JP4451504B2 - 反応器の熱交換システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反応器、例えば重合用の反応器の熱交換システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
重合反応のなかには、かなりの熱量を発するものがある。その場合、熱交換システムを反応器内に配置して、反応器の内容物を冷却せねばならない。従来型の熱交換システムは、頂部及び底部のヘッダーと、これらヘッダー間に延在し、これらヘッダーを接続する複数の管とを含んでいる。羽根車を有する軸流または部分軸流撹拌器により、垂直の流れパターンが発生する。この流れパターンは、反応器底部へ下降し、底部で反転して、羽根車外側を上昇することができる。その場合、若干の流れは、管と反応器壁との間を流れ、若干の流れは、羽根車と管との間を流れる。管と管との間には、低流動または無流動の死点が認められる。これらの死点区域では、反応器内容物が過冷されるため、最終製品に、望ましくない高粘度部分が生じ、当然の結果として最終製品の均質性に悪影響が与えられる。また、管内の冷却液とポリマー溶液との間の熱伝達も低下する。さらには、これらの死点区域では、反応器内容物の混合又は配合が阻害されるため、反応器内で反応体の完全な混合が行われない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、流れパターンが改善され、熱伝達が高められ、かつ均等な熱伝達が達せられる反応器用改良熱交換システムを得ることにある。
【０００４】
本発明の別の目的は、改良熱交換システムを有する次のような反応器を得ることにある。すなわち、改良熱交換システムにより、熱交換管周囲の流体速度が改善され、反応体のより一様な分布が可能になり、それによって、反応器内での混合度が高められ、反応または配合が加速されるような反応器である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的は、容器と、容器内容物を撹拌する撹拌器とを有する種類の反応器内の、次のような改良熱交換システムにより実現された。すなわち、管を有する事実上環状の第１ヘッダーと、管を有し、第１ヘッダーから間隔をおいて位置する事実上環状の第２ヘッダーと、管を有し、第１ヘッダーから間隔をおいて位置し、第２ヘッダーに隣接する事実上環状の第３ヘッダーと、第１ヘッダーと第２ヘッダーとの間に延在し、これら両ヘッダーを接続する第１の管組と、第１ヘッダーと第３ヘッダーとの間に延在し、これら両ヘッダーを接続している第２の管組とを含む改良熱交換システムである。
【０００６】
一好適実施例によれば、第１と第２の管組の間に位置し、第２および第３のヘッダーに隣接する第４のヘッダーが備えられている。第４ヘッダーと第１ヘッダーとの間には、第３の管組が延在し、第４ヘッダーと第１ヘッダーとを接続している。
【０００７】
【発明の効果】
本発明により、内側の管と外側の管との間に配置された内部の管の周囲の死点が減少または解消される。死点区域の過冷が防止され、より均質な製品が製造され、より高い熱除去が達せられる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１に示した反応器１０は、容器１２と、撹拌器１４と、熱交換システム１６とを含んでいる。この特定の反応器は、スチレンおよびブタジエンの重合に使用するものである。しかし、本発明は、熱交換システムによって冷却または加熱が必要な他の反応にも適用可能である。
【０００９】
容器１２は、垂直に配向された長手方向軸線を有している。容器１２は、さらに上端部３０に入口２０，２２，２４，２６，２８を備え、下端部３４に出口３２を備えている。溶剤、カップリング剤、スチレン、反応開始剤、ブタジエンは、それぞれ入口２０，２２，２４，２６，２８を介して容器１２内へ導入される。製品、すなわち溶液のスチレン-ブタジエン共重合体は、出口３２を介して容器１２から引き出される。
【００１０】
撹拌器１４は、長手方向軸線１８と整線された軸３６と、３個の羽根車３８とを有している。所望の場合には、２、３個以上の羽根車も使用できる。撹拌器１４は、好ましくは、モータ４０により３０〜３５０ｒｐｍで駆動される軸流または部分軸流撹拌器である。モータ４０は、ポリマー溶液の粘度の変化につれて、減速または加速が可能である。
【００１１】
熱交換システム１６は、管を有する事実上環状の第１ヘッダー４２と、管を有し、かつ第１ヘッダー４２から間隔をおいて配置された事実上環状の第２ヘッダー４４と、管を有し、かつ第１ヘッダー４２から間隔をおき、第２ヘッダー４４に隣接配置された事実上環状の第３ヘッダー４６と、管を有し、かつ第２、第３ヘッダー４４，４６に隣接して、しかし両ヘッダーから垂直方向にずらされて、両ヘッダーの上方に配置された第４ヘッダー４８と、第１ヘッダー４２と第２ヘッダー４４との間に延在し、かつ両ヘッダーを接続する第１の管組５０と、第１ヘッダー４２と第３ヘッダー４６との間に延在し、かつ両ヘッダーを接続する第２の管組５２と、第１ヘッダー４２と第４ヘッダー４８との間に延在し、かつ両ヘッダーを接続する第３の管組５４とを含んでいる。第１ヘッダー４２は、上端部３０近くの位置で長手方向軸線１８を中心として配置され、第２、第３のヘッダー４４，４６と第４ヘッダー４８とは、下端部３４近くの位置で、長手方向軸線１８を中心として配置されている。第１の管組５０は２列の管を含み、各列の管は環状に間隔を置いて配置されている。同じように、第２の管組５２は２列の管を含み、各列の管が環状に間隔をおいて配置されている。さらに、第３の管組５４は、環状に間隔をおいて配置された１列の管を含んでいる。各管組５０，５２，５４は、長手方向軸線１８と事実上平行となるように、事実上垂直に配向されている。図１から分かるように、第４ヘッダー４８は、管組５０，５２の間に位置している。
【００１２】
第２ヘッダー４４は、１８０°の間隔をおいた２つの入口５６を有し、第３ヘッダー４６は、同じく１８０°の間隔をおいた２つの入口５８（図１に、一方のみを部分的に示す）を有している。第４ヘッダー４８は、９０°の間隔をおいた４つの入口６０（図１に、２つのみを示す）を有している。第１ヘッダー４２は、１８０°の間隔をおいた２つの出口６２を有している。したがって、冷却液は、ヘッダー４４，４６，４８から上方へ管組５０，５２，５４を通過してヘッダー４２へ流れる。適当な冷却液は、ｎ−ペンタン等の炭化水素と水とを含むものである。
【００１３】
容器１２内の流体は、回転羽根車３８によって下方へ強制される。流体は、容器１２の底部へ流れ、底部で反転し、羽根車３８の外側を上方へ向かって流れる。そのさい、流体は、第２ヘッダー４４と第３ヘッダー４６との間と、第４ヘッダー４８の周囲とを流れる。これによって、流体は、管組５０，５２の各管の間同様、管組５０、５２の管列の間をも流れることになる。流体は、容器１２の頂部へ向かって上昇し続け、頂部に達すると、羽根車３８の回転に応じて下方へ流下する。淀みを生じる死点区域は最小化され、流速は、内部の管の間で最大化され、既述のように、所望どおりに均質な製品が製造される。加えて、本発明により配合時間も最小化される。
【００１４】
図２には、管組５０，５２，５４の配置が、より明瞭に示され、各管列の管の環状の配置間隔が、より詳細に示されている。ヘッダー４４，４６，４８も、環状の形状で見ることができる。
【００１５】
図３には、入口５６，５８，６０の配置が、より明瞭に示されている。もちろん、別の配置も可能である。
【００１６】
図４に示した第２実施例は、より大型の第４ヘッダー、つまりヘッダー６４と、関連する管組６６とを別にすれば、あらゆる点で図１の第１実施例に類似している。管組６６は、２列の管より成り、各列の管が環状に間隔をおいて配置されている。これにより、図１の実施例に比して、余分の特別の管列が得られるため、熱交換面積が増大し、容器内の流体の冷却効果が高まる場合がある。
【００１７】
図５および図６に示した、図４の実施例の断面図は、図１の実施例を示した図２および図３の断面図同様の図である。
【００１８】
既述の提案に照らして、本発明には、多くの変更態様および変化形が可能である。例えば、本発明を広く解釈すれば、第４ヘッダーは除去してもよいだろう。あるいはまた、第１ヘッダーは、マルチプルヘッダーに分割してもよいだろう。最後に、冷却液の入口の配管も変更できよう。したがって、添付特許請求の範囲の枠内で、本発明は、以上に詳説した実施例とは別様に実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による熱交換システムを備えた反応器の断面図。
【図２】図１の２−２線に沿って切断した断面図。
【図３】図１の３−３線に沿って切断した断面図。
【図４】本発明の第２実施例による熱交換システムを備えた反応器の断面図。
【図５】図４の５−５線に沿って切断した断面図。
【図６】図４の６−６線に沿って切断した断面図。
【符号の説明】
１０ 反応器
１２ 容器
１４ 撹拌器
１８ 長手方向軸線
２０，２２，２４，２６，２８ 入口
３０ 上端部
３２ 出口
３６ 軸
３８ 羽根車
４２ 第１ヘッダー
４４ 第２ヘッダー
４６ 第３ヘッダー
４８ 第４ヘッダー
５０ 第１の管組
５２ 第２の管組
５４ 第３の管組
５６，５８，６０ 入口
６２ 出口
６４ 第４ヘッダー
６６ 第３の管組

Claims (7)

1. 容器（１２）と、容器の内容物を撹拌して容器（１２）の長手方向への内容物の流れを生じる軸流撹拌器と、容器内の熱交換システムとを有する型式の反応器において、前記熱交換システムが、
   管を有する環状の第１ヘッダー（４２）と、
   管を有し、第１ヘッダー（４２）から容器（１２）の長手方向へ間隔をおいて位置する環状の第２ヘッダー（４４）と、
   管を有し、第１ヘッダー（４２）から容器（１２）の長手方向へ間隔をおいて位置し、第２ヘッダー（４４）に隣接する環状の第３ヘッダー（４６）と、
   第１ヘッダー（４２）と第２ヘッダー（４４）との間に延在し、これら両ヘッダーを接続する第１の管組（５０）と、
   第１ヘッダー（４２）と第３ヘッダー（４６）との間に延在し、これら両ヘッダーを接続している第２の管組（５２）とを含むことを特徴とする反応器。
2. 管を有し、第１の管組（５０）と第２の管組（５２）との間に位置し、第２ヘッダー（４４）および第３ヘッダー（４６）に隣接する環状の第４ヘッダー（４８，６４）と、第１ヘッダー（４２）と第４ヘッダー（４８，６４）との間に延在しかつ第１ヘッダー（４２）と第４ヘッダー（４８，６４）とを接続している第３の管組（５４，６６）とを含む請求項１に記載された反応器。
3. 前記容器（１２）が、垂直に配向された長手方向軸線（１８）と、上端部（３０）と、下端部（３４）とを有し、また第１ヘッダー（４２）が、長手方向軸線（１８）を上端部（３０）近くの位置で包囲しており、第２、第３、第４のヘッダーが、長手方向軸線（１８）を下端部（３４）近くの位置で包囲しており、さらに、長手方向軸線（１８）と平行となるように、第１、第２、第３の管組（５０，５２，５４，６６）が垂直に配向されている請求項２に記載された反応器。
4. 第４ヘッダー（４８，６４）が、第２および第３のヘッダー（４４，４６）から上方へ垂直方向にずらされている請求項３に記載された反応器。
5. 第１の管組（５０）が、２列の管を含み、これらの列において各列の管が環状に間隔を置いて配置されており、また第２の管組（５２）が、２列の管を含み、これらの列において、各列の管が環状に間隔をおいて配置されており、さらに第３の管組（５４）が、環状に配置された１列の管を含んでいる請求項４に記載された反応器。
6. 第３の管組（６６）が、さらに環状に配置された第２の列の管を含んでいる請求項５に記載された反応器。
7. 前記反応器が、スチレンおよびブタジエンの重合用である請求項６に記載された反応器。

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