h 1 및/또는 h 2 ≥ h 3 이다. 일 실시형태에서, h 1 + h 2 ≤ L, 또는 h 1 + h 2 ≥ L, 또는 h 1 + h 2 = L이다. 일 실시형태에서, h 1 + h 2 + h 3 ≤ L, 또는 h 1 + h 2 + h 3 ≥ L이다.
일 실시형태에서, 구성요소 B의 슈라우드는 2개 이상의 개별 섹션을 포함하고, 각 섹션은 구성요소 A의 중심으로부터 거리 d 1 에 위치한다. 추가적인 일 실시형태에서, 구성요소 B의 슈라우드는 4개 이상의 개별 섹션을 포함하고, 각 섹션은 구성요소 A의 중심으로부터 거리 d 1 에 위치한다. 본원에 사용된 문구 "구성요소 A의 중심"은 구성요소 A의 단면적에서 중심점 (대칭 영역의 경우) 또는 기하학적 중심 (비대칭 영역의 경우)을 지칭한다. 예를 들어, 도 4의 본 발명 실시예 2를 참조.
일 실시형태에서, d 1 은 50 cm 이상, 또는 55 cm 이상, 또는 60 cm 이상, 또는 65 cm 이상, 또는 70 cm 이상, 또는 75 cm 이상, 또는 80 cm 이상이다. 일 실시형태에서, d 1 은 300 cm 이하, 또는 280 cm 이하, 또는 260 cm 이하, 또는 240 cm 이하, 또는 220 cm 이하, 또는 200 cm 이하, 또는 180 cm 이하, 또는 160 cm 이하이다.
일 실시형태에서, 구성요소 B의 슈라우드는 8개의 개별 섹션을 포함하고, 섹션 중 4개는 구성요소 A의 중심으로부터 거리 d 1 에 위치하고, 섹션 중 4개는 구성요소 A의 중심으로부터 거리 d 2 에 위치하며; 그리고 d 2 > d 1 이다. 추가적인 일 실시형태에서, d 2 > 1.2 x d 1 이다. 예를 들어, 도 4의 본 발명 실시예 3을 참조.
일 실시형태에서, d 1 은 50 cm 이상, 또는 55 cm 이상, 또는 60 cm 이상, 또는 65 cm 이상, 또는 70 cm 이상, 또는 75 cm 이상, 또는 80 cm 이상이다. 일 실시형태에서, d 1 은 300 cm 이하, 또는 280 cm 이하, 또는 260 cm 이하, 또는 240 cm 이하, 또는 220 cm 이하, 또는 200 cm 이하, 또는 180 cm 이하, 또는 160 cm 이하이다.
일 실시형태에서, d 2 는 70 cm 이상, 또는 75 cm 이상, 또는 80 cm 이상, 또는 85 cm 이상, 또는 90 cm 이상, 또는 95 cm 이상, 또는 100 cm 이상이다. 일 실시형태에서, d 2 는 400 cm 이하, 또는 380 cm 이하, 또는 360 cm 이하, 또는 340 cm 이하, 또는 320 cm 이하, 또는 300 cm 이하, 또는 280 cm 이하, 또는 260 cm 이하, 또는 240 cm 이하, 또는 220 cm 이하, 또는 200 cm 이하이다.
일 실시형태에서, 구성요소 B의 원통형 섹션은 길이 L C 의 상부 연속 방사상 섹션, 및 각각 길이 L S 인 2개 이상의 개별 세그먼트를 포함하는 하부 세그먼트 섹션을 포함하고; L S > L C 이고; L C 는 슈라우드의 상단에서 상부 연속 방사상 섹션의 하단까지 측정되며; 그리고 L S 는 슈라우드의 상단에서 하부 세그먼트 섹션의 하단까지 측정된다. 추가적인 일 실시형태에서, 하부 세그먼트 섹션은 각각 길이 L S 인 4개 이상의 개별 세그먼트를 포함하며; 그리고 L S > L C 이다. 추가적인 일 실시형태에서, L S > 1.2 x L C 이다. 예를 들어, 도 4의 본 발명 실시예 4를 참조.
일 실시형태에서, L S 는 50 cm 이상, 또는 55 cm 이상, 또는 60 cm 이상, 또는 65 cm 이상, 또는 70 cm 이상, 또는 75 cm 이상, 또는 80 cm 이상이다. 일 실시형태에서, L S 는 300 cm 이하, 또는 280 cm 이하, 또는 260 cm 이하, 또는 240 cm 이하, 또는 220 cm 이하, 또는 200 cm 이하, 또는 180 cm 이하, 또는 160 cm 이하이다.
일 실시형태에서, L C 는 70 cm 이상, 또는 75 cm 이상, 또는 80 cm 이상, 또는 85 cm 이상, 또는 90 cm 이상, 또는 95 cm 이상, 또는 100 cm 이상이다. 일 실시형태에서, L C 는 400 cm 이하, 또는 380 cm 이하, 또는 360 cm 이하, 또는 340 cm 이하, 또는 320 cm 이하, 또는 300 cm 이하, 또는 280 cm 이하, 또는 260 cm 이하, 또는 240 cm 이하, 또는 220 cm 이하, 또는 200 cm 이하이다.
일 실시형태에서, 구성요소 B의 슈라우드는 구성요소 C의 갭에서 위치 y에서 용매 증기의 최대 평균 하향 속도가 하기 수학식 5A 내지 5C를 충족하도록 디자인을 갖는다:
Figure pct00001
수학식 5A,
Figure pct00002
수학식 5B,
상기 식에서, D는 구성요소 A의 직경이고,
y는 구성요소 A의 상단에서 구성요소 A를 따라 갭의 폭이 측정되는 지점까지의 수직 거리이고,
q는 단위 시간 당 단위 면적 당 증발된 용매의 체적 유량이고,
g 1 은 특정 길이 h 1 의 초기 갭 거리이며, g 2 는 특정 길이 h 2 에서의 갭 거리이다.
히터 또는 분배기의 상단에서 측정된 바와 같이 길이 h 1 에서, 슈라우드의 상단 부분에서 초기 갭 g 1 및 길이 h 1 에 의해 정의된 바와 같이 수직 축에서 각도 θ를 갖는 원추형 섹션이 시작된다. 예를 들어, 도 5 및 도 6에서 디자인-1에 의해 묘사된 바와 같이 도 4의 본 발명 실시예 1을 참조. 길이 h 1 의 바닥에서 측정된 바와 같이 길이 h 2 에서, 길이 h 2 에서 평가된 일정한 갭 거리 g로 정의된 바와 같으며 길이 h 2 의 바닥에서 측정된 바와 같이 길이 h 3 을 갖는 원통형 섹션이 시작된다.
일 실시형태에서, h 1 은 0 초과 내지 200인치, 또는 2 내지 100인치, 또는 4 내지 80인치, 또는 6 내지 60인치이다.
일 실시형태에서, θ는 5 내지 25도 또는 10 내지 15도이다.
일 실시형태에서, V vd 는 1 내지 30 m/s 또는 2 내지 15 m/s이다.
일 실시형태에서, h 2 는 0 초과 내지 300인치, 또는 2 내지 250인치, 또는 4 내지 220인치, 또는 6 내지 200인치이다.
일 실시형태에서, h 3 은 0 초과 내지 100인치, 또는 2 내지 80인치, 또는 4 내지 60인치, 또는 6 내지 40인치이다.
일 실시형태에서, 구성요소 B의 슈라우드는 구성요소 C의 갭에서 위치 y에서 용매 증기의 최대 평균 하향 속도가 하기 수학식 6A, 6B 및 6C를 충족하도록 디자인을 갖는다:
상기 식에서, D는 구성요소 A의 직경이고,
Figure pct00003
수학식 6A,
Figure pct00004
수학식 6B,
Figure pct00005
수학식 6C,
y는 구성요소 A의 상단에서 구성요소 A를 따라 갭의 폭이 측정되는 지점까지의 수직 거리이고,
q는 단위 시간 당 단위 면적 당 증발된 용매의 체적 유량이고,
g 3 은 특정 길이 y에 대한 갭 거리이고,
n은 부분적 또는 세그먼트 슈라우드를 생성하는 슈라우드의 표면 주위에서의 개구부 또는 슬릿 수이고: 각 개구부는 슈라우드 상단에서 측정된 바와 같이 길이 α에서 시작할 수 있으며 슈라우드의 하단에서 측정된 바와 같이 거리 β에서 끝날 수 있다. 각 개구부의 세그먼트는 디자인 상단의 단면도에서 관찰했을 때 각도 λ를 형성한다. 예를 들어, 도 4에서 본 발명 실시예 2 및 4를 참조(도 5에서 디자인-2의 변형예).
일 실시형태에서, g 3 은 2 내지 40인치, 또는 6 내지 30인치, 또는 12 내지 20인치이다.
일 실시형태에서, λ는 10 내지 45도, 또는 12 내지 35도 또는 15 내지 30도이다.
일 실시형태에서, α 및 β는 각각 독립적으로 0 초과 내지 60인치, 또는 1 내지 50인치, 또는 3 내지 40인치의 범위이다.
일 실시형태에서, 탈휘발화기는 써모웰(thermowell)에 내장된 열전쌍으로 측정된 바와 같이 100℃ 내지 300℃, 또는 120℃ 내지 280℃, 140℃ 내지 260℃, 160℃ 내지 240℃, 180℃ 내지 220℃의 온도(T) 및 용기에 내장된 압력 변환기로 측정된 바와 같이 5 mBar 내지 100 mBar, 또는 10 mBar 내지 80 mBar, 또는 15 mBar 내지 60 mBar의 압력(P)에서 작동한다.
일 실시형태에서, 탈휘발화기는 100℃ 내지 300℃, 또는 120℃ 내지 280℃, 140℃ 내지 260℃, 160℃ 내지 240℃, 180℃ 내지 220℃의 온도(T) 및 5 mBar 내지 50 mBar, 또는 10 mBar 내지 40 mBar, 또는 15 mBar 내지 30 mBar의 압력(P)에서 작동한다.
일 실시형태에서, 탈휘발화기는 외부 용기를 더 포함하며, 구성요소 B의 원통형 섹션의 외면과 외부 용기의 내면 사이에 위치된 갭(g 5 )이 있다. 추가적인 일 실시형태에서, g 5 의 폭은 구성요소 B의 원통형 섹션의 길이를 따라 연속적으로 또는 불연속적으로 변한다.
일 실시형태에서, "g 5 의 최소 폭" 대 "구성요소 C의 갭의 최대 폭"의 비율은 ≥ 0.5, 또는 ≥ 1.0, 또는 ≥ 1.5, 또는 ≥ 2.0, 또는 ≥ 2.5, 또는 ≥ 3.0이다.
일 실시형태에서, 외부 용기의 직경인 D tank 는 1 m 내지 10 m, 또는 2 m 내지 10 m이다. 일 실시형태에서, 구성요소 B의 슈라우드의 상단은 외부 용기의 벽에 용접된다.
또한, 본원에 기재된 하나 이상의 실시형태의 적어도 하나의 반응기 및 탈휘발화기를 포함하는 반응기 시스템이 제공된다. 추가적인 일 실시형태에서, 반응기는 루프(loop) 반응기이다.
또한, 적어도 하기 단계를 포함하는, 중합체를 형성하는 용액 중합 공정이 제공된다
i) 용매, 단량체 및 선택적으로 하나 이상의 공단량체를 포함하는 혼합물을 적어도 하나의 반응기에서 반응시켜 용매 및 중합체를 포함하는 중합체 용액을 형성하는 단계;
ii) 중합체 용액으로부터 용매의 적어도 일부를 분리하여 중합체 및 용매를 포함하는 중합체가 풍부한 용액을 형성하고, 중합체가 풍부한 용액은 중합체 용액보다 더 많은 중합체를 포함하는 단계;
iii) 본원에 기재된 하나 이상의 실시형태의 탈휘발화기를 사용하여 중합체가 풍부한 용액으로부터 용매의 적어도 일부를 분리하는 단계.
일 실시형태에서, 중합체가 풍부한 용액은 중합체가 풍부한 용액의 중량을 기준으로 60 중량% 이상, 또는 70 중량% 이상, 또는 80 중량% 이상, 또는 90 중량% 이상, 또는 95 중량% 이상의 중합체를 포함한다.
일 실시형태에서, 중합체는 올레핀계 중합체, 및 추가로 에틸렌계 중합체이다.
일 실시형태에서, 반응기는 단일 루프 반응기 또는 이중 루프 반응기이다. 적합한 반응기는 "올레핀 용액 중합"이라는 제목의 국제 공개 WO 97/36942호에 개시되어 있다.
본원에 기재된 바와 같이 탈휘발화기는 또한 고압(≥ 1000 bar), 자유 라디칼 중합에서 형성된 중합체 생성물의 분리에 사용될 수 있다. 예를 들어, 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)을 형성하는 중합 공정. 이러한 탈휘발화기는 LDPE 또는 다른 중합체 생성물에서 에틸렌, 소량의 용매 성분 및/또는 첨가제(예컨대, 과산화물 유도체 및 촉매 유도체)를 제거하기 위한 분리기로서 매우 적합하다.
정의
반대로 언급되거나 문맥에서 암시되거나 당업계의 관례적인 것이 아닌 한, 모든 부분 및 퍼센트는 중량 기준이며, 모든 시험 방법은 본 개시의 출원일 현재 통용되는 것이다.
본원에 사용되는 바와 같이, 용어 "조성물"은, 조성물을 포함하는 재료(들)뿐만 아니라, 조성물의 재료들로부터 형성되는 반응 생성물 및 분해 생성물을 포함한다.
본원에 사용된 바와 같은 용어 "중합체"는 동일한 유형이든 또는 상이한 유형이든 단량체를 중합하여 제조된 중합체성 화합물을 지칭한다. 따라서, 일반적 용어 중합체는 이하에 정의된 바와 같은 용어 동종중합체(단지 하나의 유형의 단량체로부터 제조된 중합체를 지칭하기 위해 이용되며, 이때 미량의 불순물이 중합체 구조 내에 혼입될 수 있는 것으로 이해됨) 및 용어 혼성중합체를 포함한다. 미량의 불순물은 중합체 내로 및/또는 중합체 내에 혼입될 수 있다.
본원에 사용된 용어 "혼성중합체"는 적어도 2종의 상이한 유형의 단량체의 중합에 의해 제조된 중합체를 지칭한다. 따라서 일반적인 용어 혼성중합체는 공중합체(두 가지 상이한 유형의 단량체로부터 제조된 중합체를 지칭하여 사용됨) 및 두 가지 이상의 상이한 유형의 단량체로부터 제조된 중합체를 포함한다.
본원에 사용된 용어 "올레핀계 중합체"는 중합된 형태로, (중합체의 중량을 기준으로) 50 중량% 또는 대부분 양의 올레핀 단량체, 예를 들어 에틸렌 또는 프로필렌을 포함하고, 선택적으로 적어도 하나의 중합된 공단량체를 포함할 수 있는 중합체를 지칭한다.
본원에 사용된 용어 "에틸렌계 중합체"는 (중합체의 총 중량을 기준으로) 50 중량% 또는 대부분 양의 중합된 에틸렌 단량체를 포함하고, 선택적으로 적어도 하나의 중합된 공단량체를 포함할 수 있는 중합체를 지칭한다.
본원에 사용된 용어 "에틸렌/α-올레핀 혼성중합체"는 중합 형태로, (혼성중합체의 중량 기준으로) 50 중량% 또는 대부분 양의 에틸렌 단량체 및 적어도 하나의 α-올레핀을 포함하는 혼성중합체를 지칭한다.
본원에 사용된 용어 "에틸렌/α-올레핀 공중합체"는 단 2가지 단량체 유형으로서, 중합된 형태로, (공중합체의 중량을 기준으로) 50 중량% 또는 대부분 양의 에틸렌 단량체 및 α-올레핀을 포함하는 공중합체를 지칭한다.
본원에 사용된 용어 "프로필렌계 중합체"는 중합된 형태로, (중합체의 총 중량을 기준으로) 대부분 양의 프로필렌 단량체를 포함하고 선택적으로 적어도 하나의 중합된 공단량체를 포함할 수 있는 중합체를 지칭한다.
본원에 사용된 용어 "탈휘발화기", 또는 "devo", 또는 "탈휘발화 탱크"는 통상적으로 상단이 원통형이고 하단에 원추형 섹션을 가지고; 그리고 대기압 초과 또는 진공 하에서 작동할 수 있으며; 그리고 통상적으로 중합체 용액을 위한 적어도 하나의 입구, 및 통상적으로 상단에 위치하는 증기가 빠져나가기 위한 하나 이상의 출구(들) 및 하단에서 중합체 용융물을 위한 출구를 갖는다. 탈휘발화기 (devo) 용기의 목적은 중합 생성물에서 용매를 제거하는 것이다. 공정은 중합체 생성물에서 잔류 용매를 제거하기 위해 다양한 조건에서 작동하는 복수의 탈휘발화기 (devo) 용기를 가질 수 있다.
본원에 사용된 용어 "용매"는 유기 화합물 또는 2개 이상의 유기 화합물의 혼합물을 지칭한다. 통상적인 용매는 촉매의 존재 하에 수소로 처리된 석유계 원료로부터 생성되어 냄새가 적고 방향족이 낮은 탄화수소 용매를 생성하는 ISOPAR® E(ExxonMobil)를 포함한다. 주요 성분은 알칸, 이소알칸 및 사이클로알칸을 포함한다. 여기서, 용매는 관심 대상의 중합체와 반응 성분을 용해시킨다.
본원에 사용된 용어 "중합체 용액"은 ISOPAR® E와 같은 용매에 용해된 중합체의 단상 용액을 지칭한다. 중합체 용액은 통상적으로 20 내지 95 중량%의 중합체를 함유한다.
본원에 사용된 용어 "용액 중합"은 중합 공정의 용매에 중합체 생성물이 용해되는 중합 공정을 지칭한다.
본원에 사용된 용어 "분배기"는 중합체 용액을 분배하여 증기 용매 화합물로부터 중합체 용융물의 물질 전달 및 제거 및 분리를 위해 중합체 용액의 면적을 증가시키도록 디자인된 장치를 지칭한다.
본원에 사용된 용어 "히터"는 예를 들어 180℃ 내지 250℃의 통상적인 중합체 용액을 가열하도록 디자인된 장치를 지칭한다.
본원에 사용된 용어 "히터/분배기 조합"은 본원에 기재된 바와 같은 히터 및 본원에 기재된 바와 같은 분배기를 모두 포함하는 장치를 지칭한다. 적합한 히터의 예는 미국 특허 제5,453,158호 및 미국 특허 제8,518,212호에 기재되어 있다.
본원에 사용된 용어 "슈라우드"는 분배기, 히터 또는 히터/분배기 조합을 둘러싸서 분배기, 히터 또는 히터/분배기 조합의 외면과 이의 내면 사이에 갭을 남기는 다양한 디자인의 금속 조각을 지칭한다. 구성요소 B: 슈라우드는 용매 및/또는 중합체가 구성요소 A와 구성요소 B를 포함하는 용기의 내면 내부로 또는 그 위로 튀는 것을 방지하는 데 사용된다.
구성요소 B(슈라우드)와 관련하여 본원에서 사용된 "연속 원통형 섹션"이라는 문구는 구성요소 A(분배기, 히터 또는 히터/분배기 조합)의 적어도 일부를 둘러싸는 형태가 통상적으로 원통형인 금속 조각을 지칭한다.
구성요소 B의 세그먼트 섹션은 구성요소 A를 둘러싸고 있는 금속 조각이며, 구성요소 A의 외면과 구성요소 B의 내면 사이의 영역을 증기와 중합체가 빠져나갈 수 있도록 공간이 열려 있는 채로 구성요소 A를 부분적으로 둘러싸는 방식으로 배치된다.
개구부 또는 다른 특징과 관련하여 본원에서 사용된 용어 "복수"는 둘 이상의 개구부 또는 다른 특징을 지칭한다.
본원에 사용된 용어 "갭"은 구성요소 A(분배기, 히터 또는 히터/분배기 조합)의 외면 및 구성요소 B(슈라우드)의 내면에 의해 정의된 영역을 지칭한다.
본원에 사용된 문구 "구성요소 A의 외면" 및 유사한 문구는 구성요소 A의 최외곽 표면을 지칭한다.
본원에 사용된 문구 "구성요소 B의 내면" 및 유사한 문구는 구성요소 B의 최외곽 표면을 지칭한다.
본원에 사용된 문구 "구성요소 A의 직경" 및 유사한 문구는 구성요소 A의 외경을 지칭한다.
본원에 사용된 문구 "구성요소 A의 길이" 및 유사한 문구는 구성요소 A의 최장 수직 섹션을 지칭한다.
본원에 사용된 문구 "구성요소 B의 직경" 및 유사한 문구는 구성요소 B의 최외곽 직경을 지칭한다.
본원에 사용된 문구 "구성요소 B의 길이" 및 유사한 문구는 구성요소 B의 최장 섹션을 지칭한다.
중합체가 풍부한 용액: 중합체 용액, 통상적으로 중합체 농도가 용액 내에서 50 중량% 초과하도록, 탄화수소 용매 내의 에틸렌계 중합체.
용매 증기: 통상적으로 예를 들어 알칸과 같은 용매에서 발견되는, 공정 조건에서 기화되는 화합물.
평균 수직 하향 속도의 결정과 관련하여 문구 "총 용매 증기 유량"은 중합체 생산 속도와 devo 입구에 존재하는 용매의 비율로부터 계산될 수 있다.
평균 수직 하향 속도의 결정과 관련하여 문구 "유동에 이용 가능한 단면적"은 구성요소 A의 외면과 구성요소 B의 상단으로부터 측정되는 바와 같이 길이 L을 따라 구성요소 B의 내면에 의해 형성된 갭의 형상으로부터 계산될 수 있다.
구성요소 A의 주변 외부에 위치된 적어도 하나의 원통형 섹션의 길이 (L)는 이 원통형 섹션의 상단에서 하단까지의 최장 거리를 지칭한다. 여기서, 원통형 섹션의 하단은 원통형 섹션의 상단으로부터 다운스트림이다.
본원에 사용된 문구 "웰드 라인(weld line)의 길이" 및 유사한 문구는 웰드 라인의 더 짧은 치수(통상적으로 수직 치수)를 지칭한다. 웰드 라인의 길이는 1 mm 내지 50 mm 또는 2 mm 내지 20 mm일 수 있다.
본원에 사용된 용어 "반응기 시스템"은 중합체를 중합하는 데 사용되는 하나 이상의 장치 및 중합체 생성물을 단리하는 데 사용되는 하나 이상의 장치를 지칭한다.
용어 "포함하는" 및 이의 유도체는 본원에 개시되어 있는지 여부에 관계없이 임의의 추가 구성요소, 단계 또는 절차의 존재를 배제하도록 의도되지 않는다. 의심의 여지를 피하기 위해, 용어 "포함하는"의 사용을 통해 본원에 청구된 모든 조성물은 달리 언급되지 않는 한 중합체 성이든 아니든 임의의 추가의 첨가제, 보조제 또는 화합물을 포함할 수 있다. 대조적으로, 용어 "~로 필수적으로 이루어진"은, 실시 가능성에 필수적이지 않은 것을 제외하고, 임의의 다른 구성요소, 단계 또는 절차를 임의의 계속되는 열거 범위에서 배제한다. 용어 "이루어진"은 구체적으로 기술되거나 열거되지 않은 임의의 구성요소, 단계 또는 절차를 배제한다.
시험 방법
용융 지수
에틸렌계 중합체에 대한 용융 지수 I2 (또는 I2) 및 I10 (또는 I10)을 ASTM D-1238(방법 B)에 따라 190℃ 및 2.16 kg 및 10 kg 하중에서 각각 측정한다. 이들 수치는 g/10분으로 보고된다.
밀도
밀도 측정을 위한 샘플을 ASTM D4703에 따라 준비하였다. ASTM D792, 방법 B에 따라 샘플 가압 후 1시간 내에 측정하였다.
종래 겔 투과 크로마토그래피 (conv. GPC)
PolymerChar(스페인 발렌시아 소재)의 GPC-IR 고온 크로마토그래피 시스템에는 Precision Detectors(매사추세츠 주 애머스트(Amherst) 소재), 2-각 레이저 광 산란 검출기 모델 2040, IR5 적외선 검출기 및 4-모세관 점도계(양쪽 모두 PolymerChAR 제품)를 장착하였다. PolymerChar Instrument Control 소프트웨어와 데이터 수집 인터페이스를 사용하여 데이터를 수집하였다. 시스템에는 Agilent Technologies(캘리포니아 주 산타 클라라 소재)의 온라인, 용매 가스 제거 장치 및 펌핑 시스템을 장착하였다.
주입 온도를 섭씨 150도로 제어하였다. 사용된 컬럼은 Polymer Laboratories(영국 슈롭셔(Shropshire) 소재)의 3개의 10-미크론 "Mixed-B" 컬럼이었다. 사용된 용매는 1,2,4-트리클로로벤젠이었다. 샘플을 "50 ml의 용매 중 0.1 그램의 중합체"의 농도로 제조하였다. 크로마토그래피 용매 및 샘플 준비 용매는 각각 "200 ppm의 부틸화 히드록시톨루엔(BHT)"을 함유하였다. 두 용매 공급원 모두를 질소 살포하였다. 에틸렌계 중합체 샘플을 섭씨 160도에서 3시간 동안 부드럽게 교반하였다. 주입 체적은 "200 마이크로리터"였고 유량은 "1 밀리리터/분"이었다. GPC 컬럼 세트를 21 개의 "좁은 분자량 분포" 폴리스티렌 표준을 실행하여 보정하였다. 표준의 분자량(MW)은 580 내지 8,400,000 g/mol의 범위였고, 표준을 6개의 "칵테일" 혼합물에 함유하였다. 각각의 표준 혼합물은 개별 분자량 사이에서 적어도 10배 간격을 두었다. 표준 혼합물을 Polymer Laboratories에서 구입하였다. 폴리스티렌 표준을 1,000,000 g/mole 이상의 분자량에 대해 "50 mL 용매 중 0.025 g"으로, 그리고 1,000,000 g/mole 미만의 분자량에 대해서는 "50 mL 용매 중 0.050 g"으로 제조하였다.
폴리스티렌 표준을 80℃에서 완만하게 교반하면서 30분 동안 용해시켰다. 좁은 표준 혼합물을 먼저 수행하고, "최고 분자량 성분"을 감소시키는 순서로 분해를 최소화하였다. 폴리스티렌 표준 피크 분자량을 수학식 1을 사용하여 폴리에틸렌 분자량으로 전환시켰다(문헌[Williams and Ward, J. Polym. Sci., Polym. Letters, 6, 621 (1968)]에 기재된 바와 같음):
Figure pct00006
(수학식 1),
상기 식에서 M은 분자량이고, A는 0.4316이며 B는 1.0이다.
하기 수학식 2 내지 4에 따라 수 평균 분자량(Mn (conv gpc)), 중량 평균 분자량(Mw-conv gpc) 및 z-평균 분자량(Mz (conv gpc))을 계산하였다.
Figure pct00007
(수학식 2),
Figure pct00008
(수학식 3),
Figure pct00009
(수학식 4),
수학식 2 내지 4에서 RV는 "초당 1점"으로 수집된 컬럼 보유 체적(선형 간격)이며, IR은 GPC 기기의 IR5 측정 채널에서 기준치-감산 IR 검출기 신호(볼트 단위)이고, MPE는 수학식 1에서 결정된 폴리에틸렌-등가 MW이다. PolymerChar의 "GPC One 소프트웨어(버전 2.013H)"를 사용하여 데이터를 계산했다.
실험
도 1은 충분한 양의 용매에서 하나 이상의 알파-올레핀 단량체를 중합하여 올레핀계 중합체를 생성하기 위한 전체 용액 중합 공정을 설명한다. 기본 중합 및 단리 장치는 공급 라인(예컨대, 에틸렌 공급, 수소 공급, 촉매 시스템 공급(들), 공단량체 공급(예컨대, 부텐, 헥센 또는 옥텐과 같은 알켄), 반응기 시스템, 탈휘발화기 시스템, 용매 회수 시스템, 정제 시스템, 펠릿화 시스템 및 펠렛 건조와 재료 취급용 시스템을 포함한다.
통상적으로, 반응기 시스템을 빠져나가는 중합체 용액은 용액의 중량을 기준으로 3 내지 40 중량%, 바람직하게는 10 내지 30 중량%의 중합체 함량을 갖는다. 이러한 중합은 2,000 내지 1,000,000 g/mole의 평균 분자량을 갖는 중합체, 예를 들어 실질적으로 선형인 중합체를 생성하는 데 사용될 수 있다. 반응 시스템은 단열 반응기, 등온 반응기 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 반응기 온도는 100 내지 300℃, 추가로 100 내지 250℃, 및 바람직하게는 150 내지 220℃의 범위일 수 있고, 압력은 350 내지 3,000 psi, 바람직하게는 700 내지 1,000 psi의 범위일 수 있다. 중합체 용액은 용액의 중간 가열과 함께 단열 플래쉬에 의해 농축되어 펠릿의 펠릿화, 건조 및 포장을 허용하기에 충분히 낮은 잔류 용매로 중합체 용융물을 생성한다. 용매는 회수되고, 정제되고, 반응기 시스템으로 다시 재순환되며, 여기에 새로운 단량체가 주입된다.
이 공정은 에틸렌 단독중합체와 같은 올레핀계 중합체, 또는 다른 알켄(예를 들어, 공중합체 또는 삼원중합체) 및 선택적으로 디엔(예를 들어, EPDM 삼원중합체)과의 혼성 중합체를 제조하는 데 사용될 수 있다. 사용된 촉매는 지글러-나타, 비스-메탈로센, 구속된 기하(constrained geometry) 또는 다가 아릴옥시에테르 복합체일 수 있다. ExxonMobil의 ISOPAR® E와 같은 다양한 상업적 용매를 사용할 수 있다. 실제로, 반응기 시스템을 빠져나가는 용매는 미 반응 단량체뿐만 아니라 이러한 단량체의 이성질체 및 다양한 불순물을 포함한다.
적합한 탈휘발화 공정의 개략도가 도 2에 제시되어 있다. 반응기 시스템을 빠져나가는 중합체 용액은 제1 플래시 유닛으로 들어가며 탈휘발화 단계를 거친다. 제1 플래시 유닛에서, 중합체 농도는 농축된 중합체 용액의 중량을 기준으로 40 내지 90 중량%, 바람직하게는 60 내지 85 중량%로 증가된다. 제1 플래시 유닛의 액체 스트림은 최대 300℃, 바람직하게는 최대 260℃까지 가열될 수 있으며, 더 많은 용매를 제거하기 위해 진공 하에서 3,000 중량 ppm 미만, 바람직하게는 500 중량 ppm 미만으로 플래시된다. 히터를 제2 플래시 유닛의 외부에 위치시킬 수 있고, 분배기를 제2 플래시 유닛의 내부에 위치시킬 수 있고, 또는 히터를 제2 플래시 유닛 내부에 위치시킬 수 있으므로 히터는 농축 중합체 용액의 히터와 생성된 중합체 용융물을 위한 분배기 양쪽 모두로서 작동한다.
도 3 및 도 4는 각각 히터 및/또는 분배기를 포함하는 플래시 유닛의 개략도이다. 플래시 유닛은 용기이며, 하단에 수렴하는 원추형 섹션이 있는 상단이 원통 형상일 수 있다. 원통형 섹션의 직경은 히터 및/또는 분배기 직경의 2 내지 6배일 수 있다. 원통형 섹션의 길이는 히터 및/또는 분배기 길이의 1 내지 2배일 수 있다. 원추형 섹션은 용기의 원통형 부분 길이의 2 내지 5배일 수 있으며, 기어 펌프 또는 압출기의 개구부에서 종결된다. 용기는 대기압 초과 또는 진공 하에서 작동할 수 있다. 중합체 용액을 위한 입구와 증기가 빠져나가기 위한 하나 또는 복수개의 출구 (통상적으로 상단에 위치) 및 하단에 중합체 용융물을 위한 출구가 있다. 용기의 목적은 중합 생성물에서 용매를 제거하는 것이다. 공정은 중합체 생성물에서 잔류 용매를 점진적으로 제거하기 위해 다양한 조건에서 작동하는 복수의 플래시 용기를 가질 수 있다. 적합한 히터의 예는 미국 특허 제5,453,158호 및 미국 특허 제8,518,212호에 기재되어 있다.
중합체가 플래시 유닛(미도시)의 벽으로 튀는 것을 방지하기 위해 히터 및/또는 분배기를 둘러싸는 원통형 슈라우드가 있을 수 있다. 농축된 중합체(중합체가 풍부한) 용액은 "히터 및/또는 분배기" 내부의 중공 코어로 유동하고, 다수의 슬롯을 통해 방사상 외곽으로 이동함으로써 "히터 및/또는 분배기"의 코어에서 외벽까지 수평으로 연장함으로써 빠져나간다. 중합체 용액이 히터 또는 분배기의 슬롯을 통해 방사상으로 이동함에 따라 압력이 중합체 용액의 기포점에 도달할 만큼 충분히 낮아져 2상 유동을 생성하면 용매가 기화될 수 있다. 2상 용액이 히터 또는 분배기 슬롯을 빠져나감에 따라 증기 용매는 중합체에서 분리된다. 증기는 통상적으로 플래시 용기의 상단에 위치한 통풍구 또는 출구를 통해 플래시 용기를 빠져나간다. 용매가 증발함에 따라 대부분 용융된 중합체 스트림을 생성하며, 이는 "히터 및/또는 분배기"의 외부 벽 아래로 유동하고 중합체 용융물 풀(pool)로 떨어지고 펠릿화 또는 추가 단리 유닛으로 배출된다. 용매 증기와 용융된 중합체는 모두 방사상 방향의 속도로 히터 및/또는 분배기 슬롯을 먼저 빠져나간다. 용매 증기와 용융된 중합체가 모두 히터 또는 분배기 슬롯을 빠져나감에 따라, 이들은 히터 및/또는 분배기와 슈라우드 사이에 생성된 환형 영역으로 아래쪽으로 강제로 유동하게 된다. 더 많은 중합체와 증기가 히터 및/또는 분배기의 슬롯을 빠져나감에 따라 증기 및 중합체의 총 질량 유량은 계속 증가하여 히터 및/또는 분배기의 외벽을 따라 아래로 내려간다. 더 많은 물질이 아래쪽으로 유동함에 따라, 증기 및 중합체 속도가 모두 증가하여 히터 및/또는 분배기와 슈라우드 사이의 갭의 하단에서 높은 증기 속도를 발생하게 된다. 증기 속도가 높으면 용융된 중합체가 작은 액적으로 분해될 수 있으며, 이는 이후 플래시 유닛의 하단으로 흘러내리기 보다는 플래시 용기의 상단에서 빠져나가는 증기 스트림과 함께 운반될 수 있다. 도 3은 이러한 가능한 상황을 도시한다. 플래시 유닛을 빠져나가는 중합체 액적은 증기 스트림과 함께 운반되어 플래시 유닛 하류의 장치에 오염을 일으킬 수 있다. 이 중합체 캐리오버는 "히터 및/또는 분배기"의 외면과 내면 슈라우드 사이의 환형 영역에서 하향 수직 증기 속도가 감소되면 감소될 수 있다.
히터 및/또는 분배기와 슈라우드 사이의 환형 공간에서 하향 수직 증기 속도가 증가함에 따라 중합체 필름에 대한 높은 증기 속도의 전단으로 인해 생성되는 평균 중합체 방울(drop) 크기가 더 작아지는 경향이 있다. 이 효과는 문헌에서 조사되었으며, 증기 속도와 액적 크기 사이의 관계는 무차원 수의 형태로 제공된다. 웨버(Weber) 수(We)는 표면 장력에 대한 관성력의 상대적 효과를 제공하며, [1-3]으로 주어진다:
Figure pct00010
(수학식 1A), 상기 식에서 ρ는 증기의 밀도이고, V는 평균 수직 하향 증기 속도이고, d는 용융된 중합체 방울의 직경이며, σ는 용융된 중합체 액적의 표면 장력이다. 오네소지(Ohnesorge) 수, Oh는 표면 장력에 대한 점성력의 상대적 효과를 제공하며, [1-3]으로 주어진다:
Figure pct00011
(수학식 2A), 상기 식에서 μ는 용융된 중합체 방울의 동적 밀도이며 ρd는 용융된 중합체 방울의 밀도이다. 임계 웨버 수 We 임계 는 주어진 증기 유동에서 액체의 최대 안정 방울 크기(d 최대 )와 관련된 웨버 수로 정의된다. Brodkey(1969)는 오네소지 수에 대한 임계 웨버 수의 변화에 대한 경험적 상관 관계를 제공하였으며, [2]로 주어진다:
Figure pct00012
수학식 3A,
상기 식에서, We' 임계 는 점성 효과가 거의 없는 (Oh << 1) 액체 및 증기 시스템에 대한 임계 웨버 수이며, 그 값은 대략 13으로 간주된다[1,2,3]. 상기 수학식 1A 내지 3A를 사용하여 높은 증기 흐름이 히터 또는 분배기 외면 위로 유동하는 중합체 필름 표면 위로 전단될 때 생성되는 최대 안정 중합체 방울 크기, d 최대 를 예측할 수 있다.
도 4는 증기 스트림과 함께 원치 않는 중합체 액적 캐리오버를 감소시키기 위해 디자인된 일부 발명의 "슈라우드 히터/분배기" 디자인뿐만 아니라 비교예 "슈라우드 히터/분배기" 디자인을 도시한다. 실시예의 평면도 및 정면도가 도시되어 있다. 음영 처리된 영역은 히터 또는 분배기를 도시하며 이를 둘러싼 윤곽은 슈라우드의 다양한 구성에 대한 것이다. 도 5는 도 4에 도시된 발명의 디자인에 대한 더 상세한 사항을 제공한다.
도 4의 비교예는 "히터 및/또는 분배기"의 외면과 슈라우드의 내면 사이에 일정한 갭(g 1 )이 있는 원통형 슈라우드를 가지고 있다. 여기서, L은 "히터 및/또는 분배기"의 길이이며, D는 외경이다. D는 20 내지 70인치, 바람직하게는 30 내지 60인치 범위일 수 있으며, L은 6 내지 240인치, 바람직하게는 30 내지 150인치 범위일 수 있다. 갭 g 1 은 2 내지 40인치, 바람직하게는 10 내지 30인치일 수 있다. 슈라우드의 길이(L)는 히터 또는 분배기 길이의 0.8 내지 1.5배 범위일 수 있다.
도 4의 본 발명 실시예 1은 도 5의 디자인-1으로 묘사된다. 이 디자인은 슈라우드의 상단에서 측정된 바와 같이 특정 길이 h 1 에 대해 초기 갭 g 1 을 가질 수 있으며, 도 5에 도시된 바와 같이 0 내지 길이 값 h 1 까지의 범위일 수 있다. 길이 h 1 은 0 내지 200인치, 바람직하게는 6 내지 60인치 범위 일 수 있다. 히터 또는 분배기의 상단에서 측정된 바와 같이 길이 h 1 에서, 슈라우드의 상단 부분에서 초기 갭 g 1 및 길이 h 1 에 의해 정의된 바와 같이 수직 축에서 각도 θ를 갖는 원추형 섹션이 시작된다. 각도 θ는 5 내지 25도, 바람직하게는 10 내지 15도 범위일 수 있다. 그러므로, "히터 및/또는 분배기"의 외면과 슈라우드의 내면 사이의 갭 g 1 는 가변적이며 수학식 4A에 의해 정의된다:
Figure pct00013
수학식 4A,
상기 식에서, D는 구성요소 A의 직경이고, y는 구성요소 A의 상단에서 구성요소 A를 따라 갭의 폭이 측정되는 지점까지의 수직 거리이고, q는 단위 시간 당 단위 면적 당 증발된 용매의 체적 유량이며, V vd 는 구성요소 B와 구성요소 A 사이의 갭 영역에서 원하는 최대 하향 평균 속도로서, 해당 지점 y에서 구성요소 A와 B 사이의 환형 단면적으로 나눈 용매의 총 체적 유량 비율로 정의된다. V vd 는 1 내지 30 m/s, 바람직하게는 2 내지 15 m/s의 값 범위일 수 있다. 슈라우드의 디자인은 y의 값에 따라 수학식 5A 및 5B에 의해 결정된다:
Figure pct00014
수학식 5A,
Figure pct00015
수학식 5B.
본 발명 실시예 1의 변형예에서, 원추형 섹션의 하단에 원통형 섹션이 있을 수 있다. 하단 원통형 섹션의 길이 h 3 은 0 내지 100인치 길이, 또한 1 내지 50인치 길이, 바람직하게는 2 내지 40인치 길이일 수 있다. 통상적으로 하단 원통형 섹션인 h 3 은 구성요소 A의 길이를 넘어 확장될 수 있다. 하단 원통형 섹션의 경우, 수학식 5C가 적용된다:
Figure pct00016
수학식 5C.
도 4의 본 발명 실시예 2 및 4는 도 5의 디자인-2 변형예이다. 이 경우 슈라우드는 대부분 일정한 갭g 3 이 있는 원통형이며, 여기서 g 3 는 2 내지 40인치, 바람직하게는 12 내지 20인치 범위일 수 있다. 상단에서 측정된 바와 같이, 슈라우드의 상단 부근과 하단 근처에 슈라우드의 연속 부분이 있을 수 있다. 부분적 또는 세그먼트 슈라우드를 생성하는 슈라우드의 표면 주위에 n개의 개구부 또는 슬릿이 있고: 각 개구부는 슈라우드 상단에서 측정된 바와 같이 길이 α에서 시작할 수 있고 슈라우드의 하단에서 측정된 바와 같이 거리 β에서 끝날 수 있으며, α 및 β는 0 내지 60인치, 바람직하게는 3 내지 40인치 범위일 수 있다. 각 개구부의 세그먼트는 디자인 상단의 단면도에서 관찰했을 때 각도 λ를 형성하며, λ는 10 내지 45도, 바람직하게는 15 내지 30도 범위일 수 있다.
도 4의 본 발명 실시예 3은 도 5의 디자인 3에 의해 설명되고, 이는 본 발명 실시예 2의 변형예이다: 본 발명 실시예 2 및 4의 세그먼트 슈라우드보다 직경이 더 큰 세그먼트 슈라우드의 추가 층이 있다. 최내곽 부분 슈라우드의 외경과 외부 세그먼트 슈라우드의 내경 사이의 갭 g 4는 2 내지 30인치 범위이다. 외부 슈라우드는 □가 10 내지 60도, 바람직하게는 15 내지 40도 범위일 수 있는 디자인의 단면으로부터 관찰될 때 각도 □□를 형성하는 세그먼트에 의해 정의되는 각각의 크기를 갖는, 최내곽 부분 원통형 슈라우드로부터 개구부를 덮도록 외부 슈라우드의 각각의 세그먼트가 배치되도록 세그먼트를 생성한다.
본 발명 실시예 2 내지 4에서 슈라우드 디자인은 히터 및/또는 분배기의 상단으로부터 측정된 바와 같이 위치 y에 따라 수학식 6A 내지 6C를 만족시키도록 되어있다:
Figure pct00017
수학식 6A
Figure pct00018
수학식 6B
Figure pct00019
수학식 6C.
도 4 및 5에 도시된 실시예에서 "히터 및/또는 분배기"는 30인치의 직경 D 및 65인치의 높이 L을 갖는다. 이 실시예에서 사용된 "히터 및/또는 분배기"는 9.44 m3/시간의 중합체 유량 및 14130 m3/시간의 용매 증기 유량을 받는다. 중합체 유량은 펠릿 중량 측정 또는 전체 질량 균형으로부터 플랜트에서 생산 속도에 의해 결정될 수 있다. 용매 증기 유량은 플래시 유닛을 떠나는 모든 증기 스트림을 합산하고 다양한 스트림에 위치된 흐름 측정을 사용하여 결정될 수 있다.
도 4 및 5에 도시된 실시예의 경우, 용융 중합체 밀도는 742 kg/m3이고, 증기 밀도는 0.085 kg/m3이다. 중합체 용융 밀도는 ASTM D1238 방법을 사용하여 측정될 수 있다. 이 방법은 통상적으로 190℃에서 0.7634 g/cm3의 폴리에틸렌 재료에 대한 용융 밀도를 제공한다. 용매 증기 밀도는 주어진 증기 스트림 온도 및 압력으로AspenTech 소프트웨어 프로그램 [4]에서 구현된 PC-SAFT와 같은 공정 조건에서 상태 방정식을 사용하여 추정될 수 있다. 이들 실시예에서, 증기 밀도를 210℃ 및 30 mbar 절대 압력에서 추정하였다. 매우 낮은 전단 속도(1ㆍ10-4 내지 1ㆍ102초-1)에서 측정된 이러한 조건에서 용융된 중합체의 점도는 750 Paㆍs로 추정되었으며, 용융된 중합체의 표면 장력은 0.03 N.m으로 추정되다. 방사상 방향으로 히터 및/또는 분배기의 슬롯을 빠져나가는 증기의 평균 속도 q는 5.2 m/s이다. V vd 는 5 m/s로 선택되었다.
도 4에 제시된 각각의 비교예 및 본 발명 실시예에 대한 슬롯으로부터 방사상 증기 속도 및 최대 하향 증기 속도를 계산하는 것에 대한 세부 사항이 아래에 설명된다.
참고 문헌
1. Lefebvre, A.H.; Atomization and Sprays, Taylor & Francis, (1989).
2. Brodkey, R. S.; The Phenomena of Fluid Motions. Addison-Wesley, Reading, Mass. (1969).
3. Pilch, M.; Erdman C.A.; Use of break-up time data and velocity history data to predict the maximum size of stable fragments for acceleration-induced break-up of a liquid drop. Int. J. Multiphase Flow. 13(6)741-757 (1987).
4. ASPENTECH Software, Version 8.6, 2017.
5. Rosin, P.; Rammler, E. (1933), "The Laws Governing the Fineness of Powdered Coal", Journal of the Institute of Fuel, 7: 29-36.
상이한 슈라우드 디자인에 대한 속도 결정에 대한 추가 검토
하기 각 devo 디자인에는 동일한 히터 및/또는 분배기 유닛(구성요소 A)이 사용되었음에 유의하라. 추가적으로, 앞서 언급된 갭 폭 w는 본 발명 실시예 1(도 6)의 경우 g 1 및 g 2 로, 본 발명 실시예 2, 3 및 4의 경우 g 3 으로 지칭될 것이다. V vd 는 히터 및/또는 분배기의 슬롯에서 나오는 평균 증기 속도와 동일하게 설정된다. 구성요소 A의 외경 = 30인치(0.76미터). 구성요소 A의 길이 = 65인치(1.65미터).
구성요소 A: 2000개 슬롯, 각 슬롯 개구부의 면적 = 3.76 x 10-4 m2, 모든 슬롯 개구부의 총 면적 = 0.753 m2. 구성요소 A의 개구부 수에 각 개구부의 단면적을 곱한 값 = 0.753 m2.
탈휘발화기의 온도와 압력에서 구성요소 A의 출구에서의 총 용매 증기 유량은 총 중합체 생산 속도를 기준으로 한다. 중합체 생산 속도 = 7000 kg/시간; 용매 (ISOPAR® E) 유량 = 1200 kg/시간, devo의 온도 = 210℃, devo의 압력 = 30 mBar. 온도와 압력은 평형된 온도와 압력을 나타낸다. 용매의 체적 유량 = 3.92 m3/초. 단리된 중합체의 체적 유량 = 0.0027 m3/초.
용매의 밀도(kg/m3): 보정 곡선 생성 - 온도 및 설정 압력 대비 용매 밀도 측정, 예를 들어 ASTM D 1657; 관심 대상의 온도에서 밀도를 결정.
탈휘발화기의 압력 및 온도에서 구성요소 A의 출구에서의 총 용매 증기 유량 = 용매의 체적 유량 = 탈휘발화기의 압력 및 온도에서 (질량 유량)/(용매의 밀도).
구성요소 A를 빠져나가는 방사상 평균 속도, "탈휘발화기의 온도 및 압력에서 총 용매 증기 유량" 대 "각 개구부의 단면적으로 곱해진 구성요소 A 내에서의 개구부의 수"의 비율로 정의되는, 구성요소 A를 빠져나가는 방사상 평균 속도 = (3.92 m3/초) / (0.753 m2) = 5.2 m/초.
각 devo 디자인에 대한 "평균 수직 하향 속도 대 y 값"의 플롯은 도 7을 참조. 도 7은 구성요소 A를 빠져나가는 방사상 평균 속도에 대한 일정한 선을 포함한다. 본 발명 실시예 2와 본 발명 실시예 3에 대한 속도(V (m/s)) 결과는 일치하여, 도 7에서 서로 구별할 수 없는 것에 유의하라.
1) 도 4, 본 발명 실시예 1
구성요소 A는 구성요소 A의 길이를 따라 각 거리에서 0.76 m 이상의 직경을 갖는다. 외부 용기는 1.8 m 이상의 직경 D tank 를 갖는다.
g 2 ≥ g ≥ g 1 로부터 갭 g 내에서 평균 수직 하향 속도는 "총 용매 증기 유량" 대 "유동에 이용 가능한 단면적"의 비율로 정의되며, "총 용매 증기 유량" 및 "유동에 이용 가능한 단면적"의 각각은 구성요소 A의 외면의 상단으로부터 동일한 수직 거리 y에서 측정되며, 여기서, 구성요소 A의 외면의 상단에서의 수직 거리 y는 y = 0.80 m이다.
구성요소 A의 외면의 상단으로부터 동일한 수직 거리 y = 0.80 m에서 측정된 총 용매 증기 유량":
Figure pct00020
(수학식 5A), 및
Figure pct00021
(수학식 5B).
q = (용매의 체적 유량)/(구성요소 A의 단위 표면적); 구성요소 A의 표면적, 면적 = π D*L; D = 구성요소 A의 외경. 원하는 평균 수직 속도 V vd 는 구성요소 A를 빠져나가는 방사상 평균 속도 = (3.92 m3/초)/(0.753 m2) = 5.2 m/초와 동일하게 설정된다. 여기서, D = 0.762 m. 여기서, L = 구성요소 A의 길이. 여기서, L = 1.65 m. 면적 = 3.95 m2. 용매의 체적 유량 = 3.92 m3/초. q = (3.92 m3/초) / (3.95 m2) = 0.99 m/초. h 1 = 구성요소 B의 상단 표면에서 측정된 구성요소 B의 연속 길이로, 이 길이는 그러한 길이를 따라 수직 축에서 벗어나지 않는다. 여기서, h 1 = 0. 여기서, h 2 = L 및 h 3 = 0. g 1 = 구성요소 A의 외면에서 구성요소 B의 내면까지의 최소 거리이며, 이 거리는 구성요소 B의 웰드 라인에 위치된다. 여기서, g 1 = 0.0504 m. θ=는 구성요소 B의 상단 표면에서 측정된 구성요소 B의 연속 길이로부터의 편차 각도이며, 길이는 이러한 길이를 따라 수직 축에서 벗어나지 않는다; 그리고 θ는 구성요소 A로부터 떨어진 수직 축으로부터 측정된다. θ = 10도.
구성요소 A의 외면의 상단으로부터 주어진 수직 거리 y로부터 아래로 유동하는 용매 증기의 총량 (거리 y에서 총 하향 용매 증기)은 하기 속도를 갖는다; a) 갭 내에서, "총 용매 증기 유량" 대 "유동에 이용 가능한 단면적"의 비율로 정의되는 평균 수직 하향 속도, 및 여기서 "총 용매 증기 유량" 및 "유동에 이용 가능한 단면적"의 각각은 구성요소 A의 외면의 상단으로부터 동일한 수직 거리 y에서 측정된다.
평균 수직 하향 속도 = 총 용매 증기 유량" 대 "유동에 이용 가능한 단면적.
"총 용매 증기 유량" 대 "유동에 이용 가능한 단면적" =
Figure pct00022
= 3.44 m/초.
평균 수직 하향 속도 ≤ 구성요소 A를 빠져나가는 방사상 평균 속도이다. y =0.80 m인 경우, 3.44 m/초 ≤ 5.2 m/초.
2) 도 4, 본 발명 실시예 2
구성요소 A는 구성요소 A의 길이를 따라 각 거리에서 0.76 m 이상의 직경을 갖는다. 외부 용기는 1.0 m 이상의 직경 D tank 를 갖는다.
갭 내에서, "총 용매 증기 유량" 대 "유동에 이용 가능한 단면적"의 비율로 정의되는 평균 수직 하향 속도, 및 "총 용매 증기 유량" 및 "유동에 이용 가능한 단면적"의 각각은 구성요소 A의 외면의 상단으로부터 동일한 수직 거리 y에서 측정된다.
구성요소 A의 외면의 상단으로부터 동일한 수직 거리 y, y = 0.80 m.
총 용매 증기 유량"은 구성요소 A의 외면의 상단으로부터 동일한 수직 거리 y = 0.80 m에서 측정된다.
Figure pct00023
수학식 6A
Figure pct00024
수학식 6B
Figure pct00025
수학식 6C.
원하는 평균 수직 속도 V vd 는 구성요소 A를 빠져나가는 방사상 평균 속도 = (3.92 m3/초)/(0.753 m2) = 5.2 m/초와 동일하게 설정된다. q = (용매의 체적 유량)/(구성요소 A의 단위 표면적). 구성요소 A의 표면적, 면적 = π D*L.
D = 구성요소 A의 외경. 여기서, D = 0.762 m. 여기서, L = 구성요소 A의 길이. 여기서, L = 1.65 m. 면적 = 3.95 m2. 용매의 체적 유량 = 3.92 m3/초. q = (3.92 m3/초)/(3.95 m2) = 0.99 m/초.
α는 구성요소 B의 상단에서 측정된 바와 같이 구성요소 B의 연속 방사상 섹션의 연속 길이이다. 여기서 α = 0.
β는 구성요소 B의 하단에서 측정된 바와 같이 구성요소 B의 연속 방사상 섹션의 연속 길이이다. 여기서 β = 0.
n은 구성요소 B의 방사상 축을 따라 슬릿 (불연속 섹션)의 수이며, 각 슬릿은 방사상 방향으로 동일한 폭을 갖는다.
여기서, n = 4.
λ는 구성요소 A의 중심으로부터 그리고 동일한 평면에서 기원하고 구성요소 B의 슬릿의 폭의 각 가장자리에서 종결하는 두 벡터에 의해 형성된 각도이며; 그리고 평면이 구성요소 A의 수직 축에 수직이다. 여기서, λ = 4도.
g 3 = 구성요소 A의 외면에서 구성요소 B의 내면까지의 방사상 거리. 여기서, g 3 = 2인치 = 구성요소 A의 외면의 상단으로부터 주어진 수직 거리 y에서 아래로 향하는 총 용매 증기 유량 (거리 y에서 총 하향 용매 증기 유량)은 하기 속도를 갖는다; a) 갭 내에서, "총 용매 증기 유량" 대 "유동에 이용 가능한 단면적"의 비율로 정의되는 평균 수직 하향 속도, 및 여기서 "총 용매 증기 유량" 및 "유동에 이용 가능한 단면적"의 각각은 구성요소 A의 외면의 상단으로부터 동일한 수직 거리 y에서 측정된다.
"총 용매 증기 유량" 대 "유동에 이용 가능한 단면적" =
Figure pct00026
평균 수직 하향 속도는 구성요소 A를 빠져나가는 방사상 평균 속도 이하이다. y =0.80 m인 경우, 2.59 m/초 ≤ 5.2 m/초.
3) 도 4, 본 발명 실시예 3
구성요소 A는 구성요소 A의 길이를 따라 각 거리에서 0.76 m 이상의 직경을 갖는다. 외부 용기는 1.5 m 이상의 직경 D tank 를 갖는다.
갭 내에서, "총 용매 증기 유량" 대 "유동에 이용 가능한 단면적"의 비율로 정의되는 평균 수직 하향 속도, 및 "총 용매 증기 유량" 및 "유동에 이용 가능한 단면적"의 각각은 구성요소 A의 외면의 상단으로부터 동일한 수직 거리 y에서 측정된다.
구성요소 A의 외면의 상단으로부터 동일한 수직 거리 y, y = 0.80 m.
구성요소 A의 외면의 상단으로부터 동일한 수직 거리 y = 0.80 m에서 측정된 바와 같은 총 용매 증기 유량".
Figure pct00027
수학식 6A
Figure pct00028
수학식 6B
Figure pct00029
수학식 6C
V vd 는 구성요소 A를 빠져나가는 방사상 평균 속도 = (3.92 m3/초)/(0.753 m2) = 5.2 m/초와 동일하게 설정된다.
q = (용매의 체적 유량)/(구성요소 A의 단위 표면적).
구성요소 A의 표면적, 면적 = π D*L.
D = 구성요소 A의 외경. 여기서, D = 0.762 m.
L = 구성요소 A의 길이. 여기서, L = 1.65 m 및 면적 = 3.95 m2.
용매의 체적 유량 = 3.92 m3/초.
q = (3.92 m3/초)/(3.95 m2) = 0.99 m/초.
α는 구성요소 B의 상단에서 측정된 바와 같이 구성요소 B의 연속 방사상 섹션의 연속 길이이다. 여기서 α = 0.
β는 구성요소 B의 하단에서 측정된 바와 같이 구성요소 B의 연속 원통형 섹션의 연속 길이이다. 여기서 β = 0.
n은 구성요소 B의 방사상 축을 따라 슬릿 (불연속 섹션)의 수이며, 각 슬릿은 방사상 방향으로 동일한 폭을 갖는다. 여기서, n = 4.
λ는 구성요소 A의 중심으로부터 그리고 동일한 평면에서 기원하고 구성요소 B의 슬릿의 폭의 각 가장자리에서 종결하는 두 벡터에 의해 형성된 각도이며; 그리고 평면이 구성요소 A의 수직 축에 수직이다. 여기서, λ = 4도.
y는 구성요소 A의 중심으로부터 그리고 구성요소 A의 수직 축에 수직한 동일한 평면에서 기원하고 구성요소 B로부터 갭 g 3 에 배치된 커버 시트의 각 가장자리에서 종결하는 두 벡터에 의해 형성된 각도이다.
y = 6도.
g 3 = 구성요소 A의 외면에서 구성요소 B의 내면까지의 방사상 거리.
g 4 = 구성요소 B의 외면에서 구성요소 B의 슬릿을 차단하는 방식으로 배치된 커버 시트의 내면까지의 방사상 거리.
여기서, g 3 = 2인치 및 g 4 = 3인치.
구성요소 A의 외면의 상단으로부터 주어진 수직 거리 y에서 아래로 향하는 총 용매 증기 유량 (거리 y에서 총 하향 용매 증기 유량)은 하기 속도를 갖는다; a) 갭 내에서, "총 용매 증기 유량" 대 "유동에 이용 가능한 단면적"의 비율로 정의되는 평균 수직 하향 속도, 및 여기서 "총 용매 증기 유량" 및 "유동에 이용 가능한 단면적"의 각각은 구성요소 A의 외면의 상단으로부터 동일한 수직 거리 y에서 측정된다.
"총 용매 증기 유량" 대 "유동에 이용 가능한 단면적" =
Figure pct00030
평균 수직 하향 속도 ≤ 구성요소 A를 빠져나가는 방사상 평균 속도이다. y =0.80 m인 경우, 2.59 m/초 ≤ 5.2 m/초.
4) 도 4, 본 발명 실시예 4
구성요소 A는 구성요소 A의 길이를 따라 각 거리에서 0.76 m 이상의 직경을 갖는다. 외부 용기는 1.2 m 이상의 직경 D tank 를 갖는다.
갭 내에서, "총 용매 증기 유량" 대 "유동에 이용 가능한 단면적"의 비율로 정의된 평균 수직 하향 속도, 및 "총 용매 증기 유량" 및 "유동에 이용 가능한 단면적"의 각각은 구성요소 A의 외면의 상단으로부터 동일한 수직 거리 y에서 측정되며, 구성요소 A의 외면의 상단에서의 수직 거리 y는 y = 0.80 m이다.
구성요소 A의 외면의 상단으로부터 동일한 수직 거리 y = 0.80 m에서 측정된 총 용매 증기 유량".
Figure pct00031
수학식 6A
Figure pct00032
수학식 6B
Figure pct00033
수학식 6C.
V vd 는 구성요소 A를 빠져나가는 방사상 평균 속도 = (3.92 m3/초)/(0.753 m2) = 5.2 m/초와 동일하게 설정된다.
q = (용매의 체적 유량)/(구성요소 A의 단위 표면적).
구성요소 A의 표면적, 면적 = π D*L.
D = 구성요소 A의 외경. 여기서, D = 0.762 m.
여기서, L = 구성요소 A의 길이. 여기서, L = 1.65 m.
면적 = 3.95 m2.
용매의 체적 유량 = 3.92 m3/초.
q = (3.92 m3/초)/(3.95 m2) = 0.99 m/초.
α는 구성요소 B의 상단에서 측정된 바와 같이 구성요소 B의 연속 방사상 섹션의 연속 길이이다. 여기서, α =18인치 = 0.457 m.
β는 구성요소 B의 상단에서 측정된 바와 같이 구성요소 B의 연속 방사상 섹션의 연속 길이이다. 여기서 β = 0.
n은 구성요소 B의 방사상 축을 따라 슬릿 (불연속 섹션)의 수이며, 각 슬릿은 방사상 방향으로 동일한 폭을 갖는다. 여기서, n = 4.
λ는 구성요소 A의 중심으로부터 그리고 동일한 평면에서 기원하고 구성요소 B의 슬릿의 폭의 각 가장자리에서 종결하는 두 벡터에 의해 형성된 각도이며; 그리고 평면이 구성요소 A의 수직 축에 수직이다. 여기서, λ = 4도.
g 3 = 구성요소 A의 외면에서 구성요소 B의 내면까지의 방사상 거리. 여기서, g 3 = 3.25인치 = 0.0825 m.
구성요소 A의 외면의 상단으로부터 주어진 수직 거리 y에서 아래로 향하는 총 용매 증기 유량 (거리 y에서 총 하향 용매 증기 유량)은 하기 속도를 갖는다; a) 갭 내에서, "총 용매 증기 유량" 대 "유동에 이용 가능한 단면적"의 비율로 정의되는 평균 수직 하향 속도, 및 여기서 "총 용매 증기 유량" 및 "유동에 이용 가능한 단면적"의 각각은 구성요소 A의 외면의 상단으로부터 동일한 수직 거리 y에서 측정된다.
"총 용매 증기 유량" 대 "유동에 이용 가능한 단면적" =
Figure pct00034
평균 수직 하향 속도 ≤ 구성요소 A를 빠져나가는 방사상 평균 속도이다. y =0.80 m인 경우, 3.80 m/초 ≤ 5.2 m/초.
5) 도 4, 비교예
구성요소 A는 구성요소 A의 길이를 따라 각 거리에서 0.76 m 이상의 직경을 갖는다. 외부 용기는 1.0 m 이상의 직경 D tank 를 갖는다.
a) 갭 내에서, "총 용매 증기 유량" 대 "유동에 이용 가능한 단면적"의 비율로 정의되는 평균 수직 하향 속도, 및 "총 용매 증기 유량" 및 "유동에 이용 가능한 단면적"의 각각은 구성요소 A의 외면의 상단으로부터 동일한 수직 거리 y에서 측정된다.
구성요소 A의 외면의 상단으로부터 동일한 수직 거리 y, y = 0.80 m.
구성요소 A의 외면의 상단으로부터 동일한 수직 거리 y = 0.80 m에서 측정된 총 용매 증기 유량".
Figure pct00035
수학식 6A
Figure pct00036
수학식 6B
Figure pct00037
수학식 6C.
V vd 는 구성요소 A를 빠져나가는 방사상 평균 속도 = (3.92 m3/초)/(0.753 m2) = 5.2 m/초와 동일하게 설정된다.
q = (용매의 체적 유량)/(구성요소 A의 단위 표면적).
구성요소 A의 표면적, 면적 = π D*L.
D = 구성요소 A의 외경. 여기서, D = 0.762 m.
L = 구성요소 A의 길이. 여기서, L = 1.65 m. 면적 = 3.95 m2.
용매의 체적 유량 = 3.92 m3/초.
q = (3.92 m3/초)/(3.95 m2) = 0.99 m/초.
g 3 = 구성요소 A의 외면에서 구성요소 B의 내면까지의 방사상 거리. 여기서, g 3 = 2인치 = 0.051 m.
구성요소 A의 외면의 상단으로부터 주어진 수직 거리 y에서 아래로 향하는 총 용매 증기 유량 (거리 y에서 총 하향 용매 증기 유량)은 하기 속도를 갖는다; a) 갭 내에서, "총 용매 증기 유량" 대 "유동에 이용 가능한 단면적"의 비율로 정의되는 평균 수직 하향 속도, 및 여기서 "총 용매 증기 유량" 및 "유동에 이용 가능한 단면적"의 각각은 구성요소 A의 외면의 상단으로부터 동일한 수직 거리 y에서 측정된다.
"총 용매 증기 유량" 대 "유동에 이용 가능한 단면적" =
Figure pct00038
평균 수직 하향 속도 ≤ 구성요소 A를 빠져나가는 방사상 평균 속도이다. y =0.80 m인 경우, 14.8 m/초 ≤ 5.2 m/초.

Claims (26)

  1. 용매와 중합체를 포함하는 중합체가 풍부한 용액으로부터 적어도 일부의 용매를 분리하기 위한, 온도(T) 및 압력(P)에서 작동하는 탈휘발화기 (devo)로서, 상기 탈휘발화기는 적어도 하기 구성요소들:
    A) 길이 L의, 분배기, 히터, 또는 히터/분배기 조합(구성요소 A), 여기서 길이 L은 구성요소 A의 상단에서 하단까지의 수직 거리임;
    B) 구성요소 A 주변의 일부 또는 전체 주위에 위치한 슈라우드(shroud)(구성요소 B); 여기서 상기 슈라우드는 구성요소 A의 주변부 외부에 위치한 적어도 하나의 원통형 섹션을 포함하고, 이 원통형 섹션은 구성요소 A의 주변부의 적어도 일부를 둘러쌈, 및
    C) 구성요소 A의 외면과 구성요소 B의 내면 사이에 위치한 갭(gap) (구성요소 C)을 포함하고, 여기서 상기 갭은 구성요소 A의 외면에서 구성요소 B의 적어도 하나의 원통형 섹션의 내면까지의 거리 (w)인 폭을 가지며, 상기 갭은 L 이하의 길이를 갖고; w는 선택적으로 길이 L을 따라 연속적으로 또는 불연속적으로 변할 수 있음; 그리고
    여기서 구성요소 A는 내부 채널, 및 내부 채널로부터 갭으로 연장되는 복수의 단면 개구를 포함하고; 중합체가 풍부한 용액의 일부 또는 전부는 내부 채널로 들어가고 단면 개구부를 통해 방사상으로 이동하며, 각 개구부 내에서, 중합체가 풍부한 용액의 용매의 일부 또는 전부는 기화되어 용매 증기 및 중합체 용융물을 형성하며; 중합체 용융물은 갭으로 들어가고, 입구 지점에서 갭으로 하향으로 유동하며, 용매 증기의 일부 또는 전부가 입구 지점에서 갭으로 하향으로 유동하고; 그리고
    구성요소 A의 외면의 상단으로부터 측정된 각 수직 거리 y에 대해, 주어진 거리 y에서 구성요소 A를 떠나 구성요소 C로 하향으로 유동하는 용매 증기의 총량은 하기 속도를 가짐:
    a) 갭 내에서, "총 용매 증기 유량" 대 "유동에 이용 가능한 단면적"의 비율로 정의되는 평균 수직 하향 속도, 여기서 "총 용매 증기 유량" 및 "유동에 이용 가능한 단면적"의 각각은 동일한 수직 거리 y에서 측정됨, 및
    b) "탈휘발화기의 온도(T) 및 압력(P)에서 구성요소 A의 출구에서의 총 용매 증기 유량" 대 "각 개구부의 단면적으로 곱해진 구성요소 A 내에서의 개구부의 수"의 비율로 정의되는, 구성요소 A를 빠져나가는 방사상 평균 속도;
    여기서 상기 평균 수직 하향 속도 ≤ 상기 구성요소 A를 빠져나가는 상기 방사상 평균 속도인, 탈휘발화기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 갭의 폭 (w)은 길이 L을 따라 변하는, 탈휘발화기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 각각의 거리 y에 대해, 상기 평균 수직 하향 속도는 1.0 m/s 내지 10.0 m/s 범위인, 탈휘발화기.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 구성요소 A는 원통형인, 탈휘발화기.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 구성요소 A의 경우, 상기 단면 개구부는 모두 동일한 치수를 갖는, 탈휘발화기.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 구성요소 B의 경우, 상기 원통형 섹션은 구성요소 A의 길이 이상의 길이를 갖는, 탈휘발화기.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 구성요소 B의 경우, 상기 원통형 섹션은 구성요소 A의 길이 이상의 길이를 갖는, 탈휘발화기.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 구성요소 B의 경우, 상기 원통형 섹션은 플레어 실린더의 시작 부분에서의 직경보다 큰, 플레어 실린더의 종료 부분에서의 직경을 갖는 원통형 플레어 실린더를 포함하는, 탈휘발화기.
  9. 제8항에 있어서, 상기 플레어 섹션의 종료 부분에서의 직경은 상기 플레어 섹션의 시작 부분에서의 직경 1.2 x 초과인, 탈휘발화기.
  10. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 구성요소 B의 경우, 상기 원통형 섹션은 길이 h 1 의 수직 섹션 및 이에 이어 길이 h 2 의 플레어 섹션을 포함하는, 탈휘발화기.
  11. 제11항에 있어서, 길이 h 2 의 상기 플레어 섹션 다음에 길이 h 3 의 수직 섹션이 이어지는, 탈휘발화기.
  12. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 구성요소 B의 상기 슈라우드는 2개 이상의 개별 섹션을 포함하고, 각 섹션은 구성요소 A의 중심으로부터 거리 d 1 에 위치하는, 탈휘발화기.
  13. 제12항에 있어서, 구성요소 B의 상기 슈라우드는 4개 이상의 개별 섹션을 포함하고, 각 섹션은 구성요소 A의 중심으로부터 거리 d 1 에 위치하는, 탈휘발화기.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 구성요소 B의 상기 슈라우드는 적어도 8개의 개별 섹션을 포함하고, 상기 섹션 중 적어도 4개는 구성요소 A의 중심으로부터 거리 d 1 에 위치하고, 상기 섹션 중 적어도 4개는 구성요소 A의 중심으로부터 거리 d 2 에 위치하며; 그리고 d 2 > d 1 인, 탈휘발화기.
  15. 제14항에 있어서, d 2 > 1.2 x d 1 인, 탈휘발화기.
  16. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 구성요소 B의 상기 원통형 섹션은 길이 L C 의 상부 연속 방사상 섹션, 및 각각 길이 L S 인 2개 이상의 개별 세그먼트를 포함하는 하부 세그먼트 섹션을 포함하고; L S > L C 이고; L C 는 구성요소 B의 상단에서 상부 연속 방사상 섹션의 하단까지 측정되며; 그리고 L S 는 구성요소 B의 상단에서 하부 세그먼트 섹션의 하단까지 측정되는, 탈휘발화기.
  17. 제16항에 있어서, 하부 세그먼트 섹션은 각각 길이 L S 인 4개 이상의 개별 세그먼트를 포함하며; 그리고 L S > L C 인, 탈휘발화기.
  18. 제16 또는 제17항에 있어서, L S > 1.2 x L C 인, 탈휘발화기.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탈휘발화기는 100℃ 내지 300℃의 온도(T) 및 3 mBar 내지 100 mBar의 압력(P)에서 작동하는, 탈휘발화기.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탈휘발화기는 외부 용기를 더 포함하며, 구성요소 B의 상기 원통형 섹션의 외면과 상기 외부 용기의 내면 사이에 위치된 갭(g 5 )이 있는, 탈휘발화기.
  21. 제20항에 있어서, g 5 의 폭은 구성요소 B의 상기 원통형 섹션을 따라 연속적으로 또는 불연속적으로 변하는, 탈휘발화기.
  22. 제20항 또는 제21항에 있어서, "g 5 의 최소 폭" 대 "구성요소 C의 상기 갭의 최대 폭"의 비율은 ≥ 0.5인, 탈휘발화기.
  23. 적어도 하나의 반응기 및 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항의 탈휘발화기를 포함하는 반응기 시스템.
  24. 제23항에 있어서, 상기 적어도 하나의 반응기는 루프(loop) 반응기인, 반응기 시스템.
  25. 중합체를 형성하기 위한 용액 중합 방법에 있어서, 상기 방법은 적어도
    i) 용매, 단량체 및 선택적으로 하나 이상의 공단량체를 포함하는 혼합물을 적어도 하나의 반응기에서 반응시켜 상기 용매 및 상기 중합체를 포함하는 중합체 용액을 형성하는 단계;
    ii) 상기 중합체 용액으로부터 상기 용매의 적어도 일부를 분리하여 상기 중합체 및 용매를 포함하는 중합체가 풍부한 용액을 형성하고, 상기 중합체가 풍부한 용액은 상기 중합체 용액보다 더 많은 중합체를 포함하는 단계;
    ii) 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항의 탈휘발화기를 사용하여 상기 중합체가 풍부한 용액으로부터 상기 용매의 적어도 일부를 분리하는 단계;를 포함하는, 용액 중합 방법.
  26. 제25항에 있어서, 상기 중합체는 올레핀계 중합체인, 방법.
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