JP2002536163A - 気体及び液体の多相混合物の混合及び反応装置並びにその装置の使用 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、気体及び液体の多相混合物を混合して反応させる装置に関する。均一に混合しない均一な液体の溶液が、いくつかの固体もしくは液体物質又はいくつかの気体が溶解している均一な溶液と強く接触させられる。本発明は、この装置の使用並びにこの装置を用いて製造されるジフェニルカーボネート及びポリカーボネートにも関する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、気体及び液体の多相（multiphase）混合物を混合して反応させる装
置であって、均一に混和しない液体の均一溶液を、いくつかの固体もしくは液体
物質もしくはいくつかの気体が溶解している均一溶液と強烈に接触させる装置に
関し、そのような装置の使用、並びにその装置の助けによって製造されるジフェ
ニルカーボネート及びポリカーボネートに関する。

【０００２】 溶液中の個々の物質の相互の反応を促進するために、相互に不溶性の均一溶液
を混合することは既知である。この混合は、例えば、ジアリールカーボネートの
製造方法が開示されている欧州特許ＥＰ第０２２８６７０Ａ２号公報に記載され
ているように、攪拌、機械的混合等によって起こる

【０００３】 攪拌機又は他の機械的なミキサー（もしくは混合機）を用いる場合の短所は、
一方では封止の観点から、また他方では既知のミキサーの洗浄に関し、攪拌槽型
反応器（stirred-tank reactor）又は反応器内にシャフト・ベアリング（軸受：
shaft bearing）を入れ、攪拌槽型反応器又は反応器からシャフト・グランド（
パッキン押さえ：shaft grand）を取り出すことである。従って、大きな攪拌槽
型反応器内のシャフト・グランドとしてシャフト・ベアリングの構造的設計をす
ることは、極めて複雑であり相当費用がかかる。

【０００４】 更に、混合の間に化学反応がしばしば起り、その結果、混合プロセスの間に反
応器内で混合及び／又は反応エンタルピーが放出され又は必要とされるので、既
知の攪拌槽型反応器又はミキサーを、任意に大きくすることができない。攪拌槽
型反応器の半径が増加するにつれて反応器の体積に対する熱交換面の割合が減少
するので、外部にエンタルピーを放散させるために又は反応器内にエンタルピー
を供給するために、極めて大きなミキサーの場合、追加の熱交換器が必要とされ
る。これらの場合、攪拌槽型反応器の数を増やすことによって攪拌槽型反応器の
体積が減らされ、又は第２の流れに追加の熱交換器を設けることによって、熱移
動が強化される。

【０００５】 従って、本発明の目的は、上述した欠点を避けるために、シャフト・ベアリン
グ及びシャフト・グランドを不要とし、構造的な複雑さがほとんどなく、構造的
に小さなミキサー（又は混合機）が提供されるように、気体及び液体の多相（又
は複数相：multiphase）混合物を混合して反応させるため、より詳細には上述し
た既知の装置を改良することである。更に、混合物の品質も改良されるべきであ
る。

【０００６】 第１溶液の流入のための円筒状（又は筒状）の空間（又はスペース）、その空
間に向かって先細りに（テーパー状に又は細く）なり、少なくとも二つの溶液の
混合と反応が起る少なくとも一つの円筒状（又は筒状）のチャンバー（chamber
）、前記空間に対して垂直に配置されている第２溶液が流入するための円筒状の
空間、及び混合して反応した溶液がノズル・ミキサー（又はノズル混合機：nozz
le mixer）から流出するための空間を有する反応器としてのノズル・ミキサーに
よって、上記課題は達成される。圧力降下を減らすために、本発明の別の態様に
おいて、流出するための空間（もしくは流出空間）は円錐状に広がる断面が設け
られる。

【０００７】 驚くべきことに、本発明に係る装置を用いて、互いに溶解して均一な溶液を得
ることができない（又は不混和性の）、いくつかの別々の均一な物質の流れ（又
はストリーム）を、互いに均質に混合できることが明らかになった。そのように
すると、高い混合レベルが達成され、その結果として、その後反応物の迅速な反
応を行うことができる。更に、本発明に基づくデザインに基づくと、構造的に簡
単な方式で構造的に小さなミキサーを得ることができる。

【０００８】 更に、本発明は、円筒状の空間とその先細りの円筒状のチャンバーとの間の遷
移部分は、シャープなエッジ（又は鋭い縁）を有することを教示する。第１液体
の流れは、円錐状の空間の方向へ、円筒状のチャンバーを経由してノズル・ミキ
サーに入り、第２の流れはノズル・ミキサーの中央の円筒状のチャンバーに垂直
に入る。第２溶液がノズル・ミキサー内へ垂直に入ることは、いくつかの開口部
を経由して起こるが、これらの開口部は、本発明の更なる教示に基づいて、線状
に（又は整列して）配置され、チャンバーの内壁に周を取り巻いて均一に分布す
る。開口部はチャンバーの長手方向に対して垂直方向に又はいずれかのより小さ
い角度で延びる（もしくは続く）のが好ましい。それによって、混合強度及び反
応速度は、実質的に増加される。

【０００９】 固体、液体及び／又は気体物質の均一溶液の一部は、ノズル・ミキサーの手前
に配置される一又はそれ以上のジャケット付きミキサー（jacketed mixer）で調
整してよい。ジャケット付きミキサーの各々は、円筒状（又は筒状）の混合空間
を有し、その空間を経由して均一な液体が供給され、混合空間の周囲に、複数の
フィード・パイプ（feed pipe）が対称的に配置され、これらが溶解されるべき
第２液体又は気体をジャケット付きミキサー内に導入する。更に、ジャケット付
きミキサーに液体もしくは気体をパルス的（又は脈動的）に供給する手段を、混
合度を更に向上させるために設けることができる。

【００１０】 更に、本発明は、円筒状の混合空間は外側の環状の空間を有すること、また、
フィード・パイプは反応器の壁の孔として設計されることを教示する。反応器の
壁の孔は、反応器の流れの方向に対して、小さい角度で延びる（又は続く）のが
好ましい。角度は４５°であるのが特に有利であることが判明した。

【００１１】 高い混合度を得るために、本発明の更なる態様は、ミキサーの壁に孔が環状に
配置され、孔は各々の環の周を取り巻いて（又は周に沿って）均一に分布するよ
うに配置されるのが好都合である。八つの孔が各々の環に配置され、各々につい
て隣接する環の孔が流れの方向で４５°の角度で互い違いになっている場合、特
に十分な混合が得られる。

【００１２】 驚くべきことに、上述したジャケット付きミキサーを用いると、付属するノズ
ル・ミキサーにおいて高い混合度で溶液を得ることができるように、液体又は液
体中の気体を混合することができた。

【００１３】 本発明の更なる教示に基づけば、エンタルピー変化を伴なう混合プロセス及び
反応の間に必要とされる混合温度もしくは反応温度を維持するために、混合及び
反応空間で必要な熱交換を確実に確保するために、混合して反応させるための本
発明の装置の上流もしくは下流に、熱交換器を配置してもよい。

【００１４】 製造プロセスにおいて、本発明に係る複数のミキサーが流れの方向に連続的に
配置される場合、特に有利である。このようにして、流れの方向における不均一
な混合物の分離（又は脱混合：demixing）が信頼性をもって防止される。

【００１５】 更に、本発明は、アルカリ性のフェノレート、ビスフェノレート水溶液又は他
の多価のフェノレート溶液（もしくは水溶液）を、溶媒に溶解されている固体、
液体並びに／又は気体と混合するための上述の装置を使用することを教示する。

【００１６】 更に、本発明は、アルカリ性のフェノレート又はビスフェノレート水溶液をジ
クロロメタンに溶解された気体又は液体のホスゲンと、本発明に係る装置内で混
合することによって製造されるジフェニルカーボネート及びポリカーボネートで
あって、不均一な混合物から界面法（interfacial method）によっていずれの場
合も製造されるジフェニルカーボネート及びポリカーボネートを教示し、その混
合物は極めて少ない残留フェニルピペリジルウレタン含有量（＜２０ｐｐｍ）を
有する。

【００１７】 最後に、より強烈な混合及び反応の結果として、得られる反応器の体積は、攪
拌槽型反応器を用いた場合より著しく小さいということが本発明から明らかであ
る。より少ないホールドアップのために、定常状態が相対的に迅速に得られる。
この結果は、所望の特性と品質を有する目的生成物が運転開始から極めて短い時
間で得られるということである。更に、処理されるべき不要な副生成物は、相対
的に少量得られるという成果がある。

【００１８】 実施例に基づいて、更に詳細に本発明を説明する。

【００１９】 常套のミキサーを用いてジフェニルカーボネートを製造するために、１時間当
たり４５００ｋｇの流量で水性反応混合物を、３０℃で、全容量が２３ｍ^３の四
つの攪拌槽型反応器のカスケード（cascade）に流通したが、ホスゲンとジクロ
ロメタンを連続的に第１反応器に供給した。また、フェノレート水溶液を、カス
ケードの第１攪拌槽型反応器の上流に配置されている混合槽内で連続的に調整し
た。

【００２０】 カスケードの第４攪拌槽型反応器から出た後、反応混合物は、分離槽内で二相
に分離し、有機相を精製し、その後、溶媒を、最後に、ジフェニルカーボネート
を蒸留した。

【００２１】 収率は９２％であり、下記リストの濃度の副生成物が得られた。

【００２２】

【表１】

【００２３】 比較のために、反応混合物を同じ流量で本発明の装置に流通し、ホスゲンのジ
クロロメタン溶液は、ジャケット付きミキサーで連続的に調整した。フェノレー
ト水溶液は、混合槽で連続的に調整した。

【００２４】 ジフェニルカーボネートへの反応は本発明のノズル・ミキサー内で起こり、ジ
フェニルカーボネートの後処理と製造は、攪拌槽型反応器のカスケードを使用す
る製造方法と全く同様に起こった。

【００２５】 この場合、ジフェニルカーボネートを、収率９８％で得た。副生成物の濃度は
以下の通りであった。

【００２６】

【表２】

【００２７】 本発明に従って製造されるジフェニルカーボネート中の、フェニルピペリジル
ウレタンの割合を、確実に２０ｐｐｍ以下の値に減少することができ、その結果
より高品質のジフェニルカーボネートを得ることができた。

【００２８】 最後に、本発明の装置を、単なる好ましい態様に基づいて、より詳細に説明す
る。

【００２９】 図１は、円筒状の中央の空間が二つの溶液を混合するように機能するノズル・
ミキサーを示す。

【００３０】 示されている態様において、四つの部分からなる好ましいノズル・ミキサーＤ
は、第１溶液Ｆ_１が入る円筒状の空間１を有する。第２溶液Ｆ_２は、円筒状の空
間２を経由して中央の円筒状のチャンバー３の中に流れ込む。円錐状の空間４は
、出口として機能する。攪拌強度を増加させ反応を促進するために、中央のチャ
ンバー３は円筒状の空間１より小さい直径を有し、空間１とチャンバー３の間の
遷移部分に、シャープなエッジが設けられている。ノズル・ミキサーＤの円錐状
に広がる空間４の助けで、システム内の圧力降下（又は低下）を低く保つことが
できる。

【００３１】 本発明に係る装置を操作するために、液体、例えばホスゲンのジクロロメタン
溶液Ｆ_１は、円筒状の空間１を通って中央の円筒状のチャンバー３に入り、第２
溶液、例えば、フェノレート溶液Ｆ_２は、空間１に対して垂直である円筒状の空
間２を通って中央の円筒状のチャンバー３に入る。第２溶液は、開口部５を経由
して円筒状のチャンバー３の中に導入され、空間１から第２溶液に対して垂直に
流れる溶液と混合され、反応する。示された従って好ましい態様において、開口
部５は、中央のチャンバーの円筒状のジャケットに線状に（又は整列して）配置
されている。混合物Ｇは、混合及び反応の後、円錐状の空間４を経由してノズル
・ミキサーＤを出る。

【００３２】 図２は、ノズル・ミキサーＤの上流に配置される円筒状のジャケット付きミキ
サーＭを示し、ジャケット付きミキサーＭは、複数の孔７が設けられている円筒
状の混合空間６を有し、明瞭にするために、入口Ｅ_１付近に環状に配列した孔７
のみに、参照番号を付している。

【００３３】 図示されているこの好ましい態様において、一連の孔、環７Ａ、環７Ｂ及び環
７Ｃは、ジャケット付きミキサーＭの長手方向にわたって配置され、孔はそれら
の環に均一に分布しており、明瞭にするために、再び左手側の三つの環のみを記
載している。環７Ａ、環７Ｂ及び環７Ｃは、各々八つの孔７を有するのが好まし
く、二つの隣接する環７Ａと環７Ｂとの間、また、環７Ｂと環７Ｃとの間は各々
４５℃ずつずれている。このように、最適な混合がジャケット付きミキサーＭの
混合空間６の中で得られる。

【００３４】 本発明に係る装置を操作するために、例えばジクロロメタンのような第１均一
液体を、入口Ｅ_１を経由してジャケット付きミキサーＭの反応器空間６に供給す
る。

【００３５】 例えば気体の又は液体のホスゲン等の混合されるべき第２成分は、混合空間６
を囲む環状の空間８の中に入口Ｅ_２を経由して供給され、孔７を通って、好まし
くはパルス的に（又は脈動的に）、第１液体に入れられる。好ましい態様では図
示するように、液体の流れの方向に対して４５°の角度に孔７は配置される。こ
のようにして、液体と気体又はもう一つの液体との最適な混合を達成することが
できる。溶液は出口Ａ_１を通ってジャケット付きミキサーＭを出る。

【００３６】 ホスゲンの漏れをモニターするために、全てのノズル・ミキサーＤとジャケッ
ト付きミキサーＭに、特定するものではないが、環状の空間を設けることができ
、その空間に窒素（Ｎ_２）を入れてもよいことが、図１及び図２から読み取るこ
とができる。

【００３７】 最後に、本発明に係る装置であるミキサーの好ましい配置を図３に見ることが
でき、第１熱交換器ＷＴ_１はジャケット付きミキサーＭの下流に配置され、第２
熱交換器ＷＴ_２はノズル・ミキサーＤの下流に配置されている。このようにして
、必要な混合及び反応温度の維持を、確実な方法で確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、本発明のノズル・ミキサーを断面で示す。

【図２】 図２は、本発明のジャケット付きミキサーを部分断面で示す。

【図３】 図３は、図１及び２のミキサーの好ましい配置を概略的に示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０８Ｇ 64/24 Ｃ０８Ｇ 64/24 (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ， ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，Ｓ Ｋ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ギュンター・イェロミン ドイツ連邦共和国デー−47802クレーフェ ルト、ベーレンシュトラーセ20番 (72)発明者 ヘルムート・ユダット ドイツ連邦共和国デー−40764ランゲンフ ェルト、オスカー−エルプスレー−シュト ラーセ44アー番 Ｆターム(参考） 4G035 AB37 AB52 AC01 AE13 AE15 4G075 AA02 BA10 BB05 BD13 BD15 DA02 EA02 EA06 EB27 EC02 4H006 AA04 AB46 AC48 BB12 BB31 BD81 BE52 BJ50 KA52 4J029 AA09 AB05 AC01 AD10 BB08A BB11A HA01 HC01 KE11 LA12

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 不均一に混和する液体の均一溶液を、いくつかの固体もしく
   は液体物質又はいくつかの気体が溶解している均一溶液と強く接触させる、気体
   及び液体の多相混合物を混合して反応させる装置であって、第１溶液の流入のた
   めの円筒状の空間（１）、少なくとも二つの溶液の混合と反応が起こる、空間（
   １）に向かって先細りの少なくとも一つの円筒状のチャンバー（３）、空間（１
   ）に対して垂直方向に配置された、第２溶液の流入のための円筒状の空間（２）
   、並びにノズル・ミキサー（Ｄ）で混合され反応された溶液の流出のための空間
   （４）を有する、ミキサー及び反応器としてのノズル・ミキサー（Ｄ）によって
   特徴付けられる装置。
2. 【請求項２】 円筒状の空間（１）と先細りの円筒状のチャンバー（２）と
   の間の遷移部分はシャープなエッジを有することを特徴とする請求項１記載の装
   置。
3. 【請求項３】 空間（４）の断面は、流れの方向に円錐状に広がることを特
   徴とする請求項１又は２記載の装置。
4. 【請求項４】 第１溶液の流れの方向に対して実質的に垂直に配置されてい
   る複数の開口部（５）は、チャンバー（３）の中に第２溶液が入るためにチャン
   バー（３）の壁に設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の
   装置。
5. 【請求項５】 チャンバー（３）の内壁の開口部（５）は、線状に配置され
   、周上に均一に分布することを特徴とする請求項４記載の装置。
6. 【請求項６】 開口部（５）は、チャンバー（３）の長手方向に対して垂直
   方向に延びることを特徴とする請求項５記載の装置。
7. 【請求項７】 開口部（５）は、チャンバー（３）の長手方向に対していず
   れかの角度で延びることを特徴とする請求項５記載の装置。
8. 【請求項８】 気体又は液体物質を液体物質と混合することができるノズル
   ・ミキサー（Ｄ）の上流に、少なくとも一つのジャケット付きミキサー（Ｍ）が
   配置されることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の装置。
9. 【請求項９】 ジャケット付きミキサー（Ｍ）は、円筒状の混合空間（６）
   を有し、その空間を通って均一な液体が供給されること、並びに混合空間の周囲
   に対称的に配置される複数のフィード・パイプが溶解されるべき第２液体もしく
   は気体をジャケット付きミキサー（Ｍ）内に導入するために設けられることを特
   徴とする請求項８記載の装置。
10. 【請求項１０】 装置は、混合されるべき成分のパルス的導入手段を有する
    ことを特徴とする請求項９記載の装置。
11. 【請求項１１】 円筒状の混合空間（６）は、外側の環状の空間（８）を有
    し、フィード・パイプは反応器の壁に孔（７）として形成されることを特徴とす
    る請求項８〜１０のいずれかに記載の装置。
12. 【請求項１２】 混合空間（６）の壁の孔（７）は、環状に配置されること
    を特徴とする請求項１１記載の装置。
13. 【請求項１３】 孔（７）は、各々の環（７Ａ、７Ｂ、７Ｃ）の円周上に均
    一に分布することを特徴とする請求項１２記載の装置。
14. 【請求項１４】 各々の場合（７Ａと７Ｂとの間、及び７Ｂと７Ｃとの間の
    各々）、隣接する環の孔（７）は、流れの方向で互い違いに配列されることを特
    徴とする請求項１３記載の装置。
15. 【請求項１５】 各々の環（７Ａ、７Ｂ、７Ｃ）は八つの孔（７）を有し、
    各々の場合（７Ａと７Ｂとの間、及び７Ｂと７Ｃとの間の各々）、隣接する環の
    孔（７）は４５°ずれて配列されることを特徴とする請求項１４記載の装置。
16. 【請求項１６】 孔（７）は、流れの方向に対して低角度で延びることを特
    徴とする請求項９〜１５のいずれかに記載の装置。
17. 【請求項１７】 角度は３０°〜６０°であることを特徴とする請求項１６
    記載の装置。
18. 【請求項１８】 角度は４５°であることを特徴とする請求項１７記載の装
    置。
19. 【請求項１９】 熱交換器（ＷＴ）が、ノズル・ミキサー（Ｄ）及びオプシ
    ョンのジャケット付きミキサー（Ｍ）の上流並びに／又は下流に配置されること
    を特徴とする請求項１〜１８記載の装置
20. 【請求項２０】 アルカリ性のフェノレート、ビスフェノレート水溶液及び
    他の多価のフェノレート溶液を、溶媒に溶解された固体、液体及び／もしくは気
    体と混合するための請求項１〜１９のいずれかに記載の装置の使用。
21. 【請求項２１】 請求項１〜１９のいずれかに記載の装置内で混合によって
    製造される、ジクロロメタンに溶解された気体又は液体のホスゲンとフェノレー
    ト水溶液の不均一な混合物から界面法で製造されるジフェニルカーボネートであ
    って、残留フェニルピペリジルウレタンの含有量が２０ｐｐｍ以下の極めて少量
    であることによって特徴付けられるジフェニルカーボネート。
22. 【請求項２２】 請求項１〜１９のいずれかに記載の装置内で混合によって
    製造される、ジクロロメタンに溶解された気体又は液体のホスゲンとアルカリ性
    のビスフェノレート水溶液の不均一な混合物から界面法で製造されるポリカーボ
    ネートであって、構造的に極めて小さな混合及び反応装置によって特徴付けられ
    るポリカーボネート。
23. 【請求項２３】 請求項１〜１９のいずれかに記載の装置内で混合されて製
    造される、ジクロロメタンに溶解された気体又は液体のホスゲンとアルカリ性の
    ビスフェノレート水溶液の不均一な混合物から界面法で製造されるポリカーボネ
    ートであって、残留フェニルピペリジルウレタンの含有量が２０ｐｐｍ以下の極
    めて少量であることによって特徴付けられるポリカーボネート。