(57)【要約】  本発明は、下降膜型蒸発器（１）であって、この下降膜型蒸発器（１）に、セグメントに分割された液体分配装置（５）設けられており、これにより、制限された数の蒸発器管（３）にのみ液体を送ることが可能になっており、蒸発器（１）を部分負荷下にも最適に運転することができる下降膜型蒸発器（１）に関する。さらに本発明は、この下降膜型蒸発器（１）を運転するため方法に関する。この場合にこの方法にはガス・蒸気混合物の凝縮時に放出される熱を、少なくとも部分的に、この場合に蒸発させたい液体に伝達するという課題がある。このように装備され、運転される下降膜型蒸発器（１）は、例えば１，２−ジクロロエタンの製造時に熱回収のシステム内において効果的に使用可能である。
2008513191.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下降膜型蒸発器であって、該下降膜型蒸発器が、
周囲を覆う外周面、
液膜が内側を流れ落ちることのできる所定数の管、
個々の管内へ液体を分配するための上側の装置、
残留液及び蒸気を収集するための下側の装置、
管内側で生じた蒸気のための蒸気排出装置、
管内側で蒸発されなかった液体のための液体排出装置、
管内室及び該管内室に液圧式に接続された、分配及び収集のための装置を管外室から分離する制限部、
管外室内へガス・蒸気混合物を供給するための装置、
凝縮された液体を管外室から導出するための装置、
凝縮されなかった蒸気及び凝縮不能なガスを管外室から導出するための装置
を有している形式のものにおいて、
蒸発させたい液体を個々の管内側へ分配し、少なくとも２つの区分に分割される液体分配機が設けられており、
それぞれの区分に個々に液体を負荷するか、又は負荷しないことができるようになっていることを特徴とする、下降膜型蒸発器。
【請求項２】
区分が異なった大きさに構成されており、これにより、それぞれの区分が異なった数の管に液体を供給するようになっている、請求項１記載の装置。
【請求項３】
液体を供給したい管の数に関係して、小さい方の区分と次に大きい区分との間に１：４〜２：３までの比率、理想的には１：２の比率が生じる、請求項２記載の装置。
【請求項４】
管内側で生じた蒸気及び凝縮不能なガスのための排出装置が、管から成っており、該管が、下方に向けられた流入開口と、該流入開口に接続する垂直方向の区分とを有している、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
【請求項５】
管の直径が、全ての蒸発器管の内側の自由な流体横断面の総和に等しいか、又はこれよりも大きくなっている、請求項４記載の装置。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか１項記載の装置を運転するための方法において、分配装置システムの個々の区分の液体供給を、望ましい部分負荷ケースに応じて個々に中断することを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置を運転するための方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法の使用法において、ＥＤＣの製造のために使用することを特徴とする、方法の使用法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下降膜型蒸発器であって、該下降膜型蒸発器が、少なくとも以下のもの、すなわち、
周囲を覆う外周面、
液膜が内側を流れ落ちることのできる所定数の管、
個々の管内へ液体を分配するための上側の装置、
残留液及び蒸気を収集するための下側の装置、
管内側で生じた蒸気のための蒸気排出装置、
管内側で蒸発されなかった液体のための液体排出装置、
管内室及び管内室に液圧式に接続された、分配及び収集のための装置を管外室から分離する制限部、
管外室内へガス・蒸気混合物を供給するための装置、
凝縮された液体を管外室から導出するための装置、
凝縮されなかった蒸気及び凝縮不能なガスを管外室から導出するための装置
を有している形式のものに関する。
【０００２】
下降膜型蒸発器には、このために分割された分配装置が装備されている。この分配装置は、下降膜型蒸発器が部分負荷下にも運転することができるように構成されている。さらに本発明は、下降膜型蒸発器を運転するための方法にも関する。この場合に、この方法にはガス・蒸気混合物の凝縮時に放出される熱を少なくとも部分的にこの場合に蒸発させたい液体に伝達するという課題がある。このように装備され、運転される下降膜型蒸発器は、例えば１，２−ジクロロエタン（以下にはＥＤＣと呼ぶ）の製造時に熱回収システム内で有意義に使用可能である。
【０００３】
下降膜型蒸発器は、敏感な液体を損なうことなく加熱することが可能なことで知られている。これは管内壁の高い熱伝達係数のせいである。このような高い熱伝達係数は、通例は加熱媒体により加熱される外壁と、膜の形で管内壁に沿って滴り落ちて蒸発させられる液体との間に小さい温度差のみが必要であることをもたらす。しかもこの事情は、加熱媒体として低価値の熱源を使用することをも可能にする。この熱源の温度レベルは、管内側で蒸発したい液体の温度レベルを極わずかに超過していればよい。
【０００４】
このことは、加熱源が凝縮可能な蒸気から成っているので管外側にも高い熱伝達係数が作用する場合にはなおさらよくあてはまる。加熱媒体と蒸発させたい液体との間に必要な温度差は、この場合には３Ｋにまで減じることができる。この場合、どの種類の蒸気であるかは重要ではない。水蒸気のほかに、それぞれのプロセスで発生した、別の物質の蒸気、例えば蒸留により生じた蒸気、又は蒸気状に析出された、化学的に生成された生成物も適している。
【０００５】
それ故、下降膜型蒸発器は技術的に規模の大きい設備の熱回収の課題のためにもますます魅力的なものとなる。特に下降膜型蒸発器は、ヨーロッパ特許庁特許第１２２８０２２号明細書及びドイツ連邦共和国特許公開第３６０４９６８号明細書により公知のように、例えばＥＤＣの製造時に精留塔内の塔底加熱装置として使用することができる。
【０００６】
しかし残念なことに実際の使用時には加熱媒体として部分的に凝縮可能なガス・蒸気混合物が用いられる下降膜型蒸発器は、部分負荷条件下では極めて劣悪にしか運転することができないという欠点を有している。下降膜型蒸発器が精留塔の塔底ボイラとして使用されることが望ましい場合には、これにより、劣悪な制御可能性の欠点も含まれてしまう。なぜならば、制御作業に基づいた熱供給の低減が、少なくとも一時的には下降膜型蒸発器の部分負荷運転につながるからである。始動及び終了工程もかなりの困難をもたらす。
【０００７】
部分負荷下の不都合な特性は加熱媒体の凝縮特性に起因している。完全負荷下では、加熱するガス・蒸気混合物は制御された供給装置（以下には制御弁と呼ぶ）を通過して妨げられずに管外室内へ進入することができ、制御弁は完全に開かれている。部分運転のための制御作業は制御弁の部分閉鎖を引き起こし、弁を通過する流体内の圧力損失をもたらす。これにより管外室内の低下した圧力が、まず加熱する蒸気の部分圧力低下、ひいては管外側で凝縮が行われる場合の温度の低下をも引き起こす。管外側と管内側との間の極めてわずかな温度差に基づき、管内側の蒸発温度も低下する。これにより、精留塔の温度状態が変更されるので、このようなことは通常は不都合である。
【０００８】
第２の欠点は、もはや十分に残留圧を有していない場合には、困難をもってしかガス・蒸気混合物中のガスを下降膜型蒸発器から除去することができないことである。制御弁による前圧力及び圧力損失に応じて、ガスを排出するためには真空ポンプが必要とされる。蒸気全体が凝縮されていない場合には、真空ポンプは蒸気部分を同様に取り出すことができなければならない。
【０００９】
別の問題が、ガス・蒸気混合物中のガスが爆発性の範囲を有している場合に生じる。このことは、特に蒸気の完全凝縮が生じた場合に関係する。例えば、エチレン、酸素及びＥＤＣから成るガス・蒸気混合物が使用された場合（ＥＤＣが凝縮可能な主成分であり、酸素及びエチレンが爆発性の混合物の形成物である）にはこのような問題が凝縮プロセスの間に生じる。それ故、この場合にはＥＤＣ蒸気の凝縮全体を確実に阻止することが必要である。
【００１０】
この場合、上に述べた問題は静的な性質のものであるばかりでなく、制御作業の迅速性にも関係している。概して急速に作用する制御作業は、緩やかな制御作業よりも安定的に保持することが著しく困難である。従来の構成及び運転形式の下降膜型蒸発器はこの点で特に敏感である。
【００１１】
そこで本発明の課題は、上に述べた欠点を克服し、良好な部分負荷特性を有する運転を行うための下降膜型蒸発器及び方法を提供することである。
【００１２】
この課題は、請求項１に記載の装置及び請求項４に記載の方法により解決される。本発明は、この課題を次のこと、すなわち、
蒸発させたい液体を個々の管内側へ分配し、少なくとも２つの区分に分割される液体分配機が設けられており、
これらのそれぞれの区分に個々に液体を負荷するか、又は負荷しないことができるようになっている
ことにより解決する。
【００１３】
有利な１構成では、区分は種々異なった大きさに構成されており、これにより、それぞれの区分は異なった数の管に液体を供給するようになっている。配分は、有利には次のように、すなわち、液体を供給される管の数に関係して、小さい方の区分と次に大きい区分との間に１：４〜２：３までの比率、理想的には１：２の比率が得られるように行われることが望ましい。
【００１４】
したがって２つの区分の使用時には、小さい方の区分は管の２０〜４０％まで、理想的には３３％に液体を負荷するように設計されている。３つの区分の使用時には、最小の区分は管の４．８〜２１％までの間、理想的には１４％に供給し、中間の区分は１９〜３２％までの間、理想的には２８％に供給し、そして最大の区分は４７〜７６％までの間、理想的には５７％に供給する。
【００１５】
区分の配置並びにこれらの区分の幾何学形状は重要ではない。区分は、例えば同心的な円、ケーキ状のセクタ又は円形区分から成っていてよく、別のあらゆる幾何学配置も可能である。蒸発させたい液体と蒸気状の加熱媒体との間のわずかな温度差に基づき、熱交換器において傾斜した負荷（Schlaeglast ）下に機械的な問題を引き起こしかねない危険な熱応力が生じる恐れはない。
【００１６】
運転のための方法は、分配装置システムの個々の区分の液体供給が、望ましい部分負荷に応じて個々に中断されることにある。それ故、分配装置区分の液体内容に応じて、極めて広い運転領域にわたって分間隔の急速制御が可能である。より一層少ない管のみが内部に液体を負荷されることにより、有効な熱交換表面が著しく減じられる。まだ液体を供給されている分配装置区分が獲得する液体量を介して微調整を行うことができる。
【００１７】
それ故、ガス・蒸気混合物の制御弁を、下降膜型蒸発器の伝達したい熱量を制御するために使用することはもはや不要である。それ故、制御弁は、もちろん上記制限内で、圧力損失調節を介して塔底ボイラ温度の微調節で協働するという新しい役割を担うことができる。
【００１８】
塔底ボイラ温度のこのような制御が不要な場合には、汎用の制御弁を簡単な、圧力損失の小さい遮断弁により代替することもできる。このことは本発明の別の利点である。
【００１９】
この場合には装置全体を最も圧力損失が少なく構成することができるので、凝縮後に残留した排出したい残留ガス・蒸気混合物をわずかな手間により初期圧力に再圧縮する可能性も生じる。これにより、部分流のみが必要とされ、分岐されるような加熱源の使用も可能であり、この部分流には残留ガス・蒸気混合物を再び混合することができる。このことは本発明の別の利点である。
【００２０】
本発明による装置の有利な１構成では、管内側で生じる蒸気を排出し、凝縮不能なガスを中央の管から取り除くための装置が得られる。この管は、下方に向けられた流入開口と、接続する垂直方向の区分とから形成されている。理想的にはこの場合に管の直径は全ての蒸発器管の内側の自由な流体横断面の総和に等しいか、又はこれよりも大きくなっており、これにより、流体粒子の連行が広範囲に阻止される。
【００２１】
次に本発明を図１及び図２に示した実施例に詳しく説明する。図１は下降膜型蒸発器１を示している。この下降膜型蒸発器１は、周囲を覆う外周面２及び多数の管３を有している。これらの管３は、管底部（さらに詳しく図示しない）において両側で固定されている。管３内を案内された液体は上側の分配装置５の管路４を介して導入され、この分配装置５により２つの管セグメントに分配される。この場合に小さい方の管セグメント６は破線により取り囲んで示されている。管路４は分配装置５のセグメント数と同様に２つの管路７及び８に分割されており、この場合にそれぞれ管路７内には弁９が配置されており、管路８内には弁１０が配置されており、これにより、分配装置５のセグメントは流体力学的に互いに分離することができる。
【００２２】
管３の下方には収集装置１１が配置されている。この収集装置１１は管３からの残留液を収容し、管路１２を介して下降膜型蒸発器１から導出する。管３を貫流したか、又は管３内で形成された蒸気及びガスが、管路１３を介して下降膜型蒸発器１から排出される。
【００２３】
管路１４を介して、管外室内へのガス・蒸気混合物の供給が行われる。そこで形成された凝縮物が管路１５を介して導出され、凝縮されていない蒸気若しくは凝縮不能なガスが管路１６を介して管外室及び下降膜型蒸発器１を離れる。
【００２４】
図２には１実施例が示されている。この実施例では、管内側からの液体が下降膜型蒸発器１の底部に収集され、管路１２を介して導出される。管内側からの蒸気及び凝縮不能なガスが中央の管１４を介して導出される。この管１４は、下方へ向けられた流入開口、接続する垂直方向の区分及び大きい直径を有しており、これにより、ガス流内の液体の連行が阻止される。中央の管１４の水平方向の区分と管路１３とを介して蒸気及びガスは下降膜型蒸発器から導出される。
【００２５】
簡単な１変化態様（個別に図示していない）では、管３から来た液体は蒸気と一緒に下降膜型蒸発器１の下部内に収集され、共通の管路１２を介して排出される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】下降膜型蒸発器の実施例を示す図である。
【図２】下降膜型蒸発器の別の実施例を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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