KR100238633B1 - 화학반응장치에 있어서의 열교환면적조절식의 반응열제어기구 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 반응시켜야할 액제를 수용하는 반응용기와, 가열기 및 전기한 반응 용기의 외주를 내포하는 기밀용기로서, 냉매액이 유입 및 유출하는 냉각재킷과, 온도제어기와, 전기한 냉각재킷내의 기체의 용적을 변경조절하는 급배기변경기구로서, 반응용기의 외면과 냉각재킷내의 냉매액과의 접촉면적을 증감하여 액제의 반응열을 제어하는 냉매액면레벨제어기 등을 포함하는 것을 특징으로 한 화학반응 장치에 있어서의 열교환면적조절식의 반응열제어기구에 관한 것이고, 급격한 온도 변화를 수반하는 화학반응에 대해서도 반응용기내의 온도를 신속 또한 안정하게 제어할 수 있다.

Description

화학반응장치에 있어서의 열교환면적조절식의 반응열제어기구

주지한 바와 같이, 중합반응이나 축합반응 등의 화학반응을 수반하는 실험에 있어서는, 온도, 압력, 농도 및 그외의 외부조건에 의하여, 화학반응의 속도가 크게 좌우되므로, 그 화학반응의 특성에 따라서 이들의 제조건을 적확 또한 신속하게 조절할 필요가 있다. 특히, 발열을 수반하는 화학반응에서는, 반응속도가 온도에 대하여 민감하게 변화하는 경우가 많고, 상기한 제조건중에서 반응계내의 온도를 적당한 범위로 조절하지 않으면 위험하다. 더우기, 반응속도는 온도가 상승함에 따라 급격하게 진척하여 돌연 폭발하는 일도 있으므로, 이와 같은 화학반응에 있어서의 온도제어는 신속하게 실시할 필요가 있다.

종래에, 이 종류의 발열화학반응의 온도제어를 실시하는 장치로서, 냉각수단 및 가열수단을 일체로 구성한 온도조절재킷을 반응용기의 주위에 설치하고, 그 재킷내를 통과하는 전열모체의 온도를 증감하므로서 온도제어를 실시하는 방식의 화학 반응장치가 있다. 그런데, 이 장치에서는, 단일한 전열매체를 개재하여 반응용기의 냉각 및 가열의 쌍방을 실시하지 않으면 안되므로, 온도제어의 방향을 냉각에서 가열 또는 가열에서 냉각으로 반전시킬 필요가 있는 경우에는, 응답이 나빠서 신속한 온도제어가 실시되지 않는다고 하는 결점이 있었다.

그래서, 상기와 같은 결점을 해결하기 위하여, 냉각수단 및 가열수단을 제각기 구성한 화학반응장치가 제안되었다. 이와 같은 분리형 장치로서, 반응용기내에 히이터를 설치하여 가열함과 아울러, 반응용기의 주위로 냉각재킷을 설치하고, 그 재킷의 저부에 사이폰 등을 개제하여 연결되어 있는 액면레벨조절기를 이용하여, 냉각재킷내의 냉객액의 액면레벨을 승강시켜, 이 냉각액과 반응용기의 외면과의 접촉면적을 변화시켜서 냉각하므로서 온도제어를 실시하는 방식의 화학반응장치(예컨대, 일본국 특허청발행:특개평5-104002호 공보)가 있다. 그런데, 이 장치는 냉각수단 이외에 사이폰 등을 포함하는 액면레벨조절기를 필료로 하므로, 화학반응장치 자체가 반드시 대규모로 되는 경향이 있고, 장치를 설치하기 위한 넓은 공간이 필요하게 된다고 하는 결점이 있었다.

또, 본 발명자는, 별도의 분리형 반응장치로서, 반응용기의 주위의 상부에 냉각 재킷을 설치하여 냉각함과 아울러, 반응용기의 아래쪽에 가열통을 설치하고, 그 가열통을 상하방향으로 이동시켜, 가열통내의 온수와 반응용기의 하부 외면과의 접촉면적을 변화시켜서 가열하므로서 온도제어를 실시하는 방식의 화학반응장치(예컨대, 본건 출원인의 유럽특허 제415618호 명세서 참조)를 제안한 일도 있다. 그러나, 이 장치에서도, 가열통의 상하이동을 실시하는데 기계적 동작을 필요로 하기 때문에, 충분한 응답을 얻지 못하게 되고, 반응용기내의 온도가 급격하게 변화했을 때에는 대응을 완전히 할 수 없다고 하는 결점이 있었다.

더우기, 상기한 어느 것의 화학반응장치에 있어서도, 온도제어를 실시할 때에는, 냉각수나 온수 등의 전열모체의 온도, 유량 및 그외의 외부조건을 정확하게 설정할 필요가 있다. 그런데, 이와 같은 설정은 번거롭고 또한 곤란한 작업이고, 노력이 상당히 소요되므로, 인건비가 늘고, 경제적 부담이 증대한다고 하는 결점이 있었다.

따라서, 본 발명은, 종래의 화학반응장치에 상기한 결점이 있었던 것에 감안하여 이루어진 것이고, 급격한 온도변화를 수반하는 화학반응에 대하여 신속 또한 적확한 응답을 보유하는 안전한 화학반응장치에 있어서의 열교환면적조절식의 반응열제어기구를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

또, 본 발명의 목적은, 넓은 설치공간을 필요로 하지 않아도, 대단히 단순한 구조의 냉각수단을 사용하여, 냉각재킷내의 냉각액의 액면레벨을 간단히 승강제어할 수 있는 실용적인 화학반응장치에 있어서의 열교환면적조절식의 반응열제어기구를 제공하는데 있다.

또, 본 발명의 다른 목적은, 가열량과 냉각량을 밸런스시킨다고 하는 단순한 온도제어방식을 사용하므로서, 전열매체에 대하여 복잡 또한 높은 정도의 설정작업을 실시하지 않아도, 안정된 온도제어가 쉽게 실시되는 화학반응장치에 있어서의 열교환면적조절식의 반응열제어기구를 제공하는데 있다.

더우기, 본 발명의 다른 목적은, 냉각재킷내의 냉각액의 액면레벨을 단순히 관찰함으로써, 대단히 판단하기 어려운 화학반응의 종료를 정확히 파악할 수 있는 작업 능률이 우수한 화학반응장치에 있어서의 열교환면적조절식의 반응열제어기구를 제공하는데 있다.

본발명은, 화학반응장치에 있어서 열교환면적을 자동적으로 조절하므로서 반응열을 제어하는 기구, 더욱 상세하게는, 액제가 수용된 반응용기를 포위하는 냉각재킷을 사용하여, 반응용기의 외면과 냉각재킷내의 냉모액과의 접촉면적을 변화시키므로서, 반응용기내의 액제의 화학반응에 의한 반응열을 신속 또한 안정하게 제어할 수 있고, 게다가, 복잡한 구조를 필요로 하지 않고, 냉각재킷내의 냉모액의 액면레벨을 간단 또한 정확하고 확실하게 승강제어할 수 있는 화학반응장치에 있어서의 열교환면적조절식의 실용적인 반응열제어기구에 관한 것이고, 특히, 급격한 온도변화를 수반하는 화학반응의 안전보장적인 온도제어에 도움이 되는 것이다.

제1도는 본발명을 적용하여 구성된 제1실시예에 있어서의 화학반응장치의 기본적 기구를 표시한 블록선도, 제2도는 본발명을 적용하여 구성된 제2실시예에 있어서의 화학반응장치의 기본적 기구를 표시한 블록선도, 제3도는 제1실시예장치에 옵션기능을 부가하여 구성된 제3실시예에 있어서의 화학반응장치의 기구를 표시한 블록선도, 제4도는 제1실시예장치를 사용하여 실험한 화학반응에 있어서의 온도, 액면레벨, 중합률 등의 데이터를 표시한 그래프이다.

[발명의 개시]

종래의 화학반응장치에 있어서의 반응열제어기구에 있어서는, 급격한 온도변화를 수반하는 화학반응에 대하여 신속 또는 적확한 응답을 얻는 것이 어렵고, 만약 얻었다고 하여도, 그것을 실현하기 위한 구조가 대단히 복잡하게 되어 버린다고 하는 문제가 있었다. 그래서, 이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 반응시켜야할 액제를 수용하는 반응용기와, 이 반응용기내의 액제를 가열시키는 가열기와, 전기한 반응용기의 외주를 내포하는 기밀용기로서, 냉매액이 유입 및 유출되는 냉각재킷과, 전기한 반응용기내에 설치된 온도센서로부터의 현재 온도신호에 의거하여 현시점에 있어서의 액제의 강온에 필요한 냉매액의 액면레벨을 연산하고, 소요의 온도조절신호를 출력하는 온도제어기와, 전기한 냉각재킷내의 기체의 용적을 변경조절하는 냉매액면레벨제어기로 구성되며, 온도제어기가 출력하는 온도조절신호에 의거하여 펌프를 정역구동시켜서 유로를 바꾸므로서, 냉각재킷내로 송기 또는 배기되는 기체의 용적에 따라서 냉매액의 액면레벨을 승강시켜, 반응용기의 외면과 냉매액과의 접촉면적을 증감하여 액제의 반응열을 제어하는 것을 특징으로 한 화학반응장치에 있어서의 열교환면적조절식의 반응열제어기구를 채용하였다.

이것에 의하여, 우수한 응답이 얻어지며, 반응용기내의 온도를 신속 또한 적확하게 조절할 수 있음과 아울러, 화학반응속도를 안정하게 유지하여 과반응을 억제할 수 있고, 안전성의 향상이 도모된다. 또, 그와 같은 온도조절에 있어서, 기체의 송기 또는 배기에 의한 냉각량의 보완현상을 교묘하게 이용하여 냉각재킷내의 냉각액의 액면레벨을 승강제어한다고 하는 대단히 단순한 냉각기루를 채용하고 있으므로, 콤팩트한 화학반응장치로 제작할 수 있고, 설치공간을 절약할 수 있고, 게다가, 이 냉각기구를 동작시키기 위한 펌프나 모우터 등을 위험이 발생하기 쉬운 반응답기로부터 멀리 떨어진 곳으로 배치할 수 있게 되는 것이다.

더우기, 가열량과 냉각량을 밸런스시킨다고 하는 단순한 온도제어방식을 채용하고 있으므로, 전열매체에 대하여 복잡 또한 고정도의 설정작업을 실시할 필요가 없고, 게다가, 냉각재킷내의 냉각액의 액면레벨을 단순히 관찰함으로써, 화학반응의 종점을 정확히 파악할 수 있으므로, 화학반응의 종류후에 헛된 시간을 소비한다고 하는 사태로 발생하지 않는다. 그 결과, 사업능률이 대폭으로 향상되고, 비용절감을 도모할 수 있게 된다.

[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]

아래에서, 본 발명을 첨부 도면에 표시한 제1실시예~제3실시예에 의거하여 상세하게 설명한다. 제1도~제3도 중, 가는 선은 신호선을 표시하고, 굵은 선은 열매액 및 냉매액의 통로를 표시하며, 점선은 에어의 통로를 표시한다.

[제1실시예]

우선, 본발명을 적용하여 구성된 제1실시예에 있어서의 화학반응장치의 기본적 기구를 제1도에 의거하여 설명한다. 제1도중에서, 부호1로 지시되는 것은, 반응 시키는 액제(A)를 수용가능한 반응용기이고, 상부에는 3개의 통구부(11·12·13)가 설치되며, 하부에서 통구부(14)가 설치되어 있다. 반응용기(1)의 통구부(11)에서 액제(A)가 투입되고, 통구부(12)에는 교반기(K)가 삽입되며, 통구부(13)에는 액제(A)의 온도를 측정하는 열전대타입의 온도센서(41)가 삽입되어 있다. 그리고, 반응용기(1) 하부의 통구부(14)는 밸브(V1)에 연결되어 있고, 필요에 따라서 이 밸브(V1)를 개방하면, 반응용기(1)내의 액제(A)를 채취할 수 있다.

부호(2)에서 지시되는 것은, 반응용기(1)내에 나선형상으로 형성된 파이프로 이루어진 가열기이고, 그 파이프의 속을 열매액(H)이 순환통류되므로서 이 반응기기(1)내의 액제(A)를 가열할 수 있다.

열매액(H)으로서, 보통은 온수가 사용되고, 이 온수가 열매공급기(21)에서 유로(22)를 통과하여 전기한 가열기(2)속을 일정속도로 순환하도록 설정되어 있다. 즉, 이 온수는, 그 온도 및 유량이 일정한 값으로 유지되면서, 전기한 가열기(2)속을 순환하며, 반응용기(1)내의 액제(A)에 대하여 일정한 열량을 부여하는 것이다.

부호(3)에서 지시되는 것은, 반응용기(1)의 하부에 위치하는 액제수용부 외주를 내포하는 기밀용기로 이루어진 냉각재킷이고, 냉매액(C)을 공급하는 유입구(32)와 동일한 냉매액(C)을 배출하는 유출구(33)를 보유함과 아울러, 이 기밀용기내의 기체용적을 변화시키기 위한 급배기구(31)를 구비하고 있다. 냉매액(C)으로서, 보통은 일정온도의 수도물 등의 냉수가 사용되며, 이 냉수가 유입구(32)로부터 냉각재킷(3)내로 공급된다. 반응용기(1)내의 액제(A)의 화학반응이 진행되고 있는 동안에, 밸브(V2)는 열린 그대로이고, 대략 일정온도의 냉수가 유입구(32)로부터 냉각재킷(3)내를 통과하여 유출구(33)로 계속 흐른다.

부호(4)에서 지시되는 것은, 전기한 반응용기(1)내로 삽입된 온도센서(41)가 출력하는 현재온도신호를 입력하는 온도제어기이고, 이 현재온도신호에 의거하여 현시점에 있어서의 액제(A)의 강온에 필요한 냉매액(C)의 앨면레벨(L)을 연산하여, 소요의 온도조절신호를 출력하는 것이다.

부호(5)에서 지시되는 것은, 전기한 냉각재킷(3)의 급배기구(31)에 연통하는 통기로(51)를 개재하여 냉각재킷(3)내의 기체(G)의 용적을 변경조절하는 급배기 변경기구, 즉, 이 기체(G)의 용적에 따라서 냉각재킷(3)내의 냉매액(C)의 액면레벨(L)을 승강제어하는 냉매액면레벨제어기이고, 반응용기(1)의 외면과 냉매액(C)과의 접촉면적, 즉, 열교환면적을 증감조절하여 전기한 반응용기(1)내의 액제(A)의 반응열을 제어할 수 있다. 이 냉매액면레벨제어기(5)에는, 전기한 온도제어기(4)가 출력하는 온도조절신호가 입력된다. 이 신호에 의거하여 펌프(P1)에 의해서 내장의 모우터(M1)가 정역회전되며, 이 모우터(M1)에 의하여 전기한 펌프(P1)가 작동함과 아울러, 제어밸브(52)를 개재하여 유로전환이 실시된다. 그리고, 소요량의 기체(G)가 유량계(53)를 통과하여 전기한 냉각재킷(3)의 급배기구(31)로 송기 또는 배기된다. 펌프(P1)로서, 가역식 정량에어펌프나 용적식 에어펌프를 사용하고 있고, 상기와 같은 모우터내장식 펌프 뿐만 아니라, 모우터분리식 펌프도 채용할 수 있다. 또, 제어밸브(52)로서, 에어의 왕복유로를 바꾸는 전자밸브를 사용하고 있다. 냉매액(C)의 액면레벨(L)을 승강제어하는 방식으로서, 상기와 같은 펌프(P1)에 의한 기체(G)를 이용한 단순한 기구를 채용하고 있으므로, 사이폰등을 포함하는 액면레벨조절기를 사용한 종래의 화학반응장치와 같이 넓은 설치공간을 필요로 하지 않는다.

그리하여, 냉각재킷(3)의 급배기구(31)에서 송기 또는 배기되는 기체(G)의 용적에 따라서 승강되는 냉매액(C)의 앨면레벨(L)은, 다음과 같이 제어된다. 우선, 반응용기(1)내의 액제(A)의 화학반응이 개시되면, 반응열이 발생하며, 이 반응용기(1)내의 온도가 상승한다. 이 온도상승을 억제하기 위하여, 냉매액면레벨제어기(5)로부터의 신호에 의하여 제어밸브(52)가 배기방향으로 바꿔지며, 냉각재킷(3)의 상부에 밀폐된 기체(G)가 급배기구(31)에서 소용량만큼 배기된다. 그랬더니, 기밀용기로 이루어진 이 냉각재킷(3)속에는, 배기된 기체(G)의 용적에 상당하는 용적의 냉매액(C)이 유입하여 냉매액(C)의 앨면레벨(L)이 보완적으로 상승한다. 이것에 의하여, 반응용기(1)의 외면과 냉매액(C)과의 접촉면적이 증가되고, 액제(A)의 반응열을 억제할 수 있다. 화학반응이 진행하고 있는 동안은, 흡열반응으로 되어있지 않는 한, 반응열이 그때마다 발생하므로, 전기한 액면레벨(L)은 높은 위치에서 유지된다. 그리고, 화학반응이 끝나면, 반응열은 거의 발생하지 않게 되므로, 현재의 높은 액면레벨(L) 그대로는 이 반응용기(1)내의 온도가 하강된다. 그러나, 본 실시예에 있어서는, 냉매액면레벨제어기(5)가 냉매제어신호를 출력하여 제어밸브(52)를 송기방향으로 바꾸며, 펌프(P1)는 냉각재킷(3)내로 급배기구(31)에서 기체(G)를 소요량만큼 송기한다. 그랬더니, 송기에 의하여 냉각재킷(3)내로 유입한 기체(G)는 그 용적에 상당하는 용적부분만큼 냉매액(C)을 유출구(33)로부터 축출하여 냉매액(C)의 액면레벨(L)이 하강한다. 이것에 의하여, 반응용기(1)의 외면과 냉매액(C)과의 접촉면적이 감소하므로, 반응용기(1)내의 온도는 가열기(2)의 열량과 냉각재킷(3)에 의한 흡열량 등이 균형하여 일정온도가 유지된다. 그리고 또, 본 실시예에 있어서는, 이와 같은 액면레벨(L)의 제어는, 통기로(51)상에 부착된 유량계(53)에 의하여 기체(G)의 유량이 리얼타임으로 측정되고, 그 측정치가 냉매액면레벨제어기(5)에 입력되고, 이 입력치에 의거하여 연산된 기체(G)의 용적이 냉각재킷(3)내로 송기 또는 배기되므로서 피이드백제어가 실시되므로, 응답성은 대단히 양호하고, 게다가 정확하고 확실하다.

[제2실시예]

다음에, 본 발명을 적용하여 구성된 제2실시에에 있어서의 화학반응장치의 기본적 기구를 제2도에 의거하여 설명한다. 본 실시예는 제1실시예와 대략 마찬가지이지만, 냉매액면레벨제어기(5)에 있어서, 유량계(53)를 사용하는 대신에 포텐셔미터(54)를 채용한 점이 다르다. 제2실시예에 있어서는, 냉매액면레벨제어기(5)에 온도제어기(4)가 출력하는 온도조절신호가 입력된다. 그 신호에 의거하여 포텐셔미터(54)가 변화되고, 그 변화량만큼 포텐셔미터(54)에 의하여 내장의 모우터(M1')가 정역회전되고, 이 모우터(M1')와 연동하고 있는 모우터(M1)에 의하여 펌프(P1)가 작동함과 아울러, 제어밸브(52)를 개재하여 유로의 전환이 실시된다. 그리고 소요량의 기체(G)가 급배기구(31)로 송기 또는 배기된다. 이것에 의하여, 송기 또는 배기된 기체(G)의 용적에 상당하는 높이만큼 냉매액(C)의 액면레벨(L)이 상승 또는 하강한다. 포텐셔미터(54) 및 펌프(P1)로서, 모우터가 내장된 타입을 사용하고 있지만, 모우터가 분리된 타입도 사용할 수 있다. 이와 같은 액면레벨(L)의 제어에서는, 냉각재킷(3)내으 수직방향의 절대적 위치에 액면레벨(L)을 안정시킬 필요는 없고, 현재의 액면레벨(L)에 대하여 상대적인 위치로 액면레벨(L)이 승강하도록 제어를 실시하면 된다.

[제3실시예]

더우기, 제1실시예장치에 옵션기능을 부가하여 구성된 제3실시예에 있어서의 화학반응장치의 기구를 제3도에 의거하여 설명한다. 부가된 옵션기능으로서, 가열수단, 냉각수단, 자동샘플링제어기(7), 액제적하제어기(8), 교반토크제어기(9), 컴퓨터(10) 등이 있다.

우선, 가열수단은, 열매공급기(21)와, 유로(22) 및 유량계(23)와, 온도센서(24) 및 가열량계산유닛 등으로 구성된다. 열매공급기(21)에서 공급된 열매액(H)이 유로(22)를 통과하여 반응용기(1)내로 순환하고 있다. 그때에, 유량계(23)와 온도센서(24) 등에 의하여 이 열매액(H)의 유량 및 온도가 리얼타임으로 측정되고, 그 측정치가 가열량계산유닛(25)으로 입력되고, 이 입력치에 의거하여 가열량이 연산된다. 다음에, 냉각수단은, 냉매공급기(61)와, 유로(62) 및 유량계(63)와, 온도센서(64) 및 (65)와, 냉각량계산유닛(66)으로 구성된다. 냉매공급기(61)로부터 공급된 냉매액(C)이, 유로(62)를 개재하여 냉각재킷(3)의 유입구(32)로 송급되며, 냉각재킷(3)내를 통과하여 유출구(33)에서 배출된다. 이때에, 유량계(63)와 온도센서 (64) 및 (65)에 의하여 이 냉매액(C)의 유량 및 온도가 리얼타임으로 측정되고, 그 측정치가 냉각량계산유닛(66)에 입력되고, 이 입력치에 의거하여 냉각량이 연산된다. 자동샘플링제어기(7)는, 자동반송테이블(71)과, 샘플링밸브(72)로 이루어진다.

샘플링밸브(72)로서 전자밸브가 사용되며, 이 전자밸브가 타이머에 의하여 소정 시각에 일정시간만 열린다. 그랬더니, 자동반송테이블(71)상의 재치된 샘플용기내로, 반응용기(1)내의 액제(A)가 소요량만 채취되고, 다음의 샘플용기가 소정위치로 세트된다. 액제적하제어기(8)에서의 신호에 의하여 모우터(M2)가 소요의 회전수만큼 회전되고, 펌프(P2)가 구동되고, 전자저울(81)상의 원료용기로부터 반응용기(1)의 통구부(11)로 액제(A)가 소요량만큼 적하된다. 적하된 액제(A)량은 액제적하제어기(8)로 입력된다. 교반토크제어기(9)는, 교반기(K)에서 리얼타임으로 교반토크를 거두어들이고 있고, 토크이상을 검출한 경우에는 알람신호를 출력한다. 이것에 의하여, 반응용기(1)내의 액제(A)의 점도의 변화를 쉽게 검출할 수 있고, 예컨대, 액제(A)의 겔화를 방지할 수 있게 된다. 최후에, 컴퓨터(10)는, 각 제어기로부터 각종 정보를 수집하여 필요한 연산을 실시하고, 각 제어기에 소요의 제어신호를 출력하고 있다. 예컨대, 열매공급기(21)에 의하여 열매액(H)의 유량 및 온도가 출력되며, 가열량계산유닛(25)에서 가열량이 입력되고, 냉각량계산유닛(66)에서 냉각량이 입력된다. 또, 자동샘플링제어기(7)에 의하여 샘플링의 지시신호가 출력되고, 액제적하제어기(8)에 의하여 액제(A)의 적하량이 출력된다. 교반토크제어기(9)에서 토크의 이상한 알람신호가 입력되면, 각 제어기에 토크의 이상한 신호가 출력된다. 이와같이, 컴퓨터(10)에 의하여 화학반응장치 전체를 더욱 효율양호하고 안전하게 가동할 수 있게 된다.

[실험예]

그래서, 제1실시예장치를 사용하여 실시한 화학반응에 있어서의 실험예를 제4도에 의거하여 설명한다. 본실험예의 화학반응으로서, 유화중합반응을 채용하고 있다. 시약으로서, 물, 모노머(초산비닐), 유화제(라우릴황산나트륨)를 사용하고, 이들의 시약을 반응용기(1)내로 투입한다. 그리고, 열매액(H)의 온도를 설정온도(본실험에서는 60℃)보다 약간 높게 설정하고, 냉매액(C)의 유량은 300cc/분으로 설정하며, 반응용기(1)내의 온도를 62℃까지 상승시킨다. 이 시점에서, 개시제(과황산칼륨)를 전기한 반응용기(1)내로 투입하고, 제1실시예장치에 의한 온도제어를 개시한다. 그후, 중합률을 조사하기 위하여, 반응용기(1)의 하부의 밸브(V1)를 열고 샘플링을 실시한다. 중합반응이 끝나면, 반응열이 발생하지 않게 되므로, 냉매액(C)의 액면레벨(L)이 급격하게 하강하며 안정된다. 그래서, 이 유화중합반응의 실험을 끝낸다.

이상과 같이, 유화중합반응실험을 실시한 결과, 제4도에 표시하게 되는 실험데이터가 얻어졌다. 제4도중에서, 실선(PV)은 반응용기(1)내의 온도를 표시하고, 점선(MV)은 냉매액(C)의 액면레벨(L)을 표시하며, 둥근포(Xm)는 중합률을 표시하고, 종선(ST)은 개시제를 투입한 시점을 표시한다. 횡축은 시간을 표시하고, 종축은 온도, 중합률 및 액면레벨의 3 종류의 변수를 표시한다.

좌단의 눈금은 온도를 표시하며, 그 이웃 오른쪽의 눈금은 중합률을 표시하고, 오른쪽 끝의 눈금은 액면레벨을 표시한다. 중합률은 0~1로 나타내고, 0일 때는 중합반응이 개시되어 있지 않음을 표시하고, 1일때는 중합반응이 끝난 것을 표시한다. 액면레벨은 0~100%로 나타내며, 0%일 때는 냉각재킷(3)내의 냉매액(C)의 액면레벨이 최고의 상태를 표시하고, 100%일 때는 액면레벨이 최저의 상태를 표시한다. 제4도의 실험데이터에서 알 수 있듯이, 개시제의 투입후에 반응열에 의하여 반응용기(1)내의 온도가 일시적으로 상승하지만, 그 온도상승에 대하여 냉매액(C)의 액면레벨(L)이 신속하게 상승하므로서, 반응용기(1)내의 온도가 신속하게 안정된 수준으로 하강되며, 그후, 설정온도(60℃)±0.05℃의 범위내로 온도제어가 실시되어 있다.

또, 40분 부근에서 액면레벨(L)이 급격하게 하강하여 있는 현상이 발생하며, 이것은 중합반응이 완료하여 반응열이 발생하지 않게 된 것을 표시하는 것이고, 액면레벨의 관찰에 의하여 간접적으로 중합반응의 완료를 정확하게 파악할 수 있게 된다.

본 발명의 실시예장치에 있어서는, 반응열 및 열매액에 의한 가열량과 냉매액의 열교환면적에 의한 냉각량을 밸런스시킨다고 하는 극히 단순한 온도제어방식을 채용하고 있으므로, 열매액이나 냉매액 등의 전열매체에 대하여 복잡 또는 고정도의 설정작업을 실시하지 않아도, 안정된 온도제어를 쉽게 실시할 수 있다. 또, 이와같은 번거로운 설정작업을 생략할 수 있으므로, 실험담당자의 작업능률이 대폭으로 향상한다.

본 발명의 실시예는 대략 상기한 것과 같지만, 본 발명은 전술한 실시예로 한정되는 것은 결코 아니고, "특허청구의 범위"의 기재내에 있어서 여러가지의 변화가 가능하였고, 예컨대, 기체의 급배기에 있어서의 유로의 바꿈을 실시하는 방식으로서, 제어밸브를 사용하지 않고, 가역식 정량에어펌프를 정역방향으로 구동시켜서 바꾸거나, 급기전용 및 배기전용의 2개의 정량에어펌프를 사용하여 바꾸거나 할수도 있고, 또, 반응용기의 외면을 요철형상으로 형성하여 그 표면과 접촉하는 냉매액과의 열교환면적을 증가시킬 수도 있고, 이들 어떠한 변경상태도 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것은 말할 나위도 없다.

이상과 같이, 본발명에 관한 열교환면적조절식의 반응열제어기구에 의하면, 중합반응이나 축합반응등의 화학반응을 수반하는 실험을 수행할 때에, 그 실험에 있어서 발생하는 반응열을 정확하고 확실하게 또한 신속하게 제어할 수 있게 되므로, 특히 급격한 온도변화를 수반하는 화학반응의 안전보장적인 온도제어에 도움이 된다. 더우기, 실험단계에 있어서의 화학반응장치뿐만 아니라, 플라스틱 등의 공업용 재료를 대량생산 가능한 대규모 플랜트에 있어서의 화학반응장치에 적용할 수도 있다.

Claims (3)

1. 반응시켜야할 액제(A)를 수용하는 반응용기(1)와; 이 반응용기(1)내로 배설되고, 열매공급기(21)로부터의 열매액(H)이 통류하므로서 상기 반응용기(1)내의 액제(A)를 가열시키는 가열기(2)와; 상기 반응용기(1)의 적어도 액제수용부 외주를 내포하는 기밀용기로서, 냉매액(C)을 공급하는 유입구(32)와 동일한 냉매액(C)을 배출하는 유출구(33)를 보유함과 아울러, 이 기밀용기내의 기체용적을 변화시키기 위한 급배기구(31)를 구비한 냉각재킷(3)과; 상기 반응용기(1)내로 설치된 온도센서(41)에서의 현재온도신호에 의거하여 현시점에 있어서의 액제(A)의 강온에 필요한 냉매액(C)의 액면레벨(L)을 연산하고, 소요의 온도조절신호를 출력하는 온도제어기(4)와; 상기 냉각재킷(3)의 급배기구(31)로 연통하는 통기로(51)를 개재하여 냉각재킷(3)내의 기체(G)의 용적을 변경조절하는 급배기변경기구에 있어서, 상기 온도제어기(4)가 출력하는 온도조절신호에 의거하여 펌프(P1)를 정역구동시켜서 유로를 바꾸므로서, 상기 급배기구(31)로부터 이 냉각재킷(3)내로 송기 또는 배기되는 기체(G)의 용적에 따라서 이 냉각재킷(3)을 출입하는 냉매액(C)의 용량을 보완적으로 증감하여 액면레벨(L)을 승강시켜, 상기 반응용기(1)의 외면과 냉매액(C)과의 접촉면적을 증감하여 상기 반응용기(1)내의 액제(A)의 반응열을 제어하는 냉매액면레벨제어기(5)를 포함하는 것을 특징으로 한 화학반응장치에 있어서의 열교환면적조절식의 반응열제어기구.
2. 반응시켜야할 액제(A)를 수용하는 반응용기(1)와; 이 반응용기(1)내로 배설되고, 열매공급기(21)로부터의 열매액(H)이 통류하므로서 상기 반응용기(1)내의 액제(A)를 가열시키는 가열기(2)와; 상기 반응용기(1)의 적어도 액제수용부 외주를 내포하는 기밀용기로서, 냉매액(C)을 공급하는 유입구(32)와 동일한 냉매액(C)을 배출하는 유출구(33)를 보유함과 아울러, 이 기밀용기내의 기체용적을 변화시키기 위한 급배기구(31)를 구비한 냉각재킷(3)과; 상기 반응용기(1)내로 설치된 온도센서(41)에서의 현재온도신호에 의거하여 현시점에 있어서의 액제(A)의 강온에 필요한 냉매액(C)의 액면레벨(L)을 연산하고, 소요의 온도조절신호를 출력하는 온도제어기(4)와; 상기 냉각재킷(3)의 급배기구(31)로 연통하는 통기로(51)를 개재하여 냉각재킷(3)내의 기체(G)의 용적을 변경조절하는 급배기변경기구에 있어서, 상기 온도제어기(4)가 출력하는 온도조절신호 및 상기 통기로(51)상에 설치된 유량계(53)에서의 피이드백신호에 의거하여 펌프(P1)를 정역구동시켜, 또한, 제어밸브(52)를 개재하여 유로를 바꾸므로서, 상기 급배기구(31)로부터 이 냉각재킷(3)내로 송기 또는 배기되는 기체(G)의 용적에 따라서 이 냉각재킷(3)을 출입하는 냉매액(C)의 용량을 보완적으로 증감하여 액면레벨(L)을 승강시켜, 상기 반응용기(1)의 외면과 냉매액(C)과의 접촉면적을 증감하여 상기 반응용기(1)내의 액제(A)의 반응열을 제어하는 냉매액면레벨제어기(5)를 포함하는 것을 특징으로 한 화학반응장치에 있어서의 열교환면적조절식의 반응열제어기구.
3. 반응시켜야할 액제(A)를 수용하는 반응용기(1)와; 이 반응용기(1)내로 배설되고, 열매공급기(21)로부터의 열매액(H)이 통류하므로서 상기 반응용기(1)내의 액제(A)를 가열시키는 가열기(2)와; 상기 반응용기(1)의 적어도 액제수용부 외주를 내포하는 기밀용기로서, 냉매액(C)을 공급하는 유입구(32)와 동일한 냉매액(C)을 배출하는 유출구(33)를 보유함과 아울러, 이 기밀용기내의 기체용적을 변화시키기 위한 급배기구(31)를 구비한 냉각재킷(3)과; 상기 반응용기(1)내로 설치된 온도센서(41)에서의 현재온도신호에 의거하여 현시점에 있어서의 액제(A)의 강온에 필요한 냉매액(C)의 액면레벨(L)을 연산하고, 소요의 온도조절신호를 출력하는 온도제어기(4)와; 상기 냉각재킷(3)의 급배기구(31)로 연통하는 통기로(51)를 개재하여 냉각재킷(3)내의 기체(G)의 용적을 변경조절하는 급배기변경기구에 있어서, 상기 온도제어기(4)가 출력하는 온도조절신호에 의거하여 포텐셔미터(54)를 변동시켜, 그 변동신호에 의거하여 펌프(P1)를 정역구동시켜, 또한, 제어밸브(52)를 개재하여 유로를 바꾸므로서, 상기 급배기구(31)로부터 이 냉각재킷(3)내로 송기 또는 배기되는 기체(G)의 용적에 따라서 이 냉각재킷(3)을 출입하는 냉매액(C)의 용량을 보완적으로 증감하여 액면레벨(L)을 승강시켜, 상기 반응용기(1)의 외면과 냉매액(C)과의 접촉면적을 증감하여 상기 반응용기(1)내의 액제(A)의 반응열을 제어하는 냉매액면레벨제어기(5)를 포함하는 것을 특징으로 한 화학반응장치에 있어서의 열교환면적조절식의 반응열제어기구.