KR20080065289A - Tube bundle heat exchanger and method for removing dissolved substances from a polymer solution by means of degassing in a tube bundle heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 탈기에 의해 중합체 용액으로부터 용해 물질을 제거하기 위한 관다발형(shell-and-tube) 열 교환기, 관다발형 열 교환기에서 탈기에 의해 중합체 용액으로부터 용해 물질을 제거하기 위한 연속 방법 및 또한 용도에 관한 것이다.The present invention relates to a shell-and-tube heat exchanger for removing dissolved material from a polymer solution by degassing, a continuous method for removing dissolved material from a polymer solution by degassing in a tubular heat exchanger, and also for use. It is about.
중합체의 제조에서 유의한 공정 단계는 중합에서 수득한 용액으로부터 용해 물질, 특히 미반응 단량체, 저분자량 반응 생성물 (올리고머), 분해 생성물, 보조제 및 용매를 제거하여 농축 중합체를 산업상 유용한 상태로 제조하는 것이다.A significant process step in the preparation of the polymer is the removal of dissolved substances, in particular unreacted monomers, low molecular weight reaction products (oligomers), degradation products, auxiliaries and solvents from the solutions obtained in the polymerization to produce concentrated polymers in industrially useful conditions. will be.
용해 물질은 종종 탈기에 의해 중합체 용액으로부터 단리되며, 이 때 용해 물질은 열을 공급하고 적절한 경우 압력을 감소시킴으로써 기체 상태로 되어 이 상태로 액체 중합체로부터 분리 제거된다.The dissolved material is often isolated from the polymer solution by degassing, where the dissolved material becomes gaseous by separating heat and, if appropriate, reducing the pressure, and is removed from the liquid polymer in this state.
장치의 관점에서, 중합체 용액의 탈기는 종종 각 단부가 관 판(tube plate)에 고정된 평행 수직 관 다발을 갖는 관다발형 열 교환기에서 종종 수행되며, 이 때 열 전달 매질은 관 사이 원통 내 공간을 통과하여 중합체 용액 및 중합체 용액 의 감압 생성물을 가열시킨다.From the point of view of the device, the degassing of the polymer solution is often carried out in a tube bundle heat exchanger with parallel vertical tube bundles, each end of which is fixed to a tube plate, where the heat transfer medium creates a space in the cylinder between the tubes. Pass through to heat the polymer solution and the reduced pressure product of the polymer solution.
중합체 용액을 탈기시키기 위한 공지된 관다발형 열 교환기는 종종 탈기된 중합체 용액 내 용해 물질의 허용가능한 잔류 함량에 대하여 엄격한 품질 요건을 충족시킬 수 없다.Known tubular heat exchangers for degassing polymer solutions often cannot meet stringent quality requirements for the acceptable residual content of dissolved material in the degassed polymer solution.
장치에서 관 벽을 통한 액체 중합체 용액으로 열 전달 매질의 매우 균일한 열 전달 계수를 보장하기 위해, 편향판을 설치하여 원통 내 공간에서 열 전달 매질의 흐름 방향을 제어함으로써 관 위의 가로 흐름을 달성하도록 노력한다.To ensure a very uniform heat transfer coefficient of the heat transfer medium from the device to the liquid polymer solution through the tube wall, a deflection plate is installed to achieve transverse flow over the tube by controlling the flow direction of the heat transfer medium in the cylinder space. Try to do it.
이들은 예를 들어 교대로 관의 대향 내벽에 개방 횡단면을 자유롭게 유지시키는 원 세그먼트 형태를 갖는다.They take the form of circle segments which, for example, alternately freely maintain an open cross section on opposite inner walls of the tube.
사용될 수 있는 추가 유형의 구조는 교대로 반응기의 중앙 및 반응기의 내벽에 열 전달 매질에 대한 개방 횡단면을 자유롭게 유지시키는 환형 및 디스크형 편향판의 교대 배열이다.A further type of structure that can be used is an alternating arrangement of annular and disc shaped deflection plates which alternately freely maintain an open cross section for the heat transfer medium in the center of the reactor and in the inner wall of the reactor.
열 전달 매질이 편향판의 영역에 배열된 관 위를 가로로 흐르는 반면, 편향판이 없는 편향 영역에서의 관의 경우 주로 열 전달 매질의 세로 흐름이 우세하다. 상응하게, 세로 흐름 영역에서 관 내 열 전달은 불량하며, 그 결과 개별 관 내 생성물 품질은 반응기 횡단면에 걸쳐서 균일하지 않다.While the heat transfer medium flows transversely over the tubes arranged in the region of the deflection plate, the longitudinal flow of the heat transfer medium is predominantly for tubes in the deflection region without the deflection plate. Correspondingly, the heat transfer in the tubes in the longitudinal flow zone is poor, with the result that the product quality in the individual tubes is not uniform across the reactor cross section.
개별 관에서 자유 개방 횡단면을 축소시키는 내부 삽입물을 제공하여 압력 강하를 생성하고 열 전달 매질로부터 탈기될 중합체 용액으로의 개선된 열 전달 효과를 달성하는 것이 가능하다고 공지되어 있다.It is known that it is possible to provide an internal insert which reduces the free open cross section in individual tubes to create a pressure drop and achieve an improved heat transfer effect from the heat transfer medium to the polymer solution to be degassed.
관 위 열 전달 매질의 상이한 흐름의 결과로서 상기 불균일한 열 전달 때문 에, 특히 반응기 횡단면 위로 균일하지 않은 내부 삽입물이 이러한 효과를 보상하는데 필수적이다. 이는 제조 및 특히 내부 삽입물의 설치에 있어 비용 증가를 초래한다.Because of the non-uniform heat transfer as a result of the different flow of heat transfer medium over the tube, a non-uniform internal insert, especially above the reactor cross section, is essential to compensate for this effect. This leads to an increase in costs in manufacturing and in particular in the installation of internal inserts.
따라서, 본 발명의 목적은 장치의 보다 단순한 디자인 및 조립과 조합된 용해 물질의 보다 낮은 잔류 함량을 보장하는, 관다발형 열 교환기에서 액체 중합체 용액을 탈기시키기 위한 개선된 방법을 제공하는 것이다.It is therefore an object of the present invention to provide an improved method for degassing a liquid polymer solution in a tubular heat exchanger which ensures a lower residual content of dissolved material in combination with a simpler design and assembly of the device.
이러한 목적은, 각 단부가 관 판에 고정되어 있는 평행 수직 관 다발, 관을 통한 자유 개방 횡단면을 축소시키는 각 관 내 내부 삽입물 (중합체 용액이 관을 통과함), 액체 열 전달 매질이 흐르는 관 주위의 원통 내 공간, 및 각각 관다발형 열 교환기의 횡단면에 배열되며 각각 열 전달 매질의 편향 영역을 자유롭게 유지시키는 원통 내 공간에 있는 편향판을 포함하며, 관은 편향 영역에 위치하지 않고 모든 내부 삽입물은 동일한 구조를 갖는 것인, 탈기에 의해 중합체 용액으로부터 용해 물질을 제거하기 위한 관다발형 열 교환기에 의해 달성된다.This purpose is to provide a bundle of parallel vertical tubes, each end of which is fixed to the tube plate, an internal insert in each tube that reduces the free-opening cross section through the tube (polymer solution passes through the tube), around the tube through which the liquid heat transfer medium flows. A deflection plate in the cylindrical space of the cylinder, and in the cylindrical space each arranged in the cross section of the tubular heat exchanger, each freely retaining the deflection zone of the heat transfer medium, wherein the tube is not located in the deflection zone and all internal inserts are One having the same structure is achieved by a tubular heat exchanger for removing dissolved material from the polymer solution by degassing.
내부 삽입물은 50 bar 절대압 이하의 입구 압력을 매우 낮은 진공, 종종 4 내지 200 mbar, 특히 4 내지 30 mbar로 큰 압력 강하를 초래한다.The internal inserts result in a large pressure drop of the inlet pressure below 50 bar absolute to very low vacuum, often 4 to 200 mbar, in particular 4 to 30 mbar.
관에 배열되어 이들의 자유 개방 횡단면을 축소시키는 내부 삽입물은 바람직하게는 나사산 연결에 의해 관 판에 고정될 수 있으며, 관 판에서 관의 용접부는 내부 삽입물에 대한 나사산 연결 아래에 위치한다. 이러한 방식으로, 내부 삽입물은 용이하게 설치되며 장치의 세정을 목적으로 제거될 수 있다.The internal inserts arranged in the tubes and reducing their free open cross section can be secured to the tube plates, preferably by threaded connections, in which the welds of the tubes are located below the threaded connections to the internal inserts. In this way, the internal insert is easily installed and can be removed for the purpose of cleaning the device.
내부 삽입물은 바람직하게는 다각형 키, 바람직하게는 육각형 키를 이용해 관 판에 고정된다. 다각형 키에 대한 오목부는 바람직하게는 내부 삽입물의 중앙을 통해 오른쪽으로 진행한다. 그 결과, 이는 내부 삽입물이 고정되고 키가 제거된 후 중합체 용액을 공급하는데 유리하게 사용될 수 있다.The inner insert is secured to the tube plate using a polygonal key, preferably a hexagonal key. The recess for the polygon key preferably runs to the right through the center of the inner insert. As a result, it can be advantageously used to supply the polymer solution after the internal insert is fixed and the key removed.
본 발명은 편향판의 특정 배열로 제한되지 않으며, 그에 따라 편향 영역은 자유롭게 유지된다. 편향판에 의해 열 전달 매질에 대해 자유롭게 유지되는 편향 영역은 바람직하게는 관다발형 열 교환기의 원통 내 공간 내에 형성된다. 바람직하게 편향판은 교대로 관다발형 열 교환기의 내벽에 열 전달 매질에 대한 편향 영역을 자유롭게 유지시키는 원 세그먼트 형태의 편향판일 수 있거나, 또는 교대로 환형 또는 디스크형을 가져 환형을 갖는 편향판은 관다발형 열 교환기의 중앙에 위치한 편향 영역을 자유롭게 유지시키고 디스크형 편향판은 관다발형 열 교환기의 내벽에 위치한 편향 영역을 자유롭게 유지시키도록 하는 편향판일 수 있다.The invention is not limited to the specific arrangement of the deflection plates, whereby the deflection zones remain free. The deflection zone freely held relative to the heat transfer medium by the deflection plate is preferably formed in the space in the cylinder of the tubular heat exchanger. Preferably the deflection plate may be a deflection plate in the form of a circle segment which alternately maintains a deflection zone for the heat transfer medium freely on the inner wall of the tubular heat exchanger, or alternatively the deflection plate having an annular or disc shape has an annular bundle. The disc-shaped deflection plate may be a deflection plate that freely maintains the deflection region located in the center of the heat exchanger and freely maintains the deflection region located on the inner wall of the tubular heat exchanger.
추가의 구조 변형에서, 관다발형 열 교환기의 외벽은 열 전달 매질을 관다발형 열 교환기의 외벽에 있는 천공을 통해 순환시키는 하나 이상의 챔버가 제공되며, 편향판에 의해 열 전달 매질에 대해 자유롭게 유지되는 편향 영역은 챔버에 위치하며, 천공은 흐름을 균일하게 만드는 역할을 한다. In a further structural variant, the outer wall of the tubular heat exchanger is provided with one or more chambers for circulating the heat transfer medium through the perforations in the outer wall of the tubular heat exchanger, the deflection plate being freely held against the heat transfer medium. The area is located in the chamber, and the perforations serve to make the flow uniform.
열 전달 매질은 바람직하게는 각각의 경우 고리 채널 또는 부분 고리 채널을 통해 원통 내 공간으로 도입되거나 공간으로부터 배출되며, 상기 고리 채널 또는 부분 고리 채널은 바람직하게는 열 전달 매질의 흐름 방향으로 자유 개방 면적이 감소하는 개방부를 갖는다. The heat transfer medium is preferably introduced into or exits the space in the cylinder in each case via the ring channel or the partial ring channel, which ring channel or the partial ring channel is preferably free open area in the flow direction of the heat transfer medium. It has a decreasing opening.
관다발형 열 교환기는 바람직하게는 열 전달 매질 측의 열 전달 계수가 500 내지 2000 W/m2/K, 바람직하게는 800 내지 1200 W/m2/K이도록 디자인된다.The tubular heat exchanger is preferably designed such that the heat transfer coefficient on the heat transfer medium side is 500 to 2000 W / m 2 / K, preferably 800 to 1200 W / m 2 / K.
액체 열 전달 매질, 특히 열 전달 오일을 사용하는 것이 바람직하다.Preference is given to using liquid heat transfer media, in particular heat transfer oils.
관다발형 열 교환기는 바람직하게는, 특히 길이가 1.0 내지 6.0 m, 바람직하게는 1.2 내지 2.0 m이고 내경이 10 내지 25 mm, 바람직하게는 13 내지 18 mm인 100 내지 1000개의 관, 바람직하게는 450 내지 3500개의 관을 포함한다. 편향판은 바람직하게는 두께가 6 내지 30 mm, 특히 8 내지 16 mm이다. The tubular heat exchanger is preferably 100 to 1000 tubes, preferably 450, in particular having a length of 1.0 to 6.0 m, preferably 1.2 to 2.0 m and an inner diameter of 10 to 25 mm, preferably 13 to 18 mm. To 3500 tubes. The deflection plate preferably has a thickness of 6 to 30 mm, in particular 8 to 16 mm.
관다발형 열 교환기는 바람직하게는 상부 관 판이 하부 관 판보다 유의하게 두껍도록, 특히 5배 정도 두껍도록, 바람직하게는 상부 관 판이 150 mm 두께이고 하부 관 판이 30 mm 두께이도록 구성된다.The tube bundle heat exchanger is preferably configured such that the upper tube plate is significantly thicker, in particular about five times thicker than the lower tube plate, preferably the upper tube plate is 150 mm thick and the lower tube plate is 30 mm thick.
열 전달 매질을 위한 배출구는 바람직하게는 상부 관 판 또는 바로 그 아래에 제공될 수 있으며, 파이프가 이들 구멍으로부터 나와 평형화 저장소 또는 수집 용기에 이른다.The outlet for the heat transfer medium may preferably be provided at or just below the upper tube plate, with the pipes coming out of these openings leading to the equilibration reservoir or collection vessel.
관다발형 열 교환기의 벽에 있는 구멍을 통해 또는 하부 관 판을 통해 열 전달 매질을 비우는 시스템이 유리하게 제공될 수 있다. A system for emptying the heat transfer medium through the holes in the wall of the tubular heat exchanger or through the lower tube plate can be advantageously provided.
편향판을 관 상으로 압연하지 않고, 제조 동안 관과 편향판 사이의 갭을 제조 기술이 허락하는 한 작게, 특히 0.1 내지 0.4 mm, 바람직하게는 0.14 내지 0.25 mm로 보장하는 것이 유리하다.Without rolling the deflection plate onto the tube, it is advantageous to ensure that the gap between the tube and the deflection plate during manufacture is as small as possible, in particular 0.1 to 0.4 mm, preferably 0.14 to 0.25 mm, as the manufacturing technique allows.
편향판은 바람직하게는 관다발형 열 교환기의 벽에 대해 밀봉된다.The deflection plate is preferably sealed against the wall of the tubular heat exchanger.
편향판을 등거리로 배열하지 않고, 편향판 사이의 거리가 구체적으로는 관에서의 탈기 공정에 부합하여 열 전달 계수가 공정 기술 영역에 필요한 관 영역에서 보다 높도록 하는 것이 유리할 수 있다.Without arranging the deflection plates equidistantly, it may be advantageous for the distance between the deflection plates to be higher in the tube area required for the process technology area, in particular in accordance with the degassing process in the tube.
유리하게는 열 팽창에 대한 보상기가 관다발형 열 교환기의 원통에 제공된다.Advantageously a compensator for thermal expansion is provided in the cylinder of the tubular heat exchanger.
특히 다성분 생성물, 예를 들어 ABS 용액의 탈기를 위해, 관다발형 교환기는 둘 이상의 별개 회로가 열 전달 매질에 제공되어 상이한 온도 및 그 결과 상이한 탈기 수준을 달성하도록 둘 이상의 대역을 가질 수 있다.Especially for the degassing of multicomponent products, for example ABS solutions, the tubular exchanger may have two or more zones such that two or more separate circuits are provided in the heat transfer medium to achieve different temperatures and consequently different degassing levels.
본 발명은 또한 관다발형 열 교환기의 관을 통해 상부에서 하부로 중합체 용액을 통과시키는 단계 및 열 전달 매질을 횡-역류 또는 횡-병류로 중합체 용액에 전달하는 단계를 포함하는, 상기 기재된 바와 같은 관다발형 열 교환기에서 탈기에 의해 중합체 용액으로부터 용해 물질을 제거하기 위한 연속 방법을 제공한다. The invention also includes passing a polymer solution from top to bottom through a tube of a tubular heat exchanger and delivering the heat transfer medium to the polymer solution in cross-counterflow or cross-cocurrent flow, as described above. Provided is a continuous process for removing dissolved material from a polymer solution by degassing in a type heat exchanger.
각각의 경우 장치를 통해 상부에서 하부로 중합체 용액 및 열 전달 매질이 병류로 흐르는 작동 모드는 예를 들어 폴리스티렌의 탈기시 장치에서 중합체 용액의 유입 영역에 과열이 요망되는 경우 특히 유용하다. In each case the mode of operation in which the polymer solution and the heat transfer medium flow co-currently from the top to the bottom is particularly useful when overheating is desired in the inlet region of the polymer solution, for example in the device upon degassing of polystyrene.
본 발명은 또한 폴리스티렌 또는 ABS의 탈기를 위한 상기 관다발형 열 교환기의 용도를 제공한다.The present invention also provides the use of said tubular heat exchanger for the degassing of polystyrene or ABS.
본 발명은 하기 도면 및 실시예에 의해 예시된다.The invention is illustrated by the following figures and examples.
도 1은 중합체 용액 및 열 전달 매질의 횡-역류 흐름을 갖는 본 발명에 따른 관다발형 열 교환기의 바람직한 실시양태의 세로 단면을 도시하며, 도 1A에서 B-B 면의 횡단면을 도시하고,1 shows a longitudinal cross section of a preferred embodiment of a tubular heat exchanger according to the invention with a cross-counterflow flow of a polymer solution and a heat transfer medium, showing the cross section of the B-B plane in FIG. 1A,
도 2는 열 전달 매질의 방사상 흐름을 갖는 본 발명에 따른 관다발형 열 교환기의 추가 바람직한 실시양태의 세로 단면을 도시하며, 도 2A에서 E-E 면의 횡단면을 도시하고,FIG. 2 shows a longitudinal cross section of a further preferred embodiment of a tubular heat exchanger according to the invention with a radial flow of heat transfer medium, showing the cross section of the E-E face in FIG. 2A,
도 3은 종래 기술에 따른 열 전달 매질의 횡-병류 흐름을 갖는 반응기의 세로 단면을 도시하며, 도 3A에서 A-A 면의 횡단면을 도시하고, FIG. 3 shows a longitudinal cross section of a reactor with transverse co-current flow of a heat transfer medium according to the prior art and shows the cross section of the A-A plane in FIG. 3A,
도 4는 열 전달 매질의 방사상 흐름을 갖는 종래 기술에 따른 관다발형 열 교환기의 세로 단면을 도시하며, 도 4A에서 E-E 면의 횡단면을 도시하고,FIG. 4 shows a longitudinal cross section of a tubular heat exchanger according to the prior art with a radial flow of heat transfer medium and shows a cross section of the E-E plane in FIG. 4A, and FIG.
도 5는 본 발명에 따른 관다발형 열 교환기의 추가 바람직한 실시양태의 세로 단면을 도시하며, 도 5A에서 C-C 면의 횡단면 및 도 5B에서 D-D 면의 횡단면을 도시하고, 5 shows a longitudinal cross section of a further preferred embodiment of a tubular heat exchanger according to the invention, shows a cross section of the C-C plane in FIG. 5A and a cross section of the D-D plane in FIG. 5B,
도 6은 중합체 용액 및 열 전달 매질의 병류 흐름을 갖는 본 발명에 따른 관다발형 열 교환기의 추가 바람직한 실시양태의 세로 단면을 도시하고, 6 shows a longitudinal cross section of a further preferred embodiment of a tubular heat exchanger according to the invention with a cocurrent flow of polymer solution and heat transfer medium,
도 7은 복수의 대역을 갖는 본 발명에 따른 관다발형 열 교환기의 추가 바람직한 실시양태의 세로 단면을 도시하고,7 shows a longitudinal section of a further preferred embodiment of a tubular heat exchanger according to the invention having a plurality of zones,
도 8은 열 전달 매질의 방사상 흐름 및 중합체 용액 및 열 전달 매질의 병류 흐름을 갖는 본 발명에 따른 관다발형 열 교환기의 추가 바람직한 실시양태의 세로 단면을 도시하고, 8 shows a longitudinal cross section of a further preferred embodiment of a tubular heat exchanger according to the invention having a radial flow of heat transfer medium and a cocurrent flow of polymer solution and heat transfer medium,
도 9A 내지 9C는 관다발형 열 교환기에 대한 캡의 바람직한 실시양태를 도시 하고, 9A-9C show preferred embodiments of a cap for a tubular heat exchanger,
도 10은 장치의 캡에서 가공의 바디를 갖는 본 발명에 따른 관다발형 열 교환기의 바람직한 실시양태의 세로 단면을 도시하고, 10 shows a longitudinal cross section of a preferred embodiment of a tubular heat exchanger according to the invention with a body of machining in the cap of the device,
도 11A 및 11B는 열 전달 매질의 도입 및 방출을 위한 고리 채널에 있는 개방부의 바람직한 실시양태를 도시한다.11A and 11B show preferred embodiments of openings in ring channels for introduction and release of heat transfer media.
참조 번호Reference number
R 관다발형 열 교환기R tube bundle heat exchanger
1 관1 tube
2 관 판2 tube plates
3 내부 삽입물3 internal insert
4 중합체 용액4 polymer solution
5 관 주위의 원통 내 공간5 In-cylinder space around the tube
6 열 전달 매질6 heat transfer medium
7 편향판7 deflection plate
8 편향 영역8 deflection zones
9 외벽 상의 챔버9 Chamber on outer wall
10 외벽에 있는 천공10 Perforation in the outer wall
11 고리 채널11 ring channel
12 고리 채널에 있는 개방부Opening in the 12-ring channel
S1-S4 갭S1-S4 gap
도면에서, 각 경우 동일한 참조 번호는 동일하거나 상응하는 특징부를 나타낸다.In the drawings, the same reference numerals in each case represent the same or corresponding features.
도 1에 도시된 관다발형 열 교환기(R)는 중합체 용액(4)을 상부에서 하부로 통과시키는 관(1) 다발을 갖는다. 관(1)은 각 단부가 관 판(2)에 고정 및 밀봉되어 있다. 액체 중합체 용액(4)에 대한 개방 횡단면을 축소시키는 내부 삽입물(3)이 관(1)에 제공된다. 모든 내부 삽입물(3)은 동일한 구조를 갖는다.The tubular heat exchanger (R) shown in FIG. 1 has a bundle of tubes (1) through which the polymer solution (4) passes from top to bottom. Each end of the
편향판(7)은 관(1) 사이 원통 내 공간(5)에 배열된다. 이들은 원 세그먼트 형태를 갖고, 교대로 관다발형 열 교환기(R)의 내벽에서 열 전달 매질(6)에 대해 편향 영역(8)을 자유롭게 유지시킨다.The
도 1A에서 횡단면의 도시는 편향 영역(8)에 관(1)이 없음을 명확히 나타낸다.The illustration of the cross section in FIG. 1A clearly shows that there is no
도 2는 열 전달 매질(6)의 방사상 흐름을 갖는 본 발명에 따른 관다발형 열 교환기의 추가 바람직한 변형을 도시한다. 이는 교대로 환형 또는 디스크형을 갖는 편향판(7)의 기하구조에 의해 발생한다. 도면에서, 최하부 편향판은 예를 들어 상기에 위치한 것이 디스크형을 갖는 환형이고, 최상부 편향판(7)은 다시 환형을 갖는다.2 shows a further preferred variant of the tubular heat exchanger according to the invention with a radial flow of
명확히 알 수 있는 바와 같이, 특히 도 2A의 횡단면의 도시에서, 중앙 편향 영역(8)은 바람직하게는 관(1)을 갖지 않는다.As can be clearly seen, especially in the cross sectional view of FIG. 2A, the
이에 반해, 도 3은 원 세그먼트 형태를 갖는 편향판(7)의 결과로서 열 전달 매질(6)의 횡-역류 흐름을 갖는 종래 기술에 따른 관다발형 열 교환기를 도시한다. 관은 장치 전체에 존재한다. 그 결과, 편향 영역(8)에서 비한정 흐름이 우세하며, 가장 바람직하지 않은 경우, 관의 외부를 따라 열 전달 매질이 순전히 세로로 흘러, 관 위의 순전한 가로 흐름에 비해 유의하게 낮은 열 전달 계수를 초래한다. 이를 보상하기 위해, 예를 들어 상이한 기하구조의 내부 삽입물(3)이 필요하며, 이에 따라 제작 및 조립에 많은 비용이 든다.In contrast, FIG. 3 shows a tubular heat exchanger according to the prior art with a cross-counter flow of
도 3A에서 횡단면의 도시는 관이 장치 전체에 존재함을 명확히 나타낸다.The illustration of the cross section in FIG. 3A clearly shows that the tube is present throughout the device.
도 4는 교대로 환형 및 디스크형을 갖는 편향판(7)에 의해 발생한 열 전달 매질(6)의 방사상 흐름을 갖는 종래 기술에 따른 장치의 추가 실시양태를 도시한다. 도면으로부터 명확히 알 수 있는 바와 같이, 예를 들어 상응하게 높은 제작 및 조립 비용에 걸맞는 상이한 배열의 내부 삽입물(3)에 의해 보상된, 열 전달 매질(6)의 세로 흐름에 상응하는 감소된 열 전달 영역 및 재순환 대역이 편향 영역(8)에 발생한다. 4 shows a further embodiment of the device according to the prior art with a radial flow of
도 4A에서 횡단면의 도시는 관이 장치 전체에 존재함을 나타낸다. 2개의 파선 사이의 영역은 관 위의 순전한 가로 흐름을 확실히 보장하는 편향판의 중복 영역에 상응한다.The illustration of the cross section in FIG. 4A indicates that the tube is present throughout the device. The area between the two dashed lines corresponds to the overlapping area of the deflection plate which ensures purely transverse flow over the pipe.
도 5는 관다발형 열 교환기(R)의 외벽에 위치한 챔버(9)를 갖는 바람직한 실시양태를 도시한다. 편향 영역(8)은 챔버(9)에 위치한다. 관다발형 열 교환기(R)의 외벽 상에 챔버(9)의 배치는 도 5A 및 5B의 횡단면의 도시에서 특히 명확해진다.FIG. 5 shows a preferred embodiment with a
도 6은 도 5에 도시된 장치의 추가 변형을 도시하되, 중합체 용액(4) 및 열 전달 매질(6)의 병류 흐름을 갖는다.FIG. 6 shows a further variant of the device shown in FIG. 5, with a cocurrent flow of
도 7은 도 5 및 도 6에 도시된 장치의 추가 변형을 도시하되, 복수의 대역, 바람직하게는 2개의 대역, 즉 열 전달 매질(6)에 대한 2개의 회로를 갖는다.FIG. 7 shows a further variant of the device shown in FIGS. 5 and 6, with two circuits for a plurality of bands, preferably two bands, ie
도 8은 도 2에 도시된 방사상 흐름 장치의 추가 변형을 도시하되, 중합체 용액(4) 및 열 전달 매질(6)의 병류 흐름을 갖는다.FIG. 8 shows a further variant of the radial flow device shown in FIG. 2 with the cocurrent flow of the
도 9A 내지 9B는 관다발형 열 교환기(R)의 양 단부에 결합하는 캡의 바람직한 구조 실시양태를 도시하며, 도 9A에서는 중앙 치환 바디가 제공되고, 도 9B에 도시된 변형에서는 캡이 판형을 갖고, 도 9C에 도시된 변형에서는 파이프형을 갖는다.9A-9B show preferred structural embodiments of a cap that couples to both ends of the tubular heat exchanger R, in which a central replacement body is provided in FIG. 9A, and in the variant shown in FIG. 9B the cap has a plate shape. In the variant shown in Figure 9C, it has a pipe shape.
관다발형 열 교환기(R)에 결합하는 캡 공간의 추가 바람직한 실시양태가 도 10에 도시되며, 흐름이 불량한 캡 영역에 가공의 바디가 제공된다.A further preferred embodiment of the cap space for coupling to the tubular heat exchanger (R) is shown in FIG. 10, where the processing body is provided in a poorly flown cap area.
도 11A는 도시된 변형에서 직사각형인, 고리 채널(11)에 있는 개방부(12) 형상 (개방부의 크기는 흐름 방향으로 감소함)을 개략적으로 도시한다.FIG. 11A schematically shows the shape of the
고리 채널(11)에 있는 개방부(12)의 추가 변형이 도 11B에 도시되어 있다. 이 실시양태에서, 개방부(12)는 원형이다.A further variant of the
관 위의 열 전달 매질의 가로 흐름에 상응하는 우수한 열 전달의 작동 조건, 즉 약 200 W/m2/K의 불량한 열 전달 계수를 갖는 세로 흐름에 비해 약 1000 W/m2/K의 열 전달 계수를 순환하는 열 전달 매질 (말로썸(Marlotherm, 등록상표) 열 전달 오일)의 양 변화에 의해 17.8 mm의 외경 및 1.5 mm의 벽 두께를 갖는 이중 벽 관에서 재생성하였다. 300 mm의 길이를 갖는 내부 삽입물을 이중 벽 관에 위치시켰다. 관의 자켓 내로 도입시 말로썸(등록상표) 열 전달 오일의 온도는 300℃이었고, 잔류 단량체 스티렌 및 에틸벤젠이 감압에 의해 분리 제거되는 폴리스티렌 용액의 도입 온도는 160℃이었다. Good heat transfer operating conditions corresponding to the transverse flow of the heat transfer medium above the tube, ie heat transfer of about 1000 W / m 2 / K compared to longitudinal flow with poor heat transfer coefficient of about 200 W / m 2 / K Regeneration was achieved in double wall tubes with an outer diameter of 17.8 mm and a wall thickness of 1.5 mm by the amount of heat transfer medium circulating the count (Marlotherm® heat transfer oil). An internal insert with a length of 300 mm was placed in the double wall tube. The introduction temperature of the Malosum® heat transfer oil was 300 ° C. upon introduction into the jacket of the tube, and the introduction temperature of the polystyrene solution in which residual monomer styrene and ethylbenzene were separated off by reduced pressure was 160 ° C.
실험 결과를 하기 표에 요약하였다.The experimental results are summarized in the table below.
하기 표에서 알 수 있는 바와 같이, 관을 따른 세로 흐름에 상응하는 200 W/m2/K의 열 전달 계수에서 단량체 스티렌 및 에틸벤젠의 잔류 농도 (비교 실험 번호 C1)는 가로 흐름 또는 주로 가로 흐름에 상응하는 우수한 열 전달 계수를 갖는 실험에서의 경우 (본 발명에 따른 실험 I1 및 I2)보다 높다.As can be seen in the table below, the residual concentrations of monomeric styrene and ethylbenzene (comparative experiment No. C1) at a heat transfer coefficient of 200 W / m 2 / K corresponding to a longitudinal flow along the tube are either transverse or predominantly transverse Higher than in the experiments with good heat transfer coefficients corresponding to (experiments I1 and I2 according to the invention).
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