WO2020055115A1 - 배플을 구비한 회분식 반응기 - Google Patents

배플을 구비한 회분식 반응기 Download PDF

Info

Publication number
WO2020055115A1
WO2020055115A1 PCT/KR2019/011749 KR2019011749W WO2020055115A1 WO 2020055115 A1 WO2020055115 A1 WO 2020055115A1 KR 2019011749 W KR2019011749 W KR 2019011749W WO 2020055115 A1 WO2020055115 A1 WO 2020055115A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
baffle
pipe
pipes
discharge nozzle
reactor
Prior art date
Application number
PCT/KR2019/011749
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
이혜원
이신범
안우열
한기도
Original Assignee
한화솔루션 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한화솔루션 주식회사 filed Critical 한화솔루션 주식회사
Priority to CN201980058595.7A priority Critical patent/CN112654424B/zh
Publication of WO2020055115A1 publication Critical patent/WO2020055115A1/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • 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
    • B01J19/0053—Details of the reactor
    • B01J19/006—Baffles
    • 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
    • B01J19/0053—Details of the reactor
    • B01J19/0066—Stirrers
    • 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
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00002—Chemical plants
    • B01J2219/00027—Process aspects
    • B01J2219/00029—Batch processes

Definitions

  • the present invention relates to a batch reactor, and more particularly to a batch reactor with a baffle.
  • a conventional batch reactor includes a reactor body containing a reactant, a stirrer installed inside the reactor body to stir the reactants, and a drive motor rotating the stirrer.
  • the batch reactor may include a reactor jacket, a baffle, and a reflux condenser as a configuration for controlling the temperature of the reactants.
  • the baffle consists of a tube through which the fluid flows, and is located close to the inner wall of the reactor body from the outside of the stirrer.
  • the baffle functions to remove the reactant by changing the circumferential flow of the reactant according to the rotation of the stirrer to the up and down direction, and performs a heat removal function to keep the temperature of the reactant constant through heat exchange between the reactant and the fluid flowing inside the tube.
  • the problem to be solved by the embodiments of the present invention is to solve the problems as described above, by analyzing the flow characteristics and heat removal characteristics according to the improvement of the arrangement of the baffle and the stirrer structure to secure the optimum heat removal performance, in the industrial field It is to provide a reactor that minimizes process troubles of concern.
  • Batch reactor according to an embodiment of the present invention for solving the above problems is a cylindrical reactor body; Stirring device; Discharge nozzle; And a baffle positioned along the circumferential direction of the reactor body between the inner wall of the reactor body and the stirring device, wherein the stirring device includes at least two agitators and one rotating shaft, and the baffle comprises at least two pipings. It includes, the pipes are separated from each other, and are located in a line along the radial direction of the reactor body.
  • the at least two stirrers may be positioned at regular intervals along the height direction of the rotating shaft.
  • Each of the pipes is cylindrical, and an interval between the cylindrical pipes adjacent to each other may be 0.5 to 2 times the diameter of the cylindrical pipe.
  • the reactor body includes a side wall portion, a cover portion, and a bottom portion, and the discharge nozzle may be located between the rotating shaft and the side wall portion of the bottom portion.
  • the batch reactor includes at least one pair of baffles spaced apart from each other about the rotation axis, and from the discharge nozzles of the pair of baffles in a baffle located close to the discharge nozzles of the pair of baffles
  • the distance between adjacent pipes may be smaller than a baffle located far away.
  • the distance between adjacent pipes in the baffle located close to the discharge nozzle among the pair of baffles may be 0.5 to 1 times the diameter of the pipe.
  • the distance between adjacent pipes in a baffle located far from the discharge nozzle among the pair of baffles may be 0.5 to 2 times the diameter of the pipe.
  • the distance between adjacent pipes in the baffle located far from the discharge nozzle among the pair of baffles may be 1 to 1.3 times the diameter of the pipe.
  • Example 1 is a schematic diagram of a batch reactor according to Example 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a batch reactor cut along the line I-I 'in FIG. 1.
  • Example 3 is a schematic cross-sectional view of a batch reactor according to Example 2 of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a batch reactor according to a comparative example.
  • Example 5 is a turbulence dissipation rate distribution chart of Example 1, Example 2 and Comparative Example.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of a batch reactor showing the lower part of FIG. 1.
  • FIG. 8 shows the cumulative amount of slurry for the initial 20 seconds in P1 to P10 of FIG. 6.
  • a part such as a layer, film, region, plate, etc. is said to be “above” or “on” another part, this includes the case where another part is “just above” as well as another part in the middle. . Conversely, when one part is “just above” another part, it means that there is no other part in the middle.
  • the reference portion means that it is located above or below the reference portion, and means that it is necessarily “above” or “above” toward the opposite direction of gravity. no.
  • planar this means when the object portion is viewed from above, and when it is referred to as “cross-sectional”, it means when the cross section of the object portion vertically cut is viewed from the side.
  • FIG. 1 is a schematic view of a batch reactor according to Example 1 of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a batch reactor cut along the line I-I 'of FIG. 1.
  • the batch reactor 100 according to the first embodiment of the present invention, the reactor body 120, the stirring device 130, the discharge nozzle 150 and the inner wall of the reactor body 120 and stirred Between the device 130 includes a baffle 140 positioned along the circumferential direction of the reactor body 120.
  • the batch reactor 100 may be, for example, a polymerization reactor for polymer polymerization.
  • the reactor body 120 is not limited in shape, but is preferably a cylindrical structure, and may include a side wall part 121, a bottom part 122, and a cover part 123.
  • the reactor body 120 is formed of a double-walled structure so that fluid can circulate inside the double-walled structure, and heat exchange between the fluid and the reactants can be achieved. That is, a heat exchange jacket may be installed in the reactor body 120.
  • Stirring device 130 is installed inside the reactor body 120, the stirrer (133, 134, 135) for rotating the reactant 110, the motor 131 and the motor for rotating the stirrer (133, 134, 135) and the motor ( 131) and a rotating shaft 132 connecting the stirrer (133, 134, 135).
  • the stirring device 130 includes three stirrers 133, 134, and 135, but at least two or more stirrers are positioned at regular intervals along the height direction of the rotating shaft 132, If a multi-stage batch reactor is formed, the number of stirrers is not particularly limited. In the batch reaction process, it is important to produce a uniform product, and the stirrers 133, 134, and 135 according to the first embodiment of the present invention are positioned at regular intervals along the height direction of the rotating shaft 132 to form a multi-stage structure. , Compared to a structure having one stirrer, effective stirring of the reactants is possible, and the flow of the reactants can be uniformly maintained for each zone. Therefore, ultimately, a uniform product can be produced, productivity can be improved, and stability of product quality can be improved.
  • Stirring performance of the stirrers 133, 134, 135 affects the reaction performance of the batch reactor 100.
  • the stirrers 133, 134, and 135 may be configured in the form of a paddle type, a propeller type, and a turbine type, and in FIG. 1 and FIG. 2, a paddle type stirring blade may be used.
  • the stirrers 133, 134, and 135 are illustrated as examples, the structure is not particularly limited as long as it is a structure capable of effectively mixing the reactants 110.
  • the number of stirring wings is not particularly limited, but may be composed of 2 to 4 wings.
  • the baffle 140 functions to improve mixing of the reactants 110 by changing the circumferential flow of the reactants 110 according to the rotation of the stirrers 133, 134, and 135 into up and down flows.
  • the baffle 140 is composed of a pipe through which a fluid for heat exchange, such as cooling water, flows, to maintain a constant temperature of the reactant 110 through heat exchange with the reactant 110 to control the temperature. It is responsible for the function, that is, the heat removal function.
  • the fluid for heat exchange may have a temperature of approximately 4 to 35 degrees Celsius in the case of low temperature, and may have a temperature of approximately 50 degrees to 200 degrees Celsius in case of high temperature.
  • the baffles 140 are arranged in a plurality at a distance from each other along the circumferential direction of the reactor body 120. That is, the plurality of baffles 140 are installed along the circumferential direction of the reactor body 120 at a constant distance from the stirrers 133, 134, 135, and are preferably installed at equal intervals along the circumferential direction.
  • Each baffle 140 may include a plurality of pipes, and each of the pipes may be cylindrical.
  • the pipes of each baffle 140 are separated from each other, and are located in a line along the radial direction of the reactor body 120 when viewed in plan.
  • the baffle 140 according to the first embodiment of the present invention has a structure including two pipes composed of a first pipe 141 and a second pipe 142. Referring to FIG. 1, the first pipe 141 and the second pipe 142 are separated from each other, and fluid for heat exchange flows along each path.
  • the first pipe 141 and the second pipe 142 may penetrate through the bottom portion 122 of the reactor body 120 and be connected to a cooling water outlet (not shown), respectively, and each side wall portion of the reactor body 120 Through 121, it may be connected to a cooling water inlet (not shown).
  • the portion penetrated from the reactor body 120 is not greatly limited, and the cover part 123 and the bottom part 122, the cover part 123 and the side wall part 121, the side wall part 121, and the side wall part ( 121).
  • the cooling water outlet and the cooling water inlet are also connected to each pipe, the position is not limited, so that the first pipe 141 and the second pipe 142 passing through the bottom portion 122 of the reactor body 120 are connected to the cooling water inlet.
  • the first pipe 141 and the second pipe 142 passing through the side wall portion 121 of the reactor body 120 may be connected to the cooling water outlet.
  • the first piping 141 and the second piping 142 are not connected to each other and fluid for heat exchange flows along each path, so that a surface treatment process for improving heat removal performance can be easily performed.
  • Each baffle 140 may include a plurality of pipes, and when viewed planarly, it is positioned in a line along the radial direction of the reactor body 120.
  • the baffle 140 includes a first pipe 141 and a second pipe 142, and the first pipe 141 and the second pipe 142 are reactors. It is located in a line along the radial direction of the body 120.
  • the batch reactor 200 includes a reactor body 220 and a baffle 240, and the baffle 240 includes a first pipe 241, a second pipe 242, and a third pipe 243 ).
  • the first pipe 241, the second pipe 242, and the third pipe 243 are located in a line along the radial direction of the reactor body 220.
  • the batch reactor 300 according to the comparative example of the present invention includes a reactor body 320 and a baffle 340, and the baffle 340 includes a first pipe 341 and a second pipe 342 ) And a third pipe 343.
  • the first pipe 341, the second pipe 342, and the third pipe 343 are formed in a triangular pattern with a constant distance from each other to form a cross-array structure.
  • Example 5 is a turbulence dissipation rate distribution chart of Example 1, Example 2 and Comparative Example. Referring to FIG. 5, sufficient turbulent energy is not transmitted to a pipe located at the outermost side of a pipe having a cross-array structure according to a comparative example of the present invention, compared to a pipe having a one-line structure according to Examples 1 and 2 of the present invention. can confirm. Therefore, it can be seen that the piping of the cross-array structure has a deteriorated heat removal performance compared to the piping of the one-line structure.
  • the baffle includes a line of piping, and the number of piping is not particularly limited as long as it is at least two.
  • the path through which the coolant flows increases, which may have an effective aspect in the heat removal performance.
  • the more the number of pipes included in each baffle in an industrial site the more the number of cooling water nozzles to be installed increases, and the reactants And the amount of slurry formed between the pipe may increase. If the smooth washing is not properly performed due to the increased amount of slurry, it may cause a non-ideal reaction in the next polymerization process. Therefore, it is preferable that the number of pipes is two in order to minimize the limitations in the industrial site as described above.
  • the batch reactor 100 may further include a discharge nozzle 150.
  • the discharge nozzle 150 may be located on the bottom portion 122 of the reactor body 120. Specifically, the discharge nozzle 150 may be located between the rotating shaft 132 and the side wall portion 121 among the bottom portion 122 of the reactor body 120.
  • the discharge nozzle 150 is responsible for draining of the reactant 110 where the reaction is completed, and the reactant 110 having all reactions is drained through the discharge nozzle 150, and then is produced as a final product through a purification and drying process. .
  • the spacing X between adjacent pipes among the pipes constituting each baffle 140 is preferably 0.5 to 2 times the diameter of the pipe. If the distance (X) between the pipes is less than 0.5 times the diameter, the amount of slurry formed between the reactant and the pipe at the bottom of the pipe may increase, and if the distance (X) between the pipes exceeds 2 times the diameter, Since sufficient space between adjacent pipes is not secured, it causes an imbalance in overall flow characteristics.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of a batch reactor showing the lower part of FIG. 1.
  • the first pipe 141 and the second pipe constituting a pair of baffles 140, the pair of baffles 140 are spaced apart from each other corresponding to each other based on the rotating shaft 132 (142) is also arranged substantially parallel to the rotation shaft 132, each of the first pipe 141 and the second pipe 142 constituting the other baffle 140 with respect to the rotation shaft 132, each other It can be located in the corresponding part.
  • the first pipe 141 and the second pipe 142 may be arranged separately from each other.
  • P1, P3, P5, P7 and P9 are the first pipe 141 and the second pipe 142 included in the baffle 140 positioned closer to the discharge nozzle 150, the side wall portion 121 and the discharge nozzle ( Among the 150), it indicates a point between neighboring components.
  • P2, P4, P6, P8, and P10 are the first pipe 141 and the second pipe 142 included in the baffle 140 positioned relatively far from the discharge nozzle 150, the rotating shaft 132, and the side wall portion ( 121).
  • FIG. 7 shows the slurry volume fraction over time in P1 to P10 of FIG. 6. Specifically, the spacing between the pipes is the same as the pipe diameter and 1.3 times the pipe diameter, showing the slurry volume fraction over time in P1 to P10.
  • Figure 8 shows the slurry accumulation during the initial 20 seconds in P1 to P10 of Figure 6. Specifically, it shows the degree of slurry accumulation during the initial 20 seconds in P1 to P10 by dividing the case in which the spacing between the pipes is equal to the pipe diameter and 1.3 times the pipe diameter.
  • the slurry that accumulates initially is a factor that inhibits the mixing of reactants.
  • the gap between the pipes adjacent to each other is smaller than the baffle 140 positioned closer to the discharge nozzle 150 and the baffle 140 positioned closer to the discharge nozzle 150, specifically, the discharge nozzle 150 )
  • the baffle 140 positioned close to the pipe is 0.5 to 1 times the diameter of the pipe, and the baffle 140 located away from the discharge nozzle 150 has a gap between the pipes of 0.5 to 2 times the diameter of the pipe. More preferably, it is 1 to 1.3 times.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

본 발명의 실시예들은, 더블 파이프 방식의 배플 구조 및 복수의 교반기에 의한 다단 구조를 통해 산업 현장에서의 최적의 유동 성능 및 제열 성능을 유지하는 회분식 반응기를 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 회분식 반응기는 원통형 반응기 본체; 교반 장치; 배출 노즐; 및 상기 반응기 본체의 내벽과 상기 교반 장치 사이에서 상기 반응기 본체의 원주 방향을 따라 위치하는 배플을 포함하고, 상기 교반 장치는 적어도 둘 이상의 교반기 및 하나의 회전축을 포함하며, 상기 배플은 적어도 둘 이상의 배관을 포함하고, 상기 배관들은 서로 분리되어 있으며, 상기 반응기 본체의 반경 방향을 따라 일렬로 위치한다.

Description

배플을 구비한 회분식 반응기
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2018년 9월 11일자 한국 특허 출원 제 10-2018-0108360호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 회분식 반응기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배플을 구비한회분식 반응기에 관한 것이다.
통상의 회분식 반응기는 반응물을 담는 반응기 본체와, 반응기 본체의 내부에 설치되어 반응물을 교반시키는 교반기와 교반기를 회전시키는 구동 모터를 포함한다.
일반적으로 회분식 발열 반응 공정은 균일한 생성물을 생산하고, 생산성을 높이며, 생성물 품질의 안정성을 향상시키기 위해서 반응 챔버의 내부 온도를 적절하게 제어할 필요가 있다. 따라서, 회분식 반응기는 반응물의 온도를 제어하기 위한 구성으로서 반응기 자켓과 배플 및 리플럭스 콘덴서 등을 포함할 수 있다.
배플은 유체가 흐르는 관으로 구성되며, 교반기의 외측에서 반응기 본체의 내벽에 가깝게 위치한다. 배플은 교반기의 회전에 따른 반응물의 원주 방향 흐름을 상하 방향으로 바꾸어 반응물의 혼합을 양호하게 하고, 반응물과 관 내부에 흐르는 유체와의 열교환을 통해 반응물의 온도를 일정하게 유지시키는 제열 기능을 한다.
하지만 교반기 및 배플의 설치 형태를 변화할 경우, 내부 유동특성의 변화 및 이에 따른 제품의 품질변화가 발생할 수 있으며, 반응물의 교반 성능 및 제열 성능에 큰 차이를 일으킨다.
이에, 최적의 교반 성능 및 제열 성능을 발휘하면서도 산업 현장에서의 제약을 최소화할 수 있는 회분식 반응기에 대한 연구가 진행되고 있다.
본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 배플의 배열 및 교반기 구조의 개선에 따른 유동 특성 및 제열 특성을 분석하여 최적의 제열 성능을 확보하고, 산업 현장에서 우려되는 공정 트러블을 최소화 하는 반응기를 제공하는 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 회분식 반응기는 원통형 반응기 본체; 교반 장치; 배출 노즐; 및 상기 반응기 본체의 내벽과 상기 교반 장치 사이에서 상기 반응기 본체의 원주 방향을 따라 위치하는 배플을 포함하고, 상기 교반 장치는 적어도 둘 이상의 교반기 및 하나의 회전축을 포함하며, 상기 배플은 적어도 둘 이상의 배관을 포함하고, 상기 배관들은 서로 분리되어 있으며, 상기 반응기 본체의 반경 방향을 따라 일렬로 위치한다.
상기 적어도 둘 이상의 교반기는 상기 회전축의 높이 방향을 따라 일정한 간격을 두고 위치할 수 있다.
상기 배관들 각각은 원통형이고, 서로 이웃하는 상기 원통형 배관들 사이 간격은 상기 원통형 배관의 지름의 0.5배 내지 2배일 수 있다.
상기 반응기 본체는 측벽부, 덮개부 및 바닥부를 포함하고, 상기 배출 노즐은 상기 바닥부 중에서 상기 회전축과 상기 측벽부 사이에 위치할 수 있다.
상기 회분식 반응기는 상기 회전축을 중심으로 서로 이격되어 위치하는 한 쌍의 배플을 적어도 하나 이상 포함하고, 상기 한 쌍의 배플 중 상기 배출 노즐과 가까이 위치하는 배플에서 상기 한 쌍의 배플 중 상기 배출 노즐로부터 멀리 위치하는 배플보다 서로 이웃하는 배관들 사이의 간격이 작을 수 있다.
상기 한 쌍의 배플 중 상기 배출 노즐과 가까이 위치하는 배플에서 서로 이웃하는 배관들 사이의 간격은 상기 배관의 지름의 0.5배 내지 1배일 수 있다.
상기 한 쌍의 배플 중 상기 배출 노즐로부터 멀리 위치하는 배플에서 서로 이웃하는 배관 사이의 간격은 상기 배관의 지름의 0.5배 내지 2배일 수 있다.
상기 한 쌍의 배플 중 상기 배출 노즐로부터 멀리 위치하는 배플에서 서로 이웃하는 배관 사이의 간격은 상기 배관의 지름의 1배 내지 1.3배일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 더블 파이프 방식의 배플 구조를 통해 산업 현장에서의 최적의 유동 성능 및 제열 성능을 유지하는 회분식 반응기를 제공할 수 있다.
또한, 복수의 교반기에 의한 다단 구조를 통해 반응 유체의 효율적 교반이 가능하고, 반응 유체의 유동을 균일하게 유지할 수 있는 회분식 반응기를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 회분식 반응기의 개략도이다.
도 2는 도 1의 I-I'선을 기준으로 절개한 회분식 반응기의 개략 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 회분식 반응기의 개략 단면도이다.
도 4는 비교예에 따른 회분식 반응기를 나타낸 개략 단면도이다.
도 5는 실시예 1, 실시예 2 및 비교예의 난류소산율 분포도이다.
도 6은 도 1의 하단부를 나타내는 회분식 반응기의 개략도이다.
도 7은 도 6의 P1 내지 P10에서의 시간에 따른 슬러리 부피분율을 나타낸 것이다.
도 8은 도 6의 P1 내지 P10에서의 초기 20초 동안의 슬러리 누적량을 나타낸 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 회분식 반응기의 개략도이고, 도 2는 도 1의 I-I' 선을 기준으로 절개한 회분식 반응기의 개략 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 실시예 1에 따른 회분식 반응기(100)는 반응기 본체(120), 교반 장치(130), 배출 노즐(150) 및 반응기 본체(120)의 내벽과 교반 장치(130) 사이에서 반응기 본체(120)의 원주 방향을 따라 위치하는 배플(140)을 포함한다.
회분식 반응기(100)는 예를 들어 고분자 중합을 위한 중합 반응기일 수 있다. 반응기 본체(120)는 모양에 제한이 없으나, 원통형 구조임이 바람직하고, 측벽부(121), 바닥부(122) 및 덮개부(123)를 포함할 수 있다. 도시는 생략하였으나 반응기 본체(120)는 이중벽 구조로 형성되어 이중벽 내부에 유체가 순환할 수 있고, 유체와 반응물 사이 열교환이 이루어질 수 있다. 즉 반응기 본체(120)에 열교환 자켓이 설치될 수 있다.
교반 장치(130)는 반응기 본체(120)의 내부에 설치되어 반응물(110)을 회전시키는 교반기(133, 134, 135), 교반기(133, 134, 135)를 회전시키는 모터(131) 및 모터(131)와 교반기(133, 134, 135)를 연결하는 하나의 회전축(132)를 포함한다.
본 발명의 실시예 1에 따르면, 교반 장치(130)는 세 개의 교반기(133, 134, 135)를 포함하고 있으나, 적어도 둘 이상의 교반기가 회전축(132)의 높이 방향을 따라 일정 간격을 두고 위치하여 다단 구조의 회분식 반응기를 형성하면 교반기 개수는 특별히 제한 되지 않는다. 회분식 반응 공정은 균일한 생성물을 생성하는 것이 중요한데, 본 발명의 실시예 1에 따른 교반기(133, 134, 135)는 회전축(132)의 높이 방향에 따라 일정한 간격을 두고 위치하여 다단 구조를 형성함으로써, 하나의 교반기를 갖는 일단 구조에 비하여 반응물의 효과적인 교반이 가능하고, 반응물의 유동을 구역마다 균일하게 유지할 수 있다. 따라서, 궁극적으로 균일한 생성물을 생산하여, 생산성을 높일 수 있고, 생성물 품질의 안정성을 향상시킬 수 있다.
교반기(133, 134, 135)의 교반 성능은 회분식 반응기(100)의 반응 성능에 영향을 미친다. 교반기(133, 134, 135)는 패들(paddle) 타입, 프로펠라(propeller) 타입, 및 터빈(turbine) 타입의 교반 날개 형태로 구성될 수 있으며, 도 1과 도 2에서는 패들 타입의 교반 날개로 구성된 교반기(133, 134, 135)를 예로 들어 도시하였으나, 반응물(110)을 효과적으로 혼합할 수 있는 구조이면 특별히 제한되지 않는다. 교반 날개의 개수는 특별히 제한되지 않으나, 2개 내지 4개의 날개로 구성될 수 있다.
배플(140)은 교반기(133, 134, 135)의 회전에 따른 반응물(110)의 원주 방향 흐름을 상하 방향 흐름으로 바꾸어 반응물(110)의 혼합을 양호하게 하는 기능을 한다. 또한, 배플(140)은 그 내부로 냉각수와 같은 열교환을 위한 유체가 흐르는 배관으로 구성되어, 반응물(110)과의 열교환을 통해 반응물(110)의 온도를 일정하게 유지시켜 온도를 제어 할 수 있는 기능, 즉 제열 기능을 담당한다.
열교환을 위한 유체는 저온의 경우 대략 섭씨 4도 내지 35도의 온도를 가질 수 있으며, 고온의 경우 대략 섭씨 50도 내지 200도의 온도를 가질 수 있다.
배플(140)은 반응기 본체(120)의 원주 방향을 따라 서로간 거리를 두고 복수개로 배치된다. 즉 복수의 배플(140)은 교반기(133, 134, 135)와 일정한 거리를 두고 반응기 본체(120)의 원주 방향을 따라 설치되며, 바람직하게 원주 방향을 따라 등간격으로 설치된다.
각각의 배플(140)은 복수의 배관을 포함할 수 있으며, 배관들 각각은 원통형일 수 있다. 각각의 배플(140)의 배관들은 서로 분리되어 있으며, 평면적으로 보았을 때 반응기 본체(120)의 반경 방향을 따라 일렬로 위치한다. 본 발명의 실시예 1에 따른 배플(140)은 제1 배관(141) 및 제2 배관(142)으로 구성된 2개의 배관을 포함하는 구조로 이루어진다. 도 1을 참조하면, 제1 배관(141)과 제2 배관(142)은 서로 분리되어 있고, 열교환을 위한 유체가 각각의 경로를 따라 흐른다. 제1 배관(141) 및 제2 배관(142)은 각각 반응기 본체(120)의 바닥부(122)를 통해 관통하여 냉각수 배출구(미도시)와 연결될 수 있으며, 각각 반응기 본체(120)의 측벽부(121)를 통해 관통하여 냉각수 유입구(미도시)와 연결될 수 있다. 다만, 반응기 본체(120)에서 관통되는 부분은 크게 제한되지 않아, 덮개부(123) 및 바닥부(122), 덮개부(123) 및 측벽부(121), 측벽부(121) 및 측벽부(121)를 관통할 수 있다. 냉각수 배출구 및 냉각수 유입구 역시 각 배관당 하나씩 연결된다면, 위치는 제한되지 않으므로, 반응기 본체(120)의 바닥부(122)를 관통한 제1 배관(141) 및 제2 배관(142)이 냉각수 유입구와 연결되고, 반응기 본체(120)의 측벽부(121)를 관통한 제1 배관(141) 및 제2 배관(142)이 냉각수 배출구와 연결될 수 있다.
제1 배관(141) 및 제2 배관(142) 서로 연결되지 않고 열교환을 위한 유체가 각각의 경로를 따라 흐름으로써, 제열 성능 향상을 위한 표면 처리 공정을 용이하게 실시 할 수 있다.
각각의 배플(140)은 복수의 배관을 포함할 수 있으며, 평면적으로 보았을 때 반응기 본체(120)의 반경 방향을 따라 일렬로 위치한다. 도 2를 참고하면, 본 발명의 실시예 1는 배플(140)이 제1 배관(141) 및 제2 배관(142)을 포함하며, 제1 배관(141) 및 제2 배관(142)은 반응기 본체(120)의 반경 방향을 따라 일렬로 위치한다.
도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 회분식 반응기의 개략 단면도이다. 본 발명의 실시예 2에 따른 회분식 반응기(200)는 각 배플이 포함하는 배관의 개수를 제외하면, 본 발명의 실시예 1에 따른 회분식 반응기(100)과 상호 동일 내지 유사한 구성을 갖는다. 도 3을 참고하면, 회분식 반응기(200)는 반응기 본체(220) 및 배플(240)을 포함하며, 배플(240)은 제1 배관(241), 제2 배관(242) 및 제3 배관(243)을 포함한다. 1 배관(241), 제2 배관(242) 및 제3 배관(243)은 반응기 본체(220)의 반경 방향을 따라 일렬로 위치한다.
도 4는 본 발명의 비교예에 따른 회분식 반응기를 나타낸 개략 단면도이다. 도 4를 참고하면, 본 발명의 비교예에 따른 회분식 반응기(300)는 반응기 본체(320) 및 배플(340)을 포함하며, 배플(340)은 제1 배관(341), 제2 배관(342) 및 제3 배관(343)을 포함한다. 제1 배관(341), 제2 배관(342) 및 제3 배관(343)은 서로 일정한 거리를 두고 삼각 패턴으로 형성되어 교차배열 구조를 형성한다.
도 5는 실시예 1, 실시예 2 및 비교예의 난류소산율 분포도이다. 도 5를 참고하면, 본 발명의 비교예에 따른 교차 배열 구조의 배관은 본 발명의 실시예 1 및 실시예 2에 따른 일렬 구조의 배관에 비해 가장 외측에 위치한 배관에 충분한 난류 에너지가 전달되지 않음을 확인할 수 있다. 따라서, 교차 배열 구조의 배관은 일렬 구조의 배관에 비해 저하된 제열 성능을 갖는 것을 확인할 수 있다.
제열 성능 측면에서 배플은 일렬 구조의 배관을 포함하는 것이 바람직하며, 배관의 개수는 적어도 둘 이상이라면 특별히 제한 되지 않는다. 다만, 배관의 개수가 많을수록 냉각수가 흐르는 경로가 증가하여 제열 성능에 있어 효과적인 측면이 있을 수 있으나, 산업 현장에 있어서 각 배플에 포함되는 배관의 개수가 많을수록 설치하는 냉각수 노즐의 개수가 증가하고, 반응물과 배관 사이에 형성되는 슬러리의 양이 증가할 수 있다. 증가된 슬러리의 양에 의해 원활한 세척이 제대로 이루어 지지 않은 경우, 다음 중합 과정에서의 비이상적인 반응을 야기할 수 있다. 따라서, 상기와 같은 산업 현장에서의 제약을 최소화하기 위해서 배관의 개수는 2개임이 바람직하다.
도 1을 다시 참고하면, 본 발명의 실시예 1에 따른 회분식 반응기(100)는 배출 노즐(150)을 더 포함할 수 있다. 배출 노즐(150)은 반응기 본체(120)의 바닥부(122)에 위치할 수 있다. 구체적으로, 배출 노즐(150)은 반응기 본체(120)의 바닥부(122) 중에서 회전축(132)과 측벽부(121) 사이에 위치할 수 있다. 배출 노즐(150)은 반응이 완료된 반응물(110)의 배수를 담당하며, 반응이 모두 완료된 반응물(110)이 배출 노즐(150)을 통해 배수된 후, 정제 및 건조 공정을 거쳐 최종 제품으로 생산된다.
도 2을 다시 참고하면, 각 배플(140)을 구성하는 배관 중 서로 이웃하는 배관 사이의 간격(X)은 배관의 지름의 0.5배 내지 2배인 것이 바람직하다. 배관 사이의 간격(X)이 지름의 0.5배 미만이면 배관 하단에 반응물과 배관 사이에 형성되는 슬러리의 양이 증가할 수 있고, 배관 사이의 간격(X)이 지름의 2배를 초과하면 교반기와 근접한 배관 사이 충분한 공간이 확보되지 않으므로, 전반적인 유동 특성의 불균형을 야기한다.
도 6은 도 1의 하단부를 나타내는 회분식 반응기의 개략도이다. 한 쌍의 배플(140)이 회전축(132)을 기준으로 서로 대응하는 부분에 이격되어 위치하고 있으며, 한 쌍의 배플 중에서 어느 하나의 배플(140)을 구성하는 제1 배관(141) 및 제2 배관(142)도 회전축(132)에 실질적으로 평행하게 배열되며, 회전축(132)을 기준으로 다른 하나의 배플(140)을 구성하는 제1 배관(141) 및 제2 배관(142) 각각에 대해 서로 대응하는 부분에 위치할 수 있다. 제1 배관(141)과 제2 배관(142)은 서로 분리되어 배열될 수 있다.
P1, P3, P5, P7 및 P9는 배출 노즐(150)과 더 가까이 위치하는 배플(140)에 포함된 제1 배관(141)과 제2 배관(142), 측벽부(121) 및 배출 노즐(150)들 중에서 서로 이웃하는 구성 사이의 지점을 나타낸 것이다. P2, P4, P6, P8 및 P10은 배출 노즐(150)로부터 상대적으로 멀리 위치하는 배플(140)에 포함된 제1 배관(141)과 제2 배관(142), 회전축(132) 및 측벽부(121)들 중에서 서로 이웃하는 구성 사이의 지점을 나타낸 것이다.
도 7은 도 6의 P1 내지 P10에서의 시간에 따른 슬러리 부피율을 나타낸 것이다. 구체적으로, 배관 사이의 간격이 배관 지름과 동일한 경우와 배관 지름의 1.3배인 경우로 나누어 P1 내지 P10에서의 시간에 따른 슬러리 부피율을 나타낸 것이다.
도 8은 도 6의 P1 내지 P10에서의 초기 20초 동안의 슬러리 축적도를 나타낸 것이다. 구체적으로, 배관 사이의 간격이 배관 지름과 동일한 경우와 배관 지름의 1.3배인 경우로 나누어 P1 내지 P10에서의 초기 20초 동안의 슬러리 축적도를 나타낸 것이다.
도 7과 도 8을 참고하면, 반응 시작 후 20초까지의 반응 초기에 슬러리가 축적되는 현상이 발생하고, 시간이 지남에 따라 반응물 유체와 함께 배수된다. 초기에 축적되는 슬러리는 반응물의 혼합을 저해하는 요인이 된다.
배출 노즐(150)과 상대적으로 근접한 P1, P3, P5, P7 및 P9 지점의 경우 배관 사이의 간격이 배관 지름과 동일하면 축적되는 슬러리의 양이 상대적으로 적고, 배출 노즐(150)과 상대적으로 먼 P2, P4, P6, P8 및 P10 지점의 경우 배관 사이의 간격이 배관 지름의 1.3배인 경우 축적되는 슬러리의 양이 상대적으로 적다.
따라서, 배출 노즐(150)과 가까이 위치하는 배플(140)이 배출 노즐(150)로부터 멀리 위치하는 배플(140)보다 서로 이웃하는 배관 사이 간격이 더 작은 것이 바람직하며, 구체적으로, 배출 노즐(150)과 가까이 위치하는 배플(140)은 배관 사이 간격이 배관의 지름의 0.5배 내지 1배이고, 배출 노즐(150)로부터 멀리 위치하는 배플(140)은 배관 사이 간격이 배관의 지름의 0.5배 내지 2배, 혹은 1배 내지 1.3배인 것이 더욱 바람직하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
[부호의 설명]
100: 회분식 반응기
120: 반응기 본체
133, 134, 135: 교반기
140: 배플
141: 제1 배관
142: 제2 배관

Claims (8)

  1. 원통형 반응기 본체;
    교반 장치;
    배출 노즐; 및
    상기 반응기 본체의 내벽과 상기 교반 장치 사이에서 상기 반응기 본체의 원주 방향을 따라 위치하는 배플을 포함하고,
    상기 교반 장치는 적어도 둘 이상의 교반기 및 하나의 회전축을 포함하며,
    상기 배플은 적어도 둘 이상의 배관을 포함하고,
    상기 배관들은 서로 분리되어 있으며, 상기 반응기 본체의 반경 방향을 따라 일렬로 위치하는 회분식 반응기.
  2. 제1항에서,
    상기 적어도 둘 이상의 교반기는 상기 회전축의 높이 방향을 따라 일정한 간격을 두고 위치하는 회분식 반응기.
  3. 제1항에서,
    상기 배관들 각각은 원통형이고,
    서로 이웃하는 상기 원통형 배관들 사이 간격은 상기 원통형 배관의 지름의 0.5배 내지 2배인 회분식 반응기.
  4. 제1항에서,
    상기 반응기 본체는 측벽부, 덮개부 및 바닥부를 포함하고,
    상기 배출 노즐은 상기 바닥부 중에서 상기 회전축과 상기 측벽부 사이에 위치하는 회분식 반응기.
  5. 제4항에서,
    상기 회전축을 중심으로 서로 이격되어 위치하는 한 쌍의 배플을 적어도 하나 이상 포함하고,
    상기 한 쌍의 배플 중 상기 배출 노즐과 가까이 위치하는 배플에서 상기 한 쌍의 배플 중 상기 배출 노즐로부터 멀리 위치하는 배플보다 서로 이웃하는 배관들 사이의 간격이 작은 회분식 반응기.
  6. 제5항에서,
    상기 한 쌍의 배플 중 상기 배출 노즐과 가까이 위치하는 배플에서 서로 이웃하는 배관들 사이의 간격은 상기 배관의 지름의 0.5배 내지 1배인 회분식 반응기.
  7. 제5항에서,
    상기 한 쌍의 배플 중 상기 배출 노즐로부터 멀리 위치하는 배플에서 서로 이웃하는 배관 사이의 간격은 상기 배관의 지름의 0.5배 내지 2배인 회분식 반응기.
  8. 제7항에서,
    상기 한 쌍의 배플 중 상기 배출 노즐로부터 멀리 위치하는 배플에서 서로 이웃하는 배관 사이의 간격은 상기 배관의 지름의 1배 내지 1.3배인 회분식 반응기.
PCT/KR2019/011749 2018-09-11 2019-09-10 배플을 구비한 회분식 반응기 WO2020055115A1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201980058595.7A CN112654424B (zh) 2018-09-11 2019-09-10 具有挡板的间歇式反应器

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2018-0108360 2018-09-11
KR1020180108360A KR102395229B1 (ko) 2018-09-11 2018-09-11 배플을 구비한 회분식 반응기

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020055115A1 true WO2020055115A1 (ko) 2020-03-19

Family

ID=69776550

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2019/011749 WO2020055115A1 (ko) 2018-09-11 2019-09-10 배플을 구비한 회분식 반응기

Country Status (3)

Country Link
KR (1) KR102395229B1 (ko)
CN (1) CN112654424B (ko)
WO (1) WO2020055115A1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040254397A1 (en) * 2003-06-13 2004-12-16 Tereftalatos Mexicanos, S.A. De C.V. Process and apparatus for the efficient oxidation of alkyl aromatic compounds
JP2005002194A (ja) * 2003-06-11 2005-01-06 Chisso Corp 反応器、それを含むオレフィン重合用装置、および、該重合装置を用いるオレフィン重合体の製造方法
KR20150080774A (ko) * 2014-01-02 2015-07-10 한화케미칼 주식회사 배플을 구비한 회분식 반응기
US20160031770A1 (en) * 2014-07-29 2016-02-04 Honeywell International Inc. Reactor with baffle configuration
KR20170131152A (ko) * 2016-05-20 2017-11-29 에스케이이노베이션 주식회사 화학 반응기 및 이를 이용한 올레핀 제조 방법

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI73148C (fi) * 1982-08-24 1987-09-10 Outokumpu Oy Saett att dispergera en gas i en vaetska innehaollande fast material och en anordning daerfoer.
CN103007866B (zh) * 2011-09-28 2015-02-25 中国石油化工股份有限公司 搅拌反应器
JP6151869B2 (ja) * 2014-09-22 2017-06-21 株式会社クレハ バッフル及びバッフルサポートを備えるポリアリーレンスルフィドの製造装置
CN104437286B (zh) * 2014-12-09 2017-01-25 内蒙古科技大学 一种生产超细碳酸铈的沉淀反应器
WO2017178323A1 (en) * 2016-04-12 2017-10-19 Sabic Global Technologies B.V. Small scale polymerization reactor
CN108079926A (zh) * 2017-12-27 2018-05-29 郑州仁宏医药科技有限公司 一种环保型反应釜

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005002194A (ja) * 2003-06-11 2005-01-06 Chisso Corp 反応器、それを含むオレフィン重合用装置、および、該重合装置を用いるオレフィン重合体の製造方法
US20040254397A1 (en) * 2003-06-13 2004-12-16 Tereftalatos Mexicanos, S.A. De C.V. Process and apparatus for the efficient oxidation of alkyl aromatic compounds
KR20150080774A (ko) * 2014-01-02 2015-07-10 한화케미칼 주식회사 배플을 구비한 회분식 반응기
US20160031770A1 (en) * 2014-07-29 2016-02-04 Honeywell International Inc. Reactor with baffle configuration
KR20170131152A (ko) * 2016-05-20 2017-11-29 에스케이이노베이션 주식회사 화학 반응기 및 이를 이용한 올레핀 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR102395229B1 (ko) 2022-05-04
KR20200029840A (ko) 2020-03-19
CN112654424A (zh) 2021-04-13
CN112654424B (zh) 2023-05-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5478535A (en) Apparatus for gas - liquid reactions
WO2014201767A1 (zh) 一种熔融缩聚反应方法及其反应器和降膜管
CN1769319B (zh) 用于生产聚酯的方法及其相应的环形圆盘反应器
WO2015102273A1 (ko) 배플을 구비한 회분식 반응기
WO2020130539A1 (ko) 회분식 반응기
CN215233988U (zh) 一种混料均匀的硅橡胶搅拌装置
WO2020055115A1 (ko) 배플을 구비한 회분식 반응기
KR100508348B1 (ko) 반응기열교환시스템
US20150299636A1 (en) Bioreactor apparatus
WO2018009034A2 (ko) 메탈로센 촉매 기반 폴리올레핀 계열의 용액중합 공정의 반응기
CN211586169U (zh) 一种加热搅拌罐
WO2024035096A1 (ko) 반응기
WO2021096261A1 (ko) 중합 반응기
KR20170131152A (ko) 화학 반응기 및 이를 이용한 올레핀 제조 방법
CN210787321U (zh) 一种搅拌反应釜
CN210357184U (zh) 合成釜内盘管以及合成釜
CN211246447U (zh) 一种具有换热夹套的配制罐
CN214636446U (zh) 一种改进的反应装置
CN213000021U (zh) 一种硝化反应釜
CN220861456U (zh) 一种聚烯烃催化剂制备间歇反应釜
CN220835391U (zh) 一种用于生产的原料预混储罐装置
WO2020080680A1 (ko) 회분식 반응기
CN216727239U (zh) 一种聚烯烃弹性体制备的聚合釜
WO2014201768A1 (zh) 熔融缩聚反应器
WO2012165891A2 (ko) 핀을 이용한 교반용기 및 이를 포함하는 교반능력이 향상된 교반기

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19859585

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19859585

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1