WO2019050271A1 - 반응기 - Google Patents

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WO2019050271A1
WO2019050271A1 PCT/KR2018/010363 KR2018010363W WO2019050271A1 WO 2019050271 A1 WO2019050271 A1 WO 2019050271A1 KR 2018010363 W KR2018010363 W KR 2018010363W WO 2019050271 A1 WO2019050271 A1 WO 2019050271A1
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김대헌
송영수
임예훈
정현태
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주식회사 엘지화학
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    • B01J2219/00481—Means for mixing reactants or products in the reaction vessels by the use of moving stirrers within the reaction vessels

Definitions

  • the present invention relates to a reactor.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a general reactor 10
  • the reactor 10 includes a housing 11, an outlet pipe 15 connected to the lower portion of the reaction space of the housing 11, a rotary shaft 12 disposed in the housing, And includes the blades 13 and 14, supplies the ice bath fluid to the housing 11, and rotates the stirring blades 13 and 14 to perform the homogenization operation.
  • a lower region 11a in which the radius (the length in the x-axis direction) becomes narrower toward the lower end (the lower portion in the y-axis direction) of the reactor 10 is applied and the exit region is narrowed to an appropriate level.
  • the present invention provides a reactor capable of improving mixing performance when mixing a high viscosity fluid.
  • a method of manufacturing a honeycomb structure including a housing having a reaction space in which a reaction material is accommodated, an outlet pipe connected to a lower portion of the reaction space, a rotation shaft disposed in the housing, ,
  • the housing has a lower converging region with a smaller cross sectional area toward the outlet pipe side, at least a portion of which is located in the lower converging region, the outlet pipe has a cross sectional area decreasing along the discharge direction of the reactant, 1 region, and a second region extending along the discharge direction from the first region and having a constant cross-sectional area.
  • the reactor related to one embodiment of the present invention has the following effects.
  • the high viscosity region at the lower end of the reactor can be reduced and mixing performance can be improved.
  • 1 is a schematic view showing a general reactor.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a reactor associated with one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 shows the results of analysis showing the viscosity distribution in the reactor of FIG.
  • Fig. 4 shows the results of analysis showing the viscosity distribution in the reactor of Fig. 3.
  • FIG. 5 is a graph for comparing the mixing performance of the reactor according to Figs. 1 and 3.
  • Fig. 1 is a graph for comparing the mixing performance of the reactor according to Figs. 1 and 3.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a reactor 100 in accordance with one embodiment of the present invention.
  • the reactor 100 includes a housing 110 having a reaction space in which a reactant is received and an outlet pipe 140 connected to a lower portion of the reaction space.
  • the reactor 100 also includes a rotating shaft 120 disposed in the housing 110 in the height direction (y-axis direction) and stirring blades 131 and 132 mounted on the rotating shaft 120.
  • the reactor 100 includes a driving unit for rotating the rotating shaft 120.
  • the reactant may also be a high viscosity fluid, such as a Bingham fluid.
  • the housing 110 has a lower converging region 111 in which the cross-sectional area (or the radius (the length in the x-axis direction)) decreases toward the outlet pipe 120 side.
  • the agitating blades 131, 132 is located in the lower converging region 111.
  • the stirring blades are installed along the height direction of the rotating shaft.
  • two or more kinds of stirring blades may be installed in a predetermined area in order along the height direction of the rotating shaft.
  • the stirring blade may also include a helical blade 131 and a paddle-shaped blade 132.
  • the paddle-type blade 132 may be located in the lower converging region 111.
  • the outlet pipe 140 is reduced in cross sectional area along the discharge direction of the reactant and extends along the discharge direction from the first area 141 and the first area 141 connected to the lower converging area 111, And a second region 142 that is maintained.
  • the outlet pipe 140 may have a roughly funnel shape.
  • the outlet diameter (first area) of the outlet pipe can be designed to be large for improving homogenization of the ice bath fluid and for easy discharge.
  • the maximum diameter of the first region 141 of the outlet pipe 140 may be equal to the minimum diameter of the lower converging region 111.
  • the inner peripheral surface of the lower converging region 111 of the housing and the inner peripheral surface of the first region 141 of the outlet pipe 140 can form the same surface without a step.
  • the length of the lower converging region 141 may be greater than the length of the first region 141 with reference to the discharge direction (the y-axis direction or the height direction of the rotation axis).
  • the minimum diameter of the first region 141 of the outlet pipe 130 may be the same as the diameter of the second region 142.
  • the reactor 100 may include a pressure unit for applying pressure to an upper region of the reaction space when the reactants are discharged.
  • Fig. 3 shows the results of analysis showing the viscosity distribution in the reactor 10 of Fig. 1
  • Fig. 4 shows the results of analysis showing the viscosity distributions in the reactor 100 of Fig.
  • the outlet pipe 140 is configured to have a narrower radius toward the lower side, so that even when pressure is applied at the upper portion of the reactor during discharge, So that the production amount can be maintained.
  • FIG. 5 is a graph for comparing the mixing performance of the reactor according to FIG. 1 (Comparative Example) and FIG. 3 (Example).
  • CoV Coefficient of Variation
  • the high viscosity fluid such as the Bingham fluid
  • the high viscosity region at the bottom of the reactor can be reduced and the mixing performance can be improved.

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Abstract

본 발명은 반응기에 관한 것으로, 본 발명의 일 측면에 따르면, 반응물이 수용되는 반응공간을 갖는 하우징, 반응공간의 하부에 연결된 출구 파이프, 하우징 내에 배치된 회전축 및 회전축에 장착된 교반 블레이드를 포함하며, 하우징은 출구 파이프 측으로 갈수록 단면적이 작아지는 하부 수렴영역을 갖고, 교반 블레이드는 적어도 일부가 하부 수렴영역에 위치하며, 출구 파이프는 반응물의 배출 방향을 따라 단면적이 감소하며, 하부 수렴영역에 연결된 제1 영역 및 제1 영역으로부터 배출 방향을 따라 연장되고, 단면적이 일정하게 유지되는 제2 영역을 포함하는 반응기가 제공된다.

Description

반응기
본 발명은 반응기에 관한 것이다.
본 출원은 2017년 9월 7일자 한국 특허 출원 제10-2017-0114289호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
제약 산업에서 많이 사용되는 필러 제품 중 빙함(Bingham)의 특성을 갖는 경우, 해당 제품의 균질화 작업은 많은 시간이 소요된다.
도 1은 일반적인 반응기(10)를 나타내는 개략도이다.
도 1을 참조하면, 반응기(10)는 하우징(11), 하우징(11)의 반응공간의 하부에 연결된 출구 파이프(15), 하우징 내에 배치된 회전축(12) 및 회전축(12)에 장착된 교반 블레이드(13, 14)를 포함하며, 빙함 유체를 하우징(11)에 공급하고, 교반 블레이드(13, 14)를 회전시켜, 균질화 작업을 수행하게 된다.
한편, 균질화된 빙함 유체를 반응기(10)에서 배출하기 위해서는 반응기 상부에서 일정한 압력을 가하게 되는데, 이때, 배출 파이프의 출구 면적이 넓을 경우, 반응기 단면에 대한 압력 분포가 고르지 못하여 중앙부에 위치한 유체만 출구 파이프를 통해 배출되고, 하우징의 측벽 근처의 유체는 벽면에 붙어 배출되지 않는 문제가 발생한다.
이를 막기 위하여, 반응기(10) 하단(y축 방향의 하부)으로 갈수록 반경(x축 방향의 길이)이 좁아지는 형태의 하부 영역(11a)이 적용되고 있고, 출구 영역을 적당한 수준으로 좁히고 있다.
그러나 출구 파이프(15) 근처의 하부 영역(11a)에서 교반 블페이드(13, 14)에 의한 전단력이 충분히 전달되지 못하고, 빙함 유체가 높은 점도로 매우 천천히 움직이게 되어, 제품의 균질화가 매우 오래 진행되어야 하는 문제점을 갖고 있다.
본 발명은 고점도 유체의 혼합 시, 혼합 성능을 향상시킬 수 있는 반응기를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 반응물이 수용되는 반응공간을 갖는 하우징, 반응공간의 하부에 연결된 출구 파이프, 하우징 내에 배치된 회전축 및 회전축에 장착된 교반 블레이드를 포함하며, 하우징은 출구 파이프 측으로 갈수록 단면적이 작아지는 하부 수렴영역을 갖고, 교반 블레이드는 적어도 일부가 하부 수렴영역에 위치하며, 출구 파이프는 반응물의 배출 방향을 따라 단면적이 감소하며, 하부 수렴영역에 연결된 제1 영역 및 제1 영역으로부터 배출 방향을 따라 연장되고, 단면적이 일정하게 유지되는 제2 영역을 포함하는 반응기가 제공된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시예와 관련된 반응기는 다음과 같은 효과를 갖는다.
반응기의 하부 배출 영역에, 임펠러에 의한 전단력이 충분히 전달될 수 있게 하여, 빠르게 반응물의 균질화를 수행할 수 있다.
또한, 빙함(Bingham) 유체와 같은 고점도 유체를 교반 시, 반응기 하단의 고점도 영역을 감소시킬 수 있고, 혼합 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 반응기를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예와 관련된 반응기를 나타내는 개략도이다.
도 3은 도 1의 반응기 내 점도 분포를 나타내는 해석 결과이다.
도 4는 도 3의 반응기 내 점도 분포를 나타내는 해석 결과이다.
도 5는 도 1 및 도 3에 따른 반응기의 혼합 성능을 비교하기 위한 그래프이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기를 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 2는 본 발명의 일 실시예와 관련된 반응기(100)를 나타내는 개략도이다.
상기 반응기(100)는 반응물이 수용되는 반응공간을 갖는 하우징(110) 및 반응공간의 하부에 연결된 출구 파이프(140)를 포함한다. 또한, 상기 반응기(100)는 하우징(110) 내에 높이방향(y축 방향)으로 배치된 회전축(120) 및 회전축(120)에 장착된 교반 블레이드(131, 132)를 포함한다. 또한, 반응기(100)는 회전축(120)을 회전시키기 위한 구동부를 포함한다.
또한, 상기 반응물은 고점도 유체로서, 빙함(Bingham) 유체일 수 있다.
또한, 하우징(110)은 출구 파이프(120) 측으로 갈수록 단면적(또는 반경(x축 방향의 길이))이 작아지는 하부 수렴영역(111)을 갖는다.
또한, 교반 블레이드(131, 132)는 적어도 일부(예를 들어, 132)가 하부 수렴영역(111)에 위치한다. 상기 교반 블레이드는 회전축의 높이방향을 따라 설치되며, 예를 들어, 2종류 이상의 교반 블레이드가 회전축의 높이방향을 따라 소정 영역에 차례로 설치될 수 있다. 또한, 교반 블레이드는, 나선형 블레이드(131), 및 패들형 블레이드(132)를 포함할 수 있다. 이때, 패들형 블레이드(132)는 하부 수렴영역(111)에 위치할 수 있다.
출구 파이프(140)는 반응물의 배출 방향을 따라 단면적이 감소하며, 하부 수렴영역(111)에 연결된 제1 영역(141) 및 제1 영역(141)으로부터 배출 방향을 따라 연장되고, 단면적이 일정하게 유지되는 제2 영역(142)을 포함한다. 상기 출구 파이프(140)는 대략 깔대기 형상을 가질 수 있다. 빙함 유체의 균질화 향상 및 용이한 배출을 위해 출구 파이프의 출구 지름(제1 영역)을 넓게 설계될 수 있다.
또한, 출구 파이프(140)의 제1 영역(141)의 최대 직경은 하부 수렴 영역(111)의 최소 직경과 동일할 수 있다. 이때, 하우징의 하부 수렴영역(111)의 내주면과, 출구 파이프(140)의 제1 영역(141)의 내주면은, 단차 없이, 동일 면을 형성할 수 있다. 또한, 배출방향(y축 방향 또는 회전축의 높이방향)을 기준으로, 하부 수렴영역(141)의 길이는 제1 영역(141)의 길이보다 클 수 있다.
또한, 출구 파이프(130)의 제1 영역(141)의 최소직경은 제2 영역(142)의 직경과 동일할 수 있다.
또한, 상기 반응기(100)는 반응물 배출 시, 반응 공간의 상부 영역에 압력을 가하기 위한 가압부를 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 출구 파이프(140)에 의해, 제1 영역과 교반 블페이드(132) 사이 간격이 작아지고, 도 1의 반응기 대비 하부 수렴 영역(111)의 체적이 감소하는 것을 확인할 수 있다.
도 3은 도 1의 반응기(10) 내 점도 분포를 나타내는 해석 결과이고, 도 4는 도 3의 반응기(100) 내 점도 분포를 나타내는 해석 결과이다.
도 4를 참조하면, 교반 블레이드 회전 시 전단력이 보다 크게 전달되기 때문에 하부 혼합 성능이 증가한다.
또한, 유체의 용이한 배출을 위하여, 출구 파이프(140)는 하부 쪽으로 갈수록 반경이 좁아지는 형태로 구성함으로써, 배출 시 반응기 상부에서 압력을 가하여도 반응기 단면에 대한 압력 분포를 상대적으로 고르게 형성시킬 수 있어서, 생산량을 유지할 수 있다.
또한, 도 5는 도 1(비교예) 및 도 3(실시예)에 따른 반응기의 혼합 성능을 비교하기 위한 그래프이다.
반응기 하부 영역의 혼합 성능을 확인하기 위하여, 혼합 지표로서 CoV(Coefficient of Variation)을 사용하였고, CoV가 0에 가까워질수록 혼합 성능이 우수한 것으로 판단될 수 있다.
도 3과 같이, 개선 후 시간에 따른 CoV의 감소가 빨라지는 것을 확인할 수 있으며, 이에 따라 혼합 성능이 향상된 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 발명의 일 실시예와 관련된 반응기에 따르면, 빙함(Bingham) 유체와 같은 고점도 유체를 교반 시, 반응기 하단의 고점도 영역을 감소시킬 수 있고, 혼합 성능을 향상시킬 수 있다.

Claims (7)

  1. 반응물이 수용되는 반응공간을 갖는 하우징;
    반응공간의 하부에 연결된 출구 파이프;
    하우징 내에 배치된 회전축; 및
    회전축에 장착된 교반 블레이드를 포함하며,
    하우징은 출구 파이프 측으로 갈수록 단면적이 작아지는 하부 수렴영역을 갖고,
    교반 블레이드는 적어도 일부가 하부 수렴영역에 위치하며,
    출구 파이프는 반응물의 배출 방향을 따라 단면적이 감소하며, 하부 수렴영역에 연결된 제1 영역 및 제1 영역으로부터 배출 방향을 따라 연장되고, 단면적이 일정하게 유지되는 제2 영역을 포함하는 반응기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    출구 파이프의 제1 영역의 최대 직경은 하부 수렴 영역의 최소 직경과 동일한 반응기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    제1 영역의 최소직경은 제2 영역의 직경과 동일한 반응기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    교반 블레이드는, 나선형 블레이드, 및 패들형 블레이드를 포함하는 반응기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    패들형 블레이드는 하부 수렴영역에 위치하는 반응기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    반응물은 빙함(Bingham) 유체인 반응기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    반응물 배출 시, 반응 공간의 상부 영역에 압력을 가하기 위한 가압 부를 포함하는 반응기.
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