JPS59135355A - 反応装置伝熱を決定する装置 - Google Patents

反応装置伝熱を決定する装置

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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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、概括的には化学反応器用の制御設備及び技法
に関するものであり、特にはオレフィン酸化反応器にお
ける伝熱効率を測定する新規かつ有用な装置及び方法に
関するものである。熱伝達効率が所定のレベル以下に低
下する場合には、不安全な又は望ましくない状況が存在
する、従って、伝熱効率の測定法を反応器の故障検出用
に利用することかできる。
オレフィン、特にエチレンオキシドの製造プロセスでは
、エチレン及び酸素又は空気を混合して等温多管反応器
に供給する。エチレンを触媒の存在において隣化してエ
チレンオキシドにする。二酸化炭素と水とが副生物とし
て生成する。
通常の熱除去過程の間に、反応器表面は冷却液中に存在
する不純物より生ずるスケールの付着によって汚損され
るようになる。これは反応器の冷却液側における反応器
の熱特性の変化を引き起こす。
その結果として、冷却液流量を増加するか、又は化学的
又は手動の手段によって表面を洗うかしなければならな
い。これらの矯正的な工程が無ければ、反応器温度は総
括伝熱係数の低下によって上昇するであろう。これによ
り、副生物、即ち、二酸化炭素及び水へのオレフィン酸
化が増大し、触媒毒の起きる可能性が増大し、発熱副反
応の大きな反応熱により不安全域で反応器が運転される
可能性が生ずるであろう。
発明の要約 本発明によれば、伝熱効率を測定し、その結果を反応器
制御系及びプラントの運転員に利用させて矯正する処置
をとり得るようにすることが重要であると考えられる。
従りて、測定をオンラインで行って伝熱効率の実時間測
定を与えることが重要である。
従って、本発明の目的は反応を含有し、冷却液を反応器
に供給する冷却液供給手段と、伝熱面積を通して冷却液
と伝熱関係にある反応器に反応物を供給する反応物供給
手段と、流出物を反応器より排出する排出手段とを有す
る反応器の伝熱効率の決定方法であって、反応器への冷
却液流量を測定し、冷却液の蒸発熱、沸点及び比熱に相
当する値を与え、冷却液の反応器への入口温度を測定し
、反応器を横切る対数平均温度差を求め、次の関係二に
よって伝熱効率を計算する前記方法を提供するにある。
本発明の別の目的は前記の方法によって反応器の伝熱効
率を決定する装置を提供するにある。
本発明の更に目的とするところは、対数平均温度差を反
応器に入る反応物湯度、反応器を出る流゛・出物温度、
反応温度、冷却液沸点、冷却液入口温度の関数として決
定する当該方法及び装置を提供するにある。
本発明の更に目的とするところは、反応器の高さに沿っ
て複数の温度を測定し、反応器の高さに溢って測定した
全ての温度の内の最高値を見出し、反応器の高さに泪っ
て測定した全ての温度の内の最低値を見出し、最高温度
と最低温度との間の反応温度に相当する値を得ることに
よって反応温度を得る当該方法及び装置を提供するにあ
る。
本発明の更に目的とするところは、デザインが単純で、
建築ががん丈で、製造するのに経済的な反応器、特に発
熱のオレフィン酸化反応を含有する反応器の伝熱効率を
決定する装置を提供するにある。
発明の原理を理解するために、添付図面に例示するよう
な発明の代表的な実施態様について次の説明を参照のこ
と。
好適な実施態様の説明 図面の第１．２図は発明を実施するのに用いることので
きる別々の２つの系を例示する。
しかｌ−ながら、この装置について詳細に検討する前に
、発明を朶施する際に用いる識見及び論法を初めに記述
する。
以下の解析において、次の通りである。
Ｃｐｏ−反応器への冷却液の比熱 Ｆｏ　　テ実際の冷却液流量 λ　＝冷却液の蒸発熱 Ｔｏ１＝冷却液の入口温度 Ｔｏ２＝冷却液の沸点 以上より、全除去熱は次によって与えられる。
ＱＲ＝　ＦｏＣ，（’ｒｏ−’ｒｏ）　＋　Ｆｏλ　　
　　（１）２１ また、 ＱＲ＝ＵＡ△Ｔｍ（２） （式中、ＱＲ＝全熱量 Ｕ　＝総括伝熱係数 △Ｔｍ＝対数平均温度差 Ａ　＝反応器における伝熱面積） 伝熱面積Ａは反応器の設計データより入手し得る固定値
である。入口及び出口温度を測定して６１ｍを計算する
。沸点Ｔ。は流体冷却液特性から分かるので測定しない
。
式（１）及び（２）より、次式が生じる。
この式は反応器の実伝熱係数を与える。
ＵＤを反応器設計による総括伝熱係数とすれば、総括伝
熱効率は次のように定義される。
Ｈ−−−−（４） ＵＤ 伝熱表面が清浄な、即ち、汚損の無い場合は、ＵＤ＝Ｕ
　かつＨｅ＝１であり、その他の場合は０＜ｎｏ＜１　
　である。
以上より、Ｈｅ　の値のみを評価することによって、実
伝熱効率を見出すことができ、かつ該伝熱効率を（ａ）
冷却液流量を補正し、（ｂｌ警報を発して運転員に通知
し、（Ｃ１この信号を反応器の運転休止及び緊急事故制
御系に使用するのに用いることができる。
反応側における温度プロフィルは（ａ）反応温度の反応
生成物、及び（ｂ１反応器流出物混合物の出口温度まで
の冷却から成る。従って、対数平均温度差（６１ｍ）を
計算する標準の方法論は直接に適用できないゃ次の方法
を用いる。
温度プロフィルを図式的に第６図に示すように表わすこ
とができる。これより総括対数平均温度差は次のように
なる： △Ｔｍ−△Ｔｍ　　＋６１ｍ２　　　　　　　（５）（
式中、ΔＴｍ＝区域１についての対数平均温度差、△Ｔ
ｍ２＝区域２についての対数平均温度差）６１ｍ　　に
ついて公知の関係を用いて次を得る。
（式中、Ｔ　＝反応混合物供給温度） ■ 一次のバド（Ｐａｃｌｅ　）　　近似を用いると、次の
ようになる。
同様に、 （式中、Ｔｏ　−反応器流出物温度） こうして、式（３）における６１ｍ　　は式（５）、（
７）及び（８）から容易に計算できる。
従来の電子計器及び制御要素を用いて発明の実施態様を
第１図に示す。しかし、発明は同様に制御計算機系にお
いて容易かつ当然に実施することができる。
第１図を参照し、反応温度を反応温度センサー６２より
最大−最小論理手段６０を経て求め、全体の対数平均温
度差△Ｔｍ　　を計算する。その後に、実伝熱係数を測
定した冷却液流量、冷却液入口温度、反応器原料及び流
出物温度から計算する。最後に伝熱効率を計算する。こ
の信号の値を記録計６０にトンドとして現わし、３２で
低レベル警報について調べる。また、この信号を利用し
て管路６４より反応器制御系に用いることができる。警
報装置３６を作動させて伝熱効率の低レベル従って系内
の故障を知らせる。
ベイリー（Ｂａ１ｌｅｙ　）　１ｏｏｏ電子アナログ計
装を全体にわたって用いてエチレン酸化反応器の伝熱効
率の測定を与えることができる。しかし、またマイクロ
プロセッサ−に基づくネットワーク（ＮＥＴＷＯＲＫ　
）　９０ＴＭ制御計算機を制御、警報、計算、オペレー
タインターフェース用に用いることもできる。
第２図はネットワーク９ｏＴＭ制御器モジュール、製品
規格Ｅ９３−９０６を用いた発明の応用を示す。オペレ
ータインターフェースにはハネルボード設備専用のディ
ジタル制御ステーション、製品規格Ｅ９３−９０２、又
はＣＲＴに基づくオペレータインターフェース装置（ユ
ニット）、製品規格Ｅ９３−９０１の設備が管路１０２
．１０４にある。
再度第１図に返えると、第１図に具体化する発明は、エ
チレンに加えて酸素を反応物として通す管１２を有する
全体的に１０で示す管形反応器の熱効率を測定する系か
ら成る。反応器はエチレンを酸化して流出物中エチレン
オキシドと副生物として二酸化炭素及び水とにするのに
特に適している。
エチレンを管路１４より供給し、循環エチレンを管路１
６より供給する。酸素又は空気を管路１８より供給する
。温度トランスミツターフ４を取り付けた反応物入口管
路７６は反応物を反応器１０に供給し、流出物を管路４
６より排出し、該管路４６は流出物温度測定用の温度ト
ランスミツター８６を有する。
冷却液を管路３８より供給して管路４０より排出する。
温度トランスミツター４２及び流量トランスミツター４
４はそれぞれに反応器１０に供給する冷却液の温度及び
流量値を与える。
反応器内の最高及び最低温度は、全体を６０で示す温度
読取り手段を用いて求める。温度読取り手段６０は個々
の又は列になった温度センサー６２の複数から成り、該
温度センサー６２は反応器１０の長さに沿って分布して
いる。素子６４を用いて温度センサー６２の中の最高温
度を求め、素子６６を用いてこれらのセンサー中の最低
温度を求める。最低及び最高温度についての値を素子７
０に適用して反応温度ＴＲを与え、該反応温度は管路５
０に現われる。
温度センサー７４は反応物入口温度に相当する値を減算
装置７８に与え、該装置７８は沸点Ｔ。２からこの値を
減じる。
流出物温度Ｔ。をトランスミツター８６により減算装置
８８に与え、該装置は流出物温度Ｔ　から冷却液入口温
度Ｔ。を減じる。減算素子９４は反応温度からの冷却液
沸点の引き算を行う。除算素子９０及び９２は減算素子
９４と共働してそれぞれに上記式（７）及び（８）中の
主項を生じる。
これらの式は除算素子９ｏ及び９２の右側の論理素子で
完了され、該除算素子９０及び９２は各々示した機能を
有し、最後の加算素子２０と共働して管路２２に対数平
均温度差△Ｔｍ　　を生じる。
これに乗算素子２４によって伝熱面積Ａを乗じて除算素
子２６に供給するち 冷却液沸点、冷却液比熱、冷却液蒸発熱に相半する定係
数をそれぞれ減算、乗算及び加算素子２７．２８及び２
９によって取り入れて計算する（　ｆａｃｔｏｒ　ｉｎ
　）。これらの素子は冷却液流量値を取り入れて計算す
る乗算装置５２と共働しかつ除算素子２６と共働して上
記式（３）を完了する。
総括伝熱効率Ｈｅを求め、設計温度係数ＵＤを取り入れ
て計算する除算素子５６によって管路３４に適用する。
第２図を参照すれば、同じ機能がネットワーク９０回路
を用いて達成され得る。詳細には、制御モジュール１及
び制御モジュール２を第２図に示すように用いて種々の
数理及び論理機能を行う。
同様の部分は同様の機能を有しかつ第１図と同じ番号で
示す部分である。機能が同じであるから、第２図につい
てこれ以上の詳細を述べない。
発明の特定の実施態様を示しかつ詳細に説明して発明の
原理の応用について例示してきたが、該原理より逸脱す
ることな〈発明を他に具体化し得ることは理解されよう
。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による装置の説明図である。 第２図は本発明の別の実施態様の説明図である。 第６図は反応器内の反応のある場合の温度グロフイピレ
を示す。 １０：管形反応器 １２：管 手続袖正書（′方式） 昭和５９、年　６月　５日 補正をする者 事件との関係　　　　　　　　　　　特許出願人補正の
対象 願書の発朋渚２出願人の欄 一岬抹Ｉト叫部井み各称綱舗偵削拓０範囲−彰男の詳細
を脱研♀欄−委任状及びその訳文　　　　　　　　　　
　　各１通図面　　　　　　　　　　１通 補正の内容　　別紙の通り 図面の浄書（内容に変更なし）

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 ｔ　反応を含有し、冷却液を反応器に供給する冷却液供
    給手段と、伝熱面積（Ａ）を通して冷却液と伝熱関係に
    ある反応器に反応物を供給する反応物供給手段と、流出
    物を反応器より排出する排出手段とを有する反応器の伝
    熱効率の決定方法であって、 反応器への冷却液流量（Ｆｏ）を測定し、冷却液の蒸発
    熱（λ）、沸点（Ｆｏ２）及び比熱（Ｃ，。）に相当す
    る値を与え、 冷却液の反応器への入口温度（Ｔｏｌ）を測定し、反応
    器を横切る対数平均温度差（到ｍ　）を求め、次の関係
    ： によって反応器の伝熱効率の尺度を与える反応器の実伝
    熱係数（Ｕ）を計算することから成る前記方法。 ２、所望の設計伝熱係数（ＵＤ）に相当する値を与え、
    次の関係： によって反応器についての総括伝熱効率（Ｈｅ）を計算
    することが含まれる特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３　反応器に入る反応物の温度（Ｔ１）を測定し、物及
    び反応の温度の関数として対数平均温度差（６１ｍ）を
    計算することが含まれる特許請求の範囲第１項記載の方
    法。 ４、　次式： によって反応器の対数平均温度差を計算することが含ま
    れる特許請求の範囲第３項記載の方法。 ５　伝熱効率の値を測定し、この測定した伝熱効率を反
    応器の伝熱効率の下限であってそれ以下では反応器に故
    障が存在する値と比べ、測定した効率が反応器の下限以
    下に低下する場合に警報装置を作動させることが含まれ
    る特許請求の範囲第２項記載の方法。 ＆　反応器が発熱のオレフィン酸化反応を含有する特許
    請求の範囲第１項記載の方法。 Ｚ　反応器がエチレン酸化反応を含有する特許請求の範
    囲第６項記載の方法。 ８　反応を含有し、冷却液を反応器に供給する冷却液供
    給手段と、伝熱面積（Ａ）を通して冷却液と伝熱関係に
    ある反応器に反応物を供給する反応物供給手段と、反応
    器から流出物を排出する流出物排出手段とを有する反応
    器の伝熱効率の決定装置であって、 反応器への冷却液の流量（Ｆｏ）を測定する冷却液流量
    手段と、 冷却液の蒸発熱（λ）、沸点（Ｔｏ２）、比熱（Ｃｐｏ
    ）に相当する値を与える手段と、冷却液の反応器への入
    口温度（Ｔｏ）を測定すす る入口温度測定手段と、 反応器を横切る対数平均温度差（△Ｔｍ）を求める手段
    と、 次の関係： によって伝熱面積の実伝熱係数（Ｕ）を計算する回路手
    段とから成る前記装置。 ９　対数平均温度差を求める前記手段が反応器に接続し
    た反応器ｆ（ＴＲ）を求める反応温度手段と、反応物の
    入口温度（ＴＩ）を測定する反応物入口温度手段と、反
    応器を出る流出物温度（Ｔｏ）を測定する流出物温度手
    段と、次の関係：によって対数平均温度差を計算するな
    お一層の回路とから成る特許請求の範囲第８項記載の装
    置。 １０　　前記なお一層の回路が反応器の長さに沿って間
    隔を置いて接続した複数の温度トランスミツターと、そ
    れにより測定された最高温度を確立する温度トランスミ
    ツターの各々に接続した最高温度手段と、それにより測
    定された最低温度を確立する前記温度トランスミツター
    の各々に接続した最低回路手段と、前記最低温度と最高
    温度との間の反応温度を確立する前記最低及び最高回路
    手段に接続した反応温度手段とを含む特許請求の範囲第
    ９項記載の装置。 １ｔ　所望の設計伝熱係数（ＵＤ）に相当する値を与え
    る手段を含み、前記回路が次の関係：Ｈｅ−二 ＵＤ によって反応器の伝熱効率（Ｈｅ）を確立する手段を含
    む特許請求の範囲第８項記載の装置。 １２　計算された実伝熱効率を反応器の伝熱効率の下限
    であってそれ以下では故障が存在する値と比べる前記回
    路に接続した比較手段と、実伝熱効率が反応器の下限以
    下に低下する際に警報装置を作動する前記比較測定器手
    段に接続した警報手段とを含む特許請求の範囲第１１項
    記載の装置。
JP58211142A 1982-11-12 1983-11-11 反応装置伝熱を決定する装置 Granted JPS59135355A (ja)

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