WO2015183006A1 - 탈거 장치 - Google Patents

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WO2015183006A1
WO2015183006A1 PCT/KR2015/005347 KR2015005347W WO2015183006A1 WO 2015183006 A1 WO2015183006 A1 WO 2015183006A1 KR 2015005347 W KR2015005347 W KR 2015005347W WO 2015183006 A1 WO2015183006 A1 WO 2015183006A1
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steam
raw material
stripping
flowing
region
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PCT/KR2015/005347
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허창회
주은정
신대영
신준호
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주식회사 엘지화학
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F6/00—Post-polymerisation treatments
    • C08F6/06—Treatment of polymer solutions
    • C08F6/10—Removal of volatile materials, e.g. solvents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F14/00—Homopolymers and copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen
    • C08F14/02—Monomers containing chlorine
    • C08F14/04—Monomers containing two carbon atoms
    • C08F14/06—Vinyl chloride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F6/00—Post-polymerisation treatments
    • C08F6/14—Treatment of polymer emulsions
    • C08F6/16—Purification

Definitions

  • Embodiments of the present application relate to a stripping apparatus and a method for removing unreacted vinyl chloride monomer in polyvinyl chloride using the same.
  • Poly Vinyl Chloride is a synthetic resin that is usefully used in various fields among thermoplastic resins. For example, as a soft product, it is used in fields such as packaging films, electronic products, and pattern sheets on various furniture surfaces. As a hard product, it is used for manufacture of the water pipe by extrusion molding.
  • VCM vinyl chloride monomer
  • an organic peroxide which is an explosive substance
  • the additive is Dispersants or emulsifiers, antioxidants and the like.
  • the polymerized polyvinyl chloride is stored in powder form after removing unreacted residual vinyl chloride monomer in the polyvinyl chloride through a stripping process.
  • the present application provides a stripping apparatus and a method for removing unreacted vinyl chloride monomer in polyvinyl chloride using the same.
  • This application relates to a stripping apparatus.
  • an exemplary stripping apparatus of the present application and a method for removing unreacted vinyl chloride monomer in polyvinyl chloride using the stripping apparatus in a stripping process using steam, the temperature between the raw material and the steam including the target material to be removed.
  • the temperature between the raw material and the steam including the target material to be removed By minimizing the difference, it is possible to suppress the generation of bubbles in the stripping process, thereby increasing the removal efficiency of the unreacted vinyl chloride monomer in the target material to be removed, in particular polyvinyl chloride.
  • stripping means separating and removing a gas dissolved in a liquid, and for example, may be performed by a method such as direct contact with steam, an inert gas or air, heating, and pressurization.
  • the stripping may be used in the same sense as stripping, dissipation or separation.
  • the stripping device 1 of the present application includes a raw material supply device 10, a steam supply device 20, and a stripping column 30.
  • the raw material supply device 10 is a device for supplying the raw material F 1 to the stripping column 30, for example, the raw material supply region 31 of the stripping column 30.
  • 10 may include a tank in which the raw material F 1 is stored, a reactor 11 in which the raw material F 1 is polymerized, and a pipe 12 in which the raw material F 1 is transferred.
  • the raw material supply device 10 may include a reactor 11 in which the raw material F 1 is polymerized.
  • the reactor 11 may include a batch reactor, A flow reactor or the like may be used, but is not particularly limited thereto, and the type of the reactor 11 may be appropriately selected according to the type of material and the reaction conditions.
  • the raw material F 1 may include a product generated after the polymerization reaction in the reactor 11.
  • the polymerization reaction may be carried out by various methods according to the kind of the material desired.
  • the raw material (F 1 ) includes poly vinyl chloride (PVC)
  • the polymerization reaction May be carried out by a method such as suspension polymerization, emulsion polymerization, bulk polymerization, but is not limited thereto.
  • a vinyl chloride monomer VCM
  • water a dispersant and a reaction initiator
  • the polymerization may be carried out at an appropriate temperature and pressure conditions, and in the case of polymerizing the polyvinyl chloride by emulsion polymerization, a vinyl chloride monomer, water, an emulsifier and a reaction initiator are added, and then an appropriate temperature and pressure.
  • the polymerization can be carried out under the conditions.
  • the dispersant, emulsifier and reaction initiator may use a variety of materials known in the art, it is not particularly limited.
  • the raw material may include an emulsion polymerization product of the monomer, and in one example, the monomer may be a vinyl chloride monomer.
  • the emulsion polymerization may be carried out at appropriate temperature and pressure conditions, the reactants accordingly Through the raw material supply device 10, the raw material supply region 31 may be introduced and removed.
  • the ratio of water and vinyl chloride monomer in the reactor 11 is not particularly limited, the concentration of the emulsifier is 2000 ppm to 10,000 ppm, the concentration of the reaction initiator may be, for example, 500 to 1,000 ppm, but is not limited thereto. It is not.
  • the stripping device (1) of the present application When removing the raw material (F 1 ) containing the emulsion polymerization of the monomer by the stripping device (1) of the present application, when the monomers surrounded by the emulsifier is removed from the emulsifier by the existing stripping device In comparison, relatively few bubbles may occur.
  • the emulsion polymer may include polyvinyl chloride, styrene-butadiene rubber (SBR), and the like, but is not limited thereto.
  • the raw material supply device 10 includes, for example, the reactor 11, the raw material supply device 10, the reactor 11 to the above-mentioned reactant It may further include a pipe for introducing and a reactant supply device connected to the reactor 11 by the pipe.
  • the raw material F 1 including the product polymerized in the reactor 11 may include polyvinyl chloride and unreacted residual vinyl chloride monomer, for example, the polymerization carried out in the reactor 11. If the process is a suspension polymerization or bulk polymerization process, the raw material F 1 is present in the form of a slurry in which water, polyvinyl chloride and unreacted residual vinyl chloride monomer are mixed, or When the polymerization process performed in the reactor 11 is emulsion polymerization, the raw material F 1 may be present in a state in which polymer molecules are dissolved in water by an emulsifier (hereinafter, referred to as latex phase).
  • latex phase an emulsifier
  • the conversion rate in the reactor 11 When the conversion rate in the reactor 11, a certain level, for example, reach a level of 80% or more, part of the raw material (F 1) on the slurry or latex blowdown (blow-dwon) tank ( Flows into Does not displayed), the unreacted residual vinyl chloride monomer in the blow-down tank can be recovered, and the remaining part of the raw material (F 1) is fed to the stripping apparatus 1 of the present application, it can be detached.
  • the raw material F 1 when the raw material F 1 is in the slurry phase, the slurry from which the unreacted residual vinyl chloride monomer is removed in the blowdown tank and stripping apparatus 1 is subjected to centrifugal separation to remove moisture from the polyvinyl chloride.
  • the remaining moisture of the polyvinyl chloride resin which is separated and transferred may be dried by hot air through a fluidized bed dryer and stored in a separate storage tank 60 in powder form through a sorting facility.
  • the latex in which the unreacted residual vinyl chloride monomer is removed from the blow down tank and the stripping apparatus 1, is subjected to a fluid bed dryer without passing through a centrifuge. After drying with hot air, or spraying the latex (spray) may be stored in a separate storage tank 60 in the form of a powder by removing the moisture using the hot air and through a sorting facility.
  • the steam F 2 introduced from the steam supply region 32 of the stripping column 30 may be contacted, heated and stripped, for example, the raw material F 1 may be polyvinyl chloride and unreacted residual chloride. When the vinyl monomer is included, the material stripped from the raw material F 1 may be an unreacted vinyl chloride monomer.
  • the steam supply region 32 may include a first outlet 321 and comprises the stripped raw material, for example polyvinyl chloride from which unreacted residual vinyl chloride monomer has been removed.
  • the first outlet stream F 4 which is a raw material on the slurry, may be discharged from the first outlet 321.
  • the first outlet 321 may be located at the bottom of the steam supply region 32 and / or the bottom of the stripping column 30, but is not limited thereto.
  • the raw material supply region 31 may include a second outlet 311, and the material removed from the raw material, for example, unreacted residual vinyl chloride monomer and steam F 2 in contact with the raw material.
  • the second outlet flow F 3 including a may be discharged from the second outlet 311.
  • the second outlet 311 may be located at the top of the raw material supply region 31 and / or at the top of the stripping column 30, but is not limited thereto.
  • the "upper” means a relatively upper portion within the steam supply region 32 and the raw material supply region 31, and more specifically, the steam supply region 32 and the raw material supply region 31. When it is divided into two in the vertical direction, for example, perpendicular to the length or height direction of the stripping tower, it may mean the upper portion of the two divided areas.
  • lower part means the lower part in the said steam supply area
  • top of the stripping column 30 means the top of the tower of the stripping tower 30, may be located above the raw material supply region 31, the stripping tower 30 "Top bottom” of the means means the bottom of the column of the stripping column 30, it may be located below the steam supply region (32) described above.
  • the steam supply device 20 is a process for removing the raw material on the introduced slurry in the stripping region 33 of the stripping apparatus 1 of the present application, that is, steam F 2 in direct contact with the raw material.
  • any device capable of supplying steam F 2 can be used without particular limitation.
  • the steam supply device 20, the steam generator 21 for generating the steam (F 2 ) or the tank in which steam (F 2 ) is stored, and the steam supply with the tank or steam generator 21 It may include tubing 22 or pipes connected between regions 32.
  • the steam F 2 introduced into the steam supply region 32 inside the stripping column 30 through the steam supply device 20 flows into the stripping region 33 and the stripping region 33. ) May be contacted with the raw material introduced from the raw material supply supply region 31 to remove the raw material F 1 .
  • the stripping device 1 of the present application satisfies the following general formula (1).
  • T s represents the temperature of the steam (F 2 ) flowing into the stripping column 30
  • T f represents the temperature of the raw material (F 1 ) flowing into the stripping column (30).
  • the raw material F 1 including the target substance to be removed for example, unreacted vinyl chloride monomer
  • the steam F flowing into the stripping apparatus 1 The temperature difference between 2 ) can be adjusted within the range of less than 5 to 30 °C, for example, less than 10 to 30 °C or less than 20 to 30 °C, through which it is possible to suppress the generation of bubbles in the stripping process
  • sufficient heat exchange may be caused between the steam F 2 and the raw material F 1 , thereby increasing the removal efficiency of the unreacted vinyl chloride monomer in the target material to be removed, in particular, polyvinyl chloride.
  • the temperature of the raw material (F 1 ) is not particularly limited as long as it satisfies the general formula 1, but in the range of 50 °C to 75 °C, for example, 60 °C to 70 °C, 55 °C to 65 °C I can regulate it.
  • the temperature of the steam (F 2 ) is not particularly limited as long as it satisfies the general formula 1, but in the range of 55 °C to 105 °C, for example, 60 °C to 100 °C, 70 °C to 90 °C. I can regulate it.
  • Steam F 2 flowing into the steam supply region 32 inside the stripping tower 30 through the steam supply device 20 may be introduced in an amount sufficient to remove the raw material F 1 .
  • 15% or less of the supply amount of the raw material F 1 flowing into the raw material supply region 31, preferably 1 to 10%, 1 to 5% or 2 to 4% of the supply amount of the raw material Can be introduced in quantities.
  • the steam F 2 may be introduced into the steam supply region 32 at an appropriate range of pressure to satisfy the general formula 1 or to adjust the temperature to the above-described temperature range.
  • the pressure of the steam F 2 flowing into the steam supply region 32 may be 1.0 bar or less, for example, 0.8 bar or less, 0.6 bar or less, 0.4 bar or less, 0.3 bar or less, or 0.1 bar or less. It may be preferably introduced in a vacuum state.
  • the steam F 2 may be depressurized before being introduced into the steam supply region 32 device in order to flow into the pressure range, for example, the steam supply device 20 adds a decompression device 23. And a low pressure steam of 2.5 to 5.0 bar, for example, 2.8 to 3.2 bar, may be decompressed through the decompression device 23 and introduced into the steam supplying area 32.
  • the steam supply device 20 may include a pipe 22 or a pipe. If it includes, it is possible to adjust the pressure through the control valve installed in the pipe 22 or pipe.
  • the steam supply device 20 may further include a cooling device, and the low pressure steam satisfies the general formula 1 or is adjusted to the above-described temperature range. To this end, it may be introduced into the steam supply region 32 after cooling through a cooling device.
  • the stripping device 1 may further include a recovery device 50 for recovering and reusing the above-mentioned unreacted vinyl chloride monomer
  • the stripping device ( 1) may further include a condenser 40 sequentially connected from the second outlet 311 included in the above-described raw material supply region 31 and a recovery device 50 for stripped material.
  • the unreacted residual vinyl chloride monomer recovered through the condenser 40 and the recovery device 50 may be introduced into the raw material supply device 10 and reused.
  • the recovery device 50 the recovered vinyl chloride monomer can be reused in the polymerization process of polyvinyl chloride, thereby ensuring economic efficiency of the polyvinyl chloride manufacturing process.
  • the second outlet stream F 3 including the unreacted residual vinyl chloride monomer and the steam F 2 in contact with the raw material F 1 is the second outlet 311.
  • the steam may flow from the condenser 40, the steam condensed in contact with the condensate in the condenser 40 may be separated and discharged.
  • the flow rate of the condensate water passing through the condenser 40 is not particularly limited and may be appropriately adjusted according to the flow rate of the second outflow stream F 3 .
  • the non-condensed stripped material such as unreacted residual vinyl chloride monomer, may flow out of the gaseous state to be compressed and condensed in a continuous recovery compressor.
  • the stripping device 1 may be a general distillation column or other stripping tower in the form of an evaporator.
  • the stripping apparatus 1 when the stripping apparatus 1 reaches an equilibrium state when the distillation unit 1 is a general distillation column, a part of the supplied steam F 2 may flow out in a gaseous state at the top of the distillation column. As described above, the second outflow stream F 3 including the steam may flow out of the second outlet portion 311, and the steam passes through the condenser 40, and condensed water in the condenser 40. Steam condensed in contact with the can be separated and discharged. In addition, for example, when the stripping device 1 is a stripping tower in the form of an evaporator, all of the supplied steam F 2 may be condensed in the tower and fall below the tower, but is not necessarily limited thereto.
  • the stripping unit 1 is a general distillation column
  • some of the condensed steam may fall to the bottom of the tower, or some of the condensed steam may be discharged from the top of the tower, and the stripping unit 1
  • some of the condensed steam may fall to the bottom of the tower, or some of the uncondensed steam may be discharged from the top of the tower.
  • the present application also provides a method for removing unreacted monomers.
  • the removal method of the present application may be performed using the stripping apparatus 1 described above.
  • the removal method was introduced into the de-feed area 31 of geotap 30 contained in the stripper (1) the above-mentioned raw materials (F 1) comprising the emulsion polymerization product of monomers, wherein the introduced material (F 1, ) In contact with steam (F 2 ) flowing into the steam supply region 32 of the stripping column 30 to separate the unreacted monomer from the raw material (F 1 ).
  • the monomer may be a vinyl chloride monomer
  • the raw material (F 1 ) comprises polyvinyl chloride and unreacted vinyl chloride monomer, contacting the above-mentioned material (F 1) flows into the supply zone 31 and the steam (F 2) flowing into the steam supply area (32) of the de-geotap remove the unreacted vinyl chloride monomer from the raw material (F 1) can do.
  • the removal method may include adjusting the temperature of the raw material (F 1 ) and the steam (F 2 ) flowing into the stripping column 30 to satisfy the following general formula (1).
  • T s represents the temperature of the steam (F 2 ) flowing into the stripping column 30
  • T f represents the temperature of the raw material (F 1 ) flowing into the stripping column (30).
  • the temperature of the raw material (F 1 ) is not particularly limited as long as it satisfies the general formula 1, for example, 50 °C to 75 °C, for example, 60 °C to 70 °C, 55 °C to 65 °C You can adjust the range of.
  • the temperature of the steam (F 2 ), if the general formula 1 is satisfied, is not particularly limited, but 55 °C to 105 °C, for example, 60 °C to 100 °C, 70 °C to It can be adjusted in the range of 90 °C.
  • the steam (F 2 ) flowing into the steam supply region 32 inside the stripping column 30 through the steam supply device 20 is to remove the raw material (F 1 ). It can be introduced in a sufficient amount, for example, 15% or less of the supply amount of the raw material F 1 introduced into the raw material supply region 31, preferably 1 to 10%, 1 to 5 of the supply amount of the raw material Or in an amount of from 2 to 4%.
  • the steam F 2 may be introduced into the steam supply region 32 at an appropriate range of pressure to satisfy the general formula 1 or to adjust the temperature to the above-described temperature range.
  • the removal method, the pressure of the steam (F 2 ) flowing into the steam supply region 32 is 1.0 bar or less, for example, 0.8 bar or less, 0.6 bar or less, 0.4 bar or less, 0.3 bar It may further include adjusting to below, or 0.1 bar or less.
  • the removal method, the steam (F 2 ) may further include the step of reducing the pressure before entering the steam supply region 32 device, in order to flow into the pressure range, for example, Depressurizing the low pressure steam of 2.5 to 5.0 bar, and may further include introducing the reduced pressure low pressure steam (F 2 ) to the steam supply region 32 of the stripping column (30).
  • the removal method as described above, the further outflow of the first outflow stream (F 4 ) containing the stripped raw material from the first outlet portion 321 included in the steam supply region (32). And a second effluent stream F 3 comprising unreacted vinyl chloride and steam separated from the raw material from the second outlet 311 included in the raw material feed zone 31. It may further comprise.
  • the removal method may further comprise condensing steam (F 2 ) in the stream exiting the second outlet 311 to separate it from the uncondensed unreacted vinyl chloride monomer.
  • the method may further include recovering and reusing the unreacted vinyl chloride monomer separated from the second outflow stream F 3 discharged from the second outlet portion 311.
  • the stripping apparatus and method of the present application in the stripping process using steam, by minimizing the temperature difference between the raw material and steam containing the target material to be removed, it is possible to suppress the generation of bubbles in the stripping process, Thus, the removal efficiency of the unreacted vinyl chloride monomer in the target material to be removed, in particular polyvinyl chloride, can be increased. In addition, it is possible to reduce the cleaning cycle for removing the bubbles generated in the stripping device, thereby ensuring the economics of the process, as well as the final product that may appear when using the antifoam to remove the bubbles The quality deterioration can be prevented.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an example stripping apparatus of the present application.
  • FIG. 2 is a photograph taken inside the stripping apparatus according to the first embodiment of the present application.
  • 3 and 4 are photographs taken inside the stripping apparatus according to Comparative Examples 1 and 2 of the present application, respectively.
  • the vinyl chloride monomer and water were added in a ratio of 1: 1 in a batch reactor of a raw material supply region of the stripping apparatus prepared as shown in FIG. 1, an emulsifier and a reaction initiator were added, and then emulsion polymerization was performed.
  • a 65 ° C. raw material containing the polymerization product was introduced into the raw material feed zone of the stripping column.
  • a stripping process was performed in the stripping area by introducing steam at 91 ° C. and 0.7 bar into the steam supplying area of the stripping tower. In this case, whether or not bubbles were generated inside the apparatus was visually observed.
  • Table 1 below.
  • a picture taken inside the device is shown in Figure 2 below.
  • ⁇ the number of bubbles observed by the naked eye is more than 50
  • a stripping process was performed in the same manner as in Example 1 except that steam was introduced at a temperature of 86 ° C. and a pressure of 0.3 bar into the steam supply region. In this case, it was observed whether bubbles were generated inside the device, and the evaluation results are shown in Table 1.
  • the stripping process was performed in the same manner as in Example 1 except that steam was introduced at a temperature of 78 ° C. and a pressure of 0.3 bar into the steam supply region. In this case, it was observed whether bubbles were generated inside the device, and the evaluation results are shown in Table 1.
  • the stripping process was carried out in the same manner as in Example 1 except that steam was introduced into the steam supply region at a temperature of 84 ° C. and a pressure of 0.4 bar. In this case, it was observed whether bubbles were generated inside the device, and the evaluation results are shown in Table 1.
  • a stripping process was performed in the same manner as in Example 1 except that steam was introduced at a temperature of 100 ° C. and a pressure of 1.0 bar into the steam supply region. In this case, it was observed whether bubbles were generated inside the device, and the evaluation results are shown in Table 1. In addition, a picture taken inside the device is shown in Figure 3 below.
  • a stripping process was performed in the same manner as in Example 1 except that steam was introduced at a temperature of 127 ° C. and a pressure of 1.5 bar into the steam supply region. In this case, it was observed whether bubbles were generated inside the device ⁇ , and the evaluation results are shown in Table 1. In addition, a picture taken inside the device is shown in Figure 4 below.
  • Table 1 shows the temperature difference between the raw materials and steam introduced in Examples and Comparative Examples.

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Abstract

본 출원은 폴리 비닐 클로라이드 내의 미반응 비닐 클로라이드 단량체의 제거 방법에 관한 것으로, 예시적인, 본 출원의 탈거 장치 및 상기 탈거 장치 및방법에 따르면, 스팀을 이용한 탈거 공정에서, 제거하고자 하는 대상 물질을 포함하는 원료와 스팀 사이의 온도 차이를 최소화하여, 상기 탈거 공정에서 기포의 발생을 억제할 수 있으며, 이에 따라, 상기 제거하고자 하는 대상 물질, 특히, 폴리 비닐 클로라이드 내의 미반응 비닐 클로라이드 단량체의 제거 효율을 증가시킬 수 있으며, 상기 탈거 장치 내에서 발생하는 기포를 제거하기 위한 세척 주기를 감소시킬 수 있어, 공정의 경제성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 기포를 제거하기 위한 소포제를 사용할 경우에 나타날 수 있는 최종 제품의 품질 저하를 방지할 수 있다.

Description

탈거 장치
본 출원의 구현예들은 탈거 장치 및 그를 이용한 폴리 비닐 클로라이드 내의 미반응 비닐 클로라이드 단량체의 제거 방법에 관한 것이다.
폴리 염화 비닐(Poly Vinyl Chloride, PVC)는 열가소성 수지 중 다양한 분야에서 유용하게 사용되는 합성수지이고, 예를 들어, 연질 제품으로서는 포장용 필름, 전자 제품 및 각종 가구 표면의 무늬 시트 등의 분야에 사용되며, 경질 제품으로는 압출 성형에 의한 수도관의 제조에 사용되고 있다.
일반적으로, 상기 폴리 염화 비닐의 제조에 사용되는 원료인 염화 비닐 단량체(Vinyl Cloride Monomer, VCM)는 회분식 반응기(Batch reactor)에서 중합되는데, 반응 개시제로서 폭발성 물질인 유기과산화물 등이 사용되며, 첨가제는 분산제 또는 유화제 및 산화방지제 등이 사용된다. 또한, 중합된 폴리 염화 비닐은 탈거(Stripping) 공정을 거쳐 상기 폴리 염화 비닐 내의 미반응된 잔류 염화 비닐 단량체를 제거한 후, 분말 형태로 저장되고 있다.
본 출원은 탈거 장치 및 그를 이용한 폴리 비닐 클로라이드 내의 미반응 비닐 클로라이드 단량체의 제거 방법을 제공한다.
본 출원은, 탈거 장치에 관한 것이다. 예시적인, 본 출원의 탈거 장치 및 상기 탈거 장치를 이용한 폴리 비닐 클로라이드 내의 미반응 비닐 클로라이드 단량체의 제거 방법에 따르면, 스팀을 이용한 탈거 공정에서, 제거하고자 하는 대상 물질을 포함하는 원료와 스팀 사이의 온도 차이를 최소화하여, 상기 탈거 공정에서 기포의 발생을 억제할 수 있으며, 이에 따라, 상기 제거하고자 하는 대상 물질, 특히, 폴리 비닐 클로라이드 내의 미반응 비닐 클로라이드 단량체의 제거 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 탈거 장치 내에서 발생하는 기포를 제거하기 위한 세척 주기를 감소시킬 수 있어, 공정의 경제성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 기포를 제거하기 위한 소포제를 사용할 경우에 나타날 수 있는 최종 제품의 품질 저하를 방지할 수 있다. 본 명세서에서 「탈거(Stripping)」는 액체 속에 용해되어 있는 기체를 분리 및 제거하는 것을 의미하고, 예를 들어, 스팀, 불활성 가스 또는 공기 등에 의한 직접 접촉, 가열 및 가압 등의 방법에 의하여 수행될 수 있으며, 본 명세서에서 상기 탈거는 스트리핑, 방산 또는 분리와 동일한 의미로 사용될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 상기 장치 및 상기 장치를 이용한 폴리 염화 비닐의 제조 및 탈거 방법을 설명하지만, 상기 도면은 예시적인 것으로 상기 장치의 범위가 도면에 제한되는 것은 아니다.
도 1은, 예시적인 본 출원의 일 구현예에 따른 탈거 장치를 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 1에 나타나듯이, 본 출원의 탈거 장치(1)는 원료 공급 장치(10), 스팀 공급 장치(20) 및 탈거탑(30)을 포함한다.
상기 원료 공급 장치(10)는, 원료(F1)를 상기 탈거탑(30), 예를 들어, 상기 탈거탑(30)의 원료 공급 영역(31)으로 공급하기 위한 장치이며, 상기 원료 공급 장치(10)는 원료(F1)가 저장되는 탱크 또는 상기 원료(F1)가 중합되는 반응기(11), 및 상기 원료(F1)가 이송되는 배관(12)을 포함할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 원료 공급 장치(10)는, 상기 원료(F1)가 중합되는 반응기(11)를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 상기 반응기(11)로는 회분식 반응기(batch reactor), 흐름형 반응기(flow reactor) 등이 이용될 수 있으나, 특별히 이에 제한되는 것은 아니고, 목적하는 물질의 종류 및 반응 조건에 따라 상기 반응기(11)의 종류를 적절히 선택될 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 원료(F1)는, 상기 반응기(11)에서 중합 반응 후 생성된 생성물을 포함할 수 있다. 상기 중합 반응은, 목적하는 물질의 종류에 따라 다양한 방법에 의하여 수행될 수 있으며, 예를 들어, 상기 원료(F1)가 폴리 염화 비닐(poly vinyl chloride, PVC)을 포함할 경우, 상기 중합 반응은 현탁 중합, 유화 중합, 괴상 중합 등의 방법에 의하여 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 현탁 중합(suspension polymerization)에 의하여 상기 폴리 염화 비닐을 중합할 경우, 상기 회분식 반응기(11)에 염화 비닐 단량체(vinyl chloride monomer, VCM), 물, 분산제 및 반응 개시제를 투입한 후, 적절한 온도 및 압력 조건에서 중합이 수행될 수 있으며, 유화 중합(emulsion polymerization)에 의하여 상기 폴리 염화 비닐을 중합할 경우에는, 염화 비닐 단량체, 물, 유화제 및 반응 개시제를 투입한 후, 적절한 온도 및 압력 조건에서 중합이 수행될 수 있다. 상기 분산제, 유화제 및 반응 개시제는 기술 분야에서 공지된 다양한 물질을 사용할 수 있으며, 특별히 제한되는 것은 아니다.
본 출원의 일 구현예에서, 상기 원료는 단량체의 유화 중합물(emlusion polymerization product)을 포함할 수 있으며, 하나의 예시에서, 상기 단량체는 비닐 클로라이드 단량체일 수 있다. 예를 들어, 상기 반응기(11)에서는, 비닐 클로라이드 단량체, 물, 유화제 및 반응 개시제를 적절한 양으로 투입한 후, 적절한 온도 및 압력 조건에서 유화 중합(emulsion polymerization)이 수행될 수 있으며, 이에 따른 반응물이 상기 원료 공급 장치(10)를 통하여, 원료 공급 영역(31)으로 유입되어 탈거될 수 있다. 상기 반응기(11) 내의 물과 염화 비닐 단량체의 비율은 특별히 제한되는 것은 아니며, 유화제의 농도는 2000 ppm 내지 10,000 ppm, 반응 개시제의 농도는 예를 들어, 500 내지 1,000 ppm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 출원의 탈거 장치(1)에 의하여, 단량체의 유화 중합물을 포함하는 상기 원료(F1)를 탈거시킬 경우, 유화제에 둘러쌓여 있는 단량체들이 유화제로부터 빠져나옴으로써 기존의 탈거 장치에 의하여 탈거시키는 경우에 비하여, 상대적으로 적은 기포가 발생할 수 있다. 상기 유화 중합물의 예로는, 폴리 비닐 클로라이드, 스티렌-부타디엔 고무(styrene-butadiene rubber, SBR) 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 비록 도시되지는 않았지만, 상기 원료 공급 장치(10)가, 예를 들어, 반응기(11)를 포함하는 경우에는, 상기 원료 공급 장치(10)는, 상기 반응기(11)로 전술한 반응물을 유입하기 위한 배관 및 상기 배관에 의하여 상기 반응기(11)에 연결된 반응물 공급 장치를 추가로 포함할 수 있다.
상기에서 반응기(11)에서 중합된 생성물을 포함하는 원료(F1)는, 폴리 염화 비닐 및 미반응 잔류 염화 비닐 단량체를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 상기 반응기(11) 내에서 수행된 중합 공정이 현탁 중합(suspension polymerization) 또는 괴상 중합(bulk polymerization) 공정의 경우에는 상기 원료(F1)는 물, 폴리 염화 비닐 및 미반응 잔류 염화 비닐 단량체가 혼합된 형태의 슬러리 상으로 존재하거나, 상기 반응기(11) 내에서 수행되는 중합 공정이 유화 중합(emulsion polymerization)의 경우, 상기 원료(F1)는 물 내에 폴리머 분자가 유화제에 의하여 용해되어 있는 상태(이하, 라텍스 상)로 존재할 수 있으며, 상기 반응기(11) 내의 전환율이 일정 수준, 예를 들어, 80% 이상 수준에 도달하게 되면, 상기 슬러리 상 또는 라텍스 상의 원료(F1)의 일부는 블로우 다운(blow-dwon) 탱크(도시되지 않음)로 유입되어 상기 블로우 다운 탱크에서 미반응된 잔류 염화 비닐 단량체가 회수될 수 있으며, 나머지 일부 원료(F1)는 본 출원의 탈거 장치(1)에 유입되어, 탈거될 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 원료(F1)가 슬러리 상일 경우에는, 상기 블로우 다운 탱크 및 탈거 장치(1)에서 미반응된 잔류 염화 비닐 단량체가 제거된 슬러리는 원심 분리기를 거쳐 폴리 염화 비닐로부터 수분을 분리되며, 이송된 폴리 염화 비닐 수지의 잔여 수분은 유동층 건조기를 통하여 열풍으로 건조되고 선별 시설을 거쳐 분말 형태로 별도의 저장 탱크(60)에 저장될 수 있다. 또 다른 예시에서, 상기 원료(F1)가 라텍스 상일 경우에는, 상기 블로우 다운 탱크 및 탈거 장치(1)에서 미반응된 잔류 염화 비닐 단량체가 제거된 라텍스는 원심 분리기를 거치지 않은채, 유동층 건조기를 통하여 열풍(hot air)으로 건조되거나, 또는 상기 라텍스를 분무(spray)한 후에 열풍을 이용하여 수분을 제거하고 선별 시설을 거쳐 분말 형태로 별도의 저장 탱크(60)에 저장될 수 있다.
상기 탈거탑(30)은, 상기 원료 공급 장치(10)로부터 유입된 원료(F1) 내의 기체 및 원료(F1)로부터 분리하고자 하는 물질, 예를 들어, 미반응 잔류 염화 비닐 단량체를 상기 원료(F1)로부터 분리하기 위한 스트리핑 탑으로서, 상기 탈거탑(30)은, 원료 공급 영역(31); 스팀 공급 영역(32); 및 상기 원료 공급 영역(31)과 스팀 공급 영역(32) 사이의 탈거 영역(33)으로 구분된다. 즉, 상기 원료 공급 장치(10)에서 슬러리 상의 원료(F1)는 상기 탈거탑(30)의 원료 공급 영역(31)으로 유입되며, 상기 원료(F1)는 탈거 영역(33)을 거쳐 상기 탈거탑(30)의 스팀 공급 영역(32)으로부터 유입된 스팀(F2)과 접촉하고, 가열되어 탈거될 수 있으며, 예를 들어, 상기 원료(F1)가 폴리 염화 비닐 및 미반응 잔류 염화 비닐 단량체를 포함하는 경우, 상기 원료(F1)로부터 탈거된 물질은 미반응 비닐 클로라이드 단량체일 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 스팀 공급 영역(32)은 제 1 유출부(321)를 포함할 수 있으며, 상기 탈거된 원료, 예를 들어, 미반응 잔류 염화 비닐 단량체가 제거된 폴리 염화 비닐을 포함하는 슬러리 상의 원료인 제 1 유출 흐름(F4)은 상기 제 1 유출부(321)에서 유출될 수 있다. 상기에서, 도 1에 나타나듯이, 제 1 유출부(321)는 상기 스팀 공급 영역(32)의 하부 및/또는 탈거탑(30)의 탑저에 위치할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 원료 공급 영역(31)은 제 2 유출부(311)를 포함할 수 있으며, 원료로부터 탈거된 물질, 예를 들어, 미반응 잔류 염화 비닐 단량체 및 상기 원료와 접촉한 스팀(F2)을 포함하는 제 2 유출 흐름(F3)은 상기 제 2 유출부(311)에서 유출될 수 있다. 도 1에 나타나듯이, 상기 제 2 유출부(311)는 상기 원료 공급 영역(31)의 상부 및/또는 탈거탑(30)의 탑정에 위치할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 명세서에서 「상부」는 상기 스팀 공급 영역(32) 및 원료 공급 영역(31) 내에서 상대적으로 위쪽 부분을 의미하고, 보다 구체적으로는, 상기 스팀 공급 영역(32) 및 원료 공급 영역(31)을 세로 방향, 예를 들어, 탈거 탑의 길이 또는 높이 방향에 수직하게 2등분 하였을 때, 나뉘어진 2개의 영역 중 위쪽 부분을 의미할 수 있다. 또한, 상기에서 「하부」는 상기 스팀 공급 영역(32) 및 원료 공급 영역(31) 내에서 상대적으로 아래쪽 부분을 의미하고, 보다 구체적으로는, 상기 스팀 공급 영역(32) 및 원료 공급 영역(31)을 세로 방향, 예를 들어, 탈거 탑의 길이 또는 높이 방향에 수직하게 2등분 하였을 때, 나뉘어진 2개의 영역 중 아래쪽 부분을 의미할 수 있다. 또한, 상기 탈거탑(30)의 「탑정」은 상기 탈거탑(30)의 탑의 가장 꼭대기 부분을 의미하며, 전술한 원료 공급 영역(31)의 상부에 위치할 수 있고, 상기 탈거탑(30)의 「탑저」는 상기 탈거탑(30)의 탑의 가장 바닥 부분을 의미하며, 전술한 스팀 공급 영역(32)의 하부에 위치할 수 있다.
상기 스팀 공급 장치(20)는, 본 출원의 탈거 장치(1)의 탈거 영역(33)에서 상기 유입된 슬러리 상의 원료를 탈거시키기 위한 공정, 즉, 상기 원료와 직접 접촉하는 스팀(F2)을 상기 탈거 장치(1)로 유입하기 위한 장치로서, 스팀(F2)을 공급할 수 있는 장치라면, 기술 분야에서 공지된 장치를 특별한 제한 없이 사용할 수 있다. 또한, 상기 스팀 공급 장치(20)는, 스팀(F2)이 저장되어 있는 탱크 또는 상기 스팀(F2)을 생성하기 위한 스팀 생성기(21), 및 상기 탱크 또는 스팀 생성기(21)와 스팀 공급 영역(32) 사이에 연결된 배관(22) 또는 파이프를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 스팀 공급 장치(20)를 통하여 상기 탈거탑(30) 내부의 스팀 공급 영역(32)으로 유입된 스팀(F2)은 탈거 영역(33)으로 유입되며, 상기 탈거 영역(33)에서 상기 원료 공급 공급 영역(31)으로부터 유입된 원료와 접촉하여, 상기 원료(F1)를 탈거시킬 수 있다.
하나의 예시에서, 본 출원의 탈거 장치(1)는 하기 일반식 1을 만족한다.
[일반식 1]
5℃ ≤ Ts-Tf < 30℃
상기 일반식 1에서, Ts는 상기 탈거탑(30)으로 유입되는 스팀(F2)의 온도를 나타내고, Tf는 상기 탈거탑(30)으로 유입되는 원료(F1)의 온도를 나타낸다.
본 출원의 탈거 장치(1)에서는, 전술한 바와 같이, 제거하고자 하는 대상 물질, 예를 들어, 미반응 염화 비닐 단량체를 포함하는 원료(F1)와 탈거 장치(1)로 유입되는 스팀(F2) 사이의 온도 차이를 5 내지 30℃ 미만, 예를 들어, 10 내지 30℃ 미만 또는 20 내지 30℃ 미만의 범위 내로 조절할 수 있으며, 이를 통하여, 상기 탈거 공정에서 기포의 발생을 억제할 수 있고, 스팀(F2)과 원료(F1) 사이에 충분한 열교환을 일으켜, 이에 따라, 상기 제거하고자 하는 대상 물질, 특히, 폴리 비닐 클로라이드 내의 미반응 비닐 클로라이드 단량체의 제거 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 탈거 장치(1) 내에서 발생하는 기포를 제거하기 위한 세척 주기를 감소시킬 수 있어, 공정의 경제성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 기포를 제거하기 위한 소포제를 사용할 경우에 나타날 수 있는 최종 제품의 품질 저하를 방지할 수 있다.
상기에서, 원료(F1)의 온도는, 상기 일반식 1을 만족한다면, 특별히 제한되는 것은 아니나, 50℃ 내지 75℃, 예를 들어, 60℃ 내지 70℃, 55℃ 내지 65℃의 범위로 조절할 수 있다.
또한, 상기 스팀(F2)의 온도는, 상기 일반식 1을 만족한다면, 특별히 제한되는 것은 아니나, 55℃ 내지 105℃, 예를 들어, 60℃ 내지 100℃, 70℃ 내지 90℃의 범위로 조절할 수 있다.
상기 스팀 공급 장치(20)를 통하여 상기 탈거탑(30) 내부의 스팀 공급 영역(32)으로 유입되는 스팀(F2)은, 상기 원료(F1)를 탈거시키기에 충분한 양으로 유입될 수 있으며, 예를 들어, 상기 원료 공급 영역(31)으로 유입되는 원료(F1)의 공급량의 15% 이하, 바람직하게는 상기 원료의 공급량의 1 내지 10%, 1 내지 5% 또는 2 내지 4%의 양으로 유입될 수 있다. 상기 스팀(F2)의 공급량을 전술한 범위 내로 조절함으로써, 원료(F1)를 충분히 탈거시킴과 동시에, 탈거 공정에서 기포의 발생을 억제할 수 있다.
상기 스팀(F2)은, 상기 일반식 1을 만족하거나, 또는 전술한 온도 범위로 조절하기 위하여, 적절한 범위의 압력으로 상기 스팀 공급 영역(32)으로 유입될 수 있다.
예를 들어, 상기 스팀 공급 영역(32)으로 유입되는 스팀(F2)의 압력은 1.0 bar 이하, 예를 들어, 0.8 bar 이하, 0.6 bar 이하, 0.4 bar 이하, 0.3 bar 이하, 또는 0.1 bar 이하일 수 있으며, 바람직하게는 진공 상태로 유입될 수 있다.
상기 스팀(F2)은 상기 압력 범위로 유입되기 위하여, 스팀 공급 영역(32) 장치로 유입되기 전에 감압될 수 있으며, 예를 들어, 상기 스팀 공급 장치(20)는 감압 장치(23)를 추가로 포함하고, 압력이 2.5 내지 5.0 bar, 예를 들어, 2.8 내지 3.2 bar의 저압 스팀이 상기 감압 장치(23)를 통과하여 감압되어 상기 스팀 공급 영역(32)으로 유입될 수 있다.
상기 감압 장치(23)로는, 상기 스팀(F2)의 압력을 낮출 수 있는 기술 분야에서 공지된 다양한 장치가 사용될 수 있으며, 예를 들어, 상기 스팀 공급 장치(20)가 배관(22) 또는 파이프를 포함할 경우, 상기 배관(22) 또는 파이프에 설치된 컨트롤 밸브 등을 통하여 압력을 조절할 수 있다.
하나의 구현예에서, 비록 도시되지는 않았지만, 상기 스팀 공급 장치(20)는 냉각 장치를 추가로 포함할 수 있으며, 상기 저압 스팀은, 상기 일반식 1을 만족하거나, 또는 전술한 온도 범위로 조절하기 위하여, 냉각 장치를 통과하여 냉각된 후에 상기 스팀 공급 영역(32)으로 유입될 수 있다.
본 출원의 또 다른 구현예에서, 상기 탈거 장치(1)는 전술한 미반응 염화 비닐 단량체를 회수하고 재사용하기 위한 회수 장치(50)를 추가로 포함할 수 있으며, 예를 들어, 상기 탈거 장치(1)는 전술한 원료 공급 영역(31)에 포함되는 제 2 유출부(311)로부터 순차로 연결된 응축기(40) 및 탈거된 물질의 회수 장치(50)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 응축기(40) 및 회수 장치(50)를 통과하여 회수된 미반응 잔류 염화 비닐 단량체는 전술한 원료 공급 장치(10)로 유입되어 재사용 될 수 있다. 상기 회수 장치(50)를 통하여, 회수된 염화 비닐 단량체를 폴리 염화 비닐의 중합 공정에 재사용할 수 있으므로, 폴리 염화 비닐 제조 공정의 경제성을 확보할 수 있다.
예를 들어, 전술한 바와 같이, 미반응 잔류 염화 비닐 단량체 및 상기 원료(F1)와 접촉한 스팀(F2)을 포함하는 제 2 유출 흐름(F3)은 상기 제 2 유출부(311)에서 유출될 수 있으며, 상기 스팀은 응축기(40)를 통과하고, 상기 응축기(40)에서 응축수와 접촉하여 응축된 스팀은 분리되어 배출될 수 있다. 상기 응축기(40)를 통과하는 응축수의 유량은, 특별히 제한되는 것은 아니며, 제 2 유출 흐름(F3)의 유량에 따라 적절히 조절될 수 있다. 또한, 비응축된 상기 탈거된 물질, 예를 들어, 미반응 잔류 염화 비닐 단량체는 기체 상태로 흘러나와 연속 회수 압축기에서 압축되고 응축될 수 있다.
상기 탈거 장치(1)는 일반적인 증류탑(distillation column)이거나, 또는 기타 증발기 형태의 스트리핑 탑(stripping tower)일 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 탈거 장치(1)가 일반적인 증류탑일 경우에는 평형 상태에 도달할 경우, 공급된 스팀(F2)의 일부가 증류탑의 상부에서 기체 상태로 유출될 수 있으며, 이 경우, 전술한 바와 같이, 상기 스팀을 포함하는 제 2 유출 흐름(F3)은 상기 제 2 유출부(311)에서 유출될 수 있으며, 상기 스팀은 응축기(40)를 통과하고, 상기 응축기(40)에서 응축수와 접촉하여 응축된 스팀은 분리되어 배출될 수 있다. 또한, 예를 들어, 상기 탈거 장치(1)가 증발기 형태의 스트리핑 탑일 경우에는 공급된 스팀(F2)은 모두 탑 내에서 응축되어 탑 하부로 떨어질 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 탈거 장치(1)가 일반적인 증류탑인 경우에도, 응축된 스팀의 일부는 탑 하부로 떨어지거나, 미응축된 스팀의 일부가 탑의 상부에서 배출될 수 있으며, 상기 탈거 장치(1)가 스트리핑 탑일 경우에도, 응축된 스팀의 일부는 탑 하부로 떨어지거나, 미응축된 스팀의 일부가 탑의 상부에서 배출될 수 있다.
본 출원은 또한, 미반응 단량체의 제거 방법을 제공한다. 하나의 예시에서, 본 출원의 제거 방법은 전술한 탈거 장치(1)를 이용하여 수행될 수 있다.
상기 제거 방법은 단량체의 유화 중합물을 포함하는 원료(F1)를 전술한 탈거 장치(1)에 포함되는 탈거탑(30)의 원료 공급 영역(31)으로 유입시키고, 상기 유입된 원료(F1)를 상기 탈거탑(30)의 스팀 공급 영역(32)으로 유입되는 스팀(F2)과 접촉시켜 상기 원료(F1)로부터 미반응 단량체를 분리하는 것을 포함한다.
하나의 예시에서, 전술한 바와 같이 상기 단량체는 비닐 클로라이드 단량체일 수 있으며, 이 경우, 본 출원의 제거 방법에서는, 상기 원료(F1)가 폴리 비닐 클로라이드 및 미반응 비닐 클로라이드 단량체를 포함하고, 원료 공급 영역(31)으로 유입된 상기 원료(F1)를 상기 탈거탑의 스팀 공급 영역(32)으로 유입되는 스팀(F2)과 접촉시켜 상기 원료(F1)로부터 미반응 비닐 클로라이드 단량체를 분리할 수 있다.
또한, 상기 제거 방법은, 상기 탈거탑(30)으로 유입되는 원료(F1)와 스팀(F2)의 온도가 하기 일반식 1을 만족하도록 조절하는 것을 포함할 수 있다.
[일반식 1]
5℃ ≤ Ts-Tf < 30℃
상기 일반식 1에서, Ts는 상기 탈거탑(30)으로 유입되는 스팀(F2)의 온도를 나타내고, Tf는 상기 탈거탑(30)으로 유입되는 원료(F1)의 온도를 나타낸다.
상기 제거 방법에서, 상기 원료(F1)의 온도는, 상기 일반식 1을 만족한다면, 특별히 제한되는 것은 아니나, 50℃ 내지 75℃, 예를 들어, 60℃ 내지 70℃, 55℃ 내지 65℃의 범위로 조절할 수 있다.
또한, 상기 제거 방법에서, 상기 스팀(F2)의 온도는, 상기 일반식 1을 만족한다면, 특별히 제한되는 것은 아니나, 55℃ 내지 105℃, 예를 들어, 60℃ 내지 100℃, 70℃ 내지 90℃의 범위로 조절할 수 있다.
또한, 상기 제거 방법에서, 상기 스팀 공급 장치(20)를 통하여 상기 탈거탑(30) 내부의 스팀 공급 영역(32)으로 유입되는 스팀(F2)은, 상기 원료(F1)를 탈거시키기에 충분한 양으로 유입될 수 있으며, 예를 들어, 상기 원료 공급 영역(31)으로 유입되는 원료(F1)의 공급량의 15% 이하, 바람직하게는 상기 원료의 공급량의 1 내지 10%, 1 내지 5% 또는 2 내지 4%의 양으로 유입될 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 상기 스팀(F2)은, 상기 일반식 1을 만족하거나, 또는 전술한 온도 범위로 조절하기 위하여, 적절한 범위의 압력으로 상기 스팀 공급 영역(32)으로 유입될 수 있으며, 예를 들어, 상기 제거 방법은, 상기 스팀 공급 영역(32)으로 유입되는 스팀(F2)의 압력은 1.0 bar 이하, 예를 들어, 0.8 bar 이하, 0.6 bar 이하, 0.4 bar 이하, 0.3 bar 이하, 또는 0.1 bar 이하로 조절하는 것을 추가로 포함할 수 있다.
또한, 상기 제거 방법은, 상기 스팀(F2)은 상기 압력 범위로 유입되기 위하여, 스팀 공급 영역(32) 장치로 유입되기 전에 감압하는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 예를 들어, 압력이 2.5 내지 5.0 bar의 저압 스팀을 감압시키고, 상기 감압된 저압 스팀(F2)을 탈거탑(30)의 스팀 공급 영역(32)으로 유입시키는 것을 추가로 포함할 수 있다.
또한, 상기 제거 방법은, 전술한 바와 같이, 탈거된 원료를 포함하는 제 1 유출 흐름(F4)을 상기 스팀 공급 영역(32)에 포함되는 제 1 유출부(321)에서 유출시키는 것을 추가로 포함할 수 있으며, 또한, 원료로부터 분리된 미반응 비닐 클로라이드 및 스팀을 포함하는 제 2 유출 흐름(F3)을 상기 원료 공급 영역(31)에 포함되는 제 2 유출부(311)에서 유출시키는 것을 추가로 포함할 수 있다.
하나의 구현 예에서, 상기 제거 방법은 또한, 상기 제 2 유출부(311)에서 유출된 흐름 중 스팀(F2)을 응축시켜 비응축된 미반응 비닐 클로라이드 단량체와 분리하는 것을 추가로 포함할 수 있으며, 상기 제 2 유출부(311)에서 유출된 제 2 유출 흐름(F3)으로부터 분리된 미반응 비닐 클로라이드 단량체를 회수하고 재사용하는 것을 추가로 포함할 수 있다.
본 출원의 탈거 장치 및 방법에 따르면, 스팀을 이용한 탈거 공정에서, 제거하고자 하는 대상 물질을 포함하는 원료와 스팀 사이의 온도 차이를 최소화하여, 상기 탈거 공정에서 기포의 발생을 억제할 수 있으며, 이에 따라, 상기 제거하고자 하는 대상 물질, 특히, 폴리 비닐 클로라이드 내의 미반응 비닐 클로라이드 단량체의 제거 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 탈거 장치 내에서 발생하는 기포를 제거하기 위한 세척 주기를 감소시킬 수 있어, 공정의 경제성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 기포를 제거하기 위한 소포제를 사용할 경우에 나타날 수 있는 최종 제품의 품질 저하를 방지할 수 있다.
도 1은 본 출원의 예시적인 탈거 장치를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 출원의 실시예 1에 의한 탈거 장치 내부를 촬영한 사진이다.
도 3 및 4는 각각 본 출원의 비교예 1 및 2에 의한 탈거 장치 내부를 촬영한 사진이다.
이하 본 출원에 따르는 실시예 및 본 출원에 따르지 않는 비교예를 통하여 본 출원을 보다 상세히 설명하나, 본 출원의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예 1
도 1과 같이 제조된 탈거 장치의 원료 공급 영역의 회분식 반응기에 염화 비닐 단량체와 물을 1:1의 비율로 투입하고, 유화제 및 반응 개시제를 투입한 후, 유화 중합을 수행하였으며, 상기 회분식 반응기의 중합 생성물을 포함하는 65℃의 원료를 탈거탑의 원료 공급 영역으로 유입하였다. 이와 동시에, 상기 탈거탑의 스팀 공급 영역으로 91℃ 및 0.7 bar의 스팀을 유입하여 탈거 영역에서 탈거 공정을 수행하였으며, 이 경우 장치 내부의 기포 발생 여부를 육안으로 관찰하였으며, 하기와 같은 기준에 따라 평가하여 평가 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 또한, 장치 내부의 사진을 촬영하여 하기 도 2에 나타내었다.
<기포 발생 여부의 관찰>
장치 내부의 기포 발생 여부를 육안으로 확인하였으며, 기포의 발생 개수에 따라 다음과 같은 기준으로 기포 발생 여부를 평가하였다.
×: 육안으로 관찰되는 기포의 개수가 10개 이하
△: 육안으로 관찰되는 기포의 개수가 10개 내지 50개
○: 육안으로 관찰되는 기포의 개수가 50개 초과
실시예 2
스팀 공급 영역으로 86℃의 온도 및 0.3 bar의 압력으로 스팀을 유입시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 탈거 공정을 수행하였다. 이 경우 장치 내부의 기포 발생 여부를 관찰하였으며, 평가 결과를 표 1에 나타내었다.
실시예 3
스팀 공급 영역으로 78℃의 온도 및 0.3 bar의 압력으로 스팀을 유입시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 탈거 공정을 수행하였다. 이 경우 장치 내부의 기포 발생 여부를 관찰하였으며, 평가 결과를 표 1에 나타내었다.
실시예 4
스팀 공급 영역으로 84℃의 온도 및 0.4 bar의 압력으로 스팀을 유입시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 탈거 공정을 수행하였다. 이 경우 장치 내부의 기포 발생 여부를 관찰하였으며, 평가 결과를 표 1에 나타내었다.
비교예 1
스팀 공급 영역으로 100℃의 온도 및 1.0 bar의 압력으로 스팀을 유입시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 탈거 공정을 수행하였다. 이 경우 장치 내부의 기포 발생 여부를 관찰하였으며, 평가 결과를 표 1에 나타내었다. 또한, 장치 내부의 사진을 촬영하여 하기 도 3에 나타내었다.
비교예 2
스팀 공급 영역으로 127℃의 온도 및 1.5 bar의 압력으로 스팀을 유입시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 탈거 공정을 수행하였다. 이 경우 장치 △내부의 기포 발생 여부를 관찰하였으며, 평가 결과를 표 1에 나타내었다. 또한, 장치 내부의 사진을 촬영하여 하기 도 4에 나타내었다.
상기 실시예 및 비교예에서 유입된 원료와 스팀의 온도 차이를 표 1에 나타내었다.
표 1
△(Ts-Tf) (℃) 기포발생여부
실시예 1 26 ×
실시예 2 21 ×
실시예 3 13 ×
실시예 4 19 ×
비교예 1 35 ○
비교예 2 62 ○
Ts: 상기 탈거탑으로 유입되는 스팀의 온도 Tf: 상기 탈거탑으로 유입되는 원료의 온도
실시예 1 내지 4에 나타나듯이, 비닐 클로라이드 단량체의 유화중합물을 포함하는 원료의 온도와 공급되는 스팀의 온도의 차이를 5℃ 내지 30℃ 미만로 조절한 본 출원의 탈거 장치에서는 기포의 발생이 거의 나타나지 않았지만, 도 7 내지 9에 나타나듯이, 원료의 온도와 스팀의 온도의 차이가 30℃ 이상인 경우에는, 기포가 다량 생산되는 것으로 나타나는 것을 확인할 수 있다.

Claims (30)

  1. 원료 공급 장치, 스팀 공급 장치 및 탈거탑을 포함하고,
    상기 탈거탑은, 상기 원료 공급 장치와 유체 연결되어 있는 원료 공급 영역; 상기 스팀 공급 장치와 유체 연결되어 있는 스팀 공급 영역; 및 상기 원료 공급 영역과 스팀 공급 영역 사이의 탈거 영역으로 구분되며,
    단량체의 유화 중합물을 포함하는 원료가 상기 원료 공급 장치를 통하여 원료 공급 영역으로 유입되고, 상기 유입된 원료는 탈거 영역을 거쳐 탈거되며,
    스팀이 상기 스팀 공급 장치를 통하여 상기 스팀 공급 영역으로 유입되고, 상기 유입된 스팀은 탈거 영역을 거쳐 유입된 원료를 가열하고 탈거시키는 탈거 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 단량체는 비닐 클로라이드 단량체인 탈거 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 원료는 폴리 비닐 클로라이드 및 미반응 비닐 클로라이드 단량체를 포함하는 탈거 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 원료로부터 탈거된 물질은 미반응 비닐 클로라이드 단량체인 탈거 장치.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 탈거탑으로 유입되는 원료와 스팀은 하기 일반식 1을 만족하는 탈거 장치:
    [일반식 1]
    5℃ ≤ Ts-Tf < 30℃
    상기 일반식 1에서, Ts는 상기 탈거탑으로 유입되는 스팀의 온도를 나타내고, Tf는 상기 탈거탑으로 유입되는 원료의 온도를 나타낸다.
  6. 제 2 항에 있어서, 유입되는 원료의 온도는 50℃ 내지 75℃인 탈거 장치.
  7. 제 2 항에 있어서, 유입되는 스팀의 온도는 55℃ 내지 105℃인 탈거 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 스팀 공급 영역으로 유입되는 스팀의 양은 원료 공급 영역으로 유입되는 원료의 공급량의 0.1% 내지 15%인 탈거 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 스팀 공급 영역으로 유입되는 상기 스팀의 압력은 1.0 bar 이하인 탈거 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 스팀 공급 장치는 감압 장치를 추가로 포함하고, 압력이 2.5 내지 5.0 bar의 저압 스팀이 상기 감압 장치를 통하여 감압되어 상기 스팀 공급 영역으로 유입되는 탈거 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 감압 장치는 컨트롤 밸브인 탈거 장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 스팀 공급 장치는 저압 스팀을 냉각 시키는 냉각 장치를 추가로 포함하는 탈거 장치.
  13. 제 1 항에 있어서, 스팀 공급 영역은, 제 1 유출부를 포함하며, 탈거된 원료는 상기 제 1 유출부에서 유출되는 탈거 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 제 1 유출부는 스팀 공급 영역의 하부 및/또는 탈거탑의 탑저에 위치하는 탈거 장치.
  15. 제 1 항에 있어서, 원료 공급 영역은, 제 2 유출부를 포함하며, 원료로부터 탈거된 물질 및 스팀을 포함하는 유출 흐름은 상기 제 2 유출부에서 유출되는 탈거 장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 제 2 유출부는 원료 공급 영역의 상부 및/또는 탈거탑의 탑정에 위치하는 탈거 장치.
  17. 제 15 항에 있어서, 제 2 유출부에 순차로 연결된 응축기 및 탈거된 물질의 회수 장치를 추가로 포함하고,
    원료로부터 탈거된 물질 및 스팀을 포함하는 유출 흐름은 응축기를 통과하며, 상기 응축기에서 응축된 스팀은 분리 배출되고, 비응축된 상기 탈거된 물질은 상기 회수 장치로 유입되는 탈거 장치.
  18. 단량체의 유화 중합물을 포함하는 원료를 탈거탑의 원료 공급 영역으로 유입시키고, 상기 유입된 원료를 상기 탈거탑의 스팀 공급 영역으로 유입되는 스팀과 접촉시켜 상기 원료로부터 미반응 단량체를 분리하는 것을 포함하는 미반응 단량체의 제거 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 단량체는 비닐 클로라이드 단량체인 미반응 단량체의 제거 방법.
  20. 제 19 항에 있어서, 원료는 폴리 비닐 클로라이드 및 미반응 비닐 클로라이드 단량체를 포함하고, 원료 공급 영역으로 유입된 상기 원료를 상기 탈거탑의 스팀 공급 영역으로 유입되는 스팀과 접촉시켜 상기 원료로부터 미반응 비닐 클로라이드 단량체를 분리하는 방법.
  21. 제 19 항에 있어서, 탈거탑으로 유입되는 원료와 스팀의 온도가 하기 일반식 1을 만족하도록 조절하는 것을 포함하는 미반응 단량체의 제거 방법:
    [일반식 1]
    5℃ ≤ Ts-Tf < 30℃
    상기 일반식 1에서, Ts는 상기 탈거탑으로 유입되는 스팀의 온도를 나타내고, Tf는 상기 탈거탑으로 유입되는 원료의 온도를 나타낸다.
  22. 제 19 항에 있어서, 탈거탑으로 유입되는 원료의 온도를 50℃ 내지 75℃로 조절하는 미반응 단량체의 제거 방법.
  23. 제 19 항에 있어서, 탈거탑으로 유입되는 스팀의 온도를 55℃ 내지 105℃로 조절하는 미반응 단량체의 제거 방법.
  24. 제 18 항에 있어서, 스팀 공급 영역으로 유입되는 스팀의 양을 원료 공급 영역으로 유입되는 원료의 공급량의 0.1 내지 15%로 조절하는 미반응 단량체의 제거 방법.
  25. 제 18 항에 있어서, 스팀 공급 영역으로 유입되는 상기 스팀의 압력을 1.0 bar 이하로 조절하는 것을 추가로 포함하는 미반응 단량체의 제거 방법.
  26. 제 18 항에 있어서, 감압 장치를 이용하여 압력이 2.5 내지 5.0 bar의 저압 스팀을 감압시키고, 상기 감압된 저압 스팀을 탈거탑의 스팀 공급 영역으로 유입시키는 것을 추가로 포함하는 미반응 단량체의 제거 방법.
  27. 제 18 항에 있어서, 스팀 공급 영역은, 제 1 유출부를 포함하며, 탈거된 원료를 상기 제 1 유출부에서 유출시키는 것을 추가로 포함하는 미반응 단량체의 제거 방법.
  28. 제 18 항에 있어서, 원료 공급 영역은, 제 2 유출부를 포함하며, 원료로부터 분리된 미반응 단량체 및 스팀을 포함하는 유출 흐름을 상기 제 2 유출부에서 유출시키는 것을 추가로 포함하는 미반응 단량체의 제거 방법.
  29. 제 28 항에 있어서, 제 2 유출부에서 유출된 흐름 중 스팀을 응축시켜 비응축된 미반응 단량체와 분리하는 것을 추가로 포함하는 미반응 단량체의 제거 방법.
  30. 제 29 항에 있어서, 제 2 유출부에서 유출된 흐름으로부터 분리된 미반응 단량체를 회수하고 재사용하는 것을 추가로 포함하는 미반응 단량체의 제거 방법.
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