KR20110050776A - 화학공정 반응기용 온도조절장치 및 그의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오일을 반응기에 공급하는 오일탱크 내에 펌프와 히터를 설치함으로써 상기 펌프의 동작시 필요한 실링부재를 배제할 수 있고, 히터의 가열효율을 증대할 수 있으며, 구성을 간단히 함으로써 설비비용을 최소화할 수 있는 화학공정 반응기용 온도조절장치 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은, 반응기의 반응물과 열교환을 수행하기 위한 열교환매체가 내재된 열교환매체 공급탱크; 유입구 및 유출구를 가지고 반응기의 둘레에 설치되어 그의 내부에 충전된 반응물의 온도를 열교환매체와 교환하기 위한 자켓; 일측은 상기 열교환매체 공급탱크 외부에 설치되고, 타측은 상기 열교환매체 공급탱크내에 설치되어 열교환매체를 자켓측으로 송출하기 위한 열교환매체 송출수단; 상기 열교환매체 공급탱크내에 일부 구간이 내장되고 남은 구간은 외부로 노출되며, 열교환매체를 목표온도로 히팅시켜 상기 자켓측으로 공급하기 위한 히팅수단; 상기 자켓으로의 유입라인과 유출라인상에 각각 설치되며, 반응기내의 반응물 온도를 목표온도 이하로 냉각시키기 위해 열교환매체를 냉각하는 열교환매체 냉각수단; 상기 자켓으로의 유입라인과 유출라인상에 각각 설치되어 열교환매체의 온도를 감지하는 감지수단; 및 상기 감지수단의 감지신호를 인가받으며, 반응기의 반응물의 히팅 또는 냉각공정에 상응하여 열교환매체 송출수단, 히팅수단, 열교환매체 냉각수단 각각의 가동을 제어하는 제어수단을 포함하는 화학공정 반응기용 온도조절장치 및 그의 제어방법을 제공한다.

열교환기, 모터펌프, 반응기, 자켓, 온도콘트롤 유니트, 전기히터, 3방향밸브

Description

화학공정 반응기용 온도조절장치 및 그의 제어방법{A heating and cooling exchange apparatus and controlling method for the chemical reactor}

본 발명은 열교환매체로서 단일의 유체만을 사용하되, 온도제어유니트를 통해 반응기내의 온도를 최적화상태로 열교환할 수 있는 화학공정 반응기용 열교환시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 펌프와 히터를 탱크내에 설치하여 설비기기를 간소화하면서 가열 및 냉각속도를 펌프와 열교환기의 개폐동작으로 조절하여 열교환효율을 향상시킬 수 있는 화학공정 반응기용 온도조절장치 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 제약 플랜트 또는 정밀화학 플랜트등에서 합성반응의 흐름은 전체적으로 설비의 수동조작에서 반자동화를 거쳐 자동화단계로 가고 있는 추세에 있다. 이러한 자동화설비는 생산의 효율을 증대시키기 위하여 시험생산 및 대량생산에 필수적이다.

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 steam), 냉각수(cooling water), 수(brine)설비를 기본설비로 하고 있다.

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

도면에 도시된 바와 같이 반응기용 열교환시스템은 반응기(100)의 둘레에 설치되어 반응기 내의 반응물을 가열 또는 냉각시키기 위해 열교환매체를 순환시키는 자켓(101)과; 상기 자켓(101)에 냉매, 스팀, 냉각수등의 열교환매체를 유출입시키기 위한 메인이송라인(102)이 구비된다. 상기 메인이송라인(102)에는 일반공업용수를 냉각매체로 하여 공급하는 냉각탑(111), 염수(brine)를 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 입력되어 냉각탑, 냉동기 및 스팀발생기의 동작을 제어한다.

상기와 같이 구성된 종래의 반응기 온도조절장치는 숙련자마다 매뉴얼밸브를 개폐하는 경험치가 다르고 제어절차에 따라 제어능력이 크게 달라질 수 있어 반응기내의 온도를 균일하게 제어할 수 없다. 또한, 현장에 숙련자가 항시 상주해야만 하기 때문에 유지관리비용이 많이 소요되고, 열특성 변화와 최적의 운영조건 유지 를 위하여 냉각용 오일의 정기적 교환이 필요한 문제점이 있고, 유독성 물질을 포함하는 다양한 종류의 열교환매체를 이용하므로, 우수 의약품 시설(GMP) 제조공정에는 사용이 제한적인 문제점을 내포하고 있다.

상기한 문제점을 극복하고자, 본원출원인은 특허 제0550470호의 "화학공정 반응기용 단일매체를 이용한 온도조절장치 및 방법"을 제안하였다.

상기 특허는 도2에 도시한 바와 같이, 오일탱크(204)로부터 반응기(200)의 자켓(202)측으로 오일을 공급하기 위한 공급하기 모터펌프(206)와; 상기 오일을 소정온도로 가열하여 자켓(202)측으로 송출하기 위한 복수의 전기히터(208)와; 상기 오일을 소망하는 온도로 열교환하여 자켓측으로 송출하는 제1 및 제2 열교환기(210, 212)와; 상기 전기히터(208), 제1 및 제2 열교환기(210, 212)를 거친 오일의 이동경로를 선택적으로 제어하는 3방향 밸브(214)와; 순환하는 오일의 온도를 감지하는 제1 및 제2 오일온도센서(216, 218)와; 상기 제1 및 제2 오일온도센서(216, 218)의 감지신호를 인가받아 전기히터(208)의 가동과 3방향 밸브(214)의 개폐를 제어하는 온도콘트롤 유니트(220)을 포함한다.

여기서, 상기 제1 열교환기(210)에는 냉각탑(도시하지 않음)으로부터 냉각수가 공급되고, 제2 열교환기(212)에는 냉동기(도시하지 않음)로부터 냉매가 공급된다.

상기한 기술은 냉각탑에서 제공되는 냉각 매체와 냉동기에서 제공되는 급냉각매체가 제1 및 제2 열교환기(210, 212)만을 거쳐 배출되는 구조이므로, 오일순환라인에 스케일이 끼이거나 부식되지 않아 배관교체주기를 길게 할 수 있으며, 오일 온도의 제어를 신뢰적으로 이룰 수 있을 뿐만 아니라, -100℃ ~ 360℃의 범위에서 열교환할 수 있는 알킬벤젠이나 실리콘(이하, "오일"이라 칭함)중 선택된 하나를 열교환매체로 이용하여 반응기내의 반응물 온도를 소정온도차 범위내에서 열교환되도록 자동적으로 제어하여 반응 생성물의 수율을 향상시키고, 반응기의 수명을 연장할 수 있는 장점이 있다.

그러나, 상기 기술은 오일탱크로부터 공급되는 오일온도를 목표로 하는 온도까지 상승시키기 위해서 복수의 히터를 필요로 하고, 또 오일을 히터측으로 송출하는 모터펌프에 누설방지를 위한 고가의 실링부재가 설치되어 있으며, 상기 실링부재를 주기적으로 교체해 주어야 하기 때문에, 설비단가가 상승하는 요인으로 작용하는 문제점이 있다.

또한, 반응기 내의 온도를 일반냉각 또는 급속냉각을 위하여 열교환기 및 각종 개폐 밸브가 다수 필요하고, 상기 열교환기 및 밸브의 개폐를 제어하기 위한 제어기기도 복잡하게 구성되어야 하므로 설치비용이 과다하게 소요되는 문제점을 내포하고 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 오일을 반응기에 공급하는 오일탱크 내에 펌프와 히터를 설치함으로써 상기 펌프의 동작시 필요한 실링부재를 배제할 수 있고, 히터의 가열효율을 증대할 수 있으며, 구성을 간단히 함으로써 설비비용을 최소화할 수 있는 화학공정 반응기용 온도조절장치 및 그의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 반응기 내부물질의 가열 및 냉각기능을 수행하기 위해 유출입되는 열교환매체의 온도편차를 통괄적으로 정밀제어하고, 펌프와 열교환기의 개폐동작 또는 히터의 온/오프(on/off)작동만으로 가열 및 냉각속도를 조절할 수 있어 열교환효율을 향상시킬 수 있는 화학공정 반응기용 온도조절장치 및 그의 제조방법을 제공함에 다른 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 있는 화학공정 반응기용 온도조절장치 및 그의 제조방법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 반응기의 반응물과 열교환을 수행하기 위한 열교환매체가 내재된 열교환매체 공급탱크; 유입구 및 유출구를 가지고 반응기의 둘레에 설치되어 그의 내부에 충전된 반응물의 온도를 열교환매체와 교환하기 위한 자켓; 일측은 상기 열교환매체 공급탱크 외부에 설치되고, 타측은 상기 열교환매체 공급탱크 내에 설치되어 열교환매체를 자켓측으로 송출하기 위한 열교환매체 송출수단; 상기 열교환매체 공급탱크 내에 일부 구간이 내장되고 남은 구간은 외부로 노출되며, 열교환매체를 목표온도로 히팅시켜 상기 자켓측으로 공급하기 위한 히팅수단; 상기 자켓으로의 유입라인과 유출라인상에 각각 설치되며, 반응기내의 반응물 온도를 목표온도 이하로 냉각시키기 위해 열교환매체를 냉각하는 열교환매체 냉각수단; 상기 자켓으로의 유입라인과 유출라인상에 각각 설치되어 열교환매체의 온도를 감지하는 감지수단; 및 상기 감지수단의 감지신호를 인가받으며, 반응기의 반응물의 히팅 또는 냉각공정에 상응하여 열교환매체 송출수단, 히팅수단, 열교환매체 냉각수단 각각의 가동을 제어하는 제어수단을 포함하는 화학공정 반응기용 온도조절장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 오일탱크 외부에 설치된 모터의 가동에 의해 오일탱크 내에 설치된 펌프를 동작시켜 오일탱크에 내재된 열교환매체인 오일을 송출하는 제1 단계; 반응기 내 반응물의 히팅 또는 냉각여부에 따라 전기히터를 가동할 것인가를 판단하는 제2 단계; 반응물을 히팅하여야 할 경우 온도콘트롤 유니트의 제어신호에 의해 전기히터를 가동시켜 펌프를 통해 송출된 오일을 목표온도까지 오일을 가열하여 자켓으로 공급하는 제2 단계; 상기 자켓에 유입된 오일이 반응기내의 반응물과 열교환한 후, 자켓의 배출구를 통해 오일순환라인으로 순환하는 제3 단계; 상기 오일순환라인을 통해 흐르는 오일을 제2 온도센서에서 감지하여 온도콘트롤 유니트에 인가하는 제4 단계; 및 상기 온도콘트롤 유니트가 제2 열교환기를 가동시켜 열교환된 오일을 급냉각하여 오일탱크로 유입하는 제5 단계; 상기 제2 단계에서 반응물을 냉각하여야 할 경우, 온도콘트롤 유니트의 제어신호에 의해 전기히터의 가동을 정지하는 제6 단계; 제1 열교환기를 가동시키되, 펌프를 통해 송출되는 오일을 제1 열교환기에 흐르는 냉각수를 매개로 열교환하여 소망하는 온도로 낮춰 자켓에 공급하는 제7 단계; 상기 제7 단계 수행후, 제3단계, 제4단계 및 제5단계를 순차적으로 반복하는 제8단계를 포함하는 화학공정 반응기용 온도조절장치의 제어방법을 제공한다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 오일탱크내에 펌프와 전기히터를 내장하여 가열된 열교환매체를 자켓측으로 송출함으로써 펌프에 설치되는 고가의 실링부재가 필요없고, 또 오일탱크내에서 전기히터가 가동되므로 저전력으로 오일온도를 목표로 하는 온도까지 상승시킬 수 있으며, 제어가 간단하여 설비비용 및 부대비용을 대폭 절감할 수 있다.

둘째, 본 발명은 펌프 및 열교환기의 개폐 또는 히터의 온/오프(on/off)작동만으로 가열 및 냉각속도를 조절함으로써 열교환효율을 향상시킬 수 있다.

셋째, 반응기에 설치된 온도콘트롤 유니트에 의해 열교환매체의 온도편차를 통괄적으로 정밀제어함으로써 반복생산시 생성결과물을 일치시킬 수 있어 시험생산이나 대량생산시 반응생성물의 수율을 향상시킬 수 있고, 생산시 발생할 수 있는 오류를 최소화할 수 있다.

넷째, 본 발명은 반응기내의 반응물질에 상관없이 반응온도범위가 -100℃ ~ 360℃에서의 반응공정을 수행할 수 있어 다양한 반응생성물을 얻을 수 있고, 인체에 무해한 단일의 열교환매체만을 사용함으로써 우수의약품(GMP) 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.

다섯째, 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.

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

상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도3 및 도4를 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명에 의한 화학공정 반응기용 온도조절장치 및 그의 제조방법은 오일탱크 내에 펌프와 히터를 내장하여 오일을 반응기측으로 송출함으로써, 설비구성을 간소화하면서도 열교환효율을 향상시킬 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 발명은 도3에 도시된 바와 같이, 반응기의 반응물과 열교환을 수행하기 위한 열교환매체로서의 오일이 내재된 오일탱크(2)와; 일측은 상기 오일탱크(2) 외부에 설치되어 제어신호에 의해 가동되는 모터(3)와; 상기 오일탱크(2)내에 설치되며, 상기 모터(3)에 연결되어 오일을 후술할 자켓측으로 송출하는 펌프(4)와; 상기 오일탱크(2)의 하부측에 일부구간이 내장되고, 남은구간은 외부로 노출되며, 펌프(4)의 가동에 의해 송출되는 오일을 목표온도로 가열하는 전기히터(6)와; 상기 전기히터(6)에서 가열된 오일의 이동경로를 제공하는 오일공급라인(8)과; 상기 오일공급라인(8)상에 설치되며, 오일을 냉각하는 제1 열교환기(9)와; 상기 오일공급라인(8)과 연결되며 오일을 유입하는 유입구(10a) 및 오일을 배출하는 유출구(10b)를 가지고 반응기(200)의 둘레에 설치되며, 상기반응기(200)내에 충전된 반응물 온도를 오일온도와 열교환하기 위한 자켓(10)과; 상기 자켓(10)의 유출구(10b)에 연결되어 오일이 오일탱크(2)측으로 재유입될 수 있도록 순환경로를 제공하는 오일순환라인(12)과; 상기 오일순환라인(12)상에 설치되며, 자켓으로부터 배출된 오일을 냉각하여 오일탱크(2)측으로 송출하는 제2 열교환기(14)와; 상기 오일공급라인(8)과 오일순환라인(12)상에 각각 설치되어 순환하는 오일의 온도를 감지하는 제1 및 제2 오일온도센서(16, 18)와; 상기 제1 및 제2 오일온도센서(16, 18)의 감지신호를 인가받아 펌프(4)를 가동하기 위한 모터(3), 히터(6), 제1 및 제2 열교환기(9, 14)의 가동을 제어하는 온도콘트롤 유니트(20)을 포함한다.

본 발명의 실시예에서는 상기 제2 열교환기(14)를 통해 냉각된 오일이 오일탱크(2) 내로 직접 유입되는 구조를 제시하고 있으나 이에 국한하는 것은 아니고, 본 발명의 제2 실시예로서 도4에 도시한 바와 같이 상기 오일탱크(2)와 제2 열교환기(14)를 연결하는 라인으로부터 분기된 바이패스라인(22)상에 설치되며 제2 열교환기(14)를 거친 오일의 이동경로를 오일탱크(2)측과 제1 열교환기(9)측으로 선택제어하는 3방향 밸브(24)를 더 포함할 수 있다.

상기한 제2 실시예는 반응기(200)내의 반응물을 지속적으로 냉각할 필요가 있을 경우에 필요한 설비이다.

또한, 본 발명의 실시예에서 상기 제1 열교환기(9)는 냉각탑(도시하지 않음)으로부터 공급되는 냉각수를 냉매로 하여 오일을 냉각하고, 제2 열교환기(14)는 냉동기(도시하지 않음)로부터 공급된 염수(brine)를 냉매로 하여 오일을 급냉각하는 구조로 이루어져 있다.

본 발명에서 냉각탑에서 제공되는 냉각매체와 냉동기에서 제공되는 급냉각매체는 제1 및 제2 열교환기(9, 14)만을 거치고 배출되는 구조이므로, 오일공급라인(8) 및 오일순환라인(12)에 스케일이 끼이거나 부식되지 않아 배관교체주기를 길 게 할 수 있으며, 오일온도의 제어를 신뢰적으로 이룰 수 있게 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작용상태를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 오일탱크(2)에는 히팅(heating) 또는 쿨링(cooling)하기 위한 열교환매체인 오일(oil)이 내재되는데, 이 오일은 오일탱크(2) 외부에 설치된 모터(3)의 가동에 의해 오일탱크(2)내에 설치된 펌프(4)가 동작하여 전기히터(6)측으로 송출한다.

상기 반응기(200)내의 반응물이 고온상태를 유지하여야 할 경우에는, 온도콘트롤 유니트(20)의 제어신호에 의해 전기히터(6)가 가동되며, 펌프를 통해 유입된 오일을 목표온도까지 가열하여 오일공급라인(8)을 통해 자켓(10)의 유입구(10a)에 유입된다. 상기 전기히터(6)에서 가열된 오일은 제1 온도센서(16)에 의해 감지되고, 이 감지신호는 온도콘트롤 유니트(20)에 인가되어 전기히터(6)의 가동을 제어하게 된다. 즉, 상기 반응기(200)내의 반응물온도를 소망하는 고온으로 열교환하기 위해 온도콘트롤 유니트(20)가 전기히터(6)를 가동시키고, 오일의 목표온도에 도달하게 되면, 이를 제1 온도센서(16)가 감지하여 온도콘트롤 유니트(20)에 인가하게 된다. 상기 온도콘트롤 유니트(20)는 제1 온도센서(16)의 감지신호에 따라 전기히터(6)의 가동을 정지하게 된다.

여기서, 상기 반응기(200) 내의 반응물을 고온으로 열교환 할 경우에는 전기히터(6)가 가동되어 목표온도까지 오일이 가열되고 펌프(4)의 가동으로 송출되어 자켓(10)에 도달하지만, 이때에는 상기 제1 열교환기(9)는 작동하지 않는다. 반대로 상기 반응기(200)내의 반응물을 저온으로 열교환 할 필요가 있을 경우에는 상기 전기히터(6)의 가동이 멈춰지고, 펌프(4)를 통해 송출되는 오일을 제1 열교환기(9)에 흐르는 냉각수를 매개로 열교환하여 소망하는 온도로 낮춰 자켓(10)에 공급하게 된다.

상기 전기히터(6)에서 가열된 오일은 자켓(10)에 유입되어 반응기(200)내의 반응물에 흡열반응으로 열교환하게 되며, 이후에 자켓(10)의 배출구(10b)를 통해 오일순환라인(12)으로 순환된다. 상기 오일순환라인(12)을 통해 흐르는 오일은 제2 온도센서(18)에 감지되고, 이 감지신호는 온도콘트롤 유니트(20)에 인가된다.

상기 온도콘트롤 유니트(20)는 제2 온도감지센서(18)의 감지신호를 인가받아 제2 열교환기(14)를 가동시키고, 상기 오일순환라인(12)을 통해 흐르는 열교환된 오일이 제2 열교환기(14)의 급냉각매체와 열교환된 상태로 오일탱크(2)에 유입된다.

한편, 상기 반응기(200)내의 반응물온도를 저온으로 열교환하는 경우에는 전기히터(6)의 가동이 멈추고 제1 열교환기(9)가 가동하여 오일온도를 목표온도로 낮추어 자켓(10)에 공급하게 되고, 반응물과 열교환된 오일은 제2 열교환기(14)를 통과하여 오일탱크(2)로 유입된다. 이때 상기 제2 열교환기(14)는 가동이 정지된 상태이다.

상기 반응기(200)내의 반응물의 열교환 후 반응물온도를 지속적으로 냉각시킬 필요가 있을 경우에는 도4에 도시한 바이패스 라인(22)을 통해 상기 제1 열교환기(9)로 공급된다. 이때 상기 3웨이밸브(24)가 바이패스 라인(22)으로부터 흐르는 냉각오일이 제1 열교환기(9)측으로 흐르도록 개폐되고, 냉각을 완료한 경우에는 3 웨이 밸브(24)는 제1 열교환기(9)측으로의 통로를 차폐하고 오일탱크(2)측으로의 통로를 개방하게 된다.

이와 같이, 냉각 오일순환경로를 제어함으로써 단일의 열매체를 사용하면서도 -100℃ ~ 360℃의 범위에서 열교환 할 수가 있는 것이다. 특히, 펌프(4) 및 제1 및 제2 열교환기(9, 14)의 가동여부와 전기히터(6)의 파워(power) 온/오프(on/off)를 제어함으로써 오일의 온도를 목표온도로 맞출 수 있으며, 이에 따라 반응기(200) 내 반응물의 히팅 및 냉각속도를 조절할 수 있어 열교환효율을 향상시킬 수 있는 것이다.

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.

도1은 종래기술에 따른 화학공정 반응기용 열교환시스템의 구성을 나타낸 개략도.

도2는 종래기술에 따른 화학공정 반응기용 열교환시스템의 다른 구성을 나타낸 개략도.

도3은 본 발명에 의한 화학공정 반응기용 온도조절장치의 일실시예 구성을 나타낸 개략 공정도.

도4는 본 발명의 다른 실시예시도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

2: 오일탱크 3: 모터

4: 펌프 6: 전기히터

8: 오일공급라인 10: 자켓

12: 오일순환라인 14: 제2 열교환기

16, 18: 제1 및 제2 오일온도센서 20: 온도콘트롤 유니트

22: 바이패스 라인 24: 3방향 밸브

200: 반응기

Claims (11)

1. 반응기의 반응물과 열교환을 수행하기 위한 열교환매체가 내재된 열교환매체 공급탱크;

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

   일측은 상기 열교환매체 공급탱크 외부에 설치되고, 타측은 상기 열교환매체 공급탱크내에 설치되어 열교환매체를 자켓측으로 송출하기 위한 열교환매체 송출수단;

   상기 열교환매체 공급탱크 내에 일부 구간이 내장되고 남은 구간은 외부로 노출되며, 열교환매체를 목표온도로 히팅시켜 상기 자켓측으로 공급하기 위한 히팅수단;

   상기 자켓으로의 유입라인과 유출라인상에 각각 설치되며, 반응기 내의 반응물 온도를 목표온도 이하로 냉각시키기 위해 열교환매체를 냉각하는 열교환매체 냉각수단;

   상기 자켓으로의 유입라인과 유출라인상에 각각 설치되어 열교환매체의 온도를 감지하는 감지수단; 및

   상기 감지수단의 감지신호를 인가받으며, 반응기의 반응물의 히팅 또는 냉각공정에 상응하여 열교환매체 송출수단, 히팅수단, 열교환매체 냉각수단 각각의 가동을 제어하는 제어수단

   을 포함하는 화학공정 반응기용 온도조절장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 열교환매체 공급탱크에 내재되는 열교환매체가 알킬벤젠이나 실리콘중 선택된 하나의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 화학공정 반응기용 온도조절장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 열교환매체 송출수단은

   일측이 상기 열교환매체 공급탱크 외부에 설치되어 제어신호에 의해 가동되는 모터; 및

   상기 열교환매체 공급탱크 내에 설치되며, 상기 모터에 연결되어 오일을 자켓측으로 송출하는 펌프를 포함하는 화학공정 반응기용 온도조절장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 열교환매체 공급탱크와 자켓의 유입구를 연결하는 열교환매체 공급라인; 및

   상기 열교환매체 공급탱크와 자켓의 유출구를 연결하고, 열교환매체 냉각수단과 열교환매체 공급탱크를 연결하는 열교환매체 순환라인

   을 포함하는 화학공정 반응기용 온도조절장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 열교환매체 냉각수단은

   상기 열교환매체 공급라인상에 설치되어 반응기내 반응물의 온도를 목표온도로 냉각하기 위해 열교환매체를 냉각하는 제1 열교환기; 및

   상기 열교환매체 순환라인 상에 설치되어 반응기 내 반응물과 열교환된 열교환매체를 냉각하기 위한 제2 열교환기

   를 포함하는 화학공정 반응기용 온도조절장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 제1 열교환기에 흐르는 냉매가 냉각수이고, 제2 열교환기에 흐르는 냉매가 염수(brine)인 것을 특징으로 하는 화학공정 반응기용 온도조절장치.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 열교환매체 공급탱크와 제2 열교환기를 연결하는 열교환매체 순환라인으로부터 분기되는 바이패스라인; 및

   상기 바이패스라인 상에 설치되며, 제2 열교환기를 거친 열교환매체의 이동경로를 열교환매체 공급탱크측과 제1 열교환기측으로 선택제어하는 3방향 밸브

   를 더 포함하는 화학공정 반응기용 온도조절장치.
8. 오일탱크 외부에 설치된 모터의 가동에 의해 오일탱크 내에 설치된 펌프를 동작시켜 오일탱크에 내재된 열교환매체인 오일을 송출하는 제1 단계;

   반응기 내 반응물의 히팅 또는 냉각여부에 따라 전기히터를 가동할 것인가를 판단하는 제2 단계;

   반응물을 히팅하여야 할 경우 온도콘트롤 유니트의 제어신호에 의해 전기히터를 가동시켜 펌프를 통해 송출된 오일을 목표온도까지 오일을 가열하여 자켓으로 공급하는 제3 단계;

   상기 자켓에 유입된 오일이 반응기내의 반응물과 열교환한 후, 자켓의 배출구를 통해 오일순환라인으로 순환하는 제4 단계;

   상기 오일순환라인을 통해 흐르는 오일을 제2 온도센서에서 감지하여 온도콘트롤 유니트에 인가하는 제5 단계; 및

   상기 온도콘트롤 유니트가 제2 열교환기를 가동시켜 열교환된 오일을 급냉각하여 오일탱크로 유입하는 제6 단계

   를 포함하는 화학공정 반응기용 온도조절장치의 제어방법.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 제2 단계에서 반응물을 냉각하여야 할 경우, 온도콘트롤 유니트의 제어신호에 의해 전기히터의 가동을 정지하는 제7 단계;

   제1 열교환기를 가동시키되, 펌프를 통해 송출되는 오일을 제1 열교환기에 흐르는 냉각수를 매개로 열교환하여 소망하는 온도로 낮춰 자켓에 공급하는 제8 단계; 및

   상기 제8 단계 수행후, 제3단계, 제4단계 및 제5단계를 순차적으로 반복하는 제9 단계

   를 더 포함하는 화학공정 반응기용 온도조절장치의 제어방법.
10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,

    상기 제4 단계는

    전기히터에서 가열된 오일이 제1 온도센서에 의해 감지되는 제1 과정;

    상기 제1 온도센서의 감지신호가 온도콘트롤 유니트에 인가되어 오일이 목표온도에 도달할 때까지 전기히터를 가동시키고, 목표온도에 도달하면 전기히터의 가동을 정지하도록 제어하는 제2 과정; 및

    상기 제1 열교환기의 가동을 정지하는 제3 과정

    을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학공정 반응기용 온도조절장치의 제어방법.
11. 제 8 항에 있어서,

    상기 제6 단계는

    상기 반응기내 반응물의 열교환 후 반응물온도를 지속적으로 냉각시킬 필요가 있을 경우, 제2 열교환기를 통과한 오일을 바이패스 라인을 통해 상기 제1 열교환기로 공급하는 제4 과정; 및

    상기 3웨이밸브가 바이패스 라인으로부터 흐르는 냉각오일이 제1 열교환기측으로 흐르도록 개폐되고, 냉각을 완료한 경우에는 3웨이 밸브는 제1 열교환기측으로의 통로를 차폐하고 오일탱크측으로의 통로를 개방하는 제5 과정

    을 포함하는 화학공정 반응기용 온도조절장치의 제어방법.

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