KR20220045372A - 스트리핑 장치 및 스트리핑 방법 - Google Patents

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KR20220045372A KR1020200128021A KR20200128021A KR20220045372A KR 20220045372 A KR20220045372 A KR 20220045372A KR 1020200128021 A KR1020200128021 A KR 1020200128021A KR 20200128021 A KR20200128021 A KR 20200128021A KR 20220045372 A KR20220045372 A KR 20220045372A
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허창회
장성근
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Abstract

본 발명은 스트리핑 장치 및 스트리핑 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하부의 적어도 일부 또는 전부가 타공된 증류 컬럼; 상기 증류 컬럼의 하부에 일체형으로 연결된 스트리핑 베셀(stripping vessel); 및 상기 스트리핑 베셀의 상부에 구비된 1 이상의 분사 노즐을 포함하는 스트리핑 장치, 및 이를 이용한 스트리핑 방법을 제공한다.

Description

스트리핑 장치 및 스트리핑 방법{STRIPPING DEVICE AND STRIPPING METHOD}
본 발명은 스트리핑 장치 및 스트리핑 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 중합 반응 생성물 내에 포함된 미반응 단량체의 제거율을 향상시키고, 장치 비용 및 에너지 비용을 저감할 수 있는 신규한 스트리핑 장치 및 스트리핑 방법에 관한 것이다.
일반적으로 유화 중합 또는 현탁 중합은 물과 공비가 있는 단량체를 사용하며, 상기 중합 후 반응 생성물 내에 중합체와 더불어 미반응 단량체가 잔존하게 된다.
상기 반응 생성물로부터 미반응 단량체를 제거하여 고상의 중합체를 수득하기 위해서는 스트리핑 베셀(stripping vessel)을 이용한 스팀 스트리핑 공정을 통하여 미반응 단량체를 포함하는 증기, 중합체 슬러리를 분리함으로써, 상기 중합체 슬러리로부터 고상의 중합체를 수득하고, 상기 미반응 단량체를 포함하는 증기는 열교환기를 통해 응축시킨 후 후속되는 증류 공정을 통하여 미반응 단량체와 물로 분리함으로써, 상기 미반응 단량체를 중합 반응에 재 사용한다.
또한, 상기 유화 중합 또는 현탁 중합의 반응 생성물은 그 반응 특성 상 유화제, 분산제 등의 첨가제를 포함하는데, 이러한 첨가제가 존재하는 스트리핑 베셀로 고온의 스팀을 투입할 경우 거품이 형성되고, 형성된 거품으로 인하여 스트리핑 베셀로부터 후속되는 증류 공정으로 증기를 이송하는 증기 이송라인 및 열교환기에 파울링(fouling) 현상이 발생하게 된다. 이러한 파울링 현상이 발생할 경우 공정의 효율을 저하시키므로 주기적인 증기 이송라인 및 열교환기의 세척이 필요한 실정이다.
한편, 상기 반응 생성물로부터 미반응 단량체를 제거하는 일련의 과정에서 스트리핑 베셀로부터 분리되는 증기를 후속되는 증류 컬럼으로의 연속적인 공급(feeding)을 위해서는, 버퍼 탱크(buffer tank)가 필요할 뿐만 아니라, 각 구성을 연결하는 배관, 펌프, 열교환기 등의 다수의 장치가 필요하여 장치 비용 및 에너지 비용이 증가하는 단점이 존재하는 실정이다.
이에 따라, 상기한 유화 중합 또는 현탁 중합 반응 생성물의 스팀 스트리핑 공정에서 발생되는 파울링 현상을 방지하여 공정 효율을 향상시키고, 상기한 장치 비용 및 에너지 비용을 저감할 수 있는 신규한 스트리핑 장치의 개발이 필요한 실정이다.
KR 2018-0012545 A
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 상기 발명의 배경이 되는 기술에서 언급한 문제들을 해결하기 위하여, 유화 중합 또는 현탁 중합의 반응 생성물의 스팀 스트리핑 공정에서 발생되는 파울링 현상을 방지하여 공정 효율을 향상시키고, 장치 비용 및 에너지 비용을 저감할 수 있는 신규한 스트리핑 장치 및 스트리핑 방법을 제공하고자 한다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은 하부의 적어도 일부 또는 전부가 타공된 증류 컬럼; 상기 증류 컬럼의 하부에 일체형으로 연결된 스트리핑 베셀(stripping vessel); 및 상기 스트리핑 베셀의 상부에 구비된 1 이상의 분사 노즐을 포함하는 스트리핑 장치를 제공한다.
또한, 중합체, 미반응 단량체 및 물을 포함하는 피드 스트림을 본 발명에 따른 스트리핑 장치의 스트리핑 베셀로 공급하여, 미반응 단량체 및 물을 포함하는 상부 배출 스트림을 상기 증류 컬럼으로 공급하는 단계(S10); 상기 스트리핑 베셀로부터 중합체 슬러리를 포함하는 하부 배출 스트림을 배출하여 고액분리 장치로 공급하는 단계(S20); 및 상기 고액분리 장치로부터 물을 포함하는 상부 배출 스트림을 물 이송라인을 통하여 상기 1 이상의 분사 노즐로 이송시키는 단계(S30)를 포함하는 스트리핑 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 종래 유화 중합 또는 현탁 중합의 반응 생성물의 스팀 스트리핑 공정에서 발생되는 파울링 현상을 방지하여 공정 효율을 향상시키고, 장치 비용 및 에너지 비용을 저감할 수 있는 신규한 스트리핑 장치 및 스트리핑 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스트리핑 장치의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 종래의 스트리핑 공정을 나타낸 공정 흐름도이다.
본 발명의 설명 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는, 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에서 용어 "상부"는 용기 내의 장치의 전체 높이로부터 50% 이상의 높이에 해당하는 부분을 의미하며, "하부"는 용기 내지 장치의 전체 높이로부터 50% 미만의 높이에 해당하는 부분을 의미할 수 있다.
본 발명에서 용어 "슬러리(slurry)"는 고체와 액체의 혼합물 또는 미세한 고체입자가 물 속에 현탁된 현탁액을 의미할 수 있고, "중합체 슬러리"는 중합 반응에 사용된 물 또는 용매와, 중합 반응에 의해 생성된 중합체 등 고형분의 혼합물 또는 상기 고형분이 상기 물 또는 용매에 현탁된 현탁액을 의미할 수 있다.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 본 발명을 하기 도 1을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
일반적으로 유화 중합 또는 현탁 중합은 물과 공비가 있는 단량체를 사용하며, 상기 중합 후 반응 생성물 내에 중합체와 더불어 미반응 단량체가 잔존하게 된다.
종래에는 상기 반응 생성물로부터 미반응 단량체를 제거하여 중합체를 수득하기 위해서는 스트리핑 베셀(stripping vessel)을 이용한 스팀 스트리핑 공정을 통하여 미반응 단량체를 포함하는 증기, 및 중합체 슬러리를 분리함으로써, 상기 중합체 슬러리로부터 중합체를 수득하였고, 상기 미반응 단량체를 포함하는 증기는 열교환기를 통해 응축시킨 후 후속되는 증류 공정을 통하여 미반응 단량체와 물로 분리함으로써, 상기 미반응 단량체를 중합 반응에 재 사용하였다.
또한, 상기 유화 중합 또는 현탁 중합의 반응 생성물은 그 반응 특성 상 유화제, 분산제 등의 첨가제를 포함하는데, 이러한 첨가제가 존재하는 스트리핑 베셀로 고온의 스팀을 투입할 경우 거품이 형성되고, 형성된 거품으로 인하여 스트리핑 베셀로부터 후속되는 증류 공정으로 증기를 이송하는 증기 이송라인 및 열교환기에 파울링(fouling) 현상이 발생된다. 이러한 파울링 현상이 발생할 경우 공정의 효율을 저하시키므로 주기적인 증기 이송라인 및 열교환기의 세척이 필요하였다.
한편, 상기 반응 생성물로부터 미반응 단량체를 제거하는 일련의 과정에서 스트리핑 베셀로부터 분리되는 증기를 후속되는 증류 컬럼으로의 연속적인 공급(feeding)을 위해서는, 버퍼 탱크(buffer tank)가 필요할 뿐만 아니라, 각 구성을 연결하는 배관, 펌프, 열교환기 등의 다수의 장치가 필요하여 장치 비용 및 에너지 비용이 증가하는 단점이 존재하였다.
이에 따라, 본 발명에서는 상기한 유화 중합 또는 현탁 중합 반응 생성물의 스팀 스트리핑 공정에서 발생되는 파울링 형상을 방지하여 공정 효율을 향상시키고, 상기한 장치 비용 및 에너지 비용을 저감할 수 있는 신규한 스트리핑 장치 및 스트리핑 방법을 제공하고자 한다.
본 발명에 따르면, 스트리핑 장치가 제공된다. 상기 스트리핑 장치는, 하부의 적어도 일부 또는 전부가 타공된 증류 컬럼(100); 상기 증류 컬럼(100)의 하부에 일체형으로 연결된 스트리핑 베셀(stripping vessel)(200); 및 상기 스트리핑 베셀(200)의 상부에 구비된 1 이상의 분사 노즐(300)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 스트리핑 장치는 중합 반응의 반응 생성물 내에 포함되는 미반응 단량체를 제거하여 고순도의 중합체를 수득하기 위한 장치일 수 있다. 더불어, 물과 공비가 있는 미반응 단량체를 포함하는 증기로부터 미반응 단량체를 분리하기 위한 장치일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스트리핑 장치는 상기 스트리핑 베셀(200)의 하부에 구비된 스팀 투입구 및 스트리핑 베셀의 측면에 구비된 피드 스트림 투입구를 더 포함할 수 있다.
상기 스팀 투입구를 통하여 고온의 스팀이 상기 스트리핑 베셀(200)로 공급될 수 있으며, 상기 피드 스트림 투입구를 통하여 피드 스트림이 상기 스트리핑 베셀(200)로 공급될 수 있다. 이와 같이, 스트리핑 베셀(200)에서는 피드 스트림의 스팀 스트리핑 공정이 수행될 수 있다. 상기 스트리핑 공정은 액체 속에 용해되어 있는 기체를 분리 및 제거하는 공정일 수 있고, 예를 들어, 스팀, 불활성 가스 또는 공기 등에 의한 직접 접촉, 가열 및 가압 등의 방법에 의하여 수행될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
구체적인 예로, 상기 스트리핑 베셀(200) 내에서 수행되는 스팀 스트리핑 공정 의한, 단량체의 제거는 중합 반응의 반응 생성물 내 포함된 고상의 중합체 입자에 잔류하던 미반응 단량체가 확산 현상에 의하여 액상의 물로 이동하면서, 고상의 중합체 및 미반응 단량체의 분리가 이루어진 후, 상기 미반응 단량체를 포함하는 액상의 스트림은 상기 스트리핑 베셀(200)의 상부 배출 스트림으로서 배출됨으로써 수행될 수 있다.
보다 구체적인 예로, 상기 스트리핑 베셀(200)의 스팀 투입구를 통해 투입되는 고온의 스팀에 함유된 열원에 의하여, 스트리핑 베셀(200) 내 온도의 상승에 의한 확산성(diffusivity)이 증가하는 과정, 및 상기 미반응 단량체를 포함하는 액상의 스트림을 스트리핑 베셀(200)의 상부로 배출하여 상기 스트리핑 베셀(200) 내의 고상의 중합체와 액상 간의 미반응 단량체의 농도 차이를 증가시켜 상기 확산의 구동력(driving force)이 증가하는 과정을 통하여 스팀 스트리핑 공정이 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스트리핑 베셀(200)로 공급되는 피드 스트림은 상기 중합 반응의 반응 생성물을 포함할 수 있다. 구체적인 예로, 상기 피드 스트림은 중합체, 미반응 단량체 및 물을 포함하는 것일 수 있다.
예를 들어, 상기 중합 반응은 유화 중합, 현탁 중합, 용액 중합 또는 벌크 중합에 의한 반응을 의미할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 구체적인 예로, 상기 중합 반응은 유화 중합 또는 현탁 중합에 의한 반응일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스트리핑 베셀(200)로 공급된 피드 스트림은 스팀 스트리핑 공정을 통하여, 스트리핑 베셀(200)로부터 미반응 단량체 및 물을 포함하는 상부 배출 스트림, 및 중합체 슬러리를 포함하는 하부 배출 스트림을 배출시킬 수 있다.
상기 스트리핑 베셀(200)의 상부 배출 스트림은 증류 컬럼(100)으로 직접 공급될 수 있다. 이 경우, 종래 별도의 열교환기(도 2, (120))를 통하여 생성시켰던 열원을 상기 스트리핑 베셀(200)의 상부 배출 스트림에 함유된 기화열로 대체할 수 있어, 별도의 열교환기의 사용이 불필요한 이점이 존재한다.
상기 증류 컬럼(100)으로 공급된 스트리핑 베셀(200)의 상부 배출 스트림은 증류 공정으로 통하여, 증류 컬럼(100)으로부터 미반응 단량체 및 물을 포함하는 상부 배출 스트림, 및 물을 포함하는 하부 배출 스트림으로 배출될 수 있다.
상기 증류 컬럼(100)의 하부 배출 스트림은 스트리핑 베셀(200)로 직접 공급될 수 있다. 이 경우, 확산에 의해 미반응 단량체의 제거가 수행되는 스트리핑 베셀(200)로 물이 추가적으로 공급되면서, 스트리핑 베셀(200) 내의 액상에서의 미반응 단량체의 농도가 감소되어, 상기 스트리핑 베셀(200) 내의 고상의 중합체와 액상 간의 미반응 단량체의 농도 차이 증가에 의한 확산의 구동력(driving force)이 증가됨으로써, 중합체 슬러리를 포함하는 스트리핑 베셀(200)의 하부 배출 스트림 내 미반응 단량체의 제거 효율을 향상시키는 이점이 존재한다.
구체적인 예로, 상기 스트리핑 베셀(200) 내에서 수행되는 미반응 단량체의 제거는 상기 고상의 중합체 입자에 잔류하던 미반응 단량체가 확산 현상에 의하여 액상의 물로 이동하면서, 고상의 중합체 및 미반응 단량체의 분리가 이루어진 후, 상기 미반응 단량체를 포함하는 액상의 스트림은 상기 스트리핑 베셀(200)의 상부 배출 스트림으로서 배출됨으로써 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 스트리핑 장치는 하부의 적어도 일부 또는 전부가 타공된 증류 컬럼(100)과 상기 증류 컬럼(100)의 하부에 일체형으로 연결된 스트리핑 베셀(200)을 포함함으로써, 종래의 스트리핑 베셀(200)과 증류 컬럼(100)이 독립적으로 운전되던 스트리핑 공정에 비하여 공정(도 3 참조)에 사용되는 장치의 수를 축소하여 장치 비용 및 에너지 비용을 저감하는 효과가 있다.
구체적인 예로, 종래 중합체의 스트리핑 공정(도 2 참조)에서는 전술한 바와 같이, 스트리핑 베셀(200)을 이용한 스팀 스트리핑 공정을 통하여 기상의 미반응 단량체를 포함하는 상부 배출 스트림, 및 중합체 슬러리를 포함하는 하부 배출 스트림을 분리하였고, 상기 기상의 미반응 단량체를 포함하는 스트리핑 베셀(200)의 상부 배출 스트림은 제3 열교환기(210)를 통해 응축시킨 후 후속되는 증류 공정의 증류 컬럼(100)을 통하여 미반응 단량체와 물로 분리하였다.
이 때, 상기 기상의 미반응 단량체를 포함하는 스트리핑 베셀(200)의 상부 배출 스트림을 후속되는 증류 컬럼(100)으로 공급하되, 그 공급 유량 또는 공정 시스템 내 압력을 일정하게 유지하기 위하여 버퍼 탱크(buffer tank)(600)를 구비하였다. 즉, 상기 스트리핑 베셀(200)의 상부 배출 스트림은 상기 버퍼 탱크(600)에 저장되었다가 일정한 공급 유량으로 상기 증류 컬럼(100)으로 공급되었다.
또한, 상기 스트리핑 베셀(200)의 상부 배출 스트림이 증류 컬럼(100)으로 공급되어, 상기 증류 컬럼(100)으로부터 미반응 단량체와 물을 포함하는 상부 배출 스트림, 및 물을 포함하는 하부 배출 스트림이 배출되었다.
이후, 상기 증류 컬럼(100)의 상부 배출 스트림은 제1 열교환기(110)를 통하여 응축된 후 디캔터(500)로 공급되어, 디캔터(500)로부터 물 층을 포함하는 물 층 스트림, 및 미반응 단량체를 포함하는 유기층 스트림으로 배출되었다. 한편, 상기 증류 컬럼(100)의 하부 배출 스트림은 일부가 분기된 후 제2 열교환기(120)를 통해 가열되어 상기 증류 컬럼(100)으로 환류되었다.
이와 같이, 종래 중합체의 스트리핑 공정에서는 다수의 장치가 사용되어 장치 비용이 높게 발생하는 단점이 존재하였는데, 본 발명에 따른 스트리핑 장치의 경우 종래 필수적으로 사용되었던, 버퍼 탱크(600), 제2 열 교환기(120), 제3 열 교환기(210) 및 상기 구성들을 연결하는 배관과 배관에 구비되는 다수의 펌프(미도시)가 불필요하게 되어 종래 대비 장치 비용 및 에너지 비용이 저감되는 효과가 있다.
이와 같이, 종래 중합체 스트리핑 공정에서 발생되는 높은 장치 비용 및 에너지 비용을 저감하기 위하여, 본 발명에서는 증류 컬럼(100) 및 스트리핑 베셀(200)을 일체화 하였다. 그러나, 전술한 바와 같이, 유화 중합 또는 현탁 중합의 반응 생성물이 스트리핑 베셀(200)의 피드 스트림으로서 공급될 경우, 반응 생성물에 포함된 유화제, 분산제 등의 첨가제로부터 스트리핑 베셀(200)의 하부로 투입되는 고온의 스팀에 의하여 거품이 형성될 수 있다.
상기 형성된 거품이 스트리핑 베셀(200)의 상부 배출 스트림에 포함되어 증류 컬럼(100)으로 공급될 경우에는 증류 컬럼(200)의 트레이 또는 패킹에 거품이 부착되어 파울링을 일으킬 뿐만 아니라, 증류 컬럼(100)으로부터 배출되는 상부 배출 스트림에도 거품이 포함되어 후속되는 공정에서도 파울링을 일으키는 원인으로 작용하게 된다. 이러한 파울링이 발생할 경우 공정의 효율을 저하시키므로 증류 컬럼(200) 및 후속되는 공정 장치의 주기적인 세척이 필요하다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 스트리핑 장치는 상기 스트리핑 베셀(200)의 상부에 구비된 1 이상의 분사 노즐(300)을 포함할 수 있다.
상기 1 이상의 분사 노즐(300)은 상기 스트리핑 베셀(200) 내에 형성된 거품에 액체를 분사하여 거품 형성을 억제하는 역할을 할 수 있다. 구체적인 예로, 상기 1 이상의 분사 노즐(300)을 통하여 분사되는 액체는 물일 수 있고, 상기 거품 형성을 억제할 수 있는 액체라면 어느 것을 분사하여도 무방하다.
이와 같이, 스트리핑 베셀(200)의 상부에 구비된 1 이상의 분사 노즐(300)로부터 액체를 분사하여 스트리핑 베셀(200) 내 거품의 형성을 억제함으로써, 상기 증류 컬럼(100)으로 상방 흐름을 갖는 스트리핑 베셀(200)의 상부 배출 스트림 내에 거품이 포함되는 것을 방지할 수 있고, 이에 따라, 상기 증류 컬럼(100) 및 후속되는 공정 장치에서 파울링 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 스트리핑 장치는 상기 스트리핑 베셀(200)의 하부 배출 스트림을 공급받는 고액분리(solid-liquid separation) 장치(400)를 더 포함할 수 있다.
상기 스트리핑 베셀(200)의 하부로는 스트리핑 베셀(200)로 공급된 피드 스트림로부터 중합체 슬러리가 분리되어 배출될 수 있다. 상기 중합체 슬러리를 포함하는 스트리핑 베셀(200)의 하부 배출 스트림은 고액분리 장치(400)로 공급되어 고상의 최종 중합체를 포함하는 하부 배출 스트림 및 물을 포함하는 상부 배출 스트림을 배출시킬 수 있다.
상기 고액분리 장치는 흡인 여과, 가압 여과 등의 여과분리, 향류 추출, 병류 추출 또는 원심분리를 수행하는 장치일 수 있고, 구체적인 예로, 상기 고액분리 장치는 원심분리기일 수 있다.
이와 같이, 상기 스트리핑 베셀(200)의 하부 배출 스트림을 상기 고액분리 장치(400)로 공급함으로써, 고상의 최종 중합체를 수득할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 스트리핑 장치는 상기 1 이상의 분사 노즐(300) 및 상기 고액분리 장치(400)를 연결하는 물 이송라인(410)을 더 포함할 수 있다.
상기 고액분리 장치(400)의 상부로 배출되는, 물을 포함하는 상부 배출 스트림은 상기 물 이송라인(410)을 통하여 상기 1 이상의 분사 노즐(300)로 이송될 수 있다. 즉, 상기 1 이상의 분사 노즐(300)로부터 분사되는 물을 별도로 공급하지 않고도, 스트리핑 공정 내에서 발생되는 물을 이용할 수 있으므로 공정 효율성을 향상시키는 효과가 있다.
상기 물 이송라인(410)에는 상기 고액분리 장치(400)의 상부 배출 스트림이 공급되는 유량 및 압력을 조절할 수 있는 유량 조절 장치(미도시)가 구비될 수 있다. 구체적인 예로, 상기 유량 조절 장치는 밸브 또는 펌프일 수 있고, 이에 한정되는 것은 아니며, 보다 구체적인 예로, 밸브일 수 있다.
상기 스트리핑 장치는 상기 물 이송라인(410)으로부터 상기 1 이상의 분사 노즐(300)을 연결시키기 위한 노즐 배관(310)을 더 포함할 수 있다. 구체적인 예로, 상기 노즐 배관(310)은 직선 형상일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 분사 노즐(300)은 적어도 하나의 분사구를 포함할 수 있다. 또한, 상기 분사 노즐(300)은 복수 개의 분사구를 포함하는 스프레이 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 상기 분사 노즐(300)의 분사구는 1개 내지 5개, 1개 내지 4개, 도는 2개 내지 4개일 수 있다. 구체적인 예로, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 분사 노즐(200)은 3개의 분사구를 포함하는 형태로 구현될 수 있다.
상기 분사 노즐(300)을 통해 분사되는 물의 분사 압력은, 상기 스트리핑 베셀(200)의 운전 압력 대비 0.01 내지 0.5 Mpa, 또는 0.05 내지 0.1 Mpa 높은 압력일 수 있다.
상기 범위 내의 압력으로 물을 분사함으로써, 증류 컬럼(100)으로 공급되는 스트리핑 베셀(200)의 상부 배출 스트림의 상방 흐름은 방해하지 않으면서도, 스트리핑 베셀(200)내 형성된 거품의 제거 효율을 향상시키는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 스트리핑 장치는 상기 증류 컬럼(100)의 상부 배출 스트림을 공급받는 디캔터(decanter)(500)를 더 포함할 수 있다.
상기 증류 컬럼(100)의 상부 배출 스트림은 상기 디캔터(500)로 공급되어, 디캔터(500)로부터 물을 포함하는 물 층, 및 미반응 단량체를 포함하는 유기층으로 분리된 후 배출될 수 있다.
또한, 상기 증류 컬럼(100)의 상부 배출 스트림은 상기 디캔터(500)로 공급되기 이전에 제1 열교환기(120)에 통과시킨 후 상기 디캔터(500)로 공급할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 열교환기(120)는 응축기(condenser)일 수 있다. 즉, 상기 디캔터(500)로부터 물 층 및 유기층의 분리를 용이하게 하기 위하여 상기 증류 컬럼(100)의 상부 배출 스트림을 응축기(120)에서 응축시킨 후 디캔터(500)로 공급할 수 있다.
상기 디캔터(500)로부터 배출되는 물 층 스트림은 상기 증류 컬럼(100)으로 환류됨으로써, 스트리핑 베셀(200)의 스트리핑 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 디캔터(500)로부터 배출되는, 미반응 단량체를 포함하는 유기층 스트림은 전단 공정인 중합 공정에 공급되어 중합 반응에 재 사용될 수 있다.
상기 고상의 중합체로부터 액상으로의 미반응 단량체의 확산은 크게 확산성(diffusivity) 및 고상과 액상의 농도 차인 구동력(driving fordce)의 영향을 받을 수 있다. 상기 확산성의 경우 온도가 증가할수록 증가되어 미반응 단량체의 확산에 유리할 수 있고, 상기 구동력의 경우 액상 내 미반응 단량체의 농도가 낮을수록 상기한 농도 차이가 커지면서 미반응 단량체의 확산에 유리할 수 있다.
상기 온도의 경우 중합체의 물성에 영향을 미치므로 한계 온도가 존재하여, 스팀 스트리핑의 향상을 위해서는 스트리핑 베셀(200) 내의 고상과 액상의 농도 차이를 크게 유지하는 것이 중요할 수 있다. 이 때, 상기한 바와 같이, 상기 디캔터(500)로부터 배출되는 물 층 스트림을 상기 증류 컬럼(100)으로 환류시키고, 증류 컬럼(100) 내 증류 공정을 통하여 물 층 스트림에 포함된 미반응 단량체를 증류 컬럼(100)의 상부 배출 스트림으로 분리한 후, 물을 포함하는 하부 배출 스트림을 스트리핑 베셀(200)로 공급함으로써, 스트리핑 베셀(200)에 포함된 액상 내 미반응 단량체의 농도를 낮출 수 있고, 이에 따른 상기 구동력이 증가되어 스팀 스트리핑의 효율이 향상되는 결과를 가져올 수 있다.
본 발명에 따르면, 중합체, 미반응 단량체 및 물을 포함하는 피드 스트림을 본 발명에 따른 스트리핑 장치의 스트리핑 베셀로 공급하여, 미반응 단량체 및 물을 포함하는 상부 배출 스트림을 상기 증류 컬럼으로 공급하는 단계(S10); 상기 스트리핑 베셀로부터 중합체 슬러리를 포함하는 하부 배출 스트림을 배출하여 고액분리 장치로 공급하는 단계(S20); 및 상기 고액분리 장치로부터 물을 포함하는 상부 배출 스트림을 물 이송라인을 통하여 상기 1 이상의 분사 노즐로 이송시키는 단계(S30)를 포함하는 스트리핑 방법이 제공된다.
상기 (S10) 단계는 상기 피드 스트림을 스트리핑 베셀(200)로 공급하여 피드 스트림의 스팀 스트리핑 공정을 통하여 미반응 단량체 및 물을 포함하는 상부 배출 스트림, 및 중합체 슬러리를 포함하는 하부 배출 스트림으로 분리한 후, 상기 상부 배출 스트림을 증류 컬럼(100)으로 공급하는 단계일 수 있다.
구체적인 예로, 상기 스트리핑 베셀(200)의 상부 배출 스트림은 기상의 미반응 단량체 및 물을 포함할 수 있다.
상기 (S20) 단계는 상기 스트리핑 베셀(200)의 하부 배출 스트림으로부터 고상의 중합체를 수득하기 위하여, 상기 스트리핑 베셀(200)의 하부 배출 스트림을 상기 고액분리 장치(400)로 공급하는 단계일 수 있다.
상기 고액분리 장치(400)에서는 상기 중합체 슬러리를 포함하는 스트리핑 베셀(200)의 하부 배출 스트림으로부터 중합체 및 물을 분리하여, 물을 포함하는 상부 배출 스트림, 및 고상의 중합체를 포함하는 하부 배출 스트림을 배출시킬 수 있다.
상기 (S30) 단계는 상기 고액분리 장치(400)로부터 물을 포함하는 상부 배출 스트림을 상기 물 이송라인(410)을 통하여 상기 1 이상의 분사 노즐(300)로 이송시키는 단계로서, 전술한 바와 같이 피드 스트림에 포함된 분산제 또는 유화제가 존재하는 스트리핑 베셀(200)로 고온의 스팀이 투입되어 형성된 거품을 제거하거나, 상기 거품의 형성을 방지하는 단계일 수 있다.
상기 피드 스트림 대비 상기 고액분리 장치(400)의 하부 배출 스트림의 미반응 단량체 제거율은 90% 이상, 90 내지 100%, 또는 90 내지 95%일 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 스트리핑 장치를 이용한 스트리핑 방법에서는, 종래의 스트리핑 베셀(200) 및 증류 컬럼(100)을 독립적으로 운전하던 스트리핑 공정에 비하여, 장비 비용 및 에너지 비용뿐만 아니라, 최종 중합체 내 미반응 단량체의 제거율도 향상되는 효과가 있다.
본 발명의 일 시시예에 따르면, 상기 증류 컬럼(200)으로부터, 미반응 단량체 및 물을 포함하는 상부 배출 스트림을 배출하여 디캔터(500)로 공급하고, 상기 디캔터(500)로부터 물 층과, 미반응 단량체를 포함하는 유기층을 분리한 후 각각을 포함하는 스트림을 배출시킬 수 있다.
또한, 상기 증류 컬럼(100)의 상부 배출 스트림은 상기 디캔터(500)로 공급되기 이전에 제1 열교환기(120)에 통과시킨 후 상기 디캔터(500)로 공급할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 열교환기(120)는 응축기(condenser)일 수 있다. 즉, 상기 디캔터(500)로부터 물 층 및 유기층의 분리를 용이하게 하기 위하여 상기 증류 컬럼(100)의 상부 배출 스트림을 응축기(120)에서 응축시킨 후 디캔터(500)로 공급할 수 있다.
상기 디캔터(500)로부터 배출되는 물 층 스트림은 상기 증류 컬럼(100)으로 환류됨으로써, 스트리핑 베셀(200)의 스트리핑 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 디캔터(500)로부터 배출되는, 미반응 단량체를 포함하는 유기층 스트림은 전단 공정인 중합 공정에 공급되어 중합 반응에 재 사용될 수 있다.
이상, 본 발명에 따른 스트리핑 장치를 기재 및 도면에 도시하였으나, 상기의 기재 및 도면의 도시는 본 발명을 이해하기 위한 핵심적인 구성만을 기재 및 도시한 것으로, 상기 기재 및 도면에 도시한 공정 및 장치 이외에, 별도로 기재 및 도시하지 않은 공정 및 장치는 본 발명에 따른 스트리핑 장치 및 방법을 실시하기 위해 적절히 응용되어 이용될 수 있다.
100: 증류 컬럼
110: 제1 열교환기
120: 제2 열교환기
200: 스트리핑 베셀
210: 제3 열교환기
300: 1 이상의 노즐
310: 노즐 배관
400: 고액분리 장치
410: 물 이송라인
500: 디캔터
600: 버퍼 탱크

Claims (10)

  1. 하부의 적어도 일부 또는 전부가 타공된 증류 컬럼;
    상기 증류 컬럼의 하부에 일체형으로 연결된 스트리핑 베셀; 및
    상기 스트리핑 베셀의 상부에 구비된 1 이상의 분사 노즐을 포함하는 스트리핑 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스트리핑 베셀의 하부 배출 스트림을 공급받는 고액분리 장치를 더 포함하는 스트리핑 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 1 이상의 분사 노즐 및 상기 고액분리 장치를 연결하는 물 이송라인을 더 포함하는 스트리핑 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 증류 컬럼의 상부 배출 스트림을 공급받는 디캔터(decanter)를 더 포함하는 스트리핑 장치.
  5. 중합체, 미반응 단량체 및 물을 포함하는 피드 스트림을 제1항에 따른 스트리핑 장치의 스트리핑 베셀로 공급하여, 미반응 단량체 및 물을 포함하는 상부 배출 스트림을 상기 증류 컬럼으로 공급하는 단계(S10);
    상기 스트리핑 베셀로부터 중합체 슬러리를 포함하는 하부 배출 스트림을 배출하여 고액분리 장치로 공급하는 단계(S20); 및
    상기 고액분리 장치로부터 물을 포함하는 상부 배출 스트림을 물 이송라인을 통하여 상기 1 이상의 분사 노즐로 이송시키는 단계(S30)를 포함하는 스트리핑 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 피드 스트림은 유화 중합 또는 현탁 중합의 반응 생성물인 스트리핑 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 증류 컬럼으로부터 물을 포함하는 하부 배출 스트림을 배출하여 상기 스트리핑 베셀로 공급하는 스트리핑 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 증류 컬럼으로부터, 미반응 단량체 및 물을 포함하는 상부 배출 스트림을 배출하여 디캔터로 공급하고, 물 층과, 미반응 단량체를 포함하는 유기층으로 분리하는 스트리핑 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 디캔터에 의해 분리된 물 층을 포함하는 물 층 스트림을 상기 증류 컬럼으로 재 공급하는 스트리핑 방법.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 고액분리 장치로부터 중합체를 포함하는 하부 배출 스트림을 배출하고,
    상기 피드 스트림 대비 상기 고액분리 장치의 하부 배출 스트림의 미반응 단량체 제거율은 90% 이상인 스트리핑 방법.
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