TW201406788A - 聚合反應器及吸水性樹脂的製造方法 - Google Patents

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Abstract

一種聚合反應器，包括容器本體1以及套部2。套部2設置成覆蓋容器本體1的外面，而在套部2與容器本體1的外面之間形成用於使冷熱媒體流通的通路。容器本體1是使用包層金屬板來構成，包層金屬板具有金屬支持層以及內側表皮層。金屬支持層具有位於容器本體的內側的內面與位於容器本體的外側的外面。內側表皮層接合於金屬支持層的內面，且由厚度小於金屬支持層的耐腐蝕性金屬所構成。

Description

聚合反應器及吸水性樹脂的製造方法
本發明是有關於一種用於進行聚合反應的聚合反應器，且特別是有關一種以藉由冷熱媒體的流通而通過容器本體的壁來進行熱交換的方式而構成的聚合反應器，以及使用該聚合反應器來進行的吸水性樹脂的製造方法。
作為吸水性樹脂等的聚合物之製造時所使用的聚合反應器，一般而言，如第4圖所示，採用包括有收容反應液等的容器本體91與以覆蓋此容器本體91之外面的方式而設置的外套(套部92)的聚合反應器。在套部92內，視需要而使冷熱媒體(冷媒或熱媒)流通，藉由通過容器本體91的壁面的熱交換，以對內容物(例如反應液或反應混合物)進行冷卻或者加熱而使容器本體91的內容物在規定的溫度的方式進行控制。從對於內容物的耐負荷或聚合反應時的耐壓性能的觀點來看，容器本體需要規定的強度，因此使用強度優良的材料(例如碳鋼鋼板)來構成。而且，通常在容器本體91中設置有攪拌翼93，藉由此攪拌翼93的動作，來謀求內容物的均質化與均溫化。包括容器本體及外套的聚合反應器，例如是記載於下述的專利文獻1中。
近年來，例如吸水性樹脂等聚合物的需求增大， 對於此需求增大，而檢討藉由聚合反應器的大型化來謀求生產性提升。
在使用聚合反應器進行聚合物的生成中，為了使內容物在所希望的溫度，藉由與冷熱媒體的熱交換所可傳遞的熱量較大。因此，在用於聚合物生成(以下稱為聚合步驟)的步驟中，用於加熱或冷卻內容物的時間(以下稱為傳熱時間)所佔的比例較大。因此，如果可以縮短傳熱時間的話，相信會有聚合物的生產效率的改善。於是，在縮短傳熱時間方面，要求更有效率的進行因上述熱交換的熱傳遞。
在使冷熱媒體流通於套部內時，作為對通過容器本體之壁的冷熱媒體與內容物之間的熱傳遞效率(熱傳遞量Q)造成影響的代表因子例如是下述三個。第一因子是冷熱媒體與容器本體之壁之間的傳熱阻抗(例如套部內的冷熱媒體的流量)，第二因子是容器本體之壁與內容物之間的傳熱阻抗(例如因攪拌翼的內容物的均質化、均溫化的程度)，第三因子是容器本體之壁其本身的金屬阻抗。作為謀求與這些因子相關的熱傳遞效率的改善的手法，舉例來說，對於第一因子是套部內冷熱媒體的流量增加，對於第二因子是因攪拌翼的內容物的均質化或均溫化的效率改善，對於第三因子是容器本體之壁的板厚的薄型化。而且，在這三個因子中，對熱傳遞效率造成最大影響的是第三因子(金屬阻抗)。因此，為了縮短傳熱時間，考慮到使容器本體之壁的厚度變薄是最有效果的。
另一方面，如上所述，藉由聚合反應器的大型化來謀求生產性提升，對於容器本體的板厚，從強度的觀點來看 是需要變厚。因此，將會導致通過容器本體之壁的熱傳遞效率的降低，傳熱時間變長反而成為生產效率的改善的妨礙因素。
有鑑於上述事情，在專利文獻1中揭露了在容器本體的內側形成冷熱媒體之通路的結構。具體而言，如同文獻的第1圖、第2圖所示，在容器本體的內面藉由熔接以規定間隔直立狀態地設置帶板狀的支持體，並且藉由熔接將與相鄰的支撐體的配置間隔相等的張力板(fulling board)設置於支持體的末端(tip)。藉此，容器本體之壁、支持體與張力板之間所劃分的密閉空間成為冷熱媒體的通路。若採用此種在容器本體的內側形成冷熱媒體之通路的結構，則可以期待能夠使張力板(內容物與冷熱媒體之間的隔壁)的厚度變薄，藉由傳熱時間的縮短而使生產性提升。
然而，要在聚合反應器使用時確認容器本體之內部的狀態實質上是有困難的。而且，在容器本體的內側設置的冷熱媒體之通路的隔壁變薄、且藉由熔接設置此隔壁的結構，若考慮到隔壁隨年限劣化而破損等，在長期間的使用上缺乏信賴性。
而且，在吸水性樹脂的製造中，以聚合水溶性乙烯性不飽和單體的方法為主流，水溶性乙烯性不飽和單體為酸性物質，通常使用氫氧化鈉來中和。而且在利用反相懸浮聚合法的吸水性樹脂之製造中，使用有機溶劑作為反應溶劑。如此，在吸水性樹脂之製造中，由於在聚合反應時使用酸、鹼及有機溶劑等，因此作為聚合反應器(容器本體)的材質，討論使用不鏽鋼等耐腐蝕金屬。然而，由於不鏽鋼的傳熱性能比碳鋼 差，在如第4圖所示的結構中，若容器本體91由不鏽鋼構成，藉由在容器本體之外側所設置的套部92中流入冷熱媒體來進行反應液(內容物)的加熱或冷卻時，將會有所謂造成通過容器本體之壁的熱傳遞效率之降低、與相同厚度的碳鋼相比傳熱時間變長的缺點。
【先前技術文獻】 【專利文獻】
【專利文獻1】日本專利特開平10-244146號
本發明是在此種的事情下而想到的發明，其課題為提供一種為了在長期間使用中維持信賴性、在聚合步驟中縮短傳熱時間的適合的聚合反應器。而且，本發明的另一課題為提供一種為了更有效率地進行使用此種聚合反應器來進行的吸水性樹脂的製造的合適方法。
本發明之第一方面提供的聚合反應器，包括：容器本體；以及套(jacket)部，設置成覆蓋前述容器本體的外面，而在前述套部與前述容器本體的外面之間形成用於使冷熱媒體流通的通路。前述容器本體是使用包層(clad)金屬板來構成，前述包層金屬板具有：金屬支持層，其具有位於前述容器本體的內側的內面與位於前述容器本體的外側的外面；以及內側表皮層，其接合於前述金屬支持層的內面，且由厚度小於前述金屬支持層的耐腐蝕性金屬所構成。
較佳的是，前述內側表皮層之厚度為前述金屬支 持層之厚度的1/10~1/2。
較佳的是，前述包層金屬板更具有：外側表皮層，其由接合於前述金屬支持層的外面的耐腐蝕性金屬所構成，且前述外側表皮層之厚度小於前述金屬支持層之厚度。
較佳的是，前述金屬支持層由碳鋼所構成，前述外側表皮層及前述內側表皮層由不鏽鋼所構成。
較佳的是，前述內側表皮層之厚度大於前述外側表皮層之厚度。
較佳的是，前述金屬支持層之厚度為5~15mm。
較佳的是，更包括：惰性氣體供給手段，其用於將惰性氣體供給至前述通路。
較佳的是，前述套部藉由螺旋狀的分隔板將內部分隔，前述通路沿著前述分隔板而螺旋狀的延伸。
較佳的是，前述容器本體具有藉由蓋體而閉鎖的上端開口。
較佳的是，前述蓋體是使用追加的包層金屬板來構成，前述追加的包層金屬板具有：追加的金屬支持層，其具有位於前述容器本體的內側的內面與位於前述容器本體的外側的外面；以及追加的內側表皮層，其接合於前述追加的金屬支持層的內面，且由厚度小於前述追加的金屬支持層的耐腐蝕性金屬所構成。
較佳的是，前述追加的包層金屬板更具有：追加的外側表皮層，其由接合於前述金屬支持層的外面的耐腐蝕性金屬所構成，且前述追加的外側表皮層之厚度小於前述追加的 金屬支持層之厚度。
本發明之第二方面提供的吸水性樹脂的製造方法，其為於石油碳氫化合物(petroleum hydrocarbon)分散媒中反相懸浮聚合水溶性不飽和乙烯單體的吸水性樹脂的製造方法，在關於本發明之第一方面的聚合反應器的前述容器本體中進行聚合反應。
本發明之其他特徵與優點，藉由參照所附圖式以下進行詳細的說明，以使其能更明顯易懂。
X‧‧‧聚合反應器
1‧‧‧容器本體
2‧‧‧套部
3‧‧‧蓋體
11‧‧‧側壁部
12‧‧‧底壁部
11a、12a‧‧‧支持層(金屬支持層)
11b、12b‧‧‧表皮層(耐腐蝕性金屬層)
11c、12c‧‧‧表皮層(追加的耐腐蝕性金屬層)
111‧‧‧凸緣
121‧‧‧排出口
13‧‧‧攪拌翼
21‧‧‧導入口
22‧‧‧導出口
23‧‧‧分隔板
31‧‧‧供給口
32‧‧‧凸緣
第1圖為依照本發明的實施型態的一種聚合反應器的概略構成縱剖面圖。
第2圖為第1圖的重要部分放大圖。
第3圖為表示實施例與比較例的表。
第4圖為習知的一種聚合反應器的概略構成縱剖面圖。
以下，關於本發明的較佳實施型態，請參照圖式具體的說明之。
第1圖與第2圖為關於本發明的一種聚合反應器的一例。如第1圖所表示，本實施型態的聚合反應器X包括有容器本體1、套部2以及蓋體3。
如第1圖所示，容器本體1具有圓筒狀的側壁部11以及在此側壁部11的下端一體地熔接接合的底壁部12。
在本實施型態中，側壁部11由三層包層鋼板所構 成。更具體而言，如第2圖所示，構成側壁部11的三層包層鋼板，例如是藉由熱軋在由碳鋼所構成的支持層11a的兩面分別壓著不鏽鋼製的表皮層11b、11c而成者。在將此三層包層鋼板彎曲成形為圓筒形，並且藉由沿著圓筒的軸方向將抵接的兩端部邊緣熔接接合而形成圓筒狀的側壁部11。側壁部11的上端部形成開口，在該上端部的外周一體形成有圓環狀的凸緣111(flange)。
若舉出側壁部11之尺寸的一例，直徑為200~400cm程度、高度(軸方向的長度)為200~600cm程度。側壁部11中的支持層11a的厚度例如為5~15mm程度，內側的表皮層11b的厚度例如為1~4mm程度，外側的表皮層11c的厚度例如為1~3mm程度。內側的表皮層11b之厚度大於外側的表皮層11c之厚度。內側的表皮層11b之厚度較佳為支持層11a之厚度的1/10~1/2，更佳為支持層11a之厚度的1/5~1/2。
底壁部12使用與構成側壁部11的三層包層鋼板相同的三層包層鋼板來構成，且形成向下凸面狀(例如半球面狀)。底壁部12沿著該側壁部11的圓周方向而熔接接合在側壁部11的下端。省略了詳細的圖式，底壁部12具有支持層以及分別接合在此支持層的兩面的表皮層。底壁部12中，內側的表皮層之厚度大於外側的表皮層之厚度。在此種構成的容器本體1的側壁部11以及底壁部12中，內側的表皮層11b為耐腐蝕性金屬層，外側的表皮層11c為追加的耐腐蝕性金屬層。
容器本體1的底壁部12設置有用於攪拌容器本體1的內部的攪拌翼13。攪拌翼13貫通底壁部12的中央。底壁 部12設置有用於將容器本體1的內容物排出外部的排出口121，上述構成的容器本體1的內容量例如為10~60m3程度。
套部2覆蓋容器本體1的外面。套部2在與容器本體1的外面之間可形成使冷熱媒體流通的通路，且覆蓋從側壁部11至底壁部12的範圍。套部2例如是不鏽鋼製，並藉由熔接而與容器本體1接合。套部2的下部設置有將冷熱媒體導入該套部2內的導入口21，套部2的上部設置有將該套部2內的冷熱媒體導出外部的導出口22。而且，套部2的內側設置有用於在容器本體1的外周螺旋狀的流動冷熱媒體的分隔板23。分隔板23為螺旋帶的型態，例如以起立狀態熔接在套部2內面。藉由容器本體1的外面與套部2的內面、以及螺旋狀的分隔板23所包圍的空間，而形成螺旋狀的通路。導入口21連接圖外的冷熱媒體儲槽，將調節成所希望溫度的冷熱媒體經由導入口21導入套部2內。導出口22連接圖外的溫度調節裝置，通過套部2內的冷熱媒體經由導出口22導入圖外的溫度調節裝置，在調整成所希望溫度後供給至冷熱媒體儲槽。從上述可以理解，從冷熱媒體儲槽供給的冷熱媒體依序通過套部2以及溫度調節裝置而循環利用。
在套部2內流通的冷熱媒體例如是水、乙二醇(防凍液)等液體。而且，在本實施型態中，如第1圖所表示，在導出口22的端部連接有分支管24。藉由從此分支管24的分支部加壓供給為惰性氣體之一種的氮氣(N2)，而能夠將氮氣供給至套部2內側的上述螺旋狀通路。而且，分支管的下游側設置有開關閥(圖示省略)，當停止至套部2內的冷熱媒體的供 給時，關閉上述開關閥。若套部2內的冷熱媒體的液面下降，通過分支管24及導出管22而將氮氣供給至套部2內側的通路，可以防止空氣侵入至上述通路。
蓋體3為覆蓋容器本體1的上端開口部的構件，例如藉由與側壁部11相同的三層包層鋼板來構成。蓋體3形成向上凸面狀(例如半球面狀)。蓋體3的頂部設置有用於供給反應液等的供給口31。蓋體3的下端部的外周一體形成有圓環狀的凸緣32，容器本體1與蓋體3是藉由螺栓(圖示省略)插入形成在各自的凸緣111、32上的螺栓孔(圖示省略)來固定彼此而成密封狀態。雖然未圖示出來，在容器本體1的凸緣111與蓋體3的凸緣32之間插入安裝適當的密封材，而保持容器本體1內的密封狀態。
以下說明上述聚合反應器X的使用方法。
聚合反應器X能夠作為用於進行各種聚合反應的容器來使用。在本實施型態中，以聚合反應器使用於利用反相懸浮聚合法的吸水性樹脂的製造中的情況來說明。
在本實施型態的吸水性樹脂的製造中，將水溶性乙烯性不飽和單體於石油碳氫化合物分散媒(有機溶劑)中，在分散劑的存在下使用自由基聚合引發劑來進行反相懸浮聚合。在下文中，以進行多階段聚合反應的情況進行說明。利用反相懸浮聚合法的多階段聚合反應，從所得到的吸水性樹脂的粒徑大、對水的潤濕性良好而可以提升生產性，在降低分散劑的使用量的方面來看是較佳的。
在利用反相懸浮聚合法的吸水性樹脂的製造中， 首先於容器本體1內投入石油碳氫化合物分散媒與分散劑。然後，藉由攪拌翼13一邊攪拌容器本體1內一邊使熱媒流通套部2內而加熱容器本體1內至規定的溫度(例如超過90℃)(第一加熱步驟)，藉此使分散劑溶解於石油碳氫化合物分散媒中。之後，使冷媒流通套部2內而冷卻容器本體1內至規定的溫度(例如50℃程度)(第一冷卻步驟)。
接著，於容器本體1內添加第一階段的單體溶液，進行第一階段的反相懸浮聚合。單體溶液較佳是藉由在水溶性乙烯性不飽和單體的水溶液中添加自由基聚合引發劑來製備。在水溶性乙烯性不飽和單體例如是具有丙烯酸等酸基的情況下，也可以藉由鹼性中和劑來中和該酸基。而且，對應需要，亦可以於單體溶液中添加交聯劑來進行聚合。
在進行第一階段的聚合時，添加調整成規定溫度(例如10℃程度)的上述單體溶液，並使容器本體1的內容物為規定溫度(例如30℃程度)，而成為穩定的懸浮狀態。接著，藉由攪拌翼13一邊攪拌容器本體1內一邊使熱媒流通套部2內而加熱容器本體1內至規定的溫度(例如55℃程度)(第二加熱步驟)，藉此開始第一階段的聚合。此時，雖然因聚合熱而使內容物升溫，與此同時，使冷媒(例如與先前聚合開始時所流通的熱媒相同)流通套部2內，將內容物維持在規定的高溫狀態(例如80℃程度)，以規定時間進行聚合。接著，使冷媒流通套部2內，而冷卻容器本體1的內容物至規定的溫度(例如5~30℃程度)(第二冷卻步驟)，獲得第一階段的反應混合物。
接著，於容器本體1內添加第二階段的單體溶液，進行第二階段的反相懸浮聚合。第二階段的單體溶液較佳是藉由在水溶性乙烯性不飽和單體的水溶液中添加自由基聚合引發劑來製備。在水溶性乙烯性不飽和單體例如是具有丙烯酸等酸基的情況下，也可以藉由鹼性中和劑來中和該酸基。而且，對應需要，亦可以於單體溶液中添加交聯劑來進行聚合。
在進行第二階段的聚合時，添加調整成與容器本體1內之反應混合物同程度之溫度的上述第二階段的單體溶液。接著，藉由攪拌翼13一邊攪拌容器本體1內一邊使熱媒流通套部2內而加熱容器本體1內至規定的溫度(例如55℃程度)(第三加熱步驟)，藉此開始第二階段的聚合。此時，雖然因聚合熱而使內容物升溫，與此同時，使冷媒(例如與先前聚合開始時所流通的熱媒相同)流通套部2內，將內容物維持在規定的高溫狀態(例如80℃程度)，以規定時間進行聚合。接著，使冷媒流通套部2內，而冷卻容器本體1的內容物至規定的溫度(例如5~30℃程度)(第三冷卻步驟)，獲得第二階段的反應混合物。
接著，於容器本體1內添加第三階段的單體溶液，進行第三階段的反相懸浮聚合。第三階段的單體溶液較佳是藉由在水溶性乙烯性不飽和單體的水溶液中添加自由基聚合引發劑來製備。在水溶性乙烯性不飽和單體例如是具有丙烯酸等酸基的情況下，也可以藉由鹼性中和劑來中和該酸基。而且，對應需要，亦可以於單體溶液中添加交聯劑來進行聚合。
在進行第三階段的聚合時，添加調整成與容器本 體1內之反應混合物同程度之溫度的上述第三階段的單體溶液。接著，藉由攪拌翼13一邊攪拌容器本體1內一邊使熱媒流通套部2內而加熱容器本體1內至規定的溫度(例如55℃程度)(第四加熱步驟)，藉此開始第三階段的聚合。此時，雖然因聚合熱而使內容物升溫，與此同時，使冷媒(例如與先前聚合開始時所流通的熱媒相同)流通套部2內，將內容物維持在規定的高溫狀態(例如80℃程度)，以規定時間進行聚合。藉此，獲得第三階段的反應混合物。然後，從第三階段的反應混合物分離溶劑與水，使其乾燥，藉此獲得吸水性樹脂。
在本實施型態的聚合反應器X中，容器本體1(側壁部11及底壁部12)使用三層包層鋼板所構成。此三層包層鋼板具有碳鋼製的支持層11a與接合於此支持層11a的兩面且厚度較支持層11a薄的不鏽鋼製的表皮層11b、11c。由於構成支持層11a的碳鋼的強度較構成表皮層11b、11c的不鏽鋼的強度優良、且傳熱性能亦較優良，因此藉由使上述相對厚度較厚的支持層11a為碳鋼製，可以確保所規定的強度，並且能夠使容器本體1的壁(三層包層鋼板)的整體厚度比較薄。而且，在用於吸水性樹脂等的聚合物生成的整體步驟(聚合步驟)中，藉由在容器本體之外側所設置的套部2內流入冷熱媒體(冷媒或熱媒)來進行內容物的加熱或冷卻時，可以抑制通過容器本體1之壁(側壁部11及底壁部12)的熱傳遞效率之降低，例如與該壁只由不鏽鋼構成的情況相比，可以縮短傳熱時間。
另一方面，由於容器本體1內側的表皮層11b由不鏽鋼所構成，在吸水性樹脂的聚合反應時，即使接觸酸、鹼 及有機溶劑也難以受到腐蝕。而且，表皮層11b壓著於支持層11a，而使支持層11a與表皮層11b由全面一樣壓著的包層鋼板來構成。因此，可以防止所謂表皮層11b從支持層11a剝離的事態，而可確實地維持容器本體1的內面的耐腐蝕性。
而且，表皮層11b之厚度為支持層11a之厚度的1/10~1/2，可以確保適當的厚度。從迴避容器本體1的強度降低且適當地維持耐腐蝕性的觀點來看，這是較佳的。
套部2設置成覆蓋容器本體1的外面，而在容器本體1與套部2之間使冷熱媒體流通。因此本實施型態的聚合反應器X與例如在容器本體的內側設置冷熱媒體用通路的情況相比較，能夠容易地進行套部2的狀況確認，在長期使用下信賴性優良。
在本實施型態中，容器本體1(側壁部11及底壁部12)在外側具有不鏽鋼製的表皮層11c(12c)。藉此，可以防止因流過套部2內側之通路的冷熱媒體腐蝕容器本體1。
而且，在本實施型態中，在套部2內側之通路供給氮氣(惰性氣體)，防止空氣侵入至套部2內。因此，例如在使用不具有腐蝕性的液體(例如純水)作為冷熱媒體的情況下，在容器本體1的外面實質上不會產生腐蝕的問題，而不需要設置外側的表皮層11c。在此情況下，容器本體1可以由具有支持層11a與內側的表皮層11b的兩層包層鋼板所構成。
在利用反相懸浮聚合法的吸水性樹脂的製造中，重複進行冷卻與加熱之操作，在聚合的總時間(聚合步驟時間)所佔有的熱傳導時間的比例較大。於是，因傳熱時間的縮短之 聚合步驟時間的縮短的比例也較大，這是有利於生產效率之改善。
上述說明了本發明的具體的實施型態，但本發明並不限制於此，而可以在不脫離本發明之思想的範圍內作各種的變更。在上述實施型態中，是以容器本體1由在碳鋼製的支持層11a(金屬支持層)的兩面壓著了不鏽鋼製的表皮層11b、11c(耐腐蝕性金屬層)的三層包層鋼板所構成的情況為例子作說明，也可以使用其他包層材料作為容器本體1的構成材料。作為金屬支持層，只要是強度及熱傳導率優良的材料就為佳，也可以使用鋁合金等其他材料。作為耐腐蝕性金屬，只要耐腐蝕性較金屬支持層優良的材料就可以，也可以使用鈦及鉻或它們的合金等其他材料。而且，對於金屬支持層或耐腐蝕性金屬層的厚度也可以對應構成它們的材料或者容器本體的內容量等而作各種的變更。
【實施例】
接著藉由實施例及比較例來說明本發明的有用性。
〔實施例〕
使用具有第1圖、第2圖所示的概略結構的聚合反應器X，在進行上述利用反相懸浮聚合法的吸水性樹脂的製造的情況下，測定各步驟的時間。在本實施例的吸水性樹脂的製造中，使水溶性乙烯性不飽和單體在石油碳氫化合物分散媒中，於分散劑存在下，使用自由基聚合引發劑，進行利用反相懸浮聚合法的三階段聚合反應。
本實施例中所使用的聚合反應器X，容器本體1的內容量設為60m3，對於攪拌翼13則使用槳式翼。容器本體1的側壁部11以及底壁部12是使用厚度18mm的三層包層鋼板來構成。支持層11a為厚度13mm的中．常溫壓力容器用碳鋼鋼板(JIS：SGV480；JIS：日本工業標準)，內側的表皮層11b為厚度3mm的不鏽鋼(JIS：SUS304)，外側的表皮層11c為厚度2mm的不鏽鋼(JIS：SUS304)。
在第一階段的聚合時，於溶劑本體1內裝入作為石油碳氫化合物分散媒的25℃正庚烷13500公斤、作為分散劑的聚甘油脂肪酸酯(商品名：SUNSOFT Q-185S，太陽化學(股)製)之10質量%的正庚烷溶液351公斤。
接著利用攪拌翼13一邊攪拌容器本體1內，一邊使熱媒(溫度95℃、流量1.5m3/min，以下相同)於套部2內流通，將容器本體1內的內容物加熱成90℃為止(第一加熱步驟)，使分散劑溶解。從於套部2內流通熱媒開始至容器本體1內的內容物升溫至90℃為止需要88分鐘。使冷媒(溫度1℃、流量1.5m3/min，以下相同)於套部2內流通，將容器本體1內的內容物冷卻成50℃為止(第一冷卻步驟)。從於套部2內流通冷媒開始至容器本體1內的內容物降溫至50℃為止需要22分鐘。
另一方面，於另一容器中加入作為水溶性乙烯性不飽和單體的80質量%之丙烯酸水溶液3505公斤，一邊進行冷卻，一邊滴入作為鹼中和劑的30質量%之氫氧化鈉水溶液3890公斤而進行75莫耳%的中和。接著，加入作為自由基聚 合引發劑的過硫酸鈣3.5公斤、作為交聯劑的N,N'-亞甲雙丙烯醯胺0.7公斤、水1908公斤並使其溶解，將第一階段的單體製備成水溶液。
將調整成10℃的上述第一階段的單體水溶液的總量加入容器本體1，使容器本體1內的內容物為30℃，系統內以氮氣充分地置換。
接著，利用攪拌翼13一邊攪拌容器本體1內，一邊使熱媒於套部2內流通，將容器本體1內的內容物加熱成55℃為止(第二加熱步驟)，開始進行聚合。從於套部2內流通熱媒開始至容器本體1內的內容物升溫至55℃為止需要26分鐘。聚合開始後，因聚合熱而使容器本體1內的內容物升溫，從內容物到達80℃的時點開始於80℃進行聚合30分鐘後，使冷媒於套部2內流通，將容器本體1內的內容物冷卻成13℃為止(第二冷卻步驟)，獲得第一階段的反應混合物。從於套部2內流通冷媒開始至容器本體1內的內容物降溫至13℃為止需要107分鐘。
一方面，於另一容器中加入作為水溶性乙烯性不飽和單體的80質量%之丙烯酸水溶液3505公斤，一邊進行冷卻，一邊滴入作為鹼中和劑的30質量%之氫氧化鈉水溶液3890公斤而進行75莫耳%的中和。接著，加入作為自由基聚合引發劑的過硫酸鈣3.5公斤、作為交聯劑的N,N'-亞甲雙丙烯醯胺0.7公斤、水1908公斤並使其溶解，將第二階段的單體製備成水溶液。於上述第一階段的反應混合物中加入調整成13℃的上述第二階段的單體水溶液，系統內以氮氣充分地置 換。
接著，利用攪拌翼13一邊攪拌容器本體1內，一邊使熱媒於套部2內流通，將容器本體1內的內容物加熱成55℃為止(第三加熱步驟)，開始進行聚合。從於套部2內流通熱媒開始至容器本體1內的內容物升溫至55℃為止需要48分鐘。聚合開始後，因聚合熱而使容器本體1內的內容物升溫，從內容物到達80℃的時點開始於80℃進行聚合30分鐘後，使冷媒於套部2內流通，將容器本體1內的內容物冷卻成13℃為止(第三冷卻步驟)，獲得第二階段的反應混合物。為了從於套部2內流通冷媒開始至容器本體1內的內容物降溫至13℃為止需要132分鐘。
而且，一方面，於另一容器中加入作為水溶性乙烯性不飽和單體的80質量%之丙烯酸水溶液3505公斤，一邊進行冷卻，一邊滴入作為鹼中和劑的30質量%之氫氧化鈉水溶液3890公斤而進行75莫耳%的中和。接著，加入作為自由基聚合引發劑的過硫酸鈣3.5公斤、作為交聯劑的N,N'-亞甲雙丙烯醯胺0.7公斤、水1908公斤並使其溶解，將第三階段的單體製備成水溶液。於上述第二階段的反應混合物中加入調整成13℃的上述第三階段的單體水溶液，系統內以氮氣充分地置換。
接著，利用攪拌翼13一邊攪拌容器本體1內，一邊使熱媒於套部2內流通，將容器本體1內的內容物加熱成55℃為止(第四加熱步驟)，開始進行聚合。從於套部2內流通熱媒開始至容器本體1內的內容物升溫至55℃為止需要54分 鐘。聚合開始後，因聚合熱而使容器本體1內的內容物升溫，從內容物到達80℃的時點開始於80℃進行聚合30分鐘，獲得第三階段的反應混合物。從此第三階段的反應混合物，利用正庚烷與水的共沸蒸餾分離正庚烷與水，正庚烷回到容器本體1內，並將16641公斤的水抽出系統外後，藉由使正庚烷蒸發而進行乾燥，獲得吸水性樹脂11315公斤。本實施例中，各步驟的所需要時間如第3圖所示。
〔比較例〕
使用與上述不同的聚合反應器，在進行上述利用反相懸浮聚合法的吸水性樹脂的製造的情況下，測定各步驟的時間。
本比較例中，除了容器本體的材質為不鏽鋼製以外，全部以與上述實施例的相同條件製造吸水性樹脂。
本比較例中所使用的聚合反應器，容器本體的內容量設為與上述實施例相同的60m3，對於攪拌翼也使用與上述實施例相同的槳式翼。本比較例的容器本體是使用厚度18mm的不鏽鋼(JIS：SUS304)來構成，並規定為與上述實施例的容器本體1具有相同程度的強度。冷媒與熱媒的供給態樣也與上述實施例相同。
在第一加熱步驟中，為了將容器本體內的內容物升溫至90℃為止需要113分鐘。在第一冷卻步驟中，為了將容器本體內的內容物降溫至50℃為止需要28分鐘。在第二加熱步驟中，為了將容器本體內的內容物升溫至55℃為止需要33分鐘。在第二冷卻步驟中，為了將容器本體內的內容物降溫至13℃為止需要135分鐘。在第三加熱步驟中，為了將容器本體 內的內容物升溫至55℃為止需要61分鐘。在第三冷卻步驟中，為了將容器本體內的內容物降溫至13℃為止需要165分鐘。在第四加熱步驟中，為了將容器本體內的內容物升溫至55℃為止需要69分鐘。本比較例中，各步驟的所需要時間如第3圖所示。
由第3圖可以理解到使用三層包層鋼板來構成容器本體1的實施例的情況與使用不鏽鋼來構成容器本體的比較例的情況相比，對於傳熱時間有21%的縮短效果。而且，實施例與比較例相比，對於聚合時間也有18%的縮短效果，在以批式處理進行上述吸水性樹脂的製造時，相信有生產效率的改善。
1‧‧‧容器本體
2‧‧‧套部
11‧‧‧側壁部
11a‧‧‧支持層(金屬支持層)
11b、11c‧‧‧表皮層(耐腐蝕性金屬層)
23‧‧‧分隔板

Claims (12)

  1. 一種聚合反應器，用於進行聚合反應，包括：容器本體；以及套部，設置成覆蓋前述容器本體的外面，而在前述套部與前述容器本體的外面之間形成用於使冷熱媒體流通的通路，前述容器本體是使用包層金屬板來構成，前述包層金屬板具有：金屬支持層，其具有位於前述容器本體的內側的內面與位於前述容器本體的外側的外面；以及內側表皮層，其接合於前述金屬支持層的內面，且由厚度小於前述金屬支持層的耐腐蝕性金屬所構成。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之聚合反應器，其中前述內側表皮層之厚度為前述金屬支持層之厚度的1/10~1/2。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之聚合反應器，其中前述包層金屬板更具有：外側表皮層，其由接合於前述金屬支持層的外面的耐腐蝕性金屬所構成，且前述外側表皮層之厚度小於前述金屬支持層之厚度。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之聚合反應器，其中前述金屬支持層由碳鋼所構成，前述外側表皮層及前述內側表皮層由不鏽鋼所構成。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之聚合反應器，其中前述內側表皮層之厚度大於前述外側表皮層之厚度。
  6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之聚合反應器，其中前述金屬支持層之厚度為5~15mm。
  7. 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之聚合反應器，更包括：惰性氣體供給手段，其用於將惰性氣體供給至前述通路。
  8. 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之聚合反應器，其中前述套部藉由螺旋狀的分隔板將內部分隔，前述通路沿著前述分隔板而螺旋狀的延伸。
  9. 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之聚合反應器，其中前述容器本體具有藉由蓋體而閉鎖的上端開口。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之聚合反應器，其中前述蓋體是使用追加的包層金屬板來構成，前述追加的包層金屬板具有：追加的金屬支持層，其具有位於前述容器本體的內側的內面與位於前述容器本體的外側的外面；以及追加的內側表皮層，其接合於前述追加的金屬支持層的內面，且由厚度小於前述追加的金屬支持層的耐腐蝕性金屬所構成。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之聚合反應器，其中前述追加的包層金屬板更具有：追加的外側表皮層，其由接合於前述金屬支持層的外面的耐腐蝕性金屬所構成，且前述追加的外側表皮層之厚度小於前述追加的金屬支持層之厚度。
  12. 一種吸水性樹脂的製造方法，於石油碳氫化合物分散媒中 反相懸浮聚合水溶性不飽和乙烯單體，其中在如申請專利範圍第1至5、10及11項中任一項所述之聚合反應器的前述容器本體中進行聚合反應。
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