KR100961766B1

KR100961766B1 - Spinning disc reactor having reactant outlets on the surface of disc

Info

Publication number: KR100961766B1
Application number: KR1020080080375A
Authority: KR
Inventors: 이정석; 이종구; 주은정
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2008-08-18
Filing date: 2008-08-18
Publication date: 2010-06-07
Also published as: KR20100021770A

Abstract

본 발명은 디스크 표면에 반응물의 필름이 고르게 분포되어 반응물의 반응속도 및 전환율을 높게 하는 스피닝 디스크 반응 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명의 스피닝 디스크 반응 장치는 1종 이상의 반응물 공급부; 상기 반응물 공급부와 연결된 회전축; 상기 회전축을 중심으로 회전 가능하게 연결되어 있고, 상기 반응물 공급부로부터 공급된 반응물의 반응이 진행되는 디스크; 상기 반응물 공급부로부터 반응물이 이동 가능하도록 상기 회전축 및 디스크 내에 형성된 공급로; 상기 디스크 상부에서 상기 회전축 내의 공급로와 연결되어 상기 디스크 상에 반응물을 공급하기 위한 제 1 배출구; 상기 디스크 내의 공급로와 연결되어 상기 디스크 상에 반응물을 공급하기 위한 하나 이상의 제 2 배출구; 상기 디스크 상에서 반응된 생성물을 수집하는 생성물 수집부; 및, 상기 디스크를 회전시키기 위한 구동부를 포함한다.The present invention relates to a spinning disk reaction apparatus in which a film of a reactant is evenly distributed on the disk surface to increase the reaction rate and conversion rate of the reactant. More specifically, the spinning disk reactor of the present invention comprises at least one reactant supply; A rotating shaft connected to the reactant supply unit; A disk which is rotatably connected about the rotation axis and which reacts the reactant supplied from the reactant supply unit; A supply passage formed in the rotating shaft and the disk to move the reactant from the reactant supply; A first outlet connected to a supply path in the rotating shaft at an upper portion of the disk to supply a reactant on the disk; At least one second outlet connected to a supply passage in the disk for supplying a reactant on the disk; A product collector for collecting the reacted product on the disk; And a driving unit for rotating the disk.

중합반응, 에테르화 반응, 스피닝 디스크, 배출구, 공급로, 유효반응면적 Polymerization, etherification, spinning disc, outlet, feed channel, effective reaction area

Description

Spinning disc reactor having reactant outlets on the surface of disc

본 발명은 스피닝 디스크 반응 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 디스크 표면에 반응물의 필름이 고르게 분포되어 유효반응면적이 넓게 되어, 반응물의 반응속도 및 전환율을 높게 하는 스피닝 디스크 반응 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a spinning disk reaction apparatus, and more particularly, to a spinning disk reaction apparatus in which a film of a reactant is evenly distributed on the surface of the disk to increase the effective reaction area, thereby increasing the reaction rate and conversion rate of the reactant.

일반적으로 화학반응을 통해 생성물을 얻기 위해서는 반응 장치가 필요하다. 이러한 반응 장치로는 일반적으로 하나의 반응기에 반응물을 첨가한 후 교반 등을 통해 이루어지는 회분식 반응기가 이용된다. 하지만, 회분식 반응기는 연속반응을 위한 공정에는 응용될 수 없으며, 촉매를 사용하는 반응의 경우, 촉매의 분리공정이 필수적이어서 대용량이 될수록 비용이 상승되는 문제가 있다.In general, a reaction apparatus is required to obtain a product through chemical reaction. As such a reaction apparatus, a batch reactor made by adding a reactant to one reactor and then stirring is used. However, the batch reactor is not applicable to the process for the continuous reaction, in the case of the reaction using the catalyst, there is a problem that the cost is increased as the capacity of the catalyst is separated is essential.

따라서, 이러한 문제 해결을 위한 반응기로 고속 스피닝 디스크 반응 장치(spinning disc reactor)가 알려져 있다. 상기 스피닝 디스크 반응 장치의 일반적인 구조는 도 1에 도시된 바와 같이, 내부로 냉각수의 공급 및 배출이 이루어지는 스피닝 디스크, 반응물 투입을 위한 액체 공급부 및 생성물을 수집하기 위한 생성물 수집탱크를 기본적으로 포함한다. 상기 반응 장치는 회전하는 디스크 표면에 반응물을 공급한 후 표면에 생긴 강한 원심력으로 공급된 반응물을 디스크 표면에 넓게 분포하게 하여, 반응을 진행시켜 생성물을 얻을 수 있도록 한다. 유기 합성반응에 상기 반응 장치를 이용할 경우 디스크 표면에 촉매를 코팅한 후 필름형태로 적용하여 반응을 진행하고 있다. 상기 스피닝 디스크 반응 장치는 기존 회분식 반응기와 비교하여, 디스크 위에 촉매를 고정시킬 수 있어 별도의 촉매 분리공정이 필요 없고, 원심력에 의한 혼합 및 열전달 효과 때문에 촉매의 활성이 높아지고 부반응을 줄일 수 있는 장점이 있다.Therefore, a high speed spinning disc reactor is known as a reactor for solving this problem. The general structure of the spinning disk reaction apparatus basically includes a spinning disk for supplying and discharging cooling water, a liquid supply for adding a reactant, and a product collection tank for collecting a product, as shown in FIG. 1. The reaction apparatus supplies a reactant to the rotating disk surface, and then distributes the reactant supplied by the strong centrifugal force on the surface to the disk surface so that the reaction proceeds to obtain a product. When the reaction apparatus is used for the organic synthesis reaction, the catalyst is coated on the surface of the disk and then applied in the form of a film to proceed with the reaction. Compared with the conventional batch reactor, the spinning disk reaction apparatus can fix the catalyst on the disk and does not require a separate catalyst separation process, and has the advantage of increasing the activity of the catalyst and reducing side reactions due to the mixing and heat transfer effects by centrifugal force. have.

한편, 도 1에서 보면, 종래 스피닝 디스크 반응 장치는 액체 반응물을 디스크 중심부로 투입한 후, 디스크를 회전시켜 생성물을 얻은 후 수집하고 있다. 액체 반응물이 스피닝 디스크의 중심부로 투입되는 일반적인 상황에서는, 투입된 액체 반응물이 디스크 위에서 필름을 형성한 후 원심력에 의해 디스크 바깥쪽으로 퍼져 나가면서 그 두께가 감소하게 된다. 도 2는 디스크 반경에 따른 상대적인 액체 반응물의 필름 두께 변화를 도시한 것으로, 디스크 중심부는 두꺼운 필름층이 형성되어 있고, 디스크 외곽으로 갈수록 필름층의 두께가 감소함을 알 수 있다. 이에 따라, 두꺼운 필름이 형성되는 중심부와 얇은 필름이 형성되는 주변부 사이에는 반응성에 차이가 나타나고, 이에 따라 전체 반응의 반응수율 떨어지는 문제점이 발생할 수 있다.On the other hand, as shown in Figure 1, the conventional spinning disk reaction apparatus collects after the liquid reactant is introduced into the center of the disk, the disk is rotated to obtain the product. In the general situation where the liquid reactant is introduced into the center of the spinning disk, the injected liquid reactant forms a film on the disk and then spreads out of the disk by centrifugal force, reducing its thickness. Figure 2 shows the change in film thickness of the relative liquid reactant according to the disk radius, the disk center is formed with a thick film layer, it can be seen that the thickness of the film layer decreases toward the outer disk. Accordingly, there is a difference in reactivity between the central portion in which the thick film is formed and the peripheral portion in which the thin film is formed, thereby causing a problem in that the reaction yield of the entire reaction falls.

다시 말해, 기체·액체 반응 시스템의 경우 필름 두께가 얇은 디스크 외곽부분은 기체가 액체 필름층의 하부까지 쉽게 침투할 수 있지만, 디스크 중심부로 갈수록 필름 두께가 두꺼워져서 기체가 액체 필름층의 하부까지 전달되지 못하며, 촉매 반응인 경우 기체가 디스크표면의 촉매까지 다다르지 못함으로 인하여, 전체 표면적의 상당 부분을 차지하는 디스크 중심부를 잘 활용하지 못한다는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위해, 투입되는 반응물의 유량을 줄이면, 디스크 외곽부분은 액체의 표면장력 때문에 디스크표면 일부가 액체에 젖지 않는 문제가 발생하여 반응에 유효한 충분한 반응표면적을 기대할 수 없고, 투입되는 반응물의 유량을 늘리면 디스크 중심부의 필름 두께는 더욱 두꺼워지고 이로 인해 반응하지 못하고 외곽부분으로 튕겨 나가는 미반응물이 더 많아져, 결국에는 반응의 수율이 저하되는 문제점이 있다. 한편, 반응물의 분할 투입을 위해 디스크 중심부와 함께 디스크 주변부에 반응물을 투입하는 경우, 디스크 중심부와는 달리 주변부에서는 회전속도 때문에 디스크표면 위의 정확한 투입지점으로 투입하기도 어려울 뿐만 아니라 상당량의 반응물이 주변부로 튀어버리며, 투입부분 및 그 주변에서 액체 반응물의 필름 두께가 투입유량에 의해 불균일해질 가능성도 있다.In other words, in the case of a gas-liquid reaction system, the thin film outer portion of the disk can easily penetrate the lower portion of the liquid film layer, but the thicker the film thickness toward the center of the disk, the gas is transferred to the lower portion of the liquid film layer. In the case of the catalytic reaction, since the gas does not reach the catalyst on the surface of the disk, there is a problem in that the center of the disk, which occupies a substantial part of the total surface area, is not utilized well. In order to solve this problem, if the flow rate of the reactant to be injected is reduced, the disk outer part may not be wetted with the liquid due to the surface tension of the liquid, so that a sufficient reaction surface area effective for the reaction cannot be expected, and the flow rate of the reactant to be injected Increasing the film thickness of the center of the disk becomes thicker, which causes more unreacted materials that do not react and bounces to the outer portion, resulting in a decrease in the yield of the reaction. On the other hand, when the reactant is introduced into the disk peripheral part along with the disk center for the divided input of the reactants, unlike the disk center part, it is difficult to input the correct input point on the disk surface due to the rotational speed at the peripheral part, and a considerable amount of the reactant is transferred to the peripheral part. There is also a possibility that the film thickness of the liquid reactant at the injection portion and its surroundings becomes uneven due to the injection flow rate.

따라서, 본 발명의 발명자들은 상기와 같은 스피닝 디스크 반응 장치에 관한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 디스크 상에 공급되는 반응물을 고르게 분포시켜, 디스크의 반응유효면적을 넓이기 위한 연구를 하던 중 본 발명의 스피닝 디스크 반응장치를 완성하게 되었다.Therefore, in order to solve the problems of the prior art related to the spinning disk reaction apparatus as described above, the inventors of the present invention evenly distributed the reactants supplied on the disk, and conducted the study to widen the effective reaction area of the disk. The spinning disk reactor of the invention has been completed.

이에, 본 발명의 목적은 디스크 회전 시 반응물이 고르게 디스크 표면에 분포하는 스피닝 디스크 반응 장치를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a spinning disk reaction apparatus in which reactants are evenly distributed on the disk surface during disk rotation.

본 발명은 디스크 표면에 반응물 배출구를 포함하는 스피닝 디스크 반응 장치를 제공한다. The present invention provides a spinning disk reaction apparatus comprising a reactant outlet on the disk surface.

이러한 스피닝 반응 장치는 1종 이상의 반응물 공급부; 상기 반응물 공급부와 연결된 회전축; 상기 회전축을 중심으로 회전 가능하게 연결되어 있고, 상기 반응물 공급부로부터 공급된 반응물의 반응이 진행되는 디스크; 상기 반응물 공급부로부터 반응물이 이동 가능하도록 상기 회전축 및 디스크 내에 형성된 공급로; 상기 디스크 상부에서 상기 회전축 내의 공급로와 연결되어 상기 디스크 상에 반응물을 공급하기 위한 제 1 배출구; 상기 디스크 내의 공급로와 연결되어 상기 디스크 상에 반응물을 공급하기 위한 하나 이상의 제 2 배출구; 상기 디스크 상에서 반응된 생성물을 수집하는 생성물 수집부; 및, 상기 디스크를 회전시키기 위한 구동부를 포함한다.Such spinning reaction apparatus comprises one or more reactant supplies; A rotating shaft connected to the reactant supply unit; A disk which is rotatably connected about the rotation axis and which reacts the reactant supplied from the reactant supply unit; A supply passage formed in the rotating shaft and the disk to move the reactant from the reactant supply; A first outlet connected to a supply path in the rotating shaft at an upper portion of the disk to supply a reactant on the disk; At least one second outlet connected to a supply passage in the disk for supplying a reactant on the disk; A product collector for collecting the reacted product on the disk; And a driving unit for rotating the disk.

즉, 상기 스피닝 디스크 반응 장치는, 디스크 표면 및 디스크 중심과 연결된 회전축의 표면에 다수개의 반응물 배출구들이 형성되어, 디스크 및 회전축 내부의 공급로를 통해 공급된 반응물이 디스크 회전 시에 상기 배출구들을 통해 고른 분포 로 공급되어, 디스크 표면의 반응물 필름을 균일한 두께로 형성되게 할 수 있다. 이에 따라, 디스크 상의 유효반응면적이 넓게 형성되어, 반응물의 반응속도 및 전환율의 향상을 꾀할 수 있다. 또한, 원심력에 의한 혼합 및 열전달 효과 때문에 촉매의 활성이 높아지고 부반응을 줄여 선택도를 높일 수 있다. That is, in the spinning disk reaction apparatus, a plurality of reactant outlets are formed on the surface of the disk and the rotating shaft connected to the disk center, so that the reactants supplied through the disk and the supply passage inside the rotating shaft are picked through the outlets when the disk is rotated. It can be supplied in a distribution, allowing the reactant film on the disk surface to be formed with a uniform thickness. As a result, the effective reaction area on the disk is formed to be wide, and the reaction rate and conversion rate of the reactants can be improved. In addition, due to centrifugal mixing and heat transfer effects, the activity of the catalyst is increased and the side reaction can be reduced to increase the selectivity.

본 발명의 스피닝 디스크 반응 장치는 반응이 일어나는 디스크 표면에 반응물이 고루 분포되어 유효반응면적을 증가시켜 반응속도 향상을 꾀할 수 있고 미반응물의 양을 최소화하며, 반응물의 전환율을 크게 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 스피닝 디스크 반응 장치는 여러 가지 단량체를 이용한 중합반응이나 에테르 반응에 유용하게 사용할 수 있다.In the spinning disk reaction apparatus of the present invention, the reactants are evenly distributed on the surface of the disk on which the reaction occurs, thereby increasing the effective reaction area to improve the reaction rate, minimizing the amount of unreacted materials, and greatly improving the conversion rate of the reactants. Therefore, the spinning disk reaction apparatus of this invention can be usefully used for the polymerization reaction or ether reaction using various monomers.

이하, 본 발명의 구체적인 구현예 및 실시예를 통하여 발명의 구성 및 효과를 보다 상세히 설명하기로 한다. 그러나 하기의 구현예 및 실시예는 발명을 보다 명확하게 이해시키기 위한 것일 뿐이며, 발명의 권리범위가 하기 구현예 및 실시예에 한정되는 것은 아니다. 도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 스피닝 반응 장치의 전체 개략도이고, 도 4는 일 구현예에 따른 스피닝 디스크 반응 장치의 디스크 종단면의 개략도이다.Hereinafter, the configuration and effects of the present invention will be described in more detail with reference to specific embodiments and examples of the present invention. However, the following embodiments and examples are only intended to more clearly understand the invention, the scope of the invention is not limited to the following embodiments and examples. 3 is an overall schematic diagram of a spinning reaction device according to one embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a schematic diagram of a disk longitudinal section of a spinning disk reaction device according to one embodiment.

도 3 및 4를 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 스피닝 디스크 반응 장치(100)는 1종 이상의 반응물 공급부(12); 상기 반응물 공급부(12)와 연결된 회전축(20); 상기 회전축(20)을 중심으로 회전 가능하게 연결되어 있고, 상기 반응물 공급부(12)로부터 공급된 반응물의 반응이 진행되는 디스크(30); 상기 반응물 공급부로부터 반응물이 이동 가능하도록 상기 회전축(20) 및 디스크(30) 내에 형성된 공급로(22, 32); 상기 디스크(30) 상부에서 상기 회전축(20) 내의 공급로(22)와 연결되어 상기 디스크(30) 상에 반응물을 공급하기 위한 제 1 배출구(24); 상기 디스크 내의 공급로(32)와 연결되어 상기 디스크 상에 반응물을 공급하기 위한 하나 이상의 제 2 배출구(34, 36); 상기 디스크 상에서 반응된 생성물을 수집하는 생성물 수집부(50); 및, 상기 디스크를 회전시키기 위한 구동부(예를 들어, 모터; 40)를 포함한다. 3 and 4, the spinning disk reaction apparatus 100 according to one embodiment of the present invention includes one or more reactant supplies 12; A rotating shaft 20 connected with the reactant supply unit 12; A disk 30 rotatably connected about the rotation shaft 20 and for reacting the reactants supplied from the reactant supply unit 12; Supply passages 22 and 32 formed in the rotating shaft 20 and the disc 30 to move the reactants from the reactant supply unit; A first outlet 24 connected to a supply path 22 in the rotating shaft 20 at an upper portion of the disk 30 to supply a reactant on the disk 30; One or more second outlets (34, 36) connected to a supply path (32) in the disk for supplying reactants on the disk; A product collector (50) for collecting the reaction product on the disk; And a driving unit (eg, a motor) 40 for rotating the disk.

일 구현예에 따른 스피닝 디스크 반응 장치에 있어서, 제 2 배출구(34, 36)는 디스크(30) 전체의 반경, 공급되는 반응물의 물성, 및 반응물의 공급속도를 고려하여, 상기 디스크(30)의 중심으로부터 상기 디스크 반경의 1/4 내지 3/4의 거리만큼 이격되어 배열될 수 있다. 이때, 제 2 배출구의 다수가 상기 디스크 반경의 1/4 내지 3/4 반경의 범위 내에서 디스크 중심을 기준으로 일정 중심각 간격으로 배열될 수도 있다. In the spinning disk reaction apparatus according to the embodiment, the second outlets 34 and 36 may be formed by considering the radius of the entire disk 30, the properties of the reactants to be supplied, and the supply speed of the reactants. It may be arranged spaced apart from the center by a distance of 1/4 to 3/4 of the disk radius. In this case, a plurality of second outlets may be arranged at regular center angle intervals with respect to the disc center within a range of 1/4 to 3/4 radius of the disc radius.

바람직하게는, 제 2 배출구(34, 36)는 상기 디스크(30)의 중심을 기준으로 2개의 동심원 형태로 배열되어 있고, 이 중 하나의 동심원 형태로 배열된 제 2 배출구(34)는 상기 디스크의 중심으로부터 디스크 반경의 3/12 내지 5/12의 거리만큼 이격되어 있고, 다른 하나의 동심원 형태로 배열된 제 2 배출구(36)는 상기 디스크(30)의 중심으로부터 디스크 반경의 7/12 내지 9/12의 거리만큼 이격되어 형성될 수 있다. Preferably, the second outlets 34, 36 are arranged in two concentric circles with respect to the center of the disk 30, and the second outlet 34 arranged in one of the concentric circles is the disk. A second outlet 36 spaced apart from the center of the disk by a distance of 3/12 to 5/12, and arranged in another concentric shape, has a second outlet 36 from 7/12 of the disk radius from the center of the disk 30. It may be formed spaced apart by a distance of 9/12.

가장 바람직하게는, 제2배출구(34, 36)는 상기 디스크(30) 중심을 기준으로 2개의 동심원 형태로 배열되어 있고, 이중 하나의 동심원 형태로 배열된 제 2 배출구(34)는 상기 디스크의 중심으로부터 디스크 반경의 1/3 되는 거리만큼 이격되고 있고, 다른 하나의 동심원 형태로 배열된 제 2 배출구(36)는 상기 디스크(30)중심으로부터 디스크 반경의 2/3 되는 거리만큼 이격되어 형성될 수 있다. 이때, 반응물의 필름두께를 일정하게 만들기 위한 제1배출구(24) 및 제2배출구(34, 36)의 상대적인 최적 배출유량을 추정하면 아래 표1과 같다.Most preferably, the second outlets 34 and 36 are arranged in two concentric circles with respect to the center of the disk 30, and the second outlets 34 arranged in one concentric circle are formed in the disks. The second outlet 36 is spaced one third of the disk radius from the center, and the second outlet 36 arranged in the form of another concentric circle is spaced two thirds of the disk radius from the center of the disk 30. Can be. At this time, when the relative optimum discharge flow rate of the first outlet 24 and the second outlet 34, 36 for making the film thickness of the reactants constant, it is as shown in Table 1 below.

최적 배출유량비Optimal discharge flow rate 제1배출구(24)First outlet (24) 11.11 %11.11% 제2배출구(34)2nd outlet (34) 33.33 %33.33% 제2배출구(36)Second outlet 36 55.56 %55.56%

상기 구현예에 따른 스피닝 디스크 반응 장치의 디스크의 평면도는 도 5에 도시되었다. 상기와 같은 범위 내에 제2배출구가 형성됨에 따라, 디스크 회전과 동시에 공급된 반응물이 디스크 전체 표면에 고르게 분포될 수 있고, 디스크 바깥으로 반응을 하지 못하고 튕겨나가는 반응물의 양을 최소화할 수 있다. A plan view of the disk of the spinning disk reaction apparatus according to the embodiment is shown in FIG. 5. As the second outlet is formed within the above range, the reactants supplied at the same time as the disk rotation can be evenly distributed on the entire surface of the disk, thereby minimizing the amount of reactants that do not react outside the disk and bounce off.

한편, 본 발명의 일 구현예에 따라 제 2 배출구는 디스크 중심을 기준으로 1개 내지 25개의 동심원을 그리며 형성될 수 있다. 이때, 제 2 배출구들(34, 36)의 동심원간의 간격은 1cm 내지 50cm일 수 있다. 제2배출구의 동심원의 개수 및 동심원간의 간격은 전체 디스크 반경, 공급되는 반응물의 물성, 및 반응물의 공급속도를 고려하여 상기 범위 내에서 조절하여 설계될 수 있다.Meanwhile, according to one embodiment of the present invention, the second outlet may be formed by drawing 1 to 25 concentric circles with respect to the center of the disc. In this case, the interval between the concentric circles of the second outlets 34 and 36 may be 1 cm to 50 cm. The number of concentric circles and the interval between the concentric circles of the second outlet can be designed by adjusting within the above range in consideration of the overall disk radius, the properties of the reactants to be supplied, and the supply speed of the reactants.

또한, 본 발명의 일 구현예에 따라 제 2배출구는 디스크 중심으로부터 방사상 형태 또는 나선 형태로 배열될 수도 있다. 상술한 디스크 표면에 형성되는 제 2 배출구의 개수 및 이격 간격 및 배열형태는 디스크 전체의 크기 즉, 디스크의 반경, 반응물의 물성, 및 반응물의 공급속도를 고려하여, 상술한 것 중 어느 하나의 형태의 것이 선택되어 설계될 수 있다.In addition, according to one embodiment of the invention, the second outlet may be arranged radially or in a spiral form from the center of the disk. The number and spacing and arrangement of the second outlets formed on the surface of the disk described above may be any one of the above-described ones in consideration of the size of the entire disk, that is, the radius of the disk, the properties of the reactants, and the supply speed of the reactants. Can be selected and designed.

한편, 본 발명의 디스크의 반경은 5cm 내지 100cm의 반경을 갖는 것에서 선택될 수 있다. 상기 범위 내의 반경을 갖는 디스크여야, 스피닝 디스크 반응 장치의 장점을 충분히 살릴 수 있고, 제작 및 취급이 용이하다.On the other hand, the radius of the disk of the present invention can be selected from those having a radius of 5 cm to 100 cm. The disk having a radius within the above range can take full advantage of the spinning disk reaction apparatus, and is easy to manufacture and handle.

본 발명의 일 구현예에 따른 스피닝 디스크 반응 장치에 있어서, 제 1배출구(24)는 디스크 표면으로부터, 0.2cm 내지 5cm의 거리만큼 이격되어 형성될 수 있다. 상기 위치에 제 1 배출구(24)가 형성되어야 반응물이 디스크 표면에서 튀는 일이 적고, 디스크 중심부 및 가장자리까지 골고루 반응물 필름이 형성되어, 투입유량에 의해 반응물 필름 두께 및 디스크 표면에 코팅된 촉매 코팅층의 두께가 불균일해지는 점을 방지할 수 있다. 바람직한 일례를 들면, 도 4에 도시된 바와 같은 위치에 제 1 배출구(24)가 형성될 수 있다.In the spinning disk reaction apparatus according to an embodiment of the present invention, the first outlet 24 may be formed spaced apart from the disk surface by a distance of 0.2cm to 5cm. When the first outlet 24 is formed in this position, the reactants are less likely to bounce off the disk surface, and the reactant film is formed evenly to the center and the edge of the disk, so that the reactant film thickness and the catalyst coating layer coated on the disk surface are controlled by the input flow rate. The thickness can be prevented from being uneven. As a preferred example, the first outlet 24 may be formed at a position as shown in FIG. 4.

한편, 본 발명의 일 구현예에 따른 스피닝 디스크 반응 장치에 있어서, 제 2 배출구(34, 36)는 상기 디스크(30) 표면과 직교하는 수직선을 기준으로 상기 디스크의 중심과 반대되는 외측 원주 방향으로 기울어져 있는 형태로서, 이에 대해서는 도 11에 간략히 도시된 바와 같다. 상기와 같이 디스크 중심과 반대되는 외측 원주 방향으로 기울어지면, 디스크 회전과 동시에 공급된 반응물이 원심력에 의해 제 2배출구(34, 36)로 배출될 수 있다. 바람직하게는, 상기 제 2 배출구(34, 36)는 디스크 표면과 θ = 30 내지 60도의 각도를 이룰 수 있다. 상기와 같은 기울기 각도의 범위 내에 제 2 배출구가 형성되면, 공급된 반응물이 디스크(30) 내 공급로에서 역류하는 일이 없고, 배출 후에 디스크(30) 표면에서 바깥쪽으로 튀는 일을 줄일 수 있으며, 공급된 반응물이 촉매층의 두께를 불균일하게 하는 일이 적다. On the other hand, in the spinning disk reaction apparatus according to an embodiment of the present invention, the second outlet 34, 36 in the outer circumferential direction opposite to the center of the disk on the basis of a vertical line orthogonal to the surface of the disk 30 It is in an inclined form, which is briefly illustrated in FIG. 11. When inclined in the outer circumferential direction opposite to the center of the disk as described above, the reactant supplied at the same time as the disk rotation can be discharged to the second outlet 34, 36 by the centrifugal force. Preferably, the second outlets 34, 36 may form an angle of θ = 30 to 60 degrees with the disk surface. When the second outlet is formed within the range of the inclination angle as described above, the supplied reactant does not flow back from the supply path in the disk 30, and after the discharge, it is possible to reduce the splashing outward from the surface of the disk 30, The reactants supplied rarely uneven thickness of the catalyst layer.

본 발명의 일 구현예에 따른 스피닝 디스크 반응 장치(100)에 있어서, 디스크(30) 표면은 평편한 상태의 것일 수 있고, 다른 실시예에 따라 상기 디스크(30)는 중심으로부터 멀어질수록 낮은 높이를 갖는 계단형 단면을 가지도록 형성되어 있고, 제 2 배출구(34, 36)는 상기 디스크의 중심으로부터 외측 원주 방향을 향해 상기 계단형 단면의 각 계단을 관통하게 형성될 수 있다. 이러한 다른 실시예에 따른 스피닝 디스크 반응 장치에서, 계단형 단면을 갖는 디스크 종단면을 도 7에 도시하였다. 도 7에 도시된 바와 같이 제 2 배출구(34, 36)는 디스크의 중심으로부터 외측 원주 방향을 향해 계단형 단면의 각 계단을 관통하게 형성되어, 디스크 회전과 동시에 제2 배출구(34, 36)를 통해 배출된 반응물은 더 낮은 계단의 디스크 표면으로 흘러내려가서 디스크 표면에 골고루 퍼지게 된다. 상기와 같은 종단면이 계단형인 디스크(30)는 반응물의 점도가 높아서, 평편한 디스크 상에서는 디스크 회전속도를 크게 하더라도 디스크 끝부분까지 반응물이 골고루 퍼지지 않는 반응에 바람직하게 적용될 수 있다.In the spinning disk reaction apparatus 100 according to an embodiment of the present invention, the surface of the disk 30 may be in a flat state, and according to another embodiment, the disk 30 has a lower height as it moves away from the center. It is formed to have a stepped cross-section, and the second outlet (34, 36) may be formed to pass through each step of the stepped cross-section toward the outer circumferential direction from the center of the disk. In the spinning disk reaction apparatus according to this other embodiment, a disk longitudinal section having a stepped cross section is shown in FIG. 7. As shown in FIG. 7, the second outlets 34 and 36 are formed to penetrate each step of the stepped cross section from the center of the disc toward the outer circumferential direction, so that the second outlets 34 and 36 may be simultaneously rotated with the disc. The reactant discharged through flows down the disk surface of the lower step and spreads evenly over the disk surface. As described above, the disc 30 having a stepped cross section has a high viscosity of the reactant, and thus, even on a flat disc, even if the disc rotation speed is increased, the disc 30 may be preferably applied to a reaction in which the reactants do not spread evenly to the end of the disc.

또 다른 실시예에 따라, 스피닝 디스크 반응 장치(100)의 디스크는 중심으로부터 멀어질수록 큰 높이를 갖는 다각형 단면이 일정 간격을 두고 둘 이상 연결된 톱니형 단면을 가지도록 형성되어 있고, 제 2 배출구(34, 36)는 상기 디스크(30)의 중심으로부터 외측 원주 방향을 향해 상기 톱니형 단면의 각 다각형 단면을 관통하게 형성되어 있는 형태일 수 있다. 발명의 또 다른 실시예에 따른 스피닝 디스크 반응 장치에서, 톱니형 단면을 갖는 디스크의 종단면을 도 8에 도시하였다. 도 8에 도시된 바와 같이 제 2 배출구(34, 36)는 상기 디스크(30)의 중심으로부터 외측 원주 방향을 향해 상기 톱니형 단면의 각 다각형 단면을 관통하게 형성되어, 디스크 회전과 동시에 제2 배출구를 통해 배출된 반응물은 디스크 바깥쪽에 형성된 다른 다각형 단면의 낮은 지점으로 이동하게 된다. 따라서, 디스크(30) 회전과 동시에 제 2 배출구(34, 36)로 배출된 반응물은 디스크 표면에 골고루 퍼지게 된다. 상기와 같은 종단면이 톱니형인 디스크를 갖는 스피닝 디스크 반응 장치는 반응물의 점도가 낮아서, 평편한 디스크 상에서는 디스크 회전속도를 느리게 하더라도 디스크 표면에 퍼지는 일 없이 대부분의 반응물이 디스크 외곽으로 흘러나가거나, 혹은 반응에 있어서 반응물의 체류시간을 길게 하여야 할 필요가 있는 반응에 바람직하게 적용될 수 있다.According to another embodiment, the disk of the spinning disk reaction apparatus 100 is formed such that the polygonal cross section having a greater height as the distance away from the center has a sawtooth cross-section connected two or more at regular intervals, the second outlet ( 34 and 36 may be formed to penetrate each polygonal cross section of the sawtooth cross section from the center of the disk 30 toward the outer circumferential direction. In the spinning disk reaction apparatus according to another embodiment of the invention, the longitudinal section of the disk having the sawtooth cross section is shown in FIG. As shown in FIG. 8, the second outlets 34 and 36 are formed to penetrate through each polygonal cross section of the sawtooth section from the center of the disk 30 to the outer circumferential direction, so that the second outlet can be rotated at the same time as the disk rotation. The reactant discharged through is moved to the lower point of the other polygonal cross section formed outside the disk. Therefore, the reactants discharged to the second outlets 34 and 36 simultaneously with the rotation of the disk 30 are evenly spread on the surface of the disk. Spinning disc reaction apparatus having a disc having a serrated disc as described above has a low viscosity of the reactants, so even on a flat disc, even though the disc rotation speed is slow, most of the reactants flow out to the outside of the disc without spreading to the disc surface, or the reaction. It can be preferably applied to a reaction in which it is necessary to lengthen the residence time of the reactant.

또한, 일 구현예에 따른 스피닝 디스크 반응 장치에서, 제 2 배출구(34, 36)를 통해 배출되는 반응물의 출구유속을 일정하게 유지하기 위해 제 2 배출구와 연결된 디스크 내부의 공급로의 단면 직경은 디스크의 중심으로부터 멀어질수록 작은 직경을 갖는 형태일 수 있다. 상기와 같이 내부 공급로의 종단면적을 조절하여, 디스크 표면 배출구를 통해 투입되는 반응물의 유속을 조절할 수 있다. 내부 반응물 공급로의 단면적을 조절한 디스크에 대해서는 도 9에 간단히 나타내었다.In addition, in the spinning disk reaction apparatus according to one embodiment, the cross-sectional diameter of the supply passage inside the disk connected to the second outlet in order to maintain a constant outlet flow rate of the reactant discharged through the second outlet (34, 36) The further away from the center of the may have a shape having a smaller diameter. By adjusting the longitudinal area of the internal supply path as described above, it is possible to control the flow rate of the reactant introduced through the disk surface outlet. The disk with controlled cross-sectional area of the internal reactant feed passage is briefly shown in FIG. 9.

또한, 본 발명의 일 구현예에 따른 스피닝 디스크 반응 장치(100)는 상기 디스크의 외측 원주 주위에 형성되어 있고, 상기 디스크(30)의 표면보다 높게 형성된 보호턱(39)을 더 포함하는 형태일 수 있다. 보호턱을 추가로 포함하는 스피닝 디스크 반응 장치에 대해서는 도 10에 간단히 도시된 바와 같다. 바람직하게는, 디스크 원주면에 촉매 또는 개시제의 코팅층이 형성되고, 상기 코팅층을 둘러싸는 디스크 표면보다 높은 보호턱 및 코팅층 하부를 지지하는 메쉬를 포함하는 형태일 수 있다.In addition, the spinning disk reaction apparatus 100 according to an embodiment of the present invention is formed around the outer circumference of the disk, and further includes a protective jaw 39 formed higher than the surface of the disk 30 Can be. A spinning disk reaction apparatus further including a guard jaw is shown briefly in FIG. 10. Preferably, a coating layer of a catalyst or an initiator is formed on the disk circumferential surface, and may have a shape including a protective jaw higher than the surface of the disk surrounding the coating layer and a mesh supporting a lower portion of the coating layer.

상기 보호턱(39)으로 인해, 미반응된 반응물이 디스크 바깥으로 흘러나가는 것을 방지할 수 있다. 또한, 메쉬(33)가 추가로 더 포함된 형태의 경우, 반응물이 디스크 원주면에 코팅된 개시제 또는 촉매의 코팅층(38)과 접촉하여 유효반응면적을 확보할 수 있으며, 반응 후 생성물은 디스크 코팅층 하부를 지지하는 메쉬(33)를 통해 하부로 흘러나가 생성물 수집탱크에 포집된다.The guard jaw 39 can prevent unreacted reactants from flowing out of the disk. In addition, in the case in which the mesh 33 is further included, the reactant may contact the coating layer 38 of the initiator or catalyst coated on the disk circumferential surface to obtain an effective reaction area, and the reaction product may be a disk coating layer. It flows downward through the mesh 33 supporting the bottom and is collected in the product collection tank.

본 발명의 일 구현예에 따라, 스피닝 디스크 반응 장치의 디스크 표면에 촉매층 또는 개시제가 코팅될 수 있다. 상기 촉매는 중합반응의 경우 통상의 금속촉매 또는 금속담지 촉매를 포함할 수 있고, 그 종류가 특별히 한정되지 않는다. 또한, 개시제일 경우, 중합반응에 사용되는 통상의 중합반응 개시제가 사용될 수 있다. 또한 코팅두께는 반응을 진행할 수 있는 정도면 특별히 한정되지 않는다.According to one embodiment of the invention, the catalyst layer or initiator may be coated on the disk surface of the spinning disk reaction apparatus. In the case of the polymerization reaction, the catalyst may include a conventional metal catalyst or a metal supported catalyst, and the type thereof is not particularly limited. In addition, in the case of the initiator, a conventional polymerization initiator used in the polymerization may be used. In addition, the coating thickness is not particularly limited as long as the reaction can proceed.

또한, 본 발명의 스피닝 디스크 반응 장치에 있어서, 디스크 표면은 평편한 형태일 수도 있으나, 일 구현예에 따라 디스크의 외부표면에 회전형태, 원 형태, 또는 불규칙 나선형태에서 선택되는 어느 하나의 형태의 홈 또는 돌기가 형성된 것일 수 있다. 촉매는 물성에 따라 디스크 표면에 고정시키는 것이 불가능한 경우가 있다. 가령, 사용되는 촉매 혹은 반응물이 접착제와도 반응성을 보이거나, 소성에 의한 성형이 어려운 경우의 촉매의 경우에 상기와 같은 형태의 홈 또는 돌기가 형성된 디스크가 적용될 수 있다. 즉, 디스크 표면에 회전형태, 원 형태, 또는 불규칙 나선형태 등의 홈 또는 돌기를 형성한 후 홈의 내부에 또는 돌기가 형성되지 않은 낮은 면에 촉매를 넣어 접착제를 사용하지 않고서, 디스크 표면에 촉매의 코팅층을 형성할 수 있다. 디스크 표면에 형성되는 홈 또는 돌기의 모양에 대해서는 촉매 및 반응물의 물성, 디스크의 회전속도, 및 반응시간 등을 고려하여 선택하여 설계할 수 있다.In addition, in the spinning disk reaction apparatus of the present invention, the disk surface may be flat, but according to one embodiment, any one type selected from a rotating shape, a circular shape, or an irregular helical shape may be formed on the outer surface of the disk. Grooves or protrusions may be formed. The catalyst may not be able to be fixed on the disk surface depending on the physical properties. For example, in the case of a catalyst in which the catalyst or reactant used is also reactive with the adhesive or is difficult to be formed by sintering, a disk having grooves or protrusions of the above type may be applied. That is, after forming grooves or protrusions such as a rotational shape, a circular shape, or an irregular helical shape on the surface of the disc, the catalyst is placed on the surface of the disc without using an adhesive by putting a catalyst inside the groove or on a low side where the protrusion is not formed. It is possible to form a coating layer. The shape of the grooves or protrusions formed on the disk surface may be selected and designed in consideration of the physical properties of the catalyst and the reactants, the rotational speed of the disk, and the reaction time.

본 발명의 스피닝 디스크 반응 장치의 디스크는 내부에 열매체를 구비할 수 있고, 또한, 디스크 내부에 냉각수 공급수단 및 냉각수 배출수단을 구비할 수도 있다. 또한, 상기 디스크는 내부에 가열수단 및 온도조절수단(37)이 구비될 수도 있다. 상술한 열매체, 냉각수 공급수단 및 냉각수 배출수단, 또는 가열수단 및 온도조절수단을 구비한 반응 장치는 디스크 표면에서 일어나는 반응의 종류 및 반응열(흡수량 또는 발열량)에 따라 선택하여 설계할 수 있다.The disk of the spinning disk reaction apparatus of the present invention may have a heating medium therein, and may also have a cooling water supply means and a cooling water discharge means inside the disk. In addition, the disk may be provided with a heating means and a temperature control means 37 therein. The reaction apparatus provided with the above-described heat medium, cooling water supplying means and cooling water discharging means, or heating means and temperature adjusting means can be selected and designed according to the kind of reaction occurring on the disk surface and the heat of reaction (absorption amount or calorific value).

본 발명의 일 구현예에 따른 스피닝 디스크 반응 장치는 회전축(20)과 디스크(30)가 구동부(모터)(40)에 함께 연결되어 사용시 회전축과 디스크 모두 회전(도 4참조)하거나, 혹은 디스크(30) 상부의 회전축(20)은 고정되어 있고, 디스크를 포함하는 하부의 회전축만이 모터에 연결되어, 사용시 디스크와 하부 회전축만 회전하는 형태(도 6 참조)로도 설계될 수 있다. 반응물 공급부와 연결된 회전축과 디스크가 함께 회전하는 경우(도 4 참조)에는 제 1 배출구 및 제 2 배출구를 통해 배출된 반응물 모두 원심력을 받게 되며, 반응물 공급부와 연결된 회전축은 고정된 채 디스크를 포함하는 하부의 회전축만이 모터에 연결되어 디스크만 회전하는 경우 제 2 배출구를 통해 배출된 반응물만 원심력을 받게 된다. 상술한 본 반응의 일 구현예에 따른 회전 형태가 다른 스피닝 디스크 반응 장치는 적용되는 반응물의 물성 및 반응 장치의 제작 및 취급의 용이성을 고려하여 선택하여 설계될 수 있다.Spinning disk reaction apparatus according to an embodiment of the present invention is the rotating shaft 20 and the disk 30 is connected to the driving unit (motor) 40 together when used to rotate both the rotating shaft and the disk (see Figure 4), or the disk ( 30) The upper rotating shaft 20 is fixed, and only the lower rotating shaft including the disk is connected to the motor, it can be designed in the form of rotating only the disk and the lower rotating shaft in use (see FIG. 6). When the rotating shaft connected to the reactant supply and the disk rotate together (see FIG. 4), the reactant discharged through the first outlet and the second outlet are both subjected to centrifugal force, and the rotating shaft connected to the reactant supply is fixed to the lower part including the disk. When only the rotating shaft of is connected to the motor to rotate the disk only the reactant discharged through the second outlet is subjected to centrifugal force. The spinning disk reaction apparatus having a different rotational form according to the embodiment of the present reaction described above may be selected and designed in consideration of the properties of the reactants to be applied and the ease of manufacture and handling of the reaction apparatus.

상기 디스크의 회전속도는 중력가속도의 1 내지 100배(즉, G = 1 내지 100)가 되도록 디스크의 반지름에 따라 아래 식에 따라 결정한다. The rotation speed of the disk is determined according to the following equation according to the radius of the disk to be 1 to 100 times the gravity acceleration (ie, G = 1 to 100).

[식 1][Equation 1]

한편, 디스크의 회전속도는 디스크의 반지름 외에도 반응 장치에 적용되는 반응의 종류, 반응물 및 생성물의 물성, 디스크 표면에 코팅된 촉매 또는 개시제의 물성, 반응시간 등에 따라 조절될 수 있다. 상기 범위 내의 회전속도를 갖는 경우 액상의 반응물이 그 물성에 상관없이 원심력에 의해 디스크 표면에 골고루 퍼질 수 있다.On the other hand, the rotational speed of the disk can be adjusted according to the type of reaction applied to the reaction apparatus, the physical properties of the reactants and products, the physical properties of the catalyst or initiator coated on the disk surface, the reaction time, in addition to the disk radius. In the case of having a rotation speed within the above range, the reactant in the liquid phase can be evenly spread on the disk surface by centrifugal force regardless of its physical properties.

상기 반응 장치는 반응기 외벽 또는 내벽에 반응을 진행시키기 위한 가열수단 및 온도조절수단이 구비되어 있다. 상기 반응 장치는 기체 공급부 및 잔여기체 배출부를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 반응 장치는 중합반응 및 에테르화 반응에 사용하며, 상기 중합반응은 액상중합반응, 기상중합반응 또는 자유라디칼 중합반응을 포함한다.The reaction apparatus is provided with a heating means and a temperature control means for proceeding the reaction on the outer wall or inner wall of the reactor. The reaction apparatus may further include a gas supply unit and a residual gas discharge unit. In addition, the reaction apparatus is used for a polymerization reaction and an etherification reaction, and the polymerization reaction includes a liquid phase polymerization reaction, a gas phase polymerization reaction or a free radical polymerization reaction.

상술한 바와 같은 본 발명의 일 구현예에 따른 스피닝 디스크 반응 장치(100)에서는, 반응물이 반응물 투입부(12)를 통해 투입되고, 투입된 반응물은 회전축 및 디스크 내부의 반응물 공급로(22)를 따라 이동하여, 일부는 제 1 배출구(24)를 통해, 일부는 제 2 배출구(34, 36)를 통해 공급되어 디스크 표면에 코팅된 촉매 또는 개시제의 코팅층(38) 상에 고루 균일한 두께로 분포하며 디스크가 회전하는 동안 반응이 진행된다. 또는 추가로 구비될 수 있는 기체 투입부(60)를 통해 반응 기체가 투입되며, 잔여기체는 배출구(62)를 통해 배출될 수 있다In the spinning disk reaction apparatus 100 according to the embodiment of the present invention as described above, the reactant is introduced through the reactant input unit 12, the injected reactant is along the rotating shaft and the reactant supply passage 22 inside the disk. Move, some through a first outlet 24, some through a second outlet 34, 36 and evenly distributed on a coating layer 38 of a catalyst or initiator coated on the disk surface. The reaction proceeds while the disk is spinning. Alternatively, the reaction gas may be introduced through the gas input unit 60, which may be additionally provided, and the remaining gas may be discharged through the outlet 62.

이하 본 발명의 스피닝 디스크 반응 장치를 이용한 반응원리를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the reaction principle using the spinning disk reaction apparatus of the present invention will be described.

본 발명에서는 반응물 투입부(12) 쪽에 회전축(20) 내부에 존재하는 반응물 공급로(22)를 통해 반응물을 투입한다. 이때, 반응물은 액상을 투입하는 것이 바람직하다. 투입된 반응물은 회전축 내의 반응물 공급로(22)를 따라 하부로 이동하다가 일부는 회전축 표면의 제 1 배출구(24)를 통해 디스크(30)로 공급된다. 투입된 반응물 중 나머지 일부는 디스크 내 반응물 공급로(32)를 따라 이동하다가, 디스크 표면의 반응물 배출구 즉, 제 2 배출구(34)(36) 들을 통해 공급된다. 이후, 디스크의 회전에 의해 반응물의 필름이 형성되어 반응면적이 증가되며 반응이 진행된 후의 생성물 및 미반응물은 원심력에 의해 디스크 바깥쪽으로 배출된다. 원심력에 의해 배출된 액체는 생성물 수집부(50)로 이동된다. 상기와 같은 원리로 반응물이 제 1 배출구 및 다수개의 제 2 배출구를 통해 이루어져, 반응물 투입의 분산을 통해 반응물의 필름층이 디스크 표면에 얇고, 균일하게 골고루 분포되어 물질전달속도를 높일 수 있고, 유효반응면적을 증가시켜 반응물의 반응속도 및 전환율을 높일 수 있는 장점이 있다. 또한, 적용되는 반응에 따라 디스크 내부에 가열수단 및 온도조절수단(37) 혹은 냉각수 공급수단 및 냉각수 배출수단을 구비하는 경우, 반응에 따라, 반응속도를 더 빠르게 할 수 있고, 반응의 평형상수를 크게 해서 높은 평형 전환율을 얻을 수 있다. 이때, 본 발명의 반응 장치를 이용한 반응은 기-액 반응, 액-액 반응을 포함할 수 있으며, 바람직하게 중합반응 및 에테르화 반응을 포함한다. 상기 중합반응은 액상중합반응, 기상중합반응 또는 자유라디칼 중합반응을 포함할 수 있고, 그 반응 종류가 특별히 한정되지는 않는다. 예를 들면, 에테르화 반응의 경우 적어도 하나의 올레핀과 알코올을 반응물질로 하여 상기 반응물 투입부 수단으로 투입한 후, 회전축 표면과 디스크 표면의 다수개의 배출구를 통해 공급된 반응물이 디스크 회전과 함께 디스크 표면에 골고루 분포되어 반응이 진행됨으로써, 에테르 또는 에테르 혼합물을 제조할 수 있다. 이때 상기 디스크 표면은 제올라이트 촉매가 코팅된 형태일 수 있다. 또한, 상기 올레핀은 탄소수 2 내지 4의 알켄 또는 알킨일 수 있고, 알코올은 탄소수 1 내지 8의 저급알코올일 수 있다. 또한, 본 발명에서 자유라디칼 중합반응을 진행하는 경우, UV 광원을 제공하기 위한 램프가 더 구비될 수 있다.In the present invention, the reactant is introduced into the reactant input unit 12 through the reactant supply path 22 existing inside the rotating shaft 20. At this time, the reactant is preferably added to the liquid phase. The injected reactant moves downward along the reactant supply path 22 in the rotating shaft, and a part thereof is supplied to the disk 30 through the first outlet 24 on the surface of the rotating shaft. The remaining part of the reactant introduced along the reactant supply path 32 in the disk is supplied through the reactant outlets, that is, the second outlets 34 and 36, on the surface of the disk. Thereafter, the film of the reactant is formed by the rotation of the disk to increase the reaction area, and the product and the unreacted product after the reaction proceeds are discharged to the outside of the disk by centrifugal force. The liquid discharged by the centrifugal force is moved to the product collection unit 50. In the same principle as above, the reactant is formed through the first outlet and the plurality of second outlets, and through the dispersion of the reactant input, the film layer of the reactant is thinly and evenly distributed on the disk surface, thereby increasing the material transfer speed and effectively. Increasing the reaction area has the advantage of increasing the reaction rate and conversion rate of the reactants. In addition, in the case where the heating means and the temperature control means 37 or the cooling water supply means and the cooling water discharge means are provided in the disc according to the reaction applied, the reaction speed can be made faster according to the reaction, and the equilibrium constant of the reaction is It can be increased to obtain a high equilibrium conversion rate. At this time, the reaction using the reaction apparatus of the present invention may include a gas-liquid reaction, a liquid-liquid reaction, and preferably include a polymerization reaction and an etherification reaction. The polymerization reaction may include a liquid phase polymerization reaction, a gas phase polymerization reaction or a free radical polymerization reaction, and the reaction type is not particularly limited. For example, in the case of an etherification reaction, the reactants supplied through the reactant inlet means using at least one olefin and alcohol as a reactant, and then the reactants supplied through the plurality of outlets on the rotating shaft surface and the disk surface are rotated with the disk. The reaction proceeds evenly distributed on the surface, thereby preparing an ether or an ether mixture. In this case, the disk surface may be in the form of a zeolite catalyst coated. In addition, the olefin may be an alken or alkyne having 2 to 4 carbon atoms, and the alcohol may be a lower alcohol having 1 to 8 carbon atoms. In addition, when the free radical polymerization in the present invention, a lamp for providing a UV light source may be further provided.

또한, 상기 디스크는 표면에 촉매 또는 개시제가 코팅될 수 있다. 상기 촉매는 중합반응의 경우 통상의 금속촉매 또는 금속담지 촉매를 포함할 수 있고, 그 종류가 특별히 한정되지 않는다. 또한, 개시제일 경우, 중합반응에 사용되는 통상의 중합반응 개시제가 사용될 수 있다. 또한 코팅두께는 반응을 진행할 수 있는 정도면 특별히 한정되지 않는다.In addition, the disk may be coated with a catalyst or an initiator on the surface. In the case of the polymerization reaction, the catalyst may include a conventional metal catalyst or a metal supported catalyst, and the type thereof is not particularly limited. In addition, in the case of the initiator, a conventional polymerization initiator used in the polymerization may be used. In addition, the coating thickness is not particularly limited as long as the reaction can proceed.

본 발명의 반응 장치에서 디스크는 내부에 냉각수의 공급 및 배출이 가능한 수단을 구비할 수 있다. 또한, 디스크에는 반응을 진행시키기 위한 가열수단 및 온도조절수단이 구비될 수 있다. 또한 반응 장치의 반응기 외벽 또는 내벽에 반응을 진행시키기 위한 가열수단 및 온도조절수단이 구비될 수 있다. 본 발명에서 반응물의 투입은 디스크 표면에서의 체류시간을 고려하여 결정하며, 반응물의 디스크 표면 체류시간은 0.1초 내지 1초가 바람직하다.In the reaction apparatus of the present invention, the disk may be provided with means capable of supplying and discharging cooling water therein. In addition, the disk may be provided with a heating means and a temperature control means for proceeding the reaction. In addition, a heating means and a temperature control means for advancing the reaction on the reactor outer wall or inner wall of the reaction apparatus may be provided. In the present invention, the input of the reactant is determined in consideration of the retention time on the disk surface, the disk surface retention time of the reactant is preferably 0.1 seconds to 1 second.

도 1 은 종래 스피닝 디스크 반응 장치의 구성도를 간략히 나타낸 것이다.Figure 1 shows a schematic diagram of a conventional spinning disk reaction apparatus.

도 2는 디스크 반경에 따른 상대적인 액체 반응물의 필름 두께 변화를 간략히 도시한 것이다.FIG. 2 shows briefly the film thickness change of the relative liquid reactant with the disc radius.

도 3 는 본 발명의 일 구현예에 따른 스피닝 디스크 반응 장치를 간략히 도시하여 나타낸 것이다.Figure 3 shows a simplified illustration of the spinning disk reaction apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 4 은 본 발명의 일 구현예에 따른 디스크 내부의 종단면을 간략히 도시하여 나타낸 것이다.4 is a simplified illustration of a longitudinal section inside a disk according to an embodiment of the present invention.

도 5 는 본 발명의 일 구현예에 따른 디스크 평면도를 간략히 도시하여 나타낸 것이다.5 is a simplified plan view of a disk in accordance with one embodiment of the present invention.

도 6 는 본 발명의 일 구현예에 따른 스피닝 디스크 반응 장치 종단면으로 회전축은 고정된 채, 디스크만 회전하는 형태를 간략히 도시하여 나타낸 것이다.Figure 6 is a simplified illustration of the spinning disk reaction apparatus longitudinal section in accordance with an embodiment of the present invention, the rotating shaft is fixed, only the disk is rotated.

도 7 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스피닝 디스크 반응 장치에서, 계단형 단면을 갖는 디스크의 종단면을 간략히 도시하여 나타낸 것이다.7 is a simplified illustration of a longitudinal section of a disk having a stepped cross section in a spinning disk reaction apparatus according to another embodiment of the present invention.

도 8 은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스피닝 디스크 반응 장치에서, 톱니형 단면을 갖는 디스크의 종단면을 간략히 도시하여 나타낸 것이다.Figure 8 is a simplified illustration of the longitudinal section of the disk having a sawtooth cross section in the spinning disk reaction apparatus according to another embodiment of the present invention.

도 9 은 본 발명의 일 구현예에 따라, 제 2배출구로 배출되는 반응물의 유속을 일정하게 유지하기 위해 디스크 내부 공급로의 직경을 조절한 디스크의 종단면을 간략히 도시하여 나타낸 것이다.FIG. 9 is a simplified illustration of a longitudinal section of a disk having a diameter adjusted to an internal supply path of a disk in order to maintain a constant flow rate of a reactant discharged to a second outlet, according to an embodiment of the present invention.

도 10 는 본 발명의 일 구현예에 따른 디스크의 외측 원주 주위에 디스크 표면보다 높게 형성된 보호턱을 더 포함하는 디스크의 종단면을 간략히 도시하여 나타낸 것이다. 10 is a simplified illustration of a longitudinal section of a disk further comprising a guard jaw formed higher than the disk surface around the outer circumference of the disk according to one embodiment of the invention.

도 11은 본 발명의 일 구현예에 따라, 제 2 배출구가 디스크 표면과 직교하는 수직선을 기준으로 디스크의 중심과 반대되는 외측 원주 방향으로 기울어져 있는 디스크의 종단면을 간략히 도시하여 나타낸 것이다.FIG. 11 is a simplified illustration of a longitudinal section of a disc in which the second outlet port is inclined in an outer circumferential direction opposite to the center of the disc with respect to the vertical line perpendicular to the disc surface, according to one embodiment.

<도면의 간단한 설명><Brief Description of Drawings>

100 : 스피닝 디스크 반응 장치100: spinning disc reaction device

10 : 반응기 12 : 반응물 공급부10 reactor 12 reactant feed

20 : 회전축 22 : 회전축 내 반응물 공급로20: rotating shaft 22: reactant supply in the rotating shaft

24 : 제 1 배출구24: first outlet

30 : 디스크30: disk

32 : 디스크 내 반응물 공급로 33 : 메쉬32: reactant supply in disk 33: mesh

34, 36 : 제 2 배출구34, 36: second outlet

37 : 가열수단 및 온도조절 수단37: heating means and temperature control means

38 : 디스크 표면의 촉매 또는 개시제의 코팅층38: coating layer of catalyst or initiator on the disk surface

39 : 보호턱39: protective jaw

40 : 구동부40: drive unit

50 : 생성물 수집부50: product collector

60 : 기체 투입부 62 : 잔여기체 배출부60 gas inlet 62 residual gas outlet

Claims

At least one reactant supply;

A rotating shaft connected to the reactant supply unit;

A disk which is rotatably connected about the rotation axis and which reacts the reactant supplied from the reactant supply unit;

A supply passage formed in the rotating shaft and the disk to move the reactant from the reactant supply;

A first outlet connected to a supply path in the rotating shaft at an upper portion of the disk to supply a reactant on the disk;

At least one second outlet connected to a supply passage in the disk for supplying a reactant on the disk;

A product collector for collecting the reacted product on the disk; And

Spinning disk reaction apparatus comprising a drive for rotating the disk.

The spinning disc reaction apparatus of claim 1, wherein the second outlet is spaced apart from a center of the disc by a distance of 1/4 to 3/4 of the radius of the disc.

The method of claim 1, wherein the second outlet is arranged in two concentric circles with respect to the center of the disk,

The second outlet arranged in concentric form of this one is spaced from the center of the disk by a distance of 3/12 to 5/12 of the disk radius,

And a second outlet arranged in the form of another concentric circle is spaced apart from the center of the disk by a distance of 7/12 to 9/12 of the disk radius.

The second outlet arranged in one concentric form of this is spaced one third of the disk radius from the center of the disk,

And a second outlet arranged in the form of another concentric circle is spaced apart from the center of the disk by a distance of 2/3 of the disk radius.

The spinning disc reaction apparatus of claim 1, wherein the second outlet is arranged in the form of 1 to 25 concentric circles with respect to the center of the disc.

The spinning disk reaction apparatus according to claim 5, wherein the second outlets are arranged at concentric intervals of 1 cm to 50 cm with respect to the center of the disk.

The spinning disc reaction apparatus of claim 1, wherein the second outlet is arranged radially or in a spiral form from the center of the disc.

The spinning disk reaction apparatus of claim 1, wherein the disk has a radius of 5 cm to 100 cm.

The spinning disc reaction apparatus of claim 1, wherein the first outlet is spaced apart from the disk surface by a distance of 0.2 cm to 5 cm.

The spinning disc reaction apparatus of claim 1, wherein a second outlet port is inclined in an outer circumferential direction opposite to the center of the disc with respect to a vertical line perpendicular to the disc surface.

The spinning disc reaction apparatus of claim 10, wherein the second outlet is inclined at an angle of 30 to 60 degrees with the disc surface.

The disk of claim 1, wherein the disk has a stepped cross section having a lower height as it moves away from the center.

And the second outlet is formed to penetrate each step of the stepped cross section from the center of the disc toward the outer circumferential direction.

The method of claim 1, wherein the disk is formed so that the polygonal cross-section having a greater height away from the center has a tooth-shaped cross-section connected two or more at regular intervals,

And the second outlet is formed to penetrate through each polygonal cross section of the sawtooth section from the center of the disk toward the outer circumferential direction.

The spinning disk reaction apparatus according to claim 1, wherein the cross-sectional diameter of the supply passage inside the disk connected to the second outlet has a smaller diameter as it goes away from the center of the disk.

The spinning disk reaction apparatus of claim 1, further comprising a guard jaw formed around an outer circumference of the disk and formed higher than a surface of the disk.

The spinning disk reaction apparatus of claim 1, wherein the disk is coated with a catalyst layer or an initiator on a surface thereof.

The spinning disk reaction apparatus according to claim 1, wherein the surface of the disk is provided with a groove or a projection of any one type selected from a rotational shape, a circular shape, or an irregular spiral shape.

The spinning disk apparatus according to claim 1, wherein the disk has a heat medium therein.

The spinning disk apparatus according to claim 1, wherein the disk has cooling water supply means and cooling water discharge means therein.

The spinning disk apparatus of claim 1, wherein the disk is provided with a heating means and a temperature control means therein.

The reaction apparatus of claim 1, wherein the rotating shaft and the disk are connected together to a motor to rotate both the rotating shaft and the spinning disk when in use.

The reaction apparatus according to claim 1, wherein the rotating shaft connected to the reactant supply on the upper part of the disk is fixed, and only the lower rotating shaft including the disk is connected to the motor, so that only the disk rotates in use.

The reactor according to claim 1, further comprising heating means and a temperature control means for advancing the reaction on the outer wall or the inner wall of the reactor.

The reactor of claim 1, wherein the reactor further comprises a gas inlet and a residual gas outlet.

The reaction apparatus according to claim 1, wherein the reaction apparatus is used for a polymerization reaction or an etherification reaction.

The reaction apparatus according to claim 25, wherein the polymerization reaction includes liquid phase polymerization, gas phase polymerization or free radical polymerization.