KR102024894B1 - 패널이 구비된 연속 교반 탱크형 반응기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 패널이 구비된 연속 교반 탱크형 반응기를 제공한다.
구체적으로 본 발명의 연속 교반 탱크형 반응기는 일 측에 원료의 주입 및 배출을 위한 유입구 및 유출구가 각각 설치된 반응조; 상기 반응조 내부에 설치된 교반장치; 및 상기 반응조의 벽면에 수직 방향으로 설치하되, 상기 교반장치와 소정 거리로 이격되도록 설치되는 패널이 구비된 연속 교반 탱크형 반응기(Continuous Stirred Tank Reactor, CSTR)를 제공한다.
상기 구조를 통하여 본 발명의 연속 교반 탱크형 반응기는 교반 시 반응조 내 투입되는 원료의 체류 시간이 증가되고, 원료의 초기 유출량 및 초기 유출 농도가 현저히 감소된다.

Description

패널이 구비된 연속 교반 탱크형 반응기{Continuous stirred-tank reactor with panel}
본 발명은 패널을 구비함으로써 반응조 내 투입되는 원료의 체류 시간은 증가시키고, 초기 유출량 및 농도는 저감시킬 수 있는 연속 교반 탱크형 반응기에 대한 것이다.
산업적으로 많은 합성 및 가공 공정에서 원료 물질들을 균일하게 교반하기 위하여 다양한 종류의 반응기가 사용되고 있다. 공정 시에는 반응기는 반응 물질의 농도, 온도, 압력, 시간 및 촉매 등에 영향을 받으므로 이러한 공정 조건에 가장 적합한 형태의 반응기를 선택하는 것이 중요하다.
일반적으로 흔히 사용되고 있는 교반 반응기로서는 대표적으로 연속 이상 반응기가 있다. 연속 이상 반응기는 다시 크게 관형반응기(PFR)와 연속 교반 탱크형 반응기(CSTR)의 두 가지 모델로 분류할 수 있다.
관형 반응기는 반응기의 형태가 관의 형태인 것은 물론, 반응기 안에서의 물질의 흐름이 관에서 흐르는 것과 같은 흐름을 가지는 반응기를 말한다. 즉, 관형 반응기에 도입된 물질은 축 방향의 혼합 없이 방사 방향으로만 혼합이 일어난다. 이때 반응기 내의 상태, 이를테면 온도, 조성, 유속 등은 반응기의 한 단면을 기준으로 일정하며, 유입구(inlet)로부터의 거리에 따라서는 연속적으로 변화하게 된다.
연속 교반 탱크형 반응기(Continuous Stirred Tank Reactor, CSTR)는 혼류 반응기(mixed flow reactor, MFR)라고도 불리며, 반응기에 원료가 도입되면 완전히 혼합되어 공간적으로 균일한 상태를 이루고 반응기의 모든 점에서 온도와 농도, 반응속도는 동일하며, 반응기 배출 흐름의 상태는 반응기 안에서의 상태와 같고, 정상 상태(steady-state)에서 작용하는 연속 반응기로서 반응기 내부에 축적되는 물질이 없다.
이러한 연속 교반 탱크형 반응기는 교반 탱크를 연속적으로 조작하여 사용하는데, 가장 대표적인 예는 단일 교반 탱크에서 충분히 고르게 섞고 나서 반응 원료를 연속적으로 공급하고 배출하는 형태로 사용하는 경우가 있고, 탱크의 외부에 액 순환 펌프를 설치하여 충분한 양의 액을 탱크를 통하여 순환 혼합하고 있는 경우도 있다.
둘 다 탱크 안은 충분히 고르게 혼합 교반되어 있어 액농도는 똑같이 보이며, 이 상태에서 연속적으로 일정한 속도로 반응이 진행되므로 반응의 제어나 반응 온도 유지를 쉽게 할 수 있다는 이점이 있어, 액체상 반응 장치로서 널리 이용되고 있다.
또, 한 개의 반응 탱크를 이용하는 대신 여러 개의 반응 탱크를 직렬 배치시켜 반응액을 차례로 보내는 방식(직렬 다단 탱크형 반응기)은 단일한 반응 탱크로 하는 경우에 비해 어떠한 반응을 수행하는 데 필요한 반응기 용적을 두드러지게 감소시킬 수 있는 이점이 있으므로, 처리량이 큰 경우에는 특히 더욱 유리한 방법으로 선택할 수 있다.
실제로도 다양한 산업 분야에서 상기 연속 교반 탱크형 반응기가 사용되고 있으며, 이를테면 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)과 같은 합성 물질들을 생성하는 과정에 많이 사용되는 메탈로센 촉매를 제조하기 위한 목적 등으로 사용되고 있다.
이러한 연속 교반 탱크형 반응기는 온도를 조절하기 용이하다는 장점 등을 가지는 반면, 전환율이 낮다는 단점도 가지고 있다.
도 1은 종래 연속 교반 탱크형 반응기의 단면도이다. 도 1을 보면, 연속 교반 탱크형 반응기(200)는 원료의 주입/배출을 위한 유입구 및 유출구(220, 230)를 구비한 반응조(210)와, 상기 반응조(210) 내부의 교반장치(211)가 구비된다.
이러한 구조의 반응기(200)에 투입 초기에 투입되는 반응 원료의 일부는 볼텍스(vortex)로 교반되며 탱크 내부로 혼합되어 들어가지만(도 1의 검은색 점선, 도 2의 연두색 화살표), 또 다른 일부는 도 2에 나타낸 바와 같이, 벽을 타며(wall flow) 유출구 쪽으로 바로 유출되어(도 1의 파란색 점선) 원료의 손실 및 반응조 내의 물질 조성에 계속적인 변화가 일어나고 이로 인하여 교반 생산물의 최종 조성이 불안정해지는 문제가 발생한다.
이러한 문제를 해결하고 전환율을 크게 하기 위해서는 반응기의 크기를 크게 하여야 하는데, 설비를 설치하는 데 있어서의 경제적, 공간적 한계를 고려하였을 때, 반응기의 크기를 증가시키는 것에는 한계가 있다. 아울러 완전히 새로운 형태의 반응기 구조를 개발하여 사용하는 것 또한 종래 산업 시설을 완전히 사장시는 결과를 초래할 것이므로 활용에 효율적이지 못하다.
따라서 최대한의 종래 산업 시설을 활용하면서도, 제작 및 설치가 용이하고, 투입되는 원료의 초기 유출 방지 및 교반 효율의 성능은 현저히 향상되도록 할 수 있는 새로운 기술 개발이 필요한 실정이었다.
교반-탱크 반응기 시스템 (대한민국 공개특허 제10-2007-0006864호)
상술한 종래의 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 발명자들은 다각적인 연구를 수행한 끝에, 반응기 내부의 유출구 측에 패널을 설치함으로써 초기 유출 흐름에 대한 재하강 및 재혼합을 유도하여, 투입되는 원료가 반응조 내 체류하는 시간은 증가되도록 하고, 원료의 초기 유출량 및 초기 유출 농도는 감소되도록 할 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서 본 발명의 목적은 연속 교반 탱크형 반응기에 투입되는 원료의 반응조 내 체류 시간을 증가시키고, 원료의 초기 유출량 및 초기 유출 농도는 저감시키는 것이다. 아울러 본 발명의 또 다른 목적은 실용성과 경제성을 고려하여, 종래의 반응기 구조를 최대한 변경시키지 않으면서 전술한 목적을 달성하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은
일 측에 원료의 주입 및 배출을 위한 유입구 및 유출구가 각각 설치된 반응조;
상기 반응조 내부에 설치된 교반장치; 및
상기 반응조의 벽면에 수직 방향으로 설치하되, 상기 교반장치와 소정 거리로 이격되도록 설치되는 패널이 구비된 연속 교반 탱크형 반응기(Continuous Stirred Tank Reactor, CSTR)를 제공한다.
상기 과제 해결수단에 제시된 구조로부터 본 발명의 연속 교반 탱크형 반응기는,
투입되는 원료의 초기 유출 흐름에 대하여 재하강 및 재혼합을 일으켜 반응조 내 원료의 체류 시간은 증가시키고, 초기 유출량 및 초기 유출 농도는 감소시킨다. 또한, 반응조 내 원료의 체류 시간이 증가함에 따라 투입된 원료들의 혼합 농도 및 조성을 보다 빠르게 안정화시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 연속 교반 탱크형 반응기는 상술한 바와 같이 현저히 개량된 효과를 가지면서도, 종래의 반응기 구조를 최대한 변경시키지 않는 선에서 간단하고 용이하게 제조 가능하므로 경제적이고 실용적이다.
도 1은 종래의 패널을 구비하지 않은 연속 교반 탱크형 반응기의 단면도이다.
도 2는 상기 도 1의 반응조 내에서 원료 흐름을 보여주는 상부 모식도이다.
도 3은 본 발명에 따른 패널을 구비한 연속 교반 탱크형 반응기의 투시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 패널을 보여주는 입체도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1 및 비교예에 따른 반응기로부터 교반 공정을 진행하는 경우 시간에 따른 유출 원료액의 농도에 관한 각 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1 및 비교예에 따른 반응기로부터 빠른 속도로 교반 공정을 진행하는 경우(rpm 증가) 시간에 따른 유출 원료액의 농도에 관한 각 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예 1 및 실시예 2에 따른 반응기로부터 교반 공정을 진행하는 경우 시간에 따른 유출 원료액의 농도에 관한 각 그래프이다.
이하, 본 발명의 구성에 대하여 도 3 및 4를 참조하여 보다 상세히 설명한다.
상기 도 3 및 4는 후술되는 내용은 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 가장 대표적인 실시 형태만을 기재하고 있으므로, 본 명세서 상에서 특정 구성에 대하여 명확히 한정하고 있지 않은 한, 본 발명의 권리 범위는 이에 제한되지 않으며 기재된 내용과 균등한 모든 범위를 포괄하는 것으로 이해되어야 한다.
도 3은 본 발명에 따른 연속 교반 탱크형 반응기의 일 실시예 구조이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 연속 교반 탱크형 반응기(100)는 반응조(110), 교반장치(111), 및 패널(112)을 구비한다.
본 발명의 연속 교반 탱크형 반응기(100)에 있어서, 반응조(110)는 혼합을 위한 원료가 교반되는 부위로서, 본 발명의 패널(112)이 설치되는 공간에 해당한다.
상기 반응조(110)의 크기와 형태는 다양할 수 있는데, 바람직하게는 통상적으로 사용되고 있는 바와 같이 원통형의 반응조(110)를 사용할 수 있다. 상기 반응조(110)의 크기와 형태는 반응기(100)에 설정되는 온도와 유속의 설정 및 투입되는 원료의 액성 또는 농도의 선택 등에 대하여 영향을 줄 수 있다.
상기 반응조(110)의 측면부에는 반응조(110) 내부로 원료를 투입하고 배출하기 위한 유입구(120)와 유출구(130)이 구비되어 있다.
상기 유출구(130)는 통상 반응조(110)의 상부 측면에 위치하고, 유입구(120)는 반응조(110)의 상부 또는 하부 측면에 위치할 수 있으며, 모두 상부 측면에 위치하는 유입구(120)와 유출구(130) 간에도 반응기(100)의 사용 용도 등을 고려하여 구체적인 높이 차이를 둘 수 있다.
다만, 이러한 기재는 유입구(120)와 유출구(130)의 배치에 따라 본 발명의 효과를 제한하는 것은 아님을 명확히 하는 의미이며, 실질적으로는 기존에 사용되어 오고 있는 연속 교반 탱크형 반응기(200)가 교반 공정에서 원료 이송을 위한 펌프 등의 투자비를 절감하기 위해 높은 위치에 유입구(220)와 유출구(230)를 설치하여 원료를 투입한 후 오버 플로우(over flow) 형식으로 생산물을 유출시키고 있으므로, 이러한 구조를 크게 변경시키지 않기 위하여 바람직하게는 반응조(110)의 최상부 측면에 각각 유입구(120)와 유출구(130)을 구비할 수 있다.
아울러 본 발명에서 구비되는 유입구(120)와 유출구(130)의 폭 길이 및 형태 또한, 종래의 구조에 따를 수 있고, 필요에 따라서는 적절한 형태로 변경할 수도 있다.
한편, 상기 반응조(110) 내에 구비된 교반 장치(111)는 반응조(110)의 하부에 일정한 유동 흐름을 발생시켜 반응조(110) 내로 투입된 각 원료 물질들을 균일하게 교반시키기 위한 막대 형태의 장치이다. 상기 교반 장치(111)는 통상 반응조(110)의 가운데에 위치하며, 투입되는 원료의 성질, 농도, 교반 정도, 반응조(110)의 크기, 반응조(110)에 설정된 온도 등 다양한 교반 조건을 고려하여 교반장치(111)가 돌아가는 회전속도(rpm)을 조절할 수 있다.
반응조(110) 내 상기 교반 장치(111)의 주위에는 본 발명의 효과를 나타내기 위한 패널(112)이 구비된다.
보다 구체적으로, 상기 패널(112)은 상기 반응조(110)의 벽면에 수직 방향으로 설치하되, 상기 교반 장치(111)와 소정 거리로 이격되도록 설치된다.
상기 패널의 설치 위치는 유출구(130)와 교반 장치(111) 사이에 배치되며, 유입구(120) 및 유출구(130)와 수평이 되도록 배치하는 것이 바람직하다. 이때 패널(112)의 유출구(130)에 대한 근접도는 패널(112)의 전체 크기 및/또는 공정 조건에 따라 상이하게 설정 가능하다.
본 발명의 패널(112)은 반응조(110) 내에 배치되어 초기 유출될 수 있는 원료의 흐름을 도 3의 붉은색 점선으로 표시한 바와 같이 재하강 및 재혼합되도록 하여 반응조(110) 내 원료의 체류 시간을 증가시키고 교반 전체의 효율에 영향을 미친다.
본 발명에서 패널(112)의 형태, 크기, 두께 및 폭은 본 발명의 목적을 저해하지 않는 한 특정 형태로 제한되지 않으며, 반응 용기, 교반 속도, 원료의 종류 및 교반 목적 등에 따라 가장 적합한 형태로 선택될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 패널(112)을 보여주는 입체도이다. 도 4를 참조하면, 상기 패널(112)은 얇은 직사각형 형태의 패널일 수 있다.
특히, 통상적인 연속 교반 탱크형 반응기(100)의 구조 및 활용예를 고려할 때 상기 패널(112)의 두께는 바람직하게 0.1 ~ 1cm로 할 수 있는데, 이는 두께가 상기 범위 미만이 되는 경우에는 패널(112)이 원료의 흐름에 밀려 유동에 방해를 주게 되므로 본 발명의 효과가 저감될 수 있고, 상기 범위를 초과하는 경우에는 반응조(110) 내에서 지나치게 많은 부피를 차지해 공정에 적합한 구조를 가지지 못하기 때문이다. 다만, 상기 바람직한 두께 범위를 반드시 제한하는 것은 아니며, 공정 스케일 및 반응조(110)의 크기가 커질수록(scale-up) 패널(112)의 두께는 더 두껍게 제작될 수 있다.
또한, 상기 패널(112)의 폭으로 바람직하게는 유출구(130)의 폭 이상 반응조(110)의 직경 미만으로 설정할 수 있다. 이는 상기 패널(120)의 폭이 상기 범위 미만일 경우 초기 유출되는 원료 흐름을 재하강시키기에 충분한 면적을 확보할 수 없으며, 상기 범위 초과할 경우 통상 반응조의 중심에 위치하는 교반 장치(111)로 인하여 배치에 장애가 생기기 때문이다. 또한 반응조(110)의 중심에 패널(112)을 배치할 수 있다 하여도 패널(112)이 지나치게 유출구(130)에서 떨어지게 되면 초기 유출 흐름에 대하여 미치는 영향이 미미해지기 때문이다.
상기 패널(112)의 소재로는, 반응조(110) 내로 투입되는 원료와 반응하지 않고, 원료의 성질과 교반에 영향을 미치지 않는 것이라면 어떤 것이든 제한 없이 사용할 수 있다. 패널(112)의 폭은 사용되는 반응조(110)의 크기 및 비율에 따라 달라질 수 있다.
한편, 반응조(110) 내 상기 패널(112)을 배치할 때에는 상단부 높이를 바람직하기로 반응조(110)의 계면으로부터 반응조(110)의 총 길이의 1/10 이상으로 할 수 있으며, 이때 초기 원료 유출을 보다 적합하게 방지할 수 있다. 또한, 상기 패널(112)의 하단부 높이는 길수록 바람직하고, 최소한 계면을 포함하여 반응조(110)의 하부 길이 방향으로 1/4의 이상을 덮는 것이 좋다. 이는 패널(112)이 반응조(110) 내에서 지나치게 높게 떠있으면 반응조(110)의 아래쪽에서 진행되는 교반에 대하여 미치는 영향이 미미하고, 유출구(130)로 초기 유출되는 원료 흐름에 대해서도 효과적인 방지가 어렵기 때문이다.
본 발명의 패널(112)을 반응조(110) 내에 설치하는 방법에는 제한이 없으며 다양한 체결 방식을 활용할 수 있다. 이를테면 반응조(110) 내벽에 슬라이딩 홈을 구비하여 이를 통한 슬라이딩 방식으로 체결하거나 나사로 인한 고정 체결 방식 등을 활용할 수 있다.
정리하면, 연속 교반 탱크형 반응기(Continuous Stirred Tank Reactor, CSTR, 100)란 투입되는 원료 물질들을 완전히 혼합시켜 공간적으로 균일한 상태로 만들기 위한 연속반응기로서, 반응기(100) 내의 모든 점에서 온도와 농도, 반응속도는 동일하며 반응기(100) 배출 흐름의 상태는 반응조(110) 내의 상태와 같다. 상기 연속 교반 탱크형 반응기(100)는 정상상태(steady-state)에서 작용하며 반응기(100) 내부에 축적되는 물질을 남기지 않는다.
상기 연속 교반 탱크형 반응기(100)를 이용해 균일 혼합물을 만들기 위하여 반응기(100)의 유입구(120)로 원료를 투입하면 반응조(110) 내부로 교반되어 들어간다.
이때 종래 연속 교반 탱크형 반응기(200)에 유입되는 원료의 흐름을 도 1의 푸른색 화살표 및 검은색 화살표로 나타내었다. 도 1을 보면, 푸른색 화살표와 같이 유입되는 원료 중 일부가 벽을 타며(wall-flow) 유출구(230) 쪽으로 초기 유출되는 현상이 나타나고, 이에 따라 고농도의 원료가 유입 초기에 거의 교반되지 않은 채로 유출되는 문제가 있었던 반면, 본 발명의 패널(1120)이 구비된 연속 교반 탱크형 반응기(100)를 이용하는 경우에는 상기 패널(112)에 의해 유동 흐름이 방해를 받게 되어 원료 물질이 도 3의 붉은색 점선으로 표시되는 흐름과 같이 일종의 리사이클링이 일어난다. 따라서 유출구(130)에서 교반 영역으로 다시 한 번 원료의 흐름이 생성되고 이에 따라 원료의 반응조(110) 내 체류 시간(RTD)이 증가하게 된다. 결과적으로, 원료의 초기 유출량을 저감시킬 수 있고, 초기 유출 농도를 보다 균일하게 할 수 있다.
아울러 본 발명의 반응기(100)는 성능이 현저히 향상되면서도, 기존의 반응기 구조를 최대한 활용하여 제조가 간편하므로 매우 경제적이고 실용적이다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예 1 ~ 2 및 비교예 및 이들을 이용한 실험예 1 ~ 4를 기재한다. 다만, 하기 실시예 내지 실험예는 본 발명의 구성 및 효과에 관한 일 예들에 해당할 뿐, 본 발명의 권리 범위 및 효과가 이에 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 >
실시예 1
본 발명에 따른 연속 교반 탱크형 반응기 구조(100)의 일 실시 형태는 도 1에 제시된 바와 같다. 원통형의 반응조(110) 내 유출구(130) 전면부에 패널(112)이 구비되어 있는데, 이때 패널(112)의 길이는 계면을 포함하고 반응조(110)의 하부 바닥면에 접촉하지 않도록 하면서, 길이 방향으로 반응조(110) 길이의 2/4를 덮도록 설치하였다. 유입구(120)와 유출구(130)는 반응조(110)의 상부 양 측면에 위치해 있으며, 반응조(110)의 가운데에는 유입되는 원료 물질들의 교반을 위한 교반 장치(111)가 구비되어 있다.
실시예 2
본 실시예 2에 따른 연속 교반 탱크형 반응기(100)는 상기 실시예 1의 반응기의 구조와 동일한 구성을 가지되, 패널(112)의 길이는 계면을 포함하고 반응조(110)의 하부 바닥면에 접촉하지 않도록 하면서, 길이 방향으로 반응조(110) 길이의 3/4을 덮도록 설치하였다.
<비교예 >
본 비교예는 상기 실시예 1 및 2에 대한 종래의 통상적인 연속 교반 탱크형 반응기(200)로서, 도 2에 제시된 바와 같다. 본 비교예의 반응기(200)의 구조는 상기 실시예 1에 제시된 반응기(100)와 동일하게 제작하였으나, 반응조(210) 내 패널을 구비하고 있지 않은 것에 차이가 있다.
< 실험예 >
실험예 1 - 패널의 구비 유무에 따른 효과 차이
본 실험예 1에서는 상기 실시예 1 및 비교예의 연속 교반 탱크형 반응기를 각각 사용하여 원료를 교반하는 경우 초기 유출 속도 및 유출되는 원료의 농도를 확인하기 위한 실험을 수행하였다.
먼저, 실험을 위하여 연속 교반 탱크형 반응기를 안정화시킨 상태에서 일정 성분의 원료를 유입구를 통하여 1분간 투입하여 교반하였다.
이후 유출 구로 유출되는 물질의 샘플을 시간대별로 나누어 UV 분석을 진행하였다. 다만, UV detector를 사용하는 것은 반응기 내 원료 물질의 경향성을 용이하게 살펴보기 위한 것일 뿐, 원료를 반드시 특정 성분으로 한정하는 것은 아니다.
상기 UV 분석을 통해 얻어진 각각의 실험 결과는 정량화하여, 도 5와 같이 시간에 따른 농도 분포 변화의 그래프로 변환하였다. 도 5의 (a)는 실시예 1, (b)는 비교예의 결과에 해당한다.
도 5의 (a) 및 (b)를 참조하면, 실시예 1의 반응기를 이용한 경우는 비교예의 경우에 비하여 전체적인 그래프의 기울기가 완만하다.
구체적으로 살펴보면, 초기 농도 증가 속도가 느리고, 유출되는 원료 물질의 농도 최고점을 나타내는데 걸리는 시간 또한 약 4분으로서 비교예 대비 2분 가량이 느리다. 이는 유출 대상 원료가 패널 구조에 의하여 유출 전 리사이클링 되기 때문으로, 상기한 결과로부터 실시예의 반응기에 따를 경우 투입되는 원료 물질이 반응조 내 체류하는 시간이 보다 증가하고 교반 효율이 증가할 수 있음을 확인할 수 있다.
또한, 상기 실시예 1의 농도 최고점의 값은 비교예에 비하여 현저히 낮은 값을 나타내고, 상기 농도 최고점으로부터 감소하는 농도의 기울기 또한 비교예에 비하여 완만하게 나타나고 있는데, 이로부터 실시예 1에서는 원료 물질이 반응조 내 오래 체류하게 됨에 따라 빠른 농도 안정화가 이루어질 수 있음을 확인할 수 있다.
더욱 정확한 비교 분석을 위하여 상기 실시예 1 및 비교예의 결과 그래프에 대하여 각 농도 최대점까지의 표준 편차와 반응기 내의 체류 시간을 수학적으로 계산하면 하기 표 1과 같은 결과를 얻을 수 있다.
최대값까지의 표준편차 체류시간
실시예 1 0.117 7.5min
비교예 0.1679 5.1min
상기 표 1에 따르면 도 5의 각 그래프에서 예측한 바와 같이 실시예 1의 반응기를 이용할 때 반응조 내 체류시간이 보다 높게 나타나며, 최대값 전후로의 표준 편차도 실시예 1에서 더 작은 값을 가짐을 확인할 수 있다.
본 실험예의 결과를 종합하면, 반응조 내 패널의 구비만으로도 반응기의 초기 원료 유출을 효과적으로 방지할 수 있고, 이에 따라 반응조 내부의 원료 농도를 조절하기 용이해지는 것은 물론, 전반적인 교반 효율을 현저히 향상시킬 수 있다.
실험예 2 - 패널의 길이 차이에 따른 효과 차이
상술한 실험예 1에서는 반응기에 패널을 구비하는 경우 교반 효율 및 성능이 향상됨을 확인하였다.
이에 대하여 본 실험예 2에서는 패널을 구비하되, 구비된 패널의 길이를 달리할 경우 발생할 수 있는 효과 차이에 대하여 확인하는 실험을 수행하였다.
실험을 위하여는, 패널의 길이가 서로 다르게 설치된 상기 실시예 1 및 실시예 2의 반응기를 이용하였다. 실험 방법은 상술한 실험예 1과 동일하며, UV 분석을 통하여 얻어진 각 실험 결과는 도 6과 같이 시간에 따른 농도 분포 변화 그래프로 변환하여 비교 제시한다. 도 6(a)는 실시예 1의 반응기를 이용한 결과, (b)는 실시예 2의 반응기를 이용한 결과에 해당한다.
도 6을 참조하면, 설치된 패널의 길이가 상대적으로 짧은 실시예 1의 반응기를 이용한 경우(a)에 비하여 설치된 패널의 길이가 상대적으로 긴 실시예 2의 반응기(b)를 이용한 경우, 더 완만한 경사의 그래프를 가짐을 확인할 수 있다. 즉, 설치된 패널의 길이가 길 때 초기 유출 속도가 느리고 유출된 원료액의 최고 농도값을 작게 가지는 동시에 최고 농도점으로부터 감소하는 농도 기울기는 거의 수평을 이룰 정도로 반응조 내 교반 효율이 현저히 향상됨을 확인할 수 있다.
본 발명의 연속 교반 탱크형 반응기는 현저히 향상된 교반 효율을 가지므로 메탈로센 촉매 제조 등 교반 생성물을 필요로 하는 다양한 산업 분야 전반에 걸쳐 유용하게 활용할 수 있다.
100 : 본 발명의 연속 교반 탱크형 반응기
110 : 반응조
111 : 교반 장치
112 : 패널
120 : 유입구
130 : 유출구
200 : 종래의 연속 교반 탱크형 반응기
210 : 반응조
211 : 교반 장치
220 : 유입구
230 : 유출구

Claims (7)

  1. 벽면 상부에 원료의 주입 및 배출을 위한 유입구 및 유출구가 마주보게 각각 설치된 원통형 반응조;
    상기 반응조 내부에 설치된 교반장치; 및
    상기 반응조 내부에 유입구로 유입되는 원료 중 일부가 벽을 타며(wall-flow) 유출구 쪽으로 초기 유출되는 현상을 차단하는 패널;이 구비된 연속 교반 탱크형 반응기로서,
    상기 패널은
    유출구와 교반장치 사이에, 유입구 및 유출구와 수평이 되도록 배치되고,
    전체 길이가 반응조 길이의 1/4 ~ 3/4이며,
    양측변이 반응조의 벽면에 닿는 폭을 가지며,
    원료 계면을 포함하여 반응조의 하부 길이 방향으로 1/4 이상을 덮도록 설치되는 것을 특징으로 하는 연속 교반 탱크형 반응기(Continuous Stirred Tank Reactor, CSTR).
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 패널의 두께는 0.1 ~ 1cm인 것을 특징으로 하는 연속 교반 탱크형 반응기.
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