JP5696383B2 - 多管式反応装置 - Google Patents

Description

本発明は、石油化学プラント等で用いられる多管式反応装置に関するものである。

石油化学プラント等におけるアクリル酸、メタクリル酸、エチレン酸の製造や、塩酸酸化の反応、その他、各種触媒反応に用いられる反応装置の１つとして、多管式反応装置がある。

上記多管式反応装置は、円筒形状のシェルの中に、該シェルの軸心方向に延びる伝熱用の管（チューブ）に触媒を充填してなる反応管が、複数収納してある。

更に、上記シェル内における各反応管の外側の空間には、外部の熱媒供給手段より熱媒を循環流通できるようにしてある。これにより、上記各反応管内で所定の触媒反応を進行させるときに発生する反応熱によって発熱する各反応管と、上記熱媒供給手段より所定温度で供給されて上記シェル内に流通させる熱媒との間で熱交換させることにより、該熱媒により上記各反応管を冷却して上記反応熱を連続的に奪うようにしてある。

上記のような多管式反応装置におけるシェル内に循環流通させる熱媒と、上記各反応管との伝熱係数（熱媒と各反応管との間の熱の伝わり易さ）を高めるためには、各反応管の周囲における熱媒の流れ方向を該各反応管の長手方向に対して直角方向になるようにすることが望ましい。そこで、上記多管式反応装置では、通常、シェルの内部に、熱媒の流れを迂回させるためのバッフル（邪魔板）を、上記反応管の長手方向に複数設けることにより、上記シェル内における熱媒の流れを、上記各バッフルを迂回させることで蛇行させるようにして、上記各反応管の周囲における熱媒の流れ方向を、該各反応管の長手方向に対して概ね直角方向となるようにさせることが行われている。

この種のシェル内にバッフルを備えた多管式反応装置の一例としては、シェル内に流入させる熱媒を、該シェル内にて単一の蛇行流として流通させる形式の多管式反応装置（以下、単一流入形式の多管式反応装置と云う）が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

又、シェル内にバッフルを備えた多管式反応装置の別の例としては、シェル内に流入させる熱媒を、該シェル内にて、互いに対向する２つの蛇行流として流通させる形式の多管式反応装置（以下、対向流入形式の多管式反応装置と云う）が知られている（たとえば、特許文献２参照）。

ところで、多管式反応装置にて、熱媒を蛇行させるためにシェル内に設けるバッフルにおける反応管の配置と対応する個所に、反応管の外径より大きい円形の孔を設けて、該各孔に上記反応管をそれぞれ貫通させて配置させることにより、上記反応管の外周部とバッフルの孔の内面との間に、熱媒を流通させることが可能な環状の隙間を形成させるようにし、更に、上記バッフルに設けた孔の孔径に分布を持たせることにより、上記反応管の外周部とバッフルの孔の内面との間の環状の隙間における熱媒の流路面積に分布を与え、これにより、シェル内の内部温度分布を改善する考えが従来提案されている（たとえば、特許文献３参照）。

特開２００５−２９６９２１号公報 特許第４２９５４６２号公報（図２） 特公平８−２７１５４号公報

ところが、前述した従来の対向流入形式の多管式反応装置は、図８（イ）に符号１で示す如く、シェル２内における反応管３の長手方向の複数個所に、シェル２の内径に対応する外径寸法を備えた円板に或る幅寸法で直径に沿う方向に延びる窓形成用切欠き５を設けてなる形式の中央部窓形成用バッフル４と、上記と同様の円板の外周部における周方向の１８０度対向する２個所に或る弦に沿って切断した窓形成用切欠き７を設けてなる両端部窓形成用バッフル６とを、互いの窓形成用切欠き５と７のエッジ（端縁部）の延びる方向が平行になるようにした姿勢で交互に取り付けて、上記シェル２内にて上記各バッフル４と６により仕切られて反応管３の長手方向に複数段に形成された流路を、上記中央部窓形成用バッフル４の窓形成用切欠き５のエッジとシェル２の内面により囲まれる空間に形成させたシェル２の幅方向中央部に位置する窓（開口部）８と、上記両端部窓形成用バッフル６の２つの窓形成用切欠き７のエッジとシェル２の内面により囲まれる空間にそれぞれ形成させたシェル２の幅方向両端部に位置する２つの窓（開口部）９により交互に連通させた構成としてある。そのため、図８（ロ）に示すように、上記中央部窓形成用バッフル４と、該バッフル４に対しシェル２内における熱媒流通方向の下流側に隣接して配置された図８（ロ）に二点鎖線で示す如き上記両端部窓形成用バッフル６との間に形成された流路では、上記中央部窓形成用バッフル４により形成された窓８より流入した熱媒１０が、その下流側の上記両端部窓形成用バッフル６により形成された窓９へ向けて流れる際に、流路幅方向の位置によって熱媒１０の流路長（行程）に差が生じているというのが実状である。

又、図８（ハ）に示すように、上記両端部窓形成用バッフル６と、その下流側に隣接して配置された図８（ハ）に二点鎖線で示す如き上記中央部窓形成用バッフル４との間に形成された流路においても、上記両端部窓形成用バッフル６により形成された窓９より流入した熱媒１０が、その下流側の上記中央部窓形成用バッフル４により形成された窓８へ向けて流れる際にも、流路幅方向の位置によって熱媒１０の流路長（行程）に差が生じてしまう。

すなわち、上記図８（ロ）に示した流路では、上記中央部窓形成用バッフル４により形成された窓８を通して熱媒１０が流入するときに、該中央部窓形成用バッフル４の窓形成用切欠き５のエッジの長手方向中央付近を通過する熱媒１０は、図８（ロ）に矢印１０Ａで示すように、上記両端部窓形成用バッフル６の窓形成用切欠き７のエッジの長手方向中央付近へ向けて、概ね該各バッフル４，６の窓形成用切欠き５，７のエッジと直交する方向の流れとなる。これに対し、上記中央部窓形成用バッフル４の窓形成用切欠き５のエッジの長手方向の両端部付近を通過する熱媒１０は、図８（ロ）に矢印１０Ｂで示すように、上記両端部窓形成用バッフル６の窓形成用切欠き７のエッジの長手方向両端部付近へ向けて流れるときに、流路の側方に存在するシェル２の湾曲した内面により流路幅が進行方向に向けて徐々に狭まることの影響を受けて、各バッフル４，６の窓形成用切欠き５，７のエッジと直交する方向から傾いた方向の流れとなる。このため、上記中央部窓形成用バッフル４により形成された窓８から、上記両端部窓形成用バッフル６により形成された窓９へ向けて熱媒１０が流れるときには、上記中央部窓形成用バッフル４の窓形成用切欠き５のエッジの長手方向中央付近を通過する熱媒１０の流路長よりも、該窓形成用切欠き５のエッジの長手方向両端部付近を通過する熱媒１０の流路長の方が長くなってしまう。

又、上記図８（ハ）に示した流路では、上記両端部窓形成用バッフル６により形成された窓９を通して熱媒１０が流入するときに、該両端部窓形成用バッフル６の窓形成用切欠き７のエッジの長手方向中央付近を通過する熱媒１０は、図８（ハ）に矢印１０Ｃで示すように、上記中央部窓形成用バッフル４の窓形成用切欠き５のエッジの長手方向中央付近へ向けて、概ね該各バッフル４，６の窓形成用切欠き５，７のエッジと直交する方向の流れとなる。これに対し、上記両端部窓形成用バッフル６の窓形成用切欠き７のエッジの長手方向の両端部付近を通過する熱媒１０は、図８（ハ）に矢印１０Ｄで示すように、上記中央部窓形成用バッフル４の窓形成用切欠き５のエッジの長手方向両端部付近へ向けて流れるときに、流路の側方に存在するシェル２の湾曲した内面により流路幅が進行方向に向けて徐々に広がることの影響を受けて、各バッフル４，６の窓形成用切欠き５，７のエッジと直交する方向から傾いた方向の流れとなる。このため、上記両端部窓形成用バッフル６により形成された窓９から、上記中央部窓形成用バッフル４により形成された窓８へ向けて熱媒１０が流れるときにも、上記両端部窓形成用バッフル６の窓形成用切欠き７のエッジの長手方向中央付近を通過する熱媒１０の流れの流路長よりも、該窓形成用切欠き７のエッジの長手方向両端部付近を通過する熱媒１０の流路長の方が長くなってしまう。

上記のようにシェル２内の上下流方向に隣接するバッフル４と６又は６と４の間に形成された流路を流通する熱媒１０の流路長に差が生じると、流路長が長い部分では、熱媒１０が上記対向流入形式の多管式反応装置１に設けてある反応管３より反応熱を奪うための熱交換量が増えるため、熱媒１０の温度変化が、流路長が短い部分を通る熱媒１０に比して大きくなる。更に、流路長が長い部分では、熱媒１０に生じる圧力損失も、流路長が短い部分に比して大きくなることから、熱媒１０の流量が減り、更に熱媒１０の温度変化が増大するという傾向が生じてしまう。

よって、上記したような流路長が長い部分を通る熱媒１０と、短い部分を通る熱媒１０に生じる温度差の分布に応じて、熱媒１０により反応熱を奪うようにしてある各反応管３に対する熱交換効率に差が生じてしまい、これにより、上記各反応管３にも温度差の分布が生じるようになるため、すべての反応管３での反応条件を均一なものとすることが難しくなっているというのが実状である。

又、前述した従来の単一流入形式の多管式反応装置は、図９（イ）に符号１１で示す如く、シェル２内における反応管３の長手方向の複数個所に、周方向の一部を或る弦に沿って切断してなる欠円形状の複数のバッフル１２を、該各バッフル１２の窓形成用切欠き１３のエッジとシェル２の内面により囲まれる空間に形成させる窓（開口部）１４が周方向に１８０度対向する位置に互い違いに配置されるように取り付けた構成としてあるため、図９（ロ）に示すように、シェル２内に設けた複数のバッフル１２のうちの或るバッフル１２ａと、該バッフル１２ａに対しシェル２内における熱媒流通方向の下流側に隣接して配置された図９（ロ）に二点鎖線で示す如き別のバッフル１２ｂ（図９（ロ）では、上記隣接配置された２つのバッフル１２を区別するために便宜的に１２ａと１２ｂの符号が付してある。同様に、各バッフル１２ａと１２ｂにそれぞれ対応する窓形成用切欠きには１３ａと１３ｂの符号が、窓には１４ａと１４ｂの符号が便宜的に付してある。）との間に形成された流路では、上記上流側のバッフル１２ａにより形成される窓１４ａより流入する熱媒１０が、下流側のバッフル１２ｂにより形成される窓１４ｂへ向けて流れる際に、上記した対向流入形式の多管式反応装置１の場合と同様に、流路幅方向の位置によって熱媒１０の流路長（行程）に差が生じているというのが実状である。

すなわち、上記バッフル１２ａと１２ｂの間に形成された流路に対して上流側のバッフル１２ａにより形成される窓１４ａを通して熱媒１０が流入するときに、該バッフル１２ａの窓形成用切欠き１３ａのエッジの長手方向中央付近を通過する熱媒１０は、図９（ロ）に矢印１０Ｅで示すように、下流側のバッフル１２ｂの窓形成用切欠き１３ｂのエッジの長手方向中央付近へ向けて、概ね該各バッフル１２ａ，１２ｂの窓形成用切欠き１３ａ，１３ｂのエッジと直交する方向の直線的な流れとなる。これに対し、上流側のバッフル１２ａの窓形成用切欠き１３ａのエッジの長手方向の両端部付近を通過した熱媒１０は、下流側のバッフル１２ｂの窓形成用切欠き１３ｂのエッジの長手方向両端部付近へ向けて流れるときに、図９（ロ）に矢印１０Ｆで示すように、側方に存在するシェル２の湾曲した内面により流路幅が進行方向に向けて一旦広がり、その後、狭まることの影響を受けて、該流路幅の拡縮に伴って概ね上記シェル２の内面に沿うように曲がった流れとなる。

そのため、上流側のバッフル１２ａにより形成された窓１４ａから、下流側のバッフル１２ｂにより形成された窓１４ｂへ向けて熱媒１０が流れるときには、上記上流側のバッフル１２ａの窓形成用切欠き１３ａのエッジの長手方向中央付近を通過した熱媒１０の流れの流路長よりも、該窓形成用切欠き１３ａのエッジの長手方向両端部付近を通過した熱媒１０の流れの流路長の方が、流路が曲っている分長くなってしまう。

したがって、上記従来の単一流入形式の多管式反応装置１１においても、上下流方向に隣接するバッフル１２ａ，１２ｂの間の流路を流通する熱媒１０の流路長に差が生じることに伴って、流路長が長い部分を通る熱媒１０と、短い部分を通る熱媒１０に温度差の分布が生じるため、上記図８（イ）（ロ）（ハ）に示した従来の対向流入形式の多管式反応装置１と同様に、熱媒１０により反応熱を奪うようにしてある各反応管３に対する熱交換効率に差が生じ、これにより、上記各反応管３にも温度差の分布が生じるようになるため、すべての反応管３での反応条件を均一なものとすることが難しくなっているというのが実状である。

なお、特許文献３に示された多管式反応装置では、反応管より反応熱を奪うために流通させる熱媒の一部が、反応管の外周部とバッフルの孔の内面との間に形成してある環状の隙間を通って流れるようになるため、上記熱媒の各反応管に対する流れ方向が、必ずしも該各反応管の長手方向に直交する方向にならないため、伝熱係数が低下する可能性が懸念される。

そこで、本発明は、シェル内に設けたバッフルにより該シェル内に複数段に形成される流路にて、流路幅方向の異なる個所を流通する熱媒に温度差の分布が生じることを抑制できるようにして、すべての反応管における反応条件の均一化を図ることが可能な多管式反応装置を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、請求項１に対応して、シェル内に複数の反応管を収納し、該シェル内における反応管の長手方向の複数個所に、シェル内径に対応する外径の円板形状における上記シェルの幅方向中央部と対応する中心線の位置に窓形成用切欠きを備えてなる中央部窓形成用バッフルと、上記と同様の円板形状における上記シェルの幅方向両端部に対応する外周部の２個所にそれぞれ窓形成用切欠きを備えてなる両端部窓形成用バッフルとを、シェル内の反応管の長手方向に交互に配列して設けて、上記シェル内に上記中央部窓形成用バッフルと両端部窓形成用バッフルによって仕切られて形成された複数段の流路を、上記中央部窓形成用バッフルの窓形成用切欠きとシェルの内面により形成される窓と、上記両端部窓形成用バッフルの窓形成用切欠きとシェルの内面により形成される窓とを介し順次連通させて、熱媒を蛇行させて流通させることができるようにし、且つ上記シェル内に形成する各段の流路における流路幅方向の中央部の領域とその両端部の領域の熱媒の平均流路長の差を抑制するように上記中央部窓形成用バッフルの窓形成用切欠きの流路幅方向中央部のエッジを、流路幅方向両端部のエッジよりも突出させて、該突出させたエッジの端面を上記円板形状の中心線と平行にしてなる構成とする。

又、上記構成において、上記シェル内に形成する各段の流路における流路幅方向の中央部の領域とその両端部の領域の熱媒の平均流路長の差を抑制するように上記中央部窓形成用バッフルの窓形成用切欠きにおける流路幅方向中央部のエッジを、流路幅方向両端部のエッジよりも矩形状に突出させて、該突出させたエッジの端面を上記円板形状の中心線と平行にしてなる構成とすると共に、上記両端部窓形成用バッフルの窓形成用切欠きにおける流路幅方向中央部のエッジを、流路幅方向両端部のエッジよりも矩形状に突出させて、該突出させたエッジの端面を弦と平行にしてなる構成とする。

本発明の多管式反応装置によれば、以下のような優れた効果を発揮する。
（１）シェル内に複数の反応管を収納し、該シェル内における反応管の長手方向の複数個所に、シェル内径に対応する外径の円板形状における上記シェルの幅方向中央部と対応する中心線の位置に窓形成用切欠きを備えてなる中央部窓形成用バッフルと、上記と同様の円板形状における上記シェルの幅方向両端部に対応する外周部の２個所にそれぞれ窓形成用切欠きを備えてなる両端部窓形成用バッフルとを、シェル内の反応管の長手方向に交互に配列して設けて、上記シェル内に上記中央部窓形成用バッフルと両端部窓形成用バッフルによって仕切られて形成された複数段の流路を、上記中央部窓形成用バッフルの窓形成用切欠きとシェルの内面により形成される窓と、上記両端部窓形成用バッフルの窓形成用切欠きとシェルの内面により形成される窓とを介し順次連通させて、熱媒を蛇行させて流通させることができるようにし、且つ上記シェル内に形成する各段の流路における流路幅方向の中央部の領域とその両端部の領域の熱媒の平均流路長の差を抑制するように上記中央部窓形成用バッフルの窓形成用切欠きの流路幅方向中央部のエッジを、流路幅方向両端部のエッジよりも突出させて、該突出させたエッジの端面を上記円板形状の中心線と平行にしてなる構成としてあり、更に、上記シェル内に形成する各段の流路における流路幅方向の中央部の領域とその両端部の領域の熱媒の平均流路長の差を抑制するように上記中央部窓形成用バッフルの窓形成用切欠きにおける流路幅方向中央部のエッジを、流路幅方向両端部のエッジよりも矩形状に突出させて、該突出させたエッジの端面を上記円板形状の中心線と平行にしてなる構成とすると共に、上記両端部窓形成用バッフルの窓形成用切欠きにおける流路幅方向中央部のエッジを、流路幅方向両端部のエッジよりも矩形状に突出させて、該突出させたエッジの端面を弦と平行にしてなる構成としてあるので、シェル内にて各バッフルによって仕切られて形成された流路を熱媒が流通するときに、同一段の流路を流通する熱媒が反応管と熱交換するときの熱交換量を、流路幅方向のいずれの個所を通る場合であっても、より均等化することができる。又、同一段の流路における平均流路長が均等化されることに伴って、流路幅方向の一部で部分的に圧力損失が高まることもないため、流路幅方向における熱媒の流量が部分的に増減することも防止できる。したがって、上記同一段の流路を流通して各反応管より反応熱を奪うようにしてある熱媒に、流路幅方向の温度差分布が生じる虞を抑えることができて、各反応管と熱媒との間での反応熱を奪う熱交換を均等に行わせることができ、各反応管の温度条件、延いては、各反応管内で進行させる反応の温度条件を均等なものとすることができる。
（２）よって、各反応管における触媒反応の制御性を高めることが可能になるため、各反応管で目的とする反応の反応生成物の生成効率を高めたり、反応生成物の分解を抑えることが可能になるため、上記目的とする反応生成物の収率を高める効果が期待できる。

本発明の多管式反応装置の実施の一形態として、対向流入形式の多管式反応装置に適用した場合の例を示すもので、（イ）は概略斜視図、（ロ）は中央部窓形成用バッフルとその下流側に隣接配置された両端部窓形成用バッフルとの間に形成された流路の位置での概略切断平面図、（ハ）は両端部窓形成用バッフルとその下流側に隣接配置された中央部窓形成用バッフルとの間に形成された流路の位置での概略切断平面図である。 図１の多管式反応装置における各段の流路長を算出する手法の一例を示すために、中央部窓形成用バッフルの各部に設定したパラメータを示す図である。 図１の多管式反応装置にて、中央部窓形成用バッフルにおける反応管群が設けてある区画のシェルの幅方向一端寄りの端縁がＹ軸方向に平行にならない場合のパラメータの設定例を示す図である。 本発明の多管式反応装置の実施の他の形態を示すもので、中央部窓形成用バッフルの別の例を示す図である。 対向流入形式の多管式反応装置に適用した場合の別の例を示すもので、（イ）は概略斜視図、（ロ）は中央部窓形成用バッフルとその下流側に隣接配置された両端部窓形成用バッフルとの間に形成された流路の位置での概略切断平面図、（ハ）は両端部窓形成用バッフルとその下流側に隣接配置された中央部窓形成用バッフルとの間に形成された流路の位置での概略切断平面図である。 本発明の実施の更に他の形態として、対向流入形式の多管式反応装置に適用した場合の更に別の例を示すもので、（イ）は概略斜視図、（ロ）は中央部窓形成用バッフルとその下流側に隣接配置された両端部窓形成用バッフルとの間に形成された流路の位置での概略切断平面図、（ハ）は両端部窓形成用バッフルとその下流側に隣接配置された中央部窓形成用バッフルとの間に形成された流路の位置での概略切断平面図である。 単一流入形式の多管式反応装置に適用した場合の例を示すもので、（イ）は概略斜視図、（ロ）は上下流方向に隣接配置された２つのバッフルの間に形成された或る段の流路の位置での概略切断平面図である。 従来の対向流入形式の多管式反応装置を示すもので、（イ）は概略斜視図、（ロ）（ハ）は隣接配置された２つのバッフル間に形成された流路における熱媒の流通状態を示す概略切断平面図である。 従来の単一流入形式の多管式反応装置を示すもので、（イ）は概略斜視図、（ロ）は隣接配置された２つのバッフル間に形成された流路における熱媒の流通状態を示す概略切断平面図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。

図１（イ）（ロ）（ハ）及び図２は本発明の多管式反応装置の実施の一形態として、対向流入形式の多管式反応装置に適用する場合の例を示すもので、以下のような構成としてある。

すなわち、本実施の形態における対向流入形式の多管式反応装置１Ａは、図１（イ）（ロ）（ハ）に示すように、シェル２の内径に応じた外径を備えてシェル２の内部を仕切ることが可能な円板に、上記シェル２の幅方向の中央に対応する上記円板の形状の中心線（直径）に沿う方向に延びる窓形成用（開口部形成用）の切欠き１６を設け、且つ該窓形成用切欠き１６における上記円板形状の中心線の長手方向中央部に対応する個所のエッジ１７ｂを、該円板形状の中心線の長手方向両端部に対応する個所のエッジ１７ａ，１７ｃに比して、上記円板形状の中心線と直交する方向へ相対的に或る寸法突出させてなる形状とした中央部窓形成用バッフル１５を形成する。

又、上記と同様の円板の外周部における周方向の１８０度対向する２個所に、図８（イ）（ロ）（ハ）に示した対向流入形式の多管式反応装置１における両端部窓形成用バッフル６と同様に或る弦に沿って直線的に切断した窓形成用（開口部形成用）の切欠き７を設けた両端部窓形成用バッフル６ａを形成する。

更に、図８（イ）に示したものと同様に、シェル２内に複数の反応管３を収納すると共に、該シェル２内における反応管３の長手方向の複数個所に、上記中央部窓形成用バッフル１５と、上記両端部窓形成用バッフル６ａを交互に配列し、且つ上記中央部窓形成用バッフル１５における窓形成用切欠き１６の延びる方向である中心線の方向と、上記両端部窓形成用バッフル６ａにおける窓形成用切欠き７を設けるための基準とした弦が平行になるようにした姿勢で上記シェル２内に取り付ける。これにより、上記シェル２内にて上記各バッフル１５と６ａにより仕切られて反応管３の長手方向に複数段に形成される熱媒１０の流路を、上記中央部窓形成用バッフル１５の窓形成用切欠き１６とシェル２の内面により囲まれる空間に形成されるシェル２の幅方向中央部に位置する窓（開口部）１８と、上記両端部窓形成用バッフル６ａの各窓形成用切欠き７とシェル２の内面により囲まれる空間に形成されるシェル２の幅方向両端部に位置する２つの窓（開口部）９を介して交互に連通させた構成とする。

詳述すると、上記中央部窓形成用バッフル１５の窓形成用切欠き１６は、図１（ロ）に示すように、該窓形成用切欠き１６により形成する窓１８における熱媒１０の流路幅方向となる上記円板形状の中心線の長手方向に複数の領域、たとえば、該円板形状の直径寸法をほぼ３等分させた３つの領域１９ａ，１９ｂ，１９ｃに分け、該各領域１９ａ，１９ｂ，１９ｃのうち、上記円板形状の中心線の長手方向両端部に対応する流路幅方向両端寄りの２つの領域１９ａ及び１９ｃには、上記円板形状の中心線より或る寸法離れた位置に、該中心線と平行なエッジ１７ａ及び１７ｃを設け、且つ上記円板形状の中心線の長手方向中央部に対応する流路幅方向中央部の領域１９ｂには、上記２つの領域１９ａ及び１９ｃにおけるエッジ１７ａ，１７ｃよりも上記円板形状の中心線に近接する側へ所要寸法突出するように、上記円板形状の中心線と平行なエッジ１７ｂを設けた構成としてある。

上記中央部窓形成用バッフル１５に設けた窓形成用切欠き１６における上記流路幅方向中央部の領域１９ｂのエッジ１７ｂと、その両側の領域１９ａ及び１９ｃにおけるエッジ１７ａ，１７ｃとの上記円板形状の中心線と直交する方向に関する突出量の相対的な差は、たとえば、図２に示すように、シェル２内に設けた上記中央部窓形成用バッフル１５において上記複数の反応管３群が貫通して設けられている区画のシェル２の幅方向一端寄りの端縁（図では、右寄りの端縁）２０から、上記中央部窓形成用バッフル１５の窓形成用切欠き１６における各領域１９ａ，１９ｂ，１９ｃのシェル２の幅方向一端寄りのエッジ１７ａ，１７ｂ，１７ｃまでの平均流路長が均一となるように設定してある。

具体的には、図２に示すように、上記中央部窓形成用バッフル１５（図２では図示する便宜上、該中央部窓形成用バッフル１５における図上右半部のセグメントのみが示してある）の基準となる図２に二点鎖線で示す如き円板形状の中心を原点Ｏとして、中央部窓形成用バッフル１５における窓形成用切欠き１６を設けた上記円板形状の中心線に沿う方向をＹ軸、該円板形状の中心線に直交する方向をＸ軸とするＸＹ座標を設定する。

上記円板形状の直径をＤとする。又、上記シェル２内にて中央部窓形成用バッフル１５の窓形成用切欠き１６により形成する窓１８に熱媒１０を所定の流量で流通させるために所望される該窓１８の流路面積と、上記窓１８の流路幅方向の寸法を基に、上記中央部窓形成用バッフル１５における窓形成用切欠き１６が、図８（イ）（ロ）（ハ）に示した従来の対向流入形式の多管式反応装置１における中央部窓形成用バッフル４の窓形成用切欠き５と同様に一直線のエッジを備えていると仮定した条件の下で求まる基準のバッフル窓幅（上記円板形状の中心線から、上記中央部窓形成用バッフル１５における窓形成用切欠き１６のエッジまでのＸ軸方向に沿う開口幅）をＷとし、更に、上記窓形成用切欠き１６について流路幅方向（Ｙ軸方向）に該流路幅方向の一端側（図上上側）から順に設定したｎ番目（ｎ＝１，２，３）の領域１９ａ，１９ｂ，１９ｃのエッジ１７ａ，１７ｂ，１７ｃについての実際のバッフル窓幅をＷｎとする。

更に、上記窓形成用切欠き１６について設定した流路幅方向ｎ番目の各領域１９ａ，１９ｂ，１９ｃの流路幅方向に沿う寸法（図では上下方向の寸法）をＨｎ、上記流路幅方向ｎ番目の各領域１９ａ，１９ｂ，１９ｃについての流路幅方向（Ｙ軸方向）一端側からの区切り位置（Ｙ座標）をＹＡｎ、上記中央部窓形成用バッフル１５における反応管３群が設けてある区画のシェル２の幅方向一端寄りの端縁２０についての流路幅方向（Ｙ軸方向）一端側からの区切り位置をＹＢｎ、上記円板形状の中心線から、上記中央部窓形成用バッフル１５における反応管３群が設けてある区画のシェル２の幅方向一端寄りの端縁２０までの距離をＬとする。

更に、上記円板形状の中心線と一致するＹ軸上の点のＹ座標をａ、上記中央部窓形成用バッフル１５における反応管３群が設けてある区画のシェル２の幅方向一端寄りの端縁２０上の点のＹ座標をｂとする。

ここで、上記中央部窓形成用バッフル１５における反応管３群が設けてある区画のシェル２の幅方向一端寄りの端縁２０から、上記窓形成用切欠き１６に設定してある流路幅方向ｎ番目の各領域１９ａ，１９ｂ，１９ｃにおける上記円板形状の中心線の位置までの平均流路長をＬＦｎとすると、上記窓形成用切欠き１６における流路幅方向１番目の領域１９ａに関する平均流路長ＬＦ１は、たとえば、以下の式（１）で求めることができる。

同様に、上記式（１）中におけるＹＡ１及びＹＡ２を、ＹＡ２及びＹＡ３に置き換えることで、上記中央部窓形成用バッフル１５の窓形成用切欠き１６について設定した流路幅方向２番目の領域１９ｂに関する平均流路長ＬＦ２を求めることができ、更に、上記式（１）中におけるＹＡ１及びＹＡ２を、ＹＡ３及びＹＡ４に置き換えることで、上記窓形成用切欠き１６について設定した流路幅方向３番目の領域１９ｃに関する平均流路長ＬＦ３を求めることができる。

ここで、単純化のために、上記流路幅方向に設定された１番目、２番目、３番目の各領域１９ａ，１９ｂ，１９ｃの流路幅方向の寸法をすべて同一に、すなわち、Ｈ１＝Ｈ２＝Ｈ３と設定すると、流体である熱媒１０の流れ難さは上記流路幅方向に設定されたｎ番目の各領域１９ａ，１９ｂ，１９ｃに対応する平均流路長ＬＦｎに比例する。このため、熱媒１０の流れ難さに応じて該各領域１９ａ，１９ｂ，１９ｃに関して求められた平均流路長ＬＦ１，ＬＦ２，ＬＦ３の値の差を解消（相殺）させるように、上記流路幅方向に設定された１番目、２番目、３番目の各領域１９ａ，１９ｂ，１９ｃでの実際のバッフル窓幅Ｗ１、Ｗ２，Ｗ３を変化させるようにすれば、上記中央部窓形成用バッフル１５の窓形成用切欠き１６によって形成される窓１８における上記流路幅方向の各領域１９ａ，１９ｂ，１９ｃに対応する部分へ流れる熱媒１０の流量を均一化できることになる。

なお、本発明者等の実施した流体の温度差の理論値の計算によると、流体の温度差は、平均流路長の３／２乗に比例する傾向にあるという知見が得られている。

そこで、流体である熱媒１０の温度差が、平均流路長ＬＦｎの３／２乗に比例すると仮定すると、上記中央部窓形成用バッフル１５の窓形成用切欠き１６について流路幅方向に設定されたｎ番目の領域１９ａ，１９ｂ，１９ｃのバッフル窓幅Ｗｎは、以下の式（２）で求めることができるようになる。

この際、上記式（１）で求められる上記流路幅方向の中央に位置する流路幅方向２番目の領域１９ｂに関する平均流路長ＬＦ２は、流路幅方向の両端寄りに位置する流路幅方向１番目及び３番目の各領域１９ａ及び１９ｃに関する平均流路長ＬＦ１及びＬＦ３よりも短くなる（ＬＦ２＜ＬＦ１＝ＬＦ３）。このため、上記式（２）により求められる流路幅方向の各領域１９ａ，１９ｂ，１９ｃについてのバッフル窓幅Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の値が、Ｗ１＝Ｗ３＞Ｗ２として求まる。よって、該求められた各バッフル窓幅Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３のそれぞれの値に基づいて、上記中央部窓形成用バッフル１５における上記窓形成用切欠き１６の上記流路幅方向１、２、３番目の各領域１９ａ，１９ｂ，１９ｃにおけるエッジ１７ａ，１７ｂ，１７ｃの上記円板形状の中心線から離反する寸法（位置）を定めるようにすればよい。

なお、上記中央部窓形成用バッフル１５における窓形成用切欠き１６に設定する流路幅方向ｎ番目の各領域１９ａ，１９ｂ，１９ｃに関して、上記円板形状の中心線位置から、該中央部窓形成用バッフル１５における反応管３群が設けてある区画のシェル２の幅方向一端寄りの端縁２０までの平均流路長ＬＦｎは、数値流体解析を用いてシミュレーションによって得られる流量比等を基にして、より詳細に求めるようにしてもよい。

一方、上記平均流路長ＬＦｎをより簡易的に求めるには、幾何学的な計算で、流路幅方向に設定した各領域１９ａ，１９ｂ，１９ｃに位置する上記円板形状の中心線の線分の中点と、上記中央部窓形成用バッフル１５における反応管３群が設けてある区画のシェル２の幅方向一端寄りの端縁２０の中点とを結んだ距離として求めるようにしてもよい。

上記中央部窓形成用バッフル１５における図２で記載を省略してある図上左半部に位置するセグメントについては、上記図２に示した図上右半部のセグメントを、上記円板形状の中心線を中心として線対称させた形状となるようにすればよい。

以上の構成としてある本発明の対向流入形式の多管式反応装置１Ａにて、シェル２内にて上記各バッフル１５と６ａによって仕切られて反応管３の長手方向に複数段に形成される流路に熱媒１０を蛇行させて流通させるときに、図１（ロ）に示す中央部窓形成用バッフル１５の窓形成用切欠き１６により形成されたシェル２の幅方向中央部に位置する窓１８から、該中央部窓形成用バッフル１５とその下流側に隣接する図１（ロ）に二点鎖線で示す如き両端部窓形成用バッフル６ａとの間の流路へ流入する熱媒１０は、上記窓１８における流路幅方向の中央部、あるいは、流路幅方向の両端部のいずれの個所を通る場合であっても、反応管３と熱交換しつつ上記両端部窓形成用バッフル６ａの窓形成用切欠き７により形成されたシェル２の幅方向両端部に位置する窓９に到達するまでの平均流路長が均等化される。

又、図１（ハ）に示す両端部窓形成用バッフル６ａの窓形成用切欠き７により形成されたシェル２の幅方向両端部に位置する窓９から、該両端部窓形成用バッフル６ａとその下流側に隣接する図１（ハ）に二点鎖線で示す如き中央部窓形成用バッフル１５との間の流路へ流入する熱媒１０は、上記窓９における流路幅方向の中央部、あるいは、流路幅方向の両端部のいずれの個所を通る場合であっても、反応管３と熱交換しつつ上記中央部窓形成用バッフル１５の窓形成用切欠き１６により形成されたシェル２の幅方向中央部に位置する窓１８に到達するまでの平均流路長が均等化される。

したがって、同一段の流路を流通する熱媒１０が反応管３と熱交換するときの熱交換量が、流路幅方向のいずれの個所を通る場合であってもほぼ均等化されるようになる。

更に、同一段の流路における平均流路長が均等化されることに伴って、流路幅方向の一部で部分的に圧力損失が高まることもないため、流路幅方向における熱媒１０の流量が部分的に増減することも防止されるようになる。

以上により、本発明の対向流入形式の多管式反応装置１Ａによれば、各反応管３より反応熱を奪うために流通させる熱媒１０に温度差分布が生じる虞を抑えることができるようになるため、各反応管３と熱媒１０との間での反応熱を奪う熱交換を均等に行わせることができて、各反応管３の温度条件、延いては、各反応管３内で進行させる触媒反応の温度条件を均等なものとすることができ、よって、各反応管３における触媒反応の制御性を高めることが可能になる。

よって、本発明の対向流入形式の多管式反応装置１Ａを用いることで、目的とする触媒反応の反応生成物の生成効率を高めたり、反応生成物の分解を抑えることが可能になるため、上記目的とする反応生成物の収率を高める効果が期待できる。

上記においては、図２に示したように、中央部窓形成用バッフル１５における反応管３群が設けてある区画のシェル２の幅方向一端寄りの端縁２０がＹ軸方向に平行な直線となる場合について説明したが、上記反応管３群が設けてある区画は、シェル２の幅方向一端寄りの端縁２０が、必ずしも上記Ｙ軸方向に平行な直線とはならず、たとえば、図３に概要を示すように、段差状となる場合がある。

この場合は、図３に示すように、上記中央部窓形成用バッフル１５における反応管３群が設けてある区画のシェル２の幅方向一端寄りの端縁２０の位置を、端縁２０上の点のＹ座標であるｂの関数Ｌ（ｂ）で表すようにして、前記式（１）におけるＬを、上記関数Ｌ（ｂ）に置き換えることで、対応することができる。

次に、図４は本発明の実施の他の形態として、図１（イ）（ロ）（ハ）及び図２の実施の形態の対向流入形式の多管式反応装置１Ａの変形例を示すもので、中央部窓形成用バッフル１５を、窓形成用切欠き１６に設定した流路幅方向の各領域１９ａ，１９ｂ，１９ｃごとに、該中央部窓形成用バッフル１５の基準となる円板形状の中心線位置から所定寸法離反した位置で該円板形状の中心線方向に延びる段差状のエッジ１７ａ，１７ｂ，１７ｃを備えてなる構成とすることに代えて、窓形成用切欠き１６Ａを、流路幅方向中央部のエッジの位置を、流路幅方向両端部のエッジの位置よりも上記と同様の円板形状の中心線に近接する方向へ突出させ、且つバッフル窓幅を、流路幅方向に連続的に変化させてなる構成の中央部窓形成用バッフル１５Ａとしたものである。

上記のように、中央部窓形成用バッフル１５Ａにおける窓形成用切欠き１６Ａのエッジの位置を流路幅方向に連続的に変化させる場合は、図１（イ）（ロ）（ハ）及び図２の実施の形態において、上記中央部窓形成用バッフル１５の窓形成用切欠き１６における段差状のエッジ１７ａ，１７ｂ，１７ｃの位置を求める場合に用いた前述の式（１）から、変数ａに関する外側の積分項をとることで、たとえば、以下の式（３）とし、

この式（３）を用いて、上記中央部窓形成用バッフル１５Ａの基準となる円板形状における中心線の上端位置（図２におけるＹＡ１に対応する位置）から下端位置（図２におけるＹＡ４に対応する位置）まで連続的に代入して算出すれば、ａの関数の平均流路長ＬＦ（ａ）が求まる。よって、その値に応じて、流路幅方向の平均流路長を均等化するためのバッフル窓幅を求めるようにすればよい。

その他の構成は図１（イ）（ロ）（ハ）及び図２に示したものと同様であり、同一のものには同一の符号が付してある。

本実施の形態の対向流入形式の多管式反応装置１Ａによっても、シェル２内にて上記中央部窓形成用バッフル１５Ａと両端部窓形成用バッフル６ａによって仕切られて反応管３の長手方向に複数段に形成される流路に熱媒１０を蛇行させて流通させるときに（図１（イ）（ロ）（ハ）参照）、同一段の流路における流路幅方向の中央部と両端部をそれぞれ流通する熱媒１０の平均流路長を均等化させることができる。よって、本実施の形態によっても、図１（イ）（ロ）（ハ）及び図２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

次いで、図５（イ）（ロ）（ハ）は、対向流入形式の多管式反応装置に適用した場合の別の例を示すもので、以下のような構成としてある。

すなわち、本実施の形態における対向流入形式の多管式反応装置１Ｂは、図５（イ）（ロ）（ハ）に示すように、シェル２の内径に応じた外径を備えてシェル２の内部を仕切ることが可能な円板に、図８（イ）（ロ）（ハ）に示した対向流入形式の多管式反応装置１における中央部窓形成用バッフル４と同様に、上記シェル２の幅方向の中央に対応する上記円板形状の中心線（直径）に沿う方向に直線的に延びる窓形成用（開口部形成用）の切欠き５を設けてなる中央部窓形成用バッフル４ａを形成する。

又、上記と同様の円板の外周部における周方向の１８０度対向する２個所に、窓形成用（開口部形成用）の切欠き２２を設け、且つ該各窓形成用切欠き２２を、上記円板の外周部における該各窓形成用切欠き２２を設ける個所の弦の長手方向中間部に対応する個所のエッジ２３ｂを、該弦の長手方向両端部に対応する個所のエッジ２３ａ，２３ｃに比して、上記弦と直交する方向へ相対的に或る寸法突出させてなる形状とした両端部窓形成用バッフル２１を形成する。

更に、図１（イ）に示したと同様に、複数の反応管３を収納したシェル２内における反応管３の長手方向の複数個所に、上記中央部窓形成用バッフル４ａと、上記両端部窓形成用バッフル２１を交互に配列し、且つ上記中央部窓形成用バッフル４ａにおける窓形成用切欠き５の延びる方向である中心線の方向と、上記両端部窓形成用バッフル２１における窓形成用切欠き２２を設けた個所に対応する弦の方向が平行になるようにした姿勢で取り付ける。これにより、上記シェル２内にて上記各バッフル４ａと２１により仕切られて反応管３の長手方向に複数段に形成される熱媒１０の流路を、上記中央部窓形成用バッフル４ａの窓形成用切欠き５とシェル２の内面により囲まれる空間に形成されるシェル２の幅方向中央部に位置する窓（開口部）８と、上記両端部窓形成用バッフル２１の各窓形成用切欠き２２とシェル２の内面により囲まれる空間に形成されるシェル２の幅方向両端部に位置する２つの窓（開口部）２４を介して交互に連通させた構成とする。

詳述すると、上記両端部窓形成用バッフル２１の窓形成用切欠き２２は、図５（ロ）に示すように、該窓形成用切欠き２２により形成する窓２４における熱媒１０の流路幅方向となる上記窓形成用切欠き２２を設けた個所に対応する弦の長手方向に複数の領域、たとえば、該弦の寸法をほぼ３等分させた３つの領域２５ａ，２５ｂ，２５ｃに分け、該各領域２５ａ，２５ｂ，２５ｃのうち、上記弦の長手方向両端部に対応する流路幅方向両端寄りの２つの領域２５ａ及び２５ｃには、或る個所に、該弦と平行なエッジ２３ａ，２３ｃを設け、且つ上記弦の長手方向中央部に対応する流路幅方向中央部の領域２５ｂには、上記２つの領域２５ａ及び２５ｃにおけるエッジ２３ａ，２３ｃよりも上記円板形状の外周に近接する側へ所要寸法突出する位置に、上記弦と平行なエッジ２３ｂを設けた構成としてある。

上記両端部窓形成用バッフル２１に設けた窓形成用切欠き２２における上記流路幅方向中央部の領域２５ｂのエッジ２３ｂと、その両側の領域２５ａ及び２５ｃにおけるエッジ２３ａ及び２３ｃとの上記窓形成用切欠き２２を設けた個所における弦と直交する方向に関する突出量の相対的な差は、たとえば、該両端部窓形成用バッフル２１の基準となる円板形状の中心線位置から、上記両端部窓形成用バッフル２１の窓形成用切欠き２２における各領域２５ａ，２５ｂ，２５ｃのエッジ２３ａ，２３ｂ，２３ｃまでの平均流路長が均一となるように設定してある。

具体的には、上記シェル２内にて上記両端部窓形成用バッフル２１の窓形成用切欠き２２により形成する窓２４に熱媒１０を所定の流量で流通させるために所望される該窓２４の流路面積を基に、上記両端部窓形成用バッフル２１における窓形成用切欠き２２が、図８（イ）（ロ）（ハ）に示した従来の対向流入形式の多管式反応装置１における両端部窓形成用バッフル６の窓形成用切欠き７と同様に一直線のエッジを備えていると仮定した場合の円板形状の切断位置となる図５（ロ）に一点鎖線で示す如き基準の弦２６の位置を基に、先ず、前記式（１）と同様にして、上記両端部窓形成用バッフル２１の基準とした円板形状の中心線に沿った流路幅方向の全長に亘る位置、あるいは、上記シェル２内に上記中央部窓形成用バッフル４ａにおける窓形成用切欠き５の位置を避けてシェル２の幅方向中央部を除く分割した２つの区画に分けて反応管３群が設けてある場合には、該反応管３群が設けてある区画のシェル２の幅方向中央寄りの端縁に沿う流路幅方向の全長に亘る位置から、上記弦２６の位置における上記両端部窓形成用バッフル２１の窓形成用切欠き２２に設定した流路幅方向の各領域２５ａ，２５ｂ，２５ｃの線分の位置までの平均流路長を求める。

次いで、上記のようにして流路幅方向の各領域２５ａ，２５ｂ，２５ｃに関して求められた平均流路長の値の差を解消（相殺）させるように、上記流路幅方向に設定された各領域２５ａ，２５ｂ，２５ｃでの実際のバッフル窓幅を、前記式（２）と同様の式により求めるようにして、該求められたバッフル窓幅が得られるように、上記両端部窓形成用バッフル２１の窓形成用切欠き２２における上記流路幅方向の各領域２５ａ，２５ｂ，２５ｃにおけるエッジ２３ａ，２３ｂ，２３ｃの位置を決めるようにしてある。

その他、図１（イ）（ロ）（ハ）に示したものと同一のものには同一符号が付してある。

以上の構成としてある本実施の形態の対向流入形式の多管式反応装置１Ｂによれば、シェル２内にて上記各バッフル４ａと２１によって仕切られて反応管３の長手方向に複数段に形成される流路に熱媒１０を蛇行させて流通させるときに、図５（ロ）に示す両端部窓形成用バッフル２１の窓形成用切欠き２２により形成されたシェル２の幅方向両端部に位置する窓２４から、該両端部窓形成用バッフル２１とその下流側に隣接する図５（ロ）に二点鎖線で示す如き中央部窓形成用バッフル４ａとの間の流路へ流入する熱媒１０は、上記窓２４における流路幅方向の中央部、あるいは、流路幅方向の両端部のいずれの個所を通る場合であっても、反応管３と熱交換しつつ上記中央部窓形成用バッフル４ａの窓形成用切欠き５により形成されたシェル２の幅方向中央部に位置する窓８に到達するまでの平均流路長が均等化される。

又、図５（ハ）に示す中央部窓形成用バッフル４ａの窓形成用切欠き５により形成されたシェル２の幅方向中央部に位置する窓８から、該中央部窓形成用バッフル４ａとその下流側に隣接する図５（ハ）に二点鎖線で示す如き両端部窓形成用バッフル２１との間の流路へ流入する熱媒１０は、上記窓８における流路幅方向の中央部、あるいは、流路幅方向の両端部のいずれの個所を通る場合であっても、反応管３と熱交換しつつ上記両端部窓形成用バッフル２１の窓形成用切欠き２２により形成されたシェル２の幅方向両端部に位置する窓２４に到達するまでの平均流路長が均等化される。

したがって、本実施の形態の対向流入形式の多管式反応装置１Ｂによっても、同一段の流路を流通する熱媒１０が反応管３と熱交換するときの熱交換量を、流路幅方向のいずれの個所を通る場合であってもほぼ均等化できると共に、同一段の流路における平均流路長が均等化されることに伴って流路幅方向の一部で部分的に圧力損失が高まることもないため、流路幅方向における熱媒１０の流量が部分的に増減することも防止できて、図１（イ）（ロ）（ハ）及び図２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

図６（イ）（ロ）（ハ）は本発明の実施の更に他の形態として、対向流入形式の多管式反応装置に適用した場合の更に別の例を示すもので、以下のような構成としてある。

すなわち、本実施の形態における対向流入形式の多管式反応装置１Ｃは、図６（イ）（ロ）（ハ）に示すように、中央部窓形成用バッフル１５Ｂを、図１（イ）（ロ）（ハ）及び図２に示した中央部窓形成用バッフル１５と同様に、シェル２の内径に応じた外径を備えた円板における上記シェル２の幅方向の中央に対応する該円板形状の中心線に沿う位置に、窓形成用（開口部形成用）の切欠き１６Ｂを設けると共に、該窓形成用切欠き１６Ｂにおける流路幅方向中央部の領域のエッジ１７ｅを、流路幅方向両端部の領域のエッジ１７ｄ，１７ｆに比して、上記円板形状の中心線と直交する方向へ相対的に或る寸法突出させてなる形状とする。

又、両端部窓形成用バッフル２１Ａを、図５（イ）（ロ）（ハ）に示した両端部窓形成用バッフル２１と同様に、上記と同様の円板の外周部における周方向の１８０度対向する２個所に、窓形成用（開口部形成用）の切欠き２２Ａを設けると共に、該各窓形成用切欠き２２Ａにおける流路幅方向の中央部の領域のエッジ２３ｅを、流路幅方向両端部のエッジ２３ｄ，２３ｆに比して、上記円板形状の窓形成用切欠き２２Ａを設けた個所における弦と直交する方向へ相対的に或る寸法突出させてなる形状とする。

更に、図１（イ）に示したと同様に、複数の反応管３を収納したシェル２内における反応管３の長手方向の複数個所に、上記中央部窓形成用バッフル１５Ｂと、上記両端部窓形成用バッフル２１Ａを交互に配列して取り付ける。これにより、上記シェル２内にて上記各バッフル１５Ｂと２１Ａにより仕切られて反応管３の長手方向に複数段に形成される熱媒１０の流路を、上記中央部窓形成用バッフル１５Ｂの窓形成用切欠き１６Ｂとシェル２の内面により囲まれる空間に形成されるシェル２の幅方向中央部に位置する窓（開口部）１８と、上記両端部窓形成用バッフル２１Ａの各窓形成用切欠き２２Ａとシェル２の内面により囲まれる空間に形成されるシェル２の幅方向両端部に位置する２つの窓（開口部）２４を介して交互に連通させた構成とする。

詳述すると、上記中央部窓形成用バッフル１５Ｂの窓形成用切欠き１６Ｂにおける流路幅方向中央部の領域のエッジ１７ｅと、流路幅方向両端部の領域のエッジ１７ｄ，１７ｆは、たとえば、図１（イ）（ロ）（ハ）及び図２に示したものと同様に、両端部窓形成用バッフル６ａが一直線状に延びるエッジの窓形成用切欠き７を備えたものと仮定した条件の下で、中央部窓形成用バッフル１５の窓形成用切欠き１６の流路幅方向中央部の領域のエッジ１７ｂと、流路幅方向両端部の領域のエッジ１７ａ，１７ｃに所望される位置を求めた後、該各エッジ１７ｂと１７ａ，１７ｃのバッフル窓幅の差が１／２となるよう該各エッジ１７ｂと１７ａ，１７ｃの位置より互いに近接する方向へ変位させた位置に、上記各エッジ１７ｅと１７ｄ，１７ｆの位置を設定するようにすればよい。

同様に、上記両端部窓形成用バッフル２１Ａの窓形成用切欠き２２Ａにおける流路幅方向中央部の領域のエッジ２３ｅと流路幅方向両端部の領域のエッジ２３ｄ，２３ｆは、たとえば、図５（イ）（ロ）（ハ）に示したものと同様に、中央部窓形成用バッフル４ａが一直線状に延びるエッジの窓形成用切欠き５を備えたものと仮定した条件の下で、両端部窓形成用バッフル２１の窓形成用切欠き２２の流路幅方向中央部の領域のエッジ２３ｂと、流路幅方向両端部の領域のエッジ２３ａ，２３ｃに所望される位置を求めた後、該各エッジ２３ｂと２３ａ，２３ｃのバッフル窓幅の差が１／２となるよう該各エッジ２３ｂと２３ａ，２３ｃの位置より互いに近接する方向へ変位させた位置に、上記各エッジ２３ｅと２３ｄ，２３ｆの位置を設定するようにすればよい。

その他、図１（イ）（ロ）（ハ）に示したものと同一のものには同一符号が付してある。

以上の構成としてある本実施の形態の対向流入形式の多管式反応装置１Ｃによれば、シェル２内にて上記各バッフル１５Ｂと２１Ａによって仕切られて反応管３の長手方向に複数段に形成される流路に熱媒１０を蛇行させて流通させるときに、図６（ロ）に示す中央部窓形成用バッフル１５Ｂの窓形成用切欠き１６Ｂにより形成されたシェル２の幅方向中央部に位置する窓１８から、該中央部窓形成用バッフル１５Ｂとその下流側に隣接する図６（ロ）に二点鎖線で示す如き両端部窓形成用バッフル２１Ａとの間の流路へ流入する熱媒１０は、上記窓１８における流路幅方向の中央部、あるいは、流路幅方向の両端部のいずれの個所を通る場合であっても、反応管３と熱交換しつつ上記両端部窓形成用バッフル２１Ａの窓形成用切欠き２２Ａにより形成されたシェル２の幅方向両端部に位置する窓２４に到達するまでの平均流路長が均等化される。

又、図６（ハ）に示す両端部窓形成用バッフル２１Ａの窓形成用切欠き２２Ａにより形成されたシェル２の幅方向両端部に位置する窓２４から、該両端部窓形成用バッフル２１Ａとその下流側に隣接する図６（ハ）に二点鎖線で示す如き中央部窓形成用バッフル１５Ｂとの間の流路へ流入する熱媒１０は、上記窓２４における流路幅方向の中央部、あるいは、流路幅方向の両端部のいずれの個所を通る場合であっても、反応管３と熱交換しつつ上記中央部窓形成用バッフル１５Ｂの窓形成用切欠き１６Ｂにより形成されたシェル２の幅方向中央部に位置する窓１８に到達するまでの平均流路長が均等化される。

したがって、本実施の形態の対向流入形式の多管式反応装置１Ｃによっても、図１（イ）（ロ）（ハ）及び図２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

図７（イ）（ロ）は、単一流入形式の多管式反応装置に適用した場合の例を示すもので、以下のような構成としてある。

すなわち、単一流入形式の多管式反応装置１１Ａは、図７（イ）（ロ）に示すように、シェル２の内径に応じた外径を備えてシェル２の内部を仕切ることが可能な円板の外周部における周方向の１個所に、窓形成用（開口部形成用）の切欠き２８を設けてバッフル２７を形成する。且つ上記バッフル２７の窓形成用切欠き２８は、バッフル２７の外周部における該窓形成用切欠き２８を設ける個所の弦の長手方向中間部に対応する個所のエッジ２９ｂを、該弦の長手方向両端寄り部分に対応する個所のエッジ２９ａ，２９ｃに比して、上記弦と直交する方向へ相対的に或る寸法突出させてなる形状とする。

更に、図９（イ）に示したと同様に複数の反応管３を収納したシェル２内における反応管３の長手方向の複数個所に、上記バッフル２７を、隣接するバッフル２７同士で窓形成用切欠き２８の周方向の位置が１８０度ずつずれた互い違いの配置となるように取り付ける。これにより、上記シェル２内にて上記各バッフル２７によって仕切られて反応管３の長手方向に複数段に形成される熱媒１０の流路を、該各バッフル２７の窓形成用切欠き２８とシェル２の内面によって囲まれる空間に形成される窓（開口部）３０を介して周方向の１８０度対向する位置で交互に連通させた構成とする。

詳述すると、上記バッフル２７の窓形成用切欠き２８は、図７（ロ）に示すように、バッフル２７の外周部における該窓形成用切欠き２８を設ける個所となる周方向の１個所について、該窓形成用切欠き２８により形成する上記窓３０における熱媒１０の流路幅方向となる該個所における弦の長手方向に複数の領域、たとえば、該弦の寸法をほぼ３等分させた３つの領域３１ａ，３１ｂ，３１ｃに分け、該各領域３１ａ，３１ｂ，３１ｃのうち、上記弦の長手方向両端部に対応する流路幅方向両端寄りの２つの領域３１ａ及び３１ｃには、或る個所に、該弦と平行なエッジ２９ａ，２９ｃを設け、且つ上記弦の長手方向中央部に対応する流路幅方向中央部の領域３１ｂには、上記２つの領域３１ａ及び３１ｃにおけるエッジ２９ａ，２９ｃよりも上記円板形状の外周に近接する側へ所要寸法突出する位置に、上記弦と平行なエッジ２９ｂを設けた構成としてある。

上記バッフル２７に設けた窓形成用切欠き２８における上記流路幅方向中央部の領域３１ｂのエッジ２９ｂと、その両側の領域３１ａ及び３１ｃにおけるエッジ２９ａ及び２９ｃとの上記弦と直交する方向に関する突出量の相対的な差は、たとえば、該バッフル２７の基準となる円板形状の中心線位置から、上記バッフル２７の窓形成用切欠き２８における各領域３１ａ，３１ｂ，３１ｃのエッジ２９ａ，２９ｂ，２９ｃまでの平均流路長が均一となるように設定してある。

具体的には、上記シェル２内では、上記したように流路幅方向中央部の領域３１ｂのエッジ２９ｂを、流路幅方向両端部の領域３１ａ，３１ｃのエッジ２９ａ，２９ｃよりも突出させてなる形状の窓形成用切欠き２８を備えたバッフル２７を、隣接するバッフル２７同士で窓形成用切欠き２８の周方向の位置が１８０度ずつずれた互い違いの配置となるように取り付けてあるため、上下流方向に隣接する２つのバッフル２７の間に形成された各流路では、上流側のバッフル２７の窓形成用切欠き２８により形成される熱媒１０が流入する側の窓３０と、下流側の別のバッフル２７の窓形成用切欠き２８により形成される熱媒１０が流出する側の窓３０の平面的な配置は、上記各バッフル２７の基準となる円板形状の中心線を挟んで対称となる。

したがって、上記上下流方向に隣接する２つのバッフル２７の間に形成された各流路における熱媒１０の流路長は上記円板形状の中心線の位置で分けて考えればよいことになる。

よって、上記バッフル２７の窓形成用切欠き２８における流路幅方向の各領域３１ａ，３１ｂ，３１ｃのエッジ２９ａ，２９ｂ，２９ｃの位置は、図５（イ）（ロ）（ハ）に示した対向流入形式の多管式反応装置における両端部窓形成用バッフル２１の窓形成用切欠き２２における流路幅方向の各領域２５ａ，２５ｂ，２５ｃのエッジ２３ａ，２３ｂ，２３ｃの位置を決定する場合と同様の手順で定めるようにすればよい。

すなわち、先ず上記シェル２内にて上記バッフル２７の窓形成用切欠き２８により形成する窓３０に熱媒１０を所定の流量で流通させるために所望される該窓３０の流路面積を基に、上記バッフル２７における窓形成用切欠き２８が、図９（イ）（ロ）に示した従来の対向流入形式の多管式反応装置１における欠円形状のバッフル１２の窓形成用切欠き１３と同様に一直線のエッジを備えていると仮定した場合の円板形状の切断位置となる図７（ロ）に一点鎖線で示す如き基準の弦３２の位置を求めた後、前記式（１）と同様にして、上記円板形状の中心線に沿った流路幅方向の全長に亘る位置から、上記弦３２の位置における上記バッフル２７の窓形成用切欠き２８に設定した流路幅方向の各領域３１ａ，３１ｂ，３１ｃの線分の位置までの平均流路長を求める。

次いで、上記のようにして流路幅方向の各領域３１ａ，３１ｂ，３１ｃに関して求められた平均流路長の値の差を解消（相殺）させるように、上記流路幅方向に設定された各領域３１ａ，３１ｂ，３１ｃでの実際のバッフル窓幅を、前記式（２）と同様の式により求めるようにして、該求められたバッフル窓幅が得られるように、上記バッフル２７の窓形成用切欠き２８における上記流路幅方向の各領域３１ａ，３１ｂ，３１ｃにおけるエッジ２９ａ，２９ｂ，２９ｃの位置を決めるようにしてある。

その他、図９（イ）（ロ）に示したものと同一のものには同一符号が付してある。

以上の構成としてある本実施の形態の単一流入形式の多管式反応装置１１Ａによれば、シェル２内にて上記各バッフル２７によって仕切られて反応管３の長手方向に複数段に形成される流路に熱媒１０を単一の流れで蛇行させて流通させるときに、図７（ロ）に示すように、上下流方向に隣接配置された２つのバッフル２７（図７（ロ）では、上流側のバッフル２７を実線で、下流側のバッフル２７を二点鎖線で示してある）の間に形成された流路では、上流側バッフル２７の窓形成用切欠き２８により形成されたシェル２の幅方向の一端部に位置する窓３０から流入する熱媒１０は、該窓３０における流路幅方向の中央部、あるいは、流路幅方向の両端部のいずれの個所を通る場合であっても、反応管３と熱交換しつつ上記バッフル２７の基準となる円板形状の中心線の位置、すなわち、シェル２の幅方向中間部に達した後、下流側のバッフル２７の窓形成用切欠き２８によって形成された窓３０に至るまでの平均流路長が均等化される。

したがって、本実施の形態の単一流入形式の多管式反応装置１１Ａによっても、同一段の流路を流通する熱媒１０が反応管３と熱交換するときの熱交換量を、流路幅方向のいずれの個所を通る場合であってもほぼ均等化できると共に、同一段の流路における平均流路長が均等化されることに伴って流路幅方向の一部で部分的に圧力損失が高まることもないため、流路幅方向における熱媒１０の流量が部分的に増減することも防止できる。よって、図１（イ）（ロ）（ハ）及び図２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、図１（イ）（ロ）（ハ）乃至図７（イ）（ロ）において、各多管式反応装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１１Ａの所定のバッフル１５，１５Ａ，１５Ｂ，２１，２１Ａ，２７の窓形成用切欠き１６，１６Ａ，１６Ｂ，２２，２２Ａ，２８について設定する流路幅方向中央部のエッジを流路幅方向両端部のエッジに比して突出させた量は、図示するための便宜的な寸法であり、実際の寸法を反映したものではない。

図１（イ）（ロ）（ハ）及び図２の実施の形態における中央部窓形成用バッフル１５の窓形成用切欠き１６、図５（イ）（ロ）（ハ）の実施の形態における両端部窓形成用バッフル２１の窓形成用切欠き２２、図６（イ）（ロ）（ハ）の実施の形態における中央部窓形成用及び両端部窓形成用の各バッフル１５Ｂ及び２１Ａの窓形成用切欠き１６Ｂ及び２２Ａ、図７（イ）（ロ）の実施の形態におけるバッフル２７の窓形成用切欠き２８は、エッジの流路幅方向中間部を流路幅方向両端部に比して突出させた形状とする場合に、流路幅方向に分割して設定する領域は、必ずしも等幅でなくてもよく、又、流路幅方向に分割して設定する領域の数を、４や５以上としてもよい。

又、図５（イ）（ロ）（ハ）の実施の形態における両端部窓形成用バッフル２１の窓形成用切欠き２２、図６（イ）（ロ）（ハ）の実施の形態における中央部窓形成用及び両端部窓形成用の各バッフル１５Ｂ及び２１Ａの窓形成用切欠き１６Ｂ及び２２Ａ、図７（イ）（ロ）の実施の形態におけるバッフル２７の窓形成用切欠き２８は、エッジの流路幅方向中間部を流路幅方向両端部に比して突出させた形状とする場合に、図４に示した中央部窓形成用バッフル１５Ａの窓形成用切欠き１６Ａのエッジと同様に、バッフル窓幅を流路幅方向に連続的に変化させる形式のエッジを備える構成としてもよい。

図５（イ）（ロ）（ハ）の実施の形態、図６（イ）（ロ）（ハ）の実施の形態、図７（イ）（ロ）の実施の形態において熱媒１０の平均流路長を求める手法として、数値流体解析を用いてシミュレーションによって得られる流量比等を基にして、より詳細に求めるようにする手法や、幾何学的な計算で求める手法を採用してもよい。

シェル２の径や長さの寸法は適宜変更してもよい。又、シェル２内にて反応管３の長手方向に配列して設けるバッフル４ａ，６ａ，１５，１５Ａ，１５Ｂ，２１，２１Ａ，２７の数は、シェル２のサイズや、反応管３の発熱量や、使用する熱媒１０の性状等に応じて適宜変更してもよい。

その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 対向流入形式の多管式反応装置（多管式反応装置）
２ シェル
３ 反応管
４ａ 中央部窓形成用バッフル（バッフル）
５ 窓形成用切欠き
６ａ 両端部窓形成用バッフル（バッフル）
７ 窓形成用切欠き
１０ 熱媒
１１Ａ 単一流入形式の多管式反応装置（多管式反応装置）
１５，１５Ａ，１５Ｂ 中央部窓形成用バッフル（バッフル）
１６，１６Ａ，１６Ｂ 窓形成用切欠き
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅ，１７ｆ エッジ
１８ 窓
２１，２１Ａ 両端部窓形成用バッフル（バッフル）
２２，２２Ａ 窓形成用切欠き
２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅ，２３ｆ エッジ
２４ 窓
２７ バッフル（バッフル）
２８ 窓形成用切欠き
２９ａ，２９ｂ，２９ｃ エッジ
３０ 窓

Claims (2)

1. シェル内に複数の反応管を収納し、該シェル内における反応管の長手方向の複数個所に、シェル内径に対応する外径の円板形状における上記シェルの幅方向中央部と対応する中心線の位置に窓形成用切欠きを備えてなる中央部窓形成用バッフルと、上記と同様の円板形状における上記シェルの幅方向両端部に対応する外周部の２個所にそれぞれ窓形成用切欠きを備えてなる両端部窓形成用バッフルとを、シェル内の反応管の長手方向に交互に配列して設けて、上記シェル内に上記中央部窓形成用バッフルと両端部窓形成用バッフルによって仕切られて形成された複数段の流路を、上記中央部窓形成用バッフルの窓形成用切欠きとシェルの内面により形成される窓と、上記両端部窓形成用バッフルの窓形成用切欠きとシェルの内面により形成される窓とを介し順次連通させて、熱媒を蛇行させて流通させることができるようにし、且つ上記シェル内に形成する各段の流路における流路幅方向の中央部の領域とその両端部の領域の熱媒の平均流路長の差を抑制するように上記中央部窓形成用バッフルの窓形成用切欠きの流路幅方向中央部のエッジを、流路幅方向両端部のエッジよりも突出させて、該突出させたエッジの端面を上記円板形状の中心線と平行にしてなる構成を有することを特徴とする多管式反応装置。
2. シェル内に複数の反応管を収納し、該シェル内における反応管の長手方向の複数個所に、シェル内径に対応する外径の円板形状における上記シェルの幅方向中央部と対応する中心線の位置に窓形成用切欠きを備えてなる中央部窓形成用バッフルと、上記と同様の円板形状における上記シェルの幅方向両端部に対応する外周部の２個所にそれぞれ窓形成用切欠きを備えてなる両端部窓形成用バッフルとを、シェル内の反応管の長手方向に交互に配列して設けて、上記シェル内に上記中央部窓形成用バッフルと両端部窓形成用バッフルによって仕切られて形成された複数段の流路を、上記中央部窓形成用バッフルの窓形成用切欠きとシェルの内面により形成される窓と、上記両端部窓形成用バッフルの窓形成用切欠きとシェルの内面により形成される窓とを介し順次連通させて、熱媒を蛇行させて流通させることができるようにし、且つ上記シェル内に形成する各段の流路における流路幅方向の中央部の領域とその両端部の領域の熱媒の平均流路長の差を抑制するように上記中央部窓形成用バッフルの窓形成用切欠きにおける流路幅方向中央部のエッジを、流路幅方向両端部のエッジよりも矩形状に突出させて、該突出させたエッジの端面を上記円板形状の中心線と平行にしてなる構成とすると共に、上記両端部窓形成用バッフルの窓形成用切欠きにおける流路幅方向中央部のエッジを、流路幅方向両端部のエッジよりも矩形状に突出させて、該突出させたエッジの端面を弦と平行にしてなる構成を有することを特徴とする多管式反応装置。

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