HDPE 중합공정의 용융흐름지수 예측 및 제어

Abstract

전 세계적으로 폴리올레핀의 수요가 다양한 산업분야에서 급속하게 증가되고 있다. 수요의 증가와 더불어 고객의 요구사항 또한 매우 복잡해지고 엄격해지고 있는 실정이다. 이러한 시장의 변화 때문에 폴리올레핀 제조업체들은 잦은 제품 변경 운전을 실시해야만 하게 되었다. 잦은 제품 변경 운전은 다량의 Off-specification 제품을 양산하게 하는 원인이 되고 있다. 이 연구에서는 제품 변경 운전을 보다 효과적으로 수행하기 위해 필요한 폴리머 물성예측시스템 (VOA, Virtual On-liine Analyzer)을 개발하였다. 본 연구에서는 액상반응기로 구성된 폴리에틸렌 상업공정에 대한 고분자 물성 (용융흐름지수)의 예측을 위한 물성예측시스템이 개발되었다. 개발된 물성예측시스템은 동역학적 특성을 가지는 추론 모델에 기초하고 있다. 본 연구에 의해 개발된 물성 예측 시스템을 실제 상업 공장에 적용한 결과 실험실 분석 물성값과 매우 일치하는 예측값을 제시함을 확인하였다.

잦은 제품 변경 운전은 상대적으로 큰 물성 안정화 시간 및 공정 변수의 변동을 초래하며, 결과적으로 상당히 많은 양의 Off-specification 고분자가 양산하는 원인이 되고 있다. 따라서 제품 변경 운전 동안에 물성을 허용되는 범위 내에서 유지하면서 가능한 안전하고 빠르게 운전 조건을 변화 시키는 것이 이상적인 제품 변경 운전을 위해서 중요하다. 제품 변경 운전이 완료된 후에 생산되는 제품의 물성이 다양한 외란에 대하여 안정적으로 유지되도록 하는 것 또한 중요하다. 본 연구에서는 개발된 물성 예측 시스템을 토대로 폴리에틸렌 상업공정에 대한 고분자 물성(용융흐름지수)을 균일하게 유지하도록 제어하는 물성 추론 제어 시스템을 개발하였다. 개발된 물성 추론 제어 시스템을 실제 상업 공장에 적용한 결과 물성을 균일하게 유지시켜 줄 뿐만 아니라 제품 변경 운전 시간을 운전원에 의해 조업된 제품 변경 운전 결과보다 단축시킴으로써 Off-specification 제품의 양이 감소되었다.

본 연구에서는 폴리머 공정에서 가장 중요한 물성 예측 및 제어시스템을 개발하였다. 개발된 시스템은 공정이 다양한 시장의 요구를 수용하면서 균일한 품질 확보 및 제품 변경 운전 시간의 단축 등을 통해 공정의 최적화에 기여할 수 있다.