JP3223128B2 - 反応装置 - Google Patents
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- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
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- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
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Description
り容器の壁面で熱交換を行う重合機等の反応装置に関す
る。
ビニルやスチレン系樹脂の懸濁重合反応等に使用される
重合機、反応機等は一般に図4に示すように、円筒形胴
部の両端に皿形鏡板を溶接して3〜15kg/cm2 の
重合圧力に耐える強度を有する耐圧密閉容器状の容器本
体aを形成し、容器本体外側に外套bを設け、その中に
水等の冷媒を流通させて容器本体壁を通ずる熱交換によ
り容器内で重合により発生する反応熱を除去し、適正な
反応温度の維持を図っている。攪拌機cは反応物の均質
化とともに均温化をもたらし、反応熱の除去の促進に役
だっている。この重合反応において発生する反応熱量は
非常に多いために、この熱の除去が反応の律速因子とな
って反応時間が規制され、製造される製品量は除熱操作
によって決まるといっても過言ではない。
の課題であるが、このことは除熱機能に問題を生じさせ
る。すなわち、重合機の大型化に伴い、その容器本体の
板厚は強度上の必要により厚くしなければならず、この
ことは容器本体壁を通じての熱伝達率の低下を招く。ま
た、大型化によって単位容量当たりの器壁の冷却面積が
減少する。これらは相まって除熱能力の増大に逆行する
ので、単位容量当たりの生産量を減少させる。
内に冷却管を設けたり、また冷却面を兼ねるバッフルを
設ける等の手段がある。また、他の手段として、容器本
体外部にリフラックスクーラーを設けたり、あるいは器
内液を器外に導き出しクーラーを通過させて器内に循環
する等の手段がある。しかしながら、前者は容器内にお
けるポリマーの付着蓄積の問題を重大化させる欠点があ
り、また後者の外部設置冷却機器は操作上の注意を要し
たり、コスト上昇を招いたりする欠点がある。
採用することも考えられる。しかし、この場合、熱交換
面積は外套の場合に比べて内套内径対容器本体内径の割
合で減少する。そして、内套が両端で支持する外套同様
な形態であれば、また内套外の環状空室を流通する冷媒
の圧力が低ければ、内套に容器内圧と冷媒圧力との差圧
に対抗する強度を与える必要から、内套壁厚はもとの容
器本体壁厚にほぼ等しいものとなり、熱伝達率の向上は
果たせない。
けたり、容器本体外部に設けたりしないで、容器本体の
器壁における除熱を増大させることを目的として、図5
に示すように、円筒形直線状胴部2の上部および下部に
皿形鏡板3および4を一体に溶接結合した容器本体1の
直線状胴部2の全長にわたる範囲に、冷熱媒体の通路隔
壁を兼ねる小幅帯板の支持体5を一定ピッチのもとに螺
旋状に分布配置して容器本体に対して直立する状態と
し、支持体5の外端を容器本体内面に溶接6して取り付
け、支持体5の配置間隔と実質的に等しい幅の帯板状の
張り板7を支持板5、5の間に架け渡してその両側縁を
支持体5の内端に溶接8して取り付けることにより、容
器本体1の内面から支持体5の高さに相当する一定間隔
Hを隔てて凹凸のない平滑な内面を持つ張り板7を構成
し、流入口9から冷媒を流入させ、この冷媒が張り板7
と支持体5と胴部2の内面とによって形成された螺旋状
の密閉空間を経て流出口10から流出する反応装置が知
られている(特公平3−4249号公報参照)。
間隔については記載されていないが、その配置間隔は反
応装置の製造コストならびに反応物の均質化・均温化の
点において極めて重要な要素であって、配置間隔が適正
な数値範囲になければ、次のような欠点がある。すなわ
ち、配置間隔が短かすぎれば、それに対応して支持体5
の数が多くなるので、溶接・製缶工数が増えることにな
る。また、支持体5と張り板7と胴部2とで囲まれる密
閉空間が狭くなるので、この密閉空間を流通する冷媒の
圧力損失が大きくなる。さらに、支持体5の存在する部
分と密閉空間部分とでは熱伝達率が異なるので、支持体
5の数が多くなれば、内部ジャケット壁面(張り板7と
その溶接部の反応物と接する壁)の温度ムラが生じやす
くなる。一方、配置間隔が長すぎれば、容器内圧力に耐
える強度を有するように張り板7の板厚を過大にする必
要があり、一定の冷媒流量のもとでは熱伝達率が悪くな
る。さらに、配置間隔が適正な数値範囲にあっても、同
時に支持体の高さも適正な数値範囲にないと、内部容積
が減少したり、圧力損失が大きくなるなどの欠点が生じ
る。
題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、製造
コストの上昇を招くことなく容器本体の器壁における優
れた除熱能力を有し、しかも、反応物の均質・均温化を
達成しうる反応装置を提供することにある。
持体の配置間隔と支持体の高さとをそれぞれ独自に検討
しても解決されないので、それぞれの間に何らかの関係
を見いだすべく検討を重ねた結果、支持体の高さをHと
し、容器本体高さ方向の支持体の配置間隔をLとしたと
き、L=KH(Kは定数)の関係があるとして、Kを変
動させながら、LとHに予想される範囲での任意の数値
を与えて反応装置の性能をシミュレーションした場合、
Kの値がある一定の範囲において優れた性能を発揮する
ことが判明した。すなわち、2≦L/H≦6とすること
により、支持体の数と高さのバランスが適正となるの
で、溶接・製缶工数が比較的少なく、内部ジャケット壁
面の温度ムラが生じにくく、張り板の板厚が過大になる
ことなく、内部容積が減少することなく、支持体と張り
板と容器本体内面とで囲まれる密閉空間が適正な大きさ
になり、密閉空間を流通する冷媒の圧力損失を低く抑え
るバランスの取れた設計となる。
著しくするためには、3≦L/H≦5がさらに好まし
い。
体内面の全部または一部に、冷熱媒体の通路隔壁を兼ね
る小幅帯板の支持体を一定間隔で直立状態に配置してそ
の外端を容器本体内面に溶接結合し、支持体の配置間隔
と実質的に等しい幅の帯板状の張り板を支持体の間に架
け渡してその両側縁を支持体の内端に溶接結合し、容器
内圧力に耐える凹凸のない張り板を容器内部に設けた反
応装置において、容器本体の胴部内面に形成される冷熱
媒体の通路を水平とし、容器本体内面に直立する支持体
の高さをHとし、支持体の配置間隔をLとした場合に、
3≦L/H≦5であることを特徴とする反応装置を第一
の発明とし、上記第一の発明において、容器内面に電解
研磨を施したことを特徴とする反応装置を第二の発明と
している。
関係については、Hが一定でLを変数と考える場合: L/Hが2未満であると支持体の数が多くなりすぎ、製
造工数が多大となる。また、支持体と張り板と容器本体
内面とで囲まれる密閉空間が狭くなり、圧力損失が大き
くなる。さらに、内部ジャケット壁面の温度ムラが生じ
る。
置間隔が長くなりすぎ、前述のように張り板7の板厚が
過大となり、一定冷熱媒体流量のもとでは熱伝達率が悪
くなる。
ぎ、内部ジャケットの内径が小さくなるため、伝熱面積
が減少し除熱能力の損失が大きくなると共に、内部容積
が減る。
さHが低くなりすぎるため、密閉空間が狭くなりすぎ、
密閉空間を流れる冷媒の圧力損失が大きくなる。
る必要がある。
り、加工変質層を持たない平滑な健全組織が得られるの
で、容器内面に反応物が付着蓄積しにくくなり、熱伝達
率が悪くならない。
さらに著しくするためには、L/Hは、3≦L/H≦5
が望ましい。
ト壁部、底鏡板部、天井鏡板部などの反応物と接する面
を意味する。
図3は、本発明の反応装置のL/Hの変化に伴う製造コ
ストの変化をL/H=4のときの製造コストを1とし、
これに対する比を販売促進指標(記号「■」)とし、ま
た同様に本発明の反応装置のL/Hの変化に伴う除熱能
力の変化をL/H=4のときの除熱能力を1とし、これ
に対する比を除熱能力指標(記号「○」)として表した
グラフである。
それの1.6倍以下に抑える必要があり、そのことは図
3において、販売促進指標が1.3以下でないといけな
いことに相当する。
置のそれの1.8倍以上を必要とし、そのことは図3に
おいて、除熱能力指標が0.84以上でないといけない
ことに相当する。
応装置のそれの1.5倍以下であることが望ましく、除
熱能力は図4に示す従来の反応装置のそれの2.0倍以
上であることが望ましい。このことは、販売促進指標が
1.1以下で除熱能力指標が0.93以上であることに
相当する。
6、好ましくは3〜5の間にあることが必要になる。
(a)は、例えば、図4に示すような反応容器の円筒形
直線状胴部2を示し、図1(b)に示すように、容器本
体高さ方向の支持体5の配置間隔Lと容器本体内面に直
立する支持体5の高さHとの比率(L/H)は、3.4
である。図1(a)において、11a、11b、11
c、11dはそれぞれ冷媒の流入口、12a、12b、
12c、12dはそれぞれ冷媒の流出口である。
冷媒は張り板と支持体と容器本体の胴部内面によって形
成された水平な流路13a内を胴部内面に沿って1周し
た後、次の流路13bに移行し、同様に流路13b内を
胴部内面に沿って1周した後、次の流路13cに移行
し、同様に流路13c内を胴部内面に沿って1周する。
このように各流入口から流入した冷媒は3本の水平な流
路内を胴部内面に沿って周回した後、各流出口から排出
される。本実施例によれば、従来の反応装置のように、
冷媒の流路は螺旋状ではなくて水平であるから、流路の
形成が容易であり、反応装置の加工が簡単である。ま
た、反応容器の器壁に流入する冷媒は、胴部内面に沿っ
た水平な流路を3周した後に排出される構成であるか
ら、図5に示すような螺旋状に形成された長い流路に沿
って流れる方式に比べて冷媒の圧力損失が低く、熱交換
効率が向上する。また、本実施例の容器本体はステンレ
ス鋼製であり、りん酸・硫酸系電解液により電解研磨し
て表面の加工変質層を除去し、平滑な表面を形成した。
じる伝熱能力の低下を改善させることが主目的であるの
で、内容積40m3 以上の装置に採用されることが多い
が、これに限定されるわけではなく、例えば、3m3 な
ど、これ以下の内容積でも当然採用しうる。
持体の配置間隔100mm、支持体の高さ25mmとした例
がある。
る。流路を底鏡板部、あるいは天井鏡板部にも設けるよ
うにすることもできる。
で、次の効果を奏する。冷熱媒体の通路隔壁を兼ねる支
持体の配置間隔Lと支持体の高さHとの比を適正範囲に
選択したので、支持体の数が多くなりすぎず、製造コス
トの上昇を招かない。支持体と 張り板と容器本体内面と
で囲まれる密閉空間が狭くなりすぎないので、冷熱媒体
の圧力損失が大きくならない。密閉空間が適度の大きさ
を有しているので熱交換が良好に行われ、適度の熱伝達
率と伝熱面積を有するので、容器本体の器壁における優
れた除熱機能を備えている。しかも、冷熱媒体の通路を
水平にしたので、流路の形成が容易であり、反応装置の
加工が簡単であるという効果がある。
内面に平滑な健全組織が得られるので、良好な熱伝達を
維持しうる。
容器胴部の側断面図、図1(b)は図1(a)の部分拡
大図である。
を示す図である。
関係を示す図である。
図5(b)は図5(a)の部分拡大図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 反応容器本体内面の全部または一部に、
冷熱媒体の通路隔壁を兼ねる小幅帯板の支持体を一定間
隔で直立状態に配置してその外端を容器本体内面に溶接
結合し、支持体の配置間隔と実質的に等しい幅の帯板状
の張り板を支持体の間に架け渡してその両側縁を支持体
の内端に溶接結合し、容器内圧力に耐える凹凸のない張
り板を容器内部に設けた反応装置において、容器本体の
胴部内面に形成される冷熱媒体の通路を水平とし、容器
本体内面に直立する支持体の高さをHとし、支持体の配
置間隔をLとした場合に、3≦L/H≦5であることを
特徴とする反応装置。 - 【請求項2】 容器内面に電解研磨を施したことを特徴
とする請求項1記載の反応装置。
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