KR20110085404A - Mix apparatus including draft tube - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 혼합 반응기에 관한 것으로, 보다 자세하게는 폴리에틸렌 생산을 위한 혼합 반응기에 관한 것이다.The present invention relates to a mixing reactor of the present invention, and more particularly, to a mixing reactor for producing polyethylene.
혼합은 화학 산업 또는 화학과 연관된 산업에서 가장 일반적으로 사용되는 작업으로, 주로 유체의 유동 또는 전단 속도(Shear Rate)를 제어하는 데 널리 사용된다. 특히 유동 제어는 유체간의 블렌딩(Blending), 고체 물질에 대한 부유(Suspension), 열 전달, 고체 물질의 용해, 결정화 등에 주로 사용되며, 화학 공정에 중대한 영향을 미칠 수 있다.Mixing is the most commonly used task in the chemical industry or in industries associated with chemistry and is widely used to control the flow or shear rate of a fluid. In particular, flow control is mainly used for blending between fluids, suspension for solid materials, heat transfer, dissolution of solid materials, crystallization, etc. and can have a significant impact on chemical processes.
혼합기에서 고려되어야 할 점은 우수한 혼합 성능뿐만 아니라 운전 동력 및 투자비에 대한 고려도 포함되어야 한다. Considerations for mixers should include consideration of operating power and investment as well as good mixing performance.
이러한 목적 및 기능의 달성을 위하여 다양한 최적화된 혼합기들이 개발 되었는데, 주로 교반 시스템을 개선하거나 임펠러(Impeller)의 형태 또는 형상을 개선한 것들이 대부분이었다. A variety of optimized mixers have been developed to achieve these goals and functions, mostly by improving the stirring system or by improving the shape or shape of the impeller.
도 1에서는 종래의 교반 시스템에 변화를 준 혼합기를 나타내고 있다. 일예에서는 다수의 임펠러를 활용하여 보다 교반이 잘 일어나도록 하였으며, 다른 예에서는 드래프트 튜브를 활용하여 혼합기 내의 유체 방향을 조절하여 혼합되지 않는 영역을 줄이는 등으로 교반 효율을 높이고자 한 것이다. 1 shows a mixer in which the conventional stirring system is changed. In one example, a plurality of impellers are used to agitate more well. In another example, a draft tube is used to adjust a fluid direction in a mixer to reduce an unmixed area and to increase agitation efficiency.
또한 도 2는 Mixing 성능의 향상의 방법으로 종래의 Mixing Impeller Type 및 Impeller 형상 변화를 준 것을 보여주고 있다. 다양한 임펠러의 형태를 통하여 유체의 흐름 및 와류 형성 등을 통하여 혼합 성능을 개선하고자 한 것이다.In addition, Figure 2 shows that the conventional mixing impeller type and impeller shape change as a method of improving the mixing performance. It is intended to improve the mixing performance through the flow of fluid and vortex formation through various impeller shapes.
그러나, 이러한 것들만으로는 혼합기 전체의 균일한 혼합을 보장하기 어렵고, 다수의 데드존(Dead Zone)을 줄이기 어려워, 제품의 성능에 악영향을 미칠 수 있다.
However, these alone are difficult to ensure uniform mixing of the entire mixer, and it is difficult to reduce the number of dead zones, which may adversely affect the performance of the product.
일반적으로 폴리에틸렌(Polyethylene, PE) 생산을 위해 주로 Mixing 반응기를 사용하는데 PE의 높은 점도로 인해 최적의 Mixing 반응기 설계가 필요하다. 특히 균일한 제품 생산을 위해 Mixing 반응기의 Mixing 성능이 중요하다. 예를 들면 반응기 내에 Mixing 성능이 열위한 지역을 데드존(Dead Zone) 이라 부르며, 제품 성능에 악 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. In general, the mixing reactor is mainly used for the production of polyethylene (PE). Due to the high viscosity of PE, an optimal mixing reactor design is required. In particular, the mixing performance of the mixing reactor is important for uniform product production. For example, a zone where mixing performance is poor in a reactor is called a dead zone and is known to adversely affect product performance.
또한 고점도 물질들이 반응기 벽면에 부착되어 제거되지 않아 점점 축적(Stacking) 되는 현상이 종종 발생하며, 이는 반응기 내/외부의 열전달 성능을 저감시켜 폴리에틸렌 생산 저감과 비용의 증가를 가져올 수 있다.In addition, high viscosity materials are attached to the reactor wall and are not removed, so stacking often occurs, which can reduce the heat transfer performance inside and outside the reactor, resulting in reduced polyethylene production and increased cost.
따라서 보다 빠르고 균일한 혼합 성능과 뛰어난 열전달을 제공할 수 있는 혼합 장치가 요구된다.
Therefore, there is a need for a mixing device that can provide faster and more uniform mixing performance and superior heat transfer.
따라서, 본 발명의 목적은 향상된 혼합 성능을 갖는 혼합기를 제공하는 것이다.It is therefore an object of the present invention to provide a mixer with improved mixing performance.
상기의 목표를 달성하기 위하여, 본 발명에서는 혼합기 중심에 혼합기의 외벽과 일정 간격을 두고 위치되는 상하부가 개방된 드래프트 튜브, 상기 드래프트 튜브의 내측에 위치되는 내부 임펠러(Impeller), 및 상기 드래프트 튜브 및 상기 내부 임펠러 각각을 회전 시키기 위한 회전축을 포함하며, 상기 드래프트 튜브와 상기 내부 임펠러는 서로 반대 방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는 혼합 장치를 제공한다.In order to achieve the above object, in the present invention, the upper and lower portions of the draft tube which is located at a predetermined distance from the outer wall of the mixer at the center of the mixer, an internal impeller (inmpeller) located inside the draft tube, and the draft tube and It includes a rotating shaft for rotating each of the inner impeller, the draft tube and the inner impeller provides a mixing device, characterized in that rotating in opposite directions to each other.
본 발명의 일구체예에서는, 상기 혼합 장치는 상기 드래프트 튜브의 외부면에 임펠러가 형성된 것을 특징으로 한다.In one embodiment of the invention, the mixing device is characterized in that the impeller is formed on the outer surface of the draft tube.
본 발명의 일구체예에서는, 상기 혼합 장치는 상기 드래프트 튜브 및 상기 내부 임펠러의 회전을 위한 하나 이상의 모터를 구비하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment of the invention, the mixing device is characterized in that it comprises at least one motor for the rotation of the draft tube and the internal impeller.
본 발명의 일구체예에서는, 상기 내부 임펠러는 피치 블레이드(Pitched Blade) 및 나사(Screw) 형태인 것을 특징으로 한다.In one embodiment of the invention, the internal impeller is characterized in that the pitched blade (Pitched Blade) and screw (Screw) form.
본 발명의 일구체예에서는, 상기 외부면에 형성된 임펠러는 피치 나사(Screw) 또는 헬리컬(Helical) 형태인 것을 특징으로 한다.In one embodiment of the present invention, the impeller formed on the outer surface is characterized in that the pitch screw (Screw) or helical (Helical) form.
본 발명의 일구체예에서는, 상기 회전축은 상기 내부 임펠러에 연결되는 내측 회전축, 및 상기 드래프트 튜브와 연결되는 외측 회전축을 포함하며, 상기 내측 회전축 및 외축 회전축은 회전 중심이 일치되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
In one embodiment of the present invention, the rotating shaft includes an inner rotating shaft connected to the inner impeller, and an outer rotating shaft connected to the draft tube, wherein the inner rotating shaft and the outer shaft rotating shaft are formed to coincide with the center of rotation. do.
본 발명의 혼합기에 의하여 드래프트 튜브 내외부의 혼합 효율의 증대를 가져올 수 있고, 상기 드래프트 튜브의 내외의 두 임펠러들의 회전 속도를 각각 조절하는 것이 가능하여 작동 유연성을 높일 수 있다. 또한 이러한 작동 유연성에 의하여 다양한 고점도 혼합에 활용될 수 있다.The mixer of the present invention can increase the mixing efficiency inside and outside the draft tube, and it is possible to adjust the rotational speeds of the two impellers inside and outside the draft tube, thereby increasing the operating flexibility. This flexibility also allows for a variety of high viscosity mixes.
뿐만 아니라, 혼합 속도 및 열전달 효율 또한 통상적인 혼합 장치에서보다 뛰어나며 특히 반응기 외벽에 부착되는 고점도 물질을 제거할 수 있어 우수한 혼합 성능 및 열전달 효과를 가져 올 수 있다.In addition, the mixing speed and heat transfer efficiency are also superior to those of conventional mixing equipment, and in particular, it is possible to remove high viscosity materials adhering to the reactor outer wall, resulting in excellent mixing performance and heat transfer effect.
따라서, 반응기 내에서의 열 제어가 가능하므로 운용성의 증가, 에틸렌 등의 농도 상승에 다른 생산량 증대, 및 장비의 비용을 저감하는 효과가 있다.
Therefore, the heat control in the reactor is possible, so that there is an effect of increasing the operability, increasing the amount of production to increase the concentration of ethylene and the like, and reducing the cost of the equipment.
도 1은 통상적인 혼합 장치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 통상적인 혼합 장치의 임펠러를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 혼합 장치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 혼합 장치에 의하여 촉매 및 피드가 혼합되는 개략적인 형태를 나타낸 것이다.1 schematically shows a conventional mixing device.
2 schematically shows an impeller of a conventional mixing device.
3 schematically shows a mixing device according to the invention.
Figure 4 shows a schematic form of the catalyst and the feed is mixed by the mixing device according to the present invention.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. The objects, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description and the preferred embodiments associated with the accompanying drawings. In adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same components as much as possible, even if displayed on the other drawings.
그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
In describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related known technology may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
이하에서, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 명확히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described more clearly with reference to the drawings.
본 발명의 혼합 장치를 개략적으로 도시한 것이 도 3에 나타나 있다. A schematic illustration of the mixing device of the present invention is shown in FIG. 3.
도 3에서 알 수 있듯이, 본 발명의 혼합 장치는, 혼합기 중심에 혼합기의 외벽과 일정 간격을 두고 상하부가 개방된 드래프트 튜브(31)가 위치된다. 상기 드래프트 튜브(31)는 내부와 외부의 이중 구조로 되어 있으며, 유체의 방향을 조절하는 장치를 일컫는다. 이러한 드래프트 튜브의 사용으로 저속 회전 운전에서도 혼합에 있어서 데드존(Dead Zone)을 줄일 수 있고 열전달을 용이하게 한다.As can be seen in Figure 3, in the mixing apparatus of the present invention, the
특히 혼합이 연속 공정으로 수행되는 경우, 짧은 순환(Short Circuiting)의 문제가 발생할 수 있으나, 드래프트 튜브를 사용하는 경우에는 도입부에서부터 배출부까지 입자의 진행 경로를 확장하여 도입되는 유체를 오랫동안 드래프트 튜브 내에 머물게 하여 우수한 혼합을 달성할 수 있다.In particular, when mixing is performed in a continuous process, short circuiting may occur, but in the case of using a draft tube, the fluid introduced by extending the particle path from the inlet to the outlet is introduced into the draft tube for a long time. Excellent mixing can be achieved.
또한, 본 발명의 혼합 장치는 상기 드래프트 튜브 내측에 위치되는 내부 임펠러(33)를 포함한다. 상기 내부 임펠러의 모양은 특별히 한정되지 않으나, 나사 형태, 피치 블레이드(Pitched Blade) 형태의 임펠러인 것이 바람직하다. 상기 내부 임펠러(33)는 상기 드래프트 튜브(31) 내에서 유체를 보다 잘 혼합시키는 기능을 한다.The mixing device of the present invention also includes an
상기 나사 형태의 내부 임펠러 하부에는 피치 블레이드(Pitched Blade) 형태의 임펠러(39)가 추가적으로 위치될 수 있다. An
상기 드래프트 튜브(31) 및 상기 내부 임펠러(33)를 회전시키기 위한 회전축(36)이 각각 상기 드래프트 튜브(31) 및 상기 내부 임펠러(33)에 결합되어 반응기의 중심에 위치한다.
상기 회전축(36)은 상기 내부 임펠러(33)를 회전시키는 내측 회전축과 상기 드래프트 튜브를 회전시키는 외축 회전축을 포함한다.The rotating
상기와 같이 별도의 회전축에 상기 내부 임펠러(33) 및 상기 드래프트 튜브(31)가 각각 결합되며, 각각이 별도의 속도 및 방향을 가지고 회전하는 것이 가능하다. 교반기 내의 혼합 효율 및 혼합 정도에 따라 생산 제품인 폴리머의 품질이 달라질 수 있기 때문에, 상기의 임펠러들의 동일 속도 또는 다른 속도 조절을 통해 폴리머 품질을 조절할 수 있다. 이러한 작동 유연성에 의하여 다양한 고점도 혼합에 활용될 수 있다.As described above, the
그러나, 본 발명에서 상기 드래프트 튜브와 내부 임펠러를 다른 방향으로 회전 가능하도록 하는 수단은 상기 이중 모터 및 회전축과 같은 특정 수단에 제한되지 않는다. However, in the present invention, the means for allowing the draft tube and the internal impeller to be rotatable in different directions is not limited to the specific means such as the dual motor and the rotating shaft.
상기와 같이 상기 내부 임펠러(33) 및 상기 드래프트 튜브(31)의 별도의 회전을 위하여 상기 회전축(36)은 각각의 회전을 제어하는 하나 이상의 모터와 연결된다. 일구체예에서, 모터가 2 개 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 회전축은 상기 내부 임펠러에 연결되는 내측 회전축, 및 상기 드래프트 튜브와 연결되는 외측 회전축을 포함하며, 상기 내측 회전축 및 외축 회전축은 회전 중심이 일치되도록 형성될 수 있다. As described above, the
하나의 모터(38)는 상기 내부 임펠러(33)에 회전을 가하기 위하여 내측 회전축과 연결되며, 다른 하나의 모터(37)는 상기 드래프트 튜브(31)에 회전을 가하기 위하여 외측 회전축과 연결된다.One
또한, 상기 혼합장치는 상기 드래프트 튜브의 외부면에 외부 임펠러(35)가 더 형성될 수 있다. 상기 외부 임펠러는 형태에 제한되지 않으나, 나사 또는 헬리컬 형태의 임펠러인 것이 바람직하다.In addition, the mixing device may be further formed with an
폴리머 중합 반응은 반응기 하단의 도입부에서 70 내지 80%의 반응이 이루어지므로, 촉매와 피드의 빠르고 효율적인 혼합이 매우 중요하다. 본 발명에 따른 혼합 장치에서는 내부 임펠러 및 드래프트 튜브가 서로 반대 방향으로 회전함에 따라 피드와 촉매의 혼합이 보다 빠르고 효율적으로 발생한다.In the polymer polymerization reaction, 70-80% of the reaction takes place at the inlet of the bottom of the reactor, so fast and efficient mixing of the catalyst and feed is very important. In the mixing device according to the invention, the mixing of the feed and the catalyst occurs faster and more efficiently as the internal impeller and the draft tube rotate in opposite directions.
즉, 드래프트 튜브 내/외의 혼합이 증가되고, 드래프트 튜브 내/외부의 임펠러들의 각각의 회전속도를 조절이 가능하여 공정 유연성을 높일 수 있으며, 다양한 고점도 혼합에 활용될 수 있는 장점이 있다.That is, the mixing inside and outside the draft tube is increased, and the rotational speed of each of the impellers inside and outside the draft tube can be adjusted to increase process flexibility, and can be utilized for various high viscosity mixing.
또한, 통상적인 반응기와 비교하여 빠른 혼합 및 우수한 열전달 효율을 가지며, 특히 반응기 외벽에 부착되는 고점도 물질의 제거가 가능함에 따라 우수한 혼합 및 열전달을 가져올 수 있다.In addition, it has faster mixing and better heat transfer efficiency compared to conventional reactors, and in particular, it is possible to remove high viscosity materials adhering to the outer wall of the reactor, resulting in excellent mixing and heat transfer.
도 4에서는 본 발명에 따른 혼합 장치에 의하여 촉매 및 피드가 혼합되는 개략적인 형태를 도시한다.4 shows a schematic form in which a catalyst and a feed are mixed by a mixing device according to the invention.
촉매 도입부(45) 및 피드 도입부(46)를 통하여 도입된 촉매 및 피드는 본 발명에 따른 드래프트 튜브(41), 외부 임펠러(45) 및 내부 임펠러(43)을 통하여 교반되어 혼합된다.
The catalyst and feed introduced through the
한편 본 발명은 기재된 설명에 의하여 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들 역시 본 발명의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다.On the other hand, the present invention is not limited to the described description, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, such modifications or variations should also be seen as belonging to the claims of the present invention.
31, 41: 드래프트 튜브 33, 43: 내부 임펠러
35, 45: 외부 임펠러 36: 회전축
37, 38: 모터 39: 임펠러
45: 촉매 도입부 46: 피드 도입부31, 41:
35, 45: external impeller 36: rotating shaft
37, 38: motor 39: impeller
45
Claims (6)
상기 드래프트 튜브의 내측에 위치되는 내부 임펠러(Impeller); 및
상기 드래프트 튜브 및 상기 내부 임펠러 각각을 회전 시키기 위한 회전축;
을 포함하며, 상기 드래프트 튜브와 상기 내부 임펠러는 서로 반대 방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는 혼합 장치. A draft tube positioned at a predetermined distance from the outer wall of the mixer at a center of the mixer and having an upper and lower portion open;
An internal impeller positioned inside the draft tube; And
A rotating shaft for rotating each of the draft tube and the internal impeller;
Wherein the draft tube and the internal impeller rotate in opposite directions to each other.
The mixing apparatus of claim 1, wherein the rotating shaft includes an inner rotating shaft connected to the inner impeller, and an outer rotating shaft connected to the draft tube, wherein the inner rotating shaft and the outer shaft rotating shaft are formed to coincide with a rotation center. .
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Legal Events
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E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
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