KR20060011157A

KR20060011157A - 화학공정 반응기용 단일매체를 이용한 온도조절장치 및 방법

Info

Publication number: KR20060011157A
Application number: KR1020040059851A
Authority: KR
Inventors: 박용묵
Original assignee: 박용묵
Priority date: 2004-07-29
Filing date: 2004-07-29
Publication date: 2006-02-03
Also published as: KR100550470B1

Abstract

본 발명은 반응기에 온도자동제어장치를 설치하되, 반응기 내부물질의 가열 및 냉각을 수행하기 위해 유출입되는 열교환매체의 온도편차를 통괄적으로 정밀제어함으로써 반응생성물의 수율을 향상시키고, 흡열 및 발열반응등에 즉각적으로 대처할 수 있는 화학공정 반응기용 단일매체를 이용한 온도조절장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명은, 유입구 및 유출구를 가지고 반응기의 둘레에 설치되어 그의 내부에 충전된 반응물 온도를 열교환매체와 교환하기 위한 자켓; 상기 자켓에 연결되어 열교환매체가 순환하도록 순환 경로를 제공하는 열교환매체 순환라인; 상기 열교환매체 순환라인을 통해 자켓에 열교환매체를 공급하기 위한 열교환매체 공급수단; 상기 열교환매체 순환라인상의 소정위치에 설치되어 열교환매체 공급수단으로부터 제공되는 열교환매체를 소정 온도로 히팅시켜 상기 자켓측으로 공급하기 위한 히팅수단; 상기 열교환매체 순환라인상의 소정위치에 설치되며, 순환하는 열교환매체를 외부의 냉각탑으로부터 제공되는 제1 냉매에 의해 소망하는 상온온도로 열교환하여 상기 자켓측으로 공급하기 위한 제1 열교환매체 냉각수단; 상기 열교환매체 순환라인상의 소정위치에 설치되며, 순환하는 열교환매체를 외부의 냉동기로부터 제공되는 제2 냉매에 의해 소망하는 영하온도로 열교환하여 상기 자켓측으로 공급하기 위한 제2 열교환매체 냉각수단; 상기 제1 열교환매체 냉각수단과 제2 열교환매체 냉각수단을 각각 연결하는 열교환매체 순환라인에 설치되어 열교환매체의 이동경로를 변환시키는 이동경로 변환수단; 및 상기 열교환매체 순환라인으로 순환되는 열교환매체의 온도를 제어하며, 각 제반기기의 작동을 제어하는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

열교환기, 열교환매체, 반응기, 온도콘트롤 유니트, 전기히터, 3방향밸브

Description

화학공정 반응기용 단일매체를 이용한 온도조절장치 및 방법{A heating and cooling exchange apparatus and method system using one exchange fluid in the chemical reactor}

도1은 종래기술에 따른 화학공정 반응기용 열교환시스템의 구성을 나타낸 개략도.

도2는 본 발명에 의한 화학공정 반응기용 단일매체를 이용한 온도조절장치의 일실시예 구성을 나타낸 개략 공정도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1: 자켓 2: 확장용기

3: 오일 순환라인 4: 모터펌프

5: 전기히터 6, 7: 제1 및 제2 열교환기

8: 3방향 밸브 9, 10: 제1 및 제2 오일온도센서

11: 온도콘트롤 유니트 12: 냉각 매체라인

13: 급냉각 매체 라인 14: 솔레노이드 밸브

15: 온도콘트롤 밸브 16, 17: 제1 및 제2 밸브

100: 반응기

본 발명은 화학공정 반응기에 사용되는 열교환시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열교환매체로서 단일의 유체만을 사용하되, 온도제어유니트를 통해 반응기내의 온도를 최적화상태로 열교환할 수 있는 화학공정 반응기용 단일매체를 이용한 온도조절장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 제약 플랜트 또는 정밀화학 플랜트등에서 합성반응의 흐름은 전체적으로 설비의 수동조작에서 반자동화를 거쳐 자동화단계로 가고 있는 추세에 있다. 이는 시험생산 및 대량생산에서 필수적으로 생산의 효율을 증대시키기 위함이다.

따라서, 화학공정 반응기에서는 균일한 생성물을 생산하고, 생산효율을 증대시키며, 품질의 안정을 위해서는 반응온도를 정밀하게 제어해 줄 필요가 있다. 이러한 반응기들은 반응공정에 따라 다소 차이가 있으나, 통상적으로 내부 온도를 제어하기 위해 열교환 방식을 취하고 있으며, 온도제어를 위한 열교환 설비로는 스팀(hot water), 냉각수(cooling water), 냉각용 오일(brine)설비를 기본설비로 하고 있다.

그러면, 종래 기술에 따른 화학공정 반응기용 열교환시스템에 대하여 도1을 참조하여 간략히 설명하면 다음과 같다.

도면에 도시된 바와 같이 반응기(100)의 둘레에는 반응기 내부의 반응물을 가열 또는 냉각시키기 위해 열교환매체를 순환시키는 자켓(101)이 설치되어 있으며, 이 자켓(101)에는 냉매, 스팀, 냉각수등의 열교환매체를 유출입시키기 위한 메인이송라인(102)이 연결되어 있다. 상기 메인이송라인(102)에는 일반공업용수를 냉각매체로 하여 공급하는 냉각탑(111), 냉각용 오일(brine)을 냉동매체로 하는 냉동기(112) 및 지하수를 스팀으로 변환시켜 공급하는 스팀발생기(113)가 각각 연결되어 있다. 또한, 상기 메인이송라인(102)과 분기라인에는 열교환매체의 공급을 제어하는 매뉴얼밸브(115)가 설치되어 있다. 상기 메인이송라인(102)에는 온도센서(116)가 각각 설치되어 있으며, 이들 온도센서(116)에서 출력되는 신호는 메인콘트롤 룸(120)에 입력된다.

상기와 같이 구성된 종래의 반응기 온도조절장치는 반응기(100)와 열교환매체 공급장치가 멀리 떨어져 설치되어 있으며, 메인콘트롤 룸(120)에 입력된 온도감지신호에 따라 반응기(100)에 공급되는 열교환매체의 온도를 체크한 후, 각 메인이송라인(102)과 분기라인에 설치된 매뉴얼밸브(115)를 숙련자가 수동으로 조작하여 열교환매체의 공급을 조절함으로써 열교환매체와 열교환하는 반응기의 온도를 조절하고 있다.

이와 같이 종래의 반응기 온도조절장치는 하기와 같은 여러가지 문제점을 내포하고 있다.

첫재, 숙련자의 밸브 수동조작에 의한 열교환매체의 공급조절로 반응기내의 온도를 ±10℃범위내에서 제어하고 있다. 따라서, 숙련자마다 매뉴얼밸브를 개폐하는 경험치가 다르고 제어절차에 따라 제어능력이 크게 달라질 수 있어 반응기내의 온도를 균일하게 제어할 수 없다. 이는 반응생성물의 동일한 재현성 실현이 어려워 반응생성물의 수율과, 정밀도에 커다란 영향을 미친다.

둘째, 반응적정온도를 위한 지속적인 수작업 제어가 필요하므로 현장에 숙련자가 항시 상주해야만 하기 때문에 유지관리비용이 많이 소요되고, 열특성 변화와 최적의 운영조건 유지를 위하여 냉각용 오일의 정기적 교환이 필요하고 이에 따른 환경처리비용이 발생한다.

셋째, 매뉴얼밸브 조작시 급격한 온도의 변화로 온도 쇼크가 발생하여 반응기의 손상을 유발할 수 있다.

넷째, 반응기내의 반응 물질에 따라 냉각용 오일(brine), 냉각수, 증기등의 열교환매체 종류를 달리하여 이용하여야만 하며, 이에 따른 사용가능범위가 -52℃ ∼ 150℃으로 한정적이다. 또한, 250℃에서의 증기압력(통상 10㎏/㎠)이 크므로 위험성이 크며, 열교환매체에 산화성물질이 함유되어 배관의 부식에 대한 영향을 크게 미치므로, 2년마다 교체해주어야 한다.

다섯째, 다양한 종류의 열교환매체를 이용하므로, 이들 열교환매체중에는 유독성 물질을 함유하고 있어 음식물 제조공정이나 임상실험용 약제 제조공정에는 사용할 수 없고, 단지 인체에 관련이 없거나 무해한 반응물을 생성하는 반응공정에만 제한적으로 적용할 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 반응기에 온도자동제어장치를 설치하되, 반응기 내부물질의 가열 및 냉각기능을 수행하기 위해 유출입되는 열교환매체의 온도편차를 통괄적으로 정밀제어함으로써 반응생성물의 수율을 향상시키고, 흡열 및 발열반응등에 즉각적으로 대처할 수 있는 화학공정 반응기용 단일매체를 이용한 온도조절장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 반응기내의 반응물질에 상관없이 열교환매체로서 인체에 무해한 알킬벤젠이나 실리콘 오일과 같은 단일 유체를 이용함으로써 반응 온도범위를 기존보다 넓게 형성할 수 있어 다양한 반응생성물을 얻을 수 있고, 음식물 제조공정이나 임상물 실험 제조공정에도 적용할 수 있는 화학공정 반응기용 단일매체를 이용한 온도조절장치 및 방법을 제공함에 다른 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 유입구 및 유출구를 가지고 반응기의 둘레에 설치되어 그의 내부에 충전된 반응물 온도를 열교환매체와 교환하기 위한 자켓; 상기 자켓에 연결되어 열교환매체가 순환하도록 순환 경로를 제공하는 열교환매체 순환라인; 상기 열교환매체 순환라인을 통해 자켓에 열교환매체를 공급하기 위한 열교환매체 공급수단; 상기 열교환매체 순환라인상의 소정위치에 설치되어 열교환매체 공급수단으로부터 제공되는 열교환매체를 소정 온도로 히팅시켜 상기 자 켓측으로 공급하기 위한 히팅수단; 상기 열교환매체 순환라인상의 소정위치에 설치되며, 순환하는 열교환매체를 외부의 냉각탑으로부터 제공되는 제1 냉매에 의해 소망하는 상온온도로 열교환하여 상기 자켓측으로 공급하기 위한 제1 열교환매체 냉각수단; 상기 열교환매체 순환라인상의 소정위치에 설치되며, 순환하는 열교환매체를 외부의 냉동기로부터 제공되는 제2 냉매에 의해 소망하는 영하온도로 열교환하여 상기 자켓측으로 공급하기 위한 제2 열교환매체 냉각수단; 상기 제1 열교환매체 냉각수단과 제2 열교환매체 냉각수단을 각각 연결하는 열교환매체 순환라인에 설치되어 열교환매체의 이동경로를 변환시키는 이동경로 변환수단; 및 상기 열교환매체 순환라인으로 순환되는 열교환매체의 온도를 제어하며, 각 제반기기의 작동을 제어하는 제어수단을 포함하는 화학공정 반응기용 단일매체를 이용한 온도조절장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 확장용기내에 충전된 열교환매체를 열교환매체 순환라인을 통해 반응기 둘레에 설치된 자켓측으로 공급하는 제1 단계; 열교환매체 순환라인상에 흐르는 열교환매체의 온도를 감지하여 온도콘트롤 유니트에 입력하고, 이 입력된 열교환매체 순환라인의 유출라인에 흐르는 열교환매체의 온도와 반응기내의 온도 편차를 제어하여 3방향 밸브를 선택적으로 개폐시키는 제2 단계; 상기 반응기내의 반응물을 고온상태로 유지하고자 할 경우, 온도콘트롤 유니트의 제어신호에 의해 히터를 가동시켜, 열교환매체 순환라인을 통해 흐르는 열교환매체를 소정온도로 가열한 후, 자켓에 공급하여 반응기내의 반응물과 열교환하는 제3 단계; 상기 반응기내의 반응물을 상온으로 유지하고자 할 경우, 온도콘트롤 유니트의 제어신호에 의해 히터의 가동을 정지시키고, 3방향 밸브의 개폐경로를 제1 열교환기 라인측 경로로 변환하는 제4 단계; 제4 단계 수행후, 자켓을 순환하는 열교환매체를 제1 열교환기에 유입시켜 냉각탑에서 제공되는 상온의 냉매와 열교환시킨 후, 자켓으로 송출하는 제5 단계; 상기 반응기내의 반응물을 급냉시키고자 할 경우, 온도콘트롤 유니트의 제어신호에 의해 히터의 가동을 정지시키고, 3방향 밸브의 개폐경로를 제2 열교환기 라인측 경로로 변환하는 제6 단계; 및 제6 단계 수행후, 자켓을 순환하는 열교환매체를 제2 열교환기에 유입시켜 냉동기에서 제공되는 영하의 냉매와 열교환시킨 후, 자켓으로 송출하는 제7 단계를 포함하는 화학공정 반응기용 단일매체를 이용한 온도조절방법을 제공한다.

상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명에 의한 화학공정 반응기용 단일매체를 이용한 온도조절장치 및 방법은 반응기내의 반응물 온도를 소정온도차 범위내에서 열교환되도록 자동적으로 제어하여 반응 생성물의 수율을 향상시키고, 반응기의 수명을 연장할 수 있도록 구현한 것이다.

본 발명의 실시예에서는 단일의 열교환매체를 사용한다. 즉, 기존에는 고온매체로서 지하수를 스팀으로 변환시킨 열교환매체와, 냉각매체로서 일반공업용수를 이용하는 냉각매체 및 급냉각매체로서 냉동기에서 급냉각시킨 냉각용 오일을 이용하고 있음에 반하여, 본 발명에서는 -100℃ ∼ 360℃의 범위에서 열교환할 수 있는 알킬벤젠이나 실리콘(이하, "오일"이라 칭함)중 선택된 하나를 열교환매체로 이용한 구조를 제시하고 있다.

본 발명에서는 도2에 도시된 바와 같이, 유입구(1a) 및 유출구(1b)를 가지고 반응기(100)의 둘레에 설치되어 그의 내부에 충전된 반응물 온도를 오일온도와 열교환하기 위한 자켓(1)과; 상기 오일을 내재하여 자켓(1)에 공급하기 위한 확장용기(2)와; 상기 확장용기(2)에서 제공되는 오일을 상기 자켓(1)에 공급하고, 상기 자켓에서 배출된 오일이 순환하여 자켓으로 재유입될 수 있도록 순환 경로를 제공하는 오일 순환라인(3)과; 상기 오일 순환라인(3) 상에 설치되어 확장용기(2)에서 공급되는 오일을 송출하기 위한 모터펌프(4)와; 상기 모터펌프(4) 일측의 오일순환라인(4) 상에 설치되어 오일을 소정온도로 가열하여 자켓(1)측으로 송출하기 위한 전기히터(5)와; 상기 모터펌프(4)의 타측 오일 순환라인(5)에 각각 병렬로 연결되어 순환되는 오일을 소망하는 온도로 열교환하여 자켓측으로 송출하는 제1 및 제2 열교환기(6, 7)와; 상기 모터펌프(4)와 제1 및 제2 열교환기(6, 7) 사이의 오일 순환라인(3)상에 설치되며, 전기히터(5), 제1 및 제2 열교환기(6, 7)를 거친 오일의 이동경로를 선택적으로 제어하는 3방향 밸브(8)와; 상기 오일순환라인(3)의 유입측 라인과 배출측 라인상에 각각 설치되어 순환하는 오일의 온도를 감지하는 제1 및 제2 오일온도센서(9, 10)와; 상기 제1 및 제2 오일온도센서(9, 10)의 감지신호를 인가받아 전기히터(5)의 가동과 3방향 밸브(8)의 개폐를 제어하는 온도콘트롤 유니트(11)을 포함한다.

상기 제1 열교환기(6)에는 냉각탑(도시하지 않음)으로부터 냉각수를 공급하 기 위한 냉각 매체라인(12)이 연결되고, 제2 열교환기(7)에는 냉동기(도시하지 않음)로부터 냉매를 공급하기 위한 급냉각 매체 라인(13)이 연결된다. 상기 이들 냉각 매체 라인(12)과 급냉각 매체라인(13)을 통한 냉각수의 흐름은 제1 및 제2 열교환기(6, 7) 각각을 거친후 배출되는 구조로 되어 있어 제1 및 제2 열교환기(6, 7)를 통과하는 오일과 열교환한다.

또한, 상기 제1 및 제2 열교환기(6, 7)와 3방향밸브(8)를 연결하는 라인구간상에는 열교환된 오일을 공급을 제어할 수 있도록 개폐하는 제1 및 제2 밸브(16, 17)가 설치된다.

본 실시예에서 상기 냉각 매체라인(12)을 통과하는 냉각매체로는 일반 냉각수나 공업용수가 사용되며, 급냉각 매체 라인(13)을 통과하는 급냉각매체로는 냉각용 오일(brine)이 사용된다. 상기 냉각 매체라인(12)의 유입측 라인상에는 외부의 제어신호에 의해 개폐동작하는 솔레노이드 밸브(14)가 설치되고, 급냉각 매체라인(13)의 유입측 라인상에도 마찬가지로 외부의 제어동작에 의해 동작하는 온도콘트롤 밸브(15)가 설치된다. 여기서, 상기 솔레노이드 밸브(14)와 온도콘트롤 밸브(15)는 온도콘트롤 유니트(11)의 제어신호에 의해 자동적으로 개폐작동이 제어될 수 있다.

상기와 같이 냉각탑에서 제공되는 냉각 매체와 냉동기에서 제공되는 급냉각매체는 제1 및 제2 열교환기(6, 7)만을 거치고 배출되는 구조이므로, 오일순환라인(3)에 스케일이 끼이거나 부식되지 않아 배관교체주기를 길게할 수 있으며, 오일온도의 제어를 신뢰적으로 이룰 수 있게 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작용상태를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 확장용기(2)에는 히팅(heating) 또는 쿨링(cooling)하기 위한 열교환매체인 오일(oil)이 내재되는데, 이 오일은 모터펌프(4)의 가동에 의해 오일순환라인(3)을 통해 자켓(1)측으로 공급된다.

상기 반응기(100)내의 반응물이 고온상태를 유지하여야 할 경우에는, 온도콘트롤 유니트(11)의 제어신호에 의해 전기히터(5)가 가동되며, 오일순환라인(3)을 통해 흐르는 오일이 전기히터(5)에서 가열되어 자켓(1)의 유입구(1a)에 유입된다. 상기 전기히터(5)에서 가열된 오일은 제1 온도센서(9)에 의해 감지되고, 이 감지신호는 온도콘트롤 유니트(1)에 인가되어 전기히터(5)의 가동을 제어하게 된다. 즉, 상기 반응기(1)내의 반응물온도를 소망하는 고온으로 열교환하기 위해 온도콘트롤 유니트(11)가 전기히터(5)의 가동에 따른 온도를 제어함으로써 소망하는 열교환 목표온도에 도달할 때까지 전기히터(5)의 가동을 제어하게 되는 것이다.

상기 전기히터(5)에서 가열된 오일은 자켓(1)에 유입되어 반응기(1)내의 반응물에 흡열반응으로 열교환하게 되며, 이후에 자켓(1)의 배출구(1b)를 통해 오일순환라인(3)의 유출라인으로 순환된다. 상기 오일순환라인(3)의 유출라인을 통해 흐르는 오일은 제2 온도센서(10)에 감지되고, 이 감지신호는 온도콘트롤 유니트(11)로 인가된다.

상기 오일순환라인(3)에서 순환하는 오일은 3방향밸브(8)를 통해 이동경로가 제어된다. 즉, 상기 전기히터(5)가 가동중에는 제1 열교환기(6)측과 제2 열교환기(7)측에 연결된 라인 모두가 차폐된 상태가 되며, 오직 전기히터(5)의 가동에 의해 가열된 오일만이 자켓(1)으로 순환된다.

다음에, 상기 반응기(100)내의 반응물 온도를 상온상태로 냉각할 경우에는, 즉 전기히터(5)에 의해 가열되어 고온상태를 유지한 반응물의 온도를 상온으로 냉각하고자 할 경우에, 온도콘트롤 유니트(11)에 입력된 유출라인상의 오일온도와 반응기내의 온도 편차를 제어하게 된다. 이때, 상기 전기히터(5)의 가동이 정지되고, 3방향밸브(8)는 히팅오일 공급라인 경로를 차폐함과 동시에, 냉각오일 공급라인 경로를 개방하게 되며, 이에 따라 유출순환라인으로 흐르는 오일은 제1 열교환기와 제2 열교환기로 유입된다.

또한, 상기 냉각탑과 제1 열교환기(6)를 연결하는 냉각매체 라인상에 설치된 솔레노이드 밸브(12) 및 제1 열교환기(6)와 3방향밸브(8)를 연결하는 라인상에 설치된 제1 밸브(16)가 온도콘트롤 유니트(11)의 제어신호에 의해 개방된다. 반면에 급냉각매체 라인상에 연결된 온도콘트롤 밸브(15)와 제2 밸브(17)는 차폐된 상태를 유지하므로 제2 열교환기(7)로 유입된 오일은 열교환되지 않으며, 3방향 밸브(8)측으로도 흐르지 못하게 된다.

이와 같이 상기 솔레노이드밸브(12)의 개방에 의해 제1 열교환기(6)내로 냉각수가 유입되어 오일과의 열교환을 수행하며, 이 열교환된 오일은 3방향 밸브(8)를 통해 자켓(1)에 송출되어 반응기(100)내의 반응물과 열교환함으로써 상기 반응물은 상온을 유지하게 된다.

상기 반응기(100)내의 반응물 온도를 급냉시키고자 할 경우에도, 온도콘트롤 유니트(11)는 입력된 유출라인상의 오일온도와 반응기(100)내의 온도 편차를 제어 하게 된다. 이때, 상기 전기히터(5)의 가동정지와 3방향밸브(8)의 냉각오일 공급라인 경로 개방상태는 계속 유지하게 된다. 그리고, 솔레노이드 밸브(12)와 제1 밸브(16)는 차폐되고, 온도콘트롤밸브(13)와 제2 밸브(17)가 개방된다. 이에 따라 유출순환라인으로 흐르는 오일은 제1 열교환기와 제2 열교환기로 유입되지만, 제1 열교환기를 거친 오일은 제1 밸브(16)의 차폐에 의해 3방향 밸브측으로 흐르지 못하고, 오직 제2 열교환기(7)를 거친 오일만이 3방향 밸브(8)측으로 흐르게 된다.

이와 같이 상기 온도콘트롤 밸브(13)의 개방에 의해 제2 열교환기(6)내로 급냉각매체인 냉각용 오일이 유입되어 오일과의 열교환을 수행하며, 이 열교환된 오일은 3방향 밸브(8)를 통해 자켓(1)에 송출되어 열교환함으로써 반응기(100)내의 반응물을 급냉시키게 된다.

상기의 작동과정에서 알수 있듯이, 반응기(100)내의 반응물을 히팅 또는 냉각시키는 매체를 단일의 오일만을 사용하되, 상기 오일의 히팅 및 냉각은 전기히터(5)와 제1 및 제2 열교환기(6, 7)의 가동에 의해 정밀제어된다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 명백할 것이다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 반응기에 설치된 온도콘트롤 유니트에 의해 열교환매체의 온도편차를 통괄적으로 정밀제어함으로써 반복생산시 생성결과 물을 일치시킬 수 있어 시험생산이나 대량생산시 반응생성물의 수율을 향상시킬 수 있고, 생산시 발생할 수 있는 오류를 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 흡열 및 발열반응등에 즉각적으로 대처할 수 있는 효과를 가진다.

또한, 본 발명은 반응기내의 반응물질에 상관없이 반응온도범위가 -100℃∼360℃에서의 반응공정을 수행할 수 있어 다양한 반응생성물을 얻을 수 있고, 인체에 무해한 단일의 열교환매체만을 사용함으로써 음식물 제조공정이나 임상물 실험 제조공정에도 적용할 수 있을 뿐만 아니라, 고온에서의 증기압력 범위를 기존보다 낮게 유지하여 신뢰적으로 안정성을 확보할 수 있고, 환경에 영향이 미치지 않는 다른 효과를 가진다.

또한, 본 발명은 온도콘트롤 유니트에 의해 단일의 유체 온도를 조절하기 때문에 유지관리비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 반응기의 정기적 교체주기를 연장할 수 있는 또 다른 효과를 가진다.

또한, 본 발명은 전기히터에 의해 가열된 열교환매체를 낮은 압력(통상 4.21㎏/㎠)으로 제어할 수 있어 안정적으로 운전할 수 있는 또 다른 효과를 가진다.

Claims

유입구 및 유출구를 가지고 반응기의 둘레에 설치되어 그의 내부에 충전된 반응물 온도를 열교환매체와 교환하기 위한 자켓;

상기 자켓에 연결되어 열교환매체가 순환하도록 순환 경로를 제공하는 열교환매체 순환라인;

상기 열교환매체 순환라인을 통해 자켓에 열교환매체를 공급하기 위한 열교환매체 공급수단;

상기 열교환매체 순환라인상의 소정위치에 설치되어 열교환매체 공급수단으로부터 제공되는 열교환매체를 소정 온도로 히팅시켜 상기 자켓측으로 공급하기 위한 히팅수단;

상기 열교환매체 순환라인상의 소정위치에 설치되며, 순환하는 열교환매체를 외부의 냉각탑으로부터 제공되는 제1 냉매에 의해 소망하는 상온온도로 열교환하여 상기 자켓측으로 공급하기 위한 제1 열교환매체 냉각수단;

상기 열교환매체 순환라인상의 소정위치에 설치되며, 순환하는 열교환매체를 외부의 냉동기로부터 제공되는 제2 냉매에 의해 소망하는 영하온도로 열교환하여 상기 자켓측으로 공급하기 위한 제2 열교환매체 냉각수단;

상기 제1 열교환매체 냉각수단과 제2 열교환매체 냉각수단을 각각 연결하는 열교환매체 순환라인에 설치되어 열교환매체의 이동경로를 변환시키는 이동경로 변환수단; 및

상기 열교환매체 순환라인으로 순환되는 열교환매체의 온도를 제어하며, 각 제반기기의 작동을 제어하는 제어수단

을 포함하는 화학공정 반응기용 단일매체를 이용한 온도조절장치.
제 1 항에 있어서,

상기 열교환매체가 -100℃ ∼ 360℃내의 온도범위를 갖는 것을 특징으로 하는 화학공정 반응기용 단일매체를 이용한 온도조절장치.
제 2 항에 있어서,

상기 열교환매체가 알킬벤젠 또는 실리콘 오일중 선택된 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 화학공정 반응기용 단일매체를 이용한 온도조절장치.
제 1 항에 있어서,

상기 히팅수단이 전기히터인 것을 특징으로 하는 화학공정 반응기용 단일매체를 이용한 온도조절장치.
제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 제어수단은

열교환매체 순환라인의 유입라인과 유출라인 각각에 설치되어 열교환매체의 온도를 감지하는 온도센서;

상기 온도센서로부터 출력되는 감지신호를 인가받으며, 반응기에서 요구하는 열교환 온도에 따라 히팅수단의 가동 및 정지를 제어하고, 상기 이동경로 변환수단의 개폐경로를 제어하며, 제1 및 제2 열교환매체 공급수단을 통과한 열교환매체의 공급을 제어하는 온도콘트롤 유니트

를 포함하는 화학공정 반응기용 단일매체를 이용한 온도조절장치.
제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 열교환매체 공급수단은

외부의 냉각탑으로부터 제1냉매를 공급하기 위한 냉각 매체라인이 연결되어 제1 냉매와 열교환매체간을 열교환하기 위한 제1 열교환기와; 상기 냉각매체라인상에 설치되며, 제1 냉매를 제1 열교환기에 공급하기 위해 외부의 제어신호에 의해 개폐되는 솔레노이드 밸브; 및 상기 제1 열교환기와 이동경로 변환수단을 연결하는 라인구간상에 설치되어 열교환된 열교환매체의 공급을 제어할 수 있도록 개폐하는 제1 밸브를 포함하며,

상기 제2 열교환매체 공급수단은 냉동기로부터 제2냉매를 공급하기 위한 급 냉각매체 라인이 연결되어 제2 냉매와 열교환매체간을 열교환하기 위한 제2 열교환기와; 상기 급냉각매체 라인상에 설치되어 외부의 제어신호에 의해 개폐되어 제2냉매를 제2 열교환기에 공급하기 위한 온도콘트롤 밸브; 및 상기 제2 열교환기와 이동경로 변환수단을 연결하는 라인구간상에 설치되어 열교환된 열교환매체의 공급을 제어할 수 있도록 개폐하는 제2 밸브를 포함하는 화학공정 반응기용 단일매체를 이용한 온도조절장치.
제 6 항에 있어서,

상기 제1 냉매가 열교환매체를 상온으로 유지하기 위한 냉각수로 이루어지고, 제2 냉매가 열교환매체를 영하온도로 유지하기 위한 냉각용 오일(brine)인 것을 특징으로 하는 화학공정 반응기용 단일매체를 이용한 온도조절장치.
제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 이동방향 변환수단이 3방향밸브인 것을 특징으로 화학공정 반응기용 단일매체를 이용한 온도조절장치.
확장용기내에 충전된 열교환매체를 열교환매체 순환라인을 통해 반응기 둘레 에 설치된 자켓측으로 공급하는 제1 단계;

열교환매체 순환라인상에 흐르는 열교환매체의 온도를 감지하여 온도콘트롤 유니트에 입력하고, 이 입력된 열교환매체 순환라인의 유출라인에 흐르는 열교환매체의 온도와 반응기내의 온도 편차를 제어하여 3방향 밸브를 선택적으로 개폐시키는 제2 단계;

상기 반응기내의 반응물을 고온상태로 유지하고자 할 경우, 온도콘트롤 유니트의 제어신호에 의해 히터를 가동시켜, 열교환매체 순환라인을 통해 흐르는 열교환매체를 소정온도로 가열한 후, 자켓에 공급하여 반응기내의 반응물과 열교환하는 제3 단계;

상기 반응기내의 반응물을 상온으로 유지하고자 할 경우, 온도콘트롤 유니트의 제어신호에 의해 히터의 가동을 정지시키고, 3방향 밸브의 개폐경로를 제1 열교환기 라인측 경로로 변환하는 제4 단계;

제4 단계 수행후, 자켓을 순환하는 열교환매체를 제1 열교환기에 유입시켜 냉각탑에서 제공되는 상온의 냉매와 열교환시킨 후, 자켓으로 송출하는 제5 단계;

상기 반응기내의 반응물을 급냉시키고자 할 경우, 온도콘트롤 유니트의 제어신호에 의해 히터의 가동을 정지시키고, 3방향 밸브의 개폐경로를 제2 열교환기 라인측 경로로 변환하는 제6 단계; 및

제6 단계 수행후, 자켓을 순환하는 열교환매체를 제2 열교환기에 유입시켜 냉동기에서 제공되는 영하의 냉매와 열교환시킨 후, 자켓으로 송출하는 제7 단계

를 포함하는 화학공정 반응기용 단일매체를 이용한 온도조절방법.
제 9 항에 있어서,

상기 제3 단계는

상기 히터가 가동중일 때, 제1 열교환기측과 제2 열교환기측에 연결된 라인을 통해 열교환매체가 흐르지 못하도록 이들 라인과 연통하는 경로의 3방향 밸브를 차폐하고, 반응기내의 반응물온도를 소망하는 열교환 목표온도에 도달할 때까지 히터를 가동시키는 것을 특징으로 하는 화학공정 반응기용 단일매체를 이용한 온도조절방법.
제 9 항에 있어서,

상기 제5 단계는

상기 냉각탑과 제1 열교환기를 연결하는 냉각매체 라인상에 설치된 솔레노이드 밸브 및 제1 열교환기와 3방향밸브를 연결하는 라인상에 설치된 제1 밸브를 온도콘트롤 유니트의 제어신호에 의해 개방되도록 하는 단계를 포함하는 화학공정 반응기용 단일매체를 이용한 온도조절방법.
제 9 항에 있어서,

상기 제7 단계는

냉동기와 제2 열교환기를 연결하는 급냉각매체 라인상에 설치된 온도콘트롤 밸브 밸브 및 제2 열교환기와 3방향밸브를 연결하는 라인상에 설치된 제2 밸브를 온도콘트롤 유니트의 제어신호에 의해 개방되도록 하는 단계를 포함하는 화학공정 반응기용 단일매체를 이용한 온도조절방법.