JP4067240B2 - Method and apparatus for concentrating polymer solution - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリマー溶液から揮発成分を濃縮し、除去する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、ポリマーを得るには、塊状重合、懸濁重合、乳化重合、溶液重合等の重合法が用いられている。一般にスチレン系樹脂は塊状連続重合法又は溶液連続重合法により生産されているが、これらの方法では重合終了時に、モノマーあるいは二量体等の副生成物、及び/または溶媒が含まれている。また、バッチ式による溶液重合の場合には、ポリマー溶液中にモノマー、二量体等の副生成物、及び溶剤等の揮発性物質が多く含まれている場合が多い。従って、これらの重合法で最終的に目的のポリマーを得るには、ポリマー溶液を更に精製しなければならないという問題がある。
【0003】
そしてこれらの溶剤及びモノマー等揮発成分を含むポリマー溶液から、揮発性物質を分離回収あるいは除去する方法、すなわち脱揮工程としては、スチームストリッピングによる方法、脱揮押出機による方法、あらかじめポリマー溶液を予熱してからフラッシュ濃縮させる方法、フラッシュ濃縮を二段階又は三段階以上に分けて脱揮を行う方法やフラッシュ濃縮した後に脱揮押出機でさらに脱揮をする方法等が用いられる。
【0004】
これらの方法の中でスチームストリッピングは、大量の蒸気を使用し、かつその後に乾燥工程が必要であり、ランニングコストがかかるという問題点がある。重合により得られたポリマー溶液を直接脱揮押出機によって脱揮する方法は、多量のモノマーや溶媒を脱揮押出機で脱揮しなければならないため、大型の脱揮押出機が必要であり、装置的に高価なものとなってしまう問題点がある。
これに対し、フラッシュ濃縮を用いた脱揮方法やフラッシュ濃縮した後に脱揮押出機で脱揮する方法では、ランニングコストや装置コストが安価ですむ場合が多く、プロセスも比較的シンプルであるためさまざまなプロセスに採用されている。
【0005】
しかし、フラッシュ濃縮を用いた脱揮方法にも、いくつかの問題点があり、様々な技術的改良がなされてきた。例えば、フラッシュ濃縮の際、フラッシュした後のポリマー溶液は、フラッシュドラム内での粘度の上昇、及び発泡がおきる。その結果、脱揮がある程度以上になると進まなくなったり、フラッシュドラム内壁にポリマーが飛散し付着しやすくなる。また、フラッシュ前においても、ポリマー溶液にフラッシュするのに十分な熱量を与える際、加熱時間が長くなるとポリマーが熱劣化してしまう等の問題がある。
【0006】
これらの問題に対して、いままでいくつかの技術的改良がなされてきた。例えばフラッシュした後のポリマー溶液の粘度の上昇に伴う脱揮の促進阻害に関しては、特公昭45−31678号公報に示されている様に、フラッシュドラム内に発熱体を設置し、それにフラッシュしたポリマーを吹き付けたり、あるいは特公昭47−28691号公報の様にフラッシュを二段階に分け、二段目のフラッシュの前に発泡剤を添加して脱揮を促進するものもある。
【0007】
また、予熱の際におけるポリマーの熱劣化に対しては、特開昭55−56103号公報では瞬間加熱器を用いることで対応している。
【0008】
上記で述べたようにフラッシュ濃縮に対しては、さまざまな技術改良がなされてきた。ところが、未だ満足できるものではなく、特に一般的に用いられるフラッシュドラムを使用したフラッシュ濃縮において、フラッシュドラム壁面の温度制御に関しては何ら注意が払われていなかったのが現状である。
【0009】
従来、フラッシュドラムには、壁面の温度調節を目的としたジャケットが一つ設置されているだけにすぎない。また、フラッシュドラムを用いてフラッシュ濃縮を行う際、フラッシュドラム下部には、フラッシュしたポリマーを抜き出すためのポンプが設置してある。その際、ポンプの間欠運転を防ぐため、フラッシュしたポリマーは、適当量フラッシュドラム下部に滞留させて運転する。抜き出しが安定しないと、以降のプロセスも安定した運転が困難になる。このようなフラッシュドラムを運転する場合、フラッシュドラム壁面温度が低過ぎる場合、蒸発した溶剤がフラッシュドラム壁面で凝縮し還流してしまい、濃縮効率が低下したり、濃縮ムラにより抜き出しが不安定となることがある。また、フラッシュドラム壁面温度が高過ぎる場合、フラッシュドラム下部に滞留するポリマー溶液が沸騰して抜き出し困難となったり、壁面でのポリマーの熱劣化を引き起こす問題点がある。
【0010】
これらのうち少なくともどちらか一方でもおこるとフラッシュドラム内に滞留しているポリマー溶液濃度を不均一にしてしまい、抜き出しポンプの安定運転を妨げる原因となるものであり、これらを同時に解決することは非常に困難であった。これらの現象は、溶剤を多量に使用する溶液重合の濃縮操作、及び溶剤を比較的少量しか使用しないスチレン系樹脂の連続塊状/溶液重合方法においてもスタートアップ/シャットダウン操作時や特開昭61−228012号公報のような未反応モノマーまたは溶剤を数%含む脱揮操作において顕著である。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記に記載したような従来のポリマー溶液からフラッシュ濃縮するにあたり、抱えているフラッシュドラム運転の問題点を克服し、簡便にフラッシュドラム内部のポリマー溶液濃度を均一に保ち、連続的に安定運転を可能にすることができることを目的として、ポリマー溶液から揮発成分を効率的に濃縮できる方法を提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
そこで、ポリマー溶液をフラッシュ濃縮する際に、フラッシュドラムの安定運転を可能にすべくジャケットの制御等について鋭意検討を重ねた結果、気相部のジャケット温度をフラッシュ後の液相部の滞留ポリマー溶液温度より高く保持し、かつ液相部のジャケット温度をフラッシュ後の滞留ポリマー溶液温度より低く保持したフラッシュドラムに、揮発成分を含有するポリマー溶液に揮発に必要な熱量を与えた後に導入しフラッシュ濃縮して該揮発成分を除去することで、溶剤の凝縮と、滞留ポリマーの沸騰及び壁面でのポリマーの熱劣化を同時に防げることを見いだし、本発明をなすに至ったものである。
【0013】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、溶剤、未反応モノマー及び/又は副生成物からなる揮発成分を含有するポリマー溶液から揮発成分をフラッシュ濃縮するにあたり、該ポリマー溶液の揮発成分の揮発に必要な熱量を与えた後、気相部のジャケット温度をフラッシュ後の液相部の滞留ポリマー溶液温度より高く保持し、かつ液相部のジャケット温度をフラッシュ後の滞留ポリマー溶液温度より低く保持したフラッシュドラムに導入しフラッシュ濃縮して該揮発成分を除去するポリマー溶液の濃縮方法である。
【0014】
更には、揮発成分をフラッシュ濃縮するにあたり、各々独立に温度制御が可能な少なくとも二つ以上のジャケットを有し、かつ該ジャケットで気相部のジャケット温度をフラッシュ後の液相部の滞留ポリマー溶液温度より高く保持し、液相部のジャケット温度をフラッシュ後の滞留ポリマー溶液温度より低く保持したフラッシュドラムに導入しフラッシュ濃縮して該揮発成分を除去するポリマー溶液の濃縮方法である。
【0015】
好ましくはフラッシュドラムの気相部のジャケット温度をフラッシュ後の液相部の滞留ポリマー溶液温度より10℃以上高く保持し、液相部のジャケット温度をフラッシュ後の滞留ポリマー溶液温度より5℃以上低く保持したフラッシュドラムに導入しフラッシュ濃縮して該揮発成分を除去するポリマー溶液の濃縮方法である。
【0016】
本発明は、ポリマーを主成分とし、溶剤、未反応モノマー及び/又は副生成物の揮発成分を含有するポリマー溶液に適用できるものである。フラッシュする方法は、特に限定されるものではなく、ポリマー溶液に適用される一般的な方法で行うことができる。例えば、揮発成分が揮発するのに十分な熱量を与えた後に、フラッシュバルブを介して圧力を制御したフラッシュドラムにフイードする方法や、特開昭61−97302号公報、特開昭61−228012号公報に記載されているようにフラッシュドラムに直接接続したプレートフイン型熱交換器や竪型の多管式熱交換器にポリマー溶液をフイードして、加熱しつつ揮発分を発泡させて予熱させる方法もあげられる。また、特開昭51−134781号公報に記載されているように予め発泡させて予熱させる方法もあげられる。
【0017】
まず、該ポリマー溶液の揮発成分が揮発するのに十分な熱量としては、用いるモノマー、溶剤、重合体などによって異なるが、分解や着色等のポリマー本来の特性を損なわない範囲で、揮発成分を目標量蒸発させる量の熱量を与える必要がある。例としてフラッシュバルブを介して圧力を制御したフラッシュドラムにフイードする方法においては、例えば、後述するSBS(スチレン−ブタジエンブロック共重合体)を主成分としたポリマー溶液の場合には、フラッシュするに十分な温度100〜200℃、好ましくは150〜180℃の温度を与えることが必要である。また、ポリスチレン系樹脂の場合には、180〜300℃、好ましくは200〜250℃の温度を与えることが必要である。
【0018】
本発明では、フラッシュ濃縮して該揮発成分を除去する場合、フラッシュドラムの気相部のジャケット温度をフラッシュ後の液相部の滞留ポリマー溶液温度より高く保持し、かつ液相部のジャケット温度をフラッシュ後の滞留ポリマー溶液温度より低く保持して行うことが必要である。例えば、壁面の温度調節を目的としたジャケットが一つ設置されているだけにすぎないフラッシュドラムを運転する際には、フラッシュドラムのジャケット温度が低過ぎる場合には、蒸発した溶剤がフラッシュドラム壁面で凝縮し還流してしまい、また、フラッシュドラムの壁面温度が高過ぎる場合には、フラッシュドラム下部に滞留するポリマー溶液が沸騰したり、壁面でポリマーが熱劣化を引き起こしてしまう。そこで、上記で述べたように、フラッシュドラムを二分割しそれぞれ温度制御することが必要である。
【0019】
更には、フラッシュドラムの気相部のジャケット温度をフラッシュ後の液相部の滞留ポリマー溶液温度より10℃以上高く保持し、かつ液相部のジャケット温度をフラッシュ後の滞留ポリマー溶液温度より5℃以上低く保持したフラッシュドラムに導入しフラッシュ濃縮して該揮発成分を除去することが好ましい。ただし、液相部のジャケット温度は滞留ポリマー溶液温度より5℃以上低く保持することが好ましいが、フラッシュドラム壁面でのポリマー付着を防止するために、ポリマー溶液の流動性が確保できる程度の温度以上とする必要がある。
【0020】
フラッシュドラムの気相部及び液相部のジャケット温度は、各々独立に温度制御が可能な少なくとも二つ以上のジャケットを有し、該ジャケットで温度制御することである。特に、フラッシュドラムの気相部に設けたジャケットと液相部に設けたジャケットで上記で述べたように温度制御することである。
【0021】
本発明が適用されうるポリマー溶液は、溶剤中にてモノマー等の(共)重合を行い、重合終了時にポリマーを主成分とし、溶剤、未反応モノマー及び/又は副生成物の揮発成分を含有するポリマー溶液であればよい。(共)重合反応の型式はラジカル重合、リビングアニオン重合及び配位重合があげられるがこの限りではない。例えば、有機溶剤、芳香族ビニル炭化水素、ビニル系化合物、共役ジエン、ゴム状重合体、重合開始剤、連鎖移動剤、安定剤等を使用して塊状重合、溶液重合等を行って得たポリマー溶液に適用される。
【0022】
本発明に利用される有機溶剤としては、ブタン、ペンタン、ヘキサン、イソペンタン、ヘプタン、イソオクタン等の脂肪族炭化水素、シクロペンタン、メチルシクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の脂環式炭化水素、或いはベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、キシレン等の芳香族炭化水素等が使用できるが、この限りではない。
【0023】
芳香族ビニル炭化水素としては、スチレン、o−メチルスチレン、p−メチルスチレン、p−tert−ブチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、2,5−ジメチルスチレン、α―メチルスチレン、ビニルナフタレン、ビニルアントラセン等があるが、とくに一般的なものとしてはスチレンがあげられる。
【0024】
ビニル系化合物としては、アクリロニトリル、メチルメタアクリレートあるいはエチレン等があげられるがこの限りではない。
【0025】
共役ジエンとしては、1,3−ブタジエン、2−メチル−1,3−ブタジエン(イソプレン)、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、1,3−ペンタジエン、1,3−ヘキサジエン等であるが、特に一般的なものは、1,3−ブタジエン、イソプレン等があげられる。
【0026】
ゴム状重合体としては、室温においてゴム状を呈しておればよく、例えばポリブタジエンゴム、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム、ブロックスチレン−ブタジエン共重合体ゴム、エチレン−プロピレン系共重合体ゴム、アクリル系ゴム、ブタジエン−アクリロニトリル共重合体ゴム等があげられ、これらは1種あるいは2種以上の組み合わせで用いられる。
【0027】
重合開始剤を用いないで、熱重合で重合をおこなうこともできる。また、重合開始剤を用いる場合に、ラジカル重合の場合には、メチルエチルケトンパーオキサイド、1,1−ビス(t−へキシルパーオキシ)3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、1,1−ビス(t−へキシルパーオキシ)シクロヘキサン、1,1ビス(t−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン、1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)シクロドデカン、2,2−ビス(t−ブチルパーオキシ)ブタン、n−ブチル4,4−ビス(t−ブチルパーオキシ)バレレート、2,2−ビス(4,4−ジ−t−ブチルパーオキシシクロへキシル)プロパン、α、α’−ビス(t−ブチルパーオキシ)ジイソプロピルベンゼン、2,5−ジメチル−2,5−ビス(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン、2,5−ジメチル−2,5−ビス(t−ブチルパーオキシ)ヘキシン−3、トリス(t−ブチルパーオキシ)トリアジン、α、α’−ビス(ネオデカノイルパーオキシ)ジイソプロピルベンゼン、2,5−ジメチル−2,5−ビス(2−エチルヘキサノイルパーオキシ)ヘキサン、2,5−ジメチル−2,5−ビス(m−トルイルパーオキシ)ヘキサン、2,5−ジメチル−2,5−ビス(ベンゾイルパーオキシ)ヘキサン、ビス(t−ブチルパーオキシ)イソフタレート、ビス(t−ブチルパーオキシ)ヘキサハイドロテレフタレート、ビス(t−ブチルパーオキシ)トリメチルアジぺート、2,5−ジメチルヘキサン−2,5−ジハイドロパーオキサイド、1,6−ビス(t−ブチルパーオキシカーボニロキシ)ヘキサン、ジエチレングリコール−ビス(t−ブチルパーオキシカーボネート)、3,3’,4,4’−テトラ(t−ブチルパーオキシカルボニルベンゾフェノン等があげられるがこの限りではない。リビングアニオン重合の場合にはノルマルブチルリチウム、sec−ブチルリチウム、オリゴスチルリチウム、オリゴブタジエニルリチウム、1,3−ビス(1−リシオ−1、3−ジメチルペンチル)ベンゼン、トリブチル錫リチウム、N−リチウムジへキシルアミド等があげられるがこの限りではない。配位重合の場合には、いわゆる不均一系Zieglar−Natta触媒、可溶性Zieglar−Natta触媒、メチルアルミノキサンや硼素化合物等で活性化された遷移金属化合物触媒(いわゆるメタロセン触媒やハーフメタロセン触媒、CGCT触媒等)があげられるがこの限りではない。
【0028】
これらの本発明の適用できる代表的なポリマー溶液の例としては、下記をあげることができる。
たとえば、有機溶剤としてシクロヘキサン、芳香族ビニル炭化水素としてスチレンモノマー、共役ジエンとしてブタジエン、及び重合開始剤としてノルマルブチルリチウムを使用してリビングアニオン重合によりSBS(スチレン−ブタジエンブロック共重合体)を主成分としたポリマー溶液があげられる。
【0029】
または、ゴム状重合体としてポリブタジエンの存在下又は非存在下で、モノマーとしてスチレン、溶剤としてエチルベンゼン、重合開始剤としてベンゾイルパーオキサイドを用いて、塊状重合を行うと、HIPS(耐衝撃性ポリスチレン)を主成分としたポリマー溶液が得られる。例えば約7重量部のポリブタジエンを約75重量部のスチレンモノマーと約25重量部のエチルベンゼン溶剤に溶解し、重合開始剤としてベンゾイルパーオキサイドを0.01重量部添加した後、塊状重合を行うと、HIPSを主成分としたポリマー溶液が得られる。
【0030】
あるいは、モノマーとしてスチレンを用い、溶剤の存在下又は非存在下で、熱重合又は重合開始剤による塊状重合を行うと、ポリスチレンを主成分としたポリマー溶液が得られる。ゴム状重合体としてポリブタジエンの存在下で、モノマーとしてスチレンを用い、溶剤の存在下又は非存在下で、熱重合又は重合開始剤による塊状重合を行うと、HIPSを主成分としたポリマー溶液が得られる。例えば約7重量部のポリブタジエンを約75重量部のスチレンモノマーと約25重量部のエチルベンゼン溶剤に溶解し、重合開始剤としてベンゾイルパーオキサイドを0.01重量部添加した後、温度70〜180℃の範囲で塊状重合を行うとHIPSを主成分としたポリマー溶液が得られる。
【0031】
または、モノマーとしてスチレンとアクリロニトリル、溶剤としてエチルベンゼンを用い、熱重合を行うことでAS(アクリロニトリル−スチレン共重合体)を主成分としたポリマー溶液が得られる。例えば、モノマーとして約60重量部のスチレンと約20重量部のアクリロニトリル、及び溶剤として約20重量部のエチルベンゼンをバッチ式重合缶に仕込み、熱重合を行うことでアクリロニトリル−スチレン共重合体を主成分としたポリマー溶液が得られる。
【0032】
本発明は、上記で述べたポリマー溶液にのみ限定されるものでななく、溶剤、未反応モノマー及び/又は副生成物の揮発成分を含有するポリマー溶液であれば適用されるものである。
【0033】
【発明の実施の形態】
本発明のポリマー溶液のフラッシュ濃縮方法を説明する。ただし、本発明は下記の装置及びフラッシュ濃縮方法に限定されるものではない。
まず、本発明の装置について、図1をもって説明する。
【0034】
(1)フラッシュドラムの形状
フラッシュドラム1は、一般にはフラッシュタンクとも呼ばれるものであり、フラッシュドラム1の上部は円筒形で、下部はコーン型であることが好ましい。ポリマー溶液をフラッシュドラム内に導入するフィードノズル3の先端は、配管内における溶剤の沸騰を防止するのに十分な圧力を保つため、圧力損失を持たせる必要があり、細孔状の構造を有していなければならないが、孔の数及び形状は問わない。なお、フィードノズルの代わりに任意の差圧を制御できる自動制御弁を用いてもよい。また、フラッシュドラム1は、蒸発した溶剤を排気するライン4を有していなければならない。排気ライン4は少なくとも1本以上なくてはならず、2本以上が望ましい。
更に、排気ライン4へのポリマー飛沫同伴を防ぐために、ポリマー溶液導入部の周囲に邪魔板(スカート)16を取り付けた方が好ましい。邪魔板の取り付け位置は、図1のようにフラッシュドラム1の天井部に密接し、円筒形のものが良い。邪魔板16の水平断面により形成される内部面積はフラッシュドラム1の円筒部の水平断面により形成される内部面積の5〜60%の範囲が好ましく、10〜50%が更に好ましく、15〜40%が最も好ましい。5%より小さいと邪魔板16の内側にフラッシュしたポリマー溶液の付着が激しく、80%を越えると飛沫同伴を防止させる効果が小さい。邪魔板16の長さは、フラッシュドラム1の円筒部の長さの10〜100%が好ましく、20〜90%が更に好ましく、30〜80%最も好ましい。10%より小さいと飛沫同伴を減少させる効果が小さく、100%を越えるとギアポンプ14の不具合により一時的にポリマー排出を止めた場合に、フラッシュドラム1の内部に滞留したポリマー溶液の液面が接触しやすいことになり、飛沫同伴防止効果も増大しない。
更に、下部には滞留したポリマーを抜き出す装置が設置されていなければならず、一般的にはギアポンプ14を採用するが、この限りではない。また、ポリマー溶液は、フラッシュドラム1に導入される前に、フラッシュドラム1内でフラッシュするに十分な熱量を与える必要があり、十分な温度に加熱される。その加熱方法は、熱交換器2を通して加熱する方法が一般的である。
【0035】
(2)ジャケット形状
ジャケット8、11は、フラッシュドラム1壁面を加熱、保温あるいは冷却する為に設けられ、気相部のジャケット温度をフラッシュ後の液相部の滞留ポリマー溶液温度より高く保持し、かつ液相部のジャケット温度をフラッシュ後の滞留ポリマー溶液温度より低く保持するように制御するものであり、少なくとも二つ以上、上下にわかれて設置することが好ましい。一方は、滞留ポリマー溶液10に接する壁面の温度を制御することができ、もう一方はポリマー溶液が滞留しておらず、気相部に接している壁面の温度を制御することができる構造をとっている。ジャケットの数は、上下二つでも効果は得られるが、それ以上設置してもよい。なお、フラッシュドラム内部には濃縮されたポリマー溶液が少量滞留するが、液相部の界面は液相部のジャケット上端より低いところにあるのが望ましい。液相部界面が液相部のジャケット上端より低いところにある場合には気相部の一部は滞留ポリマー溶液温度より低いジャケットが存在することになるが、実質的に気相部のジャケット温度が滞留ポリマー溶液温度より高ければ問題ない。
【0036】
(3)ジャケット温度制御
上部ジャケット8、すなわち気相部にふれる壁面の表面温度は、ポリマー溶液中の溶剤の沸点より高くなるようにジャケットの温度を設定する。好ましくは、フラッシュ後の滞留ポリマー溶液温度より、10℃以上高い温度に制御する。下部ジャケット11、すなわち滞留ポリマー溶液10にふれる壁面の表面温度は、滞留ポリマー溶液温度よりも低く、好ましくは5℃以上低くなるように、ジャケット温度を制御する。なお、ジャケットの温度制御に使用する熱媒もしくは冷媒は、ホットオイル、スチーム、加熱水、水、エアー、チラー水等があげられる。
【0037】
【実施例】
以下、本発明を実施例により詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施例によってなんら制限を受けるものではない。
【0038】
実施例1
(1)本実験は、図1に示す装置を用いておこなった。ノルマルブチルリチウムを触媒とし、シクロヘキサンを溶媒としてリビングアニオン重合を行って得られたスチレン−ブタジエンのブロック共重合体30重量%溶液を、添加触媒の10倍のモル数にあたる水を添加して活性末端を失活させた後、炭酸ガスを吸収させて触媒残渣の中和を行い、更に安定剤を添加し初期処理を施した。この溶液を熱交換器2に通すことにより、温度70℃から180℃まで加熱し、配管内を1.0MPaに保ちながら連続的に0.1MPaに保たれた500Lのフラッシュドラム1に200L/hrで導入した。
(2)フラッシュドラム1は、排気ライン4が設けられその先には真空ポンプが設置されており、内圧0.1MPaに保たれている。ジャケットは気相部とポリマー溶液が滞留する液相部の各々に接触する壁面の温度を制御できるように8,11の様に二つ設置されている。上部ジャケット8(熱媒出口6と熱媒入口7を備えている)は温度115℃、下部ジャケット11(熱媒出口12と熱媒入口13を備えている)は温度80℃にホットオイル温度を制御し、フラッシュドラム1の下部におよそ50Lポリマー溶液を滞留させ、滞留ポリマー溶液10の量が一定に保たれるようにギアポンプ14で抜き出した。
(3)フラッシュしたポリマー溶液をサンプルの抜き出し口15から抜き出しポリマー濃度を測定したところ、58重量%であった。滞留しているポリマー溶液10の温度は、温度90℃であった。なお、温度は液相部温度測定用温度計9で測定した。
(4)フラッシュドラム1の内部状況をのぞき窓5から目視にて観察したところ、気相部槽壁での蒸発溶剤の凝縮、還流は見られず、滞留ポリマー溶液10の沸騰は観察されなかった。ギアポンプ14による抜き出しも安定して行うことができた。
【0039】
実施例2
上部ジャケット8のホットオイル温度を95℃とした以外は、実施例1と同じ条件で実験を行った。フラッシュ後のポリマー濃度は58重量%、滞留ポリマー溶液10の温度は90℃であった。フラッシュドラム1の内部をのぞき窓5より目視で観察したところ、滞留ポリマー溶液10の沸騰は起こっていなかった。気相部に接している壁面で溶剤の凝縮、還流がほとんど認められず、抜き出しギアポンプ14による抜き出しにも影響することなく安定して行うことができた。
【0040】
実施例3
(1)スチレンモノマー90重量部とエチルベンゼン10重量部及び1,1−ビス(t−へキシルパーオキシ)3,3,5−トリメチルシクロヘキサンを0.01重量部を混合した混合液を原料とし、内部の液温が各々130℃、150℃となるよう制御した直列に接続した完全混合槽2基に72kg/hrの割合で連続的に供給し、スチレンの連続溶液重合を行った。完全混合槽群の出口でのポリマー濃度は70重量%であった。
(2)この重合液を実施例1の構成であるフラッシュ濃縮装置に連続的に供給した。この供給ポリマー溶液を熱交換器2で温度220℃まで加熱し、配管内を5MPaに保ちながら連続的に内部圧が67KPaに保たれ、上部ジャケットのホットオイル温度は200℃、下部ジャケットのホットオイル温度は170℃に制御したフラッシュドラム1へ供給した。フラッシュ後のポリマー溶液はフラッシュドラム1へ約50L滞留させギヤポンプ14で連続的に抜き出し、二軸脱揮押出機へ供給しペレットを得た。
(3)フラッシュしたポリマー溶液10を抜き出し口15からサンプリングしてポリマー濃度を測定したところ91重量%であった。滞留しているポリマー溶液10の温度は181℃であった。
(4)フラッシュドラム1の内部のぞき窓5から目視にて観察したところ、気相部壁での蒸発モノマー及び溶剤の凝縮、還流は見られず、滞留ポリマー溶液10の沸騰は観察されなかった。ギアポンプ14による抜き出しも安定して行うことができた。
【0041】
比較例1
上部ジャケット8のホットオイル温度を85℃とした以外は、実施例1と同じ条件で実験を行った。フラッシュ後のポリマー濃度は55重量%、滞留ポリマー溶液10の温度は89℃であった。フラッシュドラム1の内部をのぞき窓5より目視で観察したところ、滞留ポリマー溶液10の沸騰は起こっていなかったが、気相部に接している壁面で溶剤の凝縮、還流がおこっていることが確認された。同時に抜き出しポンプの吐出圧が乱れ、ギアポンプ14による抜き出しが安定しなくなり、以降のプロセスの運転状態が不安定になった。
【0042】
比較例2
下部ジャケット11のホットオイル温度を、100℃とした以外は、実施例1と同じ条件で実験を行った。フラッシュ後のポリマー濃度は59重量%、滞留ポリマー溶液10の温度は96℃であった。フラッシュドラム1の内部をのぞき窓5より目視にて観察したところ、気相部に接する壁面で溶剤の凝縮は起こらなかったものの、滞留ポリマー溶液10の沸騰が起こっていた。同時にギアポンプ14による抜き出し不良が発生した。
【0043】
比較例3
上部ジャケット8のホットオイル温度を170℃とした以外は実施例3と同じ条件で実験を行った。フラッシュ後のポリマー濃度は89重量%、滞留ポリマー溶液10の温度は178℃であった。フラッシュドラム1の内部をのぞき窓5より目視にて観察したところ、滞留ポリマー溶液10の沸騰は起こっていなかったが、気相部に接している壁面で溶剤の凝縮、還流がおこっていることが確認された。同時に抜き出しポンプの吐出圧が乱れ、ギアポンプ14による抜き出しが安定しなくなり、以降のプロセスの運転状態が不安定になった。
【0044】
【発明の効果】
本発明の方法を採用することにより、ポリマー溶液からフラッシュ濃縮するにあたり、従来抱えているフラッシュドラムの運転の問題点を克服し、簡便にフラッシュドラム内部のポリマー溶液濃度を均一に保ち、連続的に安定運転を可能にすることができ、ポリマー溶液から揮発成分を効率的に濃縮できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例で用いた濃縮装置の概略図
【符号の説明】
1.フラッシュドラム
2.熱交換器
3.フィードノズル
4.排気ライン
5.のぞき窓
6.上部ジャケット熱媒出口
7.上部ジャケット熱媒入口
8.上部ジャケット
9.液相部温度測定用温度計
10.滞留ポリマー溶液
11.下部ジャケット
12.下部ジャケット熱媒出口
13.下部ジャケット熱媒入口
14.抜き出しギアポンプ
15.サンプリング口
16.邪魔板(スカート)
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for concentrating and removing volatile components from a polymer solution.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, polymerization methods such as bulk polymerization, suspension polymerization, emulsion polymerization, and solution polymerization have been used to obtain polymers. In general, styrenic resins are produced by a bulk continuous polymerization method or a solution continuous polymerization method. In these methods, byproducts such as monomers or dimers and / or a solvent are contained at the end of the polymerization. In addition, in the case of batch-type solution polymerization, the polymer solution often contains a large amount of volatile substances such as monomers, dimers and other by-products and solvents. Therefore, in order to finally obtain the target polymer by these polymerization methods, there is a problem that the polymer solution must be further purified.
[0003]
And a method of separating and recovering or removing volatile substances from the polymer solution containing volatile components such as solvents and monomers, that is, as a devolatilization step, a method by steam stripping, a method by devolatilization extruder, A method of flash concentrating after preheating, a method of performing devolatilization by dividing flash concentration into two or three steps, a method of further devolatilizing with a devolatilizing extruder after flash concentration, and the like are used.
[0004]
Among these methods, steam stripping has a problem in that a large amount of steam is used and a drying step is required thereafter, which requires a running cost. The method of devolatilizing a polymer solution obtained by polymerization directly with a devolatilizing extruder requires devolatilizing a large amount of monomer and solvent, and therefore requires a large devolatilizing extruder. There is a problem that the apparatus becomes expensive.
In contrast, the devolatilization method using flash concentration and the method of devolatilizing with a devolatilization extruder after flash concentration often require low running costs and equipment costs, and the process is relatively simple. Adopted by various processes.
[0005]
However, the devolatilization method using flash concentration also has some problems and various technical improvements have been made. For example, at the time of flash concentration, the polymer solution after flashing increases in viscosity in the flash drum and foams. As a result, when devolatilization exceeds a certain level, it will not proceed or the polymer will be scattered and attached to the inner wall of the flash drum. In addition, even before flashing, when a sufficient amount of heat is applied to the polymer solution for flashing, there is a problem that if the heating time is prolonged, the polymer is thermally deteriorated.
[0006]
There have been several technical improvements to these issues. For example, regarding the inhibition of devolatilization accompanying the increase in the viscosity of the polymer solution after flashing, as shown in Japanese Patent Publication No. 45-31678, a heating element is installed in the flash drum, and the flashed polymer In some cases, as described in Japanese Patent Publication No. 47-28691, the flash is divided into two stages, and a blowing agent is added before the second stage flash to promote devolatilization.
[0007]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-56103 deals with thermal degradation of the polymer during preheating by using an instantaneous heater.
[0008]
As noted above, various technical improvements have been made to flash concentration. However, it is not yet satisfactory, and in particular, no attention has been paid to the temperature control of the wall surface of the flash drum in the flash concentration using a flash drum that is generally used.
[0009]
Conventionally, a flash drum is only provided with one jacket for adjusting the temperature of the wall surface. When performing flash concentration using a flash drum, a pump for extracting the flashed polymer is installed at the lower part of the flash drum. At that time, in order to prevent the intermittent operation of the pump, the flashed polymer is operated while being retained in an appropriate amount below the flash drum. If the extraction is not stable, stable operation is difficult in the subsequent processes. When operating such a flash drum, if the wall surface temperature of the flash drum is too low, the evaporated solvent will condense and reflux on the wall surface of the flash drum, reducing the concentration efficiency or making the extraction unstable due to concentration unevenness. Sometimes. In addition, when the wall surface temperature of the flash drum is too high, there is a problem that the polymer solution staying at the lower part of the flash drum boils and it becomes difficult to draw out, or the polymer deteriorates on the wall surface.
[0010]
If at least one of these occurs, the concentration of the polymer solution staying in the flash drum becomes non-uniform, and this may hinder the stable operation of the extraction pump. It was difficult. These phenomena are also observed during the start-up / shut-down operation and in the method of concentrating the solution polymerization using a large amount of a solvent and the continuous bulk / solution polymerization method of a styrene resin using a relatively small amount of the solvent. This is remarkable in the devolatilization operation containing several percent of the unreacted monomer or solvent as described in Japanese Patent Publication.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention overcomes the problems of the flash drum operation that is involved in flash concentration from the conventional polymer solution as described above, easily maintains a uniform polymer solution concentration inside the flash drum, and continuously An object of the present invention is to provide a method capable of efficiently concentrating volatile components from a polymer solution for the purpose of enabling stable operation.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, as a result of intensive studies on the control of the jacket, etc. to enable stable operation of the flash drum when the polymer solution is flash-concentrated, the jacket temperature of the gas phase portion is changed to a staying polymer solution in the liquid phase portion after flashing. It is introduced into a flash drum that is kept above the temperature and the jacket temperature in the liquid phase is kept below the temperature of the staying polymer solution after flushing, and then introduced into the polymer solution containing the volatile components after the amount of heat necessary for volatilization is introduced and flash concentrated. Thus, by removing the volatile component, it was found that condensation of the solvent, boiling of the staying polymer and thermal deterioration of the polymer on the wall surface can be prevented at the same time, and the present invention has been made.
[0013]
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
In the present invention, when a volatile component is flash-concentrated from a polymer solution containing a volatile component composed of a solvent, an unreacted monomer and / or a by-product, a heat amount necessary for volatilization of the volatile component of the polymer solution is given, The jacket temperature in the gas phase is kept higher than the temperature of the staying polymer solution in the liquid phase after the flash, and the jacket temperature in the liquid phase is kept lower than the temperature of the staying polymer solution after the flash, and concentrated by flash. And a method for concentrating the polymer solution to remove the volatile components.
[0014]
Further, in the flash concentration of the volatile component, at least two jackets each capable of independently controlling the temperature are provided, and the retained polymer solution in the liquid phase portion after flashing the jacket temperature in the gas phase portion with the jacket. This is a method for concentrating a polymer solution in which the volatile components are removed by introducing the flash drum into a flash drum which is kept higher than the temperature and the jacket temperature of the liquid phase part is kept lower than the temperature of the staying polymer solution after flashing.
[0015]
Preferably, the jacket temperature of the gas phase part of the flash drum is kept at 10 ° C. or more higher than the staying polymer solution temperature in the liquid phase part after flashing, and the jacket temperature of the liquid phase part is kept 5 ° C. or more lower than the staying polymer solution temperature after flashing. This is a method for concentrating a polymer solution, which is introduced into a held flash drum and concentrated by flash to remove the volatile components.
[0016]
The present invention is applicable to a polymer solution containing a polymer as a main component and containing a solvent, an unreacted monomer and / or a by-product volatile component. The flashing method is not particularly limited, and can be performed by a general method applied to a polymer solution. For example, a method of feeding a flash drum having a controlled pressure through a flash valve after applying a sufficient amount of heat to volatilize a volatile component, or JP-A-61-97302 and JP-A-61-228012. A method of feeding a polymer solution to a plate fin type heat exchanger or a vertical tube type heat exchanger directly connected to a flash drum as described in the publication, and preheating by foaming volatile matter while heating Can also be raised. Further, as described in JP-A-51-134781, there is a method of preheating by foaming in advance.
[0017]
First, the amount of heat sufficient for volatilization of the volatile component of the polymer solution varies depending on the monomer, solvent, polymer, etc. used, but the volatile component is targeted within a range that does not impair the original properties of the polymer such as decomposition and coloring. It is necessary to give the amount of heat to be evaporated. As an example, in the method of feeding to a flash drum whose pressure is controlled via a flash valve, for example, in the case of a polymer solution mainly composed of SBS (styrene-butadiene block copolymer) described later, it is sufficient to flash. It is necessary to provide a suitable temperature of 100 to 200 ° C, preferably 150 to 180 ° C. In the case of a polystyrene resin, it is necessary to give a temperature of 180 to 300 ° C, preferably 200 to 250 ° C.
[0018]
In the present invention, when the volatile component is removed by flash concentration, the jacket temperature of the gas phase portion of the flash drum is maintained higher than the staying polymer solution temperature of the liquid phase portion after the flash, and the jacket temperature of the liquid phase portion is set. It is necessary to keep the temperature below the staying polymer solution temperature after flushing. For example, when operating a flash drum that has only one jacket for temperature control of the wall surface, if the jacket temperature of the flash drum is too low, the evaporated solvent will escape from the flash drum wall surface. If the flash drum wall surface temperature is too high, the polymer solution staying at the bottom of the flash drum will boil, or the polymer will cause thermal degradation on the wall surface. Therefore, as described above, it is necessary to divide the flash drum into two parts and control the temperature respectively.
[0019]
Furthermore, the jacket temperature of the gas phase part of the flash drum is kept at 10 ° C. or more higher than the staying polymer solution temperature of the liquid phase part after flushing, and the jacket temperature of the liquid phase part is 5 ° C. higher than the staying polymer solution temperature after flushing. It is preferable to remove the volatile components by introducing into a flash drum kept at a low level and flash concentration. However, it is preferable to keep the jacket temperature of the liquid phase part at least 5 ° C. lower than the temperature of the staying polymer solution, but in order to prevent polymer adhesion on the wall surface of the flash drum, the temperature should be higher than the temperature at which the fluidity of the polymer solution can be secured. It is necessary to.
[0020]
The jacket temperatures of the gas phase portion and the liquid phase portion of the flash drum are at least two jackets that can be controlled independently of each other, and the temperature is controlled by the jackets. In particular, the temperature is controlled as described above with the jacket provided in the gas phase portion of the flash drum and the jacket provided in the liquid phase portion.
[0021]
The polymer solution to which the present invention can be applied performs (co) polymerization of a monomer or the like in a solvent, contains the polymer as a main component at the end of the polymerization, and contains a solvent, an unreacted monomer, and / or a by-product volatile component. Any polymer solution may be used. The type of (co) polymerization reaction includes radical polymerization, living anion polymerization, and coordination polymerization, but is not limited thereto. For example, polymers obtained by bulk polymerization, solution polymerization, etc. using organic solvents, aromatic vinyl hydrocarbons, vinyl compounds, conjugated dienes, rubbery polymers, polymerization initiators, chain transfer agents, stabilizers, etc. Applied to the solution.
[0022]
Examples of the organic solvent used in the present invention include aliphatic hydrocarbons such as butane, pentane, hexane, isopentane, heptane and isooctane, alicyclic hydrocarbons such as cyclopentane, methylcyclopentane, cyclohexane and methylcyclohexane, or benzene. Aromatic hydrocarbons such as toluene, ethylbenzene and xylene can be used, but this is not a limitation.
[0023]
Aromatic vinyl hydrocarbons include styrene, o-methylstyrene, p-methylstyrene, p-tert-butylstyrene, 2,4-dimethylstyrene, 2,5-dimethylstyrene, α-methylstyrene, vinylnaphthalene, vinyl There are anthracene and the like, but styrene is a particularly common one.
[0024]
Examples of vinyl compounds include, but are not limited to, acrylonitrile, methyl methacrylate or ethylene.
[0025]
Conjugated dienes include 1,3-butadiene, 2-methyl-1,3-butadiene (isoprene), 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, 1,3-pentadiene, 1,3-hexadiene, and the like. However, particularly common ones include 1,3-butadiene and isoprene.
[0026]
The rubbery polymer may be rubbery at room temperature. For example, polybutadiene rubber, styrene-butadiene copolymer rubber, block styrene-butadiene copolymer rubber, ethylene-propylene copolymer rubber, acrylic Examples thereof include rubber and butadiene-acrylonitrile copolymer rubber, and these are used alone or in combination of two or more.
[0027]
Polymerization can also be carried out by thermal polymerization without using a polymerization initiator. When a polymerization initiator is used, in the case of radical polymerization, methyl ethyl ketone peroxide, 1,1-bis (t-hexylperoxy) 3,3,5-trimethylcyclohexane, 1,1-bis (t -Hexylperoxy) cyclohexane, 1,1 bis (t-butylperoxy) cyclohexane, 1,1-bis (t-butylperoxy) cyclododecane, 2,2-bis (t-butylperoxy) butane, n-butyl 4,4-bis (t-butylperoxy) valerate, 2,2-bis (4,4-di-t-butylperoxycyclohexyl) propane, α, α′-bis (t-butyl) Peroxy) diisopropylbenzene, 2,5-dimethyl-2,5-bis (t-butylperoxy) hexane, 2,5-dimethyl-2,5-bis (t-butylper) Xyl) hexyne-3, tris (t-butylperoxy) triazine, α, α′-bis (neodecanoylperoxy) diisopropylbenzene, 2,5-dimethyl-2,5-bis (2-ethylhexanoylper) Oxy) hexane, 2,5-dimethyl-2,5-bis (m-toluylperoxy) hexane, 2,5-dimethyl-2,5-bis (benzoylperoxy) hexane, bis (t-butylperoxy) Isophthalate, bis (t-butylperoxy) hexahydroterephthalate, bis (t-butylperoxy) trimethyladipate, 2,5-dimethylhexane-2,5-dihydroperoxide, 1,6-bis ( t-butylperoxycarbonyloxy) hexane, diethylene glycol-bis (t-butylperoxycarbonate) 3,3 ′, 4,4′-tetra (t-butylperoxycarbonylbenzophenone, etc. are not limited to this. In the case of living anionic polymerization, normal butyl lithium, sec-butyl lithium, oligostil lithium, oligos Examples thereof include butadienyl lithium, 1,3-bis (1-licio-1,3-dimethylpentyl) benzene, tributyltin lithium, N-lithium dihexylamide, etc. In the case of coordination polymerization And so-called heterogeneous Zieglar-Natta catalysts, soluble Zieglar-Natta catalysts, transition metal compound catalysts (so-called metallocene catalysts, half-metallocene catalysts, CGCT catalysts, etc.) activated with methylaluminoxane, boron compounds, etc. is not.
[0028]
Examples of these typical polymer solutions to which the present invention can be applied include the following.
For example, the main component is SBS (styrene-butadiene block copolymer) by living anionic polymerization using cyclohexane as the organic solvent, styrene monomer as the aromatic vinyl hydrocarbon, butadiene as the conjugated diene, and normal butyl lithium as the polymerization initiator. Polymer solution.
[0029]
Alternatively, when bulk polymerization is performed using styrene as a monomer, ethylbenzene as a solvent, and benzoyl peroxide as a polymerization initiator in the presence or absence of polybutadiene as a rubbery polymer, HIPS (impact polystyrene) is obtained. A polymer solution containing the main component is obtained. For example, about 7 parts by weight of polybutadiene is dissolved in about 75 parts by weight of a styrene monomer and about 25 parts by weight of an ethylbenzene solvent, 0.01 part by weight of benzoyl peroxide is added as a polymerization initiator, and then bulk polymerization is performed. A polymer solution based on HIPS is obtained.
[0030]
Alternatively, when styrene is used as a monomer and bulk polymerization is performed with thermal polymerization or a polymerization initiator in the presence or absence of a solvent, a polymer solution containing polystyrene as a main component is obtained. A polymer solution containing HIPS as the main component can be obtained by thermal polymerization or bulk polymerization with a polymerization initiator in the presence of polybutadiene as a rubbery polymer, styrene as a monomer, and in the presence or absence of a solvent. It is done. For example, about 7 parts by weight of polybutadiene is dissolved in about 75 parts by weight of styrene monomer and about 25 parts by weight of ethylbenzene solvent, and 0.01 part by weight of benzoyl peroxide is added as a polymerization initiator. When bulk polymerization is performed within the range, a polymer solution containing HIPS as a main component can be obtained.
[0031]
Alternatively, a polymer solution containing AS (acrylonitrile-styrene copolymer) as a main component is obtained by performing thermal polymerization using styrene and acrylonitrile as monomers and ethylbenzene as a solvent. For example, about 60 parts by weight of styrene and about 20 parts by weight of acrylonitrile as monomers, and about 20 parts by weight of ethylbenzene as a solvent are charged into a batch polymerization can and subjected to thermal polymerization, so that acrylonitrile-styrene copolymer is a main component. A polymer solution was obtained.
[0032]
The present invention is not limited to the polymer solution described above, but can be applied to any polymer solution containing a solvent, an unreacted monomer and / or a by-product volatile component.
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The flash concentration method of the polymer solution of the present invention will be described. However, the present invention is not limited to the following apparatus and flash concentration method.
First, the apparatus of the present invention will be described with reference to FIG.
[0034]
(1) Flash drum shape
The flash drum 1 is generally called a flash tank, and it is preferable that the upper portion of the flash drum 1 is cylindrical and the lower portion is cone-shaped. The tip of the feed nozzle 3 for introducing the polymer solution into the flash drum must have a pressure loss in order to maintain a sufficient pressure to prevent the solvent from boiling in the pipe, and has a pore-like structure. However, the number and shape of the holes are not limited. An automatic control valve that can control an arbitrary differential pressure may be used instead of the feed nozzle. The flash drum 1 must also have a line 4 for exhausting the evaporated solvent. There must be at least one exhaust line 4 and two or more exhaust lines are desirable.
Furthermore, in order to prevent entrainment of polymer droplets in the exhaust line 4, it is preferable to attach a baffle plate (skirt) 16 around the polymer solution introduction part. As shown in FIG. 1, the baffle plate is preferably attached in close contact with the ceiling of the flash drum 1 and has a cylindrical shape. The internal area formed by the horizontal cross section of the baffle plate 16 is preferably in the range of 5-60% of the internal area formed by the horizontal cross section of the cylindrical portion of the flash drum 1, more preferably 10-50%, and more preferably 15-40%. Is most preferred. If it is less than 5%, the flashed polymer solution adheres to the inside of the baffle plate 16, and if it exceeds 80%, the effect of preventing entrainment of droplets is small. The length of the baffle plate 16 is preferably 10 to 100% of the length of the cylindrical portion of the flash drum 1, more preferably 20 to 90%, and most preferably 30 to 80%. If it is less than 10%, the effect of reducing entrainment is small, and if it exceeds 100%, the liquid level of the polymer solution staying inside the flash drum 1 comes into contact when the polymer discharge is temporarily stopped due to a malfunction of the gear pump 14. The effect of preventing entrainment of splashes does not increase.
Furthermore, a device for extracting the staying polymer must be installed in the lower part, and a gear pump 14 is generally used, but this is not restrictive. Further, before the polymer solution is introduced into the flash drum 1, it is necessary to give a sufficient amount of heat to flash in the flash drum 1, and the polymer solution is heated to a sufficient temperature. The heating method is generally a method of heating through the heat exchanger 2.
[0035]
(2) Jacket shape
The jackets 8 and 11 are provided to heat, insulate or cool the wall surface of the flash drum 1, maintain the jacket temperature of the gas phase portion higher than the staying polymer solution temperature of the liquid phase portion after the flash, and The jacket temperature is controlled so as to be kept lower than the temperature of the staying polymer solution after flushing, and it is preferable that at least two or more jackets are installed vertically. One has a structure in which the temperature of the wall surface in contact with the staying polymer solution 10 can be controlled, and the other has a structure in which the polymer solution is not staying and the temperature of the wall surface in contact with the gas phase part can be controlled. ing. The effect can be obtained with two upper and lower jackets, but more jackets may be installed. Although a small amount of the concentrated polymer solution stays in the flash drum, it is desirable that the interface of the liquid phase part is lower than the upper end of the jacket of the liquid phase part. If the liquid phase interface is below the upper end of the jacket of the liquid phase part, a part of the gas phase part has a jacket lower than the staying polymer solution temperature. If the temperature is higher than the staying polymer solution temperature, there is no problem.
[0036]
(3) Jacket temperature control
The temperature of the jacket is set so that the surface temperature of the upper jacket 8, that is, the wall surface contacting the gas phase portion, is higher than the boiling point of the solvent in the polymer solution. Preferably, the temperature is controlled to be 10 ° C. or more higher than the staying polymer solution temperature after flushing. The jacket temperature is controlled so that the surface temperature of the lower jacket 11, that is, the wall surface contacting the staying polymer solution 10 is lower than the staying polymer solution temperature, preferably 5 ° C. or more. Examples of the heat medium or refrigerant used for controlling the temperature of the jacket include hot oil, steam, heated water, water, air, and chiller water.
[0037]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, the present invention is not limited by the following examples.
[0038]
Example 1
(1) This experiment was performed using the apparatus shown in FIG. A 30% by weight solution of a block copolymer of styrene-butadiene obtained by performing living anionic polymerization using normal butyl lithium as a catalyst and cyclohexane as a solvent was added with water corresponding to 10 times the number of moles of the added catalyst to form active terminals. Then, carbon dioxide gas was absorbed to neutralize the catalyst residue, and a stabilizer was added to perform initial treatment. By passing this solution through the heat exchanger 2, the temperature is heated from 70 ° C. to 180 ° C., and 200 L / hr is applied to the 500 L flash drum 1 continuously maintained at 0.1 MPa while maintaining the inside of the pipe at 1.0 MPa. Introduced in.
(2) The flash drum 1 is provided with an exhaust line 4 and a vacuum pump is installed at the exhaust line 4, and the internal pressure is maintained at 0.1 MPa. Two jackets 8 and 11 are installed so that the temperature of the wall surface contacting each of the gas phase portion and the liquid phase portion where the polymer solution stays can be controlled. The upper jacket 8 (having the heating medium outlet 6 and the heating medium inlet 7) has a hot oil temperature of 115 ° C., and the lower jacket 11 (having the heating medium outlet 12 and the heating medium inlet 13) has a hot oil temperature of 80 ° C. Controlled, approximately 50 L of the polymer solution was retained in the lower part of the flash drum 1, and was extracted by the gear pump 14 so that the amount of the retained polymer solution 10 was kept constant.
(3) The flashed polymer solution was extracted from the sample outlet 15 and the polymer concentration was measured, and it was 58% by weight. The temperature of the polymer solution 10 staying was 90 ° C. The temperature was measured with a thermometer 9 for measuring the liquid phase temperature.
(4) When the internal state of the flash drum 1 was visually observed from the observation window 5, condensation and reflux of the evaporated solvent on the vapor phase tank wall were not observed, and boiling of the staying polymer solution 10 was not observed. . The extraction by the gear pump 14 could be performed stably.
[0039]
Example 2
The experiment was performed under the same conditions as in Example 1 except that the hot oil temperature of the upper jacket 8 was 95 ° C. The polymer concentration after flashing was 58% by weight, and the temperature of the staying polymer solution 10 was 90 ° C. When the inside of the flash drum 1 was visually observed from the observation window 5, the staying polymer solution 10 did not boil. Condensation and reflux of the solvent were hardly observed on the wall surface in contact with the gas phase portion, and it was possible to carry out stably without affecting the extraction by the extraction gear pump 14.
[0040]
Example 3
(1) A mixed liquid in which 90 parts by weight of a styrene monomer, 10 parts by weight of ethylbenzene and 0.01 part by weight of 1,1-bis (t-hexylperoxy) 3,3,5-trimethylcyclohexane are mixed is used as a raw material. Continuous solution polymerization of styrene was carried out by continuously supplying two continuous mixing tanks connected in series so that the internal liquid temperatures were 130 ° C. and 150 ° C., respectively, at a rate of 72 kg / hr. The polymer concentration at the outlet of the complete mixing tank group was 70% by weight.
(2) This polymerization solution was continuously supplied to the flash concentrator having the configuration of Example 1. The supplied polymer solution is heated to a temperature of 220 ° C. in the heat exchanger 2 and the internal pressure is continuously maintained at 67 KPa while maintaining the inside of the pipe at 5 MPa. The hot oil temperature of the upper jacket is 200 ° C. The temperature was supplied to the flash drum 1 controlled at 170 ° C. About 50 L of the polymer solution after flashing was retained in the flash drum 1 and continuously extracted with a gear pump 14 and supplied to a twin-screw devolatilizing extruder to obtain pellets.
(3) The flashed polymer solution 10 was sampled from the outlet 15 and the polymer concentration was measured to be 91% by weight. The temperature of the polymer solution 10 staying was 181 ° C.
(4) When visually observed from the observation window 5 inside the flash drum 1, condensation and reflux of the evaporated monomer and solvent on the gas phase wall were not observed, and boiling of the staying polymer solution 10 was not observed. The extraction by the gear pump 14 could be performed stably.
[0041]
Comparative Example 1
The experiment was performed under the same conditions as in Example 1 except that the hot oil temperature of the upper jacket 8 was 85 ° C. The polymer concentration after flashing was 55% by weight, and the temperature of the staying polymer solution 10 was 89 ° C. When the inside of the flash drum 1 was visually observed from the observation window 5, it was confirmed that although the staying polymer solution 10 did not boil, condensation and reflux of the solvent occurred on the wall surface in contact with the gas phase portion. It was done. At the same time, the discharge pressure of the extraction pump was disturbed, the extraction by the gear pump 14 became unstable, and the operation state of the subsequent processes became unstable.
[0042]
Comparative Example 2
The experiment was performed under the same conditions as in Example 1 except that the hot oil temperature of the lower jacket 11 was set to 100 ° C. The polymer concentration after flashing was 59% by weight, and the temperature of the staying polymer solution 10 was 96 ° C. When the inside of the flash drum 1 was visually observed from the observation window 5, the condensation of the solvent did not occur on the wall surface in contact with the gas phase portion, but the staying polymer solution 10 had boiled. At the same time, an extraction failure by the gear pump 14 occurred.
[0043]
Comparative Example 3
The experiment was performed under the same conditions as in Example 3 except that the hot oil temperature of the upper jacket 8 was set to 170 ° C. The polymer concentration after flashing was 89% by weight, and the temperature of the staying polymer solution 10 was 178 ° C. When the inside of the flash drum 1 was visually observed from the inspection window 5, the boiling of the staying polymer solution 10 did not occur, but the condensation and reflux of the solvent occurred on the wall surface in contact with the gas phase portion. confirmed. At the same time, the discharge pressure of the extraction pump was disturbed, the extraction by the gear pump 14 became unstable, and the operation state of the subsequent processes became unstable.
[0044]
【The invention's effect】
By adopting the method of the present invention, in concentrating the flash from the polymer solution, the problems of the operation of the conventional flash drum are overcome, and the concentration of the polymer solution inside the flash drum is easily kept uniform, continuously. Stable operation can be achieved, and volatile components can be efficiently concentrated from the polymer solution.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of a concentration apparatus used in an example of the present invention.
[Explanation of symbols]
1. Flash drum
2. Heat exchanger
3. Feed nozzle
4). Exhaust line
5. Peep window
6). Upper jacket heating medium outlet
7). Upper jacket heating medium inlet
8). Upper jacket
9. Thermometer for measuring liquid phase temperature
10. Residual polymer solution
11. Lower jacket
12 Lower jacket heating medium outlet
13. Lower jacket heating medium inlet
14 Extraction gear pump
15. Sampling port
16. Baffle board (skirt)

Claims (8)

溶剤、未反応モノマー及び/又は副生成物からなる揮発成分を含有するポリマー溶液から揮発成分をフラッシュ濃縮するにあたり、該ポリマー溶液に揮発成分の揮発に必要な熱量を与えた後、該ポリマー溶液のフラッシュドラムへの導入部の周囲に円筒形の邪魔板と、各々独立に温度制御が可能な少なくとも二つ以上のジャケットとを取り付けたフラッシュドラムであって、該ジャケットで気相部のジャケット温度をフラッシュ後の液相部の滞留ポリマー溶液温度より高く保持し、同時に液相部のジャケット温度をフラッシュ後の滞留ポリマー溶液温度より低く保持したフラッシュドラムに導入しフラッシュ濃縮して該揮発成分を除去することを特徴とするポリマー溶液の濃縮方法。In flash concentration of a volatile component from a polymer solution containing a volatile component composed of a solvent, an unreacted monomer and / or a by-product, a heat amount necessary for volatilization of the volatile component is given to the polymer solution, A flash drum in which a cylindrical baffle plate and at least two jackets each capable of independently controlling temperature are attached around the introduction portion to the flash drum , and the jacket temperature of the gas phase portion is controlled by the jacket. The temperature is maintained higher than the temperature of the staying polymer solution in the liquid phase portion after flushing, and at the same time , the jacket temperature of the liquid phase portion is introduced into a flash drum kept lower than the temperature of the staying polymer solution after flashing and flash concentration is performed to remove the volatile components. A method for concentrating a polymer solution. 前記の円筒形の邪魔板が、その水平断面により形成される内部面積がフラッシュドラムの円筒部の水平断面により形成される内部面積の5〜60%であって、長さがフラッシュドラム円筒部の長さの10〜100%であることを特徴とする請求項1記載のポリマー溶液の濃縮方法。The cylindrical baffle plate has an internal area formed by a horizontal cross section of 5-60% of an internal area formed by a horizontal cross section of the cylindrical portion of the flash drum, and the length of the cylindrical baffle plate is The method for concentrating a polymer solution according to claim 1, wherein the concentration is 10 to 100% of the length. フラッシュドラムの気相部のジャケット温度をフラッシュ後の液相部の滞留ポリマー溶液温度より10℃以上高く保持し、同時に液相部のジャケット温度をフラッシュ後の滞留ポリマー溶液温度より5℃以上低く保持したフラッシュドラムに導入しフラッシュ濃縮して該揮発成分を除去することを特徴とする請求項1又は2記載のポリマー溶液の濃縮方法。Flash drum jacket temperature in the vapor phase liquid phase portion of the retention polymer solution temperature increased and held 10 ° C. or higher than after flash, simultaneously held liquid phase portion of the jacket temperature after flash dwell polymer solution temperature from 5 ° C. or more lower 3. The method for concentrating a polymer solution according to claim 1 or 2, wherein the volatile component is removed by introduction into a flash drum prepared and flash concentration. ポリマー濃度が20〜40重量%のポリマー溶液を50〜90重量%まで濃縮することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載のポリマー溶液の濃縮方法。  The method for concentrating a polymer solution according to any one of claims 1 to 3, wherein a polymer solution having a polymer concentration of 20 to 40% by weight is concentrated to 50 to 90% by weight. 溶剤として炭化水素を用いた芳香族ビニル−共役ジエン系共重合体又はその水添物であるポリマー溶液から該揮発成分を除去することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載のポリマー溶液の濃縮方法。  5. The volatile component is removed from a polymer solution that is an aromatic vinyl-conjugated diene copolymer using a hydrocarbon as a solvent or a hydrogenated product thereof. 6. Method for concentrating polymer solution. 芳香族ビニル−共役ジエン系共重合体がスチレン−ブタジエンブロック共重合体であることを特徴とする請求項5記載のポリマー溶液の濃縮方法。  6. The method for concentrating a polymer solution according to claim 5, wherein the aromatic vinyl-conjugated diene copolymer is a styrene-butadiene block copolymer. 請求項1〜6のいずれか一項記載のポリマー溶液濃縮方法に使用するポリマー溶液の濃縮装置であって、ポリマー溶液のフラッシュドラムへの導入部の周囲に円筒形の邪魔板と、各々独立に温度制御が可能な少なくとも二つ以上のジャケットであって、気相部と液相部の個別に温度制御できるジャケットを取り付けたフラッシュドラムであって、前記邪魔板が、その水平断面により形成される内部面積がフラッシュドラムの円筒部の水平断面により形成される内部面積の5〜60%であって、長さがフラッシュドラム円筒部の長さの10〜100%であることを特徴とするポリマー溶液の濃縮装置。A polymer solution concentrating device for use in the polymer solution concentrating method according to any one of claims 1 to 6, comprising a cylindrical baffle plate around the introduction portion of the polymer solution into the flash drum, each independently. A flash drum having at least two jackets capable of temperature control, each having a jacket capable of individually controlling a temperature of a gas phase portion and a liquid phase portion, wherein the baffle plate is formed by a horizontal section thereof A polymer solution characterized in that the internal area is 5 to 60% of the internal area formed by the horizontal section of the cylindrical part of the flash drum, and the length is 10 to 100% of the length of the cylindrical part of the flash drum Concentration device. フラッシュドラムが上部は円筒形であり、下部はコーン型であることを特徴とする請求項7記載のポリマー溶液の濃縮装置。  8. The apparatus for concentrating a polymer solution according to claim 7, wherein the flash drum has a cylindrical shape at the top and a cone at the bottom.
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