CN104203988A - 聚合反应器和吸水性树脂的制造方法 - Google Patents

聚合反应器和吸水性树脂的制造方法 Download PDF

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Abstract

聚合反应器具备容器主体1和夹套部2，夹套部2以覆盖容器主体1的外表面的方式设置且形成用于在其与容器主体1的外表面之间流通冷热介质的通路。容器主体1使用包层金属板构成，该包层金属板具有：具有位于上述容器主体的内侧的内表面和位于上述容器主体的外侧的外表面的金属支撑层，和与该金属支撑层的内表面接合、厚度小于上述金属支撑层的厚度、由耐腐蚀性金属构成的内侧表皮层。

Description

聚合反应器和吸水性树脂的制造方法
技术领域
本发明涉及一种用于进行聚合反应的聚合反应器，特别是构成为利用冷热介质的流通流经容器主体的壁而进行热交换的聚合反应器，以及使用该聚合反应器进行的吸水性树脂的制造方法。
背景技术
作为吸水性树脂等的聚合物的制造时所使用的聚合反应器，一般而言，如图4所示，采用具备收纳反应液等的容器主体91和以覆盖该容器主体91的外表面的方式设置的夹套(夹套部92)的聚合反应器。在夹套部92内，根据需要，流通冷热介质(冷却介质或者加热介质)，流经容器主体91的壁面，进行热交换，对内容物(例如反应液或者反应混合物)进行冷却或加热，进行控制，使得容器主体91的内容物达到规定的温度。关于容器主体91，根据对内容物的耐负重、聚合反应时的耐压性能的观点，需要形成为规定的强度，因此使用强度优异的材料(例如碳素钢钢板)构成。另外，通常，在容器主体91中设有搅拌翼93，通过该搅拌翼93的运动，实现内容物的均质化和均温化。具备容器主体和夹套的聚合反应器，例如下述的专利文献1中有记载。
近年来，例如吸水性树脂等的聚合物的需求不断增大，为了对应该增大的需求，研究了通过大型化聚合反应器来实现生产效率的提高。
使用聚合反应器进行的聚合物的合成中，为了使内容物达到所期望温度，通过与冷热介质的热交换所应该传递的热量比较大。因此，在用于合成聚合物的工序(以下称为聚合工序)中，用于将内容物加热或冷却的时间(以下称为传热时间)所占的比例较大。因此，如果能够缩短传热时间，则能够期待聚合物的生产效率的改善。而且，为了缩短传热时间，需要使通过上述的热交换进行的热传导高效进行。
在夹套部内流通冷热介质时，作为对在流经容器主体的壁的冷热介质与内容物之间的热传导效率(热传导量Q)赋予影响的代表性的因素，能够列举下面的三个因素。第一因素是冷热介质和容器主体的壁的热阻(例如夹套部内的冷热介质的流量)，第二因素是容器主体的壁和内容物的热阻(例如由搅拌翼得到的内容物的均质化·均温化的程度)，第三因素是容器主体的壁本身的金属热阻。作为关于这些因素实现热传导率的改善的方法，能够列举：对于第一因素，增加夹套部内的冷热介质的流量，对于第二因素，改善通过搅拌翼得到的内容物的均质化或均温化的效率，对于第三因素，将容器主体的壁的板厚薄型化。另外，这三个因素之中，对整体的热传导率赋予最大影响的是第三因素(金属热阻)。因此，为了缩短传热时间，可以认为将容器主体的壁的厚度变薄最具效果。
另一方面，如上所述，为了实现通过大型化聚合反应器来提高生产效率，对于容器主体的板厚，从强度上的观点有加厚的必要。这会导致流经容器主体的壁的热传导效率降低，使传热时间变长，反而可能成为改善生产效率的抑制因素。
鉴于该种情况，在专利文献1中，公开了在容器主体的内侧形成冷热介质的通路的结构。具体而言，如该文献的图1、图2所示，在容器主体的内表面，通过熔接将带板状的支撑体以规定间隔以直立状态设置，将与相邻的支撑体的配置间隔相等的覆板对支撑体的前端通过熔接设置。由此，以容器主体的壁、支撑体和覆板划分的密闭空间形成冷热介质的通路。通过这样在容器主体的内侧形成冷热介质的通路的结构，能够将覆板(内容物和冷热介质之间的隔壁)的厚度变薄，能够期待传热时间的缩短而提高生产效率。
然而，在聚合反应器的使用时确认容器主体的内部状态，实际上是困难的。因此，考虑到隔壁的经时老化导致的破损，将在容器主体的内侧所设置的冷热介质的通路的隔壁变薄或者将该隔壁通过熔接设置的结构的长期使用时的可靠性差。
另外，在吸水性树脂的制造中，主流是将水溶性乙烯性不饱和单体聚合的方法，水溶性乙烯性不饱和单体为酸性物质，通常以氢氧化钠中和来使用。另外，在使用反相悬浮聚合法制造吸水性树脂时，作为反应溶剂使用有机溶剂。这样的吸水性树脂的制造中，在聚合反应时，由于使用酸、碱或有机溶剂，对于聚合反应器(容器主体)的材质，研究了使用不锈钢等的耐腐蚀性金属。然而，不锈钢比碳素钢的传热性能更差，因此，如图4所示的结构中，若将容器主体91由不锈钢构成，通过在设置于容器主体的外侧的夹套部92中流通冷热介质来对反应液(内容物)进行加热或冷却时，会导致流经容器主体的壁的热传导效率的降低，从而有即使是相同的厚度，也比碳素钢的传热时间长这一缺点。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平10-244146号公报
发明内容
本发明是在该种情况下作出的，课题在于提供一种能够维持长期使用中的可靠性并且适于缩短聚合工序中传热时间的聚合反应器。另外，本发明的其它课题在于提供一种适于使用这样的聚合反应器高效地进行吸水性树脂的制造的方法。
通过本发明的第一方面所提供的聚合反应器具备容器主体和夹套部，该夹套部以覆盖该容器主体的外表面的方式设置且形成用于在其与上述容器主体的外表面之间流通冷热介质的通路，上述容器主体使用包层金属板构成，上述包层金属板具有：具有位于上述容器主体的内侧的内表面和位于上述容器主体的外侧的外表面的金属支撑层，和与该金属支撑层的内表面接合的、厚度小于上述金属支撑层的厚度、由耐腐蚀性金属构成的内侧表皮层。
优选上述内侧表皮层的厚度为上述金属支撑层的厚度的1/10～1/2。
优选上述包层金属板还具有与上述金属支撑层的外表面接合、由耐腐蚀性金属构成的外侧表皮层，上述外侧表皮层的厚度小于上述金属支撑层的厚度。
优选上述金属支撑层由碳素钢构成，上述外侧表皮层和上述内侧表皮层由不锈钢构成。
优选上述内侧表皮层的厚度大于上述外侧表皮层的厚度。
优选上述金属支撑层的厚度为5～15mm。
优选还具备用于在上述通路中供给不活泼气体的不活泼气体供给单元。
优选上述夹套部通过螺旋状的分隔板将内部隔开，上述通路沿上述分隔板螺旋状延伸。
优选上述容器主体具有由盖体关闭的上端开口。
优选上述盖体使用追加的包层金属板构成，上述追加的包层金属板具有：具有位于上述容器主体的内侧的内表面和位于上述容器主体的外侧的外表面的追加的金属支撑层，和与该追加的金属支撑层的内表面接合、厚度小于上述追加的金属支撑层的厚度、由耐腐蚀性金属构成的追加的内侧表皮层。
优选上述追加的包层金属板还具有与上述追加的金属支撑层的外表面接合、由耐腐蚀性金属构成的追加的外侧表皮层，上述追加的外侧表皮层的厚度小于上述追加的金属支撑层的厚度。
根据本发明的第二方面所提供的吸水性树脂的制造方法为在石油烃分散介质中将水溶性乙烯性不饱和单体反相悬浮聚合的吸水性树脂的制造方法，在本发明的第一方面中涉及的聚合反应器的上述容器主体内进行聚合反应。
本发明的其他的特征和优点通过参照附图在以下进行的详细说明而进一步明确。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式所涉及的聚合反应器的简要结构的纵剖面图。
图2是图1的主要部位放大图。
图3是表示实施例和比较例的表。
图4是表示现有的聚合反应器的简要结构的纵剖面图。
具体实施方式
以下，对于本发明的优选实施方式，参照附图进行具体的说明。
图1和图2表示本发明所涉及的聚合反应器的一例。如图1所示，本实施方式中的聚合反应器X具备容器主体1、夹套部2和盖体3。
如图1所示，容器主体1具有圆筒状的侧壁部11和与该侧壁部11的下端一体熔接接合的底壁部12。
本实施方式中，侧壁部11由三层包层钢板构成。更具体而言，如图2所示，构成侧壁部11的三层包层钢板，例如，在由碳素钢钢板构成的支撑层11a的两面分别通过热轧压粘有不锈钢制的表皮层11b、11c而得到。通过将该三层包层钢板弯曲成型为圆筒形并且将对接的两端缘延彼此沿圆筒的轴方向熔接接合，形成圆筒状的侧壁部11。侧壁部11的上端部开口，在该上端部的外周一体形成有圆环状的凸缘111。
列举侧壁部11的尺寸的一例，直径为200～400cm左右，高度(轴方向的长度)为200～600cm左右。另外，侧壁部11的支撑层11a的厚度例如为5～15mm左右，内侧的表皮层11b的厚度例如为1～4mm左右，外侧的表皮层11c的厚度例如为1～3mm左右。内侧的表皮层11b的厚度大于外侧的表皮层11c的厚度。另外，内侧的表皮层11b的厚度优选为支撑层11a的厚度的1/10～1/2的范围，更优选为支撑层11a的厚度的1/5～1/2的范围。
底壁部12使用与构成侧壁部11的三层包层钢板相同的三层包层钢板构成，形成为向下的凸面状(例如半球面状)的形状。底壁部12与侧壁部11的下端沿该侧壁部11的圆周方向熔接接合。虽然省略详细的图示，底壁部12具有支撑层和与该支撑层的两面分别接合的表皮层。底壁部12中的内侧的表皮层的厚度大于外侧的表皮层的厚度。在这样的结构的容器主体1的侧壁部11和底壁部12，内侧的表皮层11b为耐腐蚀性金属层，外侧的表皮层11c为追加的耐腐蚀性金属层。
在容器主体1的底壁部12，设有用于搅拌该容器主体1的内部的搅拌翼13。搅拌翼13贯穿底壁部12的中央。另外，在底壁部12，设有用于将容器主体1的内容物向外部排出的排出口121。上述结构的容器主体1的内容量为例如10～60m3左右。
夹套部2覆盖容器主体1的外表面。夹套部2为了在与容器主体1的外表面之间形成流通冷热介质的通路，覆盖从侧壁部11的上部到底壁部12的范围。夹套部2例如是不锈钢制的，通过熔接与容器主体1接合。在夹套部2的下部，设有向该夹套部2内导入冷热介质的导入口21，在夹套部2的上部，设有将夹套部2内的冷热介质向外部导出的导出口22。另外，在夹套部2的内侧，设有使冷热介质在容器主体1的外周以螺旋状流动的分隔板23。分隔板23为螺旋带状的形态，例如，相对于夹套部2的内表面，以立起的状态熔接。由容器主体1的外表面、夹套部2的内表面和螺旋状的分隔板23所包围的空间形成螺旋状的通路。导入口21与图外的冷热介质罐相连结，调节至规定温度的冷热介质经由导入口21导入到夹套部2内。导出口22与图外的温度调节装置相连结。通过夹套部2内的冷热介质经由导出口22导入到图外的温度调节装置，调节至规定的温度后供给冷热介质罐。以上可以理解为，从冷热介质罐供给的冷热介质顺次通过夹套部2和温度调节装置，循环利用。
在夹套部2内流通的冷热介质，例如，为水、乙二醇(防冻液)等的液体。此外，本实施方式中，如图1所示，在导出口22的端部连接有分支管24。通过从该分支管24的分支部加压供给不活泼气体之一的氮气(N2)，能够向夹套部2内侧的上述螺旋状通路供给氮气。另外，在分支管24的下游侧设有开关阀(省略图示)，在停止向夹套部2内供给冷热介质时，将上述开关阀关闭。夹套部2内的冷热介质的液面下降时，通过分支管24和导出管22向夹套部2内侧的通路供给氮气，防止空气侵入上述通路。
盖体3覆盖容器主体1的上端开口部，例如由与侧壁部11相同的三层包层钢板构成。盖体3形成向上的凸面的形状(例如半球面状)。在盖体3的顶部，设有供给反应液等的供给口31。在盖体3的下端部的外周，一体形成有圆环状的凸缘32，容器主体1和盖体3通过插入形成于各自的凸缘111、32的螺栓孔(省略图示)中插入的螺栓(省略图示)相互以密封状态固定。虽然没有图示，在容器主体1的凸缘111和盖体3的凸缘32之间夹置有适当的密封材料，确保容器主体1内部的密封状态。
接着，对于上述的聚合反应器X的使用方法进行说明。
聚合反应器X能够作为进行各种的聚合反应的容器使用，在本实施方式中，对将聚合反应器X用于通过反相悬浮聚合法制造吸水性树脂的情况进行说明。
在本实施方式中的吸水性树脂的制造中，将水溶性乙烯性不饱和单体在石油烃分散介质(有机溶剂)中、在分散剂存在下，使用自由基聚合引发剂，进行反相悬浮聚合。以下，对于进行多级聚合反应的的情况进行说明。利用反相悬浮聚合法的多级聚合反应，由于所得到的吸水性树脂的粒径大，对水的润湿性良好，而且能够提高生产效率，分散剂的使用量减少，故而优选。
在利用反相悬浮聚合法的吸水性树脂的制造中，首先，在容器主体1内投入石油烃分散介质和分散剂。接着，边利用搅拌翼13对容器主体1内进行搅拌，边在夹套部2内流通加热介质，将容器主体1内部加热至规定的温度(例如90℃左右)(第一加热工序)，由此，使分散剂溶解于石油烃分散介质中。接着，在夹套部2内流通冷却介质，使容器主体1内部冷却至规定的温度(例如50℃左右)(第一冷却工序)。
接着，向容器主体1内添加第一级的单体溶液，进行第一级反相悬浮聚合。单体溶液优选通过在水溶性乙烯性不饱和单体的水溶液中添加自由基聚合引发剂来制备。此外，若水溶性乙烯性不饱和单体例如具有丙烯酸等的酸基的情况下，可以使用碱性中和剂将该酸基中和。另外，根据必要，可以向单体溶液添加交联剂后进行聚合。
进行第一级聚合时，添加调节至规定温度(例如10℃左右)的上述单体溶液，使容器主体1的内容物达到规定的温度(例如30℃左右)，形成稳定的悬浊状态。接着，边利用搅拌翼13对容器主体1内进行搅拌，边在夹套部2内流通加热介质，将容器主体1内加热至规定的温度(例如55℃左右)(第二加热工序)，由此，使第一级聚合开始。此时，内容物因聚合热而升温，与此同时，在夹套部2内流通冷却介质(例如与先前聚合开始时流通的加热介质相同)，将内容物维持在规定的高温状态(例如80℃左右)，进行规定时间的聚合。接着，在夹套部2内流通冷却介质，使容器主体1的内容物冷却至规定的温度(例如5～30℃左右)(第二冷却工序)，得到第一级的反应混合物。
接着，向容器主体1内添加第二级的单体溶液，进行第二级反相悬浮聚合。第二级的单体溶液优选通过在水溶性乙烯性不饱和单体的水溶液中添加自由基聚合引发剂来制备。此外，若水溶性乙烯性不饱和单体例如具有丙烯酸等的酸基的情况下，可以使用碱性中和剂将该酸基中和。另外，根据必要，可以向单体溶液添加交联剂后进行聚合。
进行第二级聚合时，添加调节至与容器主体1内的反应混合物同程度的温度的上述第二级的单体溶液。接着，边搅拌翼13边对容器主体1内进行搅拌，边在夹套部2内流通加热介质，将容器主体1内加热至规定的温度(例如55℃左右)(第三加热工序)，由此，使第二级聚合开始。这里，内容物因聚合热而升温，与此同时，在夹套部2内流通冷却介质(例如与先前聚合开始时流通的加热介质相同)，将内容物维持在规定的高温状态(例如80℃左右)，进行规定时间的聚合。接着，在夹套部2内流通冷却介质，使容器主体1的内容物冷却至规定的温度(例如5～30℃左右)(第三冷却工序)，得到第二级的反应混合物。
接着，向容器主体1内添加第三级的单体溶液，进行第三级反相悬浮聚合。第三级的单体溶液优选通过在水溶性乙烯性不饱和单体的水溶液中添加自由基聚合引发剂来制备。此外，若水溶性乙烯性不饱和单体例如具有丙烯酸等的酸基的情况下，可以使用碱性中和剂将该酸基中和。另外，根据必要，可以向单体溶液添加交联剂后进行聚合。
进行第三级聚合时，添加调节至与容器主体1内的反应混合物同程度的温度的上述第三级的单体溶液。接着，边搅拌翼13边对容器主体1内进行搅拌，边在夹套部2内流通加热介质，将容器主体1内加热至规定的温度(例如55℃左右)(第四加热工序)，由此，使第三级聚合开始。此时，内容物因聚合热而升温，与此同时，在夹套部2内流通冷却介质(例如与先前聚合开始时流通的加热介质相同)，将内容物维持在规定的高温状态(例如80℃左右)，进行规定时间的聚合。接着，在夹套部2内流通冷却介质，使容器主体1的内容物冷却至规定的温度(例如5～30℃左右)(第四冷却工序)，得到第三级的反应混合物。之后，通过从该第三级的反应混合物中将溶剂和水分离，使其干燥，得到吸水性树脂。
在本实施方式的聚合反应器X中，容器主体1(侧壁部11以及底壁部12)使用三层包层钢板构成，该三层包层钢板具有碳素钢制的支撑层11a和与该支撑层11a的两面接合、比支撑层11a薄壁的不锈钢制的表皮层11b、11c。构成支撑层11a的碳素钢于构成表皮层11b、11c的不锈钢相比，强度优异，并且传热性能也优异，因此，如上所述，使相对厚壁的支撑层11a为碳素钢制，由此，能够确保规定的强度，并且使容器主体1的壁(三层包层钢板)的整体厚度变得比较薄。所以，在用于吸水性树脂等的聚合物合成的整个工序(聚合工序)中，通过在设置于容器主体1的外侧的夹套部2内流通冷热介质(冷却介质或者加热介质)进行内容物的加热或冷却时，能够抑制流经容器主体1的壁(侧壁部11以及底壁部12)的热传导效率的降低，例如，与该壁仅由不锈钢构成的情况相比，能够缩短传热时间。
另一方面，容器主体1的内侧的表皮层11b由不锈钢构成，因此，在吸水性树脂的聚合反应时即使接触酸、碱和有机溶剂也不易受腐蚀。另外，表皮层11b与支撑层11a压粘，支撑层11a和表皮层11b构成为整体均匀压粘的包层钢板。由此，能够防止表皮层11b从支撑层11a剥离的情况发生，能够可靠地维持容器主体1的内表面的耐腐蚀性。
另外，表皮层11b的厚度设定为支撑层11a的厚度的1/10～1/2，确保恰当的厚度。这从回避容器主体1的强度降低并且适当维持耐腐蚀性的观点出发优选。
夹套部2以覆盖容器主体1的外表面的方式设置，在容器主体1和夹套部2之间流通冷热介质。因此，本实施方式的聚合反应器X，例如，与在容器主体的内侧设置冷热介质用的通路的情况相比，能够容易地进行夹套部2的状况确认，在长期使用时的可靠性优异。
本实施方式中，容器主体1(侧壁部11和底壁部12)在外侧具有不锈钢制的表皮层11c(12c)。由此，能够防止在夹套部2内侧的通路流通的冷热介质对容器主体1的腐蚀。
另外，本实施方式中，向夹套部2内侧的通路供给氮气(不活泼气体)，防止空气侵入夹套部2内。因此，例如，作为冷热介质使用没有腐蚀性的液体(例如纯水)的情况下，实际上在容器主体1的外表面不会发生腐蚀的问题，没有必要设置外侧的表皮层11c。该种情况下，容器主体1能够由具有支撑层11a和内侧的表皮层11b的二层包层钢板构成。
上述的利用反相悬浮聚合法的吸水性树脂的制造中，冷却和加热的操作重复进行，传热时间占聚合所涉及的全部的时间(聚合工序时间)的比例比较大。因此，通过缩短传热时间所缩短的聚合工序时间的比例也比较大，这有助于改善生产效率。
以上，对于本发明的具体实施方式进行了说明，但本发明不受此限定，能够在不超越发明的思想的范围内进行各种变更。上述实施方式中，关于容器主体，作为例子列举了由在碳素钢制的支撑层11a(金属支撑层)的两面压粘不锈钢制的表皮层11b、11c(耐腐蚀性金属层)得到的三层包层钢板构成的情况，作为容器主体1的构成材料也可以使用其他的包层材料。作为金属支撑层，只要是强度、热导率优异的材料即可优选，可以使用铝合金等的其他材料。另外，作为耐腐蚀性金属层，只要是比金属支撑层耐腐蚀性优异的材料即可，可以使用钛、铬或者这些的合金等其他材料。另外，对于金属支撑层、耐腐蚀性金属层的厚度，能够根据构成这些的材料或者容器主体的内容量等进行各种变更。
实施例
接着，通过实施例和比较例进行说明本发明的有用性。
〔实施例〕
使用具有图1、图2所示的简要结构的聚合反应器X，测定通过上述的利用反相悬浮聚合法进行吸水性树脂的制造的情况下的各工序的时间。在本实施例的吸水性树脂的制造中，将水溶性乙烯性不饱和单体在，石油烃分散介质中、在分散剂的存在下使用自由基聚合引发剂，通过反相悬浮聚合法进行三级的聚合反应。
本实施例中使用的聚合反应器X的容器主体1的内容量为60m3，搅拌翼13为桨叶式。容器主体1的侧壁部11和底壁部12使用厚度为18mm的三层包层钢板构成。支撑层11a为厚度13mm的中·常温压力容器用碳素钢钢板(JIS：SGV480；JIS：Japanese Industrial Standard)，内侧的表皮层11b为厚度3mm的不锈钢(JIS：SUS304)，外侧的表皮层11c为厚度2mm的不锈钢(JIS：SUS304)。
第一级聚合时，在容器主体1内加入作为石油烃分散介质的25℃的正庚烷13500kg、作为分散剂的聚甘油脂肪酸酯(商品名：SunsoftQ-185S，太阳化学(株)生产)的10质量％正庚烷溶液351kg。
接着，边利用搅拌翼13对容器主体1内进行搅拌，边在夹套部2内流通加热介质(温度95℃，流量1.5m3/min，以下相同)，将容器主体1内的内容物加热至90℃(第一加热工序)，使分散剂溶解。从在夹套部2开始流通加热介质至容器主体1内的内容物升温至90℃花费了88分钟。在夹套部2内流通冷却介质(温度1℃，流量1.5m3/min，以下相同)，将容器主体1内的内容物冷却至50℃(第一冷却工序)。从在夹套部2开始流通冷却介质至容器主体1内的内容物降温至50℃花费了22分钟。
另一方面，在另外的容器中加入作为水溶性乙烯性不饱和单体的80质量％的丙烯酸水溶液3505kg，边冷却，边滴入作为碱性中和剂的30质量％氢氧化钠水溶液3890kg，进行75mol％的中和。接着，加入作为自由基聚合引发剂的过硫酸钾3.5kg、作为交联剂的N,N′-亚甲基双丙烯酰胺0.7kg、水1908kg并溶解，制备第一级的单体水溶液。
在容器主体1中加入调节至10℃的上述第一级的单体水溶液的全量，将容器主体1的内容物调节为30℃，体系内由氮气充分置换。
接着，边利用搅拌翼13对容器主体1内进行搅拌，边在夹套部2内流通加热介质，将容器主体1内的内容物加热至55℃(第二加热工序)，使聚合开始。从在夹套部2开始流通加热介质至容器主体1内的内容物升温至55℃花费了26分钟。聚合开始后，容器主体1的内容物因聚合热而升温，从内容物到达80℃时开始，在80℃进行聚合30分钟后，向夹套部2内流通冷却介质，将容器主体1内的内容物冷却至13℃(第二冷却工序)，得到第一级的反应混合物。从在夹套部2开始流通冷却介质至容器主体1内的内容物降温至13℃花费了107分钟。
另一方面，在另外的容器中加入作为水溶性乙烯性不饱和单体的80质量％的丙烯酸水溶液3505kg，边冷却，边滴入作为碱性中和剂的30质量％氢氧化钠水溶液3890kg，进行75mol％的中和。接着，加入作为自由基聚合引发剂的过硫酸钾3.5kg、作为交联剂的N,N′-亚甲基双丙烯酰胺0.7kg、水1908kg并溶解，制备第二级的单体水溶液。向上述第一级的反应混合物中，加入调节至13℃的上述第二级的单体水溶液，体系内由氮气充分置换。
接着，边利用搅拌翼13对容器主体1内进行搅拌，边在夹套部2内流通加热介质，将容器主体1内的内容物加热至55℃(第三加热工序)，使聚合开始。从在夹套部2开始流通加热介质至容器主体1内的内容物升温至55℃花费了48分钟。聚合开始后，容器主体1的内容物因聚合热而升温，从内容物到达80℃时开始，在80℃进行聚合30分钟后，向夹套部2内流通冷却介质，将容器主体1内的内容物冷却至13℃(第三冷却工序)，得到第二级的反应混合物。从在夹套部2开始流通冷却介质至容器主体1内的内容物降温至13℃花费了132分钟。
另外，另一方面，在另外的容器中加入作为水溶性乙烯性不饱和单体的80质量％的丙烯酸水溶液3505kg，边冷却，边滴入作为碱性中和剂的30质量％氢氧化钠水溶液3890kg，进行75mol％的中和。接着，加入作为自由基聚合引发剂的过硫酸钾3.5kg、作为交联剂的N,N′-亚甲基双丙烯酰胺0.7kg、水1908kg并溶解，制备为第三级的单体水溶液。向上述第二级的反应混合物中，加入调节至13℃的上述第三级的单体水溶液，体系内由氮气充分置换。
接着，边利用搅拌翼13对容器主体1内进行搅拌，边在夹套部2内流通加热介质，将容器主体1内的内容物加热至55℃(第四加热工序)，使聚合开始。从在夹套部2开始流通加热介质至容器主体1内的内容物升温至55℃花费了54分钟。聚合开始后，由于聚合热使容器主体1的内容物升温，从内容物到达80℃时开始，在80℃进行聚合30分钟，得到第三级的反应混合物。从该第三级的反应混合物，通过正庚烷和水的共沸蒸馏使正庚烷和水分离，正庚烷返回容器主体1内，将16641kg的水向体系外取出后，使正庚烷蒸发干燥，由此得到吸水性树脂11315kg。在图3中表示本实施例中各工序所需要的时间。
〔比较例〕
使用与上述实施例不同的聚合反应器，测定了上述的利用反相悬浮聚合法进行吸水性树脂的制造的情况下的聚合工序时间。
本比较例中，除容器主体的材质为不锈钢制以外全部在与上述实施例相同的条件下进行了吸水性树脂的制造。
本比较例中使用的聚合反应器的容器主体的内容量与上述实施例为同样的60m3，另外，搅拌翼也使用与上述实施例相同的桨叶式。本比较例的容器主体使用厚度为18mm的不锈钢(JIS：SUS304)构成，强度设定为与上述实施例的容器主体1同程度。冷却介质和加热介质的供给方式也与上述实施例相同。
第一加热工序中，容器主体内的内容物升温至90℃花费了113分钟。第一冷却工序中，容器主体内的内容物降温至50℃花费了28分钟。第二加热工序中，容器主体内的内容物升温至55℃花费了33分钟。第二冷却工序中，容器主体内的内容物降温至13℃花费了135分钟。第三加热工序中，容器主体内的内容物升温至55℃花费了61分钟。第三冷却工序中，容器主体内的内容物降温至13℃花费了165分钟。第四加热工序中，容器主体内的内容物升温至55℃花费了69分钟。在图3中表示本比较例中各工序所需要的时间。
从图3可以理解为，使用三层包层钢板构成容器主体1的实施例的情况下与使用不锈钢构成容器主体的比较例相比，在传热时间方面有21％的缩短效果。另外，在聚合工序时间方面，实施例与比较例相比，有18％的缩短效果，以批式处理进行上述吸水性树脂的制造时，能够期待生产效率的改善。
符号说明
X        聚合反应器
1        容器主体
2        夹套部
3        盖体
11       侧壁部
12       底壁部
11a、12a 支撑层(金属支撑层)
11b、12b 表皮层(耐腐蚀性金属层)
11c、12c 表皮层(追加的耐腐蚀性金属层)
111      凸缘
121      排出口
13       搅拌翼
21       导入口
22      导出口
23      分隔板
31      供给口
32      凸缘

Claims (12)

1.一种用于进行聚合反应的聚合反应器，其特征在于：
具备容器主体和夹套部，所述夹套部以覆盖该容器主体的外表面的方式设置且形成用于在其与所述容器主体的外表面之间流通冷热介质的通路，
所述容器主体使用包层金属板构成，
所述包层金属板具有：具有位于所述容器主体的内侧的内表面和位于所述容器主体的外侧的外表面的金属支撑层，和与该金属支撑层的内表面接合的、厚度小于所述金属支撑层的厚度、由耐腐蚀性金属构成的内侧表皮层。
2.如权利要求1所述的聚合反应器，其特征在于：
所述内侧表皮层的厚度为所述金属支撑层的厚度的1/10～1/2。
3.如权利要求1或2所述的聚合反应器，其特征在于：
所述包层金属板还具有与所述金属支撑层的外表面接合、由耐腐蚀性金属构成的外侧表皮层，所述外侧表皮层的厚度小于所述金属支撑层的厚度。
4.如权利要求3所述的聚合反应器，其特征在于：
所述金属支撑层由碳素钢构成，所述外侧表皮层和所述内侧表皮层由不锈钢构成。
5.如权利要求3或4所述的聚合反应器，其特征在于：
所述内侧表皮层的厚度大于所述外侧表皮层的厚度。
6.如权利要求1～5中任一项所述的聚合反应器，其特征在于：
所述金属支撑层的厚度为5～15mm。
7.如权利要求1～6中任一项所述的聚合反应器，其特征在于：
所述聚合反应器还具备用于在所述通路中供给不活泼气体的不活泼气体供给单元。
8.如权利要求1～7中任一项所述的聚合反应器，其特征在于：
所述夹套部通过螺旋状的分隔板将内部隔开，所述通路沿所述分隔板螺旋状延伸。
9.如权利要求1～8中任一项所述的聚合反应器，其特征在于：
所述容器主体具有由盖体关闭的上端开口。
10.如权利要求9所述的聚合反应器，其特征在于：
所述盖体使用追加的包层金属板构成，
所述追加的包层金属板具有：具有位于所述容器主体的内侧的内表面和位于所述容器主体的外侧的外表面的追加的金属支撑层，和与该追加的金属支撑层的内表面接合、厚度小于所述追加的金属支撑层的厚度、由耐腐蚀性金属构成的追加的内侧表皮层。
11.如权利要求10所述的聚合反应器，其特征在于：
所述追加的包层金属板还具有与所述追加的金属支撑层的外表面接合、由耐腐蚀性金属构成的追加的外侧表皮层，所述追加的外侧表皮层的厚度小于所述追加的金属支撑层的厚度。
12.一种在石油烃分散介质中将水溶性乙烯性不饱和单体反相悬浮聚合的吸水性树脂的制造方法，该制造方法的特征在于：
在权利要求1～11中任一项所述的聚合反应器的所述容器主体内进行聚合反应。
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