JP2018506010A

JP2018506010A - 高真空直列凝縮器

Info

Publication number: JP2018506010A
Application number: JP2017529757A
Authority: JP
Inventors: シン、テ−ヨン; チュ、ウン−チョン; シン、チュン−ホ
Original assignee: エルジー・ケム・リミテッド
Priority date: 2015-11-19
Filing date: 2016-11-08
Publication date: 2018-03-01
Anticipated expiration: 2036-11-08
Also published as: US10962289B2; JP6487048B2; EP3214389A1; CN107110576B; EP3214389B1; WO2017086648A1; KR102072087B1; US20170370649A1; EP3214389A4; KR20170058701A; CN107110576A

Abstract

本発明は、凝縮器間の配管を真っ直ぐにし、また、凝縮器の内部に位置するバッフルを特定角度で設けることにより、凝縮器の内部で発生する流体の圧力降下現象を最小化できる高真空直列凝縮器に関する。

Description

本出願は、２０１５年１１月１９日付の韓国特許出願第１０−２０１５−０１６２６３２号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として組み込まれる。

本発明は、高真空直列凝縮器に関し、より詳細には、凝縮器間の配管を真っ直ぐにし、また、凝縮器の内部に位置するバッフルを特定角度で設けることにより、凝縮器の内部で発生する流体の圧力降下現象を最小化できる高真空直列凝縮器に関する。

一般的に、凝縮器（熱交換器）は、方式によって、空冷式凝縮器、水冷式凝縮器、蒸発式凝縮器、およびシェルアンドチューブ（Ｓｈｅｌｌａｎｄｔｕｂｅ）式凝縮器などと多様な分類が可能であり、このうち、シェルアンドチューブ式凝縮器は、製作および運転が容易で、様々な商業工程で一般的に用いられる。このようなシェルアンドチューブ式凝縮器はさらに、シェルタイプ（ｓｈｅｌｌｔｙｐｅ）によって、様々な種類に分類できるものであって（ＴＥＭＡ（Ｔｕｂｕｌａｒｅｘｃｈａｎｇｅｒｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ、管式熱交換器製作者協会）標準タイプ提供）、そのうち、Ｅタイプが最も多く用いられ、圧力降下現象が激しい場合には、ＪまたはＸタイプが用いられる。

図１は、通常のＸタイプの直列凝縮器において、凝縮過程が進む様子を示す図である。一方、このように用いられるシェルアンドチューブ式凝縮器において、熱交換面積が不足したり、２つ以上の冷媒（ｃｏｏｌｉｎｇｗａｔｅｒ、ｃｈｉｌｌｅｄｗａｔｅｒ）を用いる場合には、図１に示されているように、大体２基以上の凝縮器を直列に連結して使用する。しかし、図１から明らかなように、第１凝縮器２から第２凝縮器４に蒸気（ｖａｐｏｒ）が移送される経路は数回折れ曲がっており（すなわち、４回のｅｌｂｏｗ、図１の赤色点線円）、これは圧力降下の発生要因として作用する。したがって、高真空凝縮器を直列に設ける際に最も重要視すべき事項は、凝縮器に供給される流体の圧力降下現象を最小化することである。

上述のように、通常の凝縮器を２基以上直列に連結する場合、圧力降下現象が発生するが、これを解決するための方策として、凝縮器のシェルサイド（ｓｈｅｌｌｓｉｄｅ）で流体を凝縮させ、また、シェルタイプはＸタイプを用いる方法があるが、この場合にも、最小数トール（ｔｏｒｒ）以上の圧力降下が発生するなど、約３〜３０トールの高真空凝縮器を設計することが容易でない。

そこで、本発明の目的は、凝縮器間の配管を真っ直ぐにし、また、凝縮器の内部に位置するバッフルを特定角度で設けることにより、凝縮器の内部で発生する流体の圧力降下現象を最小化できる高真空直列凝縮器を提供することである。

上記の目的を達成するために、本発明は、凝縮させるための気体状の流体が供給される１つ以上の蒸気注入口、凝縮液が外部に排出される凝縮液排出口、および前記気体状の流体を排出する１つ以上の蒸気排出口が形成されているシェル（ｓｈｅｌｌ）と、前記蒸気注入口に結合される蒸気注入配管と、前記凝縮液排出口に結合される凝縮液排出配管とを含む第１凝縮器と、凝縮のために前記第１凝縮器の蒸気排出口から排出される気体状の流体が注入される蒸気注入口、凝縮液が外部に排出される凝縮液排出口、および前記気体状の流体を外部に排出する蒸気排出口が形成されているシェルと、前記凝縮液排出口に結合される凝縮液排出配管と、前記蒸気排出口に結合される蒸気排出配管とを含む第２凝縮器と、前記第１凝縮器の蒸気排出口から排出される気体状の流体を、前記第２凝縮器に移送および供給するための蒸気移送配管とを含み、前記第１凝縮器の蒸気排出口と前記第２凝縮器の蒸気注入口は、互いに対向して位置し、冷媒が移送されるチューブおよび特定パターンで流体を流動させるバッフル（ｂａｆｆｌｅ）が前記第１および第２凝縮器の内部にそれぞれ備えられていることを特徴とする高真空直列凝縮器を提供する。

本発明に係る高真空直列凝縮器によれば、凝縮器間の配管を真っ直ぐにし、長さを最小化し、また、凝縮器の内部に位置するバッフルを特定角度で設けることにより、凝縮器の内部で発生する流体の圧力降下現象を最小化することができる。

通常のＸタイプの直列凝縮器の概略図である。本発明の一実施形態に係る高真空直列凝縮器の斜視図である。本発明の一実施形態に係る高真空直列凝縮器の背面斜視図である。本発明に係る高真空直列凝縮器の内部に位置するバッフル（ｂａｆｆｌｅ）の設置形態を示すための凝縮器の側断面図である。

以下、添付した図面を参照して、本発明を詳細に説明する。

図２は、本発明の一実施形態に係る高真空直列凝縮器の斜視図であり、図３は、本発明の一実施形態に係る高真空直列凝縮器の背面斜視図である。図２および図３を参照して、本発明に係る高真空直列凝縮器を説明すれば、本発明に係る高真空直列凝縮器は、凝縮させるための気体状の流体が供給される１つ以上の蒸気注入口１２、凝縮液（ｃｏｎｄｅｎｓｅｄｌｉｑｕｉｄ）が外部に排出される凝縮液排出口１４、および前記気体状の流体を排出する１つ以上の蒸気排出口１６が形成されているシェル（ｓｈｅｌｌ）１８と、前記蒸気注入口１２に結合される蒸気注入配管２０と、前記凝縮液排出口１４に結合される凝縮液排出配管２２とを含む第１凝縮器１０と、凝縮のために前記第１凝縮器１０の蒸気排出口１６から排出される気体状の流体が注入される蒸気注入口４２、凝縮液が外部に排出される凝縮液排出口４４、および前記気体状の流体を外部に排出する蒸気排出口４６が形成されているシェル４８と、前記凝縮液排出口４４に結合される凝縮液排出配管５０と、前記蒸気排出口４６に結合される蒸気排出配管５２とを含む第２凝縮器４０と、前記第１凝縮器１０の蒸気排出口１６から排出される気体状の流体を、前記第２凝縮器４０に移送および供給するための蒸気移送配管３０とを含み、
前記第１凝縮器１０の蒸気排出口１６と前記第２凝縮器４０の蒸気注入口４２は、互いに対向して位置し、冷媒（ｃｏｏｌｉｎｇｗａｔｅｒ、ｃｈｉｌｌｅｄｗａｔｅｒ）が移送されるチューブ（図示せず）および特定パターンで流体を流動させるバッフル（ｂａｆｆｌｅ、図示せず）が前記第１および第２凝縮器１０、４０の内部にそれぞれ備えられている。

本発明に係る高真空直列凝縮器は、流体の圧力降下がほとんどない約３〜３０トール（ｔｏｒｒ）の凝縮器であって、ＴＥＭＡ（Ｔｕｂｕｌａｒｅｘｃｈａｎｇｅｒｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ、管式熱交換器製作者協会）標準によるシェルタイプ（Ｓｈｅｌｌｔｙｐｅ）のうち、「Ｅ」、「Ｉ」、「Ｊ」、「Ｘ」などの様々なシェルタイプの凝縮器を用いることができるが、圧力降下現象を最小化できる「Ｘ」シェルタイプの凝縮器を用いることが好ましい。一方、本発明の目的である、凝縮器間の配管内の流体の圧力降下現象を最小化するのに必要な構成要素を除く残り、すなわち、通常の直列凝縮器の構成要素および駆動体系などに関する説明は簡略にするか、または省略する。例えば、本発明に係る高真空直列凝縮器には、冷却水が供給および排出できるように、前記第１凝縮器１０および第２凝縮器４０のヘッド（Ｈｅａｄ）とリア（Ｒｅａｒ）に冷却水注入口（図示せず）および冷却水排出口（図示せず）がそれぞれ形成され、これに冷却水注入配管（図示せず）および冷却水排出配管（図示せず）がそれぞれ結合されるものであって、本明細書上に言及されていなくても、通常の凝縮器が基本的に含むべき構成要素は、本発明に係る高真空直列凝縮器にも含まれていることは自明である。

本発明に係る高真空直列凝縮器の特徴は、前記第１凝縮器１０に位置する蒸気注入口１２と蒸気排出口（ｖａｐｏｒｏｕｔｌｅｔ）１６を直角（９０度（゜））に配置させ、また、前記第２凝縮器４０に位置する蒸気注入口（ｖａｐｏｒｉｎｌｅｔ）４２と蒸気排出口４６を直角に配置させることにより（つまり、前記第１凝縮器１０および第２凝縮器４０が向かい合うそれぞれの側面に、蒸気排出口１６と蒸気注入口４２をそれぞれ形成することにより）、前記第１凝縮器１０と第２凝縮器４０とを連結する配管（本発明の蒸気移送配管３０）が折れ曲がりのない直管に形成され、これにより、既存の２つの直列凝縮器間の配管内で発生していた圧力降下現象を防止または最小化することができる。それだけでなく、このように第１凝縮器１０および第２凝縮器４０を連結する配管を直管にすることで、図２および図３に示されているように、２つの凝縮器１０、４０を平行に配列可能で、凝縮器が設置される工場敷地をより効率的に活用することができる。

すなわち、本発明に係る高真空直列凝縮器により、既存の直列凝縮器の問題点、つまり、凝縮器（熱交換器）を直列に連結する場合、凝縮器間に連結される配管の長さに比例して発生する圧力降下現象が配管内で現れ、特に、凝縮器間に連結される配管が直角（９０度）に折れ曲がる度に大きな圧力降下現象が発生する点を防止または最小化することができる。圧力が低くなると気化がより良くなるので、結果的には凝縮が難しくなり、この場合、凝縮せずに排出される気体によって環境汚染問題が発生するだけでなく、運転および原料の浪費による費用が増加する問題点があるため、約３〜３０トール（ｔｏｒｒ）程度の運転圧力範囲（または、流体圧力範囲）を有する凝縮工程に対して本発明に係る高真空直列凝縮器を用いると、流体の圧力降下を最小化することにより、このような問題点を解決することができる。

前記第１凝縮器１０に位置する蒸気注入口１２の個数は、凝縮器の長さによって異なるが、蒸気注入口１２は、凝縮器の長さ約１〜２メートル（ｍ）あたり１個ずつ形成されることが好ましい。前記第１凝縮器１０に位置する蒸気排出口１６の個数も、前記第１凝縮器１０の蒸気注入口１２と同様に、凝縮器の長さによって異なり、蒸気排出口１６は、凝縮器の長さ約１〜２メートルあたり１個ずつ形成されることが好ましい。このように、前記蒸気注入口１２と蒸気排出口１６が凝縮器の長さ約１〜２メートルあたり１個ずつ形成されなければならない理由は、前記蒸気注入口１２と蒸気排出口１６の個数が少ない場合、圧力降下が増加し得るからである。また、前記蒸気注入口１２の個数が少ない場合には、シェル１８内で蒸気（ｖａｐｏｒ）の分配（または、分散）が円滑でなかったり、チャネリング（ｃｈａｎｎｅｌｉｎｇ）現象が発生して凝縮効果が低下することがある。シェル内の蒸気の分散を円滑にするために、シェルの内部に分散器（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｏｒ）を設けたりするが、これも圧力降下現象の発生要因になるため、高真空凝縮器では使用することができない。反面、前記蒸気注入口１２の個数が多くなる場合には、圧力降下現象が減少し、また、シェル内の蒸気の分散が円滑になるという利点があるが、その分製作費用（注入口の形成およびそれに連結される配管（パイプ）の費用）が増加するため、本発明のような適正水準の蒸気注入口および排出口の個数に設定することが好ましいのである。

その他、前記蒸気移送配管３０の両端は、前記第１凝縮器１０の蒸気排出口１６および前記第２凝縮器４０の蒸気注入口４２とそれぞれ結合されなければならないため、前記第２凝縮器４０に形成されている蒸気注入口４２の個数は、前記第１凝縮器１０に形成されている蒸気排出口１６の個数と同一でなければならない。一方、図２において、前記蒸気移送配管３０の側面に示された矢印は、蒸気（ｖａｐｏｒ）が第１凝縮器１０から第２凝縮器４０に進む方向を意味する。

本発明に係る高真空直列凝縮器の他の特徴は、蒸気注入口１２、４２を通して凝縮器１０、４０の内部にそれぞれ供給された気体状の流体が、凝縮過程を経ることなく直ちに蒸気排出口１６、４６に抜け出て、凝縮効率が低下することを防止するために、凝縮器の内部で特定パターンで流体を流動させるバッフル（ｂａｆｆｌｅ）を、前記第１凝縮器１０の蒸気注入口１２と蒸気排出口１６との間、そして、前記第２凝縮器４０の蒸気注入口４２と蒸気排出口４６との間のそれぞれに、４５度（゜）方向に設けるのである。図４は、本発明に係る高真空直列凝縮器の内部に位置するバッフル（ｂａｆｆｌｅ）の設置形態を示すための凝縮器の側断面図であって、櫛状の矢印は、気体状の流体（ｖａｐｏｒ）が流動する経路（Ｖａｐｏｒｆｌｏｗ）を示すものであり、残りの下部に位置する矢印は、凝縮液が凝縮器の外部に排出される様子（Ｌｉｑｕｉｄｆｌｏｗ）を示すものである。すなわち、既存の「Ｘ」シェルタイプの凝縮器にはバッフルが設けられておらず、凝縮器の上部の蒸気注入口から流入した蒸気が、凝縮器シェルの下部に移動しながら凝縮が行われ、未凝縮の蒸気は、凝縮器の下部に形成されている排出口を通して、凝縮液とともに排出される形態であるのに対し、本発明では、図４に示されているように、冷却水チューブ（または冷媒チューブ）６０の間に４５度回転させた形態でバッフル７０を設けることにより、前記第１凝縮器１０および第２凝縮器４０の蒸気注入口１２、４２を通して供給される流体が前記バッフル７０に遮断されて、蒸気排出口１６、４６の反対方向に流れることにより、可能な限り最大値の流体が凝縮過程を経ることとなり、流体が凝縮することなく直ちに蒸気移送配管３０に排出される現象を減少させることができ、これによって、前記第１凝縮器１０および第２凝縮器４０における凝縮効率を極大化することができるのである。

以下、本発明の理解のために好ましい実施例を提示するが、下記の実施例は本発明を例示するものに過ぎず、本発明の範疇および技術思想の範囲内で多様な変更および修正が可能であることは当業者にとって明らかであり、このような変更および修正が添付した特許請求の範囲に属することも当然である。

［実施例１］高真空直列凝縮器
「Ｘ」シェルタイプであって、図２および図３に示されているように、第１凝縮器の蒸気排出口は側面に形成されていて、第２凝縮器の側面に形成されている蒸気注入口と１．５メートル（ｍ）の長さの直線形態（直管）からなる蒸気移送配管で連結しており、第１および第２凝縮器の凝縮液排出口はそれぞれ凝縮器の下部に形成されている凝縮器を用いた。第１凝縮器には、原料のスチレンを、１５０℃の温度および１０ｔｏｒｒの圧力下、３ｔｏｎ／ｈｒの流量で供給し、第１凝縮器から排出される蒸気は、４０℃の温度および９．９３ｔｏｒｒの圧力下、３ｔｏｎ／ｈｒの流量で第２凝縮器に供給した。

［比較例１］通常のＸタイプの直列凝縮器
第１凝縮器の蒸気排出口および第２凝縮器の蒸気注入口とも各凝縮器の下部に形成させ、前記第１凝縮器の蒸気排出口と第２凝縮器の蒸気注入口を計４回折れ曲がる（すなわち、順に、１ｍ、１ｍ、３ｍ、１ｍ、１ｍの配管が連結された）蒸気移送配管で連結しており、第１凝縮器から排出される蒸気を７．７４ｔｏｒｒの圧力下で第２凝縮器に供給したことを除けば、前記実施例１と同様に行った。

［実施例１、比較例１］凝縮器内の圧力降下量評価
前記実施例１および比較例１に用いられた凝縮器とも「Ｘ」シェルタイプであり、凝縮器に形成された蒸気注入口および蒸気排出口の位置による凝縮器内での圧力降下の差はほとんどないため、前記実施例１および比較例１の蒸気移送配管における圧力降下だけを比較した結果、前記実施例１の蒸気移送配管（直管）では０．７％の圧力降下が発生したのに対し、前記比較例１の蒸気移送配管（４回折れ曲がった計７メートルの長さの配管）では２２．６％の圧力降下が発生した。したがって、最初に設定された圧力と同一に合わせるためには、真空ポンプのパワーを増加させなければならないものであって、１０トール（ｔｏｒｒ）の圧力を維持するために、前記実施例１では９．９３ｔｏｒｒの圧力で真空ポンプで引けばよいし、前記比較例１では７．７４ｔｏｒｒの圧力で真空ポンプで引けばよく、これによって、前記比較例１では第２凝縮器での圧力が第１凝縮器での圧力より２２．６％低いため、第１凝縮器に比べて凝縮効率が非常に低くなり、前記実施例１に比べて運転費用が増加することが分かる。

１０：第１凝縮器
１２：第１凝縮器の蒸気注入口
１４：第１凝縮器の凝縮液排出口
１６：第１凝縮器の蒸気排出口
１８：第１凝縮器のシェル
２０：蒸気注入配管
２２：第１凝縮器の凝縮液排出配管
３０：蒸気移送配管
４０：第２凝縮器
４２：第２凝縮器の蒸気注入口
４４：第２凝縮器の凝縮液排出口
４６：第２凝縮器の蒸気排出口
４８：第２凝縮器のシェル
５０：第２凝縮器の凝縮液排出配管
５２：蒸気排出配管
６０：冷却水チューブ
７０：バッフル

Claims

凝縮させるための気体状の流体が供給される１つ以上の蒸気注入口、凝縮液が外部に排出される凝縮液排出口、および前記気体状の流体を排出する１つ以上の蒸気排出口が形成されているシェル（ｓｈｅｌｌ）と、前記蒸気注入口に結合される蒸気注入配管と、前記凝縮液排出口に結合される凝縮液排出配管とを含む第１凝縮器と、
凝縮のために前記第１凝縮器の蒸気排出口から排出される気体状の流体が注入される蒸気注入口、凝縮液が外部に排出される凝縮液排出口、および前記気体状の流体を外部に排出する蒸気排出口が形成されているシェルと、前記凝縮液排出口に結合される凝縮液排出配管と、前記蒸気排出口に結合される蒸気排出配管とを含む第２凝縮器と、
前記第１凝縮器の蒸気排出口から排出される気体状の流体を、前記第２凝縮器に移送および供給するための蒸気移送配管とを含み、
前記第１凝縮器の蒸気排出口と前記第２凝縮器の蒸気注入口は、互いに対向して位置し、冷媒が移送されるチューブおよび特定パターンで流体を流動させるバッフル（ｂａｆｆｌｅ）が前記第１および第２凝縮器の内部にそれぞれ備えられていることを特徴とする高真空直列凝縮器。
前記第１凝縮器の蒸気排出口と前記第２凝縮器の蒸気注入口との間に位置する蒸気移送配管は、直管であることを特徴とする、請求項１に記載の高真空直列凝縮器。
前記バッフルは、前記第１および第２凝縮器の蒸気注入口を通して供給される流体を遮断して、流体が蒸気排出口の反対方向に流れるように４５度回転させた形態で設けられることを特徴とする、請求項１に記載の高真空直列凝縮器。
前記第１凝縮器に位置する蒸気注入口と蒸気排出口、および第２凝縮器に位置する蒸気注入口と蒸気排出口は、それぞれ直角に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の高真空直列凝縮器。
前記第１凝縮器に位置する蒸気注入口は、凝縮器の長さ１〜２メートルあたり１個ずつ形成されることを特徴とする、請求項１に記載の高真空直列凝縮器。
前記第１凝縮器に位置する蒸気排出口は、凝縮器の長さ１〜２メートルあたり１個ずつ形成されることを特徴とする、請求項１に記載の高真空直列凝縮器。
前記高真空直列凝縮器は、流体の圧力が３〜３０トール（ｔｏｒｒ）であることを特徴とする、請求項１に記載の高真空直列凝縮器。
前記高真空直列凝縮器は、ＴＥＭＡ（管式熱交換器製作者協会）標準によるシェルタイプ（Ｓｈｅｌｌｔｙｐｅ）のうち、「Ｘ」シェルタイプの凝縮器であることを特徴とする、請求項１に記載の高真空直列凝縮器。