WO2021096261A1 - 중합 반응기 - Google Patents

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WO2021096261A1
WO2021096261A1 PCT/KR2020/015920 KR2020015920W WO2021096261A1 WO 2021096261 A1 WO2021096261 A1 WO 2021096261A1 KR 2020015920 W KR2020015920 W KR 2020015920W WO 2021096261 A1 WO2021096261 A1 WO 2021096261A1
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cooling
reaction vessel
polymerization reactor
bent
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안우열
이신범
이혜원
한기도
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한화솔루션 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to a reactor, and in particular to a PVC polymerization reactor.
  • the PVC reactor must be temperature controlled with a deviation of 5°C or less to improve product quality and prevent abnormal polymerization. For this reason, a device capable of removing the heat of reaction generated during polymerization is essential.
  • a reflux condenser (RC) is installed to control the temperature while condensing the VCM vapor.
  • RC reflux condenser
  • a heat removal device such as a cooling baffle is installed inside the reactor to additionally remove heat of polymerization.
  • the cooling baffle installed inside does not have a complicated structure because a scale problem occurs, and it can be installed so that it can also perform the role of a baffle.
  • One aspect of the present invention is to provide a polymerization reactor that effectively removes the heat of reaction and does not cause a slurry pooling phenomenon.
  • the polymerization reactor includes a reaction vessel, a stirring blade installed in the reaction vessel to stir a reactant, and a plurality of cooling baffles disposed at regular intervals along the circumferential direction of the reaction vessel, and a cooling baffle Is installed on the side wall of the reaction vessel, and at least one of the cooling baffles is bent and bent.
  • the cooling baffle may include a horizontal portion coupled to a side wall of the reaction vessel, and a vertical portion coupled in a direction perpendicular to an end of the horizontal portion.
  • the cooling baffle may include a first tube including an inlet through which a fluid is introduced, and a second tube including an outlet through which the fluid is discharged while surrounding the first tube.
  • the horizontal portion may be located below the interface of the reactant.
  • the cooling baffle may include a first group disposed relatively adjacent to the sidewall of the reaction vessel and a second group disposed relatively adjacent to the center of the reaction vessel.
  • Cooling baffles included in the first group may have the same shape, and cooling baffles included in the second group may have the same shape.
  • the cooling baffles included in the first group and the second group may be bent in a direction facing each other, and vertical portions of the first group and the second group may be disposed to face each other.
  • the horizontal portion of the first group may be positioned below the reaction vessel, and the horizontal portion of the second group may be positioned above the reaction vessel.
  • the cooling baffles included in the first group and the second group may have different shapes.
  • the cooling baffle included in one of the first group and the second group may be a bent type, and the cooling baffle included in the other may be a straight line that is not bent.
  • the cooling baffles of the first group may be linear, and the cooling baffles of the second group may be bent.
  • a cooling baffle is installed to effectively remove the heat of reaction when the polymerization reaction proceeds, and high-quality PVC can be produced because the slurry does not accumulate.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a polymerization reactor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing an arrangement of a cooling baffle according to an embodiment of the present invention.
  • 3 and 4 are views schematically showing a polymerization reactor according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing a reactor according to the prior art.
  • FIG. 6 is a block diagram of a cooling baffle of the reactor shown in FIG. 5.
  • FIG. 7 and 8 are views schematically showing a reactor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a polymerization reactor according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a view schematically showing the arrangement of a cooling baffle according to an embodiment of the present invention
  • Figures 3 and 4 It is a diagram schematically showing a polymerization reactor according to another embodiment of the present invention.
  • the polymerization reactor includes a reaction vessel 10 containing a reactant, a cooling baffle 20 installed in the reaction vessel 10, and a stirrer.
  • the reactor may be a material synthesis reactor, for example a polymer polymerization reactor or a multimerization reactor.
  • the reaction vessel includes a space for accommodating a reaction material, and may include a cylindrical side wall S1 and a bottom portion S2, and a cover portion.
  • the reaction vessel 10 may be formed in a double wall structure (not shown), and a fluid for heat exchange may circulate inside the double wall.
  • the stirrer includes a motor 30, a rotating shaft 31, and a stirring blade 32.
  • the rotation shaft 31 is located in the center of the reaction vessel 10 and is connected to the motor 30.
  • the stirring blade 32 is located inside the reaction vessel 10, is coupled to the rotation shaft 31 and rotates by the rotation shaft.
  • the longitudinal direction of the stirring blade may be a radial direction of the reaction vessel.
  • the stirring blade 32 may be provided with a set of stirring blades at one end of the rotation shaft, or may be installed in plurality at regular intervals along the longitudinal direction of the rotation shaft.
  • One set of stirring blades 32 may include at least two stirring blades.
  • Stirring blades can be variously selected for installation positions and numbers according to need.
  • the stirring blade may selectively use a paddle type, a propeller type, and a turbine type according to reaction characteristics.
  • the cooling baffle 20 changes the circumferential flow of the reactant 10 according to the rotation of the stirring blade 31 into an up-down flow to improve mixing of the reactants and effectively remove the heat of reaction, and heat exchange therein. It may be configured as a pipe through which the fluid flows.
  • the cooling baffle 20 is composed of a first pipe 5 having an inlet 2 through which a fluid flows in, and a second pipe 7 having an outlet 3 through which the fluid is discharged while enclosing the first pipe.
  • the fluid flowing into the first tube 5 is discharged through the second tube 7 and the temperature of the reactant is kept constant through heat exchange with the reactant in the reaction vessel 10.
  • the cooling baffles 20 may be installed in plural along the circumferential direction (or inner circumferential surface) of the reaction vessel 10 and may be disposed at a predetermined angle. Three to 36 cooling baffles 20 may be installed at intervals of 20 degrees to 120 degrees. More preferably, 6 to 24 may be installed at intervals of 30 degrees to 60 degrees. At this time, the number of cooling baffles 20 is installed is the number of all cooling baffles 20 that are installed double.
  • the cooling baffle 20 has a bent shape and includes a horizontal portion 21 connected to a side wall of the reaction vessel 10 and a vertical portion 22 connected perpendicularly to an end of the horizontal portion 21. Accordingly, the cooling baffle 20 may have an L-shape in English or a letter or a letter in Korean.
  • the cooling baffles 20 may be disposed one by one (refer to FIGS. 7 and 9) at a certain angle in the circumferential direction, but are not limited thereto, and may be overlapped and disposed in a double manner as in FIG.
  • the cooling baffles 20 relatively adjacent to the sidewall of the reaction vessel 10 are referred to as a first group G1, and the cooling baffles 20 relatively adjacent to the center of the reaction vessel 10 are provided. It is called group 2 (G2).
  • the cooling baffles included in the first group G1 are the same, and the cooling baffles included in the second group G2 are the same, and the cooling baffles of the first group G1 and the second group G2 are the same. May be the same or different.
  • the cooling baffle 20 may have a bent shape in which both the first group G1 and the second group G2 are bent.
  • the vertical portions 22 of the first group G1 and the second group G2 are arranged to face each other. Can be.
  • the horizontal portion 21 of the first group G1 may be positioned under the reaction vessel 10, and the horizontal portion 21 of the second group G2 may be positioned above the reaction vessel 10. .
  • the horizontal portion 21 is preferably located between the interface (SS) and the weld (or TL (tangent line)).
  • the distance between the vertical portion 22 of the first group G1 and the side wall of the reaction vessel 10 is between the vertical portion 22 of the first group G1 and the vertical portion 22 of the second group G2. May be the same as the spacing of.
  • cooling baffle may be formed of different cooling baffles in the first group G1 and the second group G2 as shown in FIGS. 3 and 4.
  • the first group G1 is vertically installed from the bottom of the reaction vessel 10 into the reaction vessel 10, is formed of a straight line 50 that is not bent, and the second group G2 ) Can be made of a bent type.
  • the bending type cooling baffle 20 may have a horizontal portion 21 installed on the upper portion of the reaction vessel 10 and a vertical portion 22 disposed in parallel with the straight type 50.
  • the cooling baffle 20 of the first group G1 may be formed in a bent shape, and the second group G2 may be formed in a straight line 50 that is not bent.
  • a horizontal portion 21 is installed under the reaction vessel 10, and a vertical portion 22 may be disposed in parallel with the straight type 50.
  • the bent cooling baffle is installed on the inner wall of the reaction vessel using a horizontal portion, so that it is easy to attach and detach during repair and replacement.
  • FIG. 5 is a view schematically showing a reactor according to the prior art
  • FIG. 6 is a layout view of a cooling baffle of the reactor shown in FIG. 5.
  • 7 and 8 are views schematically showing a reactor according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is a layout diagram of a cooling baffle of the reactor shown in FIGS. 7 and 8.
  • the operating conditions of the reactor are 1.5 L/D, a reflux condenser is installed, an inner jacket is installed on the side of the reactor, and a spiral baffle is installed at the bottom.
  • the stirrer was a two-stage paddle, and the tip speed was set to 10 m/sec.
  • [Comparative Example] is the reactor shown in Figs. 5 and 6, and a linear cooling baffle is installed at the bottom of the reactor.
  • the cooling baffles of [Comparative Example] can be installed in duplicate, 6 at 60 degree intervals, and a total of 12 cooling baffles are installed.
  • Example 1 is a reactor shown in Figs. 7 and 9, in which a bent cooling baffle is installed on the side wall of the reactor. 12 cooling baffles of [Example 1] may be installed along the inner circumferential surface of the reactor at intervals of 30 degrees.
  • Example 2 is a reactor shown in Figs. 8 and 9, and a bent type of a bent type is installed on the side wall of the reactor 10.
  • 12 cooling baffles of [Example 2] may be installed along the inner circumferential surface of the reactor at intervals of 30 degrees. At this time, the horizontal portion 21 of the cooling baffle is located above the reactor and below the interface.
  • the mixing time of the comparative example is 202 seconds
  • the mixing time of Examples 1 and 2 is 211
  • the difference in the mixing time is about 10 seconds
  • the comparative example and Examples 1 and 2 are almost Similarity could be confirmed. That is, even if the cooling baffles are installed in one ply instead of two as in the embodiment of the present invention, a mixing time similar to that of the two plies can be obtained, so that the same effect can be expected even if the structure of arranging the cooling baffles is simplified compared to the conventional one. have.
  • Example 1 the area ratio was 87%, and the heat exchange area ratio was somewhat reduced compared to the comparative example, but the mixing time was short and the effect of not causing the slurry pooling phenomenon can be obtained.

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 중합 반응기는, 반응 용기, 반응 용기에 설치되어 반응물을 교반 시키는 교반 날개, 반응 용기의 원주 방향을 따라 일정한 간격으로 배치되어 있는 복수의 냉각 배플을 포함하고, 냉각 배플은 반응 용기의 측벽에 설치되며 냉각 배플 중 적어도 하나는 절곡되어 있는 절곡형이다.

Description

중합 반응기
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2019년 11월 15일자 한국 특허 출원 제10-2019-0147042호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 반응기에 관한 것으로, 특히 PVC 중합반응기에 관한 것이다.
PVC 반응기는 5℃ 이하의 편차로 온도 제어를 해야 제품의 품질 향상 및 이상 중합을 방지할 수 있다. 이 때문에 중합 중 발생하는 반응열을 제거할 수 있는 장치가 필수적이다.
그러나 반응기 외부에 설치되는 자켓(jacket)만으로는 중합열을 모두 제거하는 것에 한계가 있다. 자켓을 이용한 제열은 그 면적이 한정적이며, 반응기 본체의 두께 및 재질 때문에 총괄열전달 계수가 낮기 때문이다.
이에 추가적으로 환류 응축기(reflux condenser, RC)를 설치하여 VCM 증기(vapor)를 응축시키면서 온도 제어를 하게 된다. 그러나, RC의 가동을 높이면 계면 위로 떨어지는 차가운 액체량이 증가하기 때문에 PVC 제품의 품질에 악영향을 주게 된다.
따라서, 반응기 내부에 냉각 배플과 같은 제열 장치를 설치하여 중합열을 추가적으로 제거하고 있다. 내부에 설치되는 냉각 배플은 스케일(scale)문제가 발생하기 때문에 구조가 복잡하지 않으며, 배플 역할도 함께 수행할 수 있도록 설치될 수 있다.
이러한 냉각 배플이 계면 위로 도출된 경우 스케일이 야기되어, 가능한 반응 용기의 바닥에 설치하게 되는데, 이는 반응 종료 후 배출시 슬러리(slurry)의 고임 현상이 발생한다.
슬러리가 고일 경우, 반응기 내부에 작업자가 들어가 작업을 해야 하므로 안전 문제 및 작업 시간이 증가하고, 생산성 감소가 발생한다.
본 발명의 일 측면은 반응열을 효과적으로 제거하면서도, 슬러리 고임 현상이 발생하지 않는 중합 반응기를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 중합 반응기는, 반응 용기, 반응 용기에 설치되어 반응물을 교반 시키는 교반 날개, 및 반응 용기의 원주 방향을 따라 일정한 간격으로 배치되어 있는 복수의 냉각 배플을 포함하고, 냉각 배플은 반응 용기의 측벽에 설치되며 냉각 배플 중 적어도 하나는 절곡되어 있는 절곡형이다.
상기 냉각 배플은 반응 용기의 측벽에 결합되는 수평부, 및 수평부의 단부에 수직한 방향으로 연결된 수직부를 포함할 수 있다.
상기 냉각 배플은 유체가 유입되는 유입구를 포함하는 제1 관, 및 제1 관을 감싸며 유체가 배출되는 배출구를 포함하는 제2 관을 포함할 수 있다.
상기 수평부는 반응물의 계면아래에 위치할 수 있다.
상기 냉각 배플은 상대적으로 반응 용기의 측벽과 인접하게 배치된 제1 그룹과 상대적으로 반응 용기의 중심과 인접하게 배치된 제2 그룹을 포함할 수 있다.
상기 제1 그룹에 포함된 냉각 배플들은 동일한 형태를 가지고, 제2 그룹에 포함된 냉각 배플들은 동일한 형태를 가질 수 있다.
상기 제1 그룹과 제2 그룹에 포함된 냉각 배플들은 서로 마주하는 방향으로 절곡되어 있으며, 제1 그룹과 제2 그룹의 수직부는 서로 마주하도록 배치될 수 있다.
상기 제1 그룹의 수평부는 반응 용기의 하부에 위치하고, 제2 그룹의 수평부는 반응 용기의 상부에 위치할 수 있다.
상기 제1 그룹과 제2 그룹에 포함된 냉각 배플은 서로 다른 형태를 가질 수 있다.
상기 제1 그룹과 제2 그룹 중 어느 하나에 포함된 냉각 배플은 절곡형이고, 나머지 하나에 포함된 냉각 배플은 절곡되지 않은 직선형일 수 있다.
상기 제1 그룹의 냉각 배플은 직선형이고, 제2 그룹의 냉각 배플은 절곡형일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 냉각 배플을 설치하여, 중합 반응을 진행하면 반응열을 효과적으로 제거하면서도, 슬러리 고임 현상이 발생하지 않아 고품질의 PVC를 생산할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중합 반응기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 배플의 배치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 중합 반응기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 종래 기술에 따른 반응기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 도 5에 도시한 반응기의 냉각 배플 배치도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9는 도 7 및 8에 도시한 반응기의 냉각 배플 배치도이다.
도 10은 본 발명과 종래 기술에 따른 반응기에서, 상부 계면 근처에서의 혼합 정도를 측정한 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"된 것도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해서 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중합 반응기를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 배플의 배치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3 및 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 중합 반응기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 중합 반응기는 반응물을 담는 반응 용기(10), 반응 용기(10) 내에 설치되는 냉각 배플(20), 교반기를 포함한다.
반응기는 물질의 합성 반응기일 수 있으며, 예를 들어 고분자 중합 반응기 또는 다량화 반응기 일 수 있다.
반응 용기는 반응 물질을 수용하기 위한 공간을 포함하며, 원통형의 측벽(S1)과 바닥부(S2) 및 덮개부를 포함할 수 있다. 반응 용기(10)는 이중벽 구조(도시하지 않음)로 형성될 수 있으며, 이중벽 내부로 열교환을 위한 유체가 순환될 수 있다.
교반기는 모터(30), 회전축(31), 교반 날개(32)를 포함한다. 회전축(31)은 반응 용기(10)의 중앙에 위치하며 모터(30)와 연결되어 있다. 교반 날개(32)는 반응 용기(10)의 내부에 위치하며, 회전축(31)에 결합되어 회전축에 의해서 회전한다. 교반 날개의 길이 방향은 반응 용기의 반경 방향일 수 있다.
교반 날개(32)는 회전축의 일단에 한 세트의 교반 날개가 설치되거나, 회전축의 길이 방향을 따라 일정한 간격을 두고 복수로 설치될 수 있다. 한 세트의 교반 날개(32)는 적어도 두 개의 교반 날개를 포함할 수 있다. 교반 날개는 필요에 따라서 설치 위치 및 개수는 다양하게 선택될 수 있다.
교반 날개는 반응 특성에 따라서 패들(paddle) 타입, 프로펠러(propeller) 타입 및 터빈(turbine) 타입을 선택적으로 사용할 수 있다.
냉각 배플(20)은 교반 날개(31)의 회전에 따른 반응물(10)의 원주 방향 흐름을 상하 방향 흐름으로 바꾸어 반응물의 혼합을 양호하게 하며, 반응열을 효과적으로 제거하기 위한 것으로, 그 내부에 열교환을 위한 유체가 흐르는 배관으로 구성될 수 있다.
냉각 배플(20)은 유체가 유입되는 유입구(2)를 가지는 제1 관(5)과 제1 관을 감싸며 유체가 배출되는 배출구(3)를 가지는 제2 관(7)으로 이루어진다.
제1 관(5)으로 유입된 유체는 제2 관(7)을 통해서 배출되고, 반응 용기 내(10)의 반응물과 열교환을 통해 반응물의 온도를 일정하게 유지시켜준다.
냉각 배플(20)은 반응 용기(10)의 원주 방향(또는 내주면)을 따라 복수로 설치될 수 있으며, 일정한 각도를 두고 배치될 수 있다. 냉각 배플(20)은 20도 내지 120도의 간격으로 3개 내지 36개가 설치될 수 있다. 더욱 바람직하게는 30도 내지 60도의 간격으로 6개 내지 24개가 설치될 수 있다. 이때, 냉각 배플(20)이 설치되는 개수는 이중으로 설치되는 모든 냉각 배플(20)의 개수이다.
냉각 배플(20)은 절곡된 형태로, 반응 용기(10)의 측벽에 연결된 수평부(21)와 수평부(21)의 단부에 수직하게 연결된 수직부(22)를 포함한다. 따라서, 냉각 배플(20)은 영어의 L자 또는 한글의 ㄴ자 또는 ㄱ자 형태를 가질 수 있다.
냉각 배플(20)은 원주 방향으로 일정한 각도를 두고 1개씩 배치(도 7 및 도 9참조)될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 도 1에서와 같이 중첩하여 이중으로 배치될 수 있다.
설명의 편의상 이하에서는, 상대적으로 반응 용기(10)의 측벽과 인접한 냉각 배플(20)들을 제1 그룹(G1)이라 하고, 상대적으로 반응 용기(10)의 중심과 인접한 냉각 배플(20)들을 제2 그룹(G2)이라 한다.
제1 그룹(G1)에 포함된 냉각 배플들의 형태는 동일하며, 제2 그룹(G2)에 포함된 냉각 배플들의 형태도 동일하고, 제1 그룹(G1)과 제2 그룹(G2)의 냉각 배플의 형태는 같거나 다를 수 있다.
냉각 배플(20)은 도 1에서와 같이, 제1 그룹(G1) 및 제2 그룹(G2)이 모두 절곡된 형태의 절곡형으로 이루어질 수 있다.
도 1에서와 같이 제1 그룹(G1) 및 제2 그룹(G2)을 절곡형으로 배치할 경우, 제1 그룹(G1)과 제2 그룹(G2)의 수직부(22)는 서로 마주하도록 배치될 수 있다.
따라서, 제1 그룹(G1)의 수평부(21)는 반응 용기(10)의 하부에 위치하고, 제2 그룹(G2)의 수평부(21)는 반응 용기(10)의 상부에 위치할 수 있다. 이때, 수평부(21)는 계면(SS)과 용접부(또는 TL(tangent line))사이에 위치하는 것이 바람직하다.
제1 그룹(G1)의 수직부(22)와 반응 용기(10)의 측벽 사이의 간격은 제1 그룹(G1)의 수직부(22)와 제2 그룹(G2)의 수직부(22) 사이의 간격과 동일할 수 있다.
물론, 냉각 배플은 도 3 및 도 4에서와 같이 제1 그룹(G1) 및 제2 그룹(G2)이 서로 다른 냉각 배플로 이루어질 수 있다.
도 3에서와 같이, 제1 그룹(G1)은 반응 용기(10)의 바닥부로부터 반응 용기(10) 내부로 수직하게 설치되며, 절곡되지 않은 직선형(50)으로 이루어지고, 제2 그룹(G2)은 절곡형으로 이루어질 수 있다. 이때, 절곡형 냉각 배플(20)은 반응 용기(10)의 상부에 수평부(21)가 설치되고, 직선형(50)과 나란하도록 수직부(22)가 배치될 수 있다.
그리고, 도 4서와 같이, 제1 그룹(G1)의 냉각 배플(20)은 절곡형으로 이루어지고, 제2 그룹(G2)은 절곡되지 않은 직선형(50)으로 이루어질 수 있다. 이때, 절곡형은 반응 용기(10)의 하부에 수평부(21)가 설치되고, 직선형(50)과 나란하도록 수직부(22)가 배치될 수 있다.
본 발명에서와 같이, 절곡된 형태의 냉각 배플은 수평부를 이용하여 반응 용기의 내벽에 설치함으로써, 수리 및 교체시 탈부착이 용이하다.
또한, 본 발명에서와 같이 절곡된 형태로 반응 용기의 측벽에 설치함으로써, 반응 후 슬러리를 배출시킬 때, 슬러리의 레벨이 낮아지더라도 냉각 배플로 인한 턱에 슬러리가 걸리지 않고 반응기의 하부 경사면을 따라서 용이하게 배출된다.
이하에서는 본 발명과 종래 기술에 따른 반응기를 이용하여 실험한 결과를 설명한다.
도 5는 종래 기술에 따른 반응기를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 6은 도 5에 도시한 반응기의 냉각 배플 배치도이다. 도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 9는 도 7 및 8에 도시한 반응기의 냉각 배플 배치도이다.
종래 기술에 따른 [비교예]와 본 발명에 따른 [실시예 1]과 [실시예 2]는 동일한 중합 반응기로, 운전 조건은 동일하며 냉각 배플의 배치 및 형태가 다르다.
운전 조건은 반응기의 L/D는 1.5이고, 환류 응축기가 설치되어 있으며, 반응기 옆면에는 이너자켓(inner jacket)이 설치되고, 하부에는 나선형 배플(spiral baffle)이 설치되어 있다. 그리고, 교반기는 2단 패들(paddle)이며, 팁 스피드(tip speed)는 10m/sec으로 설정하였다.
[비교예]는 도 5 및 도 6에 도시한 반응기로, 직선형의 냉각 배플이 반응기 바닥부에 설치되어 있다. [비교예]의 냉각 배플은 60도 간격으로 6개씩, 2중으로 설치될 수 있으며, 총 12개의 냉각 배플이 설치되었다.
[실시예 1]은 도 7 및 9에 도시한 반응기로, 절곡된 형태의 냉각 배플이 반응기의 측벽에 설치되어 있다. [실시예 1]의 냉각 배플은 30도 간격으로 12개가 반응기의 내주면을 따라서 설치될 수 있다.
[실시예 2]는 도 8 및 9에 도시한 반응기로, 절곡된 형태의 절곡형이 반응기(10)의 측벽에 설치되어 있다. [실시예 2]의 냉각 배플은 30도 간격으로 12개가 반응기의 내주면을 따라서 설치될 수 있다. 이때, 냉각 배플의 수평부(21)는 반응기의 상부에 위치하며, 계면보다 아래에 위치한다.
도 10은 본 발명과 종래 기술에 따른 반응기에서, 상부 계면 근처에서의 혼합 정도를 측정한 그래프이다.
혼합 시간은, 반응기 내에서 상부 계면으로부터 바닥으로 가면서 3등분을 하고 이를 각각 상부, 중부 및 하부라 할때, 각각의 영역에서 사용자 지정 수치(user define scalar) 값의 편차가 1e-05가 되기까지의 시간이다.
도 10을 참조하면, 실시예 1 및 2의 경우 비교예보다 피크도 적고, 빠른 시간에 안정화가 되는 것을 알 수 있다.
하기의 [표 1]은 도 10에 도시한 비교예, 실시예 1 및 2의 혼합 시간을 측정하여 기록한 표이다.
비교예 실시예1 실시예2
mixing time (sec) 202 211
[표 1]을 참조하면, 비교예의 혼합 시간은 202초이고, 실시예 1 및 실시예 2의 혼합 시간은 211로, 혼합 시간의 차이가 10초 정도로, 비교예와 실시예 1 및 2가 거의 유사함을 확인할 수 있었다. 즉, 본 발명의 실시예에서와 같이 냉각 배플을 2겹이 아닌 1겹으로 설치하더라도 2겹과 유사한 혼합 시간을 얻을 수 있으므로, 종래보다 냉각 배플을 배치하는 구조가 단순해지더라도 동일한 효과를 기대할 수 있다.
하기의 [표 2]는 도 10에 도시한 비교예, 실시예 1 및 2의 냉각 배플의 열교환 면적비를 기록한 표이다.
비교예 실시예1 실시예2
cooling baffle 열교환 면적비
(비교예 1 대비)		 100% 87% 97%
[표 2]를 참조하면, 비교예의 면적을 기준인 100%로 할 때, 실시예 2의 열교환 면적비가 97%로 기존 대비 열효환 면적이 그대로 유지되는 것을 알 수 있다.
실시예 1은 면적비가 87%로 비교예보다 열교환 면적비가 다소 줄긴 하였으나, 혼합 시간이 짧으며 슬러리 고임 현상이 발생하지 않는 효과를 얻을 수 있다.
이처럼 실시예 1 및 2는 절곡된 형태의 냉각 배플을 설치할 때, 이중으로 설치하지 않고 제1 그룹만으로 배치하더라도, 비교예에서 이중으로 설치하는 것과 비교하여 열교환 면적을 일정 수준을 유지시킬 수 있다. 따라서, 냉각 배플을 이중으로 설치함으로써 발생하는 설치 및 교체 작업을 줄일 수 있다.
또한, 실시예 1 및 2는 비교예보다 혼합 효율이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이는 슬러리 고임 현상이 제거되어, 논폴리타임(non-poly time)이 줄고 따라서 생산량을 증가시킬 수 있으며, 슬러리의 고착이 없어 PVC 품질을 향상시킬 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

Claims (11)

  1. 반응 용기,
    상기 반응 용기에 설치되어 반응물을 교반 시키는 교반 날개, 및
    상기 반응 용기의 원주 방향을 따라 일정한 간격으로 배치되어 있는 복수의 냉각 배플
    을 포함하고,
    상기 냉각 배플은 상기 반응 용기의 측벽에 설치되며 상기 냉각 배플 중 적어도 하나는 절곡되어 있는 절곡형인 중합 반응기.
  2. 제1항에서,
    상기 냉각 배플은 상기 반응 용기의 측벽에 결합되는 수평부, 및 상기 수평부의 단부에 수직한 방향으로 연결된 수직부
    를 포함하는 중합 반응기.
  3. 제2항에서,
    상기 냉각 배플은 유체가 유입되는 유입구를 포함하는 제1 관, 및 상기 제1 관을 감싸며 상기 유체가 배출되는 배출구를 포함하는 제2 관을 포함하는
    중합 반응기.
  4. 제2항에서,
    상기 수평부는 상기 반응물의 계면 아래에 위치하는 중합 반응기.
  5. 제2항에서,
    상기 냉각 배플은 상대적으로 상기 반응 용기의 측벽과 인접하게 배치된 제1 그룹과 상대적으로 상기 반응 용기의 중심과 인접하게 배치된 제2 그룹
    을 포함하는 중합 반응기.
  6. 제5항에서,
    상기 제1 그룹에 포함된 상기 냉각 배플들은 동일한 형태를 가지고,
    상기 제2 그룹에 포함된 상기 냉각 배플들은 동일한 형태를 가지는 중합 반응기.
  7. 제6항에서,
    상기 제1 그룹과 상기 제2 그룹에 포함된 상기 냉각 배플들은 서로 마주하는 방향으로 절곡되어 있으며,
    상기 제1 그룹과 상기 제2 그룹의 상기 수직부는 서로 마주하도록 배치되어 있는 중합 반응기.
  8. 제7항에서,
    상기 제1 그룹의 수평부는 상기 반응 용기의 하부에 위치하고, 상기 제2 그룹의 수평부는 상기 반응 용기의 상부에 위치하는 중합 반응기.
  9. 제6항에서,
    상기 제1 그룹과 상기 제2 그룹에 포함된 상기 냉각 배플은 서로 다른 형태를 가지는 중합 반응기.
  10. 제9항에서,
    상기 제1 그룹과 상기 제2 그룹 중 어느 하나에 포함된 상기 냉각 배플은 절곡형이고,
    나머지 하나에 포함된 상기 냉각 배플은 절곡되지 않은 직선형인 중합 반응기.
  11. 제10항에서,
    상기 제1 그룹의 상기 냉각 배플은 직선형이고,
    상기 제2 그룹의 상기 냉각 배플은 절곡형인 중합 반응기.
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