KR100866301B1 - 공업적 증발 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 액체 내에 이 액체보다 낮은 끓는점의 물질을 함유하는 액체를 가이드의 외부 표면을 따라 흘러내리게 하고 그 사이에 그 낮은 끓는점의 물질을 증발시키는 장치에 있어서, 증발 처리되는 액체가 1 시간당 1 톤 이상인 공업적 규모로 장기간 안정적으로 실시할 수 있는 장치를 구체적으로 개시하는 것이며, 또한, 액체의 일부의 장기 체류에 의한 변성에 기인하는 문제가 없는 공업적 증발 장치를 구체적으로 개시하는 것이다. 가이드는 자체적으로 가열원이 없는 것이며, 또한, 액체 수급구로부터 다공판에 공급되는 액체의 흐름을 주로 다공판의 주변부에서 중앙부의 방향으로 흐르게 하는 기능을 갖는 유로 제어 부품이 액체 공급 존에 형성되어 있는 것이며, 게다가 증발 존의 측면 케이싱의 내벽면에 가장 가까운 가이드와, 그 내벽면과의 거리 K(㎝) 가 특정 범위의 것이고, 또한, 식 (1)∼식 (5), 또는 바람직하게는 식 (1)∼식 (11), 또는 바람직하게는 식 (1)∼식 (14) 를 만족하는 특정 구조를 갖는 공업적 증발 장치가, 상기의 과제를 해결하여 고품질, 고순도의 농축 액체나 축합계 폴리머나 열가소성 폴리머를 용이하게 생산할 수 있음을 알아내어, 본 발명에 도달하였다.

Description

공업적 증발 장치{INDUSTRIAL EVAPORATION APPARATUS}

본 발명은 신규한 공업적 증발 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 액체 내에 이 액체보다 낮은 끓는점의 물질을 함유하는 액체를 자체적으로 가열원이 없는 가이드의 외부 표면을 따라 흘러내리게 하고, 그 사이에 그 낮은 끓는점의 물질을 증발시키는 장치에 관한 것이다.

액체 내의 휘발 성분 및 또는 낮은 끓는점의 성분을 증발 제거시켜 그 액체를 농축하기 위한 공업적 증발 장치로서는 여러 가지의 것이 알려져 있다. 예를 들어, 개정 6판 화학 공학 편람 (비특허 문헌 1: 개정 6판 화학 공학 편람, 403∼405페이지, 화학 공학회 편, 1999년 참조) 에는, 액중 연소 방식, 자연 순환식 침관형, 자연 순환식 수평관형, 수직 단관형, 수직 장관 상승막형, 수평관 하강막형, 수직 장관 하강막형, 강제 순환식 수평관형, 강제 순환식 수직관형, 코일형, 교반막형, 원심식 박막형, 플레이트형, 플래시 증발 방식이 기재되어 있다. 이들 공업적 증발 장치 중에서, 액체를 상방에서 하방으로 흘러내리게 하는 방식은, 수평관 하강막형, 수직 장관 하강막형, 강제 순환식 수평관형, 강제 순환식 수직관형, 교반막형이지만, 교반막형을 제외하고 모두 다관 원통형 열교환기와 동일한 형식의 것이다. 교반막형은 외투 가열의 원통형 또는 원추형 전열면 내에서 스크 레이퍼를 회전시켜, 전열면 상에 액막을 형성시킴과 동시에 그것을 긁어내어, 증발의 균일화와 전열의 촉진을 도모하면서 증발 농축시키는 방식이다. 또한, 열교환기형 수평관 하강막형, 강제 순환식 수평관형은, 수평으로 형성된 관 외면에 액체를 액막 상태에서 흐르게 하면서 증발 농축시키는 방식으로서, 관 자체는 내부를 흐르는 수증기나 열매체 등의 가열 매체에 의해 가열되어 있다.

액체의 흐름에서 보면, 본 발명에 가장 가까운 타입의 공업적 증발 장치는, 수직 장관 하강막형, 강제 순환식 수직관형이지만, 이들은 수직으로 형성된 관 내를 액체가 막상으로 하강하는 동안에 증발 농축되는 방식으로서, 본 발명의 가이드의 외부 표면을 따라 흘러내리게 하는 방식이 아니며, 게다가 액체가 흘러내리는 관 자체는 관 외부 (몸통부) 를 흐르는 가열 매체에 의해 가열되어 있어, 본 발명과 같이 그 자체적으로 가열원이 없는 가이드와는 다르다.

또한, 폴리머 등의 용융물을 다공판에서 증발 존으로 스트랜드 형상 또는 실 형상으로 압출하고, 자유 낙하시키면서 폴리머용융물을 증발 농축시키는 스트랜드 증발기도 알려져 있다 (특허 문헌 1: 미국 특허 제3110547호 명세서; 특허 문헌 2: 일본 특허공보 소30-2164호 참조). 그러나, 스트랜드 증발기는 농축해야 할 액체를 자유 낙하시키기 때문에, 증발 존에 있어서의 체류 시간이 짧으므로 증발 효율이 나쁘고, 증발 존에서 스트랜드나 실 형상물이 가로 방향으로 요동하여 서로 융착되기 쉬워 연속적으로 안정되게 조작하는 것이 곤란하다는 점 등의 결점이 있다. 선 형상의 지지체를 따라 모노머 혼합물이나 프리폴리머를 흘러내리게 하면서 폴리아미드나 폴리에스테르 등을 제조하는 장치 (예를 들어, 특허 문헌 3: 미 국 특허 제 3044993호 명세서; 특허 문헌 4: 일본 특허공보 소48-8355호; 특허 문헌 5: 일본 공개특허공보 소53-17569호; 특허 문헌 6: 일본 공개특허공보 소60-44527호; 특허 문헌 7: 일본 공개특허공보 소61-207429호 참조) 도 제안되어 있다. 또한, 루프 형상의 와이어를 증발 존에 형성하고, 그 와이어 루프를 따라 고점도의 폴리머 융액을 흘러내리게 하면서 증발 농축 또는 가스를 빼는 장치가 제안되고, 특히 폴리카보네이트 용액 또는 용융물의 증발 농축 및 가스를 빼기 위하여 사용하는 것이 유리함이 기재되어 있는데 (특허 문헌 8: 일본 공표특허공보 2004-516172호 참조), 이 방법은 본 발명자들이 이미 제안한 와이어나 유공 면상 가이드를 따라 용융 중합 원료를 흘러내리게 하면서 중합시켜 폴리카보네이트를 제조하는 방법 및 그 장치 (특허 문헌 9: 국제공개 제99/36457호 참조) 와 실질적으로 동일하다. 그러나, 이러한 와이어나 유공 면상 가이드를 갖는 장치로, 증발 처리되는 액체에 1 시간당 1 톤 이상인 공업적 규모로 장기간 안정적으로 증발 조작을 실시할 수 있는 장치의 규모나 사용에 관한 구체적인 개시나 시사가 이루어지기에는 이르지 않았다.

또한 지금까지의 증발 장치에 있어서는, 액체의 일부의 장시간 체류로 인한 착색, 겔화, 가교화, 초고분자량화, 고화, 스코칭, 탄화 등의 변성을 피하기 위한 연구에 대하여 기재되어 있는 것은 없었다. 특히 점도가 비교적 높은 액체로부터 낮은 끓는점의 물질을 증발시키는 장치의 경우에, 이러한 변성이 일어나면 이 변성물이 점진적으로, 혹은 갑자기 농축된 액체에 혼합되어 착색이나 고형 이물질의 혼입 같은 폴리머 등의 농축 제품에 있어서 치명적인 문제를 일으킨다는 것을 장시간의 연속 운전을 실시함으로써 처음으로 밝혀냈다.

그러나, 이러한 장시간 운전에 기초하는 변성에 관해서, 지금까지의 증발 장치에서는 전혀 고려되지 않았음이 명백하다. 예를 들어, 선 형상 지지체를 이용하는 증발 장치인 특허 문헌 5 의 도 1 에 의하면, 다공판의 구멍부와 중공체 내부 측벽면 사이에 폴리머가 장기간 체류하여 가열되는, 이른바 「데드 스페이스」가 많이 존재하고 있음은 명백하고, 이 「데드 스페이스」를 감소시키는 연구 등은 전혀 행하고 있지 않다. 따라서, 고점도물 공급구 (7) 로부터 공급된 고점도물은, 다공판 (3) 과 중공체 내부 측벽면 사이의 「데드 스페이스」에 장기간 체류하므로, 상기의 문제가 반드시 발생한다. 또한, 최근의 제안인 특허 문헌 8 에 있어서조차, 디스트리뷰터관 (3)(도 2), 및 다공판에 대한 공급 존 (도 3a) 에 있어서의 「데드 스페이스」를 감소시키는 연구는 전혀 이루어져 있지 않다.

발명의 개시

발명이 해결하고자 하는 과제

발명이 해결하고자 하는 과제는, 액체 내에 이 액체보다 낮은 끓는점의 물질을 함유하는 액체를 자체적으로 가열원이 없는 가이드의 외부 표면을 따라 흘러내리게 하고, 그 동안에 그 낮은 끓는점의 물질을 증발시키는 장치에 있어서, 증발 처리되는 액체를 1 시간당 1 톤 이상인 공업적 규모로 장기간 안정적으로 처리할 수 있는 장치를 구체적으로 개시하는 것이며, 또한, 그 액체의 일부의 장기 체류에 의한 변성에 기인하는 문제가 없는 공업적 증발 장치를 구체적으로 개시하는 것이다.

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명자들은, 앞서 제안한 용융 프리폴리머를 와이어 등의 가이드에 따라 낙하시키면서 중합시키는 가이드 접촉 하강식 중합기를 여러 가지의 용도에 이용하는 검토를 거듭한 결과, 상기의 과제를 해결할 수 있는 하기에 나타내는 특징을 갖는 특정 구조를 갖는 공업적 증발 장치를 알아내어, 본 발명에 도달하였다. 즉, 본 발명은,

1. 액체 내에 이 액체보다 낮은 끓는 점의 물질을 함유하는 액체를, 자체적으로 가열원이 없는 가이드의 외부 표면을 따라 흘러내리게 하고, 그 사이에 상기 낮은 끓는점의 물질을 증발시키는 장치로서,

(1) 액체 수급구, 다공판을 통하여 증발 존의 가이드에 상기 액체를 공급하기 위한 액체 공급 존, 상기 다공판과 측면 케이싱과 저부 케이싱으로 둘러싸인 공간에서 상기 다공판으로부터 하방으로 연장되는 복수의 가이드를 가지는 증발 존, 상기 증발 존에 형성된 증발물 배출구, 저부 케이싱의 최하부에 형성된 액체 배출구를 포함하며,

(2) 상기 액체 수급구로부터 다공판으로 공급되는 액체의 흐름이 주로 다공판의 주변부에서 중앙부의 방향으로 흐르게 하는 기능을 갖는 유로 제어 부품이 상기 액체 공급 존에 형성되어 있으며,

(3) 상기 증발 존의 측면 케이싱의 수평면에 있어서의 내부 단면적 A(㎡) 가 식 (1) 을 만족하며,

0.7≤A≤300 식 (1)

(4) 상기 A(㎡) 와, 액체 배출구의 수평면에 있어서의 내부 단면적 B(㎡) 의 비가 식 (2) 를 만족하며,

20≤A/B≤1000 식 (2)

(5) 상기 증발 존의 저부를 구성하는 저부 케이싱이 상부의 측면 케이싱에 대하여 그 내부에서 각도 C도로 접합되어 있고, 그 각도 C도가 식 (3) 을 만족하며,

110≤C≤165 식 (3)

(6) 상기 가이드의 길이 h(㎝) 가 식 (4) 를 만족하며,

150≤h≤5000 식 (4)

(7) 복수의 상기 가이드 전체의 외부 총표면적 S(㎡) 가 식 (5) 를 만족하며,

2≤S≤50000 식 (5)

(8) 상기 증발 존의 측면 케이싱의 내벽면에 가장 가까운 가이드와 내벽면의 거리 K(㎝) 가 식 (6) 을 만족하는,

5≤K≤50 식 (6)

것을 특징으로 하는 공업적 증발 장치,

2. 증발 처리되는 액체가 1 시간당 1 톤 이상인 것을 특징으로 하는 전항 1 에 기재된 공업적 증발 장치,

3. 상기 액체 공급 존의 내부 측벽면과 상기 다공판이 이루는 각도 E도가 식 (7) 을 만족하는,

100≤E＜180 식 (7)

것을 특징으로 하는 전항 1 또는 2 에 기재된 공업적 증발 장치,

4. 상기 증발 존의 측면 케이싱은 내경 D(㎝), 길이 L(㎝) 의 원통형이고, 그 하부에 접속된 저부 케이싱은 원뿔형이며, 상기 원뿔형 케이싱의 최하부의 액체 배출구는 내경 d(㎝) 의 원통형이며, D, L, d 가 식 (8), (9), (10) 및 (11) 을 만족하는,

100≤D≤1800 식 (8)

5≤D/d≤50 식 (9)

0.5≤L/D≤30 식 (10)

h-20≤L≤h＋300 식 (11)

것을 특징으로 하는 전항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 공업적 증발 장치,

5. 상기 액체 수급구에서 다공판의 상면까지의 액체 공급 존에서 액체가 존재할 수 있는 공간 용적 V(㎥) 와, 구멍의 상부 면적을 포함하는 다공판의 상부 면적 T(㎡) 가 식 (12) 를 만족하는,

0.02(m)≤V/T≤0.5(m) 식 (12)

것을 특징으로 하는 전항 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 공업적 증발 장치,

6. 상기 가이드 중 하나가 외경 r(㎝) 의 원주 형상 또는 내측에 액체 및/또는 가스 형상 물질이 들어가지 않도록 한 파이프 형상인 것으로서, r 이 식 (13) 을 만족하는,

0.1≤r≤1 식 (13)

것을 특징으로 하는 전항 1 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 공업적 증발 장치,

7. 상기 복수의 가이드는 전항 6 에 따른 복수의 가이드를 포함하고, 그들 각각의 가이드는 가로 방향의 지지재로 결합된 것을 특징으로 하는 전항 1 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 공업적 증발 장치,

8. 상기 복수의 가이드는 제 6 항에 따른 복수의 가이드를 포함하고, 그들 각각의 가이드는 가로 방향의 지지재로 고정된 격자 형상 또는 망 형상 가이드, 복수의 격자 형상 또는 망 형상의 가이드가 전후에 배치되고 가로 방향의 지지재로 고정된 입체적인 가이드, 및 복수의 가이드 각각이 전후 좌우로 가로 방향의 지지재로 고정된 정글짐 형상의 입체적인 가이드 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전항 1∼5 중 어느 한 항에 기재된 공업적 증발 장치,

9. 상기 액체는 축합계 폴리머를 제조하기 위한 모노머 및 2종 이상의 모노머 혼합물, 축합계 폴리머의 프리폴리머, 및/또는 축합계 폴리머의 용융액으로서, 낮은 끓는점의 물질은 중축합 반응으로 생성되는 부산 물질 및/또는 올리고머이며, 상기 용융액으로부터 상기 낮은 끓는점의 물질을 증발 제거함으로써 축합계 폴리머의 프리폴리머 및/또는 폴리머의 중합도를 향상시키기 위한 축합계 폴리머용 중합 장치인 것을 특징으로 하는 전항 1 내지 8 중 어느 한 항에 기재된 공업적 증발 장치,

10. 상기 축합계 폴리머는 폴리에스테르류, 폴리아미드류, 또는 폴리카보네이트류인 것을 특징으로 하는 전항 9 에 기재된 공업적 증발 장치,

11. 상기 액체는 열가소성 폴리머 A 의 용융액이며, 상기 낮은 끓는점의 물질은 폴리머 중에 함유되는 모노머, 올리고머, 및 부산물이며, 상기 용융액으로부터 상기 낮은 끓는점의 물질을 증발 제거함으로써 그 열가소성 폴리머 A 의 순도를 향상시키기 위한 정제 장치인 것을 특징으로 하는 전항 1∼8 중 어느 한 항에 기재된 공업적 증발 장치,

12. 상기 열가소성 폴리머 A 는 폴리스티렌계 폴리머, 폴리염화비닐계 폴리머, 폴리염화비닐리덴계 폴리머, 폴리아크릴로니트릴계 폴리머, 폴리아크릴산에스테르계 폴리머, 폴리메타크릴산에스테르계 폴리머, 또는 열가소성 엘라스토머인 것을 특징으로 하는 전항 11 에 기재된 공업적 증발 장치,

13. 상기 액체는 열가소성 폴리머 B 의 용액이며, 상기 낮은 끓는점의 물질은 상기 열가소성 폴리머가 용해되어 있는 용매 및/또는 상기 폴리머용액 중에 함유되어 있는 모노머, 올리고머, 및 부산물이며, 상기 용액으로부터 상기 낮은 끓는점의 물질을 증발 제거함으로써 상기 용액으로부터 상기 열가소성 폴리머를 분리 회수함과 함께 상기 열가소성 폴리머의 순도를 향상시키기 위한 분리 회수·정제 장치인 것을 특징으로 하는 전항 1∼8 중 어느 한 항에 기재된 공업적 증발 장치를 제공한다.

발명의 효과

본 발명의 공업적 증발 장치는 대량의 액체를 효율적으로 장시간 안정적으로 증발 농축시킬 수 있는 장치로서, 1 시간당 1 톤 이상의 농축액을 제조할 수 있으며, 게다가 액체의 변성이 장시간에 있어서 일어나지 않는 증발 농축 장치이다. 특히 비교적 높은 점도의 액체의 증발·농축에 있어서 우수한 효과를 발휘하는 장치이다. 이러한 비교적 높은 점도를 갖는 액체를 증발 농축시키는 지금까지의 장치에서는 액체의 일부가 장시간 가열된 채로 체류하는 장소가 있고, 그로 인해 체류된 액체가 착색, 겔화, 가교화, 초고분자량화, 고화, 스코칭, 탄화 등의 변성을 해서, 그들의 변성물이 서서히 또는 집중적으로 농축액에 혼입됨으로써, 농축액의 색이나 물성을 악화시키고 있음을 알 수 있었다. 본 발명은 이러한 결점이 없는 연속 증발 장치로서, 특히 축합계 폴리머의 중합 장치, 열가소성 폴리머의 정제 장치, 또는 열가소성 폴리머용액으로부터의 그 폴리머의 분리 회수 및 정제 장치로서 우수한 효과를 발휘하는 것이다. 즉, 열 변성물의 생성에 기인하는 착색이나 이물질의 혼입이 없는 고성능·고순도 폴리머를 장시간 안정적으로 1 시간당 1 톤 이상의 고생산성으로 제조할 수 있는 장치이다. 또한, 본 발명의 증발 장치가 중합기인 경우, 분자량의 편차를 매우 적게 할 수 있다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

본 발명은 연속식 증발 장치에 대한 상기의 과제를 해결하기 위해서 여러 가지의 조건을 만족시켜야 한다는 것을 알아낸 것이다. 본 발명의 증발 장치의 개념을 나타내는 단면도 (도 1, 도 2) 및 증발 장치의 부분을 나타내는 단면도 (도 3, 도 4) 를 이용하여, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하겠다.

액체 수급구 (1) 는 액체 공급 존 (3) 의 상부에 형성되는 것이 바람직하다. 액체 수급구 (1) 는 한 지점이어도 되고, 복수 지점이어도 되지만, 액체가 액체 공급 존 (3) 에서 가능한 한 균일하게 다공판 (2) 으로 공급되도록 배치되는 것이 바람직하고, 한 지점인 경우에는 액체 공급 존 (3) 의 상부의 중앙부에 형성되는 것이 바람직하다. 액체 공급 존 (3) 에 있어서, 액체 수급구 (1) 로부터 다공판 (2) 으로 공급되는 액체가 주로 다공판 (2) 의 주변부에서 중앙부 쪽으로 흐르게 하는 기능을 갖는 유로 제어 부품 (20) 이 그 액체 공급 존 (3) 에 형성되어야 한다. 이 유로 제어 부품 (20) 은 액체의 흐름을 다공판 (2) 의 주변부에서 중앙부로 향하게 함으로써, 다공판 (2) 의 구멍부 (예를 들어 21) 와 액체 공급 존 (3) 의 내부 측벽면 (22) 사이의 공간에서 액체가 장기 체류하는 것을 막는 효과를 가져온다. 주로 다공판 (2) 의 주변부에서 중앙부를 향하여 흐르게 된 액체는, 그 사이에 존재하는 구멍으로부터 가이드 (4) 로 공급된다.

이 유로 제어 부품 (20) 의 형상은, 그 효과를 발휘할 수 있으면 어느 형상이어도 되지만, 그 횡단면의 외형은 다공판 (2) 의 횡단면의 외형과 유사한 형상인 것이 바람직하다. 여기서, 유로 제어 부품 (20) 의 횡단면이란, 유로 제어 부품 (20) 을 가로 방향의 면에서 절단했을 때 최대의 면적을 나타내는 위치의 단면이다. 이 유로 제어 부품 (20) 과 액체 공급 존 (3) 의 내부 측벽면 (22) 사이의 간격은, 처리해야 할 액체의 양, 점도 등에 따라 바람직한 범위는 달라지지만, 비교적 높은 점도의 액체를 증발 처리하는 폴리머의 중합기, 폴리머의 정제 장치 등으로서 이용하는 경우에는 통상적으로 1∼50㎝ 가 바람직하고, 보다 바람직하게는 2∼30㎝ 이며, 더욱 바람직하게는 3∼20㎝ 이다. 액체 공급 존 (3) 의 상부 내부 벽면 (23) 과 유로 제어 부품 (20) 사이의 간격은 어떤 간격이어도 되지만, 액체 공급 존 (3) 내에 있어서의 액체의 체류 시간을 가능한 한 적게 하는 것이 바람직하다.

이런 점에서, 이 간격은 통상적으로 1∼200㎝ 이며, 바람직하게는 2∼170㎝ 이며, 보다 바람직하게는 3∼150㎝ 이다. 액체 공급 존 (3) 의 상부 내부 벽면 (23) 과 유로 제어 부품 (20) 사이의 간격은, 액체 수급구 (1) 에서 액체 공급 존 (3) 의 내부 측벽면 (22) 까지 거의 동일할 수도 있고, 점차 좁아지거나 반대로 점차 넓어질 수도 있다. 또한, 유로 제어 부품 (20) 과 다공판 (2) 의 간격은 통상적으로 1∼50㎝ 이며, 바람직하게는 2∼30㎝ 이며, 보다 바람직하게는 3∼20㎝ 이다. 다공판 (2) 과 유로 제어 부품 (20) 사이의 간격은, 액체 공급 존 (3) 의 내부 측벽면 (22) 에서 다공판의 중앙부에 도달까지 거의 동일할 수도 있고, 점차 좁아지거나, 혹은 반대로 점차 넓어질 수도 있지만, 거의 동일하거나 점차 좁아지는 것이 바람직하다.

이 유로 제어 부품 (20) 은 액체 수급구 (1) 로부터 공급된 액체가 다공판 (2) 의 구멍으로 직접 안내되는 것을 방해하고 있기 때문에, 일종의 방해판으로 볼 수 있다. 또한, 다공판 (2) 의 면적이 넓은 경우에는, 공급된 액체의 일부를 다공판 (2) 의 주변부를 경유시키지 않고 다공판 (2) 의 중앙부 부근에서 지름길로 흐르게 하는 것도 바람직하고, 이를 위하여, 유로 제어 부품 (20) 의 중앙부 부근, 혹은 그 외 적당한 부분에 하나 이상의 지점에서 구멍을 형성하는 것도 바람직하다. 액체 공급 존 (3) 에 있어서 「데드 스페이스(dead space)」를 만들지 않게 하기 위해서는, 액체 공급 존의 내부 측벽면 (22) 과 다공판 (2) 이 이루는 각도 E (도 5, 도 6 참조) 가 식 (7) 을 만족하는 것이 바람직하다:

100≤E＜180 식 (7)

여기서, 그 내부 측벽면 (22) 이 평면 형상인 경우, 그 평면 및 다공판 (2) 의 상면에 수직인 면에 의한 단면에서 그 내부 측벽면 (22) 과 다공판 (2) 이 이루는 각도가 E 이다. 또한, 그 내부 측벽면 (22) 이 오목면의 곡면인 경우, 그 오목면 및 다공판 (2) 의 상면에 수직인 면에 의한 단면에 있어서 곡선이 상승하기 시작하는 점에서의 접선과 다공판 (2) 의 상면이 이루는 각도가 E 이다. 보다 바람직한 E 의 범위는, 120≤E＜180 이며, 더욱 바람직하게는 145≤E＜180 이다. 또한, 액체 공급 존 (3) 의 상부 내벽면 (23) 과 내부 측벽면 (22) 의 접합부 부근도 「데드 스페이스」가 되지 않도록 고안하는 것이 바람직하고, 이들 양면이 이루는 각도가 90° 보다 크거나, 90° 이거나 그에 가까운 경우에는, 접합부 부근을 오목면 형상으로 하여 액체가 체류하지 않도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 그 증발 존의 측면 케이싱의 내벽면에 가장 가까운 그 가이드와 그 내벽면의 거리 K(㎝) 가 다음 식 (6) 을 만족해야 한다:

5≤K≤50 식 (6)

증발 존의 측면 케이싱의 그 내벽면에 액체가 부착되면 그 내벽면에서 증발 농축이 일어나고, 농축된 액체가 그 내벽면 아래로 흐른다. 그러나, 이 내벽은 일반적으로 증발 존의 보온 및/또는 가열을 위하여 외벽면 상의 재킷에서 수증기나 열매체에 의해 또는 전열 히터 등에 의해 가열되어 있으므로, 내벽면에 부착된 액체는 가이드 아래로 흐르는 액체보다 고도로 농축되어, 통상적으로 점도가 높아진다. 이러한 점도가 높아진 액체는 벽면 아래로 흐르는 시간 (체류 시간) 이 길어져, 더 높은 점도를 가지게 된다. 게다가, 일반적으로 외벽면으로부터 끊임없이 가열되고 있으므로 열 변성도 일어나기 쉬워진다. 특히 중합기나 폴리머의 정제 및/또는 회수 장치로서 이용하는 경우와 같이 프리폴리머나 폴리머 등의 점도가 높은 액체를 다루는 경우에는, 이런 경향이 매우 높아진다. 이러한 경우, 증발 존의 내벽면에 부착된 폴리머류는 착색, 고분자량화, 및 겔화가 일어나기 쉬워지고, 이러한 변질물이 혼입되는 것은 제품으로서의 폴리머에 바람직하지 않다. 따라서, 내벽면에 가장 가까운 그 가이드와 그 내벽면의 거리 K(㎝) 는 긴 편이 바람직하지만, 공업적 장치의 경우에는 제조 비용을 고려하거나 가능한 한 작은 장치로 높은 증발 능력을 얻고자 한다면 짧은 편이 바람직하다. 본 발명의 특징 중 하나는, 제품에 악영향을 미치지 않으면서 가능한 한 짧은 K(㎝) 의 범위 (식 6) 를 찾아낸 것에 있다. 보다 바람직한 K(㎝) 의 범위는 10≤K≤40 이며, 더욱 바람직한 범위는 12≤K≤30 이다.

또한, 본 발명에 있어서, 그 액체 수급구 (1) (액체 수급구 (1) 와 액체 공급 존 (3) 의 상부 내벽의 접합부) 로부터 다공판 (2) 의 상면까지의 그 액체 공급 존 (3) 에서 그 액체가 존재할 수 있는 공간 용적 V(㎥) 와, 구멍의 상부 면적을 포함하는 다공판의 상부 면적 T(㎡) 가 식 (12) 를 만족하는 것이 필요하다.

0.02(m)≤V/T≤0.5(m) 식 (12)

V(㎥) 는 본 발명의 증발 장치를 연속 운전 중에는 그 액체 공급 존 (3) 에 있어서의 실질적인 액체의 용적으로서, 그 유로 제어 부품의 용적은 제외한 것이다. 액체 공급 존에 있어서의 액체 유지량은 V(㎥) 이지만, 이 양이 작을수록 액체 공급 존에서의 체류 시간이 짧아지고 열 변성에 의한 악영향이 없어지지만, 1톤/hr 이상의 증발 처리된 액체로 장기간 안정적으로 소정의 농축도 또는 중합도의 농축 액체 및/또는 폴리머를 얻기 위해서는, 다공판의 구멍에 그 액체를 가능한 한 균등하게 공급하는 것이 중요하다. 그러기 위해서는, V/T 의 값이 이 범위일 필요가 있음을 발견했다. 보다 바람직한 V/T 의 값의 범위는, 0.05(m)≤V/T≤0.4(m) 이며, 더욱 바람직하게는, 0.1(m)≤V/T≤0.3(m) 이다.

또한, 본 발명에 있어서, 그 공간 용적 V(㎥) 와 증발 존의 공간 용적 Y(㎥) 가 식 (14) 를 만족해야 한다.

10≤Y/V≤500 식 (14)

열 변성에 의한 물성의 저하를 초래하지 않고, 장시간 안정적이고 효율적으로 단위시간당 대량의 액체를 증발 처리하기 위해서는, Y/V 의 값이 이 범위일 필요가 있음을 발견했다. 보다 바람직한 Y/V 의 값의 범위는, 15≤Y/V≤400 이며, 더욱 바람직하게는, 20≤Y/V≤300 이다. 또한, 본 발명에서 말하는 증발 존의 공간 용적 Y(㎥) 는 다공판의 하면에서부터 액체 배출구까지의 공간 용적으로서, 가이드가 차지하는 용적을 포함하는 것이다.

증발 존 (5) 의 측면 케이싱 (10) 의 수평면 (a-a' 면) 에 있어서의 내부 단 면적 A(㎡) 가 식 (1) 을 만족해야 한다.

0.7≤A≤300 식 (1)

또한, 그 A(㎡) 와 액체 배출구 (7) 의 수평면 (b-b'면) 에 있어서의 내부 단면적 B(㎡) 의 비가 식 (2) 를 만족해야 한다.

20≤A/B≤1000 식 (2)

증발 농축된 액체나 폴리머, 또는 제조된 폴리머의 품질을 저하시키지 않고 용융 점도를 높힌 용융물을 배출하기 위해서 A/B 가 식 (2) 를 만족해야 한다.

또한, 그 증발 존의 저부를 구성하는 저부 케이싱 (11) 이 상부의 측면 케이싱 (10) 에 대하여 그 내부에서 각도 C도로 접속되어, 그 각도 C도가 식 (3) 을 만족해야 한다.

110≤C≤165 식 (3)

설비비를 줄이기 위해서는, C 는 가능한 한 90도에 가까운 편이 좋지만, 가이드 (4) 의 하단부로부터 낙하되는 농축된 액체나 폴리머의 품질을 저하시키지 않고 용융 점도를 높힌 용융물을 배출구 (7) 로 이동시키기 위해서는, C 는 식 (3) 을 만족해야 한다.

또한, 그 가이드 (4) 의 길이 h(㎝) 가, 식 (4) 를 만족하는 것도 필요하다.

150≤h≤5000 식 (4)

h 가 150㎝ 보다 짧은 경우, 농축이나 중합을 진행시킬 수 있지만, 그 정도가 충분하지 않기 때문에 바람직하지 않다. h 가 5000㎝ 보다 긴 경우, 가이드의 상부와 하부에서의 액체의 점도의 차이가 지나치게 커지기 때문에, 농축도의 편 차나 중합도의 편차가 커지기 쉬워지므로 바람직하지 않다.

또한, 그 가이드 (4) 의 외부 총표면적 S(㎡) 가 식 (5) 를 만족할 필요가 있다.

2≤S≤50000 식 (5)

S 가 2㎡ 보다 작으면 1 시간당 1 톤 이상을 목적으로 하는 증발 처리된 액체량이나 제조 폴리머의 생산량을 달성할 수 없고, 설비비를 낮추면서 이 생산량을 달성하고 물성에 편차를 없애기 위해서는, S 는 50000㎡ 이하로 하는 것이 필요하다.

이러한 여러 가지의 조건을 만족하는 본 발명의 증발 장치는 지금까지의 증발 장치의 과제를 해결할 뿐만 아니라, 놀랍게도, 앞서 기재된 우수한 효과를 발휘하는 것으로서, 착색이 없는 고품질·고성능의 농축 액체나 폴리머를 1 시간당 1 톤 이상의 양으로 수천 시간 이상, 예를 들어 5,000시간 이상의 장기간 동안 안정적으로 제조할 수 있음을 발견했다.

본 발명의 증발 장치가 이러한 우수한 효과를 갖는 공업적 증발 장치인 것은 필시 상기 기술한 여러 가지의 이유에 더하여, 그들 조건이 조합되었을 때에 초래되는 복합 효과가 나타나기 때문이라고 추정된다. 예를 들어 식 (4) 및 (5) 를 만족하는 높은 표면적의 가이드는 비교적 저온도에서 공급되는 대량의 액체나 프리폴리머나 폴리머의 효율적인 내부 교반과 표면 갱신에 매우 효과적이고, 낮은 끓는점의 물질의 증발을 효율적으로 실시할 수 있어, 고품질의 농축 액체나 폴리머를 1 시간당 1 톤 이상의 대량으로 얻는 데에 도움이 되며, 식 (3) 을 만족하는 각도 C 는 가이드로부터 낙하되는 대량의 고품질의 농축 액체나 폴리머가 배출구 (7) 로부터 배출될 때까지의 시간을 단축시킬 수 있어 열 이력을 줄일 수 있기 때문이라고 추정된다.

또한, 이러한 공업적 규모에서의 증발 장치의 성능은 대규모 제조 설비를 이용하는 장시간의 운전에 의하여 처음으로 확립될 수 있는 것이지만, 그 때의 제조 설비비는 고려해야 할 중요한 인자임이 당연하다. 본 발명의 증발 장치가 종래의 증발 장치나 중합기에 비해 성능에 대한 설비비를 낮출 수 있다는 점이 본 발명의 다른 효과이다.

본 발명의 공업적 증발 장치에 있어서의 특정 조건이나 치수·각도 등에 요구되는 범위는 상기한 바와 같지만, 더욱 바람직한 범위는 다음과 같다. 증발 존 (5) 의 측면 케이싱 (10) 의 수평면에 있어서의 내부 단면적 A(㎡) 의 보다 바람직한 범위는 0.8≤A≤250 이며, 더욱 바람직하게는 1≤A≤200 이다. 또한, 그 A(㎡) 와, 액체 배출구 (7) 의 수평면에 있어서의 내부 단면적 B(㎡) 의 비의 보다 바람직한 범위는 25≤A/B≤900 이며, 더욱 바람직하게는 30≤A/B≤800 이다. 또한, 증발 존 (5) 의 저부를 구성하는 저부 케이싱 (11) 이 상부의 측면 케이싱 (10) 에 대하여 그 내부에서 이루는 각도 C도의 보다 바람직한 범위는 120≤C≤165 이며, 더욱 바람직하게는 135≤C≤165 이다. 또한, 복수의 증발 장치를 이용하여 순서대로 농축도 혹은 중합도를 높이는 경우에는, 각각에 대응하는 각도를 C1, C2, C3,… 로 한다면, C1≤C2≤C3≤… 인 것이 바람직하다.

또한, 가이드 (4) 의 필요한 길이 h(㎝) 는 처리해야 할 액체의 양, 점도, 온도, 낮은 끓는점의 물질의 양, 끓는점, 증발 존의 압력이나 온도, 필요로 하는 농축도 혹은 중합도 등 요인의 차이에 따라 달라지는데, 보다 바람직한 범위는 200≤h≤3000 이며, 더욱 바람직하게는 400＜h≤2500 이다. 또한, 필요한 가이드 전체의 외부 총표면적 S(㎡) 도 상기와 동일한 요인의 차이에 따라 달라지는데, 보다 바람직한 범위는 10≤S≤40000 이며, 더욱 바람직하게는 15≤S≤30000 이다. 본 발명에서 말하는 가이드 전체의 외부 총표면적이란 액체가 접촉하여 흘러내리는 가이드의 표면적 전체를 의미하고 있으며, 예를 들어 파이프 등의 가이드의 경우, 외측의 표면적을 의미하고, 액체가 흘러내리지 않는 파이프 내측의 면의 표면적은 포함하지 않는다.

본 발명의 공업적 증발 장치에 있어서, 증발 존 (5) 의 측면 케이싱 (10) 의 수평면에 있어서의 내부 단면의 형상은 다각형, 타원형, 원형 등 어떠한 형상이어도 된다. 증발 존 (5) 은 일반적으로 감압하에서 조작되기 때문에, 그것을 견디는 것이면 어떠한 것이어도 되지만, 바람직하게는 원형 또는 그에 가까운 형상이다. 따라서, 본 발명의 증발 존 (5) 의 측면 케이싱 (10) 은 원통형인 것이 바람직하다. 이 경우, 원통형의 측면 케이싱 (10) 의 하부에 원뿔형 저부 케이싱이 형성되고, 그 저부 케이싱의 최하부에 원통형의 액체 배출구 (7) 가 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 공업적 증발 장치에 있어서, 증발 존 (5) 의 측면 및 저부 케이싱이 각각 상기의 원통형 및 원뿔형부로 이루어져 있고, 농축된 액체 또는 폴리머의 액체 배출구 (7) 가 원통형인 경우, 그 측면 케이싱의 원통형부의 내경을 D(㎝), 길이를 L(㎝) 로 하고, 그 액체 배출구 (7) 의 내경을 d(㎝) 로 하였을 때, D, L, d 가 식 (8), (9), (10) 및 (11) 을 만족하는 것이 바람직하다.

100≤D≤1800 식 (8)

5≤D/d≤50 식 (9)

0.5≤L/D≤30 식 (10)

h-20≤L≤h＋300 식 (11)

본 발명의 증발 장치에 있어서, D(㎝) 의 보다 바람직한 범위는 150≤D≤1500 이며, 더욱 바람직하게는 200≤D≤1200 이다. 또한, D/d 의 보다 바람직한 범위는 6≤D/d≤45 이며, 더욱 바람직하게는 7≤D/d≤40 이다. 또한, L/D의 보다 바람직한 범위는 0.6≤L/D≤25 이며, 더욱 바람직하게는 0.7≤L/D≤20 이다. 또한, L(㎝) 의 보다 바람직한 범위는 h-10≤L≤h＋250 이며, 더욱 바람직하게는 h≤L≤h＋200 이다. 또한, D, d, L 이 이들의 관계를 동시에 만족하지 않는 경우에는, 본 발명의 과제를 달성하기가 곤란해진다.

본 발명의 증발 장치가 빠른 증발 속도나 빠른 중합 속도로 착색이 없고 기계적 물성이 우수한 고품질·고성능의 농축 액체나 폴리머를 공업적 규모로 장기간 동안 안정적 (폴리머 제조의 경우 분자량의 편차 등이 없고) 으로 제조할 수 있는 정확한 이유는 분명하지 않지만, 이하로 여겨진다. 즉, 본 발명의 증발 장치에 있어서, 원료의 액체가 액체 수급구 (1) 로부터 액체 공급 존 (3) 및 다공판 (2) 을 경유하여 가이드 (4) 로 안내되고, 가이드 (4) 를 따라 흘러내리면서 농축되거나, 중합도가 상승되어 간다. 이 경우, 액체나 용융 프리폴리머는 가이드를 따 라 흘러내리면서 효과적인 내부 교반과 표면 갱신이 행해지고, 낮은 끓는점 물질의 이동이 효과적으로 행해지기 때문에, 빠른 속도로 농축이나 중합이 진행된다. 농축이나 중합의 진행과 함께 그 점도가 높아지기 때문에, 가이드 (4) 에 대한 점착력이 증대하여, 가이드 (4) 에 점착되는 액체나 용융물의 양은 가이드 (4) 의 하부로 감에 따라 증가한다. 이것은, 액체나 용융 프리폴리머의 가이드 상에서의 체류 시간, 즉 증발 시간이나 중합 반응 시간이 증가하는 것을 의미하고 있다. 게다가, 가이드 (4) 에 지지되면서 자중으로 흘러내리는 액체나 용융 프리폴리머는 중량당 표면적이 매우 넓어, 그 표면 갱신이 효율적으로 행해지고 있으므로, 지금까지의 증발 장치나 기계적 교반식 중합기에서는 전혀 불가능하였던 고점도 영역에서의 증발 농축이나 중합 후반의 고분자량화를 용이하게 달성될 수 있는 것이다. 이것이 본 발명의 증발 장치가 갖는 우수한 특징의 하나이다.

증발이나 중합의 후반에서는 가이드에 점착하는 액체나 용융물의 양이 많아지지만, 그 점도에 대응하는 점착 유지력 밖에 없기 때문에, 복수의 가이드의 동일한 높이에서 거의 동일한 점도를 갖는 거의 동일한 양의 액체나 용융물이 각각의 가이드에 지지되어 있게 된다. 한편, 가이드에는 상부로부터 액체나 용융물이 연속적으로 공급되고 있으므로, 거의 동일한 점도를 갖는 액체나 거의 동일한 용융 점도를 갖는 더욱 높아진 중합도의 용융물이, 가이드의 하단으로부터 저부 케이싱으로 연속적으로 낙하해 가게 된다. 즉 저부 케이싱의 하부에는, 가이드 아래로 흘러 생성된 거의 동일한 점도의 액체나 거의 동일한 중합도의 폴리머가 체류되게 되어, 증발도의 편차가 없는 농축 액체나 분자량의 편차가 없는 폴리머가 연속 적으로 제조되게 된다. 이것은 본 발명의 증발 장치가 갖는 다른 우수한 특징의 하나이다. 저부 케이싱의 하부에 체류된 농축 액체나 폴리머는 액체 배출구 (7) 를 거쳐 배출 펌프 (8) 에 의해 연속적으로 이동되고, 폴리머의 경우에는 통상적으로 압출기 등을 거쳐 연속적으로 펠릿(pellet)화 된다. 이 경우, 압출기에 첨가제 등을 첨가하는 것도 가능하다.

본 발명의 증발 장치를 구성하는 다공판 (2) 은, 통상적으로, 평판, 파판(波板), 중심부가 두꺼운 판 등에서 선택되고, 다공판 (2) 횡단면의 형상은 일반적으로 원형, 타원형, 삼각형, 다각형 등의 형상에서 선택된다. 다공판의 구멍의 횡단면은 일반적으로 원형, 타원형, 삼각형, 슬릿형, 다각형, 별형 등의 형상에서 선택된다. 구멍의 단면적은 일반적으로 0.01∼100㎠ 이며, 바람직하게는 0.05∼10㎠ 이며, 특히 바람직하게는 0.1∼5㎠ 의 범위이다. 구멍과 구멍의 간격은 구멍의 중심과 중심의 거리로 일반적으로 1∼500㎜ 이며, 바람직하게는 25∼100㎜ 이다. 다공판의 구멍은 다공판을 관통시킨 구멍이어도 되고, 다공판에 관을 장착한 경우이어도 된다. 또한, 테이퍼 형상으로 되어 있어도 된다.

또한, 본 발명의 증발 장치를 구성하는 가이드란, 그 자체 내부에 열매체나 전기 히터 등의 가열원을 갖지 않는 것으로서, 수평 방향 단면의 외주의 평균 길이에 대하여 그 단면과 수직 방향 길이의 비율이 매우 큰 재료를 나타내는 것이다. 그 비율은 일반적으로 10∼1,000,000 의 범위이며, 바람직하게는 50∼100,000 의 범위이다. 수평 방향의 단면의 형상은 일반적으로, 원형, 타원형, 삼각형, 사각형, 다각형, 별형 등의 형상에서 선택된다. 그 단면의 형상은 길이 방향으로 동일해도 되고 상이해도 된다. 또한, 가이드는 중공 형상인 것이어도 된다. 본 발명의 가이드는 그 자체적으로 가열원을 갖고 있지 않기 때문에, 가이드의 표면에서의 액체의 열 변성의 염려가 전혀 없는 것은 큰 특징이다.

가이드는 선형, 가는 봉형, 또는 내측에 액체나 용융 프리폴리머가 들어가지 않도록 한 가는 파이프형의 것 등으로 단일한 것이어도 되지만, 같이 꼬아서 합치는 방법 등으로 복수 조합된 것이어도 된다. 또한, 망 형상인 것이나, 펀칭 플레이트 형상인 것이어도 된다. 가이드의 표면은 평탄해도 되고 요철이 있는 것이어도 되며, 부분적으로 돌기 등을 갖는 것이어도 된다. 바람직한 가이드는, 선형이나 가는 봉형 등의 원주 형상인 것, 상기 가는 파이프형인 것의 망 형상인 것, 펀칭 플레이트 형상인 것이다.

공업적 규모 (생산량, 장기 안정 제조 등) 에서의 고품질의 농축 액체나 폴리머의 제조를 가능하게 하는 본 발명의 가이드 접촉 하강식 증발 장치에 있어서, 특히 바람직한 것은 복수의 선 형상 또는 가는 봉 형상 또는 상기의 가는 파이프 형상의 가이드의 상부에서 하부까지 가로 방향의 지지재를 이용하여 상하의 적당한 간격으로 각각의 가이드 사이를 결합한 형태의 가이드이다. 예를 들어, 복수의 선 형상 또는 가는 봉 형상 또는 상기 가는 파이프 형상의 가이드의 상부에서 하부까지에 있어서 가로 방향의 지지재를 이용하여 상하의 적당한 간격, 예를 들어 1㎝∼200㎝ 의 간격으로 고정시킨 철망 형상 가이드, 복수의 철망 형상의 가이드를 전후에 배치하고 그들을 가로 방향의 지지재를 이용하여 상하의 적당한 간격, 예를 들어 1㎝∼200㎝ 의 간격으로 결합시킨 입체적인 가이드, 또는 복수의 선 형상 또 는 가는 봉 형상 또는 상기 가는 파이프 형양의 가이드의 전후 좌우를 가로 방향의 지지재를 이용하여 상하의 적당한 간격, 예를 들어 1∼200㎝ 의 간격으로 고정시킨 정글짐 형상의 입체적인 가이드이다. 가로 방향의 지지재는 각 가이드간의 간격을 거의 동일하게 유지하기 위하여 도움이 될 뿐만 아니라, 전체적으로 평면 형상이나 곡면 형상이 되는 가이드, 혹은 입체적이 되는 가이드의 강도의 강화에 도움이 된다. 이들 지지재는 가이드와 동일한 소재이어도 되고, 상이한 것이어도 된다.

본 발명에 있어서, 각각의 가이드가 외경 r(㎝) 의 원주 형상 또는 내측에 액체나 가스 형상 물질이나 용융 프리폴리머가 들어가지 않도록 한 파이프 형상의 것 인 경우, r 이 식 (13) 을 만족하는 것이 바람직하다.

0.1≤r≤1 식 (13)

본 발명에 있어서의 가이드는 액체나 용융 프리폴리머를 흘러내리게 하면서 증발 농축이나 중합 반응을 진행시키는 것이지만, 액체나 용융 프리폴리머를 어느 정도의 시간 동안 유지하는 기능도 갖고 있다. 이 유지 시간은, 증발 시간이나 중합 반응 시간에 관련된 것으로 증발이나 중합의 진행과 함께 그 액 점도나 용융 점도가 상승되기 때문에, 그 유지 시간 및 유지량이 증가하는 것은 상기한 바와 같다. 가이드가 액체나 용융 프리폴리머를 유지하는 양은 동일한 용융 점도라도 가이드의 외부 표면적, 즉, 원주 형상 또는 파이프 형상인 경우, 그 외경에 따라 달라진다.

또한, 본 발명의 증발 장치에 형성된 가이드는 가이드 자체의 중량 뿐만 아 니라 유지하고 있는 액체나 용융 프리폴리머나 폴리머의 중량도 지지할 수 있는 만큼의 강도가 필요하다. 이러한 점에서, 가이드의 굵기는 중요하고, 원주 형상 또는 파이프 형상인 경우 식 (13) 을 만족하는 것이 바람직하다. r 이 0.1 보다 작으면 강도적인 면에서 장시간의 안정 운전이 어려워지고, r 이 1 보다 크면 가이드 자체가 매우 무거워져, 예를 들어 그것을 증발 장치에서 유지하기 위하여 다공판의 두께를 매우 두껍게 해야 하는 등의 문제가 있을 뿐만 아니라, 유지되는 액체나 용융 프리폴리머나 폴리머의 양이 지나치게 많아지는 부분이 증가하여, 농축도의 편차나 분자량의 편차가 커지는 등의 문제가 생긴다. 이러한 의미에서, 보다 바람직한 r 의 범위는 0.15≤r≤0.8 이며, 더욱 바람직한 것은 0.2≤r≤0.6 이다.

이러한 가이드의 바람직한 재질은 스테인리스 스틸, 카본스틸, 하스텔로이, 니켈, 티탄, 크롬, 알루미늄 및 기타 합금 등의 금속 또는 내열성이 높은 폴리머 재료들 중에서 선택된다. 특히 바람직한 것은 스테인리스 스틸이다. 또한, 가이드의 표면은 도금, 라이닝, 부동태(passivation) 처리, 산 세정, 용매나 페놀 등에 의한 세정 등 필요에 따라 다양하게 처리될 수도 있다.

가이드와 다공판의 위치 관계 및 가이드와 다공판의 구멍의 위치 관계에 대해서는, 액체나 원료 용융 프리폴리머나 폴리머가 가이드에 접촉하여 흘러내릴 수있는 한 특별히 한정되지 않는다. 가이드와 다공판은 서로 접촉하고 있어도 되고, 접촉하고 있지 않아도 된다. 가이드를 다공판의 구멍에 대응시켜 형성하는 것이 바람직하지만 이것에 한정되지 않는다. 왜냐하면, 다공판으로부터 낙하하 는 액체나 원료 용융 프리폴리머나 폴리머가 적당한 위치에서 가이드에 접촉하도록 설계되어 있어도 되기 때문이다.

가이드를 다공판의 구멍에 대응시켜 형성하는 것이 바람직한 구체적인 예로서는, (1) 가이드의 상단을 유로 제어 부품의 하부면 등에 고정시키고, 가이드가 다공판의 구멍의 중심부 부근을 관통한 상태에서 가이드를 형성하는 방식이나, (2) 가이드의 상단을 다공판의 구멍의 상단의 주연부에 고정시키고, 가이드가 다공판의 구멍을 관통한 상태에서 가이드를 형성하는 방식이나, (3) 가이드의 상단을 다공판의 하측면에 고정시키는 방식 등을 들 수 있다.

이 다공판을 통하여 액체나 원료 용융 프리폴리머나 폴리머가 가이드를 따라 흘러내리게 하는 방법으로서는, 액 헤드 또는 자중으로 흘러내리게 하는 방법, 또는 펌프 등을 사용하여 가압함으로써 다공판으로부터 액체, 원료 용융 프리폴리머, 또는 폴리머를 압출하는 방법 등을 들 수 있다. 바람직한 방법은 공급 펌프를 이용하여 가압하면서 소정량의 액체나 원료 용융 프리폴리머나 폴리머를 증발 장치의 액체 공급 존에 공급하고, 다공판을 거쳐 가이드로 유도된 액체나 원료 용융 프리폴리머나 폴리머가 자중으로 가이드를 따라 흘러내리는 방식이다.

본 발명의 증발 장치는 액체 내에 이 액체보다 낮은 끓는점의 물질을 함유하는 액체로부터 그 낮은 끓는점의 물질을 증발시키는 장치인데, 이 액체는 어떠한 것이어도 된다. 이 액체는 상온에서도 되지만 일반적으로 가열된 상태에서 수급구로부터 증발 장치로 공급된다. 또한, 이 증발 장치의 외벽면에는 통상적으로 재킷 등이 형성되어 있는 것이 바람직하고, 필요에 따라 이 재킷을 통해 수증기 나 열매체 등을 통과시켜 가열함으로써, 액체 공급 존이나 유로 제어 부품이나 다공판의 가열 및/또는 보온과, 증발 존이나 다공판의 보온 등을 실시하는 것이 바람직하다.

본 발명의 증발 장치는 액체의 단순한 농축을 위한 장치로서 사용될 뿐만 아니라, 축합계 폴리머용 중합 장치나, 모노머나 올리고머나 부산물 등의 낮은 끓는점 물질을 함유하는 열가소성 폴리머의 정제 장치나, 열가소성 폴리머용액으로부터 폴리머를 분리 회수하는 장치 등의 점도가 비교적 높은 액체를 대상으로 하는 증발 장치로서 이용되는 것이 특히 바람직하다.

따라서, 그 액체가 축합계 폴리머를 제조하기 위한 모노머 및 2종 이상의 모노머 혼합물, 및/또는 그 축합계 폴리머의 프리폴리머, 및/또는 그 축합계 폴리머의 용융액으로서, 낮은 끓는점 물질이 중축합 반응에서 생성되는 부산 물질 및/또는 올리고머이며, 그 용융액으로부터 그 낮은 끓는점 물질을 증발 제거함으로써, 그 축합계 폴리머의 프리폴리머 및/또는 그 폴리머의 중합도를 향상시키기 위한 축합계 폴리머용 중합 장치로서 본 발명의 공업적 증발 장치를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 축합계 폴리머로서는, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 등의 방향족-지방족 폴리에스테르 및 각종 코폴리에스테르, 글리콜산, 락트산 등의 히드록시카르복실산의 폴리에스테르 및 각종 코폴리에스테르, 지방족 디올과 지방족 디카르복실산의 지방족-지방족 폴리에스테르 및 각종 코폴리에스테르, 폴리아릴레이트, 액정 폴리에스테르 등의 방향족-방향족 폴리에스테르 및 각종 코폴리에스테르 등의 폴리에스테르류; 나일론 6, 나일론 66, 나일론 612, 나일론 12, 나일론 4, 나일론 3, 나일론 11 등의 지방족 폴리아미드 및 각종 코폴리아미드, 나일론 6T, 나일론 6I, 폴리메타자일릴렌아디파미드 등의 지방족-방향족 폴리아미드 및 각종 코폴리아미드 등의 폴리아미드류; 지방족 폴리카보네이트나 방향족 폴리카보네이트 및 각종 코폴리카보네이트 등의 폴리카보네이트류； 폴리에스테르폴리카보네이트류 등이 바람직하다. 본 발명의 증발 장치를 이용함으로써, 착색이나 겔 형상 물질이나 고형 이물질이 없고, 분자량의 편차가 없는 고순도, 고성능의 축합계 폴리머를 장시간 안정적으로 제조할 수 있다.

또한, 그 액체가 열가소성 폴리머 A 의 용융액으로서, 낮은 끓는점 물질은 그 폴리머 중에 함유되는 모노머, 올리고머, 부산물이며, 그 용융액으로부터 그 저비점 물질을 증발 제거함으로써, 그 폴리머의 순도를 향상시키기 위한 정제 장치로서 본 발명의 공업적 증발 장치를 사용하는 것은 바람직하다. 이러한 그 열가소성 폴리머 A 로서는 나일론 6, 나일론 46 등의 나일론류; 폴리스티렌, 하이임펙트 폴리스티렌(HIPS), 및 각종 폴리머, 등의 폴리스티렌계 폴리머; 폴리염화비닐 및 각종 폴리머, 등의 폴리염화비닐계 폴리머； 폴리염화비닐리덴 및 각종 코폴리머 등의 폴리염화비닐리덴계 폴리머; AS 수지, ABS 수지 및 각종 포폴리머 등의 아크릴로니트릴계 폴리머； 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀류； 폴리아크릴산 에스테르계 폴리머； PMMA 및 각종 포폴리머 등의 폴리메타크릴산에스테르계 폴리머; 열가소성 엘라스토머인 것이 바람직하다. 본 발명의 증발 장치에서는, 비교적 저온에서 이들 열가소성 폴리머 A 중에 함유되는 이른바 잔사 모노머 등의 불순물을 효율적으로 제거할 수 있어, 열 분해 등이 없고, 착색이 없는 고순도, 고성능의 열가소성 폴리머 A 를 얻을 수 있다.

또한, 그 액체가 열가소성 폴리머 B 의 용액으로서, 그 낮은 끓는점 물질은 그 열가소성 폴리머를 용해시키고 있는 용매 및/또는 그 폴리머용액 중에 함유되어 있는 모노머, 올리고머, 부산물이며, 그 용액으로부터 그 낮은 끓는점 물질을 증발 제거함으로써, 그 용액으로부터 그 열가소성 폴리머를 분리 회수함과 함께 그 열가소성 폴리머의 순도를 향상시키기 위한 분리 회수 및/또는 정제 장치로서 본 발명의 공업적 증발 장치를 사용하는 것은 바람직하다. 이러한 열가소성 폴리머 B 의 용액으로서는, 방향족 폴리카보네이트의 염소계 용매 (예를 들어, 염화메틸렌, 클로로벤젠) 용액, 용매 (예를 들어, 톨루엔, 헥산) 등을 이용하여 용액 중합으로 제조되는 SBR 이나 BR 이나 EPDM 등의 폴리머용액이 바람직하다. 나아가서는, 염소계 용매가 잔존하는 방향족 폴리카보네이트의 용융액이나 중합 용매가 잔존하는 엘라스토머류로부터 용매 등을 제거하는 것도 바람직하다. 본 발명의 증발 장치에서는, 비교적 저온에서 이들 용매나 불순물을 효율적으로 제거할 수 있어, 열분해 등이 없고, 착색이 없는 고순도, 고성능의 열가소성 폴리머 B 를 얻을 수 있다.

본 발명의 공업적 증발 장치는 비교적 점도가 높은 액체로부터 낮은 끓는점 물질을 증발 제거하는 데에 특히 적합하다. 예를 들어, 본 발명의 공업적 증발 장치를 축합계 폴리머의 중합기로서 이용했을 경우, 지금까지의 중합기에서는 액체의 일부가 장시간 가열된 채 체류하는 장소가 있고, 그로 인해 체류된 액체가 착 색, 겔화, 가교화, 초고분자량화, 고화, 스코칭, 탄화 등의 변성을 해서, 그들의 변성물이 서서히 또는 집중적으로 폴리머에 혼입되는 결점을 피할 수 없었지만, 이러한 결점이 없을 뿐만 아니라, 종래의 중합기에는 없던 우수한 효과를 가질 수 있다.

즉, 예를 들어, 방향족 디히드록시 화합물과 디아릴카보네이트에서 얻어지는 용융 프리폴리머를 중합시켜 방향족 폴리카보네이트를 제조하는 경우의 반응 온도는 일반적으로 200∼350℃ 의 범위가 필요하고, 특히 중합 후반에서는 그 점도가 급격히 높아져, 그 초고점도 물질로부터 평형 반응으로 생성되는 방향족 모노히드록시 화합물을 이끌어 내야 하기 때문에, 지금까지의 중합기, 예를 들어, 횡형 2축 교반식 초고점도 폴리머용 리액터를 이용해도, 300℃ 이상의 고온에서, 게다가 133Pa 이하의 고진공하에서 장시간 반응시켜야 하는 데다, 게다가 시트용 등의 고분자량체는 제조하기 곤란하였다.

그러나, 본 발명의 중합기에서는 내부 교반을 수반하는 효율적인 표면 갱신이 이루어지고 있으므로, 비교적 저온에서 중합 반응을 진행시킬 수 있다. 따라서, 바람직한 반응 온도는 100∼290℃ 이며, 더욱 바람직한 것은 150∼270℃ 이다. 종래의 기계적 교반식 중합기의 경우보다 저온에서 충분히 중합을 진행시킬 수 있는 것이 본 발명의 중합기의 특징이며, 이것도 착색이나 물성 저하가 없는 고품질의 방향족 폴리카보네이트를 제조할 수 있는 하나의 원인이 된다. 또한, 지금까지의 중합기에서는, 고진공하에서의 교반기의 시일부로부터의 공기 등이 새어 들어가거나, 이물질이 혼입되는 등의 결점이 있었지만, 본 발명의 중합기는 기 계적 교반이 없고, 교반기의 시일부도 없으므로 공기 등이 새어 들어가거나 이물질이 혼입되는 일이 매우 적기 때문에, 고순도·고성능의 방향족 폴리카보네이트를 제조할 수 있는 원인이 된다. 이러한 우수한 효과는 다른 축합계 폴리머, 특히 폴리에스테르, 폴리아미드에 대해서도 동일하게 발휘된다. 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 나일론 6, 나일론 66 을 제조하는 경우에 이들의 우수한 효과가 현저해진다.

예를 들어, 지금까지의 폴리에틸렌테레프탈레이트의 중축합 반응은 일반적으로 265∼290℃ 에서 행해지고 있지만, 중합도가 상승함에 따라 최종적으로는 280℃ 이상의 고온을 유지하여 실시되고 있고, 폴리부틸렌테레프탈레이트의 중축합 반응은 통상적으로 240∼270℃ 에서 행해지고 있지만, 중합도가 상승함에 따라 최종적으로는 260℃ 이상의 고온을 유지하여 실시되고 있다. 중합 온도가 높아지면 높아질수록 색상이나 폴리머 물성이 손상된다는 것은 잘 알려져 있다. 또한, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르의 중합인 경우, 아세트알데히드, 아크롤레인 등의 알데히드류나 알릴알코올 등의 불포화 알코올류나 고리형 2량체, 고리형 3량체 등의 고리형 올리고머의 생산량은 중합 온도가 높아지면 높아질수록 증대된다는 것도 알려져 있다.

그러나, 본 발명의 증발 장치를 중축합 반응기로서 이용함으로써, 폴리에스테르류의 중합 온도는 일반적으로 10℃ 이상, 바람직하게는 20℃ 이상보다 낮게 하는 것이 가능하고, 게다가 효율적인 표면 갱신이 이루어져, 평형 반응에 의해 생성 된 낮은 끓는점의 부산물의 제거를 효율적으로 실시할 수 있으므로, 높은 중합 속도로 폴리에스테르를 제조할 수 있다. 따라서, 본 발명의 증발 장치를 중합기로서 이용하여, 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트의 중합을 실시하면, 240∼265℃ 에서도 빠른 반응속도로 중합할 수 있어, 아세트알데히드 함유량이 반감되고, 올리고머가 적으며, 색상이 좋은, 고순도, 고성능의 폴리머를 높은 생산성으로 제조할 수 있다.

또한, 예를 들어 지금까지의 나일론 66 의 중축합 반응은 일반적으로 230∼290℃ 에서 행해지고 있지만, 중합도가 상승함에 따라 최종적으로는 270℃∼290℃ 의 고온을 유지하여 실시되고, 나일론 6 의 중축합 반응은 일반적으로 250∼270℃ 에서 행해지고 있지만, 중합도가 상승함에 따라 최종적으로는 270℃ 부근의 고온을 유지하여 실시된다. 그리고, 지금까지의 나일론류의 중축합에서는, 중합기에서의 평균 체류 시간은 일반적으로 10∼20시간이어서, 고온에서의 장기 체류가 필수이기 때문에, 폴리머가 열 변성되기 쉽고 착색이나 물성 저하가 일어나기 쉬웠다. 특히 나일론 66 의 경우, 열에 의한 변성이나 착색이나 겔화가 매우 일어나기 쉬운 것도 잘 알려져 있다. 또한, 나일론 6 의 경우, 지금까지의 중합기를 이용한 경우, 모노머 (10% 전후) 및 올리고머 (2∼3%) 가 대량으로 폴리머 중에 잔존한다는 것도 잘 알려져 있다. 나일론류의 평형 상수는 온도가 높을수록 작아지므로 (예를 들어, 222℃ 및 254℃ 에서의 평형 상수는 나일론 6 의 경우, 각각 480 및 254 이고, 나일론 66 의 경우, 각각 365 및 300), 저온에서 중합할 수 있으면 잔사 모노머를 저하시키는 것이 가능하지만, 지금까지의 중합기로는 불가능하였다.

그러나, 본 발명의 증발 장치를 중축합 반응기로서 이용함으로써, 나일론류의 중축합 온도는, 통상적으로 10℃ 이상, 바람직하게는 20℃ 이상이나 낮게 하는 것이 가능하고, 게다가 효율적인 표면 갱신이 이루어져, 평형 반응에 의해 생성된 낮은 끓는점의 생성물의 제거를 효율적으로 실시할 수 있으므로, 높은 중합 속도로 나일론류를 제조할 수 있다. 따라서, 본 발명의 증발 장치를 중합기로서 이용하여, 예를 들어 나일론 66 의 중합을 실시하면, 210∼270℃ 에서, 최종적으로 250∼270℃ 의 온도에서도 빠른 반응속도로 중합할 수 있어, 열 변성에 의한 착색이나 겔의 생성이 없고 색상이 좋은, 고순도, 고성능의 폴리머를 높은 생산성으로 제조할 수 있다. 또한, 지금까지의 중합기를 이용하여 용융 중합으로 제조된 축합계 폴리머는 통상의 용도 (예를 들어 의료용(衣料用) 섬유 용도) 에는 폴리머로서의 충분한 성능을 갖지만, 더욱 중합도를 올려 고기능화 용도 (예를 들어 타이어 코드 용도, 보틀 용도, 엔지니어링 수지 용도 등) 에 사용하기 위해서는, 일반적으로 이들 폴리머를 추가로 고상 중합시킬 필요가 있었지만, 본 발명의 증발기를 이용하면, 고상 중합으로 제조되는 것과 동등한 중합도를 갖는 폴리머를 용이하게 얻을 수 있다는 것도 본 발명의 증발기의 특징이다.

또한, 본 발명의 공업적 증발 장치를 이용하여 축합계 폴리머를 제조하는 경우, 중합 반응의 진행에 수반하여 평형 반응에 의해 생성되는 낮은 끓는점 물질을 반응계 밖으로 제거함으로써 반응속도를 높일 수 있다. 따라서, 질소, 아르곤, 헬륨, 이산화탄소나 저급 탄화수소 가스 등 반응에 악영향을 미치지 않는 불활성 가스를 중합기에 도입하고, 이들 낮은 끓는점 물질을 이들 가스에 동반시켜 제거하 는 방법이나, 감압하에 반응을 실시하는 방법 등이 바람직하게 사용된다. 혹은 이들을 병용한 방법도 바람직하게 사용되는데, 이들의 경우도 중합기에 대량의 불활성 가스를 도입할 필요는 없고, 내부를 불활성 가스 분위기로 유지하는 정도이면 된다.

또한, 본 발명의 공업적 증발 장치를 이용하여 축합계 폴리머를 제조하는 경우의 반응 압력은 부산되는 낮은 끓는점 물질의 종류나 제조되는 폴리머의 종류나 분자량, 중합 온도 등에 따라서도 달라지는데, 예를 들어 비스페놀 A 와 디페닐카보네이트로부터의 용융 프리폴리머로 방향족 폴리카보네이트를 제조하는 경우, 수평균 분자량이 5,000 이하인 범위에서는, 400∼3,000Pa 범위가 바람직하고, 수평균 분자량이 5,000∼10,000 인 경우에는, 50∼500Pa 의 범위가 바람직하다. 수평균 분자량이 10,000 이상인 경우에는, 300Pa 이하가 바람직하고, 특히 20∼250Pa 인 범위가 바람직하게 사용된다.

본 발명의 공업적 증발 장치를 중합기로서 이용하여 축합계 폴리머를 제조하는 경우, 이 증발 장치 1기만 이용하여 요구되는 중합도를 갖는 폴리머를 제조하는 것도 가능하지만, 원료로 하는 용융 모노머나 용융 프리폴리머의 중합도나, 폴리머의 생산량 등에 따라 2기 이상의 증발 장치를 연결하여 순서대로 중합도를 올려가는 방식도 바람직하다. 이 경우, 각각의 증발 장치에 있어서, 제조해야 할 프리폴리머 또는 폴리머의 중합도에 적합한 가이드나 반응 조건을 따로따로 채용할 수 있으므로 바람직한 방식이다. 예를 들어, 가이드 접촉 하강식 제 1 중합기, 가이드 접촉 하강식 제 2 중합기, 가이드 접촉 하강식 제 3 중합기, 가이드 접촉 하강식 제 4 중합기… 를 이용하여 이 순서대로 중합도를 올려가는 방식의 경우, 각각의 중합기가 갖는 가이드 전체의 외부 총표면적을 S1, S2, S3, S4… 로 한다면, S1≥S2≥S3≥S4≥… 일 수 있다.

또한, 중합 온도도 각각의 중합기에 있어서 동일한 온도이어도 되고, 순서대로 높아지는 것도 가능하다. 중합 압력도 각각의 중합기에서 순서대로 낮춰가는 것도 가능하다. 이러한 의미에 있어서, 예를 들어, 가이드 접촉 하강식 제 1 중합기, 가이드 접촉 하강식 제 2 중합기의 2기의 중합기를 이용하여 이 순서대로 중합도를 올려가는 경우, 그 제 1 중합기의 가이드 전체의 외부 총표면적 S1(㎡) 과 그 제 2 중합기의 가이드 전체의 외부 총표면적 S2(㎡) 가 식 (15) 를 만족하는 가이드를 이용하는 것이 바람직하다.

1≤S1/S2≤20 식 (15)

S1/S2 가 1 보다 작으면 분자량의 편차가 커져 장기간 안정 제조가 곤란하게 되고, 소정의 생산량을 얻기 어려운 등의 문제가 생기고, S1/S2 가 20 보다 크면 제 2 중합기에서의 가이드를 따라 흐르는 용융 프리폴리머의 유량이 많아지고, 그 결과, 용융 프리폴리머의 체류 시간이 적어져 필요로 하는 분자량의 폴리머를 얻기 어려워지는 등의 문제가 생긴다. 이러한 의미에서 더욱 바람직한 범위는 1.5≤S1/S2≤15 이다.

본 발명의 공업적 증발 장치 또는 중합 설비에 있어서는, 1 시간당 1 톤 이상의 농축 액체 또는 폴리머를 용이하게 제조할 수 있는데, 축합계 폴리머를 용융 모노머 또는 용융 프리폴리머로 제조하는 경우, 통상적으로 중합 반응에 의해 부산 되는 낮은 끓는점의 물질을 시스템 밖으로 배출하면서 중합시키므로, 1 시간당 1 톤보다 다량의 원료의 용융 모노머 또는 용융 프리폴리머가 중합기 또는 중합 설비에 공급될 필요가 있다. 따라서, 증발 장치에 공급되는 액체인 용융 모노머 또는 용융 프리폴리머의 양은 그 중합도 및 제조해야 하는 폴리머의 중합도에 따라 다르지만, 일반적으로 폴리머의 생산량 1톤/hr 당 10∼500㎏/hr 많은 1.01∼1.5톤/hr 의 범위이다. 또한, 낮은 끓는점의 물질을 함유하는 액체나 열가소성 폴리머로부터의 증발 농축이나 증발 정제의 경우, 낮은 끓는점의 물질의 함유량 및 필요로 하는 농축률이나 정제율에 따라서도 달라지지만, 공급되는 액체는 통상적으로, 1.001∼100톤/hr 의 범위, 바람직하게는 1.005∼50톤/hr, 보다 바람직하게는 1.01∼20톤/hr 이다.

본 발명의 공업적 증발 장치는 청구항에 기재된 조건을 만족하고 또한 그에 상응한 기계적 강도를 갖는 것이면, 어떠한 것이이어도 되고 연속 운전에 필요한 다른 어떠한 기능을 갖는 장치·설비를 부가한 것이어도 된다. 또한, 본 발명의 공업적 증발 장치는 본 발명의 공업적 증발 장치를 복수 결합한 것이어도 되고, 증발 이외의 다른 어떠한 기능을 갖는 장치·설비를 부가한 것이어도 된다.

다음에, 실시예 및 참고예에 의해 본 발명을 설명한다.

［실시예 1］

도 2 및 도 3 에 나타내는 바와 같은 두께 약 2㎝ 의 원반 형상의 유로 제어 부품 (20) 및 가이드 (4) 를 갖는 공업적 증발 장치. 원반 형상의 유로 제어 부품 (20) 은 액체 공급 존 (3) 의 상부 내벽 (23) 으로부터의 간격이 약 8㎝ 가 되도록 상부에 매달려서 고정되어 있다. 또한, 액체 공급 존 (3) 의 내부 측벽면 (22) 과 유로 제어 부품 (20) 의 간격은 약 9㎝ 이고, 다공판 (2) 과 유로 제어 부품 (20) 의 간격은 약 8㎝ 이다. 또한, 이 원반 형상의 유로 제어 부품 (20) 의 주연부는 수직 단면이 반경 약 1㎝ 인 반원이 되도록 구성되어 있고, 주연부에 액체가 체류하지 않도록 고안되어 있다. 또한, 액체 공급 존의 내부 측벽면 (22) 과 다공판 (2) 의 접합부의 단면은 도 6 에 나타내는 바와 같은 내측이 오목한 형상으로 구성되어 있고, 그 상승부의 각도 E 는 약 170도이다. 이 증발 장치의 재질은 모두 스테인리스 스틸이다. 배출 펌프 (8) 는 농축 액체가 고점도인 경우에는 기어 펌프가 바람직하고, 그다지 점도가 높지 않은 경우에는 통상의 액체 공급 펌프이다. 이 공업적 증발 장치는 원통형의 측면 케이싱 (10) 과 원뿔형의 저부 케이싱 (11) 을 갖는 것으로서, L=1,000㎝, h=900㎝, D=500㎝, d=40㎝, C=155°, S=250㎡ 이고, A=19.625㎡, A/B=156.25, D/d=12.5, L/D=2, r=0.3㎝ 이다. 증발 존의 내벽면에 가장 가까운 가이드와 그 내벽면의 간격 K 는 약 15㎝ 이다. 그 액체 수급구 (1) 의 하부 (수급구와 액체 공급 존의 상부 내벽의 접합부) 로부터 다공판 (2) 의 상면까지의 그 액체 공급 존 (3) 에서 액체가 존재할 수 있는 공간 용적 V (약 3.17㎥) 와, 구멍의 상부 면적을 포함하는 다공판의 상부 면적 T (약 19.63㎡) 의 비인 V/T 의 값은 약 0.161(m) 이다. 증발 존의 공간 용적 Y 는 약 222.8㎥ 이며, Y/V 의 값은 약 70 이다. 이들은 식 (1) ∼식 (14) 를 모두 만족한다. 공급 존 (3) 에 있어서, 공급구 (1) 로부터 공급된 낮은 끓는점 물질을 함유하는 액체는 유로 제어 부품 (20) 의 상면과 공급 존 (3) 의 상부 내벽면 (23) 사이, 및 공급 존 (3) 의 내부 측벽면 (22) 과 유로 제어 부품 (20) 사이를 경유하고, 주로 다공판 (2) 의 주변부에서 중앙부의 방향으로 흐르면서, 다공판 (2) 의 구멍 (21 등) 으로부터 각 가이드 (4) 에 균일하게 분배되도록 처리되어 있다. 증발 장치 하부에는 불활성 가스 공급구 (9) 가 구비되어 있고, 상부에는 낮은 끓는점의 물질의 증발물 배출구 (6) (통상적으로는 가스 응축기 및 감압 장치에 접속되어 있다) 가 구비되어 있다. 증발 장치의 외측은 재킷, 또는 열매체용 가열관이 형성되어 있고, 열매체에 의해 소정의 온도로 유지할 수 있도록 되어 있다.

[참고예 1］

실시예 1 의 공업적 증발 장치를 축합계 폴리머의 중합기로서 이용하여, 방향족 폴리카보네이트가 제조되었다. 비스페놀 A 와 디페닐카보네이트 (대 비스페놀 A 몰비 1.05) 로 제조된 260℃ 로 유지된 방향족 폴리카보네이트의 용융 프리폴리머 (수평균 분자량 Mn 은 4,000) 가 공급 펌프에 의해 공급구 (1) 로부터 공급 존 (3) 에 연속적으로 공급되었다. 다공판 (2) 의 주변부에서 중앙부를 향하여 흐르면서 다공판의 구멍으로부터 증발 존 (5)(중합 반응 존) 으로 연속적으로 공급된 용융 프리폴리머는 가이드 (4) 를 따라 흘러내리면서 중합 반응을 일으켰다. 중합 반응 존은 증발물 배출구 (6) 를 통하여 80Pa 로 유지되어 있다. 가이드 (4) 의 하부로부터 중합기의 저부 (11) 에 들어온 생성 방향족 폴리카보네이트는 그 저부에서의 양이 일정해지도록 배출 펌프 (8) 에 의해 배출구 (7) 로 5.5톤/hr 의 유량으로 연속적으로 배출되었다.

운전을 개시하고 나서 50시간 후에 배출구 (12) 로부터 배출된 방향족 폴리카보네이트의 수평균 분자량 Mn 은 10,500 으로, 양호한 컬러(color) (3.2㎜ 두께의 시험편을 CIELAB 법으로 측정한 b^* 수치 3.2) 였다. 또한, 인장 신도는 98% 였다. 운전 개시로부터, 60시간 후, 100시간 후, 500시간 후, 1,000시간 후, 2,000시간 후, 3,000시간 후, 4,000시간 후, 5,000시간 후에 배출구 (12) 로부터 발출된 방향족 폴리카보네이트의 Mn 은 각각, 10,500, 10,550, 10,500, 10,550, 10,500, 10,500, 10,550, 10,500 으로 안정적이고, 컬러 (3.2㎜ 두께의 시험편을 CIELAB 법으로 측정한 b^* 수치) 도 완전히 동일한 3.2 였다. 장기 체류로 인한 착색물이나 이물질 등의 불순물의 혼입은 전혀 검출되지 않았다.

이와 같이 제조된 방향족 폴리카보네이트에서 촉매로서 이용된 알칼리 금속 및/또는 알칼리 토금속 화합물의 함유량은 이들 금속 원소로 환산하여, 0.04∼0.05ppm 이었다.

[실시예 2］

도 2 및 도 3 에 나타내는 바와 같은 유로 제어 부품 (20) 및 가이드를 갖는 공업적 증발 장치 2기를 직렬로 배치한 축중합계 폴리머의 중합 설비. 이 중합 설비 (제 1 중합기 및 제 2 중합기) 를 이용하여 방향족 폴리카보네이트를 제조하였다. 이들 증발 장치의 재질은 모두 스테인리스 스틸이다. 각각의 증발 장치의 배출 펌프 (8) 는 기어 펌프이다. 가이드 접촉 하강식 제 1 중합기는 원통형의 측면 케이싱 (10) 과 원뿔형의 저부 케이싱 (11) 을 갖는 것으로서, L=950㎝, h=850㎝, D=400㎝, d=20㎝, C=150도, S=750㎡, A=12.56㎡, A/B=400, D/d=20, L/D=2.375, r=0.3㎝ 이다. 증발 존의 내벽면에 가장 가까운 가이드와 그 내벽면의 간격 K 는 약 14㎝ 이다. 또한, 유로 제어 부품 (20) 은 횡단면의 직경은 조금 작지만 실시예 1 에 기재된 것과 동일한 형상을 하고 있고, 액체 공급 존의 벽면 (23 및 22) 과의 간격 및 다공판 (2) 과의 간격은 실시예 1 에 기재된 것과 동일하다. 또한, 액체 공급 존의 내부 측벽면 (23) 과 다공판 (2) 의 접합부의 단면은, 실시예 1 과 마찬가지로 도 6 에 나타내는 바와 같이 내측이 오목한 형상으로 구성되어 있고, 그 상승부의 각도 E 는 약 170도이다. 그 액체 수급구 (1) 의 하부 (수급구와 액체 공급 존의 상부 내벽의 접합부) 에서 다공판 (2) 의 상면까지의 그 액체 공급 존 (3) 에서 액체가 존재할 수 있는 공간 용적 V (약 2.03㎥) 와, 구멍의 상부 면적을 포함하는 다공판의 상부 면적 T (약 12.56㎡) 의 비인 V/T 의 값은 약 0.162(m) 이다. 증발 존의 공간 용적 Y 는 약 135㎥ 이며, Y/V 의 값은 약 67 이다. 이들 값은 식 (1)∼식 (14) 를 모두 만족한다. 또한, 제 2 중합기는 실시예 1 과 동일한 것이다.

［참고예 2］

비스페놀 A 와 디페닐카보네이트 (대 비스페놀 A 몰비 1.06) 로 제조되고, 265℃ 로 유지된 방향족 폴리카보네이트의 용융 프리폴리머 (수평균 분자량 Mn 은 2,500) 가 공급 펌프에 의해 제 1 중합기의 공급구 (1) 로부터 공급 존 (3) 으로 연속적으로 공급되었다. 제 1 중합기내의 다공판 (2) 을 통과하여 중합 반응 존에 연속적으로 공급된 그 용융 프리폴리머는 가이드 (4) 를 따라 흘러내리면서 중합 반응을 일으켰다. 제 1 중합기의 중합 반응 존은 진공 벤트구 (6) 를 통하여 800Pa 의 압력으로 유지되어 있다. 가이드 (4) 의 하부로부터 중합기의 저부 (11) 에 들어온 중합도가 높아진 방향족 폴리카보네이트의 용융 프리폴리머 (수평균 분자량 Mn 은 5,500) 는 그 저부에서의 양이 일정해지도록 배출 펌프 (8) 에 의해 배출구 (7) 로부터 일정한 유량으로 연속적으로 배출되었다. 이 용융 프리폴리머는 공급 펌프에 의해 제 2 중합기의 공급구 (1) 로부터 공급 존 (3) 으로 연속적으로 공급되었다. 제 2 중합기내의 다공판 (2) 을 통하여 중합 반응 존에 연속적으로 공급된 그 용융 프리폴리머는 가이드 (4) 를 따라 흘러내리면서 중합 반응을 일으켰다. 제 2 중합기의 중합 반응 존은 진공 벤트구 (6) 를 통하여 50Pa 의 압력으로 유지되었다. 가이드 (4) 의 하부로부터 제 2 중합기의 저부 (11) 에 들어온 생성 방향족 폴리카보네이트는 그 저부에서의 양이 일정해지도록 배출 펌프 (8) 에 의해 배출구 (7) 로부터 6톤/hr 의 유량으로 연속적으로 배출되었다.

운전을 개시하고 나서 50시간 후에 제 2 중합기의 배출구 (12) 로 배출된 방향족 폴리카보네이트의 수평균 분자량 Mn 은 11,500 으로, 양호한 컬러 (3.2㎜ 두께의 시험편을 CIELAB 법으로 측정한 b^* 수치 3.2) 였다. 또한, 인장 신도는 99% 였다. 운전 개시로부터, 60시간 후, 100시간 후, 500시간 후, 1,000시간 후, 2,000시간 후, 3,000시간 후, 4,000시간 후, 5,000시간 후에 배출구 (12) 로부터 배출된 방향족 폴리카보네이트의 Mn 은 각각, 11,500, 11,550, 11,500, 11,550, 11,500, 11,500, 11,550, 11,500 으로, 안정적이고, 컬러 (3.2㎜ 두께의 시험편을 CIELAB 법으로 측정한 b^* 치) 도 완전히 동일한 3.2 였다. 장기 체류로 인한 착색물이나 이물질 등의 불순물의 혼입은 전혀 검출되지 않았다.

이와 같이 하여 제조된 방향족 폴리카보네이트에서 촉매로서 이용된 알칼리 금속 및/또는 알칼리 토금속 화합물의 함유량은 이들 금속 원소로 환산하여 0.03내지 0.05ppm 이며, 염소의 함유량은 1ppb 이하였다.

본 발명의 증발 장치는 액체 내에 이 액체보다 낮은 끓는점의 물질을 갖는 액체를 착색이나 이물질 혼입이나 물성 저하 등의 결점을 수반하지 않고, 효율적이고 대량으로 농축하는데 적합한 공업적 증발 장치로서 이용되는 것이 바람직하다. 비교적 점도가 높은 액체의 증발 장치로서 이용되는 것이 특히 바람직하다. 본 발명의 공업적 증발 장치의 특히 바람직한 용도는, 축합계 폴리머용 중합 장치, 열가소성 폴리머용융액의 정제 장치, 열가소성 폴리머용액으로부터의 그 폴리머의 분리 회수·정제 장치이다.

도 1 은 본 발명의 공업적 증발 장치의 개략을 나타내는 단면도이다.

도 2 는 본 발명의 원통형 공업적 증발 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.

도 3 은 본 발명의 공업적 증발 장치의 상부를 개략적으로 나타내는 단면도 이다.

도 4 는 본 발명의 공업적 증발 장치의 상부를 개략적으로 나타내는 단면도이다.

도 5 는 액체 공급 존의 내부 벽면과 다공판 및 유로 제어 부품 사이의 「데드 스페이스」를 없애는 수단을 개략적으로 나타내는 단면도이다.

도 6 는 액체 공급 존의 내부 벽면과 다공판 및 유로 제어 부품 사이의 「데드 스페이스」를 없애는 수단을 개략적으로 나타내는 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1: 액체 수급구 2: 다공판

3: 액체 공급 존 4: 가이드

5: 증발 존 6: 증발물 배출구

7: 액체 배출구 8: 액체 배출 펌프

9: 소망에 의해 사용되는 불활성 가스 공급구

10: 증발 존의 측면 케이싱 11: 증발 존의 저부 케이싱

12: 액체 배출구 20: 유로 제어 부품

21: 다공판의 구멍의 예시 22: 액체 공급 존의 내부 측벽면

23: 액체 공급 존의 상부 내부 벽면

Claims (13)

1. 액체 내에 이 액체보다 낮은 끓는 점의 물질을 함유하는 액체를, 자체적으로 가열원이 없는 가이드의 외부 표면을 따라 흘러내리게 하고, 그 사이에 상기 낮은 끓는점의 물질을 증발시키는 장치로서,

   (1) 액체 수급구, 다공판을 통하여 증발 존의 가이드에 상기 액체를 공급하기 위한 액체 공급 존, 상기 다공판과 측면 케이싱과 저부 케이싱으로 둘러싸인 공간에서 상기 다공판으로부터 하방으로 연장되는 복수의 가이드를 가지는 증발 존, 상기 증발 존에 형성된 증발물 배출구, 저부 케이싱의 최하부에 형성된 액체 배출구를 포함하며,

   (2) 상기 액체 수급구로부터 다공판으로 공급되는 액체의 흐름이 다공판의 주변부에서 중앙부의 방향으로 흐르게 하는 기능을 갖는 유로 제어 부품이 상기 액체 공급 존에 형성되어 있으며,

   (3) 상기 증발 존의 측면 케이싱의 수평면에 있어서의 내부 단면적 A(㎡) 가 식 (1) 을 만족하며,

   0.7≤A≤300 식 (1)

   (4) 상기 A(㎡) 와, 액체 배출구의 수평면에 있어서의 내부 단면적 B(㎡) 의 비가 식 (2) 를 만족하며,

   20≤A/B≤1000 식 (2)

   (5) 상기 증발 존의 저부를 구성하는 저부 케이싱이 상부의 측면 케이싱에 대하여 그 내부에서 각도 C도로 접합되어 있고, 그 각도 C도가 식 (3) 을 만족하며,

   110≤C≤165 식 (3)

   (6) 상기 가이드의 길이 h(㎝) 가 식 (4) 를 만족하며,

   150≤h≤5000 식 (4)

   (7) 복수의 상기 가이드 전체의 외부 총표면적 S(㎡) 가 식 (5) 를 만족하며,

   2≤S≤50000 식 (5)

   (8) 상기 증발 존의 측면 케이싱의 내벽면에 가장 가까운 가이드와 내벽면의 거리 K(㎝) 가 식 (6) 을 만족하는,

   5≤K≤50 식 (6)

   것을 특징으로 하는 공업적 증발 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   증발 처리되는 액체가 1 시간당 1 톤 이상인 것을 특징으로 하는 공업적 증발 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 액체 공급 존의 내부 측벽면과 상기 다공판이 이루는 각도 E도가 식 (7) 을 만족하는,

   100≤E＜180 식 (7)

   것을 특징으로 하는 공업적 증발 장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 증발 존의 측면 케이싱은 내경 D(㎝), 길이 L(㎝) 의 원통형이고, 그 하부에 접속된 저부 케이싱은 원뿔형이며, 상기 원뿔형 케이싱의 최하부의 액체 배출구는 내경 d(㎝) 의 원통형이며, D, L, d 가 식 (8), (9), (10) 및 (11) 을 만족하는,

   100≤D≤1800 식 (8)

   5≤D/d≤50 식 (9)

   0.5≤L/D≤30 식 (10)

   h-20≤L≤h＋300 식 (11)

   것을 특징으로 하는 공업적 증발 장치.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 액체 수급구에서 다공판의 상면까지의 액체 공급 존에서 액체가 존재할 수 있는 공간 용적 V(㎥) 와, 구멍의 상부 면적을 포함하는 다공판의 상부 면적 T(㎡) 가 식 (12) 를 만족하는,

   0.02(m)≤V/T≤0.5(m) 식 (12)

   것을 특징으로 하는 공업적 증발 장치.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 가이드 중 하나가 외경 r(㎝) 의 원주 형상 또는 내측에 액체, 가스 형상 물질 또는 액체와 가스 형상 물질이 들어가지 않도록 한 파이프 형상인 것으로서, r 이 식 (13) 을 만족하는,

   0.1≤r≤1 식 (13)

   것을 특징으로 하는 공업적 증발 장치.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 복수의 가이드를 구성하는 가이드는 외경 r(㎝) 의 원주 형상 또는 내측에 액체, 가스 형상 물질 또는 액체와 가스 형상 물질이 들어가지 않도록 한 파이프 형상인 것으로서, r 이 식 (13) 을 만족하며,

   0.1≤r≤1 식 (13)

   그들 각각의 가이드는 가로 방향의 지지재로 결합된 것을 특징으로 하는 공업적 증발 장치.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 복수의 가이드를 구성하는 가이드는 외경 r(㎝) 의 원주 형상 또는 내측에 액체, 가스 형상 물질 또는 액체와 가스 형상 물질이 들어가지 않도록 한 파이프 형상인 것으로서, r 이 식 (13) 을 만족하며,

   0.1≤r≤1 식 (13)

   그들 각각의 가이드는 가로 방향의 지지재로 고정된 격자 형상 또는 망 형상 가이드, 복수의 격자 형상 또는 망 형상의 가이드가 전후에 배치되고 가로 방향의 지지재로 고정된 입체적인 가이드, 및 복수의 가이드 각각이 전후 좌우로 가로 방향의 지지재로 고정된 정글짐 형상의 입체적인 가이드 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 공업적 증발 장치.
9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 액체는 (i) 축합계 폴리머를 제조하기 위한 모노머, (ii) 축합계 폴리머를 제조하기 위한 2종 이상의 모노머 혼합물, (iii) 축합계 폴리머의 프리폴리머, (iv) 축합계 폴리머로부터 선택되는 하나 이상의 용융액으로서, 낮은 끓는점의 물질은 중축합 반응으로 생성되는 부산 물질, 올리고머 또는 부산 물질과 올리고머이며, 상기 용융액으로부터 상기 낮은 끓는점의 물질을 증발 제거함으로써 축합계 폴리머의 프리폴리머의 중합도, 폴리머의 중합도 또는 프리폴리머의 중합도와 폴리머의 중합도를 향상시키기 위한 축합계 폴리머용 중합 장치인 것을 특징으로 하는 공업적 증발 장치.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 축합계 폴리머는 폴리에스테르류, 폴리아미드류, 또는 폴리카보네이트류인 것을 특징으로 하는 공업적 증발 장치.
11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

    상기 액체는 열가소성 폴리머 A 의 용융액이며, 상기 낮은 끓는점의 물질은 폴리머 중에 함유되는 모노머, 올리고머, 및 부산물이며, 상기 용융액으로부터 상기 낮은 끓는점의 물질을 증발 제거함으로써 그 열가소성 폴리머 A 의 순도를 향상시키기 위한 정제 장치인 것을 특징으로 하는 공업적 증발 장치.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 열가소성 폴리머 A 는 폴리스티렌계 폴리머, 폴리염화비닐계 폴리머, 폴리염화비닐리덴계 폴리머, 폴리아크릴로니트릴계 폴리머, 폴리아크릴산에스테르계 폴리머, 폴리메타크릴산에스테르계 폴리머, 또는 열가소성 엘라스토머인 것을 특징으로 하는 공업적 증발 장치.
13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

    상기 액체는 열가소성 폴리머 B 의 용액이며, 상기 낮은 끓는점의 물질은 상기 열가소성 폴리머가 용해되어 있는 용매, 상기 폴리머용액 중에 함유되어 있는 모노머, 올리고머, 부산물로부터 선택되는 한 종류 이상이며, 상기 용액으로부터 상기 낮은 끓는점의 물질을 증발 제거함으로써 상기 용액으로부터 상기 열가소성 폴리머를 분리 회수함과 함께 상기 열가소성 폴리머의 순도를 향상시키기 위한 분리 회수·정제 장치인 것을 특징으로 하는 공업적 증발 장치.

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