JP3713894B2

JP3713894B2 - ポリエチレンテレフタレートの製造方法及び製造装置

Info

Publication number: JP3713894B2
Application number: JP12826797A
Authority: JP
Inventors: 英和中元; 原田　　進; 康成佐世; 宙夫鈴木; 親生小田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-05-19
Filing date: 1997-05-19
Publication date: 2005-11-09
Anticipated expiration: 2017-05-19
Also published as: JPH10316747A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリエチレンテレフタレ−ト、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル系高分子の連続製造方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ポリエチレンテレフタレ−ト等の重縮合系高分子の製造方法としては原料としてテレフタル酸とエチレングリコールをエステル化のために適当な割合で混合槽に入れ、ポンプによりエステル化反応槽へ送る。このエステル化工程は撹拌翼付きの撹拌槽を２から３個直列に配置し、副反応物としてでる水を蒸留塔で分離する。次に前重合工程として立形撹拌槽や横形の撹拌槽が複数台設置されさらに最終重合工程として横形の撹拌槽が設置されている。これらの重合工程の槽には副反応物として出るエチレングリコールを除去するためにコンデンサーが設置され、減圧雰囲気で運転される。従来のポリエステル製造工程では反応槽の数が４から６缶あり、それぞれの反応槽には撹拌翼とその動力源が装備され、また副反応物を分離除去するための蒸留塔やコンデンサーが設置されている。さらに重合工程は減圧雰囲気で運転されるために真空手段はべつの装置によって操作しなければならず、製造装置の運転には高額の維持費と装置経費を必要としている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の問題は高分子量ポリエステルの生産のための公知の方法を改善したものであり、装置全体の効率を向上し、工場設備のエネルギー節約により経済的に操作するものである。
【０００４】
本発明の目的は、上記従来技術を改善し、必要最小限の反応器構成により、最少のエネルギーで品質の良い重合物を効率良く反応させる連続重縮合装置及び連続重縮合方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、エステル化工程、前重合工程、最終重合工程をそれぞれ一槽とし、撹拌動力を必要とする槽は最終重合工程のみとすることによって達成される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の一実施例を示す。図１は本発明をポリエチレンテレフタレートの連続製造プロセスの装置講成図である。工業的なポリエステルの製造方法として、直接エステル化法が、経済的に非常に有利であるので、最近では直接エステル化方法が多く採用されている。図において１はポリエチレンテレフタレートの原料であるＴＰＡ（テレフタル酸）とＥＧ（エチレングリコール）を所定の割合で混合、撹拌する原料調整槽である。製造プロセスの中にはこの段階で重合反応触媒や安定剤、色調調整剤などの添加物を加える場合がある。重合反応触媒としてはアンチモン、チタン、ゲルマニウム、錫、亜鉛、等の金属化合物があげられ、使用する触媒の種類や組み合わせにより、反応速度が異なるだけでなく、生成するポリエステルの色相及び熱安定性が異なることが良く知られている。さらにこれらの反応は触媒の存在化で高温で長時間行われるために種々の副反応が伴い、重合物が黄色に着色したり、ジエチレングリコール（ＤＥＧ）の含有量や末端カルボキシル基濃度が適正値以上に増加して、ポリエステルの融点及び強度の低下などの物理的性質が低下したりする。このような問題点を改良するために新しい触媒の開発が試みられているが、現在最も多く工業的に使用されているアンチモン化合物、特に三酸価アンチモンが価格や性能面で優れている。しかし、この触媒を用いても生成したポリエステル重合物の着色は避けられない。このために安定剤として燐系安定剤（例えばトリメチルホスフェート、トリフェニルホスフェート）を併用して改善している。また、別の製造プロセスにおいては重合触媒や安定剤の投入位置を工夫して品質を安定させている。通常のプロセスでは触媒の量は２００から４００ｐｐｍを安定剤の量は５０から２００ｐｐｍを用いるのが好ましい。以上のように調整された原料はエステル化反応槽３へ原料を供給する供給ライン２を経由して行く。エステル化反応槽（第１反応器）３の外周部には処理液を反応温度に保つためにジャケット構造（図示せず）になっており液の内部には液の加熱手段として多缶式熱交換機４が設置され外部からの熱源により処理液を加熱し、自然循環により内部の液を循環しながら反応を進行させる。ここで最も望ましい反応器の型はエステル化反応を自己の反応により生成する副反応物の蒸発作用を利用して反応器内の処理液を自然循環させるカランドリア型が望ましい。この形の反応器は外部の撹拌動力源を必要としないため装置構成が単純でしかも撹拌軸の軸封装置も不要となり反応器の制作コストが安価となる利点がある。このような反応器の一例として特願平８−２４９７６９に示す様な装置が望ましい。しかし、本発明においてこの装置を限定するものではなくプロセス上の理由から撹拌翼を持った反応器を使用しても差し支えない。第１反応器において、反応により生成する水は水蒸気となり、気化したＥＧ蒸気と気相部５を形成する。このときの推奨すべき反応条件としては温度は２４０度から２８０度で加圧条件が望ましい。気相部５のガスはその上流側に設けられた精留塔（図示せず）により水とＥＧとに分離され、水は系外に除去され、ＥＧは再び系内に戻される。本発明の利点としてエステル化工程を一つの反応器で処理することにより精留塔の数を一つにすることが可能となり、精留塔の制作経費だけでなく配管やバルブの数制御装置の数などを削減でき大幅な装置コストの低減となる。エステル化反応槽３で所定の反応時間経過した処理液は所定のエステル化率に到達し、連絡管６により初期重合槽（第２反応器）７に供給される。このとき処理液は熱交換器８により所定の反応温度に加熱され重縮合反応を行い重合度を上昇させる。このときの反応条件としては２７０度から２９０度で圧力は２６６Ｐａから１３３Ｐａで重合度２０から４０程度まで反応させる。本実施例で示した初期重合槽は撹拌翼を持たない反応器を用いて説明しているがこの反応器を限定するものではない。しかし、初期重合段階においては反応は重合反応速度が反応の速度の律束となっている段階であり反応に必要な熱量を十分に供給すれば反応は順調に進行していく。この観点から処理液は撹拌翼で不必要な撹拌作用を受ける必要はなく重縮合反応によって生成するＥＧが系外に離脱するだけでよい。このような操作に最適な反応器としては特願平８−２３３８５５に示す様な装置が望ましい。反応により発生するＥＧは減圧雰囲気に保たれた気相部９で気化し、その上流側に設けられたコンデンサーで凝縮した後に系外へ排出される。本発明の利点として初期重合工程を一つの反応器で処理することによりコンデンサーの数を一つにすることが可能となり、コンデンサーの制作経費だけでなく配管やバルブの数制御装置の数などを削減でき大幅な装置コストの低減となる。初期重合槽（第２反応器）７で所定の反応時間を経過した処理液は連絡管１０により最終重合機（第３反応器）１１に供給される。最終重合機では中心部に撹拌軸の無い撹拌翼１２により良好な表面更新作用を受けながらさらに重縮合反応を進め重合度を上昇させ目的の重合度のポリマーを製造する。最終重合機（第３反応器）として最適な装置としては日本国出願特許、特願平８−２３３８５７に記載の装置が表面更新性能、消費動力特性が最も優れている。また、処理液の粘度範囲が広いので従来、２槽に分割したりして処理していたものを一台の装置で可能となり大幅な装置コストの低減となる。
【０００７】
以上の装置構成においてポリエチレンテレフタレートを製造すると従来の装置構成と比較して、反応器の数が減少しているために装置の経費が節約出来るのと装置数の減少に伴い装置に付随する蒸留塔やコンデンサーを減少させ、それらを連結する配管や計装部品やバルブ類を大幅に節約できると共に真空源や熱媒装置等のユーティリチィ関係費が大幅に低下するのでランニングコストが安くなる利点がある。
【０００８】
【発明の効果】
本発明によれば、ポリエステルの連続製造設備をエステル化工程、前重合工程、最終重合工程の３つの反応器とすることにより、装置全体の効率を向上し、工場設備のエネルギー節約により経済的に操作するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すポリエチレンテレフタレートの連続製造プロセスの装置構成図である。
【符号の説明】
１…原料調整槽、２…原料供給ライン、３…エステル化反応槽、４…熱交換器、５…気相部、６…連絡管、７…初期重合槽、８…熱交換器、９…気相部、１０…連絡管、１１…最終重合機、１２…撹拌翼、１３…ポリマー、１４…撹拌動力源。

Claims

芳香族ジカルボン酸またはその誘導体とグリコール類とを反応させて、平均重合度３から７以下のオリゴエステルまたはポリエステルを製造する第１反応器、該成生物を重縮合させて、平均重合度２０から４０の低重合物を製造する第２反応器、該低重合物をさらに重縮合させ、平均重合度９０から１８０まで重縮合させ高分子量ポリエステルを製造する第３反応器とを用いてポリエステルを製造する方法において、第１反応器と第２反応器のうち少なくとも一つ以上の反応器は外部動力源による撹拌機能を持たない反応器であることを特徴とするポリエステルの連続製造方法。
請求項１記載の第３反応器において、反応器は横形の円筒状容器本体長手方向の一端下部及び他端下部にそれぞれ被処理液の入口及び出口を有し、本体の上部に揮発物の出口を持ち、本体内部の長手方向に本体の内側に近接して回転する撹拌ロータを設けた装置とし、本体内部の撹拌ロータが処理液の粘度に応じて複数個の撹拌翼ブロックで構成され、撹拌ロータの中心部に回転シャフトを持たない撹袢翼をもった反応器であることを特徴とするポリエステルの連続製造方法。
芳香族ジカルボン酸またはその誘導体とグリコール類とを反応させて、平均重合度３から７以下のオリゴエステルまたはポリエステルを製造する第１反応器、該成生物を重縮合させて、平均重合度２０から４０の低重合物を製造する第２反応器、該低重合物をさらに重縮合させ、平均重合度９０から１８０まで重縮合させ高分子量ポリエステルを製造する第３反応器とを用いてポリエステルを製造する方法において、第３反応器は横形の円筒状容器本体長手方向の一端下部及び他端下部にそれぞれ被処理液の入口及び出口を有し、本体の上部に揮発物の出口を持ち、本体内部の長手方向に本体の内側に近接して回転する撹拌ロータを設けた装置とし、本体内部の撹拌ロータが処理液の粘度に応じて複数個の撹拌翼ブロックで構成され、撹拌ロータの中心部に回転シャフトを持たない撹袢翼をもった反応器であることを特徴とするポリエステルの連続製造方法。
請求項１、２または３記載のポリエステルの連続製造方法において、原料である芳香族ジカルボン酸またはその誘導体とグリコール類とのモル比が１：１．０５〜１：２．０の範囲で供給し、第１反応器の温度は２４０度〜２８５度、圧力は大気圧から３×１０5Ｐａ、第２反応器の温度は２５０度〜２９０度、圧力は大気圧から１３３Ｐａ、第３反応器の温度は２７０度〜２９０度、圧力は２００から１３．３Ｐａの範囲で運転することを特徴とするポリエステルの連続製造方法。
請請求項１、２または３記載のポリエステルの連続製造方法において、第３反応器の撹袢翼の回転数範囲を０．５ｒｐｍから１０ｒｐｍとすることを特徴とするポリエステルの連続製造方法。
請求項１、２または３記載のポリエステルの連続製造方法において、第１反応器、第２反応器、第３反応器の合計反応時間が４から８時間の間で運転することを特徴とするポリエステルの連続製造方法。