KR101499758B1 - 고속 혼합 반응기 및 그의 사용방법 - Google Patents
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Abstract
제 1공급 통로 하우징(1), 반응기 하우징(4), 제 2공급 통로(17), 중공 날개-휠 공급 분배기(6), 회전축(10) 및 제 1공급 분배기(3)를 포함하는 고속 혼합 반응기를 개시하며, 제 1공급 통로 하우징(1) 및 반응기 하우징(4)은 동축으로 구성되고 서로 연통되며; 제 2공급 통로(17), 중공 날개-휠 공급 분배기(6) 및 회전축(10)은 각각, 반응기의 중심축을 따라서 서로 연결 고정되어 있으며; 중공 날개-휠 공급 분배기(6)는 반응기 하우징(4)의 내부에 배치되어 회전축(10)의 구동에 의해 축방향으로 회전하고; 제 2공급 통로(17)는 중공 날개-휠 공급 분배기(6)와 연결되며; 제 1공급 통로 하우징(1)는 하나 이상의 제 1공급구(2)를 구비하고; 반응기 하우징(4)은 말단에 하나 이상의 반응액 출구(8)를 구비하며; 및 제 1공급 분배기(3)와 중공 날개-휠 공급 분배기(6)에는 공급 분사공(13, 5)이 각각 형성되어 있다. 이러한 반응기는 대량의 2종의 유체 흐름을 순간적으로 급속 혼합할 수 있으며, 목표 산물의 수율과 품질을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 고속 혼합 반응기에 관한 것으로, 특히, 대량 생산시 급속 반응을 달성하도록 유체의 급속 혼합이 가능한 동적 반응기 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 반응기를 이용한 포스겐화에 의해 이소시아네이트를 제조하는 방법 및 상기 반응기을 이용하여 아닐린과 포름알데히드로부터 폴리메틸렌 폴리페닐렌 폴리아민을 제조하는 방법을 제공한다.
실제의 화학 제조공정에서, 목표로 하는 반응과 병행하여 경쟁적인 부반응 또는 반응 연쇄가 급속하게 진행되는 경우가 종종 있다. 반응 산물, 중간 산물 및 원료 중에서 일어나는 이러한 반응은 반응계 내의 구성성분들의 농도 분포 및 반응 전개의 영향을 직접적으로 받는다. 따라서, 물질의 초기 혼합은 목표 산물의 분포, 수율 및 품질에 매우 중요하며, 전체 제조공정의 설계 및 에너지 효율에 큰 영향을 준다.
예를 들어, 이소시아네이트 (예, MDI 또는 TDI)의 합성에 있어서, 이 공정은 주로 실온 및 고온에서의 포스겐화로 구성된다. 액상 폴리아민 및 액상 포스겐을 클로로벤젠, 톨루엔, 디클로로벤젠, 클로로-나프탈렌, 1,2,4-트리클로로벤젠 등의 불활성 용매에 용해한 후, 0 내지 90℃의 실온에서 반응을 실행하여, 주로 소량의 요소뿐만 아니라 아미드 및 폴리아민 히드로클로라이드를 형성한다. 기본적인 반응은 다음과 같다:
RNH2＋COCl2 → RNHCOCl＋HCl (1)
RNH2＋HCl → RNH2ㆍHCl (2)
RNH2＋RNHCOCl → RNCO＋ RNH2ㆍHCl (3)
RNH2＋RNCO → RNHCONHR (4)
실온에서의 포스겐화 단계에서, 먼저 폴리아민이 포스겐과 반응하여 염화 카르바모일을 생성하는, 즉 즉시 완료되는 급속 발열반응인 반응 (1)과; 동시에 반응 (1)에서 얻어진 HCl이 폴리아민과 급속히 반응하는, 즉, 반응 (2)에 의해 폴리아민 히드로클로라이드를 수득한다. 염화 카르바모일 및 폴리아민 히드로클로라이드는 모두 고체이며, 반응계에 불용성이다. 포스겐과 폴리아민의 국소 혼합 효과가 상대적으로 낮을 경우, 이 영역에 존재하는 과량의 폴리아민은, 반응 (3) 및 (4)에서 각각 나타나는 바와 같이, 염화 카르바모일이나 이소시아네이트와 반응하여, 반응계에 불용성이고 점성이 있는 원치않는 부산물로서 요소를 생성하게 된다. 이 공정은 복잡한 일련의 경쟁적인 반응을 보인다. 기본 반응은 수밀리초(milliseconds)나 이보다 더 빠른 시간에 완료되는 순간적인 반응으로서, 이의 산물은 추후 원료와 급속히 반응하여 반응계에 불용성인 부산물을 생성한다. 따라서, 2종 원료의 초기 혼합이 목표 산물의 수율과 선택도를 직접적으로 결정한다. 목표 산물의 수율과 선택도를 높이고 점성 부산물을 감소시키기 위하여, 2종의 원료 흐름(raw material stream)의 초기 혼합을 개선할 고속 액체 혼합 반응기를 설계하는 것이 매우 중요하다.
다른 예에 있어서, 폴리메틸렌 폴리페닐렌 폴리아민을 제조하기 위한 아닐린과 포름알데히드의 반응은 주로 염 형성, 예비 축합 및 재배열을 포함하는 반응 단계들로 이루어진다. 예비 축합반응 단계에서, 아닐린 히드로클로라이드와 순환액의 액체 혼합물은 포름알데히드와 급속히 접촉하면서 20 내지 90℃ 범위의 온도에서 예비 축합반응을 수행하는데; 더욱 미세한 포름알데히드 분산물일수록 반응의 결과는 좋아진다. 국소 영역에 존재하는 과량의 포름알데히드는 거대분자형 산물 및 더 많은 불순물을 형성하게 된다. 포름알데히드가 국소적으로 과잉 존재하면, 거미줄형 (web-like) 폴리머가 생성되며, 이는 불용성이고 장치를 막히게 하여 결과적으로 가동에도 영향을 준다. 따라서, 2종 원료의 초기 혼합은 목표 산물의 수율과 선택도를 직접적으로 결정한다. 목표 산물의 수율과 선택도를 높이고 점성 부산물을 감소시키기 위하여, 2종의 원료 흐름의 초기 혼합을 개선할 고속 액체 혼합 반응기를 설계하는 것이 매우 중요하다.
직교류 혼합(cross-flow mixing)은 유체의 급속 혼합을 달성하기 위한 중요한 기술로서, 1종의 유체 흐름을 복수의 구멍을 통해 또 다른 유체 흐름에 분사함으로써 단일 방식으로 달성할 수 있다. 분사된 흐름은 구멍을 통과하면서 복수의 미세 흐름으로 분할된다. 다른 1종의 유체가 주 흐름(main stream) 속으로 분사되면, 각 미세 흐름은 상기 주 흐름에 의해 급속히 에워싸이며, 따라서 2종의 유체 흐름에 대한 급속 혼합이 달성된다.
미국 특허 제5,117,048호는 2종의 유체 흐름이 직교류로 급속 혼합되고, 병목부(neck portion)에 걸쳐서 균일하게 분포된 구멍들을 통해 1종의 흐름(폴리아민)을 주 흐름(포스겐)에 분사할 수 있는 홀-분사식 반응기(도 1 참조)를 개시하였다. 이 반응기는 병목부의 설계에 의해 2종의 물질 흐름 속에서 난류의 강도를 증가시키며, 결과적으로 상기 물질들의 초기 혼합성을 개선한다. 이 반응기는 반응물을 희석하기 위한 용매의 양을 줄일 수 있도록 설계되었다.
미국 특허 제5,931,579호는 회전자와 고정자를 서로 맞물리도록 하여 혼합을 실현하는 반응기를 개시하였다 (도 2 참조). 2종의 유체 흐름을 회전자와 고정자 사이에 공급하고 회전자를 회전시킴으로서 혼합이 이루어진다. 회전자의 회전을 통해 난류가 강화되며, 2종의 유체 흐름의 급속 혼합이 실현됨으로써, 희석용 용매의 양을 감소시킨다.
상술한 예시에 따르면, 균일한 분배 방식으로 2종의 공급 흐름을 초기 혼합하는 것이 매우 중요함을 알 수 있다. 1종의 유체 흐름을 또 다른 1종의 유체 흐름 속으로 급속 분사하는 홀-분사식 반응기 또는 2종의 유체 흐름을 회전자의 교반 영역 속으로 공급하는 교반식 반응기를 이용함으로써, 흐름의 급속 혼합은 어느 정도 실현할 수 있다. 유체는 두께를 갖기 때문에, 충분한 혼합을 달성하기 위해서는 공간 및 난류 영역이 반드시 필요하다. 두 유체의 혼합은 유체의 유동 속도가 낮을 때 상대적으로 더 쉽다. 그러나, 대규모의 생산에서는 더 많은 유동 채널이 필요하며, 이는 짧은 시간에 부족한 2종의 공급 흐름의 분배 및 혼합을 초래할 수 있다. 혼합 효과를 달성하기 위해서는 별도의 간격이 필요한데, 이는 부반응(side reaction)의 가능성을 증가시킬 수도 있다. 상기 2가지 방식의 반응기는 모두 생산능력에 제한이 있으며, 작업 부하가 큰 경우는 반응 효과가 저하된다. 그러므로, 대량 생산시 공급물의 급속 혼합-반응을 달성하기 위해서는, 더 우수한 혼합 효과를 갖는 고속 혼합 장치를 개발할 필요가 있다.
본 발명의 목적은, 상대적으로 대량 생산에서 2종의 공급 흐름을 즉시 급속 혼합할 수 있고, 주반응에 집중하는 한편 부반응을 억제함으로써, 목표 산물의 수율과 품질을 향상시킬 수 있는 신규의 고속 혼합 반응기를 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 반응기는 다음과 같은 개념, 즉, 제 1유체 흐름을 유로(flow passage)를 통해 도입하는 한편, 회전날개-휠을 구비한 입구를 통해 제 2유체 흐름이 상기 제 1유체 흐름 속으로 균일하게 분사되는 개념에 근거하여 설계된다. 제 2유체 흐름이 회전날개-휠을 통해 제 1유체 흐름 속으로 도입되므로, 이들 2종의 흐름은 여분의 혼합 공간을 필요로 하지 않고 시작 즉시 균일하게 분산된다. 더욱이, 공급구를 구비한 회전날개-휠은 별도의 혼합 공간 없이도 2종의 공급 흐름의 급속 혼합을 가능케 하는 교반 기능을 제공한다. 그러한 설계를 통해, 1종의 공급 흐름이 동적으로 도입되고 다른 1종의 유체 흐름에 대하서는 상기 공급구가 균일하게 분포되어 있으므로, 규모 확대를 피할 수 있고, 따라서 유로 공간이 주는 영향이 없어진다. 그로 인해 대량 생산시 유체의 급속 혼합 및 반응이 가능하다.
본 발명에 따른 고속 혼합 반응기의 기본 구조를 다음과 같이 기술한다.
고속 혼합 반응기는 제 1공급 통로 하우징, 반응기 하우징, 제 2공급 통로, 중공 날개-휠 공급 분배기, 회전축 및 제 1공급 분배기를 포함하며, 제 1공급 통로 하우징과 반응기 하우징은 동축으로 구성되고, 제 1공급 통로 하우징의 일단에 구비된 제 1공급 분배기를 통해 서로 연결되고; 제 2공급 통로, 중공 날개-휠 공급 분배기 및 회전축은 모두 반응기의 중심축 상에 배열되며; 중공 날개-휠 공급 분배기는 반응기 하우징 내에 배치되고 회전축의 구동에 의해 회전하고; 제 2공급 통로는 중공 날개-휠 공급 분배기 내부의 통로와 연결되며; 제 1공급 통로 하우징은 그안에 하나 이상의 제 1공급구를 구비하고; 상기 반응기 하우징은 말단에 하나 이상의 반응액 출구를 구비하며; 제 1공급 분배기와 중공 날개-휠 공급 분배기는 제 1공급 분사공 및 제 2공급 분사공을 각각 구비한다.
본 발명에 따른 고속 혼합 반응기에서, 바람직하게, 제 2공급 통로, 중공 날개-휠 공급 분배기 및 회전축은 이 순서대로 고속 혼합 반응기의 중심축을 따라서 고정된다. 또한 바람직하게, 서로 밀착되어 있는 동적 시일링(seal ring)과 정적 시일링은 중공 날개-휠 공급 분배기가 제 2공급 통로와 연결되는 조인트에 위치된다. 동적 시일링은 중공 날개-휠 공급 분배기 상에 위치되며, 정적 시일링은 제 2공급 통로의 일단에 위치하는데, 정적 시일링의 일측면은 중공 날개-휠 공급 분배기 상에서 동적 시일링과 접촉하며, 타측면은 내측에서 외측까지, 팽창 조인트와 스프링을 통해 제 1공급 분배기에 고정된다. 이러한 배열을 통해, 동적 시일링과 정적 시일링이 서로 긴밀하게 접촉을 유지하면서도 중공 날개-휠 공급 분배기는 회전할 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 구현예에 따르면, 제 2공급 통로가 회전축의 내부에 형성되고, 상기 중공 날개-휠 공급 분배기에 견고히 연결 및 연통됨으로써, 중공 날개-휠 공급 분배기는 회전축에 의해 구동되어 반응기의 내부에서 회전할 수 있다.
본 발명에 따른 고속 혼합 반응기에서, 바람직하게, 상기 제 2공급 분사공은 상기 중공 날개-휠 공급 분배기의 측면, 중공 날개-휠 공급 분배기의 최외각 테두리, 또는 날개-휠 플레이트에 수직으로 중공 날개-휠 공급 분배기로부터 연장되는 통로 안에 형성된다. 본 발명에 따르면, 중공 날개-휠 공급 분배기 안에 형성된 제 2공급 분사공은 공정 요건을 만족시킬 수 있는 한, 그의 형상, 크기 및 갯수의 측면에서 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 분사공의 형상 (즉, 분사공 내부 통로의 단면 형상)은 원형, 삼각형, 마름모꼴, 사다리꼴, 다각형, 타원형, 정사각형, 직사각형 또는 그들의 조합으로부터 선택될 수 있으며, 바람직하게는 원형이나 직사각형일 수 있다. 당업자라면 특정의 공정 요건에 따라 통상의 계산을 통해서 분사공의 특정 크기와 갯수를 결정할 수 있다.
본 발명에 따른 고속 혼합 반응기에서, 제 1공급 분배기는 제 1공급 분사공을 구비한다. 바람직하게, 제 1공급 분사공은 고리형이거나 균일하게 분포된 복수의 개구일 수 있다. 제 1공급 분사공이 고리형인 경우, 바람직하게, 이 고리형 제 1공급 분사공은 제 1공급 분배기와 동심으로 배열되고 동일하거나 상이한 내경을 갖는 복수의 원호형 슬릿을 포함하고, 특히, 동일한 내경을 갖는 복수의 원호형 슬릿은 서로 일정한 간격으로 제 1공급 분배기와 동심으로 배열된다. 동일한 원리로, 상이한 내경을 갖는 복수의 원호형 슬릿이 바람직하게 제 1공급 분배기와 동심으로 배열된다. 제 1공급 분사공이 균일하게 분포된 복수의 개구를 포함하는 경우, 바람직하게는, 개구의 형상을 원형, 삼각형, 마름모꼴, 사다리꼴, 다각형, 타원형, 정사각형, 직사각형 또는 그들의 조합으로부터 선택할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 원형일 수 있다. 본 발명에 따르면, 제 1공급 분사공은 크기와 갯수의 측면에서 특별히 제한되지 않는다. 당업자라면 특정의 공정 요건에 따라 통상의 계산을 통해서 분사공의 특정 크기와 갯수를 결정할 수 있다.
본 발명에 따른 고속 혼합 반응기에서, 중공 날개-휠 공급 분배기 하류에는, 바람직하게 환형 반응 통로 조절 블럭이 반응기 하우징의 내벽에 설치되어 내측으로 돌출된다. 이러한 설계는, 반응물의 유로를 일정한 수준으로 협소하게 만들기 위한 것이다. 반응액의 유량은 반응 통로 조절 블럭과 회전축 간의 거리를 조정함으로써 10 m/s 내지 500 m/s의 범위, 바람직하게는, 30 m/s 내지 300 m/s의 범위에서 제어할 수 있다. 반응 통로 조절 블럭을 별도로 구성하여 반응기 하우징의 내벽에 부착하거나, 또는 반응기 하우징과 일체로 구성할 수도 있다.
본 발명에 따른 고속 혼합 반응기에서, 바람직하게, 2개 이상의 교반 날개를 갖는 하나 이상의 교반 패들의 스테이지를 회전축에 수직으로 제공하여 중공 날개-휠 공급 분배기 하류의 반응물 흐름의 순간적인 급속 혼합을 개선한다. 보다 바람직하게는, 제 1 내지 제3 교반 패들의 스테이지를 회전축에 수직으로 제공하고, 각 교반 패들의 스테이지는 2 내지 20개의 교반 날개를 포함한다. 더욱 바람직하게는, 1개의 교반 패들의 스테이지가 회전축 상에 수직으로 제공되고, 교반 패들 및 반응 통로 조절 블럭이 반응기 중심축에 수직인 동일한 단면에 배치된다.
본 발명에 따른 고속 혼합 반응기에서, 더욱 바람직하게, 본 발명의 반응기는 반응기를 모터에 고정하는데 사용하기 위해 반응기의 말단에 위치된 모터 고정구(fitting)를 더 포함한다.
본 발명에 따른 고속 혼합 반응기에서, 반응기의 재질은 특별히 한정되지 않으며, 당해 분야에서 통상적으로 사용하는 강재, 유리, 세라믹, 합금, 탄화실리콘 또는 에나멜강 등을 비제한적으로 포함한다.
본 발명에 따르면, 상술한 고속 혼합 반응기를 이용하여 일반식(I)의 아민류로부터 일반식(II)의 지방족, 지환족 또는 방향족 이소시아네이트를 제조하는 방법도 제공한다:
R(NH2)n (I)
R(NCO)n (II)
여기서, R은 지방족, 지환족 또는 방향족 탄화수소 라디칼이고, n = 1 또는 2 이상(≥2)이며,
상기 방법은:
(a) 포스겐 용액을 제 1공급구를 통해서 고속 혼합 반응기의 제 1공급 통로로, 이어서, 제 1공급 분배기에 의해서 반응기 하우징의 내부로 도입하고;
(b) 일반식(I)의 아민 유기용액을 제 2공급 통로를 통해서, 그리고 회전 중공 날개-휠 공급 분배기에 의해서 반응기 하우징 내로 도입하고; 및
(c) 단계(a)를 거쳐 도입된 포스겐 용액과 단계(b)를 거쳐 도입된 아민 용액을 반응기 하우징 내에서 서로 급속 혼합 및 반응시키고, 도입된 반응액을 반응액 출구를 통해 배출하는 단계들을 포함한다.
본 발명에 따른 이소시아네이트 제조방법에서, 포스겐 용액은 순수 포스겐 또는 불활성 유기 용매에 용해된 30 내지 100 중량% 농도의 포스겐 용액이며; 아민 유기용액은 일반식(I)의 아민을 불활성 유기용매에 용해시킨 10 내지 60 중량%의 농도, 바람직하게는, 20 내지 50 중량%의 농도의 용액이다.
본 발명에 따른 이소시아네이트 제조방법에서, 식(I) 및 (II)의 R 그룹은 C2-C50 탄화수소 라디칼, 지환족 C2-C50 탄화수소 라디칼 또는 방향족 C6-C50 탄화수소 라디칼, 바람직하게는, 지방족 C4-C30 탄화수소 라디칼, 지환족 C4-C30 탄화수소 라디칼 또는 방향족 C6-C30 탄화수소 라디칼이고, 더 바람직하게는, 지방족 C5-C18 탄화수소 라디칼, 지환족 C5-C18 탄화수소 라디칼 또는 방향족 C6-C20 탄화수소 라디칼이며; 식(I) 및 (II)에서 n은 2 내지 4를 나타낸다.
본 발명에 따른 이소시아네이트 제조방법에서, 일반식(I)의 아민은 톨루엔 디아민, 디페닐메탄-4,4'-디아민, 폴리메틸렌 폴리페닐렌 폴리아민, 이소포론 디아민, 헥산 디아민, 시클로헥산 디아민, 나프탈렌 디아민, ｐ-페닐렌 디아민, 벤젠 디메틸렌 디아민, 시클로헥산 디메틸렌 디아민, 트리메틸-1,6-헥사메틸렌 디아민, 테트라메틸 ｍ-페닐렌 디메틸렌 디아민, 디메틸 비페닐 디아민 및 메틸 시클로헥산 디아민 중에서 선택되며, 바람직하게는, 톨루엔 디아민이다.
본 발명에 따른 이소시아네이트 제조방법에서, 포스겐이나 아민을 용해하는 불활성 용매는 서로 같거나 상이할 수 있다. 불활성 용매는 벤젠, 톨루엔, 클로로벤젠, ｏ-디클로로벤젠, ｐ-디클로로벤젠, 비페닐 클로라이드, 디알킬 테레프탈레이트, 디에틸 프탈레이트 또는 그들의 조합으로부터 독립적으로 선택될 수 있다.
한편, 본 발명은 상술한 반응기를 이용하여 아닐린으로 폴리메틸렌 폴리페닐렌 폴리아민 (이후 간략히 "폴리아민"이라고 한다)을 제조하는 방법을 제공하며, 상기 방법은:
(A) 아닐린 히드로클로라이드와 순환액의 액체 혼합물을 제 1공급구를 통해서 고속 혼합 반응기의 제 1공급 통로로, 이어서, 제 1공급 분배기에 의해서 반응기 하우징의 내부로 도입하고;
(B) 포름알데히드 용액을 제 2공급 통로를 통해서, 그리고 회전 중공 날개-휠 공급 분배기에 의해서 반응기 하우징 내로 도입하고; 및
(C) 아닐린 히드로클로라이드와 순환액의 액체 혼합물과 포름알데히드 용액을, 반응기 하우징 내에서 급속 혼합 및 예비 축합하고, 이어서, 반응 혼합물을 교반기를 구비한 반응용기로 이동시켜 상기 예비 축합반응을 지속하여 축합액을 얻고, 이어서, 가열, 분자 재배열, 중화, 수세, 정제 등의 단계를 수행하여 정제된 폴리아민을 수득하는 단계들을 포함한다.
종래의 기술과 비교할 때, 본 발명에서 설명한 반응기를 이용하여 이소시아네이트를 제조하는 방법은 다음과 같은 장점을 제공한다:
(1) 회전 분배 통로에 의해서 1종의 공급 흐름이 또 다른 공급 흐름 속으로 균일하게 분배됨으로써, 2종 흐름의 급속 혼합을 실현하고;
(2) 반응기는 기본적으로 어떠한 제한없이 규모를 확대할 수 있으며, 대량 생산시 2종의 액체 흐름을 순간적으로 급속 혼합할 수 있으므로, 전통적인 반응기의 크기 확대에 관련된 유로의 공간 확대로 인해 혼합 간격 및 시간을 연장해야 하는 문제점을 극복할 수 있으며;
(3) 혼합 반응 영역에서 혼합 흐름의 역혼합(back mixing) 정도를 최소화하고, 본 발명의 반응기는 이상적인 '피스톤 유동형' 반응기와 유사하며; 및
(4) 본 발명의 반응기를 이용하여 급속 및 균질 혼합을 달성하고, 부반응은 최대한 억제하며, 용매의 양 및 포스겐화에 의한 이소시아네이트 제조방법에서 사용한 과량의 포스겐을 감소시킬 수 있고, 설비의 처리능력을 증대할 수 있으며, 제품의 품질을 개선하고 에너지 소비를 감소시킬 수 있다. 본 발명에 따른 반응기를 아닐린 및 포름알데히드로부터 폴리메틸렌 폴리페닐렌 폴리아민을 제조하는데 이용할 경우, 예비 축합반응의 온도를 높일 수 있으며, 제품의 품질을 개선하고, 설비를 장기간 안정하게 운전할 수 있다.
도 1은 미국특허 제5,117,048호에 따른 홀-분사식 반응기의 조립배열에 대한 개략도이고;
도 2는 미국특허 제5,931,579호에 따른 반응기의 조립배열에 대한 개략도이며;
도 3은 본 발명의 하나의 바람직한 구현예에 따른 반응기의 조립배열에 대한 개략도이고;
도 4는 본 발명의 또 다른 바람직한 구현예에 따른 반응기의 조립배열에 대한 개략도이고;
도 5a 내지 5c는 각각, 본 발명에 따른 중공 날개-휠 공급 분배기에 공급 분사공이 형성되어 있는 패턴의 개략도이고; 및
도 6a 내지 6c는 각각, 본 발명에 따른 제 1공급 분배기에 공급 분사공이 형성되어 있는 패턴의 개략도이다.
도 2는 미국특허 제5,931,579호에 따른 반응기의 조립배열에 대한 개략도이며;
도 3은 본 발명의 하나의 바람직한 구현예에 따른 반응기의 조립배열에 대한 개략도이고;
도 4는 본 발명의 또 다른 바람직한 구현예에 따른 반응기의 조립배열에 대한 개략도이고;
도 5a 내지 5c는 각각, 본 발명에 따른 중공 날개-휠 공급 분배기에 공급 분사공이 형성되어 있는 패턴의 개략도이고; 및
도 6a 내지 6c는 각각, 본 발명에 따른 제 1공급 분배기에 공급 분사공이 형성되어 있는 패턴의 개략도이다.
이하, 고속 혼합 반응기 및 본 발명에 따른 반응기를 이용한 이소시아네이트 제조방법을 첨부 도면을 참조하여 상세히 기술하나, 본 발명은 이들에 한정되지 않음을 이해해야 한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 고속 혼합 반응기는 대체로 제 1공급 통로 하우징(1), 반응기 하우징(4), 제 2공급 통로(17), 중공 날개-휠 공급 분배기(6), 회전축(10) 및 제 1공급 분배기(3)를 포함한다. 제 1공급 통로 하우징(1)은 반응기 하우징(4)에 대해 동축으로 구성되어 있고, 제 1공급 통로 하우징(1)의 말단에 구비된 제 1공급 분배기(3)를 통해서 반응기 하우징 내부의 반응 공간과 연통된다. 제 2공급 통로(17), 중공 날개-휠 공급 분배기(6) 및 회전축(10)은 각각, 반응기의 중심축을 따라서 이 순서대로 연결 고정되어 있다. 중공 날개-휠 공급 분배기(6)는 반응기 하우징(4)의 내부에 배치되며, 회전축(10)의 구동력에 의해 축방향으로 회전한다. 제 2공급 통로(17)는 중공 날개-휠 공급 분배기(6)의 내부에서 공급 통로(12)와 연결되어 있다. 제 1공급 통로 하우징(1)는 하나 이상의 제 1공급구(2)를 구비하고, 제 1공급 통로 하우징(1) 및 제 1공급 분배기(3)는 제 1공급 통로(18)로서 규정되는 공간을 에워싼다. 반응기 하우징(4)의 말단은 하나 이상의 반응액 출구(8)를 구비한다. 제 1공급 분배기(3)는 복수의 제 1공급 분사공(13)을 구비하고, 이들은 서로 등간격을 갖는다. 또한 중공 날개-휠 공급 분배기(6)는 날개-휠 플레이트에 수직인 복수의 통로를 구비한다. 날개-휠 플레이트에 수직인 통로에는 모두 복수의 제 2공급 분사공(5)이 형성되어 있다. 도 5c는 날개-휠 플레이트에 수직인 통로의 부분 확대도로서, 도 3에 도시한 것과 다소 상이한 분사공의 패턴을 보여준다. 대안으로, 본 발명에 따른 중공 날개-휠 공급 분배기(6)는 도 5a, 5b에 도시한 바와 같은, 또는 본 발명에 적합한 기타 다른 패턴의 제 2공급 분사공을 갖도록 설계될 수도 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 중공 날개-휠 공급 분배기(6)와 제 2공급 통로(17) 사이의 조인트는 서로 긴밀하게 접촉하는 동적 시일링(14)과 정적 시일링(19)으로 밀봉되어 있다. 동적 시일링(14)은 중공 날개-휠 공급 분배기(6) 상에 위치되며, 정적 시일링(19)은 제 2공급 통로(17)의 일단에 위치된다. 정적 시일링(19)의 일측면은 중공 날개-휠 공급 분배기(6) 상에서 동적 시일링(14)과 긴밀하게 접촉하며, 타측면은 팽창 조인트(16) 및 이 팽창 조인트(16) 외측에 있는 스프링(15)을 통해 제 1공급 분배기(3)에 고정되어 있다. 이러한 설계를 통해, 중공 날개-휠 공급 분배기(6) 상의 동적 시일링(14)과 제 2공급 통로(17) 상의 정적 시일링(19)은 서로 긴밀하게 접촉하여 조인트를 밀봉하고, 회전축(10)의 작동시에 제 2공급물이 반응기 하우징(4)의 내부로 누출되는 것을 방지한다.
또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 중공 날개-휠 공급 분배기(6) 하류에는 환형 반응 통로 조절 블럭(7)이 반응기 하우징(4)의 내벽에 고정되어 내측으로 돌출된다. 이 설계는, 반응 혼합물의 유로를 일정한 수준으로 협소하게 만들기 위한 것이다. 회전축(10)은, 이 축에 대해 수직으로 설치되는 교반 패들(11)의 스테이지(I)를 구비한다. 교반 패들(11) 및 반응 통로 조절 블럭(7)은 반응기의 중심축에 수직인 동일한 단면에 배치된다. 더 바람직하게, 본 발명에서 기술한 반응기는, 이 반응기의 말단에 있는 모터 연결부(9)를 포함하며, 이 연결부는 모터를 반응기에 고정하는데 도움이 된다.
도 6a 내지 6c에 도시한 바와 같이, 제 1공급 분배기(3)에 구비된 제 1공급 분사공(13)은 고리형 슬릿이거나 균일하게 분포된 복수의 개구일 수 있으며 이 경우, 분사공(13)을 통과하여 반응 영역 하류로 들어가는 제 1공급물은 균질하다.
도 3에 도시한 바와 같은 반응기를 이용하여 이소시아네이트를 제조하는 경우, 먼저, 포스겐 용액이 1차로 제 1공급구(2)를 통해 들어가서 제 1공급 통로(18)를 충전한다. 다음에, 포스겐 용액은, 제 1공급 분배기(3) 안에 균일하게 분포되는 제 1공급 분사공(13)을 통해서 반응기 하우징(4)에 유입된다. 동시에, 일반식(I)에 상응하는 폴리아민의 유기용액은 제 2공급 통로(17)를 통해서 도입된다. 폴리아민 용액은 공급 통로(12)를 거쳐 회전 중공 날개-휠 분배기(6) 내부로 유동하며, 복수의 제 2공급 분사공(5)를 통해 포스겐 용액의 흐름 속으로 균일하게 분사된다. 그러므로, 급속 혼합 및 반응을 달성할 수 있다. 결과로 얻어진 혼합물은 공급 압력하에 하류로 진행하고, 회전축(10)에 수직인 교반 패들(11)에 의해 교반된 후, 반응액 출구(8)를 통해서 후속 단계의 반응기에 유입된다. 목표로 하는 이소시아네이트는 후속 단계의 반응기 내에서 승온 처리에 의해 형성된다.
도 4는 본 발명의 다른 바람직한 구현예에 따른 반응기의 조립배열의 개략도이며, 반응기는 대체로 제 1공급 통로 하우징(21), 반응기 하우징(24), 제 2공급 통로(34), 중공 날개-휠 공급 분배기(26), 반응축(30) 및 제 1공급 분배기(23)를 포함하는 것을 보여준다. 제 1공급 통로 하우징(21)은 반응기 하우징(24)에 대해 동축으로 구성되어 있고, 제 1공급 통로 하우징의 일단에 구비된 제 1공급 분배기(23)를 통해서 반응기 하우징 내부의 반응 공간과 연통된다. 제 2공급 통로(34)는 회전축(30)의 내부에 배치되며, 또한 제 2공급 통로(34), 회전축(30) 및 중공 날개-휠 공급 분배기(26)는 고속 혼합 반응기의 중심축을 따라서 순서대로 서로 연결 고정되어 있다. 중공 날개-휠 공급 분배기(26)가 회전축(30)의 일단에 고정되어 있어, 상기 중공 날개-휠 공급 분배기(26)는 회전축(30)의 구동력에 의해 반응기 하우징의 내부에서 축방향으로 회전할 수 있다. 제 2공급 통로는 중공 날개-휠 공급 분배기(26)의 내부에서 공급 통로(32)와 연결되어 있다. 제 1공급 통로 하우징은 그안에 하나 이상의 제 1공급구(22)를 구비하고, 제 1공급 통로 하우징(21) 및 제 1공급 분배기(23)는 제 1공급 통로(35)로 규정되는 공간을 에워싼다. 반응기 하우징의 말단은 하나 이상의 반응액 출구(28)를 구비한다. 제 1공급 분배기(23)는 서로 등간격을 갖는 복수의 제 1공급 분사공(33)을 구비하며, 중공 날개-휠 공급 분배기(26)는 날개-휠 플레이트에 수직인 복수의 통로를 구비한다. 날개-휠 플레이트에 수직인 통로에는 모두 복수의 제 2공급 분사공(25)이 형성되어 있다. 대안으로, 본 발명에 따른 중공 날개-휠 공급 분배기는 도 5a, 5b 또는 5c에 도시한 바와 같이, 또는 본 발명에 적합한 기타 다른 패턴으로 배열된 제 2공급 분사공을 갖도록 설계할 수 있다.
또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 중공 날개-휠 공급 분배기(26)의 하류에는, 환형 반응 통로 조절 블럭(27)이 반응기 하우징의 내벽에 고정되어 내측으로 돌출된다. 이 설계는, 반응 혼합물의 유로를 일정한 수준으로 협소하게 만들기 위한 것이다. 회전축(30)은 교반 패들(31)의 스테이지(I)를 구비하며, 교반 패들(31) 및 반응 통로 조절 블럭(27)은 반응기의 중심축에 수직인 동일한 단면에 배치된다. 더 바람직하게, 본 바람직한 구현예에서 기술한 반응기는, 이 반응기의 말단에 모터 연결부(29)를 포함하며, 이 연결부는 반응기를 모터에 고정하는데 도움이 된다.
또한, 이소시아네트를 도 4에 도시한 바와 같은 반응기를 이용하여 제조하는 경우, 먼저, 포스겐 용액은 1차로 제 1공급구(22)를 통해 들어가서 제 1공급 통로(35)를 충전한다. 다음에, 포스겐 용액이 제 1공급 분사공(33)을 통해서 반응기 하우징에 유입되며, 이들 분사공은 제 1공급 분배기(23) 안에 균일하게 분포되어 있다. 동시에, 일반식(I)의 폴리아민의 유기용액은 제 2공급 통로(34)를 통해서 회전축 내부로 도입된다. 폴리아민 용액은 공급 통로(32)를 통해서 회전 중공 날개-휠 분배기(26)의 내부로 유동하며, 복수의 제 2공급 분사공(25)를 통해서 포스겐 용액의 흐름 속으로 균일하게 분사된다. 그러므로, 급속 혼합 및 반응을 달성할 수 있다. 결과로 얻어진 혼합물은 공급 압력하에 하류로 진행하고, 회전축(30)에 수직인 교반 패들(31)에 의해 교반된 후, 반응액 출구(28)를 거쳐 후속 단계의 반응기에 유입된다. 목표로 하는 이소시아네이트는 후속 단계의 반응기 내에서 승온 처리에 의해 형성된다.
이후, 본 발명에 따른 고속 혼합 반응기 및 이의 응용에 관하여 실시예를 통해 예시하나, 본 발명은 이들 실시예에 한정되지 않는다.
실시예
1
도 3에 도시한 고속 혼합 반응기를 MDI 제조에 관한 실험에 이용하였다. 고속 혼합 반응기의 제 1공급 분배기는 도 6c에 도시한 바와 같이 설계했다. 제 1공급 분배기에는 20 mm의 직경을 갖는 복수의 원형 통로가 균일하게 분포되어 있다. 제 1공급 분배기의 원형 통로로부터 포스겐 용액을 6 m/s의 배출량으로 배출했다. 도 5c에 도시한 패턴의 중공 날개-휠 공급 분배기에는 10 mm의 직경을 갖는 제 2공급 분사공이 형성되어 있다. 제 2공급 분사공을 통해 폴리아민 용액을 16 m/s의 배출량으로 배출했다. 회전축은 1200 rpm의 회전속도로 회전했다. 반응기를 사용하여 MDI 설비에서 연간 220,000톤의 MDI 산물 시험량으로 시험했다. 클로로벤젠을 용매로 사용했으며, 클로로벤젠에 용해한 33 중량% 농도의 아민 용액을 시간당 24톤의 양으로 공급했다. 포스겐 용액의 농도는 80%이었다. 클로로벤젠에 용해한 아민 용액은 회전 중공 날개-휠 공급 분배기에 의해서 반응기 하우징에 분사했고, 이는 제 1공급 분배기에 의해 반응기 하우징에 유입된 포스겐 용액과 급속히 반응했다. 두 반응물 간의 질량비는 포스겐:아민 = 1.7:1이었다. 그 후, 반응기의 배출구에서 배출된 반응 혼합물은 용액이 맑아질 때까지 고온에서 포스겐화를 위한 4개의 40 m3 용량의 포스겐화 반응기로 된 캐스캐이드(cascade)에 이동시켰다. 이들 4개의 포스겐화 반응기의 온도는 각각 90℃, 105℃, 115℃ 및 120℃이었다. 그 후 산물 원액(crude product solution)을 증류하여 중합 MDI 산물을 얻었으며, 이는 200 cp의 점도 및 31.62 중량%의 NCO 함량을 나타냈다.
실시예
2
도 3에 도시한 고속 혼합 반응기를 MDI 제조에 관한 실험에 이용하였다. 고속 혼합 반응기의 제 1공급 분배기는 도 6b에 도시한 바와 같이 설계했다. 제 1공급 분배기에는 내경이 상이하고 반경폭이 2 mm인 복수의 원호형 슬릿이 균일하게 분포되어 있다. 원호형 슬릿으로부터 포스겐 용액을 10 m/s의 배출량으로 배출했다. 도 5b에 도시한 패턴의 중공 날개-휠 공급 분배기에는 3 mm ×8 mm 크기의 직사각형 홀인 제 2공급 분사공이 형성되어 있다. 제 2공급 분사공을 통해 아민 용액을 22 m/s의 배출량으로 배출했다. 회전축은 1400 rpm의 회전속도로 회전했다. 반응기를 사용하여 MDI 설비에서 연간 300,000톤의 MDI 산물 시험량으로 시험했다. 클로로벤젠을 용매로 사용했으며, 클로로벤젠에 용해한 33 중량% 농도의 아민 용액을 시간당 33톤의 양으로 공급했다. 포스겐 용액의 농도는 75%이었다. 클로로벤젠에 용해한 아민 용액은 제 2공급 분배기에 의해서 반응기 하우징에 분사했고, 이는 제 1공급 분배기에 의해 반응기 하우징에 유입된 포스겐 용액과 급속히 반응했다. 두 반응물 간의 질량비는 포스겐:아민 = 1.8:1이었다. 그 후, 반응기의 배출구에서 배출된 반응 혼합물은 용액이 맑아질 때까지 고온에서 포스겐화를 위한 4개의 40 m3 용량의 포스겐화 반응기로 된 캐스캐이드에 이동시켰다. 이들 4개의 포스겐화 반응기의 온도는 각각, 90℃, 105℃, 115℃ 및 120℃이었다. 그 후 산물 원액을 증류하여 중합 MDI 산물을 얻었으며, 이는 200 cp의 점도 및 31.56 중량%의 NCO 함량을 나타냈다.
상술한 두개의 실시예로부터, 본 발명에 따른 고속 혼합 반응기를 이용하면 33 중량%의 고농도를 갖고 포스겐 대 아민의 질량비가 1.7:1로 낮은 아민 용액으로도 MDI를 제조할 수 있음을 확인할 수 있었으며, 이는 당해 분야에서 널리 이용되는 종래의 반응기 (아민 용액의 농도가 15 내지 22 %의 범위이고, 아민에 대한 포스겐의 질량비가 2.4 내지 4의 범위인)보다 훨씬 유리하다. 용매 및 포스겐의 용적 감소는 반응기 효율의 개선 및 전체 처리능력의 증가를 가져올 뿐만 아니라, 과량의 포스겐을 축합하고 용매를 증류하는데 필요한 에너지량을 감소시키며, 따라서 에너지 소비가 산물 1 kg당 40% 감소된다.
실시예
3
도 4에 도시한 고속 혼합 반응기를 폴리메틸렌 폴리페닐렌 폴리아민의 제조에 관한 실험에 이용하였다. 고속 혼합 반응기의 제 1공급 분배기는 도 6b에 도시한 바와 같이 설계했다. 제 1공급 분배기에는 내경이 상이하고 반경폭이 6 mm인 복수의 원호형 슬릿이 균일하게 분포되어 있다. 원호형 슬릿으로부터 아닐린 히드로클로라이드와 순환액의 액체 혼합물을 5 m/s의 배출량으로 배출했다. 도 5b에 도시한 패턴의 중공 날개-휠 공급 분배기에는 3 mm ×8 mm 크기의 직사각형 홀인 제 2공급 분사공이 형성되어 있다. 제 2공급 분사공을 통해 포름알데히드 용액을 20 m/s의 배출량으로 배출했다. 회전축은 2400 rpm의 회전속도로 회전했다. 반응기를 사용하여 폴리메틸렌 폴리페닐렌 폴리아민 설비에서 연간 300,000톤의 폴리아민 시험량으로 시험했다. 포름알데히드 용액 (37 중량% 농도)을 시간당 16톤의 양으로 공급했다. 포름알데히드 용액은 제 2공급 분배기에 의해서 반응기 하우징에 분사했고, 이는 제 1공급 분배기에 의해 반응기 하우징에 유입된 아닐린 히드로클로라이드와 순환액의 액체 혼합물과 급속히 반응했다. 염산 (32 중량%)과 순수 아닐린 간의 몰비는 0.36:1이고; 포름알데히드 대 순수 아닐린 간의 몰비는 0.52:1이었으며; 아닐린 히드로클로라이드와 순환액의 액체 혼합물의 총 유량은 시간당 220 m3이었다. 그 후, 반응기의 배출구에서 배출된 반응 혼합물은 교반하면서 반응 용기로 이동하여 65℃의 온도에서 예비 축합반응을 지속한 뒤, 가열, 분자 재배열, 중화, 수세, 폴리아민 정제 등의 단계를 수행함으로써, N-메틸 함량이 0.12%인 정제된 폴리메틸렌 폴리페닐렌 폴리아민 산물을 수집했으며, 이는 제품의 품질 규격을 만족했다.
본 발명에 따른 고속 혼합 반응기를 이용하면, 예비 축합반응의 온도를 홀-분사식 반응기를 사용할 때의 온도인 40℃에서 65℃로 승온할 수 있다. 에너지 소비는 35% 감소하며, 혼합 작업이 현저히 개선되었으므로 막힘(clogging) 현상으로 인한 월 1회의 반응기 청소는 필요치 않았다. 따라서, 전체 생산 설비의 가동률이 크게 증가되었다.
Claims (18)
- 제 1공급 통로 하우징, 반응기 하우징, 제 2공급 통로, 날개-휠 디스크를 구비하는 중공 날개-휠 공급 분배기, 회전축 및 제 1공급 분배기를 포함하는 고속 혼합 반응기로서,
상기 제 1공급 통로 하우징은 상기 반응기 하우징에 대해 동축으로 구성되고, 상기 제 1공급 통로 하우징의 일단에 구비된 상기 제 1공급 분배기를 통해서 상기 반응기 하우징 내부의 반응공간과 연통되어 있고;
상기 제 2공급 통로, 상기 중공 날개-휠 공급 분배기 및 상기 회전축은 각각, 상기 반응기의 중심축을 따라서 서로 연결 고정되어 있으며; 상기 중공 날개-휠 공급 분배기는 상기 반응기 하우징 내에 배치되어 상기 회전축의 구동력에 의해 축방향으로 회전하고;
상기 제 2공급 통로는 상기 중공 날개-휠 공급 분배기 내측의 공급 통로와 연결되며;
상기 제 1공급 통로 하우징은 하나 이상의 제 1공급구를 구비하고;
상기 반응기 하우징은 말단에 하나 이상의 반응액 출구를 구비하며; 및
상기 제 1공급 분배기와 상기 중공 날개-휠 공급 분배기는 제 1공급 분사공 및 제 2공급 분사공을 각각 구비하고,
제 1공급 분사공은 환형이거나 복수의 개구가 균일하게 분포됨으로써, 상기 제 1공급 분사공을 통해 반응기 하우징 내부의 반응 공간 내로 들어가는 제 1공급물을 균질하게 만드는 것을 특징으로 하는 반응기. - 제 1항에 있어서, 상기 제 2공급 통로, 상기 중공 날개-휠 공급 분배기 및 상기 회전축은 상기 반응기의 중심축을 따라서 이 순서대로 결합되는 것을 특징으로 하는 반응기.
- 제 2항에 있어서, 상기 중공 날개-휠 공급 분배기가 상기 제 2공급 통로와 연결되어 있는 위치에, 서로 접촉하는 동적 시일링과 정적 시일링이 제공되고;
상기 동적 시일링은 상기 중공 날개-휠 분배기 상에 위치하고, 상기 정적 시일링은 상기 제 2공급 통로의 일단에 위치하며, 이때 상기 정적 시일링의 일측면은 상기 중공 날개-휠 공급 분배기 상의 동적 시일링에 접촉하는 한편, 타측면은 내측에서 외측까지 팽창 조인트 및 스프링을 통해 상기 제 1공급 분배기에 고정되는 것을 특징으로 하는 반응기. - 제 1항에 있어서, 상기 제 2공급 통로는 상기 회전축의 내부에 형성되고, 상기 중공 날개-휠 공급 분배기에 연결 및 연통되는 것을 특징으로 하는 반응기.
- 제 1항에 있어서, 상기 제 2공급 분사공은 상기 중공 날개-휠 공급 분배기의 측면 또는 최외각 테두리에 형성되거나, 상기 중공 날개-휠 공급 분배기로부터 상기 중공 날개-휠 공급 분배기의 날개-휠 디스크에 수직으로 연장되는 일정한 통로 내에 형성되는 것을 특징으로 하는 반응기.
- 제 5항에 있어서, 상기 중공 날개-휠 공급 분배기에 형성된 상기 제 2공급 분사공은 원형, 삼각형, 마름모꼴, 사다리꼴, 다각형, 타원형, 정사각형, 직사각형 또는 그들의 조합으로부터 선택된 형상인 것을 특징으로 하는 반응기.
- 제 1항에 있어서,
상기 제 1공급 분사공이 환형인 경우, 환형의 제 1공급 분사공은 상기 제 1공급 분배기와 동심으로 배열되고 동일하거나 상이한 내경을 갖는 복수의 원호형 슬릿을 포함하고, 상기 복수의 원호형 슬릿은 서로 이격되어 있고;
상기 제 1공급 분사공이 균일하게 분포된 복수의 개구를 갖는 경우, 이들 개구는 원형, 삼각형, 마름모꼴, 사다리꼴, 다각형, 타원형, 정사각형, 직사각형 또는 그들의 조합으로부터 선택된 형상인 것을 특징으로 하는 반응기. - 제 7항에 있어서, 상기 중공 날개-휠 공급 분배기의 하류에는, 환형 반응 통로 조절 블럭이 상기 반응기 하우징의 내벽에 고정되어 내측으로 돌출되는 것을 특징으로 하는 반응기.
- 제 8항에 있어서, 2개 이상의 교반 날개를 구비한 하나 이상의 교반 패들이 상기 회전축 상에 이 회전축과 수직으로 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 반응기.
- 제 9항에 있어서, 상기 교반 패들은 상기 회전축에 수직으로 고정되고, 상기 교반 패들 및 상기 환형 반응 통로 조절 블럭은 상기 반응기의 중심축에 수직인 동일한 단면에 배치되는 것을 특징으로 하는 반응기.
- 제 10항에 있어서, 상기 반응기는, 이 반응기의 말단에 위치된 모터용 고정구(fitting)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반응기.
- 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 따른 반응기를 이용하여, 일반식(I)의 아민류로부터 일반식(II)의 지방족, 지환족 또는 방향족 이소시아네이트를 제조하는 방법으로서,
R(NH2)n (I)
R(NCO)n (II)
여기서, R은 지방족, 지환족 또는 방향족 탄화수소 라디칼이고, n = 1 또는 2 이상(≥2)이며,
상기 방법은:
(a) 포스겐 용액을 제 1공급구를 통해서 고속 혼합 반응기의 제 1공급 통로로, 이어서, 제 1공급 분배기에 의해서 반응기 하우징의 내부로 도입하고;
(b) 일반식(I)의 아민 유기용액을 제 2공급 통로를 통해서, 그리고 회전 중공 날개-휠 공급 분배기를 거쳐서 반응기 하우징 내로 도입하고; 및
(c) 단계(a)를 거쳐 도입된 포스겐 용액과 단계(b)를 거쳐 도입된 아민 용액을 반응기 하우징 내에서 서로 급속 혼합 및 반응시키고, 제조된 반응액을 반응액 출구를 통해 배출하는 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법. - 제 12항에 있어서, 상기 포스겐 용액은 순수 포스겐 또는 불활성 유기 용매에 용해된 30 내지 100 중량% 미만의 농도의 포스겐 용액으로 규정되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제 13항에 있어서, 상기 아민 유기용액은 불활성 유기 용매에 용해된 10 내지 60 중량%의 농도의 일반식(I)의 아민 용액으로 규정되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제 12항에 있어서, 식(I) 및 (II)의 R 그룹은 지방족 C2-C50 탄화수소 라디칼, 지환족 C2-C50 탄화수소 라디칼 또는 방향족 C6-C50 탄화수소 라디칼이고,
식(I) 및 (II)에서 n은 2 내지 4를 나타내는 것을 특징으로 하는 제조방법. - 제 12항에 있어서, 일반식(I)의 아민은 톨루엔 디아민, 디페닐메탄-4,4'-디아민, 폴리메틸렌 폴리페닐렌 폴리아민, 이소포론 디아민, 헥산 디아민, 시클로헥산 디아민, 나프탈렌 디아민, ｐ-페닐렌 디아민, 벤젠 디메틸렌 디아민, 시클로헥산 디메틸렌 디아민, 트리메틸-1,6-헥사메틸렌 디아민, 테트라메틸 ｍ-페닐렌 디메틸렌 디아민, 디메틸 비페닐 디아민 및 메틸 시클로헥산 디아민 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제 14항에 있어서, 포스겐을 용해하는 상기 불활성 유기 용매 및 아민을 용해하는 상기 불활성 유기 용매는 서로 같거나 상이하며, 벤젠, 톨루엔, 클로로벤젠, ｏ-디클로로벤젠, ｐ-디클로로벤젠, 비페닐 클로라이드, 디알킬 테레프탈레이트, 디에틸 프탈레이트 또는 그들의 조합으로부터 독립적으로 선택되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 따른 반응기를 이용하여 아닐린으로부터 폴리메틸렌 폴리페닐렌 폴리아민을 제조하는 방법으로서,
(A) 아닐린 히드로클로라이드와 1종 순환 반응액의 액체 혼합물을 제 1공급구를 통해서 고속 혼합 반응기의 제 1공급 통로로, 이어서, 제 1공급 분배기를 거쳐서 반응기 하우징의 내부로 도입하고;
(B) 포름알데히드 용액을 제 2공급 통로를 통해서, 그리고 회전 중공 날개-휠 공급 분배기에 의해서 반응기 하우징 내로 도입하고; 및
(C) 아닐린 히드로클로라이드와 순환 반응액의 액체 혼합물 및 포름알데히드 용액을 반응기 하우징 내에서 급속 혼합 및 예비 축합하고, 이어서, 상기 반응 액체를 교반기를 구비한 반응용기로 이동시켜 상기 예비 축합반응을 진행하여 축합액을 얻고, 이어서, 가열, 분자 재배열 반응, 중화, 수세, 정제의 단계를 수행하여 정제된 폴리메틸렌 폴리페닐렌 폴리아민을 수득하는 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
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