(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液相の温度を蒸気注入によって昇温させる蒸気注入型昇温器において、液相に蒸気を注入する蒸気噴射ノズルを混合管内に複数設けると共に、混合管の蒸気噴射ノズルの出口より上流側の位置に液の吸引管を設け、蒸気噴射ノズルの出口より混合管を延設したノズル間距離を具えたことを特徴とする蒸気注入型昇温器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学プラントの多管式反応器等に適用される液相の温度を蒸気注入によって昇温させる蒸気注入型昇温器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５に、従来の蒸気注入型昇温器を示す。円筒状の混合管３の軸方向に直交するように配置された吸引管１から混合管３内にサブクール液としての水が流入するようになっている。混合管３内に同混合管３の軸方向に配置され蒸気管２に接続された蒸気噴射ノズル８ａから蒸気（水蒸気）が流出する。この蒸気は、混合管３内に水を吸引して昇温させることによってその温度が低下して凝縮してコーン状となって消滅する。蒸気が凝縮した混合管３内の液相は、加速されて順次混合管３の下流側に設けられ下流側の断面積が徐々に絞られた円錐状の吸引ノズルレデューサ４に入り、更に、断面積が一定の円筒状の吸引ノズルスロート５及び下流側の断面積が徐々に拡張する円錐状の吸引ノズルディフューザ６を流れて出口管７に流出する。
【０００３】
この従来の昇温器では、蒸気噴射ノズル８ａは１本であり、また、蒸気噴射ノズル８ａから流出した蒸気は短い距離下流に設けられた吸引ノズルレデューサ４に流入し、液と蒸気の混合は混合管３と吸引ノズルレデューサ４の中間の部分の間において行われる。また、前記のように昇温された上出口管７に流出した液は、吸引管１に再循環されて再使用されることが多い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記の従来の昇温器では、運転中に液温が上昇すると蒸気が凝縮できなくなり、出口が２相流になる。このような２相流が発生すると、圧力損失が増大し、液相を吸引しなくなり、激しい振動を生じるブレーク状態となる。
【０００５】
また、前記の従来の昇温器では、液温が上昇すると、液温と飽和温度との差（以下サブクール度という）が小さくなるために、蒸気を凝縮する距離が長くなる。一方、液と蒸気との混合部の長さが長過ぎると、混合部における蒸気の噴流直径が大きくなり、昇温器から出る液の吐出揚程が低下することになる。従って、液を再循環させる場合には、再循環量が減少して、かえって蒸気の凝縮が生じにくくなる。
【０００６】
本発明は、運転中に液温が上昇したときにもこのようなブレーク状態を生ずることがなく、かつ、液の吐出揚程の低下を防止することができる蒸気注入型昇温器を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、液相の温度を蒸気注入によって昇温させる蒸気注入型昇温器において、液相に蒸気を注入する蒸気噴射ノズルを混合管内に複数設けると共に、混合管の蒸気噴射ノズルの出口より上流側の位置に液の吸引管を設け、蒸気噴射ノズルの出口より混合管を延設したノズル間距離を具えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明では、液相に蒸気を注入する蒸気噴射ノズルが複数設けられているので、複数の各蒸気噴射ノズルから注入される蒸気流の周長の合計は大きくなって蒸気と液とは充分に接触し、蒸気の凝縮が効果的に行なわれ、昇温器出口における２相流の発生と振動の発生を防止することができると共に、装置のサイズをコンパクトにすることができる。
【０００９】
また、複数の蒸気噴射ノズルから蒸気を液相に注入して両者を接触させるようにしているので、液相と蒸気の混合部の長さを短かくして、吐出揚程を高くすることができる。
【００１０】
なお、本発明において用いられる液と蒸気としては、水と水蒸気の外に、水以外の液とその蒸気を用いることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態を、図１ないし図４によって説明する。図１においては、後記する本実施の形態における望ましい各部の寸法が記載されている。
【００１２】
図１に示すように、本実施の形態における吸引ノズルスロート５、吸引ノズルディフューザ６及び出口管７の構成は、図５に示される従来の蒸気注入型昇温器におけると同様であるので、その説明を省略する。また、本実施の形態では、図５に示される吸引ノズルレデューサ４がなく、混合管３がその円錐部３ａを介して吸引ノズルスロート５に直接に接続されている。
【００１３】
本実施の形態においては、混合管３内に、その軸方向に配置され蒸気管２に接続された蒸気噴射ノズル８を４本設け、その出口径を小さくしている（図５に示される従来のもののそれより著しく小さくしている）。この４本の蒸気噴射ノズル８は、混合管３内において正方形の各角にあるように配置されている。また、蒸気噴射ノズル８の下流端と吸引ノズルスロート５の入口との間のノズル間距離９は、同噴射ノズル８の出口径の２０〜５０倍、好ましくは２５〜３５倍と大きく設定されている。
【００１４】
本実施の形態では、４本の蒸気噴射ノズル８を設けているので、同蒸気噴射ノズル８の出口径が小さくても注入される蒸気流の周長の合計は大きくなり、蒸気と液とは充分に接触して蒸気の凝縮が効果的に行なわれ、昇温器出口における２相流の発生を防止して振動の発生を防止することができると共に、昇温器のサイズを小さくすることができる。また、液相と蒸気の混合部の長さを短かくして、昇温器から吐出される液の吐出揚程の低下を防止することができる。
【００１５】
また更に、本実施の形態では、蒸気噴射ノズル８の下流端からノズルスロート５の入口との間のノズル間距離９、即ち液と蒸気との混合長を大きくしているので、図２に示すように、蒸気の自由噴流から管内流への流速分布に推移する流れの付着点Ａは蒸気噴射ノズル８の下流端（出口）に又はその上流側に位置することとなり、これによって図５に示す従来のものにおけるように吸引ノズルレデューサを必要とせず、製作費を安くすることができる。
【００１６】
本実施の形態においては、図３に示すように、蒸気噴射ノズル８より噴出される蒸気によって長さが短い蒸気コーンＣが発生し、同蒸気コーンＣの下流側に気泡Ｂが周期的に発生する。この気泡Ｂが消滅すると圧力上昇が生じ、圧力変動が起る。気泡Ｂの消滅による圧力上昇は短い蒸気コーンＣへ伝わり、蒸気コーンＣの圧力上昇が生じて、蒸気コーンＣの圧力変動が空間へ放射される。この圧力変動の最小値は、気泡Ｂの消滅時の気泡Ｂ内の圧力に等しくなる。気泡Ｂ内の圧力低下は、気泡Ｂ内の蒸気凝縮により周囲の液相が加速される程度に比例し、気泡Ｂの径が大きい程液相を加速して気泡Ｂ内の圧力低下が増加する。本発明者の研究によれば、前記の圧力変動は蒸気噴射ノズルの本数の１／８乗に反比例して減少することが判明した。
【００１７】
本実施の形態では、蒸気噴射ノズル８を４本設けているので、空間へ放射される蒸気コーンＣの圧力変動を蒸気噴射ノズルを１本設けた場合に比して０．８４倍に減小させることができる。
【００１８】
本実施の形態における望ましい条件、寸法を以下に説明する（図１を参照）。液側は、温度変化巾：１０℃から２５０℃、圧力変化巾：８ata から４６ata 、液相流量：６５０Ｔ／ｈ、ループの圧力損失係数９．６である。
【００１９】
蒸気側は、元圧：１００ata （飽和）、流量：８Ｔ／ｈである。
４本の蒸気噴射ノズル８からの流量は８Ｔ／ｈであり、図１に示すように、スロート径７φ、出口径１７φである。蒸気噴射ノズル８の出口から吸引ノズルスロート５入口までの距離であるノズル間距離９は、蒸気凝縮に必要な液相量を同伴するために、蒸気ノズル出口径（１７mmφ）の約２９倍とし５００mmとした。これの値は、前記の２５〜３５倍のほぼ中央の長さとなる。
【００２０】
液相側の他の寸法は、図１に示すように、吸引管１内径３２０mm、混合管３内径３２０mm、吸引ノズルスロート径１８０mm、吸引ノズルディフューザ６の長さは７６４mmでその出口径は２７４mm、出口管７内径３２０mmとした。
【００２１】
本実施の形態において、前記の条件を具備する場合、運転圧力が３ata 付近以下では、圧力変化が６kg／cm2 のときに飽和温度の変化は７℃以上となり、ブレークが発生しない液相のサブクール度は７℃以上となる。従って、Ｎ2 ガス等により約６kg／cm2 以上のサブクール圧を吸引管１より供給される液（水）に与えておけば、昇温器においてブレークが発生することはない。
【００２２】
図４に、前記の条件を具備する本実施の形態における吸引ノズルスロート径と吐出揚程の関係を点線で、吸引ノズルスロートと昇温器を出る循環流量の関係を実線で示す。吸引ノズルスロート径は１８０mmであり、循環流量は６５０Ｔ／ｈ、吐出揚程は３．２ｍとなり、図４中○印で示す設計条件をみたしている。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、蒸気注入型昇温器において、液相に蒸気を注入する蒸気噴射ノズルを混合管内に複数設けると共に、混合管の蒸気噴射ノズルの出口より上流側の位置に液の吸引管を設け、蒸気噴射ノズルの出口より混合管を延設したノズル間距離を具えているので、蒸気と液とを充分に接触させて蒸気の凝縮を効果的に行なって昇温器出口における２相流と振動の発生を防止することができ、装置サイズをコンパクトにすると共に、昇温器における液の吐出揚程を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態の全体構成図である。
【図２】前記本発明の実施の形態における流れの付着点の説明図である。
【図３】前記本発明の実施の形態における蒸気コーンと気泡の発生、消滅の説明図である。
【図４】前記本発明の実施の形態における吸引ノズルスロートと循環流量と吐出揚程の関係を示すグラフである。
【図５】従来の蒸気注入型昇温器の全体構成図である。
【符号の説明】
１      吸引管
２      蒸気管
３      混合管
３ａ    混合管の円錐部
５      吸引ノズルスロート
６      吸引ノズルディフューザ
７      出口管
８      蒸気噴射ノズル
９      ノズル間距離
Ａ      流れの付着点
Ｂ      気泡
Ｃ      蒸気コーン
【図１】
0003679878.tif 000002
【図２】
0003679878.tif 000003
【図３】
0003679878.tif 000004
【図４】
0003679878.tif 000005
【図５】
0003679878.tif 000006