JPH11106406A - 反応器 - Google Patents

反応器

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JPH11106406A
JPH11106406A JP26657397A JP26657397A JPH11106406A JP H11106406 A JPH11106406 A JP H11106406A JP 26657397 A JP26657397 A JP 26657397A JP 26657397 A JP26657397 A JP 26657397A JP H11106406 A JPH11106406 A JP H11106406A
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JP
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reactor
blade
polymerization
reaction vessel
heat exchanger
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JP26657397A
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English (en)
Inventor
Koji Kawano
浩司 川野
So Iwamoto
宗 岩本
Ryuichi Sugimoto
隆一 杉本
Yoshiya Honda
祥也 本田
Tomofumi Shirafuji
朋史 白藤
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Mitsui Chemicals Inc
Original Assignee
Mitsui Chemicals Inc
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 反応、特に溶液重合方法及び塊状重合方法に
適した撹拌翼と邪魔板、熱交換器等に近接させることに
より異常反応部分を生ぜず、また重合の初期の段階ある
いは重合開始時や終了時、場合によっては溶剤等による
反応器の洗浄時においても十分なシェアをかけることが
可能な優れた反応器を提供することを。 【解決手段】 液流入口と液流出口を備えた液の流れの
方向に長い構造を有する円筒型反応器で、少なくとも該
反応器内に撹拌軸と軸に実質的に垂直方向にのびる、板
状または棒状の翼を一本以上有し、反応器内に板状や棒
状あるいはそれらを組合わせた邪魔板もしくはコイル、
チューブ、板あるいは螺旋状の熱交換器等の内部構造物
を有し、該翼が該邪魔板もしくは熱交換器等の反応器内
部構造物に近接しており、その距離が多くとも50mm
である反応器において、該翼の固有振動数が40Hz以
上であることを特徴とする反応器。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、重合体を製造する
ための反応器に関する。
【0002】
【従来の技術】重合体の製造方法には、乳化重合方法、
懸濁重合方法、溶液重合方法及び塊状重合方法が知られ
ているが、これらの重合方法は得られる重合体の性質が
若干異なることから、製造目的とする重合体に応じて適
宜選択採用されている。
【0003】中でも溶液重合方法、塊状重合方法は、省
資源、省エネルギーでありクローズドプロセス化による
公害問題の解決も可能なことから多用されている。しか
しながら、溶液重合方法や塊状重合方法においては、重
合体が溶剤に溶解する場合は均一液相系となり、重合の
進行とともに粘度が増大し、またプロセス面では規模の
増大とともに反応容積に対して相対的に除熱面積が減少
する等の問題を解決する必要が残されている。
【0004】一般に、高粘度化した重合体では、重合反
応により発生する熱の除去が困難となり、またこの様な
場合、反応系内にいつまでも動かない、いわゆる異常滞
留部分が発生しやすい。この部分で生成するポリマーは
劣化したりゲル化しやすく、反応器内部に付着すること
もある。この様なポリマーが正常なポリマーに混入する
と生成ポリマーの品質を著しく損ねる。
【0005】この様な異常滞留部分をなくすために、従
来種々の方法が提案されている。その一つに、最終の重
合率を上げずに重合液の粘度が低い状態で重合を終了さ
せる方法があるが、この方法によると取り扱う重合液が
低粘度になるので異常滞留部分はできにくいが、装置の
稼働率が悪くなるという欠点がある。
【0006】もう一つの方法として、重合液にシェアを
かけて伝熱面近傍でのシェアレートを上げることによ
り、除熱能力を高めるのと同時に異常滞留部分をなくす
方法がある。しかしながら、例えばスクリュータイプの
撹拌翼では、反応系内での混合が激しく、撹拌動力の増
大と共に反応系内での液の滞留時間分布は広いものにな
る。
【0007】従って、高粘度化流体の重合反応器として
は、滞留時間分布の狭い、つまりピストンフロー性の高
い、また反応熱を均一に除去できる装置が従来から望ま
れ各種従来反応装置の提案がなされている。
【0008】従来に提案された重合反応器としては、例
えば米国特許第2,727,884号に記載されている
複数の熱交換用チューブと撹拌翼が多段に組み合わされ
た装置がある。また、特開平4−33500号には間隔
をおいて配置された複数段の撹拌翼とその間に配置され
た熱媒体の通路を有し回転軸の周囲を取り囲んで配置さ
れた筒状の伝熱体を備えた反応器が記載されている。
【0009】前述した従来の重合反応器においては、そ
の前者は、撹拌が不十分な場合は、重合体の流れ方向に
格子状の編流や異常滞留部分が生じやすく、また撹拌翼
と熱交換用チューブとの間隔が広いため、熱交換用のチ
ューブ面の表面更新速度が遅く、付着や閉塞あるいは伝
熱係数の低下等の問題が残されている。熱交換用のチュ
ーブ面の表面更新速度を早くしようとするために撹拌に
よるシェアを与えようとすると、撹拌翼から発生するい
わゆるカルマン渦により、撹拌翼が揚力方向に振動し、
共振による熱交換用チューブとの接触やひいては応力破
壊を生じる問題が残されている。特に、熱交換用のチュ
ーブと翼との距離が短い場合は特に上記問題が生じやす
い。
【0010】また、撹拌翼の振動現象は、重合の初期の
段階あるいは重合開始時や終了時、場合によっては溶剤
等による反応器の洗浄時にも発生する。このため、この
様な従来の反応器では重合の初期の段階あるいは重合開
始時や終了時、場合によっては溶剤等による反応器の洗
浄時に十分なシェアがかけられず、重合の初期の段階あ
るいは重合開始時や終了時においては、重合反応の制御
性が低下し、また溶剤等による洗浄時には洗浄時間が長
くなる等の問題がある。
【0011】一方、後者の場合は、翼の間に配置された
熱媒体の通路を有し回転軸の周囲を取り囲んで配置され
た筒状の伝熱体において、重合体の編流が生じたり、伝
熱体を通過する重合体の速度が遅い場合には、伝熱体の
表面更新速度が遅いため、付着や閉塞あるいは伝熱係数
の低下等の問題がある。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記従来の
重合反応器の諸問題を解決する。即ち、溶液重合方法及
び塊状重合方法に適した撹拌翼と邪魔板、熱交換器等に
近接させることにより異常反応部分を生ぜず、また重合
の初期の段階あるいは重合開始時や終了時、場合によっ
ては溶剤等による反応器の洗浄時においても十分なシェ
アをかけることが可能な優れた重合反応器を提供するこ
とを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記課題
を解決するために鋭意研究した結果、撹拌翼の固有振動
数と撹拌翼の振動についての関係を見いだし、異常反応
部分を生ぜず、また重合の初期の段階あるいは重合開始
時や終了時、場合によっては溶剤等による反応器の洗浄
時においても十分なシェアをかけるために、撹拌翼を邪
魔板、熱交換器等に近接させることが、特定の固有振動
数を有する枝または棒状の撹拌翼を用いることで可能な
ことを見いだし本発明を完成するに到ったものである。
すなわち、本発明は以下の発明及び実施態様から構成さ
れる。
【0014】 液流入口と液流出口を備えた液の流れ
の方向に長い構造を有する円筒型反応器で、少なくとも
該反応器内に撹拌軸と軸に実質的に垂直方向にのびる、
板状または棒状、あるいはそれらが、ひねりや傾斜、テ
ーパーを有している翼を一本以上有し、反応器内に板状
や棒状あるいはそれらを組合わせた邪魔板もしくはコイ
ル、チューブ、板あるいは螺旋状の熱交換器等の内部構
造物を有し、該翼が該邪魔板もしくは熱交換器等の反応
器内部構造物に近接しており、その距離が多くとも50
mmである反応器において、該翼の固有振動数が40H
z以上であることを特徴とする反応器。
【0015】 記載の翼が2段以上設置されている
ことを特徴とする反応器。
【0016】 反応器が重合反応器であることを特徴
とするまたは記載の反応器。
【0017】 重合反応器が塊状または溶液状でのス
チレン系(共)重合用である記載の反応器。
【0018】
【発明の実施の形態】本発明でいう、反応器とは、液流
入口と液流出口を備えた液の流れの方向に長い構造を有
する円筒型反応器であり、撹拌軸とは翼を回転させるた
めの反応器の中心軸方向に配置された回転軸である。本
発明において、液の流れの方向に長い構造を有する円筒
型反応器とは反応器の流れの方向の長さ(L)と直径
(D)の比率L/Dが1.1〜15、好ましくは1.5
〜10、より好ましくは2〜8のものを云う。撹拌軸と
実質的に垂直な翼とは、例えば平板パドル翼、傾斜パド
ル翼等でもよいし、また、例えば矩形、菱形、短冊形、
楕円形などの板状、丸棒、三角断面を持つ棒状、あるい
はそれらが、ひねりや傾斜、テーパーを有しているもの
でもよい。固有振動数は、図1に示すとおり、撹拌軸か
らの長さに等しい翼1を固定し、翼の先端に加速度セン
サー2を取付、翼に手で初期変位を与え増幅器3にて測
定する。
【0019】本発明の反応器は重合反応器として有用で
あり、特に溶液重合または塊状重合用として特に好まし
く使用される。
【0020】本発明の反応器にて溶液重合あるいは塊状
重合を行えるモノマーとしては、例えば、エチレン、プ
ロピレン、スチレン、α−メチルスチレン、ベンゼン環
がアルキル置換されたスチレン、例えばo−、m−、p
−メチルスチレン、o−、m−、p−エチルビニルベン
ゼン及びベンゼン環がハロゲン化されたスチレン、例え
ばo−、m−、p−クロル若しくはブロムスチレン等の
アルケニル芳香族化合物がある。これらは単独または混
合物でモノマーとして使用できる。またこれらのアルケ
ニル芳香族モノマーにアクリロニトリル、メタクリル酸
エステル等の共重合可能な単量体を添加してもよい。さ
らにゴム状重合体、例えばポリブタジエン、ブタジエン
とスチレン、アクリロニトリル、メタクリル酸メチル等
の各共重合体、天然ゴム、ポリクロロプレン、エチレン
−プロピレン共重合体、エチレン−プロピレン−ジエン
モノマー共重合体等を前述の一種または数種のモノマー
に溶解した溶液も使用できる。それ以外にも付加反応を
起こすもの及びナイロン、ポリエステル等のような縮合
重合反応を起こすものにも適応し得る。
【0021】本発明の反応器において、少なくとも反応
器内に撹拌軸と軸に実質的に垂直方向にのびる、例えば
矩形、菱形、短冊形、楕円形などの板状、丸棒、三角断
面を持つ棒状、あるいはそれらが、ひねりや傾斜、テー
パーを有している翼を一本以上有する反応器において、
該翼の固有振動数が40Hz以上であることを必要であ
るが、さらに好ましくは50Hz以上である。さらに、
該翼が板状や棒状あるいはそれらを組合わせた邪魔板も
しくはコイル、チューブ、板あるいは螺旋状の熱交換器
等に近接しており、その距離が多くとも50mmである
が、好ましくは多くとも40mmである。
【0022】
【作用】本発明の反応器によれば、従来の反応器では不
可能であった、異常滞留部分をなくすために撹拌による
シェアを与え、さらに付着や伝熱係数の低下を防止する
ために邪魔板や熱交換器との距離を短くすることが可能
である。
【0023】
【実施例】本発明の一実施例を図2によって説明、図5
によって本発明の効果を説明する。図2において4は液
の流れ方向に長い円筒形の反応器で、ジャケット5を備
え、反応器4と同軸に撹拌軸6が挿入されている。撹拌
軸6に実質的に垂直方向に取り付けられた撹拌翼1は、
所定の間隔をおいて数段にわたり設置されている。
【0024】反応器4内の隣接する撹拌翼1と撹拌翼1
の間には、図3に示すように、撹拌翼1と平行に配置さ
れたコイル状の熱交換器7が複数段配置される。同熱交
換器7はジャケット5と接続され、熱媒体8が流れる。
コイル状の熱交換器7は、仕切効果を持つと同時に、重
合熱を除去できる。コイル状の熱交換器7の代わりに、
仕切効果のある邪魔板等を用いてもよい。
【0025】前記撹拌翼1は、一段当たりの本数は1本
ないし、複数本とし、またその形状は平板パドル翼、傾
斜パドル翼等でもよいし、また、例えば矩形、菱形、短
冊形、楕円形などの板状、丸棒、三角断面を持つ棒状、
あるいはそれらが、ひねりや傾斜、テーパーを有してい
るものでもよい。該翼1と前述のコイル状の熱交換器7
あるいは邪魔板との間の距離は多くとも50mm、好ま
しくは多くとも40mmとするのが望ましい。翼と熱交
換器あるいは邪魔板との距離が、広いと熱交換器あるい
は邪魔板面の表面更新速度が遅くなり、付着や閉塞ある
いは伝熱係数の低下等が生じる。従来の反応器では、撹
拌回転数を早くしようとすると、撹拌翼の振動により、
撹拌翼の応力破壊や熱交換用チューブとの接触等の問題
が生じる恐れがある。これに対し、翼の固有振動数と翼
の振幅についての関係を、図4に示すような装置を用い
て測定した結果、図5に示すように撹拌翼の固有振動数
と翼の振動の関係を見いだした。
【0026】すなわち、装置の説明をすると、図4に示
す反応器4の本体の一部を作成し、その中に、回転軸を
配置し、軸に垂直な方向に撹拌翼を1〜3段設置する。
さらに、翼と翼との間に、翼に平行にコイルを配置し
た。これを、所定の粘度で、所定の撹拌回転数で回転さ
せ、本体横に設置されたのぞき窓より、撹拌翼の振動状
態を高速度カメラにて撮影し、画商処理にて翼の振幅の
最大値を求めた。
【0027】実施例1は、前述の方法にて求めた固有振
動数が60Hzの撹拌翼を用いて、図4の装置を用い、
液粘度を0.001Pa・sから10Pa・sまでの範
囲で変化させ、また撹拌回転数を0〜60rpmの間で
変化させたときの振幅の最大値を測定した。
【0028】実施例2、3は、固有振動数がそれぞれ5
2Hz、45Hzである撹拌翼を用い、実施例1と同様
な方法で測定した。
【0029】比較例1、2 は、固有振動数がそれぞれ
37Hz、30Hzである撹拌翼を用い、実施例1と同
様な方法で測定した。撹拌翼を図のような形状に変え、
同様に振幅を測定した結果である。
【0030】
【発明の効果】本発明によれば、撹拌軸と軸に実質的に
垂直方法にのびる棒状の翼の固有振動数を40Hz以上
とし、邪魔板、熱交換器等との距離が多くとも50mm
とすることにより、溶液重合方法及び塊状重合方法に適
した異常反応部分を生ぜず、また重合の初期の段階ある
いは重合開始時や終了時、場合によっては溶剤等による
反応器の洗浄時においても十分なシェアをかけることが
でき、さらに反応容器内の付着防止に優れた重合反応器
を提供するができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明において、固有振動数を測定するため
に用いた装置の概略図である。
【図2】 本発明の一実施例の概略図である。
【図3】 図2のA−A線に沿う横断面図である。
【図4】 本発明において、撹拌翼の最大振幅を測定す
るために用いた装置の概略図である。
【図5】 図4の装置を用いて、固有振動数の種々異な
る撹拌翼を用いて測定した最大振幅と固有振動数の関係
図である。
【符号の説明】
1 撹拌翼 2 加速センサー 3 増幅器 4 反応器 5 ジャケット 6 撹拌軸 7 コイル状熱交換器 8 熱媒体 9 覗き窓 10 高速度カメラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本田 祥也 大阪府高石市高砂1丁目6番地 三井東圧 化学株式会社内 (72)発明者 白藤 朋史 大阪府高石市高砂1丁目6番地 三井東圧 化学株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液流入口と液流出口を備えた液の流れの
    方向に長い構造を有する円筒型反応器で、少なくとも該
    反応器内に撹拌軸と軸に実質的に垂直方向にのびる、板
    状または棒状、あるいはそれらが、ひねりや傾斜、テー
    パーを有している翼を一本以上有し、反応器内に板状や
    棒状あるいはそれらを組合わせた邪魔板もしくはコイ
    ル、チューブ、板あるいは螺旋状の熱交換器等の内部構
    造物を有し、該翼が該邪魔板もしくは熱交換器等の反応
    器内部構造物に近接しており、その距離が多くとも50
    mmである反応器において、該翼の固有振動数が40H
    z以上であることを特徴とする反応器。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の翼が2段以上設置されて
    いることを特徴とする反応器。
  3. 【請求項3】 反応器が重合反応器であることを特徴と
    する請求項1記載の反応器。
  4. 【請求項4】 重合反応器が塊状または溶液状でスチレ
    ン系(共)重合用である請求項3記載の反応器。
JP26657397A 1997-09-30 1997-09-30 反応器 Pending JPH11106406A (ja)

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