JP3981465B2 - 還流凝縮器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、還流凝縮器の改良に関し、例えば、α−オレフィンの重合に際して生ずるα−オレフィン、若しくは溶媒蒸気の冷却に使用される還流凝縮器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、α−オレフィンや塩化ビニル等の重合性単量体を重合する際に発生する重合熱を除去するために、重合性単量体若しくは溶媒蒸気を含む被凝縮流体を冷却するプロセスが用いられる。この被凝縮流体の冷却には一般的に多管式の縦型または横型の還流凝縮器が使用され、該還流凝縮器を通過する被凝縮流体を冷却媒体で間接的に冷却し生じた凝縮液を重合槽内に戻す事により、重合熱の除去が図られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、被凝縮流体を凝縮管内の上部から下部に流通させる形式の縦型の還流凝縮器においては、各凝縮管内での被凝縮流体の流速が小さい場合には、還流凝縮器内の各凝縮管を流通する被凝縮流体の流量に偏りが生じ、ついには流量の小さな凝縮管内に被凝縮流体中の非凝縮気体が滞留し、被凝縮流体の流通しない凝縮管が生じ、所望の除熱効率が達成されず、生産性が低下したり、製品品質が劣化したり、暴走反応を生起するなどの問題が生ずる恐れがある。
本発明においては、上記のような非凝縮気体の滞留による各凝縮管間のガス流量の偏りが実質的に存在しない還流凝縮器を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の要旨は、被凝縮流体を凝縮管内の上部から下部へ流通させる形式の縦型の多管式の還流凝縮器において、上記各凝縮管の被凝縮流体の入口近傍に、該凝縮管の管径の０．３〜０．７倍の径のオリフィスが形成されている事を特徴とする還流凝縮器、に存する。
以下、本発明を更に詳細に説明する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の還流凝縮器の一例を示す縦断面概略図である。図２は凝縮管２の被凝縮流体の入口部分の拡大縦断面図である。図１において、凝縮管２は還流凝縮器１に備えられた冷却用ジャケット９内で上下の管板６に固定され、上下端が開口しており、該凝縮管２の被凝縮流体の入口近傍に、図２に示すリング１２が溶接固設されて、オリフィス３が形成されている。リングは厚みのあるものでも薄い板状のものでも差支えない。
【０００６】
重合装置等から気化した被凝縮流体が被凝縮流体入口４より還流凝縮器１に入り、オリフィス３を経て、冷却媒体により冷却された凝縮管２内で冷却凝縮され被凝縮流体出口５より凝縮液として還流凝縮器より排出され、重合装置等に戻される。
被凝縮液体がオリフィス３を通過して凝縮管２内に流入する際に、被凝縮流体の流速は増加し、そのために凝縮管２内の被凝縮流体の平均流速もまた増加し、凝縮管２内部への被凝縮流体中の非凝縮成分の滞留が抑制され、非凝縮成分の滞留による還流凝縮器の総括伝熱係数の低下もまた抑制される。
【０００７】
図３は、本発明の他の実施例を示す部分拡大説明図であり、この図に示す還流凝縮器においては、各凝縮管に対しオリフィス機構が働く様に、管板６と実質的に同じ大きさの直径を有し、管板６上に載置した際に各々の凝縮管２の位置と対応する位置に、凝縮管２の内径より小さな孔を有する孔あき円盤１３を管板６上に載置することにより、凝縮管への被凝縮流体の入口近傍にオリフィスが形成されている。このような構造の還流凝縮器においては、各々の凝縮管のオリフィスを一つ一つ外す必要がないため、オリフィスの取り付けや取り外し作業の軽減化が可能であり、特に凝縮管２の本数が多大な場合において好適である。
【０００８】
本発明においては、各凝縮管の入口近傍にオリフィスが形成されている事を除けば、上述した様な多管式の還流凝縮器、すなわち一般的に使用されている多管式の熱交換器と大きな差異はない。従って、本発明に係る還流凝縮器は従来、普通に知られる熱変換器を改造することにより容易に製造される。
オリフィスの形式は特に限定されず、必要な流速が得られる孔径のものであればよく、一般的には凝縮管の管径に対し、０．３〜０．７倍程度の直径比のものが使用される。また、オリフィスの孔の形状も特には限定されない。
【０００９】
本発明の還流凝縮器を構成する材料は、使用されるプロセスに応じて従来の還流凝縮器を構成する材料である銅、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ、チタン合金等から選択すればよく、特に限定されない。
本発明の還流凝縮器の伝熱面積は生産品種の要求品質、除熱負荷の程度、負荷制御の方式に応じて決定すればよい。
【００１０】
【実施例】
実施例１
図４は本発明の還流凝縮器を含む還流凝縮パイロット設備の概略図である。蒸発器１８で所定温度において蒸発したプロピレンガスは、混合ドラム１４へフィードされる。ここで水素を含む循環ガス系と混合されて還流凝縮器１へフィードされる。更に気液分離ドラム１６で分離された非凝縮気体はブロアー１７で混合ドラム１４へ循環フィードされる。凝縮プロピレンは蒸発器１８へフィードされる。還流凝縮器１の仕様としては、シェル内径；４５０ｍｍ、凝縮管長；最大５ｍ（最小３ｍ）、凝縮管本数；最大２４０本（最小８０本）、凝縮管外径；１９ｍｍ。実験した運転条件としては、混合ドラム温度；６５，７０℃、混合ドラム圧力；２７．５〜３４．０ｋｇ／ｃｍ2 Ｇ、混合ドラム気相部水素濃度；２〜１４ｍｏｌ％、還流凝縮器凝縮管入口ガス線速；０．２〜２ｍ／ｓｅｃ、還流凝縮器除熱負荷；２０〜２８０Ｍｃａｌ／Ｈである。また、解析に必要なデータを収集するために各所に温度計２０、圧力計２１、差圧計２２、プロセスガスクロマトグラフ計２３を設置した。
【００１１】
実験結果の中から一例について非凝縮気体の滞留により被凝縮流体の下向きの流れの阻害された凝縮管の本数を推算した一例を以下に示す。実験結果から正常な凝縮管内の平均ガス密度は、還流凝縮器入口ガス組成、及び入出口での温度指示から、６５．３ｋｇ／ｍ3 と計算され、一方、流れの阻害された凝縮管内の平均ガス密度は、該ガスが冷却水温度まで冷却、凝縮されていると仮定して、４９．４ｋｇ／ｍ3 と計算される。該実験には３ｍの凝縮管を用いている為、両ガスが凝縮管下部に与えるヘッド差は、
【００１２】
【数１】
（６５．３−４９．４）×３＝４８ｋｇ／ｍ2
【００１３】
によって算出される。従って、正常な流通にある凝縮管での動圧力損失が、４８ｋｇ／ｍ2 になるべく除熱に寄与している凝縮管が定まり、全８０本中５４本という計算結果となった。動圧力損失を実測すると５１ｋｇ／ｍ2 であり、両者はかなり良く一致した。一方、全凝縮管に均等にガスが流通していると仮定した場合の動圧力損失は２３ｋｇ／ｍ2 と計算され、実測値とは掛け離れた値となった。上記考察結果から除熱性能が得られない凝縮管が存在しないような通常の還流凝縮器を設計した場合、胴径が約２３０ｍｍ、管長が３ｍの縦長仕様となり、商業運転を目的とした製造設備用にスケールアップした場合、機器製作、設置に多大な制約が生じると考えられる。しかしながら、例えば、管径（Ｄ１）の凝縮管に対し、オリフィス部での圧力損失が３９ｋｇ／ｍ2 となるような孔径（Ｄ２）のオリフィスを設置した場合（Ｄ２／Ｄ１＝約０．５）、凝縮管で必要とされる圧力損失は４８−３９＝９ｋｇ／ｍ2 となり、凝縮管で必要とされるガス線速は極めて小さくなり、管数を１１０本まで除熱性能が得られない凝縮管は発生しない。当条件で還流凝縮器を設計した場合、胴径は３１０ｍｍ、管長は１．９ｍの仕様となり、先に示したオリフィスの無い場合と比較すると一般的なＬ／Ｄ値を持った還流凝縮器の形状となる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明の凝縮管への被凝縮流体の入口近傍にオリフィスが形成された還流凝縮器を用いれば、非凝縮気体が含まれた系に適用しても、非凝縮気体の滞留による各凝縮管間のガス流量の偏りが抑制される。また、本発明の還流凝縮器は機器の設置上も有利であり、さらに従来の多管式還流凝縮器に改造を施すだけでよいので製作も簡単である。また、オリフィス孔径を変更にすることより、種々のプロセスに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の還流凝縮器の一例を示す縦断面図。
【図２】本発明の還流凝縮器の一例の部分拡大縦断面図。
【図３】本発明の他の形式の還流凝縮器の部分拡大説明図。
【図４】本発明の還流凝縮器を含むパイロット設備の概略図。
【符号の説明】
１ 還流凝縮器
２ 凝縮管
３ オリフィス
４ 被凝縮流体入口
５ 被凝縮流体出口
６ 管板
７ 冷却媒体入口
８ 冷却媒体出口
９ 冷却ジャケット
１０ 邪魔板
１３ 孔あき円盤
１４ 混合ドラム
１６ 気液分離ドラム
１８ 蒸発器
【発明の属する技術分野】
本発明は、還流凝縮器の改良に関し、例えば、α−オレフィンの重合に際して生ずるα−オレフィン、若しくは溶媒蒸気の冷却に使用される還流凝縮器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、α−オレフィンや塩化ビニル等の重合性単量体を重合する際に発生する重合熱を除去するために、重合性単量体若しくは溶媒蒸気を含む被凝縮流体を冷却するプロセスが用いられる。この被凝縮流体の冷却には一般的に多管式の縦型または横型の還流凝縮器が使用され、該還流凝縮器を通過する被凝縮流体を冷却媒体で間接的に冷却し生じた凝縮液を重合槽内に戻す事により、重合熱の除去が図られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、被凝縮流体を凝縮管内の上部から下部に流通させる形式の縦型の還流凝縮器においては、各凝縮管内での被凝縮流体の流速が小さい場合には、還流凝縮器内の各凝縮管を流通する被凝縮流体の流量に偏りが生じ、ついには流量の小さな凝縮管内に被凝縮流体中の非凝縮気体が滞留し、被凝縮流体の流通しない凝縮管が生じ、所望の除熱効率が達成されず、生産性が低下したり、製品品質が劣化したり、暴走反応を生起するなどの問題が生ずる恐れがある。
本発明においては、上記のような非凝縮気体の滞留による各凝縮管間のガス流量の偏りが実質的に存在しない還流凝縮器を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の要旨は、被凝縮流体を凝縮管内の上部から下部へ流通させる形式の縦型の多管式の還流凝縮器において、上記各凝縮管の被凝縮流体の入口近傍に、該凝縮管の管径の０．３〜０．７倍の径のオリフィスが形成されている事を特徴とする還流凝縮器、に存する。
以下、本発明を更に詳細に説明する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の還流凝縮器の一例を示す縦断面概略図である。図２は凝縮管２の被凝縮流体の入口部分の拡大縦断面図である。図１において、凝縮管２は還流凝縮器１に備えられた冷却用ジャケット９内で上下の管板６に固定され、上下端が開口しており、該凝縮管２の被凝縮流体の入口近傍に、図２に示すリング１２が溶接固設されて、オリフィス３が形成されている。リングは厚みのあるものでも薄い板状のものでも差支えない。
【０００６】
重合装置等から気化した被凝縮流体が被凝縮流体入口４より還流凝縮器１に入り、オリフィス３を経て、冷却媒体により冷却された凝縮管２内で冷却凝縮され被凝縮流体出口５より凝縮液として還流凝縮器より排出され、重合装置等に戻される。
被凝縮液体がオリフィス３を通過して凝縮管２内に流入する際に、被凝縮流体の流速は増加し、そのために凝縮管２内の被凝縮流体の平均流速もまた増加し、凝縮管２内部への被凝縮流体中の非凝縮成分の滞留が抑制され、非凝縮成分の滞留による還流凝縮器の総括伝熱係数の低下もまた抑制される。
【０００７】
図３は、本発明の他の実施例を示す部分拡大説明図であり、この図に示す還流凝縮器においては、各凝縮管に対しオリフィス機構が働く様に、管板６と実質的に同じ大きさの直径を有し、管板６上に載置した際に各々の凝縮管２の位置と対応する位置に、凝縮管２の内径より小さな孔を有する孔あき円盤１３を管板６上に載置することにより、凝縮管への被凝縮流体の入口近傍にオリフィスが形成されている。このような構造の還流凝縮器においては、各々の凝縮管のオリフィスを一つ一つ外す必要がないため、オリフィスの取り付けや取り外し作業の軽減化が可能であり、特に凝縮管２の本数が多大な場合において好適である。
【０００８】
本発明においては、各凝縮管の入口近傍にオリフィスが形成されている事を除けば、上述した様な多管式の還流凝縮器、すなわち一般的に使用されている多管式の熱交換器と大きな差異はない。従って、本発明に係る還流凝縮器は従来、普通に知られる熱変換器を改造することにより容易に製造される。
オリフィスの形式は特に限定されず、必要な流速が得られる孔径のものであればよく、一般的には凝縮管の管径に対し、０．３〜０．７倍程度の直径比のものが使用される。また、オリフィスの孔の形状も特には限定されない。
【０００９】
本発明の還流凝縮器を構成する材料は、使用されるプロセスに応じて従来の還流凝縮器を構成する材料である銅、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ、チタン合金等から選択すればよく、特に限定されない。
本発明の還流凝縮器の伝熱面積は生産品種の要求品質、除熱負荷の程度、負荷制御の方式に応じて決定すればよい。
【００１０】
【実施例】
実施例１
図４は本発明の還流凝縮器を含む還流凝縮パイロット設備の概略図である。蒸発器１８で所定温度において蒸発したプロピレンガスは、混合ドラム１４へフィードされる。ここで水素を含む循環ガス系と混合されて還流凝縮器１へフィードされる。更に気液分離ドラム１６で分離された非凝縮気体はブロアー１７で混合ドラム１４へ循環フィードされる。凝縮プロピレンは蒸発器１８へフィードされる。還流凝縮器１の仕様としては、シェル内径；４５０ｍｍ、凝縮管長；最大５ｍ（最小３ｍ）、凝縮管本数；最大２４０本（最小８０本）、凝縮管外径；１９ｍｍ。実験した運転条件としては、混合ドラム温度；６５，７０℃、混合ドラム圧力；２７．５〜３４．０ｋｇ／ｃｍ2 Ｇ、混合ドラム気相部水素濃度；２〜１４ｍｏｌ％、還流凝縮器凝縮管入口ガス線速；０．２〜２ｍ／ｓｅｃ、還流凝縮器除熱負荷；２０〜２８０Ｍｃａｌ／Ｈである。また、解析に必要なデータを収集するために各所に温度計２０、圧力計２１、差圧計２２、プロセスガスクロマトグラフ計２３を設置した。
【００１１】
実験結果の中から一例について非凝縮気体の滞留により被凝縮流体の下向きの流れの阻害された凝縮管の本数を推算した一例を以下に示す。実験結果から正常な凝縮管内の平均ガス密度は、還流凝縮器入口ガス組成、及び入出口での温度指示から、６５．３ｋｇ／ｍ3 と計算され、一方、流れの阻害された凝縮管内の平均ガス密度は、該ガスが冷却水温度まで冷却、凝縮されていると仮定して、４９．４ｋｇ／ｍ3 と計算される。該実験には３ｍの凝縮管を用いている為、両ガスが凝縮管下部に与えるヘッド差は、
【００１２】
【数１】
（６５．３−４９．４）×３＝４８ｋｇ／ｍ2
【００１３】
によって算出される。従って、正常な流通にある凝縮管での動圧力損失が、４８ｋｇ／ｍ2 になるべく除熱に寄与している凝縮管が定まり、全８０本中５４本という計算結果となった。動圧力損失を実測すると５１ｋｇ／ｍ2 であり、両者はかなり良く一致した。一方、全凝縮管に均等にガスが流通していると仮定した場合の動圧力損失は２３ｋｇ／ｍ2 と計算され、実測値とは掛け離れた値となった。上記考察結果から除熱性能が得られない凝縮管が存在しないような通常の還流凝縮器を設計した場合、胴径が約２３０ｍｍ、管長が３ｍの縦長仕様となり、商業運転を目的とした製造設備用にスケールアップした場合、機器製作、設置に多大な制約が生じると考えられる。しかしながら、例えば、管径（Ｄ１）の凝縮管に対し、オリフィス部での圧力損失が３９ｋｇ／ｍ2 となるような孔径（Ｄ２）のオリフィスを設置した場合（Ｄ２／Ｄ１＝約０．５）、凝縮管で必要とされる圧力損失は４８−３９＝９ｋｇ／ｍ2 となり、凝縮管で必要とされるガス線速は極めて小さくなり、管数を１１０本まで除熱性能が得られない凝縮管は発生しない。当条件で還流凝縮器を設計した場合、胴径は３１０ｍｍ、管長は１．９ｍの仕様となり、先に示したオリフィスの無い場合と比較すると一般的なＬ／Ｄ値を持った還流凝縮器の形状となる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明の凝縮管への被凝縮流体の入口近傍にオリフィスが形成された還流凝縮器を用いれば、非凝縮気体が含まれた系に適用しても、非凝縮気体の滞留による各凝縮管間のガス流量の偏りが抑制される。また、本発明の還流凝縮器は機器の設置上も有利であり、さらに従来の多管式還流凝縮器に改造を施すだけでよいので製作も簡単である。また、オリフィス孔径を変更にすることより、種々のプロセスに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の還流凝縮器の一例を示す縦断面図。
【図２】本発明の還流凝縮器の一例の部分拡大縦断面図。
【図３】本発明の他の形式の還流凝縮器の部分拡大説明図。
【図４】本発明の還流凝縮器を含むパイロット設備の概略図。
【符号の説明】
１ 還流凝縮器
２ 凝縮管
３ オリフィス
４ 被凝縮流体入口
５ 被凝縮流体出口
６ 管板
７ 冷却媒体入口
８ 冷却媒体出口
９ 冷却ジャケット
１０ 邪魔板
１３ 孔あき円盤
１４ 混合ドラム
１６ 気液分離ドラム
１８ 蒸発器
Claims (4)
- 被凝縮流体を凝縮管内の上部から下部へ流通させる形式の縦型の多管式の還流凝縮器において、上記各凝縮管の被凝縮流体の入口近傍に、該凝縮管の管径の０．３〜０．７倍の径のオリフィスが形成されている事を特徴とする還流凝縮器。
- オリフィスが、リングを凝縮管内部に付設することによって形成されている請求項１に記載の還流凝縮器。
- オリフィスが、各凝縮管に対応する位置に、各凝縮管口径より小さな孔を有する板を、凝縮管を支持する管板上に載置することによって形成されている請求項１に記載の還流凝縮器。
- 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の還流凝縮器を用いてα−オレフィンを主として含有する被凝縮流体を凝縮する方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14044098A JP3981465B2 (ja) | 1998-05-08 | 1998-05-08 | 還流凝縮器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14044098A JP3981465B2 (ja) | 1998-05-08 | 1998-05-08 | 還流凝縮器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11322811A JPH11322811A (ja) | 1999-11-26 |
| JP3981465B2 true JP3981465B2 (ja) | 2007-09-26 |
Family
ID=15268702
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14044098A Expired - Fee Related JP3981465B2 (ja) | 1998-05-08 | 1998-05-08 | 還流凝縮器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3981465B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101637292B1 (ko) * | 2015-02-16 | 2016-07-20 | 현대자동차 주식회사 | 환류 세퍼레이터를 구비한 가스 응축 장치 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012012459A (ja) * | 2010-06-30 | 2012-01-19 | Nk Corporation:Kk | 廃棄物の処理装置及び処理方法 |
| JP2015189740A (ja) * | 2014-03-28 | 2015-11-02 | 三菱化学株式会社 | α−オレフィン低重合体の製造方法 |
| CN108168154A (zh) * | 2017-12-27 | 2018-06-15 | 新昌县宏宇制冷有限公司 | 一种管壳式冷凝器 |
-
1998
- 1998-05-08 JP JP14044098A patent/JP3981465B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101637292B1 (ko) * | 2015-02-16 | 2016-07-20 | 현대자동차 주식회사 | 환류 세퍼레이터를 구비한 가스 응축 장치 |
| US9630124B2 (en) | 2015-02-16 | 2017-04-25 | Hyundai Motor Company | Gas collecting plant and gas condensing device with reflux separator |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11322811A (ja) | 1999-11-26 |
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