JP2011157480A - 高粘度重合液中の揮発性物質回収装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】運転の心臓部である真空ポンプやコンデンサを廃止して消費電力や設備費の抑制を図る。
【解決手段】内部が減圧可能なフラッシュドラム１と、該フラッシュドラムの上部に設置されると共に多数の被加熱流体通過管５を有する多管式熱交換器２又はプレート型熱交換器と、前記フラッシュドラムにおいて高粘度重合液Ｐから揮発分離された揮発性物質Ｂを導入して凝縮させるジェットコンデンサ９と、該ジェットコンデンサで凝縮された凝縮液Ｃを回収するポット１２と、該ポット内の凝縮液を前記ジェットコンデンサに作動液として供給する凝縮液循環路３１と、該凝縮液循環路に設けた循環ポンプ３２と、該循環ポンプの下流側に設けた冷却器３３により構成する。
【選択図】図１
【解決手段】内部が減圧可能なフラッシュドラム１と、該フラッシュドラムの上部に設置されると共に多数の被加熱流体通過管５を有する多管式熱交換器２又はプレート型熱交換器と、前記フラッシュドラムにおいて高粘度重合液Ｐから揮発分離された揮発性物質Ｂを導入して凝縮させるジェットコンデンサ９と、該ジェットコンデンサで凝縮された凝縮液Ｃを回収するポット１２と、該ポット内の凝縮液を前記ジェットコンデンサに作動液として供給する凝縮液循環路３１と、該凝縮液循環路に設けた循環ポンプ３２と、該循環ポンプの下流側に設けた冷却器３３により構成する。
【選択図】図１
Description
本発明は、高粘度重合液に含有されている溶剤やモノマー等の揮発性物質を効率的に除去することができる高粘度重合液中の揮発性物質回収装置に関する。
図７に示すように、従来、内部が減圧もしくは加圧可能な容器本体１０１と、外形横断面形状が楕円もしくは偏平形状である被加熱流体通過管１０５を多数有する多管式熱交換器又はプレート型熱交換器（例えば、溶接式プレート型熱交換器、プレートフィン型熱交換器）１０２（以下、単に多管式熱交換器と言う）を有し、この多管式熱交換器１０２から吐出される被加熱流体を前記容器本体１０１内に導入するように構成された高粘度流体中の揮発性物質の除去装置がある（例えば、特許文献１参照。）。
符号１０７は、オイルヒーターユニットなどの熱媒体循環装置であり、高粘度流体Ｐは、被加熱流体通過管１０５を通過する間にシェル１０６内を通過する熱媒体によって所定の温度に加熱されて粘度が所定の範囲に低下しており、含有されている揮発性物質が揮発し易い状態となっている。
このように粘度が低下した高粘度流体Ｐが、減圧状態（もしくは加圧状態）に維持されている容器本体１０１内に重合体流として吐出されると、その内部より瞬間的に揮発性物質が蒸発（あるいはフラッシュ）し、重合体流は、細い紐状になって容器本体１０１内を降下し、その下部に設けられている本体出口、ギヤポンプ１０８を介して容器本体１０１内から排出され、揮発性物質を含まない高粘性物質Ａとして入手することができる。
他方、高粘度流体流から蒸発した揮発性物質Ｂは、排出口から排出されて必要に応じた処理が施される。例えば、図７では、揮発性物質Ｂは、容器本体１０１から真空ポンプ１０９によって吸引されてコンデンサ１１０に導かれ、凝縮されて液化される。１１１は、コンデンサ１１０内に供給される冷媒である。コンデンサ１１０で凝縮液化された揮発性物質は、凝縮液ポット１１２で回収され、適宜、リサイクルなどに供される。尚、図中、１０３は原料ドラム、１０４はポンプ、１１３は排気、１１４は窒素ガス封入を示している。
上記のように、従来の揮発性物質除去装置は、真空ポンプ及びコンデンサが必要であり、電力消費量が嵩むことになる。また、コンデンサを高さ１２〜１３ｍの架台上に設置する必要があるため（大気脚の採用）、設備費が高くなる。また、真空ポンプ、或いはコンデンサにポリマーが付着するため、定期的に洗浄する必要がある。
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、第１の目的は、運転の心臓部である真空ポンプを廃止して電力消費量の節減を図ることにある。また、第２の目的は、コンデンサ（凝縮器）を廃止して、凝縮器の伝熱面積の制限がなく、ポンプ流量の増加、或いは冷媒温度を低くすることで真空度、処理量のアップを図ることにある。また、第３の目的は、大気脚を無くして、架台の設置や高位置に機器を配置することを取り止め、設備費の抑制を図ることにある。
本発明の請求項１に係る発明は、内部が減圧可能なフラッシュドラムと、該フラッシュドラムの上部に設置されると共に多数の被加熱流体通過管を有する多管式熱交換器又はプレート型熱交換器と、前記フラッシュドラムにおいて高粘度重合液から揮発分離された揮発性物質を導入して凝縮させるジェットコンデンサと、該ジェットコンデンサで凝縮された凝縮液を回収するポットと、該ポット内の凝縮液を前記ジェットコンデンサに作動液として供給する凝縮液循環路と、該凝縮液循環路に設けた循環ポンプと、該循環ポンプの下流側に設けた冷却器により構成して成るものである。
本発明の請求項２に係る発明は、フラッシュドラムの側面に圧力計を備える一方、ジェットコンデンサの下部に設けた凝縮液排出管の側面に温度計を備え、前記各計測器の計測値が各設定範囲に納まるように凝縮液循環路に設けた冷却器を制御することを特徴とするものである。
本発明の請求項３に係る発明は、ジェットコンデンサを構成しているマルチジェット噴射ノズルとディフューザの間に裁頭円錐台状の案内羽根を多段に配置させたことを特徴とするものである。
本発明の請求項４に係る発明は、マルチジェット噴射ノズルは、ノズル面に多数の噴射孔を有し、該噴射孔のトータル面積とディフューザの入り口面積の比率を、１：１以上で式１及び式２より求められるＮの範囲に設定することを特徴とするものである。
上記式１及び式２を次に示す。
Ｒ：ノズルとスロートの断面積比（＝Ａn ／Ａt ）
Ｍ：流量比（Ｑn ／Ｑs ）
Ｎ：水頭比（Ｈd −Ｈs ／Ｈn −Ｈd ）ｔ
η：エゼクター効率（＝Ｍ・Ｎ）
Ｋp ：ノズル中の摩擦損失係数
Ｋd ：ディフューザーの摩擦損失係数
Ｋs ：吸引口の摩擦損失係数
Ｋt ：ストローの摩擦損失係数
Ｐv ：作動条件温度における液体の飽和蒸気圧力
γ：比重量
Ｐs ：吸引室内の圧力（＝γＨs ）
Ｖn ：ノズル出口の速度
Ｖt ：スロート入口の速度
本発明の請求項５に係る発明は、ポットの側面に第１レベル計を備え、該第１レベル計によって凝縮液循環路から分岐した分岐管に設けられているバルブを制御することを特徴とするものである。
本発明は、内部が減圧可能なフラッシュドラムと、該フラッシュドラムの上部に設置されると共に多数の被加熱流体通過管を有する多管式熱交換器と、前記フラッシュドラムにおいて高粘度重合液から揮発分離された揮発性物質を導入して凝縮させるジェットコンデンサと、該ジェットコンデンサで凝縮された凝縮液を回収するポットと、該ポット内の凝縮液を前記ジェットコンデンサに作動液として供給する凝縮液循環路と、該凝縮液循環路に設けた循環ポンプと、該循環ポンプの下流側に設けた冷却器により構成させたので、運転の心臓部である真空ポンプやコンデンサ（凝縮器）を廃止することが可能となり、電力消費量の節減を図ることができるようになった。
また、本発明は、コンデンサ（凝縮器）の伝熱面積の制限がなく、ポンプ流量の増加、或いは冷媒温度を低くすることで真空度、処理量のアップを図ることができるようになった。また、本発明は、大気脚を無くし、架台の設置や高位置に機器を配置することを取り止めることで、設備費の抑制を図ることができた。
更に、フラッシュドラムの側面に圧力計を備える一方、ジェットコンデンサの下部に設けた凝縮液排出管の側面に温度計を備え、前記各計測器の計測値が各設定範囲に納まるように凝縮液循環路に設けた冷却器を制御することによって、従来の真空ポンプやコンデンサに対抗することができた。
次に、本発明の実施形態を図面を用いて説明するが、第１の実施形態は、冷凍機使用の場合を例に採る。
図１に示すように、本発明に係る高粘度重合液中の揮発性物質回収装置は、内部が減圧可能なフラッシュドラム１と、外形横断面形状が楕円もしくは偏平形状である被加熱流体通過管５を多数有する多管式熱交換器２を有し、フラッシュドラム１の上部に設置した多管式熱交換器２から吐出される被加熱流体を下方のフラッシュドラム１に導入するように構成されている。多管式熱交換器２としては、多管式熱交換器の他、プレート型熱交換器（例えば、溶接式プレート型熱交換器、プレートフィン型熱交換器）が挙げられる。
また、符号７は、オイルヒーターユニットなどの熱媒体循環装置であり、高粘度流体Ｐは、多管式熱交換器２の被加熱流体通過管５を通過する間にシェル６内を通過する熱媒体によって所定の温度に加熱されて粘度が所定の範囲に低下し、含有されている揮発性物質が揮発し易い状態となっている。
上記のように粘度が低下した高粘度流体Ｐが、減圧状態に維持されているフラッシュドラム１内に重合体流として吐出されると、その内部より瞬間的に揮発性物質が蒸発（あるいはフラッシュ）し、細い紐状になってフラッシュドラム１内を降下し、その下部のドラム出口に設けられているギヤポンプ８を介してフラッシュドラム１内から排出され、揮発性物質を含まない高純度の高粘性物質Ａとして入手することができる。
他方、高粘度流体流から蒸発した揮発性物質Ｂは、フラッシュドラム１の側面に設けられている排出管１５から排出され、ジェットコンデンサ（噴射復水器）９によって凝縮される。ジェットコンデンサ９で凝縮された液状の揮発性物質Ｃは、凝縮液ポット１２に回収され、適宜、リサイクルなどに供される。尚、ジェットコンデンサ９の代わりにエダクタを用いることもできる。
ジェットコンデンサ９は、図２に示すように、マルチジェット噴射ノズル１９の直下にディフューザ２１を一直線状に配置したものであるが、この発明では、マルチジェット噴射ノズル１９とディフューザ２１の間に複数の裁頭円錐台状の案内羽根２２を上下に所定の間隔を維持して配置している。更に、マルチジェット噴射ノズル１９と一群の案内羽根２２を囲む円筒状の胴部２３の真横に前記排出管１５に接続されるガス吸入管２４を設けている。
マルチジェット噴射ノズル１９は、図３に示すように、有底円筒体２５の円板状の先端ノズル面２６に多数の噴射孔２７を有しており、この噴射孔２７のトータル面積とディフューザ２１の入り口面積の比率は、通常、式１及び式２より求められる面積比で、適宜、選択することができる。
上記式１及び式２を次に示す。
Ｒ：ノズルとスロートの断面積比（＝Ａn ／Ａt ）
Ｍ：流量比（Ｑn ／Ｑs ）
Ｎ：水頭比（Ｈd −Ｈs ／Ｈn −Ｈd ）ｔ
η：エゼクター効率（＝Ｍ・Ｎ）
Ｋp ：ノズル中の摩擦損失係数
Ｋd ：ディフューザーの摩擦損失係数
Ｋs ：吸引口の摩擦損失係数
Ｋt ：ストローの摩擦損失係数
Ｐv ：作動条件温度における液体の飽和蒸気圧力
γ：比重量
Ｐs ：吸引室内の圧力（＝γＨs ）
Ｖn ：ノズル出口の速度
Ｖt ：スロート入口の速度
尚、上記式１及び式２の出典元は、化学工業社 工場操作シリーズＮｏ．５「真空」である。
ジェットコンデンサ９は、図１に示すように、ディフューザ２１の下部に凝縮液排出管１６を設け、その下部を凝縮液ポット１２内に貯留されている揮発性物質の凝縮液Ｃ中に浸漬させている。凝縮液ポット１２は、液溜め部の側面に第２レベル計１７を設ける一方、液溜め部の下部に設けたドレン管にバルブ１８を備えている。
凝縮液ポット１２の側面は、凝縮液循環路３１を介してジェットコンデンサ９のマルチジェット噴射ノズル１９と接続し、凝縮液ポット１２内の揮発性物質の凝縮液Ｃをジェットコンデンサ９のマルチジェット噴射ノズル１９に供給するようになっている。凝縮液Ｃの循環は、凝縮液循環路３１の途中に設けた循環ポンプ３２に行われ、凝縮液Ｃの冷却は、循環ポンプ３２の下流側に設けた熱交換器型の冷却器３３によって行なわれる。冷却器３３の伝熱管３４は、循環パイプ３５を介して冷凍機３６と接続し、冷凍機３６によって所定の温度に冷却された冷媒液が冷凍機３６と冷却器３３の間を循環して凝縮液Ｃを所定の温度に冷却するようになっている。
前記凝縮液循環路３１は、循環ポンプ３２と冷却器３３の間で分岐し、分岐管３７の途中にバルブ３８を設けている。また、フラッシュドラム１は、その側面に圧力計３９を備え、凝縮液ポット１２は、その側面に第１レベル計４１を備え、ジェットコンデンサ９の下部に設けた凝縮液排出管１６は、その側面に温度計４２を備えている。
符号４５は、制御装置であり、制御装置４５は、前記圧力計３９が測定したフラッシュドラム１内の圧力と、前記温度計４２が測定した凝縮液排出管１６内の凝縮液温度によって冷凍機３６を制御する一方、前記第１レベル計４１が測定した凝縮液のレベルによって分岐管３７のバルブ３８を制御するようになっている。
本発明の装置を用いて処理される高粘度重合液は、例えば、粘度が１〜３００，０００ポイズ、好ましくは２０〜１５０，０００ポイズの高粘度重合液であり、特に限定されるものではないが、例えば、スチレン、ビニルトルエン、α−メチルスチレン等のスチレン系モノマーの単独重合体もしくは共重合体、スチレン系モノマーとアクリロニトリル、アクリル酸メチル、メタアクリル酸メチル等のモノマーとの共重合体、スチレン系モノマーと共重合可能なゴム状物との共重合体スチレン系重合体などの上述した高粘性流体の処理に特に好適なものである。
上記の揮発性物質回収装置によれば、フラッシュドラム１の上部に設置した多管式熱交換器２から吐出される高粘度流体Ｐは、フラッシュドラム１内に導入されるが、この高粘度流体Ｐは、多管式熱交換器２の被加熱流体通過管５を通過する間にシェル６内を通過する熱媒体によって所定の温度（例えば、２００〜２５０℃）に加熱されて粘度が所定の範囲に低下し、含有されている揮発性物質が揮発し易い状態となる。
上記のように粘度が低下した高粘度流体Ｐが、所定の減圧状態（例えば、３０Ｔｏｒｒ）に維持されているフラッシュドラム１内に重合体流として吐出されると、その内部より瞬間的に揮発性物質が蒸発（あるいはフラッシュ）し、細い紐状になってフラッシュドラム１内を降下し、その下部のドラム出口に設けられているギヤポンプ８を介してフラッシュドラム１内から排出され、揮発性物質を含まない高純度の高粘性物質Ａとして入手することができる。
他方、高粘度流体流から蒸発した揮発性物質Ｂは、フラッシュドラム１の側面に設けられている排出管１５から排出され、ジェットコンデンサ９によって凝縮される。ジェットコンデンサ９で凝縮されて液状になった揮発性物質Ｃは、凝縮液ポット１２に回収され、適宜、リサイクルなどに供される。
ところで、図４は、エチルベンゼンの蒸気圧力線図であるが、エチルベンゼンの蒸気温度が１００℃から２０℃に低下すると、エチルベンゼンの蒸気圧力が２５０ｍｍＨｇから７．５ｍｍＨｇに低下することから、ジェットコンデンサ９の下部に設けた凝縮液排出管１６内を流下する液状の揮発性物質Ｃの温度が所定の温度（例えば、２０℃）になるように冷凍機３６を制御することによる減圧効果と、ディフューザ２１による減圧効果との相乗効果により、前記フラッシュドラム１内の圧力を所定の減圧状態（例えば、３０Ｔｏｒｒ）に維持することができ、高粘度流体Ｐに含まれる揮発性物質の蒸発（あるいはフラッシュ）を良好に維持することができる。
以上の説明では、液化した揮発性物質Ｃの冷却手段とした冷凍機３６を用いた場合について説明したが、所定の温度を有する冷却水ＣＷを用いることもできる。この場合は、図６に示すように、循環パイプ３５に設けたバルブ４７を制御装置４５によって制御する必要がある。その他の機器については、同じ部位に同じ符号を付け、詳しい説明については省略する。尚、この冷却水使用の場合は、フラッシュドラム１内の圧力及び温度は、例えば、１００Ｔｏｒｒ、２００〜２５０℃に設定され、揮発性物質凝縮液排出管１６内を流下する液状の揮発性物質Ｃの温度は、例えば、４０℃に設定される。
１ フラッシュドラム
２ 多管式熱交換器
５ 被加熱流体通過管
９ ジェットコンデンサ
１２ ポット
３１ 凝縮液循環路
３２ 循環ポンプ
３３ 冷却器
Ｂ 揮発性物質
Ｃ 凝縮液
Ｐ 高粘度重合液
２ 多管式熱交換器
５ 被加熱流体通過管
９ ジェットコンデンサ
１２ ポット
３１ 凝縮液循環路
３２ 循環ポンプ
３３ 冷却器
Ｂ 揮発性物質
Ｃ 凝縮液
Ｐ 高粘度重合液
Claims (5)
- 内部が減圧可能なフラッシュドラムと、該フラッシュドラムの上部に設置されると共に多数の被加熱流体通過管を有する多管式熱交換器又はプレート型熱交換器と、前記フラッシュドラムにおいて高粘度重合液から揮発分離された揮発性物質を導入して凝縮させるジェットコンデンサと、該ジェットコンデンサで凝縮された凝縮液を回収するポットと、該ポット内の凝縮液を前記ジェットコンデンサに作動液として供給する凝縮液循環路と、該凝縮液循環路に設けた循環ポンプと、該循環ポンプの下流側に設けた冷却器により構成して成る高粘度重合液中の揮発性物質回収装置。
- フラッシュドラムの側面に圧力計を備える一方、ジェットコンデンサの下部に設けた凝縮液排出管の側面に温度計を備え、前記各計測器の計測値が各設定範囲に納まるように凝縮液循環路に設けた冷却器を制御することを特徴とする請求項１記載の高粘度重合液中の揮発性物質回収装置。
- ジェットコンデンサを構成しているマルチジェット噴射ノズルとディフューザの間に裁頭円錐台状の案内羽根を多段に配置させたことを特徴とする請求項１記載の高粘度重合液中の揮発性物質回収装置。
- マルチジェット噴射ノズルは、ノズル面に多数の噴射孔を有し、該噴射孔のトータル面積とディフューザの入り口面積の比率を、１：１以上式１及び式２より設定される範囲に設定することを特徴とする請求項３記載の高粘度重合液中の揮発性物質回収装置。
上記式１及び式２を次に示す。
Ｒ：ノズルとスロートの断面積比（＝Ａn ／Ａt ）
Ｍ：流量比（Ｑn ／Ｑs ）
Ｎ：水頭比（Ｈd −Ｈs ／Ｈn −Ｈd ）ｔ
η：エゼクター効率（＝Ｍ・Ｎ）
Ｋp ：ノズル中の摩擦損失係数
Ｋd ：ディフューザーの摩擦損失係数
Ｋs ：吸引口の摩擦損失係数
Ｋt ：ストローの摩擦損失係数
Ｐv ：作動条件温度における液体の飽和蒸気圧力
γ：比重量
Ｐs ：吸引室内の圧力（＝γＨs ）
Ｖn ：ノズル出口の速度
Ｖt ：スロート入口の速度 - ポットの側面に第１レベル計を備え、該第１レベル計によって凝縮液循環路から分岐した分岐管に設けられているバルブを制御することを特徴とする請求項１記載の高粘度重合液中の揮発性物質回収装置。
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| JP2010020542A JP5226710B2 (ja) | 2010-02-01 | 2010-02-01 | 高粘度重合液中の揮発性物質回収装置 |
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