JPH04227483A - Ｈｆアルキレーション法に用いられる熱交換器 - Google Patents
Ｈｆアルキレーション法に用いられる熱交換器Info
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- JPH04227483A JPH04227483A JP3100829A JP10082991A JPH04227483A JP H04227483 A JPH04227483 A JP H04227483A JP 3100829 A JP3100829 A JP 3100829A JP 10082991 A JP10082991 A JP 10082991A JP H04227483 A JPH04227483 A JP H04227483A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】本発明は、一般にシェル アンド チ
ューブ式熱交換器つまり多管円筒型熱交換器に関し、特
に液の蒸発又は蒸気の凝縮用で、管板及び前端頭部設計
が改良された多管円筒型熱交換器に関するが、これらに
限定されるものでもない。
ューブ式熱交換器つまり多管円筒型熱交換器に関し、特
に液の蒸発又は蒸気の凝縮用で、管板及び前端頭部設計
が改良された多管円筒型熱交換器に関するが、これらに
限定されるものでもない。
【０００２】
【従来の技術】工業界にあっては、熱移動法はほとんど
全ての化学プロセスの重要な部分を形成している。最も
多用されている熱移動用の機器の一つに、多管円筒型熱
交換器がある。熱交換器のいろいろな形式については、
周知の多くの刊行物に総括して記載されている。その一
例は、ペリーの化学技術者便覧（Ｐｅｒｒｙ’ｓ Ｃ
ｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ’Ｈａｎｄｂｏ
ｏｋ，Ｇｒｅｅｎ，６ｔｈｅｄ．１９８４）の第１１章
の３−２１に記載されている。一般に、この形式の熱交
換器は、入口頭部、管束、出口頭部を包含し、入口頭部
は出口頭部と流体的に連通している。管束は胴の中に包
まれ、胴の中の一流体が管束中の管の外表面と接触して
流れ、管束中の管を流れる他流体から又はこの流体へ熱
を伝達することが可能になっている。
全ての化学プロセスの重要な部分を形成している。最も
多用されている熱移動用の機器の一つに、多管円筒型熱
交換器がある。熱交換器のいろいろな形式については、
周知の多くの刊行物に総括して記載されている。その一
例は、ペリーの化学技術者便覧（Ｐｅｒｒｙ’ｓ Ｃ
ｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ’Ｈａｎｄｂｏ
ｏｋ，Ｇｒｅｅｎ，６ｔｈｅｄ．１９８４）の第１１章
の３−２１に記載されている。一般に、この形式の熱交
換器は、入口頭部、管束、出口頭部を包含し、入口頭部
は出口頭部と流体的に連通している。管束は胴の中に包
まれ、胴の中の一流体が管束中の管の外表面と接触して
流れ、管束中の管を流れる他流体から又はこの流体へ熱
を伝達することが可能になっている。
【０００３】多管円筒型熱交換器は、例えば凝縮、冷却
、蒸発、揮発、及び二流体間の熱エネルギーの単なる交
換のようなほとんど全ての機能的用途に用いることがで
きる。更に、多管円筒型熱交換器は、例えば水、スチー
ム、炭化水素、酸、及び塩基を包含するほとんど全ての
種類の化学化合物を取り扱うことができる。ＨＦアルキ
レーションという特定の石油精製プロセスにおいては、
多管円筒型熱交換器は多くの用途に用いられているが、
この中にはＨＦ酸の蒸発と凝縮を伴うものが幾つかある
。ＨＦ酸が極めて腐食性が高いことから、ＨＦアルキレ
ーション法の運転員は、ＨＦ酸を取り扱う用途に用いら
れる多管円筒型熱交換器において腐食、磨滅、スケーリ
ング、汚れに関連する重大な問題に遭遇している。 特に、ＨＦ酸の蒸発器に関しては、熱交換器の終段のパ
スの管の出口に近い管板領域では、過酷な腐食及び磨滅
を、また熱交換器の初段のパスの管の入口領域では、過
酷なスケーリング及び汚れを運転員は経験してきている
。この被害の結果、設計期待寿命の十数分の一しかない
管束を手にして運転員は唖然としたこともある。実際、
極めて耐蝕性のモネル材でできた管を有する従来型の熱
交換器ではせいぜい長くとも６カ月しか寿命がない管束
しか手にすることができなかった運転員もいたのである
。これらの管束は通常ならば３年以上の使用期待寿命が
ある筈のものである。
、蒸発、揮発、及び二流体間の熱エネルギーの単なる交
換のようなほとんど全ての機能的用途に用いることがで
きる。更に、多管円筒型熱交換器は、例えば水、スチー
ム、炭化水素、酸、及び塩基を包含するほとんど全ての
種類の化学化合物を取り扱うことができる。ＨＦアルキ
レーションという特定の石油精製プロセスにおいては、
多管円筒型熱交換器は多くの用途に用いられているが、
この中にはＨＦ酸の蒸発と凝縮を伴うものが幾つかある
。ＨＦ酸が極めて腐食性が高いことから、ＨＦアルキレ
ーション法の運転員は、ＨＦ酸を取り扱う用途に用いら
れる多管円筒型熱交換器において腐食、磨滅、スケーリ
ング、汚れに関連する重大な問題に遭遇している。 特に、ＨＦ酸の蒸発器に関しては、熱交換器の終段のパ
スの管の出口に近い管板領域では、過酷な腐食及び磨滅
を、また熱交換器の初段のパスの管の入口領域では、過
酷なスケーリング及び汚れを運転員は経験してきている
。この被害の結果、設計期待寿命の十数分の一しかない
管束を手にして運転員は唖然としたこともある。実際、
極めて耐蝕性のモネル材でできた管を有する従来型の熱
交換器ではせいぜい長くとも６カ月しか寿命がない管束
しか手にすることができなかった運転員もいたのである
。これらの管束は通常ならば３年以上の使用期待寿命が
ある筈のものである。
【０００４】腐食又は磨滅の性質及び種類から見て、ま
たこのような腐食及び磨滅が、ＨＦ酸蒸発の熱交換器内
で典型的に起こる特定の場所から見て、ＨＦ酸熱交換器
で起こる激しい被害の原因は、熱交の種類又は使用管板
の種類、及び取り扱われるＨＦ酸の激しい腐食性にある
と、運転員及び彼らの技術スタッフは考えてきた。これ
らの問題に対処して、運転員たちはあまたの異なった解
決法を試みてきた。例えば、管板を二重にして用いたり
、管板内に管を回転装入する方法を変えたり、熱交の管
の端を管板にシール溶接するいろいろな技法を用いたり
などである。ＨＦ酸蒸発器の使用に関する腐食又は磨滅
問題を解決するためのこれらの試みは、運転員らが観察
してきた種類の腐食又は磨滅を解決するための典型的な
応答ではあるが、残念ながらこれらの試みはこれらの問
題を解決するのに成功しなかった。ＨＦ酸蒸発器の管内
での腐食又は磨滅原因は、取り扱われる流体化合物の腐
食性に単に関与するのではなく、むしろ、本発明者らが
発見したように、その原因は、管内を流れる流体の流体
特性に左右されるということが、当工業界の者には、思
い至らなかったのである。
たこのような腐食及び磨滅が、ＨＦ酸蒸発の熱交換器内
で典型的に起こる特定の場所から見て、ＨＦ酸熱交換器
で起こる激しい被害の原因は、熱交の種類又は使用管板
の種類、及び取り扱われるＨＦ酸の激しい腐食性にある
と、運転員及び彼らの技術スタッフは考えてきた。これ
らの問題に対処して、運転員たちはあまたの異なった解
決法を試みてきた。例えば、管板を二重にして用いたり
、管板内に管を回転装入する方法を変えたり、熱交の管
の端を管板にシール溶接するいろいろな技法を用いたり
などである。ＨＦ酸蒸発器の使用に関する腐食又は磨滅
問題を解決するためのこれらの試みは、運転員らが観察
してきた種類の腐食又は磨滅を解決するための典型的な
応答ではあるが、残念ながらこれらの試みはこれらの問
題を解決するのに成功しなかった。ＨＦ酸蒸発器の管内
での腐食又は磨滅原因は、取り扱われる流体化合物の腐
食性に単に関与するのではなく、むしろ、本発明者らが
発見したように、その原因は、管内を流れる流体の流体
特性に左右されるということが、当工業界の者には、思
い至らなかったのである。
【０００５】従って、本発明は、ＨＦアルキレーション
法の運転員が長年苦闘してきたＨＦ酸蒸発器の使用に関
する特定の問題に対する対応として開発されたものであ
る。
法の運転員が長年苦闘してきたＨＦ酸蒸発器の使用に関
する特定の問題に対する対応として開発されたものであ
る。
【０００６】本発明は、ＨＦ酸蒸発用に用いられる取り
出し可能な管束を有する形式の改良された多管円筒型熱
交換器である。改良点は、流体の流路全体により均一な
速度分布を形成させるために多数回パスのＨＦ酸蒸発器
の管を流れる流体の流れを上手く規制することを包含す
る。
出し可能な管束を有する形式の改良された多管円筒型熱
交換器である。改良点は、流体の流路全体により均一な
速度分布を形成させるために多数回パスのＨＦ酸蒸発器
の管を流れる流体の流れを上手く規制することを包含す
る。
【０００７】本発明は添付の図面を参照することによっ
て明らかになろう。
て明らかになろう。
【０００８】多くの典型的な精油所のＨＦアルキレーシ
ョン法に含まれているＨＦ酸再生回路に用いられている
ＨＦ酸蒸発器及び凝縮器に起こることが認められている
腐食又は磨滅問題を軽減するように本発明は設計される
。本発明者が発見したところによると、多くの場合、こ
れまでに考えられた理論と対照的に、ＨＦ酸熱交換器に
おける腐食又は磨滅の被害は、主として管側の流体の速
度が過度に高いことに起因し、汚れの場合は、管側の流
体の速度が過度に低いことに起因するものである。熱交
換器の管の速度分布が均一でないことに関係する問題は
、熱交内を流れる流体に起こる相変化に基づくものであ
る。この相変化の結果として、ガス又は液体が熱交の管
を流れるとき容積流量が変化する。この容積流量が変化
すると、結果として流体速度が変化し、流体が蒸発する
場合は、熱交換器を通過するにつれてその速度が増加し
、そのような過度に高い管側流体速度に関係する磨滅又
は腐食又は両方の被害をもたらす危険性が増大する。
ョン法に含まれているＨＦ酸再生回路に用いられている
ＨＦ酸蒸発器及び凝縮器に起こることが認められている
腐食又は磨滅問題を軽減するように本発明は設計される
。本発明者が発見したところによると、多くの場合、こ
れまでに考えられた理論と対照的に、ＨＦ酸熱交換器に
おける腐食又は磨滅の被害は、主として管側の流体の速
度が過度に高いことに起因し、汚れの場合は、管側の流
体の速度が過度に低いことに起因するものである。熱交
換器の管の速度分布が均一でないことに関係する問題は
、熱交内を流れる流体に起こる相変化に基づくものであ
る。この相変化の結果として、ガス又は液体が熱交の管
を流れるとき容積流量が変化する。この容積流量が変化
すると、結果として流体速度が変化し、流体が蒸発する
場合は、熱交換器を通過するにつれてその速度が増加し
、そのような過度に高い管側流体速度に関係する磨滅又
は腐食又は両方の被害をもたらす危険性が増大する。
【０００９】本発明の場合、過度に高い管側流体速度及
び過度に低い管側流体速度に関係する問題に対処するに
用いられる解決法は、一パス当たりの数が異なる多数回
の管パスを特徴とする、多数回パスの熱交換器を使用す
ることである。この多数回パスの熱交換器は、邪魔板又
は仕切り板を熱交換器の頭部及び反転端部に設けること
によって構成され、流体はかかる邪魔板又は仕切り板に
よって流体が適当な相対位置の管へ流れるようにされる
ものである。パス当たりの管の数が異なる熱交を提供す
ることによって、流体が管を通過するにつれて流体の相
が変化する場合でも、熱交の長さ方向に比較的均一な流
体速度分布を維持するように設計することが可能となる
のである。熱交の管側の流体速度を制御することによっ
て、管内の速度分布が均一でないことに関係する腐食、
磨滅、及び汚れが最小限に抑えられ、その結果、熱交の
管の有効寿命及びＨＦアルキレーション プロセスの
運転効率が改良される。
び過度に低い管側流体速度に関係する問題に対処するに
用いられる解決法は、一パス当たりの数が異なる多数回
の管パスを特徴とする、多数回パスの熱交換器を使用す
ることである。この多数回パスの熱交換器は、邪魔板又
は仕切り板を熱交換器の頭部及び反転端部に設けること
によって構成され、流体はかかる邪魔板又は仕切り板に
よって流体が適当な相対位置の管へ流れるようにされる
ものである。パス当たりの管の数が異なる熱交を提供す
ることによって、流体が管を通過するにつれて流体の相
が変化する場合でも、熱交の長さ方向に比較的均一な流
体速度分布を維持するように設計することが可能となる
のである。熱交の管側の流体速度を制御することによっ
て、管内の速度分布が均一でないことに関係する腐食、
磨滅、及び汚れが最小限に抑えられ、その結果、熱交の
管の有効寿命及びＨＦアルキレーション プロセスの
運転効率が改良される。
【００１０】さて、図面を参照する。図１は、胴１２及
び管束１４を包含する多管円筒型熱交換器１０を示す。 管束１４は、複数のＵ字型管１５から成るが、これらＵ
字型管は、ドリルで開けられた管孔内部に管を回し挿入
する汎用技術を用いて管板に固定される。管束１４の管
１５と管板１６とは、例えば三角ピッチ又は四角ピッチ
など普通に用いられる形で対称形に配置することができ
、また、例えば、鋼、銅、モネル、アドミラルティ黄銅
、７０−３０銅−ニッケル、アルミニウム青銅、アルミ
ニウム、及びステンレス鋼を包含するいろいろな材料で
製作することができる。しかし、現時点で好ましい態様
は、四角ピッチに配列された管１５で、モネル材で製作
された管１５から成るものである。図１に示されるよう
に、管束１４は、取り外し可能なＵ字型管から成り、一
枚の管板１６に取りつけられたものであるが、本発明は
、Ｕ字型管構造に限定されるものでなく、胴１２から管
束１４を抜き出し可能な構造のものならどんなものでも
よく、遊動頭型の管束を包含する。更に、二重管板を含
む、どんな許容の管板構造も管板一枚のものの代わりに
用いることができる。管板１６は、胴側フランジ１８と
管路側フランジ２０との間にボルト（図示せず）を用い
て固定される。
び管束１４を包含する多管円筒型熱交換器１０を示す。 管束１４は、複数のＵ字型管１５から成るが、これらＵ
字型管は、ドリルで開けられた管孔内部に管を回し挿入
する汎用技術を用いて管板に固定される。管束１４の管
１５と管板１６とは、例えば三角ピッチ又は四角ピッチ
など普通に用いられる形で対称形に配置することができ
、また、例えば、鋼、銅、モネル、アドミラルティ黄銅
、７０−３０銅−ニッケル、アルミニウム青銅、アルミ
ニウム、及びステンレス鋼を包含するいろいろな材料で
製作することができる。しかし、現時点で好ましい態様
は、四角ピッチに配列された管１５で、モネル材で製作
された管１５から成るものである。図１に示されるよう
に、管束１４は、取り外し可能なＵ字型管から成り、一
枚の管板１６に取りつけられたものであるが、本発明は
、Ｕ字型管構造に限定されるものでなく、胴１２から管
束１４を抜き出し可能な構造のものならどんなものでも
よく、遊動頭型の管束を包含する。更に、二重管板を含
む、どんな許容の管板構造も管板一枚のものの代わりに
用いることができる。管板１６は、胴側フランジ１８と
管路側フランジ２０との間にボルト（図示せず）を用い
て固定される。
【００１１】胴１２には、ノズル２２及び２４が図示の
ように間隔をおいて配設され、胴を横切り、管束１４の
管の外側を長手方向に胴側の流体を流すようにさせてい
る。このように胴側流体を一回パスで流すことが、本発
明の現在好ましい態様での好ましい配置である。一般に
、これが典型的設計の多管円筒型熱交換器における最も
普通に用いられる流れ配置であるけれども、他の胴側流
れ配置も可能である。例えば、分流フロー、二重分流フ
ロー、分割フロー及び交差フローなどがあるが、これら
は追加ノズル又は異なったノズル配置を必要とするし、
場合によっては追加ノズルと異なるノズル配置を共に必
要とする。管束１４には、欠円型の邪魔板２６が適宜な
間隔で配置されているが、このようにすると乱流流れを
誘発し、管束１４の管１５の軸に直角に胴側流体を流す
ことによって熱移動が改良される。欠円型の邪魔板２６
は円形の穿孔された板からできており、熱交の管を差し
込めるようになっている。欠円型の邪魔板２６の直径は
、胴１２の内径に略等しく、各邪魔板２６の約２５％が
穿孔された板から切り取られている。邪魔板２６の切り
取られた部分は、お互いに１８０°回転され、管束１４
に対し上下、左右又はジグザグ状の流体流パターンを形
成させるようになっている。本発明の現在好ましい実施
態様においては２５％切断の欠円型邪魔板が用いられる
けれども、他の形式の邪魔板、例えばディスク ドー
ナツ型邪魔板、ロッド型邪魔板、二重欠円型邪魔板、及
び三重欠円型邪魔板も使用することができる。
ように間隔をおいて配設され、胴を横切り、管束１４の
管の外側を長手方向に胴側の流体を流すようにさせてい
る。このように胴側流体を一回パスで流すことが、本発
明の現在好ましい態様での好ましい配置である。一般に
、これが典型的設計の多管円筒型熱交換器における最も
普通に用いられる流れ配置であるけれども、他の胴側流
れ配置も可能である。例えば、分流フロー、二重分流フ
ロー、分割フロー及び交差フローなどがあるが、これら
は追加ノズル又は異なったノズル配置を必要とするし、
場合によっては追加ノズルと異なるノズル配置を共に必
要とする。管束１４には、欠円型の邪魔板２６が適宜な
間隔で配置されているが、このようにすると乱流流れを
誘発し、管束１４の管１５の軸に直角に胴側流体を流す
ことによって熱移動が改良される。欠円型の邪魔板２６
は円形の穿孔された板からできており、熱交の管を差し
込めるようになっている。欠円型の邪魔板２６の直径は
、胴１２の内径に略等しく、各邪魔板２６の約２５％が
穿孔された板から切り取られている。邪魔板２６の切り
取られた部分は、お互いに１８０°回転され、管束１４
に対し上下、左右又はジグザグ状の流体流パターンを形
成させるようになっている。本発明の現在好ましい実施
態様においては２５％切断の欠円型邪魔板が用いられる
けれども、他の形式の邪魔板、例えばディスク ドー
ナツ型邪魔板、ロッド型邪魔板、二重欠円型邪魔板、及
び三重欠円型邪魔板も使用することができる。
【００１２】図１，２及び３を参照する。これらの図に
は前端の固定ボンネット頭２８が示され、これには入口
ノズル３０、出口ノズル３２、二枚の水平方向配向の仕
切り板３４及び３６、及び一枚の垂直方向配向の仕切り
板３８が取り付けられ、更に管路フランジ２０が取り付
けられ、これは、管路フランジ２０と相対する胴フラン
ジ１８とを貫通するボルト（図示せず）によって胴１２
に組付けられる。固定手段としては、ボルトとフランジ
とを使用することが一般には好ましいが、固定前端ボン
ネット頭２８と胴１２とを、管板１６をその間に挟んで
固定する他の好適な手段、例えばクランプやラッチも使
用することができる。フランジ１８及び２０は、本発明
に従って設計される管板１６を閉じた位置に締めつける
。パス仕切り板３４，３６，及び３８の外縁と、管板１
６の表面に形成されたこれらに対応する溝５０，５２，
及び５４との間の、図２〜４に示されるような、継ぎ目
は、パス仕切り板３４の外縁３４ａを水平仕切り溝５０
へ、パス仕切り板３６の外縁３６ａを水平仕切り溝５２
へ、そしてパス仕切り板３８の外縁３８ａを水平仕切り
溝５４へ挿入することによって形成される。なお、仕切
り板溝５０と５４は図１には示されないが、図２及び４
には示されている。これらの継ぎ目は好適なガスケット
（図示せず）と、管路フランジ２０と胴フランジ１８と
を組付けるボルトの締めつけ力によって得られる力で密
封されている。ボンネット型頭部２８には、吊り上げ用
の取付け具４０が付いている。胴１２には、サドル型の
支持台４２及び４４が取りつけられていて、これは支持
と共に基礎の上に据えつける役目を果たしている。
は前端の固定ボンネット頭２８が示され、これには入口
ノズル３０、出口ノズル３２、二枚の水平方向配向の仕
切り板３４及び３６、及び一枚の垂直方向配向の仕切り
板３８が取り付けられ、更に管路フランジ２０が取り付
けられ、これは、管路フランジ２０と相対する胴フラン
ジ１８とを貫通するボルト（図示せず）によって胴１２
に組付けられる。固定手段としては、ボルトとフランジ
とを使用することが一般には好ましいが、固定前端ボン
ネット頭２８と胴１２とを、管板１６をその間に挟んで
固定する他の好適な手段、例えばクランプやラッチも使
用することができる。フランジ１８及び２０は、本発明
に従って設計される管板１６を閉じた位置に締めつける
。パス仕切り板３４，３６，及び３８の外縁と、管板１
６の表面に形成されたこれらに対応する溝５０，５２，
及び５４との間の、図２〜４に示されるような、継ぎ目
は、パス仕切り板３４の外縁３４ａを水平仕切り溝５０
へ、パス仕切り板３６の外縁３６ａを水平仕切り溝５２
へ、そしてパス仕切り板３８の外縁３８ａを水平仕切り
溝５４へ挿入することによって形成される。なお、仕切
り板溝５０と５４は図１には示されないが、図２及び４
には示されている。これらの継ぎ目は好適なガスケット
（図示せず）と、管路フランジ２０と胴フランジ１８と
を組付けるボルトの締めつけ力によって得られる力で密
封されている。ボンネット型頭部２８には、吊り上げ用
の取付け具４０が付いている。胴１２には、サドル型の
支持台４２及び４４が取りつけられていて、これは支持
と共に基礎の上に据えつける役目を果たしている。
【００１３】図２は、管板１６とこの上に形成された三
個の仕切り板溝５０，５２及び５４との配置を示し、更
に入口ノズル３０と出口ノズル３２と共にパス仕切り板
３４，３６及び３８を有するボンネット型頭部２８をも
示す。仕切り板溝５４は垂直の溝で、管板１６の垂直中
心線に沿って形成されている。管板１６の垂直中心線と
は、管板１６の面を対称的な半分に分割する、管板１６
の面に平行な仮想線と定義される。垂直仕切り板溝５４
は、一定の長さを有し、垂直中心線に沿って管板１６の
面の上に形成されている。仕切り板溝５４の中心とは、
仕切り板溝５４の長さの中点で、仕切り板溝５４の外縁
の全ての点から等距離にある点である。仕切り板溝５０
及び５２は、水平仕切り板溝で、通常管板１６の垂直中
心線から外に伸びている。
個の仕切り板溝５０，５２及び５４との配置を示し、更
に入口ノズル３０と出口ノズル３２と共にパス仕切り板
３４，３６及び３８を有するボンネット型頭部２８をも
示す。仕切り板溝５４は垂直の溝で、管板１６の垂直中
心線に沿って形成されている。管板１６の垂直中心線と
は、管板１６の面を対称的な半分に分割する、管板１６
の面に平行な仮想線と定義される。垂直仕切り板溝５４
は、一定の長さを有し、垂直中心線に沿って管板１６の
面の上に形成されている。仕切り板溝５４の中心とは、
仕切り板溝５４の長さの中点で、仕切り板溝５４の外縁
の全ての点から等距離にある点である。仕切り板溝５０
及び５２は、水平仕切り板溝で、通常管板１６の垂直中
心線から外に伸びている。
【００１４】仕切り板３４，３６及び３８は、溶接又は
鋳込み又は他の好適な手段によりボンネット型頭部２８
内に永久的に固定されている。これらの仕切り板は、例
えば流体が熱交の管１５内を流れるに従って流体の相が
変化する場合に要求されるような特定のパターンに管側
を流れる流体を誘導する役目がある。図２に示されるも
のは、パス当たりに管の数が均等でない６パスの熱交を
提供する、本発明の好ましい実施態様であるが、本発明
は以下に記載のように游動頭型の管束を用いる熱交換器
にも拡張することができる。
鋳込み又は他の好適な手段によりボンネット型頭部２８
内に永久的に固定されている。これらの仕切り板は、例
えば流体が熱交の管１５内を流れるに従って流体の相が
変化する場合に要求されるような特定のパターンに管側
を流れる流体を誘導する役目がある。図２に示されるも
のは、パス当たりに管の数が均等でない６パスの熱交を
提供する、本発明の好ましい実施態様であるが、本発明
は以下に記載のように游動頭型の管束を用いる熱交換器
にも拡張することができる。
【００１５】図２と図３及び４の断面図に示される特定
の実施態様は、熱交の管を流れる流体、装置、及びその
運転を示すものである。運転に際して、蒸発されるべき
液体は入口ノズル３０を経て熱交１０の第一室５６へ入
る。液体は第一室を満たした後、次に管板１６内に収め
られた管１５の一部分へと流入する。この部分は、第一
管パスとなる。管１５はＵ字型設計のものであるので、
入ってくる液体は第一管パスの管１５を通過し、反転し
て第二管パスを経て第二室５８へ入る。第二室５８内に
て、流体はぐるりと回って第三管パスへ入り、ここで流
体は第三管パスの管１５の長手軸方向に流れ、反転して
第四管パスを経て室６０へ入る。第三室６０内にて、流
体はもう一度回って第五管パスへ入り、ここで流体は管
１５の長手軸方向に流れ、反転して第六管パスを経て第
四室６２へ入る。第四室６２からは、蒸発された流体が
出口ノズル３２を経て室から出てくる。蒸気が熱交１０
の各管１５及び管束１４を通過するにつれて蒸発プロセ
スを経る。蒸発プロセスにおいては流体の流路内のどの
位置においても蒸気か液体かもしくはこれらの混合物が
存在する。この蒸発プロセスの結果、流体が熱交を通過
するにつれて流体の容積流量が増加し、従って流体速度
が増加する。管側のパス当たりに異なる数の管を割り振
ることにより、管側の流体流の速度の調整と最適化が可
能となり、その結果、汚れと腐食によって引き起こされ
た管の被害を最小限に抑え、そうして熱交換器の有効寿
命を延長するである。
の実施態様は、熱交の管を流れる流体、装置、及びその
運転を示すものである。運転に際して、蒸発されるべき
液体は入口ノズル３０を経て熱交１０の第一室５６へ入
る。液体は第一室を満たした後、次に管板１６内に収め
られた管１５の一部分へと流入する。この部分は、第一
管パスとなる。管１５はＵ字型設計のものであるので、
入ってくる液体は第一管パスの管１５を通過し、反転し
て第二管パスを経て第二室５８へ入る。第二室５８内に
て、流体はぐるりと回って第三管パスへ入り、ここで流
体は第三管パスの管１５の長手軸方向に流れ、反転して
第四管パスを経て室６０へ入る。第三室６０内にて、流
体はもう一度回って第五管パスへ入り、ここで流体は管
１５の長手軸方向に流れ、反転して第六管パスを経て第
四室６２へ入る。第四室６２からは、蒸発された流体が
出口ノズル３２を経て室から出てくる。蒸気が熱交１０
の各管１５及び管束１４を通過するにつれて蒸発プロセ
スを経る。蒸発プロセスにおいては流体の流路内のどの
位置においても蒸気か液体かもしくはこれらの混合物が
存在する。この蒸発プロセスの結果、流体が熱交を通過
するにつれて流体の容積流量が増加し、従って流体速度
が増加する。管側のパス当たりに異なる数の管を割り振
ることにより、管側の流体流の速度の調整と最適化が可
能となり、その結果、汚れと腐食によって引き起こされ
た管の被害を最小限に抑え、そうして熱交換器の有効寿
命を延長するである。
【００１６】上に記載され、図１，２，３および４に示
されるような熱交換器は更にＨＦアルキレーション法の
酸再生回路に使用するために組み込まれる。図５は酸再
生回路概略系統図であり、回路中に用いられるプロセス
機器の相対的位置と本発明の熱交換器の位置を示すもの
である。
されるような熱交換器は更にＨＦアルキレーション法の
酸再生回路に使用するために組み込まれる。図５は酸再
生回路概略系統図であり、回路中に用いられるプロセス
機器の相対的位置と本発明の熱交換器の位置を示すもの
である。
【００１７】オレフィンとイソパラフィンとの混合物か
らなる炭化水素供給原料は、ライザー／反応器１０２の
下半部分へ導管１００から導入される。このライザー／
反応器は、触媒冷却器１０４と静置沈降槽１０６の中段
部分とに流体的に繋がっている。上記炭化水素供給原料
は、ライザー／反応器１０２に導入されるにあたり、実
質的に触媒冷却器１０４の出口の所に導入される。自然
対流によって流れるＨＦ酸触媒は、静置沈降槽１０６か
ら導管１０８を経て触媒冷却器１０４を通過して循環し
ているが、この循環流は、注入された炭化水素と混合し
、混合流を形成する。このように形成された混合流は、
ライザー／反応器１０２を上方向に上昇し、反応流出物
はライザー／反応器１０２から静置沈降槽１０６へ排出
される。静置沈降槽１０６へ入ると、二つの液相が形成
される。触媒相１１０は静置沈降槽１０６の下半分に沈
降静置され、炭化水素相１１２は触媒相の上に形成され
、液−液界面１１４が二相の間に形成される。一旦ＨＦ
酸触媒が静置沈降槽１０６の触媒相中に静置分離される
と、上記のサイクルが反復開始されることになる。
らなる炭化水素供給原料は、ライザー／反応器１０２の
下半部分へ導管１００から導入される。このライザー／
反応器は、触媒冷却器１０４と静置沈降槽１０６の中段
部分とに流体的に繋がっている。上記炭化水素供給原料
は、ライザー／反応器１０２に導入されるにあたり、実
質的に触媒冷却器１０４の出口の所に導入される。自然
対流によって流れるＨＦ酸触媒は、静置沈降槽１０６か
ら導管１０８を経て触媒冷却器１０４を通過して循環し
ているが、この循環流は、注入された炭化水素と混合し
、混合流を形成する。このように形成された混合流は、
ライザー／反応器１０２を上方向に上昇し、反応流出物
はライザー／反応器１０２から静置沈降槽１０６へ排出
される。静置沈降槽１０６へ入ると、二つの液相が形成
される。触媒相１１０は静置沈降槽１０６の下半分に沈
降静置され、炭化水素相１１２は触媒相の上に形成され
、液−液界面１１４が二相の間に形成される。一旦ＨＦ
酸触媒が静置沈降槽１０６の触媒相中に静置分離される
と、上記のサイクルが反復開始されることになる。
【００１８】ＨＦ酸触媒を再生するに際しては、静置沈
降槽１０６及び付属の機器の中の触媒相１１０中に含ま
れているＨＦ酸の一部を、連続的又は間欠的に、供給ポ
ンプ１１８及び導管１２０を用いて酸再生塔１１６へ抜
き出す。供給ポンプ１１８と酸再生塔１１６との間の導
管１２０には、本発明に従って製作される熱交換器１０
が介在する。液体のＨＦ酸はポンプ１１８によって導管
１２０を経て熱交換器１０の管側へ送られ、酸は、スチ
ームのような好適な熱源によって供給される熱エネルギ
ーと交換されることによって蒸発される。蒸発された酸
は、更に導管１２０を経て酸再生塔１１６へ送られ、こ
の塔で分離が行われ、分離された酸溶解性油は導管１２
２から抜き出され、酸溶解性油と水の含有量が顕著に減
少したＨＦ酸は、塔頂から取り出され、導管１２４を経
て静置沈降槽１０６へと送り返される。
降槽１０６及び付属の機器の中の触媒相１１０中に含ま
れているＨＦ酸の一部を、連続的又は間欠的に、供給ポ
ンプ１１８及び導管１２０を用いて酸再生塔１１６へ抜
き出す。供給ポンプ１１８と酸再生塔１１６との間の導
管１２０には、本発明に従って製作される熱交換器１０
が介在する。液体のＨＦ酸はポンプ１１８によって導管
１２０を経て熱交換器１０の管側へ送られ、酸は、スチ
ームのような好適な熱源によって供給される熱エネルギ
ーと交換されることによって蒸発される。蒸発された酸
は、更に導管１２０を経て酸再生塔１１６へ送られ、こ
の塔で分離が行われ、分離された酸溶解性油は導管１２
２から抜き出され、酸溶解性油と水の含有量が顕著に減
少したＨＦ酸は、塔頂から取り出され、導管１２４を経
て静置沈降槽１０６へと送り返される。
【００１９】実施例
本計算例は、開示の本発明を用いて達成できる効用を示
すために示される。表１に示されるのは、典型的に対称
配列の６パスの熱交（〔発明前〕の欄に示される）の管
側の所与の流量に対する熱交換器の計算値と、本発明に
従って製作されたパス当たり異なる数の管を有する非対
称の配列の６パスの熱交（〔発明後〕の欄に示される）
に対する熱交換器の計算値であり、各々液体の蒸発用と
して運転される。表１に記載の計算値は、形式ＢＥＵ（
すなわち、頭部がボンネット型で、１パスの胴で、Ｕ字
型管束の熱交換器）の熱交に対応するもので、この熱交
は、５８本のＵ字型管を有し、Ｕ字型管とは実質的に直
管を二本持ち、それらの直管の間を曲がった管で結んだ
ようなものである。これらの管は、外径１インチの厚さ
１２ＢＷＧ（バーミンガム ワイヤ ゲージ（Ｂｉ
ｒｍｉｎｇｈａｍ Ｗｉｒｅ Ｇａｕｇｅ））のＵ
字型管を１−１／４インチの四角ピッチで配列したもの
で、〔発明前〕の熱交の場合は、第一及び第二パスは２
０直管長、第三及び第四パスは１８直管長、そして第五
及び第六パスは２０直管長を有する。〔発明後〕の熱交
の場合は、第一及び第二パスは各８直管長、第三及び第
四パスは１２直管長、そして第五及び第六パスは３８直
管長を有する。表１に示されるように、入口側の液体の
流速は、出口の蒸気の流速より相当に低いものである。 熱交の管を流れる流体の流れを再配向することにより、
管内のより好ましい速度分布を得ることができる。出て
いく蒸気の速度は低下させ、入ってくる液体の速度は増
加させる。こうすることによって高速の蒸気による磨滅
を減少させ、低速の液速度による汚れを少なくするので
ある。更に、総括伝熱係数も、速度分布の改良に由来し
て改良される。流体の速度分布の不均一性によって引き
起こされる腐食及び磨滅の被害が少なくなると、結果と
して熱交の管の有効寿命が改善され、更に熱交に関連す
る多くの初期投資費及び運転費が少なくなる結果ともな
る。
すために示される。表１に示されるのは、典型的に対称
配列の６パスの熱交（〔発明前〕の欄に示される）の管
側の所与の流量に対する熱交換器の計算値と、本発明に
従って製作されたパス当たり異なる数の管を有する非対
称の配列の６パスの熱交（〔発明後〕の欄に示される）
に対する熱交換器の計算値であり、各々液体の蒸発用と
して運転される。表１に記載の計算値は、形式ＢＥＵ（
すなわち、頭部がボンネット型で、１パスの胴で、Ｕ字
型管束の熱交換器）の熱交に対応するもので、この熱交
は、５８本のＵ字型管を有し、Ｕ字型管とは実質的に直
管を二本持ち、それらの直管の間を曲がった管で結んだ
ようなものである。これらの管は、外径１インチの厚さ
１２ＢＷＧ（バーミンガム ワイヤ ゲージ（Ｂｉ
ｒｍｉｎｇｈａｍ Ｗｉｒｅ Ｇａｕｇｅ））のＵ
字型管を１−１／４インチの四角ピッチで配列したもの
で、〔発明前〕の熱交の場合は、第一及び第二パスは２
０直管長、第三及び第四パスは１８直管長、そして第五
及び第六パスは２０直管長を有する。〔発明後〕の熱交
の場合は、第一及び第二パスは各８直管長、第三及び第
四パスは１２直管長、そして第五及び第六パスは３８直
管長を有する。表１に示されるように、入口側の液体の
流速は、出口の蒸気の流速より相当に低いものである。 熱交の管を流れる流体の流れを再配向することにより、
管内のより好ましい速度分布を得ることができる。出て
いく蒸気の速度は低下させ、入ってくる液体の速度は増
加させる。こうすることによって高速の蒸気による磨滅
を減少させ、低速の液速度による汚れを少なくするので
ある。更に、総括伝熱係数も、速度分布の改良に由来し
て改良される。流体の速度分布の不均一性によって引き
起こされる腐食及び磨滅の被害が少なくなると、結果と
して熱交の管の有効寿命が改善され、更に熱交に関連す
る多くの初期投資費及び運転費が少なくなる結果ともな
る。
【表１】
表１
（計算例）典型
的に対称の６パスの熱交とパス当たり異なる数の管を用
いた非対称の６パスの熱交に対する適当な計算値。
発明の特長を有する 発明の特長
を有した
前
後 流入液
体（ポンド／時） ６
，３００ ６，３００流入容積流量
（立方フィート／秒） ０．０３７
０．０３７流入液体速度（フィート／秒）
０．５５
１．３９流出蒸気（ポンド／時）
６，３００ ６，３
００流出容積流量（立方フィート／秒） ３
．５１ ３．５１流出蒸気速度
（フィート／秒） ５２．５
２８．０推算総括伝熱係数
５０
５５（英国熱量単位／時／
フィート／°Ｆ）パス当たり不均等の数の管に由来する
１／２ ｔｏ ２ ２ ｔ
ｏ ４管寿命の延長
表１
（計算例）典型
的に対称の６パスの熱交とパス当たり異なる数の管を用
いた非対称の６パスの熱交に対する適当な計算値。
発明の特長を有する 発明の特長
を有した
前
後 流入液
体（ポンド／時） ６
，３００ ６，３００流入容積流量
（立方フィート／秒） ０．０３７
０．０３７流入液体速度（フィート／秒）
０．５５
１．３９流出蒸気（ポンド／時）
６，３００ ６，３
００流出容積流量（立方フィート／秒） ３
．５１ ３．５１流出蒸気速度
（フィート／秒） ５２．５
２８．０推算総括伝熱係数
５０
５５（英国熱量単位／時／
フィート／°Ｆ）パス当たり不均等の数の管に由来する
１／２ ｔｏ ２ ２ ｔ
ｏ ４管寿命の延長
【図１】図１は、多管円筒型熱交換器の立面図であるが
、本発明のある種の特徴をより詳細に示すために一部を
破断して示している。
、本発明のある種の特徴をより詳細に示すために一部を
破断して示している。
【図２】図２は、本発明に従って製作された熱交換器の
管束、管板、及び前端の頭部を示す分解立体図である。
管束、管板、及び前端の頭部を示す分解立体図である。
【図３】図３は、図１の線３−３で切断された断面であ
り、図１の多管円筒型熱交換器の前端の固定頭部の内部
を示す。
り、図１の多管円筒型熱交換器の前端の固定頭部の内部
を示す。
【図４】図４は、図１の線４−４で切断された断面図で
ある。そして、
ある。そして、
【図５】図５は、典型的なＨＦアルキレーション法のＨ
Ｆ酸再生回路の概略図である。
Ｆ酸再生回路の概略図である。
１０ 多管円筒型熱交換器
１２ 胴
１４ 管束
１５ Ｕ字型管
１６ 管板
１８ 胴フランジ
２０ 管路側フランジ
２２，２４，３０，３２ ノズル
２６ 邪魔板
２８ ボンネット型頭部
３４，３６，３８ 仕切り板
４０ 取り付け具
４２，４４ サドル型支持台
５０，５２，５４ 仕切り板の溝
５６，５８，６０，６２ 室
１００，１２０，１２２，１２４ 導管１０２ ラ
イザー／反応器 １０４ 触媒冷却器 １０６ 静置沈降槽 １１０ 触媒相 １１２ 炭化水素相 １１４ 界面 １１６ 再生塔 １１８ ポンプ
イザー／反応器 １０４ 触媒冷却器 １０６ 静置沈降槽 １１０ 触媒相 １１２ 炭化水素相 １１４ 界面 １１６ 再生塔 １１８ ポンプ
Claims (4)
- 【請求項１】 以下の形式のＨＦアルキレーション法
、すなわち、上端部、下端部、及び中段部を有する静置
沈降槽、上端部、下端部、及び中段部を有するライザー
／反応器、入口手段及び出口手段を有し、該出口手段が
前記ライザー／反応器の下端部と流体的に繋がっている
触媒冷却器、前記静置沈降槽の下端部と前記触媒冷却器
の前記入口手段との間に流体的に繋いでいる第一導管、
第一端部と第二端部を有し、該第一端部が前記静置沈降
槽の中段部と流体的に繋がり、該第二端部が前記ライザ
ー／反応器の上端部と流体的に繋がっている第二導管、
上端部、下端部及び中段部を有し、該上端部が前記静置
沈降槽の中段部と流体的に繋がっている酸再生塔、第一
端部と第二端部を有し、該第一端部が前記触媒冷却器の
出口手段と流体的に繋がっている第三導管、入口端及び
出口端を有し、該入口端が前記第三導管の第二端部と流
体的に繋がっているポンプ、第一端部と第二端部を有し
、該第一端部が前記ポンプの出口端と流体的に繋がって
いる第四導管、及び第一端部と第二端部を有し、該第二
端部が前記酸再生塔の中段部と流体的に繋がっている第
五導管、を有する形式のＨＦアルキレーション法に使用
される多管円筒型熱交換器において、前記多管円筒型熱
交換器が、開放された第一端部及び閉じられた第二端部
を有する胴、前記胴の開放された第一端部に固定し得る
管板であって、第一面及び第二面そして前記第一面と第
二面との間を貫通する複数の穿孔を有する第一管板、相
対する両端が開いた複数のＵ字型管であって、これが前
記第一管板に運転可能のように接続され、前記第一管板
の第二面から外へ伸び、前記Ｕ字型管の開放端が対応す
る前記穿孔を介して前記第一管板の第一面と流体的に繋
がっている複数のＵ字型管、前記管板の第一面の中心に
形成された垂直の仕切り板溝であって、前記垂直の仕切
り板溝のいずれの側にも前記第一管板の第一面に対称の
二分割面を形成し、前記Ｕ字型管の相対する開放端が前
記第一管板の第一面の対応する対称の二分割面と流体的
に繋がらせるようにしてなる垂直の仕切り板溝、前記第
一管板の第一面に形成された水平仕切り板溝であって、
前記垂直仕切り板溝から前記第一管板の外縁端まで伸び
ている少なくとも一個の水平仕切り板溝、入口、出口、
開放された第一端部及び閉じられた第二端部を有するボ
ンネット型頭部であつて、該開放第一端部において前記
第一管板及び前記胴の開放された第一端部に固定するこ
とが可能なボンネット型頭部、前記ボンネット型頭部の
中心に形成された垂直の仕切り板であって、前記垂直の
仕切り板のいずれの側にも前記ボンネット型頭部内に対
称の室を形成し、前記垂直の仕切り板は、前記ボンネッ
ト型頭部が前記第一管板と前記胴とに固定される時には
、前記垂直の仕切り板溝内にきっちりと収まるように寸
法、形状共に定められる垂直の仕切り板、前記ボンネッ
ト型頭部に形成された少なくとも一枚の水平の仕切り板
であって、前記垂直の仕切り板と前記ボンネット型頭部
との間に伸び、前記ボンネット型頭部内の前記対称の室
の一つを分割し、更に二つの室を形成し、前記水平の仕
切り板の少なくとも一枚は、前記ボンネット型頭部が前
記第一管板と前記胴とに固定される時には、少なくとも
一個の対応する前記水平の仕切り板溝内にきっちりと収
まるように寸法、形状共に定められる少なくとも一枚の
水平の仕切り板、運転上前記胴と前記ボンネット頭部と
に関連し、前記ボンネット頭部の開放第一端部と前記第
一管板と前記胴の開放第一端部とを相互にしっかりと固
定する手段、前記ボンネット頭部内の前記追加された室
の一つと前記第四導管の第一端部との間を流体的に繋ぐ
入口手段、及び前記ボンネット頭部内の前記追加された
室のもう一つと前記第五導管の第一端部との間を流体的
に繋ぐ出口手段、を包含することを特徴とする多管円筒
型熱交換器。 - 【請求項２】 前記少なくとも一枚の水平の仕切り板
溝が、前記第一管板の前記垂直の仕切り板溝の中心から
外へ伸びていることを特徴とする請求項１記載の熱交換
器。 - 【請求項３】 前記少なくとも一枚の水平の仕切り板
溝が、前記第一管板の前記垂直の仕切り板溝の中心から
管板の中心以外の位置まで外へ伸びていることを特徴と
する請求項１記載の熱交換器。 - 【請求項４】 ＨＦアルキレーション法を運転する方
法において、前記請求項のいずれか一つに記載の多管円
筒型熱交換器を使用すること、前記触媒冷却器からＨＦ
酸を取り出すこと、前記多管円筒型熱交換器の前記入口
手段へ前記ＨＦ酸を供給すること、前記複数のＵ字型管
内で前記ＨＦ酸を蒸発させること、及び前記多管円筒型
熱交換器の前記出口手段から、このようにして蒸発され
たＨＦ酸を取り出すこと、を特徴とするＨＦアルキレー
ション法運転方法。
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