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[화학공학] 압출성형 사전보고서

제목: Polyolefin Compounding1. 실험목적압출 성형 실험을 통해 범용 플라스틱의 제조 방법 및 공정을 이해하고, 범용 플라스틱의 물리적 성질을 알아본다.2. 실험이론(1) 압출성형(Extrusion Molding)압출성형이란 수지를 호퍼에 투입하여 스크류 회전에 의해 수지를 압착, 용융시켜 다이쪽으로 밀어내어 일정 형태의 성형품을 만든 후, 이것을 냉각, 고화시켜 연속적으로 제품을 성형하는 가공법을 말한다. 압출성형이 합성수지에 처음 사용되기 시작한 것은 1924년 용제를 이용한 습식 압출 방법인 초산섬유 압출이었다. 그 후 램식, 펌프식 등의 발전과정을 거쳐 현재 스크류식이 가장 널리 사용되고 있다.◈ 압출성형의 일반적 범주필름? 블로운 필름(Blown or Inflation Film): 무연신필름, 이축연신필름? 캐스트 필름(Cast or Flat Film): 무연신필름, 일축연신필름, 이축연신필름중공성형섬유연신Flat YarnMonofilament압출피복파이프 및 파이프 피복전선피복Sheet 및 진공성형압출성형에 사용되는 원료로서 열가소성 수지가 사용되는 경우 고화는 단순한 냉각과정을 거치지만 열경화성 수지는 가교반응과 같은 화학반응을 수반하기 때문에 성형조건을 설정하기가 어려워 압출 성형용 수지로는 주로 열가소성 수지가 사용되고 있다.열가소성 수지가 압출될 경우, 치수안정성을 부여하기 위해이나아래에서 냉각하는 것이 필수적이다. 이러한 냉각은 압출물을 물탱크를 통과시키거나, 냉각수 spray, air-cooling 등의 방법을 통해서 행해진다. 고무가 압출될 경우, 치수안정성은 cross-linking(vulcanization)으로부터 얻어지며, 이러한 전선피복에 적용된 고무 압출이 스크류 압출기의 최초 응용분야였다.고품질의 압출성형제품 생산을 위해 압출기가 갖추어야 할 구비요건은 다음과 같다.① 분말 또는 펠렛상의 원료를 변형되기 쉽게 가열하여, 용융 또는 가소화한다.② 원료 사이에 개재하는 공기가 수분을 배출한다.③ 가소화 또는 용융, 4축) 스크류 압출기는 스크류 플랭크의 맞물림을 이용해서 압출력을 크게 할 수 있다. 다축 스크류 압출기 중에 가장 많이 사용되는 것은 2축 압출기(Twin-screw Extruder)로 구경이 큰 PVC 파이프 등의 제작에 많이 사용된다.2축 스크류 압출기는 단축 스크류 압출기보다 기계 구조가 복잡하기 때문에 동일 압출량에 대비하여 설비비가 비싼 점이 있으나 낮은 스크류 속도에서도 압출량이 크고 일정하며 안정된 압출이 가능하다. 또한 혼련 효과가 우수하므로 낮은 온도에서도 압출이 가능하며 분말 상태의 수지에 많이 사용된다.위의 분류도에는 나타나 있지 않지만, 수지 중에 혼입된 수분이나 가스는 압출제품의 외관이나 물성에 좋지 못한 영향을 미치게 되므로 이를 제거하기 위해 실린더 중간에 배기구를 설치하여 내부의 수분 또는 기체를 배출시킬 수 있도록 설계된 벤트식 압출기가 사용되기도 한다.열가소성 수지의 압출성형에 사용되는 여러가지 압출기의 종류 중에 현재 가장 일반적으로 사용되는 압출기는 단축 스크류 압출기로써 그 전형적인 구조를 [그림 1]에 나타내었다.[그림 1] 단축스크류 압출기 구조(3) 압출기의 사양1) 구동모터스크류를 회전시키기 위한 구동모터는 충분한 힘을 가져야 하며 일정한 속도로 스크류를 회전시켜야 한다. 일반적으로 압출기의 크기는 스크류의 직경으로 나타내며 그 크기에 따른 구동모터의 용량은 [표 1]과 같고 용융지수 변화에 따른 일반적인 마력당 압출량은 [표 2]와 같다.[표 1] 압출기 크기에 따른 구동모터의 용량압출기 크기(직경 : mm)구동모터의 용량(마력 : HP)6*************0 ~ 6060 ~ 150150 ~ 250200 ~ 500400 ~ 900[표 2] 구동모터의 마력당 압출량용융지수(g/10min)냉각장치마력당 압출량(kg/hr/HP)2.02.00.20.2없음없음없음없음3.0 ~ 4.52.3 ~ 2.72.3 ~ 2.71.4 ~ 1.82) 감속장치고품질의 제품을 얻기 위해서는 수지 종류에 따라 일정한 스크류의 회전수가야만 한다. 가열부 히터의 용량은 수지 혼련과 압출량에 큰 영향을 미치며, 실린더 히터의 용량과 스크류 직경(D)과의 관계는 [그림 3]과 같다.[그림 2] 호퍼의 종류 및 구조[그림 3] 스크류 직경과 히터 용량과의 관계실린더 내부에서 스크류가 내압을 받으며 회전하기 때문에 실린더의 재질은 내부식성, 내면경도, 등이 매우 우수해야만 한다. 과거엔 주로 실린더와 스크류의 긁힘을 방지하기 위해 경도가 낮은 주철 라이너를 실린더에 삽입하여 사용했지만 근래에는 금속의 발달로 X-합금이나 질화강(SACM 1)으로 실린더를 제작하고 있다.4) 스크류스크류는 압출기에서 가장 중요한 부분으로 스크류의 회전에 의해 수지가 압착, 용융, 이송 및 균일화가 이루어진다. 일반적으로 스크류의 설계시 고려되어야 할 사향은 다음과 같다.?스크류와 배럴 사이의 간격?공급부, 압축부 및 계량부의 상대적 길이 및 채널 깊이?압축비(Compression Ratio) 및 유효장?혼련효과 및 균일성?헬릭스 각(Helix Angle)?배럴의 내부재질, 온도조절 및 내압① 스크류의 구조스크류의 구조는 [그림 4]에 나타난 바와 같이 나선형의 channel을 가진 실린더 형태로 구성되어 있고, channel의 나선형 마루를 flight라 한다. 또한 flight와 flight 사이의 거리를 lead라 하며, 이 값은 일반적으로 단축 스크류 압출기의 일정 상수로 표시된다. 헬릭스 각은 피치(Pitch)라고 하며, 이는 공급을 최적화 할 수 있도록 선택되어야 하며, 일반적으로 17.5도를 사용한다.② 스크류의 구간일반적으로 공급부(Feed Section), 압축부(Compression Section), 계량부(Metering Section)의 세 부분으로 구분되며, 스크류의 선단이 토피도형이나 덜메이지(Dulmage)형의 구조도 있다.?공급부(Feed Section)이 구간에서 수지온도가 점차적으로 증가하여 변형되기 쉬운 용융상태로 변화하면서 앞으로 이송된다. 공급부의 flight depth는 다음 구간토피도 및 덜메이지 면사이에서 혼련이 잘 되므로 높은 혼련 효과가 필요한 경우에 주로 사용된다.③ 스크류의 종류스크류의 설계는 사용 수지와 압출제품의 형상에 따라 각기 다르게 설계된다. 스크류의 종류는 그 형태에 따라 다음과 같이 세가지로 분류되며 혼련증대를 목적으로 베리어(Barrier) 스크류나 토피도및 덜메이지형이 사용되기도 한다.?피치가 일정한 타입(공급부 깊이: 일정, 압축부의 깊이: 감소, 계량부 깊이: 일정)?피치는 일정하고 깊이가 변화하는 타입?피치와 깊이가 함께 변화하는 타입[그림 5] 스크류의 종류5) 스크린팩(Screen Pack) 및 브레이커 플레이트(Breaker Plate)스크린팩은 배압을 증가시켜 혼련효과를 증대시켜 주고 용융수지로부터 이물질을 걸러주는 역할을 담당한다. 스크린팩의 매쉬가 미세할수록 혼련 효과는 증대되나 압출량은 감소하게 된다. 그러므로 매쉬의 결정은 혼련도와 압출량을 고려하여 선택해야만 하고 잦은 청소를 통해 이물질을 제거해 주어야 한다.스크류 선단을 떠난 용융수지는 브레이커 플레이트로 유입되고 여기에서부터 용융수지는 회전운동에서 직선운동으로 바뀌어 다이로 이송된다.6) 다이(Die)다이는 실린더 내에서 충분히 혼련되어 균일한 용융수지가 일정한 형상의 제품으로 성형되는 부분으로 다이의 설계시 고려되어야 할 사항은 다음과 같다.?실린더 내에서 혼련된 균일한 용융수지를 일정수치로 성형 가능해야 한다.?기계적 강도가 우수해야 한다.?가능한 한 수지의 유동성에 방해되지 않아야 한다.?가능한 한 구조는 간단해야 하고, 온도조절이 정확해야 한다.① 다이의 종류다이의 종류는 그 형태나 사용목적에 따라 표3.과 같이 분류한다.[표 3] 다이의 종류 및 용도분 류다이의 종류용 도스트레이트 다이(Straight Die)파이프 및 튜브용 다이프로파일용 다이Circular 다이PVC, PE, PP 및 Nylon 파이프크로스 헤드 다이(Cross Head Die)피복용 다이인플레이션 다이다색 다이각종 전선 피복 제품PVC, PE, PP 필조시의 립간격과 제품두께 및 랜드길이의 관계는 [표 5]와 같다.[표 5] 립간격과 제품두께 및 랜드길이의 관계제품두께(mm)다이립 간격(mm)랜드길이(mm)0.02 ~ 0.050.3 ~ 0.50.5~1.020 ~ 4040 ~ 70⑥ 다이 크기와 토출량과의 관계다이의 오리피스 직경 10mm 당 토출량은 1~1.4kg/hr 정도가 적당하며 인플레이션 필름의 경우 오리피스 직경과 토출량과의 관계는 [표 6]과 같다.[표 6] 오리피스의 직경에 대한 압출량오리피스 직경 D(inch)압출량 Q(lb/hr)1.2522.53.54.56*************501,7603,650(4) 인장특성(기계적 특성)이번 실험은 인장특성, 굴곡탄성, 충격특성, 크리이프 특성, 강성 등의 플라스틱의 기계적 특성치 중에서 인장특성을 알아보기 위한 실험이다.인장특성은 일정 시편에 외력(인장하중)을 가하여 그 재료가 파괴될 때까지의 응력과 변형(Stress-Strain, 이하 S-S로 표시)의 관계로 표시되는 기계적 성질이며 인장강도(항복점, 파단점), 신장율(항복점, 파단점)등이 이에 속한다.그 S-S곡선의 일반형을 [그림 6]에, 재질의 강하고 약함에 따라 나타나는 여러가지 S-S곡선을 [그림 7]에 각각 나타내었으며, 이 곡선들의 형태에 따른 특성을 [표 7]에 요약하였다.[그림 6] S-S 곡선의 일반형[그림 7] S-S 곡선의 종류와 수지의 성질곡선유형응력변형곡선의 특징탄성율항복응력인장강도신율(파단점)A형B형C형D형E형낮 음높 음낮 음높 음높 음낮 음높 음낮 음높 음높 음낮 음높 음낮 음높 음높 음보 통낮 음높 음보 통높 음[표 7] 응력변형곡선의 특징◈ 시험방법단 위: 인장강도 kg/㎠, 신장율 %시 편: 시험시편은 사출성형이나 압출성형으로 만든다. 시편의 크기는 변할 수도 있지만 대개 두께는 1/8인치이고, 일반적인 모양은 [그림 8]과 같이 나타낸다.[그림 8] 인장시험 시편의 형태시험개요: 아령모양의 시험시편의 양끝을 인장시험기의 물림쇠(Jaw)에 물린다. 한쪽 물림쇠 는

공학/기술| 2005.09.11| 14페이지| 1,000원| 조회(817)

화학공학, 동아대학교, 압출성형

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[화학공학] 압출성형

4. compounding 공정에서 원료수지에 첨가하는 물질들에는 무엇이 있으며, 그 물질들을 첨가하여 향상되는 물성은 무엇인가? 플라스틱은 원료 또는 제품의 품질유지 및 퇴화방지를 위해서 각종 유기 또는 무기성 첨가제가 사용되며 이들은 플라스틱의 성상을 결정하는 중요한 역할도 하지만 재생과 소각처리시 중요한 인자가 될 수 있다.(1) 가소제 가소제는 합성수지를 연화시켜 물성을 부드럽게 하는 첨가제이다. 가소제의 분자가 합성수지 속으로 들어가면 사슬고분자간의 인력이 약해져 연화하게 된다. 가소제의 종류는 용제형과 비용제형으로 나누어지는데 대개 DOP이나 DBP같은 유기 화합물이 많이 사용되어 진다. 가소제가 많이 쓰이는 대표적인 플라스틱은 PVC이다.(2) 산화방지제플라스틱 성형품도 유기화합물이므로 식품 같은 것들보다는 더디지만 역시 공기중의 산소와 반응하면 산화되어 분해된다. 플라스틱에 공기 중의 산소가 작용하면 수소가 유리되어 유리 라디칼이 발생된다. 이 유리 라디칼이 다시 공기중의 산소와 반응하여 과산화물 라디칼이 발생되고 이것이 다른 플라스틱에 작용하면 다시 유리 라디칼과 하이드로 퍼옥사이드를 생성하여 이 연쇄 반응이 반복되어진다.(3) 착색제착색을 위하여 안료 및 염료가 사용되며 안료로는 카본 블랙, 티탄 화이트, 크롬옐로등이 쓰이고 있고, 염료에는 오일 옐로, 오일 블루, 오일 레드 같은 유용성 염로가 많이 사용된다.(4) 연소 방지제PVC처럼 플라스틱이 건재나 전기 코드 등에도 사용되는데 플라스틱의 불연화, 난연화를 위해서는 첨가제를 가하는 경우와 고분자 물질 자체를 불연화시키는 방법이 있다. 첨가제로는 주로 염소함유 화합물, 인산계 화합물을 많이 사용하며, 고분자 불연화는 분자의 일부에 염소를 가하여 염소화촐리에틸렌을 만드는 방법이 사용된다.(5) 발포제: 우레탄폼, 발포블리스티렌, 발포볼리에티렌, 스폰지등의 플라스틱내에 발포를형성하여 충격등을 완화시킬 목적으로 사용된다. 사용되는 성분으로는 CFC112, FC11등이 있다.

공학/기술| 2005.09.11| 4페이지| 1,000원| 조회(1,031)

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[고분자공학] 폴리프로필렌 제조공정 평가A좋아요

report고 분 자 공 학학 과 : 화학공학과담당교수 : 이상호 교수님학 년 : 3학년(01반)조 원 : 김정민, 김찬훈,김태현, 박병식,박홍기, 이진산,장성간, 정홍근,정충식, 채병운동 아 대 학 교- 순 서 -1.폴리프로필렌 역사2.폴리프로필렌 중합3.폴리프로필렌 공정4.폴리프로필렌 제품5.참고문헌▷ 폴리프로필렌 ◁- -□ PP 정의 및 역사PP는 isotactic PP, syndiotatic PP 및 atactic PP가 있는데, 적당한 물성을 나타내기 위해서는 입체규칙성이 요구되기 때문에 배위중합 촉매로만 제조한다.Propylene을 isotactic PP로 중합하는 촉매는 이탈리아의 Natta 교수가 발명하였다.Natta 교수는 Ziegler 촉매 중 TiCl4를 TiCl3로 바꾸었을 때, isotactic PP가 생성되는 것을 발견하고, 1954년 입체 규칙성 중합 촉매에 관한 부분을 독자적으로 특허 출원하였다.Naphtha를 분해하면 ethylene뿐만 아니라 propylene도 다량 생성되는데, isotatic PP가 합성되기 전에는 propylene의 용도가 별로 없어 대부분 연료로 사용되었다.그러므로 isotactic PP의 출현은 공업적 가치가 매우 크다.isotactic PP는 밀도가 0.91g/cm3로 매우 가벼우며, 전기절연성 및 내약품성이 뛰어난 재료이다. 또한, 용융온도가 160℃이므로 각종 제품을 PP에 포장한 채로 열탕 소독할 수 있다. 또한 가볍고 인장강도가 우수하기 때문에 rope, 포장용 끈, 실험복 및 작업복, 컨베이어 벨트, 여과포 등으로 사용되며 이불솜으로 사용하면 매우 가벼운 이불이 될 수 있다. 이 밖에도 담배의 포장지, 내수성 스카치테이프, 운반용 케이스나 컨테이너 등에도 isotactic PP가 이용되고 있다.유리섬유나 탄산칼슘 등을 PP와 배합하면 PP의 열변형 온도와 강도가 매우 향상되어 PP의 용도를 크게 넓힐 수 있으며 이때 유리섬유와 탄산칼슘은 극성이 큰 반면, PP는 비극성이므로 상호간의 접착을 개도는 포장용 필름·연신(延伸) 테이프·섬유·파이프·일용잡화·완구·공업용 부품·컨테이너 등이다.사출성형품(射出成型品)은 각종 컨테이너를 비롯한 일용잡화이고, 합성섬유는 주로 강력한 공업용품(인장강도:데니어당 9g)이나 카펫·이불솜이 많다. 플랫얀(flat yarn)은 중·저압 폴리에틸렌과 마찬가지로 쌀·밀·비료 부대, 접착테이프 등에 사용된다. 압출성형(壓出成型)으로는 펼쳐늘여 종이·강철 밴드 분야, 그리고 돗자리와 같은 새로운 용도가 개발되었다. 중공성형품(中空成型品)은 뜨거운 물에 견디므로 폴리에틸렌과 달리 보온병, 열소독을 하는 의료기구·약품용기 등에 사용된다.□ PP 중합PP의 중합에 이용되는 촉매는 거의 전부가 ZIEGLER-NATTA형으로 주기율표상의 4~6,8족의 전이 금속염과 1~3족의 유기 금속 화합물을 반응시켜 만든 것이다. 그중 가장 보편화 되어 있는 촉매로는 TiCl₃(주촉매)와 알킬알루미튬(조촉매)그리고 제 3성분으로 전자공여체 화합물을 쓰고 있다.현재는 제1세대 촉매는 사용되고 있지 않고 제2세대인 SOLVAY 촉매와 제 3,4세대 촉매가 사용되고 있다.POLYMERIZATION AND STEREGULARITY PL은 EL(대칭구조)과는 달리 Methyl-Group을 가지고 있어 비대칭이기 때문에 중합을 하였을때 메틸 그룹의 배향에 따라 얻어진 폴리머의 입체 규칙성이 위와 같이 세가지 종류로 구별된다.1) 아이소택틱(ISOTACTIC)-COMMERCIAL PP메틸기가 동일 방향으로 정렬 된 경우로 결정을 이룬다.2) 아택틱(ATACTIC) : PP중합시 섞여나오며 물성을 저하시키므로 제거해야 됨메틸기가 불규칙하게 배열괸 경우로 결정을 이루지 못한다.3) 신디오택틱(SYNDIOTACTIC)메틸기가 교대로 정렬된 경우로 결정을 이룬다.단 PP에서는 상업적으로 생산되지 않는다.상기 3가지의 구조중에서 상업적이 PP제품에 는 Isotactic PP와 Atactic PP가 섞여 있는데 Isotactic PP는 끓는 N-heptane에 추출되지 않이후 1957년에 최초로 이탈리아의 Montecatini회사가 Ziegler-Natta촉매를 개량하면서 새로운 공정들이 개발되어 왔다PP는 전세계적으로 약 80여개의 회사가 1000만여 ton/yr의 설비 능력을 보유하며 5대 범용수지 중 PVC, LD-PE 다음의 수지 산업이 되어 있고 최근 발표된 신?증설계획을 종합해 보면 약 200만여 ton/yr 증설계획으로 되어 있어 현 능력의 약 20%가 증가될 전망이다. 국내헤서는 1972년 대한 유화가 3만 ton/yr규모로 처음 생산을 개시한 이래 급속한 성장을 계속하여 최근에는 총 150만여 ton의 세계적 규모로 성장하고 있다.PP는 propylene이 첨가 중합반응을 통해 생성되며, 그 중합반응식은 다음과 같다.Z-N(Ziegler-Natta) 촉매를 사용하여 프로필렌을 중합시키면 우수한 성질을 나타내는 이소탁틱중합체(iso-PP)가 생성한다는 사실이 명백히 됨에 따라, 폴리 프로필렌(Polypropylene, PP)의 공업적생산이 1957년 이탈리아의 Montecatini社에서 시작되었다. 이건은 원료도 값이 쌀뿐아니라 섬유나 플라스틱으로서도 유용한 성직을 가지고 있기 때문에 현재 널리 사용되는 플라스틱의 하나로 발전하였다.폴리프로필렌의 공업적제조방법에는 여러 종류가 있으나, 프로세스상으로 보면 그다지 큰 차이는 없으며 중합에 따라 다르다. 촉매에는 Ziegler 촉매(예를들면 Al(Et)3 + TiCl4), 이것을 개량한 Natta 촉매 (Al(Et)3 + TiCl3), Standard Oil 사의 촉매 (Al2O3-M0O3), Phillip 사의 SiO2-Al2O3-Cr2O3촉매, Amoco사에서 개발한 Ziegler-Natta 촉매에 제 3의 성분을 배합한 촉매들이 있으며, 이중에서 Natta 촉매에 의한 방법이 널리 공업화되고 있다.프로필렌의 중합법에는 뱃치식과 연속식이 있으며, 반응기에 용매를 넣고 촉매를 보통 슬러리상태로 가한 다음 프로필렌을 적당한 속도로 도입하여 중합시킨다. 용매로는 펜탄· 반응으로 TiCl3을 생성하고, 이것이 Al(C2H5)3와 복합물을 만든다.Al(C2H5)3 + TiCl4 → Al(C2H5)2Cl + TiCl3(C2H5)TiCl3 → C2H5? + TiCl32C2H5 ? → C2H5-C2H5 또는 C2H4 + C2H6따라서 Al(C2H5)3에 액체의 TiCl4를 약간 과잉량 가하여 제조한 Ziegler 촉매는 Al(C2H5)3에 고체인 TiCl3을 가하여 만든 Natta 촉매와 동일한 물성의 불용성복합촉매이며 그 구성은 다음과 같이 생각되고 있다.이 촉매에 프로필렌이 다음과 같이 흡착되며, 이와 같은 반응을 반복하여 음이온적으로 성장해 간다고 Natta 에 의해서 설명되고 있다.즉, 먼저 모노머가 불균일계촉매의 금속에 배위해 간다는 것으로 AlR3는 본질적으로 필요하지 않고 Ti 부분만 필요하다는 설도 있기 때문에 아직 명확하지 않다. 그리고 불균일계의 촉매가 입체규칙성에 큰 역할을 한다는 설도 주장되고 있고, 현재의 사고방식으로는 촉매의 이온적인 성격이 입체규칙성에 효과가 있다는 설이 유력하다. 예를 들면 프로필렌을 중합시킬 때의 촉매의 종류와 생성한 폴리프로필렌의 입체규칙성과의 사이에는 그림 8.9와 같은 관계가 있으며, 이와 같이 생성된 폴리프로필렌은 그 분자의 배열이 규칙정연하여 결정성이 있다.[그림 8.9 프로필렌중합에서의 촉매와 그 입체규칙성규제와의 관계]1) 공업적 제법원료인 프로필렌은 경유, 등유를 열분해하여 가솔린을 제조할 때 분해가스 중에 다량으로 포함되어 있으므로, 이 폐가스에서 프로필렌을 회수하므로 가격이 저렴하다.PP 중합공정은 중합방법이 처음 개발된 이래 약 50여년이 지난 현재 기술적인 면에서 보면 현탁중합공정, 괴상중합공정, 기상중합공정 등으로 제조방법이 다양화되어 있고, 중합후의 공정에서도 탈회공정(脫灰工程), 무정형 PP(Atectic) 제거 공정이 포함된 제1세대 공정에서 이 두공정이 모두 생략된 제3세대 공정까지 등장하여 저마다의 특색 있는 제품들이 생산되고 있다.초기부터 현재까지의 P 많아 도입된 기술에 우리의 노력에 희한 기술개발이 더욱 필요하다. 즉, 큰 괴상공정(large bulk) 또는 큰 비입상공정(large non-pellet) 및 그 이후에 나타날 가능성이 있는 새로운 공정은 더 많은 생산비와 건설비 절감이 기대되기 때문이다.(1) 현탁중합공정현탁중합공정은 곤죽(slurry)내의 고형물의 농도가 높아서 반응온도를 조절하기 쉽고 전체적인 공정이 간단하여 공정을 통제하기가 쉽다. 용매회수시 방출되는 양이 적고 IPP(Isotactic PP)가 많이 생산되기 때문에 괴상 혹은 기상중합공정과 경쟁할 수 있는 공정이나. 초기 투자비가 비싼 편으로 제품의 생산단가가 높은 단점이 있다. 현재 현탁중합공정을 채택하고 있는 기업으로는 Mitsubishi, Hoechst, Exxon, Hercules 등이 있다.Hoechst 공정은 희석제(diluent) 곤죽 공정으로서 촉매 형성공정, 중합반응(55~65℃, 약 10기압) 공정, 촉매 분해공정, 알코올과 증류수로 촉매 잔사를 추출하는 공정 및 분리공정으로 탄화수소 용매를 분리수거하는 공정, 생산물을 건조하는 공정으로 구성되어 있으며 이 공정을 < 그림 3-5 >에 표시하였다.(2) 괴상중합공정괴상중합공정은 용매를 사용하지 않고 액화 prppylene단위체를 희석용매로 사용하는 공정으로서 현탁중합공정이나 기상중합 공정에 비해 입체 규칙성이 뛰어나며 현탁중합공정보다 유동성이나 물리적, 기계적 성능이 양호하다.최근의 괴상중합공정은 고활성 촉매를 사용하는 공정으로서, 대부분의 현탁중합공정이 반응기내의 단위체 농도를 40~50%로 유지하는 반면 이 공정은 85~95%를 유지한다. 이 공정의 장점은 반응기의 공간-시간수율(space-time yield)이 높아서 촉매의 수율은 같지만 시간이 반감되므로 반응속도가 높고 따라서 반응기내의 압력과 온도를 감소할 수 있는 장점이 있다.(3) 기상중합공정PP의 동종중합체, 불규칙성 중합체 및 내충격성 중합체를 제조할 때 기상 유니폴(Unipol)공정을 < 그림 3킨다.

공학/기술| 2004.12.02| 17페이지| 1,000원| 조회(2,871)

폴리프로필렌, Propylene, Polypropylene, 프로필렌, 폴리프로..

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[화학공학] 열교환기

{열전달REPORT-열교환기 종류화 학 공 학 과3-A9 9 3 9 8 6 8정 홍 근열교환기란 서로 온도가 다르고, 고체 벽으로 분리된 두 유체들 사이에 열 교환을 수행하는 장치를 열교환기라 하며, 난방, 공기조화, 동력발생, 폐열회수 등에 널리 이용된다. 열교환기는 다음과 같이 분류된다.{분류종 류특 징기하학적 형태에 따른 분류원통다관식(Shell & Tube)가장널리 사용되고 있는 열교환기로 폭넓은 범위의 열전달량을 얻을 수 있으므로 적 용범위가 매우 넓고, 신뢰성과 효율이 높다.이중관식(Double Pipe Type)외관 속에 전열관을 동심원상태로 삽입하여 전열관내 및 외관동체의 환상부에 각각 유체를 흘려서 열교환시키는 구조이다. 구조는 비교적 간단하며 가격도 싸고 전열면 적을 증가시키기 위해 직렬 또는 병렬로 같은 치수의 것을 쉽게 연결 시킬수가 있 다. 그러나 전열면적이 증대됨에 따라 다관식에 비해 전열면적당의 소요용적이 커지 며 가격도 비싸게 되므로 전열면적이 20m2이하의 것에 많이 사용된다.평판형(Plate Type)유로 및 강도를 고려하여 요철(凹凸)형으로 프레스성형된 전열판을 포개서 교대로 각 기 유체가 흐르게 한 구조의 열교환기이다. 전열판은 분해할수 있으므로 청소가 완 전히 되고 보존점검이 쉬울뿐만 아니라 전열판매수를 가감함으로써 용량을 조절할 수 있다. 전열면을 개방할 수 있는 형식의 것은 고무나 합성수지가스켓을 사용하고 있으므로 고온 또는 고압용으로서는 적당하지 않다.공냉식 냉각기(Air Cooler)냉각수 대신에 공기를 냉각유체로 하고 팬을 사용하여 전열관의 외면에 공기를 강 제통풍시켜 내부유체를 냉각시키는 구조의 열교환기이다. 공냉식열교환기에는 튜브 Bundle에 공기를 삽입하는 삽입통풍형과 공기를 흡입하는 유인통풍형이 있다.가열로(Fired Heater)액체 혹은 기체연료를 버너를 이용하여 연소시키고 이 때 발생하는 연소열을 이용하 여 투브내의 유체를 가열하는 방식이다. 가장 큰 열량을 얻을 수 있으며 열전달 메 카니즘은 복사 및 대류를 포함하므로 설계하기가 매우 어렵다. 공해의 문제가 있으 나 매우 큰 열량을 얻기 위한 공정에서 많이 쓰인다.코일식(Coil Type)탱크나 기타 용기내의 유체를 가열하기 위하여 용기내에 전기 코일이나 스팀 라인을 넣어 감아둔 방식이다. 교반기를 사용하면 열전달 계수가 더욱 커지므로 큰 효과를 볼 수 있다.기능에 따른 분류열교환기(Heat Exchanger)좁은 의미의 열교환기는 일반적으로 상변화가 없는, 두 공정 흐름사이에 열을 교환 하는 장치를 말하고, 넓은 의미로는 냉각기, 응축기 등을 포함한다.냉각기 (Cooler)냉각수등의 냉각매체를 이용하여 Process Stream을 냉각한다.응축기(Condenser)냉각수등의 냉각매체를 이용하여 Process Stream을 부분응축 (Partial Conden- sation)또는 총응축 (Total Condensation)시키기 위한 열교환기로서 열전달의 메카니 즘은 주로 응축에 의해 이루어 지며, Heat Duty 또한 응축열이 주가 된다.재비기(Reboiler)스팀 등의 가열매체를 이용하여 증류탑의 바닦에서 유입되는 공정유체를 Boiling시켜 증기를 발생시킴으로써 증류탑으로 공급되어야 할 열을 전달하는 열교환기로서 증기 발생은 단일상 또는 2상 혼합물로 할 수 있다.

공학/기술| 2004.12.02| 1페이지| 1,000원| 조회(613)

열전달, 열교환기, 열교환기종류, 열교환기제작

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[화학공학] 총괄열전달계수

{열전달REPORT-총괄열전달계수화 학 공 학 과3-A9 9 3 9 8 6 8정 홍 근{금속벽을 사이에 두고 양 유체사이에서 열전달이 일어나는 장치는 화학공업에서 흔히 볼 수 있다. 이 경우에는 앞에서 설명한 바와 같이 벽 Ⅱ의 양 쪽에 두 개의 유체 Ⅰ, Ⅲ과 경막 {F_1~{F_1}과 {F_2~{F_2}가 생기는데, 이 때 열전달식은유체Ⅰ {q~=~h_1{A_1}({t_1}-{t_2})~=~{{t_1}-{t_2}}over{{1}over{{h_1}{A_1}}}~[kcal/hr ]벽Ⅱ {q~=~{k_2{A_2}({t_2}-{t_3})}over{l_2}~=~{{t_2}-{t_3}}over{{l_2}over{{k_2}{A_2}}}~[kcal/hr ](1)유체Ⅲ {q~=~h_3{A_3}({t_3}-{t_4})~=~{{t_3}-{t_4}}over{{1}over{{h_3}{A_3}}}~[kcal/hr ]이 식(1)로 부터{q~=~{t_1{-t_4}}over{{ LEFT ( {1}over{h_1{A_1}} RIGHT ) }~＋~{ LEFT ( {l_2}over{k_2{A_2}} RIGHT )}~＋~{ LEFT ( {1}over{h_3{A_3}} RIGHT )}~}~=~{ DELTA {t}}over{{R_1}~＋~{R_2}~＋~{R_3}}{=~ {DELTA t }over{ ∑ {R_i}}~~~[kcal/hr](2)이 식은 온도가 각각 {t_1~ 및~ t_4~에 있는 두 유체가 벽을 사이에 두고 있을 때 두 유체사이에 일어나는 열전달속도를 나타낸다. 여기서 {A_1~{및~A_2}~는 각각의 유체가 벽과 접촉하는 면적이며, {A_2~는 이들의 평균면적, {l_2~는 벽의 두께, {k_2~는 벽의 평균 열전도도이다. 또한 이 식에서 {1/{h_1}{A_1},~{l_2}/{k_2}{A_2}~및~1/{h_3}{A_3}~는 각각 유체{~Ⅰ,~벽~Ⅱ,~유체~Ⅲ~의 저항을 나타내며 그 합은 총저항이다.식 (2)의 분모와 분자에 {A_1~을 곱하면{q~=~{A_1{(t_1{-t_4})}}over{{ LEFT ( {1}over{h_1} RIGHT ) }~＋~{ LEFT ( {l_2}over{k_2} RIGHT )}{ LEFT ( {A_1}over{A_2} RIGHT )}~＋~{ LEFT ( {1}over{h_3} RIGHT )}{ LEFT ( {A_1}over{A_3} RIGHT )}~}~~[kcal/hr](3)여기서{{1}over{U_1}~=~{ LEFT ( {1}over{h_1} RIGHT ) }~＋~{ LEFT ( {l_2}over{k_2} RIGHT )}{ LEFT ( {A_1}over{A_2} RIGHT )}~＋~{ LEFT ( {1}over{h_3} RIGHT )}{ LEFT ( {A_1}over{A_3} RIGHT )}~~~[kcal/{㎡}hr{℃}](4)로 두면{q~=~{U_1}{A_1}({t_1}-{t_4})~~[kcal/hr](5)가 된다. 여기에서 {U_1~{을~A_1}~기준 총괄열전달계수(overall heat transfer coefficient)라 하고, 단위는 {h~의 단위 {[kcal/{㎡}hr{℃}]~와 같다. {{A_1},~{A_2}~{A_3}가 모두 달라서 어느 면을 기준으로 한 {U~의 값이 다르므로 기준면을 명확히 할 필요가 있다.열전달면적의 비는 관의 지름의 비와 동일하므로 다음 식과 같이 표시할 수 있다.{{1}over{U_1}~=~{ LEFT ( {1}over{h_1} RIGHT ) }~＋~{ LEFT ( {l_2}over{k_2} RIGHT )}{ LEFT ( {D_1}over{D_2} RIGHT )}~＋~{ LEFT ( {1}over{h_3} RIGHT )}{ LEFT ( {D_1}over{D_3} RIGHT )}~~~[kcal/{㎡}hr{℃}](6)만약 한 유체의 경막계수 {h_1~의 값이 다른 값에 비하여 아주 적을 경우 {1overh_1~이 지배저항이 되어 {U_1{ Image }h_1~이 된다. 각 접촉면적이 일정한 경우 다음 식이 성립한다.{q~=~{U_1}{A_1} DELTA {t}~~[kcal/hr](7)여기서{{1}over{U_1}~=~{ {1}over{h_1} }~＋~{ {l_2}over{k_2}}~＋~{ {1}over{h_3} }~~~[kcal/{㎡}hr{℃}](8)총괄열전달계수 {U~의 값을 직접 알 수 있다면 열교환기의 전열속도, 면적을 쉽게 구할 수 있다. {U~의 값은 장치의 종류, 크기 등에 의해서도 다르므로 만일 똑같은 장체에도 유체의 종류, 온도, 유속 등에 의하여 변하므로 이를 정확히 추정하는 것은 쉽지 않다.

공학/기술| 2004.12.02| 2페이지| 1,000원| 조회(1,840)

총괄열전달계수, 열전달계수, 총괄열전달증명

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