KR20060135953A - 수직 회전 유동층 촉매 중합 수단 - Google Patents

수직 회전 유동층 촉매 중합 수단 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 유동층에서의 촉매 중합 수단에서는, 반응 유체가 원통형 반응기(2)의 측벽(3)을 따라 분포되어 있는 개구(7)를 통해 접선 방향으로 주입되고, 중앙 스택(8)을 따라 분포된 개구(9)를 통해 제거되는데, 이는 폴리머 입자를 충분히 빠르게 회전시켜, 원심력이 반응기의 벽을 따라 마련되어 있는 고정된 나선형 권취부(13)의 연속 세트를 향하여 상기 폴리머 입자를 밀어붙이고, 이 폴리머 입자가 나선형 권취부의 벽을 따라 상승하며, 중앙 스택에 들어가는 일 없이 나선형 권취부의 가장자리를 따라 낙하할 수 있게 하기 위한 것이다.

Description

수직 회전 유동층 촉매 중합 수단{ROTARY VERTICAL FLUIDIZED BED CATALYTIC POLYMERIZATION METHOD}
본 발명은, 기상 혹은 액상의 반응 유체를 원통형 반응기의 측벽으로부터 혹은 이 측벽을 따라 마련된 내부 통로로부터 중앙 스택을 향하여 접선 방향으로 주입하는 것을 통해 반응기 내에서 반응기의 대칭축을 중심으로 회전하는 유동층의 촉매 중합으로서, 상기 중앙 스택은 반응기를 그 일단부로부터 타단부까지 관통하는 것이고, 상기 중앙 스택에는 균일 분포된 개구가 마련되어 있으며, 이 개구를 통해 상기 유체가 제거되는 것인 유동층의 촉매 중합에 관한 것이다.
촉매 시스템의 존재하에서 형성된 폴리머 입자가 교반기를 사용하지 않고도 반응 유체의 혼합물의 상향 이동에 의해 유체 상태로 유지되는 유동층 반응기에 있어서, 중합될 단량체(들)를 함유하는 기상 혹은 액상의 반응 유체의 혼합물을 중합하는 것은 잘 알려져 있다. 상기 반응 유체의 혼합물이 반응기를 나가기 이전에 상기 폴리머 입자로부터 분리되어 거의 수평한 분리 표면의 경계를 형성하는 경우, 상기 반응 유체의 혼합물은 반응기의 상부를 통해서 대부분 기체 형태로 빠져나가고, 리사이클 장치에서 적절한 처리를 받은 이후에 대개 반응기의 바닥에 액체 또는 기체 형태로 리사이클된다.
본 발명에 있어서, 반응 유체의 혼합물은 수직 원통형 반응기의 수평 섹션에서 회전에 의해 상기 반응기의 측벽으로부터 중앙 스택의 개구를 향하여 이동되는데, 상기 혼합물은 상기 원통형 반응기의 수평 섹션에서 상기 측벽에 대하여 대략 수평 방향 및 접선 방향으로 주입되고, 상기 중앙 스택은 복수 개의 제거 관을 포함하며, 이들 제거 관은 반응 유체의 혼합물의 서로 다른 조성 및/또는 온도를 반응기의 여러 섹션 또는 영역에서 유지시키기 위하여 반응기의 여러 섹션을 통과하는 반응 유체의 여러 혼합물을 개별적으로 독립 정화 및 리사이클 장치를 향해 제거하기 위한 것이다.
본 발명에 있어서, 수직 반응기는 그 일단부로부터 타단부까지 고정 마련된 나선형 권취부의 연속 세트를 포함하는데, 이 나선형 권취부는 중앙 스택을 소정 간격을 두고 둘러싸고 있으며, 반응기의 측벽에 고정되어 있거나 혹은 반응기의 측벽으로부터 짧은 간격을 두고 고정되어 있고, 이로써 반응 유체의 혼합물의 회전에 의해 이동되어 나선형 권취부의 벽 사이에서 회전하는 폴리머 입자가 상향 반출된다. 그 후, 폴리머 입자는 나선형 권취부의 벽의 각 측에 있는 자유 공간에 중력에 의해 낙하한다.
반응기의 원통형 측벽과 거의 원통형인 분리 표면과의 사이에 위치하고, 나선형 권취부의 연속 세트와 중앙 스택과의 사이에 위치하는 수직방향의 유동층에서, 폴리머 입자는 원심력과 나선형 권취부에 의해 구속을 받으며, 이에 의해 나선형 권취부의 벽 사이에서 상승하고 이들 벽의 양측에서 낙하하여 나선형 경로를 따라 이동하며, 이에 의해 반응기의 여러 영역으로부터 제거되기 이전에 반응기의 여러 영역을 수 회 통과하고, 이에 의해 반응기의 여러 영역에 균일한 쌍봉 또는 다봉 조성을 제공한다.
상기 나선형 권취부의 제1 연속 세트에 동심이고 반대 방향으로 배향되어 있는 고정된 나선형 권취부의 제2 연속 세트가 중력을 대신하는 경우, 반응기는 수평일 수 있다. 이에 의해, 폴리머 입자는 나선형 권취부 중 어느 하나의 연속 세트의 영향을 받아 우측으로부터 좌측으로 이동하고, 다른 연속 세트의 영향을 받아 좌측으로부터 우측으로 이동한다. 원심력이 중력보다 상당히 커야하기 때문에, 입자의 회전 속도가 충분히 커야 한다.
본 발명에 있어서, 원심력은 반응 유체의 혼합물이 유동층을 빠른 속도로 통과하게 만들기에 적합한데, 상기 속도는 유동층에서 중력에 의해서만 얻어질 수 있는 속도에 비해 빠른 것이다. 또한, 상기 원심력은 폴리머 입자의 밀도에 가까운 밀도를 갖는 유체를 사용하기에 적합한 것이며, 상기 유동층의 거의 원통형 형상은, 유동층의 면적 대 두께의 비를 통상의 유동층에서 얻어지는 것보다 한 단계 더 높은 것으로 확보하기에 적합한 것이다. 이는 반응 유체가 유동층에서 잔류하는 시간을 단축시키고, 이에 의해 폴리머 입자의 양호한 온도 제어 및 높은 냉각 성능을 확보하는데 기여한다. 이로써, 폴리머 입자의 반응기에서의 잔류 시간이 비교적 짧은 경우에도 높은 중합율이 얻어질 수 있도록, 매우 활성인 촉매 시스템과 농축된 반응 유체의 혼합물을 사용하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명에 따른 수직 원통형 반응기의 반단면도.
도 2a는 반응기 안으로 유체를 급송하는 장치가 주입관으로 마련되어 있는 반응기의 중앙 부분의 단면도.
도 2b는 도 2a와 동일한 반응기의 동일 부분에 있어서 상향류 나선형 권취부와, 유체 제거 장치를 보여주는 도면.
도 3은 인서트의 위에 위치하는 3개의 하부 플레어형 원뿔 노즐과, 인서트의 아래에 위치하는 3개의 상부 곡선형 원뿔 노즐의 투시도.
도 4a는 개구(9)가 형성되어 있고 서로 끼워 맞춰지는 원통형 노즐(46)로 구성되는 다른 유체 제거 장치의 중앙 부분을 평면 BB'를 따라 취한 수직 단면도이고, 도 4b는 평면 AA'를 따라 취한 수평 단면도.
도 5는 유체 제거 장치의 다른 모델의 수직 단면을 보여주는 투시도.
도 6은 상향류 나선형 권취부가 비어 있고 이들 권취부가 서로 연결되어 상향류 나선형 통로를 형성하고 있는 반응기의 전이 영역의 일부분을 보여주는 개략적인 단면도.
도 7은 배플로부터 얻어지는 입자 유동의 특성을 간략히 보여주는 도면.
도 8은 좌측에 반응기의 상부, 중앙 및 하부 섹션의 반단면과 이 반응기의 원통형 대칭축을 보여주는 도면.
도 9는 상향류 나선형 권취부와, 주입관이 마련된 하향류 나선형 통로의 내벽을 360°전개한 것을, 반응기의 중앙 부분의 측벽에 투영하여 보여주는 도면.
도 10은 3개의 반응 영역에 있어서 입자의 유동을 보여주는 도면.
도 11은 상부 영역으로부터 나온 폴리머 입자가 하부 영역에 들어가기 전에 이 폴리머 입자로부터 공단량체를 탈거하는 방법과, 유동의 평형을 보여주기 위해, 유입관에 의해 급송이 이루어지는 단 2개의 섹션으로 범위를 좁혀서 반응기의 중앙 영역을 보여주는 확대도.
도 12는 도 8에 도시된 것과 동일한 반응기로서, 공단량체 보다 가벼운 액체 희석제를 급송하는 중앙 급송관이 중앙 스택의 주 하부에 추가되어 있고, 상기 중앙 급송관이 상기 액체 희석제의 미세한 방울을 유동층에 분사하는 주입관에 연결되어 있는 반응기를 보여주는 도면.
도 13은 입자를 좌측으로부터 우측으로 이동시키는 제1 나선형 권취부의 연속 세트와, 입자를 우측으로부터 좌측으로 이동시키는 제2 나선형 권취부의 연속 세트에 의해 일측이 연장되어 있는 나선형 통로를 포함하는, 수평 반응기의 하부 단면을 보여주는 도면.
도 1은 촉매 시스템의 존재하에서 기상 혹은 액상 반응 유체의 혼합물에 있는 부유 상태의 입자를 중합하는 역할을 하는 수직 원통형 반응기의 반단면도이다. 이 도면은 반응기(2)의 측벽과 원통형 대칭축(1)의 단면을 보여준다.
반응 유체의 혼합물 주입용 장치는, 반응기의 측면을 따라 짧은 간격을 두고 마련되어 있고 다수의 구멍(4)이 형성되어 있는 실린더(3)로서 그 단면이 도시되어 있다. 이 실린더와 반응기의 벽 사이의 공간은 환형 파티션(5)에 의해 수 개의 섹션으로 분할되어 있으며, 이 공간에는 가압된 반응 유체의 혼합물이 유입관(6)을 통해 급송된다. 상기 반응 유체의 혼합물은, 상기 다수의 구멍이 형성된 실린더를 관통하는 다수의 주입관을 통해 상기 반응기의 벽에 대하여 거의 수직 및 접선 방향으로 상기 반응기에 주입되는데, 상기 실린더의 유출구(7)는 실린더의 후면측 표면으로부터 돌출하는 것으로 도시되어 있다. 주입은 좌측으로부터 우측으로 향하는 화살표의 방향으로 이루어진다.
반응 유체의 혼합물 제거용 장치는, 반응기의 대칭축(1)을 중심으로 하여 반응기를 상측으로부터 바닥까지 관통하는 중앙 노즐(8)로서 도시되어 있으며, 이 중앙 노즐은 다수의 개구(9)를 포함하고, 이 개구는 상기 반응기에서 빠르게 회전하는 유체의 진입을 돕고 상기 유체를 이 중앙 노즐의 유출구를 향해 안내하도록 프로파일이 형성되어 있으며 중앙 노즐의 표면을 따라 균일하게 분포되어 있다. 상기 중앙 노즐은 단면으로 도시된 파티션(10)에 의해 분할되어 있는데, 이 파티션은 주 유출관(8.1 및 8.2)과 내측 유출관(11)을 매개로 하여 외부로 연결되는 독립 영역의 경계를 형성한다. 상기 주 유출관과 내측 유출관은 냉각, 정화 및/또는 분리 장치(12)에 연결되어 있고, 이 장치로부터 상기 유체는 유입관(6)을 통해 리사이클되며, 이 유입관은 이렇게 리사이클되는 유체가 나오는 중앙 노즐의 영역과 대체로 동일한 레벨에 위치하는 반응기 영역에 급송을 행한다. 이러한 방식으로, 유체는 반응기의 거의 수평한 섹션 내부로 이동하여, 이들 유체가 여러 영역 사이에서 섞이는 것을 제한한다.
나선형 권취부(13)의 연속 세트(상세히 도시됨)는, 패스너(도시 생략)를 통해 반응기(2)에 고정되어 있고, 상기 다수의 구멍이 형성된 실린더(3)와 상기 중앙 노즐(8)과의 사이에 있는 원통형 공간에서 반응기를 상측으로부터 하향 통과하므로, 상기 나선형 권취부의 상향 방향으로 빠르게 회전하는 상기 유체는 상기 나선형 권취부(반응기의 상측을 향하는 상향류 나선형 채널이라 함)의 벽 사이에 마련된 나선형 공간에 위치하는 폴리머 입자를 반출한다.
원심력은 상기 폴리머 입자를 상기 다수의 구멍이 형성된 실린더의 벽을 향하여 밀어낸다. 상기 나선형 권취부의 연속 세트와 상기 다수의 구멍이 형성된 실린더와의 사이에 있고 비교적 얇은 원통형의 자유 공간(자유 측면 공간이라 함)은, 상기 상향류 나선형 채널에서 상승한 상기 폴리머 입자가 중력에 의해 그리고 원심력의 영향을 받아 반응기의 바닥으로 낙하할 수 있게 한다.
상기 상향류 나선형 채널에 있어서 상기 폴리머 입자의 회전 속도와 그에 따른 상향 유량이 충분히 큰 경우, 상기 얇은 공간은 상기 폴리머 입자 모두가 그 안으로 낙하할 수 있게 하기에는 충분하지 못하다. 이 경우에, 상기 유체에 있는 부유 상태의 입자는 유동층의 표면이 상기 원통형의 자유 공간(자유 중앙 공간이라 함)에 도달할 때까지 상기 상향류 나선형 채널 내에 축적될 것인데, 상기 자유 중앙 공간은 상기 중앙 노즐과 상기 나선형 권취부의 세트와의 사이에 위치하는 비교적 넓은 것으로서, 상기 입자의 나머지가 반응기의 바닥으로 낙하할 수 있게 하고, 상기 상향류 나선형 채널에서 회전하여 그 채널 안에서 약간 상승한 유체가 중앙 노즐의 소정 레벨의 영역, 즉 상기 유체가 이용하는 입구에 거의 대응하는 레벨의 영역으로 낙하할 수 있게 한다.
나선형 권취부는 그 폭(14)(상기 상향류 나선형 채널의 폭도 이에 대응함)에 의해, 상기 자유 중앙 공간의 폭(15)과 측면 공간의 폭(16)에 의해, 그리고 나선형 권취부의 피치(17) 및 이들 나선형 권취부 서로 간의 높이(18)(상향류 나선형 채널의 높이에 대응함)에 의해서도 특징 지워진다. 나선형 권취부의 피치(17)가 나선형 권취부 사이의 간격(18)과 동일한 경우, 상기 나선형 권취부의 연속 세트는 연속적으로 고정된 나선형 곡선부를 형성할 수 있다.
도 1에서, 나선형 권취부의 피치(17)는 상향류 나선형 채널의 높이(18)보다 작다. 폴리머 입자는 하나의 권취부로부터 그보다 상위의 권취부에 이르기 이전에 평균적으로 상향류 나선형 채널의 높이 대 나선형 권취부의 피치와 동일한 수의 회전을 이루어야 한다. 또한, 나선형 권취부의 피치는 상향류 나선형 채널의 높이보다 클 수 있고, 나선형 권취부의 치수는 서로 다를 수 있다. 소정의 권취부를 반응기의 상측에 이르기까지 회전시키면, 이 소정의 권취부는 다른 권취부를 제거하지 않고도 교체될 수 있다.
중합 촉매 또는 중합 촉매 시스템을 반응기 안으로 도입하기 위하여 하나 이상의 급송 장치(19)를 사용하고, 상기 유체에서 부유 상태의 폴리머 입자를 제거하기 위하여 상기 반응기의 바닥 또는 상기 반응기를 따라 임의의 장소에 마련되어 있는 하나 이상의 개구(20)를 사용할 수 있다.
자유 중앙 공간은 충분히 넓어야 하고, 유체의 반응기로의 주입 속도는 유체와 이 유체에 의해 반출되는 입자를 충분히 높은 회전 속도로 회전시키기에 충분하여야 하는데, 이는 상기 유체가 중앙 노즐에 들어가기 전에 원심력이 상기 입자와 상기 유체를 완전히 분리시켜, 분리 표면이 자유 중앙 공간에 위치하는 유동층을 중앙 노즐과 상기 나선형 권취부의 세트와의 사이에 형성하기 때문이다. 폴리머 입자가 중력과 원심력의 작용을 함께 받아 상기 권취부의 내측 가장자리를 따라 떨어지기 때문에, 자유 중앙 공간의 거의 원통형 형상은 나선형의 파형부에 의해 왜곡된다. 이에 의해, 입자는 상향류 나선형 채널 내의 나선형 경로를 따라 상향 이동하고, 자유 중앙 공간 및 측면 공간 내의 경로를 따라 하향 이동한다.
유체에 있어서 부유 상태의 폴리머 입자의 특성이 향상된 경우, 유동층의 분리 표면은 중앙 노즐에 접근하고 폴리머 입자를 반출할 우려가 있다. 이를 방지하기 위해, 폴리머 입자 검출기(21)는 유동층의 표면을 중앙 노즐로부터 충분한 거리에 유지하도록 상기 유체에 있어서 부유 상태의 입자의 유출 유량을 조정하는 역할을 한다.
전술한 장치는, 반응기의 여러 영역에서 서로 다른 온도 및 조성을 유지하고 그에 따른 서로 다른 중합 조건을 유지하기 위하여 유체의 혼합물을 리사이클시키는 수 개의 별도의 회로를 설치하기에 적합하다. 형성시 폴리머 입자의 잔류 시간이 폴리머 입자가 반응기를 떠나기 이전에 반응기를 바닥으로부터 위로 그리고 위로부터 아래로 수 회 통과하기에 충분한 시간인 경우, 폴리머 입자는 비교적 균일한 쌍봉 혹은 다봉 조성을 가질 것이다.
또한, 도 1은 선택된 영역의 반응기에 액체를 분사하는 인젝터(23)에 연결되는 급송관(22)을 중앙 노즐에 삽입할 수 있음을 보여준다.
유체의 급송 및 제거 장치와 나선형 권취부는 다양한 형상 및 치수를 가질 수 있다. 도 2 내지 도 6은 함께 사용 가능한 여러 예를 보여준다.
도 2a는 반응기 안으로 유체를 급송하는 장치가 주입관(7)으로 마련되어 있는 반응기(2)의 중앙 부분의 단면도로서, 상기 주입관은 반응기의 측벽에 맞닿아 있는 나선형 통로(24 및 25)를 따라 균일하게 분포되어 있고, 상기 나선형 통로는 상향류 나선형 권취부의 연속 세트에 대하여 반대 방향으로 권취되어 있는 경우에 하향류 나선형 통로라 하며, 도 2b는 동일한 반응기(2)의 동일한 부분에 있어서 다양한 치수의 상향류 나선형 권취부(13)와, 서로 끼워 맞춰지는 복수 개의 플레어형 혹은 곡선형 원뿔 노즐로 구성되는 유체 제거 장치를 보여주고, 이 원뿔 노즐은 도면 부호 31 및 32에서는 온전히 도시되어 있으며, 도면 부호 33 및 34에서는 단면으로 도시되어 있다.
전체적으로 볼 수 있는 하향류 나선형 통로의 3개의 상측 권취부는, 반응기의 전면 측에 맞닿도록 위치하는 측면(25)이 도시되어 있는 반면에, 상기 나선형 통로의 나머지 권취부 중 후면 측에 위치하는 부분에만 상기 나선형 통로의 내측면(24)과 중공형부(26)가 도시되어 있다. 이러한 나선형 통로에는 이 도면에서 이 통로의 3/2 권취부 마다 배치되어 있는 유입관(6)을 통하여 급송이 이루어진다.
하향류 나선형 통로가 차지하는 체적을 최소화하여 유동층이 이용 가능한 공간을 증대시키기 위해, 하향류 나선형 통로의 높이를 그 폭에 비례하여 다르게 한다. 유입관에 대향 위치하는 것이 최대 높이의 것(27)이고, 유입관 사이의 중간 지점에 위치하는 것이 최소 높이의 것(28)이며, 이 경우 통로 내에서의 유체의 흐름이 실질상 존재하지 않는다. 통로의 폭(29)은 일정하고, 또한 권취부와 통로(하향류 나선형 채널이라 함) 사이에서 나선형 자유 공간의 높이(30)도 일정하다.
원뿔 노즐(31 내지 34)은 내측 유출관(11) 둘레에, 혹은 내측 유출관의 플레어형 원뿔 단부(35)나 곡선형 원뿔 단부(36)에 고정되어 있다. 이들 원뿔 노즐은 이들 노즐 둘레에서 회전하는 유체를 반응기의 유출구를 향해 안내하고 이 유체의 균일한 분배를 보장하도록 핀(fin)(도시 생략)에 의해 분리되어 있다. 인서트(37)가 상위 노즐을 하위 노즐에 연결시켜, 이러한 노즐의 세트(중앙 스택이라 함)를 보강한다. 중앙 스택이 차지하는 체적을 최소화하기 위하여, 원뿔 노즐의 직경은 이들 노즐이 인서트(37)에 가까워질수록 좁아지는데, 이는 이들 노즐 내에서 상향 혹은 하향 유동하는 유체가 감소하기 때문이다. 화살표 41 및 42는 유체가 전면측에서 우로부터 좌로 이동하고, 후면측에서 좌로부터 우로 이동하는 것을 보여준다.
여러 장치의 치수는 반응기의 각 영역마다 다를 수 있다. 따라서, 내측관(11.1 및 11.2)의 원뿔 단부(35 및 36)에 끼워 맞춰지는 원뿔 노즐을 통해 제거가 이루어지는 반응기의 중앙 영역을 둘러싸고 있고 별표로 경계가 표시되어 있는 프레임(38)에 있어서, 상향류 나선형 권취부의 피치(17.1), 하향류 나선형 통로의 높이(27.1 및 28.1), 하향류 나선형 채널의 높이(30.1) 및 내측관의 직경은, 이 영역(분리 혹은 전이 영역이라 함)에 있어서 폴리머 입자가 통과하여야 하는 권취부의 개수를 증대시키고 그에 따라 반응기의 상부 영역과 하부 영역 사이에서 폴리머 입자의 이동 시간을 증대시키기 위하여 급격히 감소되어 있는데, 이는 폴리머 입자가 다른 영역으로 가기 전에 폴리머 입자에서 바람직하지 못한 유체를 제거하기 위함이다. 또한, 프레임(38)에 있어서 상위측 상향류 나선형 권취부(13.1)는, 외부에서 폭(39)으로 그리고 내부에서 폭(40)으로 중앙을 향해 좁게 형성되어 있는데, 이는 모든 입자가 확대된 자유 측면 공간으로 낙하할 수 있게 하고 축소된 자유 중앙 공간으로 낙하하지 못하게 함으로써, 유동층의 표면 부근에 위치하는 입자가 상부 영역으로부터 이동하는 것을 지연시키기 위한 것이다.
도 2에서 반응기의 나선형 통로는 나선형 권취부의 제1 연속 세트에 반대 방향으로 배향된 제2 연속 세트이므로, 수직한 것이 아니라 수평한 것이다. 이 경우에, 하향류 나선형 채널은 외측 혹은 측면 나선형 채널이라 할 수 있고, 상향류 나선형 채널은 내측 혹은 중앙 나선형 채널이라 할 수 있다. 이들 채널의 치수는 이들 두 채널에서의 입자의 유동이 거의 동일하도록 조정되어야 한다. 또한, 폴리머 입자가 반응기의 상부로 상승할 때 중력의 영향을 받아 이동 속도가 감소하고, 이와는 반대로 폴리머 입자가 반응기의 하부로 하강할 때 이동 속도가 증대되는 것을 고려할 필요가 있다. 이에 의해, 반응기의 상부와 하부 사이에서 유동층 두께의 차이가 생기고, 이러한 차이는 회전 속도가 감소함에 따라 더 커진다. 이는 중앙 스택을 반응기의 원통형 대칭축에 대하여 시프트하는 것과 나선형 권취부의 원통 대칭을 변경하는 것을 필요로 할 수 있다. 작동을 정지하는 동안에 폴리머 입자가 중앙 스택으로 낙하하는 것을 방지하기 위하여, 모든 개구가 하향 배향되어야 하는 점도 중요하다.
도 3은 인서트(37)의 위에 위치하는 3개의 하부 플레어형 원뿔 노즐(31.1 내지 31.3)과, 인서트(37)의 아래에 위치하는 3개의 상부 곡선형 원뿔 노즐(32.1 내지 32.3)의 투시도로서, 이들 원뿔 노즐을 분리하는 핀(43 및 43)을 보여주는 도면이다. 이들 원뿔 노즐에 어떻게 핀(43 및 44)이 설치되어 있는가를 잘 보여주기 위해, 노즐(31.2)은 상승되어 있고 노즐(32.3)은 하강되어 있다.
도 4a 및 도 4b는 개구(9)가 형성되어 있고 서로 끼워 맞춰지는 원통형 노즐(46)로 구성되는 다른 유체 제거 장치의 중앙 부분을 평면 BB'를 따라 취한 수직 단면도와 평면 AA'를 따라 취한 수평 단면도이다. 노즐의 외부에 위치하는 핀(47)과 노즐의 내부에 위치하는 편향기(48)의 단면이 개구(9)를 따라 도시되어 있다. 이들 핀과 편향기는 유체 유동(49)의 회전 성분을 반경방향 성분으로 전환시키고, 이 반경방향 성분을 중앙 스택의 유출구를 향하는 종방향 성분으로 전환시킨다. 인서트(37)는 중앙 스택의 상부를 하부로부터 분리시키고, 내측관(11.1 및 11.2)은 반응기의 전이 영역에서 나오는 유체를 내측관의 플레어형 단부(35 및 36)를 통해 제거하여, 상기 유체를 정화하고, 이에 의해 반응기의 상부 및 하부로 유입되는 유체의 서로 다른 조성을 유지한다. 개구(9), 핀(47) 및 편향기(48)의 개수, 위치 및 치수는 반응기의 여러 부분 혹은 섹션에서 바람직한 유체 유동을 확보하기 위해 노즐마다 다를 수 있다.
도 5는 유체 제거 장치의 다른 모델의 수직 단면을 보여주는 투시도로서, 이 유체 제거 장치에 있어서, 플레어형 노즐(33) 중 일부는, 종방향 핀(도시 생략) 상에 권취되고 내측관(11.1) 및 내측관의 플레어형 단부(35) 둘레에 배치되는 나선형 테이프(50)로 대체되어 있는데, 이 테이프의 권취부는 플레어형으로 형성되고, 인접 권취부로부터 편향기 또는 핀(도시 생략)에 의해 분리되는 것이며, 상기 편향기 또는 핀은 이렇게 형성된 관 안으로 유체를 안내하는 것이다.
나선형 테이프를 둘러싸는 상향류 나선형 권취부의 내측 가장자리를 따라 전 개되는 파형부 혹은 나선형 웨이브의 공동과 나선형 테이프(50)의 외측 가장자리를 일치시킬 수 있으면, 자유 중앙 공간의 폭이 감소되고, 이에 의해 반응에 이용 가능한 공간이 증대된다. 이로써, 도 1 및 도 4에 도시된 원통형 노즐(8 및 46)의 개구(9)를 나선형 웨이브의 공동과 일치시킬 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 장치는 휠의 스포크와 같이 조립된 반경방향 관(53 및 54)의 세트를 통해 유체의 흐름(51 및 52)을 반응기로부터 제거하는 역할을 하는 것으로, 도면에는 관의 세트 중 단면 평면에 위치하는 2개의 관만이 도시되어 있고, 이들 관은 반응기를 그 측벽(도시 생략)을 관통하여 나간다. 이러한 구성에 의하면, 유체 제거 장치를 확대하지 않고도 반응기가 연장되며, 반응기가 인서트(37 및 37.1)에 의해 상호 연결된 수 개의 유닛으로 분할된다.
도 6은 상향류 나선형 권취부가 비어 있고 이들 권취부가 서로 연결되어 상향류 나선형 통로를 형성하고 있는 반응기의 전이 영역의 일부분을 보여주는 개략적인 단면도로서, 상기 나선형 통로는 상향류 나선형 권취부의 연속 세트와 상기 반응기의 전이 영역을 따라 마련되는 유체 급송 장치를 대신한다. 상기 나선형 통로 중 권취부의 섹션은 주요 부분(55.1 내지 55.6)과 관 모양의 보조 부분(56)을 포함하며, 이 보조 부분은 관(57)에 의해 급송이 이루어지고, 이 관은 유입관(6)과 동심인 것으로, 유동층의 표면에 근접하게 액상 유체의 미세한 방울을 분사하는 역할을 한다.
상기 나선형 통로는 이를 구성하는 섹션의 가변적인 평균 높이(58)와, 상향류 나선형 채널의 섹션의 높이(59)와, 나선형 통로의 피치(60)와, 가변적인 나선형 통로의 폭(61), 그리고 자유 측면 공간의 폭(62) 및 자유 중앙 공간의 폭(63)에 의해 특징 지워진다.
도 6은 반응기 하우징의 원통형 대칭축(1) 및 소정 섹션(2)과, 플레어형 원뿔 노즐(33) 또는 곡선형 원뿔 노즐(34)의 소성 섹션, 그리고 유체 제거 장치의 상부 혹은 하부 내측관의 플레어형 원뿔 단부(36) 또는 곡선형 원뿔 단부(36)의 소정 섹션을 보여주고, 도면의 평면을 따라 유체 및 입자를 개략적으로 보여준다.
작은 화살표 64는 폴리머 입자의 운동을 나타내고, 화살표 선 65는 유체의 유동 라인을 나타낸다. 폴리머 입자가 자유 측면 공간으로 낙하하는 것을 조장하기 위하여, 반응기의 측벽에 근접하게 유체를 주입하는 것이 약간 하향 배향되는 경우, 유체의 유동 라인은 우선 자유 측면 공간을 향하여 하강한다. 그 후, 회전 속도는 도면의 평면에 있어서의 이동 속도보다 높은 정도의 것이므로, 상기 유체의 유동 라인(65)은 상향류 나선형 채널에서 하나 이상의 권취부의 높이만큼 상승하는데, 이는 상기 유체가 상기 상향류 나선형 채널을 나가기 이전에 하나 이상의 권취부를 지나기 때문이다. 그 후, 상기 유체의 유동 라인은 대략 상기 나선형 통로에 있는 상기 유체의 유입관에 상응하는 노즐의 레벨로 자유 중앙 공간을 향해 낙하한다. 자유 중앙 공간에 있어서의 폴리머 입자의 하강에 알맞은 하향류를 자유 중앙 공간에서 유지하기 위하여, 상기 레벨은 더 낮은 것일 수 있다.
원심력의 영향을 받아, 폴리머 입자는 반응기의 측벽을 따라 축적되어 유동층을 형성하며, 이 유동층의 표면은 평형 상태에서 원뿔형 표면과 유사한데, 도 6의 평면에 도시되어 있는 이 원뿔형 표면의 단면은 수평면과 소정 각도(67)를 이루 는 선(66)이며, 이 각도의 탄젠트 값은 대략 원심력 대 중력의 비이다. 상기 선의 시작점은 반응기의 바닥에서 폴리머 입자 검출기에 의해 결정되는데, 이 폴리머 입자 검출기는 폴리머 입자의 유출 유동을 유체 제거 장치로부터 충분한 거리를 두고 유지하기 위해 폴리머 입자의 유출 유동을 조정하는 것이다.
만약에 상향류 나선형 채널에 위치하는 폴리머 입자가 회전의 영향을 받아 제1 나선형 권취부(55.1)를 따라 상승하더라도, 이후에 자유 측면 공간으로 낙하한다. 상향류가 충분히 크다면, 즉 회전 속도가 충분히 크다면, 대개 매우 좁거나 존재하지 않게 되는 자유 측면 공간은 모든 폴리머 입자가 낙하되게 하기에 충분하지 않을 것이다. 유동층의 표면이 자유 중앙 공간 안으로 넘쳐 흘러 폴리머 입자가 자유 중앙 공간 안으로 낙하할 수 있게 될 때까지, 폴리머 입자는 권취부의 상류에 축적되어, 유동층의 표면이 반응기의 중앙에 더 가까워지게 되며, 이에 의해 권취부의 상류에 있어서 새로운 평형 레벨이 결정되어, 전체 상향류 나선형 채널이 반응기의 상부에 이르기까지 점진적으로 연이어 채워진다.
나선형 통로의 중앙 가장자리를 따라 낙하하는 입자는 평형 표면에 수직한 방향(68)을 따라 이동하여, 수평면과 소정 각도(69)를 이루는데, 이 각도의 탄젠트 값은 대략 중력 대 원심력의 비이다. 상류 레벨과 하류 레벨 사이의 차이[낙하의 높이(70)]는, 낙하의 높이와 원심력 및 중력의 합력에 비례하는 권취부의 상류와 하류 사이에서의 압력차를 결정한다. 폴리머 입자의 자유 측면 공간에 있어서의 하향 유량을 결정하는 것이 상기 압력차이다. 이 압력차는 상기 상향류 나선형 채널의 높이를 따라 형성된 유동층의 정수압과 대략 동일하지만, 권취부의 치수가 다 른 경우에는 각 권취부 마다 차이가 존재할 수 있다.
따라서, 모든 폴리머 입자가 확대된 자유 측면 공간으로 쉽게 낙하할 수 있고 상류의 평형 레벨(70.3)과 하류의 평형 레벨(70.4) 사이의 차이가 감소하도록, 나선형 통로의 섹션(55.4 및 55.5)의 폭(61.1)과 이들 섹션의 자유 측면 공간의 폭(62.1)은 충분히 확대되어 있다. 유동층의 표면(66.4 및 66.5)은 폴리머 입자가 자유 중앙 공간으로 낙하하는 것을 허용하지 않는다. 상향류 나선형 채널 중에서 2개의 권취부의 정수압 중 사용되지 않는 부분이 상측 권취부에 인가되어, 이 채널의 자유 측면 공간의 하향 유량이 증대된다.
유동층의 표면 부근에 위치하여 나선형 통로의 섹션(55.4 및 55.5) 상부의 영역에 들어가는 상향 유동 입자는, 이들 입자가 권취부의 자유 측면 공간 안으로 낙하하도록 반응기의 측벽에 접근할 때까지, 상기 상부 영역에 잔류하도록 강제된다.
이와 유사하게, 나선형 통로의 섹션(55.1 및 55.2)에서 배출되어 권취부(55.3)의 자유 측면 공간으로 낙하하는 입자는 상승하도록 강제된다. 이들 입자는 상기 권취부의 자유 중앙 공간에 접근할 때에만 하부 영역에 들어갈 수 있다.
도 7은 이러한 종류의 배플로부터 얻어지는 입자 유동의 특성을 간략히 보여주는 도면이다. 이 도면은 반응기(2)의 벽의 일부를 구성하는 다수의 구멍이 형성된 측벽(3)을 따라, 그리고 상향류 나선형 권취부의 연속 세트의 단면(71) 주위에 형성되는 유동층의 단면을 보여준다. 유동층의 좌측에 있는 유체 제거 장치는 이 도면에 도시되어 있지 않다.
상부의 나선형 권취부와 하부의 나선형 권취부(도시 생략)의 피치(그 간격이 도면 부호 73으로 나타내어짐)는, 전이 영역의 권취부(71.1 내지 71.3)의 피치(그 간격이 도면 부호 73.1로 나타내어짐)의 3배이다. 전이 영역 이외의 영역에서, 권취부는 상기 다수의 구멍이 형성된 실린더(3)로부터 일정한 거리(65)를 두고 위치하고, 전이 영역에서 권취부(71.1 및 71.2)는 각각 상기 일정 거리의 2배인 거리(65.1) 또는 상기 일정 거리의 1/2배인 거리(65.2)를 두고 위치한다. 또한, 권취부(71.1)는 중앙 노즐을 향하여 거리(74)만큼 오프셋되어 있고, 권취부(71.3)는 상기 다수의 구멍이 형성된 원통형 벽(3)에 맞닿아 지지되어 있다.
유동층은 수 개의 환형 영역, 즉 중앙 영역 및 측면 영역으로 분할되어 있으며, 이들 영역의 단면은 각각 별표를 사용하여 표시된 프레임(77.1 내지 77.4)에 의해 경계가 정해진다. 폴리머 입자의 유동 라인은 각각 반응기의 상부 및 하부의 중앙 부분 및 측면 부분에 있는 폐곡선(72.1 내지 72.4)의 세트이다. 폴리머 입자의 유동 방향은 화살표로 표시되어 있다. 유체의 유동 라인은 도시되어 있지 않다.
전이 영역에 있어서 나선형 권취부의 피치는 3배 더 작기 때문에, 이 영역에 있어서 폴리머 입자의 상승은 3배 더 느리다. 이 때문에, 폴리머 입자의 유동이 상기 전이 영역에서는 2개의 상향 유동 라인과 하향 유동 라인으로만 표시되어 있는데 비해, 나머지 두 영역에서는 6개의 라인으로 표시되어 있다. 이 도면에서는, 폴리머 입자의 상향 유동 부분을 하향 유동 부분으로부터 분리하는 화살표 원(75)으로 표시된 난류 영역의 밖에서는, 폴리머 입자의 유동에 난류가 존재하지 않는 것으로 추정한다.
나선형 권취부(71.1)의 중앙을 향한 오프셋이 상부의 중앙 영역(77.1)으로부터 나온 폴리머 입자가 전이 영역 안으로 낙하하는 것을 방지하기 때문에, 상부의 측면 영역(77.2)으로부터 나온 폴리머 입자만이 전이 영역 안으로 낙하할 수 있고, 나선형 권취부(71.3)의 상기 다수의 구멍이 형성된 원통형 벽(3)에 대한 오프셋이 폴리머 입자가 하부 영역으로 낙하하는 것을 방지하기 때문에, 폴리머 입자는 상부 영역에서 반드시 상승한다. 같은 이유로, 하부의 측면 영역(77.4)에서 상승한 폴리머 입자는 전이 영역에 들어가기 전에 낙하하여야 하며, 하부의 중앙 영역(77.3)에서 상승한 폴리머 입자는 더 이상의 낙하가 없을 것을 감수하더라도 상부의 중앙 영역(77.1)에 들어가기 전에 낙하하여야 한다. 따라서, 상기 전이 영역에는 상부의 측면 영역(77.2)과 하부의 중앙 영역(77.3)으로부터 나온 폴리머 입자가 공존한다.
난류가 존재하지 않으면, 폴리머 입자가 각각의 영역에서 유동하는 것으로 확인되었다. 그러나, 불가피하게 발생하는 난류는, 여러 영역 사이에서 환형 표면을 따라 한 영역으로부터 다른 영역으로 이동하는 것을 다소 빨라지게 만든다. 중합 대상물에 따라 여러 영역 사이에서의 이동을 빠르게 하기 위하여, 반응기의 다수의 구멍이 형성된 원통형 벽(3)을 따라 유체 인젝터(76)를 적절히 설치하거나, 혹은 소정의 나선형 권취부에 편향기를 적절히 설치하는 것에 의해, 난류가 국부적으로 증대될 수 있다.
폴리머 입자가 상부 측면 영역(77.2)으로부터 하부 측면 영역(77.4)으로 직 접 이동하는 것을 확실히 최소화하기 위해, 특히 가장 무거운 입자가 하향 이동하는 것을 보장하기 위해, 권취부(71.3)의 섹션과 상기 다수의 구멍이 형성된 원통형 벽(3) 사이에는 축소된 자유 측면 공간이 남겨질 수 있다. 또한, 가장 가벼운 입자는 반응기의 상부 중앙 영역에 축적될 수 있다. 이를 방지하기 위해, 이 영역에 있는 폴리머 입자를 대비하여 유출관이 마련될 수 있다.
폴리머 입자는 전술한 유동 패턴을 따르기 때문에, 폴리머 입자의 회전 속도가 중요하며, 따라서 폴리머 입자가 유체로부터 받는 에너지가 충분하여야 한다. 따라서, 유체의 주입 속도를 제곱한 것과, 유체의 유동층으로부터의 유출 속도에 유체의 유량의 절반을 곱한 것과의 차이는, 폴리머 입자의 마찰로 인한 에너지 손실을 상쇄시키고, 폴리머 입자가 상향류 나선형 채널에서 상승함으로써 얻어지며 이후에 난류로 전환되어 폴리머 입자의 낙하 중에 소실되는 위치 에너지를 폴리머 입자에 제공할 정도로 충분히 커야 한다.
반응기 섹션의 높이가 H인 경우, 반응기에서의 유체 주입 속도 Vinj와 폴리머 입자의 평균 회전 속도 Vrp와의 사이에 다음의 식이 성립할 수 있다.
Ffl×Vinj 2=(k2×Ffl+Kfr×Dr×Slf×H)×Vrp 2+2×Kef×Dr×g×L×P×H×Vrp
여기서, Ffl은 소정 섹션에 있어서 유체의 체적 유량이고, Dr은 유동층에 있어서 폴리머 입자 및 유체의 겉보기 밀도이며, Slf는 유동층의 평균 단면적이고, g 는 중력 가속도이며, L 및 P는 나선형 권취부의 폭 및 피치이고, k=Vs/Vrp로서 거의 1에 가까운 값이며, Vs는 유체의 유동층으로부터의 유출 속도이고, Kef는 나선형 권취부의 상향류 효율 계수로서 권취부가 그 폭이 넓고 서로 인접한 경우에는 1에 가까운 값이며, Kfr은 마찰로 인하여 폴리머 입자가 잃는 단위 시간당 회전 에너지의 백분율과 마찰 계수이다.
상기 마찰 계수는 무엇보다도 나선형 권취부 부근에 있어서 폴리머 입자의 형태와 폴리머 입자의 공기 역학적 특성에 의존한다. 상기 마찰 계수는 입자의 유동을 시뮬레이션할 수 있는 파일럿 유닛에서 추정될 수 있다.
유체의 유입 속도는 유체의 체적 유량을 해당 섹션에 있어서 주입관의 단면적의 합으로 나눈 것과 동일하므로, 수학식 1을 이용하여 폴리머 입자의 평균 회전 속도를 유체의 유량의 함수로서 구할 수 있다.
중앙으로부터의 거리가 R인 곳에서의 유체의 반경방향 속도 Vrad, 폴리머 입자의 상향 유동 Fasc, 자유 측면 공간에서의 하향 유동 Fell, 및 하향류 나선형 채널에서의 하향 유동 Fchd 등과 같은 수 개의 다른 치수를 추정할 수 있다.
Vrad=Ffl/(2×π×R×H×(1-C))
여기서 C는 유동층에 있어서 폴리머 입자의 농도이다.
Fasc=Kef×L×P×Dp×Vrp
여기서 Dp는 유동층에 있어서 폴리머 입자의 겉보기 밀도이다.
Fchd=k'×Schd×Dp×Vinj 이고, Fell≒2π×RR×Lell×Dp×√(2×g×Hcha)
여기서 k'는 효율 계수로서 1에 가까운 값이고, Schd는 하향류 나선형 채널의 단면적이며, RR은 반응기의 반경이고, Lell은 자유 측면 공간의 폭이며, Hcha는 상향류 나선형 채널의 높이이다.
폴리머 입자에 의해 완전히 덮인 것으로 고려되는 나선형 권취부에 있어서, 측면 하향류를 모두 합한 것은 상향류보다 작아야 한다. 상향류 나선형 채널의 높이와 나선형 권취부의 치수가 변경되면 상기 수학식을 조정하여야 한다.
제1 예 : 희석액을 이용하지 않는 에틸렌의 공중합
이 중합 방법의 높은 냉각 성능은, 에틸렌을 비반응성 유체로 희석할 필요가 없는 기상 폴리에틸렌의 중합에 적합하다.
도 8은 좌측에 반응기(2)의 세 가지 섹션, 즉 상부, 중앙 및 하부 섹션의 반단면과 이 반응기의 원통형 대칭축(1)을 보여주는데, 이 반응기는 2개의 주 영역(단부, 즉 상단부와 하단부만이 도시됨)과 중앙 영역(상기 중앙 섹션에 전부 도시됨)을 포함한다.
중앙 스택은 원통형이고 원뿔형인 노즐(8)을 포함하는데, 이 노즐에는 개 구(9)와, 2개의 주 유체 제거관(8.1 및 8.2)과, 원뿔 단부(35 및 36)에서 종결되는 유체를 중앙 영역으로부터 제거하기 위한 2개의 내측관(11.1 및 11.2)과, 중앙 영역을 2개의 섹션으로 분할하는 인서트(37), 그리고 공단량체를 반응기의 상부 영역에서 인젝터(23)를 통해 유동층의 표면에 분사하는 급송관(22)이 마련되어 있다.
주 급송 장치는, 반응기(2)의 측벽에 용접되어 있고 유입관(6)을 통해 급송이 이루어지는 하향류 나선형 통로(여러 섹션이 도면 부호 26으로 도시됨)를 포함하고, 상향류 나선형 권취부(여러 섹션이 도면 부호 71로 도시됨)는 중앙 영역의 양단부에 배치된 권취부의 쌍(71.1 및 71.2)을 제외하고는 상기 하향류 나선형 통로의 내벽에 대하여 균일하게 분포되어 있는데, 상기 중앙 영역의 양단부는 그 피치는 축소되어 있고, 상기 하향류 나선형 통로로부터 분리되어 있으며, 그 높이가 축소되어 있다.
또한, 도 8에는, 필요에 따라 미리 중합되는 촉매를 주입하는 장치(19)와, 폴리머 입자용 유출관(20)과, 유동층 레벨 검출기(21)와, 유동층의 표면(66)과, 도면의 평면에서 폴리머 입자의 이동 방향을 보여주는 작은 화살표(64)로 표시된 폴리머 입자와, 유체 유동 라인(65), 그리고 난류를 나타내는 원(75)이 도시되어 있다.
도 8에 도시된 급송 및 리사이클 흐름도에 있어서, 순수 에틸렌(84)의 급송은 소정 높이의 유입관(6.2)에서 이루어지고, 액체 공단량체(85)(일반적으로 부텐 또는 헥센)의 급송은 상부 영역의 중앙 급송관(22)을 통해 이루어지며, 그리고 중합 제어 시약(86)(일반적으로 수소)의 급송은 하부 영역의 유체 리사이클 회로에서 이루어진다.
하부 중앙 영역으로부터 유출되고 하부 내측관(11.2)을 통해 제거되는 유체의 유동(87)은, 순수 에틸렌(84)의 첨가에 의해 공단량체 함량이 낮아진다. 압축기(89)에서 압축되고 흡수기(91)에서 냉각(90) 및 탈거되는 유체에 반출되는 임의의 고체 입자를 사이클론(88)에서 탈거하고, 하부 영역으로부터 유출되는 중합 제어 시약의 바람직하지 못한 부분을 상부 중앙 영역으로 리사이클되기 전에 탈거한다.
상부 중앙 영역으로부터 나오는 유체의 흐름(92)은 상부 영역에서부터 공단량체를 함유한다. 이 흐름은 상부 내측관(11.1)을 통해 제거된다. 이 흐름 중 일부는 리사이클 회로(88 내지 91)로 보내어지고, 다른 일부는 제어 벨브(97.1)를 통해 상부 영역으로 보내어질 수 있으며, 중앙 영역에 있어서의 공단량체의 함량이 현저히 감소되어야 하는 경우, 상기 흐름의 나머지는 분리기(93)로 보내어지며, 이 분리기에서는 에틸렌 포화 액체 공단량체의 흐름(94)을 공단량체 급송 회로에 보내고, 에틸렌 탈거 액체 공단량체의 흐름(95)을 하부 중앙 영역으로 보낸다. 칼럼의 바닥에서 회수되는 공단량체의 양은 대개 작고 그에 따라 다량의 에틸렌에서 잘 희석될 수 있기 때문에, 분리기(93)는 사이클론(도시 생략)의 하류에 위치하는 압축기(96)에 의해 확보되는 고압으로 작동하며 환류가 조금 일어나는 간단한 분별 증류탑일 수 있다.
정화되어야 하는 유동의 성질을 최소화하는 역할을 하는 중앙 영역으로부터의 흐름과, 상부 영역 및 중앙 영역의 수소 함량에 있어서 차이가 발생하게 하는 역할을 하는 제어 벨브(97.2)가 장착된 바이패스로부터의 흐름이 교차한다는 것은, 주목할 만한 점이다.
상부 영역으로부터 나오는 액체 흐름(98)은 주 유출관(8.1)을 통해 제거된다. 이 액체 흐름은 사이클론(99)에서 임의의 고체 입자가 탈거되어 도면 부호 100에서 냉각되고, 분리기(101)에서 에틸렌 포화 공단량체의 임의의 응축물이 분리된다. 가벼운 기상 부분(102)은 압축기(103)에 의해 압축되어 상부 영역으로 리사이클된다. 응축물(104)은 공단량체 급송 회로로 리사이클된다.
하부 영역으로부터 나오는 유체 흐름(105)은 주 유출관(8.2)을 통해 제거되고, 도면 부호 106에서 냉각되며, 압축기(108)에 의해 하부 영역으로 리사이클되기 이전에 도면 부호 107에서 임의의 폴리머 입자가 탈거된다. 유출구(20)를 통해 제거된 폴리머 입자는, 도면 부호 110에서 통상의 회수 수단으로 이송되기 이전에 사이클론(109)에서 에틸렌의 일부가 탈거된다. 팽창된 에틸렌은 압축기(111)에 의해 하부 회로로 리사이클된다.
유동 제어 장치(112)는, 반응기의 여러 섹션 사이에서 적절한 급송 차이를 보장하기 위해, 예컨대 자유 중앙 공간에서의 유체의 하향 유동을 조장하여 입자가 중앙 스택으로 끌려 들어가는 위험을 감소시키기 위해, 주 급송관 상에 적절히 설치된다.
보다 구체적인 도시를 위하여, 도 9에서는 상향류 나선형 권취부(71)와, 주입관(7)이 마련된 하향류 나선형 통로(24)의 내벽을 360°전개한 것을, 반응기의 중앙 부분의 측벽에 투영하여 보여준다. 유체의 유동은 화살표 방향으로, 즉 우로 부터 좌로 이동하는데, 도시의 명료화를 위해 수직방향 스케일은 수평방향 스케일의 두 배로 도시되어 있다. 따라서, 유입관(6)은 타원 형태로 나타나 있다. 이들 유입관을 90°오프셋하기 위해, 유입관이 상기 하향류 나선형 통로의 7/4 권취부 마다 배치되어 있는데, 여기서 상기 통로의 높이(27)가 최대이다. 이들 유입관(6) 사이의 중간에서 상기 통로의 높이(28)가 최소이다.
권취부 사이에 위치하는 하향류 나선형 통로(24)는 분리 영역을 제외한 곳에서는 높이(30)가 일정한데, 이 분리 영역에서 상기 통로의 높이(30.1 및 30.2)는 축소되어 있고, 권취부 혹은 상향류 나선형 권취부(71)의 일부분의 단면이 5/8 턴을 진행하며, 각 유입관(6)으로부터 쌍으로 돌출해 있어, 이들 권취부에는 필요에 따라 상기 유입관을 통해 냉각 유체의 급송이 이루어진다.
도 10은 3개의 반응 영역에 있어서 입자의 유동(72)을 보여준다. 도시의 명료화를 위해, 수평방향 스케일은 확대되어 있고, 하향류 나선형 통로 및 채널은 다수의 구멍이 형성된 벽(3)과 자유 측면 공간으로 분해되어 있다.
난류가 발생하지 않을 때, 별표(77.1, 77.3 및 78)를 사용하여 표시한 프레임으로 경계가 정해져 있는 중앙 환형 영역 내의 입자가 폐회로(72.1, 72.3 및 79.1) 내에서 유동하고, 나선형 권취부(71.1 및 71.2)에 의해 발생된 상향류가 인접 영역의 하향류 채널의 하향류보다 작은 경우에는, 측면 영역에 위치한 입자의 일부분도 또한 폐회로(72.2, 72.4 및 79.2) 내에서 유동한다. 측면 영역에 위치하는 나머지 입자는 회로(80)를 따라 이동하여 반응기를 위로부터 아래로 그리고 아래로부터 위로 통과한다. 실제로, 난류는 반응기의 여러 환형 영역에 있어서 입자 의 혼합을 보장한다. 그러나, 상부 영역으로부터 유동층의 표면을 따라 낙하하며 인젝터(23)에 의해 주입된 공단량체가 함유되어 있는 입자는, 단량체 함량의 감소가 점진적으로 이루어지는 상부 측면 영역을 통과한 이후에, 단량체 함량의 감소가 한층 더 이루어지는 중앙 영역에 들어가야 한다.
예시를 위해, 체적이 70 ㎥이고 높이가 15 m이며 직경이 2.5 m인 산업용 반응기의 경우에, 여러 값의 크기 등급을 평가할 수 있다. 여러 파라미터에 의존하는 이들 값은 반응기의 설계 및 입자의 형태에 따라 크게 달라질 수 있으며, 상기 입자는 사용되는 촉매 시스템에 의존한다. 이들 값은 폴리머 입자의 유동을 여러 파라미터의 함수로서 시험하도록 되어 있는 파일럿 유닛을 이용하여 조정되어야 한다.
각각의 주 영역은 직경이 0.25 m인 11개의 유입관(6)을 포함하며, 이들 유입관은 각각 하향류 나선형 통로를 통해 반응기의 0.56 m 높이의 섹션에 급송을 행하는데, 상기 하향류 나선형 통로는 평균 피치가 0.32 m이고, 각 관 사이에서 7/4 턴을 진행하며, 폭이 0.1 m이고, 각 관에 대향 위치하는 최대 높이가 0.32 m이며, 관 사이의 중간에 위치하는 최소 높이가 0.04 m이고, 하향류 나선형 채널을 위해 0.16 m의 여유 높이가 남겨져 있는 것이다. 중앙 영역은, 직경이 0.16 m인 2개의 유입관(6.1 및 6.2)에 의해 하향류 나선형 통로를 통하여 급송이 이루어지는 높이 0.28 m의 2개의 섹션 사이에 위치하는 3개의 동일 섹션을 포함하는데, 최대 높이가 0.16 m이고 최저 높이가 0.02 m이며 하향류 나선형 채널을 위해 0.08 m의 여유 높이가 남겨져 있는 상기 3개의 동일 섹션에 있어서, 상기 하향류 나선형 통로는 평균 피 치가 절반으로 감소되어 있다.
중앙 스택의 외경이 반응기의 중앙 영역에서 0.6 m이고 반응기의 양단부에서 1 m인 경우, 그리고 나선형 권취부(71)의 내경이 1.1 m에서 1.5 m로 점차 변화하는 경우, 자유 중앙 공간의 폭은 0.25 m이고, 유동층의 체적은 약 45 ㎥이다. 상향류 나선형 권취부는 그 평균 간격이 약 0.45 m이고, 그 폭 및 피치가 반응기의 중앙 영역에서는 0.6 m에서 0.15 m로, 반응기의 양단부에서 0.4 m에서 0.24 m로 각각 변화한다.
권취부의 폭이 감소할 때 저항이 더 낮은 것을 고려하면 폴리머 입자의 평균 회전 속도가 7 내지 8 m/sec이고, 유동층에 있어서 폴리머 입자의 겉보기 밀도가 350 kg/㎥인 경우에, 폴리머 입자의 상향류는 약 600 t/h이다. 평균 원심력은 중력 가속도의 5 내지 6 배로서, 평균 간격이 0.45 m인 상향류 나선형 권취부의 경우 원심력은 0.1 m 미만의 낙하 높이를 제공하며, 이 낙하 높이는 0.4 내지 0.6 m의 권취부 폭에 비해 충분히 작다.
주 유입관(6)을 통한 유량이 1 ㎥/sec이고 유체의 압력이 25 bar인 경우에, 마찰 계수, 즉 마찰로 인한 폴리머 입자의 에너지 손실이 5 %/sec이라면, 유체의 주입 속도는 약 16 m/sec이어야 한다. 마찰로 인한 에너지 손실이 2배이면, 상기 유체의 주입 속도는 약 18 m/sec이어야 한다.
높은 냉각 성능을 제공하는 총 유량은 26 ㎥/sec 또는 약 3000 t/h이고, 반응기의 0.56 m 섹션 당 직경 0.03 m의 주입관(7)을 약 80개 필요로 한다. 폴리에틸렌 생산 능력이 약 60 t/h인 경우, 유동층에 있어서 유체의 평균 잔류 시간은 2 초 미만이고, 폴리머 입자의 평균 잔류 시간은 약 15분이다.
유동층의 표면 부근에 있어서 유체의 반경방향 속도는 약 0.5 m/sec인데, 이 속도는 원심력을 고려하였을 때 유동층과 유체 사이에서 분리가 잘 일어날 수 있을 정도로 충분히 낮다. 하향류 나선형 채널에 있어서 입자의 평균 속도가 10 m/sec를 초과할 수 있는데, 이 속도는 약 200 t/h의 폴리머 입자의 측면 하향류를 제공하며, 응집체 및 임의의 폴리에틸렌 막을 제거할 수 있을 정도로 충분히 높은 것으로, 상기 응집체 및 폴리에틸렌 막이 형성될 가능성은 벽을 따라 유동하는 입자의 속도에 의해 감소한다.
반응기의 각 영역에서 폴리머 입자에 의해 만들어지는 통로의 개수는, 상향류 나선형 권취부(71.1 및 71.2)의 피치 및 난류에 의존한다. 폴리머 입자의 균일성에 우선 순위를 두느냐 혹은 반응 영역의 차별화에 우선 순위를 두느냐에 따라, 상기 상향류 나선형 권취부의 피치를 증가시키거나 혹은 감소시킴으로써, 상기 통로의 개수가 늘거나 줄 수 있다.
반응 속도를 상승시켜 60 t/h의 바람직한 생산 능력에 도달하기 위해 유체 압력을 예컨대 45 bar로 상승시켜야 하는 경우, 그리고 인젝터의 단면이 변화되지 않은 경우, 유체의 체적 유량과 주입 속도를 약 15% 감소시켜, 폴리머 입자의 회전 속도를 동일하게 유지시켜야 한다. 총 유량이 4000 t/h을 초과하므로, 유량을 낮추면서 주입 속도를 높이기 위해, 주입관의 직경 또는 개수를 감소키는 것에 의해 필요에 따라 총 유량을 감소시킬 수 있다.
이 방법은 보다 작은 반응기에서 높은 폴리 에틸렌 생산 성능을 확보하기 위 해, 에틸렌의 임계 압력을 상회하는 유체 압력으로 실시될 수 있다. 유동층의 체적이 더 작으므로, 이 유동층에 있어서 폴리머 입자의 잔류 시간이 더 짧다. 예컨대, 압력이 80 bar이고 직경이 1.8 m이며 높이가 10 m인 반응기의 경우, 유동층의 체적은 단지 약 15 ㎥이다. 바람직한 생산 성능이 폴리에틸렌 60 t/h이고, 반응기에 있어서 입자의 평균 잔류 시간이 단지 약 5 분이어서, 반응기의 각 영역에 있어서의 입자 통로의 개수가 줄어들고 그에 따라 상기 통로의 균일성이 낮아진 경우, 반응기에 주입되는 유체의 체적은 약 8 내지 10 ㎥/sec일 수 있다.
도 11은 상부 영역으로부터 나온 폴리머 입자가 하부 영역에 들어가기 전에 이 폴리머 입자로부터 공단량체를 탈거하는 방법과, 유동의 평형을 보여주기 위해, 유입관(6.1 및 6.2)에 의해 급송이 이루어지는 단 2개의 섹션으로 범위를 좁혀서 반응기의 중앙 영역을 보여주는 확대도이다.
먼저, 공단량체가 주입된 입자를 중앙 영역으로 보내는 것을 회피하기 위해, 내측의 액체 공단량체 분사관(23)이 중앙 영역으로부터 충분히 떨어져 있고, 이들 입자가 전이 영역에 들어가기 전에 상부 측면 영역에서 우선 상승하여야 하는 것으로 확인된다.
나선형 권취부(71.1)의 쌍 중의 하향류 나선형 채널과 자유 측면 공간에 있어서의 입자의 하향류는, 상기 나선형 권취부의 피치에 따라, 상기 나선형 권취부의 상향류 나선형 채널에 있어서의 상승하는 유동과 동일하며, 예컨대 250 t/h이다. 권취부(71.2)의 쌍 중에서 단지 높이가 0.08 m인 하향류 나선형 채널을 지나는 부분의 비율, 예컨대 100 t/h의 60%와, 난류에 의해 반출되고 상기 권취부의 쌍 의 자유 중앙 공간을 통과하는 비율, 예컨대 150 t/h의 40%가, 즉 약 120 t/h가 반응기의 하부 영역에 도달할 수 있으며, 압력이 25 bar인 경우 이러한 유동에 반출되는 유체는 6 내지 7 t/h이고, 이들 유동의 퍼지는 유입관(6.1 및 6.2)을 통해 급송되는 55 t/h의 유체의 2배에 해당된다.
폴리에틸렌 생산 성능이 60 t/h인 경우, 도면 부호 84에 도입되는 순수 에틸렌의 양은 유입관(6.2)에 도입되는 55 t/h를 초과한다. 이러한 차이와 소정량의 정화된 에틸렌(95), 예컨대 20 t/h이 유입관(6.1)에 들어간다. 유입관(6.1)의 공급을 보충하기 위해, 유체의 흐름(92) 중 정화되지 않은 부분과 소량의 공단량체를 포함하는 유체 흐름(87)이 도면 부호 89로 표시된 위치에 도입되며, 상기 차이는 유동 제어 밸브(112.1)를 경유하여 상부 영역으로 이동한다.
보다 많은 공단량체를 함유하고 있는 흐름(92)에 의해 유체 흐름(87)을 희석하는 것을 피하기 위해, 상기 차이는 도 8의 바이패스(97.1)에 의해 반응기에서 나오면, 상부 영역의 리사이클 회로에 직접 도입될 수 있다. 정화된 유체(95)의 양이 거의 없거나 순수 에틸렌(84) 흐름(87)의 양이 중앙 영역[도 11에서 단일 유입구(61.1 및 61.2)로 도시됨]에 급송하기에 충분한 경우, 전체 흐름(92)은 주 상부 회로로 보내어질 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 하향류 입자가 전이 영역에서 잔류하는 시간이, 이들 입자로부터 상당량의 공단량체를 탈거하기에 충분하지 못한 경우, 전이 영역이 확대될 수 있다.
주 하부 영역에 순수 에틸렌이 급송되지 않으므로, 이 영역에서 유체의 부족 이 일어나고, 이러한 유체의 부족은, 자유 중앙 영역에 약 30 t/h으로 낙하하여 이 자유 중앙 영역에서 입자의 낙하를 돕는 약 0.5 m/sec의 속도의 하향류 유체 흐름(115)을 자유 중앙 영역에 발생시키는 유체 흐름(115)에 의해서만 채워질 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 이러한 하향류 유체 흐름은 유동 제어기(112)에 의해 반응기의 바닥에 이르기까지 유지될 수 있다. 이와 마찬가지로, 반응기의 상부에서도 하향류 유체 흐름이 얻어질 수 있다.
도 11에서, 2개의 주 영역에 있어서 나선형 권취부(71)의 중앙 가장자리는, 자유 중앙 공간으로 낙하하는 폴리머 입자의 흐름이 상기 중앙 가장자리의 내측 표면을 따라 유동하게 함으로써 상기 자유 중앙 공간에 무입자 영역이 생성되는 것을 방지할 수 있게 하도록, 융기되어 있는데, 이는 폴리에틸렌 막의 형성에 도움을 줄 것이다. 또한, 전이 영역의 통로에서 서로 다른 압력으로 작동되도록, 하향류 나선형 통로가 유입관(6.1 또는 6.2)과 인접 영역의 유입관(6)과의 사이의 중간에 위치하는 도면 부호 26.1 및 26.2로 표시된 지점에서 차단되어 있음으로써, 인접 영역의 유량을 변경하지 않고도 유체의 유량이 증가되거나 감소되는 것으로 관찰되었다.
주요 고장, 예컨대 압축기 정지의 경우에, 질소 등과 같은 비반응성 가스가 고장난 압축기의 하류에 주입될 수 있고, 사이클론(109)의 유출구는 반응기를 비반응성 가스로 퍼지하면서 반응기를 감압시키기 위해 안전 플레어에 연결될 수 있다. 각 리사이클 회로에 촉매 독을 주입하는 것에 의해 반응이 수 초간 정지될 수 있다. 끝으로, 반응기가 완전히 그리고 매우 빠르게 비워져야 하는 경우, 보다 많은 입자 유출구(20), 즉 전이 영역에, 그리고 반응기의 상부에 인접한 다른 위치에 하나 이상의 유출구를 마련하는 것이 바람직하다.
제2 예 : 희석액을 이용한 에틸렌의 공중합
반응 속도가 너무 빠른 경우, 에틸렌을 비반응성 유체로 희석시킴으로써 반응의 속도를 늦출 수 있다.
도 12는 도 8에 도시된 것과 동일한 반응기를 보여주는데, 이 반응기에서는 공단량체 보다 가벼운 액체 희석제(118), 예컨대 프로판 또는 이소부탄을 급송하는 중앙 급송관(22.1)이, 중앙 스택의 주 하부에 추가되어 있는데, 상기 중앙 급송관은 상기 액체 희석제의 미세한 방울을 유동층에 분사하는 주입관(23.1)에 연결되어 있다.
주 하부관(8.2)에서 나오는 유체 흐름(105)은 희석제를 함유한다. 이는 상기 유체 흐름을 리사이클하기 이전에, 이 유체 흐름으로부터 응축물(120)을 분리하기 위해 분리기(119)가 사용될 수 있기 때문인데, 상기 유체 흐름은 희석제 및 에틸렌 이외에도 반응기의 주 하부 영역에 존재하는 소량의 공단량체를 흡수한다. 상기 응축물(120) 중 일부는 중앙 급송관(28.1)을 경유하는 새로운 희석제(118)를 이용하여 리사이클되고, 공단량체가 탈거되는 나머지 부분은 분리탑(93)으로 보내진다. 또한, 상부 영역에 존재하는 희석제의 양을 줄이기 위해, 이 분리탑에는 희석제 및 에틸렌 포화 공단량체를 함유하는 응축물(104)의 일부분이 급송될 수 있다. 상기 분리탑(93)의 상부에서 회수되는 기체 부분(95)은 희석제 포화 에틸렌이고, 이는 하부 중앙 영역으로 보내어진다. 액체 부분(121)은 하부 급송관(22.1)을 경유하는 새로운 희석제(118)를 이용하여 리사이클된다. 상기 분리탑(93)의 하부에서 회수되는 액체 부분(94)은 소정량의 희석제 및 에틸렌이 혼합되어 있는 공단량체인데, 이 희석제 및 에틸렌의 양은 공단량체의 작동 조건에 의존한다. 이 액체 부분(94)은 중앙 급송관(22)을 경유한 새로운 공단량체(85)에 의해 상부 영역에서 리사이클된다.
주 하부 영역은 이 영역 전체에 있어서 희석제로 공단량체를 흡수하는 것에 의해 정화되며, 이에 의해 비교적 높은 순도 레벨에 도달하게 된다.
유체 관련 데이터는 압력, 희석제의 타입 및 리사이클되는 액체의 양에 의존하는데, 상기 리사이클되는 액체의 양은 리사이클되어야 하는 액체의 양과 그에 따른 주입 속도의 상승 필요성을 유동층의 냉각을 통해 실질적으로 감소시켜, 충분히 높은 폴리에틸렌 입자의 회전 속도를 확보한다. 반응기의 길이가 길어질 수 있고, 또는 중앙 스택의 직경이 줄어들 수 있다. 주요 단점은 희석제의 도입에 의해 추가 비용이 발생된다는 것이다.
희석제의 농도가 증대되는 경우, 에틸렌은 리사이클된 유체의 주입 온도에서 완전히 용해될 수 있고, 따라서 반응기에 급송되는 리사이클된 유체는 액체일 수 있다. 유체의 밀도를 증대시키고 유체의 체적 유량을 현저히 감소시키기 위해, 반응기에 유체를 주입하는 속도를 조정하여야 한다. 반응기 전체에 액상이 존재하는 경우에는, 유체의 높은 밀도에도 불구하고, 유동층의 유출구에서 액상 유체를 폴리머 입자로부터 분리할 수 있을 정도로, 원심력이 충분히 커야 한다.
그러나, 반응기의 압력은 반응기 내의 액체가 비등점에 있을 정도의 압력일 수 있는데, 이는 상기 액체의 비등에 의해 생성되는 기상 유체로 자유 중앙 공간을 채우는 것을 허용한다. 이 경우에, 여러 영역에 있어서 희석제의 농도를 다르게 함으로써, 여러 영역에서의 온도를 다르게 하는 것도 가능하다. 그러나, 시작 기간에 있어서 유체의 기화는, 유동층을 충분히 회전시키기에 필요한 유량을 제공하기에는 충분하지 않다. 따라서, 완전 액체 상태에서 시작하거나 기체를 주입할 필요가 있으며, 공단량체의 제거를 조장하려면, 공단량체가 우선 증류되도록 공단량체보다 무거운 희석제를 사용하는 것이 바람직할 것이다.
제3 예 : 프로필렌의 공중합
프로필렌과 에틸렌의 블록 공중합체를 생산하려면, 반응기의 특성은 주 영역의 사이에서 양호한 분리를 필요로 하는가와, 프로필렌의 낮은 반응율에도 불구하고 프로필렌을 충분한 비율로 중합할 필요가 하는가를 고려하여야 하며, 이는 반응기의 중간에 유체 제거 장치를 반경방향 관으로 선택적으로 포함하는 매우 긴 반응기를 사용하는 것을 정당화한다. 이 반응기의 길이를 고려하면, 수평 반응기를 사용하는 것이 바람직할 것이다.
도 13의 상부에는 이러한 수평 반응기의 하부 단면이 도시되어 있는데, 이 수평 반응기는, 입자를 좌측으로부터 우측으로 이동시키는 제1 나선형 권취부의 연속 세트(71)와, 입자를 우측으로부터 좌측으로 이동시키는 제2 나선형 권취부의 연속 세트(122)에 의해 일측이 연장되어 있는 나선형 통로(26)를 포함하는 것이다. 이들 권취부의 연속 세트는 각각 중앙 또는 내측 채널과 측면 또는 외측 채널로 경계가 정해지는데, 이들 채널의 단면은 폴리머 입자의 우측으로의 유량과 좌측으로 의 유량을 각각 균등하게 하는 동시에 약간의 차이를 유지하여 유동층의 두께를 증대시키도록 설계되어 있으며, 유동층의 표면(72)의 단면은 중앙 스택이 가장 협소한 위치에 도시되어 있다.
인서트(37)의 좌측에 대한 전이 영역은, 플레어형 원뿔 단부(35 및 36)에서 종결되는 2개의 동심 유출관(11.1 및 11.2)에 연결되어 있다. 유입관(6.1)을 통해 급송되는 순수한 에틸렌(84)은 유출관(11.2)에 의해 연장된 플레어형 원뿔 단부(36)를 통하여 제거된다. 이 에틸렌은 우측으로부터 나온 폴리머 입자에 여전히 존재하는 프로필렌으로 약간 오염된다. 상기 우측으로부터 나오는 폴리머 입자에서 이 폴리머 입자가 반출하는 프로필렌을 퍼지하기 위해, 유체 흐름(87)은 사이클론(88)에서 임의의 폴리머 입자로부터 분리되고, 도면 부호 89로 표시한 부분에서 압축되며, 도면 부호 90으로 표시한 부분에서 냉각되어, 유입관(6.2)을 통해 리사이클된다. 유출관(11.1)에 의해 연장된 플레어형 원뿔 단부(35)를 통하여 제거되며 상당량의 프로필렌을 함유하는 유체 흐름(92)은 임의의 고체 입자(92.1)가 탈거되고, 냉각되며, 분리탑(83)으로 보내어진다. 상기 분리탑의 상부에서 나가는 에틸렌(95)은 도면 부호 96으로 표시한 부분에서 압축되고, 압축기(108)에 의해 주 좌측 영역으로 리사이클된다.
도면 부호 84로 표시한 부분에서 급송되는 에틸렌을 중합하는 역할을 하는 상기 주 좌측 영역은, 에틸렌의 높은 반응율과 블록 공중합체의 대개 낮은 폴리에틸렌 함유량을 고려하여, 3개의 유입관(6) 만을 포함한다. 이 영역으로 나온 유체(105)는 주 유출관(8.2)을 통해 제거되고, 도면 부호 106으로 표시한 부분에서 냉각되며, 도면 부호 107로 표시한 부분에서 임의의 폴리머 입자로부터 분리되고, 압축기(108)에 의해 3개의 유입관(6)을 통하여 리사이클된다.
분리탑(93)의 바닥은 에틸렌이 탈거된 액체 프로필렌(94)을 담고 있다. 이 액체 프로필렌은 새로운 프로필렌(85)과 함께 반응기로 이송되고, 이 반응기 내에서 인젝터(23)에 의해 분사된다. 주입관(6.4)을 통해 주입되는 프로필렌 가스는, 좌측으로부터 나오는 폴리머 입자에 의해 반출되는 소량의 에틸렌으로 오염된다. 이 프로필렌 가스는, 유체의 흐름(126)을 반응기의 중간에서 측방으로 제거하기 위해 반경방향 관(53)에 연결되어 있는 중앙 하부관(11.3)을 통해서 제거된다. 에틸렌으로 약간 오염된 상기 유체 흐름(126)은, 도면 부호 127로 표시한 부분에서 임의의 고체 입자가 탈거되고, 도면 부호 128로 표시한 부분에서 압축되며, 도면 부호 129로 표시한 부분에서 냉각되어, 유입관(6.3)을 통해 유입관(6.4)의 좌측으로 리사이클되는데, 이는 상기 좌측으로부터 나오는 폴리머 입자에서 상기 반출되는 에틸렌을 퍼지하기 위한 것이다. 이렇게 에틸렌이 채워진 프로필렌은, 프로필렌이 채워진 에틸렌이 분리탑(93)에서 분리되는 때와 동일한 때에 유출관(11.1)을 통하여 제거된다.
우측의 주 반응 영역은, 도면 부호 85로 표시한 위치에서 급송되는 프로필렌을 중합하는 역할을 한다. 이러한 매우 긴 영역은, 프로필렌 가스의 제거를 위해, 주 중앙관(8.1)을 경유하여 반응기의 우측에 이르는 유출구 이외에도, 측면 출구를 포함하는데, 이 측면 출구는 반경방향 관(54)의 세트로 구성되고, 반경방향 관(53)과 동일한 평면에 위치하며, 단 하나만이 도시되어 있다. 동일 평면에 위치하지만 도면에 도시되어 있지 않은 다른 반경방향 관이 액체 프로필렌을 급송관(22.1)에 급송한다. 주 유출관(8.1) 및 반경방향 관(54)을 통해 각각 제거되는 프로필렌 가스(98 및 98.1)는, 도면 부호 99로 표시한 위치에서 임의의 고체 입자가 탈거되고, 도면 부호 100으로 표시한 부분에서 냉각되며, 도면 부호 101로 표시한 부분에서 응축물이 탈거되고, 유입관(6)을 통하여 압축기(103)에 의해 리사이클된다.
유동층이 우측으로 그리고 좌측으로 유동하는 것을 방해하지 않게 하기 위해, 반경방향 관(53)과 반경방향 관(54) 사이의 공간은, 입자의 흐름을 적절한 방향으로 안내하는 핀을 포함한다.
따라서, 2개의 주 영역 사이에 위치하는 전이 영역은 4개의 주입관(6.1 내지 6.4)을 포함한다. 이 전이 영역은 3개의 전이 섹션으로 분할되는데, 이들 중 중앙 섹션은 원뿔 단부(35)의 유출관(11.1)에 연결되어 있으며 압축기(89 및 128)에 의해 유입관(6.2 및 6.3)을 통하여 급송이 이루어지는 것이고, 이들 압축기는, 단지 소량의 프로필렌 또는 에틸렌만을 각각 함유하며, 원뿔 단부(36)의 유출관(11.2)과 반경방향 관(53)에서 종결되는 유출관(11.3)에 연결되어 있는 다른 2개의 전이 섹션으로부터 나오는 흐름(87 및 126)을 압축하는 것이다. 중앙 섹션으로부터의 흐름(92), 즉 에틸렌과 프로필렌의 혼합물만이 리사이클되기 전에 분리탑(93)에서 정화 및 분리된다.
3개의 섹션을 구비하고 중앙 섹션과 나머지 2개의 섹션과의 사이를 가로질러 리사이클이 이루어지는 상기 전이 영역의 장치는, 2개의 주 영역 사이에서의 분리를 향상시키기에는 적합하지만, 분리탑(93)에서 분리되어야 하는 유체의 양을 제한 한다. 일반적으로, 프로필렌의 순도는 에틸렌의 순도보다 높아야 하기 때문에, 이 예에서 상기 전이 영역의 2/3에는 프로필렌이 1/3에는 에틸렌이 급송된다.
반응기가 수평이므로, 중앙 스택은 측면과 하부에 측면 개구(9)의 수 개의 열이 마련되어 있고 유출관으로의 유체 흐름(133)을 안내하는 핀이 장착되어 있는 노즐일 수 있다. 또한, 반응기의 직경이 약 2 m이고 입자의 평균 회전 속도가 10 m/sec인 경우, 반응기의 하부에 있어서 유동층의 두께는 반응기의 상부에 있어서 유동층의 두께의 약 2/3에 불과한데, 이는 위치 에너지의 차이와 이에 따른 입자의 속도의 차이(무시할만한 것이 아님)에 기인한 것이다. 따라서, 중앙 스택을 중심에서 벗어나 있게 하고, 선택적으로 나선형 권취부의 2개의 세트의 대칭축을 변경하여 유동층의 형상에 더 정합시키는 것이 바람직하다. 또한, 폴리머 입자의 측방 운동은 중력에 저항하지 않아야 하므로, 마찰 저항을 줄이기 위해 나선형 권취부(71 및 122) 사이의 간격을 증대시켜야 한다. 이는 유체 주입 속도가 과도하게 높아지는 것을 회피하는데 기여한다.
프로필렌의 반응율과 반응열이 낮고, 중앙 급송관(22 및 22.1)에 의해 분사되는 액체 프로필렌의 기화에 의해 유동층이 부분적으로 냉각되므로, 프로필렌 가스의 유량은 낮고, 이에 의해 반응기의 주 우측 영역을 연장하여 보다 많은 프로필렌을 중합할 수 있게 된다. 상기 주 우측 영역의 체적이 더 증대되어야 하는 경우, 반응기는 유동층의 표면(72)을 거의 동일한 레벨에 유지시키면서 약간 넓어질 수 있다.
그 밖의 작동 특성은 이전의 예와 유사하고, 유사하게 추정될 수 있다. 전 술한 여러 예는 상기 중합 방법의 유연성, 즉 이 방법이 기상 또는 액상인 대부분의 유동층 촉매 중합에 적용될 수 있음을 보여준다.

Claims (31)

  1. 수직 원통형 반응기와, 기상 혹은 액상 반응 유체의 존재 하에서 폴리머 입자의 형성을 야기하는 중합 촉매를 주입하는 장치와, 유동층에서 부유 상태의 상기 폴리머 입자를 인출하기 위해 상기 반응기의 벽에 배치된 하나 이상의 유출구와, 상기 유동층의 표면을 검출하는 검출 장치와, 급송 장치를 통하여 상기 반응기 안으로 리사이클을 실시하는 리사이클 장치와, 상기 반응 유체로부터 분리된 이후에 상기 반응기에서 인출된 상기 폴리머 입자를 회수하는 장치를 포함하고, 상기 폴리머 입자의 유출 유량을 조정하여 상기 유동층의 표면을 상기 반응 유체 제거 장치로부터 소정 거리에 유지시키기 위해 상기 유출구는 상기 검출 장치에 의해 서보 제어되며, 상기 반응 유체는 상기 제거 장치에 의해 제거되는 것인 유동층 중합 수단으로서,
    - 상기 급송 장치는 상기 반응 유체를 상기 반응기의 측벽을 따라, 수평방향으로부터 그리고 상기 측벽에 대한 접선방향으로부터 30°이상 벗어나지 않는 방향으로, 균일하게 분배하는 방식으로 상기 반응기 안에 주입하여, 상기 반응 유체 및 상기 폴리머 입자를 회전 운동에 유입시키도록 되어 있는 것으로서, 상기 회전 운동의 원심력은 상기 폴리머 입자를 상기 측벽을 향하여 밀어붙이는 것이며,
    - 상기 제거 장치는 상기 반응기의 원통형 대칭축을 둘러싸고, 상기 반응기의 베이스와 상부 사이에 균일하게 분포되어 있는 개구를 구비하며, 상기 반응 유체를 상기 반응기의 베이스와 상부 사이에서 균일하게 분배하는 방식으로 제거하도 록 되어 있는 것이고,
    - 상기 반응기는 고정된 나선형 권취부의 하나 이상의 연속 세트를 포함하는 것으로, 상기 나선형 권취부의 연속 세트는 상기 반응기의 측벽을 따라 마련되어 있고, 상기 반응기의 베이스와 상부 사이에 분포되어 있으며, 상기 제거 장치를 그로부터 소정 거리를 두고 둘러싸고 있는 것이고, 상기 나선형 권취부는, 상기 나선형 권취부의 벽 사이에 있는 나선형 공간과 상기 나선형 권취부 사이에 있는 자유 중앙 공간에서 회전하는 상기 폴리머 입자를 상기 반응기의 상부를 향하여 반출시키기 위한 방향으로 배향되어 있으며, 상기 제거 장치는 상기 폴리머 입자가 상기 제거 장치에 들어가는 일 없이 상기 자유 중앙 공간에 낙하할 수 있게 하고, 회전 속도와 그에 따른 원심력은 상기 폴리머 입자가 상기 제거 장치에서 상기 반응 유체에 의해 반출되지 못하게 하며, 상기 반응 유체와 상기 폴리머 입자는 상기 원심력과 상기 나선형 권취부의 영향을 받아 회전 수직 유동층을 형성하는 것인 유동층 중합 수단.
  2. 제1항에 있어서,
    - 상기 급송 장치는, 상기 반응기의 2개 이상의 개별적인 영역에 2개 이상의 서로 다른 상기 반응 유체의 혼합물을 급송하기 위해 2개 이상의 개별적인 부분으로 분할되어 있고,
    - 상기 제거 장치는 3개 이상의 개별적인 섹션으로 분할되어 있으며, 이들 섹션은 각각 상기 반응기에서 나오는 유출관에 연결되어 있고, 상기 개별적인 섹션 각각에 들어가는 서로 다른 상기 반응 유체의 혼합물을 상기 반응기로부터 개별적으로 제거하기에 적합하며, 상기 개별적인 섹션 중 하나는 나머지 두 섹션 사이에 위치하는 분리 섹션이고, 상기 반응기의 2개의 개별적인 영역 사이에 있는 분리 영역에서 혼합된 상기 반응 유체를 상기 반응기로부터 제거하기에 적합한 것이며,
    - 상기 리사이클 장치는, 서로 다른 상기 반응 유체의 혼합물을 개별적으로 처리 및 리사이클할 수 있는 것인 유동층 중합 수단.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제거 장치의 상기 분리 섹션을 2개 이상의 서브 섹션으로 분할하여, 상기 서브 섹션 중 하나로부터 나오는 혼합된 상기 반응 유체를, 상기 반응기에 있어서 다른 서브 섹션에 대한 급송이 실시되는 영역의 레벨에서 상기 반응기로 리사이클하는 것인 유동층 중합 수단.
  4. 제2항에 있어서, 정화, 2개의 개별적인 흐름으로의 분리, 및 상기 리사이클 장치를 통한 상기 반응기로의 리사이클을 실시하기 위하여, 상기 제거 장치의 상기 분리 섹션을 3개의 서브 섹션으로 분할하고, 혼합된 상기 반응 유체는 다른 두 서브 섹션 사이에 위치하는 중앙 서브 섹션으로부터 나오며, 상기 다른 두 서브 섹션에서 나오는 혼합된 상기 반응 유체는 정화 및 분리 장치를 통과하지 않고, 상기 중앙 서브 섹션에 대한 급송이 실시되는 상기 반응기의 영역의 레벨에서 리사이클되는 것인 유동층 중합 수단.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 급송 장치는 하나 이상의 나선형 통로를 포함하고, 이 나선형 통로는 상기 반응기 내측의 측벽을 따라 마련되며 상기 나선형 권취부에 대하여 반대 방향으로 배향되는 것이며, 상기 나선형 통로는, 이 나선형 통로를 따라 균일하게 분포되어 있고 상기 반응기의 측벽을 관통하는 급송관에 의해 상기 나선형 통로에 급송되는 상기 반응 유체를, 상기 반응기의 벽을 따라 균일하게 분포된 주입 장치를 통해 상기 반응기 안으로 주입하기에 적합한 것인 유동층 중합 수단.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응기는 수평이고, 이 반응기는 상기 나선형 권취부의 제1 연속 세트와 동심인 나선형 권취부의 제2 연속 세트를 포함하며, 상기 나선형 권취부의 제2 연속 세트는 상기 나선형 권취부의 제1 연속 세트에 대하여 반대 방향으로 배향되어 있어, 상기 폴리머 입자가 상기 반응기의 양단부를 향해 반출되며, 이로 인해 상기 폴리머 입자는 상기 반응기의 일단부로부터 타단부로 유동하는 것인 유동층 중합 수단.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나선형 권취부와 상기 반응기의 측벽과의 사이에 있는 자유 측면 공간을 포함하고, 이 자유 측면 공간을 통하여 상기 폴리머 입자는 중력에 의해 상기 반응기의 하부를 향하여 낙하할 수 있으며, 상기 자유 측면 공간은, 상기 폴리머 입자 중 상기 반응기에서 상승한 부분만이 상기 자유 측면 공간에 낙하하고, 나머지 부분이 상기 자유 중앙 공간을 통해 낙하할 수 있을 정도로 충분히 좁은 것인 유동층 중합 수단.
  8. 제7항에 있어서, 상기 폴리머 입자가 상기 나선형 권취부를 따라 상기 자유 측면 공간으로 낙하하지 못하게 하도록, 상기 나선형 권취부와 상기 반응기의 측벽과의 사이에서 하나 이상의 상기 나선형 권취부를 따라 상기 자유 측면 공간을 마련하지 않음으로써, 모든 폴리머 입자가 상기 나선형 권취부와 상기 제거 장치와의 사이에서 상기 자유 중앙 공간으로 낙하하도록 강제하는 것인 유동층 중합 수단.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 충분히 넓은 하나 이상의 나선형 권취부를 따라서 충분히 넓은 자유 측면 공간을 마련함으로써, 모든 폴리머 입자가 상기 나선형 권취부를 따라 마련된 상기 자유 측면 공간으로 낙하할 수 있게 하고, 상기 폴리머 입자가 상기 나선형 권취부를 따라 마련된 상기 자유 중앙 공간으로 낙하하지 못하게 하는 것인 유동층 중합 수단.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 반응 유체 또는 냉각제를 급송하는 관을 매개로 하여 상기 반응기의 측벽에 연결되어 있는 상기 나선형 권취부의 적어도 일부분은 중공 형상인 것인 유동층 중합 수단.
  11. 제10항에 있어서, 상기 급송 장치에 의해 주입되는 상기 반응 유체의 적어도 상당 부분이 기체 형태이고, 상기 반응 유체 또는 냉각제는 액체이며, 상기 중공의 나선형 권취부를 따라 분배되어 있고 상기 액체를 상기 반응기에 미세한 방울 상태로 분사하기에 적합한 주입 장치를 포함하는 것인 유동층 중합 수단.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응 유체의 적어도 상당 부분이 기체 형태이고, 반응 유체 또는 냉각제의 미세한 방울을 상기 유동층의 표면의 적어도 일부분에 분사하는 인젝터가 장착되어 있으며 상기 제거 장치를 통과하는 적어도 하나의 관을 포함하는 것인 유동층 중합 수단.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제거 장치의 적어도 일부분은 플레어형 노즐의 연속 세트를 포함하고, 이들 노즐은 서로 끼워 맞춰지며 핀 또는 편향기에 의해 서로 분리되어 있고, 상기 핀 또는 편향기는 상기 반응기에서 회전하는 상기 반응 유체를 상기 유출관 중 적어도 하나를 향해 안내하는 것인 유동층 중합 수단.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제거 장치의 적어도 일부분은 다수의 개구가 형성된 원통형 혹은 원뿔형 노즐을 포함하고, 이 노즐에는 상기 반응기에서 회전하는 상기 반응 유체를 상기 유출관 중 적어도 하나를 향해 안내하는 핀 또는 편향기가 장착되어 있는 것인 유동층 중합 수단.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제거 장치의 적어도 일부 분은 하나 이상의 나선형 테이프가 권취되어 있고, 이 나선형 테이프의 연속적인 권취부는 상기 반응기에서 회전하는 상기 반응 유체를 상기 유출관 중 적어도 하나를 향해 안내하는 핀 또는 편향기에 의해 서로 분리되어 있는 것인 유동층 중합 수단.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 중합 대상물에 따라 상기 반응기에서의 상기 폴리머 입자의 유동을 조절하기 위해, 상기 반응기를 따라 마련된 복수 개의 상기 나선형 권취부 중 적어도 하나에 있어서 상기 나선형 권취부의 치수를 서로 다르게 하는 것인 유동층 중합 수단.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유동층 중 하나 이상의 위치에서 난류를 일으켜, 상기 반응기의 측벽에 인접한 공간에서 유동하는 상기 폴리머 입자와 상기 유동층의 표면에 인접한 공간에 있는 상기 폴리머 입자 사이의 혼합을 상기 위치에서 증대시키는 하나 이상의 난류 발생 장치를 포함하는 것인 유동층 중합 수단.
  18. 제1항 내지 제5항, 또는 제7항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 복수 개의 상기 나선형 권취부 중 적어도 일부분이 중앙 경사벽의 경계를 형성하는 융기된 내측 가장자리를 구비함으로써, 상기 자유 중앙 공간으로 낙하하는 폴리머 입자를 상기 중앙 경사벽을 따라 유동시킬 수 있게 되는 것인 유동층 중합 수단.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응 유체 중 적어도 하나는 올레핀을 포함하는 것인 유동층 중합 수단.
  20. 수직 원통형 반응기와, 중합 촉매를 주입하는 장치와, 반응 유체를 급송하는 장치와, 유동층에서 부유 상태의 상기 폴리머 입자를 인출하기 위해 상기 반응기의 벽에 마련되어 있는 하나 이상의 유출구로서, 상기 유동층의 표면을 검출하는 장치에 의해 서보 제어되는 하나 이상의 유출구와, 상기 반응 유체를 제거하기 위한 장치와, 상기 제거된 반응 유체를 위한 리사이클 장치와, 상기 반응 유체로부터 분리된 이후에 상기 반응기에서 인출되는 상기 폴리머 입자를 회수하는 장치를 포함하는 중합 유동층으로서,
    - 상기 급송 장치는, 수평방향으로부터 그리고 상기 측벽에 대한 접선방향으로부터 30°이상 벗어나지 않는 방향으로, 상기 반응기의 측벽을 따라 균일하게 분포되어 있는 복수 개의 주입 장치를 포함하고,
    - 상기 제거 장치는 상기 반응기의 원통형 대칭축을 둘러싸고, 상기 반응기의 베이스와 상부 사이에 균일하게 분포되어 있는 개구를 구비하며,
    - 상기 반응기는 고정된 나선형 권취부의 하나 이상의 연속 세트를 포함하는 것으로, 상기 나선형 권취부의 연속 세트는 상기 반응기의 측벽을 따라 마련되어 있고, 상기 반응기의 베이스와 상부 사이에 분포되어 있으며, 상기 제거 장치를 그로부터 소정 거리를 두고 둘러싸고 있는 것이고, 상기 나선형 권취부는, 상기 나선 형 권취부의 벽 사이에 있는 나선형 공간에서 회전하는 상기 폴리머 입자를 상기 반응기의 상부를 향하여 반출시키기 위한 방향으로 배향되어 있는 것인 중합 유동층.
  21. 제20항에 있어서,
    - 상기 급송 장치는, 상기 반응기의 2개 이상의 개별적인 영역에 2개 이상의 서로 다른 상기 반응 유체의 혼합물을 급송하기 위해 2개 이상의 개별적인 부분으로 분할되어 있고,
    - 상기 제거 장치는 3개 이상의 개별적인 섹션으로 분할되어 있으며, 이들 섹션은 각각 상기 반응기에서 나오는 유출관에 연결되어 있고, 상기 개별적인 섹션 각각에 들어가는 서로 다른 상기 반응 유체의 혼합물을 상기 반응기로부터 개별적으로 제거하기에 적합하며, 상기 개별적인 섹션 중 하나는 나머지 두 섹션 사이에 위치하는 분리 섹션이고, 상기 반응기의 2개의 개별적인 영역 사이에 있는 분리 영역에서 혼합된 상기 반응 유체를 상기 반응기로부터 제거하기에 적합한 것이며,
    - 상기 리사이클 장치는, 서로 다른 상기 반응 유체의 혼합물을 개별적으로 처리 및 리사이클할 수 있는 것인 중합 유동층.
  22. 제21항에 있어서, 상기 제거 장치의 상기 분리 섹션을 2개 이상의 서브 섹션으로 분할하여, 상기 서브 섹션 중 하나로부터 나오는 혼합된 상기 반응 유체를, 상기 반응기에 있어서 다른 서브 섹션에 대한 급송이 실시되는 영역의 레벨에서 상 기 반응기로 리사이클하는 것인 중합 유동층.
  23. 제21항에 있어서, 정화, 2개의 개별적인 흐름으로의 분리, 및 상기 리사이클 장치를 통한 상기 반응기로의 리사이클을 실시하기 위하여, 상기 제거 장치의 상기 분리 섹션을 3개의 서브 섹션으로 분할하고, 혼합된 상기 반응 유체는 다른 두 서브 섹션 사이에 위치하는 중앙 서브 섹션으로부터 나오며, 상기 다른 두 서브 섹션에서 나오는 혼합된 상기 반응 유체는 정화 및 분리 장치를 통과하지 않고, 상기 중앙 서브 섹션에 대한 급송이 실시되는 상기 반응기의 영역의 레벨에서 리사이클되는 것인 중합 유동층.
  24. 제20항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 급송 장치는 하나 이상의 나선형 통로를 포함하고, 이 나선형 통로는 상기 반응기 내측의 측벽을 따라 마련되며 상기 나선형 권취부에 대하여 반대 방향으로 배향되는 것이며, 상기 나선형 통로는, 이 나선형 통로를 따라 균일하게 분포되어 있고 상기 반응기의 측벽을 관통하는 급송관에 의해 상기 나선형 통로에 급송되는 상기 반응 유체를, 상기 반응기의 벽을 따라 균일하게 분포된 주입 장치를 통해 상기 반응기 안으로 주입하기에 적합한 것인 중합 유동층.
  25. 제20항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나선형 권취부와 상기 반응기의 측벽과의 사이에 있는 자유 측면 공간을 포함하고, 이 자유 측면 공간을 통 하여 상기 폴리머 입자는 상기 반응기의 하부를 향하여 낙하할 수 있는 것인 중합 유동층.
  26. 제25항에 있어서, 상기 폴리머 입자가 상기 나선형 권취부를 따라 상기 자유 측면 공간으로 낙하하지 못하게 하도록, 상기 나선형 권취부와 상기 반응기의 측벽과의 사이에서 하나 이상의 상기 나선형 권취부를 따라 상기 자유 측면 공간을 마련하지 않음으로써, 모든 폴리머 입자가 상기 나선형 권취부와 상기 제거 장치와의 사이에서 상기 자유 중앙 공간으로 낙하하도록 강제하는 것인 중합 유동층.
  27. 제20항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 반응 유체 또는 냉각제를 급송하는 관을 매개로 하여 상기 반응기의 측벽에 연결되어 있는 상기 나선형 권취부의 적어도 일부분은 중공 형상이며, 주입 장치를 포함하는 것인 중합 유동층.
  28. 제20항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제거 장치의 적어도 일부분은 플레어형 노즐의 연속 세트를 포함하고, 이들 노즐은 서로 끼워 맞춰지며 핀 또는 편향기에 의해 서로 분리되어 있고, 상기 핀 또는 편향기는 상기 반응기에서 회전하는 상기 반응 유체를 상기 유출관 중 적어도 하나를 향해 안내하는 것인 중합 유동층.
  29. 제20항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제거 장치의 적어도 일부 분은 다수의 개구가 형성된 원통형 혹은 원뿔형 노즐을 포함하고, 이 노즐에는 상기 반응기에서 회전하는 상기 반응 유체를 상기 유출관 중 적어도 하나를 향해 안내하는 핀 또는 편향기가 장착되어 있는 것인 중합 유동층.
  30. 제20항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제거 장치의 적어도 일부분은 하나 이상의 나선형 테이프가 권취되어 있고, 이 나선형 테이프의 연속적인 권취부는 상기 반응기에서 회전하는 상기 반응 유체를 상기 유출관 중 적어도 하나를 향해 안내하는 핀 또는 편향기에 의해 서로 분리되어 있는 것인 중합 유동층.
  31. 제20항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응기를 따라 마련된 복수 개의 상기 나선형 권취부 중 적어도 하나에 있어서 상기 나선형 권취부의 치수를 서로 다르게 하는 것인 중합 유동층.
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