JP3917424B2 - ポリマー溶液予備加熱器、及びそのような溶液の予備加熱方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
［発明の背景］
発明の分野
本発明は、ポリマー溶液の処理、特に短い滞留時間及び小さい圧力降下で、溶融ポリマーの最終的な減圧揮発成分除去の前にポリマー／溶媒溶液を予備加熱し、少なくとも部分的に揮発性成分を除去する処理装置及び方法に関する。
【０００２】
従来技術の状態
重合反応器から来る減圧揮発成分除去の前のポリマー溶液の加熱のための予備加熱器は、従来技術で既知である。従来技術の方法は、内部機構（混合要素）を有する又は有さない多管式熱交換（ＭＴＨＥ）予備加熱器のような処理装置の使用を特徴とすることが多い。しかしながらそのような装置は、ポリマー溶液の瞬間的な蒸発による流れの不安定化、高いコストをもたらす大きいシェル直径及び厚い管シート、唯一の固定加熱領域による減量運転条件での過剰な加熱、燃え切り処理の間の熱膨張、並びに困難な維持及び清浄化によって特徴付けられることがある。他の従来の予備加熱器としては、揮発成分除去チャンバーに直接に取り付けられた特に設計された微細管を挙げることができる。そのような装置は、ヨーロッパ特許第０，３５２，７２７Ｂ１号明細書で説明されている。しかしながら、このような予備加熱器は非常に高価であり、また非常に長い滞留時間、及び生成物の劣化をもたらすことが多い処理条件を必要とする。また多くの従来技術の装置は、過剰な圧力降下によって特徴付けられる。
【０００３】
更に、米国特許第４，３１４，６０６号明細書（ＳＭＲ ｒｅａｃｔｅｒ）で示されているような熱交換器が、ポリマーのための冷却器又は反応器として既知である。標準のＳＭＲ設計では液滞留量が大きく、従って滞留時間が長くなる。典型的なＳＭＲのレイアウトでは、供給液体流量を少なくして、供給液体圧力降下を許容できるレベルに維持しなければならない。標準的なＳＭＲ設計をポリマー揮発成分除去予備加熱器として使用する場合、滞留時間は典型的に５〜２０分であり、これはポリマーの質を低下させる。
【０００４】
［発明の概略］
本発明は、ポリマー揮発成分除去予備加熱器及び方法を提供する。これは上述のような従来技術の装置の使用によってもたらされる問題に対応している。特に本発明は、装置の費用、圧力降下、滞留時間、劣った温度分布及び流れの不安定性の全てを最少化する装置及び方法を提供する。本発明の概念及び原理では、改良されたポリマー揮発成分除去予備加熱器は、加熱チャンバーを特徴付ける長い直立した中空容器を含み、この加熱チャンバーは、上側端、下側端及びこれらの端部の間に延びる長手方向軸を有する。また容器は、チャンバーの上側端又は下側端のいずれかに隣接して配置されるポリマー／溶媒溶液のための入口、及びチャンバーの下側端又は上側端のいずれかに隣接して配置される溶融ポリマー出口を有する。本発明の予備加熱器は、チャンバー内に少なくとも１つの加熱管束を更に有する。
【０００５】
この束としては、チャンバーの長手方向軸に対して横向きの方向にチャンバーを横切って延びる主軸を有する形状で配置されている少なくとも１つの長い蛇行加熱管を挙げることができる。この管は、チャンバー内を降下するポリマー／溶媒溶液がポリマー／溶媒溶液入口からポリマー出口に向かって拡がる経路に沿って流れるときに、ポリマー／溶媒溶液がこの管の外側表面と伝熱接触するように配置されている。本発明の広い面では、望ましくは管は、複数の湾曲管部分を有する。またこの管は、この湾曲管部分に相互接続する複数の接続管部分を有することもできる。
【０００６】
湾曲管部分及び／又は接続管部分は、共通面に配置することができ、この面は好ましくはチャンバーの長手方向軸に対して本質的に平行の関係で配置することができる。理想的には、それぞれの管の外側らせん形状が本質的に長方形であり、それによって一対の対向する端部を示し、この端部のそれぞれが、管配置の主軸に対して本質的に平行の関係に配置されている。
【０００７】
本発明の特に好ましい形では、接続管部分を互いに本質的に平行の関係で配置することができ、またこれは、管配置の主軸に対して横方向に延びるようにして延ばす及び配置することができる。
【０００８】
望ましくは、この束は少なくとも２つの管を含むことができ、これらの管は、対応する隣接平行面に配置することができる。更に管は、対応する加熱媒体入口及び出口を有することができ、これらの入口及び出口は容器の壁面を通って突き出ている。管は好ましくは、管のうちの１つの加熱媒体入口が、他の管の加熱媒体出口に隣接するようにして、互い違いに配置することができる。従って水平に隣接する管の加熱媒体入口に導入される加熱媒体は、反対向きの方向で管を通って流れる。より望ましくは、予備加熱器は、チャンバー内に少なくとも２つの束を有することができる。１つのそのような束は、他の束の上方に配置することができる。理想的には、束のうちの１つの長い蛇行した加熱管の主な軸は、他の束の長い蛇行加熱管の主な軸に対するチャンバーの長手方向軸の角を相殺するようにして、束を配置することができる。
【０００９】
本発明の１つの好ましい形では、容器及び従ってチャンバーはそれぞれ長方形、好ましくは正方形の水平断面形状を有する。更に本発明の予備加熱器は、チャンバーの下側端に配置された出口分配器、及び／又は上側束の上側部分にわたってポリマー／溶媒溶液の流れを均一に分配するための、チャンバーの上側端に配置された入口分配器も有することができる。理想的には、出口分配器は、溶融ポリマーがチャンバーから出るときに溶融ポリマーを複数のストランドに分割する複数の穿孔を有して、溶融ポリマーの表面積を増加させ、それによって減圧揮発成分除去チャンバーでの溶融ポリマーからの溶媒の除去を促進することができる。
【００１０】
本発明は更に、減圧揮発成分除去チャンバーにポリマー／溶媒溶液を導入する前に、ポリマー／溶媒溶液を予備加熱する方法を提供する。このような方法は、ポリマー／溶媒溶液を、上述の予備加熱器のポリマー／溶媒溶液入口に通して前記予備加熱器に導入すること；前記ポリマー／溶媒溶液をチャンバーを通して下降させ、長い蛇行加熱管の外側表面に接触させることによって、前記溶液を加熱すること；及び加熱した溶融プラスチックを予備加熱チャンバーの溶融ポリマー出口で回収することを含む。他の面では本発明は、ポリマー／溶媒溶液を予備加熱及び揮発成分除去する方法を提供できる。この方法は、ポリマー／溶媒溶液を、ポリマー／溶媒溶液入口を通して前記予備加熱器に導入すること；前記溶液を前記予備加熱チャンバーに通して下降させ、前記長い蛇行加熱管の外側表面に接触させることによって、前記溶液を加熱し、前記ポリマーを少なくとも部分的に揮発成分除去すること；及び加熱され、少なくとも部分的に揮発成分除去されたポリマーを、前記予備加熱器の溶融ポリマー出口に通して、減圧揮発成分除去チャンバーに導入することを含む。理想的には、溶融ポリマーを揮発成分除去チャンバーに導入する前に、前記溶融ポリマーを複数の個々のストランドに分割して、ポリマーの表面積を増加させ、揮発成分除去操作を促進する。
【００１１】
［発明の好ましい態様の詳細な説明］
本発明の原理及び概念を実施するポリマー揮発成分除去予備加熱器を、図１に示している。ここでは、これは参照番号１０によっておおまかに示されている。予備加熱器１０は、一般に長方形の水平断面形状を有していてよい長い直立した中空容器１２を有しており、これは一般に長方形の水平断面形状を有することがある加熱チャンバー１４を提供している。
【００１２】
予備加熱器１０は、チャンバー１４の上側端１８に配置されたポリマー／溶媒溶液のための入口１６、及びチャンバー１４の下側端２２に配置された溶融ポリマー出口２０を有する（図３参照）。理解されるように、容器１２及びチャンバー１４は、端部１８と２２との間に延びる長手方向軸２４を共通にしている。
【００１３】
また予備加熱器１０は、チャンバー１４内に取り付けられた複数の一連の垂直配置加熱管束２６、２８及び３０も有する。図に示されている態様では、３つのそのような束が示されているが、当業者は、所定の用途の必要性に応じて実際の数を１〜５又はそれよりも多くに変更することができる。以下で説明する配向を除いて、それぞれの束２６、２８及び３０は本質的に同じである。従って簡単のために、ここでは束２６のみを説明する。
【００１４】
束２６は、複数の長い蛇行加熱管３２及び３４を含む。これらの管３２及び３４は、下記で説明する配向を除いて本質的に同じである。従ってここでは管３２のみを詳細に説明する。図４から理解されるように、管３２は、複数の湾曲部又はＵ字型管部分３６と、湾曲部３６を相互接続する複数の長い本質的に真っ直ぐな接続管部分３８とから構成されている。部分３６、３８は、長手方向軸２４に対して横方向にチャンバー１４にわたって延びる主軸４０を有する一般に長方形の形状を有する管３２を提供するように配置する（図１参照）。管３２の一般に長方形の外側らせん形状は、一対の対向する端部４２、４４を示し、これらはそれぞれ好ましくは、管３２の主軸４０に対して本質的に平行に配置されている。
【００１５】
図４を参照すると、接続管部分３８は細長く、互いに本質的に平行に主軸４０に対して横方向に延びるように配置されている。それぞれの管３２の湾曲管部分３６及び接続管部分３８は好ましくは、図４で示されているように全て共通面に配置されている。図１から理解されるように、複数の管３２、３４のこのような対応する共通面は、長手方向軸２４に対して本質的に平行に配置されている。これは、加熱器１０のそれぞれの束２６、２８及び３０を構成する管３２、３４のぞれぞれの面に関して事実である。従って、特に図２を参照すると、それぞれの束２６、２８及び３０のそれぞれの管３２が、管３４を有する平行面に隣接する面に、反対向きで配置されていることが分かる。
【００１６】
上述のように、管３２及び３４は、それらそれぞれの配向を除いて同一である。従って管３２及び３４は、対応する加熱媒体入口４６及び加熱媒体出口４８を有し、これらが容器１２の対応する壁５０、５２を通して突き出ている。管のうちの１つの加熱媒体入口４６が、隣接する面の反対向の管の加熱媒体出口４８に隣接するようにして、管路３２及び３４を配置する。これによって管３２の加熱媒体入口４６に導入された加熱媒体が、管３４の加熱媒体入口４６に導入された加熱媒体と反対向で、それぞれの束を通って流れる。当業者は、適当なマニホールドを作って、左から右に及び前から後に、並びに右から左に及び後から前に流れる供給流体流れにそれぞれ適応させて、予備加熱チャンバーの断面での温度分布を最少化することができる。
【００１７】
図１を参照すると、入口１６を経由して容器１２に入るポリマー／溶媒溶液がチャンバー１４を通って下降し、ポリマー／溶媒溶液がポリマー／溶媒溶液入口１６からポリマー出口２０に向かう長手方向軸２４に沿って一般に延びる矢印５０によって示される経路で流れるときに、ポリマー／溶媒溶液が管３２、３４の外側表面３２ａ、３４ａと伝熱接触するようにして、管路３２、３４がチャンバー１４内に配置されていることが分かる。
【００１８】
図１から理解されるように、束２６、２８及び３０は軸２４に沿って連続的に配置されており、これらは互いに上下に配置されている。またこれらの束は、束２８の長い蛇行加熱管３２、３４の主軸４０が、束２６及び３０の長い蛇行加熱管３２、３４の主軸４０に対する軸２４の角度を相殺するようにして配向している。この配置では、供給側流れと温度の別々の制御が促進される。すなわち、束２６、２８及び３０のそれぞれについて、加熱媒体の流れを別々に制御することができる。予備加熱器を個々の加熱パッケージに分割するこの特徴では、供給側圧力降下が約３ｂａｒ以下になるようにして、供給流体粘度及び流路を制御することができる。
【００１９】
望ましくは予備加熱器１０は、ポリマー／溶媒溶液の流れを束２６の上側部分５４にわたって均一に分配するための、チャンバー１４の上側端１８に配置された入口分配器５２を有することができる。良好な分布を確実にするために、分配器は、加熱器束と少なくとも同じ圧力降下を有するオリフィスプレートの形でよい。この特徴は、組み合わされたチャンバーでの小さい圧力降下及び溶媒条件での瞬間的な蒸発が、加熱器内での不均一な流れの分配をもたらすときに特に有益なことがある。
【００２０】
また予備加熱器１０は、チャンバー１４の下側端２２に配置された出口分配器５６を有することができる（図３参照）。望ましくは、図３に示すように、溶融ポリマーがチャンバー１４を出て予備加熱器１０の下側に配置された減圧揮発成分除去チャンバー６２に入るときに溶融ポリマーを複数のストランド６０に分割するための、複数の穿孔５８を出口分配器５６が有することができる。安定な操作を確実にするために、分配器５６は望ましくは約０．２ｂａｒ程度までの圧力降下を提供する。
【００２１】
本発明では、管３２、３４は好ましくは外径が１３．５ｍｍ又はそれ未満である。典型的に、直径が５００ｍｍ又はそれ未満の大きい容器では、８ｍｍの管を使用することができる。管の形状は望ましくは、端部４２と４４との間の距離が約１００〜３００ｍｍであるようなものでよい。上述のように、管３２、３４はチャンバー１４にわたって一方から他方へと延びており、理想的には戻っておらす、それによって４ｂａｒ未満の供給側圧力降下を維持している。チャンバー内でのポリマーの１分未満の滞留時間と組み合わせたこの小さい圧力降下は、加熱の間の早期の瞬間的な蒸発を促進するために望ましく、分子量分布が小さく劣化していない高品質のポリマーを作るための実際の実験によって示されるように重要な要素である。
【００２２】
上述の予備加熱器は、流下操作のために配置されている。しかしながら放出された蒸気は上昇する傾向があるので、ポリマー／溶媒溶液の上昇流れが望ましい場合もある。このような場合、溶融ポリマーは多孔分散管等を経由させて横方向でチャンバーから除去し、容器の上側端に取り付けられた減圧揮発成分除去チャンバーに導入することができる。この形状については図５に概略を示している。ここでは予備加熱器は参照番号１１０で示されており、ポリマー／溶媒入口は参照番号１１２で示されており、溶融ポリマー出口は参照番号１１４で示されており、揮発成分除去チャンバーは参照番号１１６で示されている。
【００２３】
他の配置では、本発明の予備加熱器は減圧揮発成分除去チャンバーの内側に配置することができる。このような場合、予備加熱器は望ましくは、蒸気放出を促進する手段を具備することができる。
【００２４】
上述のように容器１２は長方形、好ましくは正方形である。当業者に明らかなように、本発明の加熱束及び管は、丸形のシェル内に設置することもできる。このような場合、円形の形状によって必要とされる異なる長さの個々の蛇行管が、完全な断面積を満たすために必要なことがある。この場合、個々の管を通る流れは、それぞれの管の対応する流量を制御するために、管内のオリフィスによって制御することができる。
【００２５】
本発明の予備加熱器の操作を図３を参照して説明する。図３では、束２６、２８及び３０、供給流体入口４６及び及び供給流体出口４８を概略で示している。操作においては、約２０，０００〜３０，０００ポンド／時間のヘキサン溶媒溶液中のスチレンアクリロニトリルポリマーを含有するポリマー／溶媒溶液を、約１２９℃の温度及び約６〜８ｂａｒの圧力で、入口１６を通して予備加熱器に導入する。好ましくは溶液は約５５ｗｔ％の固体を含有している。それぞれの束２６、２８及び３０を通る下降流体のために利用可能な水平断面積は、約１５平方メートルである。
【００２６】
上側分配器５２での圧力降下は、約３〜５ｂａｒでよく、束２６、２８及び３０での全圧力降下は約２ｂａｒでよい。下側分配器５８での圧力降下は約０．２ｂａｒでよい。フラッシュチャンバー５２内の圧力は望ましくは、約０．１ｂａｒ未満に維持することができる。
【００２７】
望ましくは高温の油でよい供給流体は、約３３０℃の温度、約３ｂａｒの圧力及び約１２０ｇｐｍの流量で入口４６に導入することができる。供給流体は、約２８９℃の温度及び約１ｂａｒの圧力で、出口４８を出ることができる。
【００２８】
チャンバー１４でのポリマー溶液の滞留時間は約３５秒でよく、チャンバー１４を出てフラッシュチャンバー６２に入るポリマーストランド６０は、約１８５℃の温度でよく、固体含有率は約９６％でよい。
【００２９】
より一般的には本発明は、溶媒中に溶解した任意の種類のポリマーの揮発成分除去に関して有益である。例えばスチレンアクリロニトリル、ポリスチレン及びポリエチレンは全て、本発明の原理及び概念を使用して揮発成分除去することができる。ヘキサン及び他の有機溶媒を溶媒として使用することができる。望ましくは流入ポリマー／溶媒溶液は約５０〜約８０ｗｔ％の固体を含有することができ、粘度が約１〜約１００Ｐａでよく、温度が約１２０〜約１６０℃でよく、且つポリマー固体流量が５０，０００ポンド／時間まででよい。本発明の予備加熱器を出るポリマーの温度は瞬間的な蒸発（フラッシュ）の後で約１５０〜２８０℃の温度でよく、且つ粘度は約１〜５，０００Ｐａでよい。
【００３０】
供給流体は、例えば約２００〜３５０℃の高温の油、高温の水又は水蒸気でよい。好ましくは予備加熱チャンバー内でのポリマーの滞留時間は、２分未満でよく、理想的には約５０秒未満でよい。予備加熱器での全圧力降下は望ましくは、約５ｂａｒ未満でよい。
【００３１】
本発明では、圧力降下及びポリマー生成物の劣化の両方を最少化する条件で、ポリマー／溶媒溶液を処理して、溶媒、未反応モノマー、及び低分子量オリゴマーを除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の概念及び原理を実施するポリマー／溶媒溶液の予備加熱器を示す部分断面立面図である。
【図２】 図２は、図１の予備加熱器の部分断面上面図である。
【図３】 図３は、本発明の方法を示す予備加熱器及び関連する処理装置の概略図である。
【図４】 図４は、図１の予備加熱器の部品である単一の長い蛇行加熱管の拡大立面図である。
【図５】 図５は、他の予備加熱器の概略の立面図であり、ここではポリマー／溶媒溶液を底部に供給して、溶融ポリマーが上部で出るようにしている。
［発明の背景］
発明の分野
本発明は、ポリマー溶液の処理、特に短い滞留時間及び小さい圧力降下で、溶融ポリマーの最終的な減圧揮発成分除去の前にポリマー／溶媒溶液を予備加熱し、少なくとも部分的に揮発性成分を除去する処理装置及び方法に関する。
【０００２】
従来技術の状態
重合反応器から来る減圧揮発成分除去の前のポリマー溶液の加熱のための予備加熱器は、従来技術で既知である。従来技術の方法は、内部機構（混合要素）を有する又は有さない多管式熱交換（ＭＴＨＥ）予備加熱器のような処理装置の使用を特徴とすることが多い。しかしながらそのような装置は、ポリマー溶液の瞬間的な蒸発による流れの不安定化、高いコストをもたらす大きいシェル直径及び厚い管シート、唯一の固定加熱領域による減量運転条件での過剰な加熱、燃え切り処理の間の熱膨張、並びに困難な維持及び清浄化によって特徴付けられることがある。他の従来の予備加熱器としては、揮発成分除去チャンバーに直接に取り付けられた特に設計された微細管を挙げることができる。そのような装置は、ヨーロッパ特許第０，３５２，７２７Ｂ１号明細書で説明されている。しかしながら、このような予備加熱器は非常に高価であり、また非常に長い滞留時間、及び生成物の劣化をもたらすことが多い処理条件を必要とする。また多くの従来技術の装置は、過剰な圧力降下によって特徴付けられる。
【０００３】
更に、米国特許第４，３１４，６０６号明細書（ＳＭＲ ｒｅａｃｔｅｒ）で示されているような熱交換器が、ポリマーのための冷却器又は反応器として既知である。標準のＳＭＲ設計では液滞留量が大きく、従って滞留時間が長くなる。典型的なＳＭＲのレイアウトでは、供給液体流量を少なくして、供給液体圧力降下を許容できるレベルに維持しなければならない。標準的なＳＭＲ設計をポリマー揮発成分除去予備加熱器として使用する場合、滞留時間は典型的に５〜２０分であり、これはポリマーの質を低下させる。
【０００４】
［発明の概略］
本発明は、ポリマー揮発成分除去予備加熱器及び方法を提供する。これは上述のような従来技術の装置の使用によってもたらされる問題に対応している。特に本発明は、装置の費用、圧力降下、滞留時間、劣った温度分布及び流れの不安定性の全てを最少化する装置及び方法を提供する。本発明の概念及び原理では、改良されたポリマー揮発成分除去予備加熱器は、加熱チャンバーを特徴付ける長い直立した中空容器を含み、この加熱チャンバーは、上側端、下側端及びこれらの端部の間に延びる長手方向軸を有する。また容器は、チャンバーの上側端又は下側端のいずれかに隣接して配置されるポリマー／溶媒溶液のための入口、及びチャンバーの下側端又は上側端のいずれかに隣接して配置される溶融ポリマー出口を有する。本発明の予備加熱器は、チャンバー内に少なくとも１つの加熱管束を更に有する。
【０００５】
この束としては、チャンバーの長手方向軸に対して横向きの方向にチャンバーを横切って延びる主軸を有する形状で配置されている少なくとも１つの長い蛇行加熱管を挙げることができる。この管は、チャンバー内を降下するポリマー／溶媒溶液がポリマー／溶媒溶液入口からポリマー出口に向かって拡がる経路に沿って流れるときに、ポリマー／溶媒溶液がこの管の外側表面と伝熱接触するように配置されている。本発明の広い面では、望ましくは管は、複数の湾曲管部分を有する。またこの管は、この湾曲管部分に相互接続する複数の接続管部分を有することもできる。
【０００６】
湾曲管部分及び／又は接続管部分は、共通面に配置することができ、この面は好ましくはチャンバーの長手方向軸に対して本質的に平行の関係で配置することができる。理想的には、それぞれの管の外側らせん形状が本質的に長方形であり、それによって一対の対向する端部を示し、この端部のそれぞれが、管配置の主軸に対して本質的に平行の関係に配置されている。
【０００７】
本発明の特に好ましい形では、接続管部分を互いに本質的に平行の関係で配置することができ、またこれは、管配置の主軸に対して横方向に延びるようにして延ばす及び配置することができる。
【０００８】
望ましくは、この束は少なくとも２つの管を含むことができ、これらの管は、対応する隣接平行面に配置することができる。更に管は、対応する加熱媒体入口及び出口を有することができ、これらの入口及び出口は容器の壁面を通って突き出ている。管は好ましくは、管のうちの１つの加熱媒体入口が、他の管の加熱媒体出口に隣接するようにして、互い違いに配置することができる。従って水平に隣接する管の加熱媒体入口に導入される加熱媒体は、反対向きの方向で管を通って流れる。より望ましくは、予備加熱器は、チャンバー内に少なくとも２つの束を有することができる。１つのそのような束は、他の束の上方に配置することができる。理想的には、束のうちの１つの長い蛇行した加熱管の主な軸は、他の束の長い蛇行加熱管の主な軸に対するチャンバーの長手方向軸の角を相殺するようにして、束を配置することができる。
【０００９】
本発明の１つの好ましい形では、容器及び従ってチャンバーはそれぞれ長方形、好ましくは正方形の水平断面形状を有する。更に本発明の予備加熱器は、チャンバーの下側端に配置された出口分配器、及び／又は上側束の上側部分にわたってポリマー／溶媒溶液の流れを均一に分配するための、チャンバーの上側端に配置された入口分配器も有することができる。理想的には、出口分配器は、溶融ポリマーがチャンバーから出るときに溶融ポリマーを複数のストランドに分割する複数の穿孔を有して、溶融ポリマーの表面積を増加させ、それによって減圧揮発成分除去チャンバーでの溶融ポリマーからの溶媒の除去を促進することができる。
【００１０】
本発明は更に、減圧揮発成分除去チャンバーにポリマー／溶媒溶液を導入する前に、ポリマー／溶媒溶液を予備加熱する方法を提供する。このような方法は、ポリマー／溶媒溶液を、上述の予備加熱器のポリマー／溶媒溶液入口に通して前記予備加熱器に導入すること；前記ポリマー／溶媒溶液をチャンバーを通して下降させ、長い蛇行加熱管の外側表面に接触させることによって、前記溶液を加熱すること；及び加熱した溶融プラスチックを予備加熱チャンバーの溶融ポリマー出口で回収することを含む。他の面では本発明は、ポリマー／溶媒溶液を予備加熱及び揮発成分除去する方法を提供できる。この方法は、ポリマー／溶媒溶液を、ポリマー／溶媒溶液入口を通して前記予備加熱器に導入すること；前記溶液を前記予備加熱チャンバーに通して下降させ、前記長い蛇行加熱管の外側表面に接触させることによって、前記溶液を加熱し、前記ポリマーを少なくとも部分的に揮発成分除去すること；及び加熱され、少なくとも部分的に揮発成分除去されたポリマーを、前記予備加熱器の溶融ポリマー出口に通して、減圧揮発成分除去チャンバーに導入することを含む。理想的には、溶融ポリマーを揮発成分除去チャンバーに導入する前に、前記溶融ポリマーを複数の個々のストランドに分割して、ポリマーの表面積を増加させ、揮発成分除去操作を促進する。
【００１１】
［発明の好ましい態様の詳細な説明］
本発明の原理及び概念を実施するポリマー揮発成分除去予備加熱器を、図１に示している。ここでは、これは参照番号１０によっておおまかに示されている。予備加熱器１０は、一般に長方形の水平断面形状を有していてよい長い直立した中空容器１２を有しており、これは一般に長方形の水平断面形状を有することがある加熱チャンバー１４を提供している。
【００１２】
予備加熱器１０は、チャンバー１４の上側端１８に配置されたポリマー／溶媒溶液のための入口１６、及びチャンバー１４の下側端２２に配置された溶融ポリマー出口２０を有する（図３参照）。理解されるように、容器１２及びチャンバー１４は、端部１８と２２との間に延びる長手方向軸２４を共通にしている。
【００１３】
また予備加熱器１０は、チャンバー１４内に取り付けられた複数の一連の垂直配置加熱管束２６、２８及び３０も有する。図に示されている態様では、３つのそのような束が示されているが、当業者は、所定の用途の必要性に応じて実際の数を１〜５又はそれよりも多くに変更することができる。以下で説明する配向を除いて、それぞれの束２６、２８及び３０は本質的に同じである。従って簡単のために、ここでは束２６のみを説明する。
【００１４】
束２６は、複数の長い蛇行加熱管３２及び３４を含む。これらの管３２及び３４は、下記で説明する配向を除いて本質的に同じである。従ってここでは管３２のみを詳細に説明する。図４から理解されるように、管３２は、複数の湾曲部又はＵ字型管部分３６と、湾曲部３６を相互接続する複数の長い本質的に真っ直ぐな接続管部分３８とから構成されている。部分３６、３８は、長手方向軸２４に対して横方向にチャンバー１４にわたって延びる主軸４０を有する一般に長方形の形状を有する管３２を提供するように配置する（図１参照）。管３２の一般に長方形の外側らせん形状は、一対の対向する端部４２、４４を示し、これらはそれぞれ好ましくは、管３２の主軸４０に対して本質的に平行に配置されている。
【００１５】
図４を参照すると、接続管部分３８は細長く、互いに本質的に平行に主軸４０に対して横方向に延びるように配置されている。それぞれの管３２の湾曲管部分３６及び接続管部分３８は好ましくは、図４で示されているように全て共通面に配置されている。図１から理解されるように、複数の管３２、３４のこのような対応する共通面は、長手方向軸２４に対して本質的に平行に配置されている。これは、加熱器１０のそれぞれの束２６、２８及び３０を構成する管３２、３４のぞれぞれの面に関して事実である。従って、特に図２を参照すると、それぞれの束２６、２８及び３０のそれぞれの管３２が、管３４を有する平行面に隣接する面に、反対向きで配置されていることが分かる。
【００１６】
上述のように、管３２及び３４は、それらそれぞれの配向を除いて同一である。従って管３２及び３４は、対応する加熱媒体入口４６及び加熱媒体出口４８を有し、これらが容器１２の対応する壁５０、５２を通して突き出ている。管のうちの１つの加熱媒体入口４６が、隣接する面の反対向の管の加熱媒体出口４８に隣接するようにして、管路３２及び３４を配置する。これによって管３２の加熱媒体入口４６に導入された加熱媒体が、管３４の加熱媒体入口４６に導入された加熱媒体と反対向で、それぞれの束を通って流れる。当業者は、適当なマニホールドを作って、左から右に及び前から後に、並びに右から左に及び後から前に流れる供給流体流れにそれぞれ適応させて、予備加熱チャンバーの断面での温度分布を最少化することができる。
【００１７】
図１を参照すると、入口１６を経由して容器１２に入るポリマー／溶媒溶液がチャンバー１４を通って下降し、ポリマー／溶媒溶液がポリマー／溶媒溶液入口１６からポリマー出口２０に向かう長手方向軸２４に沿って一般に延びる矢印５０によって示される経路で流れるときに、ポリマー／溶媒溶液が管３２、３４の外側表面３２ａ、３４ａと伝熱接触するようにして、管路３２、３４がチャンバー１４内に配置されていることが分かる。
【００１８】
図１から理解されるように、束２６、２８及び３０は軸２４に沿って連続的に配置されており、これらは互いに上下に配置されている。またこれらの束は、束２８の長い蛇行加熱管３２、３４の主軸４０が、束２６及び３０の長い蛇行加熱管３２、３４の主軸４０に対する軸２４の角度を相殺するようにして配向している。この配置では、供給側流れと温度の別々の制御が促進される。すなわち、束２６、２８及び３０のそれぞれについて、加熱媒体の流れを別々に制御することができる。予備加熱器を個々の加熱パッケージに分割するこの特徴では、供給側圧力降下が約３ｂａｒ以下になるようにして、供給流体粘度及び流路を制御することができる。
【００１９】
望ましくは予備加熱器１０は、ポリマー／溶媒溶液の流れを束２６の上側部分５４にわたって均一に分配するための、チャンバー１４の上側端１８に配置された入口分配器５２を有することができる。良好な分布を確実にするために、分配器は、加熱器束と少なくとも同じ圧力降下を有するオリフィスプレートの形でよい。この特徴は、組み合わされたチャンバーでの小さい圧力降下及び溶媒条件での瞬間的な蒸発が、加熱器内での不均一な流れの分配をもたらすときに特に有益なことがある。
【００２０】
また予備加熱器１０は、チャンバー１４の下側端２２に配置された出口分配器５６を有することができる（図３参照）。望ましくは、図３に示すように、溶融ポリマーがチャンバー１４を出て予備加熱器１０の下側に配置された減圧揮発成分除去チャンバー６２に入るときに溶融ポリマーを複数のストランド６０に分割するための、複数の穿孔５８を出口分配器５６が有することができる。安定な操作を確実にするために、分配器５６は望ましくは約０．２ｂａｒ程度までの圧力降下を提供する。
【００２１】
本発明では、管３２、３４は好ましくは外径が１３．５ｍｍ又はそれ未満である。典型的に、直径が５００ｍｍ又はそれ未満の大きい容器では、８ｍｍの管を使用することができる。管の形状は望ましくは、端部４２と４４との間の距離が約１００〜３００ｍｍであるようなものでよい。上述のように、管３２、３４はチャンバー１４にわたって一方から他方へと延びており、理想的には戻っておらす、それによって４ｂａｒ未満の供給側圧力降下を維持している。チャンバー内でのポリマーの１分未満の滞留時間と組み合わせたこの小さい圧力降下は、加熱の間の早期の瞬間的な蒸発を促進するために望ましく、分子量分布が小さく劣化していない高品質のポリマーを作るための実際の実験によって示されるように重要な要素である。
【００２２】
上述の予備加熱器は、流下操作のために配置されている。しかしながら放出された蒸気は上昇する傾向があるので、ポリマー／溶媒溶液の上昇流れが望ましい場合もある。このような場合、溶融ポリマーは多孔分散管等を経由させて横方向でチャンバーから除去し、容器の上側端に取り付けられた減圧揮発成分除去チャンバーに導入することができる。この形状については図５に概略を示している。ここでは予備加熱器は参照番号１１０で示されており、ポリマー／溶媒入口は参照番号１１２で示されており、溶融ポリマー出口は参照番号１１４で示されており、揮発成分除去チャンバーは参照番号１１６で示されている。
【００２３】
他の配置では、本発明の予備加熱器は減圧揮発成分除去チャンバーの内側に配置することができる。このような場合、予備加熱器は望ましくは、蒸気放出を促進する手段を具備することができる。
【００２４】
上述のように容器１２は長方形、好ましくは正方形である。当業者に明らかなように、本発明の加熱束及び管は、丸形のシェル内に設置することもできる。このような場合、円形の形状によって必要とされる異なる長さの個々の蛇行管が、完全な断面積を満たすために必要なことがある。この場合、個々の管を通る流れは、それぞれの管の対応する流量を制御するために、管内のオリフィスによって制御することができる。
【００２５】
本発明の予備加熱器の操作を図３を参照して説明する。図３では、束２６、２８及び３０、供給流体入口４６及び及び供給流体出口４８を概略で示している。操作においては、約２０，０００〜３０，０００ポンド／時間のヘキサン溶媒溶液中のスチレンアクリロニトリルポリマーを含有するポリマー／溶媒溶液を、約１２９℃の温度及び約６〜８ｂａｒの圧力で、入口１６を通して予備加熱器に導入する。好ましくは溶液は約５５ｗｔ％の固体を含有している。それぞれの束２６、２８及び３０を通る下降流体のために利用可能な水平断面積は、約１５平方メートルである。
【００２６】
上側分配器５２での圧力降下は、約３〜５ｂａｒでよく、束２６、２８及び３０での全圧力降下は約２ｂａｒでよい。下側分配器５８での圧力降下は約０．２ｂａｒでよい。フラッシュチャンバー５２内の圧力は望ましくは、約０．１ｂａｒ未満に維持することができる。
【００２７】
望ましくは高温の油でよい供給流体は、約３３０℃の温度、約３ｂａｒの圧力及び約１２０ｇｐｍの流量で入口４６に導入することができる。供給流体は、約２８９℃の温度及び約１ｂａｒの圧力で、出口４８を出ることができる。
【００２８】
チャンバー１４でのポリマー溶液の滞留時間は約３５秒でよく、チャンバー１４を出てフラッシュチャンバー６２に入るポリマーストランド６０は、約１８５℃の温度でよく、固体含有率は約９６％でよい。
【００２９】
より一般的には本発明は、溶媒中に溶解した任意の種類のポリマーの揮発成分除去に関して有益である。例えばスチレンアクリロニトリル、ポリスチレン及びポリエチレンは全て、本発明の原理及び概念を使用して揮発成分除去することができる。ヘキサン及び他の有機溶媒を溶媒として使用することができる。望ましくは流入ポリマー／溶媒溶液は約５０〜約８０ｗｔ％の固体を含有することができ、粘度が約１〜約１００Ｐａでよく、温度が約１２０〜約１６０℃でよく、且つポリマー固体流量が５０，０００ポンド／時間まででよい。本発明の予備加熱器を出るポリマーの温度は瞬間的な蒸発（フラッシュ）の後で約１５０〜２８０℃の温度でよく、且つ粘度は約１〜５，０００Ｐａでよい。
【００３０】
供給流体は、例えば約２００〜３５０℃の高温の油、高温の水又は水蒸気でよい。好ましくは予備加熱チャンバー内でのポリマーの滞留時間は、２分未満でよく、理想的には約５０秒未満でよい。予備加熱器での全圧力降下は望ましくは、約５ｂａｒ未満でよい。
【００３１】
本発明では、圧力降下及びポリマー生成物の劣化の両方を最少化する条件で、ポリマー／溶媒溶液を処理して、溶媒、未反応モノマー、及び低分子量オリゴマーを除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の概念及び原理を実施するポリマー／溶媒溶液の予備加熱器を示す部分断面立面図である。
【図２】 図２は、図１の予備加熱器の部分断面上面図である。
【図３】 図３は、本発明の方法を示す予備加熱器及び関連する処理装置の概略図である。
【図４】 図４は、図１の予備加熱器の部品である単一の長い蛇行加熱管の拡大立面図である。
【図５】 図５は、他の予備加熱器の概略の立面図であり、ここではポリマー／溶媒溶液を底部に供給して、溶融ポリマーが上部で出るようにしている。
Claims (21)
- 加熱チャンバーを画定する長い直立した中空容器であって、上側端、下側端及びこれらの端部の間に拡がる長手方向軸を有し、前記チャンバーの上側端に隣接して配置されたポリマー／溶媒溶液のための入口、及び前記チャンバーの下側端に隣接して配置された溶融ポリマー出口を有する中空容器；及び
前記チャンバー内の少なくとも１つの加熱管束であって、前記長手方向軸に対して横方向に前記チャンバーにわたって延びる主軸を有する形状で配置された少なくとも１つの長い蛇行加熱管を含み、前記ポリマー／溶媒溶液が、前記ポリマー／溶媒溶液入口から前記ポリマー出口に向かって前記長手方向軸に沿って延びる経路に沿って流れるときに、前記ポリマー／溶媒溶液が前記加熱管の外側表面と伝熱接触するようにして前記加熱管が配置されており、前記加熱管が複数の湾曲管部分及び前記湾曲管部分を相互接続する複数の接続管部分を有する加熱管束；
を有する、ポリマー揮発成分除去予備加熱器。 - 複数の前記湾曲管部分が共通面に配置されている、請求項１に記載のポリマー揮発成分除去予備加熱器。
- 前記接続管部分が共通面に配置されている、請求項１に記載のポリマー揮発成分除去予備加熱器。
- 前記接続管部分が前記共通面に配置されている、請求項２に記載のポリマー揮発成分除去予備加熱器。
- 前記共通面が、前記長手方向軸に対して平行の関係で配置されている、請求項４に記載のポリマー揮発成分除去予備加熱器。
- 前記形状が長方形であり、且つ前記主軸に対して平行の関係で配置された一対の対向する端部を示している、請求項１、４又は５に記載のポリマー揮発成分除去予備加熱器。
- 前記接続管部分が互いに平行の関係で配置されている、請求項６に記載のポリマー揮発成分除去予備加熱器。
- 前記接続管部分が長く、且つ前記主軸に対して横方向に延びるようにして配置されている、請求項６に記載のポリマー揮発成分除去予備加熱器。
- 前記加熱管束が、少なくとも２つの前記長い蛇行加熱管を有し、これらの加熱管がそれぞれの隣接する平行面に配置されている、請求項４に記載のポリマー揮発成分除去予備加熱器。
- 前記加熱管が、前記容器の壁面を通って突き出たそれぞれの加熱媒体入口及び出口を有し、前記加熱管が、前記加熱管のうちの１つの加熱媒体入口が他の加熱管の加熱媒体出口に隣接するようにして互いに反対向に配置されており、それによって前記加熱管のこれらの加熱媒体入口に導入された加熱媒体が、互いに反対向きに前記加熱管を通るようにされている、請求項９に記載のポリマー揮発成分除去予備加熱器。
- 前記チャンバー内に少なくとも２つの加熱管束を有し、この加熱管束のうちの１つが他の加熱管束の上方に配置されており、前記加熱管束のうちの１つの少なくとも１つの長い蛇行加熱管の主軸が、前記他の加熱管束の少なくとも１つの長い蛇行加熱管の主軸に対して垂直になるようにして、これらの加熱管束が配置されている、請求項１に記載のポリマー揮発成分除去予備加熱器。
- 前記直立した中空容器及びそれによって画定される前記チャンバーが、長方形の水平断面形状を有する、請求項１に記載のポリマー揮発成分除去予備加熱器。
- 前記ポリマー／溶媒溶液の流れを前記加熱管束の上側部分に均等に分配するための、前記チャンバーの上側端に配置された入口分配装置を具備している、請求項１に記載のポリマー揮発成分除去予備加熱器。
- 前記チャンバーの下側端に配置された出口分配器を有し、この出口分配器が、前記溶融ポリマーが前記チャンバーを出るときに前記溶融ポリマーを分割して複数のストランドにする複数の穿孔を有する、請求項１又は１３に記載のポリマー揮発成分除去予備加熱器。
- ポリマー／溶媒溶液を減圧揮発成分除去チャンバーに導入する前に、ポリマー／溶媒溶液を予備加熱する方法であって、
ポリマー／溶媒溶液を、前記ポリマー／溶媒溶液入口を通して、請求項１、５又は６に記載の予備加熱器に導入すること；
前記溶液を前記チャンバーに通して下降又は上昇させ、且つ前記長い蛇行加熱管の外側表面に接触させることによって、前記溶液を加熱すること；及び
加熱された溶融プラスチックを前記溶融ポリマー出口で回収すること；
を含む、ポリマー／溶媒溶液を予備加熱する方法。 - ポリマー／溶媒溶液を、前記予備加熱器のポリマー／溶媒溶液入口を通して、請求項１、５又は６に記載の予備加熱器に導入すること；
前記溶液を前記チャンバーに通して下降又は上昇させ、且つ前記長い蛇行加熱管の外側表面に接触させることによって、前記溶液を加熱し、前記ポリマーを少なくとも部分的に揮発成分除去すること；及び
加熱され、少なくとも部分的に揮発成分除去した前記ポリマーを、前記溶融ポリマー出口に通して、減圧揮発成分除去チャンバーに導入すること；
を含む、ポリマー／溶媒溶液を予備加熱及び揮発成分除去する方法。 - 前記溶融ポリマーを前記減圧揮発成分除去チャンバーに導入する前に、前記溶融ポリマーを複数の個々のストランドに分割する、請求項１６に記載の方法。
- 加熱チャンバーを画定する長い直立した中空容器であって、上側端、下側端及びこれらの端部の間に拡がる長手方向軸を有し、且つその一方の端部のポリマー／溶媒溶液のための入口、及びその他方の端部の溶融ポリマー出口を有する中空容器；及び
前記チャンバー内の少なくとも１つの加熱管束であって、前記長手方向軸に対して横方向に前記チャンバーにわたって延びる主軸を有する形状で配置された少なくとも１つの長い蛇行加熱管を含み、前記ポリマー／溶媒溶液が、前記ポリマー／溶媒溶液入口から前記ポリマー出口に向かって前記長手方向軸に沿って延びる経路に沿って流れるときに、前記ポリマー／溶媒溶液が前記加熱管の外側表面と伝熱接触するようにして前記加熱管が配置されており、前記加熱管が複数の湾曲管部分及び前記湾曲管部分を相互接続する複数の接続管部分を有する加熱管束；
を有する、ポリマー揮発成分除去予備加熱器。 - 前記ポリマー／溶媒溶液の入口が、前記チャンバーの下側端に隣接して配置されており、且つ前記溶融ポリマー出口が、前記チャンバーの上側端に隣接して配置されている、請求項１８に記載のポリマー揮発成分除去予備加熱器。
- ポリマー／溶媒溶液を減圧揮発成分除去チャンバーに導入する前に、ポリマー／溶媒溶液を予備加熱する方法であって、
前記ポリマー／溶媒溶液を、前記予備加熱器のポリマー／溶媒溶液入口を通して、請求項１８に記載の予備加熱器に導入すること；
前記溶液を前記チャンバーに通して下降又は上昇させ、且つ前記長い蛇行加熱管の外側表面に接触させることによって、前記溶液を加熱すること；及び
加熱された溶融プラスチックを、前記溶融ポリマー出口で回収すること；
を含む、ポリマー／溶媒溶液を予備加熱する方法。 - ポリマー／溶媒溶液を、前記予備加熱器のポリマー／溶媒溶液入口を通して、請求項１８に記載の予備加熱器に導入すること；
前記溶液を前記チャンバーに通して下降又は上昇させ、且つ前記長い蛇行加熱管の外側表面に接触させることによって、前記溶液を加熱し、前記ポリマーを少なくとも部分的に揮発成分除去すること；及び
加熱され、少なくとも部分的に揮発成分除去したポリマーを、前記溶融ポリマー出口に通して、減圧揮発成分除去チャンバーに導入すること；
を含む、ポリマー／溶媒溶液を予備加熱及び揮発成分除去する方法。
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