JPWO2017085943A1 - 熱交換ミキシング装置及び溶液移送冷却装置 - Google Patents

熱交換ミキシング装置及び溶液移送冷却装置 Download PDF

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Abstract

被処理物に効率的に伝熱しかつ被処理物を攪拌混合し、溶液移送冷却装置内の固形分の堆積を大幅に遅らせること等の効果を得ることができる熱交換ミキシング装置及び溶液移送冷却装置を提供すること。熱交換チューブ内に、該熱交換チューブの内径に略等しい幅の螺旋ミキシング部材を配置し、前記螺旋ミキシング部材は、帯状部材に切り刻み領域を設け、切り刻み帯右部分と前記切り刻み帯左部分を一定角度をなすように折り曲げ、前記切り刻み領域及びその近傍において、前記切り刻み帯右部分と前記切り刻み帯右部分に続く部分の平面性を維持させ、前記帯状部材の前記切り刻み領域を除く部分の少なくとも一部が螺旋状である熱交換ミキシング装置。

Description

本発明は、熱交換ミキシング装置及び溶液移送冷却装置、さらに詳しくは、被処理物に効率的に伝熱しかつ被処理物を攪拌混合する熱交換ミキシング装置溶液及び移送冷却装置に関する。
被処理物を熱伝導率の高い材料でできたパイプ内を流動させ、該パイプの周囲に冷媒や高温流体を接触させることによって、被処理物を冷却・加熱することは、広く行われている。被処理物の材料を、効率的に加工処理に行う温度に加熱して使用することも一般に行われている。
一方、ポリエチレン、ポリプロピレン等の重合体製品を製造する際、例えばノルマルヘキサン等の溶媒の中で触媒とエチレンとを反応させてポリエチレンをつくる重合体反応器の内壁へ、重合体が付着する。また、重合体反応器からペレット化等の後処理装置において、溶剤と重合生成物混合溶液を冷却しながら移送するための移送手段の内壁へ、重合体が析出付着する、いわゆる重合体ファウリングが発生する。
ポリエチレン等の重合ではまた、重合体反応器内での重合反応によって反応熱が発生するという問題もある。この反応熱を効率的に除去するすなわち冷却しないと、運転条件のコントロールができず、重合反応物の物性が著しく変化し、重合体反応器の運転停止を余儀なくされる場合もある。
上述した反応熱を除去するために、重合体反応器の内壁及び重合体反応器からペレット化等の後処理装置に冷却しながら移送するための移送手段に、シェルアンドチューブ熱交換器を設定する場合がある。この場合、冷却剤と溶媒中に含まれる重合体とを離隔する金属管内壁に重合体ファウリングが形成される。
この重合体ファウリングは、熱伝導率が金属管に比し約二桁低いことから、重合体ファウリングが、前記反応熱の除去の除去すなわち冷却を著しく低下させる。同時に、実質的管径が細くなることにより、輸送ポンプの負荷が増加し、輸送ポンプの損傷や、流量低減による生産効率の低下という弊害が発生する。
これらの重合体ファウリングの発生や増大を防止するために、
（１）反応器内及び移送管内の流速を上げること
（２）反応器内及び移送管内表面の凹凸をできるだけ小さくすること
（３）重合体ファウリングの起点が触媒及び重合体粒子の静電付着であるという技術分析に基づいて静電除去剤を添加すること
（４）エチレンフィードノズルの構造を改良すること
（５）フランジのギャップ等にポリマーが対流しないような構造を改良すること
が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
他方、従来技術の重合体ファウリング防止方法として、特定の一般式で表される平均分子量が、３００００以下のポリオキシレン系重合体を含むファウリング防止剤を、重合装置内又は後行程の溶剤重合物溶液内成分に添加することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
他の従来技術の重合体ファウリング防止方法、すなわち重合反応器への触媒スラリー供給系の閉塞を防止し、連続運転を可能とするオレフィン重合方法として、オレフィン重合方法であって、固体に担持した予備重合触媒を含む触媒スラリーを、オレフィンの本重合を行う気相反応器に供給するに際して、該予備重合触媒１ｇに対して、０．３〜３．０ｍｇの有機アルミニウム化合物を同伴させることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
他の従来技術の重合体ファウリング防止方法として、高温のプロセスストリームに曝される金属チューブ熱交換装置に腐蝕および腐蝕に誘導されるファウリングに対する抵抗性を賦与するために、内側表面および外側表面を有するプロセスストリームを加熱又は冷却するための伝熱装置１０であって、前記伝熱装置１０は、Ｘ、ＹおよびＺを含むスチール合金で形成されるチューブであり、前記チューブは、４０マイクロインチ（１．１μｍ）未満の算術平均表面粗さを有するスチール合金からなる基材層、内側表面および外側表面の少なくとも一方の上に形成された１０〜４０重量％のクロムを含有するクロム富化酸化物層、硫化物、酸化物、酸硫化物またはそれらの混合物を含む前記クロム富化酸化物層、の３層を含む伝熱装置１０等の表面上に形成された表面保護層を設けることが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
上述した技術によっても重合体ファウリングの発生は、産業上の要求を満たす程度に有効に防止も減少もさせることができないため、さらに他の方法、技術が提案されている。すなわち、金属配管の内壁に、薬液又は所要のガスにより除去され得る薄膜を被着形成することが提案されている（例えば、特許文献４参照）。
他の重合体ファウリング発生防止技術として、内壁に樹脂皮膜を形成させた容器を用いて化学的操作又は物理的操作を行い、該操作の工程中に容器内壁に生成したスケールを前記樹脂皮膜と共に除去するスケール除去方法が提案されている（例えば、特許文献５参照）。
さらに他の重合体ファウリング発生防止技術として、液体又はペースト状の流動物を送液する配管内に配設するチューブにおいて、チューブを配管内に貫通して載置し、一方の端辺を封鎖した該チューブの他端から該チューブ内に送気して該チューブを膨らませて管路内に密着させた後に該チューブ、両端をチューブの内側から配管の端部に密着固定する配管用インナーチューブの設置方法が提案されている（例えば、特許文献６参照）。
「ポリエチレン技術読本」松浦一雄・三上尚孝編著、株式会社工業調査会２００１年７月１日発行
特許第５３９９４７８号公報 特開２０１０−００６９８８号公報 特開２０１３−０１１４３７号公報 特開平１０−２０４６６８号公報 特開平０５−０９３００１号公報 特開２０１２−２３２５１２号公報
重合体ファウリングは、非特許文献１に示されるように、物理的には高速で通過させること、接触面での保護層の形成、滞留発生阻止、化学的には静電気防止剤を添加すること等のよって解消できるように考えられている。
しかし、現実的には、前記特許の重合体ファウリング対策のいずれもが不完全である。そのため、重合体ファウリングの発生による冷却効率の低下や、重合体ファウリングによる流路の狭隘化すなわち流量の減少が、産業界の大きな障害となったままである。
また、特許文献４及び５によって提案された技術は、既に内壁に形成された薄膜や樹脂皮膜が運転条件変更等により溶解したり剥離したりして、新しく生成した重合体中に混入する恐れが極めて高く、品質管理上受け入れられない問題を含んでいる。
特許文献６によって提案された技術は、柔軟で巻き状態で保管されたインナーチューブは、円柱筒を束ねた移送装置の各円柱筒、例えば、約１０メートルのものの全長に装着することが極めて困難であり、工業上の実施が実質上不可能であると判断される。
本発明者が確認した重合体ファーリングが発生する実際の例として、重合体移送冷却装置は、直径１７０センチメートルの円形断面に、外直径２５．4ミリメートル、肉厚1．2ミリメートル、長さ１０メートルのＳＵＳ３０４製円筒管の約１５００本を均等ピッチで固定して円柱管束を形成している。
この円柱管束は、全体を耐圧シェル内に取付けられ、シェル内下部入口から冷媒を圧入することによって、冷媒が円柱管束の間に流入する。冷媒は、各円筒管の周囲を流れて各円筒管内の溶媒と重合物の混合溶液を冷却する。
冷却されることによって過飽和状態となった重合体は、溶媒から析出分離し、一部は管壁に付着成長し、ファウリングを形成する。その結果、液体固体の混合液は、流路が細った円筒管内を流動するようになり、定圧ポンプの流量が低下し、定常運転ができなくなってしまう。
すなわち、前述した重合体溶液移送冷却装置は、通常２４時間連続運転される。その場合、約６ヶ月〜１年経過後には、円柱管内壁に析出堆積した重合体ファウリングが累乗的に増加し、重合体生成物溶液の流動を著しく妨げるようになる。その結果、定圧ポンプの吐出量が低下し、定常な運転条件が確保できなくなり、冷却装置の作動を停止して重合体ファウリングの除去をしなければならない。
このような従来技術では避けることができない重合体移送装置の重合体ファーリングの除去作業は、産業上ほとんどの場合、高圧水洗浄で行なわれている。
高圧水洗浄は、往復動ポンプにより加圧した高圧水をノズルから噴射させ、噴射衝撃エネルギーにより堆積した重合体ファーリングを管壁から剥離し、粉砕し、排出・除去する。
一方、定量ポンプを使用する場合には、重合体ファーリングによる流動阻害によって吐出圧が上昇し、ポンプモーターが過負荷になり、急停止する恐れがある。
該高圧の値は、例えば高圧７ＭＰａ以上３０ＭＰa、超高圧３０ＭＰa以上１００ＭＰa、超超高圧１００ＭＰa以上の２５０ＭＰaでも行われている。公益社団法人日本洗浄技術技能開発協会発行の「産業洗浄（高圧洗浄作業）安全衛生管理指針」によれば、高圧水洗浄は、特定の検定を受けた作業者が行い、監視者を置き、頑丈な足場を作らなければならない。
一つの重合体移送冷却装置の洗浄には、足場設置等から検査終了までに二週間以上を要する場合がある。その上、高圧水洗浄を行っている間は、重合体製造を停止しなければならないのであるから、不稼働損を生じ、産業活動上きわめて影響の大きな障害である。
この重合体移送冷却装置は圧力容器であり、規則すなわち安全基準により定期点検が義務付けられている。
（発明の目的）
本発明は、従来技術のいずれによっても解決されていない重合体製造ライン等における熱交換ミキシング装置及び溶液移送冷却装置の上述した問題点に鑑みてなされたものであって、被処理物に効率的に伝熱しかつ被処理物を攪拌混合し、溶液移送冷却装置内の固形分の堆積を大幅に遅らせること等の効果を得ることができる熱交換ミキシング装置及び溶液移送冷却装置を提供することを目的とする。
本発明はさらに、熱交換ミキシング装置内に固形分が堆積した場合にも、従来技術に比較して極めて簡易な作業設備によって、少数の現場作業者によって短時間に、しかも高圧水洗浄等の危険作業を行うことなく、ファウリング堆積物を除去することができる熱交換ミキシング装置及び溶液移送冷却装置を提供することを目的とする。
本発明はまた、生成された液体固体混合物等の溶液に望ましくない重合物等の管付着物が混入する恐れの少ない熱交換ミキシング装置及び溶液移送冷却装置を提供することを目的とする。
本発明はさらに、従来技術の高圧水洗浄によって発生する産業廃棄物の排出量に比較して極めて少ない産業廃棄物の排出量である熱交換ミキシング装置及び溶液移送冷却装置を提供することを目的とする。
第１発明は、
熱交換チューブ内に、該熱交換チューブの内径に略等しい幅の螺旋ミキシング部材を配置し、
前記螺旋ミキシング部材は、帯状部材に切り刻み領域を設け、該切り刻み領域は、長手方向に間隔をおいて所定両縁より交互に幅方向中心までの切り刻みを一対設け、前記帯状部材の前記切り刻み領域の上流側の右半分を上流帯部分ＡＲ，左半分を上流帯部分ＡＬ，前記帯状部材の前記切り刻み領域の右半分を切り刻み帯部分ＢＲ，左半分を切り刻み帯部分ＢＬ，前記帯状部材の前記切り刻み領域の下流側の右半分を下流帯部分ＣＲ，左半分を下流帯部分ＣＬとするとき、前記切り刻み帯部分ＢＲと前記切り刻み帯部分ＢＬを一定角度をなすように折り曲げ、前記切り刻み領域及びその近傍において、前記上流帯部分ＡＲ、前記上流帯部分ＡＬ及び前記切り刻み帯部分ＢＲが平面状をなし、前記下流帯部分ＣＲ、前記下流帯部分ＣＬ及び前記切り刻み帯部分ＢＬが平面状をなし、
前記帯状部材の前記切り刻み領域を除く部分の少なくとも一部が螺旋状であることを特徴とする熱交換ミキシング装置
である。
第２発明は、
冷媒シェルの内部に、複数の熱交換チューブを互いに平行に配置した溶液移送冷却装置において、
前記熱交換チューブ内に、該熱交換チューブの内径に略等しい幅の螺旋ミキシング部材を配置し、
前記螺旋ミキシング部材は、帯状部材に切り刻み領域を設け、該切り刻み領域は、長手方向に間隔をおいて所定両縁より交互に幅方向中心までの切り刻みを一対設け、前記帯状部材の前記切り刻み領域の上流側の右半分を上流帯部分ＡＲ，左半分を上流帯部分ＡＬ，前記帯状部材の前記切り刻み領域の右半分を切り刻み帯部分ＢＲ，左半分を切り刻み帯部分ＢＬ，前記帯状部材の前記切り刻み領域の下流側の下流に向かって右半分を下流帯部分ＣＲ，左半分を下流帯部分ＣＬとするとき、前記切り刻み帯部分ＢＲと前記切り刻み帯部分ＢＬを一定角度をなすように折り曲げ、前記切り刻み領域及びその近傍において、前記上流帯部分ＡＲ、前記上流帯部分ＡＬ及び前記切り刻み帯部分ＢＲが平面状をなし、前記下流帯部分ＣＲ、前記下流帯部分ＣＬ及び前記切り刻み帯部分ＢＬが平面状をなし、
前記帯状部材の前記切り刻み領域を除く部分の少なくとも一部が螺旋状であることを特徴とする溶液移送冷却装置
である。
本発明の熱交換ミキシング装置及び溶液移送冷却装置によれば、被処理物に効率的に伝熱しかつ被処理物を攪拌混合し、該装置内の固形分の堆積を大幅に遅らせること等の効果を得ることができる熱交換ミキシング装置及び溶液移送冷却装置を構成することができる。
本発明の熱交換ミキシング装置及び溶液移送冷却装置によればまた、熱交換ミキシング装置内に固形分が堆積した場合にも、螺旋ミキシング部材を引き抜くことによって、従来技術に比較して極めて簡易な作業設備によって、少数の現場作業者によって短時間に、しかも高圧水洗浄等の危険作業を行うことなく、ファウリング堆積物を除去することができる熱交換ミキシング装置及び溶液移送冷却装置を構成することができる。
本発明の熱交換ミキシング装置及び溶液移送冷却装置によればまた、生成された液体固体混合物等の溶液に望ましくない重合物等の管付着物が混入する恐れの少ない熱交換ミキシング装置及び溶液移送冷却装置を構成することができる。
本発明の熱交換ミキシング装置及び溶液移送冷却装置によればさらに、従来技術の高圧水洗浄によって発生する産業廃棄物の排出量に比較して極めて少ない産業廃棄物の排出量である熱交換ミキシング装置及び溶液移送冷却装置を構成することができる。
本発明の熱交換ミキシング装置及び溶液移送冷却装置によればさらに、新しく生成されたポリマー溶液等の被移送冷却流体に、管内面に付着した既存ポリマー等の望ましくない不純物が混入する恐れがないという効果を得ることができる。
本発明の熱交換ミキシング装置及び溶液移送冷却装置によればさらに、従来の高圧水洗浄技術に比較して産業廃棄物の排出が極めて少ないという効果を得ることができる。
本発明の熱交換ミキシング装置及び溶液移送冷却装置を好適に実施できるものとして、重合体の製造における重合反応、架橋反応等の化学的操作、脱溶剤、混合等の物理的操作の工程中の溶液移送が挙げられる。また、塗料、接着剤等の重合体を主成分とする組成物の製造等における重合体と他の成分の混合、脱溶剤等の物理的操作の工程中の溶液移送等にも適用できる。
本発明は、例えば、ポリ（メタ）アクリル酸メチル、ポリ（メタ）アクリル酸エチル、ポリ（メタ）アクリル酸ブチル等の（メタ）アクリル酸エステル系重合体、ウレタン系重合体、塩化ビニル系重合体、塩化ビニリデン系重合体、ＳＢＲ、酢酸ビニル系重合体等の重合体、或いはこれらを構成する単量体の共重合体の製造時の溶液移送に適用され、ウレタンエマルジョン、アクリルエマルジョン等のマルジョンにおける溶液移送にも好ましく適用できるものである。
（発明の実施態様）
第１発明及び第２発明において、前記熱交換チューブが曲がっていることを特徴とする。
第１発明及び第２発明において、前記螺旋ミキシング部材が、長手方向の伸縮性を有する板状部材であることを特徴とする。
第１発明及び第２発明において、前記螺旋ミキシング部材が、長手方向において波状であり横手方向において凹凸のない板状部材であることを特徴とする。
第１発明及び第２発明において、前記螺旋ミキシング部材が、長手方向において波状であり横手方向において凹凸のない板状部材であることを特徴とする。
第１発明及び第２発明において、前記螺旋ミキシング部材が、メッシュシートであり、該メッシュシートは、長手方向に延びた中心領域の引っ張り抵抗より長手方向へ延びた両縁領域の引っ張り抵抗が大きくなるように編まれていることを特徴とする。
第１発明及び第２発明において、前記螺旋ミキシング部材が、左右縁から前記熱交換チューブの中心軸線方向に延びた両縁領域にディンプルを有することを特徴とする。
第１発明及び第２発明において、前記螺旋ミキシング部材が、ステンレス合金によって製造されていることを特徴とする。
第１発明及び第２発明において、前記螺旋ミキシング部材が、アルミニュウム合金によって製造されていることを特徴とする。
第１発明及び第２発明において、前記螺旋ミキシング部材が、銅合金によって製造されていることを特徴とする。
第１発明及び第２発明において、前記螺旋ミキシング部材が、チタン合金によって製造されていることを特徴とする。
第１発明及び第２発明において、前記螺旋ミキシング部材が、ニッケル合金によって製造されていることを特徴とする。
本発明は、また、重合反応装置と、該重合反応装置の重合生成物出口部に連結されて熱交換機能を有する冷却流路部とを有する重合体製造装置であって、
前記冷却流路部は、冷媒シェルの内部に、複数の熱交換チューブを互いに平行に配置してなり、
前記熱交換チューブ内に、該熱交換チューブの内径に略等しい幅の螺旋ミキシング部材を配置し、
前記螺旋ミキシング部材は、帯状部材に切り刻み領域を設け、該切り刻み領域は、長手方向に間隔をおいて所定両縁より交互に幅方向中心までの切り刻みを一対設け、前記帯状部材の前記切り刻み領域の上流側における下流に向かって右半分を上流帯部分ＡＲ，左半分を上流帯部分ＡＬ，前記帯状部材の前記切り込み領域の右半分を切り刻み帯部分ＢＲ，左半分を切り刻み帯部分ＢＬ，前記帯状部材の前記切り刻み領域の下流側の下流に向かって右半分を下流帯部分ＣＲ，左半分を下流帯部分ＣＬとするとき、前記切り刻み帯部分ＢＲと前記切り刻み帯部分ＢＬを直角をなすように折り曲げ、前記切り刻み領域及びその近傍において、前記上流帯部分ＡＲ、前記上流帯部分ＡＬ及び前記切り刻み帯部分ＢＲが平面状をなし、前記下流帯部分ＣＲ、前記下流帯部分ＣＬ及び前記切り刻み帯部分ＢＬが平面状をなし、
前記帯状部材の前記切り刻み領域を除く部分の少なくとも一部が螺旋状であることを特徴とする重合体製造装置である。
本発明は、また、熱交換チューブ内に、該熱交換チューブの内径に略等しいか僅かに小さい幅の螺旋ミキシング部材を配置し、
前記螺旋ミキシング部材は、全幅領域部と狭幅領域部を有する帯状部材であって、前記狭幅領域部は、長手方向の所定長さを有し両縁より等しい深さの切り込みを有し、前記全幅領域部を螺旋状とし、前記狭幅領域部を中心線を中心に一定角度捻ったことを特徴とする熱交換ミキシング装置である。
本発明は、また、冷媒シェルの内部に、複数の熱交換チューブを互いに平行に配置した溶液移送冷却装置において、
前記熱交換チューブ内に、該熱交換チューブの内径に略等しいか僅かに小さい幅の螺旋ミキシング部材を配置し、
前記螺旋ミキシング部材は、全幅領域部と狭幅領域部を有する帯状部材であって、前記狭幅領域部は、長手方向の所定長さを有し両縁より等しい深さの切り込みを有し、前記全幅領域部を螺旋状とし、前記狭幅領域部を中心線を中心に一定角度捻ったことを特徴とする溶液移送冷却装置である。
第１実施形態の溶液移送冷却装置の部分的に切り開いた正面図である。 図１の線II−IIに沿った断面図である。 第１実施形態の熱交換ミキシング装置の熱交換チューブの断面図である。 第１実施形態の熱交換ミキシング装置の螺旋ミキシング部材の製造工程を説明するための正面図である。 第１実施形態の熱交換ミキシング装置の螺旋熱交換ミキシング装置部材の正面図の部分拡大の説明図である。 第１実施形態の熱交換ミキシング装置の螺旋熱交換ミキシング装置の正面説明図である。 第１実施形態の熱交換ミキシング装置の螺旋ミキシング部材の変形例の斜視図である。 第１実施形態の熱交換ミキシング装置の螺旋ミキシング部材の他の変形例の斜視図である。 第１実施形態の熱交換ミキシング装置の螺旋ミキシング部材の他の変形例の斜視図である。 第２実施形態の熱交換ミキシング装置の螺旋ミキシング部材の製造工程を説明するための正面図である。 第２実施形態の熱交換ミキシング装置の螺旋ミキシング部材の斜視図である。 第２実施形態の熱交換ミキシング装置の螺旋熱交換ミキシング装置の正面説明図である。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態の溶液移送冷却装置を図に基づいて説明する。実施形態の説明における数値は、全て例示である。
溶液移送冷却装置１は、熱交換機能を有し、ポリエチレン中低圧重合法を実施する圧力容器に使用するシェルアンドチューブ型の装置である。シェルアンドチューブ型の熱交換器としては、固定管板式、遊動頭式、Ｕ字管式の３タイプが知られている。溶液移送冷却装置１は、遊動頭式であって、被熱交換流体の高温・高圧による長尺の熱交換チューブの伸縮を遊動頭蓋の移動によって吸収する。
溶液移送冷却装置１は、図１に示すように、胴体すなわち冷媒シェル１０内を熱交換チューブ支持板１２によって区切ることによって、被熱交換流体室すなわち溶液室１４と冷媒室１６を形成している。
被熱交換流体すなわち溶液Ｒを収容する溶液室１４は、冷媒シェル１０の端部をシェルカバー２０によって塞いで形成されている。冷媒シェル１０の溶液室１４のある部分において、下側に溶液入口２２が配置され、上側に溶液出口２４が形成されている。溶液室１４は、区切り板４０によって、上側の溶液室低温部１４ａと下側の溶液室高温部１４ｂとに分けられている。
溶液Ｒとして、ノルマヘキサンと重合体の溶液が例示される。
冷却水等の冷媒Ｗを収容する冷媒室１６は、図１及び図２に示すように、冷房シェル１０の端部を冷媒室蓋３０によって塞がれている。冷媒シェル１０の内部には、例えば約２０００本の熱交換チューブ１０２が互いに平行に配置されている。冷媒室１６内において、熱交換チューブ支持板１２の反対側には、遊動頭蓋３４が配置されている。冷媒室１６には、冷媒Ｗを攪拌するための邪魔板３６が配置されている。
熱交換チューブ１０２は、冷媒流通部分の長さは１０メートルであり、外径が２５．４ミリメートル、肉厚が２．０ミリメートルであり、内径が２１．４ミリメートルである。
熱交換チューブ１０２は、図３に示すように、冷媒シェル１０の両端部近傍の内部に固着された熱交換チューブ支持板１２に溶接１０６によって固着されている。
熱交換チューブ１０２のそれぞれの内部には、図３に示すように、切り刻み螺旋ミキシング部材２０２ｃが配置されている。切り刻み螺旋ミキシング部材２０２ｃの幅は、熱交換チューブ１０２の内径に略等しく、２１．３０ミリメートルである。切り刻み螺旋ミキシング部材２０２ｃの少なくとも一端部は、図３に示すように、熱交換チューブ１０２の端部に固着するためにかしめられている。
以下に、切り刻み螺旋ミキシング部材２０２ｃの製造方法について説明する。切り刻み螺旋ミキシング部材２０２ｃは、図４（ａ）に示すように、ＳＵＳ３００系等のステンレス鋼が例示されるステンレス合金，アルミニュウム合金、銅合金、チタン合金、ニッケル合金等の平らな帯状部材２０２ａによって製造される。
帯状部材２０２ａは、図４（ｂ）に示すように、長手方向すなわち中心線Ｏ方向に延びた方向に、例えばサインカーブをなすような繰り返し凹凸を設ける波板加工を施されて、波板部材２０２ｂになる。前記波板加工は、ダブルヘリカルギヤ状すなわちやまば歯車状の型押し手段によって行われ、凹凸の波型が中心線Ｏで曲がっている。
繰り返し凹凸は、中心線Ｏと直交して直線状に延びていても、中心軸線Ｏと直角以外の角度で交差して直線状に延びていてもよい。波板部材２０２ｂは、少なくとも両縁端領域に、延伸性を有する。
波板部材２０２ｂは、図４（ｃ）に示すように、切り刻み領域１００が形成される。波板部材２０２ｂの切り刻み領域１００を除く部分は、全幅領域１０２である。切り刻み領域１００には、波板部材２０２ｂの両縁から中心線Ｏまで延びた一対の切り刻み１０４が、長手方向に所定の間隔をおいて形成される。
切り刻み領域１００は、図５に拡大して図示されるように、波板部材２０２ｂにおいて、切り刻み領域１００の一方の側、例えば上流側の上流右半分をＡＲ，上流左半分をＡＬとする。切り刻み領域１００の右半分をＢＲ、左半分をＢＬとする。下流側の下流右半分をＣＲ，下流左半分をＣＬとする。
次に、切り刻み領域１００が、図４（ｄ）に示すように、中心線Ｏ上において右半分ＢＲと左半分ＢＬが直交するように折り曲げられる。この折り曲げ角度は、溶液すなわち被処理物の温度特性、粘性、混合固体の比重や寸法等を考慮して、６０°〜１５０°内の直角以外の角度にすることによっても、効率的にミキシングや熱伝達を行うことができる。この折り曲げにおいて、上流右半分ＡＲと上流左半分をＡＬの同一面性、上流右半分ＡＲと切り刻み領域１００の右半分ＢＲの同一面性、下流右半分ＣＲと下流左半分をＣＬの同一面性、下流右半分ＣＬと切り刻み領域１００の左半分ＢＬの同一面性は維持される。
次に、図４（ｅ）に示すように、各全幅領域１０２が中心線を中心に、例えば、９０°捻って螺旋状にする。この捻り角度も、溶液すなわち被処理物の温度特性、粘性、混合固体の比重や寸法等を考慮して、直角以外の角度にすることによっても効率的にミキシングや熱伝達を行うことができる。
上述したようにして形成された切り刻み螺旋ミキシング部材２０２ｃは、図６に示すように、その幅のほぼ等しい内径の熱交換チューブ１０２に入れられる。ただし、図６に示される切り刻み螺旋ミキシング部材２０２ｃは、図４（ｅ）を参照して前述した捻り角度が、１８０°のものを示す。この切り刻み螺旋ミキシング部材２０２ｃの幅と熱交換チューブ１０２の内径がほぼ等しいことから、螺旋ミキシング部材２０２ｃの中心軸線Oと、熱交換チューブ１０２の中心軸線O'は一致する。
熱交換チューブ１０２は、その設置面積を小さくすることや、ミキシング作用や伝熱作用をもたらさない部分を排除してミキシング効率及び伝熱効率を高めることを考慮すると、熱交換チューブ１０２が連続していてしかも曲折できることは極めて有利なことである。ただし、仮に熱交換チューブ１０２が曲折したとしても、螺旋ミキシング部材２０２ｃの中心軸線Oと、熱交換チューブ１０２の中心軸線O'がずれると、所期のミキシングを行うことができず、伝熱効率が低下することが推定される。
本発明においては、切り刻み螺旋ミキシング部材２０２ｃの少なくとも両縁端領域が延伸性を有し、しかも切り刻み螺旋ミキシング部材２０２ｃの切り刻み領域１００においても中心軸線Oが切り刻み螺旋ミキシング部材２０２ｃの中心にあるから、螺旋ミキシング部材２０２ｃをある程度曲折させても螺旋ミキシング部材２０２ｃの中心軸線Oと、熱交換チューブ１０２の中心軸線O'の一致が維持される。
（変形例）
平板状部材２０２ａは、図７に示すように、平板状部材２０２ａの中心線Ｏ方向に延びた両縁領域２１０に切り込み２１２を入れた切り込み平板状部材２１４に替えることもできる。
平板状部材２０２ａは、また、図８(ａ)に示すように、平板状部材２０２ａの全面にエンボス加工により複数のエンボス２２１を設けた第１エンボス平板状部材２２０、あるいは、図７(ｂ)に示すように、少なくとも中心線Ｏの両側領域で中心線Ｏ方向に延びた両縁領域２２６にエンボス加工によって複数のスエンボス２１１を施した第２エンボス平板状部材２２２に替えることもできる。
これらの第１エンボス平板状部材２２０及び第２エンボス２２２において、中心線Ｏ上の部分２２４は、エンボス２１１が変形せず、中心軸線Ｏ方向にはほとんど伸びない。他方、中心線Ｏ方向に延びた両縁領域２２６は、エンボス２１１が変形して伸び、全体的に直線状に延びた螺旋状のエンボス螺旋部材になる。
平板状部材２０２ａは、また、図９(ａ)及び(ｂ)に示すように、メッシュ平板状部材２３０に替えることもできる。メッシュ平板状部材２３０は、図９(ａ)に示すように、平板状のメッシュ板を使用する。メッシュ平板状部材２３０は、図９(ｂ)に示すように、長手方向すなわち中心線Ｏ方向に延びた方向に繰り返し凹凸を設ける波板加工を施されて、メッシュ波板部材２３２にする。
メッシュ波板部材２３２は、長手方向に延びる中心線Ｏを中心に捻って、螺旋状にして、メッシュ螺旋板にする。このとき、中心線Ｏ上の部分２３４は、中心線Ｏ方向にはその部分の編み目が変わらずほとんど伸びず、他方中心軸線Ｏ方向に延びた両縁領域２３６の編み目が拡大して延び、直線状に延びた螺旋状になる。
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態の溶液移送冷却装置を図に基づいて説明する。
第２実施形態の溶液移送冷却装置は、第１実施形態に対し、熱交換チューブ１０２に入れた切り刻み螺旋ミキシング部材２０２ｃが、切り込み螺旋ミキシング部材５００に替わる。
切り込み螺旋ミキシング部材５００は、図１０（ａ）に示すように、ＳＵＳ３００系等のステンレス鋼，アルミニュウム合金、銅合金、チタン合金、ニッケル合金等の平らな帯状部材５０２ａによって製造される。
帯状部材５０２ａは、図１０（ｂ）に示すように、長手方向すなわち中心線Ｏ方向に延びた方向に、例えばサインカーブをなすような繰り返し凹凸を設ける波板加工を施されて、波板部材２０２ｂになる。前記波板加工は、ダブルヘリカルギヤ状すなわちやまば歯車状の型押し手段によって行われ、凹凸の波型が中心線Ｏで曲がっている。
繰り返し凹凸は、中心線Ｏと直交して直線状に延びていても、中心軸線Ｏと直角以外の角度で交差して直線状に延びていてもよい。波板部材５０２ｂは、少なくとも両縁端領域に、延伸性を有する。
波板部材５０２ｂは、図１０（ｃ）に示すように、切り込み領域５１０が形成される。波板部材５０２ｂの切り込み領域５１０を除く部分は、全幅領域５１２である。切り込み領域５１０には、波板部材５０２ｂの両縁から中心線Ｏまでの距離の半分の深さの一対の切り刻み５０４が、長手方向に所定の間隔をおいて複数個形成される。
次に、切り込み領域５１０が、図１０（ｄ）に示すように、中心線Ｏを中心に９０°捻られる。続いて各全幅領域５１２が、図１０（ｅ）及び図１１に示すように、中心線Ｏを中心に３０°〜３６０°、例えば、９０°捻られる。
上述したようにして形成された切り込み螺旋ミキシング部材５００は、図１２に示すように、その幅のほぼ等しい内径の熱交換チューブ１０２に入れられる。この切り刻み螺旋ミキシング部材５００の幅と熱交換チューブ１０２の内径がほぼ等しいことから、螺旋ミキシング部材５００の中心軸線Oと、熱交換チューブ１０２の中心軸線O'は一致する。
熱交換チューブ１０２は、その設置面積を小さくすることや、ミキシング作用や伝熱作用をもたらさない部分を排除してミキシング効率及び伝熱効率を高めることを考慮すると、熱交換チューブ１０２が連続していてしかも曲折できることは極めて有利なことである。ただし、仮に熱交換チューブ１０２が曲折したとしても、螺旋ミキシング部材５００の中心軸線Oと、熱交換チューブ１０２の中心軸線O'がずれると、所期のミキシングを行うことができず、伝熱効率が低下することが推定される。
本発明においては、切り込み螺旋ミキシング部材５００の少なくとも両縁端領域が延伸性を有し、しかも切り刻み領域５１０が短いから、熱交換チューブ１０２をある程度曲折させても螺旋ミキシング部材５００の中心軸線Oと、熱交換チューブ１０２の中心軸線O'の一致が維持される。
Ｒ 溶液
Ｗ 冷媒
Ｏ 中心線
１ 溶液移送冷却装置
１０ 冷媒シェル
１２ 熱交換チューブ支持板
１４ 溶液室
１６ 冷媒室
２０ シェルカバー
２２ 溶液入口
２４ 溶液出口
３０ 冷媒室蓋
１０２ 熱交換チューブ
１００ 切り刻み領域
１０４ 切り刻み
１１２ 全幅領域
２０２ａ 帯状部材
２０２ｂ 波板部材
２０２ｃ 切り刻み螺旋ミキシング部材
５００ 切り込み螺旋ミキシング部材
５０２ａ 帯状部材
５１０ 切り込み領域
５１２ 全幅領域

Claims (15)

  1. 熱交換チューブ内に、該熱交換チューブの内径に略等しい幅の螺旋ミキシング部材を配置し、
    前記螺旋ミキシング部材は、帯状部材に切り刻み領域を設け、該切り刻み領域は、長手方向に間隔をおいて所定両縁より交互に幅方向中心までの切り刻みを一対設け、前記帯状部材の前記切り刻み領域の上流側の右半分を上流帯部分ＡＲ，左半分を上流帯部分ＡＬ，前記帯状部材の前記切り刻み領域の右半分を切り刻み帯部分ＢＲ，左半分を切り刻み帯部分ＢＬ，前記帯状部材の前記切り刻み領域の下流側の右半分を下流帯部分ＣＲ，左半分を下流帯部分ＣＬとするとき、前記切り刻み帯部分ＢＲと前記切り刻み帯部分ＢＬを一定角度をなすように折り曲げ、前記切り刻み領域及びその近傍において、前記上流帯部分ＡＲ、前記上流帯部分ＡＬ及び前記切り刻み帯部分ＢＲが平面状をなし、前記下流帯部分ＣＲ、前記下流帯部分ＣＬ及び前記切り刻み帯部分ＢＬが平面状をなし、
    前記帯状部材の前記切り刻み領域を除く部分の少なくとも一部が螺旋状であることを特徴とする熱交換ミキシング装置。
  2. 冷媒シェルの内部に、複数の熱交換チューブを互いに平行に配置した溶液移送冷却装置において、
    前記熱交換チューブ内に、該熱交換チューブの内径に略等しい幅の螺旋ミキシング部材を配置し、
    前記螺旋ミキシング部材は、帯状部材に切り刻み領域を設け、該切り刻み領域は、長手方向に間隔をおいて所定両縁より交互に幅方向中心までの切り刻みを一対設け、前記帯状部材の前記切り刻み領域の上流側の右半分を上流帯部分ＡＲ，左半分を上流帯部分ＡＬ，前記帯状部材の前記切り刻み領域の右半分を切り刻み帯部分ＢＲ，左半分を切り刻み帯部分ＢＬ，前記帯状部材の前記切り刻み領域の下流側の右半分を下流帯部分ＣＲ，左半分を下流帯部分ＣＬとするとき、前記切り刻み帯部分ＢＲと前記切り刻み帯部分ＢＬを一定角度をなすように折り曲げ、前記切り刻み領域及びその近傍において、前記上流帯部分ＡＲ、前記上流帯部分ＡＬ及び前記切り刻み帯部分ＢＲが平面状をなし、前記下流帯部分ＣＲ、前記下流帯部分ＣＬ及び前記切り刻み帯部分ＢＬが平面状をなし、
    前記帯状部材の前記切り刻み領域を除く部分の少なくとも一部が螺旋状であることを特徴とする溶液移送冷却装置。
  3. 前記熱交換チューブが、曲がっていることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
  4. 前記螺旋ミキシング部材が、長手方向の伸縮性を有する板状部材であることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
  5. 前記螺旋ミキシング部材が、長手方向において波状であり横手方向において凹凸のない板状部材であることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
  6. 前記螺旋ミキシング部材が、メッシュシートであり、該メッシュシートは、長手方向に延びた中心領域の引っ張り抵抗より長手方向へ延びた両縁領域の引っ張り抵抗が大きくなるように編まれていることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶液移送冷却装置。
  7. 前記螺旋ミキシング部材が、左右縁から前記熱交換チューブの中心軸線方向に延びたディンプル列を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
  8. 前記螺旋ミキシング部材が、ステンレス合金によって製造されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
  9. 前記螺旋ミキシング部材が、アルミニュウム合金によって製造されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
  10. 前記螺旋ミキシング部材が、銅合金によって製造されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
  11. 前記螺旋ミキシング部材が、チタン合金によって製造されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
  12. 前記螺旋ミキシング部材が、ニッケル合金によって製造されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
  13. 重合反応装置と、該重合反応装置の重合生成物出口部に連結されて熱交換機能を有する冷却流路部とを有する重合体製造装置であって、
    前記冷却流路部は、冷媒シェルの内部に、複数の熱交換チューブを互いに平行に配置してなり、
    前記熱交換チューブ内に、該熱交換チューブの内径に略等しい幅の螺旋ミキシング部材を配置し、
    前記螺旋ミキシング部材は、帯状部材に切り刻み領域を設け、該切り刻み領域は、長手方向に間隔をおいて所定両縁より交互に幅方向中心までの切り刻みを一対設け、前記帯状部材の前記切り刻み領域の上流側の右半分を上流帯部分ＡＲ，左半分を上流帯部分ＡＬ，前記帯状部材の前記切り刻み領域の右半分を切り刻み帯部分ＢＲ，左半分を切り刻み帯部分ＢＬ，前記帯状部材の前記切り刻み領域の下流側の右半分を下流帯部分ＣＲ，左半分を下流帯部分ＣＬとするとき、前記切り刻み帯部分ＢＲと前記切り刻み帯部分ＢＬを一定角度をなすように折り曲げ、前記切り刻み領域及びその近傍において、前記上流帯部分ＡＲ、前記上流帯部分ＡＬ及び前記切り刻み帯部分ＢＲが平面状をなし、前記下流帯部分ＣＲ、前記下流帯部分ＣＬ及び前記切り刻み帯部分ＢＬが平面状をなし、
    前記帯状部材の前記切り刻み領域を除く部分の少なくとも一部が螺旋状であることを特徴とする重合体製造装置。
  14. 熱交換チューブ内に、該熱交換チューブの内径に略等しい幅の螺旋ミキシング部材を配置し、
    前記螺旋ミキシング部材は、全幅領域部と狭幅領域部を有する帯状部材であって、前記狭幅領域部は、長手方向の所定長さを有し両縁より等しい深さの切り込みを有し、前記全幅領域部を螺旋状とし、前記狭幅領域部を中心線を中心に一定角度捻ったことを特徴とする熱交換ミキシング装置。
  15. 冷媒シェルの内部に、複数の熱交換チューブを互いに平行に配置した溶液移送冷却装置において、
    前記熱交換チューブ内に、該熱交換チューブの内径に略等しい幅の螺旋ミキシング部材を配置し、
    前記螺旋ミキシング部材は、全幅領域部と狭幅領域部を有する帯状部材であって、前記狭幅領域部は、長手方向の所定長さを有し両縁より等しい深さの切り込みを有し、前記全幅領域部を螺旋状とし、前記狭幅領域部を中心線を中心に一定角度捻ったことを特徴とする溶液移送冷却装置。
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