JP2001194077A

JP2001194077A - 易重合性化合物の熱交換方法

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Publication number: JP2001194077A
Application number: JP37409499A
Authority: JP
Inventors: Kazuto Okazaki; 和人岡崎; Yukihiro Matsumoto; 行弘松本; Hitoshi Nakahara; 整中原; Hiroo Iwato; 博夫岩戸
Original assignee: Nippon Shokubai Co Ltd
Current assignee: Nippon Shokubai Co Ltd
Priority date: 1999-12-28
Filing date: 1999-12-28
Publication date: 2001-07-17
Anticipated expiration: 2019-12-28
Also published as: US6736200B2; US20010006104A1; JP4527825B2

Abstract

(57)【要約】【課題】液状易重合性化合物（例えば、アクリル酸エ
ステル）、あるいは易重合性化合物含有液（例えば、ア
クリル酸水溶液）を熱交換するにあたり、熱交換器内で
の重合を効果的に防止して、長期にわたり安定して熱交
換を行えるようにした、易重合性化合物の熱交換方法を
提供する。【解決手段】熱交換器として、液流路間隔が６ｍｍ以
上の竪型スパイラル式熱交換器を使用し、液の平均流速
が０．２ｍ／秒以上であり、かつ液の滞留時間が１００
秒を超えない条件下に熱交換を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は易重合性化合物の熱
交換方法に関し、詳しくは（メタ）アクリル酸エステル
などの液状易重合性化合物、または易重合性化合物含有
液を熱交換するにあたり、熱交換器内での易重合性化合
物の重合を効果的に防止する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】液の加熱・冷却用の熱交換器としては一
般に多管式熱交換器が用いられている。しかし、この多
管式熱交換器を用いて、（メタ）アクリル酸などの易重
合性化合物を含有する液を熱交換すると、熱交換器内で
易重合性化合物の重合が発生して、熱交換能力の低下、
ひいては熱交換器内部の閉塞に至り、長期にわたる安全
運転ができなくなる。

【０００３】上記多管式熱交換器での重合は次のように
して起こるものと考えられている。易重合性化合物含有
液（以下、単に「液」ということもある）を胴側へ流し
て熱交換を行うと、邪魔板周辺において生じる液滞留部
により重合物が生成し、その周辺のチューブ外面に付着
する。その結果、伝熱抵抗が増加して熱交換能力が低下
する。また、易重合性化合物含有液をチューブ側へ流し
た場合も、仕切り室において生じる液滞留部にて重合物
が生成し、チューブ内面などに付着して、熱交換能力が
低下する。さらに、胴、チューブのいずれの側も流路が
単一でないため、重合物が付着した箇所では液の流れが
滞り、その結果、付着重合物は連鎖成長して、これが更
なる熱交換能力の低下、そして最後には熱交換器内部の
閉塞に至ることになる。

【０００４】このように、多管式熱交換器を用いては、
易重合性化合物含有液を長期にわたり安定して熱交換す
ることは困難であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記従来技
術の問題を解決し、液状易重合性化合物、あるいは易重
合性化合物含有液を熱交換するにあたり、その重合を効
果的に防止して、長期にわたり安定して熱交換を行える
ようにした、易重合性化合物の熱交換方法を提供するこ
とを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】熱交換器内における易重
合性化合物の重合が原因となる、熱交換器の熱交換能力
の低下、および熱交換器内部の閉塞は、前記のとおり、
１）液滞留部において重合物が形成され、２）この重合
物が伝熱面へ付着し、３）付着重合物が連鎖成長するこ
とにより引き起こされる。

【０００７】本発明者らの研究によれば次のことがわか
った。（１）熱交換器内での閉塞原因１）〜３）の防止には、
液流路を単一流路とし、かつ、熱交換器内部での液滞留
部を極力低減することが望ましい。（２）単一流路の熱交換器の例としては二重管式熱交換
器およびスパイラル式熱交換器があるが、前者は設置ス
ペースの極端な増加を伴うため、工業的に採用するには
後者のスパイラル式熱交換器のほうが好ましい。（３）一般に、スパイラル式熱交換器には、竪型および
横型があり、いずれも熱交換を行う二流体の流路は単
一、かつ、渦巻流路であり、また、向流にて熱交換を行
う。なお、蒸気やガス等の密度の小さい流体を、加熱ま
たは冷却媒体に使用する場合は、これらを軸方向に流す
直交流式の竪型スパイラル式熱交換器が使用されること
もある。（４）スパイラル式熱交換器の特徴として、スパイラル
プレート付着物への流体の衝突エネルギーによる自己浄
化作用が知られている。従って、熱交換器内部にて閉塞
等のトラブルを起こしやすいスラリー含有液の熱交換に
該熱交換器が使用されることも多々ある。また、自己洗
浄作用は一般に横型のほうが大きいとされている。（５）しかし、易重合性化合物含有液の熱交換において
は、生成、付着した重合物の粘着性が強く、スパイラル
プレートに付着した該重合物に対しては、自己洗浄作用
を十分に発揮できない。（６）従って、易重合性化合物の熱交換時における閉塞
等の防止には熱交換内での重合物の生成を抑制すると同
時に、生成した重合物のスパイラルプレートへの付着防
止が必要となる。（７）従来、スラリー含有液に対しては、横型のほうが
閉塞防止に、より有利であるとされていたが、易重合性
化合物含有液の場合には、むしろ竪型のほうにその効果
が認められた。（８）また、熱交換器内における重合を効果的に防止
し、長期間の安定運転を可能にするには、液側の流路間
隔が６ｍｍ以上の竪型スパイラル式熱交換器を使用し、
流路断面積あたりの液の平均流速が０．２ｍ／秒以上、
好ましくは０．４〜１ｍ／秒であり、かつ、液の熱交換
器における滞留時間を１００秒以下、好ましくは６０〜
１５秒の条件にて熱交換を行うことが必要である。

【０００８】本発明は、上記知見に基づき完成されたも
のである。

【０００９】すなわち、本発明は、易重合性化合物を熱
交換するにあたり、熱交換器として、液流路間隔が６ｍ
ｍ以上の竪型スパイラル式熱交換器を使用し、液の平均
流速が０．２ｍ／秒以上であり、かつ液の滞留時間が１
００秒を超えない条件下に熱交換を行うことを特徴とす
る易重合性化合物の熱交換方法である。

【００１０】なお、液の平均流速および液の滞留時間は
次のように定義されるものである。平均流速（ｍ／秒）＝（スパイラル式熱交換器入口での
流量（ｍ³／秒））／（流路間隔（ｍ）×流路幅
（ｍ））滞留時間（秒）＝（伝熱面積（ｍ²）×流路間隔
（ｍ））／（スパイラル式熱交換器入口での流量（ｍ³
／秒））

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は竪型向流式のスパイラル式
熱交換器の縦断面概念図である。図２は横型向流式のス
パイラル式熱交換器の縦断面概念図である。また、図３
は、竪型直交流式のスパイラル式熱交換器の縦断面概念
図である。

【００１２】図１〜３において、１は液状易重合性化合
物（または易重合性化合物含有液）の流路、２は熱交換
用媒体の流路、３は流路間隔、４は流路幅を示す。

【００１３】スパイラル式熱交換器は一般に市販されて
おり、本発明ではこれら市販のものを使用することがで
きる。例えば、（株）クロセ製のＫＳＨ−１Ｖ型などを
挙げることができる。流路形式については、液側の流路
においてスパイラルフローが得られる限り向流式、直交
流式のいずれでもよい。

【００１４】本発明において、液の流路間隔は６ｍｍ以
上、好ましくは８〜１５ｍｍであり、流路間隔が６ｍｍ
未満では重合を防止することはできない。液の平均流速
は０．２ｍ／秒、好ましくは０．４〜１ｍ／秒であり、
平均流速が０．２ｍ／秒未満では重合を防止することが
できない。また、液の滞留時間は１００秒を超えず、好
ましくは６０〜１５秒である。１００秒を超えると重合
を防止することができない。

【００１５】本発明の易重合性化合物とは熱交換の際に
重合する化合物を意味する。その代表例としては、（メ
タ）アクリル酸およびそのエステル、例えば、メチルエ
ステル、エチルエステル、ｎ−プロピルエステル、イソ
プロピルエステル、ｎ−ブチルエステル、イソブチルエ
ステル、ヒドロキシエチルエステルなどを挙げることが
できる。

【００１６】本発明の易重合性化合物の熱交換とは、上
記のような易重合性化合物のうちの、熱交換の際に液状
である易重合性化合物、あるいは易重合性化合物を含有
する液（例えば、水溶液）の熱交換を意味する。もちろ
ん、易重合性化合物は単独でも、あるいは２種以上の混
合物であってもよい。

【００１７】

【発明の効果】本発明により、竪型スパイラル式熱交換
器を用いて熱交換を行うことにより、熱交換器内の重合
を効果的に防止することができる。これにより、熱交換
器、ひいては装置全体を長期にわたり安定して運転する
ことができる。

【００１８】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明を更に具体的に
説明する。実施例１アクリル酸を６０質量％含有する水溶液を３５℃から７
０℃まで加熱するために、流路間隔８ｍｍの竪型スパイ
ラル式熱交換器（型式ＫＳＨ−１Ｖ（株）クロセ製）を
使用し、アクリル酸水溶液を平均流速０．６ｍ／秒、滞
留時間２８秒の条件下に通して熱交換を行った。運転開
始から約６ヶ月後、運転を停止し、熱交換器内部の点検
を行ったが、スパイラルプレート表面には重合物の付着
は認められなかった。比較例１実施例１において、熱交換器として多管式熱交換器を用
い、胴側に蒸気、チューブ側にアクリル酸水溶液を平均
流速０．７ｍ／秒で流した以外は実施例１と同様にして
熱交換を行った。運転開始から約２ヶ月後、チューブ内
ではアクリル酸の重合が起こり、閉塞、運転中止に至っ
た。比較例２実施例１において、実施例１で使用したものと同じ流路
間隔の横型スパイラル式熱交換器を使用し、アクリル酸
水溶液の導入条件を平均流速０．５ｍ／秒、滞留時間３
５秒に変更した以外は、実施例１と同様にして熱交換を
行った。運転開始から約４ヶ月後、アクリル酸水溶液を
所定量供給することが不可能となり、運転を停止し、内
部の点検を行ったところ、スパイラルプレート全面にわ
たって重合物が付着していた。実施例２アクリル酸ブチルエステルを７０℃から４０℃まで冷却
するために、実施例１で用いたものと同じ流路間隔の竪
型スパイラル式熱交換器を使用し、アクリル酸ブチルエ
ステルを平均流速０．２４ｍ／秒、滞留時間７５秒の条
件下に通して熱交換を行った。運転開始から約４ヶ月
後、運転を停止し、内部点検を行ったが、スパイラルプ
レートにおける重合物の付着は認められなかった。比較例３実施例２において、条件を平均速度０．１５ｍ／秒、滞
留時間１２０秒に変更した以外は、実施例２と同様に熱
交換を行った。運転開始から約１ヶ月後には、アクリル
酸エステルを所定量供給することが不可能となり、運転
を停止した。内部を点検したところ、スパイラルプレー
ト表面には重合物が付着していて閉塞を起こしかけてい
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】竪型向流式のスパイラル式熱交換器の縦断面
概念図である。

【図２】横型向流式のスパイラル式熱交換器の縦断面
概念図である。

【図３】竪型直交流式のスパイラル式熱交換器の縦断
面概念図である。

【符号の説明】

１熱交換用媒体の流路２液状易重合性化合物（または易重合性化合物含有
液）の流路３流路間隔４流路幅

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岩戸博夫兵庫県姫路市網干区興浜字西沖992番地の１株式会社日本触媒内Ｆターム(参考） 3L103 AA44 CC01 DD14 DD62

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】易重合性化合物を熱交換するにあたり、
熱交換器として、液流路間隔が６ｍｍ以上の竪型スパイ
ラル式熱交換器を使用し、液の平均流速が０．２ｍ／秒
以上であり、かつ液の滞留時間が１００秒を超えない条
件下に熱交換を行うことを特徴とする易重合性化合物の
熱交換方法。
【請求項２】易重合性化合物が（メタ）アクリル酸お
よびそのエステルから選ばれる少なくとも１種である請
求項１記載の熱交換方法。