(주)플로켐 Newsletter│MAY 2024
Flow Chemistry가 주목 받는 이유 세가지
안녕하세요, Flow Chemistry 솔루션 전문 기업인 (주)플로켐 입니다. (주)플로켐은 매주 마지막주 화요일, 고객 여러분들께 도움이 될 수 있는 기술 정보를 번역, 정리하여 뉴스레터로 보내드리고 있습니다. 이번달 주제는 Flow Chemistry로, 2000년대 이후로 영국을 위시하여 유럽, 미국, 일본 등지에서 Flow Chemistry가 주목받는 이유를 살펴보고자 합니다. 또한 현재의 Flow Reaction 방법에서 더 나아가, 미래에는 어떻게 이 기술이 활용될 것인지에 대해 함께 알아보겠습니다.
반응 패러다임의 변화
반응 방법의 역사는 매우 길고 또 복잡합니다. 지금까지 보편적으로 가장 많이 선호되는 반응 방법은 Batch 방법으로, 구조 자체가 매우 간단하고 진행 방법이 단순하다는 점에서 화학, 제약, 바이오 등 수많은 분야에서 보편적으로 활용되어 왔습니다. 하지만 Application의 제한, 사용의 어려움과 위험성, 반응 효율에서 부족한 점이 있다는 점, Scale Up에 막대한 비용이 든다는 점 등 결정적인 단점들이 존재했죠.
Flow Chemistry는 기존의 Batch 반응법이 가지고 있던 거의 모든 문제를 해결해줍니다. 반응 효율도 높아지고, 보다 다양한 물질의 반응이 가능하며, 게다가 Scale up도 Batch 반응기에 비하면 훨씬 쉽고 용이한 편입니다. 하지만 단점을 해결해준다는 차원을 넘어서, Flow Chemistry가 각광받는 이유는 따로 있습니다.
1. 더 넓은 Application
Flow Chemistry가 초반에 주목받았던 이유 중 하나입니다. 기존의 Batch 형식 반응기로는 반응이 어려웠던 물질들을 안전하게 반응할 수 있기 때문입니다. 반응시 고열이 발생하거나 폭발 위험이 있는 물질들은 기본적으로 Batch 반응기에서는 아예 적용이 어려웠습니다. 하지만 Flow Chemistry의 등장으로 기존의 반응 방식으로는 진행조차 할 수 없었던 반응을 효율적으로 안전하게 진행하는 것이 가능해졌고, 이로 인해 연구의 폭도 훨씬 넓어졌습니다.
또한 세척이 간단하다는 점도 큰 장점입니다. Batch 반응기는 일반적으로 수동으로 세척을 진행해야 하기 때문에 연구원들이 위험에 노출될 위험이 높았습니다. 하지만 Flow Reactor의 경우는 세척에 사람이 개입할 필요가 없기 때문에 이러한 위험을 크게 줄일 수 있습니다.
뿐만 아니라 온도에 민감한 샘플들, 기존 반응 방법으로는 효율성이 떨어지는 샘플들을 더 효과적으로 반응시킬 수 있다는 점도 큰 장점입니다. Flow Reactor의 최대 장점은 열과 에너지 전달이 빠르다는 점입니다. 특히 Flow Reaction으로 진행할 경우, 연구 설계자가 광범위한 매개 변수를 개별적으로 제어할 수 있어서 더 정교하고 안전한 실험 및 반응이 가능합니다.
2. 더 높은 효율, 더 좋아진 결과물
앞서 설명드린 바와 같이 Flow Chemistry의 기본 컨셉상 반응 물질은 아주 얇은 튜빙이나 Mixer를 통해 계속해서 흐르며 반응을 진행합니다. 이때문에 열을 가했을때 열원에 노출되는 표면적이 넓어서 열이 고르게 전달되는 것이 특징이죠. (이전에 Batch 반응기를 써보셨다면 반응기 끝쪽과 안쪽의 온도가 다른 것을 경험해보셨을 겁니다.) 또한 워낙에 소량으로 조금씩 흘려보내다 보니 Mixing도 기존 반응 방법에 비해 굉장히 용이한 편입니다. 게다가 Flow Reactor에는 자체적으로 Mixer가 들어가 있고, 정밀한 Pre-mixing을 위해 GSM(Glass Static Mixer)를 추가할 수도 있기 때문에 반응 효율을 극한까지 끌어올릴 수 있습니다.
Flow Reactor의 열 전달 면적
여기에 더해 기존 Batch 반응기에서는 반응물이 통으로 움직이기에 최종 반응 결과물을 한번에 얻어낼 수 밖에 없었습니다. Flow Reactor의 경우 반응 시작 후 일정 시간 / 반응 종료 전 일정 시간의 반응물을 별도로 모을 수 있어, 최적의 반응 결과물만 따로 추려서 활용할 수 있습니다. 이 또한 기존의 반응 방법에서는 찾기 힘든 장점이라 하겠습니다.
3. 다양해진 제품군 + 더 많은 가능성
수십년간 Flow Chemistry가 업계에서 '핫'한 주제였음에도 불구하고 보편화가 더디게 진행된 것은 바로 Flow Reactor가 가진 특수성 때문이었습니다. 장비 도입을 위한 비용적인 문제도 컸지만, 워낙에 제조사도 몇 안되고 제품 종류도 적다보니 원하는 연구의 조건을 충족하는 장비를 찾기가 매우 어려웠습니다. 이때문에 지금도 많은 연구실에서 DIY로 제작하여 사용하고 계십니다. 하지만 2000년 이후로 유럽을 위시하여 다양한 국가에서 Flow Reactor를 출시하기 시작했고, Flow reaction이 가진 치명적인 단점들을 개선함과 동시에 장비 가격대로 많이 내려가게 되었습니다. 이에 Flow Chemistry에 대한 국내 관심도 더 높아지게 되었죠.
하지만 Flow Chemistry가 가지는 최대의 장점은 바로 '미래'에 있습니다.
1) 다른 반응 방법과의 유연한 조합
Flow Chemistry는 물질을 흘려보낸다는 특성 상 다른 반응 방법과 호환, 조합하기가 유용합니다. 가장 자주 활용되는 것이 바로 광반응기와의 연결인데요, 기본적으로 작은 튜브를 통해 소량씩 샘플이 공급되기 때문에 광원에 보다 넓은 면적이 설정된 시간동안 노출되어 효율적으로 높은 품질의 반응 결과물을 얻을 수 있습니다. 뿐만 아니라 저온, 고온 반응의 경우도 온도 조절 방법이 Batch에 비해서 쉽기 때문에 대용량 반응에서도 보다 정밀한 온도 제어가 가능합니다. 이로 인해 Flow Chemistry에 다른 반응 방법을 융합하여 연구를 진행하는 사례도 늘어나고 있습니다.
2) 간단한 Scale-up
흔히 Flow Reactor의 장점으로 자주 거론되는 것이 스케일업이 쉽다는 점입니다. 물론 생산단계(ton 단위)로 옮겨갈 경우 시스템의 재구성은 불가피합디나. 다만 Pilot 규모까지는 Scale-up이 자유자재로 가능하며, 비용 역시 Batch 반응기에 비하면 훨씬 저렴합니다.
반응조 내에서 반응을 일으키는 Batch반응기의 경우, 반응 용량을 늘리고자 하면 반응조를 완전히 다른 것으로 교체해야 합니다. 이에 따라 부속품이나 가열판 등 다른 설비를 바꿔야할 때도 있다보니 시간과 비용이 크게 들어갑니다. 하지만 Flow Reactor의 경우 시료가 지나가는 경로를 늘리거나 유속을 빠르게 조절하여 쉽게 반응 용량을 높일 수 있습니다. 그렇기에 Lab에서 주로 진행하는 소량 반응부터 Pilot, 산업용 장비 까지 효과적으로 확장이 가능하죠.
3) 자동화
2010년 이후로 공정을 넘어 연구 분야에서도 자동화의 바람이 불기 시작했습니다. 최근 열렸던 국제 화학 전시회, Analytica나 Achema에서도 이미 연구 자동화(Lab Automation)가 주요 화두에 올라있는 모습입니다. Batch Reaction이 갖는 가장 치명적인 한계는, 1회 반응이 모두 종료되어야 다음 과정이 진행될 수 있다는 점입니다. Batch 반응기로 자동화 공정을 구성하는 것은 아주 불가능한 일은 아니겠으나, 그 실효성이나 효율성을 비추어보았을 때 자동화는 굉장히 어려운 것이 사실입니다.
하지만 Flow Chemistry는 그 구조 특성상 자동화가 굉장히 용이합니다. 샘플의 주입 및 Collection만 자동화한다면 연속해서 반응을 진행하는 것이 전혀 어렵지 않습니다. 결국 최소한의 투자로 완벽한 자동화를 구현할 수 있는 것이죠. 이 부분이 Flow Chemistry가 앞으로도 더 각광받을 이유입니다.
앞으로의 Flow Chemistry는?
국내에서도 Flow Chemistry를 연구하시는 많은 교수님들과 연구자분들의 교류를 위해 주기적으로 <Flow Chemistry 산학연 교류회>가 진행되고 있습니다. 다음달에 부산에서 열리는 교류회 관련하여 아래와 같이 안내드립니다.
2024 춘계 한국 Flow Chemistry 산학연 교류회
- 일시 : 2024년 6월 20일(목) - 21일(금)
- 장소 : 부산 해운대 그랜드조선 호텔
- 부스번호 : 3번 (주)플로켐
(주)플로켐에서는 영국 Uniqsis사의 Flow Reactor - FlowSyn과 광반응기 Borealis를 선보일 예정입니다. 직접 장비를 살펴보시고 무료 데모를 받아보세요. 여러분의 연구에 도움이 되는 솔루션을 제공하겠습니다.
(주)플로켐은 Flow Reactor 전문 기업인 영국 Uniqsis사의 대한민국 독점 대리점입니다. 다양한 종류의 Flow Reactor와 관련하여 궁금하신 부분이 있으시면 언제든지 (주)플로켐으로 문의주세요. 고객 여러분의 Application에 최적화된 시스템을 추천해드립니다.
영국 Uniqsis사 Flow Reactor 자세히 보기
온라인 문의 바로가기
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Flow Chemistry가 주목 받는 이유 세가지
안녕하세요, Flow Chemistry 솔루션 전문 기업인 (주)플로켐 입니다. (주)플로켐은 매주 마지막주 화요일, 고객 여러분들께 도움이 될 수 있는 기술 정보를 번역, 정리하여 뉴스레터로 보내드리고 있습니다. 이번달 주제는 Flow Chemistry로, 2000년대 이후로 영국을 위시하여 유럽, 미국, 일본 등지에서 Flow Chemistry가 주목받는 이유를 살펴보고자 합니다. 또한 현재의 Flow Reaction 방법에서 더 나아가, 미래에는 어떻게 이 기술이 활용될 것인지에 대해 함께 알아보겠습니다.
반응 패러다임의 변화
반응 방법의 역사는 매우 길고 또 복잡합니다. 지금까지 보편적으로 가장 많이 선호되는 반응 방법은 Batch 방법으로, 구조 자체가 매우 간단하고 진행 방법이 단순하다는 점에서 화학, 제약, 바이오 등 수많은 분야에서 보편적으로 활용되어 왔습니다. 하지만 Application의 제한, 사용의 어려움과 위험성, 반응 효율에서 부족한 점이 있다는 점, Scale Up에 막대한 비용이 든다는 점 등 결정적인 단점들이 존재했죠.
Flow Chemistry는 기존의 Batch 반응법이 가지고 있던 거의 모든 문제를 해결해줍니다. 반응 효율도 높아지고, 보다 다양한 물질의 반응이 가능하며, 게다가 Scale up도 Batch 반응기에 비하면 훨씬 쉽고 용이한 편입니다. 하지만 단점을 해결해준다는 차원을 넘어서, Flow Chemistry가 각광받는 이유는 따로 있습니다.
1. 더 넓은 Application
Flow Chemistry가 초반에 주목받았던 이유 중 하나입니다. 기존의 Batch 형식 반응기로는 반응이 어려웠던 물질들을 안전하게 반응할 수 있기 때문입니다. 반응시 고열이 발생하거나 폭발 위험이 있는 물질들은 기본적으로 Batch 반응기에서는 아예 적용이 어려웠습니다. 하지만 Flow Chemistry의 등장으로 기존의 반응 방식으로는 진행조차 할 수 없었던 반응을 효율적으로 안전하게 진행하는 것이 가능해졌고, 이로 인해 연구의 폭도 훨씬 넓어졌습니다.
또한 세척이 간단하다는 점도 큰 장점입니다. Batch 반응기는 일반적으로 수동으로 세척을 진행해야 하기 때문에 연구원들이 위험에 노출될 위험이 높았습니다. 하지만 Flow Reactor의 경우는 세척에 사람이 개입할 필요가 없기 때문에 이러한 위험을 크게 줄일 수 있습니다.
뿐만 아니라 온도에 민감한 샘플들, 기존 반응 방법으로는 효율성이 떨어지는 샘플들을 더 효과적으로 반응시킬 수 있다는 점도 큰 장점입니다. Flow Reactor의 최대 장점은 열과 에너지 전달이 빠르다는 점입니다. 특히 Flow Reaction으로 진행할 경우, 연구 설계자가 광범위한 매개 변수를 개별적으로 제어할 수 있어서 더 정교하고 안전한 실험 및 반응이 가능합니다.
2. 더 높은 효율, 더 좋아진 결과물
앞서 설명드린 바와 같이 Flow Chemistry의 기본 컨셉상 반응 물질은 아주 얇은 튜빙이나 Mixer를 통해 계속해서 흐르며 반응을 진행합니다. 이때문에 열을 가했을때 열원에 노출되는 표면적이 넓어서 열이 고르게 전달되는 것이 특징이죠. (이전에 Batch 반응기를 써보셨다면 반응기 끝쪽과 안쪽의 온도가 다른 것을 경험해보셨을 겁니다.) 또한 워낙에 소량으로 조금씩 흘려보내다 보니 Mixing도 기존 반응 방법에 비해 굉장히 용이한 편입니다. 게다가 Flow Reactor에는 자체적으로 Mixer가 들어가 있고, 정밀한 Pre-mixing을 위해 GSM(Glass Static Mixer)를 추가할 수도 있기 때문에 반응 효율을 극한까지 끌어올릴 수 있습니다.
Flow Reactor의 열 전달 면적
여기에 더해 기존 Batch 반응기에서는 반응물이 통으로 움직이기에 최종 반응 결과물을 한번에 얻어낼 수 밖에 없었습니다. Flow Reactor의 경우 반응 시작 후 일정 시간 / 반응 종료 전 일정 시간의 반응물을 별도로 모을 수 있어, 최적의 반응 결과물만 따로 추려서 활용할 수 있습니다. 이 또한 기존의 반응 방법에서는 찾기 힘든 장점이라 하겠습니다.
3. 다양해진 제품군 + 더 많은 가능성
수십년간 Flow Chemistry가 업계에서 '핫'한 주제였음에도 불구하고 보편화가 더디게 진행된 것은 바로 Flow Reactor가 가진 특수성 때문이었습니다. 장비 도입을 위한 비용적인 문제도 컸지만, 워낙에 제조사도 몇 안되고 제품 종류도 적다보니 원하는 연구의 조건을 충족하는 장비를 찾기가 매우 어려웠습니다. 이때문에 지금도 많은 연구실에서 DIY로 제작하여 사용하고 계십니다. 하지만 2000년 이후로 유럽을 위시하여 다양한 국가에서 Flow Reactor를 출시하기 시작했고, Flow reaction이 가진 치명적인 단점들을 개선함과 동시에 장비 가격대로 많이 내려가게 되었습니다. 이에 Flow Chemistry에 대한 국내 관심도 더 높아지게 되었죠.
하지만 Flow Chemistry가 가지는 최대의 장점은 바로 '미래'에 있습니다.
1) 다른 반응 방법과의 유연한 조합
Flow Chemistry는 물질을 흘려보낸다는 특성 상 다른 반응 방법과 호환, 조합하기가 유용합니다. 가장 자주 활용되는 것이 바로 광반응기와의 연결인데요, 기본적으로 작은 튜브를 통해 소량씩 샘플이 공급되기 때문에 광원에 보다 넓은 면적이 설정된 시간동안 노출되어 효율적으로 높은 품질의 반응 결과물을 얻을 수 있습니다. 뿐만 아니라 저온, 고온 반응의 경우도 온도 조절 방법이 Batch에 비해서 쉽기 때문에 대용량 반응에서도 보다 정밀한 온도 제어가 가능합니다. 이로 인해 Flow Chemistry에 다른 반응 방법을 융합하여 연구를 진행하는 사례도 늘어나고 있습니다.
2) 간단한 Scale-up
흔히 Flow Reactor의 장점으로 자주 거론되는 것이 스케일업이 쉽다는 점입니다. 물론 생산단계(ton 단위)로 옮겨갈 경우 시스템의 재구성은 불가피합디나. 다만 Pilot 규모까지는 Scale-up이 자유자재로 가능하며, 비용 역시 Batch 반응기에 비하면 훨씬 저렴합니다.
반응조 내에서 반응을 일으키는 Batch반응기의 경우, 반응 용량을 늘리고자 하면 반응조를 완전히 다른 것으로 교체해야 합니다. 이에 따라 부속품이나 가열판 등 다른 설비를 바꿔야할 때도 있다보니 시간과 비용이 크게 들어갑니다. 하지만 Flow Reactor의 경우 시료가 지나가는 경로를 늘리거나 유속을 빠르게 조절하여 쉽게 반응 용량을 높일 수 있습니다. 그렇기에 Lab에서 주로 진행하는 소량 반응부터 Pilot, 산업용 장비 까지 효과적으로 확장이 가능하죠.
3) 자동화
2010년 이후로 공정을 넘어 연구 분야에서도 자동화의 바람이 불기 시작했습니다. 최근 열렸던 국제 화학 전시회, Analytica나 Achema에서도 이미 연구 자동화(Lab Automation)가 주요 화두에 올라있는 모습입니다. Batch Reaction이 갖는 가장 치명적인 한계는, 1회 반응이 모두 종료되어야 다음 과정이 진행될 수 있다는 점입니다. Batch 반응기로 자동화 공정을 구성하는 것은 아주 불가능한 일은 아니겠으나, 그 실효성이나 효율성을 비추어보았을 때 자동화는 굉장히 어려운 것이 사실입니다.
하지만 Flow Chemistry는 그 구조 특성상 자동화가 굉장히 용이합니다. 샘플의 주입 및 Collection만 자동화한다면 연속해서 반응을 진행하는 것이 전혀 어렵지 않습니다. 결국 최소한의 투자로 완벽한 자동화를 구현할 수 있는 것이죠. 이 부분이 Flow Chemistry가 앞으로도 더 각광받을 이유입니다.
앞으로의 Flow Chemistry는?
국내에서도 Flow Chemistry를 연구하시는 많은 교수님들과 연구자분들의 교류를 위해 주기적으로 <Flow Chemistry 산학연 교류회>가 진행되고 있습니다. 다음달에 부산에서 열리는 교류회 관련하여 아래와 같이 안내드립니다.
2024 춘계 한국 Flow Chemistry 산학연 교류회
(주)플로켐에서는 영국 Uniqsis사의 Flow Reactor - FlowSyn과 광반응기 Borealis를 선보일 예정입니다. 직접 장비를 살펴보시고 무료 데모를 받아보세요. 여러분의 연구에 도움이 되는 솔루션을 제공하겠습니다.
(주)플로켐은 Flow Reactor 전문 기업인 영국 Uniqsis사의 대한민국 독점 대리점입니다. 다양한 종류의 Flow Reactor와 관련하여 궁금하신 부분이 있으시면 언제든지 (주)플로켐으로 문의주세요. 고객 여러분의 Application에 최적화된 시스템을 추천해드립니다.
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