KR100961767B1

KR100961767B1 - Spinning disc reactor

Info

Publication number: KR100961767B1
Application number: KR1020080080376A
Authority: KR
Inventors: 이정석; 이종구; 주은정
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2008-08-18
Filing date: 2008-08-18
Publication date: 2010-06-07
Also published as: KR20100021771A

Abstract

본 발명은 디스크 내부에 반응을 위한 또 하나의 디스크를 포함하는 스피닝 디스크 반응 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명의 스피닝 디스크 반응 장치는 1종 이상의 반응물 공급부; 소정의 회전축을 기준으로 회전 가능하게 이루어져 있고, 상기 반응물 공급부로부터 공급된 반응물의 반응이 진행되는 제 1 디스크; 상기 반응물 공급부로부터 반응물을 이동시켜 상기 제 1 디스크 상에 공급 가능하도록 형성된 반응물 공급로; 상기 제 1 디스크를 둘러싸고 있으며, 열매체가 형성되어 있는 제 2 디스크; 상기 제 1 디스크 상에서 반응된 생성물을 수집하는 생성물 수집부; 및 상기 회전축 및 제 1 디스크를 회전시키기 위한 구동부를 포함한다.The present invention relates to a spinning disk reaction apparatus comprising another disk for reaction inside the disk. More specifically, the spinning disk reactor of the present invention comprises at least one reactant supply; A first disk configured to be rotatable about a predetermined axis of rotation, and the reaction of the reactant supplied from the reactant supply unit proceeds; A reactant supply passage formed to move the reactant from the reactant supply and to supply the reactant on the first disk; A second disk surrounding the first disk and having a heat medium formed thereon; A product collector for collecting the reaction product on the first disk; And a driving unit for rotating the rotating shaft and the first disk.

중합반응, 에테르화 반응, 스피닝 디스크, 제1디스크, 제2 디스크 Polymerization, etherification, spinning disc, first disc, second disc

Description

스피닝 디스크 반응 장치{Spinning disc reactor}Spinning disc reactor

본 발명은 스피닝 디스크 반응 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반응물이 디스크 표면에 고루 분포되어 반응속도가 빠르고, 반응이 일어나는 디스크 전체 면적을 균일한 온도로 만들 수 있는 스피닝 디스크 반응 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a spinning disk reaction apparatus, and more particularly, to a spinning disk reaction apparatus capable of making the reactant evenly distributed on the surface of the disk so that the reaction speed is high and the entire area where the reaction occurs can be made to a uniform temperature.

일반적으로 화학반응을 통해 생성물을 얻기 위해서는 반응장치가 필요하다. 이러한 반응장치로는 일반적으로 하나의 반응기에 반응물을 첨가한 후 교반 등을 통해 이루어지는 회분식 반응기가 이용된다. 하지만, 회분식 반응기는 연속반응을 위한 공정에는 응용될 수 없으며, 촉매를 사용하는 반응의 경우, 촉매의 분리공정이 필수적이여서 대용량이 될수록 비용이 상승되는 문제가 있다.Generally, a reaction apparatus is necessary to obtain a product through chemical reaction. As such a reaction apparatus, a batch reactor made by adding a reactant to one reactor and then stirring is generally used. However, a batch reactor cannot be applied to a process for a continuous reaction, and in the case of a reaction using a catalyst, a separation process of the catalyst is essential, and thus a cost increases as the capacity becomes larger.

따라서, 이러한 문제 해결을 위한 반응기로 고속 스피닝 디스크 반응장치(spinning disc reactor)가 알려져 있다. 상기 스피닝 디스크 반응장치의 일반적인 구조는 도 1에 도시된 바와 같이, 내부로 냉각수의 공급 및 배출이 이루어지는 스피닝 디스크, 반응물 투입을 위한 액체 공급부 및 생성물을 수집하기 위한 생성물 수집탱크를 기본적으로 포함한다. 상기 반응장치는 회전하는 디스크 표면에 반응물을 공급한 후 표면에 생긴 강한 원심력으로 반응을 진행시켜 생성물을 얻을 수 있도록 한다. 유기 합성반응에 상기 반응장치를 이용할 경우 디스크 표면에 촉매를 코팅한 후 필름형태로 적용하여 반응을 진행하고 있다. 상기 스피닝 디스크 반응장치는 기존 회분식 반응기와 비교하여, 디스크 위에 촉매를 고정시킬 수 있어 별도의 촉매 분리공정이 필요없고, 원심력에 의한 혼합 및 열전달 효과 때문에 촉매의 활성이 높아지고 부반응을 줄일 수 있는 장점이 있다.Therefore, a high speed spinning disc reactor is known as a reactor for solving this problem. As shown in FIG. 1, the general structure of the spinning disk reactor includes a spinning disk for supplying and discharging coolant therein, a liquid supply unit for adding a reactant, and a product collection tank for collecting a product. The reactor supplies a reactant to the rotating disk surface and then proceeds the reaction with a strong centrifugal force generated on the surface to obtain a product. In the case of using the reaction apparatus for the organic synthesis reaction, the catalyst is coated on the surface of the disk and then applied in the form of a film to proceed with the reaction. The spinning disk reactor has a merit that the catalyst can be fixed on the disk as compared to the conventional batch reactor, so that a separate catalyst separation process is not necessary, and the activity of the catalyst is increased and the side reactions can be reduced due to the mixing and heat transfer effects by centrifugal force. have.

한편, 도 1에서 보면, 종래 스피닝 디스크 반응장치는 내부로 냉각수의 공급 및 배출이 이루어지는 1개의 스피닝 디스크로 액체를 공급한 후, 이를 회전시켜 생성물을 얻은 후 수집하고 있다. 하지만, 상기 방법의 경우 스피닝 디스크 표면에 적하된 액체 반응물의 일부가 회전에 의한 원심력으로 스피닝 디스크 외부로 튀어나가 생성물에 다량 섞이게 되는 문제가 있고, 다량의 액체가 투입될 경우 반응물의 전환율이 떨어지고 반응속도도 저하되어 반응수율을 저하시킬 수 있다. 또한, 온도 제어가 필요한 반응의 경우 도 1에서 보는 바와 같이 냉각수 등을 디스크 내부를 통해 흘러주어, 온도를 제어하지만, 냉각수가 좁은 유로를 따라 흐르면서 온도가 변할 수 밖에 없기 때문에 반응이 일어나는 디스크 전체 면적을 균일한 온도로 만들어주기가 어려운 문제점이 있다.On the other hand, as shown in Figure 1, the conventional spinning disk reactor is supplied with a liquid to one spinning disk in which the supply and discharge of the cooling water to the inside, it is collected by rotating it to obtain the product. However, the above method has a problem in that a part of the liquid reactant dropped on the spinning disk surface is thrown out of the spinning disk by centrifugal force by rotation and mixed with the product in a large amount. The speed is also lowered, which may lower the reaction yield. In addition, in the case of the reaction that requires temperature control, as shown in FIG. 1, the cooling water or the like flows through the inside of the disk to control the temperature, but the entire area of the disk where the reaction occurs because the temperature of the cooling water flows along the narrow flow path is inevitably changed. It is difficult to make a uniform temperature.

이에, 본 발명의 목적은 반응이 일어나는 디스크 표면에 반응물을 고루 분포시켜 물질전달속도를 높이고 반응속도를 빠르게 할 수 있으며, 반응이 일어나는 디스크 표면의 전체 면적을 균일한 온도로 만들어 줄 수 있는 스피닝 디스크 반응 장치를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to distribute the reactants evenly on the surface of the disk reaction occurs to increase the material transfer speed and to increase the reaction speed, spinning disk that can make the entire area of the disk surface to the reaction to a uniform temperature It is to provide a reaction device.

본 발명은 1종 이상의 반응물 공급부; 소정의 회전축을 기준으로 회전 가능하게 이루어져 있고, 상기 반응물 공급부로부터 공급된 반응물의 반응이 진행되는 제 1 디스크; 상기 반응물 공급부로부터 반응물을 이동시켜 상기 제 1 디스크 상에 공급 가능하도록 형성된 반응물 공급로; 상기 제 1 디스크를 둘러싸고 있으며, 열매체가 형성되어 있는 제 2 디스크; 상기 제 1 디스크 상에서 반응된 생성물을 수집하는 생성물 수집부; 및 상기 회전축 및 제 1 디스크를 회전시키기 위한 구동부를 포함하는 스피닝 디스크 반응 장치를 제공한다.The present invention provides at least one reactant supply; A first disk configured to be rotatable about a predetermined axis of rotation, and the reaction of the reactant supplied from the reactant supply unit proceeds; A reactant supply passage formed to move the reactant from the reactant supply and to supply the reactant on the first disk; A second disk surrounding the first disk and having a heat medium formed thereon; A product collector for collecting the reaction product on the first disk; And a driving unit for rotating the rotating shaft and the first disk.

또한, 본 발명은 1종 이상의 반응물 공급부; 소정의 회전축을 기준으로 회전 가능하게 이루어져 있고, 상기 반응물 공급부로부터 공급된 반응물의 반응이 진행되는 제 1 디스크; 상기 반응물 공급부로부터 반응물을 이동시켜 상기 제 1 디스크 상에 공급 가능하도록 형성된 반응물 공급로; 상기 제 1 디스크를 둘러싸고 있는 제 2 디스크; 상기 제 2 디스크 상에 열매체를 공급 가능하도록 형성되어 있는 열매체 공급부; 상기 제 1 디스크 상에서 반응된 생성물을 수집하는 생성물 수집 부; 및 상기 회전축 및 제 1 디스크를 회전시키기 위한 구동부를 포함하는 스피닝 디스크 반응 장치를 제공한다.The present invention also provides at least one reactant supply; A first disk configured to be rotatable about a predetermined axis of rotation, and the reaction of the reactant supplied from the reactant supply unit proceeds; A reactant supply passage formed to move the reactant from the reactant supply and to supply the reactant on the first disk; A second disk surrounding the first disk; A heat medium supply part formed to be capable of supplying a heat medium on the second disk; A product collecting unit collecting the reacted product on the first disk; And a driving unit for rotating the rotating shaft and the first disk.

본 발명의 스피닝 디스크 반응 장치는 제 1 디스크 즉, 내부 디스크 상에 반응물을 고루 분포시켜, 물질전달속도를 크게 함으로서, 반응속도를 증가시키고, 아울러 제 2 디스크(외부디스크)도 다른 반응에 이용하거나, 열매체를 공급하여 반응온도제어를 통해 생산성을 높일 수 있다. 따라서, 본 발명의 스피닝 디스크 반응 장치는 여러 가지 단량체를 이용한 중합반응이나 에테르 반응에 경제적으로 유용하게 사용될 수 있다. The spinning disk reaction apparatus of the present invention evenly distributes the reactants on the first disk, i.e., the inner disk, thereby increasing the mass transfer rate, thereby increasing the reaction speed and using the second disk (external disk) for other reactions. By supplying heat medium, productivity can be improved through reaction temperature control. Therefore, the spinning disk reaction apparatus of the present invention can be used economically useful for polymerization reaction or ether reaction using various monomers.

이하, 본 발명의 구체적인 구현예 및 실시예를 통하여 발명의 구성 및 효과를 보다 상세히 설명하기로 한다. 그러나 하기의 구현예 및 실시예는 발명을 보다 명확하게 이해시키기 위한 것일 뿐이며, 발명의 권리범위가 하기 구현예 및 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the configuration and effects of the present invention will be described in more detail with reference to specific embodiments and examples of the present invention. However, the following embodiments and examples are only intended to more clearly understand the invention, the scope of the invention is not limited to the following embodiments and examples.

도 2는 본 발명의 제 1 구현예에 따른 스피닝 반응 장치의 전체 개략도이고, 도 3은 상기 스피닝 디스크 장치의 제 2 디스크(20) 내부의 종단면을 간략히 도시한 것이다.FIG. 2 is an overall schematic view of the spinning reaction device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 3 schematically shows a longitudinal section inside the second disk 20 of the spinning disk device.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1구현예에 따른 스피닝 디스크 반응 장치는 1종 이상의 반응물 공급부(24); 소정의 회전축(22, 32)을 기준으로 회전 가능하게 이루어져 있고, 상기 반응물 공급부로부터 공급된 반응물의 반응이 진행되는 제 1 디스크(30); 상기 반응물 공급부로부터 반응물을 이동시켜 상기 제 1 디스크 상에 공급 가능하도록 형성된 반응물 공급로(34); 상기 제 1 디스크를 둘러싸고 있으며, 열매체가 형성되어 있는 제 2 디스크(20); 상기 제 1 디스크 상에서 반응된 생성물을 수집하는 생성물 수집부(50); 및 상기 회전축 및 제 1 디스크를 회전시키기 위한 구동부(60; 예를 들어 모터, 이하 같다.)를 포함한다.As shown in Figures 2 and 3, the spinning disk reaction apparatus according to the first embodiment of the present invention comprises at least one reactant supply (24); A first disk 30 configured to be rotatable based on predetermined rotation shafts 22 and 32 and to which reaction of a reactant supplied from the reactant supply unit is performed; A reactant supply path 34 formed to move the reactant from the reactant supply part and to supply the reactant on the first disk; A second disk 20 surrounding the first disk and having a heat medium formed thereon; A product collector (50) for collecting the reaction product on the first disk; And a drive unit 60 (for example, a motor, described below) for rotating the rotating shaft and the first disk.

또한, 상기 제 1 구현예에 따른 스피닝 디스크 장치에 있어서, 상기 열매체(42)는 제 2디스크(20) 주위를 감싸도록 설계된 형태일 수도 있다. 열매체가 제 2 디스크 주위를 감싸도록 형성된 스피닝 디스크 반응 장치는 도 5에 간략히 도시되었다. 열매체가 제 2 디스크 주위를 감싸도록 형성되는 경우에도 제 2 디스크 전체를 감싸는 열매체로 인해, 냉각수가 내부로 흐르는 종래의 디스크 장치에 비해 제 2 디스크 전체 면적을 통해 온도가 균일하게 되고, 이에 따라, 반응이 일어나는 제 1디스크(30)의 표면 역시 균일한 온도 분포를 갖을 수 있다. 열매체가 제2 디스크(20) 주위를 감싸도록 형성된 디스크 반응 장치의 경우, 추가적으로 열매체를 반응기(10) 내부로 주입하기 위한 열매체 투입부(70) 및 반응이 끝난 후 혹은 반응 도중 열매체를 반응기 밖으로 배출하기 위한 열매체 배출부(72)를 포함하도록 설계될 수 있다.In addition, in the spinning disk device according to the first embodiment, the heat medium 42 may be designed to surround the second disk 20. The spinning disk reaction apparatus formed such that the heating medium wraps around the second disk is briefly shown in FIG. 5. Even when the heat medium is formed to surround the second disc, the heat medium surrounding the entire second disc makes the temperature uniform through the entire area of the second disc as compared to the conventional disc apparatus in which the coolant flows inward. The surface of the first disk 30 where the reaction occurs may also have a uniform temperature distribution. In the case of the disk reaction apparatus formed such that the heating medium surrounds the second disk 20, the heating medium input unit 70 additionally injects the heating medium into the reactor 10 and discharges the heating medium out of the reactor after the reaction is finished or during the reaction. It may be designed to include a heat medium discharge portion 72 for.

한편, 상기 제 1 구현예에 따른 스피닝 디스크 장치에 있어서, 상기 열매 체(42)는 제 1 디스크(30) 표면에서 일어나는 반응의 종류에 따라 냉각 매체 또는 가열 매체를 선택하여 구비될 수 있다. 제 1 디스크 표면에서 일어나는 반응의 종류가 발열 반응인 경우, 열매체는 냉각매체가 구비되고, 반대로 제 1디스크 표면에서 일어나는 반응의 종류가 흡열 반응인 경우, 열매체는 가열 매체가 구비된다. Meanwhile, in the spinning disk device according to the first embodiment, the heat medium 42 may be provided by selecting a cooling medium or a heating medium according to the type of reaction occurring on the surface of the first disk 30. When the kind of reaction that occurs on the surface of the first disk is an exothermic reaction, the heat medium is provided with a cooling medium. On the contrary, when the kind of reaction that occurs on the surface of the first disk is an endothermic reaction, the heat medium is provided with a heating medium.

또한, 상기 제 1 구현예에 따른 스피닝 디스크 반응 장치에 있어서, 상기 제 2디스크(20)는 제 1 디스크(30) 상에 공급되는 반응물의 공급량에 대응하는 공간만큼 이격되어 설계될 수 있다. 이 때, 제1디스크와 제 2 디스크 간의 이격 간격은 공급되는 반응물의 물성이나 반응물의 유입유량 등을 고려하여 설계할 수 있다. 반응물 공급부(24)를 통해 공급된 반응물은 제 1디스크(30) 회전과 동시에 제1디스크 표면에서 상기 제 2디스크(20) 내부와의 이격 공간 내에서 반응을 하게 된다. 종래의 스피닝 디스크 반응 장치를 사용하는 경우에 비해, 상기 제 1 구현예에 따라 제 1디스크를 설계하여 사용하는 경우, 제 1 디스크 표면과 제 2디스크 내벽 사이의 공간으로 인해 반응물이 외부로 튀어나가는 일이 적고, 또한 제 2 디스크 내벽으로 튀어나간 반응물은 상기 내벽과 부딪친 후, 다시 제 1디스크 표면으로 돌아와 제 1 디스크 표면에 반응물 필름층을 얇게 형성한다. 반응물이 디스크 표면에 얇고, 고르게 필름층을 형성하는 경우 물질전달속도가 커져, 반응속도가 증가하며, 따라서 궁극적으로 공정의 생산성을 높일 수 있다.In addition, in the spinning disk reaction apparatus according to the first embodiment, the second disk 20 may be designed to be spaced apart by a space corresponding to the supply amount of the reactant supplied on the first disk 30. At this time, the separation interval between the first disk and the second disk can be designed in consideration of the properties of the reactants supplied, the flow rate of the reactants. The reactant supplied through the reactant supply unit 24 reacts with the first disk 30 in a space spaced from the inside of the second disk 20 at the same time as the first disk 30 rotates. Compared to the case of using a conventional spinning disk reactor, when the first disk is designed and used according to the first embodiment, the reactant pops out due to the space between the first disk surface and the second disk inner wall. Less work, and the reactant protruding into the inner wall of the second disk hits the inner wall, and then returns to the surface of the first disk to form a thin layer of the reactant film on the surface of the first disk. If the reactants are thin and evenly form a film layer on the disk surface, the material transfer rate is increased, thereby increasing the reaction rate, thus ultimately increasing the productivity of the process.

제 1 구현예에 따른 스피닝 디스크 반응 장치에 있어서, 실시예에 따라 제 2 디스크는 제 1 디스크와 동일한 속도로 회전 가능하게 이루어질 수도 있고, 또는 제 2디스크는 고정된 채, 제 1 디스크만 회전 가능하게 설계될 수 있다. 제 2 디스 크와 제 1디스크가 동일한 속도로 회전 가능하게 이루어진 스피닝 반응 장치는 반응물이 전단속도에 따라 점도가 증가하는(shear-thickening) 물질인 경우에 유용하게 사용될 수 있다. 한편, 또 다른 실시예에 따라 제 2 디스크가 고정된 채, 제 1 디스크만 회전 가능하게 설계된 스피닝 디스크 반응 장치의 경우, 서로 혼합이 극히 어러운 두 물질간의 반응 또는 반응물이 전단속도에 따라 점도가 감소하는(shear-thinning) 물질인 경우에 유용하게 사용될 수 있다.In the spinning disk reaction apparatus according to the first embodiment, according to the embodiment, the second disk may be made rotatable at the same speed as the first disk, or only the first disk is rotatable while the second disk is fixed. Can be designed. The spinning reaction device in which the second disk and the first disk are rotatable at the same speed may be useful when the reactant is a material that is shear-thickening with the shear rate. On the other hand, according to another embodiment of the spinning disk reaction apparatus designed to rotate only the first disk while the second disk is fixed, the reaction or reactants between the two materials that are extremely difficult to mix with each other, the viscosity varies depending on the shear rate It can be usefully used in the case of a shear-thinning material.

한편, 본 발명의 제 2구현예에 따른 스피닝 디스크 반응 장치는 1종 이상의 반응물 공급부(24); 소정의 회전축(32)을 기준으로 회전 가능하게 이루어져 있고, 상기 반응물 공급부로부터 공급된 반응물의 반응이 진행되는 제 1 디스크(30); 상기 반응물 공급부로부터 반응물을 이동시켜 상기 제 1 디스크 상에 공급 가능하도록 형성된 반응물 공급로(34); 상기 제 1 디스크를 둘러싸고 있는 제 2 디스크(20); 상기 제 2 디스크 상에 열매체를 공급 가능하도록 형성되어 있는 열매체 공급부(40); 상기 제1디스크상에서 반응된 생성물을 수집하는 생성물 수집부(50); 및 상기 회전축 및 제1 디스크를 회전시키기 위한 구동부(60;예를 들어, 모터)를 포함한다. 상기 제 2 구현예에 따른 스피닝 디스크 반응 장치의 제 2 디스크 내부의 종단면은 간략히 도 4에 개시되어 있다.On the other hand, spinning disk reaction apparatus according to a second embodiment of the present invention one or more reactant supply unit 24; A first disk 30 configured to be rotatable based on a predetermined rotation shaft 32 and to which reaction of the reactant supplied from the reactant supply unit is performed; A reactant supply path 34 formed to move the reactant from the reactant supply part and to supply the reactant on the first disk; A second disk 20 surrounding the first disk; A heat medium supply part 40 formed to be able to supply a heat medium on the second disk; A product collector (50) for collecting the product reacted on the first disk; And a drive unit 60 (for example, a motor) for rotating the rotating shaft and the first disk. The longitudinal section inside the second disk of the spinning disk reaction apparatus according to the second embodiment is briefly shown in FIG. 4.

상기 구현예에 따른 스피닝 디스크 반응 장치에 있어서, 상기 열매체 공급부(40)는 상기 제 1디스크(30)를 둘러싼 제 2 디스크(20) 상에 균일한 양으로 열매체를 공급 할 수 있도록 두 개 이상 형성될 수 있다. 상기 열매체 공급부는 제 2 디스크의 중심을 기준으로 일정 반경을 기준으로 동심원을 그리며 형성될 수 있다. 또한, 내부 디스크 상에서 일어나는 반응의 종류를 고려하여, 제 2 디스크 상에서 방사상 형태 또는 나선 형태로 배열될 수 있다. 상기 열매체 공급부의 개수 및 배열형태는 내부 디스크 상에서 일어나는 반응의 종류에 따른 반응열을 고려하여 설계될 수 있다. 이때, 상기 열매체 공급부로 공급되는 열매체는 제 1 디스크 표면에서 일어나는 반응의 종류에 따라 냉각 매체 또는 가열 매체에서 선택될 수 있다. 즉, 제 1 디스크 표면에서 일어나는 반응이 발열 반응인 경우 상기 열매체는 냉각 매체가 되고, 제 1 디스크 표면에서 일어나는 반응이 흡열 반응인 경우 열매체는 가열 매체가 된다. 상기와 같이 제 2 디스크 상에 열매체 공급부가 형성됨으로서, 반응이 일어나는 제 2 디스크 표면의 전체 면적을 균일한 온도로 할 수 있다.In the spinning disk reaction apparatus according to the embodiment, the heat medium supply unit 40 is formed at least two to supply a heat medium in a uniform amount on the second disk 20 surrounding the first disk 30 Can be. The heating medium supply unit may be formed concentrically with respect to a predetermined radius with respect to the center of the second disk. In addition, in consideration of the kind of reaction occurring on the inner disk, the second disk may be arranged in a radial form or a spiral form. The number and arrangement of the heating medium supply unit may be designed in consideration of the heat of reaction depending on the type of reaction occurring on the inner disk. In this case, the heat medium supplied to the heat medium supply unit may be selected from a cooling medium or a heating medium according to the type of reaction occurring on the first disk surface. That is, when the reaction occurring on the surface of the first disk is an exothermic reaction, the heating medium becomes a cooling medium, and when the reaction occurring on the surface of the first disk is an endothermic reaction, the heating medium becomes a heating medium. By forming the heat medium supply portion on the second disk as described above, the entire area of the surface of the second disk on which the reaction occurs can be made uniform.

본 발명의 제 2 구현예에 따른 스피닝 디스크 반응 장치의 경우에도, 제 2 디스크는 상기 제 1 디스크 상에 공급되는 반응물의 공급량에 대응하는 공간만큼 이격되어 상기 제 1 디스크를 둘러싸고 있는 형태로 설계될 수 있다. 이미 상술한 바와 같이, 상기 이격 공간에 의해 제 1 디스크 상에 공급된 반응물이 튀어나가는 일 없이 제 1디스크 표면에 고루 분포되어 유효반응면적을 넓힐 수 있어, 반응 속도도 빠르게 할 수 있어 전체적으로 공정 생산성을 높일 수 있다. Even in the case of the spinning disk reaction apparatus according to the second embodiment of the present invention, the second disk may be designed so as to surround the first disk by being spaced apart by a space corresponding to the supply amount of the reactant supplied on the first disk. Can be. As described above, the reactant supplied on the first disk is distributed evenly on the surface of the first disk by the separation space so that the effective reaction area can be widened, so that the reaction speed can be increased and the overall process productivity Can increase.

본 발명의 제 2 구현예에 따른 스피닝 디스크 반응 장치의 경우, 제 2 디스크는 제 1디스크와 동일한 속도로 회전 가능하게 설계될 수 있다. 이 때, 각각의 디스크 표면에서는 서로 다른 반응이 진행될 수 있다. 구체적인 실시예에 따라, 상기 제 1 디스크 상에서 발열 반응이 일어나고, 열매체 공급부를 통해서는 흡열 반 응을 위한 반응물이 공급되어, 제 2 디스크 표면에서는 흡열 반응이 상기 발열 반응과 동시에 일어나는 형태로 설계될 수 있다.In the spinning disk reaction apparatus according to the second embodiment of the present invention, the second disk may be designed to be rotatable at the same speed as the first disk. At this time, different reactions may proceed on each disk surface. According to a specific embodiment, the exothermic reaction occurs on the first disk, the reactant for the endothermic reaction is supplied through the heat medium supply unit, the endothermic reaction on the surface of the second disk can be designed in such a way that occurs simultaneously with the exothermic reaction. have.

또 다른 실시예에 따라서는 상기 제 1 디스크 상에서 흡열 반응이 일어나고, 열매체 공급부를 통해서는 발열 반응을 위한 반응물이 공급되어, 제 2 디스크 표면에서는 발열 반응이 상기 흡열 반응과 동시에 일어나는 형태로 설계될 수 있다.According to another embodiment, the endothermic reaction occurs on the first disk, the reactant for the exothermic reaction is supplied through the heat medium supply unit, the exothermic reaction can be designed to occur simultaneously with the endothermic reaction on the surface of the second disk. have.

상기와 같이 제 1 및 제 2 디스크 모두를 반응에 활용하는 경우, 별도의 온도제어 수단을 구비하지 않고도 반응의 온도제어가 가능하며, 하나의 반응장치로 동시에 두 가지 반응을 진행할 수 있어 전체 공정 효율을 높일 수 있다. As described above, when both the first and second disks are used for the reaction, the temperature of the reaction can be controlled without providing a separate temperature control means, and two reactions can be simultaneously performed by one reactor so that overall process efficiency is achieved. Can increase.

상술한 바와 같은, 제 1 또는 제 2 구현예의 스피닝 디스크 반응 장치는 제 1디스크(30) 또는 제 1 디스크 표면에 촉매 또는 개시제가 코팅되는 형태로 설계될 수 있다. 이때, 촉매 또는 개시제가 코팅되는 디스크는 바람직하게는 제 1디스크가 되며, 제 1 구현예에 있어서, 제 2디스크도 회전시켜 제 1 디스크와 달리 또 다른 반응을 진행시키는 경우이거나, 제 2 구현예에 따른 반응 장치인 경우 제 2디스크도 함께 코팅될 수 있다. 상기 코팅되는 촉매 또는 개시제는 스피닝 디스크 장치가 적용되는 반응에 따라 선택한다. 상기 촉매는 중합반응의 경우 통상의 금속촉매, 금속담지 촉매, 또는 비활성 촉매 등을 포함할 수 있고, 그 종류가 특별히 한정되지 않는다. 한편, 개시제일 경우, 중합반응에 사용되는 통상의 중합반응 개시제가 사용될 수 있다. 또한 코팅두께는 반응을 진행할 수 있는 정도면 특별히 한정되지 않는다.As described above, the spinning disk reaction apparatus of the first or second embodiment may be designed in a form in which a catalyst or an initiator is coated on the first disk 30 or the surface of the first disk. In this case, the disk coated with the catalyst or the initiator is preferably the first disk, and in the first embodiment, the second disk is also rotated to proceed another reaction unlike the first disk, or the second embodiment In the case of the reaction apparatus according to the second disk may also be coated together. The catalyst or initiator to be coated is selected depending on the reaction to which the spinning disk device is applied. In the case of the polymerization reaction, the catalyst may include a conventional metal catalyst, a metal supported catalyst, an inert catalyst, or the like, and the type thereof is not particularly limited. On the other hand, in the case of the initiator, a conventional polymerization initiator used in the polymerization may be used. In addition, the coating thickness is not particularly limited as long as the reaction can proceed.

상기 스피닝 디스크 반응장치는 반응기 외벽 또는 내벽에 반응을 진행시키기 위한 가열수단 및 온도조절수단을 추가로 구비할 수 있다. 제 1 디스크 표면에서 일어나는 반응의 온도조건을 제어하기 위해서, 반응기 외벽 또는 내벽의 가열수단 및 온도조절수단을 활용한다.The spinning disk reactor may further include heating means and temperature control means for advancing the reaction on the outer wall or inner wall of the reactor. In order to control the temperature conditions of the reaction taking place on the first disk surface, heating means and temperature control means on the outer or inner wall of the reactor are utilized.

상기 스피닝 디스크 반응장치의 사용시 반응물의 투입은 디스크 표면에서의 체류시간을 고려하여 결정하며, 반응물의 디스크 표면 체류시간은 0.1 내지 1초가 바람직하다. 또한, 상기 스피닝 디스크는 중력가속도의 1 내지 100배가 되도록 하며(G = 1 내지 100), 디스크의 반지름에 따라 다음 식에 따른 회전 속도로 모터를 이용하여 회전되는 것이 바람직하다.In the use of the spinning disk reactor, the input of the reactant is determined in consideration of the retention time on the disk surface, and the disk surface retention time of the reactant is preferably 0.1 to 1 second. In addition, the spinning disk is to be 1 to 100 times the gravity acceleration (G = 1 to 100), it is preferable to rotate using a motor at a rotational speed according to the following equation according to the radius of the disk.

[식 1][Equation 1]

상술한 제 1 또는 제 2 구현예의 반응장치를 이용한 반응은 기-액 반응, 액-액 반응을 포함할 수 있으며, 바람직하게 중합반응 및 에테르화 반응을 포함한다. 상기 중합반응은 액상중합반응, 기상중합반응 또는 자유라디칼 중합반응을 포함할 수 있고, 그 반응 종류가 특별히 한정되지는 않는다. 예를 들면, 에테르화 반응의 경우 적어도 하나의 올레핀과 알코올을 반응물질로 하여 상기 반응물 투입부 수단을 이용하여, 첫 번째 단의 스피닝 디스크 장치로 투입하고, 모터를 이용하여 동일 회전축을 중심으로 스피닝 디스크를 회전시켜 반응을 진행시킴으로써, 에테르 또는 에테르 혼합물을 제조할 수 있다. 이때 상기 스피닝 디스크 표면은 제올라이트 촉매가 코팅된 형태일 수 있다. 또한, 상기 올레핀은 탄소수 2 내지 4의 알켄 또는 알킨일 수 있고, 알코올은 탄소수 1 내지 8의 저급알코올일 수 있다.The reaction using the reactor of the first or second embodiment described above may include a gas-liquid reaction, a liquid-liquid reaction, and preferably includes a polymerization reaction and an etherification reaction. The polymerization reaction may include a liquid phase polymerization reaction, a gas phase polymerization reaction or a free radical polymerization reaction, and the reaction type is not particularly limited. For example, in the case of the etherification reaction, at least one olefin and an alcohol are used as reactants, and the reactant input unit is used to input the spinning disk apparatus of the first stage, and the motor is spun around the same rotation axis. By spinning the disk to advance the reaction, ethers or ether mixtures can be prepared. At this time, the spinning disk surface may be in the form of a zeolite catalyst coated. In addition, the olefin may be an alken or alkyne having 2 to 4 carbon atoms, and the alcohol may be a lower alcohol having 1 to 8 carbon atoms.

또한, 자유라디칼 중합반응을 진행하는 경우, UV 광원을 제공하기 위한 램프가 더 구비될 수 있다. 상기 반응장치는 선택적으로 기-액 반응을 진행하는 경우 기체 공급부 및 잔여기체 배출부를 더 포함할 수 있다. 즉, 본 발명의 반응장치는 선택적으로 반응기 외벽에 반응기 내부로 기체를 공급할 수 있는 기체투입부가 설치될 수 있다. 이러한 경우 기체는 반응기 내벽의 턱 바로 아래에 투입구를 설치하여 투입하는 것이 보다 바람직하다. 또한 반응 후 생성된 잔여 기체는 반응기 상단에 별도로 설치된 배출부를 통해 배출시킬 수 있다.In addition, when the free radical polymerization proceeds, a lamp for providing a UV light source may be further provided. The reactor may further include a gas supply unit and a residual gas discharge unit when the gas-liquid reaction is selectively performed. That is, the reactor of the present invention may be provided with a gas input unit for selectively supplying gas into the reactor on the outer wall of the reactor. In this case, the gas is more preferably introduced by installing an inlet just below the jaw of the reactor inner wall. In addition, the residual gas generated after the reaction may be discharged through a discharge unit installed separately at the top of the reactor.

상기 반응장치의 반응기는 스테인레스 재질로 이루어진 것을 사용할 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. The reactor of the reactor may be made of a stainless material, but is not necessarily limited thereto.

도 1은 종래 스피닝 디스크 반응 장치의 구성도를 간략히 나타낸 것이다.Figure 1 shows a schematic diagram of a conventional spinning disk reaction apparatus.

도 2는 본 발명의 제 1 구현예에 따른 스피닝 디스크 반응 장치의 구성을 간략히 도시하여 나타낸 것이다.Figure 2 shows a simplified view of the configuration of the spinning disk reaction apparatus according to a first embodiment of the present invention.

도 3는 본 발명의 제 1구현예에 따른 스피닝 디스크 반응 장치의 제2디스크의 내부의 종단면을 간략히 도시하여 나타낸 것이다.3 is a simplified cross-sectional view of the inside of the second disk of the spinning disk reaction apparatus according to the first embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 제 2 구현예에 따른 제2디스크 상에 열매체 공급부가 있는 스피닝 디스크 반응 장치의 종단면을 간략히 도시하여 나타낸 것이다.4 is a simplified cross-sectional view of a spinning disk reaction apparatus having a heating medium supply unit on a second disk according to a second embodiment of the present invention.

도 5 은 본 발명의 일 실시예에 따른 열매체가 제2디스크 주위를 감싸도록 형성되어 있는 스피닝 디스크 반응 장치를 간략히 도시하여 나타낸 것이다.5 is a simplified illustration of a spinning disk reaction apparatus in which a heat medium is formed to surround a second disk according to an embodiment of the present invention.

<도면의 간단한 설명><Brief Description of Drawings>

10 : 반응기 20 : 제 2 디스크10 reactor 20 second disk

22 : 제 2 디스크 회전축 24 : 반응물 공급부22: second disc rotating shaft 24: reactant supply unit

30 : 제 1 디스크 32 : 제1 디스크 회전축30: first disk 32: first disk rotation axis

34 : 반응물 공급로34: reactant feed passage

40 : 열매체 공급부 42 : 열매체40: heat medium supply part 42: heat medium

50 : 생성물 수집부 60 : 구동부(모터) 50: product collection unit 60: drive unit (motor)

70 : 열매체 투입부 72 : 열매체 배출부70: heat medium input unit 72: heat medium discharge unit

Claims

1종 이상의 반응물 공급부; At least one reactant supply;

소정의 회전축을 기준으로 회전 가능하게 이루어져 있고, 상기 반응물 공급부로부터 공급된 반응물의 반응이 진행되는 제 1 디스크; A first disk configured to be rotatable about a predetermined axis of rotation, and the reaction of the reactant supplied from the reactant supply unit proceeds;

상기 반응물 공급부로부터 반응물을 이동시켜 상기 제 1 디스크 상에 공급 가능하도록 형성된 반응물 공급로;A reactant supply passage formed to move the reactant from the reactant supply and to supply the reactant on the first disk;

상기 제 1 디스크를 둘러싸고 있으며, 열매체가 형성되어 있는 제 2 디스크; A second disk surrounding the first disk and having a heat medium formed thereon;

상기 제 1 디스크 상에서 반응된 생성물을 수집하는 생성물 수집부; 및A product collector for collecting the reaction product on the first disk; And

상기 회전축 및 제 1 디스크를 회전시키기 위한 구동부를 포함하는 스피닝 디스크 반응 장치. Spinning disk reaction apparatus including a drive for rotating the rotating shaft and the first disk.

제 1 항에 있어서, 상기 열매체는 상기 제 2 디스크 주위를 감싸도록 형성되어 있는 스피닝 디스크 반응 장치. The spinning disk reaction apparatus according to claim 1, wherein the heat medium is formed to surround the second disk.

제 1 항에 있어서, 상기 열매체는 냉각 매체 또는 가열 매체를 포함하는 스피닝 디스크 반응 장치The spinning disk reaction apparatus of claim 1, wherein the heat medium comprises a cooling medium or a heating medium.

제 1 항에 있어서, 상기 제 2 디스크는 상기 제 1 디스크 상에 공급되는 반응물의 공급량에 대응하는 공간만큼 이격되어 상기 제 1 디스크를 둘러싸고 있는 스피닝 디스크 반응 장치.The spinning disk reaction apparatus of claim 1, wherein the second disk surrounds the first disk by being spaced apart by a space corresponding to a supply amount of a reactant supplied on the first disk.

제 1 항에 있어서, 상기 제 2 디스크는 상기 제 1 디스크와 동일한 속도로 회전 가능하게 이루어져 있는 스피닝 디스크 반응 장치.The spinning disk reaction apparatus of claim 1, wherein the second disk is rotatable at the same speed as the first disk.

제 1 항에 있어서, 상기 제 2 디스크는 고정되고, 상기 제 1 디스크만 회전 가능하게 이루어져 있는 스피닝 디스크 반응 장치.The spinning disk reaction apparatus according to claim 1, wherein the second disk is fixed and only the first disk is rotatable.

1종 이상의 반응물 공급부; At least one reactant supply;

상기 제 1 디스크를 둘러싸고 있는 제 2 디스크;A second disk surrounding the first disk;

상기 제 2 디스크 상에 열매체를 공급 가능하도록 형성되어 있는 열매체 공급부; A heat medium supply part formed to be capable of supplying a heat medium on the second disk;

상기 회전축 및 제 1 디스크를 회전시키기 위한 구동부를 포함하는 스피닝 디스크 반응 장치.Spinning disk reaction apparatus including a drive for rotating the rotating shaft and the first disk.

제 7 항에 있어서, 상기 열매체 공급로는 상기 제 1 디스크를 둘러싼 제 2 디스크 상에 균일한 양으로 열매체를 공급 가능하도록 두 개 이상 형성되어 있는 스피닝 디스크 반응 장치.The spinning disk reaction apparatus according to claim 7, wherein at least two heat medium supply passages are formed to supply a heat medium in a uniform amount on a second disc surrounding the first disc.

제 7 항에 있어서, 상기 열매체는 냉각 매체 또는 가열 매체를 포함하는 스피닝 디스크 반응 장치.8. The spinning disc reaction apparatus of claim 7, wherein said heat medium comprises a cooling medium or a heating medium.

제 7 항에 있어서, 상기 제 2 디스크는 상기 제 1 디스크 상에 공급되는 반응물의 공급량에 대응하는 공간만큼 이격되어 상기 제 1 디스크를 둘러싸고 있는 스피닝 디스크 반응 장치.The spinning disk reaction apparatus of claim 7, wherein the second disk surrounds the first disk by being spaced apart by a space corresponding to the supply amount of the reactant supplied on the first disk.

제 7항에 있어서, 상기 제 2 디스크는 상기 제 1 디스크와 동일한 속도로 회전 가능하게 이루어져 있는 스피닝 디스크 반응 장치.The spinning disk reaction apparatus of claim 7, wherein the second disk is rotatable at the same speed as the first disk.

제 11 항에 있어서, 상기 제 1 디스크 상에서 발열 반응이 일어나고, 상기 열매체는 흡열 반응을 위한 반응물을 포함하여 상기 제 2 디스크 상에서 흡열 반응이 상기 발열 반응과 동시에 일어나는 스피닝 디스크 반응 장치.The spinning disk reaction apparatus of claim 11, wherein an exothermic reaction occurs on the first disk, and the heat medium includes a reactant for an endothermic reaction, wherein the endothermic reaction occurs simultaneously with the exothermic reaction on the second disk.

제 11 항에 있어서, 상기 제 1 디스크 상에서 흡열 반응이 일어나고, 상기 열매체는 발열 반응을 위한 반응물을 포함하여 상기 제 2 디스크 상에서 발열 반응 이 상기 흡열 반응과 동시에 일어나는 스피닝 디스크 반응 장치.The spinning disk reaction apparatus of claim 11, wherein an endothermic reaction occurs on the first disk, and the heat medium includes a reactant for an exothermic reaction, and an exothermic reaction occurs simultaneously with the endothermic reaction on the second disk.

제 1항 또는 제7 항에 있어서, 상기 제 1 디스크 또는 제 2디스크 표면에 촉매 또는 개시제가 코팅된 스피닝 디스크 반응 장치.The spinning disk reaction apparatus according to claim 1 or 7, wherein a catalyst or an initiator is coated on the surface of the first disk or the second disk.

제 1항 또는 제7항에 있어서, 반응 장치의 반응기 외벽 또는 내벽에 반응을 진행시키기 위한 가열수단 및 온도조절수단이 구비되어 있는 반응 장치.8. The reactor according to claim 1 or 7, further comprising heating means and temperature adjusting means for advancing the reaction on the outer wall or inner wall of the reactor.

제 1 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 반응 장치는 중합반응 또는 에테르화 반응에 사용하는 반응 장치.The reaction apparatus according to claim 1 or 7, wherein the reaction apparatus is used for a polymerization reaction or an etherification reaction.

제 16 항에 있어서, 상기 중합반응은 액상중합반응, 기상중합반응 또는 자유라디칼 중합반응을 포함하는 반응 장치.The reaction apparatus of claim 16, wherein the polymerization reaction includes a liquid phase polymerization reaction, a gas phase polymerization reaction, or a free radical polymerization reaction.