JP2003240479A - 竪型多管式熱交換器及びそれを含む蒸留塔システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 重合物による目詰まりを防止し、長期にわた
る連続運転が可能な竪型多管式熱交換器を提供する。 【解決手段】 本発明の竪型多管式熱交換器(1)は、易
重合性物質を含むプロセス流体を伝熱管(28)内に導入し
て熱交換を行なう。竪型多管式熱交換器(1)は、上下方
向に延びる胴体(2)と、この胴体(2)の上部(4)及び下部
(6)にそれぞれ設けられた上部管板(8)及び下部管板(10)
と、両端部外周(26)がこれらの上部板(8)及び下部板(1
0)に固定された複数本の伝熱管(28)と、を有しており、
上部管板(8)の上面(34)が傾斜して形成されると共に、
この上部管板(8)の上面(34)の最も低い位置近傍に伝熱
管(28)の少なくとも１本が配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、竪型多管式熱交換
器及び蒸留塔システムに係わり、特に、易重合性物質を
含むプロセス流体を伝熱管内に導入して熱交換を行なう
竪型多管式熱交換器及びこの竪型多管式熱交換器を使用
した蒸留塔システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】高温流体と低温流体の間で熱交換を行わ
せる多管式熱交換器は、化学工業で広く使用されている
化学機器の一つである。多管式熱交換器は、他の種類の
熱交換器と比べ、過酷な条件で使用でき、長期の連続運
転が可能であるため、信頼性が高いという特徴を有して
いる。以下に、図１０を参照して、かかる多管式熱交換
器の一例を説明する。図１０は、竪型多管式熱交換器の
断面図である。

【０００３】図１０に示すように、竪型多管式熱交換器
１２０は、上下方向に延びる管状胴体１２２と、この管
状胴体１２２の上部１２４及び下部１２６にそれぞれ設
けられた平らな上部管板１２８及び下部管板１３０と、
両端部外周１３２が上部管板１２８及び下部管板１３０
に固定された複数本の伝熱管１３４と、を有しており、
伝熱管１３４内には、プロセス流体が導入されるように
なっている。伝熱管１３４の周りには、伝熱管１３４内
に導入されたプロセス流体と熱交換を行なうための流体
が供給されるようになっている。

【０００４】次に、このように構成された竪型多管式熱
交換器１２０の動作の一例として、竪型多管式熱交換器
１２０を蒸留塔システム(図示せず)のコンデンサーとし
て使用する場合について説明する。蒸留すべきプロセス
流体を気化させ、それにより得られたプロセスガスを上
部管板１２８側から伝熱管１３４に導入すると、プロセ
スガスは、伝熱管１３４の周りに供給された流体によっ
て冷却されて凝縮する。次いで、プロセス流体は、液体
として伝熱管１３４の下部管板１３０側から出てくる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
竪型多管式熱交換器１２０において、上部管板１２８の
上面１３６及び伝熱管１３４の内面１３８の上部開口部
付近に重合物等の異物が付着して、竪型多管式熱交換器
１２０の長期にわたる連続運転が妨げられる場合があ
る。これを以下に説明する。

【０００６】プロセス流体が、例えば、メタクロレイン
含有液のような場合、即ち、プロセス流体の成分に極め
て重合が起こりやすい易重合性物質を含む場合、易重合
性物質の重合物が上部管板１２８の上面１３６及び伝熱
管１３４の内面１３８の上部開口部付近に付着する傾向
がある。更に、上部管板１２８の上面１３６及び伝熱管
１３４の内面１３８の上部開口部付近に付着した重合物
は、運転時間の経過と共に成長する。ここで「成長」と
は、付着した重合物の表面で更に重合が起こることによ
り、付着している重合物が大きくなることを意味する。
かかる重合物の付着及び成長により、竪型多管式熱交換
器１２０の伝熱効率が悪化し、その結果、竪型多管式熱
交換器１２０の熱交換率及び分離効率が低下する。重合
物は、上部管板１２８の上面１３６全体にわたって付着
するため、伝熱効率の低下は著しい。

【０００７】更に運転を続けると、重合物の成長が進行
し、伝熱管１３４が重合物によって目詰まりする。それ
により、目詰まりした重合物を伝熱管１３４から除去す
る必要が生じると共に竪型多管式熱交換器１２０の運転
が不可能になる。その結果、竪型多管式熱交換器１２０
の長期にわたる連続運転が妨げられることになる。その
上、かかる竪型多管式熱交換器１２０を含む蒸留塔シス
テム(図示せず)の長期にわたる連続運転も妨げられるこ
とになる。

【０００８】そこで、本発明は、重合物による目詰まり
を防止し、長期にわたる連続運転が可能な竪型多管式熱
交換器を提供することを第１の目的としている。

【０００９】また、本発明は、長期にわたる連続運転が
可能な蒸留塔システムを提供することを第２の目的とし
ている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、本発明による竪型多管式熱交換器は、易重合
性物質を含むプロセス流体を伝熱管内に導入して熱交換
を行なう竪型多管式熱交換器であって、上下方向に延び
る胴体と、この胴体の上部及び下部にそれぞれ設けられ
た上部管板及び下部管板と、両端部外周がこれらの上部
管板及び下部管板に固定された複数本の伝熱管と、を有
し、上部管板の上面が傾斜して形成されると共に、この
上部管板の上面の最も低い位置近傍に伝熱管の少なくと
も１本が配置されていることを特徴としている。

【００１１】このように構成された本発明の竪型多管式
熱交換器によれば、例えば、高温のプロセス流体を冷却
する場合、プロセス流体を上部管板側から伝熱管内に導
入すると、プロセス流体は、伝熱管の周りの低温の流体
と熱交換を行なった後、伝熱管の下部管板側から出てく
る。プロセス流体が易重合性物質を含む場合、上部管板
の上面及び伝熱管の上側端部等にプロセス流体が長時間
滞留すると、易重合性物質の重合が起こりやすく、重合
物が上部管板等に付着しやすい。しかしながら、本発明
においては、上部管板の上面が傾斜して形成されている
ので、従来の竪型多管式熱交換器の平らな上部管板の上
面に生じていたプロセス流体の滞留を実質的になくすこ
とができる。更に、上部管板の上面の最も低い位置近傍
に少なくとも１本の伝熱管が配置されているので、下方
に流れてきたプロセス流体の滞留をより確実に防止する
ことができる。このような滞留防止効果により、易重合
性物質の重合が起こりにくくなり、上部管板や伝熱管へ
の重合物の付着が防止される。更に、竪型多管式熱交換
器の運転を続けても、上記滞留防止効果により重合物の
成長は防止され、伝熱管は目詰まりしない。その結果、
従来の竪型多管式熱交換器において頻繁に行なっていた
重合物の除去作業が不要になり、竪型多管式熱交換器の
長期にわたる連続運転が可能になる。

【００１２】本発明の竪型多管式熱交換器において、好
ましくは、上部管板の上面は、その外側部から中心部に
向って低くなるように傾斜して形成されており、更に好
ましくは、上部管板の上面は、上部管板の外側部縁を含
む平面に対して下方に０．００５〜０．１ラジアン傾斜
している。このように構成された竪型多管式熱交換器の
上部管板は、製作が容易である。また、上部管板の上面
の傾斜角度は、重合物の付着防止の観点からは、大きけ
れば大きい方が望ましいが、加工の容易さ及び加工コス
トの観点からは、０．１ラジアンよりも小さいことが好
ましい。また、傾斜角度が０．００５ラジアン以上であ
れば、上部管板の上面におけるプロセス流体重合物の付
着をよりよく防止できることが、出願人の実験により明
らかとなった。

【００１３】本発明において、好ましくは、上部管板の
最も低い位置近傍に配置された伝熱管の上端は、上部管
板の上面から突出しないように構成される。このように
構成された竪型多管式熱交換器においては、上部管板の
上面のプロセス流体は、上部管板の最も低い位置に向っ
て流れ、その多くは、最も低い位置近傍に配置された伝
熱管に流入するので、上部管板の全面にわたって重合物
の付着を防止することができる。また、本発明におい
て、更に好ましくは、複数の伝熱管すべての上端が上記
上部管板の上面から突出しないように構成される。この
ように構成した本発明の竪型多管式熱交換器によれば、
上部管板の上面におけるプロセス流体の滞留防止効果が
促進される。

【００１４】本発明において、複数の伝熱管のうち、上
記上部管板の最も低い位置近傍に配置された伝熱管以外
の伝熱管の上端が上方に突出するように構成しても良
い。このように構成した本発明によれば、上部管板と伝
熱管との連結強度を増大させることができる。このた
め、伝熱管が、常時、プロセス流体及び管外流体の両方
の流出入による振動、ポンプ又は圧縮機による振動、及
び回転ポンプ機械からの直接の脈動流等を受けていて
も、伝熱管と上部管板又は下部管板との連結部の密封性
が低下するのを防止し、それらの間からプロセス流体が
漏れるのを防止することができる。また、伝熱管の管径
を細くし且つ数を増やして、プロセス流体と管外流体と
の間で熱交換させる面を広くすることによって、伝熱効
率の向上を図る場合、多数の細い伝熱管と上部管板又は
下部管板との間の連結強度を増大させることができる。

【００１５】本発明において、下部管板の下面が傾斜し
て形成されることが好ましい。このように構成された竪
型多管式熱交換器においては、下部管板での易重合性物
質の滞留も防止することができる。

【００１６】更に、上記下部管板の下面は、その外側部
から中心部に向って上記下部管板の外側部縁を含む平面
に対して０．００５〜０．１ラジアン下方に傾斜してい
ることが好ましい。上部管板と同様の理由によるもので
ある。

【００１７】本発明において、好ましくは、上記易重合
性物質は、アクロレイン、メタクロレイン、アクリル
酸、メタクリル酸、又はそれらのエステルである。ま
た、プロセス流体は、重合防止剤を含むことが好まし
い。

【００１８】また、上記第２の目的を達成するために、
本発明による蒸留塔システムは、易重合性物質を含む流
体を蒸留する蒸留塔と、蒸留塔の塔頂部に連結されるコ
ンデンサーと、を有する蒸留塔システムであって、コン
デンサーが上述の竪型多管式熱交換器であることを特徴
としている。このように構成された蒸留塔システムによ
れば、コンデンサーに上述の竪型多管式熱交換器を採用
しているので、蒸留塔システムの長期にわたる連続運転
が可能になる。

【００１９】また、上記第２の目的を達成するために、
本発明による蒸留塔システムは、易重合性物質を含む流
体を蒸留する蒸留塔と、蒸留塔の塔底部に連結されるリ
ボイラーと、を有する蒸留塔システムであって、リボイ
ラーが、上述の竪型多管式熱交換器であることを特徴と
している。このように構成された蒸留塔システムによれ
ば、リボイラーに上述の竪型多管式熱交換器を採用して
いるので、蒸留塔システムの長期にわたる連続運転が可
能になる。

【００２０】また、上記第２の目的を達成するために、
本発明による蒸留塔システムは、易重合性物質を含む流
体を蒸留する蒸留塔と、蒸留塔の塔頂部に連結されるコ
ンデンサーと、蒸留塔の塔底部に連結されるリボイラー
と、を有する蒸留塔システムであって、コンデンサー及
びリボイラーが上述の竪型多管式熱交換器であることを
特徴としている。このように構成された蒸留塔システム
によれば、コンデンサー及びリボイラーに上述の竪型多
管式熱交換器を採用しているので、蒸留塔システムの長
期にわたる連続運転が可能になる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明に
よる竪型多管式熱交換器の実施形態を説明する。図１
は、本発明の第１の実施形態による竪型多管式熱交換器
の縦断面図である。

【００２２】図１に示すように、竪型多管式熱交換器１
は、上下方向に延びる管状胴体２を有している。この管
状胴体２の断面形状は、円形であるのが好ましいが、そ
の他の形状であっても良い。また、竪型多管式熱交換器
１は、この管状胴体２の上部４及び下部６にそれぞれ設
けられた上部管板８及び下部管板１０と、上部管板８の
上に配置された頂部蓋体１２と、下部管板１０の下に配
置された底部蓋体１４と、を有している。頂部蓋体１２
は、図１に示すような形状を有していても良いし、図２
乃至５に示す変形の竪型多管式熱交換器１ａ乃至１ｄの
頂部蓋体１２ａ乃至１２ｄの形状を有していても良い。
また、頂部蓋体１２と上部管板８との間の取付けは、図
１に示すような蓋板分離形であっても良いし、蓋板一体
形、管板一体形等の形態(図示せず)であっても良い。ま
た、底部蓋体１４と下部管板１０との取付けは、図１の
ような固定管板形であっても良いし、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形態
(図示せず)であっても良い。

【００２３】かくして、竪型多管式熱交換器１には、頂
部蓋体１２と上部管板８とによって、上部空間１６が構
成され、管状胴体２、上部管板８及び下部管板１０によ
って、中間部空間１８が構成され、底部蓋体１４と下部
管板１０とによって下部空間２０が構成されている。ま
た、頂部蓋体１２は、上部空間１６と連通する頂ポート
２２を有し、底部蓋体１４は、下部空間２０と連通する
底ポート２４を有している。

【００２４】更に、竪型多管式熱交換器１は、両端部外
周２６がそれぞれ上部管板８及び下部管板１０に固定さ
れると共に上部空間１６と下部空間２０とを連通する複
数本の伝熱管２８を有している。後述するように、伝熱
管２８内にはプロセス流体が導入されるようになってい
るので、伝熱管２８は、易重合性物質と反応せず且つ易
重合性物質に変性等を与えない材料で形成されるのが好
ましく、更に、伝熱管２８自体の腐食を生ずることがな
く且つ溶接のし易い材料で形成されるのが好ましい。こ
のため、伝熱管２８は、例えば、オーステナイト系鋼
管、オーステナイト・フェライト系鋼管、フェライト系
鋼管で形成されている。

【００２５】管状胴体２は、中間部空間１８と連通する
２つのポート３０、３２を有しており、伝熱管２８内に
導入されるプロセス流体と熱交換を行なうための流体
が、ポート３０及び３２を通じて中間部空間１８内に溜
まり且つその中を流れるようになっている。中間部空間
１８は、図１のように１つの室を有する１パス形であっ
ても良いし、中間部空間１８内が複数の室に仕切られた
２パス形又は３パス形(図示せず)であってもよい。ま
た、中間部空間１８内に流路を構成するための仕切りを
設けても良く、中間部空間１８内の流路を、長手邪魔板
２パス形、分流形、二重分流形、分割流形等に構成して
も良い。

【００２６】上部管板８の上面３４は、その外側部３６
から中心部３８に向かって低くなるように傾斜してい
る。上面３４の外側部縁４０を含む平面に対する上面３
４の傾斜角度θは、好ましくは、０．００５〜０．１ラ
ジアン、より好ましくは０．００６〜０．０４ラジア
ン、更に好ましくは、０．００７〜０．０２ラジアンで
ある。また、上部管板８の上面３４は、バフ研磨などの
機械研磨や電解研磨等の処理が施されているのが好まし
いが、そのような処理が施されていなくても良い。ま
た、上部管板８の上面３４の最も低い位置の近傍即ち中
心部３８に、最下部伝熱管２８Ｌが配置されている。

【００２７】また、下部管板１０の下面４２は、その外
側部４４から中心部４６に向かって低くなるように傾斜
している。下面４２の外側部縁を含む平面に対する下面
４２の傾斜角度は、前述の上部管板８の上面３４と同じ
角度範囲から選択するのが好ましい。

【００２８】次に、上部管板８又は下部管板１０と伝熱
管２８との連結部分を説明する。上部管板８と伝熱管２
８との連結部分及び下部管板１０と伝熱管２８との連結
部分は、同様の構造を有しているので、図６を参照し
て、前者のみについて説明し、後者の説明を省略する。
図６は、上部管板８と伝熱管２８との連結部分の拡大断
面図である。

【００２９】図６に示すように、上部管板８は、伝熱管
２８と嵌合可能な孔５０を有し、すべての伝熱管２８
は、その上端５２が上部管板８の上面３４よりも下に位
置決めされている。孔５０には、数条の溝５６が設けら
れており、孔５０に伝熱管２８を挿入して位置決めした
後、伝熱管２８を拡管することによって、伝熱管２８が
嵌合固定されるようになっている。また、伝熱管２８の
上端５２は、上部管板８と伝熱管２８の上端５２との間
に段差が生じないように、上部管板８に全周溶接されて
いる。この伝熱管２８と上部管板８との間の全周溶接
は、それらの間の気密性を高める効果も有している。

【００３０】また、変形例として、図７に示すように、
数上の溝５６を有する孔５０に伝熱管２８を挿入し、伝
熱管２８を拡管することによって、伝熱管２８を嵌合固
定した後、伝熱管２８の上端部を切削もしくは研磨し
て、伝熱管２８の上端２８と上部管板８の上面３４との
間に段差ができないようにしても良い。

【００３１】次に、上述した竪型多管式熱交換器の動作
を説明する。説明を容易にするために、メタクロレイン
ガスを竪型多管式熱交換器内で凝縮させる場合について
説明する。

【００３２】先ず、メタクロレインガスを竪型多管式熱
交換器１の頂ポート２２から上部空間１６に導入する。
導入されたメタクロレインガスの一部は、上部管板８の
上面３４に接触して凝縮し、凝縮して生じたメタクロレ
イン液が上部管板８の上面３４に乗る。

【００３３】上部管板８の上面３４は、外側部３６から
中心部３８に向って下方に傾斜しており、また、バフ研
磨等の平滑処理がなされているので、上部管板８の上面
３４に乗っているメタクロレイン液は、上部管板８の上
面３４に滞留することなしに、上部管板８の上面３４に
沿って下方に即ち中心部３８に向って流れる。下方に向
って流れるメタクロレイン液は、中心部に至る途中の伝
熱管２８又は中心部の近傍に配置された最下部伝熱管２
８Ｌに流れ込む。このように、メタクロレイン液は、上
部管板８の上面３４等に滞留しないので、メタクロレイ
ン重合物が上部管板８の上面３４及び伝熱管２８の上端
５２近傍に付着するのが防止される。更に、滞留が防止
されることにより、重合物は成長しない。その結果、伝
熱管２８内を流れるメタクロレインガス及びメタクロレ
イン液の流路が確保されることにもなる。

【００３４】また、メタクロレインガスは、伝熱管２８
内でも凝縮する。凝縮によって生じたメタクロレイン液
は、伝熱管２８の内面５８に沿って流れるが、上述のよ
うに、伝熱管２８内を流れるメタクロレインガス及びメ
タクロレイン液の流路が確保されているので、伝熱管２
８内のメタクロレイン液は、下方に流れるメタクロレイ
ンガス等によって推進され、伝熱管２８の内面５８に滞
留することなしに下方に流れる。

【００３５】次いで、メタクロレイン液は、伝熱管２８
の下部管板１０側から出てくる。伝熱管から出てきたメ
タクロレイン液の大部分は、重力によって落下するが、
一部分のメタクロレイン液は、表面張力によって下部管
板１０の下面４２に付着する。しかしながら、下部管板
１０の下面４２が傾斜しているので、下部管板１０の下
面４２に付着しているメタクロレイン液は、滞留するこ
となしに下方即ち中心部に向って流れ、ついには、落下
する。

【００３６】従来の竪型多管式熱交換器１２０(図１０
参照)では、上部管板１２８の上面１３６及び伝熱管１
３４の内面１３８の上部開口部付近等において、プロセ
ス流体の長時間にわたる滞留が生じやすかったため、メ
タクロレインのような易重合性物質が重合を起こしやす
かった。しかしながら、上述のように構成されている竪
型多管式熱交換器１は、メタクロレイン液が上部管板８
の上面３４等に滞留しないように構成されているので、
重合が起こりにくく、上部管板８の上面３４及び伝熱管
２８の内面５８の上部開口部付近等へのメタクロレイン
重合物の付着が防止される。更に、竪型多管式熱交換器
１の運転を続けても、重合物が成長することはなく、伝
熱管２８が目詰まりしない。その結果、従来の竪型多管
式熱交換器において頻繁に行なっていた重合物の除去作
業が不要になると共に、竪型多管式熱交換器の長期にわ
たる連続運転が可能になる。

【００３７】また、重合物の付着が防止されるため、竪
型多管式熱交換器１の伝熱効率の悪化を防止できると共
に、竪型多管式熱交換器１の熱交換率及び分離効率の低
下を防止することができる。

【００３８】次に、図８を参照して、本発明の第２の実
施形態による竪型多管式熱交換器を説明する。第２の実
施形態による竪型多管式熱交換器は、第１の実施形態に
よる竪型多管式熱交換器と類似し、中心部に配置されて
いる伝熱管以外の伝熱管が、上部管板の上面から突出し
ていることを特徴としている。このため、以下、第２の
実施形態のうち第１の実施形態と異なる部分のみについ
て説明し、その他の共通部分の説明を省略する。また、
図面において、第１の実施形態と同様の要素には同じ符
号を付し、それらの説明を省略する。図８は、第２の実
施形態による竪型多管式熱交換器の、上部管板と伝熱管
との連結部分の拡大断面図である。

【００３９】図８に示すように、第２の実施形態の竪型
多管式熱交換器において、最下部伝熱管２８Ｌの上端５
２Ｌは、第１の実施形態と同様、上部管板８の上面３４
から突出していないのに対し、他の伝熱管６０の上端６
２は、上部管板８の上面３４から突出している。上部管
板８と伝熱管６０とは、上部管板８の上面３４と伝熱管
６０の上端６２との間が滑らかに連結されるように全周
溶接されている。この伝熱管６０と上部管板８との間の
全周溶接は、それらの間の気密性を高める効果も有して
いる。

【００４０】このように構成された第２の実施形態の竪
型多管式熱交換器においては、上部管板８と伝熱管６０
との間の連結強度を増大させることができる。このた
め、竪型多管式熱交換器が、常時、プロセス流体または
プロセス流体と熱交換を行なう流体の流出入による振
動、ポンプ又は圧縮機による振動、及び回転ポンプ機械
からの直接の脈動流等を受けていても、伝熱管６０と上
部管板８との連結部の密封性が低下するのを防止し、そ
れらの間からプロセス流体が漏れるのを防止することが
できる。更に、最下部伝熱管２８Ｌの周りの伝熱管６０
による連結強度の増大に伴い、最下部伝熱管２８Ｌと上
部管板８との間の連結部の密封性の低下も防止される。
また、熱交換することができる伝熱面の面積を広くすべ
く伝熱管６０の管径を細くし且つ数を増やすことによっ
て、伝熱効率の向上を図る場合、多数の細い伝熱管６０
と上部管板８との間の連結を確実に行なうことができ
る。

【００４１】次に、図９を参照して、本発明による竪型
多管式熱交換器を利用した蒸留塔システムの実施形態を
説明する。以下、竪型多管式熱交換器の構成部分の説明
では、上述した竪型多管式熱交換器と同じ符号を付して
説明する。図９は、本発明の実施形態による竪型多管式
熱交換器を含む蒸留塔システムの概略図である。

【００４２】図９に示すように、蒸留塔システム７０
は、易重合性物質含有物を蒸留できる蒸留塔７２を有
し、蒸留塔７２は、その中間部７４に連結された供給管
７６と、その塔頂部７８に連結された頂部管８０と、そ
の塔底部８２に連結された底部管８４とを有している。
蒸留塔７２の頂部管８０は、本発明の実施形態であり且
つコンデンサーとして作用する竪型多管式熱交換器８６
の頂部８８に連結されている。このコンデンサー８６の
底部９０には、留出管９２が連結され、この留出管９２
は、２つに分岐して、一方は、蒸留塔７２の上部９４に
連結され、他方は、外部に接続されている。また、蒸留
塔７２の底部管８４は、２つに分岐して、一方は、本発
明の実施形態であり且つリボイラーとして作用する竪型
多管式熱交換器９６の底部９８に連結され、他方は、外
部に接続されている。リボイラー９６の頂部１００に
は、温度調整管１０２が連結され、この温度調整管１０
２は、蒸留塔７２の下部１０４に連結されている。蒸留
塔７２は、易重合性物質の重合防止及び塔効率の観点か
ら、棚段塔(トレイ塔)であるのが好ましいが、充填塔、
濡壁塔、スプレー塔等で構成されていても良い。

【００４３】次に、蒸留塔システム７０の動作を、メタ
クロレイン含有液からメタクロレインを蒸留する場合を
例示することによって説明する。

【００４４】最初に、メタクロレイン含有液を準備す
る。このメタクロレイン含有液は、例えば、イソブチレ
ンを分子状酸素含有ガスで接触気相酸化させて得られた
メタクロレイン含有ガスを水と接触させ、メタクロレイ
ンをメタクロレイン水溶液として捕集することによって
得ることができる。次いで、このメタクロレイン含有液
を供給管７６から蒸留塔７２に供給する。

【００４５】メタクロレイン含有液に、重合を抑制する
ための重合防止剤を添加するのが好ましい。重合防止剤
は、例えば、分子状酸素含有ガス、ヒドロキノン、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、ジメチルジチオカルバミン酸
銅、ジエチルジチオカルバミン酸銅、ジブチルジチオカ
ルバミン酸銅およびサリチル酸銅などの銅塩化合物、酢
酸マンガンなどのマンガン塩化合物から選ばれる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、尿素
などの尿素類、チオ尿素などのチオ尿素類などである。
これらの重合防止剤を単独で添加しても良いし、あるい
は、２種類以上組み合わせて添加しても良い。重合防止
剤をメタクロレイン含有液に添加するにあたっては、重
合防止剤を蒸留塔７２に直接導入しても良いし、供給
液、還流液又は他の溶媒に溶解して送液ライン(図示せ
ず)から導入しても良い。また、重合防止剤が分子状酸
素含有ガスである場合には、バブリング等により易重合
性物質に直接混入させても良いし、或いは、溶剤に溶解
させて間接的に混入させてもよい。バブリングに際して
は、分子状酸素含有ガスを蒸留塔７２の塔底部８２及び
／又はリボイラー９６から供給するのが好ましい。

【００４６】次いで、蒸留塔７２内に供給されたメタク
ロレイン含有液は、気化してメタクロレインガスにな
り、蒸留塔７２の塔頂部７８から頂部管８０を通してコ
ンデンサー８６の頂ポート２２に送られる。なお、メタ
クロレインガスは、重合防止剤を含有しているけれど
も、重合防止剤の一部は、蒸留塔７２内でメタクロレイ
ンガスから除去されてしまうので、メタクロレインガス
は、メタクロレインの重合を阻止するのに十分な量の重
合防止剤を含有していない場合がある。

【００４７】次いで、コンデンサー８６に送られたメタ
クロレインガスは、本発明の竪型多管式熱交換器による
コンデンサー８６内で凝縮し、メタクロレイン液にな
る。上述したように、メタクロレイン液は、コンデンサ
ー８６の上部管板８の上面３４及び伝熱管２８等に滞留
しないので、重合物の付着が防止され、コンデンサー８
６の長期にわたる連続運転が可能になる。その結果、蒸
留塔システム７０全体の長期にわたる連続運転も可能に
なる。

【００４８】一方、蒸留塔７２の塔底部８２から取り出
されたメタクロレイン含有液は、リボイラー９６の中を
下から上に向って流される。メタクロレイン含有液は、
リボイラー９６の中を流れる際、加熱により温度調整さ
れ、温度調整されたメタクロレインは、温度調整管１０
２を通って、蒸留塔７２の下部１０４に戻される。定常
運転中、メタクロレイン含有液は、リボイラー９６の中
を下から上に向って滞留なく流れており、リボイラー９
６の上部管板８の上面３４は、メタクロレイン含有液で
充たされていることから、重合物はほとんど付着しな
い。

【００４９】蒸留塔システム７０の長期にわたる連続運
転中、例えば、定期点検や他の機器のトラブル等で、蒸
留塔システム７０の運転を一時的に停止して、蒸留塔７
２及びリボイラー９６内に残っているメタクロレイン含
有液を、リボイラー９６及び底部管８４を通して回収す
ることがある。回収の際、メタクロレイン含有液が、本
発明の竪型多管式熱交換器によるリボイラー９６の中を
上から下に向って流れる。このように流れる際、メタク
ロレイン含有液がリボイラー９６の上部管板８の上面３
４や下部管板１０の下面４２等に滞留することがないの
で、上述したコンデンサー８６の場合と同様、上部管板
８の上面３４や下部管板１０の下面４２等への重合物の
付着が防止される。それにより、リボイラー９６の再運
転後、重合物の成長による伝熱管２８の目詰まりが防止
される。その結果、再運転開始時のリボイラー９６内部
の点検をすることなしに、その後のリボイラー９６の長
期にわたる連続運転が可能になると共に、蒸留塔システ
ム７０全体の長期にわたる連続運転も可能になる。

【００５０】以上、本発明の竪型多管式熱交換器の実施
形態を説明したけれども、以下のような変形を行なって
も良い。

【００５１】上記実施形態では、上部管板８の上面３４
は、外側部３６から中心部３８に向って低くなるように
傾斜しているけれども、傾斜の仕方はそれに限らず、中
心部からそれたところに向って低くなっていても良い
し、低くなる箇所が２ヶ所以上あっても良い。

【００５２】また、第１の実施形態では、すべての伝熱
管２８の上端５２が上部管板８の上面３４から突出して
いない場合を説明し、第２の実施形態では、最下部伝熱
管２８Ｌの上端５２Ｌだけが上部管板８の上面３４から
突出せず、他の伝熱管６０の上端６２が上部管板８の上
面３４から突出している場合を説明したけれども、すべ
ての伝熱管２８の上端５２が上部管板８の上面３４から
突出するように構成しても良いし、最下部伝熱管２８Ｌ
の近傍のいくつかの伝熱管２８の上端５２を上部管板８
の上面３４から突出させないで、その他の伝熱管２８の
上端を上部管板８の上面３４から突出させるように構成
しても良い。上端５２が上部管板８の上面３４から突出
していない伝熱管２８が多いほど、重合物の付着防止効
果が増大し、上端６２が上部管板８の上面３４から突出
する伝熱管６０が多いほど、上部管板８と伝熱管６０と
の間の連結強度が増大する。

【００５３】また、上記実施形態では、メタクロレイン
の蒸留について説明したが、メタクリル酸の蒸留であっ
ても良い。この場合、例えば、メタクロレインを分子状
酸素含有ガスにより接触気相酸化して得られるメタクリ
ル酸含有ガスを水と接触させて、メタクリル酸をメタク
リル酸水溶液として捕集したもの、このメタクリル酸水
溶液から有機溶剤を抽剤としてメタクリル酸を抽出して
得られる抽出液、又は、この抽出液を適宜蒸留して得ら
れる流体をメタクリル酸含有液として準備すれば良い。

【００５４】また、メタクロレイン含有液やメタクリル
酸含有液の代わりに、その他の易重合性物質を蒸留して
も良い。易重合性物質は、例えば、メタクリル酸のエス
テル体、アクリル酸、マレイン酸又はこれらのエステル
体、スチレン、アクリロニトリルである。これらの易重
合性物質は、更に、高沸点物質や溶媒、易重合性物質の
生成時の副生物との混合物を含んでいてもよい。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
ルマリン等の混合物を挙げることができる。また、例え
ば、メタクロレインの場合には、メタクロレインを接触
気相酸化反応で得る際に生じる酢酸、水等の混合物を挙
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生じるアクリル酸、酢酸等の混
合物を挙げることができる。

【００５５】また、上記実施形態では、下部管板１０の
下面４２の傾斜方向は、外側部４４から中心部４６に向
って下方に傾斜していたけれども、外側部４４から中心
部４６に向って上方に傾斜していても良い。

【００５６】また、本発明の竪型多管式熱交換器を利用
する例として、蒸留塔システムの実施形態を説明したけ
れども、本発明の竪型多管式熱交換器をコンデンサ８６
及びリボイラー９６に限らず、その他の凝縮器、冷却
器、加熱器、又は蒸発器として利用しても良い。

【００５７】また、本発明の竪型多管式熱交換器は、一
般的な熱交換器が有する邪魔板、長手邪魔板、緩衝板、
仕切室胴フランジ、胴蓋側フランジ、胴側ノズル、遊動
頭蓋、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。

【００５８】

【実施例】以下、上部管板が傾斜面からなる本発明によ
るコンデンサー及びリボイラーを用いた実施例１〜４
を、上部管板及び下部管板が平らな従来のコンデンサー
及びリボイラーを用いた比較例１〜４と対比しながら説
明する。実施例１〜４及び比較例１〜４と共に用いた蒸
留塔は共通であり、内径０．１５ｍ、段数３０段のステ
ンレス鋼製（ＳＵＳ３０４）のシーブトレーを内装して
いる。実施例１〜４におけるコンデンサー及びリボイラ
ーの上部管板及び下部管板の傾斜面は、それぞれの管板
の周縁から中心部に向かって低くなるように設けられ、
その傾斜角度はそれぞれの管板の周縁を含む平面に対し
て０．０１ラジアンとした。

【００５９】〔実施例１、２及び比較例１、２：メタク
ロレイン含有液の精製〕蒸留塔にメタクロレイン含有液
を供給した。供給したメタクロレイン含有液の組成は、
メタクロレイン９３質量％、酢酸３質量％、水４質量％
であり、メタクロレイン含有液の供給量は５０ｋｇ／ｈ
ｒであった。メタクロレイン含有液には重合防止剤とし
てヒドロキノンを２００ｐｐｍ添加し、分子状酸素含有
ガスとしての空気をリボイラー発生蒸気量に対し０．３
体積％投入しながら精留を行った。蒸留塔は、塔頂圧力
１０１ｋPa、塔頂温度６６℃、塔底圧力１０４ｋPa、塔
底温度７６℃、還流比３で運転し、管理した。

【００６０】実施例１及び比較例１は、すべての伝熱管
が上部管板の上面から突出していない竪型多管式熱交換
器を使用し、実施例２及び比較例２は、中心部(実施例
２においては最下部に相当)の１本の伝熱管だけが上部
管板の上面から突出せず、他の伝熱管が上部管板の上面
から突出している竪型多管式熱交換器を使用した。な
お、下部管板に関しては、実施例１、２及び比較例１、
２のいずれにおいても、すべての伝熱管が下部管板の下
面から突出した形式のものを使用した。

【００６１】実施例１及び２においては、２週間連続運
転した後、いったん運転を停止し、メタクロレイン含有
液を含むプロセス流体を抜き出した。その２日後、運転
を再開し、更に６ヶ月間連続運転した。その後、コンデ
ンサー及びリボイラーの上部管板、下部管板及び伝熱管
を点検したが、メタクロレイン重合物の付着は認められ
なかった。

【００６２】これに対し、実施例１と同様に運転しよう
とした比較例１においては、運転再開の２ヶ月後、コン
デンサーに詰まりが発生し、それ以上の使用が不可能と
なったため、運転を中止した。コンデンサーにおいて、
その上部管板の上面および伝熱管を点検したところ、上
部管板の上面は、一面、重合物で覆われ、ほぼすべての
伝熱管が重合付着物で閉塞していた。また、リボイラー
においても、その上部板の上面には、約５ｋｇの重合物
が付着しており、その伝熱管の約５割が重合物で閉塞し
ていた。更に、コンデンサー及びリボイラーの下部管板
の下面にも若干の重合物の付着が認められた。

【００６３】また、実施例２と同様に運転しようとした
比較例２においても、比較例１と同様の時期にコンデン
サーの詰まりが発生し、それ以上の使用が不可能となっ
たため、運転を中止した。コンデンサ及びリボイラーに
おける管板への重合物の付着状況及び伝熱管の閉塞状況
は、リボイラーの上部板の上面に付着していた重合物が
約４ｋｇであったこと以外、比較例１と同様であった。

【００６４】〔実施例３、４及び比較例３、４：メタク
リル酸含有液の精製〕蒸留塔にメタクリル酸含有液を供
給した。供給したメタクリル酸含有液の組成は、メタク
リル酸９５質量％、酢酸２質量％、アクリル酸３質量％
であり、メタクリル酸含有液の供給量は、８０ｋｇ／ｈ
ｒであった。メタクリル酸含有液には、重合防止剤とし
てヒドロキノンを２００ｐｐｍ添加し、分子状酸素含有
ガスとしての空気をリボイラー発生蒸気量に対し０．３
体積％投入しながら精留を行った。蒸留塔は、塔頂圧力
８ｋPa、塔頂温度７７℃、塔底圧力１０ｋPa、塔底温度
９９℃、還流比２で運転し、管理した。

【００６５】実施例３及び比較例３は、すべての伝熱管
が上部管板の上面から突出していない竪型多管式熱交換
器を使用し、実施例４及び比較例４は、中心部(実施例
４においては最下部に相当)の１本の伝熱管だけが上部
管板の上面から突出せず、他の伝熱管が上部管板の上面
から突出している竪型多管式熱交換器を使用した。な
お、下部管板に関しては、実施例３、４及び比較例３、
４のいずれにおいても、すべての伝熱管が下部管板の下
面から突出した形式のものを使用した。

【００６６】実施例３及び４においては、２週間連続運
転した後、いったん運転を停止し、メタクリル酸含有液
を含むプロセス流体を抜き出した。その２日後、運転を
再開し、更に６ヶ月間連続運転した。その後、コンデン
サー及びリボイラーの上部管板、下部管板及び伝熱管を
点検したが、メタクリル酸重合物の付着は認められなか
った。

【００６７】これに対し、実施例３と同様に運転しよう
とした比較例３においては、運転再開の３ヶ月後、コン
デンサーに詰まりが発生し、それ以上の使用が不可能と
なったため、運転を中止した。コンデンサーにおいて、
その上部管板の上面および伝熱管を点検したところ、上
部管板の上面は、一面、重合物で覆われ、ほぼすべての
伝熱管が重合付着物で閉塞していた。又、リボイラーに
おいて、その上部板の上面には、約５ｋｇの重合物が付
着しており、その伝熱管の約６割が重合物で閉塞してい
た。更に、コンデンサー及びリボイラーの下部管板の下
面にも若干の重合物の付着が認められた。

【００６８】また、実施例４と同様に運転しようとした
比較例４においては、運転再開の４ヶ月後、コンデンサ
ーに詰まりが発生し、それ以上の使用が不可能となった
ため、運転を中止した。コンデンサーにおいて、その上
部管板の上面および伝熱管を点検したところ、上部管板
の上面は、一面、重合物で覆われ、ほぼすべての伝熱管
が重合付着物で閉塞していた。又、リボイラーにおい
て、その上部板の上面には、約６ｋｇの重合物が付着し
ており、その伝熱管の約７割が重合物で閉塞していた。
更に、コンデンサー及びリボイラーの下部管板の下面に
も若干の重合物の付着が認められた。

【００６９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明により、重
合物による目詰まりを防止し、長期にわたる連続運転が
可能な竪型多管式熱交換器を提供することができる。ま
た、長期にわたる連続運転が可能な蒸留塔システムを提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態による竪型多管式熱交
換器の縦断面図である。

【図２】図１の竪型多管式熱交換器の頂部蓋体の変形例
を示す図である。

【図３】図１の竪型多管式熱交換器の頂部蓋体の変形例
を示す図である。

【図４】図１の竪型多管式熱交換器の頂部蓋体の変形例
を示す図である。

【図５】図１の竪型多管式熱交換器の頂部蓋体の変形例
を示す図である。

【図６】本発明の第１の実施形態による竪型多管式熱交
換器の部分拡大断面図である。

【図７】図７の変形例を示す図である。

【図８】本発明の第２の実施形態による竪型多管式熱交
換器の部分拡大断面図である。

【図９】本発明による竪型多管式熱交換器を含む蒸留塔
システムの概略図である。

【図１０】従来の竪型多管式熱交換器の縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 竪型多管式熱交換器 ２ 管状胴体 ４ 上部 ６ 下部 ８ 上部管板 １０ 下部管板 ２８、６０ 伝熱管 ２８Ｌ 最下部伝熱管 ３４ 上部管板の上面 ３６ 外側部 ３８ 中心部 ４０ 外側部縁 ４２ 下部管板の下面 ４４ 外側部 ４６ 中心部 ５２、６２ 伝熱管の上端 ５２Ｌ 最下部伝熱管の上端 ７０ 蒸留塔システム ７２ 蒸留塔 ８６ コンデンサー ９６ リボイラー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 島内 重利 広島県大竹市御幸町20番１号 三菱レイヨ ン株式会社大竹事業所内 (72)発明者 佐藤 俊裕 広島県大竹市御幸町20番１号 三菱レイヨ ン株式会社大竹事業所内 (72)発明者 加峯 靖弘 広島県大竹市御幸町20番１号 三菱レイヨ ン株式会社大竹事業所内 Ｆターム(参考） 3L103 AA20 BB26 CC12 DD08 DD44

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 易重合性物質を含むプロセス流体を伝熱
   管内に導入して熱交換を行なう竪型多管式熱交換器であ
   って、 上下方向に延びる胴体と、 この胴体の上部及び下部にそれぞれ設けられた上部管板
   及び下部管板と、 両端部外周がこれらの上部管板及び下部管板に固定され
   た複数本の伝熱管と、を有し、 上記上部管板の上面が傾斜して形成されると共に、この
   上部管板の上面の最も低い位置近傍に上記伝熱管の少な
   くとも１本が配置されていることを特徴とする竪型多管
   式熱交換器。
2. 【請求項２】 上記上部管板の上面は、その外側部から
   中心部に向って低くなるように傾斜して形成されている
   請求項１記載の竪型多管式熱交換器。
3. 【請求項３】 上記上部管板の上面は、上記上部管板の
   外側部縁を含む平面に対して下方に０．００５〜０．１
   ラジアン傾斜している請求項２記載の竪型多管式熱交換
   器。
4. 【請求項４】 上記上部管板の最も低い位置近傍に配置
   された上記伝熱管の上端は、上記上部管板の上面から突
   出しないように構成されている請求項１乃至３の何れか
   １項に記載の竪型多管式熱交換器。
5. 【請求項５】 上記複数の伝熱管すべての上端が上記上
   部管板の上面から突出しないように構成されている請求
   項１乃至４の何れか１項に記載の竪型多管式熱交換器。
6. 【請求項６】 上記複数の伝熱管のうち、上記上部管板
   の最も低い位置近傍に配置された伝熱管以外の伝熱管の
   上端が上方に突出して構成されている請求項４記載の竪
   型多管式熱交換器。
7. 【請求項７】 上記下部管板の下面が傾斜して形成され
   る請求項１乃至６の何れか１項に記載の竪型多管式熱交
   換器。
8. 【請求項８】 上記下部管板の下面は、その外側部から
   中心部に向って上記下部管板の外側部縁を含む平面に対
   して０．００５〜０．１ラジアン下方に傾斜している請
   求項７記載の竪型多管式熱交換器。
9. 【請求項９】 上記易重合性物質は、アクロレイン、メ
   タクロレイン、アクリル酸、メタクリル酸、又はそれら
   のエステルである請求項１乃至８の何れか１項に記載の
   竪型多管式熱交換器。
10. 【請求項１０】 上記プロセス流体は、さらに重合防止
    剤を含む請求項１乃至９の何れか１項に記載の竪型多管
    式熱交換器。
11. 【請求項１１】 易重合性物質を含む流体を蒸留する蒸
    留塔と、蒸留塔の塔頂部に連結されるコンデンサーと、
    を有する蒸留塔システムであって、上記コンデンサーが
    請求項１乃至１０の何れか１項に記載の竪型多管式熱交
    換器であることを特徴とする蒸留塔システム。
12. 【請求項１２】 易重合性物質を含む流体を蒸留する蒸
    留塔と、蒸留塔の塔底部に連結されるリボイラーと、を
    有する蒸留塔システムであって、上記リボイラーが請求
    項１乃至１０の何れか１項に記載の竪型多管式熱交換器
    であることを特徴とする蒸留塔システム。
13. 【請求項１３】 易重合性物質を含む流体を蒸留する蒸
    留塔と、蒸留塔の塔頂部に連結されるコンデンサーと、
    蒸留塔の塔底部に連結されるリボイラーと、を有する蒸
    留塔システムであって、上記コンデンサー及び上記リボ
    イラーが請求項１乃至１０の何れか１項に記載の竪型多
    管式熱交換器であることを特徴とする蒸留塔システム。