JP5953619B2 - 溶液移送冷却装置 - Google Patents
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Description
さらに詳しくは、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の重合体の付着や、重合体反応器からペレット化等の後処理装置に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の重合体の析出付着、いわゆる重合体ファウリングが発生する。本発明は、この重合体ファウリング等を容易且つ効率的に除去することができる溶液移送冷却装置に関する。
一方、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の弊害が発生する。
(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説に基づく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)。
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不完全で、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。
この円柱管束は、全体を耐圧シェル内に取付け、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。
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。
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。
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、溶液移送冷却装置内の固形分の堆積を、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溶液移送冷却装置を提供することを目的とする。
剛性冷媒外筒の内部に、複数の剛性溶液外筒を互いに平行に配置した溶液移送冷却装置において、
前記剛性溶液外筒の内部に、常温常圧で前記剛性溶液外筒の内径より小さい外径を有し、移送される溶液の温度上昇及び圧力増加の少なくとも一方によって膨張して前記剛性溶液外筒の内面に接し、前記溶液の冷却または圧力低下によって、前記剛性溶液外筒の内周面と薄肉内筒の間に空間ができるように縮径する前記薄肉内筒を配置したことを特徴とする溶液移送冷却装置
である。
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た冷却流路部(熱交換器)を有する重合体製造装置であって、
前記冷却流路部は、剛性冷媒外筒の内部に、複数の剛性溶液外筒を互いに平行に配置し、前記剛性溶液外筒の内部に、常温常圧で前記剛性溶液外筒の内径より小さい外径を有し、移送される溶液の温度上昇及び圧力増加の少なくとも一方によって膨張して前記剛性溶液外筒の内面に接し、前記溶液の冷却または圧力低下により、前記剛性溶液外筒の内周面と薄内筒の間に空間ができるように縮径する前記薄肉内筒を配置したことを特徴とする重合体製造装置
である。
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。
前記本発明において、前記薄肉内筒が、SUS300系ステンレス鋼、アルミ合金、銅合金等によって製造されていることを特徴とする。
被熱交換流体Rを収容する被熱交換流体室14は、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。シェル10の被熱交換流体室14のある部分において、下側に被熱交換流体入口22が配置され、上側に被熱交換流体出口24が形成されている。被熱交換流体室14は、区切り板40によって、下側の被熱交換流体室高温部14aと下側の被熱交換流体室低温部14bとに分けられている。
被熱交換流体Rとして、ノルマヘキサンと重合体の混合体が例示される。
冷却水等の冷媒Wを収容する冷媒室16は、シェル10の端部を冷媒室蓋30によって塞がれ、内部に例えば約2000本の熱交換チューブ32が互いに平行に配置されている。冷媒室16内において、チューブシート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。
剛性冷媒外筒102の冷媒流通部分の長さは10メートルであり、図3に示すように、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。
σi=pDl/2tl=PD/2t ・・・・・ (1)
である。例えば、株式会社技術評論社平成24年5月25日発行「入門材料力学」(有光隆著)第70頁第8行の「円周方向に発生する引張り応力」に記載されているとおりである。
ここで、SUS304の許容引張り応力は、JISG4303によると、40℃において194メガパスカル、75℃において180メガパスカル、100℃において171メガパスカルである。
剛性溶液外筒102の肉厚は、2.0ミリメートルである。剛性溶液外筒102の内径は、21.40ミリメートルである。薄肉内筒110は、外径が21.37ミリメートルである。薄肉内筒110の肉厚は、0.04ミリメートルである。薄肉内筒110の内圧は、1.20メガパスカルである。剛性溶液外筒102及び薄肉内筒110の材料であるSUS304のヤング率は、200ギガパスカルである。
剛性溶液外筒102の内面と薄肉内筒110の外面のクリアランスすなわち間隔は、0.03ミリメートルの半分の0.015ミリメートルである。
フープ力 σi=PD/2t
=(1.2MPa×21.30mm)/(2×0.04mm)
=319.5(メガパスカル)
フックの法則により
歪みε=応力σi /ヤング率
=319.5MPa/200GPa
=0.0016(0.16%)
従って、薄肉内筒110の外径は、内圧によって
21.37mm×0.0016=0.034mm
増加することになる。この値は、内圧によって薄肉内筒110が剛性溶液外筒102に密着する可能性を示す。
剛性溶液外筒102に、内圧1.20メガパスカルが負荷されたと仮定する。
フープ力 σi=PD/2t
=(1.2MPa×23.40mm)/(2×2.0mm)
=7.02MPa
フックの法則により
歪みε=応力σi /ヤング率
=7.02 MPa/200GPa
=0.000
従って、剛性溶液外筒102に、内圧1.20メガパスカルが負荷されたとしても、剛性溶液外筒102はほとんど伸張せず、薄肉内筒110のバックアップが可能である。
「東京都立産業技術研究センター研究報告、第5号、2010年」(第78頁)等に記載された「0.2%耐力」は、ある圧力を負荷して除圧した時の残留歪みが0.2%以内であることを示す。同論文によると、SUS304の0.2%耐力は、314MPaである。すなわち、314MPaは、SUS304においては、降伏値以上の値である。ただし、本実施形態において、剛性溶液外筒102と薄肉内筒110のクリアランスが0.2%以内であれば、クリープ現象や金属疲労によって残留歪みが発生したとしても0.2%以内に留まる。仮に、剛性溶液外筒102と薄肉内筒110のクリアランスが0.1%以内であれば、薄肉内筒110は、剛性溶液外筒102に密着し、剛性溶液外筒102にバックアップされ、除圧後回復して原寸に戻る。
予備の薄肉内筒110を準備して、重合体ファウリングが形成された薄肉内筒110を該予備の薄肉内筒110に置換することは、重合体ファウリングの高所除去作業を安全に且つ短時間に行うことであり、重合体の生産効率を高めるために極めて有効である。
100 剛性冷媒外筒
102 剛性溶液外筒
104 剛性溶液外筒支持板
106 溶接
110 薄肉内筒
Claims (11)
- 剛性冷媒外筒の内部に、複数の剛性溶液外筒を互いに平行に配置した溶液移送冷却装置において、
前記剛性溶液外筒の内部に、常温常圧で前記剛性溶液外筒の内径より小さい外径を有し、移送される溶液の温度上昇及び圧力増加の少なくとも一方によって膨張して前記剛性溶液外筒の内面に接し、前記溶液の冷却または圧力低下によって、前記剛性溶液外筒の内周面と薄肉内筒の間に空間ができるように縮径する前記薄肉内筒を配置したことを特徴とする溶液移送冷却装置。 - 前記薄肉内筒が、SUS300系ステンレス鋼によって製造されていることを特徴とする請求項1に記載の溶液移送冷却装置。
- 前記薄肉内筒が、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に記載の溶液移送冷却装置。
- 前記薄肉内筒が、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に記載の溶液移送冷却装置。
- 前記溶液が、溶剤と重合生成物の混合溶液であることを特徴とする請求項1に記載の溶液移送冷却装置。
- 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た冷却流路部(熱交換器)を有する重合体製造装置であって、
前記冷却流路部は、剛性冷媒外筒の内部に、複数の剛性溶液外筒を互いに平行に配置し、前記剛性溶液外筒の内部に、常温常圧で前記剛性溶液外筒の内径より小さい外径を有し、移送される溶液の温度上昇及び圧力増加の少なくとも一方によって膨張して前記剛性溶液外筒の内面に接し、前記溶液の冷却または圧力低下により、前記剛性溶液外筒の内周面と薄肉内筒の間に空間ができるように縮径する前記薄肉内筒を配置したことを特徴とする重合体製造装置。 - 前記薄肉内筒が、SUS300系ステンレス鋼によって製造されていることを特徴とする請求項6に記載の重合体製造装置。
- 前記薄肉内筒が、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6に記載の重合体製造装置。
- 前記薄肉内筒が、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6に記載の重合体製造装置。
- 前記薄肉内筒が,その端部を前記剛性溶液外筒にかしめられていることを特徴とする請求項6に記載の重合体製造装置。
- 前記溶液が、溶剤と重合生成物の混合溶液であることを特徴とする請求項6に記載の重合体製造装置。
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