JP2001241883A

JP2001241883A - ガス分散板を設けた易重合性物質含有ガス用熱交換器およびその使用方法

Info

Publication number: JP2001241883A
Application number: JP2000049339A
Authority: JP
Inventors: Tetsuji Mitsumoto; 哲治光元; Takeshi Nishimura; 武西村; Kazuhiko Sakamoto; 一彦坂元; Hiroo Iwato; 博夫岩戸
Original assignee: Nippon Shokubai Co Ltd
Current assignee: Nippon Shokubai Co Ltd
Priority date: 2000-02-25
Filing date: 2000-02-25
Publication date: 2001-09-07

Abstract

(57)【要約】【課題】熱交換用ガス導入口と熱交換部との間にガス
分散板を有する易重合性物質含有ガス用熱交換器を提供
する。【解決手段】熱交換用ガス導入口および熱交換用ガス
導出口とを有するシェルと、該ガス導入口と該ガス導出
口の間に該シェル外から導入した流体を循環させる熱交
換部を有する熱交換器において、該ガス導入口と該熱交
換部との間にガス分散板を設けたことを特徴とする。該
ガス分散板の横断面積が、該ガス導入口断面積の１．０
〜１０．０倍であることを特徴とする。構造物に易重合
性物質含有ガスが接触すると、該接触面で該ガスが凝縮
しこれによって重合物が発生するが、本発明の熱交換器
によれば、熱交換部にガスを均一に分散することで熱を
均一に分散でき、これによって該ガスの凝縮を抑制し、
易重合性物質の重合を防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱交換用ガス導入
口と熱交換部との間にガス分散板を有する易重合性物質
含有ガス用熱交換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】広く高温、低温の２流体間で熱の伝授を
行わせる熱交換器は、化学工業で広く使用される化学機
械の一つである。熱交換器の基本は、伝熱面を介して高
温流体と低温流体とが熱交換するものである。

【０００３】一般に熱交換器は、冷却や加熱などの熱交
換を目的とする流体を該装置内の熱交換部に導入して熱
交換を行うが、該熱交換部としては多管式の管束を胴に
挿入した形式の多管式、波状のリブまたは半球状の突起
を作った伝熱プレートを、フィルタプレスのようにガス
ケットを介して重ね合わせて締め付け、各プレート間に
薄い長方形断面状の流路を形成し、この流路を１枚おき
に高温液体と低温液体が交互に流れて熱交換するプレー
ト式、伝熱効果を高めるために伝熱管内外面にフィンを
設けて伝熱面積を大きくするフィンチューブ式などがあ
る。

【０００４】このような熱交換器は使用上から一般に、
（１）加熱器：流体を必要な温度まで加熱する目的で使
用される熱交換器で、被加熱流体の相変化が起こらない
もの、（２）予熱器：流体をあらかじめ加熱して次ぎの
操作での効率をよくするために用いられる熱交換器、
（３）過熱器：流体を過熱状態になるまで加熱するため
に用いられる熱交換器、（４）蒸発器：液体を加熱し
て、蒸発させるために用いられる熱交換器、（５）リボ
イラ：装置中において凝縮した液体を再び加熱し、蒸発
させるために用いられる熱交換器、（６）冷却器：流体
を必要温度まで冷却するために用いられる熱交換器、
（７）深冷器：０℃以下の非常に低温まで冷却するため
に用いられる熱交換器、（８）凝縮器：凝縮性気体を冷
却し、凝縮液化させるために用いられる熱交換器、
（９）全縮器：凝縮性気体の全部を凝縮化させる熱交換
器、（１０）分縮器：凝縮性気体の一部を凝縮液化さ
せ、残りの部分を気体のままで放出させる熱交換器等と
称され、多用されている。

【０００５】ここに、ワンパス式の多管式熱交換器の１
例を図１を用いて説明すると以下のようになる。但し、
目的や必要に応じて、熱交換用ガスおよび／または流体
の出入口は以下の説明とは逆方向から導入または導出さ
せてもよく、また該ガスを流体入口または流体出口から
導入または導出させてもよく、同様に該流体を熱交換用
ガス導入口または導出口から導入または導出させてもよ
い。加えて、熱交換器の設置方向は、垂直限定されず取
り扱いガスや流体の種類、熱交換器の使用目的等に応じ
て選択できる。

【０００６】まず、図１において、１０はシェル、１１
は流体出口、１２は流体入口、１３は管板、１４は伝熱
管、１５は邪魔板、１６は緩衝板、２０、２１は仕切
室、２２は熱交換用ガス導入口、２３は熱交換用ガス導
出口を示す。図１では、シェル内の２枚の管板（１３）
に挟まれた部分が熱交換部（３０）に該当する。

【０００７】該熱交換器では、熱交換すべきガスは仕切
室（２０）に設けられたガス導入口（２２）から供給さ
れ、次いで伝熱管（１４）に導入されたのち仕切室（２
１）に設けられた熱交換用ガス導出口（２３）から排出
される。一方、伝熱管（１４）は、シェル（１０）に設
けられた流体入口（１２）からシェル（１０）内に導入
され、邪魔板（１５）で流路を変更させながら効率的に
伝熱管（１４）内ガスと熱交換し、流体出口（１１）か
ら導出される。流体入口（１２）と伝熱管（１４）との
間に緩衝板（１６）を設ければ、流体が管束外面に直接
当たり管表面にエロージョンが生ずるのを防ぐことがで
きる。ここに、該ガス導入口の断面積は、管板面積で示
される熱交換部入口部面積よりも小さいことが一般的で
ある。ガス導入口の断面積を熱交換部入口部と同じにす
ると、ガス配管を大きくする必要がありコスト高になる
からである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ガス導
入口と熱交換部の断面積とが異なると熱交換器の中央部
には熱交換用ガスが多く供給されるが周辺部に供給され
るガス量が少なくなり、熱交換率を低下させる原因とな
る。しかしながら、熱交換用ガスが導入される伝熱管に
ついては、ガスの供給を均一にするための工夫について
は一切なされていなかった。むしろ、伝熱管の肉厚、断
面積、管配列、管配管ピッチ等の検討や、邪魔板の形状
や配置方法についての検討が成されるのみであった。

【０００９】特に、熱交換用ガスが易重合性物質含有ガ
スの場合には、熱交換率が不均一であると、易重合性物
質の凝縮による重合が発生し易くなるが、これらの対策
は全くなされていない。例えば、蒸留塔の塔頂からガス
配管を導かれた多管式熱交換器は、蒸留塔の塔頂に昇る
低沸点成分に富む蒸気を伝熱管内で冷却・凝縮させる
が、蒸留対象物がアクリル酸等の易重合性化合物である
場合では、熱交換器内で重合が生じやすい。本来、プロ
ピレン等の接触気相酸化によって得られたアクリル酸ガ
スは、水、酢酸、アクロレイン等の不純物を含み、アク
リル酸の重合が極めて起こり易くなっているからであ
る。このような重合は、フェノチアジン、ハイドロキノ
ン、メトキノン、クレゾール、フェノール、ｔ−ブチル
カテコールなどの種々の重合防止剤のプロセス中への添
加によっても十分に防止できるものではない。これら重
合防止剤は高沸点物質であるため、易重合性物質が気体
となる温度条件ではこの気体中には十分に含有されない
からである。従って、その組成自体が極めて重合し易い
状態である上、重合防止剤もガス中で有効に機能せず、
特に、細い伝熱管内で重合が生じ重合物が付着しやすい
のである。

【００１０】このような熱交換器における熱交換率の均
一性、熱交換用ガスの分散、易重合性物質の重合物発生
の問題は、上記した多管式熱交換器に限られず、フィン
チューブ式熱交換器やプレート式熱交換器においても同
様に生ずる問題である。

【００１１】しかしながら、熱交換用ガスの分散につい
ての検討は全くなされておらず、特に易重合性ガスの熱
交換を行う際には、ガスが不均一に供給されることによ
る熱効率の低下に加え、供給ガスの一極集中によって熱
交換部の一部に重合物が発生し、装置全体の停止を余儀
なくされ、また、伝熱面に重合物が付着することで伝熱
効率が低下する等の問題が未解決のまま存在するのであ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者は、熱交換器の
構造を詳細に検討した結果、熱交換部と熱交換用ガスの
導入口との間にガス分散板を設けることで熱交換部に均
一にガスを供給することができ、かつ該ガス分散板の配
置によって重合物の発生を有効に抑制できることを見出
し本発明を完成させた。

【００１３】すなわち本発明は、以下の（１）〜（７）
を提供するものである。

【００１４】（１）熱交換用ガス導入口および熱交換
用ガス導出口とを有するシェルと、該ガス導入口と該ガ
ス導出口の間に該シェル外から導入した流体を循環させ
る熱交換部を有する熱交換器において、該ガス導入口と
該熱交換部との間にガス分散板を設けたことを特徴とす
る易重合性物質含有ガス用熱交換器。

【００１５】（２）該ガス分散板の横断面積が、該ガ
ス導入口断面積の１．０〜１０．０倍であることを特徴
とする、上記（１）記載の熱交換器。

【００１６】（３）該ガス導入口と該ガス分散板との
距離が該ガス導入口の直径の０．５〜３．０倍であり、
かつ、該ガス分散板と該熱交換部との距離が該ガス導入
口と該ガス分散板との距離の１．０〜５．０倍である、
上記（１）または（２）記載の熱交換器。

【００１７】（４）該ガス分散板が、開口率１０〜６
０％の多孔板であることを特徴とする、上記（１）〜
（３）のいずれかに記載の熱交換器。

【００１８】（５）該多孔板の一つの孔の開口部面積
が、２０〜１０００ｍｍ²であることを特徴とする、上
記（４）記載の熱交換器。

【００１９】（６）該ガス分散板が、該ガス導入口か
ら該熱交換部に向かって突面をなし、かつ該突面が該ガ
ス分散板中心と該ガス分散板外周部とのなす角が０．１
〜２０゜であることを特徴とする、上記（１）〜（５）
のいずれかに記載の熱交換器。

【００２０】（７）上記（１）〜（６）のいずれかに
記載の熱交換器を凝縮器として使用する工程を含む、
（メタ）アクリル酸の製造方法。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明は、熱交換用ガス導入口お
よび熱交換用ガス導出口とを有するシェルと、該ガス導
入口と該ガス導出口の間に該シェル外から導入した流体
を循環させる熱交換部を有する熱交換器において、該ガ
ス導入口と該熱交換部との間にガス分散板を設けたこと
を特徴とする易重合性物質含有ガス用熱交換器である。
以下に、多管式熱交換器にガス分散板を設けた本発明の
好ましい態様を図２を用いて説明する。

【００２２】まず、図２は、ワンパス形多管式熱交換器
の流体用ガス導入口と熱交換部との関係を示す熱交換器
を模式的に示す部分図である。図２において、１０はシ
ェル、１３は管板、１４は伝熱管、２０は仕切室、２２
は熱交換用ガス導入口、３０は熱交換部、４０はガス分
散板を示す。熱交換用ガス導入口（２２）から熱交換器
内に導入されたガスは、ガス分散板（４０）を介して分
散し、管板１３のガス接触面上に均一に分散する。この
ため、該ガスは、管板１３に嵌合する多数の伝熱管
（１）に、均一に導入される。すなわち、本発明では、
該ガス導入口と該熱交換部との間にガス分散板（４０）
を設けたことを特徴とするが、これによって熱交換用ガ
スを熱交換部に均一に分散させ熱交換率を向上でき、特
に熱交換用ガスが易重合性物質含有ガスである場合に
は、均一な分散によって易重合性物質含有ガスの部分的
な凝縮やこれに伴う重合物の発生、重合物の付着を防止
することができる。一般に、ガス状の易重合性物質を精
製する際には精製塔等に重合防止剤を添加するが、一般
に高沸点物質が多い。このため、易重合性物質含有ガス
中には重合防止剤が十分に含まれておらず、凝縮によっ
て易重合性物質の重合物を発生し易い。このような凝縮
と重合物の発生は熱交換率が均一でない場合にその一部
において凝縮液が比較的長時間滞留するため、重合物が
発生し易い。従って、導入ガスが易重合性物質の場合に
は、特に該ガスを均一に分散させた後に熱交換すること
は、熱交換率を向上させると共に、重合物の発生を防止
することになる。しかしながら、従来は、構造物の増設
は易重合性ガスとの接触面を増し、部分的な凝縮と液の
滞留を助長することを意味するものと考えられていた。
しかしながら、本発明によれば、ガス導入口と熱交換部
との間にガス分散板を設けることで極めて効果的に易重
合性物質の重合の発生を防止できることが判明したので
ある。

【００２３】ここに、易重合性物質としては、熱交換器
への導入時に気体であればよく、標準状態では気体、液
体の別を問わない。例えば、アクリル酸、メタクリル
酸、マレイン酸又はこれらのエステル体、スチレン、ア
クリロニトリルが例示でき、これらに更に高沸点物質や
溶媒、昇華性物質、他の混合物を含んでもよい。易重合
性物質としては、特に好ましくはアクリル酸、メタクリ
ル酸またはこれらのエステル体であり、これに溶媒その
他の混合物を含有したものが例示できる。例えば、アク
リル酸およびアクリル酸エステルの場合には、アクリル
酸を接触気相酸化反応で得る際に副生する酢酸、プロピ
オン酸、アクロレイン、マレイン酸、水、ホルマリン混
合物を挙げることができる。また、例えば、メタクリル
酸およびメタクリル酸エステルの場合には、メタクリル
酸を接触気相酸化反応で得る際に副生するメタクロレイ
ン、アクリル酸、酢酸混合物などを挙げることができ
る。

【００２４】本発明では、ガス導入口と熱交換部との間
にガス分散板を設けるが、該ガス分散板（４０）の横断
面積は、ガス導入口断面積の１．０〜１０．０倍、より
好ましくは１．２〜８．０倍、特には１．５〜６．０倍
であることが好ましい。ガス導入口はガス配管と接続す
るためにガス導入口横断面積は熱交換部断面積よりも小
さいことが一般的であり、通常、ガス導入口断面積１に
対する熱交換部断面積は、２〜１００倍である。上記範
囲としたのは、ガス分散板の横断面積がガス導入口断面
積の１倍を下回るとガス分散板により分散されないガス
が存在するため十分なガス分散が困難となり、その一
方、１０．０倍を越えると分散板で重合物が発生する場
合があるからである。

【００２５】また、該ガス分散板には貫通する孔が無く
てもよいが孔を設ければガスの分散がより均一となり、
かつ該ガス分散板自体の重合防止にも効果がある。この
ような孔を有する多孔板としては、開口率１０〜６０
％、より好ましくは２０〜５５％、特には４０〜５０％
であることが好ましい。１０％を下回ると、分散板を通
過しないガスが多くなり孔を設けた割には均一に分散さ
れず、また、該分散板での重合が生ずる。その一方、６
０％を越えると分散板を通過するガスが多くなって均一
に分散されない場合が生ずるからである。なお、本願明
細書では、上記ガス分散板の横断面積は開口部０％の場
合の平面部表面積を意味するものとする。従って、図３
に示すように多孔の開口部を有する場合には、実際の平
面表面積は、横断面積×（１００−開口率）／１００と
なる。また、開口率は、開口部面積×１００／ガス分散
板横断面積とする。

【００２６】図３にガス分散板の好ましい態様を示す。
図３では四角形の板に円形の貫通孔を設けたものを示
す。但し、本発明においてはガス分散板（４０）の形状
は板状であれば、円形、楕円形、三角形、四角形などの
多角形であってもよい。また、開口する多孔（４１）の
形状も円形、楕円形に限られず三角形、四角形などの多
角形であってもよい。尚、多孔はガス分散板に均一に分
散していることが好ましいが、各多孔の形状が同一形状
である必要はない。また、図４に円形の板に直径の異な
る円形の貫通孔を設けたガス分散板（４０）を示す。本
発明では、図４に示す様に異なるサイズの多孔が分散し
て配置してあってもよい。

【００２７】しかしながら、本発明で使用する分散板
（４０）では、孔（４１）のサイズは、２０〜１０００
ｍｍ²、より好ましくは５０〜７００ｍｍ²、特には１０
０〜５００ｍｍ²あることが好ましい。２０ｍｍ²を下回
ると孔が重合物により閉塞され、最終的に熱交換部への
均一なガスの分散が成されず、熱交換部で重合物の発生
が生じる場合がある。その一方１０００ｍｍ²を越える
とガス分散板の経過時にガスが十分に分散されず、熱交
換部で重合物が生じる場合がある。

【００２８】一般にガスの分散は、ガス分散板の配置場
所によっても異なる。本発明で使用する分散板（４０）
の配置を図２を用いて説明する。本発明では、該ガス導
入口と該ガス分散板との距離（Ｌｎ）が該ガス導入口相
当直径の０．５〜３．０倍、より好ましくは０．６〜
２．５倍、特には０．８〜２．０倍であり、かつ、該ガ
ス分散板と該熱交換部との距離（Ｌｔ）が該ガス導入口
と該ガス分散板との距離（Ｌｎ）の１．０〜５．０倍、
より好ましくは１．１〜４．０倍、特には１．２〜３．
０倍であることが好ましい。Ｌｎが０．５倍を下回ると
ガス導入口からのガスがガス分散板の全面に分散されず
にぶつかるためにガス分散板表面で重合物を生成し易
く、その一方、３．０倍を越えるとガス分散板に接触す
るガス量が少ないためにガスの分散が不十分となるから
である。更に、Ｌｔが、Ｌｎの１．０倍を下回ると、ガ
ス分散板と最も近い熱交換部へのガスの分散が不十分と
なり、その一方、５．０倍を越えると、熱交換器の仕切
室長をより長くする必要が生じて不利となるからであ
る。なお、ガス導入口は円形に限られず、三角形、四角
形等の多角形でもよい。しかしながら、易重合性物質含
有ガスは、角部で該ガスが滞留するために、これによっ
て重合物を発生する場合がある。従って、角の無い円形
であれば易重合性物質の重合を防止できるために好まし
い。ガス導入口が円形の場合には、該ガス導入口相当直
径は該内径を意味するが、ガス導入口が円形で無い場合
には、該ガス導入口と該ガス分散板との距離（Ｌｎ）の
算出に際しては、４×ガス導入口断面積／ガス導入口内
周長で算出される値を相当内径として使用する。また、
ガス分散板（４０）は、ガス分散板と最も近傍に位置す
る熱交換部のガス接触面と平行または略平行に配設され
ることが好ましい。なお、図２では、ガス分散板と最も
近傍に位置する熱交換部のガス接触面は管板（１３）が
該当する。

【００２９】次に、図５に、ガス導入口から該熱交換部
に向かって突面をなす分散板（４０）を配置した熱交換
器の一部を示す。このような突面であれば、熱交換部の
外周部にまでガスが分散できるために好ましい。この突
面は、該ガス分散板中心と該ガス分散板外周部とのなす
角（θ）が０．１〜２０゜、より好ましくは１〜１５
゜、特には３〜１０゜であることが好ましい。０．１゜
を下回るとガスが伝熱面外周部に分散しやすくなり、そ
の一方２０゜を越えると外周部への分散が不十分となる
からである。ガス分散板が円形以外の場合には、ガス分
散板の重心と重心から最も遠い外周部との角度とを上記
範囲とする。なお、図５に示すように突面の場合には、
該ガス導入口と該ガス分散板との距離（Ｌｎ）は、ガス
導入口からガス分散板の最も突出している部分までの距
離とし、該ガス分散板と該熱交換部との距離（Ｌｔ）
は、該突面部から熱交換部に最も近い位置とする。

【００３０】本発明の熱交換器はガス分散板（４０）を
有するが、該分散板（４０）を配設するには、図５に示
すように、１ないし複数本のガス分散板支持体（４２）
でガス分散板を中吊りにすれば簡便に配設できる。な
お、易重合性物質含有ガスの熱交換を目的とするには、
本来、ガス導入口から熱交換部までの間に構造物を有し
ないことが好ましい。該構造物に易重合性物質含有ガス
が接触すると、接触面で易重合性物質含有ガスが凝縮後
滞留し、重合が発生し易くなるからである。しかしなが
ら、導入ガスの分散をより均一にするために、該分散板
を上記範囲内で複数設けることは可能である。複数のガ
ス分散板の配設によってより分散が均一となる場合があ
る。

【００３１】このようなガス分散板やガス分散板支持体
（４２）の材料としては、鋼材を使用することが好まし
く、溶接等し易さから、オーステナイト系鋼、オーステ
ナイト・フェライト系鋼、フェライト系鋼などの公知の
鋼材が好ましく使用できる。これらによれば易重合性物
質と反応せず、易重合性物質に変性等を与えず、伝熱管
自体の腐食を生ずることがないからである。

【００３２】更に、ガス分散板やガス分散板支持体の表
面に突出部が存在すると凹部ができ、この凹部において
易重合性物質含有ガスが凝縮滞留し、この結果重合物を
発生し易い。従って、本発明では、ガス分散板の外表面
がＪＩＳＢ０６０１（−１９９４）に記載のＲｙが
１２．５以下であることが好ましく、より好ましくは
３．２以下である。このような表面粗度のガス分散板は
その表面を処理することで達成できる。

【００３３】この様な表面処理としては、バフ研磨など
の機械研磨や電解研磨がある。バフ研磨は、主として平
滑面または光沢面を得る場合に用いられる研磨法である
が、固定研磨剤による粗研磨、半固体ないし遊離研磨剤
による中研磨および仕上げ研磨を採用できる。バフ研磨
剤は、革や布などの柔軟性材料で研磨する他、トリポリ
ケイ石、酸化クロム、炭化ケイ素、溶融アルミナ、焼成
アルミナ、酸化クロムを研磨剤として含有する油脂性、
非油脂性またはスプレー溶剤等を使用することができ
る。

【００３４】電解研磨は、金属表面を溶解させながら平
滑化する方法であり、ガス分散板の材質が鉄鋼である場
合の電解研磨溶液としては、過塩素酸系、硫酸系、リン
酸系、硫酸−リン酸系等を使用することができる。鉄鋼
はその組成の相違のみならず、熱処理、加工の程度によ
りその組織の相違が大きいため、使用するガス分散板に
応じて適宜選択することができる。従って、過塩素酸系
の電解質に一般に添加される無水酢酸の量や電解温度、
電流密度、電圧、電解時間等は、ガス分散板により適宜
選択すればよい。なお、機械研磨を行い、更に電解研磨
処理を行ってもよい。

【００３５】本発明では、ガス分散板（４０）を設ける
ことでガスの分散のみならず、易重合性物質による重合
物の発生をも防止するものである。従って、熱交換器が
多管式熱交換器の場合には、ガス導入口と熱交換部との
間に上記ガス分散板を設けることができれば他の仕様に
ついては特に制限はなく、管内側、管外側とも１パス形
に限られず、それぞれ任意にパス数を選択できる。

【００３６】更に、本発明の熱交換器は、仕切り板の形
式としてふた板分離形、ふた板一体形、管板一体形等の
いずれでもよい。更に、管板とシェルの固定形式も、固
定管板形、遊動頭グランド形、遊動頭割フランジ形、遊
動頭引き抜き形等のいずれでもよく、更に、シェル内に
配される伝熱管の外径、長さ等は使用する熱交換器のサ
イズや形状、使用目的等により適宜選択できる。更に、
上記構成を有すれば、一般的な熱交換器が有する邪魔
板、長手邪魔板、緩衝板、仕切室側シェルフランジ、胴
ふた側シェルフランジ、シェル側ノズル、遊動頭ふた、
固定棒およびスペーサー、ガス抜き座、ドレン抜き座、
計器座、支持脚、つり金具、液面計座、伸縮継手熱膨張
対策等を有していてもよい。

【００３７】本発明の熱交換器は、図８に示すように、
シェル内に配置した管板で、少なくともその一端を拘持
された伝熱管とその外周を循環する流体とからなる多管
式熱交換器の他に、図６に示すように、シェル内に波状
のリブまたは半球状の突起を作った伝熱プレートをフィ
ルタプレスのようにガスケットを介して重ね合わせて締
め付け、各プレート間に薄い長方形断面状の流路を形成
し、この流路を１枚おきに高温液体と低温液体が交互に
流れて熱交換するプレート式、更に、図７に示すよう
に、伝熱管の内面および／または外面にフィンを設けた
フィンチューブ式等がある。

【００３８】本発明の熱交換器は、（１）加熱器：流体
を必要な温度まで加熱する目的で使用される熱交換器
で、被加熱流体の相変化が起こらないもの、（２）予熱
器：流体をあらかじめ加熱して次ぎの操作での効率をよ
くするために用いられる熱交換器、（３）過熱器：流体
を過熱状態になるまで加熱するために用いられる熱交換
器、（４）蒸発器：液体を加熱して、蒸発させるために
用いられる熱交換器、（５）冷却器：流体を必要温度ま
で冷却するために用いられる熱交換器、（６）深冷器：
０℃以下の非常に低温まで冷却するために用いられる熱
交換器、（７）凝縮器：凝縮性気体を冷却し、凝縮液化
させるために用いられる熱交換器、（８）全縮器：凝縮
性気体の全部を凝縮化させる熱交換器、（９）分縮器：
凝縮性気体の一部を凝縮液化させ、残りの部分を気体の
ままで放出させる熱交換器のいずれにも使用することが
できる。

【００３９】本発明の熱交換器は、更に、接触気相酸化
反応の反応器として用いることもできる。接触気相酸化
反応は、予め多管内に収納した接触気相酸化反応触媒に
ガス状で原料ガスを供給して目的物またはその中間体に
酸化する反応であり、一般に発熱反応である。従って、
多管の外周に流体を循環させて熱交換をすることが一般
的である。特に、接触気相酸化反応の中間体が易重合性
物質含有ガスであり、これを接触気相酸化反応によって
目的物とする場合には、従来公知の接触気相酸化反応器
が、ガス導入部を有する点および熱交換部を有する点で
多管式熱交換器と何ら変わるところがない。従って、該
反応器の熱交換部とガス導入口との間にガス分散板を設
けることで、各多管に供給する易重合性物質含有ガスの
均一な分散を効果的に実施することができるのである。

【００４０】このような接触気相酸化反応としては、原
料ガス、反応生成物、その中間体のいずれかが易重合性
物質を含有し、かつ反応が発熱反応であれば特に好まし
く使用できる。より具体的には、プロピレン、プロパ
ン、イソブチレン、メタクロレイン等の原料ガスを酸化
触媒の存在下に分子状酸素含有ガスにより接触気相酸化
して製造するアクリル酸、メタクリル酸、アクロレイ
ン、メタクロレイン等が例示できる。

【００４１】また、本発明の熱交換器は、凝縮器として
使用して（メタ）アクリル酸を製造することができる。
本発明の熱交換器を凝縮器として使用する工程を含む
（メタ）アクリル酸の製造方法を、説明する。

【００４２】まず、本発明のアクリル酸の製造方法は、
（メタ）アクリル酸含有ガスを得る工程、アクリル酸を
捕集液中に捕集する工程、該捕集液から低沸点物質およ
び高沸点物質を分離して（メタ）アクリル酸を精製する
工程を含む。

【００４３】（メタ）アクリル酸含有ガスを得る工程と
しては、プロピレン、アクロレイン、イソブチレン、ｔ
−ブチルアルコール、メタクロレインなどを接触気相酸
化反応によって（メタ）アクリル酸含有ガスを得ること
ができる。

【００４４】次いで、（メタ）アクリル酸を捕集液中に
捕集する工程としては、従来公知の（メタ）アクリル酸
捕集液を用いて、（メタ）アクリル酸を捕集する工程で
あり、同時に、少量の有機物を含むガスを排出してもよ
い。

【００４５】また、該捕集液から低沸点物質および高沸
点物質を分離して（メタ）アクリル酸を精製する工程と
しては、捕集工程で得た（メタ）アクリル酸含有溶液か
ら低沸点不純物や高沸点不純物を蒸留手段で分離し、粗
（メタ）アクリル酸を得る工程である。なお、粗（メ
タ）アクリル酸にアルデヒド処理剤を添加した後に蒸留
し、アルデヒドを除去して高純度（メタ）アクリル酸を
得る工程を加えてもよい。

【００４６】なお、前記有機物を含むガスを得た場合に
は、該ガスの全量または一部を（メタ）アクリル酸含有
ガスを得る工程に循環し、残量を燃焼などにより処理
し、または捕集工程から排出されるガスの全量を燃焼な
どの処理後に、ガスの全量または一部をアクリル酸含有
ガスを得る工程に循環する工程を加えることもできる。

【００４７】本発明の熱交換器は、前記製造方法の（メ
タ）アクリル酸含有溶液を得る工程における、接触気相
酸化反応器、該ガスを循環する工程における、循環配管
に設置された熱交換器および／または排ガス処理装置内
の熱交換器、および（メタ）アクリル酸を精製する工程
における、蒸留塔に付属する凝縮器として使用すること
ができる。

【００４８】本発明の熱交換器を凝縮器として使用する
場合を、図８を用いて易重合性物質がアクリル酸である
場合を例に説明する。まず、アクリル酸含有ガスは、ガ
ス導入口（２２）から導入されガス分散板（４０）を介
して分散される。次いで、該ガスは、管板（１３）一面
に均一に分散され、次いで伝熱管（１４）内を移動し下
部管板（１３）から排出される。一方、伝熱管を冷却す
る流体としては水を使用することができ、流体入口（１
２）から熱交換部（３０）に供給され、邪魔板（１５）
によって流路を変更しながら流体出口（１１）から排出
し、熱交換する。なお、図８では任意に接続可能な真空
発生装置（５０）を付属させた態様を示した。

【００４９】本発明の熱交換器にアクリル酸含有ガスを
供給するには、一般に供給配管での線速が５〜６０ｍ／
ｓであり、供給ガスは一般に４０〜１００℃である。

【００５０】一般に、熱交換器が付属される蒸留塔内に
は、重合防止剤が添加され、このうように使用できる重
合防止剤としては、一般にアクリル酸等の易重合性物質
の重合防止剤として公知のものを使用できる。これらの
なかでも、ハイドロキノン、メトキノン、クレゾール、
フェノール、ｔ−ブチルカテコール、ジフェニルアミ
ン、フェノチアジン、メチレンブルーから選ばれる１種
以上、ｐ−フェニレンジアミンなどのｐ−フェニレンジ
アミン類，４−ヒドロキシ−２，２，６，６−テトラメ
チルピペリジノオキシルなどのＮ−オキシル化合物、分
子状酸素含有ガスなどを好適に用いることができる。上
記の化合物は単独でも、あるいは２種類以上組み合わせ
て使用することもできる。特に好ましいのは、重合防止
効果、蒸留装置の腐食性及び蒸留装置からでる廃液の処
理のし易さの観点から、フェノチアジンおよび／または
Ｎ−オキシル化合物、分子状酸素含有ガスである。な
お、使用される重合防止剤の量は特に限定はされない
が、重合防止剤の総量が、アクリル酸の蒸発蒸気量に対
して１〜１０００ｐｐｍ（重量基準）とすることが好ま
しい。

【００５１】このような熱交換器には、分子状酸素含有
ガスを供給することができる。分子状酸素含有ガスによ
って易重合性ガスの重合を防止するためである。このよ
うな分子状酸素含有ガスは、バブリング等によりアクリ
ル酸含有液中に直接混入させても、あるいは溶剤に溶解
させて間接的に混入させてもよい。分子状酸素含有ガス
は、通常、アクリル酸の蒸発蒸気量に対して０．１〜１
容量％の割合で供給するのがよい。

【００５２】なお、メタクリル酸の場合には、上記のア
クリル酸の場合と重複する点が多いが、下記の点におい
て相違する。すなわち、メタクリル酸含有液を蒸留塔に
導く前に、抽出工程に導きメタクリル酸含有液よりメタ
クリル酸を溶剤により抽出する点などが挙げられる。こ
れらの場合でも、本願の示す条件を満たすことにより、
後に続く多管式熱交換器の重合を防止することができ
る。

【００５３】

【実施例】以下、本発明の実施例により具体的に説明す
る。

【００５４】（実施例１）図８に示す多管式熱交換器を
使用して、アクリル酸ガスの熱交換を行った。該熱交換
器のシェル内径は９００ｍｍ、伝熱管の外径は３４ｍ
ｍ、伝熱管長さは３０００ｍｍ、伝熱管数は３０５本、
アクリル酸ガス導入口の直径は２００ｍｍとした。これ
に直径３００ｍｍのガス分散板をアクリル酸ガス導入口
から２００ｍｍでガス分散板と管板との距離が６００ｍ
ｍの位置に、熱交換部と平行に設置した。該ガス分散板
は、径１２ｍｍの開口部を複数設けた開口率２０％の多
孔板とした。

【００５５】該熱交換器の伝熱流体として水を熱交換部
に供給すると共に、該ガス導入口から伝熱管に向かって
重合禁止剤としてフェノチアジン２００重量ｐｐｍ、空
気１容量％を含有するアクリル酸ガスを流量７００ｋｇ
／ｈで導入した。該アクリル酸ガスの温度は、熱交換器
の入口部において８５℃であった。なお、伝熱流体流量
を調整して、アクリル酸ガスを全量凝縮した後に４０℃
に冷却して該熱交換器から排出した。

【００５６】熱交換器および後流側に位置する真空発生
装置には、６カ月間の稼動で重合は全くなかった。停止
後、該熱交換器の内部を点検したが、重合物による伝熱
管の閉塞も全く観察されなかった。ガス分散板支持体に
微量の重合物の付着が見られたが、熱交換能が影響を及
ぼす量ではなかった。

【００５７】（比較例１）実施例１で使用した多管式熱
交換器において、ガス分散板を取り外した以外は実施例
と同様にしてアクリル酸ガスの熱交換を行った。

【００５８】この結果、同一流量のアクリル酸ガスは約
６６０ｋｇ／ｈしか凝縮することができず、後流側の真
空発生装置にアクリル酸が流入し、真空発生能力の低下
を起こし、かつ該真空発生装置において重合が発生し、
稼働翌日に停止した。停止後、該熱交換器を点検したと
ころ、熱交換部の伝熱管束外周近傍の伝熱管１０５本に
アクリル酸重合物の付着と該付着による閉塞が観察され
た。

【００５９】（実施例２）実施例１で使用したガス分散
板の代わりに同一の直径の開口部のない平板を用いた以
外は、実施例１と同様にアクリル酸を冷却した。稼働初
期は４０℃まで冷却できていたが経時により温度が上昇
し、１カ月後に凝縮後の冷却温度が５５℃となった時点
で装置を停止した。熱交換器内部を点検した結果、伝熱
管束中心近傍の伝熱管３１本にアクリル酸重合物による
閉塞が見られたが、１カ月間の連続して稼働することが
できた。更に、該ガス分散板および分散板支持体の裏面
に重合物が約３ｋｇ付着していた。このとき、真空発生
装置では経時により負荷の上昇が見られたが、停止後の
点検では重合物は見られなかった。

【００６０】（実施例３）実施例１で使用したガス分散
板の位置をガス導入口から６００ｍｍの位置に設置した
以外は実施例１と同様にアクリル酸を冷却した。２カ月
後に装置を停止し、熱交換器内部を点検した結果、伝熱
管のうち伝熱管束外周近傍で８本、伝熱管束中心近傍で
３本にアクリル酸重合物による閉塞が見られたが、２カ
月の連続安定稼働を実施することができた。このとき、
真空発生装置には異常は見られなかった。なお、ガス分
散板及びその支持体への重合物の付着量は実施例１と同
等で、熱交換能力への影響はなかった。

【００６１】（実施例４）実施例１で使用したガス分散
板の代わりに直径７００ｍｍで径１２ｍｍの開口部を複
数設けた開口率２０％の多孔板を用いた以外は、実施例
１と同様にアクリル酸を冷却した。２カ月の安定稼働後
に装置を停止し、熱交換器の内部を点検したが、伝熱管
のアクリル酸重合物による閉塞は見られなかった。該ガ
ス分散板の外周部に約１ｋｇの重合物の付着が見られ
た。このとき、真空発生装置には異常は見られなかっ
た。

【００６２】

【発明の効果】本発明によれば、熱交換器内の熱交換部
における易重合性物質を含む熱交換用ガスを均一に分散
する結果、熱交換部においてガスが不均一に供給される
場合の重合物の発生を抑制することができる。ガスの分
散が不均一の場合に、構造物に易重合性物質含有ガスが
接触すると、該接触面で該ガスが凝縮後滞留しこれによ
って重合物が発生するが、本発明の熱交換器によれば、
熱交換部にガスを均一に分散することで該ガスの凝縮後
の滞留を抑制し、易重合性物質の重合を防止することが
できるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の多管式熱交換器の概略図である。

【図２】ガス分散板を設けた本発明の多管式交換器の
一態様を示す部分図である。熱交換用ガスの流れを黒矢
印で、流体の流れを白抜き矢印で示す。

【図３】本発明の熱交換器で使用する方形かつ円形の
多孔を有するガス分散板の斜視図である。

【図４】本発明の熱交換器で使用する円形かつ大小異
なる円形の多孔を有するガス分散板の平面図である。

【図５】ガス分散板が突面を有する、本発明の熱交換
器の一態様を示す部分図である。

【図６】本発明のプレート式交換装置の一態様の概略
を示す斜視図である。熱交換用ガスの流れを黒矢印で、
流体の流れを白抜き矢印で示す。

【図７】本発明のフィンチューブ式熱交換器の一態様
の概略を示す断面図である。熱交換用ガスの流れを黒矢
印で、流体の流れを白抜き矢印で示す。

【図８】真空発生装置を付属した実施例で使用した熱
交換器の概略を示す図である。

【符号の説明】

１０・・シェル１１・・・流体出口１２・・・流体入口１３・・・管板１４・・・伝熱管１５・・・邪魔板１６・・・緩衝板２０、２１・・・仕切室２２・・・熱交換用ガス導入口２３・・・熱交換用ガス導出口３０・・・熱交換部３１・・・フィンチューブ３２・・・プレート４０・・・ガス分散板４１・・・孔４２・・・ガス分散板支持体５０・・・真空発生装置

フロントページの続き (72)発明者坂元一彦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 (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） 3L065 DA02 3L103 AA36 BB26 CC02 CC26 DD10 DD38 4H006 AA02 AC46 BE30 BS10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱交換用ガス導入口および熱交換用ガス
導出口とを有するシェルと、該ガス導入口と該ガス導出
口の間に該シェル外から導入した流体を循環させる熱交
換部を有する熱交換器において、該ガス導入口と該熱交換部との間にガス分散板を設けた
ことを特徴とする易重合性物質含有ガス用熱交換器。
【請求項２】該ガス分散板の横断面積が、該ガス導入
口断面積の１．０〜１０．０倍であることを特徴とす
る、請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】該ガス導入口と該ガス分散板との距離が
該ガス導入口の直径の０．５〜３．０倍であり、かつ、
該ガス分散板と該熱交換部との距離が該ガス導入口と該
ガス分散板との距離の１．０〜５．０倍である、請求項
１または２記載の熱交換器。
【請求項４】該ガス分散板が、開口率１０〜６０％の
多孔板であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれ
かに記載の熱交換器。
【請求項５】該多孔板の一つの孔の開口部面積が、２
０〜１０００ｍｍ²であることを特徴とする、請求項４
記載の熱交換器。
【請求項６】該ガス分散板が、該ガス導入口から該熱
交換部に向かって突面をなし、かつ該突面が該ガス分散
板中心と該ガス分散板外周部とのなす角が０．１〜２０
゜であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに
記載の熱交換器。
【請求項７】請求項１〜６のいずれかに記載の熱交換
器を凝縮器として使用する工程を含む、（メタ）アクリ
ル酸の製造方法。