JP4403299B2 - 気体、液体、固体混合物の攪拌方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、気体、液体、固体混合物の撹拌方法に関する。さらに詳しくは、ポリオレフィン重合時の撹拌方法に関する。
【０００２】
【発明の技術的背景】
重合体、たとえばポリプロピレン等のポリオレフィンを溶液重合やスラリー重合する場合は、重合攪拌槽内に充満させた重合溶媒中に、触媒とオレフィンガスを供給してオレフィンを重合し、ポリオレフィン粒子を生成させる。
この場合、重合攪拌槽内は、重合溶媒、重合モノマー、重合体粒子の液体、気体および固体の三者が共存する状態にある。これら三者は、密度が大きく異なるため、そのままでは直ちに分離してしまう。
【０００３】
ところで、ポリオレフィンの重合を効率的に行なうには、重合モノマーが触媒を含有している重合体粒子に頻繁に接触する必要がある。また、重合により重合熱が発生し、系内の温度が上昇するため、重合攪拌槽は外部を冷却して系内を冷却する必要がある。この際、攪拌槽内部の溶媒を撹拌して境膜伝熱係数を上げる必要がある。
【０００４】
以上の理由で、ポリオレフィンのスラリー重合装置等の溶媒を使用する重合体製造装置においては、撹拌機が設けられている。これまで重合体製造装置用には各種の撹拌装置が提案されてきたが、従来提案されている撹拌装置では、重合攪拌槽の全域に渡って必ずしも均一に撹拌できるものはなかった。
攪拌翼として、回転軸に対し線対称に設けられた多数の縦長の矩形スリットが形成された１枚の矩形平板からなる撹拌翼は、たとえば、特開平６−３１２１２２号公報、特開平８−２５２４４４号公報、特開平８−２５２４４５号公報、特開平９−１０８５５７号公報、あるいは特開平１１−２６７４８４号公報に記載されている。
【０００５】
しかしながら、これらの公報には、上記攪拌翼が５００〜２０００ｃＰといった比較的粘度の高い溶液の攪拌に好ましいことは記載されているが、５０ｃＰ以下の低粘度の気体、液体、固体混合物を攪拌するのに、どのように効果があるのかは記載されていない。
本発明者らが検討した結果、上記公報に提案されている攪拌装置で低粘度の気体、液体、固体混合物を攪拌した場合、液体の飛散がひどく、攪拌装置が重合装置の場合は、ガス供給ラインの詰まりを発生する等の問題があることが判明した。
【０００６】
また、撹拌翼として回転軸に対し線対称に設けられた多数の縦長の矩形スリットが形成された１枚の矩形平板からなる撹拌翼を用いて気体、液体、固体混合物を攪拌した場合、ガスの供給量を多くすると撹拌槽全体が振動するという問題があることも分かった。
本発明者らが鋭意検討した結果、特定の形状の撹拌翼を用い、かつ、特定形状の邪魔板を用い、好ましくは特定の気体噴出しノズルを用いることにより、上記の問題を解決しうることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
【発明の目的】
本発明は、上記のような従来技術に伴う問題を解決しようとするものであって、気体、液体、固体混合物を攪拌槽の全域に渡って均一に撹拌・混合しうる装置を用いた撹拌方法を提供することを目的としている。
【０００８】
本発明の更に他の目的は、撹拌による飛沫等の発生の少ない撹拌方法を提供することにある。本発明の更に他の目的は、撹拌による撹拌槽の振動の少ない撹拌装置を用いた撹拌方法を提供することにある。
【０００９】
【発明の概要】
本発明に係る気体、液体、固体混合物の撹拌方法は、
ポリオレフィン重合時の気体、液体、固体混合物を攪拌槽内で攪拌する方法であって、
回転軸に取り付けられ、前記回転軸に対し線対称に設けられた多数の縦長の矩形スリットが形成された１枚の矩形平板からなる撹拌翼と、前記攪拌槽内壁の近辺に設けられた複数の略パイプ状もしくは略円柱状からなる邪魔板と、を有する攪拌槽を準備し、
前記攪拌槽内に、所定の気体、重合溶媒である液体として液化プロピレン、固体を投入し、
さらに前記攪拌翼を回転させるとともに、前記攪拌槽の邪魔板に設けられたノズルから撹拌翼の回転方向でかつ撹拌槽内壁の接線方向に対して０〜４５°の方向に気体を噴出させることで、前記攪拌槽内の気体、重合溶媒である液化プロピレン、固体混合物を攪拌し、
前記攪拌槽内で攪拌された気体、重合溶媒である液化プロピレン、固体混合物は、気体が１〜３５容量％、固体が１〜８０重量％で平均粒径が２０〜４，０００μｍ、重合溶媒である液化プロピレンが２０〜９９重量％の組成であり、粘度が０．０５〜５０ｃＰの範囲内であることを特徴としている。
【００１４】
気体は、エチレン、プロピレン、ｎ−ブテンおよび水素から選ばれる少なくとも１種の気体であることが好ましい。固体は、触媒、ポリエチレン、エチレン・プロピレン共重合体およびポリプロピレンの粒子から選ばれる１種または２種以上の粒子であることが好ましい。
また、攪拌翼の幅方向の長さｄと攪拌槽Ｄの関係は、ｄ／Ｄ＝０．１〜０．７５の範囲内であることが好ましい。
【００１５】
【発明の具体的説明】
以下、本発明に係る気体、液体、固体混合物の撹拌方法について具体的に説明する。まず、本発明に用いられる気体、液体、固体混合物の撹拌装置を図１に基づいて説明する。
【００１６】
図１は、本発明に用いられる撹拌装置の一例を示した斜視図である。図１において、符号１は円筒状の攪拌槽を示す。その中心部には垂直方向に回転軸２が設けられている。回転軸２は、図示していないモーターから、プーリーまたは歯車等の動力伝達手段を通して回転可能にされている。回転軸２には、回転軸２に対し線対称に穿設された多数の縦長の矩形貫通孔（スリット）３が形成された１枚の矩形平板４からなる撹拌翼５が形成されている。攪拌翼５は、攪拌すべき液体全体を攪拌しうる縦方向の長さを有している。撹拌翼５の縦方向の長さは、撹拌翼５上部と自由液面との距離が撹拌翼５の幅方向の長さ（ｄ）と攪拌槽１の直径（Ｄ）に対して、ｄ／Ｄ＝０．１〜０．７５、好ましくは０．２５〜０．４の範囲とすることが好ましい。
【００１７】
攪拌翼５の回転範囲外で、かつ、攪拌槽１内壁の近辺には複数の略パイプ状もしくは略円柱状からなる邪魔板６が設けられている。邪魔板６は、円周方向にお互いに等間隔に設けられるべきで、好ましくは２本の邪魔板６がお互いに１８０度離れた位置に、あるいは、４本がお互い９０度離れた位置に設けることが好ましい。略パイプ状もしくは略円柱状の邪魔板６は、好ましくは中空状であり、そのいくつかの邪魔板６は、好ましくは内部を気体、好ましくは重合用モノマーが流動しうる構造となっている。
【００１８】
撹拌槽１内壁あるいは邪魔板６には撹拌翼５の回転方向で縦長の液面上部から半分以内に撹拌槽１内壁の接線方向に対して０〜４５°、好ましくは法線方向に気体を噴出するためのノズル（図示せず）が設けられている。ノズルは、邪魔板６の深さ方向に等間隔で数個設けられていることが好ましい。本発明に用いられる攪拌装置は、主として上記した構造からなっているが、液体供給口、液体または固体抜出口、ガス供給口、ガス抜出口、触媒供給口等が設けられていてもよい。
【００１９】
また、攪拌槽１は、水、その他の液体等で加熱、除熱等温度調節ができるようになっていてもよい。本発明に用いられる攪拌装置は、以上の構造からなっている。本発明に用いられる攪拌装置は、特に溶媒中でモノマーを重合する重合プロセスで用いられる重合攪拌槽に好ましく用いられる。
【００２０】
次に、本発明の気体、液体、固体混合物の攪拌方法について説明する。本発明の攪拌方法は、前記した、本発明に用いられる気体、液体、固体混合物の撹拌装置を用いて、気体、液体、固体混合物を攪拌する方法である。本発明でいう気体とは、常温、低温あるいは高温下、常圧あるいは加圧下で気体状態のあらゆる気体を対象とする。たとえば、水素、窒素、アルゴン、ヘリウム等の無機ガス、あるいは重合モノマー等を挙げることができる。
【００２１】
本発明でいう液体とは、常温、低温あるいは高温下、常圧あるいは加圧下で液体状態のあらゆる液体を対象とする。たとえば、水、低分子量炭化水素、およびそれらの官能基含有誘導体等を挙げることができる。
本発明でいう固体とは、無機の固体であっても、有機の固体であってもよい。この固体は、粒径が１〜１００００μｍの粒子、好ましくは１〜６０００μｍの粒子であることが望ましい。
【００２２】
本発明の攪拌方法は、特に溶媒中でモノマーを重合する重合方法に好ましく採用することができる。
本発明でいう重合体とは、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン・プロピレン共重合体、あるいはポリ１−ブテンのようなポリα- オレフィン、ポリ塩化ビニル等のポリハロゲン化ビニル重合体などを挙げることができる。これらのうちでは、ポリエチレン、エチレン・プロピレン共重合体またはポリプロピレンのようなポリα- オレフィンの重合に好ましく用いることができる。
【００２３】
本発明でいう重合モノマーとは、たとえば、エチレン、プロピレン、１−ブテン、１−ヘキセン、１−オクテン等のα- オレフィン、塩化ビニルなどをいう。これらのうちでは、エチレン、プロピレン、１−ブテンが好ましく用いられる。また、これらのモノマーの組み合わせ、すなわちエチレンとプロピレン、エチレンと１−ブテン、プロピレンと１−ブテン、エチレンとプロピレンと１−ブテンも好ましく用いられる。
【００２４】
本発明で使用する液体は重合溶媒であることが好ましい。重合溶媒としては、具体的には、プロピレンが好ましく用いられる。
【００２５】
特にポリプロピレンの重合時には、重合容器内の気体、液体、固体混合物は、水素ガスが１〜３５容量％、好ましくは５〜３０容量％、特に好ましくは１０〜２５容量％、固体が１〜８０重量％、好ましくは５〜６０重量％、特に好ましくは２０〜５０重量％で、その重合粒子の平均粒径が２０〜４，０００μｍ、好ましくは５０〜３，０００μｍ、特に好ましくは１００〜２，０００μｍ、液体が２０〜９９重量％、好ましくは４０〜９５重量％、特に好ましくは５０〜８０重量％の範囲である。
【００２６】
本発明の攪拌方法における気体、液体、固体混合物の粘度は、好ましくは０．０５〜５ｃＰ、特に好ましくは０．５〜２．５ｃＰの範囲であり、このような低粘度の液体において好結果が得られる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、攪拌槽中の攪拌が満遍なく行なえ、系内の液体中の粒子の分散状態および気体の分散状態を均一にすることができる。すなわち、気体、液体、固体混合物を撹拌槽の全域に渡って均一に撹拌・混合しうる撹拌方法を提供することができる。また、境膜伝熱係数が、従来の気体、液体、固体混合物の撹拌方法、撹拌装置に比べて、より大きくなる。また、従来提案されていた撹拌装置に発生していた撹拌槽の振動が殆どなくなる。
【００２８】
本発明に係る気体、液体、固体混合物の攪拌方法は、水素とガス状モノマーを溶媒中に吹き込む方法により水素により重合体の分子量を制御し、重合体を製造する方法、特にポリオレフィンの重合方法に好ましく用いることができる。
【００２９】
本発明の攪拌方法をポリオレフィンの製造に用いた場合、触媒の活性が向上し、触媒当たりのポリオレフィンの収率が増加するという利点がある。また、得られる重合体粒子の粒径が均一で、微粉、大粒径の粒子が少なく取り扱いやすいという利点がある。
【００３０】
【実施例】
以下に、本発明を実施例により説明するが、本発明は、これら実施例により何ら限定されるものではない。
【００３１】
【実施例１】
図１に示す形状の攪拌装置を用いた。すなわち、攪拌槽１は、内径６００ｍｍ、中心には撹拌軸（回転軸）２が設けられ、撹拌軸２には左右に１６０ｍｍ、翼径（ｄ）／槽径（D）＝０．５３の平板状攪拌翼５が取り付けられており、攪拌翼５には縦（深さ方向）２００ｍｍ、横１０ｍｍのスリット３が左右対称に横に２個、縦に３個、計１２個設けられている。攪拌槽１の内壁には、円周方向９０°の等間隔に直径１９ｍｍの４本の中空パイプからなる邪魔板６が垂直に設けられている。そのうちの左右対称に位置する２本の中空パイプには、攪拌槽１の内壁の接線方向にガスを噴出できるような方向に向けたノズル（図示せず）が設けられている。
【００３２】
液体として、水を攪拌槽１に２９１リットル充填し、気体として、空気を上記ノズルから空塔速度２．４ｃｍ／秒の割合で連続的に噴出させた。さらに固相として、粒子径が３５０〜５００μｍであり、密度が２３００ｋｇ／ｍ³ であるガラスビーズを５０重量％を充填した。
次いで、撹拌翼５を、Ｐｖ（撹拌強さ）２．５ｋｗ／ｍ³、撹拌速度２１０ｒｐｍの条件で回転させた。この状態でのガラスビーズの下部５８ｍｍ、中間４０６ｍｍ、上部７９４ｍｍでのガラスビーズの濃度分布を測定した。その結果、下部、中間部および上部でのガラスビーズの濃度は、それぞれ５０重量％、５２重量％、５４重量％であった。
【００３３】
また、上記攪拌時に、液飛散は発生しなかった。
【００３４】
【比較例１】
実施例１において、撹拌翼として図２に示す形状の後退翼１段とタービン３段の攪拌翼を用い、邪魔板としてフィンガーバッフルを用いた撹拌装置で、攪拌速度を２６０ｒｐｍとした以外は、実施例１と同様に行なった。
その結果、ガラスビーズの下部、中間部および上部でのガラスビーズの濃度は、それぞれ６５重量％、４９重量％、４重量％であった。
【００３５】
【実施例２】
図１に示す形状の撹拌装置と同じでスケールのみ違うポリプロピレン重合攪拌槽１を用意した。この重合攪拌槽１は、直径が２ｍ、容量が１６．２ｍ³ であり、その重合攪拌槽１の中心には撹拌軸（回転軸）２が設けられ、撹拌軸２には左右に５３０ｍｍ、上下高さ３０００ｍｍの平板状攪拌翼５が取り付けられており、攪拌翼５には縦（深さ方向）８００ｍｍ、横２０ｍｍのスリット３が左右対称に横に２個、縦に３個、計１２個設けられている。
【００３６】
重合攪拌槽１内壁から２５０ｍｍ離れた位置に円周方向９０°の等間隔に直径７．６２ｃｍの４本の中空パイプからなる邪魔板６が垂直に設けられている。そのうちの左右対称になっている２本の中空パイプには、等間隔で下から９００ｍｍの位置に、攪拌槽１内壁の接線方向にガスを噴出できるような方向に向けた長さ２５０ｍｍのノズルが設けられている。
【００３７】
溶媒として液化プロピレンを重合攪拌槽１に１０ｍ³ 充填した。液化プロピレンは６トン／ｈｒの割合で重合攪拌槽１に供給し、ポリプロピレンを含んだスラリーを４トン／ｈｒの割合で抜き出すようにした。
水素濃度が３０容量％のプロピレンガスを、上記ノズルから空塔速度４ｃｍ／秒の割合で連続的に噴出させた。重合攪拌槽１はシールされ、その上部は窒素ガスと水素ガスで充満されている。重合攪拌槽１に設けられた他の１つのノズルから触媒を３５０ｇ／ｈｒの割合で供給した。滞留時間は４０分とした。この状態において、ポリプロピレンは２トン／ｈｒの割合で製造された。
【００３８】
この状態において、重合攪拌槽１中の液状プロピレンの割合は６５重量％、水素ガスが２重量％、およびポリプロピレン粒子が３３重量％の割合で存在していた。この気体―液体―固体混合液全体の粘度は０．７ｃＰであった。
撹拌翼５は１２４ｒｐｍで回転させた。
上記重合では、攪拌による溶媒液の飛散は発生しなかった。また、冷却水の温度上昇から求めた伝熱境膜係数は、１３６０ｋＪ／ｍ²・ｈｒ・℃であった。
【００３９】
また、この実施例２において、上記撹拌翼５を従来の撹拌翼（図２に示す撹拌翼）に代えた以外は、実施例１と同様に撹拌を行なった。その結果、この重合では、攪拌による溶媒液の飛散が発生した。また、冷却水の温度上昇から求めた伝熱境膜係数は、９２０ｋＪ／ｍ²・ｈｒ・℃であった。重合槽内の撹拌状況の観察は難しいが、この実施例２では、
従来の撹拌翼に比べ、同一滞留時間の触媒当たりの重合量が約３０％上昇したことと、５〜１０％少ない水素濃度により同一の分子量が得られたこと、および総括伝熱境膜係数が１３６０ｋＪ／ｍ²・ｈｒ・℃であり、従来翼の９２０ｋＪ／ｍ²・ｈｒ・℃に対して大きいことから、従来よりも均一に固体粒子と気体が撹拌されていることを示している。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の攪拌方法に用いられる撹拌装置および実施例１で使用した撹拌装置の概要斜視図である。
【図２】図２は、比較例１で使用した撹拌装置の概略斜視図である。
【符号の説明】
１・・・・（重合）撹拌槽
２・・・・回転軸（撹拌軸）
３・・・・矩形貫通孔（スリット）
４・・・・矩形平板
５・・・・撹拌翼
６・・・・邪魔板（バッフル）

Claims (4)

1. ポリオレフィン重合時の気体、液体、固体混合物を攪拌槽内で攪拌する方法であって、
   回転軸に取り付けられ、前記回転軸に対し線対称に設けられた多数の縦長の矩形スリットが形成された１枚の矩形平板からなる撹拌翼と、前記攪拌槽内壁の近辺に設けられた複数の略パイプ状もしくは略円柱状からなる邪魔板と、を有する攪拌槽を準備し、
   前記攪拌槽内に、所定の気体、重合溶媒である液体として液化プロピレン、固体を投入し、
   さらに前記攪拌翼を回転させるとともに、前記攪拌槽の邪魔板に設けられたノズルから撹拌翼の回転方向でかつ撹拌槽内壁の接線方向に対して０〜４５°の方向に気体を噴出させることで、前記攪拌槽内の気体、重合溶媒である液化プロピレン、固体混合物を攪拌し、
   前記攪拌槽内で攪拌された気体、重合溶媒である液化プロピレン、固体混合物は、気体が１〜３５容量％、固体が１〜８０重量％で平均粒径が２０〜４，０００μｍ、重合溶媒である液化プロピレンが２０〜９９重量％の組成であり、粘度が０．０５〜５０ｃＰの範囲内であることを特徴とするポリオレフィン重合時の気体、液体、固体混合物の撹拌方法。
2. 前記気体がエチレン、プロピレン、ｎ−ブテンおよび水素から選ばれる少なくとも１種の気体であることを特徴とする請求項１に記載のポリオレフィン重合時の気体、液体、固体混合物の撹拌方法。
3. 前記固体が、触媒、ポリエチレン、エチレン・プロピレン共重合体およびポリプロピレ
   ンの粒子から選ばれる１種または２種以上の粒子であることを特徴とする請求項１または２に記載のポリオレフィン重合時の気体、液体、固体混合物の撹拌方法。
4. 前記攪拌翼の幅方向の長さｄと前記攪拌槽Ｄの関係は、ｄ／Ｄ＝０．１〜０．７５の範囲内であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のポリオレフィン重合時の気体、液体、固体混合物の撹拌方法。

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