JP2010513014A - 分割流れ装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、１つ以上の伝熱部分と、各伝熱部分の入口に連結されるかまたは各伝熱部分の出口に連結されるか、あるいは各伝熱部分の入口および出口に連結された１つ以上の調整弁とを有する分割伝熱板、分割流れモジュール、または分割プレート反応器であって、各伝熱部分が、少なくとも１枚のフロープレート内のプロセス流の主流れ方向に対して９０度の角度、または分割流れモジュール内のプロセス流の主流れ方向に対して９０度の角度、または分割プレート反応器内のプロセス流の主流れ方向に対して９０度の角度に位置する、分割伝熱板、分割流れモジュール、または分割プレート反応器に関する。本発明は、分割伝熱板、流れモジュール、またはプレート反応器内の温度を調整する方法にも関する。

Description

本発明は、分割伝熱板（分割された伝熱板：ｓｅｃｔｉｏｎｅｄ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ ｐｌａｔｅ）、分割プレート反応器（分割されたプレート反応器：ｓｅｃｔｉｏｎｅｄ ｐｌａｔｅ ｒｅａｃｔｏｒ）、または分割流れ（流量）モジュール（分割された流れモジュール：ｓｅｃｔｉｏｎｅｄ ｆｌｏｗ ｍｏｄｕｌｅ）などの分割流れ（流量）装置（分割された流れ装置：ｓｅｃｔｉｏｎｅｄ ｆｌｏｗ ｄｅｖｉｃｅ）と、分割熱交換器（分割された熱交換器：ｓｅｃｔｉｏｎｅｄ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ）、分割流れモジュール、または分割プレート反応器内の温度を調整する方法とに関する。

連続反応器を使用する際、結果は特に温度によって制御され、すなわち、ある用途では、温度を適切な期間にわたって適切なレベルに維持することが重要である。さらに、シーケンス中の様々なステップを様々な温度条件で、そして制御可能な方法で実施できるように温度を調整できることも有利である。複数の目的に使用できるようになっているプレート反応器または流れモジュールでは、この程度の融通性が極めて望ましい。

したがって、本発明の目的は、熱交換器、流れモジュール、またはプレート反応器内の温度に対して融通性のある調整を施せるようにすることである。

本発明の他の目的は、連続熱交換器、プレート反応器、または流れモジュール内の発熱および吸熱反応を制御することである。

本発明のさらに他の目的は、融通性のある熱交換器、プレート反応器、または流れモジュールを提供することである。

本発明は、たとえば、流路に沿った複数の点で注入される様々な反応物質によって複数の反応を連続的に行うのを可能にする解決手段を提供する。生成物および副生成物のそれぞれの反応および形成を制御するには、不要な反応を防止し、所望の反応を推進するように温度を調整する必要がある。したがって、反応は、流路内のプロセス流を局所的に冷却し加熱することによって制御可能な方法で行われる。混合領域を有する流れモジュールまたはプレート反応器では、流路は、二次元または三次元の経路であってよい蛇行経路として延びている。二次元流路の例は、ＰＣＴ／ＳＥ２００６／００１１８に記載され、三次元流路の例はＷＯ２００４／０４５７６１に記載されている。流路はたとえば、管状であっても、あるいは流れ（流通）空間の形をしていてもよい。この実施態様による流路は、混合部材、たとえば、混合領域を構成する静止混合部材を有し、そのような流路の例がＰＣＴ／ＳＥ２００６／００１４２８（スウェーデン特許第０５０２８７６−６号）に記載されている。

流路に沿って、サンプルを取ること、中間生成物を取り出し、後でプロセス流に戻すこと、流路に沿って温度を監視することなどが可能である。ＰＣＴ／ＳＥ２００６／００１１８、ＰＣＴ／ＳＥ２００６／００１４２８、およびＷＯ２００４／０４５７６１に例示されたような流路は、反応器プレートまたはフロープレートに隣接して位置する分割伝熱板または伝熱板全体であってよい分割伝熱領域によって冷却され加熱される。驚くべきことに、伝熱板またはユーティリティプレート上の流れの方向を９０度変化させることによって、主流れ方向に対する直交流において、プロセス流を、互いに異なる温度領域であってよい領域、すなわち、それ自体の温度範囲を有する各領域に分割する複数の領域を形成することが可能であることが分かった。伝熱領域を主流れ方向に対して９０度に設けると、伝熱流体は流路または流れ空間中の流れに対する直交流（ｃｒｏｓｓ−ｆｌｏｗ）、向流（ｃｏｕｎｔｅｒｆｌｏｗ）、または並行流（ｃｏ−ｆｌｏｗ）として流れることができる。流れのパターンは、ある程度は流路または流れ空間に対する領域のサイズの分布によって決まる。これらの伝熱領域は、流路、流れモジュール、またはプレート反応器を、互いに独立に加熱し冷却することのできる部分に分割する。したがって、本発明は、新規の分割伝熱領域によって実現できる利点をもたらし、すなわち、温度をよりうまく調整し制御することができ、それによって、歩留まりおよび生成物の品質を改善することができる。

本発明では、伝熱板、流れモジュール、またはプレート反応器の様々な部分を異なった伝熱流体と一緒に使用するのを可能にし、利用可能な温度範囲を広げることを可能にすることによって融通性を向上させることができる。融通性を向上させることによって、様々な分割領域同士間の熱を回収することが可能である。これは、たとえば、冷却部分からの熱を回収するか、またはその逆を行うために伝熱流体を再循環させることができるからである。利用可能な温度範囲がより大きいことは、プロセス流速などを増加させることによって反応時間を変更することを可能にする。

前述の目的および他の目的は、冒頭に記載された分割伝熱板、分割流れモジュール、または分割プレート反応器を有することにより、本発明によって実現される。この分割伝熱板、分割流れモジュール、または分割プレート反応器は、１つ以上の伝熱部分と、各伝熱部分の入口または各伝熱部分の出口または各伝熱部分の入口および出口に連結された１つ以上の調整弁とを有し、各熱交換器が、分割伝熱板内のプロセス流の主流れ方向に対して９０度の角度、分割流れモジュール内のプロセス流の主流れ方向に対して９０度の角度、または分割プレート反応器内のプロセス流の主流れ方向に対して９０度の角度に位置する。

部分伝熱板を同様のフロープレートまたは反応器プレートに積み重ね連結して流路の様々な温度領域を形成することができる。流れモジュールまたはプレート反応器内の分割伝熱領域はまた、伝熱板を使用することによって流路または反応器流路を様々な温度領域に分割し、流路が延びるプレート全体が１つの温度領域を形成し、かつ別のプレート全体が他の温度領域を形成するように、流れモジュールまたはプレート反応器内でプレートを分離することができる。伝熱領域内の流れを調整できるように、各伝熱領域の入口または出口は、各伝熱領域を通る流れを調整する弁に連結され、すなわち、各領域は、温度とそれぞれの伝熱領域内で使用される伝熱流体とに対して個々の流れが調整される。

領域内の伝熱流体の流れまたは温度を調節するために、少なくとも１つの制御ユニットを、たとえば、プロセス流中の温度を記録するために、センサユニットまたは熱電対に連結し、かつ弁は、各弁を制御する１つまたは複数の制御ユニットに連結することができる。温度の測定は、たとえば、熱電対またはセンサ、たとえば化学センサによって行うことができる。センサは、温度値を与えることができるが、センサによって他のパラメータを測定または記録することもできる。したがって、プロセスを監視および／または測定することができ、その結果、伝熱流体の最適な効果を調整することによってプロセス制御の基礎として働くことのできる測定値が得られる。このような熱電対またはセンサを各伝熱部分の入口または各伝熱部分の出口または各伝熱部分の入口および出口の所、フロープレート、分割流れモジュール、または分割プレート反応器内の１つ以上の流路内に設けるか、あるいは熱電対またはセンサを調整弁の出口側に位置させるか、あるいはこれらの構成を組み合わせることができる。

本発明の他の実施態様によれば、熱電対またはセンサは、各プレートまたは部分内の流路の出口に設けられる。この場合、熱電対またはセンサからの情報は、流路に連結され、流れ（流量）を調整する流れ弁（ｆｌｏｗ ｖａｌｖｅ）を制御する。伝熱流れを個々の調整弁、たとえば、変調弁（ｍｏｄｕｌａｔｉｎｇ ｖａｌｖｅ）、電磁弁（ｓｏｌｅｎｏｉｄ ｖａｌｖｅ）、ダイアフラム弁、直動弁（ｄｉｒｅｃｔ−ａｃｔｉｎｇ ｖａｌｖｅ）、温度調整弁（ｔｈｅｒｍｏｓｔａｔｉｃ ｖａｌｖｅ）、球面扇形回転バタフライ弁（ｓｐｈｅｒｉｃａｌ ｓｅｃｔｏｒ ｒｏｔａｒｙ ｂｕｔｔｅｒｆｌｙ ｖａｌｖｅ）によって調整することもできる。ある反応では、流れ（流量）を急速に調整して、たとえば発熱シーケンスにおいて反応シーケンスが材料を介した遅延冷却によって影響を受けるのを防止する必要がある。この目的は損傷などを防止することであり、磁石制御弁によって調整すると有利である。吸熱反応の場合、このような反応が熱を必要とする場合には他の弁が有利であることがある。

反応の種類と特定の化学的方法またはプロセスで生じる反応条件とに応じて、弁は、入口または出口の所、弁の前後、あるいは複数の点で測定された温度によって制御される。測定の結果は測定信号に変換される。次に、連結された弁を制御するために、測定信号に記録、変調、制御などを施すことができる。測定信号は、周波数変調パルス調整を調整するために変調することのできる周波数信号に変換することができる。この周波数変調パルス調整は、熱慣性が生じる場合に有利であることがある。このような慣性は、伝熱ユニット内または伝熱媒体側、あるいはその両方、および流れモジュールまたはプレート反応器内で生じる可能性がある。周波数変調パルス調整は、「開閉」式の弁を変調調整に使用するのを可能にする。弁は、変調弁、電磁弁、ダイアフラム弁、直動弁、温度調整弁、および球面扇形回転バタフライ弁を含む弁の群から選択することのできる調整弁であってよい。

本発明は、１つ以上の分割伝熱領域を有する流れモジュールまたはプレート反応器内の温度を調整する方法にも関し、この方法は、熱電対またはセンサ、たとえば化学センサによってプロセス流中の温度を記録すること、センサまたは熱電対から得た記録信号を変調すること、伝熱流体に連結された弁を制御することを含む。本発明による方法は、分割伝熱板内の伝熱流体に対する直交流、向流、または並行流として流れるプロセス流に、流路に沿った少なくとも１つの入口の所で反応物質を導入し、反応物質を導入した後で温度を記録することも含む。本発明による方法は、各伝熱部分が、少なくとも１枚のフロープレート内のプロセス流の主流れ方向に対して９０度の角度、分割流れモジュール内のプロセス流の主流れ方向に対して９０度の角度、または分割プレート反応器内のプロセス流の主流れ方向に対して９０度の角度を有することができることも含んでもよい。この方法は、反応物質を導入した後で温度を記録することも含んでもよい。

本発明による分割伝熱板の上から見た図である。 本発明による他の実施形態における分割流れモジュールまたはプレート反応器の上から見た図である。 本方法による温度のパルス調整を示す図である。 本発明のさらに他の実施形態を示す図である。 図４に示されている実施形態の温度／時間図である。

本発明の好ましい実施態様について、本発明を理解するのに必要な部材のみを示す添付の概略図を参照して以下に詳しく説明する。

図１は、本発明による実施形態の分割伝熱板を示している。この図は、複数の平行な部分に分割された伝熱板を上から見た図を示している。この実施形態による伝熱板内の流れは、ここでは大きい灰色の矢印で表された、プロセス流の主流れに対する９０度の角度を有する。各部分において、伝熱流体は、フロープレートまたは反応器プレート上の流路内の流れに対する直交流、並行流、または向流として流れることができるが、すべての流れまたはプロセス流の主流れは直交流として流れる。伝熱流体はそれぞれの入口２を介して各部分１に導入される。各伝熱流体は、この実施形態によれば、同じ入口温度を有する。様々な部分における入口温度を異ならせるには、図１には示されていないが、流体を、異なる温度の異なる供給源から得る必要がある。しかし、その代わりに、結合した入口６を分離した入口２で置き換え、異なる温度を有する異なる伝熱流体媒体または異なる伝熱流体源に入口２を別々に連結する場合、分割伝熱板内の異なる部分同士で入口温度を異ならせることができる。様々な部分で温度を異ならせる他の方法は、入口２の前または出口３の後に位置する弁５（図１では各弁は出口３の後に位置している）によって行うことのできる様々な部分の流れ（流量）の調整を行う方法である。出口３は、伝熱流体がまとめて送られる多岐管７に連結することができるが、残りの熱を利用することのできる他の伝熱領域内で、さらに熱交換を行うことができるように出口３をある入口に至らせることが可能である。

図２は、本発明による他の実施形態である反応器または流れモジュールを示している。この実施形態による伝熱板内の流れは、ここではモジュールまたは反応器の各側に２つの小さい黒い矢印（流入および流出を示す）で表された、プロセス流の主流れに対して９０度の角度を有する。この図は、分割することも、あるいは非分割にすることもできる１枚以上の伝熱板１を各フロープレート８または反応器プレート８間に有する流れモジュールまたはプレート反応器を示している。この流れモジュールまたはプレート反応器は側面から見た状態である。この実施形態によれば、２枚の伝熱板１が絶縁板９によって分離されている。図２は、弁５をどのように伝熱板の入口側または出口側に位置させることができるかも示している。図２の実施形態によれば、伝熱板は、各プレートに連結された少なくとも１つの弁５によって分割され、伝熱媒体を調整している。熱電対１０は、伝熱媒体用の出口の後の弁５の後または熱交換器の出口の前に連結するか、あるいは熱電対１０を熱交換器の出口の所と弁の出口側の両方に設けることができる（図２には、熱電対１０を弁の出口側に設けることのみが示されている）。熱電対によって記録された温度は次に、それぞれの熱交換器を通る流れ（流量）を調整する弁を制御し、それによって、温度がある範囲内で変化するかあるいは連続的に一様な温度が維持されるような調整であってよいパルス調整を行うことが可能になる。

図３は、温度を調整する方法に関する時間／温度図を示している。温度の調整は、測定点における温度が所定の温度から上昇したかそれとも下降したかに関する情報を与える測定信号に基づいており、このような信号を処理すると、１つまたは複数の調整弁に信号が送信され、したがって、流れ（流量）をより多くするために調整弁が開かれるか、または流れ（流量）をより少なくするために調整弁が締められることによって流れ（流量）が調整される。化学反応は一様に生じないため、伝熱媒体の流れ（流量）は、反応流に対してできるだけ有利な温度効果を実現するように連続的に行われる測定に応じて変動する。

図４の実施形態によれば、調整センター（図中のＲＣ）は、各部分Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、およびＳ４の流路の入口または出口と、各部分からの伝熱流体の入口および出口との両方に位置する熱電対からの測定値を使用する。この図は、熱電対（図中のＴ）によって測定される温度のみを示している。調整センターにおける記録は、プロセス結果、すなわち、プロセスを制御するのに使用される反応または副反応の部分を直接的または間接的に測定するセンサからの値に基づく記録であってもよい。図４に示されている実施形態による調整は、異なる部分内での反応の開始と停止の両方と反応を制御するために使用することができる。高温の伝熱流体と低温の伝熱流体（図ではそれぞれＶＶおよびＫＶで示されている）を混合できると、調整機能とプラント設計の両方を融通性に富んだものにすることが可能になる。この融通性によって、熱交換を様々なプロセスだけでなく、使用される熱交換器、流れモジュール、または反応器に適合させることが可能になる。

図５は、複数の温度が測定され、かつ調整される、図４に示されている実施形態による方法に関する温度／時間図である。測定される温度は、１つ以上の部分から得られるプロセス媒体の入口および出口温度、およびたとえば伝熱流体の入口温度であってよい。流入および流出する伝熱流体とプロセス媒体の温度を、安全機能を補うように、たとえば、熱交換器側の沸騰を防止するように調整することもできる。

Claims (13)

1. １つ以上の伝熱流体用の入口および出口と、調整弁と、熱電対および／またはセンサとを有し、各伝熱部分に分割された分割伝熱板であって、各伝熱部分は、その出口に連結され、前記伝熱流体を調整する調整弁を有し、かつその入口または出口、あるいはプロセス流内に連結された熱電対および／またはセンサを有し、前記熱電対またはセンサは、伝熱部分の前記出口の所の前記調整弁を制御する信号を送信し、各伝熱部分は、フロープレート上方／内部または反応器プレート上方／内部の蛇行流路内のプロセス流の主流れ方向に対して９０度の角度に位置する、分割伝熱板。
2. 前記調整弁は、変調弁、電磁弁、ダイアフラム弁、直動弁、温度調整弁、および球面扇形回転バタフライ弁を含む弁の群から選択される、請求項１に記載の分割伝熱板。
3. 各伝熱部分は、前記伝熱流体が、前記伝熱部分のサイズに応じて、フロープレート上方／内部または反応器プレート上方／内部の蛇行流路内のプロセス流に対して、直交流、並行流、または向流、あるいは直交流、並行流、または向流の組み合わせとして流れるように位置する、請求項１または２に記載の分割伝熱板。
4. 調整弁は、前記分割伝熱板上の１つ以上の入口に連結される、請求項１から３のいずれか１項に記載の分割伝熱板。
5. 前記伝熱部分は同じ伝熱流体を有するか、または前記伝熱部分は、異なる伝熱流体を有する、請求項１から４のいずれか１項に記載の分割伝熱板。
6. 前記分割伝熱板は、流れモジュールまたはプレート反応器の一部を形成し、かつ前記流れモジュールまたはプレート反応器は、フロープレートおよび／または反応器プレートも有する、請求項１から５のいずれか１項に記載の分割伝熱板。
7. 請求項１から５のいずれか１項に記載の少なくとも１枚の分割伝熱板と、分割伝熱板同士の間または分割伝熱板と非分割伝熱板との間に積み重ねられた少なくとも１枚のフロープレートおよび／または少なくとも１枚の反応器プレートとを有する分割流れモジュールまたは分割プレート反応器。
8. 伝熱流体用の入口および出口を有し、調整弁、熱電対、および／またはセンサをさらに有する複数の伝熱板を有する分割流れモジュールまたは分割プレート反応器であって、前記伝熱板は伝熱部分を構成し、各伝熱部分は、その出口に連結され、前記伝熱流体を調整する調整弁を有し、かつその入口または出口、あるいは前記プロセス流内に連結された熱電対またはセンサを有し、前記熱電対またはセンサは、前記伝熱部分の前記出口の所の前記調整弁を制御する信号を送信し、各伝熱部分は、少なくとも１枚のフロープレート内のプロセス流の主流れ方向に対して９０度の角度および／または少なくとも１枚の反応器プレート内のプロセス流の主流れ方向に対して９０度の角度を有し、前記フロープレートまたは反応器プレートは流体用の蛇行流路を有する、分割流れモジュールまたは分割プレート反応器。
9. 請求項１から６のいずれか１項に記載の分割伝熱板内の温度を調整する方法であって、熱電対および／またはセンサは、前記伝熱部分の前記入口または出口の所、あるいは前記プロセス流内の伝熱流体の温度を記録し、前記熱電対またはセンサから測定信号が送信され、前記測定信号は、変調され、次に前記伝熱部分の前記出口の所の前記調整弁を通る流れを制御する、分割伝熱板内の温度を調整する方法。
10. 請求項７または８に記載の分割流れモジュールまたは分割プレート反応器内の温度を調整する方法であって、熱電対および／またはセンサは、前記伝熱部分の前記入口または出口の所、あるいは前記プロセス流内の伝熱流体の温度を記録し、前記熱電対またはセンサから測定信号が送信され、前記測定信号は、変調され、次に前記伝熱部分の前記出口の所の前記調整弁を通る流れを制御する、分割伝熱板内の温度を調整する方法。
11. 前記プロセス流への反応物質の導入は、前記流路に沿った少なくとも１つの入口で行われ、反応物質の前記導入の後の温度を記録し、前記プロセス流は、前記分割伝熱板内の前記伝熱流体に対する直交流、向流、または並行流として流れる、請求項９または１０に記載の方法。
12. 前記伝熱流体は他の伝熱部分に再循環され、冷却部分からの熱を回収するかまたは加熱部分からの低温を回収する、請求項９から１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記測定信号は、流体のパルス流れが形成されるように、前記調整弁の周波数変調パルス調整を行うために変調される、周波数信号に変換される、請求項９から１２のいずれか１項に記載の方法。

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