JPH024803A - 連続塊状重合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ポリスチレン等の重合体を塊状重合反応によ
り連続して製造する装置に関する。

［従来の技術］ 重合体の製造方法として、乳化重合法、！Ｑ濁重重合法
溶液重合法、塊状重合法等がある。これらの中で、塊状
重合法による場合、廃液が殆ど生じないため、廃液の処
理工程、それに伴うエネルギーが不要になり、且つ公害
問題の発生の虞れがなくなるという利点を有している。

しかし、塊状重合法では、重合反応により発生ずる熱の
除去が必要であるが、重合の進行と共に粘麿が著しく増
大し、除熱が困難になる。この除熱が良好に行われない
と、反応の温度制御性が悪くなり、局部的に温度が異常
に上昇する結果、重合が不完全となって重合体の分子量
低下をもたらす。

そこで、このような問題点を解決するため、従来塊状重
合装置に各種の熱交換器を設ける構成が提案されている
。例えば、この熱交換器としてウェブを含む静的混合要
素を設けて除熱する構成（特開昭５９−１５１５号公報
）、ジャケント及び多管式熱交換器に熱媒体を流すと共
に、反応器内を邪魔板で仕切り、複数個の二重らせん型
攪拌翼を設ける構成（特開昭５８−１２２６０４号公報
）などである。

［発明が解決しようとする課題］ 上述した従来の連続塊状重合装置のための熱交換器の構
成で、例えば前者（特開昭５９−１５１５号公報）によ
れば、単位容積当たりの伝熱面積が大きくなく、熱交換
効率が良好とは言えない。

また、後者（特開昭５８−１２２６０４号公報）によれ
ば、多数の管を配設することにより構成した熱交換器で
あるため、伝熱面積の増加には限界があり、またこれに
より容積効率が低下するという問題があり、更に攪拌操
作が不可欠であるため、エネルギー消費が大きくなると
いう欠点を伴う。

本発明は、除熱効率の良好な連続塊状重合装置を提供す
ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る連続塊状重合装置は、筒型反応容器の内部
に反応液通路と熱媒体通路を有するプレトフィン型熱交
換器ユニットを設け、熱交換器ユニントの反応液通路に
連通ずる反応液の入口ノズル及び反応液の出口ノズルを
配設すると共に、熱交換器ユニットの熱媒体通路に連通
ずる熱媒体の入口ノズル及び出口ノズルを配設したこと
を特徴とする。

プレートフィン型熱交換器ユニットのフィンプレートの
形状としては、種々のものを使用することができるが、
例えばプレーン型（平板フィン）、ルーバ型、セレート
型（片状フィン）、パーホレイト型（孔明きフィン）、
ヘリンポーン型等を挙げることができる。

連続塊状重合装置内には、このように構成したプレート
フィン型熱交換器ユニットを１個又は複数個配設する。

［作用］ 本連続塊状重合装置の反応液用入口ノズルから反応液を
熱交換器ユニットの反応液通路に連続的に流すと同時に
、熱媒体用入口ノズルから熱媒体を熱交換器ユニットの
熱媒体通路に連続的に流す。

これにより、反応液通路で塊状重合の進行と共に発生し
た熱は、フィンプレートを介して除去される。この除去
の際、プレートフィン型熱交換器は、伝熱性能が優れて
いるため、単位容積当たり大きな伝熱面積を得ることが
でき、反応液の温度を略均−に保ったまま塊状重合反応
を連続的に進行させることができる。この結果、製品の
分子量分布を狭くすることが可能になる。

［実施例］ 第１図〜第３図を参照して本発明に係る連続塊状重合装
置の第１実施例を説明する。第１図は本連続塊状重合装
置の断面図、第２図は第１図の■ｒｌ”ｆＭＩｔｉＷＪ
図、第３図は第り図Ｉ’ｍ−ｍ”１ｌＡｅｌｔＡ面図で
ある。

第１図〜第３図に示すように、反応容器として、前方の
側面に反応液の入口ノズル２及び後方の側面に出口ノズ
ル３をそれぞれ配設すると共に、４個の熱交換器ユニッ
ト４毎に反応容器１の周囲に熱媒体流通用のジャケット
６を配し、このジャケット６の反応液の流れ方向に沿っ
た一方の側面に熱交換器ユニット４の熱媒体通路に連通
ずる熱媒体の人口ノズル９及び他方の側面に出口ノズル
１０をそれぞれ配設した、断面が正方形の筒型反応容器
ｌを用意し、この容器１の内部に下記構成を有するプレ
ートフィン型熱交換器ユニット４を設ける。なお、反応
容器１とは、このようにジャケット６が一体となった構
成のジャケット６の内面部分も含む。

このプレートフィン型熱交換器ユニット４は、チューブ
プレート８を介して反応液通路用フィンプレート７Ａと
熱媒体通路用フィンプレート７Ｂとを所定枚数交互に積
層することにより構成する。

これらの反応液通路用フィンプレー）７Ａ及び熱媒体通
路用フィンプレート７Ｂとして使用するフィンプレート
７の形状としては、種々のものを使用することができる
が、例えば第４図に示すように、連続した波板より成る
プレーン型（平板フィン）、第５図に示すように、所定
幅の波板を各波板の位相が順次ずれるように配置するこ
とにより構成したルーバ型、第６図に示すように、所定
幅の波板を各波板の位相が交互にずれるように配置する
ことにより構成したセレート型（片状フィン）、第７図
に示すように、連続した波板に所定間隔毎に孔部を形成
したパーホレイト型（孔明きフィン）、第８図に示すよ
うに、波板を波の軸方向に更に波形に折り曲げて形成し
たへりンポーン型等を挙げることができる。

熱交換器ユニット４の反応液通路用フィンプレドアＡは
、−枚だけではなく、複数枚配するようにしても良い。

例えば、第９図（Ａ）〜（Ｄ）に示すように２枚のセレ
ート型フィンプレート７と上下に配するチューブプレー
ト８を用意し、第１０図に示すように１枚のセレート型
フィンプレート７と、このセレート型フィンプレート７
に対して９０度回転した角度にもう１枚のセレート型フ
ィンプレート７を重ね合わせ、上下にそれぞれチューブ
プレート８を配することにより、熱交換器ユニット４を
構成するのが好ましい。また、熱媒体通路用フィンプレ
ー）７Ｂの場合も同様に複数枚配するようにしてもよい
。

なお、ジャケット６内には適当な仕切り板１２を設けて
、熱媒体通路用フィンプレート７Ｂに熱媒体が流れるよ
うにしておく。

第１図〜第３図に示すように、本実施例に係る連続塊状
重合装置の反応容器１内には、上述のように構成した１
２個の熱交換器ユニット４（４Ａ〜４Ｌ）を隣合う各熱
交換器ユニット４のフィンプレート７　（７Ａ、７Ｂ）
の向きが互いに９０度の角度となるように配設する。

本構成に係る連続塊状重合装置内に反応液の入口ノズル
２から反応液を熱交換器ユニット４の反応液通路用フィ
ンプレート７Ａに連続的に流しながら、熱媒体を入口ノ
ズル９から熱交換器ユニット４の熱媒体通路用フィンプ
レート７Ｂに連続的に流す。この装置内で反応液の重合
反応が進行することにより発生した熱は、フィンプレー
ト７Ａ７Ｂを介して除去される。重合の終了した重合体
は、出口ノズル３より吐出される。

この除去の際、本プレートフィン型熱交換器４を構成す
る各フィンプレート７Ａ、７Ｂは、伝熱特性がすぐれて
いるため、単位容積溝たり大きな伝熱面積を得ることが
でき、反応液の温度を略均−に保ったまま塊状重合を連
続的に進行させることができる。

次に、本実施例に係る連続塊状重合装置の効果を確認す
るために行った実験例について説明する。

ｌｌｉ上 第６図に示すセレート型フィンプレート７を反応液通路
用フィンプレー）７Ａ及び熱媒体通路用フィンプレート
７Ｂとして使用し、９枚の反応液通路用フィンプレート
７Ａと８枚の熱媒体通路用フィンプレート７Ｂをそれぞ
れチューブプレート８を介して積層することによりプレ
ートフィン型熱交換器ユニット４を構成する。そして、
これらの熱交換器ユニット４を先ず第２図の端面図に示
すように、反応液の人口ノズル２の近傍にフィンプレー
ト７Ａ、７Ｂが水平方向となるように最初の熱交換器ユ
ニット４Ａを配置し、次に第３図の端面図に示すように
、若干の隙間をあけて２番目の熱交換器ユニット４Ｂを
そのフィンプレート７Ａ、７Ｂが垂直方向となるように
配置し、以下最後の１２番目の熱交換器ユニット４Ｌま
で同様に各熱交換器ユニッ１−４Ａ〜４Ｌのフィンプレ
ート７Ａ、７Ｂの方向を順に変えて配置することにより
、第１図に示す連続塊状重合装置を作製する。

これらの熱交換器ユニット４の具体的な寸法は、第１１
図に示すように、反応液通路用フィンプレート７Ａにつ
いて、その高さｈが１５．２ｍ　ｍ　、幅Ｗが１２．３
ｍ　ｍ　、板厚１．が０．４ｍｍ、伝熱面積が０゜５８
ｍ”、総スロット数が１２６である。また、熱媒体通路
用フィンプレート７Ｂについて、その高さｈが５．１ｍ
ｍ、幅Ｗが４．０ｍｍ、板厚り、が０゜２　ｍｍ、伝熱
面積が０．５５　ｍ　２、総スロット数が１６０である
。チューブプレート８の厚さｔＬ　は、０．４ｍｍであ
る。この熱交換器ユニット４自体は、その幅Ｗが１８９
ｍｍ、高さＨが１８９ｍｍ、長さしが８４ｍｍである。

そして、この反応液側の伝熱面積は、２１０ｍ”／ｍ’
である。この反応容器１自体の寸法は、縦横の各辺が１
８９ｍｍ、長さが１２７０ｍｍであり、その容積が約３
３Ｎである。

上記構成に係る連続塊状重合装置を使用し、次のように
してスチレンモノマーの連続塊状重合を行う。

先ず、容積２３２の完全混合槽型予備・重合反応器（図
示せず）にスチレンモノマーを１９１／ｈｒの速度で連
続的に供給し、１３６°Ｃで予備重合を行う。次に、熱
媒体通路用フィンプレート７Ｂに熱媒体が連続的に流れ
ている状態の本連続塊状重合装置にこの重合液を入口ノ
ズル２から供給し、反応液通路用フィンプレート７Ａ中
に流れでいる重合液の重合熱をフィンプレート７Ａ、７
Ｂを介して除熱しながら重合反応を進行させ、反応の終
了した重合体を出口ノズル３から吐出させる。

この際、最初の熱交換器ユニット４Ａから最後の熱交換
器ユニッ）４Ｌまでの各反応液通路７Ａに流れる重合液
の温度は、１３６°Ｃとなるように３個のそれぞれのジ
ャケット６から熱交換器ユニット４の熱媒体通路用フィ
ンプレー）７Ｂに流す熱媒体の温度を制御する。

このときの熱媒体通路用フィンプレート７Ｂに流れてい
た熱媒体の温度は、１３４°Ｃから１３５°Ｃの間であ
ったため、この装置内においては重合液と熱媒体との温
度差が小さく、内部の温度分布が略均−であることを示
している。従って、本実施例に係る連続塊状重合装置を
使用した場合、除熱が良好に行われ、且つ温度制御性に
優れているため、分子量分布の狭い重合体が得られるこ
とが分かる。

そして、この連続塊状重合装置を使用して実際に得られ
た重合体の性状は、次の通りであった。

転化率（反応率）　　　・・・・・・５５％重量平均分
子ｆｆｌ（Ｍｗ）・・・・・・３２８．０００数平均分
子Ｅｌｔ（Ｍｎ）　　−−１７３，０００分子量分布（
Ｍｗ　／Ｍｎ　）・・・・・・１．９１監且主 上記実験例１で使用した完全混合槽型予備重合反応器と
連続塊状重合装置を組み合わせた装置の後段に、更に同
し構造を存する連続塊状重合装置及び本出願人が提案し
た揮発性物質の除去装置（特開昭６１−９７３０２号公
報参照）を２個直列に接続して本実験例に係る装置を構
成する。

この揮発性物質の除去装置は、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
とを別に設け、重合体をこの重合体供給用管路より熱交
換器に供給し、加熱し、そして本体中に熱交換器の一方
から吐出するように構成したことを特徴とする。

本装置にスチレンモノマー９５、粘度調整剤としてのエ
チルヘンゼン５の割合の混合物を１２Ｉ！。

／　ｈ　ｒの速度で供給し、２段の各連続塊状重合装置
内のプレートフィン型熱交換器ユニットで除熱しながら
塊状重合を行った。

この際の重合温度は、完全混合槽型予備重合反応器にお
いては、１２２°Ｃ２第１段の連続塊状重合装置におい
ては、上流域、中流域、下流域でそれぞれ１２４°Ｃ１
１２６°Ｃ，１２８°Ｃであり、第２段の連続塊状重合
装置においては、上流域、中流域、下流域でそれぞれ１
３０°Ｃ１１３４°Ｃ，１４０°Ｃであった。

連続塊状重合装置での重合が終了し、引き続き次に配置
された除去装置で揮発性物質を除去した後に得られた重
合体の性状は、次の通りであった。

重量平均分子ｉ１　（Ｍｗ　）　・＝　−３４４，００
０数平均分子Ｎ　（Ｍ　ｎ　）　　−・＝　１５８．０
００分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）・・・・・・２．２第１
２図は、本発明の第２実施例を示し、この実施例は、各
熱交換器ユニット４間に適当な空間部５を設けて、本連
続塊状重合装置を構成したものである。このように構成
した場合、構造が単純で、フィンプレートの総量が少な
く、且つ容積効率が高いという利点が得られる。しかし
、空間部５においては反応液の温度が多少上昇する。そ
こで、第１３図及び第１４図に示す第３実施例のように
、各熱交換器ユニット４間に空間部を設けないで連結し
た場合には、反応液の温度上昇が抑えられる代わりに、
容積効率が多少悪くなる。

上記実施例においては、熱交換器ユニット４間に空間部
５を設けた構成に係る連続塊状重合装置を示したが、反
応液の偏流を防止する目的で、これらの熱交換器ユニッ
ト４間の空間部５に適当な攪拌翼を設けても良い。

例えば、第１５図及び第１６図（第１５図のＸ■−Ｘ　
Ｖｌ　’線断面図）に示す第４の実施例のように、断面
円形の反応容器１の中央に回転軸１３を設け、各熱交換
器ユニット４間の回転軸１３にその中心に対して１８０
度の方向に２本の丸棒翼１１Ａをそれぞれ取り付けてＩ
ｉ拌翼を構成し、重合反応時この丸棒翼１１Ａを回転さ
せることにより、熱交換器ユニット４間を移動する反応
液を撹拌してその温度を均一にすることができる。また
、第１７図及び第１８図（第１７図のＸ■−Ｘ■′綿断
面断面図示す第５の実施例のように、断面円形の反応容
器１の中央に回転軸１３を設け、各熱交換Ｗ３ユニット
４間の回転軸に螺線状のヘリカル翼１１Ｂをそれぞれ取
り付けて攪拌翼を構成し、重合反応時このヘリカル翼１
１　Ｂを回転させることにより、熱交換器ユニット４間
を移動する反応液を撹拌してその温度を均一にすること
ができる。

これらの他にも、回転軸の中心に対して平板を複数枚所
定角度で突設したパドル翼、端部が上方に一体に折り曲
げられて形成されたＬ字状の仮を回転軸に複数枚取り付
けたアンカー翼環従来の各種の翼を使用して攪拌翼を構
成することができる。

これらの中で、特に第１７図及び第１８図に示すヘリカ
ルｆｉｌｌＢが攪拌効果が大きいので好ましい。また、
これらの翼の代わりに、熱交換器ユニット間にモーショ
ンレスミキサーを設けても良い。

［発明の効果］ 本発明に係る連続塊状重合装置によれば、熱交換器の除
熱効率が高く、且つ温度制御性が優れているため、塊状
重合時における重合体の温度分布が小さくなって、分子
量分布の狭い製品を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の断面図、第２図は第１図
のｎ−ｎ’線端面図、第３図は第１図のｍ−ｍ’線端面
図、第４図〜第８図はそれぞれ異なる形式のフィンプレ
ートを示す斜視図、第９図は熱交換器ユニットの一部を
構成する部品の分解図、第１Ｏ図は第９図の部品を組み
立てた状態の斜視図、第１１図はフィンプレートの一部
の拡大断面図、第１２図及び第１３図は本発明の第２及
び第３実施例を示す断面図、第１４図は第１３図のＸＩ
Ｖ−ＸＩＶ’線端面図、第１５図は第４実施例を示す断
面図、第１６図は第１５図のＸＶＩ−ＸＶＩ′線断面図
、第１７図は第５実施例を示す断面図、第１８図は第１
７図のＸ■−Ｘ■′線断面図である。 １・・・反応容器、２・・・反応液の入口ノズル、３・
・・反応液の出口ノズル、４・・・熱交換器ユニット、
７・・・フィンプレート、９・・・熱媒体の入口ノズル
、１０・・・熱媒体の出口ノズル。 第９図 出願人　　出光石油化学株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 筒型反応容器の内部に反応液通路と熱媒体通路を有する
   プレートフィン型熱交換器ユニットを設け、該熱交換器
   ユニットの反応液通路に連通する反応液の入口ノズル及
   び反応液の出口ノズルを配設すると共に、該熱交換器ユ
   ニットの熱媒体通路に連通する熱媒体の入口ノズル及び
   出口ノズルを配設したことを特徴とする連続塊状重合装
   置。