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논문 상세정보

유틸리티 절감을 위한 미반응 스티렌 모노머 회수공정의 설계

Process Design for Recovery of Unreacted Styrene Monomer for Utility Saving

초록

ABS 중합공정 중 잔류 모노머 회수 공정의 유틸리티 사용량 절감을 위한 공정의 개선을 수행하였다. ABS 폴리머 생산 과정 중 잔류 모노머 회수 공정은 제품의 품질 향상을 위해 반드시 필요하다. 잔류 모노머의 회수를 위한 다양한 방식이 있으나, 본 연구에서 대상으로 한 것은 스팀 스트리핑 공정이다. 기존의 스팀 스트리핑은 많은 양의 스팀과 냉각수가 사용되고 있으나, 본 연구를 통해 유틸리티 사용을 절감하는 새로운 방안을 찾고자 하였다. 스트리핑 후 모노머와 함께 배출되는 스팀의 잠열을 진공상태의 수증기로 회수하고, 압축으로 온도를 상승시켜 스트리핑 스팀으로 재사용하도록 함으로써 스팀의 사용을 획기적으로 절감하였다. 또한 모노머 최종 회수 과정에서 발생되는 물을 모노머 응축에 냉각수로 활용함으로써 용수에 대한 사용량도 감소 시킬 수 있었다.

Abstract

A study for process design to curtail the utility consumption during residual styrene monomer recovery in an ABS polymerization process was carried out. Among different techniques for residual monomer recovery, the steam stripping is dominantly employed in industries. The existing process, however, consumes a large amount of utility (steam and cooling water), and this study focused on the design of a new process that can substantially spare the utility consumption. A new process was configured to utilize the latent heat of the stripping steam, which is condensed with the monomer using cooling water after exiting the stripper. The condenser was modified to use vacuum state water as coolant and to generate vacuum state steam using the latent heat of the stripping steam. The steam is injected to the stripper as the stripping steam after upgrading using a compressor. Through this modification, consumption of steam and also cooling water could be significantly reduced at some expense of electricity for compressor operation.

질의응답 

키워드에 따른 질의응답 제공
핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
스트리퍼의 운전
스트리퍼의 운전 과정은 어떻게 되는가?
스트리퍼 상부를 통해 반응기에서 생산된 라텍스 형태의 생성물이 공급되며, 하부에서 스팀을 공급하여 스트리퍼 내부에서 스팀과 생성물이 접촉, 미반응 모노머를 스팀과 함께 스트리퍼 상부로 회수한다.

스트리퍼의 운전을 간단히 설명하면 다음과 같다. 스트리퍼 상부를 통해 반응기에서 생산된 라텍스 형태의 생성물이 공급되며, 하부에서 스팀을 공급하여 스트리퍼 내부에서 스팀과 생성물이 접촉, 미반응 모노머를 스팀과 함께 스트리퍼 상부로 회수한다. 이때 스트리퍼로 투입되는 스팀 양이 증가하면 모노머 회수율이 증가하나, 스팀 비용은 증가하게 된다.

국내 플라스틱 산업
중국에 의한 국내 플라스틱 산업의 어려움 극복의 요구 조건은 무엇이 있는가?
하나는 특수한 기능을 갖춘 고부가 소재의 개발이고, 다른 하나는 기존 제품의 원가 경쟁력 확보이다.

또한, 중국의 상대적으로 낮은 인건비와 중동의 원재료 가격 경쟁력으로 인하여, 국내 플라스틱 산업은 많은 어려움을 겪고 있다. 이러한 어려움의 극복을 위하여 두 가지 방안이 요구되고 있는데, 하나는 특수한 기능을 갖춘 고부가 소재의 개발이고, 다른 하나는 기존 제품의 원가 경쟁력 확보이다. 특히 플라스틱 산업의 절대적인 점유율을 차지하고 있는 범용 제품의 경우 원가 경쟁력 확보가 매우 중요하여, 현장 중심의 원가개선의 노력이 치열하게 전개되고 있다.

ABS 폴리머 제조비용
ABS 폴리머 제조비용의 비용 절감이 중요한 이유는 무엇인가?
재료비와 인건비를 제외한 유틸리티 및 기타 제조비용 이 약 147,000 원/톤 수준으로, 원재료 가격에 대한 조정이 불가능한 상황에서 제품의 원가 개선을 위해서는 유틸리티 등의 제조 비용 절감이 매우 중요하다.

본 연구에서 다룬 ABS 폴리머는 대표적인 범용 플라스틱으로 품질에 대한 진입장벽이 낮으며, 각 생산자 간 품질 차이가 크지 않아, 제품 경쟁력 확보를 위한 원가 개선이 중요시 된다. 현재 ABS 폴리머 제조비용 중 재료비와 인건비를 제외한 유틸리티 및 기타 제조비용 이 약 147,000 원/톤 수준으로, 원재료 가격에 대한 조정이 불가능한 상황에서 제품의 원가 개선을 위해서는 유틸리티 등의 제조 비용 절감이 매우 중요하다.

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저자의 다른 논문

참고문헌 (7)

  1. 1. Brown, Wayne, et al., "Introducing Slurry Into Steam Stripping Vessel Chamber to Vaporize Dilute and Some Water, Introducing Steam to Vaporize Water, Removing Vapor and Slurry," U.S. Patent No.6,358,404(1992). 
  2. 2. Xu Songlin, Jose Espinosa, Hector E. Salomone and Oscar A. Iribarren, "Operation of a Batch Stripping Distillation Column", Chinese J. of Chem. Eng., 9(2), 141-144(2001). 
  3. 3. Yng-Long Hwang, Gerrge E. Keller II, and James D. Olsson, "Steam Stripping for Removal of Organic Pollutants from Water. 1. Stripping Effectiveness and Stripper Design," Ind. Eng. Chem. Res., 31(7), 1753-1759(1992). 
  4. 4. Yng-Long Hwang, Gerrge E. Keller II, and James D. Olsson, "Steam Stripping for Removal of Organic Pollutants from Water. 2 VLE Data," Ind. Eng. Chem. Res., 31(7), 1759-1768(1992). 
  5. 5. Leland M. Vane, Franklin R Alvarez, "Membrane-assisted Vapor Stripping : Energy Efficient Hybrid Distillation-vapor Permeation Process for Alcohol-water Separation," J. Chem. Technol. Biotechnol., 83, 1275-1287(2008). 
  6. 6. Jacobs, Marc L., D. E. Gottschlich, and R. W. Baker, "Monomer Recovery in Polyolefin Plants," Petroleum Technology Quarterly, 132-135(1999). 
  7. 7. P. Bernardo, E. Drioli, "Membrane Gas Separation Progresses for Process Intensification Strategy in the Petrochemical Industry," Petroleum Chemistry, 50(4), 271-282(2010). 

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