반응기의 압력 및 온도(인자), 이상반응 설계시 고려사항

1. 설계인자 고려사항

 1) 상의 형태

  : 반응 전.후의 기체, 액체, 고체의 상에 대하여 설계 시 결정하는 것으로 단위조작과 반응기 설계 시 중요한 요소가 된다.

 

 2) 조업온도 범위

  : 조업온도의 범위는 반응기의 반응조건과 제어에 중요한 인자로서 온도 범위의 제어에 실패할 경우 물질의 품질과 이상반응 현상을 초래 할 수 있다. 그리고 온도의 범위는 기기, 장치, 설비의 재질과 두께의 선정 시 고려되어야 한다.

 

 3) 운전압력

  : 운전압력은 배관, 장치, 반응기 등의 설계 시 핵심요소로서 반응기 압력의 크기에 따라 두께, 재질 등을 고려하여 설계하여야 한다.

 

 4) 체류시간과 공간속도

  : 체류시간은 투입된 반응물질이 반응 완료되는 시간으로서 반응물질의 투입과 반응 완료 물질의 배출에 핵심요소가 되어 반응후 생성물질의 생산량에 영향을 미치며, 공간속도의 역수이다.

  : 공간속도는 단위시간당 반응되는 용적으로 정의할 수 있으며, 공간속도의 결정에 따라 공급설비, 촉매의 양 등이 변경된다.

 

 5) 부식성

  : 투입되는 물질과 생성되는 물질의 특성에 따라 배관, 반응기, 설비 등의 재질을 고려하여야 하며, 부식성이 높은 물질을 다룰때에는 이에 대한 대책이 강구되어야 한다.

 

 6) 열전달

  : 반응기에 있어서 기본적으로 고려되어야 하는 것으로 반응기 설계 시 반응촉진을 위해 공급되는 열, 반응열, 손실열에 대한 Heat balane를 고려하여 온도를 제어하여야 한다.

 

 7) 온도조절

  : 반응기의 적정온도 유지를 위하여 자동적으로 제어되어야 하며, 온도조절에 실패하게 되면 이상반응 또는 생성물의 품질저하에 영향을 준다.

 

 8) 조작방법

  : 회분식, 연속식 등의 반응기의 종류에 따라 조작순서와 방법이 정형화되어야 하며, 잘못된 조작방법은 위험을 초래할 수 있다.

 

 9) 수율

  : 물질의 투입량과 목적에 맞는 물질의 생상량의 비로 나타낼 수 있으며, 수율이 좋을수록 좋은 반응기라 할 수 있다.

 

 

2. 이상반응 고려사항

 1) 발열반응

  : 발생하는 열에 의한 온도, 압력증가를 고려하여야 하며, 조절에 실패할 경우 이상반응이 일어나지 않도록 다중화 안전설비를 설계하여야 한다.

 

 2) 반응속도 계측

  : 반응속도가 빨라질 경우 이상반응이 일어날 수 있으므로 물질의 투입조절, 촉매의 투입조절, 온도조절을 통하여 반응속도를 관리하여야 한다.

 

 3) 냉각 및 교반 시설

  : 냉각장치에 이상이 발생할 경우 반응기 온도 상승에 의한 이상반응이 발생할 수 있으므로 냉각장치의 이상 유무는 지속적으로 관리되어야 한다. 또한 교반시설이 너무 급하게 교반을 할 경우 반응이 촉진될 수있으므로 이를 모니터링 할 수 있도록 설계하여야 한다.

 

 4) 신속조치

  : 이상반응이 일어나면 반응속도의 급속한 상승으로 통제하기 어렵기 때문에 이상징후 발생 시 신속하게 자동적으로 조치될 수 있는 자동화 설비를 갖추어야 한다.