KR20220088142A - Batch reactor - Google Patents

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KR20220088142A
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이혜원
류현철
한기도
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Abstract

본 발명의 목적은 기체상의 포스겐을 이용한 지방족 이소시아네이트의 반응시, 슬러리상의 아민염에 대한 포스겐의 분배 성능을 향상시키는 회분식 반응장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 회분식 반응장치는, 슬러리상의 아민염을 수용하는 반응기, 상기 반응기 내에 높이 방향으로 설치되는 회전축에 임펠러를 구비하여 회전하는 교반기, 및 상기 반응기 내의 아민염에 기체상의 원료를 공급하여 상기 교반기의 작동으로 원료를 아민염에 분배되게 하는 스파저를 포함하며, 상기 스파저는 상기 교반기의 축 방향 및 상기 반응기의 원주 방향 중 한 방향을 따라 복수로 구비되어 기체상의 원료를 공급한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a batch-type reaction apparatus that improves the distribution performance of phosgene to an amine salt in a slurry during the reaction of an aliphatic isocyanate using gaseous phosgene. A batch reaction apparatus according to an embodiment of the present invention includes a reactor for accommodating a slurry-like amine salt, a stirrer rotating with an impeller on a rotating shaft installed in a height direction in the reactor, and a gaseous raw material for the amine salt in the reactor and a sparger for distributing the raw material to the amine salt by the operation of the stirrer by supplying the sparger, wherein the sparger is provided in plurality along one of the axial direction of the stirrer and the circumferential direction of the reactor to supply gaseous raw materials do.

Description

회분식 반응장치 {BATCH REACTOR}Batch Reactor {BATCH REACTOR}

본 발명은 회분식 반응장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 슬러리상의 아민염에 기체상의 원료인 포스겐을 주입하여 교반기로 혼합하여 지방족 이소시아네이트를 생성하는 회분식 반응장치에 관한 것이다.The present invention relates to a batch-type reactor, and more particularly, to a batch-type reactor for producing aliphatic isocyanate by injecting phosgene, a gaseous raw material, into a slurry-like amine salt and mixing it with a stirrer.

자일릴렌디이소시아네이트(Xylylene Diisocyanate)의 제조 공정의 총 2단계 중 두 번째 포스겐(phosgene)화 반응을 위하여, 1단계 조염 반응에서 생성된 슬러리상의 아민염에 기체상의 포스겐을 주입하고 임펠러(Impeller)로 교반하여 지방족 이소시아네이트를 생성하는 회분식 반응장치(Batch Reactor)가 사용될 수 있다.For the second phosgene reaction of the total two steps of the xylylene diisocyanate manufacturing process, gaseous phosgene is injected into the slurry-like amine salt generated in the first step salt formation reaction, and an impeller is used. A batch reactor that produces aliphatic isocyanate by stirring may be used.

이때, 반응기에 주입되는 포스겐을 슬러리 상태의 아민염에 효과적으로 분배하여 일정 시간 내에 기체 포집률(gas holdup)을 확보해야 한다.At this time, it is necessary to effectively distribute the phosgene injected into the reactor to the amine salt in a slurry state to secure a gas holdup within a certain time.

본 발명의 목적은 기체상의 포스겐을 이용한 지방족 이소시아네이트의 반응시, 포스겐화 반응성을 향상시키는 회분식 반응장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 목적은 기체상의 포스겐을 이용한 지방족 이소시아네이트의 반응시, 슬러리상의 아민염에 대한 포스겐의 분배 성능을 향상시키는 회분식 반응장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a batch-type reactor for improving phosgenation reactivity during the reaction of aliphatic isocyanate using gaseous phosgene. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a batch-type reaction apparatus that improves the distribution performance of phosgene to an amine salt in a slurry during the reaction of an aliphatic isocyanate using gaseous phosgene.

본 발명의 일 실시예에 따른 회분식 반응장치는, 슬러리 상의 아민염을 수용하는 반응기, 상기 반응기 내에 높이 방향으로 설치되는 회전축에 임펠러를 구비하여 회전하는 교반기, 및 상기 반응기 내의 아민염에 기체상의 원료를 공급하여 상기 교반기의 작동으로 원료를 아민염에 분배되게 하는 스파저를 포함하며, 상기 스파저는 상기 교반기의 축 방향 및 상기 반응기의 원주 방향 중 한 방향을 따라 복수로 구비되어 기체상의 원료를 공급한다.A batch reaction apparatus according to an embodiment of the present invention includes a reactor for accommodating a slurry-phase amine salt, a stirrer rotating with an impeller on a rotating shaft installed in a height direction in the reactor, and a gaseous raw material for the amine salt in the reactor and a sparger for distributing the raw material to the amine salt by the operation of the stirrer by supplying the sparger, wherein the sparger is provided in plurality along one of the axial direction of the stirrer and the circumferential direction of the reactor to supply gaseous raw materials do.

상기 스파저는 상기 교반기의 축 방향을 따라 설정된 간격으로 상기 반응기의 측벽부에 설치될 수 있다.The sparger may be installed on the side wall of the reactor at set intervals along the axial direction of the agitator.

상기 스파저는 그 길이 방향이 상기 교반기의 축 방향에 교차하는 방향으로 상기 반응기에 설치되는 파이프, 및 상기 파이프의 단부에 구비되어 상기 임펠러를 향하여 기체상의 원료를 기포 상태로 공급하는 기포 형성부를 포함할 수 있다.The sparger includes a pipe installed in the reactor in a direction whose longitudinal direction intersects the axial direction of the stirrer, and a bubble forming part provided at the end of the pipe to supply gaseous raw materials in a bubble state toward the impeller. can

상기 스파저는 상기 회전축 내에 관통 형성되는 유도로, 및 상기 회전축을 관통하여 상기 유도로에 연결되어 기체상의 원료를 기포 상태로 공급하는 기포 형성부를 포함할 수 있다.The sparger may include an induction path penetratingly formed in the rotation shaft, and a bubble forming unit connected to the induction path through the rotation shaft to supply gaseous raw materials in a bubble state.

상기 임펠러는 상기 회전축에 복수의 단으로 구비되고, 상기 기포 형성부는 상기 임펠러 각각의 하측에 구비될 수 있다.The impeller may be provided in a plurality of stages on the rotation shaft, and the bubble forming unit may be provided under each of the impellers.

상기 스파저는 상기 반응기의 하단에서 상기 반응기의 원주 방향을 따라 설정된 간격으로 상기 반응기의 측벽부에 설치될 수 있다.The sparger may be installed on the side wall of the reactor at set intervals along the circumferential direction of the reactor from the lower end of the reactor.

상기 스파저는 그 길이 방향이 상기 반응기의 직경 방향으로 상기 반응기에 설치되는 파이프, 및 상기 파이프의 단부에 구비되어 상기 임펠러의 하방을 향하여 기체상의 원료를 기포 상태로 공급하는 기포 형성부를 포함할 수 있다.The sparger may include a pipe whose longitudinal direction is installed in the reactor in the radial direction of the reactor, and a bubble forming part provided at the end of the pipe to supply gaseous raw materials in a bubble state toward the lower side of the impeller. .

본 발명의 일 실시예에 따른 회분식 반응장치는, 상기 원료인 포스겐(phosgene)을 공급하여 자일릴렌디이소시아네이트를 제조할 수 있다.The batch reaction apparatus according to an embodiment of the present invention may supply phosgene as the raw material to prepare xylylene diisocyanate.

상기 스파저는 그 길이 방향이 상기 교반기의 축 방향에 교차하는 방향으로 상기 반응기에 설치되어 상기 임펠러를 향하여 기체상의 원료를 기포 상태로 공급하는 소결 다공형으로 이루어질 수 있다.The sparger may be installed in the reactor in a direction in which its longitudinal direction intersects the axial direction of the stirrer, and may be of a sintered porous type for supplying gaseous raw materials in a bubble state toward the impeller.

이와 같이, 일 실시예의 회분식 반응장치는 스파저를 교반기의 축 방향 또는 반응기의 원주 방향을 따라 복수로 구비되어 기체상의 원료를 공급하므로 슬러리상의 아민염에 대한 원료의 분배 성능, 즉 기체 포집률(gas holdup)을 향상시킬 수 있다.As such, the batch reactor of one embodiment is provided with a plurality of spargers along the axial direction of the stirrer or the circumferential direction of the reactor to supply gaseous raw materials, so that the distribution performance of the raw materials for the amine salt in the slurry, that is, the gas collection rate ( gas holdup) can be improved.

일 실시예의 회분식 반응장치는 교반기의 축 방향 또는 반응기의 원주 방향을 따라 복수로 구비되고 기체상의 포스겐을 임펠러 측으로 공급하므로 슬러리상의 아민염에 포스겐의 분배 성능, 즉 기체 포집률(gas holdup)을 향상시킬 수 있다. 따라서 포스겐을 이용한 지방족 이소시아네이트의 반응성이 향상될 수 있다.The batch reaction device of one embodiment is provided in plurality along the axial direction of the stirrer or the circumferential direction of the reactor and supplies gaseous phosgene to the impeller side, so the distribution performance of phosgene in the slurry-phase amine salt, that is, gas holdup. can do it Therefore, the reactivity of the aliphatic isocyanate using phosgene can be improved.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 회분식 반응장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 회분식 반응장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 회분식 반응장치의 단면도이다.
도 4는 비교예 1에 따른 회분식 반응장치의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 회분식 반응장치의 단면도이다.
1 is a cross-sectional view of a batch-type reactor according to a first embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of a batch-type reactor according to a second embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view of a batch-type reactor according to a third embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view of a batch-type reactor according to Comparative Example 1.
5 is a cross-sectional view of a batch-type reactor according to a fourth embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. However, the present invention may be embodied in several different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are given to the same or similar components throughout the specification.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 회분식 반응장치의 단면도이다. 도 1을 참조하면, 제1실시예의 회분식 반응장치(100)는 1단계 조염 반응에서 생성된 슬러리상의 아민염(101)을 수용하는 반응기(10), 교반기(20) 및 반응기(10) 내에 기체상의 원료(102)를 공급하는 스파저(sparger)(30)를 포함한다.1 is a cross-sectional view of a batch-type reactor according to a first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1 , the batch reactor 100 of the first embodiment includes a reactor 10 accommodating the amine salt 101 in a slurry form generated in the first-step salt formation reaction, a stirrer 20 and a gas in the reactor 10 . It includes a sparger (30) for supplying the raw material (102) of the phase.

일례로써, 반응기(10)는 원통형의 측벽부(11)와 측벽부(11)의 하측과 상측을 각각 형성하여 반응공간을 형성하는 바닥부(12)와 덮개부(13)를 포함한다. 바닥부(12)와 덮개부(13)는 하측과 상측으로 볼록한 곡면으로 형성되어, 슬러리상의 아민염(101)과 기체상의 원료(102)가 유동되어 효과적으로 혼합될 수 있게 한다.As an example, the reactor 10 includes a cylindrical side wall portion 11 and a bottom portion 12 and a cover portion 13 that form a reaction space by forming the lower and upper sides of the side wall portion 11, respectively. The bottom part 12 and the cover part 13 are formed with convex curved surfaces on the lower side and the upper side, so that the amine salt 101 in the slurry form and the raw material 102 in the gaseous form can flow and be effectively mixed.

교반기(20)는 반응기(10)에 높이 방향으로 설치되는 회전축(21)과, 회전축(21)에 구비되어, 아민염(101)과 원료(102)를 교반하는 임펠러(22)를 포함한다. 회전축(21)은 반응기(10)의 덮개부(13)에 회전 가능하게 설치되어 하단으로 바닥부(12)를 향하고, 외부에 구비되는 구동모터(미도시)로 구동될 수 있다.The stirrer 20 includes a rotating shaft 21 installed in the height direction of the reactor 10 and an impeller 22 provided on the rotating shaft 21 to stir the amine salt 101 and the raw material 102 . The rotating shaft 21 may be rotatably installed on the cover part 13 of the reactor 10 to face the bottom part 12 at the lower end, and may be driven by a driving motor (not shown) provided outside.

일례로써, 임펠러(22)는 레이디얼(radial) 타입 임펠러(221)와 액시얼(axial) 타입 임펠러(222)를 포함한다. 레이디얼 타입 임펠러(221)는 회전축(21)에 수직하는 횡 방향으로 유동을 생성하여 아민염(101) 내에서 공급되는 기체상의 원료(102)를 파쇄 및 분산시킨다. 액시얼 타입 임펠러(222)는 회전축(21)과 같은 축 방향으로 유동을 생성하여 아민염(101) 내에서 공급되는 기체상의 원료(102)를 분쇄 및 분산시킨다.As an example, the impeller 22 includes a radial type impeller 221 and an axial type impeller 222 . The radial type impeller 221 creates a flow in the transverse direction perpendicular to the rotation shaft 21 to crush and disperse the gaseous raw material 102 supplied in the amine salt 101 . The axial type impeller 222 generates a flow in the same axial direction as the rotation shaft 21 to pulverize and disperse the gaseous raw material 102 supplied in the amine salt 101 .

제1실시예에서, 레이디얼 타입 임펠러(221)는 회전축(21)의 하단에 하나의 단으로 구비되고, 액시얼 타입 임펠러(222)는 레이디얼 타입 임펠러(221)의 상측에서 회전축(21)에 하나의 단으로 구비된다. 더 도시하지 않았으나 액시얼 타입 임펠러(222)는 회전축(21) 및 반응기(10)의 높이에 따라 더 많은 단 수로 설치될 수도 있다.In the first embodiment, the radial type impeller 221 is provided in one stage at the lower end of the rotating shaft 21 , and the axial type impeller 222 is the rotating shaft 21 from the upper side of the radial type impeller 221 . is provided in one stage. Although not shown, the axial type impeller 222 may be installed in more stages depending on the height of the rotation shaft 21 and the reactor 10 .

스파저(30)는 교반기(20)의 축 방향 및 반응기(10)의 원주 방향 중 한 방향을 따라 복수로 구비되어 기체상의 원료(102)를 공급하도록 형성 및 설치된다. 제1실시예에 따르면, 복수로 구비되는 스파저(30)는 교반기(20)의 축 방향을 따라 설정된 간격(D)으로 반응기(10)의 측벽부(11)에 설치된다.The sparger 30 is provided in plurality along one of the axial direction of the agitator 20 and the circumferential direction of the reactor 10, and is formed and installed to supply the gaseous raw material 102. According to the first embodiment, a plurality of spargers 30 are installed on the sidewall 11 of the reactor 10 at intervals D set along the axial direction of the agitator 20 .

스파저(30)는 파이프(31)와 기포 형성부(32)를 포함한다. 파이프(31)는 그 길이 방향이 교반기(20)의 축 방향에 교차하는 방향으로 반응기(10)의 측벽부(11)에 설치된다. 일례로써, 파이프(31)는 측벽부(11)에 설정된 각도(θ)로 설치된다.The sparger 30 includes a pipe 31 and a bubble forming part 32 . The pipe 31 is installed in the side wall portion 11 of the reactor 10 in a direction whose longitudinal direction intersects the axial direction of the agitator 20 . As an example, the pipe 31 is installed at an angle θ set on the side wall portion 11 .

기포 형성부(32)는 파이프(31)의 단부에 복수의 분사구들로 구비되어 임펠러(22)를 향하여 기체상의 원료(102)를 기포 상태로 공급한다. 이러한 스파저(30)는 축 방향을 따라 반응기(10)에 복수로 구비되어, 축 방향에서 기체상의 원료(102)를 균일하게 분배할 수 있게 한다.The bubble forming unit 32 is provided with a plurality of injection holes at the end of the pipe 31 to supply the gaseous raw material 102 in a bubble state toward the impeller 22 . A plurality of these spargers 30 are provided in the reactor 10 along the axial direction to uniformly distribute the gaseous raw material 102 in the axial direction.

임펠러(22)가 복수로 구비될 때, 스파저(30)는 임펠러(22)에 대응하여 설치될 수 있다. 따라서 각 임펠러(22)는 각 스파저(30)에서 공급되는 기체상의 원료(102)를 간격(D) 내에서도 균일하게 분배하여, 반응기(10)의 축 방향 전체에 대하여 기체상의 원료(102)를 더욱 균일하게 분배할 수 있다.When the impeller 22 is provided in plurality, the sparger 30 may be installed to correspond to the impeller 22 . Therefore, each impeller 22 uniformly distributes the gaseous raw material 102 supplied from each sparger 30 even within the interval D, and distributes the gaseous raw material 102 with respect to the entire axial direction of the reactor 10 . It can be distributed more evenly.

한편, 레이디얼 타입 임펠러(221)는 스파저(30)의 기포 형성부(32)에서 공급되는 기체상의 원료(102)의 주위에서 회전 구동되어, 아민염(101)을 횡 방향으로 유동시킨다. 따라서 스파저(30)의 기포 형성부(32)로 공급되는 기체상의 원료(102)는 아민염(101)의 횡 방향 유동에 의하여 횡 방향으로 유동하면서 아민염(101)에 혼합된다.On the other hand, the radial type impeller 221 is rotationally driven around the gaseous raw material 102 supplied from the bubble forming part 32 of the sparger 30, and the amine salt 101 flows in the transverse direction. Therefore, the gaseous raw material 102 supplied to the bubble forming unit 32 of the sparger 30 is mixed with the amine salt 101 while flowing in the transverse direction by the transverse flow of the amine salt 101 .

액시얼 타입 임펠러(222)는 레이디얼 타입 임펠러(221)의 상방에서 구동되어 아민염(101)을 축 방향으로 유동시킨다. 따라서 부분적으로 혼합된 기체상의 원료(102)와 기체상의 원료(102)는 아민염(101)의 축 방향 유동에 의하여 축 방향으로 유동하면서 아민염(101)에 더욱 혼합된다.The axial type impeller 222 is driven above the radial type impeller 221 to flow the amine salt 101 in the axial direction. Accordingly, the partially mixed gaseous raw material 102 and the gaseous raw material 102 are further mixed with the amine salt 101 while flowing in the axial direction due to the axial flow of the amine salt 101 .

이와 같이, 축 방향으로 배치되는 복수의 스파저(30)는 아민염(101)에 기체상의 원료(102)를 균일하게 분배 공급하므로 일정 시간 내에 기체 포집률(Gas holdup)을 상승시킨다. 결론적으로, 아민염(101)에 원료(102)인 포스겐을 공급하여 진행되는 포스겐화 반응에서 슬러리 상태의 아민염(101)에 대한 포스겐의 분배 성능을 향상시킬 수 있다. 따라서 반응기(10) 내에서의 반응 속도가 상승될 수 있다.As described above, the plurality of spargers 30 arranged in the axial direction uniformly distribute and supply the gaseous raw material 102 to the amine salt 101 to increase the gas holdup within a predetermined time. In conclusion, it is possible to improve the distribution performance of phosgene to the amine salt 101 in the slurry state in the phosgenation reaction proceeds by supplying the raw material 102 phosgene to the amine salt 101 . Accordingly, the reaction rate in the reactor 10 may be increased.

한편, 반응기(10)는 회전축(21)과 나란하게 배치되어 측벽부(11)의 내면, 즉 내측면에 설치되는 배플(40)을 더 포함한다. 예를 들면, 배플(40)은 설정된 폭과 높이를 가지는 판형으로 형성될 수도 있고, 설정된 직경과 길이를 가지는 봉형으로 형성될 수도 있다.Meanwhile, the reactor 10 further includes a baffle 40 disposed parallel to the rotation shaft 21 and installed on the inner surface of the side wall portion 11 , that is, the inner surface. For example, the baffle 40 may be formed in a plate shape having a set width and height, or may be formed in a rod shape having a set diameter and length.

배플(40)은 임펠러(22) 구동시, 유동하는 아민염(101)에 와류를 발생시켜 아민염(101)과 원료(102)를 반응기(10)의 높이 방향 전체 영역에서 보다 균일한 혼합을 가능케 한다.The baffle 40 generates a vortex in the flowing amine salt 101 when the impeller 22 is driven to mix the amine salt 101 and the raw material 102 more uniformly in the entire height direction of the reactor 10. make it possible

배플(40)은 반응기(10)의 내부에 원주 방향을 따라 복수로 구비되어, 원주 방향에서 와류를 반복적으로 형성하여 아민염(101)과 원료(102)를 원주 방향 전체 영역에서 보다 균일한 혼합을 가능케 한다.The baffle 40 is provided in plurality in the circumferential direction inside the reactor 10 to repeatedly form a vortex in the circumferential direction to mix the amine salt 101 and the raw material 102 more uniformly in the entire circumferential direction. makes it possible

또한, 배플(40)은 레이디얼 타입 임펠러(221)와 액시얼 타입 임펠러(222)의 회전 구동으로 인하여 발생되는 와류 영역에 구비되어 아민염(101)과 원료(102)의 혼합에 직접적으로 작용할 수 있다.In addition, the baffle 40 is provided in the vortex region generated by the rotational driving of the radial type impeller 221 and the axial type impeller 222 to directly act on the mixing of the amine salt 101 and the raw material 102 . can

스파저(30)에 더하여, 레이디얼 타입 임펠러(221)와 액시얼 타입 임펠러(222) 및 배플(40)의 사용은 아민염(101)에 기체상의 원료(102)를 분사하여 혼합할 때, 기체 포집률(Gas holdup)을 더욱 상승시킬 수 있다. 따라서 반응기(10) 내에서의 반응 속도가 더 상승될 수 있다.In addition to the sparger 30, the use of the radial type impeller 221 and the axial type impeller 222 and the baffle 40 is when mixing by spraying the gaseous raw material 102 to the amine salt 101, Gas holdup can be further increased. Accordingly, the reaction rate in the reactor 10 may be further increased.

본 발명의 제1실시예에 따른 회분식 반응장치(100)는, 기체상과 슬러리상 간의 반응에 사용되며, 기체상의 원료(102)인 포스겐을 아민염(101)에 공급하여 자일릴렌디이소시아네이트를 제조하는 공정에 사용될 수 있다.The batch reaction apparatus 100 according to the first embodiment of the present invention is used for a reaction between a gas phase and a slurry phase, and supplies phosgene, which is a gaseous raw material 102 , to an amine salt 101 to produce xylylene diisocyanate. It can be used in the manufacturing process.

이하에서 본 발명의 다른 실시예 및 비교예에 대하여 설명한다. 제1실시예와 동일한 구성에 대한 설명을 생략하고, 서로 다른 구성에 대한 설명을 기재한다.Hereinafter, other examples and comparative examples of the present invention will be described. A description of the same configuration as that of the first embodiment will be omitted, and descriptions of different configurations will be described.

도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 회분식 반응장치의 단면도이다. 도 2를 참조하면, 제2실시예의 회분식 반응장치(200)에서, 복수로 구비되는 스파저(230)는 유도로(34)와 기포 형성부(35)를 포함한다.2 is a cross-sectional view of a batch-type reactor according to a second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2 , in the batch reactor 200 of the second embodiment, a plurality of spargers 230 include an induction furnace 34 and a bubble forming unit 35 .

유도로(34)는 교반기(20)의 회전축(21) 내에 관통 형성되어 기체상 원료(102)를 공급한다. 기포 형성부(35)는 회전축(21)을 관통하여 유도로(34)에 연결되어 기체상의 원료(102)를 기포 상태로 아민염(101)에 공급한다.The induction furnace 34 is formed through the rotation shaft 21 of the agitator 20 to supply the gaseous raw material 102 . The bubble forming unit 35 passes through the rotation shaft 21 and is connected to the induction furnace 34 to supply the gaseous raw material 102 to the amine salt 101 in a bubble state.

임펠러(22)는 회전축(21)에 설정된 간격(D2)을 유지하여 복수의 단으로 구비되며, 하측에서부터 순차적으로 구비되는 레이디얼 타입 임펠러(221)와 액시얼 타입 임펠러(222)를 포함한다. 이 경우, 기포 형성부(35)는 임펠러(22) 및 간격(D2)에 대응하도록 복수로 형성될 수 있다.The impeller 22 is provided in a plurality of stages by maintaining the interval D2 set on the rotation shaft 21, and includes a radial type impeller 221 and an axial type impeller 222 which are sequentially provided from the lower side. In this case, the bubble forming portion 35 may be formed in plurality to correspond to the impeller 22 and the gap (D2).

즉 제1기포 형성부(351)는 레이디얼 타입 임펠러(221)의 하측에 구비되어 기체상 연료(102)를 공급하고, 제2기포 형성부(352)는 그 다음 액시얼 타입 임펠러(222)의 하측에 구비되어 기체상 연료(102)를 공급한다.That is, the first bubble forming unit 351 is provided below the radial type impeller 221 to supply gaseous fuel 102 , and the second bubble forming unit 352 is then the axial type impeller 222 . It is provided on the lower side of the gaseous fuel 102 is supplied.

기포 형성부(35)는 회전축(21)에 복수의 분사구들로 구비되어 임펠러(22)의 하측을 향하여 기체상의 원료(102)를 기포 상태로 공급한다. 이러한 스파저(230)에서 제1, 제2기포 형성부(351, 352)는 축 방향을 따라 반응기(10)에 복수로 구비되어, 축 방향에서 기체상의 원료(102)를 균일하게 분배할 수 있게 한다.The bubble forming unit 35 is provided with a plurality of injection holes on the rotating shaft 21 to supply the gaseous raw material 102 in a bubble state toward the lower side of the impeller 22 . In the sparger 230, the first and second bubble forming units 351 and 352 are provided in plurality in the reactor 10 along the axial direction, so that the gaseous raw material 102 can be uniformly distributed in the axial direction. let there be

이와 같이, 축 방향으로 배치되는 스파저(230)의 제1, 제2기포 형성부(351, 352)는 아민염(101)에 기체상의 원료(102)를 균일하게 분배 공급하므로 일정 시간 내에 기체 포집률(Gas holdup)을 상승시킨다. 결론적으로, 아민염(101)에 원료(102)인 포스겐을 공급하여 진행되는 포스겐화 반응에서 슬러리 상태의 아민염에 대한 포스겐의 분배 성능을 향상시킬 수 있다. 따라서 반응기(10) 내에서의 반응 속도가 상승될 수 있다.As described above, since the first and second bubble forming parts 351 and 352 of the sparger 230 arranged in the axial direction uniformly distribute and supply the gaseous raw material 102 to the amine salt 101, the gas within a predetermined time Increases gas holdup. In conclusion, it is possible to improve the distribution performance of phosgene to the amine salt in a slurry state in the phosgenation reaction proceeds by supplying phosgene as the raw material 102 to the amine salt 101 . Accordingly, the reaction rate in the reactor 10 may be increased.

도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 회분식 반응장치의 단면도이다. 도 3을 참조하면, 제3실시예의 회분식 반응장치(300)에서, 스파저(330)는 복수로 구비되어, 반응기(10)의 하단에서 반응기(10)의 원주 방향을 따라 설정된 간격으로 반응기(10)의 측벽부(11)에 설치된다.3 is a cross-sectional view of a batch-type reactor according to a third embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3 , in the batch reactor 300 of the third embodiment, a plurality of spargers 330 are provided at the lower end of the reactor 10 at set intervals along the circumferential direction of the reactor ( It is installed on the side wall part 11 of 10).

스파저(330)는 파이프(31)와 기포 형성부(32)를 포함한다. 파이프(31)는 그 길이 방향이 교반기(20)의 축 방향에 교차하는 방향으로 반응기(10)의 측벽부(11)에 설치된다.The sparger 330 includes a pipe 31 and a bubble forming portion 32 . The pipe 31 is installed in the side wall portion 11 of the reactor 10 in a direction whose longitudinal direction intersects the axial direction of the agitator 20 .

기포 형성부(32)는 파이프(31)의 단부에 복수의 분사구들로 구비되어 임펠러의 하방을 향하여 반응기(10)의 하단에 기체상의 원료를 기포 상태로 공급한다. 이러한 스파저(330)는 원주 방향을 따라 반응기(10)에 복수로 구비되어, 원주 방향에서 기체상의 원료를 균일하게 분배할 수 있게 한다.The bubble forming unit 32 is provided with a plurality of injection holes at the end of the pipe 31 to supply the gaseous raw material to the lower end of the reactor 10 in a bubble state toward the lower side of the impeller. A plurality of these spargers 330 are provided in the reactor 10 along the circumferential direction to uniformly distribute the gaseous raw material in the circumferential direction.

한편, 임펠러(22)는 스파저(330)의 기포 형성부(32)에서 공급되는 기체상 원료(102)의 상측에서 회전 구동되어, 아민염(101)을 유동시킨다. 따라서 스파저(330)의 기포 형성부(32)로 공급되는 기체상의 원료(102)는 아민염(101)의 유동에 의하여 유동하면서 아민염(101)에 혼합된다.On the other hand, the impeller 22 is rotationally driven from the upper side of the gaseous raw material 102 supplied from the bubble forming part 32 of the sparger 330 to flow the amine salt 101 . Therefore, the gaseous raw material 102 supplied to the bubble forming unit 32 of the sparger 330 is mixed with the amine salt 101 while flowing by the flow of the amine salt 101 .

이와 같이, 원주 방향으로 배치되는 복수의 스파저(330)는 아민염(101)에 기체상의 원료(102)를 원주 방향에서 균일하게 분배 공급하므로 일정 시간 내에 기체 포집률(Gas holdup)을 상승시킨다. 결론적으로, 아민염(101)에 원료(102)인 포스겐을 공급하여 진행되는 포스겐화 반응에서 슬러리 상태의 아민염에 대한 포스겐의 분배 성능을 향상시킬 수 있다. 따라서 반응기(10) 내에서의 반응 속도가 상승될 수 있다.As described above, since the plurality of spargers 330 arranged in the circumferential direction uniformly distribute and supply the gaseous raw material 102 to the amine salt 101 in the circumferential direction, the gas holdup is increased within a predetermined time. . In conclusion, it is possible to improve the distribution performance of phosgene to the amine salt in a slurry state in the phosgenation reaction proceeds by supplying phosgene as the raw material 102 to the amine salt 101 . Accordingly, the reaction rate in the reactor 10 may be increased.

도 4는 비교예 1에 따른 회분식 반응장치의 단면도이다. 도 4를 참조하면, 비교예 1의 회분식 반응기(400)에서, 스파저(430)는 분사구(431)를 가지는 링 타입으로 형성되고, 임펠러(22)의 하측에 배치되어 기체상 원료(102)를 아민염(101)으로 공급한다.4 is a cross-sectional view of a batch-type reactor according to Comparative Example 1. Referring to FIG. 4 , in the batch reactor 400 of Comparative Example 1, the sparger 430 is formed in a ring type having an injection hole 431 , and is disposed below the impeller 22 to gaseous raw material 102 . is supplied as an amine salt (101).

임펠러(22)는 스파저(430)에서 분사되는 기체상의 원료(102)의 상방에서 회전 구동되어, 아민염(101)을 유동시킨다. 따라서 스파저(430)의 분사구들(431)로 분사되는 기체상 원료(102)는 아민염(101)의 유동에 의하여 유동하면서 아민염(101)에 혼합된다. 제1, 제2, 제3실시예와 비교할 때, 비교예 1은 아민염(101)에 대하여 기체상 원료(102)의 분배 성능이 저하된다.The impeller 22 is rotationally driven above the gaseous raw material 102 injected from the sparger 430 to flow the amine salt 101 . Therefore, the gaseous raw material 102 injected into the injection holes 431 of the sparger 430 is mixed with the amine salt 101 while flowing by the flow of the amine salt 101 . Compared with the first, second, and third examples, in Comparative Example 1, the distribution performance of the gaseous raw material 102 with respect to the amine salt 101 is lowered.

도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 회분식 반응장치의 단면도이다. 도 5를 참조하면, 제4실시예의 회분식 반응장치(500)에서, 스파저(530)는 2개로 구비되어, 반응기(10)의 하단에서 반응기(10)의 측벽부(11)에 설치된다.5 is a cross-sectional view of a batch-type reactor according to a fourth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5 , in the batch reactor 500 of the fourth embodiment, two spargers 530 are provided, and are installed on the sidewall 11 of the reactor 10 at the lower end of the reactor 10 .

스파저(530)는 소결 다공형(sintered porous type)으로 이루어진다. 소결 다공형 스파저(530)는 반응기(10) 내에서 길이 전체 범위에 다공을 형성하여 원주 방향에서 기체상의 원료(102)를 균일하게 분배할 수 있게 한다.The sparger 530 is formed of a sintered porous type. The sintered porous sparger 530 forms pores in the entire length of the reactor 10 to uniformly distribute the gaseous raw material 102 in the circumferential direction.

본 발명의 교반기에서 임펠러는 하단에 레이디얼 타입 임펠러 또는 엑시얼 타입 임펠러를 설치하고, 그 위에 동일 또는 다른 타입의 임펠러를 하나 또는 2이상, 즉 복수로 구비할 수 있다. 또한 교반기에서 임펠러는 레이디얼 타입 임펠러와 엑시얼 타입 임펠러를 필요로 하는 n단까지 교호적으로 구비할 수도 있다. 이러한 경우에 상응하는 다양한 도면들을 생략한다.In the stirrer of the present invention, the impeller may be provided with one or two or more, that is, a plurality of radial-type impellers or axial-type impellers installed at the bottom, and the same or different types of impellers thereon. In addition, in the agitator, the impeller may be alternately provided up to n stages requiring a radial type impeller and an axial type impeller. Various drawings corresponding to this case are omitted.

표 1은 제1실시예, 제2실시예, 제3실시예, 제4실시예 및 비교예에 대한 기체 포집률을 나타낸다.Table 1 shows the gas collection rates for Examples 1, 2, 3, 4, and Comparative Examples.

제1실시예first embodiment 제2실시예second embodiment 제3실시예3rd embodiment 제4실시예4th embodiment 비교예comparative example 타입type 축 방향 이격 배치 파이프Axially Spaced Pipe 교반기 회전축 내의 유도로Induction furnace in the agitator shaft 원주 방향 이격 배치 파이프Circumferentially Spaced Pipe 소결 다공형Sintered porous type ring 개수Count 복수revenge 복수revenge 복수revenge 복수revenge -- 기체 포집률(%)Gas capture rate (%) >10>10 >15>15 >10>10 >15>15 >5>5 반응시간(hr)Reaction time (hr) 13.913.9 9.59.5 11.211.2 10.610.6 14.314.3

제1실시예first embodiment

도 1의 회분식 반응장치(100)에 아민염(101)를 담고, 스파저(30)로 기체상 원료(102)인 포스겐을 아민염(101)에 공급하여, 자일릴렌디이소시아네이트를 제조하였다. 제1실시예는 2단의 임펠러(32)를 사용하고, 파이프형 스파저(30)를 축 방향을 따라 2단으로 사용하였다. 교반기(20)는 50~500rpm으로 회전하였다.The amine salt 101 was placed in the batch reactor 100 of FIG. 1 , and phosgene, which is a gaseous raw material 102 , was supplied to the amine salt 101 by a sparger 30 to prepare xylylene diisocyanate. In the first embodiment, two-stage impellers 32 were used, and the pipe-type sparger 30 was used in two stages along the axial direction. The stirrer 20 was rotated at 50 to 500 rpm.

제2실시예second embodiment

도 2의 회분식 반응장치(200)에 아민염(101)를 담고, 스파저(230)로 기체상 원료(102)인 포스겐을 아민염(101)에 공급하여, 자일릴렌디이소시아네이트를 제조하였다. 제2실시예는 2단의 임펠러(22)를 사용하고, 회전축(21)에 형성되는 유도로(34)에 기포 형성부(35)를 2단으로 구비하였다. 교반기(20)는 50~500rpm으로 회전하였다.The amine salt 101 was placed in the batch reactor 200 of FIG. 2 , and phosgene as the gaseous raw material 102 was supplied to the amine salt 101 by a sparger 230 to prepare xylylene diisocyanate. In the second embodiment, the two-stage impeller 22 is used, and the bubble forming part 35 is provided in two stages in the induction path 34 formed on the rotating shaft 21 . The stirrer 20 was rotated at 50 to 500 rpm.

도 3의 회분식 반응장치(300)에 아민염(101)를 담고, 스파저(330)로 기체상 원료(102)인 포스겐을 아민염(101)에 공급하여, 자일릴렌디이소시아네이트를 제조하였다. 제3실시예는 2단의 임펠러(22)를 사용하고, 파이프형 스파저(330)를 원주 방향을 따라 2개로 사용하였다. 교반기(20)는 50~500rpm으로 회전하였다.The amine salt 101 was placed in the batch reactor 300 of FIG. 3 , and phosgene as the gaseous raw material 102 was supplied to the amine salt 101 by a sparger 330 to prepare xylylene diisocyanate. In the third embodiment, two-stage impellers 22 were used, and two pipe-type spargers 330 were used along the circumferential direction. The stirrer 20 was rotated at 50 to 500 rpm.

제4실시예4th embodiment

도 5의 회분식 반응장치(500)에 아민염(101)를 담고, 스파저(530)로 기체상 원료(102)인 포스겐을 아민염(101)에 공급하여, 자일릴렌디이소시아네이트를 제조하였다. 제4실시예는 2단의 임펠러(22)를 사용하고, 소결 다공형 스파저(530)를 원주 방향을 따라 2개로 사용하였다. 교반기(20)는 50~500rpm으로 회전하였다.The amine salt 101 was placed in the batch reactor 500 of FIG. 5 , and phosgene as the gaseous raw material 102 was supplied to the amine salt 101 by a sparger 530 to prepare xylylene diisocyanate. In the fourth embodiment, two-stage impellers 22 were used, and two sintered porous spargers 530 were used along the circumferential direction. The stirrer 20 was rotated at 50 to 500 rpm.

비교예 1Comparative Example 1

도 4의 회분식 반응장치(400)에 아민염(101)를 담고, 스파저(430)로 기체상 원료(102)인 포스겐을 아민염(101)에 공급하여, 자일릴렌디이소시아네이트를 제조하였다. 비교예 1은 2단의 임펠러(32)를 사용하고, 하나의 링형 스파저(430)를 임펠러(22)의 하측에 사용하였다. 교반기(20)는 50~500rpm으로 회전하였다.The amine salt 101 was placed in the batch reactor 400 of FIG. 4 , and phosgene as the gaseous raw material 102 was supplied to the amine salt 101 by a sparger 430 to prepare xylylene diisocyanate. Comparative Example 1 uses a two-stage impeller 32 , and a single ring-type sparger 430 is used below the impeller 22 . The stirrer 20 was rotated at 50 to 500 rpm.

실험예 1Experimental Example 1

제1실시예, 제2실시예, 제3실시예, 제4실시예 및 비교예 1의 기체 포집률을 측정하였다. 제1실시예는 반응시간 13.9hr 동안, 기체 포집률이 10%를 초과하고, 제2실시예는 반응시간 9.5hr 동안, 기체 포집률이 15%를 초과하며, 제3실시예는 반응시간 11.2hr 동안, 기체 포집률이 10%를 초과하고, 제4실시예는 반응시간 10.6hr 동안, 기체 포집률이 15%를 초과하는데 비하여, 비교예 1은 반응시간 14.3hr 동안, 기체 포집률이 5%를 초과하였다.The gas collection rates of Examples 1, 2, 3, 4 and Comparative Example 1 were measured. In Example 1, for a reaction time of 13.9 hr, the gas collection rate exceeds 10%, in Example 2, for a reaction time of 9.5 hr, the gas collection rate exceeds 15%, and in Example 3, the reaction time 11.2 For hr, the gas capture rate exceeded 10%, and Example 4 had a gas capture rate of more than 15% for a reaction time of 10.6 hr, whereas Comparative Example 1 had a gas capture rate of 5 for a reaction time of 14.3 hr. % was exceeded.

즉 제1, 제2, 제3, 제4실시예는 비교예 1에 비하여 반응시간의 짧음에도 불구하고 상승된 기체 포집률을 나타낸다. 따라서 제1, 제2, 제3, 제4실시예는 비교예 1에 비하여, 반응에 참여하는 원료(102)인 포스겐의 양을 증가시켜, 포스겐을 이용한 지방족 이소시아네이트의 반응성을 향상시킬 수 있다.That is, Examples 1, 2, 3, and 4 showed an increased gas capture rate compared to Comparative Example 1 despite a shorter reaction time. Therefore, the first, second, third, and fourth Examples may increase the amount of phosgene, which is the raw material 102 participating in the reaction, as compared to Comparative Example 1, thereby improving the reactivity of the aliphatic isocyanate using phosgene.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것이 아니고 청구범위와 발명의 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and it is possible to carry out various modifications within the scope of the claims, the description of the invention, and the accompanying drawings, and this also It goes without saying that it falls within the scope of the invention.

10: 반응기 11: 측벽부
12: 바닥부 13: 덮개부
20: 교반기 21: 회전축
22: 임펠러 30, 230, 330, 530: 스파저
31: 파이프 32: 기포 형성부
34: 유도로 35: 기포 형성부
40: 배플 100, 200, 300, 500: 회분식 반응장치
101: 슬러리상의 아민염 102: 원료
221: 레이디얼 타입 임펠러 222: 액시얼 타입 임펠러
351: 제1기포 형성부 352: 제2기포 형성부
D, D2: 간격 θ: 각도
10: reactor 11: side wall
12: bottom part 13: cover part
20: agitator 21: rotation shaft
22: impeller 30, 230, 330, 530: sparger
31: pipe 32: bubble forming part
34: induction furnace 35: bubble forming part
40: baffle 100, 200, 300, 500: batch reactor
101: amine salt in slurry form 102: raw material
221: radial type impeller 222: axial type impeller
351: first bubble forming unit 352: second bubble forming unit
D, D2: spacing θ: angle

Claims (9)

슬러리상의 아민염을 수용하는 반응기;
상기 반응기 내에 높이 방향으로 설치되는 회전축에 임펠러를 구비하여 회전하는 교반기; 및
상기 반응기 내의 아민염에 기체상의 원료를 공급하여 상기 교반기의 작동으로 원료를 아민염에 분배되게 하는 스파저; 및
를 포함하며,
상기 스파저는
상기 교반기의 축 방향 및 상기 반응기의 원주 방향 중 한 방향을 따라 복수로 구비되어 기체상의 원료를 공급하는, 회분식 반응장치.
a reactor for accommodating the amine salt in the slurry phase;
a stirrer rotating with an impeller on a rotating shaft installed in the height direction in the reactor; and
a sparger that supplies a gaseous raw material to the amine salt in the reactor and distributes the raw material to the amine salt by operation of the stirrer; and
includes,
The sparger
A batch type reactor for supplying a gaseous raw material provided in plurality along one of the axial direction of the stirrer and the circumferential direction of the reactor.
제1항에 있어서,
상기 스파저는
상기 교반기의 축 방향을 따라 설정된 간격으로 상기 반응기의 측벽부에 설치되는, 회분식 반응장치.
According to claim 1,
The sparger
A batch type reactor installed on the side wall of the reactor at set intervals along the axial direction of the agitator.
제1항에 있어서,
상기 스파저는
그 길이 방향이 상기 교반기의 축 방향에 교차하는 방향으로 상기 반응기에 설치되는 파이프, 및
상기 파이프의 단부에 구비되어 상기 임펠러를 향하여 기체상의 원료를 기포 상태로 공급하는 기포 형성부를 포함하는, 회분식 반응장치.
According to claim 1,
The sparger
A pipe installed in the reactor in a direction whose longitudinal direction intersects the axial direction of the agitator, and
A batch type reactor comprising a bubble forming unit provided at the end of the pipe to supply the gaseous raw material in a bubble state toward the impeller.
제1항에 있어서,
상기 스파저는
상기 회전축 내에 관통 형성되는 유도로, 및
상기 회전축을 관통하여 상기 유도로에 연결되어 기체상의 원료를 기포 상태로 공급하는 기포 형성부를 포함하는, 회분식 반응장치.
According to claim 1,
The sparger
an induction path formed through the rotation shaft; and
and a bubble forming part connected to the induction furnace through the rotation shaft to supply gaseous raw materials in a bubble state.
제4항에 있어서,
상기 임펠러는
상기 회전축에 복수의 단으로 구비되고,
상기 기포 형성부는
상기 임펠러 각각의 하측에 구비되는, 회분식 반응장치.
5. The method of claim 4,
The impeller is
It is provided in a plurality of stages on the rotating shaft,
The bubble forming part
A batch type reaction device provided under each of the impellers.
제1항에 있어서,
상기 스파저는
상기 반응기의 하단에서 상기 반응기의 원주 방향을 따라 설정된 간격으로 상기 반응기의 측벽부에 설치되는, 회분식 반응장치.
According to claim 1,
The sparger
A batch type reactor installed on the side wall of the reactor at a set interval along the circumferential direction of the reactor at the lower end of the reactor.
제6항에 있어서,
상기 스파저는
그 길이 방향이 상기 반응기의 직경 방향으로 상기 반응기에 설치되는 파이프, 및
상기 파이프의 단부에 구비되어 상기 임펠러의 하방을 향하여 기체상의 원료를 기포 상태로 공급하는 기포 형성부를 포함하는, 회분식 반응장치.
7. The method of claim 6,
The sparger
A pipe whose longitudinal direction is installed in the reactor in the radial direction of the reactor, and
and a bubble forming part provided at the end of the pipe to supply gaseous raw materials in a bubble state toward a downward direction of the impeller.
제1항에 있어서,
상기 원료인 포스겐(phosgene)을 공급하여 자일릴렌디이소시아네이트를 제조하는, 회분식 반응장치.
According to claim 1,
A batch type reactor for producing xylylene diisocyanate by supplying the raw material phosgene.
제6항에 있어서,
상기 스파저는
그 길이 방향이 상기 교반기의 축 방향에 교차하는 방향으로 상기 반응기에 설치되어 상기 임펠러를 향하여 기체상의 원료를 기포 상태로 공급하는 소결 다공형으로 이루어지는, 회분식 반응장치.
7. The method of claim 6,
The sparger
A batch-type reactor of a sintered porous type that is installed in the reactor in a direction whose longitudinal direction intersects the axial direction of the stirrer to supply gaseous raw materials in a bubble state toward the impeller.
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