•  반응기의 원리를 이해하고 종류를 설명할 수 있다.

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• 반응기는 반응 물질을 반응에 적합한 환경, 즉 알맞은 온도, 압력, 농도 등을 필요한 시간 동안 유지시켜 주는 장치
• 조작 방법에 따라 회분식 반응기(batch reactor), 연속식 반응기(continuous reactor), 반회분식 반응기(semibatch reactor)로 구분

(1) 회분식 반응기

화학 실험에서 비커나 둥근 바닥 플라스크에 온도계를 꽂고 액체 반응 물질을 버너로 가열하면서 반응시키는 형태의 반응기

화학 공업에서 실제로 사용되는 반응기는 대부분 금속으로 만들어진 용기를 사용, 반응 물질에 따라 금속의 종류가 다르다.

• 부식성이 매우 강한 물질 : 용기의 내부를 유리, 테플론(teflon) 코딩
• 반응 조건도 수백도, 수백 기압에 달할 수 있기 때문에 반응기의 부대 장치 등이 매우 다양

회분식 반응기의 주요한 특징

• 간단하고 보조 장치가 필요 없다.
• 소규모적이며 실험적이다.
• 순간 반응기 내의 모든 곳의 조성이 일정하다.
• 시간에 따라 조성이 변하는 비정상 상태로서 시간이 독립 변수이다.

그림 Ⅵ-16 회분식 반응기

(2) 연속식 반응기

반응 물질이 계속 흘러 들어오고 생성 물질이 계속 흘러 나가는 방식, 운전은 대개 정상 상태 운전(steady state operation) 방식을 이용

연속식 반응기 중 대표적인 반응기

플러그 흐름 반응기(plug flow reactor)

1. 연속 교반 흐름 반응기(continuous stirred tank teactor)

• 연속식 반응기의 주요한 특징
• 보조 장치가 필요하며, 생성 물질의 품질 관리가 쉽다.
• 연속식으로 많은 양을 처리할 수 있다.
• 반응 속도가 큰 경우에 많이 이용된다.
• 모든 반응 물질의 반응기 내의 체류 시간이 동일하다.
• 반응 물질 조성의 시간적 변화가 없는 것으로서 겉보기 체류 시간이 독립 변수이다.v

 

곧은 튜브 또는 파이프 형태, 반응기의 작용은 반응기 안에서 반응 물질이 같은 속도로 반응기의 벽과 평형 방향으로 흘르고, 반응 물질 사이에 혼합이 전혀 일어나지 않는다고 가정

치약이 튜브 밖으로 밀려나올 대의 모양이 반응기 안에서 흐름과 비슷

그림 Ⅵ-17 플러그 흐름 반응기 안에서의 유체의 흐름

회분식 반응기에 입구와 출구를 마련하고 유체를 계속 교반하면서 흐르게 하는 반응기

유체의 혼합이 유체의 출입에 비하여 매우 빠른 시간 내에 이루어진다.

 

그림 Ⅵ-18 연속 교반 흐름 반응기의 농도

 

(3) 반회분식 반응기

• 한 반응 물질을 반응기에 넣고 반응의 진행과 함께 다른 물질을 첨가하는 조작 방법
• 원료를 넣고 반응의 진행과 함께 생성 물질을 연속적으로 배출시키는 조작 방법을 이용
• 조성은 시간에 따라 변하는 비정상 조작으로 복합 반응에서 선택률이 문제가 될 때 많이 사용
• 주요 특징
• 시간에 따라 조성과 부피가 변한다.
• 반응열과 반응 속도가 크며, 반응 초기에 온도 조절이 곤란할 경우에 많이 이용된다.
• 융통성은 있지만, 해석이 어려울 때가 있다.

그림 Ⅵ-19 반회분식 반응기

 

 

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