WO2004026938A1 - ポリエステルの製造方法 - Google Patents

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WO2004026938A1
WO2004026938A1 PCT/JP2003/010170 JP0310170W WO2004026938A1 WO 2004026938 A1 WO2004026938 A1 WO 2004026938A1 JP 0310170 W JP0310170 W JP 0310170W WO 2004026938 A1 WO2004026938 A1 WO 2004026938A1
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WO
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ejector
tank
hot well
butanediol
condenser
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Application number
PCT/JP2003/010170
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English (en)
French (fr)
Inventor
Kazuyuki Okubo
Masanori Yamamoto
Yoshio Akahane
Toshiyuki Hamano
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corporation
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Publication date
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Priority to US11/084,112 priority patent/US7732556B2/en

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G63/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain of the macromolecule
    • C08G63/78Preparation processes
    • C08G63/785Preparation processes characterised by the apparatus used
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/582Recycling of unreacted starting or intermediate materials

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a polyester. More specifically, the present invention relates to a method capable of realizing a stable vacuum reaction and producing a polyester of stable quality.
  • Akita
  • Polyester is used in various fields such as fibers, molded parts, and films because of its excellent moldability, mechanical properties, heat resistance, chemical resistance, fragrance retention, and other physical and chemical properties. Has been.
  • polybutylene terephthalate which is composed of a terephthalic acid component and 1,4-butanediol component, is one of the engineering plastics that has mechanical properties and heat resistance that can replace metal materials. It is widely used in injection molded products such as precision instrument components, etc. In recent years, it has been widely used in the fields of films, sheets, monofilaments, and fibers, taking advantage of its excellent properties.
  • Polyester is generally obtained by subjecting a dicarboxylic acid or an ester derivative thereof to an esterification reaction or a transesterification reaction with a diol, and then producing a low-molecular-weight substance such as water or a diol under reduced pressure of generally less than 10 kPa. Is produced by performing a polycondensation reaction while removing from the system.
  • a degassing device is required to reduce the pressure in the polycondensation reaction tank.
  • various types of liquid sealing pumps, oil rotary pumps, roots pumps, steam ejectors, and the like are known. Many methods have been implemented to maximize the performance by combining a plurality of these methods.
  • the present invention provides a method for realizing a stable depressurized state and, therefore, a polyester of stable quality. It was made for the purpose.
  • the present inventors have conducted intensive studies to solve the above-mentioned problems, and as a result, have found that a hot-well tank for a condenser installed downstream of an ejector that condenses exhaust gas from an ejector driven by 1,4-butanediol vapor. It has been found that by setting the tetrahydrofuran concentration of the sealing liquid to a specific amount or less, a stable reduced pressure state can be realized, and a polyester having a stable quality can be obtained, and the present invention has been completed.
  • the gist of the present invention is to provide an ejector, a condenser installed downstream of the ejector, at least one polycondensation reaction tank provided with at least one set of atmospheric legs, and a hot water connected to the condenser via the atmospheric legs.
  • the ejector is driven by steam mainly containing 1,4-butanediol, and the steam mainly containing 1,4-butanediol discharged from the ejector is downstream of the ejector.
  • a method for producing a polyester comprising a step of condensing with an installed capacitor and performing a polycondensation reaction in a reactor under reduced pressure, wherein the concentration of tetrahydrofuran contained in the sealing liquid of at least one hot well tank is 4% by weight or less.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of one embodiment of a polycondensation reaction apparatus used in the production method of the present invention, and has one polycondensation reaction tank.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram of one embodiment of the polycondensation reaction apparatus used in the production method of the present invention, which was adopted in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram showing a degassing system in detail in one embodiment of the polycondensation reaction apparatus used in the production method of the present invention, which was adopted in Examples 1 and 2. .
  • FIG. 4 is a conceptual diagram showing in detail a degassing system in one embodiment of the polycondensation reaction apparatus used in the production method of the present invention.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram showing a degassing system in detail in one embodiment of the polycondensation reaction apparatus used in the production method of the present invention, and a part of the sealing liquid of the hot well tank S in FIG. And 1,4-butanediol steam generation boiler Z of the ejector.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram showing a degassing system in detail in one embodiment of the polycondensation reaction apparatus used in the production method of the present invention, which is employed in Example 3 and Comparative Example 1. .
  • the polyester in the present invention is a polymer having a structure in which a dicarboxylic acid unit and a diol unit are ester-bonded.
  • the dicarboxylic acid include terephthalic acid. Talic acid, isophthalic acid, 4,4'-diphenyldicarboxylic acid, 4,4'-diphenyletherenocarboxylic acid, 4,4, _benzophenonedicanoleponic acid, 4,4'-diphenyloxy
  • Aromatic dicarboxylic acids such as ethanedicarboxylic acid, 4,4, diphenylsulfonedicarboxylic acid, 2,6-naphthalenedicarboxylic acid, 1,2-cyclohexanedicanolevonic acid, 1,3-cyclohexanedicarboxylic acid, Alicyclic dicarboxylic acids such as 1,4-cyclohexanedicarbonic acid, and aliphatic dicarboxylic acids such as malonic acid, succinic acid
  • dicarboxylic acid components can be provided to the reaction as a dicarboxylic acid or as an alkyl ester of a dicarboxylic acid, preferably a dialkyl ester, and may be a mixture of a dicarboxylic acid and an alkyl dicarboxylic acid ester.
  • a dicarboxylic acid or as an alkyl ester of a dicarboxylic acid preferably a dialkyl ester
  • There is no particular limitation on the alkyl group of the alkyl dicarboxylate but if the alkyl group is long, the boiling point of the alkyl alcohol generated during the ester exchange reaction is increased, and the alkyl alcohol is not volatilized from the reaction solution.
  • an alkyl group having 4 or less carbon atoms is preferable, and a methyl group is particularly preferable.
  • diol component examples include ethylene glycol, diethylene glycol, polyethylene glycolone, 1,2-propanediole, 1,3-propanediole, polypropylene glycol, 1,4-butanediol, and polytetramethylene glycol.
  • diol component examples include ethylene glycol, diethylene glycol, polyethylene glycolone, 1,2-propanediole, 1,3-propanediole, polypropylene glycol, 1,4-butanediol, and polytetramethylene glycol.
  • Dibutyleneglycol ⁇ / le 1,5-pentanedio ⁇ neopenti ⁇ / daricol, 1,6-hexanediol, 1,8-octanediol, etc.
  • Alicyclic diols such as hexanediene, 1,4-six-hexanediole, 1,1-six-hexanedimethylone, 1,4-six-hexanedimethyronole, xylylene glycol, 4,4 'jihi Droxybiphenyl, 2,2-bis (4-hydroxydroxypheninole) propane, bis (4-hydroxydroxyphenino) ) S sulfone can be mentioned and aromatic diols such as, inter alia of the diol units, the present invention in the polyester 5 0 mol% or more is 1, 4 one-butanediol The improvement effect is remarkable.
  • hydroxycarponic acids such as lactic acid, glycolic acid, m-hydroxybenzoic acid, p-hydroxybenzoic acid, 6-hydroxy-12-naphthalenecarboxylic acid, and p- ⁇ -hydroxyoxetoxybenzoic acid;
  • Monofunctional components such as alkoxy carboxylic acid, stearyl alcohol, benzyl alcohol, stearic acid, benzoic acid, t-butyl benzoic acid, benzoyl benzoic acid, etc. , Trimethylolethane, Trimethylon Reprono ,.
  • Polyfunctional components having three or more functional groups such as glycerone, glycerone and pentaerythritol can be used as the copolymer component.
  • polybutylene terephthalate comprising 0,1 mol% or more, particularly preferably 95 mol% or more of 1,4-butanediol units, since the amount of THF generated during the reaction is large, the improvement effect in the present invention is large.
  • the method for producing the polyester of the present invention will be described using polybutylene terephthalate as an example.
  • the methods for producing polybutylene terephthalate are roughly classified into a so-called direct polymerization method using terephthalic acid as a main raw material, and a transesterification method using dialkyl terephthalate or, preferably, dimethyl terephthalate as a main raw material.
  • the former has the difference that mainly water is generated during the initial esterification reaction, and the latter mainly generates alcohol during the initial transesterification reaction.
  • the direct polymerization method is preferred from the viewpoint of the improvement effect of the present invention. From the viewpoint of stabilization of quality and energy efficiency, a so-called continuous method of continuously supplying raw materials and continuously obtaining polybutylene terephthalate is preferred.
  • the dicarboxylic acid component mainly containing terephthalic acid and the diol component mainly containing 1,4-butanediol are mixed in a one-stage or multi-stage esterification reaction tank.
  • an esterification reaction catalyst 180 to 260 ° C, preferably 200 to 245 ° C, particularly preferably 210 to 23.5 ° C, usually 10 to 133 kPa, preferably 13 to: 101 kPa, particularly preferably 60
  • the reaction is carried out at a pressure of 9090 kPa for 0.5 to 5 hours, preferably for 1 to 3 hours.
  • the reaction may be a batch method or a continuous method, but a continuous method is particularly preferred.
  • the dicarboxylic acid ester component containing dialkyl terephthalate as a main component and the diol component containing 1,4-butanediol as a main component are transesterified in one or more stages.
  • 110-260 ° C, preferably 140-245 in the reaction vessel, preferably in the presence of a transesterification catalyst.
  • C particularly preferably at a temperature of 180-220 ° C., also usually 10-: 133 kPa, preferably 13-120 kPa, particularly preferably 60-! It is carried out at a pressure of OlkPa for 0.5-5 hours, preferably 1-3 hours.
  • the reaction may be a batch method or a continuous method, but a continuous method is particularly preferred.
  • a single-stage or multi-stage polycondensation reaction tank is used, and in the presence of a polycondensation reaction catalyst, usually at a temperature of 210 to 280 ° C, preferably 220 to 265 ° C, particularly preferably 230 to 265 ° C. 1 to 12 hours, preferably 3 to 10 hours, with stirring at a temperature of up to 245 ° C, usually 27 kPa or less, preferably 20 kPa or less, particularly preferably 13 kPa or less.
  • the reaction may be a batch method or a continuous method, but a continuous method is particularly preferred.
  • the ejector is driven by steam mainly containing 1,4-butanediol as a deaerator used to reduce the pressure inside the polycondensation reaction tank.
  • a polycondensation reactor equipped with a device that decompresses the polycondensation reaction tank by condensing the vapors mainly containing 1,4-butanediol discharged from the reactor with a condenser installed downstream of the ejector.
  • the condenser means the condenser downstream of the ejector, and the condenser installed downstream of the ejector includes all the condensers located downstream of the ejector closest to the polycondensation reaction tank.
  • Examples of the capacitor used in the present invention include a surface contact type and a direct contact type such as a barometric capacitor. Among them, oligomer components and additives which are not accompanied by excessive facilities and are entrained are included. Direct contacts that are less likely to cause blockage of components are preferred.
  • the main component of the sealing liquid hot c Weru tank connected via the air leg capacitor is 1, 4 one-butanediol, Other that out distillate from the steam generator and the polycondensation reaction tank THF and H 2 0 Contains alcohol, etc.
  • Vapor pressure of sealing liquid in the hot well tank is, H 2 0 or alcohol, varies with the content of the other components, further conditions such as polycondensation reactions, the control is not easy for depend on production volume, etc.
  • it is necessary to set the THF concentration in the sealing solution of at least one hot well tank to 4% by weight or less, preferably 3% by weight or less, especially 1.5 weight. /.
  • the pressure of the condenser or the critical back pressure of the ejector is 3 kPa or less, 1 wt% or less is preferable. If the tetrahydrofuran concentration in the sealing liquid is all greater than 4% by weight, the degree of reduced pressure required for polyester production cannot be obtained stably, which is inconvenient.
  • the hot-water tank sealing liquid is withdrawn so long as the THF concentration of at least one hot-well tank sealing liquid does not exceed 4% by weight.
  • Part or all of the liquid can be supplied to a 1,4-butanediol vapor generation boiler used in an ejector, and it is preferable to apply a hot well tank sealing liquid having the lowest THF concentration.
  • the supply amount is usually 50% by weight or less, preferably 30% by weight or less, particularly preferably 20% by weight of 1,4-butanediol used in the 1,4-butanediol steam generating poiler. % Or less.
  • the hot well tank has a low THF content, usually 2% by weight or less, preferably Is supplied with 1,4-butanediol of 1% by weight or less, more preferably 0.5% by weight or less, particularly preferably 0.1% by weight or less, or by adjusting the temperature of the hot water tank, It can also be achieved by collecting and recovering the generated THF vapor with another capacitor.
  • the supply of 1,4-butanediol with a low THF content to the hot well tank can be carried out directly into the hot well tank, or the 1,4-butanediol vapor condensate from the ejector can be applied to this. You can also.
  • a method in which 1,4-butanediol with a low THF content is directly supplied to the hot well tank separately from the condensate of 1,4-butanediol vapor from the ejector to control it.
  • a liquid having a high THF concentration corresponding to the supplied 1,4-heptanediol having a low THF content is withdrawn from the hot wool tank, and the withdrawn liquid is fed into a raw material preparation tank, an esterification reaction tank having a THF separation facility or an esterification reaction tank.
  • a method of recycling a liquid having a high THF content by supplying it to an exchange reaction tank is preferable.
  • 1,4-butane with low THF content in the hot well tank If the supply amount of dienediol is too large, the amount of sealing liquid to be drawn out will increase accordingly, and if the drawn sealing liquid is recycled to the raw material preparation system, it will be used as a raw material. Exceeding the amount of butanediol may impair stable operation.
  • the load on the separation tower increases as the supply amount increases, or the temperature of the polycondensation reaction tank increases. Adjustment may be difficult, resulting in impaired stable operation.
  • part or all of the high-THF-concentrated sealing liquid extracted from the hot well tank is sent to a THF separation treatment system to separate THF from 1,4-butanediol. It is also possible to separate components other than THF simultaneously or sequentially.
  • the 1,4-butanediol from which THF has been separated can be returned to the hot well tank, condenser, condenser attached to the polycondensation reaction tank, raw material preparation system, reaction system, etc., if necessary. It is preferable to return a part or all of the separated 1,4-butanediol of THF to the hot well tank.
  • distillation For the separation of THF, known methods such as distillation, stripping, adsorption separation, membrane separation, extraction and the like can be used, but distillation is preferable in terms of separation efficiency, separation accuracy, simplicity of equipment and the like.
  • THF concentration sealing liquid in at least one hot well tank is 4 wt% or less, preferably H 2 0 concentration of sealing liquid in the hot well tank is under 3 wt% or less It is preferably at most 2% by weight, particularly preferably at most 1% by weight, and most preferably at most 0.5% by weight.
  • a method for reducing the concentration of water in the sealing solution a method similar to the above-described method for reducing the concentration of THF to 4% by weight or less can be used.
  • the polycondensation reaction apparatus used in the present invention has at least one polycondensation reaction tank including (a) an ejector, (b) a condenser installed downstream of the ejector, and (c) two or more sets of atmospheric legs. And (d) it is preferable to have two or more hot well tanks connected to the condenser via the atmosphere leg. Or (b) a polycondensation reaction tank having at least one set of an ejector, (b) a condenser installed downstream of the ejector, and (c) at least one set of atmospheric legs, and (d) a hot well tank. It is preferable to have two or more.
  • the polycondensation reactor used in the present invention may have any equipment configuration as long as it satisfies the above conditions, even if the total number of each of (a), (b), (c) and (d) is different as a whole. good.
  • the polycondensation reaction apparatus includes two or more polycondensation reaction tanks each including (a) an ejector, (b) a condenser installed downstream of the ejector, and (c) at least two sets of atmospheric legs.
  • the overall polycondensation unit has at least four ejectors (a), at least four condensers (b), (c) at least four atmospheric legs, and (d) at least two hot tanks. Things. With such a configuration, the degree of reduced pressure appropriate for each polycondensation reaction tank in the production of polyester can be more stably controlled.
  • the number of polycondensation reaction tanks may be one or more, but preferably two to five, and more preferably two to three.
  • a condenser is provided between the polycondensation reaction tank and the ejector (upstream of the ejector) in order to condense or absorb the gas generated in the polycondensation reaction tank, separately from the condenser downstream of the ejector.
  • a known type such as a surface type or a direct contact type.
  • a direct contact type which has a high heat exchange efficiency and is less likely to be blocked by a sublimate or the like is preferable.
  • a plurality of condensers upstream of the ejector attached to this polycondensation reaction tank can be provided, and by setting a plurality of condensers having different temperatures, preferably with a lower set temperature toward the downstream side, by connecting a plurality of condensers in series, the condenser to the ejector can be provided.
  • the bleeding load can also be reduced.
  • capacitors are provided for each ejector. If there are two ejectors, one or more capacitors should be provided for each ejector. When there are three or more ejectors, capacitors are provided for at least two ejectors.
  • the condenser is provided with a hot well tank via an atmosphere leg, and the total number of the hot tanks is 1 or more, preferably 2 or more. Therefore, if there are two capacitors, there will be two hot well tanks, and the air legs of the two capacitors will be connected to separate hot well tanks. When the number of capacitors is three or more, the number of hot well tanks usually ranges from two to the number of capacitors, and when the number of hot well tanks is smaller than the number of capacitors, the number of capacitors is small. Some of the atmospheric legs are connected to the same hot well tank.
  • the ejector may be arranged in series or in parallel with the polycondensation reaction tank, but is preferably arranged in series to efficiently obtain a high vacuum. It is also possible to arrange two or more sets (n sets) in parallel and two or more sets (n pieces) of n x m in series for each set. When an ejector is arranged in parallel to the polycondensation reaction tank, it is preferable that each set is provided with two or more capacitors and a hot well tank.
  • Figure 1 shows one polycondensation reaction tank, three ejectors, two condensers downstream of the ejector, and two hot well tanks.
  • the condenser downstream of the ejector is separated from the hot water via a large air leg.
  • the conceptual diagram of the polycondensation reaction device connected to the well tank is shown.
  • At least one of the polycondensation reaction tanks is the same as the apparatus described in ⁇ Embodiment when the polycondensation reaction tank is a single stage '' .
  • each of the two polycondensation reaction tanks is provided with two or more ejectors and two or more condensers. Therefore, the ejector, condenser, and condenser have four or more atmospheric legs.
  • the number of hot well tanks usually ranges from 2 to the number of capacitors. If the number of hot well tanks is less than the number of condensers, Are connected to the same hot well tank.
  • the basic configuration of the polycondensation reaction device is the same as that described in ⁇ Embodiment in which polycondensation reaction tank has one stage '' and ⁇ Embodiment in which polycondensation reaction tank has two stages ''.
  • the total number of hot well tanks is preferably 2 or more, and the configuration can be selected as appropriate.
  • two or more ejectors and two or more condensers are provided in each polymerization reaction tank, and three or more hot well tanks are provided in total.
  • the hot-well tanks are counted as one if they are separated by a structure in which the sealing liquid does not mix with each other, and these are usually recognized as apparently separate containers, It goes without saying that the external appearance includes the case where it looks like one but it is partitioned inside.
  • the air leg of multiple condensers will be inserted into one hot well tank. It is preferable to combine the pressures near the condenser pressure or the critical back pressure of the ejector attached to the condenser, and to put the remote pressures into different hot well tanks. Specifically, when the difference between the condenser pressure and the critical back pressure of the ejector is 1 kPa or more, preferably 2 kPa or more, particularly preferably 3 kPa or more, the atmospheric pressure of the condenser It is recommended that a different hot well tank be introduced. Representative embodiments of the present invention are shown in FIGS.
  • a is a first polycondensation reaction tank equipped with a stirrer
  • b is a gear pump
  • c is a condenser that collects gas distilled from the first polycondensation tank a.
  • a wet type capacitor is shown as a typical example of a direct contact type capacitor.
  • d is a tank for the liquid collected by the wet condenser c
  • e is a pump
  • f is a heat exchanger.
  • g is a horizontal second condensation reaction tank
  • h is a gear pump
  • i is a wet condenser that collects gas distilled from the second double condensation reaction tank
  • j is a tank for the collected liquid
  • k is a pump
  • m is a polymer extraction die
  • n is a chip cutter
  • p is a heat exchanger.
  • 1 is a supply line from an esterification reaction tank or a transesterification reaction tank (not shown) to the first polycondensation reaction tank a
  • 2 is a supply line from the first polycondensation reaction tank a to the second double condensation reaction tank g.
  • Supply line, 3 is a vent line from the first polycondensation reaction tank a
  • 4 is a drain line from the wet condenser c
  • 5 is a circulation line from the tank d to the wet condenser c
  • 6 is outside the condensate
  • 7 is a supply line for 1,4-butanediol to tank d
  • 8 is a gas extraction line to ejector A.
  • 10 is a vent line from the second double condensation reactor g
  • 11 is a drain line from the wet condenser i
  • 12 is a tank
  • 13 is a condensate
  • 14 is a supply line of 1,4-butanediol to tank j
  • 15 is a gas extraction line to ejector G.
  • the oligomer supplied from 1 is polycondensed in the first polycondensation reaction tank a kept under reduced pressure, and sent to the second double condensation reaction tank g through 2.
  • the vapor mainly composed of 1,4-heptanediol, THF and water generated in the first polycondensation reaction tank a is sent to the wet condenser c, and has a high boiling point of 1,4-butanediol and a small amount of THF and water. Is condensed here and collected in tank d. Part of this liquid is drawn out of the system through line 6 using pump e, and the remainder is circulated through 5 to wet condenser c, and used for the condensation of 1,4-butanediol. Also, from 1, supply 1,4-butanediol to tank d as needed.
  • a gas mainly composed of THF and H20 having a low boiling point is sent to ejector A through 8.
  • the prepolymers supplied from 2 are further polycondensed in a second double condensation reaction tank g kept under reduced pressure, and are pelletized by a chip cutter n from 9 through a die head m.
  • the vapor mainly composed of 1,4-butanediol, THF, and water generated in the second double condensation reactor g is sent to the wet condenser i, and a small amount of 1,4-butanediol having a high boiling point is added.
  • the THF and water are coagulated here and collected in tank j. Part of this solution is drawn out of the system through line 13 using pump k, and the rest is Circulated to the sensor i and used for the condensation of 1,4-butanediol. From 14, supply 1,4-butanediol to tank j as needed.
  • a gas mainly composed of THF and H 2 O having a low boiling point is sent to the ejector G through 15.
  • FIG. 3 shows the configuration of the degassing system of the first polycondensation reaction tank a and the second double condensation reaction tank g in FIG.
  • A, B, G, H, J is ejector, C, D, K, L, M is barometric condenser, E, N is condenser, F, P is vacuum pump, Q, R, S is hot well tank, U Indicates a buffer tank, W indicates a separation and distillation column for THF and H20, X indicates a reboiler for the separation and distillation column w, and ⁇ , V, and ⁇ ⁇ ⁇ indicate a pump.
  • distillation gas line from reactor g 16, 17, 26, 27, 28 are gas discharge lines from each barometric condenser, 18, 29 are heat exchangers E, respectively.
  • Lines from N to vacuum pumps F and P, 19, 30 are discharge gas lines from vacuum pumps, 20, 20, 31, 31, 32, 33 are 1,4-butanediol supply lines
  • part or all of the 1,4-butanediol is constituted by circulation from hot well tanks Q, R, and S. It is recommended that the temperature of the liquid be controlled using a heat exchanger or the like.
  • Atmospheric leg, 40 is a line from hot well tanks Q, R, S, 41 is a line from pump T to buffer tank U, 42 is a line from pumper tank U, 42 is a line separated from pump V Line to distillation column W, 44 4 other than separation distillation column W, for example, feed-out line to raw material preparation system and outside, 45 5 is line for extracting 1,4-butanediol from separation distillation column W, 46 is separation Line for extracting low-boiling components mainly composed of THF and H20 from distillation column W, 47 is the discharge line of pump Y, 48 is the supply line to hot well tanks Q, R, and S, 49 is the reboiler X
  • the circulation line from 50 is a hot well tank other than Q, R, S, for example, The condensation reaction vessel
  • the gas mainly composed of THF and H20 distilled from the first polycondensation reaction tank a is introduced into the first-stage ejector A via the line 8.
  • the 1,4-butanediol vapor discharged from the ejector A is condensed in the parometric condenser C, and the condensate is collected in the hot well tank Q through the atmospheric leg 24.
  • the components not condensed by the Palometric condenser C are sent to the second stage ejector B through the line 16, and the condensate condensed by the Palometric condenser D is sent to the hot well tank R through the atmospheric leg 25. Collected.
  • the components not condensed by the Palometric condenser D are sent to the condenser E through the line 17 and condensed as much as possible, and finally discharged out of the system using the vacuum pump F.
  • the gas distilled from the second double condensation reaction tank g is also sent to the first-stage ejector G via the line 15 and the 1,4-butanediol vapor discharged from the ejector G is condensed by the barometric condenser K.
  • the condensate is collected in the hot well tank S through the atmosphere leg 37.
  • the components not condensed in the barometric condenser K are sent to the second stage ejector H through line 26, and the condensate condensed in the parometric condenser is passed to the hot well tank Q through the atmosphere leg 38. Collected.
  • the components not condensed by the barometric condenser L are sent to the third-stage ejector J through the line 27, and the condensate condensed by the parometer condenser M is collected in the hot well tank R through the atmospheric leg 39.
  • the components not condensed by the Palometric condenser M are sent to the condenser N through the line 28, where they are condensed as much as possible, and finally discharged out of the system using the vacuum pump P.
  • the liquid mainly composed of 1,4-butanediol collected in the hot well tank (3, R, S) is sent to the buffer tank U through line 40, and a part or all of the liquid is sent to the distillation column W. It is supplied through pump V. At this time, part or all of the unpurified liquid can be used for raw materials or for discharging to the outside, etc., according to the operating conditions (line 44).
  • 1,4-butanediol from which low-boiling components such as THF and H20 have been separated in the distillation separation column W, is withdrawn from the line 45, and a part or the whole thereof is passed through the line 48 to Return to double tank Q, R, S.
  • Q, R, and S are divided according to the operating pressure of the parometric condenser connected through the atmospheric leg, respectively, and are arranged in the order of S, Q, and R from the low pressure side.
  • Figure 3 shows a line that supplies 1,4-butanediol to all Q, R, and S hot-well tanks through 48.
  • a condenser with a high operating pressure can be used for the hot well tank R with the atmospheric leg inserted.
  • the supply of 1,4-butanediol which has a low THF content, is performed using the condensate of 1,4-butanediol vapor discharged from the ejectors B and J.
  • reaction tank ejector
  • tank ejector
  • distillation column ejector
  • condenser ejector
  • heat exchanger ejector
  • low-pressure 1,4-butanediol with a low THF concentration is supplied from outside via line 51 to the hot well tank S, into which the atmospheric leg of the condenser with low operating pressure is inserted, and operation is performed via lines 52, 53.
  • the supply is sequentially performed to the hot well tanks Q and R in which the atmospheric leg of the condenser having a high pressure is introduced.
  • the critical back pressure of the capacitors corresponding to S, Q, and R increases in this order, and the THF concentration of the hot water tank can be set high in this order. —It is possible to use butanediol effectively without waste.
  • a part of the sealed liquid of the hot well tank S in Fig. 4 is replaced with the ejectors 1 and 2.
  • the mode of supply to the boiler Z for 4-butanediol vapor generation is shown. In this way, the total amount of 1,4-butanediol used in the vacuum degassing system shown in FIG. 5 can be reduced, or the production can be changed according to various requests. Examples>
  • 77 is the falling seconds of the polymer solution, ⁇ . Is the number of seconds the solvent has dropped, C is the concentration of the polymer solution (g Zd L), and K H is Huggins' constant. K H adopted 0.33.
  • 43 kgZh of polybutylene terephthalate oligomer is continuously supplied to the first polycondensation reaction tank a through line 1 in the flow chart of Fig. 2, the internal temperature of the first polycondensation reaction tank is 235 ° C, and the pressure is 2.
  • the polycondensation reaction was proceeded while keeping at 2 kPa and an average residence time of 1.6 hours, and the prepolymer was supplied to the second double condensation reactor g via line 2.
  • the internal temperature of the second double condensation reaction tank was 240, the pressure was 0.2 kPa, the average residence time was 1.5 hours, and the polycondensation reaction was further advanced.
  • each polycondensation reaction tank was controlled using the decompression system shown in Fig. 3,
  • the initial pressures of the capacitors C and D were 5 kPa and 15 kPa, respectively, and the pressures of the capacitors L and M were 1.6 kPa, 5 kPa and 15 kPa, respectively.
  • 1,4-butanediol containing THF condensed in the hot well tanks Q, R, and S is continuously withdrawn through 40 so that the liquid level in each hot well tank is constant.
  • 1,4-butanediol having a THF concentration of 0.05% by weight or less is added to the hot well tanks S and Q at a rate of 15 kg / h, respectively, and the hot well tank R is added to the hot well tank R through line 48. 10 kgZh was supplied and excess 1,4-butanediol was withdrawn from line 50.
  • the THF concentrations of the sealing liquids of the hot water tanks Q, R, and S were 1.5% by weight, 2.8% by weight, and 0.5% by weight, respectively.
  • the pressures in the single condensation reaction tank a and the second double condensation reaction tank g were stable.
  • the intrinsic viscosity of the polymer (polybutylene terephthalate) discharged through line 9 was 0.85.
  • the THF concentration in the sealed liquid of the hot water tanks Q, R, and S and the polymer concentration The intrinsic viscosity was measured. As shown in Table 1, during the operation period, the THF concentration of the hot well tanks Q, R, and S was stable, and the intrinsic viscosity of the polymer was also stable.
  • Example 1 was repeated except that the supply of purified 1,4-butanediol to the hot well tanks Q, R, and S via line 48 was stopped. At this time, the amount corresponding to the condensate from the 1,4-butanediol reaction system supplied from the ejector was withdrawn through line 40 so that the liquid level in each hot water tank was constant. Twenty-two hours after the start of oligomer supply, the THF concentrations of the hot well tanks Q, R, and S were 1.7 wt%, 5.1 wt%, and 0.6 wt%, respectively. The weight increased to 9 wt%, 5.3 wt% and 0.7 wt%, but the pressure in each polycondensation reaction tank was stable and the intrinsic viscosity of the polymer was stable.
  • Example 3 The procedure was performed in the same manner as in Example 1 except that a pressure reducing system using only the hot well tank Q as shown in FIG. 6 was used. At this time, as in Example 1, 1,4-butanediol containing THF condensed in the hot water tank Q was continuously withdrawn through 40, and THF was separated in the distillation separation column S, and then through line 48. 40 kg Zh of 1,4-butanediol having a THF concentration of 0.05% or less was supplied to the hotweltan Q, and excess 1,4-butanediol was withdrawn from the line 50.
  • the THF concentration of the sealed liquid in the hot well tank Q was 0.81% by weight, and the pressures in the first polycondensation reaction tank a and the second double condensation reaction tank g were stabilized. I was At this time, the intrinsic viscosity of the polymer (polybutylene terephthalate) discharged through line 9 was 0.85, and thereafter, the THF concentration in the sealing liquid of the hot water tank Q and the intrinsic viscosity of the polymer were measured four times every six hours thereafter. As shown in Table 1, during the operation period, the THF concentration of the hot well tank Q was stable, and the intrinsic viscosity of the polymer was also stable.
  • Example 3 The procedure was the same as in Example 3, except that the supply of purified 1,4-heptanediol to the hot well tank Q via line 48 was stopped. At this time, the amount corresponding to the 1,4-butanediol supplied from the ejector and the condensate from the reaction system was extracted through the line 40.
  • the THF concentration in the hot well tank Q became 4.9% by weight, and the ejector capacity became unstable.
  • the pressure in the reactor increased, and 30 hours after the start of the oligomer, the pressure in the first polycondensation reactor a was 6.5 kPa, and the pressure in the second double condensation reactor was 3.3 kP became a.
  • Hotwell tank S weight% 0.6 0.6 0.6 0.6 0.7 Intrinsic viscosity of polymer 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 Example 3 THF concentration Hot water tank Q weight 0 / o 0.8 0.8 0.8 0.8 Hot tank R weight% ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ One Hotle I Tank S Weight%

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Abstract

本発明の課題は、安定した品質のポリエステルを製造する方法および、環境負荷を大幅に低減したポリエステルの製造方法を提供する。本発明は、エゼクタ、エゼクタ下流部に設置されたコンデンサ、及び該コンデンサと大気脚を介して接続されたホットウェルタンクが備えられた重縮合反応装置を用い、1,4-ブタンジオール成分を主とする蒸気でエゼクタを駆動させ、エゼクタから排出する1,4-ブタンジオールを主とする蒸気をエゼクタ下流部に設置されたコンデンサで凝縮させて、反応器を減圧状態として重縮合反応を行う工程を有するポリエステルの製造方法において、少なくとも一つのホットウェルタンクの封液中に含まれるテトラヒドロフラン濃度が4重量%以下であることを特徴とするポリエステルの製造方法。

Description

ポリエステルの製造方法
<技術分野 >
本発明は、 ポリエステルの製造方法に関する。 さらに詳しくは、 安定した減圧 反応を実現することができ、 安定した品質のポリエステルを製造することができ る方法に関する。 明 田
ぐ背景技術 >
ポリエステルは成形加工の容易さ、 機械的物性、 耐熱性、 耐薬品性、 保香性、 その他の物理的、 化学的特性に優れていることから、 繊維、 成形部品、 フィルム 等様々な分野で用いられている。
中でもテレフタル酸成分と 1, 4—ブタンジオール成分からなるポリブチレン テレフタレートは、 金属材料を代替可能な機械的物性と耐熱性を有するェンジ二 ァリングプラスチックスの 1つとして、 自動車部品、電気'電子部品、精密機器部 品、 等の射出成型品に広く用いられており、 近年その優れた性質を生かしてフィ ルム、 シート、 モノフィラメント、 繊維などの分野でも広く使用されるようにな つてきた。
ポリエステルは、 一般的にジカルボン酸またはそのェステル誘導体とジオール とのエステル化反応、 またはエステル交換反応をさせた後、 通常 l O k P a以下 の減圧下、 生成する水、 ジオール等の低分子量物を系外に除去しながら、 重縮合 反応を行い製造する。
この時、 重縮合反応槽を減圧にするために脱気装置が必要であり、 例えば、 液 封ポンプ、 油回転ポンプ、 ルーツポンプ、 スチームェゼクタ、 等、 種々の形態の ものが知られており、 これらを複数組み合わせて、 性能の最大化を図る方法も多 数実施されている。
中でもスチームェゼクタとェゼクタ下流部に設置されたコンデンサ、 及ぴ該コ 'サと大気脚を介して接続されたホットウヱルタンクの組み合わせは、 装置 が単純で、 トラブルを起こしやすい機械的駆動部がなく、 所望の高真空が得られ るため、 広く用いられている (例えば、 特許文献 1参照)。
ところが、 水蒸気を利用するスチームェゼクタでは、 吸引ガス中に含まれる有 機成分が該コンデンサで捕集され、 ホットゥヱルタンクの封水中に凝縮し、 ひい ては廃水の C O D上昇を招き、環境へ対する負荷が上昇するという問題があった。 この問題を解決するために、 ポリエチレンテレフタレート等のポリエステルで は水蒸気の代わりに、 原料のジオール (ポリエチレンテレフタレートの場合には エチレンダリコール) の蒸気を用いるェゼクタとェゼクタ下流部に設.置されたコ ンデンサ、 及び該コンデンサと大気脚を介して接続されたホットウエルタンクの 組み合わせを用いる方法も知られている。 この方法を用いれば、 吸引ガス中に含 まれる有機成分を、 コンデンサの封液であるジオール中に凝縮させることが可能 で、 この液を原料としてリサイクルすることで、 外部に C O Dの高い廃液を出す ことなくポリエステルを製造することができる (例えば、 非特許文献 1参照)。 一方、 ェゼクタの駆動蒸気として 1, 4一ブタンジオールを使用する場合には、 ェゼクタ蒸気発生の熱履歴によってテトラヒ ドロフラン (T H F ) や H 2 0が発 生し、 複数の性能の異なるェゼクタ下流部に設置されたコンデンサにおいては、 それぞれのコンデンサの圧力に応じた気液分配が起こり、 圧力の高いコンデンサ で凝縮した T H Fや H 2 0等が、 ホットウエルタンクを介して圧力の低いコンデ ンサの T H F、 H 2 0等の蒸気圧を上昇させ、 ついには圧力の低いコンデンサを 使用しているェゼクタの臨界背圧を越え、 所定の圧力が得られなくなってしまう という問題があった。
また、原料へのリサイクルの観点から、多くの場合、 1, 4 _ブタンジオールを モノマー成分の 1つとして用いるポリエステルを製造する場合に、 1, 4一ブタン ジオールを駆動蒸気として用いるェゼクタが使用されるが、 この場合、 重縮合反 応槽から生成する T H Fや水等の低沸点成分もまた、 上記同様、 ホットウェルタ ンクの封液の蒸気圧を上昇させ、 ついにはェゼクタの臨界背圧を越えて、 所定の 圧力が得られなくなってしまうという問題があった。 [特許文献 1 ]
特開昭 5 7 - 1 3 5 8 2 8号公報
[非特許文献 1 ]
インターネット http:〃 www, koerting. de/S/prd/en/02/06/01. html 本発明は、 安定した減圧状態を実現し、 ひいては安定した品質のポリエステル を製造する方法を提供することを目的としてなされたものである。
<発明の開示 >
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、 1, 4一ブタン ジオール蒸気で駆動するェゼクタからの排出ガスを凝縮させるェゼクタ下流部に 設置されたコンデンサのホットウエルタンクの封液のテトラヒドロフラン濃度を 特定量以下とすることで、 安定した減圧状態を実現し、 品質の安定したポリエス テルが得られることを見出し、 本発明を完成するに至った。
すなわち本発明の要旨は、ェゼクタ、ェゼクタ下流部に設置されたコンデンサ、 及び大気脚を 1組以上備えた重縮合反応槽を 1以上、 及ぴ該コンデンサと大気脚 を介して接続されたホットゥエルタンクを 1以上有する重縮合反応装置を用い、 1, 4—ブタンジオールを主とする蒸気でェゼクタを駆動させ、 ェゼクタから排 出する 1, 4一ブタンジオールを主とする蒸気をェゼクタ下流部に設置されたコ ンデンサで凝縮させて、 反応器を減圧状態として重縮合反応を行う工程を有する ポリエステルの製造方法において、 少なくとも一つのホットウエルタンクの封液 中に含まれるテトラヒドロフラン濃度が 4重量%以下であることを特徴とするポ リエステルの製造方法であって、 上記従来技術の欠点を解決するものである。 く図面の簡単な説明 >
図 1は、 本発明の製造方法に用いられる重縮合反応装置の一実施態様の概念図 であり、 重縮合反応槽が 1個のものである。
図 2は、 本発明の製造方法に用いられる重縮合反応装置の一実施態様の概念図 であり、 実施例 1〜3、 比較例 1で採用されたものである。 図 3は、本発明の製造方法に用いられる重縮合反応装置の一実施態様において、 脱気系を詳細に示した一概念図であり、 実施例 1および実施例 2で採用されたも のである。
図 4は、 本発明の製造法に用いられる重縮合反応装置の一態様において、 脱気' 系を詳細に示した一概念図である。
図 5は、 本発明の製造法に用いられる重縮合反応装置の一態様において、 脱気 系を詳細に示した一概念図であり、 図 4におけるホットウヱルタンク Sの封液の 一部を、ェゼクタの 1 , 4ーブタンジオール蒸気発生用ボイラ Zに供給する態様で める。
図 6は、本発明の製造方法に用いられる重縮合反応装置の一実施態様において、 脱気系を詳細に示した一概念図であり、 実施例 3および比較例 1で採用されたも のである。
なお、 図中の符号は以下のとおりである。
a 攪拌機を備えた第一重縮合反応槽
b ギヤポンプ
c 第一重縮合槽 aから留出するガスを捕集するコンデンサ
d 湿式コンデンサ cで捕集した液のタンク
e ポンプ
f 熱交換器
g 横型の第二重縮合反応槽
h ギヤポンプ
i 第二重縮合反応槽から留出するガスを捕集する湿式コ
j 捕集液のタンク
k ポンプ
m ポリマーの抜き出しダイ
n チップ刀ッター
P 熱交換器
1 第一重縮合反応槽 aへの供給ライン 2 第一重縮合反応槽 aから第二重縮合反応槽 gへの供給ライン
3 第一重縮合反応槽 aからのベントライン
4 湿式コンデンサ cからの液抜きライン
5 タンク dから湿式コンデンサ cへの循環ライン
6 凝縮液の外部への抜き出しライン
7 タンク dへの 1, 4一ブタンジオールの供給ライン
8 ェゼクタ Aへのガス抜き出しライン
9 第二重縮合反応槽 gからのポリマー抜き出しライン
1 0 第二重縮合反応槽 gからのベントライン
1 1 湿式コンデンサ iからの液抜きライン
1 2 タンク; iから湿式コンデンサ iへの循環ライン
1 3 凝縮液の外部への抜き出しライン
14 タンク jへの 1 , 4—ブタンジオールの供給ライン
1 5 ェゼクタ Gへのガス抜き出しライン
A、 B、 G、 H、 J ェゼクタ
C、 D、 K、 L、 M バロメ トリックコンデンサ
E、 N コンデンサ
F、 P 真空ポンプ
Q、 R、 S ホットウエルタンク
U バッファータンク
W THFおよび H2Oの分離蒸留塔
X 分離蒸留塔 Wのリボイラー
τ、 V、 Υ ポンプ
Ζ ェゼクタ用 1, 4一ブタンジオール蒸気発生ボイラ
1 6、 1 7、 26、 27、 28 パロメ トリックコンデンサからのガスの吐出 ライン
1 8、 29 熱交換機から真空ポンプへのライン
1 9、 30 真空ポンプからの吐出ガスライン 2 0、 2 1、 3 1、 3 2、 3 3 1, 4—ブタンジオールの供給ライン
2 2、 2 3、 3 4、 3 5、 3 6 ェゼクタへの 1, 4一ブタンジオール蒸気の供 給ライン
2 4、 2 5、 3 7、 3 8、 3 9 パロメ トリックコンデンサの大気脚
4 0 ホットウエルタンクからの抜き出しライン
4 1 ポンプ Tからバッファータンク Uへのライン
4 2 バッファータンク Uからの抜き出しライン
4 3 ポンプ Vから分離蒸留塔 Wへのライン
4 4 払い出しライン
4 5 1 , 4—ブタンジオールの抜き出しライン
4 6 低沸点成分の抜き出しライン
4 7 ポンプ Yの吐出ライン
4 8 ホットウェルタンク Q、 R、 Sへの供給ライン
4 9 リボイラー Vからの循環ライン
5 0 外部払い出しタンク等への供給ライン
5 1 外部からの 1, 4—ブタンジオール供給ライン
5 2 ポンプ Vから 1 , 4—ブタンジオール蒸気発生ボイラへのライン
5 3 ホットウェルタンク Sからホットウエノレタンク Qへのライン
5 4 ホットウェ タンク Qからホットウ;!^レタンク Rへのライン
5 5 外部からの 1, 4 _ブタンジオール供給ライン
5 6 ボイラ Ζからホットウエルタンク Sへのライン
5 7 ボイラ Ζから各ェゼクタへの 1 , 4一ブタンジオール蒸気ライン
5 8 ホットゥヱルタンク Rから外部への抜出ライン
<発明を実施するための最良の形態 >
以下、 本発明につき詳細に説明する。
本発明におけるポリエステルとは、 ジカルボン酸単位とジオール単位がエステ ル結合した構造を有する高分子であり、 ジカルボン酸の具体例としては、 テレフ タル酸、 イソフタル酸、 4, 4 'ージフエニルジカルボン酸、 4, 4 '—ジフエ-ル エーテノレジカルボン酸、 4, 4, _ベンゾフエノンジカノレポン酸、 4, 4 '一ジフヱ ノキシエタンジカルボン酸、 4, 4,ージフエ-ルスルホンジカルボン酸、 2 , 6 - ナフタレンジカルボン酸などの芳香族ジカルボン酸、 1 , 2—シク口へキサンジカ ノレボン酸、 1, 3—シクロへキサンジカルボン酸、 1, 4—シクロへキサンジカル ボン酸などの脂環式ジカルボン酸、 マロン酸、 コハク酸、 ダルタル酸、 アジピン 酸、 ピメリン酸、 スベリン酸、 ァゼライン酸、 セパシン酸などの脂肪族ジカルボ ン酸などを挙げることができ、 機械的物性や用途の広さ、 原料の入手容易さ等の 観点からは、 芳香族ジカルボン酸の中では、 テレフタル酸、 イソフタル酸、 脂肪 族ジカルボン酸の中ではコハク酸、 アジピン酸が好ましい。
これらジカルボン酸成分は、 ジカルボン酸として、 またはジカルボン酸のアル キルエステル、好ましくはジアルキルエステルとして反応に供与することができ、 ジカルボン酸とジカルボン酸アルキルエステルの混合物としてもよい。 ジカルポ ン酸アルキルエステルのアルキル基に特に制限はないが、 アルキル基が長いとェ ステル交換反応時に生成するアルキルアルコールの沸点の上昇を招き反応液中か ら揮発せず、 結果的に末端停止剤として働き重合を阻害するため、 炭素数 4以下 のアルキル基が好ましく、 中でもメチル基が好適である。
ジオール成分の具体例としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、 ポリエチレングリコーノレ、 1 , 2—プロパンジォーノレ、 1 , 3一プロパンジォー ノレ、 ポリプロピレングリコール、 1 , 4一ブタンジオール、 ポリテトラメチレング リコー^/、 ジブチレングリコー ^ /レ、 1, 5—ペンタンジオー^^ ネオペンチ^/ダリ コール、 1 , 6—へキサンジオール、 1, 8—オクタンジオールなどの脂肪族ジォ 一ノレ、 1 , 2—シクロへキサンジ才ーノレ、 1 , 4ーシク口へキサンジォーノレ、 1 , 1ーシク口へキサンジメチローノレ、 1 , 4ーシク口へキサンジメチローノレなどの脂 環式ジオール、 キシリ レングリコール、 4, 4 'ージヒ ドロキシビフヱニル、 2 , 2一ビス(4ーヒ ドロキシフエ二ノレ)プロパン、 ビス(4ーヒ ドロキシフエ二ノレ)ス ルホンなどの芳香族ジオールなどを挙げることができ、中でもジオール単位の内、 5 0モル%以上が 1, 4一ブタンジオールであるポリエステルにおいて本発明の 改良効果が著しい。
本発明においては、 さらに、 乳酸、 グリコール酸、 m—ヒドロキシ安息香酸、 p—ヒ ドロキシ安息香酸、 6—ヒ ドロキシ一 2—ナフタレンカルボン酸、 p — β ーヒ ドロキシェトキシ安息香酸などのヒ ドロキシカルポン酸、 アルコキシカルボ ン酸、 ステアリルアルコール、 ベンジルアルコール、 ステアリン酸、 安息香酸、 t一プチル安息香酸、ベンゾィル安息香酸などの単官能成分、トリ力ルバリル酸、 トリメリット酸、 トリメシン酸、 ピロメリット酸、 没食子酸、 トリメチロールェ タン、 トリメチローノレプロノ、。ン、 グリセローノレ、 ペンタエリスリ トーノレなどの三 官能以上の多官能成分などを共重合成分として用いることができる。
中でも、 ジカルボン酸単位の 7 0モル%以上、 好ましくは 8 0モル%以上、 特 に好ましくは 9 5モル0 /0以上がテレフタル酸単位からなり、 ジオール単位の 7 0 モル%以上、 好ましくは 8 0モル%以上、 特に好ましくは 9 5モル%以上が 1, 4—ブタンジオール単位から成るポリブチレンテレフタレートにおいては、 反応 中の T H F発生量が多いため本発明における改良効果が大きい。 以下、 本発明のポリエステルの製造方法を、 ポリブチレンテレフタレートを例 として示す。
ポリブチレンテレフタレートの製造方法は大きく分けてテレフタル酸を主原料 として用いるいわゆる直接重合法と、 テレフタル酸ジアルキルエステル、 好まし くはテレフタル酸ジメチルを主原料として用いるエステル交換法がある。 前者は 初期のエステル化反応で主に水が生成し、 後者は初期のエステル交換反応で主に アルコールが生成するという違いがあるが、 反応留出物の処理の容易さ、 原料原 単位の高さ、 本発明による改良効果という観点からは直接重合法が好ましい。 ま た、 品質の安定化、 エネルギー効率の観点からは、 原料を連続的に供給し、 連続 的にポリブチレンテレフタレートを得るいわゆる連続法が好ましい。
直接重合法の一例としては、 テレフタル酸を主成分とする前記ジカルボン酸成 分と 1, 4一ブタンジオールを主成分とする前記ジオール成分とを、 1段または 多段のエステル化反応槽内で、 好ましくはエステル化反応触媒の存在下に、 通常 180〜 260 °C、 好ましくは 200〜 245 °C、 特に好ましくは 210〜 23. 5 °Cの温度、 また、 通常 10〜133 k P a、 好ましくは 13〜: 101 kP a、 特に好ましくは 60〜90 kP aの圧力下で、 0. 5〜 5時間、 好ましくは 1〜 3時間で行う。 反応は回分法でも連続法でも構わないが、 特には連続法が好まし い。
一方、 エステル交換法の一例としては、 テレフタル酸のジアルキルエステルを 主成分とする前記ジカルボン酸エステル成分と 1, 4一ブタンジオールを主成分 とする前記ジオール成分とを、 1段または多段のエステル交換反応槽内で、 好ま しくはエステル交換触媒の存在下に、 通常 1 10〜260°C、 好ましくは 140 〜245。C、 特に好ましくは 180〜220°Cの温度、 また、 通常 10〜: 133 k P a、 好ましくは 13〜120 k P a、 特に好ましくは 60〜:! O l kP aの 圧力下で、 0. 5〜5時間、 好ましくは 1〜3時間で行う。 反応は回分法でも連 続法でも構わないが、 特には連続法が好ましい。
上記直接重合法、 エステル交換法何れの場合も、 初期のエステル化反応、 エス テル交換反応においては、 1, 4—ブタンジオール、 THF、 水、 アルコール等の 留出量が多いため、特開昭 62- 195017号公報等に開示されているように、 留出物から低沸点物質と高沸点物質に分離する蒸留塔を設けることが好ましい。 次に、 得られたエステル化反応生成物またはエステル交換反応生成物としての オリゴマーは、 重縮合反応装置に移される。 このときのオリゴマーの数平均分子 量は通常 300〜300◦であり、 好ましくは 500〜1500である。 重縮合 反応装置においては、 1段または多段の重縮合反応槽を使用し、 重縮合反応触媒 の存在下に、 通常 210〜280°C、 好ましくは 220〜 265°Cの温度、 特に 好ましくは 230〜 245 °Cの温度で、 攪拌下に 1〜 12時間、 好ましくは 3〜 10時間で、 通常 27 k P a以下、 好ましくは 20 k P a以下、 特に好ましくは 13 k P a以下の減圧状態で、 重縮合反応させる。 反応は回分法でも連続法でも 構わないが、 特には連続法が好ましい。
本発明の製造方法では、 重縮合反応槽内を減圧にするために用いられる脱気装 置として 1, 4—ブタンジオール成分を主とする蒸気でェゼクタを駆動させ、ェゼ クタから排出する 1 , 4一ブタンジオールを主とする蒸気をェゼクタ下流部に設 置されたコンデンサで凝縮させて、 重縮合反応槽を減圧にする装置を備えた重縮 合反応装置を使用する。
以下、 コンデンサとは特に断りがない限りェゼクタ下流部のコンデンサを意味 し、 ェゼクタ下流部に設置されたコンデンサとは、 重縮合反応槽から最も近いェ ゼクタの下流部に位置するコンデンサ全てを含む。
本発明に用いられるコンデンサはサーフヱイスタイプの他、 バロメ トリックコ ンデンサ等のダイレク トコンタク トタイプ等を挙げることができるが、 中でも過 大な設備を要さず、 飛沫同伴されてくるオリゴマー成分や添加剤成分等の閉塞を 起こしにくいダイレク トコンタク トが好ましい。
コンデンサに大気脚を介して接続されたホットウヱルタンクの封液の主成分は 1 , 4一ブタンジオールであるが、その他に蒸気発生器や重縮合反応槽から留出す る T H Fや H 2 0、 アルコール等を含んでいる。 ホッ トウェルタンクの封液の蒸 気圧は、 H 2 0やアルコール、 その他の成分の含有量により変化し、 さらには重 縮合反応等の条件、 生産量等に左右されるため制御は容易ではないが、 ェゼクタ の能力安定性の見地から、 本発明においては、 少なくとも 1つのホットウェルタ ンクの封液中の T H F濃度を 4重量%以下にすることが必要で、 好ましくは 3重 量%以下、 中でも 1 . 5重量。 /。、 特にコンデンサの圧力またはェゼクタの臨界背 圧が 3 k P a以下の場合には、 1重量%以下が好適である。 封液中のテトラヒ ド ロフラン濃度がすべて 4重量%より大きいとポリエステル製造に必要な減圧度が 安定して得られず不都合である。
少なくとも 1つのホットウエルタンク封液の T H F濃度を 4重量%以下に制御 する方法としては、 コンデンサの圧力が低いものと、 高いものに付属しているホ ットウヱルタンクを分離して 2系列以上とすることにより、 少なくとも最も圧力 が低いコンデンサに付属したホットウエルタンク封液の T H F濃度を 4重量%以 下に保つ方法が挙げられる。
また、 運転の柔軟さの観点からは、 少なくとも 1つのホッ トウエルタンク封液 の T H F濃度が 4重量%を超えない範囲で、ホットゥヱルタンク封液を抜き出し、 該液の一部または全部をェゼクタに使用する 1, 4一ブタンジオール蒸気発生用 ボイラに供給することも可能で、 中でも最も THF濃度の低いホットウエルタン ク封液をこれに当てることが好ましい。 但し、 この供給量が多くなると、 1, 4— ブタンジオール蒸気発生用ボイラ、 ェゼクタ、 コンデンサ、 ホットウェルタンク の系でリサイクルされる 1 , 4—ブタンジオールの量が多くなり、 1, 4—ブタン ジオールの消費量を低減でき、運転の柔軟さが確保できるという長所がある一方、 ホットウヱルタンク中の THF濃度が上昇し、 安定した減圧状態を保持できなく なったり、 重縮合反応槽からガスとともに同伴されてくるオリゴマ一等の高沸点 物質が蓄積する傾向にある。 したがって、 該供給量は通常、 1, 4—ブタンジォー ル蒸気発生用ポイラで使用される 1, 4一ブタンジオールの 5 0重量%以下、好ま しくは 3 0重量%以下、 特に好ましくは 2 0重量%以下とされる。
また、 少なく とも 1つのホットウヱルタンク封液の THF濃度を 4重量%以下 に制御する他の方法としては、 例えば該ホットウヱルタンクに THF含有量の少 ない、 通常 2重量%以下、 好ましくは 1重量%以下、 さらに好ましくは 0. 5重 量%以下、特に好ましくは 0. 1重量%以下の 1 , 4—ブタンジオールを供給した り、 該ホットゥヱルタンクの温度を調整して、 発生した THF蒸気を別のコンデ ンサで捕集 ·回収したりすることによつても達成できる。 THF含有量の少ない 1, 4—ブタンジォ一ノレのホットウエルタンクへの供給は、直接ホットウエノレタン クに行うこともできるし、ェゼクタからの 1 , 4一ブタンジオール蒸気の凝縮液を これに当てることもできる。
中でも制御のし易さの観点からは、ェゼクタからの 1, 4一ブタンジオール蒸気 の凝縮液とは別に、直接ホットウェルタンクに THF含有量の少ない 1 , 4ーブタ ンジオールを供給して制御する方法が好ましく、 特には供給した THF含有量の 少ない 1, 4ープタンジオールに見合う THF濃度の高い液をホットウヱルタン クから抜き出し、 該抜き出し液を原料調製槽ゃ、 THF分離設備を有するエステ ル化反応槽またはエステル交換反応槽に供給することで、 THF含有量の高い液 をリサイクルする方法が好ましい。
し力 し、 この場合、 ホットウエルタンクへの THF含有量の少ない 1 , 4ーブタ ンジオールの供給量が多すぎると、 これに応じて抜き出す封液の量も多くなるた め、 抜き出した封液を原料調製系へリサイクルしている場合には、 原料で使用す る 1, 4 _ブタンジオール量を越え、 安定運転が損なわれる可能性がある。
また、 該抜き出し封液を T H F分離設備を有するエステル化反応槽またはエス テル交換反応槽に供給する場合においても、 供給量の増大とともに、 分離塔の負 荷が増したり、 重縮合反応槽の温度調節が困難になったりして、 結果的に安定運 転が損なわれる可能性がある。
このような事態を回避する方法としては、 ホットウヱルタンクから抜き出した THF濃度の高い封液の一部または全部を、 THF分離処理系へ送り、 1, 4ーブ タンジオールから THFを分離することが好ましく、 同時または逐次的に THF 以外の成分を分離することもできる。
THFの分離された 1, 4一ブタンジオールは、必要に応じてホットウエルタン クゃ、 コンデンサ、 重縮合反応槽付属のコンデンサ、 原料調製系、 反応系等に戻 し利用することができ、中でも THFの分離された 1, 4一ブタンジオールの一部 または全部をホットウエルタンクに戻すことが好ましい。
THFの分離は、 蒸留、 ストリツビング、 吸着分離、 膜分離、 抽出等、 公知の 方法を用いることができるが、 分離効率、 分離精度、 設備の単純さ等から、 蒸留 が好ましい。
更に、 少なく とも 1つのホットウエルタンクの封液中の THF濃度が 4重量% 以下であると同時に、 該ホットウエルタンクの封液中の H20濃度は 3重量%以 下であることが好ましく、 さらには 2重量%以下、 特には 1重量%以下であるこ とが好ましく、 最適には 0. 5重量%以下である。 封液中の水の濃度を低くする 方法は、 上述の THFの濃度を 4重量%以下とする方法と同様な方法を用いるこ とができる。
本発明に用いられる重縮合反応装置は、 (a) ェゼクタと、 (b) ェゼクタ下流 部に設置されたコンデンサと、 ( c )大気脚とを 2組以上備えた重縮合反応槽を 1 以上有し、 且つ (d) 該コンデンサと大気脚を介して接続されたホッ トウェルタ ンクを 2以上有していることが好ましい。 または、 (a ) ェゼクタと、 (b ) ェゼクタ下流部に設置されたコンデンサと、 ( c ) 大気脚とを 1組以上備えた重縮合反応槽を 2以上有し、 且つ (d ) ホット ウェルタンクを 2つ以上有していることが好ましい。
本発明に用いられる重縮合反応装置は、 前記条件を満足すればいかなる設備構 成でもよく、 全体として (a )、 (b )、 ( c ) , ( d ) の各合計数が異なっていても 良い。
更に好ましい装置としては、 重縮合反応装置が、 (a ) ェゼクタと (b ) ェゼク タ下流部に設置されたコンデンサと、 ( c )大気脚とを 2組以上備えた重縮合反応 槽を 2以上有するものである。
従って、 重縮合装置全体としてはェゼクタ (a ) が 4個以上、 コンデンサ (b ) が 4個以上、 (c ) 大気脚が 4個以上、 (d ) ホットゥヱルタンクが 2個以上とな るものである。 かかる構成にすることによりポリエステル製造における各重縮合 反応槽に適切な減圧度をより安定に制御することができる。
本発明に用いられる重縮合反応装置において、 重縮合反応槽は、 1段であって も多段であっても良いが、 好ましくは 2〜5段であり、 更に好ましくは 2〜3段 である。 重縮合反応槽には、 ェゼクタ下流部のコンデンサとは別に、 重縮合反応 槽で発生したガスを凝縮または吸収するために、重縮合反応槽とェゼクタの間(ェ ゼクタ上流部) にコンデンサを設けることが好ましく、 サーフェイスタイプ、 ダ ィレク トコンタク トタイプ等公知のものが挙げられるが、 中でも、 熱交換効率が 良く、 昇華物等による閉塞が起こりにくいダイレク トコンタク トタイプが好適で ある。 この重縮合反応槽に付属するェゼクタ上流部のコンデンサは複数設けるこ ともでき、 温度の違う、 好ましくは、 下流に行くほど設定温度を低く した、 複数 のコンデンサを直列に設けることで、 ェゼクタへの抽気負荷を低減させることも できる。 以下にいくつかの好ましい実施態様について説明する。
(重縮合反応槽が一段の場合の実施態様)
ェゼクタが 2個の場合には、 各々のェゼクタについてコンデンサが 1個以上備 えられており、 ェゼクタが 3個以上の場合には、 少なくとも 2個のェゼクタにつ いてコンデンサが備えられている。
コンデンサには、 大気脚を介してホットウェルタンクが備えられており、 この ホットゥヱルタンクは合計数で 1以上であり 2以上が好ましい。 従って、 コンデ ンサが 2個の場合にはホットウエルタンクは 2個であり、 2個のコンデンサの大 気脚は別々のホットウェルタンクに接続される。 また、 コンデンサが 3個以上の 場合には、 通常ホットウヱルタンクの数は 2個からコンデンサの個数以下の範囲 であり、 ホットウェルタンクの数がコンデンサの数より少ない場合には、 コンデ ンサの大気脚のうち、 いくつかは同じホットウエルタンクに接続される。
ェゼクタの配置は重縮合反応槽に対して直列でも並列でもよいが、 効率よく高 真空を得るためには直列に配置することが好ましい。 また、 並列に 2組以上 (n 組)、 各組について直列に 2個以上 (m個) の n X m個を配置することもできる。 重縮合反応槽に対して並列にェゼクタを配置する場合には、 各組に 2個以上コ ンデンサ及ぴホットウエルタンクが備えられることが好ましい。
図 1に、 重縮合反応槽が 1個、 ェゼクタが 3個、 ェゼクタ下流部のコンデンサ が 2個、 ホットウェルタンクが 2個備えられ、 ェゼクタ下流部のコンデンサは大 気脚を介して別個のホットウエルタンクに接続された重縮合反応装置の概念図を 示す。
(重縮合反応槽が 2段の場合の実施態様)
重縮合反応装置に重縮合反応槽が 2個備えられている場合、 少なくとも一方の 重縮合反応槽について、 「重縮合反応槽が一段の場合の実施態様」で述べたものと 同様な装置とする。
更に好ましくは、 2個の重縮合反応槽のそれぞれにェゼクタが 2個以上備えら れており、コンデンサも 2個以上備えられているものである。従って、ェゼクタ、 コンデンサ及ぴコンデンサの大気脚は 4個以上となる。 また、 ホットウェルタン クの数は通常 2個からコンデンサの個数以下の範囲となる。 ホットウヱルタンク の数がコンデンサの数より少ない場合には、 コンデンサの大気脚のうち、 いくつ かは同じホットウヱルタンクに接続される。
(重縮合反応槽が 3段以上の場合の実施態様)
重縮合反応装置の基本的な構成は、 「重縮合反応槽が 1段の場合の実施態様」及 び 「重縮合反応槽が 2段の場合の実施態様」 で述べたものと同様であるが、 ホッ トウエルタンクの合計数がそれぞれ 2以上であることが好ましく、 適宜構成を選 択することが出来る。
好ましくは、 各重合反応槽にェゼクタ及ぴコンデンサが各 2個以上備えられ、 ホットウエルタンクは合計数で 3以上備えられるものである。
何れの場合もホットウエルタンクは、 封液が相互に混じり合わない構造で仕切 られている場合、 それぞれを 1つと数え、 通常これらは、 外見上別個の容器とし て認識される場合が多いが、 外見は 1つに見えても内部で仕切られている場合も 含むことは言うまでもない。
特に、 ホットウェルタンクの数がコンデンサの数よりも少ない場合には、 1つ のホットウヱルタンクに複数のコンデンサの大気脚が挿入されることになるが、 この場合、 ホットウエルタンクの分け方としては、 コンデンサの圧力またはそれ に付属するェゼクタの臨界背圧の近いものをまとめ、 離れたものを異なるホット ウェルタンクに揷入することが好ましい。 具体的には、 コンデンサの圧力または ェゼクタの臨界背圧の差が 1 k P a以上、 好ましくは 2 k P a以上、 特に好まし くは 3 k P a以上ある場合には、 コンデンサの大気脚を異なるホットウエルタン クに揷入することが推奨される。 本発明の代表的な実施態様を、 図 2およぴ図 3に示した。
図 2において、 aは攪拌機を備えた第一重縮合反応槽、 bはギヤポンプ、 cは 第一重縮合槽 aから留出するガスを捕集するコンデンサであり、 公知のものが使 用できるが、 図中ではダイレク トコンタク トタイプのコンデンサの代表的な例と して湿式コンデンサを示した。 dは湿式コンデンサ cで捕集した液のタンク、 e はポンプ、 f は熱交換器である。 gは横型の第二重縮合反応槽であり、 hはギヤポンプ、 iは第二重縮合反応槽 から留出するガスを捕集する湿式コンデンサ、; j は捕集液のタンク、 kはポンプ、 mはポリマーの抜き出しダイ、 nはチップカッター、 pは熱交換器である。
また、 1はエステル化反応槽またはエステル交換反応槽 (図示せず) から、 第 一重縮合反応槽 aへの供給ライン、 2は第一重縮合反応槽 aから第二重縮合反応 槽 gへの供給ライン、 3は第一重縮合反応槽 aからのベントライン、 4は湿式コ ンデンサ cからの液抜きライン、 5はタンク dから湿式コンデンサ cへの循環ラ イン、 6は凝縮液の外部への抜き出しライン、 7はタンク dへの 1 , 4一ブタンジ オールの供給ライン、 8はェゼクタ Aへのガス抜き出しラインである。 一方、 1 0は第二重縮合反応槽 gからのベントライン、 1 1は湿式コンデンサ iからの液 抜きライン、 1 2はタンク; jから湿式コンデンサ iへの循環ライン、 1 3は凝縮 液の外部への抜き出しライン、 1 4はタンク jへの 1 , 4一ブタンジオールの供給 ライン、 1 5はェゼクタ Gへのガス抜き出しラインである。
1から供給されたオリゴマ一は、 減圧に保たれた第一重縮合反応槽 aで重縮合 し、 2を通じて第二重縮合反応槽 gに送られる。第一重縮合反応槽 aで生じた 1 , 4ープタンジオール、 T H F、 水を主成分とする蒸気は、 湿式コンデンサ cに送 られ、沸点の高い 1 , 4—ブタンジオールおよぴ微量の T H Fと水はここで凝縮し タンク dに集められる。 この液をポンプ eを用いて、 ライン 6を通して一部を系 外に抜き出し、残りを 5を通じて湿式コンデンサ cに循環させ、 1 , 4一ブタンジ オールの凝縮に用いる。また、 7からは必要に応じてタンク dに 1, 4一ブタンジ オールを供給する。 一方、 沸点の低い T H F、 H20を主成分とするガスは 8を通 じてェゼクタ Aに送られる。
2から供給されたプレボリマーは、 減圧に保たれた第二重縮合反応槽 gでさら に重縮合し、 9からダイへッド mを通じてチップカッター nでペレツトイ匕される。 第二重縮合反応槽 gで生じた 1, 4—ブタンジオール、 T H F、水を主成分とする 蒸気は、湿式コンデンサ iに送られ、沸点の高い 1, 4一ブタンジオールおょぴ微 量の T H Fと水はここで凝集しタンク j に集められる。 この液をポンプ kを用い て、 ライン 1 3を通して一部を系外に抜き出し、 残りを 1 2を通じて湿式コンデ ンサ iに循環させ、 1, 4—ブタンジオールの凝縮に用いる。 また、 1 4からは必 要に応じて 1, 4一ブタンジオールをタンク j に供給する。一方、沸点の低い T H F、 H 2 Oを主成分とするガスは 1 5を通じてェゼクタ Gに送られる。
図 3は、 図 2における第一重縮合反応槽 a、 および第二重縮合反応槽 gの脱気 系の構成を示す。 A、 B、 G、 H、 Jはェゼクタ、 C、 D、 K、 L、 Mはバロメ トリックコンデンサ、 E、 Nはコンデンサ、 F、 Pは真空ポンプ、 Q、 R、 Sは ホットウエルタンク、 Uはバッファータンク、 Wは T H Fおよび H20の分離蒸留 塔、 Xは分離蒸留塔 wのリボイラー、 τ、 V、 Υはポンプを示す。
また、 図 3における 8は図 2における 8と同一であり、 第一重縮合反応槽 aか らの留出ガスライン、 同様に 1 5は図 2における 1 5と同一であり、 第二重縮合 反応槽 gからの留出ガスライン、 1 6、 1 7、 2 6、 2 7、 2 8は、 各バロメ ト リックコンデンサからのガスの吐出ライン、 1 8、 2 9はそれぞれ熱交換器 E、 Nから真空ポンプ F、 Pへのライン、 1 9、 3 0は真空ポンプからの吐出ガスラ イン、 2 0、 2 1、 3 1、 3 2、 3 3は、 1 , 4—ブタンジオールの供給ラインで、 好ましくは該 1, 4—ブタンジオールの一部または全部はホットウエルタンク Q、 R、 Sからの循環で構成される。 また該液は熱交換器等を用いて温度コントロー ルされていることが推奨される。 2 2、 2 3、 3 4、 3 5、 3 6はェゼクタへの 1 , 4一ブタンジオール蒸気の供給ライン、 2 4、 2 5、 3 7、 3 8、 3 9は各バ ロメ トリックコンデンサの大気脚、 4 0はホットウェルタンク Q、 R、 Sからの 抜き出しライン、 4 1はポンプ Tからバッファータンク Uへのライン、 4 2はノ ッファータンク Uからの抜き出しライン、 4 3はポンプ Vから分離蒸留塔 Wへの ライン、 4 4は分離蒸留塔 W以外、例えば原料調製系や外部への払い出しライン、 4 5は分離蒸留塔 Wからの 1, 4—ブタンジオールの抜き出しライン、 4 6は分離 蒸留塔 Wからの T H F、 H20を主成分とする低沸点成分の抜き出しライン、 4 7 はポンプ Yの吐出ライン、 4 8はホットウエルタンク Q、 R、 Sへの供給ライン、 4 9はリボイラー Xからの循環ライン、 5 0はホットウェルタンク Q、 R、 S以 外、例えば、重縮合反応槽付属の湿式コンデンサ付属のタンク (図 2における d、 j )、 ェゼクタの蒸気発生器、 原料系、 外部払い出しタンク等への供給ライン、 5 1は外部からの 1, 4一ブタンジオール供給ラインである。
第一重縮合反応槽 aから留出した T H F、H20を主成分とするガスはライン 8 を経て、 1段目ェゼクタ Aに導入される。 この時ェゼクタ Aから排出される 1, 4一ブタンジオール蒸気は、 パロメ トリックコンデンサ Cで凝縮され、 凝縮液は 大気脚 2 4を通じてホットウエルタンク Qに集められる。 一方、 パロメ トリック コンデンサ Cで凝縮しなかった成分はライン 1 6を通じて、 2段目のェゼクタ B に送られ、 パロメ トリックコンデンサ Dで凝縮された凝縮液は大気脚 2 5を通じ てホットウエルタンク Rに集められる。 パロメ トリックコンデンサ Dで凝縮しな かった成分はライン 1 7を通じてコンデンサ Eに送られ、 可能な限り成分を凝縮 させた後、 最終的には真空ポンプ Fを用いて系外に排出される。
第二重縮合反応槽 gから留出したガスもライン 1 5を経て 1段目ェゼクタ Gに 送られ、ェゼクタ Gから排出される 1 , 4—ブタンジオール蒸気は、バロメ トリッ クコンデンサ Kで凝縮され、 凝縮液は大気脚 3 7を通じてホットウヱルタンク S に集められる。 一方、 バロメ トリックコンデンサ Kで凝縮しなかつた成分はラィ ン 2 6を通じて、 2段目のェゼクタ Hに送られ、 パロメ トリックコンデンサ で 凝縮された凝縮液は大気脚 3 8を通じてホットウヱルタンク Qに集められる。 バ ロメ トリックコンデンサ Lで凝縮しなかった成分はライン 2 7を通じて 3段目の ェゼクタ Jに送られ、 パロメ トリックコンデンサ Mで凝縮された凝縮液は大気脚 3 9を通じてホットウエルタンク Rに集められる。 パロメ トリックコンデンサ M で凝縮しなかった成分はライン 2 8を通じてコンデンサ Nに送られ、 可能な限り 成分を凝縮させた後、 最終的には真空ポンプ Pを用いて系外に排出される。
ホットウヱルタンク(3、 R、 Sに集められた 1, 4一ブタンジオールを主成分と する液体は、 ライン 4 0を通してバッファータンク Uに送られ、 その一部または 全部を蒸留分離塔 Wにポンプ Vを通じて供給する。 この時運転状態に合わせて、 未精製の液の一部または全部を原料や、 外部への払い出し等に用いることができ る (ライン 4 4 )。
蒸留分離塔 Wで T H Fや H20等の低沸点成分が分離された 1, 4一ブタンジォ ールはライン 4 5より抜き出され、 その一部または全部をライン 4 8を通じてホ ットウヱルタンク Q、 R、 Sに戻す。 この時、 Q、 R、 Sはそれぞれ大気脚を通 じてつながつているパロメ トリックコンデンサの運転圧力毎に分けられており、 低圧力側から、 S、 Q、 Rの順になつている。
図 3では、 Q、 R、 S全てのホットウエルタンクに 4 8を通じて 1, 4—ブタン ジオールを供給するラインが示されているが、 例えば、 要求運転条件に応じて、 運転圧力の高いコンデンサの大気脚が挿入されているホットウエルタンク Rにつ いては、 T H F含有量の少ない 1, 4—ブタンジオールの供給をェゼクタ B、 Jか ら排出される 1, 4—ブタンジオール蒸気の凝縮液でまかない、ライン 4 8を通じ て直接供給しないことも可能であるし、 ホットウヱルタンク封液からの T H F分 離についても、 比較的 T H F濃度が低いと予想される、 例えばホットウエノレタン ク Sや Qについては行わず、 比較的 T H F濃度が高いと予想される Rについての み行うといったことも可能であるのは言うまでもない。
さらに、運転状態、経済的状態に合わせて精製 1, 4ーブタンジオールの一部ま たは全部を原料調製系や、 コンデンサ、 ェゼクタ蒸気発生器、 外部等へ払い出す ことも可能である (ライン 5 0 )。蒸留分離塔 Wで分離された T H F等の低沸点成 分はライン 4 6を通じて外部に払い出す。
ここで、 反応槽、 ェゼクタ、 タンク、 ポンプ、 蒸留塔、 コンデンサ、 熱交換器 等の形式や数等は、 性能、 要求品質、 経済的効果等を踏まえて適宜変更できるこ とは言うまでもない。
図 4では、 運転圧力の低いコンデンサの大気脚が挿入されているホットウエル タンク Sにライン 5 1を通して外部から T H F濃度の低い 1 , 4一ブタンジォー ルを供給し、 ライン 5 2、 5 3を通じて運転圧力が高いコンデンサの大気脚が揷 入されているホットウェルタンク Q、 Rに順に供給させる態様を示した。 通常、 S、 Q、 Rの順に対応するコンデンサの臨界背圧が高くなり、 この順にホットゥ ヱルタンクの T H F濃度を高く設定できるため、 このような方法を取れば、 ホッ トウエルタンクに供給される 1, 4—プタンジオールを無駄なく有効に利用する ことが可能になる。
図 5では、図 4におけるホットウエルタンク Sの封液の一部を、ェゼクタの 1, 4—ブタンジオール蒸気発生用ボイラ Zに供給する態様を示した。 このようにす れば、図 5で示される減圧脱気系で使用する 1, 4一ブタンジオールの総量を減ら したり、 種々の要請に応じて生産量を変えたりすることができる。 ぐ実施例 >
以下に、 実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、 本発明はこれらの 実施例により限定されるものではない。
なお、 実施例及び比較例において、 評価は下記の方法により行った。
(1) ホットウェルタンク封液中の THF濃度
ガスクロマトグラフィ一で定量した。
(2) 固有粘度
ウベローデ型粘度計とフエノール Zテトラクロロェタン (重量比 1 1) の混 合液を溶媒とし、 30°Cにおいて、 濃度 1. 0 g d Lのポリマー溶液、 および 溶媒のみの落下秒数を測定し、 下式より求めた。
["]= ((ΐ +4ΚΗη 5 ρ) ο· 5— 1) / (2KHC)
但し、
Figure imgf000022_0001
77。一 1 であり、
77はポリマー溶液の落下秒数、 η。は溶媒の落下秒数、 Cはポリマー溶液濃度(g Zd L)、 KHはハギンズの定数である。 KHは 0. 33を採用した。
[実施例 1 ]
図 2のフローチヤ一トにおけるライン 1を通じてポリブチレンテレフタレート オリゴマー 43 k gZhを第一重縮合反応槽 aに連続的に供給し、 第一重縮合反 応槽の内温を 235°C、 圧力 2. 2 k P a、 平均滞留時間 1. 6時間に保ち重縮 合反応を進め、ライン 2を通じて第二重縮合反応槽 gヘプレポリマーを供給した。 第二重縮合反応槽の内温は 240 、 圧力 0. 2 k P a、 平均滞留時間 1. 5時 間とし重縮合反応をさらに進めた。
それぞれの重縮合反応槽の圧力は図 3に示した減圧系を用いてコントロールし、 コンデンサ C、 Dの初期圧力はそれぞれ 5 k P a、 1 5 k P a、 コンデンサ 、 L、 Mの圧力はそれぞれ 1. 6 k P a、 5 k P a、 1 5 k P aであった。
この時、 ホットウエルタンク Q、 R、 Sに凝集した THFを含む 1 , 4—ブタン ジオールは、 それぞれのホットウヱルタンクの液面が一定になるように 40を通 じて連続的に抜き出し、 蒸留分離塔 Wで THFを分離した後、 ライン 48を通じ て THF濃度 0.05重量%以下の 1, 4_ブタンジオールをホットウエルタンク Sと Qにそれぞれ 1 5 k g/hずつ、 ホットウエルタンク Rには 1 0 k gZhを 供給し、 余剰の 1, 4一ブタンジオールはライン 50から抜き出した。
オリゴマー供給を開始して 1 2時間後、 ホットゥヱルタンク Q、 R、 Sの封液 の THF濃度はそれぞれ、 1. 5重量%、 2. 8重量%、 0. 5重量%であり、 第一重縮合反応槽 aおよび第二重縮合反応槽 gの圧力は安定していた。 この時、 ライン 9を通じて吐出したポリマー (ポリブチレンテレフタレート) の固有粘度 は 0. 85で、 以後 6時間毎に 4回、 ホットゥヱルタンク Q、 R、 Sの封液中の THF濃度とポリマーの固有粘度を測定した。 表 1に示すように運転期間中、 ホ ットウェルタンク Q、 R、 Sの THF濃度は安定しており、 ポリマーの固有粘度 も安定していた。
[実施例 2]
ライン 48を通じてのホットウエルタンク Q、 R、 Sへの精製 1, 4一ブタンジ オールの供給を停止した以外は実施例 1と同様に行った。 この時、 ェゼクタから 供給される 1, 4—ブタンジオールおょぴ反応系からの凝縮液に見合う分は、各ホ ットウヱルタンクの液面が一定になるようにライン 40を通じて抜き出した。 オリゴマー供給開始から 1 2時間後、 ホットウェルタンク Q、 R、 Sの THF 濃度はそれぞれ、 1. 7重量%、 5. 1重量%、 0. 6重量%であり、 36時間 後には、 それぞれ 1. 9重量%、 5. 3重量%、 0. 7重量%に上昇したが、 各々 の重縮合反応槽の圧力は安定しており、 ポリマーの固有粘度も安定していた。
[実施例 3] 図 6に示すようにホットウエルタンクを Qのみとした減圧系を用いた以外は実施 例 1と同様に行った。 この時、 実施例 1と同様にホットゥヱルタンク Qに凝集し た THFを含む 1, 4一ブタンジオールは 40を通じて連続的に抜き出し、蒸留分 離塔 Sで THFを分離した後、 ライン 48を通じて THF濃度 0. 05 %以下の 1, 4一ブタンジオール 40 k gZhをホットウエルタン Qに供給し、 余剰の 1, 4—ブタンジオールはライン 50から抜き出した。
オリゴマー供給を開始して 1 2時間後、 ホットウェルタンク Qの封液の THF 濃度は 0. 81重量%であり、 第一重縮合反応槽 aおよび第二重縮合反応槽 gの 圧力は安定していた。 この時、 ライン 9を通じて吐出したポリマー (ポリブチレ ンテレフタレート) の固有粘度は 0. 85で、 以後 6時間毎に 4回、 ホットゥェ ルタンク Qの封液中の T H F濃度とポリマーの固有粘度を測定した。 表 1に示す ように運転期間中、 ホットウェルタンク Qの THF濃度は安定しており、 ポリマ 一の固有粘度も安定していた。
[比較例 1 ]
ライン 48通じてホットウエルタンク Qへの精製 1, 4ープタンジオール供給 を停止した以外は実施例 3と同様に行った。 この時、ェゼクタから供給される 1, 4—ブタンジオールおよび反応系からの凝縮液に見合う分はライン 40を通じて 抜き出した。
オリゴマー供給開始から 1 8時間後、ホットウエルタンク Qの THF濃度は 4. 9重量%となり、 ェゼクタ能力が安定しなくなった。 これに応じて反応器の圧力 は上昇し、 オリゴマー開始から 30時間後、 第一重縮合反応器 aの圧力は 6. 5 k P a、 第二重縮合反応器の圧力は 3. 3 k P aとなった。
その結果、 表 1に示すようにオリゴマー供給を開始して 1 2時間後のポリマー の固有粘度は 0. 8 1であったが、 オリゴマー供給開始から 36時間後の固有粘 度は 0. 45に低下した。 オリ: Γマ-供給開始からの時間 (hr)
12 18 24 30 36 実施例 1 THF濃度 ホットウェルタンク Q 重量% 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 ホットゥ Iルタンク R 重量 Q/o 2.8 2.8 2.8 2.8 2.8 ホットゥ Iルタンゥ S 重量 Q/o 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 ホ'リマ-の固有粘度 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 実施例 2 THF濃度 ホットゥ Iルタンク Q M% 1.7 1.8 1.9 1.9 1.9 ホットゥ Iルタンク R 重量% 5.1 5.2 5.2 5.3 5.3
CO
ホットウェルタンク S 重量% 0.6 0.6 0.6 0.6 0.7 ホ'リマ-の固有粘度 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 実施例 3 THF濃度 ホ' yトウ Iルタンク Q 重量0 /o 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 ホットゥ Iルタンク R 重量% ― ― ― ― 一 ホットゥ Iルタンク S 重量%
ホ'リマ-の固有粘度 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 比較例 1 THF濃度 ホットゥ Iルタンク Q 重量% 4.1 4.9 4.9 5.0 5.1 ホットゥ Iルタンク R 重量%
ホットウェルタンク S 重量%
ホ'リマ-の固有粘度 0.81 0.67 0.55 0.47 0.45
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、 本発明の精神と範 囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にと つて明らかである。
本出願は、 2002年 9月 20 日出願の日本特許出願 (特願 2002— 275916)、 2002 年 11月 8日出願の日本特許出願 (特願 2002— 325705)、 に基づくものであり、 そ の内容はここに参照として取り込まれる。
<産業上の利用可能性 >
本発明により、 安定した品質のポリエステルを製造する方法および、 環境負荷 を大幅に低減したポリエステルの製造方法を提供することができる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . ェゼクタ、 ェゼクタ下流部に設置されたコンデンサ、 及び大気脚を 1 組以上備えた重縮合反応槽を 1以上、 及ぴ該コンデンサと大気脚を介して接続さ れたホットウエルタンクを 1以上有する重縮合反応装置を用い、
1, 4一ブタンジオールを主とする蒸気でェゼクタを駆動させ、 ェゼクタから 排出する 1 , 4一ブタンジオールを主とする蒸気をェゼクタ下流部に設置された コンデンサで凝縮させて、 反応器を減圧状態として重縮合反応を行う工程を有す るポリエステルの製造方法において、
少なくとも一つのホットウエルタンクの封液中に含まれるテトラヒ ドロフラン 濃度が 4重量%以下であることを特徴とするポリエステルの製造方法。
2 . 重縮合反応装置が、 ェゼクタ、 ェゼクタ下流部に設置されたコンデン サ、 及び大気脚を 2組以上備えた重縮合反応槽を 1以上、 且つ、 ホットウェルタ ンクを 2以上有し、
少なくとも一つのホットウヱルタンクの封液中に含まれるテトラヒ ドロフラン 濃度が 4重量%以下である請求の範囲第 1項に記載のポリエステルの製造方法。
3 . 重縮合反応装置が、 ェゼクタ、 ェゼクタ下流部に設置されたコンデン サ、 及び大気脚を 1組以上備えた重縮合反応槽を 2以上、 且つ、 ホットウェルタ ンクを 2以上有し、
少なくとも一つのホットウヱルタンクの封液中に含まれるテトラヒ ドロフラン 濃度が 4重量%以下である請求の範囲第 1項に記載のポリエステルの製造方法。
4 . 重縮合反応装置が、 ェゼクタ、 ェゼクタ下流部に設置されたコンデン サ、 及び大気脚を 2組以上備えられた重縮合反応槽を 2以上、 且つ、 ホットゥヱ ルタンクを 2以上有し、
少なくとも一つのホットウエルタンクの封液中に含まれるテトラヒ ドロフラン 濃度が 4重量%以下である請求の範囲第 1項に記載のポリエステルの製造方法。
5 . 少なくとも 1つのホットウエルタンクに、 テトラヒ ドロフラン濃度が 1重量%以下の液を供給し、 該ホットウエルタンクの封液中に含まれるテトラヒ ドロフラン濃度を 4重量%以下に調整する請求の範囲第 1項〜第 4項のいずれか に記載のポリエステルの製造方法。
6 . 少なくとも 1つのホットウェルタンクの封液を抜き出し、 該液の一部 または全部からテトラヒ ドロフランを分離除去し、 テトラヒ ドロフラン濃度が 1 重量。ん以下の液を得、 該液の一部または全部を少なくとも 1つのホットウエルタ ンクに供給する請求の範囲第 5項に記載のポリエステルの製造方法。
7 . 少なくとも 1つのホットゥ ルタンクの封液を抜き出し、 該液の一部 または全部を 1, 4一ブタンジオール蒸気発生用ポイラに供給して 1, 4一ブタン ジオール蒸気とし、 これをェゼクタ駆動用蒸気として用いる請求の範囲第 1項〜 第 6項のいずれかに記載のポリエステルの製造方法。
8 . ポリエステルがポリプチレンテレフタレートである請求の範囲第 1項 〜第 7項のいずれかに記載のポリエステルの製造方法。
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