JP4676454B2 - 高粘度流体分離装置 - Google Patents

Description

この発明は、スチレン系ポリマー及びノルボルネン系ポリマー等の高粘度物質を製造する際に、製造過程において使われる溶剤、モノマー等を揮発除去して、高粘度物質の濃度を上昇させる高粘度流体分離装置に関する。

スチレン系ポリマー及びノルボルネン系ポリマーは、包装材や容器などの包装用やその光学性能を利用した樹脂製品等など用途が拡大しつつある。このスチレン系ポリマー及びノルボルネン系ポリマーの溶液等の高粘度流体の製造過程においては、未反応モノマーや溶剤等の揮発性物質が含有されており、この揮発性物質を除去する必要があり、この除去のために除去装置が用いられている。しかも、十分な光学性能等を発揮するためには、残存溶剤、残存モノマーを十分に除去することが要求されている。

ポリマー溶液から揮発性物質を除去する装置としては、高粘度流体を外部加熱された円筒内壁に掻取羽根により押し広げながら攪拌を行うことで加熱して揮発分を除去する薄膜式蒸発器があるが、構造上の制約から、一基当たりの伝熱面積に限界があり不利であると共に、掻取羽根の駆動装置を必要とするため、ランニングコストやメンテナンスの点から不経済である。一方、本願出願人は、減圧容器と熱交換器とを組み合わせた揮発性物質除去装置を、既に提案している（特許文献１〜３参照）。

特許文献１には、減圧可能な本体と、熱媒体流路と該熱媒体流路と直交する重合体流路とを有するプレートフィン型熱交換器とによりなり、前記熱交換器を前記本体の上方の外部に、重合体の吐出口を内部に開口した状態で固定した重合物中の揮発性物質除去装置が開示されている。また、特許文献２には、減圧可能な本体にプレートフィン型の熱交換器を設け、該熱交換器で重合体と熱媒体とを熱交換させたのち、前記重合体を前記本体内に流出させるようにした重合物中の揮発性物質除去装置において、前記熱交換器を上下方向に延存する熱媒体流路と、該熱媒体流路と直交する重合体流路を設け、前記熱媒体流路の側面に重合体供給室を設け、反対側に重合体流出口を形成するように構成し、前記重合体流出口を前記本体内に開口させるようにした揮発性物質除去装置における熱交換器が開示されている。また、特許文献３には、減圧可能な本体にプレートフィン型の熱交換器を設け、この熱交換器には熱媒体が供給されて排出される管路と、重合体が供給される管路とが別に設けられ、重合体が前記管路より熱交換器に供給され、そして加熱され、更に本体中に前記熱交換器の一方から吐出されるように構成された重合体中より揮発性物質を除去する装置が開示されている。

特公平１−３０８４５号 特公平１−３０８４６号 特公平１−３０８４７号

例えば、特許文献１に開示されたプレートフィン型の熱交換器が装着された揮発性物質除去装置では、上部に装着された熱交換器によりポリマー溶液と熱媒体との間で熱交換を行ってポリマー溶液を加熱し、加熱されたポリマー溶液を減圧容器に供給して未反応モノマーや溶剤を蒸発させ、蒸発した揮発性物質を減圧容器の上部から、ポリマーを減圧容器の下部から、それぞれ排出させて分離するようにしたものである。

前記減圧容器には加熱されて高温となったポリマー溶液が供給されるが、フラッシングにより揮発した溶剤等の温度が低下してしまうと、凝縮してしまい、分離させたポリマーと会合するとポリマーを溶融させてしまうおそれがある。このため、溶剤等の温度を低下させることがないように、外壁にジャケットを設け、その外側に断熱材による保温施工が施され、ジャケットには、熱交換器へ供給される熱媒体を供給するようにしてある。

しかしながら、前記ジャケットへは熱媒体を連続供給する必要があり、そのための熱交換器とジャケットの両方へ熱媒体を供給するための大容量の供給ポンプを付帯すると共に、これを駆動する大型の駆動モータを必要とする。このため、設備が大型化すると共に、エネルギの消費量が多くなってしまう。

そこで、この発明は、設備の大型化を極力抑制すると共に、エネルギ効率を向上させながら、減圧容器の保温を確実に行って揮発した溶剤等の温度の低下を極力抑制できる高粘度流体分離装置を提供することを目的としている。

前記目的を達成するための技術的手段として、この発明に係る高粘度流体分離装置は、熱交換器と、該熱交換器を通過させて加熱された高粘度流体を供給して、該高粘度流体に含まれた揮発性物質を揮発させて除去する減圧容器を備えており、前記減圧容器の外壁面に減圧ジャケット部を設け、前記減圧ジャケット部に連通させた真空ポンプを備え、前記真空ポンプで吸引して前記減圧ジャケット部内を減圧してあることを特徴としている。

前記ジャケット部は真空ポンプで内部が吸引されて減圧されるため、ジャケット部を介しての減圧容器の内外部間の熱伝導を制限し、減圧容器は保温され内部の温度が維持される。

また、請求項２の発明に係る高粘度流体分離装置は、熱交換器と、該熱交換器を通過させて加熱された高粘度流体を供給して、該高粘度流体に含まれた揮発性物質を揮発させて除去する減圧容器を備えた高粘度流体分離装置において、前記減圧容器の外壁面の中央部に減圧ジャケット部を設け、前記外壁面の上下部には熱媒体ジャケット部を設け、前記減圧ジャケット部に連通させた真空ポンプを備え、前記熱媒体ジャケット部には減圧容器内部を加熱する熱媒体を導入し、前記真空ポンプで吸引して前記減圧ジャケット部内を減圧してあることを特徴としている。

熱交換器で加熱されて減圧容器に供給されたポリマー溶液は、該減圧容器の上部で溶剤等の揮発性物質の揮発が開始される。この揮発した揮発性物質が凝縮することを阻止する必要があるため、減圧容器の上部では該揮発性物質を加熱するために熱媒体ジャケット部を設けてある。また、分離されたポリマーは減圧容器の下部から排出されることになるが、このとき該ポリマー中に含有されている揮発性物質を揮発させてポリマーの純度を高めることが好ましい。このため、減圧容器の下部においては、ポリマーを加熱するために熱媒体ジャケット部を設けてある。これら熱媒体ジャケット部には熱媒体を導入して、減圧容器内を加熱するようにしてある。また、減圧容器の中央部には内部を減圧させた減圧用ジャケットを配して、減圧容器を保温する。

また、請求項３の発明に係る高粘度流体分離装置は、前記減圧ジャケット部には前記減圧容器の減圧用の真空ポンプに連通させて吸引し、前記熱媒体ジャケット部には前記熱交換器に供給する熱媒体を導入することを特徴としている。

ずなわち、減圧ジャケット部は内部を吸引して減圧するから、この吸引に減圧容器内を吸引する真空ポンプを用い、熱媒体ジャケット部には熱交換器に供給される熱媒体を導入するようにしたものである。

この発明に係る高粘度流体分離装置によれば、内部が減圧された減圧ジャケット部により、減圧容器から外部へ熱が阻止されて、該減圧容器が保温される。このため、ポリマー溶液から揮発した溶剤等の揮発性物質が凝縮することが抑制され、分離されたポリマーを再度溶融させてしまうことが抑制される。

また、請求項２の発明に係る高粘度流体分離装置によれば、減圧容器の上下部が加熱されることにより、上部で揮発した揮発性物質の凝縮が抑制され、下部では分離されたポリマーが加熱されて、残留しているあるいは凝縮してポリマーに含まれた溶剤等が揮発される。このため、純度の高いポリマーを取得できる。

また、請求項３の発明に係る高粘度流体分離装置によれば、エネルギの消費を抑制できると共に、設備の小型化を図ることができる。

以下、図示した好ましい実施の形態に基づいて、この発明に係る高粘度流体分離装置を具体的に説明する。

この実施形態では高粘度流体がポリマー溶液で、分離される揮発性物質が溶剤や未反応モノマー等である場合について説明する。図２は、この発明に係る高粘度流体分離装置１のシステムを説明するフロー図で、ポリマー溶液は原料供給管２を通って高粘度流体分離装置１の熱交換器３に供給される。熱交換器３には熱媒体が熱媒体供給管4aを通して供給され、熱媒体回収管4bから回収される。

高粘度流体分離装置１の前記熱交換器３の下側には減圧容器５が設けられており、熱交換器３を通って加熱されたポリマー溶液はこの減圧容器５に供給されることになる。この減圧容器５は真空ポンプ６により内部が吸引されて負圧とされており、この吸引管７の途中には気体と液体とを分離するコンデンサ８が設けられ、分離された気体は真空ポンプ６から排気系に回収され、液体はドラム９に貯留される。貯留された液体は回収ポンプ10により回収処理工程へ給送される。

図１は前記高粘度流体分離装置１の概略構造を示す一部断面図である。前述したように、この高粘度流体分離装置１は熱交換器３が減圧容器５の上側に装着された構造となっている。減圧容器５の胴部の外周面はジャケット11で覆われており、減圧容器５の断熱を果たしている。さらに、ジャケット11の外側面には断熱材18が被覆されている。減圧容器５の下側には、図２に示すように、排出ポンプ12が装着されて、減圧容器５の下部に滞留したポリマーが排出される。

前記熱交換器３には、図１及び図３に示すようなプレートフィン型のものが用いられている。プレートフィン型の熱交換器３は、畝状に加工された金属板を複数枚重ねて接着され、畝によって形成された部分を流路として、異なる流体をこの流路が形成された伝熱部に導入して熱交換を行うものである。これらの熱交換器３の外側の面には、前記熱媒体供給管4aと熱媒体回収管4bが設けられている。すなわち、ポリマー溶液との熱交換に供される熱媒体は前記熱媒体供給管4aから供給されて、前記熱媒体回収管4bから排出されることになる。他方、ポリマー溶液は、図３において矢標Piで示す方向から供給され、矢標Poで示す方向に排出される。

図１に示すように、減圧容器５の上部に熱交換部14が設けられており、この熱交換部14に熱交換器３が収容されて装着されている。熱交換部14の上側には、前記原料供給管２が接続されており、ポリマー溶液はこの原料供給管２から熱交換部14に供給される。熱交換部14の上部には多孔板からなる分散板15が配されており、供給されたポリマー溶液はこの分散板15を通過することにより、分散して熱交換器３の伝熱部に均等に供給されるようにしてある。そして、熱交換器３を流通したポリマー溶液は前記減圧容器５に供給されることになる。

図４は前記分散板15の概略構造を示す斜視図である。この分散板15は、底面15aがパンチングメタル等の多数の透孔が形成された多孔板で形成されており、この底面15aの周縁部が側壁15b、15c、15d、15eで囲まれており、これら側壁15b、15c、15d、15eにより囲まれた面が、ポリマー溶液が供給される受け面とされている。また、底面15aの縦横の中央部には、区画堰16a、16bがほぼ直交させて設けられている。したがって、底面15aは側壁15bと区画堰16a、16bとによって４つの区画部17a、17b、17c、17dに区画されている。そして、前記原料供給管２の供給口2aは、これら区画部17a、17b、17c、17dに各別に対応させて設けられており、ポリマー溶液はこれら供給口2aからそれぞれの区画部17a、17b、17c、17dに供給されるようにしてある。また、前記区画堰16a、16bの高さは、分散板15による圧力損失を考慮して、ポリマー溶液の初期分散が果たされるものとする。

前記ジャケット11は、減圧容器５の胴部の中央に配設された減圧ジャケット部11aと、減圧容器５の上部と下部に配設された熱媒体ジャケット部11bとから構成されている。前記減圧ジャケット部11aは、図２に示すように、前記真空ポンプ６の吸い込み側に吸引管20を介して連通させてあり、内部が真空ポンプ６により吸引されて減圧されている。また、同図に示すように、前記熱媒体ジャケット部11bには、前記熱交換器３に供給される熱媒体が供給管19aより供給され、回収管19bより回収されるようにしてある。なお、前記減圧容器５と熱交換部14、前記排出ポンプ12とのそれぞれの接続にはフランジが用いられているが、このフランジの外側面にも熱媒体が導入される熱媒体ジャケット部が設けられている。

以上により構成されたこの発明に係る高粘度流体分離装置の作用を、以下に説明する。

前工程で製造された高粘度流体であるポリマー溶液は、前記原料供給管２から熱交換部14に供給される。このとき、ポリマー溶液は原料供給管２の各供給口2aから、それぞれの供給口2aに対応した前記区画部17a、17b、17c、17dに供給される。供給されたポリマー溶液が、多孔板により形成された分散板15を通過し、熱交換器３の全域に渡って前記矢標Pi方向から供給される。このとき、前記減圧容器５の内部は真空ポンプ６により吸引されているため負圧となっており、ポリマー溶液は分散板15から熱交換器３に吸い込まれ、さらに減圧容器５に吸い込まれることになる。

一方、熱交換器３には前記熱媒体供給管4aから熱媒体が供給されている。この熱媒体は、伝熱部を通って前記熱媒体回収管4bから排出されて回収される。この伝熱部を通過する際に、前記ポリマー溶液との間で熱交換が行われて、該ポリマー溶液が加熱される。

熱交換器３を通過して加熱されたポリマー溶液は減圧容器５に供給される。このとき、減圧容器５内の負圧を受けてフラッシュされることになり、ポリマー溶液中の溶剤や未反応モノマー等の揮発性物質が気化して、ポリマーが分離される。気化した揮発性物質は真空ポンプ６の吸引力を受けて前記吸引管７から減圧容器５の外部に排出され、ポリマーは減圧容器５の下部に滞留し、前記排出ポンプ12により排出されて、後処理工程へ給送される。

前記減圧容器５には、前記減圧ジャケット部11aと熱媒体ジャケット部11bとが設けられているから、内部温度が適宜な状態に保たれる。すなわち、減圧ジャケット部11aは真空ポンプ６により吸引されていることにより、減圧された状態にある。このため、この減圧ジャケット部11aを介して減圧容器５の内部の熱が外部に排出されない。また、前記熱媒体ジャケット部11bには熱媒体が導入されているから、減圧容器５内部を加熱する。したがって、減圧容器５の内部温度がほぼ保たれた状態にある。ところで、減圧容器５に供給されたポリマー溶液は減圧容器５の上部からフラッシングが開始されるが、減圧容器５の上部には熱媒体ジャケット部11bが設けられているため、揮発した溶剤等の揮発性物質は該熱媒体ジャケット部11bに導入されている熱媒体によって加熱されて円滑に揮発し、ポリマーを効率よく分離する。また、揮発性物質が分離されたポリマーは減圧容器５の下部から排出されるが、下部に熱媒体ジャケット部11bが設けられて加熱されているため、排出前のポリマーに含有された揮発性物質が揮発されて、排出されるポリマーの純度が高められる。

さらに、減圧容器５と熱交換器３、排出ポンプ12との接続用フランジの外側にも熱媒体ジャケット部を設けることにより、これらフランジから外部へ熱が排されることが防止される。

なお、気化して真空ポンプ６により吸引された揮発性物質は、コンデンサ８により凝縮され、気体分はさらに真空ポンプ６により吸引されて、該真空ポンプ６の吐出口から排気処理工程へ給送される。また、コンデンサ８により凝縮されて分離された揮発性物質は前記ドラム９に貯留され、回収ポンプ10により回収され、調整されたのち再使用される。

以上説明した実施形態では、１基の熱交換器３を設置した構造として説明したが、高粘度流体の処理量に応じた減圧容器５の規模に対応させて、必要に応じて複数基の熱交換器３を装着させて高粘度流体を均一に加熱することができるようにすればよい。

また、分散板15を４つの区画部17a、17b、17c、17dに区画した構造として説明したが、区画数は減圧容器５の規模に応じたものとすればよい。

この発明に係る高粘度流体分離装置によれば、減圧容器の保温に減圧ジャケット部を用いることにより、熱媒体を供給して保温する構造に比べて、省エネルギ化を果たせると共に、熱媒体の供給ポンプ等の設備の簡素化に寄与する。

この発明に係る高粘度流体分離装置の概略構造を示す一部断面図である。 この発明に係る高粘度流体分離装置によりポリマー溶液から溶剤等を除去する高粘度流体分離システムを説明するフロー図である。 この発明に係る高粘度流体分離装置に用いられる熱交換器の概略構造を説明する斜視図である。 この発明に係る高粘度流体分離装置の熱交換器に用いられる分散板の概略構造を示す斜視図である。

符号の説明

１ 高粘度流体分離装置
２ 原料供給管
３ 熱交換器
4a 熱媒体供給管
4b 熱媒体回収管
５ 減圧容器
６ 真空ポンプ
７ 吸引管
８ コンデンサ
９ ドラム
10 回収ポンプ
11 ジャケット
11a 減圧ジャケット部
11b 熱媒体ジャケット部
12 排出ポンプ
14 熱交換部
15 分散板
15a 底面
15b、15c、15d、15e 側壁
16a、16b 区画堰
17a、17b、17c、17d 区画部
18 断熱材
19a 供給管
19b 回収管

Claims (3)

1. 熱交換器と、該熱交換器を通過させて加熱された高粘度流体を供給して、該高粘度流体に含まれた揮発性物質を揮発させて除去する減圧容器を備えた高粘度流体分離装置において、
   前記減圧容器の外壁面に減圧ジャケット部を設け、
   前記減圧ジャケット部に連通させた真空ポンプを備え、
   前記真空ポンプで吸引して前記減圧ジャケット部内を減圧してあることを特徴とする高粘度流体分離装置。
2. 熱交換器と、該熱交換器を通過させて加熱された高粘度流体を供給して、該高粘度流体に含まれた揮発性物質を揮発させて除去する減圧容器を備えた高粘度流体分離装置において、
   前記減圧容器の外壁面の中央部に減圧ジャケット部を設け、
   前記外壁面の上下部には熱媒体ジャケット部を設け、
   前記減圧ジャケット部に連通させた真空ポンプを備え、
   前記熱媒体ジャケット部には減圧容器内部を加熱する熱媒体を導入し、
   前記真空ポンプで吸引して前記減圧ジャケット部内を減圧してあることを特徴とする高粘度流体分離装置。
3. 前記減圧ジャケット部には前記減圧容器の減圧用の真空ポンプに連通させて吸引し、前記熱媒体ジャケット部には前記熱交換器に供給する熱媒体を導入することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高粘度流体分離装置。

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