KR100870848B1 - 공업적 증발 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 액체 중에 그 액체보다 저비등점인 물질을 함유하는 액체를, 가이드의 외부 표면을 따라 흘러내리게 하고, 그 동안에 그 저비등점 물질을 증발시키는 장치에 있어서, 증발 처리된 그 액체가 1 시간당 1 톤 이상인 공업적 규모로 장기간 안정적으로 실시할 수 있는 장치를 구체적으로 개시하는 것이고, 나아가서는, 그 액체의 일부의 장기 체류에 의한 변성에서 기인되는 문제가 없는 공업적 증발 장치를 구체적으로 개시하는 것이다.

본 발명은, 상기의 과제를 해결하여, 고품질, 고순도의 농축 액체나 축합계 폴리머나 열가소성 폴리머를 용이하게 부여하는 것이 가능함을 알아내었다.

Description

공업적 증발 장치 {INDUSTRIAL EVAPORATION APPARATUS}

본 발명은, 신규한 공업적 증발 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 액체 중에 그 액체보다 저비등점인 물질을 함유하는 액체를, 그 자체적으로 가열원이 없는 가이드의 외부 표면을 따라 흘러내리게 하면서, 그 동안에 그 저비등점 물질을 증발시키는 장치에 관한 것이다.

액중의 휘발 성분 및 또는 저비등점 성분을 증발 제거시켜 그 액을 농축시키기 위한 공업적 증발 장치로는 다양한 것이 알려져 있다. 예를 들어, 개정 6 판 화학 공학 편람 (비특허 문헌 1 : 개정 6 판 화학 공학 편람, 403 ∼ 405 페이지, 화학 공학회편, 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, 액을 상방으로부터 하방으로 흘러내리게 하는 방식은, 수평관 하강막형, 수직 장관 하강막형, 강제 순환식 수평관형, 강제 순환식 수직관형, 교반막형인데, 교반막형을 제외하고 모두 다관 원통형 열교환기와 동일한 형식이다. 교반막형은 외투 (外套) 가열의 원통형 또는 원추형 전열면 내에서 긁어냄판을 회 전시키고, 전열면 상에 액막을 형성시킴과 동시에 그것을 긁어내어, 증발의 균일화와 전열의 촉진을 도모하면서 증발 농축시키는 방식이다. 또, 열교환기형의 수평관 하강막형, 강제 순환식 수평관형은, 수평으로 설치된 관 외면에 액체를 액막 상태에서 흐르게 하면서 증발 농축시키는 방식으로서, 관 자체는 내부를 흐르는 수증기나 열매 등의 가열 매체에 의해 가열된다.

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

또, 폴리머 등의 용융물을 다공판으로부터 증발존으로 스트랜드상 또는 실 형상으로 압출하고, 자유 낙하시키면서 폴리머 용융물을 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, 증발존에 있어서의 체류 시간이 짧으므로 증발 효율이 나쁘고, 증발존에서 스트랜드나 실 형상물이 가로 방향으로 흔들려 서로 융착되기 쉽고 연속적으로 안정적으로 조작하는 것이 곤란한 등의 결점이 있다. 선상의 지지체를 따라 모노머 혼합물이나 프리폴리머를 흘러내리게 하면서 폴리아미드나 폴리에스테르 등을 제조하는 장치 (예를 들어, 특허 문헌 3 : 미국 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 제안되고 있다. 또한, 루프상의 와이어를 증발존에 설치하고, 그 와이어 루프를 따라 고점도의 폴리머 융액을 흘러내리게 하면서 증발 농축 또는 가스 제거를 실시하는 장치가 제안되고, 특히 폴리카보네이트 용액 또는 용융물의 증발 농축 및 가스 제거를 위하여 사용하는 것이 유리함이 기재되어 있으나 (특허 문헌 8 : 일본 공표특허공보 2004-516172호 참조), 이 방법은, 본 발명자들이 이미 제안하고 있는 와이어나 유공 (有孔) 면상 가이드를 따라 용융 중합 원료를 흘러내리게 하면서 중합시켜 폴리카보네이트를 제조하는 방법 및 그 장치 (특허 문헌 9 : 국제공개공보 제99/36457호 참조) 와 실질적으로 동일하다. 그러나, 이러한 와이어나 유공 면상 가이드를 갖는 장치로, 증발 처리된 액체가 1 시간당 1 톤 이상인 공업적 규모로 장기간 안정적으로 증발 조작을 실시할 수 있는 장치의 규모나 사용에 관한 구체적인 개시나 시사가 이루어지기까지에는 도달하지 않았다.

또한 지금까지의 증발 장치에 있어서는, 액의 일부의 장시간 체류에 의한 착색, 겔화, 가교화, 초고분자량화, 고화, 스코칭, 탄화 등의 변성을 피하기 위한 연구에 대하여 기재되어 있는 것은 없었다. 특히 점도가 비교적 높은 액체로부터의 저비등점 물질의 증발 장치에 있어서, 이러한 변성이 일어나면, 이 변생물이 조금씩, 혹은 어떤 시기에 집중하여 농축된 액에 혼합되어, 착색이나 고형 이물질의 혼입이라는, 폴리머 등의 농축 제품에 있어서 치명적인 문제를 일으키는 것이 장시 간의 연속 운전을 실시함으로써 처음으로 명확해졌다.

그러나, 이러한 장시간 운전에 기초하는 변성에 관해서는, 지금까지의 증발 장치에서는, 전혀 고려되지 않았던 것은 분명하다. 예를 들어, 선상 지지체를 사용하는 증발 장치인 특허 문헌 5 의 도 1 에 의하면, 다공판의 구멍부과 중공체 내부측 벽면 사이에 폴리머가 장기간 체류하여 가열되는, 이른바「데드 스페이스」가 다수 존재하고 있는 것은 명백하고, 이「데드 스페이스」를 감소시키는 연구 등은 전혀 이루어지지 않았다. 따라서, 고점도물 공급구 (7) 로부터 공급된 고점도물은, 다공판 (3) 과 중공체 내부측 벽면 사이의「데드 스페이스」에 장기간 체류하기 때문에, 상기 문제가 반드시 발생한다. 또, 최근의 제안인 특허 문헌 8 에 있어서조차, 디스트리뷰터관 (3) (도 2), 및 다공판에 대한 공급 영역 (도 3a) 에 있어서의「데드 스페이스」를 감소시키는 연구는 전혀 이루어지지 않았다.

발명의 개시

발명이 해결하고자 하는 과제

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 액체 중에 그 액체보다 저비등점인 물질을 함유하는 액체를, 그 자체적으로 가열원이 없는 가이드의 외부 표면을 따라 흘러내리게 하고, 그 동안에 그 저비등점 물질을 증발시키는 장치에 있어서, 증발 처리된 그 액체가 1 시간당 1 톤 이상인 공업적 규모로 장기간 안정적으로 실시할 수 있는 장치를 구체적으로 개시하는 것이고, 나아가서는, 그 액체의 일부의 장기 체류에 의한 변성에서 기인되는 문제가 없는 공업적 증발 장치를 구체적으로 개시하는 것이다.

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명자들은, 앞서 제안한 용융 프리폴리머를 와이어 등의 가이드를 따르게 하여 낙하시키면서 중합시키는 가이드 접촉 흘러내림식 중합기를 다양한 용도에 사용하는 검토를 거듭한 결과, 상기 과제를 해결할 수 있는 하기에 나타내는 특징을 가지는 특정한 구조를 갖는 공업적 증발 장치를 알아내어, 본 발명에 도달하였다. 즉, 본 발명은,

1. 액체 중에 그 액체보다 저비등점인 물질을 함유하는 액체를, 그 자체적으로 가열원이 없는 가이드의 외부 표면을 따라 흘러내리게 하고, 그 동안에 그 저비등점 물질을 증발시키는 장치로서, 그 증발 장치가,

(1) 그 액체 수급구, 다공판을 통과하여 증발존의 그 가이드에 그 액체를 공급하기 위한 액체 공급 영역 , 그 다공판과 측면 케이싱과 바닥부 케이싱에 둘러싸인 공간에 그 다공판으로부터 하방으로 연장되는 복수의 그 가이드가 형성된 증발존, 그 증발존에 형성된 증발물 발출구, 바닥부 케이싱의 최하부에 형성된 액체 배출구를 갖는 것으로서,

(2) 그 액체 공급 영역 에 있어서, 그 액체 수급구로부터 다공판으로 공급되는 액체의 흐름이 주로 다공판의 주변부로부터 중앙부의 방향으로 흐르게 하는 기능을 갖는 유로 제어 부품이 그 액체 공급 영역 에 설치되어 있고,

(3) 그 증발존의 측면 케이싱의 수평면에 있어서의 내부 단면적 A(㎡) 가, 식 (1) 을 만족하는 것으로서,

0.7 ≤ A ≤ 300 식 (1)

(4) 그 A(㎡) 와, 액체 배출구의 수평면에 있어서의 내부 단면적 B(㎡) 의 비가, 식 (2) 를 만족하는 것으로서,

20 ≤ A/B ≤ 1000 식 (2)

(5) 그 증발존의 바닥부를 구성하는 바닥부 케이싱이, 상부의 측면 케이싱에 대하여 그 내부에 있어서, 각도 C 도로 접속되어 있고, 그 각도 C 도가 식 (3) 을 만족하는 것으로서,

110 ≤ C ≤ 165 식 (3)

(6) 그 가이드의 길이 h(㎝) 가, 식 (4) 를 만족하는 것으로서,

150 ≤ h ≤ 5000 식 (4)

(7) 복수의 그 가이드 전체의 외부 총표면적 S(㎡) 가 식 (5) 를 만족하는 것으로서,

2 ≤ S ≤ 50000 식 (5)

(8) 그 액체 수급구부터 다공판의 상면까지의 그 액체 공급 영역 에 있어서 그 액체가 존재할 수 있는 공간 용적 V(㎥) 와, 구멍의 상부 면적을 포함하는 다공판의 상부 면적 T(㎡) 가 식 (6) 을 만족하는 것으로서,

0.02(m) ≤ V/T ≤ 0.5(m) 식 (6)

(9) 그 공간 용적 V(㎥) 와, 증발존의 공간 용적 Y(㎥) 가 식 (7) 을 만족하는 :

10 ≤ Y/V ≤ 500 식 (7)

것을 특징으로 하는 공업적 증발 장치에 대한 것이다.

2. 증발 처리된 액체가 1 시간당 1 톤 이상인 것을 특징으로 하는 앞부분 1 번에 기재된 공업적 증발 장치에 대한 것이다.

3. 그 액체 공급 영역의 내부측 벽면과 그 다공판이 이루는 각도 E 도가 식 (8) 을 만족하는 :

100 ≤ E < 180 식 (8)

것을 특징으로 하는 앞부분 1 번 또는 2 번에 기재된 공업적 증발 장치에 대한 것이다.

4. 그 증발존의 그 케이싱이 내경 D(㎝), 길이 L(㎝) 인 원통형으로서, 그 하부에 접속된 바닥부 케이싱이 콘형이고, 그 콘형 케이싱의 최하부의 액체 배출구가 내경 d(㎝) 인 원통형으로서, D, L, d 가 식 (9), (10), (11) 및 (12) 를 만족하는 :

100 ≤ D ≤ 1800 식 (9)

5 ≤ D/d ≤ 50 식 (10)

0.5 ≤ L/D ≤ 30 식 (11)

h-20 ≤ L ≤ h＋300 식 (12)

것을 특징으로 하는 앞부분 1 번 내지 3 번 중 어느 하나에 기재된 공업적 증발 장치에 대한 것이다.

5. h 가 식 (13) 을 만족하는 :

400 < h ≤ 2500 식 (13)

것을 특징으로 하는 앞부분 1 번 내지 4 번 중 어느 하나에 기재된 공업적 증발 장치에 대한 것이다.

6. 1 개의 그 가이드가 외경 r(㎝) 의 원주상 또는 내측에 액체 및/또는 가스상 물질이 들어가지 않도록 한 파이프상인 것으로서, r 이 식 (14) 를 만족하는 :

0.1 ≤ r ≤ 1 식 (14)

것을 특징으로 하는 앞부분 1 번 내지 5 번 중 어느 하나에 기재된 공업적 증발 장치에 대한 것이다.

7. 그 복수의 가이드가, 앞부분 6 번에 기재된 가이드 복수로 이루어지고, 그들 개개의 가이드가 가로 방향의 지지재로 결합된 것인 것을 특징으로 하는 앞부분 1 번 내지 5 번 중 어느 하나에 기재된 공업적 증발 장치에 대한 것이다.

8. 그 복수의 가이드가, 앞부분 6 번에 기재된 가이드 복수로 이루어지고, 그들 개개의 가이드가 가로 방향의 지지재로 고정된 격자상 또는 망상 가이드, 복수의 격자상 또는 망상의 가이드를 전후에 배치하고 그들이 가로 방향의 지지재로 고정된 입체적인 가이드, 및 복수의 개개의 가이드가 전후 좌우의 가로 방향을 지지재로 고정시킨 정글짐 형상의 입체적인 가이드 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 앞부분 1 번 내지 5 번 중 어느 하나에 기재된 공업적 증발 장치에 대한 것이다.

9. 그 액체가 축합계 폴리머를 제조하기 위한 모노머 및 2 종 이상의 모노머 혼합물, 및/또는 그 축합계 폴리머의 프리폴리머, 및/또는 그 축합계 폴리머의 용융액으로서, 그 저비등점 물질이 중축합 반응으로 생성되는 부생 물질 및/또는 올리고머이고, 그 용융액으로부터 그 저비등점 물질을 증발 제거함으로써, 그 축합계 폴리머의 프리폴리머 및/또는 그 폴리머의 중합도를 향상시키기 위한 축합계 폴리머용 중합 장치인 것을 특징으로 하는 앞부분 1 번 내지 8 번 중 어느 하나에 기재된 공업적 증발 장치에 대한 것이다.

10. 그 축합계 폴리머가 폴리에스테르류, 폴리아미드류, 폴리카보네이트류인 것을 특징으로 하는 앞부분 9 번에 기재된 공업적 증발 장치에 대한 것이다.

11. 그 액체가 열가소성 폴리머 A 의 용융액으로서, 그 저비등점 물질이 그 폴리머 중에 함유되는 모노머, 올리고머, 부생물이고, 그 용융액으로부터 그 저비등점 물질을 증발 제거함으로써, 그 열가소성 폴리머 A 의 순도를 향상시키기 위한 정제 장치인 것을 특징으로 하는 앞부분 1 번 내지 8 번 중 어느 하나에 기재된 공업적 증발 장치에 대한 것이다.

12. 그 열가소성 폴리머 A 가 폴리스티렌계 폴리머, 폴리염화비닐계 폴리머, 폴리염화비닐리덴계 폴리머, 폴리아크릴로니트릴계 폴리머, 폴리아크릴산에스테르계 폴리머, 폴리메타크릴산에스테르계 폴리머, 열가소성 엘라스토머인 것을 특징으로 하는 앞부분 11 번에 기재된 공업적 증발 장치에 대한 것이다.

13. 그 액체가 열가소성 폴리머 B 의 용액으로서, 그 저비등점 물질이 그 열가소성 폴리머를 용해시키고 있는 용매 및/또는 그 폴리머 용액 중에 함유되어 있는 모노머, 올리고머, 부생물이고, 그 용액으로부터 그 저비등점 물질을 증발 제거함으로써, 그 용액으로부터 그 열가소성 폴리머를 분리 회수함과 함께 그 열가소성 폴리머의 순도를 향상시키기 위한 분리 회수·정제 장치인 것을 특징으로 하는 앞부분 1 번 내지 8 번 중 어느 하나에 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 있고, 게다가 액체의 변성이 장시간에 있어서 일어나지 않는 증발 농축 장치이다. 특히 점도가 비교적 높은 액체의 증발·농축에 있어서 우수한 효과를 발휘하는 장치이다. 이러한 비교적 높은 점도를 갖는 액체를 증발 농축시키는 지금까지의 장치에서는, 액의 일부가 장시간 가열된 채로 체류하는 장소가 있고, 그에 의해 체류된 액이, 착색, 겔화, 가교화, 초고분자량화, 고화, 스코칭, 탄화 등의 변성이 일어나고, 그들 변생물이 서서히 또는 집중적으로 농축액에 혼입됨으로써, 농축액의 색이나 물성을 악화시키고 있는 것을 알 수 있었다. 본 발명은 이러한 결점이 없는 연속 증발 장치로서, 특히 축합계 폴리머의 중합 장치, 열가소성 폴리머의 정제 장치, 열가소성 폴리머 용액으로부터의 그 폴리머의 분리 회수 및 또는 정제 장치로서 우수한 효과를 발휘하는 것이다. 즉, 열 변성물의 생성에서 기인되는 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 불균형을 매우 적게 할 수 있다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

본 발명은, 연속식 증발 장치로서 상기 과제를 해결하기 위해서는, 다양한 조건을 만족하는 것이 필요한 것을 알아내었다. 본 발명의 증발 장치의 개념을 나타내는 단면도 (도 1, 도 2) 및 부분을 나타내는 단면도 (도 3, 4) 를 사용하여, 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

액체 수급구 (1) 는, 액체 공급 영역 (3) 의 상부에 형성하는 것이 바람직하다. 액체 수급구 (1) 는 1 지점이어도 되고 복수 지점이어도 되지만, 액체가 액체 공급 영역 (3) 에서 가능한 한 균일하게 다공판 (2) 으로 공급되도록 배치하는 것이 바람직하고, 1 지점의 경우에는 액체 공급 영역 (3) 의 상부의 중앙부에 형성하는 것이 바람직하다. 액체 공급 영역 (3) 에 있어서, 액체 수급구 (1) 로부터 다공판 (2) 으로 공급되는 액체의 흐름이 주로 다공판 (2) 의 주변부로부터 중앙부의 방향으로 흐르게 하는 기능을 갖는 유로 제어 부품 (20) 이 그 액체 공급 영역 (3) 에 설치되어 있는 것이 필요하다. 이 유로 제어 부품 (20) 은 액체의 흐름을 다공판 (2) 의 주변부로부터 중앙부를 향하게 함으로써, 다공판 (2) 의 구멍부 (예를 들어 21) 와 액체 공급 영역 (3) 의 내부측 벽면 (22) 사이의 스페이스에 액체가 장기 체류하는 것을 방지하는 효과가 있다. 주로 다공판 (2) 의 주변부로부터 중앙부를 향하여 흐르게 된 액체는, 그 사이에 존재하는 구멍으로부터 가이드 (4) 로 공급되게 된다.

이 유로 제어 부품 (20) 의 형상은, 그 효과를 발휘할 수 있으면 어떠한 것이어도 되지만, 그 횡단면의 외형은 다공판 (2) 의 횡단면의 외형과 상사형 (相似形) 인 것이 바람직하다. 여기서, 유로 제어 부품 (20) 의 횡단면이란, 유로 제어 부품 (20) 을 가로 방향의 면에서 절단한 경우 최대의 면적을 나타내는 장소이다. 이 유로 제어 부품 (20) 과 액체 공급 영역 (3) 의 내부측 벽면 (22) 사이의 간격은, 처리해야 할 액체의 양, 점도 등에 따라 바람직한 범위는 상이하지만, 증발 처리해야 할 액체의 점도가 비교적 높은, 폴리머의 중합기, 폴리머의 정제 장치 등으로서 사용하는 경우, 통상 1㎝ ∼ 50㎝ 의 범위가 바람직하고, 보다 바람직하게는 2㎝ ∼ 30㎝ 이고, 더욱 바람직하게는 3㎝ ∼ 20㎝ 이다. 액체 공급 영역 (3) 의 상부 내부 벽면 (23) 과 유로 제어 부품 (20) 사이의 간격은 어떠한 것이어도 되지만, 액체 공급 영역 (3) 내에 있어서의 액체의 체류 시간을 가능한 한 줄이도록 하는 것이 바람직하다.

이러한 의미에서 이 간격은 통상 1㎝ ∼ 200㎝ 이고, 바람직하게는 2㎝ ∼ 170㎝ 이고, 보다 바람직하게는 3㎝ ∼ 150㎝ 이다. 액체 공급 영역 (3) 의 상부 내부 벽면 (23) 과 유로 제어 부품 (20) 사이의 간격은, 액체 수급구 (1) 로부터 액체 공급 영역 (3) 의 내부측 벽면 (22) 에 도달할 때까지 거의 동일한 간격이 되는 유로 제어 부품 (20) 으로 할 수도 있고, 그 간격을 서서히 좁혀 가거나, 혹은 반대로 서서히 넓혀 가는 유로 제어 부품 (20) 으로 할 수도 있다. 또, 유로 제어 부품 (20) 과 다공판 (2) 의 간격은 통상 1㎝ ∼ 50㎝ 이고, 바람직하게는 2㎝ ∼ 30㎝ 이고, 보다 바람직하게는 3㎝ ∼ 20㎝ 이다. 다공판 (2) 과 유로 제어 부품 (20) 사이의 간격은, 액체 공급 영역 (3) 의 내부측 벽면 (22) 으로부터 다공판의 중앙부에 도달할 때까지 거의 동일한 간격이 되는 유로 제어 부품으로 할 수도 있고, 그 간격을 서서히 좁혀가거나, 혹은 반대로 서서히 넓혀가는 유로 제어 부품으로 할 수도 있으나, 바람직하게는 거의 동일한 간격이거나, 혹은 서서히 좁혀가는 유로 제어 부품이다.

이 유로 제어 부품 (20) 은, 액체 수급구 (1) 로부터 공급된 액이 다공판 (2) 의 구멍으로 직접 유도되는 것을 방해하고 있기 때문에, 일종의 방해판이라고 생각할 수도 있다. 또한, 다공판 (2) 의 면적이 넓은 경우에는, 공급된 액의 일부를 다공판 (2) 의 주변부를 경유시키지 않고 다공판 (2) 의 중앙부 부근에 단락시키는 것도 바람직하고, 이를 위하여, 유로 제어 부품 (20) 의 중앙부 부근, 혹은 그 외의 적당한 부분에 1 지점 또는 그 이상의 구멍을 형성하는 것도 바람직하다. 액체 공급 영역 (3) 에 있어서「데드 스페이스」를 만들지 않도록 하기 위해서는, 추가로 액체 공급 영역 의 내부측 벽면 (22) 과 다공판 (2) 이 이루는 각도 E 도가 식 (8) 을 만족하는 것이 바람직하다 :

100 ≤ E < 180 식 (8)

여기서, 그 내부측 벽면 (22) 이 평면상인 경우, 그 평면에 수직이고 또한 다공판 (2) 의 상면에 수직인 면에서의 절단면에 있어서의 그 내부측 벽면 (22) 과 다공판 (2) 이 이루는 각도가 E 이다. 또, 그 내부측 벽면 (22) 이 오목면의 곡면인 경우, 그 오목면에 수직이고 또한 다공판 (2) 의 상면에 수직인 면에서의 절단면에 있어서 이루는 곡선이 상승하기 시작하는 점에 있어서의 접선과 다공판 (2) 의 상면이 이루는 각도가 E 이다. 보다 바람직한 E 의 범위는 120 ≤ E<180 이고, 더욱 바람직하게는 145 ≤ E < 180 이다. 또, 액체 공급 영역 (3) 의 상부 내벽면 (23) 과 내측 벽면 (22) 의 접합부 부근도「데드 스페이스」가 되지 않도록 연구하는 것도 바람직하고, 이들 양면이 이루는 각도를 90° 보다 크게 하거나, 90° 또는 그에 가까운 경우에는, 접합부 부근을 오목면상으로 하여 액이 체류하지 않도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서는, 그 액체 수급구 (1) 의 하부 (액체 수급구 (1) 와 액체 공급 영역 (3) 의 상부 내벽의 접합부) 부터 다공판 (2) 의 상면까지의 그 액체 공급 영역 (3) 에 있어서 그 액체가 존재할 수 있는 공간 용적 V(㎥) 와, 구멍의 상부 면적을 포함하는 다공판의 상부 면적 T(㎡) 가 식 (6) 을 만족하는 것이 필요하다.

0.02(m) ≤ V/T ≤ 0.5(m) 식 (6)

V(㎥) 는 본 발명의 증발 장치를 연속 운전 중에는 그 액체 공급 영역 (3) 에 있어서의 실질적인 액체의 용적으로서, 그 유로 제어 부품의 용적은 제외한 것이다. 액체 공급 영역 에 있어서의 액체 유지량은 V(㎥) 이고, 이 양은 적은 편이 액체 공급 영역 에 있어서의 체류 시간이 적어서 열 변성에 의한 악영향이 없으나, 증발 처리된 액체가 1 톤/hr 이상이고 또한, 장기간 안정적으로 소정의 농축도 또는 중합도의 농축 액체 및/또는 폴리머를 얻기 위해서는, 다공판의 구멍에 그 액체를 가능한 한 균등하게 공급하는 것이 중요하다. 이를 위해서는, V/T 의 값이 이 범위인 것이 필요한 것을 알아내었다. 보다 바람직한 V/T 의 값의 범위는 0.05(m) ≤ V/T ≤ 0.4(m) 이고, 더욱 바람직하게는 0.1(m) ≤ V/T ≤ 0.3(m) 이다.

본 발명에 있어서는, 그 공간 용적 V(㎥) 와, 증발존의 공간 용적 Y(㎥) 가 식 (7) 을 만족하는 것이 필요하다 :

10 ≤ Y/V ≤ 500 식 (7)

열 변성에 의한 물성의 저하를 초래하지 않고, 장시간 안정적으로 효율적으로, 단위 시간당 대량의 액체를 증발 처리하기 위해서는, Y/V의 값이 이 범위인 것이 필요한 것을 알아내었다. 보다 바람직한 Y/V의 값의 범위는 15 ≤ Y/V ≤ 400 이고, 더욱 바람직하게는 20 ≤ Y/V ≤ 300 이다.

또한, 본 발명에서 말하는 증발존의 공간 용적 Y(㎥) 란, 다공판의 하면부터 액체 배출구까지의 공간 용적으로서, 가이드가 차지하는 용적을 포함하는 것이다.

증발존 (5) 의 측면 케이싱 (10) 의 수평면 (a-a' 면) 에 있어서의 내부 단면적 A(㎡) 가, 식 (1) 을 만족하는 것인 것이 필요하다 :

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 만족하는 것도 필요하다 :

20 ≤ A/B ≤ 1000 식 (2)

증발 농축된 액체나 폴리머, 또는 제조된 폴리머의 품질을 저하시키지 않고 용융 점도가 높아진 이들 용융물을 배출하기 위해서는, A/B 는 식 (2) 를 만족하고 있어야 한다.

또한, 그 증발존의 바닥부를 구성하는 바닥부 케이싱 (11) 이, 상부의 측면 케이싱 (10) 에 대하여 그 내부에 있어서, 각도 C 도로 접속되어 있고, 그 각도 C 도가 식 (3) 을 만족하는 것도 필요하다 :

110 ≤ C ≤ 165 식 (3)

설비비를 저하시키기 위해서는, C 는 가능한 한 90 도에 가까운 편이 좋지만, 가이드 (4) 의 하단으로부터 낙하하는 농축된 액체나 폴리머의 품질을 저하시키지 않고 용융 점도가 높아진 이들 용융물을 배출구 (7) 로 이동시키기 위해서는, C 는 식 (3) 을 만족하고 있어야 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 수는 있지만, 그 정도가 충분하지 않기 때문에 바람직하지 않다. h 가 5000㎝ 보다 긴 경우, 가이드의 상부와 하부에서의 액체의 점도의 차이가 지나치게 커지기 때문에, 농축도의 불균형이나 중합도의 불균형이 커지기 쉬우므로 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 이상인 목적으로 하는 증발 처리된 액체량이나 제조 폴리머의 생산량을 달성할 수 없고, 설비비를 저하시키면서 이 생산량을 달성하고, 또한 물성에 불균형을 없애기 위해서는, S 는 50000㎡ 이하로 하는 것이 필요하다.

이러한 다양한 조건을 만족하는 본 발명의 증발 장치는, 지금까지의 증발 장치의 과제를 해결할 뿐만 아니라, 놀랍게도, 앞서 기재된 우수한 효과를 발휘하는 것으로, 착색이 없이 고품질·고성능의 농축 액체나 폴리머를, 1 시간당 1 톤 이상의 양으로, 게다가 수 1,000 시간 이상, 예를 들어 5,000 시간 이상의 장기간, 안정적으로 제조할 수 있는 것을 알 수 있었다.

본 발명의 증발 장치가, 이러한 우수한 효과를 갖는 공업적 증발 장치인 것은, 필시 상기 서술한 다양한 이유에 추가하여, 그들 조건이 조합되었을 때에 얻어지는 복합 효과가 나타났기 때문으로 추정된다. 예를 들어 식 (4) 및 (5) 를 만족하는 고표면적의 가이드는, 비교적 저온도에서 공급되는 대량의 액체나 프리폴리머나 폴리머의 효율적인 내부 교반과 표면 갱신에 매우 유효하고, 저비등점 물질의 증발을 효율적으로 실시할 수 있어, 고품질의 농축 액체나 폴리머를 1 시간당 1 톤 이상의 대량으로 얻는 것에 도움이 됨과 함께, 식 (3) 을 만족하는 각도 C 는 가이드로부터 낙하하는 대량의 고품질의 농축 액체나 폴리머가 배출구 (7) 로부터 배출될 때까지의 시간을 단축할 수 있어 열 이력을 줄일 수 있기 때문이라고 추정된다.

또한, 이러한 공업적 규모에서의 증발 장치의 성능은, 대규모인 제조 설비를 사용하는 장시간 운전에 의해 비로소 확립할 수 있는 것이지만, 그 때의 제조 설비비는 고려해야 할 중요한 인자임은 논할 여지도 없다. 본 발명의 증발 장치는 종래의 증발 장치나 중합기에 비해, 성능에 대한 설비비를 낮출 수 있는 것이 본 발명의 또 다른 효과이다.

본 발명의 공업적 증발 장치에 있어서의 특정한 조건이나 치수·각도 등에 요구되는 범위는 상기한 바와 같지만, 더욱 바람직한 범위는 다음과 같다. 증발존 (5) 의 측면 케이싱 (10) 의 수평면에 있어서의 내부 단면적 A(㎡) 의 보다 바람직한 범위는 0.8 ≤ A ≤ 250 이고, 더욱 바람직하게는 1 ≤ A ≤ 200 이다. 또, 그 A(㎡) 와, 액체 배출구 (7) 의 수평면에 있어서의 내부 단면적 B(㎡) 의 비의 보다 바람직한 범위는 25 ≤ A/B ≤ 900 이고, 더욱 바람직하게는 30 ≤ A/B ≤ 800 이다. 또, 증발존 (5) 의 바닥부를 구성하는 바닥부 케이싱 (11) 이, 상부의 측면 케이싱 (10) 에 대하여 그 내부에 있어서 이루는 각도 C 도의 보다 바람직한 범위는 120 ≤ C ≤ 165 이고, 더욱 바람직하게는 135 ≤ C ≤ 165 이다. 또한, 복수의 증발 장치를 사용하여 순서대로 농축도 혹은 중합도를 올리는 경우에는, 각각에 대응하는 각도를 C1, C2, C3,… 으로 하면, C1 ≤ C2 ≤ C3 ≤ … 으로 하는 것이 바람직하다.

또, 가이드 (4) 의 필요한 길이 h(㎝) 는, 처리해야 할 액체의 양이나 점도나 온도, 저비등점 물질의 양이나, 비등점, 증발존의 압력이나 온도, 필요로 하는 농축도 혹은 중합도 등의 요인의 차이에 따라 상이하지만, 보다 바람직한 범위는 200 ≤ h ≤ 3000 이고, 더욱 바람직하게는 400 < h ≤ 2500 이다. 또, 필요한 가이드 전체의 외부 총표면적 S(㎡) 도, 상기와 동일한 요인의 차이에 따라 상이하지만, 그의 보다 바람직한 범위는 10 ≤ S ≤ 40000 이고, 더욱 바람직하게는 15 ≤ S ≤ 30000 이다. 본 발명에서 말하는 가이드 전체의 외부 총표면적이란, 액체가 접촉되어 흘러내리게 하는 가이드의 표면적 전체를 의미하고 있고, 예를 들어 파이프 등의 가이드인 경우, 외측의 표면적을 의미하여, 액체를 흘러내리게 하지 않는 파이프 내측의 면의 표면적은 포함하지 않는다.

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

본 발명의 공업적 증발 장치에 있어서, 증발존 (5) 의 측면 및 바닥부 케이싱이, 각각 상기 원통형 및 콘부로 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 (9), (10), (11) 및 (12) 를 만족하는 것이 바람직하다 :

100 ≤ D ≤ 1800 식 (9)

5 ≤ D/d ≤ 50 식 (10)

0.5 ≤ L/D ≤ 30 식 (11)

h-20 ≤ L ≤ h＋300 식 (12)

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

본 발명의 증발 장치가, 빠른 증발 속도나 빠른 중합 속도로, 착색이 없고 기계적 물성이 우수한 고품질·고성능의 농축 액체나 폴리머를, 공업적 규모로 장기간 안정적 (폴리머 제조의 경우 분자량의 불균형 등이 없고) 으로 제조할 수 있는 정확한 이유는 분명하지 않지만, 이하를 생각할 수 있다. 즉, 본 발명의 증발 장치에 있어서는, 원료의 액체는 액체 수급구 (1) 로부터, 액체 공급 영역 (3) 및 다공판 (2) 을 경유하여 가이드 (4) 에 유도되고, 가이드 (4) 를 따라 흘러내리게 하면서 농축되거나, 혹은 중합도가 상승된다. 이 경우, 액체나 용융 프리폴리머는 가이드를 따라 흘러내리게 하면서 효과적인 내부 교반과 표면 갱신이 실시되고, 저비등점 물질의 발출이 효과적으로 실시되기 때문에, 빠른 속도로 농축이나 중합이 진행된다. 농축이나 중합의 진행과 함께 그 점도가 높아지기 때문에, 가이드 (4) 에 대한 점착력이 증대되고, 가이드 (4) 에 점착되는 액체나 용융물의 양은 가이드 (4) 의 하부로 감에 따라서 증가한다. 이는, 액체나 용융 프리폴리머의 가이드 상에서의 체류 시간, 즉 증발 시간이나 중합 반응 시간이 증가하는 것을 의미하고 있다. 게다가, 가이드 (4) 에 지지되면서 자중으로 흘러내리게 하는 액체나 용융 프리폴리머는, 중량당의 표면적이 매우 넓고, 그 표면 갱신이 효율적으로 실시되고 있기 때문에, 지금까지의 증발 장치나 기계적 교반식 중합기에서는 아무래도 불가능했던 고점도 영역에서의 증발 농축이나 중합 후반의 고분자량화를 용이하게 달성할 수 있다. 이것이 본 발명의 증발 장치가 가지는 우수한 특징의 하나이다.

증발이나 중합의 후반에서는, 가이드에 점착되는 액체나 용융물의 양이 증가하지만, 그 점도에 알맞은 점착 유지력밖에 없기 때문에, 복수의 가이드의 동일한 높이에 있어서는, 거의 동일한 점도를 가지는 거의 동일한 양의 액체나 용융물이, 각각의 가이드에 지지되어 있게 된다. 한편, 가이드에는 상부로부터 액체나 용융물이 연속적으로 공급되고 있기 때문에, 거의 동일한 점도를 가지는 액체나 거의 동일한 용융 점도를 가지는 중합도가 보다 높아진 용융물이, 가이드의 하단으로부터 바닥부 케이싱으로 연속적으로 낙하하게 된다. 즉 바닥부 케이싱의 하부에는, 가이드를 흘러내리게 하면서 생성된 거의 동일한 점도의 액체나 거의 동일한 중합도의 폴리머가 고이게 되어, 증발도의 편차가 없는 농축 액체나 분자량의 편차가 없는 폴리머가 연속적으로 제조되게 된다. 이것은 본 발명의 증발 장치가 가지는 또 다른 우수한 특징의 하나이다. 바닥부 케이싱의 하부에 고인 농축 액체나 폴리머는, 액체 배출구 (7) 를 거쳐, 배출 펌프 (8) 에 의해 연속적으로 발출되고, 폴리머의 경우에는, 통상 압출기 등을 거쳐 연속적으로 펠릿화된다. 이 경우, 압출기에서 첨가제 등을 첨가하는 것도 가능하다.

본 발명의 증발 장치를 구성하는 다공판 (2) 은, 통상, 평판, 파판 (波板), 중심부가 두꺼워진 판 등에서 선택되고, 다공판 (2) 횡단면의 형상에 대해서는, 통상, 원상, 타원상, 삼각형상, 다각형상 등의 형상에서 선택된다. 다공판의 구멍의 횡단면은, 통상, 원상, 타원상, 삼각형상, 슬릿상, 다각형상, 별형상 등의 형상에서 선택된다. 구멍의 단면적은, 통상 0.01 ∼ 100㎠ 이고, 바람직하게는 0.05 ∼ 10㎠ 이고, 특히 바람직하게는 0.1 ∼ 5㎠ 의 범위이다. 구멍과 구멍의 간격은, 구멍의 중심과 중심의 거리로 통상 1 ∼ 500㎜ 이고, 바람직하게는 25 ∼ 100㎜ 이다. 다공판의 구멍은, 다공판을 관통시킨 구멍이어도 되고, 다공판에 관을 장착한 경우이어도 된다. 또, 테이퍼상으로 되어 있어도 된다.

또, 본 발명의 증발 장치를 구성하는 가이드란, 그 자체가 내부에 열매나 전기 히터 등의 가열원을 가지지 않는 것으로서, 수평 방향 단면의 외주의 평균 길이에 대하여 그 단면과 수직 방향의 길이의 비율이 매우 큰 재료를 나타내는 것이다. 그 비율은, 통상 10 ∼ 1,000,000 의 범위이고, 바람직하게는 50 ∼ 100,000 의 범위이다. 수평 방향의 단면의 형상은, 통상, 원상, 타원상, 삼각형상, 사각형상, 다각형상, 별형상 등의 형상에서 선택된다. 그 단면의 형상은 길이 방향으로 동일해도 되고 상이해도 된다. 또, 가이드는 중공상인 것이어도 된다. 본 발명의 가이드는 그 자체적으로 가열원을 가지고 있지 않기 때문에, 가이드 표면에서 액체가 열 변성될 염려가 전혀 없는 것은 큰 특징이다.

가이드는, 철사 형상인 것이나 가는 봉 형상인 것이나 내측에 액체나 용융 프리폴리머가 들어가지 않도록 한 가는 파이프상인 것 등의 단일한 것이어도 되지만, 트위스트하는 등의 방법에 따라 복수 조합한 것이어도 된다. 또, 망상인 것이나, 펀칭 플레이트상인 것이어도 된다. 가이드의 표면은 평활해도 되고 요철이 있는 것이어도 되고, 부분적으로 돌기 등을 갖는 것이어도 된다. 바람직한 가이드는, 철사 형상이나 가는 봉 형상 등의 원주 형상인 것, 상기의 가는 파이프 형상인 것, 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 흘러내림식 증발 장치에 있어서, 특히 바람직한 것은, 복수의 철사 형상 또는 가는 봉 형상 또는 상기의 가는 파이프 형상의 가이드의 상부부터 하부까지에 있어서 가로 방향의 지지재를 사용하여 상하의 적당한 간격으로 각각의 가이드 사이를 결합한 타입의 가이드이다. 예를 들어, 복수의 철사 형상 또는 가는 봉 형상 또는 상기의 가는 파이프상의 가이드의 상부부터 하부까지에 있어서 가로 방향의 지지재를 사용하여 상하의 적당한 간격, 예를 들어 1㎝ ∼ 200㎝ 의 간격으로 고정시킨 철망 형상 가이드, 복수의 철망 형상의 가이드를 전후에 배치하고 그것들을 가로 방향의 지지재를 사용하여 상하의 적당한 간격, 예를 들어 1㎝ ∼ 200㎝ 의 간격으로 결합시킨 입체적인 가이드, 또는 복수의 철사 형상 또는 가는 봉 형상 또는 상기의 가는 파이프 형상의 가이드의 전후 좌우를 가로 방향의 지지재를 사용하여 상하의 적당한 간격, 예를 들어 1㎝ ∼ 200㎝ 의 간격으로 고정시킨 정글짐 형상의 입체적인 가이드이다. 가로 방향의 지지재는 각 가이드 사이의 간격을 거의 동일하게 유지하기 때문에 도움이 될 뿐만 아니라, 전체적으로 평면상이나 곡면상이 되는 가이드, 혹은 입체적이 되는 가이드의 강도 강화에 도움이 된다. 이들 지지재는 가이드와 동일한 소재이어도 되고, 상이한 것이어도 된다.

본 발명에 있어서, 1 개의 가이드가 외경 r(㎝) 의 원주 형상 또는 내측에 액체나 가스상 물질이나 용융 프리폴리머가 들어가지 않도록 한 파이프 형상인 것인 경우, r 이 식 (14) 를 만족하는 것이 바람직하다 :

0.1 ≤ r ≤ 1 식 (14)

본 발명에 있어서의 가이드는, 액체나 용융 프리폴리머를 흘러내리게 하면서, 증발 농축이나 중합 반응을 진행시키는 것이지만, 액체나 용융 프리폴리머를 일정 시간 유지하는 기능도 갖고 있다. 이 유지 시간은, 증발 시간이나 중합 반응 시간에 관련되는 것으로, 증발이나 중합의 진행과 함께 그 액 점도나 용융 점도가 상승되어 가기 때문에, 그 유지 시간 및 유지량이 증가되어 가는 것은 상기와 같다. 가이드가 액체나 용융 프리폴리머를 유지하는 양은, 동일한 용융 점도이어도 가이드의 외부 표면적, 즉, 원주 형상 또는 파이프 형상인 경우, 그 외경에 따라 달라진다.

또, 본 발명의 증발 장치에 설치된 가이드는, 가이드 자체의 중량에 추가로, 유지하고 있는 액체나 용융 프리폴리머나 폴리머의 중량도 지지할 정도의 강도가 필요하다. 이러한 의미에 있어서, 가이드의 굵기는 중요하고, 원주 형상 또는 파이프 형상인 경우, 식 (14) 를 만족하는 것이 바람직하다. r 이 0.1 보다 작으면, 강도적인 면에서 장시간의 안정 운전을 하기 거의 어려워지고, r 이 1 보다 크면, 가이드 자체가 매우 무거워져, 예를 들어 그것들을 증발 장치에 유지하기 위하여 다공판의 두께를 매우 두껍게 해야 하는 등의 문제가 있을 뿐만 아니라, 액체나 용융 프리폴리머나 폴리머를 유지하는 양이 지나치게 많아지는 부분이 증가하여, 농축도의 편차나 분자량의 편차가 커지는 등의 문제가 일어나게 된다. 이러한 의미에서, 보다 바람직한 r 의 범위는 0.15 ≤ r ≤ 0.8 이고, 더욱 바람직한 것은 0.2 ≤ r ≤ 0.6 이다.

이러한 가이드의 바람직한 재질은, 스테인리스강, 카본스틸, 하스텔로이, 니켈, 티탄, 크롬, 알루미늄 및 그 외의 합금 등의 금속이나, 내열성이 높은 폴리머 재료들 중에서 선택된다. 특히 바람직한 것은 스테인리스강이다. 또, 가이드의 표면은, 도금, 라이닝, 부동태 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 접촉되어 흘러내리게 하는 것이 가능한 한 특별히 한정되지 않는다. 가이드와 다공판은 서로 접촉되어 있어도 되고, 접촉되어 있지 않아도 된다. 가이드를 다공판의 구멍에 대응시켜 설치하는 것이 바람직하지만 이에 한정되지 않는다. 그 이유는, 다공판으로부터 낙하하는 액체나 원료 용융 프리폴리머나 폴리머가 적당한 위치에서 가이드에 접촉 되도록 설계되어 있어도 되기 때문이다.

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

이 다공판을 통과하여 액체나 원료 용융 프리폴리머나 폴리머를 가이드를 따르게 하여 흘러내리게 하는 방법으로는, 액 헤드 또는 자중으로 흘러내리게 하는 방법, 또는 펌프 등을 사용하여 가압으로 함으로써, 다공판으로부터 액체나 원료 용융 프리폴리머나 폴리머를 압출하는 등의 방법을 들 수 있다. 바람직한 것은, 공급 펌프를 사용하여 가압하, 소정량의 액체나 원료 용융 프리폴리머나 폴리머를 증발 장치의 액체 공급 영역에 공급하고, 다공판을 거쳐 가이드에 유도된 액체나 원료 용융 프리폴리머나 폴리머가 자중으로 가이드를 따라 흘러내리게 하는 방식이다.

본 발명의 증발 장치는, 액체 중에 그 액체보다 저비등점인 물질을 함유하는 액체로부터, 그 저비등점 물질을 증발시키는 장치로서, 이 액체는 어떠한 것이어도 된다. 이 액체는 상온이어도 되지만, 통상 가열된 상태에서 수급구로부터 증발 장치로 공급된다. 또, 이 증발 장치의 외벽면에는 통상적으로 재킷 등이 설치되어 있는 것이 바람직하고, 필요에 따라 이 재킷에 수증기나 열매 등을 통하여 가열시킴으로써, 액체 공급 영역이나 유로 제어 부품이나 다공판의 가열 및/또는 보온과, 증발 영역이나 다공판의 보온 등을 실시하는 것이 바람직하다.

본 발명의 증발 장치는 액체의 단순한 농축을 위한 장치로서 사용될 뿐만 아니라, 축합계 폴리머용 중합 장치나, 모노머나 올리고머나 부생물 등의 저비등점 물질을 함유하는 열가소성 폴리머의 정제 장치나, 열가소성 폴리머 용액으로부터의 그 폴리머의 분리 회수 장치 등, 점도가 비교적 높은 액체를 대상으로 하는 증발 장치로서 사용하는 것이 특히 바람직하다.

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

또, 그 액체가 열가소성 폴리머 A 의 용융액으로서, 그 저비등점 물질이 그 폴리머 중에 함유되는 모노머, 올리고머, 부생물이고, 그 용융액으로부터 그 저비등점 물질을 증발 제거함으로써, 그 폴리머의 순도를 향상시키기 위한 정제 장치로서 본 발명의 공업적 증발 장치를 사용하는 것은 바람직하다. 이러한 그 열가소성 폴리머 A 로는, 나일론 6, 나일론 46 등의 나일론류 ; 폴리스티렌, 하이임펙트폴리스티렌 (HIPS), 및 다양한 코폴리머 등의 폴리스티렌계 폴리머 ; 폴리염화비닐 및 다양한 코폴리머 등의 폴리염화비닐계 폴리머 ; 폴리염화비닐리덴 및 다양한 코폴리머 등의 폴리염화비닐리덴계 폴리머 ; AS 수지, ABS 수지 및 다양한 코폴리머 등의 아크릴로니트릴계 폴리머 ; 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀류 ; 폴리아크릴산에스테르계 폴리머 ; PMMA 및 다양한 코폴리머 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.

또, 그 액체가 열가소성 폴리머 B 의 용액으로서, 그 저비등점 물질이 그 열가소성 폴리머를 용해시키고 있는 용매 및/또는 그 폴리머 용액 중에 함유되어 있는 모노머, 올리고머, 부생물이고, 그 용액으로부터 그 저비등점 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 용액으로는, 방향족 폴리카보네이트의 염소계 용매 (예를 들어, 염화메틸렌, 클로로벤젠) 용액, 용매 (예를 들어, 톨루엔, 헥산) 등을 사용하여 용액 중합으로 제조되는 SBR 이나 BR 이나 EPDM 등의 폴리머 용액이 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, 열 분해 등이 없고, 착색이 없는 고순도, 고성능의 열가소성 폴리머 B 를 얻을 수 있다.

본 발명의 공업적 증발 장치는, 비교적 점도가 높은 액체로부터 저비등점 물질을 증발 제거하는 데 특별히 적합하다. 예를 들어, 본 발명의 공업적 증발 장치를 축합계 폴리머의 중합기로서 사용한 경우, 지금까지의 중합기에서는 액의 일부가 장시간 가열된 채로 체류하는 장소가 있고, 그에 의해 체류된 액이, 착색, 겔화, 가교화, 초고분자량화, 고화, 스코칭, 탄화 등의 변성이 일어나, 그들 변생물이 서서히 또는 집중적으로 폴리머에 혼입되는 결점을 피할 수 없었으나, 이러한 결점이 없을 뿐만 아니라, 종래의 중합기에는 없던 우수한 효과를 갖고 있다.

즉, 예를 들어, 방향족 디히드록시 화합물과 디아릴카보네이트에서 얻어지는 용융 프리폴리머를 중합시켜 방향족 폴리카보네이트를 제조하는 경우의 반응의 온도는, 통상 200 ∼ 350℃ 의 범위가 필요해지고, 특히 중합의 후반에서는 그 점도가 급격하게 높아져, 그 초고점도 물질로부터 평형 반응으로 생성되는 방향족 모노히드록시 화합물을 발출(拔出)해야 하기 때문에, 지금까지의 중합기, 예를 들어, 횡형 2 축 교반식 초고점도 폴리머용 리엑터를 사용해도, 300℃ 이상의 고온에서, 게다가 133Pa 이하의 고진공하에서 장시간 반응시켜야 하는 데다, 게다가 시트용 등의 고분자량체는 제조 곤란하였다.

그러나, 본 발명의 중합기에서는 내부 교반을 수반하는 효율적인 표면 갱신이 실시되고 있기 때문에, 비교적 저온에서 중합 반응을 진행시킬 수 있다. 따라서, 바람직한 반응 온도는 100 ∼ 290℃ 이고, 더욱 바람직한 것은 150 ∼ 270℃ 이다. 종래의 기계적 교반식 중합기의 경우보다 저온에서 충분히 중합을 진행시킬 수 있는 것이, 본 발명의 중합기의 특징으로, 이것도 착색이나 물성 저하가 없는 고품질의 방향족 폴리카보네이트를 제조할 수 있는 하나의 원인으로 되어 있다. 또한 지금까지의 중합기에서는, 고진공하에서의 교반기의 시일부로부터 공기 등이 새어 들어가고, 이물질 혼입 등이 일어나는 결점이 있었으나, 본 발명의 중합기는 기계적 교반이 없고, 교반기의 시일부도 없으므로 공기 등이 새어 들어가거나 이물질이 혼입되는 일은 매우 적기 때문에, 고순도·고성능의 방향족 폴리카보네이트를 제조할 수 있는 원인으로 되어 있다. 이러한 우수한 효과는, 다른 축합계 폴리머, 특히 폴리에스테르, 폴리아미드에 대해서도 마찬가지로 발휘된다. 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 나일론 6, 나일론 66 을 제조하는 경우에 이들의 우수한 효과가 현저하다.

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

그러나, 본 발명의 증발 장치를 축합 중합기로서 사용함으로써, 폴리에스테르류의 중합 온도는, 통상 10℃ 이상, 바람직하게는 20℃ 이상이나 낮게 하는 것이 가능하고, 게다가 효율적인 표면 갱신이 실시되어, 평형 반응에 의해 생성된 저비등점 부생물의 제거를 효율적으로 실시할 수 있기 때문에, 높은 중합 속도로 폴리에스테르를 제조할 수 있다. 따라서, 본 발명의 증발 장치를 중합기로서 사용하고, 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트의 중합을 실시하면, 240 ∼ 265℃ 에서도 빠른 반응 속도로 중합할 수 있어, 아세트알데히드 함유량이 반감된, 올리고머가 적은, 색상이 양호한, 고순도, 고성능의 폴리머를 고생산성으로 제조할 수 있다.

또, 예를 들어 지금까지의 나일론 66 의 중축합 반응은, 통상 230 ∼ 290℃ 에서 실시되고 있지만, 중합도가 상승함에 따라서 최종적으로는 270℃ ∼ 290℃ 의 고온을 유지하여 실시되고 있고, 나일론 6 의 중축합 반응은, 통상 250 ∼ 270℃ 에서 실시되고 있지만, 중합도가 상승함에 따라서 최종적으로는 270℃ 부근의 고온을 유지하여 실시되고 있다. 그리고, 지금까지의 나일론류의 중축합에서는, 중합기에서의 평균 체류 시간은, 통상 10 ∼ 20 시간의 오더이고, 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. 또, 나일론 6 의 경우, 지금까지의 중합기를 사용한 경우, 모노머 (10％ 전후) 및 올리고머 (2 ∼ 3％) 가 대량으로 폴리머 중에 잔존하고 있는 것도 잘 알려져 있다. 나일론류의 평형 상수는 온도가 높을수록 작아지기 (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) 때문에, 저온에서 중합할 수 있으면 잔사 모노머를 저하시키는 것이 가능하지만, 지금까지의 중합기에서는 불가능하였다.

그러나, 본 발명의 증발 장치를 축합 중합기로서 사용함으로써, 나일론류의 중축합 온도는, 통상 10℃ 이상, 바람직하게는 20℃ 이상이나 낮게 하는 것이 가능하고, 게다가 효율적인 표면 갱신이 실시되어, 평형 반응에 의해 생성된 저비등점 부생물의 제거를 효율적으로 실시할 수 있기 때문에, 높은 중합 속도로 나일론류를 제조할 수 있다. 따라서, 본 발명의 증발 장치를 중합기로서 사용하고, 예를 들어 나일론 66 의 중합을 실시하면, 210 ∼ 270℃ 에서, 최종적으로 250 ∼ 270℃ 의 온도에서도 빠른 반응 속도로 중합할 수 있어, 열 변성에 의한 착색이나 겔의 생성이 없는 색상이 양호한, 고순도, 고성능의 폴리머를 고생산성으로 제조할 수 있다. 또한, 지금까지의 중합기를 사용하여 용융 중합으로 제조된 축합계 폴리머는, 통상적인 용도 (예를 들어 의료용 (衣料用) 섬유 용도) 에는 폴리머로서의 충분한 성능을 갖지만, 더욱 중합도를 높여 고기능화 용도 (예를 들어 타이어 코드 용도, 보틀 용도, 엔지니어링 수지 용도 등) 에 사용하기 위해서는, 통상 이들 폴리머를 더욱 고상 중합시킬 필요가 있었으나, 본 발명의 증발기를 사용하면, 고상 중합으로 제조되는 것과 동등한 중합도를 갖는 폴리머가 용이하게 얻어지는 것도, 본 발명의 증발기의 특징이다.

또한, 본 발명의 공업적 증발 장치를 사용하여, 축합계 폴리머를 제조하는 경우, 중합 반응의 진행에 수반하여, 평형 반응에 의해 부생하는 저비등점 물질을 반응계 외로 제거함으로써 반응 속도가 높아진다. 따라서, 질소, 아르곤, 헬륨, 이산화탄소나 저급 탄화수소 가스 등 반응에 악영향을 미치지 않는 불활성인 가스를 중합기에 도입하고, 이들 저비등점 물질을 이들 가스에 동반시켜 제거하는 방법이나, 감압하에 반응을 실시하는 방법 등이 바람직하게 사용된다. 혹은 이들을 병용한 방법도 바람직하게 사용되지만, 이들 경우도 중합기에 대량의 불활성 가스를 도입할 필요는 없고, 내부를 불활성 가스 분위기로 유지하는 정도이어도 된다.

또, 본 발명의 공업적 증발 장치를 사용하여, 축합계 폴리머를 제조하는 경우의 반응 압력은, 부생하는 저비등점 물질의 종류나 제조하는 폴리머의 종류나 분자량, 중합 온도 등에 따라서도 상이하며, 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 의 범위가 바람직하게 사용된다.

본 발명의 공업적 증발 장치를 중합기로서 사용하여 축합계 폴리머를 제조하는 경우, 이 증발 장치 1 기만으로, 목적으로 하는 중합도를 갖는 폴리머를 제조하는 것도 가능하지만, 원료로 하는 용융 모노머나 용융 프리폴리머의 중합도 또는, 폴리머의 생산량 등에 따라, 2 기 이상의 증발 장치를 연결하여, 순서대로 중합도를 높여가는 방식도 바람직하다. 이 경우, 각각의 증발 장치에 있어서, 제조해야 할 프리폴리머 또는 폴리머의 중합도에 적절한 가이드나 반응 조건을 각각 채용할 수 있기 때문에 바람직한 방식이다. 예를 들어, 가이드 접촉 흘러내림식 제 1 중합기, 가이드 접촉 흘러내림식 제 2 중합기, 가이드 접촉 흘러내림식 제 3 중합기, 가이드 접촉 흘러내림식 제 4 중합기… 를 사용하여 이 순서대로 중합도를 높여가는 방식의 경우, 각각의 중합기가 가지는 가이드 전체의 외부 총표면적을 S1, S2, S3, S4… 으로 하면, S1≥S2≥S3≥S4≥… 으로 할 수 있다.

또, 중합 온도도, 각각의 중합기에 있어서 동일한 온도이어도 되고, 순서대로 높여가는 것도 가능하다. 중합 압력도, 각각의 중합기에서 순서대로 낮추어가는 것도 가능하다. 이러한 의미에 있어서, 예를 들어, 가이드 접촉 흘러내림식 제 1 중합기, 가이드 접촉 흘러내림식 제 2 중합기의 2 기의 중합기를 사용하여 이 순서대로 중합도를 높여가는 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 사용하는 것이 바람직하다 :

1 ≤ S1/S2 ≤ 20 식 (15)

S1/S2 가 1 보다 작으면, 분자량의 편차가 커져 장기간 안정 제조가 곤란해지고, 소정의 생산량을 얻기 어려운 등의 문제가 일어나고, S1/S2 가 20 보다 크면, 제 2 중합기에서의 가이드를 흘러내리게 하는 용융 프리폴리머의 유량이 많아지고, 그 결과, 용융 프리폴리머의 체류 시간이 적어져 필요로 하는 분자량의 폴리머가 얻어지기 어려워지는 등의 문제가 발생한다. 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 있지만, 축합계 폴리머를 용융 모노머 또는 용융 프리폴리머로 제조하는 경우, 통상 중합 반응에 의해 부생한 저비등점 물질을 계 외로 배출하면서 중합시키기 때문에, 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 할 폴리머의 중합도에 따라 변화하지만, 통상, 폴리머의 생산량 1 톤/hr 당 10 ∼ 500kg/hr 많은, 1.01 ∼ 1.5 톤/hr 의 범위이다. 또, 저비등점 물질을 함유하는 액체나 열가소성 폴리머로부터의 증발 농축이나 증발 정제인 경우, 저비등점 물질의 함유량 및 필요로 하는 농축률이나 정제율에따라서 다르기도 하지만, 공급되는 액체는 통상, 1.001 ∼ 100 톤/hr 의 범위, 바람직하게는 1.005 ∼ 50 톤/hr, 보다 바람직하게는 1.01 ∼ 20 톤/hr 이다.

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

다음으로, 실시예 및 참고예에 의해 본건 발명을 설명한다.

［실시예 1］

도 2 및 도 3 에 나타내는 바와 같은 두께 약 2㎝ 의 원반상의 유로 제어 부품 (20) 및 가이드 (4) 를 갖는 공업적 증발 장치가 있다. 원반상의 유로 제어 부품 (20) 은 액체 공급 영역 (3) 의 상부 내벽 (23) 으로부터의 간격이 약 8㎝ 가 되도록 상부로부터 현수 고정되어 있다. 또, 액체 공급 영역 (3) 의 내부측 벽면 (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 원반상의 유로 제어 부품 (20) 의 주연부는 수직 단면이 반경 약 1㎝ 의 반원이 되도록 세공되어 있고, 주연부에 액체가 체류하지 않도록 연구되고 있다. 또, 액체 공급 영역 의 내부측 벽면 (23) 과 다공판 (2) 의 접속부의 단면은 도 6 에 나타내는 바와 같은 내측이 오목상으로 세공되어 있고, 그 상승부의 각도 E 는 약 170 도이다. 이 증발 장치의 재질은, 모두 스테인리스강이다. 배출 펌프 (8) 는, 농축 액체가 고점도인 경우, 기어 펌프가 바람직하고, 그다지 점도가 높지 않은 경우에는 통상적인 송 액 펌프이다. 이 공업적 증발 장치는 원통형의 측면 케이싱 (10) 과 콘형의 바닥부 케이싱 (11) 을 갖는 것으로서, L=1,000㎝, h=900㎝, D=500㎝, d=40㎝, C=155 도, S=250㎡ 이고, A=19.625㎡, A/B=156.25, D/d=12.5, L/D=2, r=0.3㎝ 이다. 그 액체 수급구 (1) (수급구와 액체 공급 영역 의 상부 내벽의 접합부) 부터 다공판 (2) 의 상면까지의 그 액체 공급 영역 (3) 에 있어서 그 액체가 존재할 수 있는 공간 용적 V (약 3.17㎥) 와 구멍의 상부 면적을 포함하는 다공판의 상부 면적 T (약 19.63㎡) 의 비, V/T 의 값은 약 0.161(m) 이다. 증발존의 공간 용적 Y 는 약 222.8㎥ 이고, Y/V 의 값은 약 70 이다. 이들은 식 (1) 내지 식 (14) 를 모두 만족하고 있다. 공급 영역 (3) 에 있어서는, 공급구 (1) 로부터 공급된 저비등점 물질을 함유하는 액체는, 유로 제어 부품 (20) 의 상면과 공급 영역 (3) 의 상부 내벽면 (23) 사이, 및 공급 영역 (3) 의 내부측 벽면 (22) 과 유로 제어 부품 (20) 사이를 경유하여, 주로 다공판 (2) 의 주변부로부터 중앙부의 방향으로 흐르면서, 다공판 (2) 의 구멍 (21 등) 으로부터 각 가이드 (4) 에 균일하게 분배되도록 배려되어 있다. 증발 장치 하부에는 불활성 가스 공급구 (9) 가 구비되어 있고, 상부에는 저비등점 물질의 증발물 발출구 (6) (통상적으로는 가스 응축기 및 감압 장치에 접속되어 있다) 가 구비되어 있다. 증발 장치의 외측은 재킷, 또는 열매용 가열관이 설치되어 있고, 열매로 소정의 온도로 유지할 수 있도록 되어 있다.

［참고예 1］

실시예 1 의 공업적 증발 장치를 축합계 폴리머의 중합기로서 사용하여, 방 향족 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 영역 (3) 에 연속적으로 공급되었다. 그 용융 프리폴리머는 다공판 (2) 의 주변부로부터 중앙부를 향해 흐르면서 다공판의 구멍으로부터 증발존 (5) (중합 반응 영역) 에 연속적으로 공급된 용융 프리폴리머는, 가이드 (4) 를 따라 흘러내리게 하면서 중합 반응이 진행되었다. 중합 반응 영역은 증발물 발출구 (6) 를 통하여 80Pa 로 유지되어 있다. 가이드 (4) 의 하부로부터 중합기의 바닥부 (11) 로 들어온 생성 방향족 폴리카보네이트는, 그 바닥부에서의 양이 일정해지도록 배출 펌프 (8) 에 의해 배출구 (7) 로부터 5.5 톤/hr 의 유량으로 연속적으로 발출되었다.

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

이와 같이 하여 제조된 방향족 폴리카보네이트는, 촉매로서 사용된 알칼리 금속 및/또는 알칼리 토금속 화합물의 함유량은 이들의 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 2 기를 직렬로 배치한 축중합계 폴리머의 중합 설비이다. 이 중합 설비 (제 1 중합기 및 제 2 중합기) 를 사용하여 방향족 폴리카보네이트를 제조하였다. 이들 증발 장치의 재질은, 모두 스테인리스강이다. 각각의 증발 장치의 배출 펌프 (8) 는 기어 펌프이다. 가이드 접촉 흘러내림식 제 1 중합기는 원통형의 측면 케이싱 (10) 과 콘형의 바닥부 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. 또한, 유로 제어 부품 (20) 은 횡단면의 직경은 약간 작지만 실시예 1 에 기재된 것과 동일한 형상을 하고 있고, 액체 공급 영역의 벽면 (23 및 22) 과의 간격 및 다공판 (2) 과의 간격은 실시예 1 에 기재된 것과 동일하다. 또, 액체 공급 영역의 내부측 벽면 (23) 과 다공판 (2) 의 접속부의 단면은 실시예 1 과 마찬가지로 도 6 에 나타내는 바와 같은 내측이 오목상으로 세공되어 있고, 그 상승부의 각도 E 는 약 170 도이다. 그 액체 수급구 (1) 의 하부 (수급구와 액체 공급 영역 의 상부 내벽의 접합부) 부터 다공판 (2) 의 상면까지의 그 액체 공급 영역 (3) 에 있어서 그 액체가 존재할 수 있는 공간 용적 V (약 2.03㎥) 와, 구멍의 상부 면적을 포함하는 다공판의 상부 면적 T (약 12.56㎡) 의 비, V/T 의 값은 약 0.162(m) 이다. 증발존의 공간 용적 Y 는 약 135㎥ 이고, Y/V 의 값은 약 67 이다. 이들의 값은 식 (1) 내지 식 (14) 를 모두 만족하고 있다. 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 영역 (3) 으로 연속적으로 공급되었다. 제 1 중합기 내의 다공판 (2) 을 통과하여 중합 반응 영역으로 연속적으로 공급된 그 용융 프리폴리머는, 가이드 (4) 를 따라 흘러내리게 하면서 중합 반응이 진행되었다. 제 1 중합기의 중합 반응 영역은 진공 벤트구 (6) 를 통하여 800Pa 의 압력으로 유지되어 있다. 가이드 (4) 의 하부로부터 중합기의 바닥부 (11) 로 들어온 중합도가 높아진 방향족 폴리카보네이트의 용융 프리폴리머 (수평균 분자량 Mn 은 5,500) 는, 그 바닥부에서의 양이 일정해지도록 배출 펌프 (8) 에 의해 배출구 (7) 로부터 일정한 유량으로 연속적으로 발출되었다. 이 용융 프리폴리머가, 공급 펌프에 의해 제 2 중합기의 공급구 (1) 로부터 공급 영역 (3) 으로 연속적으로 공급되었다. 제 2 중합기 내의 다공판 (2) 을 통과하여 중합 반응 영역으로 연속적으로 공급된 그 용융 프리폴리머는, 가이드 (4) 를 따라 흘러내리게 하면서 중합 반응이 진행되었다. 제 2 중합기의 중합 반응 영역은 진공 벤트구 (6) 를 통하여 50Pa 의 압력으로 유지되어 있다. 가이드 (4) 의 하부로부터 제 2 중합기의 바닥부 (11) 로 들어온 생성 방향족 폴리카보네이트는, 그 바닥부에서의 양이 일정해지도록 배출 펌프 (8) 에 의해 배출구 (7) 로부터 6 톤/hr 의 유량으로 연속적으로 발출되었다.

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

이와 같이 하여 제조된 방향족 폴리카보네이트는, 촉매로서 사용된 알칼리 금속 및/또는 알칼리 토금속 화합물의 함유량은 이들의 금속 원소로 환산하여, 0.03 내지 0.05ppm 이었다.

본 발명의 증발 장치는, 액체 중에 그 액체보다 저비등점인 물질을 갖는 액체를, 착색이나 이물질 혼입이나 물성 저하 등의 결점을 수반하지 않고, 효율적으 로 대량의 액체를 농축하는 데 적합한 공업적 증발 장치로서 이용하는 것이 바람직하다. 그 액체가 비교적 점도가 높은 경우의 증발 장치로서 이용하는 것이 특히 바람직하다. 본 발명의 공업적 증발 장치의 특히 바람직한 용도는, 축합계 폴리머용 중합 장치, 열가소성 폴리머 용융액의 정제 장치, 열가소성 폴리머 용액으로부터의 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 장치의 개략을 나타내는 단면도이다.

도 3 은 본 발명의 공업적 증발 장치의 상부를 모식적으로 나타내는 단면도이다.

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

도 5 는 액체 공급 영역 의 내부 벽면과, 다공판 및 유로 제어 부품 사이의「데드 스페이스」를 없애는 고안을 모식적으로 나타내는 단면도이다.

도 6 은 액체 공급 영역 의 내부 벽면과, 다공판 및 유로 제어 부품 사이의「데드 스페이스」를 없애는 고안을 모식적으로 나타내는 단면도이다.

(부호의 설명)

1 : 액체 수급구 2 : 다공판

3 : 액체 공급 영역 4 : 가이드

5 : 증발 영역 6 : 증발물 발출구

7 : 액체 배출구 8 : 액체 배출 펌프

9 : 소망에 따라 사용되는 불활성 가스 공급구

10 : 증발존의 측면 케이싱 11 : 증발존의 바닥부 케이싱

12 : 액체 발출구 20 : 유로 제어 부품

21 : 다공판의 구멍의 예시 22 : 액체 공급 영역 의 내부측 벽면

23 : 액체 공급 영역 의 상부 내부 벽면

Claims (13)

1. 액체 중에 상기 액체보다 저비등점인 물질을 함유하는 액체를, 그 자체적으로 가열원이 없는 가이드의 외부 표면을 따라 흘러내리게 하고, 그 동안에 상기 저비등점 물질을 증발시키는 장치로서, 상기 증발 장치가,

   (1) 액체 수급구, 다공판을 통과하여 증발존의 상기 가이드에 상기 액체를 공급하기 위한 액체 공급 영역, 상기 다공판과 측면 케이싱과 바닥부 케이싱에 둘러싸인 공간에 상기 다공판으로부터 하방으로 연장되는 복수의 상기 가이드가 형성된 증발 영역, 상기 증발 영역에 형성된 증발물 발출(拔出)구, 바닥부 케이싱의 최하부에 형성된 액체 배출구를 갖는 것으로서,

   (2) 상기 액체 공급 영역에 있어서, 상기 액체 수급구로부터 다공판으로 공급되는 액체의 흐름이 다공판의 주변부로부터 중앙부의 방향으로 흐르게 하는 기능을 갖는 유로 제어 부품이 상기 액체 공급 영역에 설치되어 있고,

   (3) 상기 증발 영역의 측면 케이싱의 수평면에 있어서의 내부 단면적 A(㎡) 가, 식 (1) 을 만족하는 것으로서,

   0.7 ≤ A ≤ 300 식 (1)

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

   20 ≤ A/B ≤ 1000 식 (2)

   (5) 상기 증발 영역의 바닥부를 구성하는 바닥부 케이싱이, 상부의 측면 케이싱에 대하여 그 내부에 있어서, 각도 C 도로 접속되어 있고, 상기 각도 C 도가 식 (3) 을 만족하는 것으로서,

   110 ≤ C ≤ 165 식 (3)

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

   150 ≤ h ≤ 5000 식 (4)

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

   2 ≤ S ≤ 50000 식 (5)

   (8) 상기 액체 수급구부터 다공판의 상면까지의 상기 액체 공급 영역에 있어서 상기 액체가 존재할 수 있는 공간 용적 V(㎥) 와, 구멍의 상부 면적을 포함하는 다공판의 상부 면적 T(㎡) 가 식 (6) 을 만족하는 것으로서,

   0.02(m) ≤ V/T ≤ 0.5(m) 식 (6)

   (9) 상기 공간 용적 V(㎥) 와, 증발 영역의 공간 용적 Y(㎥) 가 식 (7) 을 만족하는 :

   10 ≤ Y/V ≤ 500 식 (7)

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

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

   상기 액체 공급 영역의 내부측 벽면과 상기 다공판이 이루는 각도 E 도가 식 (8) 을 만족하는 :

   100 ≤ E < 180 식 (8)

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

   상기 증발 영역의 상기 측면 케이싱이 내경 D(㎝), 길이 L(㎝) 인 원통 형상으로서, 그 하부에 접속된 바닥부 케이싱이 콘형이고, 그 콘형 케이싱의 최하부의 액체 배출구가 내경 d(㎝) 인 원통 형상으로서, D, L, d 가 식 (9), (10), (11) 및 (12) 를 만족하는 :

   100 ≤ D ≤ 1800 식 (9)

   5 ≤ D/d ≤ 50 식 (10)

   0.5 ≤ L/D ≤ 30 식 (11)

   h-20 ≤ L ≤ h＋300 식 (12)

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

   h 가 식 (13) 을 만족하는 :

   400 < h ≤ 2500 식 (13)

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

   1 개의 그 가이드가 외경 r(㎝) 의 원주상 또는 내측에 액체, 가스상 물질, 또는 액체와 가스상 물질이 들어가지 않도록 한 파이프 형상인 것으로서, r 이 식 (14) 를 만족하는 :

   0.1 ≤ r ≤ 1 식 (14)

   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, 가스상 물질 또는 액체와 가스상 물질이 들어가지 않도록 한 파이프 형상인 것으로서, r 이 식 (14) 을 만족하며,

   0.1≤r≤1 식 (14),

   그들 개개의 가이드가 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, 가스상 물질 또는 액체와 가스상 물질이 들어가지 않도록 한 파이프 형상인 것으로서, r 이 식 (14) 을 만족하며,

   0.1≤r≤1 식 (14),

   그들 개개의 가이드가 가로 방향의 지지재로 고정된 격자 형상 또는 망 형상 가이드, 복수의 격자 형상 또는 망 형상의 가이드를 전후에 배치하고 그들이 가로 방향의 지지재로 고정된 입체적인 가이드, 및 복수의 개개의 가이드가 전후 좌우의 가로 방향이 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 액체가 (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, 상기 저비등점 물질이 중축합 반응으로 생성되는 부생 물질, 올리고머 또는 부생 물질과 올리고머이고, 상기 용융액으로부터 상기 저비등점 물질을 증발 제거함으로써, 상기 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 폴리머가 폴리에스테르류, 폴리아미드류, 폴리카보네이트류인 것을 특징으로 하는 공업적 증발 장치.
11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

    상기 액체가 열가소성 폴리머 A 의 용융액으로서, 상기 저비등점 물질이 상기 폴리머 중에 함유되는 모노머, 올리고머, 부생물이고, 상기 용융액으로부터 상기 저비등점 물질을 증발 제거함으로써, 상기 열가소성 폴리머 A 의 순도를 향상시키기 위한 정제 장치인 것을 특징으로 하는 공업적 증발 장치.
12. 제 11 항에 있어서,

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

    상기 액체가 열가소성 폴리머 B 의 용액으로서, 상기 저비등점 물질이 상기 열가소성 폴리머가 용해되어 있는 용매, 상기 폴리머용액 중에 함유되어 있는 모노머, 올리고머, 부생물로부터 선택되는 한 종류 이상이며, 상기 용액으로부터 상기 저비등점 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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