WO2017095045A1 - 반응기 - Google Patents

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WO2017095045A1
WO2017095045A1 PCT/KR2016/013208 KR2016013208W WO2017095045A1 WO 2017095045 A1 WO2017095045 A1 WO 2017095045A1 KR 2016013208 W KR2016013208 W KR 2016013208W WO 2017095045 A1 WO2017095045 A1 WO 2017095045A1
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WO
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nozzle
housing
tube
reactor
liquid
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PCT/KR2016/013208
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김대헌
최준원
윤승현
임예훈
강창훈
금명연
김성구
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LG Chem Ltd
Original Assignee
LG Chem Ltd
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D9/00—Crystallisation
    • B01D9/0059—General arrangements of crystallisation plant, e.g. flow sheets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D9/00—Crystallisation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/18—Stationary reactors having moving elements inside
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J4/00—Feed or outlet devices; Feed or outlet control devices
    • B01J4/001—Feed or outlet devices as such, e.g. feeding tubes
    • B01J4/002—Nozzle-type elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D9/00—Crystallisation
    • B01D2009/0086—Processes or apparatus therefor

Definitions

  • the present invention relates to a reactor, and more particularly to a crystallizer in which a crystallization reaction takes place.
  • Crystallization is a field of separation technology that facilitates the separation of specific materials desired through crystallization. Therefore, industrial sites are producing various products using crystallization.
  • fouling is a very big problem in the crystallization process.
  • the fouling occurs mainly on the inner wall of the crystallizer with the liquid level in contact, and the fouling generated gradually increases with time.
  • the larger fouling agglomerates then separate from the crystallizer inner wall and move inside the crystallizer, resulting in process instability.
  • An object of the present invention is to provide a reactor capable of suppressing fouling generation during a crystallization reaction.
  • a housing having a reaction space, a tube disposed inside the housing, an impeller provided inside the housing to flow the reactants of the reaction space into and out of the tube And a nozzle provided to spray liquid from the reaction space to the housing wall side.
  • the nozzle is preferably provided such that the injection port is located at 5% or less of the distance between the housing wall and the tube.
  • the nozzle may be provided to extend from the housing wall surface toward the tube side, and then spray the liquid to the housing wall surface side.
  • the nozzle may be provided to have a bent portion.
  • the nozzle may extend from the housing wall face to the tube side to have a predetermined first length, then bend toward the housing wall face and extend to have a second length toward the housing wall face.
  • the second length is preferably smaller than the first length.
  • the length of the nozzle (first length) may be 5% or less of the gap between the housing wall and the tube.
  • a crystallization reaction occurs in the reaction space, and the nozzle may be provided to spray a liquid for removing the heat of crystallization. That is, the nozzle is connected with a supply source for supplying the liquid.
  • the nozzle may be provided so that vapor generated by vaporizing the liquid injected from the nozzle during the crystallization reaction rises adjacent to the wall surface of the housing.
  • the tube may also have a hollow opening along the height direction of the housing.
  • the tube may be provided to increase or decrease the diameter at either end of the upper and lower ends.
  • the impeller may be disposed inside the tube.
  • the liquid is injected into the housing provided with the reaction space, the tube disposed inside the housing, the impeller and the reaction space provided inside the housing to flow the reactants of the reaction space into and out of the tube
  • a nozzle extending from the housing wall toward the tube side to a predetermined length (first length), wherein the length (first length) of the nozzle is provided with a reactor no greater than 5% of the distance between the housing wall and the tube.
  • a crystallization reaction occurs in the reaction space, and the nozzle is provided to inject a liquid for removing the heat of crystallization.
  • the nozzle is preferably provided so that the vapor generated by vaporizing the liquid injected from the nozzle during the crystallization reaction rises adjacent to the wall surface of the housing.
  • the nozzle may be provided to spray the liquid toward the tube side.
  • the tube may also have a hollow opening along the height direction of the housing.
  • the impeller may be disposed inside the tube.
  • the tube may be provided to increase or decrease the diameter at either end of the upper and lower ends.
  • the housing is provided with a reaction space, and the tube disposed inside the housing;
  • An impeller provided inside the housing to flow the reactants in the reaction space into and out of the tube and a nozzle extending from the wall of the housing toward the tube side to inject a predetermined liquid into the reaction space, wherein the nozzle injects liquid into the housing wall side.
  • a reactor is provided that is adapted to.
  • the nozzle is preferably provided such that the injection port is located at 5% or less of the gap between the housing wall and the tube.
  • the nozzle may be provided to have a bent portion.
  • a crystallization reaction occurs in the reaction space, and the nozzle is provided to inject a liquid for removing the heat of crystallization.
  • the nozzle is preferably provided so that the vapor generated by vaporizing the liquid injected from the nozzle during the crystallization reaction rises adjacent to the wall surface of the housing.
  • the tube may be a draft tube (draft tube).
  • the tube may also have a hollow opening along the height direction of the housing.
  • the impeller may be disposed inside the tube.
  • the reactor associated with at least one embodiment of the present invention has the following effects.
  • the heat of vaporization (endothermic reaction) of the liquid substance is used to remove the heat of crystallization generated inside the crystallizer.
  • the liquid injected to vaporize the phase change occurs in the vapor (vapor)
  • buoyancy due to the difference in density is generated, the steam rises to the crystallizer liquid level and is discharged to the top.
  • the nozzle location of the nozzle is installed close to the crystallizer wall surface, the steam rises near the crystallizer wall surface, and fouling generated at the crystallizer wall surface by the shear force of the steam generated at this time. This is suppressed.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a reactor related to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating one operating state of a nozzle for suppressing fouling generation.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the reactor shown in FIG. 1.
  • FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the nozzle shown in FIG. 1.
  • FIG 5 is a cross-sectional view of the nozzle constituting the reactor according to the second embodiment of the present invention.
  • 6 and 7 are simulation results for comparing the internal flow in the conventional reactor and the reactor according to the present invention.
  • each component member may be exaggerated or reduced. Can be.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a reactor according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining an operation state of a nozzle for suppressing fouling generation
  • FIG. 3 is shown in FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the nozzle shown in FIG. 1.
  • the reactor 100 includes a housing 110 in which a reaction space 112 is provided.
  • the housing 110 includes a supply part 113 through which a reactant is supplied and a discharge part 114 through which a product is discharged to the outside.
  • the supply unit 113 may be provided in the lower portion of the inner tube 120
  • the discharge portion 114 may be provided in the lower region of the housing 110.
  • Reference numeral 111 denotes a wall surface of the housing 110.
  • the reactor 100 includes a tube 120 disposed inside the housing 110.
  • the tube 120 has a hollow open along the height direction (y-axis direction) of the housing.
  • a draft tube (draft tube) is used to enhance the up and down flow inside the reactor 100.
  • the reactor 100 includes an impeller 140 provided inside the housing 110 to flow the reactants in the reaction space 112 into and out of the tube 120.
  • the impeller 140 By the impeller 140, the reactant is circulated inside and outside the tube 120.
  • various well-known impellers used in crystallizers may be employed.
  • a driving shaft 150 for rotating the impeller 140 is provided, and the driving shaft 150 is connected to a driving unit (not shown) such as a motor.
  • a driving unit not shown
  • the descending flow (DS) of the reactant is made inside the tube 120, the rise of the reactant in the space between the tube 120 and the wall surface 111 of the housing 110 Flow US may occur.
  • the centers of the driving shaft 150, the tube 120, and the housing 110 may be all coaxially disposed.
  • the impeller 140 may be disposed inside the tube 120.
  • the tube 120 may be provided to increase or decrease the diameter at either end of the upper end and the lower end.
  • the reactor 100 extends from the wall surface 111 of the housing 110 toward the tube 120 side to a predetermined length d2 (first length) to inject the liquid L into the reaction space 112. 130.
  • the nozzle 130 may be provided in plurality in the circumferential direction of the tube 120.
  • the liquid must be a liquid having a boiling point at which vaporization can occur at pressures and temperatures inside the reactor, for example, pentane can be used in the BPA process.
  • the length d2 of the nozzle 130 is 5% or less of the distance d1 between the wall surface 111 of the housing 110 and the tube 120.
  • the length of the nozzle 130 refers to the length of a portion located inside the housing 130.
  • the length of the nozzle 130 may mean a distance from the wall surface 111 of the housing 110 to the injection hole 131 of the nozzle 130.
  • the distance d1 between the wall surface 111 of the housing 110 and the tube 120 means a distance along the radial direction (x-axis direction) of the tube 120.
  • a crystallization reaction occurs in the reaction space 112, and the nozzle 130 is provided to spray the liquid L for removing the heat of crystallization.
  • the vapor v generated by vaporizing the liquid injected from the injection port 131 of the nozzle 130 during the crystallization reaction is formed on the wall surface of the housing 110 ( It is preferably provided to rise adjacent to 111.
  • the heat of vaporization (endothermic reaction) of the liquid L injected from the nozzle 130 is used.
  • the liquid (L) injected to vaporize the phase change to the vapor (v) buoyancy due to the difference in density is generated and the vapor (v) rises to the crystallizer liquid surface (S) is discharged to the top.
  • the vapor v rises near the crystallizer wall surface 111, and the steam generated at this time ( The shear force of v) suppresses fouling F occurring at the crystallizer wall.
  • the nozzle 130 may be provided to spray the liquid (L) toward the tube 120 side. That is, the injection hole 131 of the nozzle 130 may be disposed toward the tube 121.
  • reference numeral 160 performs a uniform flow distribution function of the nozzle 130 for injecting liquid into the reactor.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the nozzle constituting the reactor according to the second embodiment of the present invention.
  • the reactor associated with the second embodiment differs from the reactor 100 associated with the first embodiment only in the shape of a nozzle. Accordingly, the remaining components except for the nozzle 130 ′ are the same as the reactor 100 described with reference to FIG. 1, and the rest of the components will be described with reference to FIG. 1.
  • the reactor 100 of the second embodiment includes a housing 110 in which a reaction space 112 is provided, and a tube 120 and a reaction space 112 disposed inside the housing 110.
  • An impeller 140 provided inside the housing to flow the reactant into and out of the tube and a nozzle 130 'extending from the wall 111 of the housing 110 toward the tube 120 to inject a predetermined liquid into the reaction space.
  • the nozzle 130 ′ is provided to spray the liquid L toward the wall surface 111 of the housing 110. That is, the nozzle 130 ′ is provided such that the injection hole 131 ′ faces the wall surface 111 of the housing 110.
  • the reactor 100 includes a nozzle provided to spray liquid from the reaction space 112 to the housing wall surface 111.
  • the nozzle 130 ′ is preferably provided such that the injection hole 131 ′ is positioned at 5% or less of a distance between the housing wall surface 111 and the tube 120.
  • the nozzle may be provided to extend the first length from the housing wall surface toward the tube side and then spray the liquid toward the housing wall surface side.
  • the nozzle 130 ′ may be provided to have a bent portion 132 ′.
  • the nozzle 130 ′ extends from the housing wall 111 to have a predetermined first length toward the tube 120 side, and then is bent to the housing wall 111 side, and the nozzle 130 ′ is formed on the housing wall 111 side. It can be extended to have two lengths. For example, the second length is preferably smaller than the first length.
  • the length (first length) of the nozzle 130 ' may be 5% or less of the gap between the housing wall and the tube.
  • a crystallization reaction occurs in the reaction space 112, and the nozzle 130 ′ may be provided to spray a liquid for removing the heat of crystallization. That is, the nozzle 130 'is connected to a supply source for supplying the liquid.
  • 6 and 7 are simulation results for comparing the internal flow in the conventional reactor 10 and the reactor 100 according to the present invention.
  • A represents the direction of vapor movement and B represents the liquid injection position.
  • Figure 6 shows the internal flow in the conventional reactor 10, it can be seen that as the vapor v rises inside the crystallizer, fouling of the housing wall is not removed.
  • Figure 7 shows the internal flow in the reactor 100 in accordance with the present invention, by placing the nozzle's nozzle location close to the crystallizer wall surface, the vapor v rises near the crystallizer wall surface and the vapor generated therein ( It can be seen that the fouling F generated at the crystallizer wall is reduced by the shear force of v).

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Abstract

본 발명은 반응기에 관한 것으로, 본 발명의 일 측면에 따르면, 반응공간이 마련된 하우징과, 하우징 내부에 배치된 튜브와, 반응공간의 반응물을 튜브 내부 및 외부로 유동시키도록 하우징 내부에 마련된 임펠러 및 반응공간에서 하우징 벽면 측으로 액체를 분사하도록 마련된 노즐을 포함하는 반응기가 제공된다..

Description

반응기
본 발명은 반응기에 관한 것으로, 특히, 결정화 반응이 일어나는 결정화기에 관한 것이다.
본 출원은 2015년 11월 30일자 한국 특허 출원 제10-2015-0169417호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
결정화란 분리기술의 한 분야로써 결정을 통하여 원하고자 하는 특정 물질의 분리를 쉽게 할 수 있다. 따라서 산업현장에서는 결정화 공법을 사용하여 다양한 제품을 생산하고 있다.
일반적으로 결정화 공정에서는 파울링(Fouling) 발생이 매우 큰 문제이다. 상기 파울링은 주로 액면이 닿아있는 결정화기 내벽에서 발생하며 발생된 파울링은 시간이 지남에 따라 점점 증가한다. 이후, 크기가 커진 파울링 덩어리들은 결정화기 내벽에서 분리되어 결정화기 내부를 이동하며 공정의 불안정성을 초래한다.
또한 발생된 파울링을 제거하기 위해서는 주기적인 청소를 해야 하는데 이로 인해 짧아진 생산일수는 생산량의 감소를 야기한다.
따라서 공정의 안정성을 높이고 제품의 생산량을 증가시키기 위해서는 결정화기 벽면에서의 파울링 발생을 예방하는 것이 중요하다.
본 발명은 결정화 반응 시, 파울링 생성을 억제할 수 있는 반응기를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 반응공간이 마련된 하우징과, 상기 하우징 내부에 배치된 튜브와, 반응공간의 반응물을 튜브 내부 및 외부로 유동시키도록 하우징 내부에 마련된 임펠러 및 반응공간에서 하우징 벽면 측으로 액체를 분사하도록 마련된 노즐을 포함하는 반응기가 제공된다.
이때, 노즐은 분사구가 하우징 벽면과 튜브 사이의 간격의 5% 이하에 위치하도록 마련되는 것이 바람직하다.
또한, 노즐은 하우징 벽면으로부터 튜브 측을 향하여 연장된 후, 하우징 벽면 측으로 액체를 분사하도록 마련될 수 있다.
또한, 노즐은 절곡부를 갖도록 마련될 수 있다. 예를 들어, 노즐은 하우징 벽면으로부터 튜브 측을 향하여 소정의 제1 길이를 갖도록 연장된 후, 하우징 벽면 측으로 절곡되고, 하우징 벽면 측으로 제2 길이를 갖도록 연장될 수 있다. 예를 들어, 제2 길이는 제1 길이보다 작은 것이 바람직하다.
또한, 노즐의 길이(제1 길이)는, 하우징 벽면과 튜브 사이의 간격의 5% 이하일 수 있다.
또한, 반응공간에서는 결정화 반응이 일어나고, 노즐은 결정화 열을 제거하기 위한 액체를 분사하도록 마련될 수 있다. 즉, 노즐은 상기 액체를 공급하기 위한 공급원과 연결된다.
또한, 노즐은 결정화 반응 시 노즐로부터 분사된 액체가 기화되어 생성된 증기가 하우징의 벽면에 인접하여 상승하도록 마련될 수 있다.
또한, 튜브는 하우징의 높이 방향을 따라 개방된 중공을 가질 수 있다. 또한, 튜브는 상단부 및 하단부 중 어느 하나의 단부에서 직경이 증가 또는 감소하도록 마련될 수 있다.
또한, 임펠러는 튜브 내부에 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 반응공간이 마련된 하우징과, 상기 하우징 내부에 배치된 튜브와, 반응공간의 반응물을 튜브 내부 및 외부로 유동시키도록 하우징 내부에 마련된 임펠러 및 반응공간으로 액체를 분사하도록 하우징 벽면으로부터 튜브 측을 향하여 소정 길이(제1 길이)로 연장 형성된 노즐을 포함하며, 상기 노즐의 길이(제1 길이)는, 하우징 벽면과 튜브 사이의 간격의 5% 이하인 반응기가 제공된다.
또한, 상기 반응공간에서는 결정화 반응이 일어나고, 노즐은 결정화 열을 제거하기 위한 액체를 분사하도록 마련된다.
또한, 상기 노즐은 결정화 반응 시 노즐로부터 분사된 액체가 기화되어 생성된 증기가 하우징의 벽면에 인접하여 상승하도록 마련되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 노즐은 튜브 측을 향하여 액체를 분사하도록 마련될 수 있다.
또한, 튜브는 하우징의 높이 방향을 따라 개방된 중공을 가질 수 있다.
또한, 임펠러는 튜브 내부에 배치될 수 있다.
또한, 튜브는 상단부 및 하단부 중 어느 하나의 단부에서 직경이 증가 또는 감소하도록 마련될 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 반응공간이 마련된 하우징과, 상기 하우징 내부에 배치된 튜브; 반응공간의 반응물을 튜브 내부 및 외부로 유동시키도록 하우징 내부에 마련된 임펠러 및 반응공간으로 소정 액체를 분사하도록 하우징 벽면으로부터 튜브 측을 향하여 연장 형성된 노즐을 포함하며, 상기 노즐은 하우징 벽면 측으로 액체를 분사하도록 마련된 반응기가 제공된다.
또한, 노즐은 분사구가 하우징 벽면과 튜브 사이의 간격의 5% 이하에 위치하도록 마련되는 것이 바람직하다.
또한, 노즐은 절곡부를 갖도록 마련될 수 있다.
또한, 반응공간에서는 결정화 반응이 일어나고, 노즐은 결정화 열을 제거하기 위한 액체를 분사하도록 마련된다.
또한, 노즐은 결정화 반응 시 노즐로부터 분사된 액체가 기화되어 생성된 증기가 하우징의 벽면에 인접하여 상승하도록 마련되는 것이 바람직하다.
또한, 튜브는 드래프트 튜브(draft tube, 흡출관)일 수 있다.
또한, 튜브는 하우징의 높이 방향을 따라 개방된 중공을 가질 수 있다.
또한, 임펠러는 튜브 내부에 배치될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 적어도 하나의 실시예와 관련된 반응기는 다음과 같은 효과를 갖는다.
통상 결정화기 내부에서 발생하는 결정화 열을 제거하기 위해서 액체 물질의 기화열(흡열반응)을 이용한다. 이때 기화를 시키기 위해 주입되는 액체가 증기(vapor)로 상 변화가 발생하면, 밀도 차이에 의한 부력이 발생하여 증기가 결정화기 액면으로 떠올라 상부로 배출된다.
본 발명에서와 같이, 노즐의 분사구 위치를 결정화기 벽면과 가깝게 설치하면, 결정화기 벽면 근처에서 증기가 상승하게 되고, 이때 발생하는 증기의 전단력(shear force)에 의해 결정화기 벽면에서 발생하는 파울링이 억제된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예와 관련된 반응기의 개략도이다.
도 2는 파울링(fouling) 생성을 억제하기 위한 노즐의 일 작동상태를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 도 1에 도시된 반응기의 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 노즐의 확대 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예와 관련된 반응기를 구성하는 노즐의 단면도이다.
도 6 및 도 7은 종래 반응기와 본 발명에 따른 반응기에서의 내부 유동을 비교하기 위한 시뮬레이션 결과들이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기(또는 '결정화기'라고도 함)를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예와 관련된 반응기의 개략도이고, 도 2는 파울링(fouling) 생성을 억제하기 위한 노즐의 일 작동상태를 설명하기 위한 개념도이며, 도 3은 도 1에 도시된 반응기의 단면도이고, 도 4는 도 1에 도시된 노즐의 확대 단면도이다.
제1 실시예와 관련된 반응기(100)는, 반응공간(112)이 마련된 하우징(110)을 포함한다. 또한, 상기 하우징(110)은 반응물이 공급되는 공급부(113) 및 생성물이 외부로 배출되는 배출부(114)를 포함한다. 일예로, 공급부(113)는 튜브(120) 내측 하부에 마련될 수 있고, 배출부(114)는 하우징(110)의 하단 영역에 마련될 수 있다. 미설명 부호 111은 하우징(110)의 벽면을 나타낸다.
또한, 반응기(100)는 상기 하우징(110) 내부에 배치된 튜브(120)를 포함한다. 상기 튜브(120)는 하우징의 높이 방향(y축 방향)을 따라 개방된 중공을 갖는다. 상기 튜브(120)로는 반응기(100) 내부의 상하 유동을 강화하기 위하여 드래프트 튜브(draft tube, 흡출관)가 사용된다.
또한, 반응기(100)는 반응공간(112)의 반응물을 튜브(120) 내부 및 외부로 유동시키도록 하우징(110) 내부에 마련된 임펠러(140)를 포함한다. 상기 임펠러(140)에 의해, 반응물은 튜브(120)의 내부와 외부를 순환하게 된다. 상기 임펠러(120)로는 결정화기에서 사용되는 주지의 다양한 임펠러가 채용될 수 있다. 또한, 상기 임펠러(140)를 회전시키기 위한 구동축(150)이 마련되며, 상기 구동축(150)은 모터와 같은 구동부(도시되지 않음)와 연결된다. 예를 들어, 상기 임펠러(140)의 회전에 의하여, 튜브(120) 내부에서 반응물의 하강 유동(DS)이 이루어지고, 튜브(120)와 하우징(110) 벽면(111) 사이 공간에서 반응물의 상승 유동(US)이 이루어질 수 있다. 한편, 구동축(150)과 튜브(120) 및 하우징(110)은 각각의 중심이 모두 동축 상에 배치될 수 있다. 또한, 임펠러(140)는 튜브(120) 내부에 배치될 수 있다. 또한, 튜브(120)는 상단부 및 하단부 중 어느 하나의 단부에서 직경이 증가 또는 감소하도록 마련될 수 있다.
또한, 반응기(100)는 반응공간(112)으로 액체(L)를 분사하도록 하우징(110) 벽면(111)으로부터 튜브(120) 측을 향하여 소정 길이(d2)(제1 길이)로 연장 형성된 노즐(130)을 포함한다. 또한, 상기 노즐(130)은 튜브(120)의 둘레방향을 따라 복수 개로 구비될 수 있다. 상기 액체는 반응기 내부 압력과 온도에서 기화가 일어날 수 있는 끓는점을 갖는 액체이어야 하며, 예를 들어, 상기 액체로는 BPA 공정에서 펜탄(pentane)이 사용될 수 있다.
여기서, 상기 노즐(130)의 길이(d2) 는, 하우징(110) 벽면(111)과 튜브(120) 사이의 간격(d1)의 5% 이하이다. 본 문서에서 노즐(130)의 길이라 함은 하우징(130) 내부에 위치한 부분의 길이를 의미한다. 구체적으로, 노즐(130)의 길이는 상기 하우징(110) 벽면(111)으로부터 노즐(130)의 분사구(131)까지의 거리를 의미할 수 있다. 또한, 하우징(110) 벽면(111)과 튜브(120) 사이의 간격(d1)은, 튜브(120)의 반경방향(x축 방향)에 따른 간격을 의미한다.
전술한 바와 같이, 상기 반응공간(112)에서는 결정화 반응이 일어나고, 노즐(130)은 결정화 열을 제거하기 위한 액체(L)를 분사하도록 마련된다.
또한, 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 노즐(130)은 결정화 반응 시 노즐(130)의 분사구(131)로부터 분사된 액체가 기화되어 생성된 증기(v)가 하우징(110)의 벽면(111)에 인접하여 상승하도록 마련되는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이, 결정화기 내부에서 발생하는 결정화 열을 제거하기 위해서 노즐(130)로부터 분사된 액체(L)의 기화열(흡열반응)을 이용한다. 이때 기화시키기 위해 주입된 액체(L)가 증기(v)로 상 변화가 발생하면, 밀도 차이에 의한 부력이 발생하여 증기(v)가 결정화기 액면(S)으로 떠올라 상부로 배출된다.
본 발명에서와 같이, 노즐(130)의 분사구(131) 위치를 결정화기 벽면(111)과 가깝게 설치하면, 결정화기 벽면(111) 근처에서 증기(v)가 상승하게 되고, 이때 발생하는 증기(v)의 전단력(shear force)에 의해 결정화기 벽면에서 발생하는 파울링(F)이 억제된다.
한편, 노즐(130)의 길이(d2)는, 하우징(110) 벽면(111)과 튜브(120) 사이의 간격(d1)의 5% 보다 커지게 되면, 기화된 증기가 벽면(111)으로부터 이격되어 상승하게 되며, 이에 따라 벽면(111)의 파울링(F)에 전단력을 가하기 어려운 문제가 발생한다.
한편, 상기 노즐(130)은 튜브(120) 측을 향하여 액체(L)를 분사하도록 마련될 수 있다. 즉, 노즐(130)의 분사구(131)는 튜브(121)을 향하여 배치될 수 있다.
한편, 미설명 부호 160은, 상기 반응기 내부로 액체를 분사하는 노즐(130)의 균일 유량 분배 기능을 수행한다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예와 관련된 반응기를 구성하는 노즐의 단면도이다. 제2 실시예와 관련된 반응기는 노즐의 형상에서만 제1 실시예와 관련된 반응기(100)와 차이를 갖는다. 따라서, 노즐(130')을 제외한 나머지 구성요소들은 도 1을 통해 설명한 반응기(100)와 동일하며, 이하, 나머지 구성요소는 도 1을 원용하여 설명한다.
도 1 및 도 5를 참조하면, 제2 실시예의 반응기(100)는 반응공간(112)이 마련된 하우징(110)과 상기 하우징(110) 내부에 배치된 튜브(120)와 반응공간(112)의 반응물을 튜브 내부 및 외부로 유동시키도록 하우징 내부에 마련된 임펠러(140) 및 반응공간으로 소정 액체를 분사하도록 하우징(110) 벽면(111)으로부터 튜브(120) 측을 향하여 연장 형성된 노즐(130')을 포함한다. 이때 상기 노즐(130')은 하우징(110) 벽면(111) 측으로 액체(L)를 분사하도록 마련된다. 즉, 상기 노즐(130')은 분사구(131')가 하우징(110) 벽면(111)을 향하도록 마련된다.
상기 반응기(100)는 반응공간(112)에서 하우징 벽면(111) 측으로 액체를 분사하도록 마련된 노즐을 포함한다.
이때, 노즐(130')은 분사구(131')가 하우징 벽면(111)과 튜브(120) 사이의 간격의 5% 이하에 위치하도록 마련되는 것이 바람직하다.
또한, 노즐은 하우징 벽면으로부터 튜브 측을 향하여 제1 길이만큼 연장된 후, 하우징 벽면 측으로 액체를 분사하도록 마련될 수 있다.
도 5를 참조하면, 노즐(130')은 절곡부(132')를 갖도록 마련될 수 있다. 예를 들어, 노즐(130')은 하우징 벽면(111)으로부터 튜브(120) 측을 향하여 소정의 제1 길이를 갖도록 연장된 후, 하우징 벽면(111) 측으로 절곡되고, 하우징 벽면(111) 측으로 제2 길이를 갖도록 연장될 수 있다. 예를 들어, 제2 길이는 제1 길이보다 작은 것이 바람직하다.
또한, 노즐(130')의 길이(제1 길이)는, 하우징 벽면과 튜브 사이의 간격의 5% 이하일 수 있다.
또한, 반응공간(112)에서는 결정화 반응이 일어나고, 노즐(130')은 결정화 열을 제거하기 위한 액체를 분사하도록 마련될 수 있다. 즉, 노즐(130')은 상기 액체를 공급하기 위한 공급원과 연결된다.
도 6 및 도 7은 종래 반응기(10)와 본 발명에 따른 반응기(100)에서의 내부 유동을 비교하기 위한 시뮬레이션 결과들이다.
부호 A는 증기 이동 방향을 나타내고, 부호 B는 액체 주입 위치를 나타낸다.
도 6은 종래 반응기(10)에서의 내부 유동을 나타내며, 결정화기 내부에서 증기(v)가 상승하면서, 하우징 벽면의 파울링을 제거하지 못하는 것을 확인할 수 있다.
도 7은 본 발명과 관련된 반응기(100)에서의 내부 유동을 나타내며, 노즐의 분사구 위치를 결정화기 벽면과 가깝게 배치시킴으로써, 결정화기 벽면 근처에서 증기(v)가 상승하게 되고, 이때 발생하는 증기(v)의 전단력(shear force)에 의해 결정화기 벽면에서 발생하는 파울링(F)이 가라지는 것을 확인할 수 있다.
위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
본 발명에서와 같이, 노즐의 분사구 위치를 결정화기 벽면과 가깝게 설치하면, 결정화기 벽면 근처에서 증기가 상승하게 되고, 이때 상승하는 증기의 전단력(shear force)에 의해 결정화기 벽면에서 발생하는 파울링의 성장을 억제할 수 있다.

Claims (10)

  1. 반응공간이 마련된 하우징;
    상기 하우징 내부에 배치된 튜브;
    반응공간의 반응물을 튜브 내부 및 외부로 유동시키도록 하우징 내부에 마련된 임펠러; 및
    반응공간에서 하우징 벽면 측으로 액체를 분사하도록 마련된 노즐을 포함하는 반응기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    노즐은 분사구가 하우징 벽면과 튜브 사이의 간격의 5% 이하에 위치하도록 마련된 반응기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    노즐은 하우징 벽면으로부터 튜브 측을 향하여 연장된 후, 하우징 벽면 측으로 액체를 분사하도록 마련된 반응기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    노즐은 절곡부를 갖도록 마련된 반응기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    노즐의 길이는, 하우징 벽면과 튜브 사이의 간격의 5% 이하인 반응기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    반응공간에서는 결정화 반응이 일어나고,
    노즐은 결정화 열을 제거하기 위한 액체를 분사하도록 마련된 반응기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    노즐은 결정화 반응 시 노즐로부터 분사된 액체가 기화되어 생성된 증기가 하우징의 벽면에 인접하여 상승하도록 마련된 반응기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    튜브는 하우징의 높이 방향을 따라 개방된 중공을 갖는 반응기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    임펠러는 튜브 내부에 배치된 반응기.
  10. 제 8 항에 있어서,
    튜브는 상단부 및 하단부 중 어느 하나의 단부에서 직경이 증가 또는 감소하도록 마련된 반응기.
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