CN102781568A - 塔型固液逆流接触装置、固体粒子的洗涤装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及塔型固液逆流接触装置、聚芳撑硫醚(PAS)粒子等固体粒子的洗涤装置和PAS的制造装置、以及固液逆流接触方法、PAS粒子等固体粒子的洗涤方法、以及PAS的制造方法，所述塔型固液逆流接触装置具有塔顶部、塔主体部和塔底部，在塔主体部具备利用环状隔板相互隔开、并在垂直方向上连接设置的多个搅拌室，在各搅拌室内配置有桨叶片(叶片直径/搅拌室的直径≥0.65，并且叶片宽度/搅拌室的直径≤0.10)和挡板，覆盖位于该桨叶片下方的连通口的至少一部分的大小的圆盘安装于搅拌轴或该桨叶片。

Description

塔型固液逆流接触装置、固体粒子的洗涤装置及方法
技术领域
本发明涉及使固体粒子与液体逆流接触的塔型固液逆流接触装置。更详细地，本发明涉及一种塔型固液逆流接触装置，是配置有多个搅拌室的塔型固液逆流接触装置，其通过抑制固体粒子的短路(short pass)，并且抑制搅拌室的壁附近的固体粒子的滞留，而且抑制固体粒子逆流至上方连接的搅拌室，从而可以提高固体粒子与液体的接触效率。
本发明的塔型固液逆流接触装置由于可以将固体粒子流与液体流连续地逆流接触充分时间，因此可以用于固体粒子的洗涤、纯化、提取、含浸、化学反应、溶解等主要的化学工业中的单元操作。因此，本发明涉及使通过聚合而生成的聚芳撑硫醚(PAS)等聚合物粒子等固体粒子与洗涤液逆流接触的洗涤装置、以及聚合物的制造装置。
背景技术
在化学工业的领域中，为了使固体与液体接触而进行固体的洗涤、纯化、提取、含浸、化学反应、溶解等操作，使用了各种固液接触装置。作为固液接触装置，已知使固体粒子与液体作为上升流与下降流连续地逆流接触的塔型固液逆流接触装置(也称为“立式固液逆流接触装置”。)。
塔型固液逆流接触装置由于固体粒子与液体的接触效率和处理能力高，因此与其它固液接触装置相比，具有能够大量处理这样的优点。
例如，日本特公昭54－12265号公报(专利文献1)中公开了，使用具有提取装置主体、各段间的段间分隔件、分隔搅拌叶片和分隔搅拌轴的多段提取装置，使原料与溶剂逆流接触。国际公开第2005/33058号(专利文献2；对应于美国专利申请公开第2007/0015935号和欧洲专利申请公开第1669343号)中记载了使用在垂直方向上具有多个搅拌叶片的塔进行逆流接触操作的对苯二甲酸的制造方法。
此外，国际公开第2005/32736号(专利文献3；对应于美国专利申请公开第2006/0254622号和欧洲专利申请公开第1669140号)中记载了一种固体粒子的连续洗涤方法和装置，所述方法是从立式洗涤槽的上部供给固体粒子，在洗涤槽内形成固体粒子的高浓度区域，一边以多个搅拌叶片进行搅拌，一边使其与洗涤液的上升流逆流接触。
此外，日本特表2008－513186号公报(专利文献4；对应于国际公开第2006/030588号)中提出了一种立式固液逆流接触装置，其具备由具有连通口的隔板相互隔开、并在垂直方向上连接设置的多个搅拌室，在各搅拌室中设置有半径方向排出型的搅拌叶片和固定于内侧侧壁的一块以上挡板，上部和下部设置有固体入口和液体入口。
在这些以往的塔型固液逆流接触装置中，通过设置多个搅拌叶片、多个被隔开的室，从而在固体粒子在纵向上移动的期间充分进行固液的接触。对塔型固液逆流接触装置要求处理能力高，而且以少量的固液接触量就可以实施均匀并且高效率的接触。固液逆流接触装置中，为了提高固液的接触效率，需要迅速地连续更新固体粒子与液体之间的接触界面。
因此，以往的塔型固液逆流接触装置中，通过利用搅拌叶片进行搅拌，来迅速地更新固体粒子与液体之间的接触界面，并且通过介由连通口而在纵向上连接设置多个被隔开的室，在各个被隔开的室中具备搅拌叶片，从而使接触处理后的固体粒子由于重力而沉降移动至连接设置的下一个被隔开的室，进行与从下方流动来的新的液体的接触处理，反复进行上述操作。
然而，固体粒子与液体之间的接触效率还不充分。即，在具备搅拌叶片的被隔开的室(以下，称为“搅拌室”。)内，固体粒子与液体之间的接触界面的更新速度不均匀，或搅拌室内的接触处理后的固体粒子发生不是与新的液体而是与已经进行了与固体粒子的接触处理的液体进行再次接触的逆混合，或固体粒子从某搅拌室向其下方连接设置的搅拌室移动的移动时间产生不均匀，或根据情况也有时在搅拌室内进行了接触处理后的固体粒子伴随液体的上升流而通过连通口，逆流至上方连接设置的搅拌室。
如果发生这些现象，则不仅作为塔型固液逆流接触装置的处理效率降低，而且每个固体粒子接受固液逆流接触的时间不同，接受固液逆流接触处理而作为制品被回收的固体粒子的品质的均匀性丧失，因此要求改善。
作为用于固液逆流接触装置的搅拌叶片，已知平桨叶片、倾斜桨叶片、V型桨叶片、法多拉(Pfaudler)叶片、布鲁马金(Brumagin)叶片等桨叶片、涡轮叶片、风扇涡轮叶片等涡轮叶片、船用螺旋桨叶片等螺旋桨叶片等。其中，已知桨叶片、涡轮叶片主要通过叶片旋转的离心作用而使叶片的半径方向产生流的倾向强，另一方面，螺旋桨叶片通过旋转轴方向的推力而使轴方向产生流的倾向强，还已知都可以通过叶片的形状、安装角度的变化等，来一定程度调整所产生的流的方向。
作为塔型固液逆流接触装置的搅拌室内设置的搅拌叶片，要求使固体粒子在搅拌室内滞留规定的时间，进行固液接触。如果使用主要使轴方向产生流的螺旋桨叶片作为该搅拌叶片，则从上方被供给的固体粒子通过向作为轴方向的下方输送的流而以较短时间从搅拌室排出的倾向强。与此相对，如果使用桨叶片、涡轮叶片，则通过在搅拌室内进行旋转那样的流，可以使固体粒子较长时间滞留在搅拌室内。
在搅拌室内进行固液接触的固体粒子由于重力的作用而缓慢地沉降，通过连通口而排出到在下方连接设置的搅拌室。通过调整桨叶片、涡轮叶片的叶片的形状、安装角度和旋转速度等，可以调整固体粒子在搅拌室内的滞留时间。
因此，作为塔型固液逆流接触装置的搅拌室内设置的搅拌叶片，优选使用桨叶片、涡轮叶片，其中，在旋转轴上放射状地突出设置安装大致平板状的叶片板而成的桨叶片，其结构简单，制作费、维持管理费也低廉，因此被广泛采用。
然而，作为塔型固液逆流接触装置的搅拌室内设置的搅拌叶片，在采用桨叶片的情况下，较显著地观察到不仅作为塔型固液逆流接触装置的处理效率降低，而且每个固体粒子接受固液逆流接触的时间不同，接受固液逆流接触处理而作为制品被回收的固体粒子的品质的均匀性丧失这样的前述的不良现象，因此强烈要求改善。通过减少固体粒子流与液体流各自的流量，或减小各搅拌室间的连通口的水平方向的截面积，可以实现一定程度的改善，但由此处理能力大幅降低。
本发明人等对于在采用桨叶片作为塔型固液逆流接触装置的搅拌室内所设置的搅拌叶片的情况下所产生的前述不良现象的发生机制进行了深入研究。其结果发现存在下述发生短路的主要原因：位于固定桨叶片的旋转轴附近的固体粒子在搅拌室内未接受充分时间的固液逆流接触，而从该搅拌室排出。
桨叶片为在旋转轴上以放射状将通常2～8块大致平板状的叶片板等间隔地突出设置而成的搅拌叶片，通过在液体中旋转旋转轴，从而主要使液体产生半径方向的流。特别是，对于将平板状的叶片板在旋转轴的轴方向平行地突出设置安装的平桨叶片，几乎全部形成半径方向的流。然而，对于倾斜桨叶片，由于倾斜角度而产生的半径方向的流与轴方向的流的比例变化，此外，对于法多拉叶片，轴方向的流的比例增多。即，对于桨叶片，通过改变叶片板的形状、尺寸、安装角度等，可以调整搅拌室内产生的半径方向的流与轴方向的流的比率。
根据桨叶片的旋转，在搅拌室内主要产生半径方向的液体流，因此固体粒子不从该搅拌室短时间排出，固体粒子与液体能够留在该搅拌室内，同时一边更新接触界面一边进行接触。
在固体粒子的密度比液体的密度大的情况下，固体粒子由于重力的作用而缓慢地在液体中沉降。如果在搅拌室内惯例在半径方向以等间隔突出设置沿着内壁面在垂直方向上延伸的挡板2～8块左右，则可以相对于液体不仅产生半径方向、圆周方向的流，而且也可以产生上下也进行搅拌那样的流，因此固体粒子的沉降被缓和。此外，通过配置挡板，还可以防止固体粒子与液体共转而妨碍接触界面的更新。
虽然这样在搅拌室内进行固液的接触处理一定时间，但固体粒子继续缓慢地沉降，通过连通口而排出到在下方连接设置的搅拌室。这样，在装置内，固体粒子从上方向下方缓慢地流动，同时液体一边从下方向上方缓慢地流动，完成固液逆流接触。
桨叶片是在旋转轴上放射状地将大致平板状的叶片板等间隔突出设置而成的，因此叶片板的旋转角速度与距旋转轴的距离成比例地增大。另一方面，在旋转轴附近，大致平板状的叶片板的旋转角速度小，因此半径方向和圆周方向的液体流也减小，固体粒子的半径方向和圆周方向的移动也减少。此外，在旋转轴附近，由于塔主体部的内壁面所具备的挡板而发生的上下也进行搅拌那样的流的影响也小。位于旋转轴附近的固体粒子，在搅拌室内，在受到半径方向和圆周方向的液体流、上下也进行搅拌那样的液体流的影响的情况少的状态下，由于重力而缓慢地沉降。其结果是，位于旋转轴附近的固体粒子，在搅拌室内，未接受充分时间的固液逆流接触，而在相对短时间沿着旋转轴的轴方向，通过连通口而排出到在下方连接设置的搅拌室的倾向强。这样，排出到在下方连接设置的搅拌室的固体粒子仍然存在于旋转轴附近的可能性大，因此再次在该搅拌室内未接受充分时间的固液逆流接触，而在相对短时间沿着旋转轴的轴方向，通过连通口而进一步排出到在下方连接设置的搅拌室的倾向强。
本发明人等发现，这样，在塔型固液逆流接触装置中，发生几乎未接受固液逆流接触，而从装置排出这样的短路(图3的S)。
而且，由于发生短路，因此未接受充分时间的固液逆流接触的固体粒子增加，从而产生塔型固液逆流接触装置的处理效率降低，并且作为制品被回收的固体粒子的品质的均匀性丧失这样的问题。
另一方面，为了提高固液逆流接触的效率，增加搅拌转速而促进固液混合是有效的，但与此相伴搅拌动力增加，因此固体粒子的上下移动也被促进，固体粒子逆流至上方连接的搅拌室，阻害固液逆流接触的均匀性。因此，如果过度增加搅拌转速，则结果是接触效率降低。此外，对于低速的搅拌转速，在搅拌室的壁附近发生固体粒子的滞留、沉降，成为固液接触场所的搅拌室内的有效体积减少而固液的接触时间减少。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特公昭54－12265号公报
专利文献2：国际公开第2005/33058号
专利文献3：国际公开第2005/32736号
专利文献4：日本特表2008－513186号公报
发明内容
发明所要解决的课题
本发明以塔型固液逆流接触装置的改良为课题，所述塔型固液逆流接触装置为具有塔顶部、塔主体部和塔底部的塔型固液逆流接触装置，其具有下述结构：在该塔主体部具备利用中央具有连通口的各环状隔板相互隔开、并在垂直方向上连接设置的多个搅拌室，在各搅拌室内配置有下述桨叶片和至少1个挡板，所述桨叶片固定在贯通各环状隔板的连通口的共同旋转轴上，所述挡板沿着塔主体部的内壁面在垂直方向上延伸，所述塔型固液逆流接触装置的改良是为了有效地防止固体粒子的一部分在搅拌室内未接受充分的固液逆流接触，而从该搅拌室排出，从塔型固液逆流接触装置短时间排出的短路的发生，并且抑制通过搅拌来促进固液逆流接触的同时固体粒子逆流至上方连接的搅拌室，此外，抑制由于搅拌室的壁附近的固体粒子的滞留、沉降而产生的搅拌室的有效体积的减少。
用于解决课题的方法
本发明人等为了解决上述课题而进行了深入研究，结果想到通过在塔型固液逆流接触装置中，在塔主体部，在利用中央具有连通口的各环状隔板相互隔开、并在垂直方向上连接设置的多个搅拌室中配置具有特定的叶片直径和叶片宽度的桨叶片，并且将与该桨叶片相邻并覆盖位于该桨叶片下方的连通口的至少一部分的大小的圆盘以该旋转轴的外周与圆盘之间没有空隙的方式安装于该旋转轴或该桨叶片，从而抑制固体粒子的短路，并且抑制搅拌室的壁附近的固体粒子的滞留，由此使固体粒子与液体的接触效率提高。
这样，根据本发明，提供一种塔型固液逆流接触装置，是具有塔顶部、塔主体部和塔底部的使固体粒子与液体逆流接触的塔型固液逆流接触装置，其特征在于，所述塔型固液逆流接触装置具有下述结构：在该塔主体部具备利用中央具有连通口的各环状隔板相互隔开、并在垂直方向上连接设置的多个搅拌室，在各搅拌室内配置有下述桨叶片和至少1个挡板，所述桨叶片固定在贯通各环状隔板的连通口的共同旋转轴上，并且满足以下的式(1)和式(2)，
式(1)：(桨叶片的叶片直径)/(搅拌室的直径)≥0.65
式(2)：(桨叶片的叶片宽度)/(搅拌室的直径)≤0.10，
所述挡板沿着塔主体部的内壁面在垂直方向上延伸；并且，覆盖位于该桨叶片下方的连通口的至少一部分的大小的圆盘，与该桨叶片相邻，并以该旋转轴的外周与圆盘之间没有空隙的方式安装于该旋转轴或该桨叶片。
此外，根据本发明，提供上述的塔型固液逆流接触装置，其具有下述结构：(a)在该塔顶部配置有用于供给固体粒子或含有固体粒子的浆料的固体粒子入口；(b)在该塔顶部的与该固体粒子入口相比靠上方的位置配置有用于排出液体的液体出口；(c)在该塔底部配置有用于供给与该固体粒子接触用的液体的液体入口；(d)在该塔底部的与该液体入口相比靠下方的位置配置有用于取出将该固体粒子与该接触用液体接触处理后的处理物的处理物出口。
此外，根据本发明，提供上述的塔型固液逆流接触装置，该桨叶片为平桨叶片。
此外，根据本发明，提供上述的塔型固液逆流接触装置，该桨叶片配置在各搅拌室内的下半部分的区域内。
此外，根据本发明，提供上述的塔型固液逆流接触装置，各环状隔板的连通口的水平方向的面积相对于该各搅拌室的水平方向的截面积的比率在4～25%的范围内。
此外，根据本发明，提供上述的塔型固液逆流接触装置，该连通口为圆形。
此外，根据本发明，提供上述的塔型固液逆流接触装置，为圆形的该圆盘的直径比该旋转轴的直径大，并且相对于各环状隔板的连通口的直径具有0.3～1.2倍的范围内的比率。
此外，根据本发明，提供上述的塔型固液逆流接触装置，各搅拌室的高度H与内径D之比H/D在0.2～3.0的范围内。
此外，根据本发明，提供上述的塔型固液逆流接触装置，固体粒子为PAS粒子。
进一步，根据本发明，提供具备上述的塔型固液逆流接触装置的固体粒子、特别是PAS粒子的洗涤装置。
此外进一步，根据本发明，提供具备上述的塔型固液逆流接触装置的PAS的制造装置。
而且，此外，根据本发明，提供使用上述的塔型固液逆流接触装置的固液逆流接触方法，特别是PAS粒子的固液逆流接触方法，以及PAS的制造方法。
此外，根据本发明，提供使用上述的洗涤装置的固体粒子、特别是PAS粒子的洗涤方法。
发明的效果
本发明的塔型固液逆流接触装置可以抑制搅拌轴附近的主要是粒径大的固体粒子的短路，使固体粒子与液体的接触时间增加，并且可以抑制搅拌室的壁附近的固体粒子的滞留，确保搅拌室的有效容积，此外，可以抑制固体粒子的上下方向的混合，使固体粒子向上方的搅拌室的出入频率减少。其结果是，本发明的塔型固液逆流接触装置和固液逆流接触方法具有固体粒子与液体的接触效率提高的效果。因此，本发明的塔型固液逆流接触装置和固液逆流接触方法具有可以保持固体粒子与液体的高接触效率，有效率地用于固体粒子的洗涤、纯化、提取、含浸、化学反应、溶解等主要的化学工业中的单元操作这样的效果。特别是，如果用于固体粒子的洗涤，则可获得高洗涤效率，因此具有可以有效地用于PAS粒子等固体粒子的洗涤、PAS的制造这样的效果。
附图说明
图1为配置有改良了的桨叶片的本发明的塔型固液逆流接触装置的一例的纵截面示意图。
图2为图1的塔型固液逆流接触装置的I－I线向视方向截面图。
图3为配置有以往的桨叶片的塔型固液逆流接触装置的一例的纵截面示意图。
图4为图3的塔型固液逆流接触装置的II－II线向视方向截面图。
具体实施方式
参照图1，本发明的塔型固液逆流接触装置包含塔顶部1、塔主体部2和塔底部3。
［搅拌室］
在位于塔顶部1与塔底部3之间的塔主体部2中，配置为：多个搅拌室利用中央具有连通口41的环状隔板4相互隔开、并在垂直方向上连接设置。搅拌室的数目可以根据塔主体部的内径、高度进行适当选择，根据所需要的理论固液接触段数，能够在2～100的范围变更，优选为3～50，特别优选为4～20，在图1的例子中，分割成5个搅拌室21～25。各搅拌室实质上为圆筒状，搅拌室的高度H与内径D之比H/D通常为0.1～4.0，优选为0.2～3.0，特别优选为0.3～2.0。在固液密度比，即，［固体的密度］/［液体的密度］大的情况下，优选增大H/D，此外，在固液密度比小的情况下，可以减小H/D，因此能够降低塔型固液逆流接触装置整体的高度。
在各搅拌室21～25中配置有桨叶片、以及沿着塔主体部2的内壁面在垂直方向上延伸的至少1个挡板，各桨叶片固定在作为贯通各环状隔板4的各连通口41的共同旋转轴的搅拌轴8上。
［连通口］
环状隔板4的连通口41只要可以使上下的搅拌室连通，则其形状、大小没有限定，但如果连通口有角部，则有时固体粒子堆积在该角部，或固体粒子或液体的流紊乱，因此优选为圆形。连通口的水平方向的面积相对于搅拌室的水平方向的截面积的比率为1～36%，优选为4～25%。因此，在连通口为圆形的情况下，该连通口的直径相对于该环状隔板的直径(与搅拌室的内径D相同)之比通常为0.1～0.6，优选为0.2～0.5。如果连通口过大，则各搅拌室内的固液逆流接触未充分进行而固体粒子直接排出到正下方的搅拌室，因此通过该反复，塔型固液逆流接触装置中的固液逆流接触不充分。另一方面，如果连通口过小，则各搅拌室内的固液逆流接触充分进行了的固体粒子无论到什么时候都不排出到正下方的搅拌室，不进行与新的液体的接触，结果是塔型固液逆流接触装置中的固液逆流接触不充分，并且处理时间极端延长，处理效率降低。相邻的搅拌室利用从连通口41的水平方向的面积减去搅拌轴8的水平方向的截面积而得的水平方向的面积的开口部来连接设置，因此连通口41的水平方向的面积考虑搅拌轴8的水平方向的截面积来进行选择。各连通口41的形状和水平方向的面积可以都相同，也可以不同，例如，可以将连通口的水平方向的面积从上方向下方逐渐减少。
［桨叶片］
作为桨叶片，可举出平桨叶片、V型桨叶片、法多拉叶片、倾斜桨叶片，布鲁马金叶片等，但特别优选为实质上仅产生半径方向的液流的平桨叶片，因此以下的说明以平桨叶片5为例而进行。在采用其它桨叶片的情况下，需要主要产生半径方向的液流，并需要成为不产生显著的轴方向的液流的形状的叶片。作为各搅拌室所配置的桨叶片，可以使一部分为除了平桨叶片以外的桨叶片，但使全部为平桨叶片5可以提高搅拌效率，因此优选。桨叶片的叶片板的片数通常为2片～6片，4片时平衡良好，因此特别优选。
桨叶片的叶片直径d需要满足(桨叶片的叶片直径d)/(搅拌室的直径D)≥0.65，如果优选为d/D≥0.70，更优选为d/D≥0.73，则接触效率提高。d/D的上限没有特别，但通常为0.90以下，优选为0.85以下，特别优选为0.80以下。如果d/D过小，则固体粒子滞留在搅拌室的壁附近，搅拌室的有效容积减少，固液逆流接触的效率恶化。在本发明中，所谓桨叶片的叶片直径，以2片桨叶片的长度与搅拌轴的外径的合计表示。
此外，桨叶片的叶片宽度h需要满足(桨叶片的叶片宽度h)/(搅拌室的直径D)≤0.10，优选为h/D≤0.08，更优选为h/D≤0.06。h/D的下限没有特别，但为了保持桨叶片的强度，通常为0.01以上，优选为0.012以上，特别优选为0.015以上。如果h/D过大，则发生固体粒子的上下方向的混合，固体粒子的搅拌室间的出入频率提高，固体粒子与液体的接触效率降低。
另外，一般而言，作为搅拌室所配置的搅拌叶片，还已知涡轮叶片、螺旋桨叶片。然而，螺旋桨叶片由于产生轴方向的液流，此外，涡轮叶片由于具有高剪切效果，因此在搅拌室内都不能充分地进行固液逆流接触，因而在本发明中不优选。
各搅拌室所配置的各桨叶片5，为了在搅拌室内使固液逆流接触充分地进行，优选配置在各环状隔板的连通口的上方，为了使固体粒子在搅拌室内滞留规定时间，防止无意的固体粒子的排出，优选配置在搅拌室内的下半部分的区域。
［挡板］
各搅拌室所配置的挡板7为沿着塔主体部的内壁面在垂直方向上延伸的板状的构件，由于挡板7的存在，相对于液体不仅可以产生半径方向、圆周方向的流，而且也可以产生上下也进行搅拌那样的流，因此固体粒子的沉降被缓和，此外，通过配置挡板，还可以防止固体粒子和液体随着桨叶片5的旋转进行共转而妨碍接触界面的更新。各搅拌室所配置的挡板7只要在圆周方向以均等间隔配置2～8块即可，在图示的例子中，配置有4块。挡板7的垂直方向的高度、半径方向的突出高度和安装位置可以根据各搅拌室的高度H和内径D、桨叶片的形状和大小、固体(浆料)的供给速度和液体的供给速度等来确定。各搅拌室所配置的挡板7，为了在各搅拌室内使固液逆流接触充分地进行，优选为偏置在各搅拌室的下侧的形态，即，配置在包括在各搅拌室的下半部分的区域内的位置，可以直接附着于环状隔板，与环状隔板的间隔为零。
［旋转轴］
作为固定各桨叶片5的旋转轴的搅拌轴8为贯通塔顶部1和塔主体部2，并且贯通各环状隔板4的各连通口41的共同旋转轴。如前所述，相邻的搅拌室利用从连通口41的水平方向的面积减去搅拌轴8的水平方向的截面积而得的水平方向的面积的开口部来连接设置。搅拌轴8的直径当然比连通口41小，但如果直径过小，则搅拌轴8本身的强度减小，并且上述开口部的水平方向的面积增大，结果是可能搅拌室内的充分的固液接触未进行，而直接发生固体粒子的短路。因此，搅拌轴8的直径只要为连通口41的直径的5～35%、优选为10～30%、特别优选为12～25%的范围的大小即可。
在作为旋转轴的搅拌轴8上，在塔主体部2的各搅拌室内的位置分别安装固定桨叶片5。搅拌轴8可以在塔主体部2内终止，但为了提高作为塔型固液逆流接触装置整体的搅拌效率，优选伸长至塔底部3内。在搅拌轴8的前端位于塔底部3内的情况下，优选在该搅拌轴8的前端安装搅拌叶片。如果在该前端安装搅拌叶片，则即使在塔底部3内，也进行与各搅拌室中同样的固液接触，塔型固液逆流接触装置的逆流接触效率提高，因此优选。
作为旋转轴的搅拌轴8由固液逆流接触装置的塔顶部的上方设置的电动机旋转驱动。搅拌轴的转速可以在固体粒子与液体可以在各搅拌室内充分接触的范围适当确定，但只要以每单位容积的搅拌动力(Pv)成为0.1～35W/m3、优选为0.3～20W/m3、更优选为0.5～10W/m3的方式确定即可，作为对应的转速，可以采用5～100rpm左右的所谓低速旋转范围，优选为8～60rpm，更优选为9～50rpm，特别优选为10～40rpm。如果搅拌轴的转速过大，则促进固体粒子的上下运动，固体粒子逆流至在上方连接设置的搅拌室，固液逆流接触的均匀性受到损害，接触效率降低。因此，化学反应、洗涤等处理未充分进行，结果是处理效率降低。如果搅拌轴的转速过小，则与固体粒子接触的液体直接长时间进行共转，因此固体粒子不能与新的液体接触，结果仍然是处理效率降低。
［圆盘］
本发明的塔型固液逆流接触装置中，与桨叶片5相邻并覆盖位于该桨叶片5的下方的连通口41的至少一部分的大小的圆盘6，以该旋转轴的外周与圆盘6之间没有空隙的方式，安装于该旋转轴或该桨叶片。可以对于各搅拌室所配置的全部桨叶片，与桨叶片5相邻地配置圆盘6，也可以对于一部分的桨叶片，不配置圆盘6，但至少对于桨叶片5的过半数，配置圆盘6。
圆盘6为覆盖位于桨叶片5的下方的连通口41的至少一部分的大小，并且为可以在作为旋转轴的搅拌轴8的周围，以该搅拌轴8的外周与圆盘6之间没有空隙的方式，安装固定于该搅拌轴8或该桨叶片5的形状。圆盘6通常为圆形或椭圆形，为了不发生固体粒子的堆积、或不诱发固体粒子的不期望的流，优选为圆形。各圆盘通常整体为实心的板状，但远离中心的部分可以为网状。
全部圆盘可以为实心的板状的圆形，但一部分圆盘可以为椭圆形，一部分圆盘的远离中心的部分也可以为网状。
圆盘6与桨叶片5相邻，并以该搅拌轴8的外周与圆盘6之间没有空隙的方式安装固定于搅拌轴8或桨叶片5。例如，可以通过在搅拌轴8的周围组装将中心部具有与搅拌轴8相同直径的空隙的环状圆盘在圆周方向分割成2～4个而成的扇状部件(parts)来形成圆盘，以该搅拌轴8的外周与该圆盘6之间没有空隙的方式，安装固定于搅拌轴8或桨叶片5。各圆盘6可以仅与各桨叶片5的上或下的一方相邻地安装，也可以与上和下的两方相邻地安装，但如果将圆盘6安装在桨叶片5的下侧，则有时固体粒子堆积，因此优选与桨叶片5的上侧相邻地安装。各圆盘6只要与桨叶片5相邻即可，可以与桨叶片5直接接触地安装，也可以在桨叶片5的上方或下方仅分开若干间隔地安装。圆盘6对搅拌轴8或桨叶片5的安装只要通过螺栓等将圆盘6直接安装固定于搅拌轴8或桨叶片5即可。为了缓和圆盘6的变形，确实进行圆盘6对搅拌轴8或桨叶片5的安装，也可以使用各种形状的安装夹具。
圆盘6可以使用不锈钢等金属制或硬质树脂制的圆盘。在使用安装夹具的情况下，作为圆盘6，可以使用丙烯酸系树脂、聚碳酸酯树脂等硬质树脂制的圆盘。
圆盘6的大小只要为具有比搅拌轴8大的直径，并覆盖位于各桨叶片5的下方的连通口41的至少一部分的大小即可。在圆盘6和连通口41为圆形的情况下，圆盘6的直径只要比搅拌轴8的直径大，通常相对于各环状隔板的连通口的直径为0.2～1.5倍的范围内的比率，优选为0.3～1.2倍的范围内的比率即可。如果圆盘6的直径过小，则不能防止位于搅拌轴8的极近处的固体粒子在搅拌轴8的轴方向上介由连通口41而排出到下方连接的搅拌室，因此不能将固体粒子的短路的发生抑制得少。如果圆盘6的直径过大，则在搅拌室内充分进行固液接触后，固体粒子也不会迅速排出到正下方的搅拌室，不进行与新的液体的接触，结果是塔型固液逆流接触装置中的固液逆流接触不充分，并且处理时间极端地延长，处理效率降低。在圆盘6为椭圆形的情况下，只要以成为依照圆形情况的水平方向的截面积比的方式选择长径和短径即可。关于圆盘6的厚度，只要圆盘6不容易随着搅拌轴8的旋转而变形，就没有限定，但在圆盘6为丙烯酸系树脂、聚碳酸酯树脂等硬质树脂制的情况下，通常为0.5～3.0mm，优选为1.0～2.5mm，在为金属制的情况下，通常为0.2～2.5mm，优选为0.5～2.2mm。
［塔顶部和塔底部］
在塔顶部1中设置有固体粒子入口91、以及与该固体粒子入口91相比靠上方设置有液体出口94，在塔底部3中设置有液体入口92、以及与该液体入口92相比靠下方设置有处理物出口93。
关于塔顶部1，为了使从固体粒子入口91导入的固体(浆料)难以通过要从液体出口94排出的液体流而接受轴方向的逆混合，根据需要，具有与塔主体部2相比扩大至约1～4倍的水平方向的截面积，经锥形部与塔主体部2连接。塔顶部1中，不需要在搅拌轴8上配置搅拌叶片，但为了促进从固体粒子入口91导入的固体(浆料)流入至与固体粒子入口91相比靠下方所具备的搅拌室21，可以配置主要产生轴方向的流的螺旋桨叶片等。
塔底部3的形状可以为大致圆筒状，可以为向着该处理物出口93直径锥状地逐渐减少的形状。如前所述，搅拌轴8的前端可以突出至塔底部3，也可以不突出。此外，在搅拌轴8的前端位于塔底部的情况下，搅拌轴8的前端可以不配置搅拌叶片，但优选配置搅拌叶片。
［固液逆流接触处理］
在这样的构成的装置中，从固体粒子入口91导入至塔顶部1的固体(浆料)未接受本质上的逆混合而导入至第1搅拌室21。固体(浆料)伴随由搅拌室21所配置的桨叶片5的旋转而产生的半径方向的液流而在半径方向和圆周方向移动，并且由于固定于搅拌室21的内壁的挡板7的作用被分割而移动至桨叶片5安装位置的上侧和下侧，以固体(浆料)为主的流通过在该桨叶片5的上下侧形成循环流而在搅拌室内滞留规定时间，因此在搅拌室21内有效地实现固体(浆料)与从液体入口92导入的液体的固液接触。
由于重力的作用，固体粒子缓慢地沉降，因此富含固体粒子的流从搅拌室21通过连通口41而导入至搅拌室22。在搅拌室22中，与搅拌室21同样地，在搅拌室22所设置的桨叶片5和挡板7的搅拌作用下，接受与从液体入口92导入的液体的有效率的固液接触处理。
此外同样的固液接触处理在搅拌室23～25中也反复进行，通过反复进行这样的有效率的固液接触处理，从而作为塔型固液逆流接触装置的整体而实现高固液接触效率。
本发明的塔型固液逆流接触装置由于如上述那样利用固体与液体的密度差，因此搅拌槽(室)内的固体与液体的密度有差别是必要的。这意味着，固液密度比，即，［固体的密度］/[液体的密度］为1.03～20.0，优选为1.05～10.0，更优选为1.07～5.0。在固液密度比小于1.03的情况下，固液的分离不良，此外在固液密度比超过20.0的情况下，固液的接触效率降低。
在塔主体部2中接受了固液接触的固体(浆料)接着根据需要在塔底部3中也通过搅拌叶片81的旋转而与从液体入口92导入的液体接触，最终从处理物出口93作为固体(浆料)排出。
另一方面，从液体入口92导入的液体，与从固体粒子入口91导入的固体(浆料)之间，接受塔底部3的平稳的固液接触、伴随塔主体部2的搅拌的固液接触以及塔顶部1的平稳的固液接触后，从塔顶部1的液体出口94排出。
另外，可以通过由丙烯酸系树脂等透明材料形成塔主体部2的全部或一部分，从其外侧观察可以确认到各搅拌室21～25中的液体流、固体粒子流。
图1的塔型固液逆流接触装置能够应用于从固体粒子入口91导入固体(浆料)、从液体入口92导入液体而在装置内进行固液接触的任意的单元操作，其具体例包括洗涤、纯化、提取、含浸、反应、溶解。
作为本发明的塔型固液逆流接触装置的优选利用例，有作为进行从PAS浆料分离回收的PAS粒子的洗涤或用于其后的纯化的PAS粒子的洗涤的洗涤装置的应用。
例如，日本特开昭61－255933号公报中公开了，包含聚合工序中获得的PAS粒子的聚合物浆料的处理方法。该处理方法中，记载了以下工序：(1)将包含PAS粒子、副生的结晶和溶解氯化碱金属以及芳撑硫醚低聚物且液体成分主要是N－甲基吡咯烷酮的聚合浆料通过筛分而分离成PAS粒子和含有结晶氯化碱金属的浆料的工序；(2)对该含有结晶氯化碱金属的浆料进行固液分离，获得结晶氯化碱金属，并且将液体成分进行蒸馏来回收N－甲基吡咯烷酮的工序；(3)将PAS粒子用丙酮等有机溶剂和水进行洗涤的工序；以及(4)从有机溶剂洗涤液蒸馏回收溶剂的工序，本发明的塔型固液逆流接触装置也可以适合用作上述(3)的工序的连续洗涤装置。
因此，本发明的塔型固液逆流接触装置可以用作PAS的制造装置。
实施例
以下显示实施例和比较例来更具体地说明本发明，但本发明不限定于该实施例。
［实施例(改良叶片)］
使用图1和图2所示的构成的塔型固液逆流接触装置，进行含有聚苯硫醚(PPS)粒子的水性浆料(PPS浆料)的洗涤处理。
实施例和比较例中使用的PPS浆料为从包含聚合反应后的PPS聚合物的反应液中分离PPS粒子，接着用丙酮进行洗涤并回收PPS粒子，将该PPS粒子通过水性介质再浆料化而调制的。
该塔型固液逆流接触装置的总高为1325mm，包含内径700mm的塔顶部1、内径310mm的由丙烯酸系树脂板制且内部能够透视的塔主体部2、以及塔底部3。
塔主体部2隔开为5个搅拌室21～25。对于各搅拌室，内径D＝310mm、高度H＝116.3mm(H/D＝0.375)。在各搅拌室之间设置有内径140mm的具有连通口41的环状隔板4。在各搅拌室的内壁的90°间隔的4个位置，将横宽15.5mm、高度39mm的挡板7共计4块以在高度方向延伸的方式固定于环状隔板4。贯通各搅拌室的环状隔板的连通口而设置外径20mm的搅拌轴8，通过塔顶部的上面设置的电动机使其旋转。
各搅拌室中，作为桨叶片，将搅拌叶片直径(作为2片桨叶片的长度与搅拌轴的外径的合计)232.5mm、叶片宽度15.5mm的尺寸的4片平桨叶片5相互以90°的间隔分别以从距离环状隔板4的上方25mm的位置贯穿25mm～41mm的高度，固定设置于搅拌轴8。以与各平桨叶片5的上面相接的方式，将外径93mm、厚度2mm的SUS340制的圆形的圆盘6介由未图示的安装夹具而固定于搅拌轴8。
塔顶部1中，在下方设置有固体粒子入口91，在上方设置有液体出口94。塔顶部1的下部以与塔主体部的上部连接的方式直径锥状地逐渐减少。塔顶部1中，搅拌叶片直径232.5mm的桨叶片(无编号)固定于搅拌轴8，但如前所述，在塔顶部1也可以不具备搅拌叶片。
塔底部3中设置有液体入口92和处理物出口93。处理物出口93设置在最底部，塔底部3的下方部向着该处理物出口93直径锥状地逐渐减少。
因此，该塔型逆流接触装置为具备塔主体部的5个搅拌室和塔底部的共计6段逆流接触段数的装置。
使用上述的塔型逆流接触装置，使搅拌轴8以搅拌转速15rpm旋转，结果是搅拌动力为0.7W/m3。在该搅拌状态下如上所述，从固体粒子入口91以550kg/h的比例供给PPS浆料，从液体入口92以600kg/h的比例供给离子交换水。
PPS浆料的组成为平均粒径520μm的PPS粒子(干燥基准)20质量%、离子交换水64质量%和丙酮16质量%。
通过各搅拌室所设置的改良叶片，即，安装有圆盘6的平桨叶片5，以及4块挡板7的作用，在各搅拌室内PPS浆料与水一边搅拌一边混合，浆料中的PPS粒子与水接触，进行洗涤处理，同时比水密度大的PPS粒子(密度1.35)缓慢地沉降，依次通过搅拌室。从液体出口94，将排液以650kg/h排出，从处理物出口93将洗涤完的浆料以500kg/h排出。在排液中，观察不到PPS粒子。因此，由洗涤液与浆料中的PPS粒子之比确定的洗涤浴比为1.91。此外，洗涤完的浆料液相中的丙酮浓度(出口丙酮浓度)为3.36质量%，洗涤效率为30%。
此外，上述装置中，将搅拌转速分别变更为25rpm和34rpm，测定搅拌动力和洗涤效率。另外，洗涤效率ε由下式算出，
C1＝C0＊(1－ε)(n－1)
(式中，C0为装置入口的浆料中的目标物质的浓度，C1为装置出口的浆料中的目标物质的浓度，n为搅拌室的段数。本实施例和比较例中，目标物质为丙酮。)。
将使用了改良叶片的实施例的结果示于表1中。
［比较例(以往叶片)］
代替图1和图2的塔型逆流接触装置而使用图3和图4所示的塔型逆流接触装置，与实施例同样地进行洗涤处理。图3和图4的装置中，作为各搅拌室内设置的搅拌叶片，具备以往叶片，即，未设置圆盘6的平桨叶片5，除此以外，与图1的装置相同。此外，为了获得与实施例大致相同的搅拌动力，使搅拌转速为22rpm、30rpm和40rpm，分别测定搅拌动力和洗涤效率。
将使用了以往叶片的比较例的结果示于表1中。
[表1]
Figure BDA00002076937200191
如果将使用了本发明的具备改良叶片(安装有圆盘的平桨叶片)的塔型固液逆流接触装置的实施例与使用了具备以往叶片(不具有圆盘的平桨叶片)的塔型固液逆流接触装置的比较例进行对比，则可知得到同等程度的搅拌动力时，可以以缓慢的搅拌轴的转速实现。此外，在搅拌动力小于1.5W/m3的小搅拌动力的范围(实施例中，搅拌动力为0.7W/m3，比较例中，搅拌动力为1.3W/m3的情况下)，对于实施例的改良叶片，可以以更小的搅拌动力获得更高的洗涤效率。推测使用了改良叶片的实施例中，位于搅拌轴附近的PPS粒子以短路方式被排出的情况极少，通过在各搅拌室内相对长时间滞留，搅拌室内的浆料中的PPS粒子与洗涤液的接触充分进行，结果是洗涤效率提高。与此相对，使用了以往叶片的比较例的洗涤处理中，位于搅拌轴附近的PPS粒子由于未进行与洗涤液的充分接触而直接沉降，从而反复从某搅拌室移动至下方的搅拌室，从塔型固液逆流接触装置排出，产生洗涤处理不充分的短路的PPS粒子。
产业可利用性
本发明的塔型固液逆流接触装置可以抑制固体粒子的短路的发生、滞留和逆流，而且以小搅拌动力可以实现高处理效率，因此可以使固体粒子流与液体流有效率地连续地逆流接触，从而可以用于固体粒子的洗涤、纯化、提取、含浸、化学反应、溶解等主要的化学工业中的单元操作。
符号的说明
1 塔顶部
2 塔主体部
21～25 搅拌室
3 塔底部
4 环状隔板
41 连通口
5 平桨叶片
6 圆盘
7 挡板
8 搅拌轴
81 平桨叶片
91 固体粒子入口
92 液体入口
93 处理物出口
94 液体出口
S  短路。

Claims (16)

1.一种塔型固液逆流接触装置，是具有塔顶部、塔主体部和塔底部的使固体粒子与液体逆流接触的塔型固液逆流接触装置，其特征在于，
所述塔型固液逆流接触装置具有下述结构：
在该塔主体部具备利用中央具有连通口的各环状隔板相互隔开、并在垂直方向上连接设置的多个搅拌室，
在各搅拌室内配置有下述桨叶片和至少1个挡板，
所述桨叶片固定在贯通各环状隔板的连通口的共同旋转轴上，并且满足以下的式(1)和式(2)，
式(1)：(桨叶片的叶片直径)/(搅拌室的直径)≥0.65
式(2)：(桨叶片的叶片宽度)/(搅拌室的直径)≤0.10，
所述挡板沿着塔主体部的内壁面在垂直方向上延伸；
并且，覆盖位于该桨叶片下方的连通口的至少一部分的大小的圆盘，与该桨叶片相邻，并以该旋转轴的外周与圆盘之间没有空隙的方式安装于该旋转轴或该桨叶片。
2.根据权利要求1所述的塔型固液逆流接触装置，其具有下述结构：
(a)在该塔顶部配置有用于供给固体粒子或含有固体粒子的浆料的固体粒子入口；
(b)在该塔顶部的与该固体粒子入口相比靠上方的位置配置有用于排出液体的液体出口；
(c)在该塔底部配置有用于供给与该固体粒子接触用的液体的液体入口；
(d)在该塔底部的与该液体入口相比靠下方的位置配置有用于取出将该固体粒子与该接触用液体接触处理后的处理物的处理物出口。
3.根据权利要求1所述的塔型固液逆流接触装置，该桨叶片为平桨叶片。
4.根据权利要求1所述的塔型固液逆流接触装置，该桨叶片配置在各搅拌室内的下半部分的区域内。
5.根据权利要求1所述的塔型固液逆流接触装置，各环状隔板的连通口的水平方向的面积相对于该各搅拌室的水平方向的截面积的比率在4～25%的范围内。
6.根据权利要求1所述的塔型固液逆流接触装置，该连通口为圆形。
7.根据权利要求6所述的塔型固液逆流接触装置，该圆盘为圆形，其直径比该旋转轴的直径大，并且相对于各环状隔板的连通口的直径具有0.3～1.2倍的范围内的比率。
8.根据权利要求1的塔型固液逆流接触装置，各搅拌室的高度H与内径D之比H/D在0.2～3.0的范围内。
9.根据权利要求1所述的塔型固液逆流接触装置，固体粒子为聚芳撑硫醚粒子。
10.一种固体粒子的洗涤装置，其具备权利要求1所述的塔型固液逆流接触装置。
11.一种聚芳撑硫醚的制造装置，其具备权利要求1所述的塔型固液逆流接触装置。
12.一种固体粒子的固液逆流接触方法，该方法使用权利要求1所述的塔型固液逆流接触装置。
13.一种固体粒子的洗涤方法，该方法使用权利要求10所述的洗涤装置。
14.一种聚芳撑硫醚粒子的固液逆流接触方法，该方法使用权利要求1所述的塔型固液逆流接触装置。
15.一种聚芳撑硫醚的制造方法，该方法使用权利要求1所述的塔型固液逆流接触装置。
16.一种聚芳撑硫醚粒子的洗涤方法，该方法使用权利要求10所述的洗涤装置。
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