WO2020110615A1 - 原料供給器及びｎ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法 - Google Patents

原料供給器及びｎ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法 Download PDF

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WO2020110615A1
WO2020110615A1 PCT/JP2019/043186 JP2019043186W WO2020110615A1 WO 2020110615 A1 WO2020110615 A1 WO 2020110615A1 JP 2019043186 W JP2019043186 W JP 2019043186W WO 2020110615 A1 WO2020110615 A1 WO 2020110615A1
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WO
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raw material
hole
orifice
acid amide
nozzle
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Application number
PCT/JP2019/043186
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French (fr)
Inventor
田中　直行
敏弘 加古
正明 清藤
孝充 小林
Original Assignee
昭和電工株式会社
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Publication date
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Priority to JP2020558232A priority patent/JP7405094B2/ja
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D1/00—Evaporating
    • B01D1/06—Evaporators with vertical tubes
    • B01D1/065—Evaporators with vertical tubes by film evaporating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D1/00—Evaporating
    • B01D1/0064—Feeding of liquid into an evaporator
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D1/00—Evaporating
    • B01D1/0064—Feeding of liquid into an evaporator
    • B01D1/007—Feeding of liquid into an evaporator the liquid feed being split up in at least two streams before entering the evaporator
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D1/00—Evaporating
    • B01D1/16—Evaporating by spraying
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01D1/22—Evaporating by bringing a thin layer of the liquid into contact with a heated surface
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C231/00—Preparation of carboxylic acid amides
    • C07C231/12—Preparation of carboxylic acid amides by reactions not involving the formation of carboxamide groups

Definitions

  • the present invention relates to a raw material supplier for dispersing and supplying a liquid compound as a raw material to a plurality of evaporation tubes of a falling liquid film evaporator, and an N-(1-alkoxyethyl)carboxylic acid amide as a raw material.
  • a method for producing vinylcarboxylic acid amide is also known as a raw material supplier.
  • Patent Document 1 discloses a production method of N-vinylcarboxylic acid amide in which an N-(2-alkoxyethyl)carboxylic acid amide raw material is evaporated and thermally decomposed.
  • an N-(2-alkoxyethyl)carboxylic acid amide raw material is evaporated and thermally decomposed.
  • a multi-tube falling liquid film type evaporator having a plurality of evaporation tubes is generally used as the evaporator.
  • a distributor (dispersion plate) system and a spray nozzle system are generally used to supply the raw material to the evaporator and disperse it to a plurality of evaporation pipes, but these require a proper raw material supply speed.
  • the raw material dispersibility decreases.
  • the raw material dispersibility decreases, a partial flow of the raw material occurs and sufficient evaporation cannot be performed, and the liquid raw material flows into the pyrolysis reactor.
  • Harz tar-like or solid agglomerates
  • An object of the present invention is to solve the above problems and to suppress the problem of clogging due to Harz in the thermal decomposition reactor by supplying a raw material with a stable raw material dispersibility to a plurality of evaporation tubes of a falling film evaporator. It is an object of the present invention to provide a raw material feeder capable of stable and continuous operation for a long period of time and a method for producing N-vinylcarboxylic acid amide.
  • the present invention relates to the following.
  • a raw material supply device for dispersing and supplying a liquid compound as a raw material to a plurality of evaporation pipes of a falling liquid film evaporator, the main body having a plurality of communication holes facing the plurality of evaporation pipes.
  • a restriction orifice having an orifice hole, which is housed inside the communication hole, and inside the communication hole upstream of the restriction orifice, and is housed so as to face the restriction orifice.
  • a liquid supply tip having a hole portion facing the orifice hole, a first O-ring that is externally fitted to the side surface of the liquid supply tip, and is sandwiched by the side surface of the liquid supply tip and the inner surface of the communication hole,
  • a raw material feeder comprising a second O-ring sandwiched by the liquid supply tip and the restriction orifice so that the orifice hole exists in a region.
  • a nozzle having a nozzle hole that faces the restriction orifice and is housed inside the communication hole and downstream of the restriction orifice, and the orifice hole is provided in an inner region.
  • the raw material feeder according to (1) or (2) comprising a third O-ring sandwiched by the nozzle and the restriction orifice.
  • the nozzle hole has an upstream hole portion on the upstream side and a downstream hole portion that communicates with a downstream end of the upstream hole portion and that expands in diameter toward the lower end of the nozzle,
  • the main body section has a first flange having a first hole section, and a second hole section having a second hole section facing the downstream surface of the first flange section and facing the first hole section.
  • a flange, and the communication hole is configured by the first hole portion and the second hole portion, and the second hole portion communicates with the large diameter hole on the upstream side and the large diameter hole.
  • a small-diameter hole having a smaller diameter than the large-diameter hole the upstream side portion of the nozzle is an overhanging portion that projects outward, and is located on the downstream bottom surface of the large-diameter hole.
  • the raw material feeder supplies the raw material to each of the plurality of evaporation tubes at a flow rate of 2.0 g/min or more and 80.0 g/min or less, (7) to (11)
  • Process for producing N-vinylcarboxylic acid amide (13)
  • the present invention by supplying raw materials with stable raw material dispersibility to a plurality of evaporation tubes of a falling film evaporator, the problem of clogging of the thermal decomposition reactor due to Harz is suppressed, and stable continuous operation for a long period of time is achieved. It is possible to provide a raw material feeder and a method for producing an N-vinylcarboxylic acid amide that can be performed.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view (overall view) of a raw material supply device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view (enlarged view) of the raw material feeder according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along the line AA of FIG. 2.
  • FIG. 1 is a schematic overall view of a production apparatus for producing N-vinylcarboxylic acid amide of the present invention. 1 is a flowchart showing a method for producing N-vinylcarboxylic acid amide according to the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view (overall view) of an old-type raw material supply device shown as a comparative example. It is a typical sectional view (enlarged view) of an old-type raw material supply device shown as a comparative example.
  • the raw material feeder is a raw material feeder for dispersing and supplying a liquid compound as a raw material to a plurality of evaporation pipes 8 of a falling liquid film evaporator.
  • a main body portion 51 having a plurality of communication holes 50 facing the plurality of evaporation pipes 8, a restriction orifice 7 having an orifice hole 7a housed in the communication hole 50, and the inside of the communication hole 50.
  • a 2O ring 11 is provided.
  • the liquid compound include N-(1-alkoxyethyl)carboxylic acid amide.
  • a first O-ring groove for mounting the first O-ring 10 may be provided on the side surface of the liquid supply tip 6.
  • a second O-ring groove for mounting the second O-ring 11 may be provided on the surface of the liquid supply tip 6 facing the restricted orifice 7.
  • the main body portion 51 includes a first flange 2 and a second flange 3, and the supply flange 1 having a raw material supply port 1a for supplying a raw material is further provided on the first flange 2.
  • the first O-ring 10 suppresses the flow of the raw material between the side surface of the liquid supply tip 6 and the inner surface of the communication hole 50.
  • the second O-ring 11 suppresses the flow of the raw material between the liquid supply tip 6 and the restriction orifice 7. That is, the first O-ring 10 and the second O-ring 11 suppress the raw material from flowing only through the orifice hole 7a.
  • materials for the first O-ring 10 and the second O-ring 11 include ethylene propylene diene rubber (EPDM) and silicone rubber from the viewpoint of resistance to raw materials, heat resistance, and durability.
  • the number of communication holes 50 is prepared according to the number of evaporation pipes 8 for supplying the raw material.
  • the diameter of the downstream end of the communication hole 50 is determined according to the diameter of the evaporation pipe 8 that supplies the raw material.
  • the hole diameter of the orifice hole 7a provided in the restricted orifice 7 may be set to an optimum hole diameter based on the flow rate of the raw material flowing through the evaporation pipe 8 and the number of evaporation pipes 8 used.
  • the flow coefficient ⁇ calculated by the following formula (1) is preferably 0.50 to 1.00, more preferably 0.60 to 0.85, and more preferably 0. It is more preferably 65 to 0.75.
  • Flow coefficient ⁇ Q/(A ⁇ (2 ⁇ P/ ⁇ ) 0.5 )...
  • “Q” is a volume flow rate (m 3 /s) that means the volume of the fluid flowing through the orifice hole 7a per unit time
  • “A” is the cross-sectional area (m 3 ) of the orifice hole 7a. 2
  • “ ⁇ P” is the pressure loss (Pa) per unit flow rate when passing through the orifice hole 7a
  • “ ⁇ ” is the density (kg/m 3 ) of the raw material passing through the orifice hole 7a.
  • the flow velocity range of the raw material flowing through the orifice hole 7a can be set within the range where the differential pressure value before and after flowing through the orifice hole 7a does not become zero and below the supply pressure upper limit.
  • the flow velocity range of the raw material flowing through the orifice hole 7a can be set by the diameter of the orifice hole 7a. Therefore, the diameter of the orifice hole 7a is preferably 0.10 to 1.0 mm, more preferably 0.15 to 0.9 mm, and more preferably 0.20 from the viewpoint of providing a flow velocity suitable for the operating conditions. More preferably, it is about 0.8 mm.
  • the raw material feeder according to the embodiment of the present invention is housed inside the communication hole 50 and on the downstream side of the restriction orifice 7 so as to face the restriction orifice 7. It is preferable that the nozzle 5 has a nozzle hole 5a facing the nozzle 7a, and the third O-ring 12 sandwiched by the nozzle 5 and the restriction orifice 7 so that the orifice hole 7a exists in the inner region.
  • a third O-ring groove for mounting the third O-ring 12 may be provided on the surface of the nozzle 5 facing the restricted orifice 7.
  • the third O-ring 12 suppresses the flow of the raw material between the nozzle 5 and the restriction orifice 7. That is, the third O-ring 12 restrains the raw material from flowing only through the orifice hole 7a.
  • the material of the third O-ring 12 may be the same as that of the first O-ring 10 and the second O-ring 11 described above.
  • the nozzle hole 5a preferably has a configuration in which the liquid diffuser 30 is housed, as shown in FIGS. 1 and 2.
  • the means for fixing the liquid diffuser 30 is not particularly limited, and for example, means for fixing the liquid diffuser 30 by being sandwiched by the inner wall surface of the nozzle hole 5a, the liquid diffuser 30 is integrally molded in the nozzle hole 5a. Means to be fixed by doing.
  • the liquid diffuser 30 has a shape having a gap between it and the nozzle 5, as shown in FIG. 3, in order to diffuse the raw material that has flowed through the orifice hole 7 a and to flow along the inner wall surface of the nozzle 5. ing.
  • the cross-sectional shape of the liquid diffuser 30 may be any shape as long as it has a gap with the nozzle 5, and may be the quadrangular shape shown in FIG. 3, the triangular shape, the polygonal shape, or the like.
  • the nozzle hole 5 a includes an upstream hole portion 5 b on the upstream side and a downstream hole portion 5 c communicating with the downstream end of the upstream hole portion 5 b and expanding in diameter toward the lower end of the nozzle 5.
  • the liquid diffuser 30 is housed in the upstream hole 5b. With such a configuration, the liquid diffuser 30 diffuses the raw material flowing through the orifice hole 7a in the upstream hole portion 5b, and further diffuses it in the downstream hole portion 5c that expands in diameter toward the lower end of the nozzle 5. By doing so, it is possible to evenly and stably flow to the inner wall surface of the evaporation pipe 8.
  • the main body portion 51 faces the first flange 2 having the first hole portion 2a and the downstream surface of the first flange 2 and communicates with the first hole portion 2a.
  • the second flange 3 having the second hole portion 3a is formed, and the communication hole 50 is formed by the first hole portion 2a and the second hole portion 3a.
  • the second hole portion 3a is composed of a large-diameter hole 3b on the upstream side and a small-diameter hole 3c communicating with the large-diameter hole 3b and having a smaller diameter than the large-diameter hole 3b.
  • the portion is an overhanging portion 5d that overhangs to the outside, and the overhanging portion 5d is in contact with the bottom surface on the downstream side of the large diameter hole 3b.
  • a female thread may be formed on the downstream side peripheral surface of the first hole 2a of the first flange 2, and a male thread may be formed on the downstream side peripheral surface of the liquid supply tip 6.
  • the liquid supply tip 6 can be screwed into the first hole 2a.
  • the first O-ring 10 is attached to the side surface of the liquid supply tip 6 on the upstream side where the male screw is not cut, and the side surface and the female screw of the first hole portion 2 a of the first flange 2 are cut. It may be sandwiched by the upstream peripheral surface which is not formed.
  • the downstream end of the nozzle 5 extends downstream of the downstream end of the second flange 3. Thereby, the downstream end of the nozzle 5 can be extended into the evaporation pipe 8 of the evaporator 4, and the raw material can be reliably guided into the evaporation pipe 8.
  • the supply flange 1, the first flange 2, and the second flange 3 are prepared.
  • the liquid supply tip 6, the first O ring 10 and the second O ring 11 are prepared, and the first O ring 10 and the second O ring 11 are attached to the liquid supply tip 6.
  • the liquid supply tip 6 to which the first O-ring 10 and the second O-ring 11 are attached is arranged in the first hole 2 a of the first flange 2.
  • the nozzle 5 and the third O-ring 12 are prepared, and the third O-ring 12 is attached to the nozzle 5.
  • the nozzle 5 equipped with the third O-ring 12 is arranged in the second hole 3 a of the second flange 3.
  • the restriction orifice 7 is prepared, and the restriction orifice 7 is arranged on the nozzle 5 arranged on the second flange 3.
  • the first flange 2 is arranged on the second flange 3.
  • the arranged first flange 2 and second flange 3 are fixed by a fixing member (not shown) such as a bolt.
  • a fixing member such as a bolt
  • the liquid supply tip 6 is tightened and the restriction orifice 7 is sealed.
  • the supply flange 1 is arranged on the first flange 2.
  • the arranged supply flange 1, the first flange 2, and the second flange 3 are fixed by a fixing member 20 such as a bolt, and the raw material supply device according to the embodiment of the present invention is obtained.
  • a fixing member 20 such as a bolt
  • the raw material supply device is arranged in the evaporator 4 having the flange having the plurality of communication holes and the plurality of evaporation pipes 8 attached to the communication holes.
  • the communication hole of the raw material supply device and the communication hole of the evaporator 4 are aligned with each other.
  • the placed raw material feeder and the evaporator 4 are fixed by fixing members 21 such as bolts, and the installation is completed.
  • FIG. 4 shows a schematic overall view of a manufacturing apparatus including a falling liquid film evaporator in which a raw material supply device according to an embodiment of the present invention is installed.
  • the manufacturing apparatus shown in FIG. 4 includes a raw material tank 100, a raw material supplier 101, an evaporator (falling liquid film type evaporator) 102, a thermal decomposition reactor 103, a reaction liquid receiver 104, and a reaction liquid storage tank. 105 is provided.
  • the evaporator 102 and the thermal decomposition reactor 103 are provided with a temperature adjusting device for circulating a heat medium in a jacket structure, and the temperature adjusting device adjusts the temperature of the evaporator 102 and the thermal decomposition reactor 103. be able to.
  • the raw material tank 100 is provided with a pressure adjusting device such as a pressure pump, and the pressure of the raw material tank 100 and the raw material supplier 101 (upstream of the restriction orifice 7) is adjusted to a pressurizing condition by the pressure adjusting device.
  • a pressure adjusting device such as a pressure pump
  • the reaction liquid receiver 104 is provided with a pressure adjusting device such as a pressure pump, and the raw material supply device 101 (downstream of the restriction orifice 7), the evaporator 102, the thermal decomposition reactor 103, and the reaction are provided by the pressure adjusting device.
  • the pressure of the liquid receiver 104 can be adjusted to a reduced pressure condition.
  • the method for producing N-vinylcarboxylic acid amide according to the embodiment of the present invention includes a supply step S1, an evaporation step S2, and a thermal decomposition step S3, as shown in FIG.
  • the details of the method for producing N-vinylcarboxylic acid amide according to the embodiment of the present invention will be described below.
  • the supply step S1 is a step of supplying N-(1-alkoxyethyl)carboxylic acid amide, which is a liquid compound, as a raw material to the evaporator 4 by the raw material supply device according to the embodiment of the present invention.
  • the raw material liquid supplied from the raw material supply port 1a is supplied to the first flange 2 through the supply flange 1.
  • the gas (air) in the raw material mixed when supplying the liquid is discharged by the gas vent 9.
  • the raw material liquid is dispersed by the number of installed liquid supply chips 6 and is supplied to the restricted orifice 7 of the second flange 3.
  • the raw material liquid that has passed through the restriction orifice 7 is introduced into each evaporation pipe 8 of the evaporator 4 at a substantially uniform flow rate.
  • the feed rate of the raw material to the evaporator is preferably 5 to 350 kg/h, more preferably 10 to 150 kg/h, and even more preferably 15 to 80 kg/h.
  • the supply rate of the raw material to the evaporator is within the above range, the dispersibility of the raw material in the plurality of evaporation pipes of the evaporator can be maintained and the raw material can be stably evaporated.
  • the raw material supplier preferably supplies the raw material with a coefficient of variation of flow rate of 10.0% or less, more preferably 9.0% or less, to each of the plurality of evaporation pipes. It is more preferably at most 0.0%.
  • the upper limit of the variation coefficient of the flow rate is the above numerical value, it is possible to maintain the dispersibility of the raw material in the plurality of evaporation tubes of the evaporator and to stably evaporate the raw material.
  • the coefficient of variation of the flow rate is obtained by measuring the flow rate of the raw material supplied to each of the plurality of evaporation tubes for a certain period of time, calculating the standard deviation with respect to the average value of the flow rates of all the evaporation tubes, and calculating the standard deviation of the flow rate. Indicates the degree of variation. Specifically, the variation coefficient of the flow velocity is a coefficient calculated by standard deviation/average value ⁇ 100(%).
  • the raw material feeder preferably supplies the raw material with a flow rate error of ⁇ 20% or more and +30% or less, and more preferably ⁇ 15% or more and +25% or less, to each of the plurality of evaporation pipes. It is preferably ⁇ 10% or more and +20% or less.
  • the error of the flow rate is obtained by measuring the flow rate of the raw material supplied to each of the plurality of evaporation tubes in a fixed time and calculating the relative error with respect to the average value of the flow rates of all the evaporation tubes.
  • the raw material supplier preferably supplies the raw material at a flow rate of 2.0 g/min or more and 80.0 g/min or less to each of the plurality of evaporation pipes, and 2.5 g/min or more and 78.0 g or more. /Min or less, more preferably 3.0 g/min or more and 76.0 g/min or less.
  • the flow velocity is in the above range, the dispersibility of the raw material in the plurality of evaporation tubes of the evaporator can be maintained and the raw material can be stably evaporated.
  • N-(1-alkoxyethyl)carboxylic acid amide represented by the following general formula (I) is preferably used as a raw material.
  • R 1 represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms
  • R 2 represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms
  • R 3 represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms. Represents.
  • N-(1-alkoxyethyl)carboxylic acid amide examples include N-(1-methoxyethyl)acetamide, N-(1-methoxyethyl)-N-methylacetamide, N-(1-ethoxyethyl)acetamide, N -(1-Ethoxyethyl)-N-methylacetamide, N-(1-propoxyethyl)acetamide, N-(1-isopropoxyethyl)acetamide, N-(1-butoxyethyl)acetamide, N-(1-iso Butoxyethyl)acetamide, N-(1-methoxyethyl)propionamide, N-(1-ethoxyethyl)propionamide, N-(1-propoxyethyl)propionamide, N-(1-isopropoxyethyl)propionamide, N-(1-butoxyethyl)propionamide, N-(
  • the evaporation step S2 is a step of evaporating the raw material with an evaporator to obtain a vaporized raw material.
  • the evaporation step S2 can be performed under reduced pressure or normal pressure, but it is preferably performed under reduced pressure.
  • the reaction pressure in the evaporation step S2 is preferably 1 to 30 kPa, more preferably 3 to 25 kPa, and further preferably 5 to 20 kPa.
  • the evaporation step S2 needs to be carried out at a temperature at which it is evaporated by heating to be a vaporized raw material. Specifically, it is preferably carried out at 100 to 200° C., more preferably 110 to 190° C., and 120 to 180. More preferably, it is carried out at a temperature of °C.
  • the thermal decomposition step S3 is a step of supplying the vaporized raw material to the thermal decomposition reactor and thermally decomposing it.
  • the flow of the vaporized raw material supplied to the pyrolysis reactor is not particularly limited as long as it flows into the pyrolysis reactor, and may be an upflow or a downflow.
  • the thermal decomposition step S3 can be performed under reduced pressure or normal pressure, it is preferably performed under reduced pressure.
  • the reaction pressure in the thermal decomposition step S3 is preferably 1 to 30 kPa, more preferably 3 to 25 kPa, and further preferably 5 to 20 kPa.
  • the thermal decomposition step S3 is preferably performed at 250 to 500°C, more preferably 300 to 480°C, and further preferably 350 to 450°C.
  • the residence time in the thermal decomposition step S3 is preferably 0.1 to 10 seconds, more preferably 0.2 to 9 seconds, and 0.3 to 8 seconds from the viewpoint of reliably performing thermal decomposition. It is more preferable that there is.
  • the thermal decomposition reactor preferably has a multi-tube structure from the viewpoint of efficiently performing thermal decomposition.
  • the reaction product thermally decomposed in the thermal decomposition step S3 is liquefied by being cooled and sent to the reaction liquid receiver.
  • the reaction product stored in the reaction solution receiver is sent to and stored in the reaction solution storage tank.
  • the N-vinylcarboxylic acid amide obtained by the above steps is preferably represented by the following general formula (II), and N-(1- Alkoxyethyl)carboxylic acid amide.
  • R 2 represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms
  • R 3 represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms.
  • N-vinylcarboxylic acid amide examples include N-vinylacetamide, N-methyl-N-vinylacetamide, N-vinylpropionamide, N-methyl-N-vinylpropionamide, N-vinylisobutyramide, N-methyl- Examples thereof include N-vinyl isobutyramide, and preferably N-vinyl acetamide.
  • Example 1 The raw material supply device shown in FIG. 1 was installed in a shell-and-tube type evaporator having 22 evaporation tubes (tubes) having a diameter of 25.4 mm and a length of 2500 mm.
  • the restricted orifice of the raw material feeder was made with a hole diameter of 0.25 mm.
  • the flow coefficient ⁇ of the restricted orifice was measured, and 22 sheets having a flow coefficient ⁇ of 0.7 were selected and incorporated into the raw material feeder.
  • a flow test was conducted by continuously supplying N-(1-methoxyethyl)acetamide to the raw material feeder at a rate of 167 g/min for 5 minutes.
  • Example 2 Using the same apparatus as in Example 1, N-(1-methoxyethyl)acetamide was continuously fed to the raw material feeder at a rate of 833 g/min for 5 minutes to conduct a flow test. From the amount of N-(1-methoxyethyl)acetamide recovered from each evaporation tube, the dispersion of the flow rate in each evaporation tube was calculated, and the error was -11 to +17% with respect to the average value, and the standard deviation ⁇ was It was 14.5 and the coefficient of variation was 7.7%.
  • Example 1 The same shell-and-tube type evaporator as in Example 1 was equipped with the old-type raw material feeder shown in FIGS.
  • the old-type raw material feeder is different from the raw material feeder shown in FIG. 1 in that the first O-ring 10 and the third O-ring 12 are not provided.
  • the restriction orifice of the old-type raw material supply device was produced with a hole diameter of 0.25 mm.
  • the flow coefficient ⁇ of the restricted orifice was measured, 22 sheets having a flow coefficient ⁇ of 0.7 were selected, and incorporated into the old-type raw material feeder.
  • a flow test was performed by continuously supplying N-(1-methoxyethyl)acetamide to the old-type raw material feeder at a rate of 833 g/min for 5 minutes.
  • the distributor-type raw material dispersion device was installed in the same shell-and-tube type evaporator as in Example 1.
  • the distributor-type raw material dispersion device is provided with 22 holes each having a diameter of 2 mm in accordance with each evaporation pipe.
  • a distribution test was conducted by continuously supplying N-(1-methoxyethyl)acetamide to a distributor-type raw material dispersion device at a rate of 833 g/min for 5 minutes.
  • N-(1-methoxyethyl)acetamide had two evaporation tubes. However, it was not possible to uniformly supply the particles.
  • the raw material supply device of the present invention By using the raw material supply device of the present invention, no partial flow of the raw material or the like was generated even at a supply speed or less at which the performance of the distributor (dispersion plate) system could be maintained. That is, by using the raw material feeder of the present invention, stable raw material dispersibility can be achieved in a plurality of evaporation tubes of a falling film evaporator even at a low raw material supply rate in the production of N-vinylcarboxylic acid amide. The raw materials can be supplied, the problem of clogging of the thermal decomposition reactor due to Harz can be suppressed, and stable continuous operation can be performed for a long time.
  • the N-vinylcarboxylic acid amide obtained by the production method using the raw material feeder of the present invention is used for producing an N-vinylcarboxylic acid amide polymer used as a coagulant, a liquid absorbent, a thickener, and the like. In addition, it is a monomer useful for various industrial applications.

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Abstract

流下液膜式蒸発器の複数の蒸発管に安定した原料分散性で原料を供給することによって、熱分解反応器のハルツによる閉塞問題を抑制し、長期間安定に連続運転することができる原料供給器及びＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法を提供する。液体化合物を原料として流下液膜式蒸発器の複数の蒸発管８に分散して供給するための原料供給器であって、複数の蒸発管８と対向する複数の連通孔５０を備えた本体部５１と、連通孔５０の内部に収納された、オリフィス孔７ａを有する制限オリフィス７と、連通孔５０の内部であって制限オリフィス７の上流側に、制限オリフィス７と対面されて収納されており、オリフィス孔７ａと対向する孔部６ａを有する給液チップ６と、給液チップ６の側面に外嵌されており、給液チップ６の側面と連通孔５０の内面とによって挟持された第１Ｏリング１０と、内側領域にオリフィス孔７ａが存在するように、給液チップ６と制限オリフィス７とによって挟持された第２Ｏリング１１とを備える。

Description

原料供給器及びＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法
　本発明は、液体化合物を原料として流下液膜式蒸発器の複数の蒸発管に分散して供給するための原料供給器、及び、Ｎ－（１－アルコキシエチル）カルボン酸アミドを原料とするＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法に関するものである。
　Ｎ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法に関して、これまで多くの方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の製造方法では、Ｎ－（２－アルコキシエチル）カルボン酸アミド原料を蒸発させて熱分解するＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法が開示されている。
　このように、熱分解によってＮ－ビニルカルボン酸アミドを製造する方法においては、原料を蒸発器で安定的に蒸発させて熱分解反応器に導入することが安定運転の重要な要因となる。そこで、原料を安定的に蒸発させるために、一般的に、蒸発器は複数の蒸発管を有する多管の流下液膜式蒸発器が用いられている。
　蒸発器への原料供給及び複数の蒸発管への分散は、ディストリビューター（分散板）方式及びスプレーノズル方式が一般的に用いられているが、これらは相応の原料供給速度が必要であり、その性能を維持できる供給速度以下になった時は原料分散性が低下する。原料分散性が低下した場合には、原料の片流れ等が発生して充分な蒸発ができず、液状の原料が熱分解反応器に流入してしまう。液状の原料が高温の熱分解反応器に流入することによって、タール状又は固体状の凝集物（ハルツとも言う）が生成することがある。ハルツが生成した結果、熱分解反応器の閉塞問題を引き起こし、安定運転が困難になる問題がある。
国際公開第２０１７／００２４９４号
　本発明の目的は、上記問題を解決し、流下液膜式蒸発器の複数の蒸発管に安定した原料分散性で原料を供給することによって、熱分解反応器のハルツによる閉塞問題を抑制し、長期間安定に連続運転することができる原料供給器及びＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法を提供することである。
　本発明は、以下のものに関する。
（１）液体化合物を原料として流下液膜式蒸発器の複数の蒸発管に分散して供給するための原料供給器であって、前記複数の蒸発管と対向する複数の連通孔を備えた本体部と、前記連通孔の内部に収納された、オリフィス孔を有する制限オリフィスと、前記連通孔の内部であって前記制限オリフィスの上流側に、前記制限オリフィスと対面されて収納されており、前記オリフィス孔と対向する孔部を有する給液チップと、前記給液チップの側面に外嵌されており、前記給液チップの側面と前記連通孔の内面とによって挟持された第１Ｏリングと、内側領域に前記オリフィス孔が存在するように、前記給液チップと前記制限オリフィスとによって挟持された第２Ｏリングとを備える、原料供給器。
（２）前記液体化合物がＮ－（１－アルコキシエチル）カルボン酸アミドである、（１）に記載の原料供給器。
（３）前記連通孔の内部であって前記制限オリフィスの下流側に、前記制限オリフィスと対面されて収納されており、前記オリフィス孔と対向するノズル孔を有するノズルと、内側領域に前記オリフィス孔が存在するように、前記ノズルと前記制限オリフィスとによって挟持された第３Ｏリングとを備える、（１）又は（２）の原料供給器。
（４）前記ノズル孔は、内部に液拡散子を収納する、（３）の原料供給器。
（５）前記ノズル孔は、上流側の上流孔部と、前記上流孔部の下流端と連通しており、前記ノズルの下端に向かって拡径する下流孔部とを有しており、前記上流孔部内に前記液拡散子が収納されている、（３）又は（４）の原料供給器。
（６）前記本体部は、第１孔部を有する第１フランジと、前記第１フランジの下流側の面と対向しており、前記第１孔部と対向する第２孔部を有する第２フランジとを有しており、前記第１孔部と前記第２孔部によって前記連通孔を構成し、前記第２孔部は、上流側の大径孔と、前記大径孔と連通しており、前記大径孔よりも小径の小径孔とからなっており、前記ノズルの上流側の側部は、外側に張り出した張出部となっており、前記大径孔の下流側の底面に張出部が当接されている、（３）～（５）のいずれかの原料供給器。
（７）（１）～（６）のいずれかの原料供給器によって、Ｎ－（１－アルコキシエチル）カルボン酸アミドを原料として流下液膜式蒸発器に供給する供給工程と、前記流下液膜式蒸発器で前記原料を蒸発させ、気化原料とする蒸発工程と、前記気化原料を熱分解反応器に供給し、減圧下にて熱分解する熱分解工程とを含むＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
（８）前記蒸発工程は、減圧下にて行う、（７）のＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
（９）前記熱分解工程は、減圧下にて行う、（７）又は（８）のＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
（１０）前記原料供給器は、複数の前記蒸発管の各々に、流量の変動係数が１０．０％以下で前記原料を供給する、（７）～（９）のいずれかのＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
（１１）前記原料供給器は、複数の前記蒸発管の各々に、流量の誤差が－２０％以上＋３０％以下で前記原料を供給する、（７）～（１０）のいずれかのＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
（１２）前記原料供給器は、複数の前記蒸発管の各々に、流速が２．０ｇ／ｍｉｎ以上８０．０ｇ／ｍｉｎ以下で前記原料を供給する、（７）～（１１）のいずれかのＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
（１３）前記Ｎ－（１－アルコキシエチル）カルボン酸アミドは、Ｎ－（１－メトキシエチル）アセトアミドである、（７）～（１２）のいずれかのＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
　本発明によれば、流下液膜式蒸発器の複数の蒸発管に安定した原料分散性で原料を供給することによって、熱分解反応器のハルツによる閉塞問題を抑制し、長期間安定に連続運転することができる原料供給器及びＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法を提供することができる。
本発明の実施の形態に係る原料供給器の模式的断面図（全体図）である。 本発明の実施の形態に係る原料供給器の模式的断面図（拡大図）である。 図２のＡ－Ａ方向の断面図である。 本発明のＮ－ビニルカルボン酸アミドを製造する製造装置の模式的全体図である。 本発明のＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法を示すフローチャートである。 比較例として示す旧型原料供給器の模式的断面図（全体図）である。 比較例として示す旧型原料供給器の模式的断面図（拡大図）である。
　本発明の実施の形態に係る原料供給器は、図１に示すように、液体化合物を原料として流下液膜式蒸発器の複数の蒸発管８に分散して供給するための原料供給器であって、複数の蒸発管８と対向する複数の連通孔５０を備えた本体部５１と、連通孔５０の内部に収納された、オリフィス孔７ａを有する制限オリフィス７と、連通孔５０の内部であって制限オリフィス７の上流側に、制限オリフィス７と対面されて収納されており、オリフィス孔７ａと対向する孔部６ａを有する給液チップ６と、給液チップ６の側面に外嵌されており、給液チップ６の側面と連通孔５０の内面とによって挟持された第１Ｏリング１０と、内側領域にオリフィス孔７ａが存在するように、給液チップ６と制限オリフィス７とによって挟持された第２Ｏリング１１とを備える。液体化合物としては、例えば、Ｎ－（１－アルコキシエチル）カルボン酸アミドが挙げられる。
　給液チップ６の側面には、第１Ｏリング１０を装着するための第１Ｏリング溝が設けられていてもよい。また、給液チップ６のうち制限オリフィス７と対向する面には、第２Ｏリング１１を装着するための第２Ｏリング溝が設けられていてもよい。
　本体部５１は、第１フランジ２と、第２フランジ３とを備え、第１フランジ２上には、原料を供給するための原料供給口１ａを有する供給フランジ１をさらに備える。
　第１Ｏリング１０は、給液チップ６の側面と連通孔５０の内面との間を原料が流れることを抑制する。第２Ｏリング１１は、給液チップ６と制限オリフィス７との間を原料が流れることを抑制する。つまり、第１Ｏリング１０及び第２Ｏリング１１は、原料がオリフィス孔７ａのみを流通するように抑制する。
　第１Ｏリング１０及び第２Ｏリング１１の材質は、原料への耐性、耐熱性及び耐久性の観点から、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）及びシリコーンゴム等が挙げられる。
　連通孔５０は、原料を供給する蒸発管８の管数に応じた数を用意する。連通孔５０の下流端の直径は、原料を供給する蒸発管８の管径に応じて寸法を決定する。
　制限オリフィス７に設けられたオリフィス孔７ａの孔径は、蒸発管８に流通させる原料流速と使用する蒸発管８の管数から最適な孔径を設定すればよい。
　オリフィス孔７ａの孔径としては、下記式（１）で算出される流量係数αが０．５０～１．００であることが好ましく、０．６０～０．８５であることがより好ましく、０．６５～０．７５であることがさらに好ましい。
 
　流量係数α＝Ｑ／（Ａ×（２×ΔＰ／ρ）０．５）・・・（１）
 
　式（１）において、「Ｑ」は、単位時間あたりにオリフィス孔７ａを流れる流体の体積を意味する体積流量（ｍ３／ｓ）であり、「Ａ」は、オリフィス孔７ａの断面積（ｍ２）であり、「ΔＰ」は、オリフィス孔７ａを通過する際の単位流量あたりの圧力損失（Ｐａ）であり、「ρ」は、オリフィス孔７ａを通過する原料の密度（ｋｇ／ｍ３）である。
　オリフィス孔７ａの孔径の誤差を小さくするために、事前に流量係数αの測定を実施してバラツキの小さいオリフィス孔７ａを必要枚数準備することでより均一な原料分散が可能となる。
　オリフィス孔７ａを流通させる原料の流速範囲は、オリフィス孔７ａの流通前後の差圧値がゼロにならない範囲以上、供給圧力上限以下の範囲で設定できる。オリフィス孔７ａを流通させる原料の流速範囲は、オリフィス孔７ａの孔径により設定することができる。そこで、オリフィス孔７ａの孔径は、運転条件に見合った流速とする観点から、０．１０～１．０ｍｍであることが好ましく、０．１５～０．９ｍｍであることがより好ましく、０．２０～０．８ｍｍであることがさらに好ましい。
　本発明の実施の形態に係る原料供給器は、図１に示すように、連通孔５０の内部であって制限オリフィス７の下流側に、制限オリフィス７と対面されて収納されており、オリフィス孔７ａと対向するノズル孔５ａを有するノズル５と、内側領域にオリフィス孔７ａが存在するように、ノズル５と制限オリフィス７とによって挟持された第３Ｏリング１２とを備える構成であることが好ましい。
　ノズル５のうち制限オリフィス７と対向する面には、第３Ｏリング１２を装着するための第３Ｏリング溝が設けられていてもよい。
　第３Ｏリング１２は、ノズル５と制限オリフィス７との間を原料が流れることを抑制する。つまり、第３Ｏリング１２は、原料がオリフィス孔７ａのみを流通するように抑制する。
　第３Ｏリング１２の材質は、上述した第１Ｏリング１０及び第２Ｏリング１１と同じ材質のものを用いることができる。
　ノズル孔５ａは、図１及び図２に示すように、内部に液拡散子３０を収納する構成であることが好ましい。液拡散子３０の固定手段は、特に限定されず、例えば、ノズル孔５ａの内壁面によって液拡散子３０が挟持されることで固定される手段、液拡散子３０をノズル孔５ａ内に一体成形することで固定される手段等が挙げられる。液拡散子３０は、オリフィス孔７ａを流通してきた原料を拡散させ、ノズル５の内壁面を沿って流通させるために、図３に示すように、ノズル５との間に間隙を有する形状となっている。液拡散子３０の断面形状は、ノズル５との間に間隙を有する形状であればよく、図３に示した四角形状でもよく、三角形状及び多角形状等であってもよい。
　ノズル孔５ａは、図２に示すように、上流側の上流孔部５ｂと、上流孔部５ｂの下流端と連通しており、ノズル５の下端に向かって拡径する下流孔部５ｃとを有しており、上流孔部５ｂ内に液拡散子３０が収納されている構成であることが好ましい。このような構成であることで、オリフィス孔７ａを流通してきた原料を、上流孔部５ｂ内で液拡散子３０が拡散させ、ノズル５の下端に向かって拡径する下流孔部５ｃでさらに拡散させることで、蒸発管８の内壁面へ均等に安定して流通させることができる。
　本体部５１は、図１及び図２に示すように、第１孔部２ａを有する第１フランジ２と、第１フランジ２の下流側の面と対向しており、第１孔部２ａと連通する第２孔部３ａを有する第２フランジ３とを有しており、第１孔部２ａと第２孔部３ａによって連通孔５０を構成する。第２孔部３ａは、上流側の大径孔３ｂと、大径孔３ｂと連通しており、大径孔３ｂよりも小径の小径孔３ｃとからなっており、ノズル５の上流側の側部は、外側に張り出した張出部５ｄとなっており、大径孔３ｂの下流側の底面に張出部５ｄが当接されている構成であることが好ましい。このような構成であることで、第２フランジ３にノズル５を安定して設置することができる。
　第１フランジ２の第１孔部２ａのうち下流側の周面に雌ネジが切られており、また、給液チップ６の下流側の周面に雄ネジが切られていてもよい。これにより、給液チップ６を第１孔部２ａに螺着させることができる。その場合、第１Ｏリング１０は、給液チップ６のうち雄ネジが切られていない上流側の側面に装着され、当該側面と、第１フランジ２の第１孔部２ａのうち雌ネジが切られていない上流側の周面とによって挟持されていてもよい。
　図２に示すように、ノズル５の下流端は、第２フランジ３の下流端よりも下流側に延在していることが好ましい。これにより、ノズル５の下流端を蒸発器４の蒸発管８内にまで延在させ、原料を蒸発管８内に確実に案内することができる。
　本発明の実施の形態に係る原料供給器の設置方法について、図１を参照しながら以下に説明する。
　まず、供給フランジ１、第１フランジ２及び第２フランジ３を用意する。
　次に、給液チップ６、第１Ｏリング１０及び第２Ｏリング１１を用意し、給液チップ６に第１Ｏリング１０及び第２Ｏリング１１を装着する。そして、第１Ｏリング１０及び第２Ｏリング１１を装着した給液チップ６を第１フランジ２の第１孔部２ａに配置する。
　次に、ノズル５及び第３Ｏリング１２を用意し、ノズル５に第３Ｏリング１２を装着する。そして、第３Ｏリング１２を装着したノズル５を第２フランジ３の第２孔部３ａに配置する。
　次に、制限オリフィス７を用意し、第２フランジ３に配置されたノズル５の上に制限オリフィス７を配置する。
　次に、第２フランジ３上に第１フランジ２を配置する。配置された第１フランジ２及び第２フランジ３をボルト等の固定部材（図示せず）で固定する。このとき、第１フランジ２及び第２フランジ３の密着度を向上させるために、Ｏリングを用いて封着することが好ましい。
　次に、給液チップ６の孔部６ａの上流側に設けられた六角穴等の工具係合部６ｂに対応する工具を利用して、給液チップ６を締め込み、制限オリフィス７をシールする。
　次に、第１フランジ２上に供給フランジ１を配置する。配置された供給フランジ１、第１フランジ２及び第２フランジ３をボルト等の固定部材２０で固定し、本発明の実施の形態に係る原料供給器となる。このとき、供給フランジ１及び第１フランジ２の密着度を向上させるために、Ｏリングを用いて封着することが好ましい。
　次に、複数の連通孔を備えたフランジと、当該連通孔に装着された複数の蒸発管８とを有する蒸発器４に、原料供給器を配置する。原料供給器を配置するにあたって、原料供給器の連通孔と蒸発器４の連通孔との位置を合致させる。そして、配置された原料供給器及び蒸発器４をボルト等の固定部材２１で固定することで設置が完了する。このとき、原料供給器（第２フランジ３）及び蒸発器４の密着度を向上させるために、渦巻きガスケットを用いて封着することが好ましい。
　本発明の実施の形態に係る原料供給器を設置した流下液膜式蒸発器を備える製造装置の模式的全体図を図４に示す。
　図４に示す製造装置は、原料タンク１００と、原料供給器１０１と、蒸発器（流下液膜式蒸発器）１０２と、熱分解反応器１０３と、反応液受器１０４と、反応液貯蔵タンク１０５を備える。
　蒸発器１０２及び熱分解反応器１０３には、ジャケット構造に熱媒体を流通させる等の温度調整装置が設けられており、温度調整装置によって、蒸発器１０２及び熱分解反応器１０３の温度を調整することができる。
　原料タンク１００には、圧力ポンプ等の圧力調整装置が設けられており、圧力調整装置によって、原料タンク１００及び原料供給器１０１（制限オリフィス７の上流側）の圧力を加圧条件に調整することができる。
　反応液受器１０４には、圧力ポンプ等の圧力調整装置が設けられており、圧力調整装置によって、原料供給器１０１（制限オリフィス７の下流側）、蒸発器１０２、熱分解反応器１０３及び反応液受器１０４の圧力を減圧条件に調整することができる。
　本発明の実施の形態に係るＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法は、図５に示すように、供給工程Ｓ１と、蒸発工程Ｓ２と、熱分解工程Ｓ３とを含む。以下に、本発明の実施の形態に係るＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法の詳細について説明する。
（供給工程Ｓ１）
　供給工程Ｓ１は、本発明の実施の形態に係る原料供給器によって、液体化合物であるＮ－（１－アルコキシエチル）カルボン酸アミドを原料として蒸発器４に供給する工程である。
　供給工程Ｓ１において、原料供給口１ａから供給された原料液は、供給フランジ１を通じて第１フランジ２に給液される。給液する際に混入した原料中のガス（空気）は、ガス抜き９によって排出される。第１フランジ２では、給液チップ６の設置個数分に原料液が分散され、第２フランジ３の制限オリフィス７へ供給される。制限オリフィス７を通過した原料液はほぼ均一な流速で蒸発器４の各蒸発管８に導入される。
　供給工程Ｓ１において、蒸発器への原料の供給速度は、５～３５０ｋｇ／ｈであることが好ましく、１０～１５０ｋｇ／ｈであることがより好ましく、１５～８０ｋｇ／ｈであることがさらに好ましい。蒸発器への原料の供給速度が上記範囲であることで、蒸発器の複数の蒸発管への原料分散性を維持し、原料を安定して蒸発させることができる。
　供給工程Ｓ１において、原料供給器は、複数の蒸発管の各々に、流量の変動係数が１０．０％以下で原料を供給することが好ましく、９．０％以下であることがより好ましく、８．０％以下であることがさらに好ましい。流量の変動係数の上限が上記数値であることで、蒸発器の複数の蒸発管への原料分散性を維持し、原料を安定して蒸発させることができる。
　なお、流量の変動係数は、複数の蒸発管の各々に一定時間で供給した原料の流量を測定し、全ての蒸発管における流量の平均値に対する標準偏差を算出し、標準偏差から得られる流量のバラツキの度合いを示す。具体的には、流速の変動係数は、標準偏差÷平均値×１００（％）で算出される係数である。
　供給工程Ｓ１において、原料供給器は、複数の蒸発管の各々に、流量の誤差が－２０％以上＋３０％以下で原料を供給することが好ましく、－１５％以上＋２５％以下であることがより好ましく、－１０％以上＋２０％以下であることがさらに好ましい。流量の誤差が上記範囲であることで、蒸発器の複数の蒸発管への原料分散性を維持し、原料を安定して蒸発させることができる。
　なお、流量の誤差は、複数の蒸発管の各々に一定時間で供給した原料の流量を測定し、全ての蒸発管における流量の平均値に対する相対誤差を算出したものである。
　供給工程Ｓ１において、原料供給器は、複数の蒸発管の各々に、流速が２．０ｇ／ｍｉｎ以上８０．０ｇ／ｍｉｎ以下で原料を供給することが好ましく、２．５ｇ／ｍｉｎ以上７８．０ｇ／ｍｉｎ以下であることがより好ましく、３．０ｇ／ｍｉｎ以上７６．０ｇ／ｍｉｎ以下であることがさらに好ましい。流速が上記範囲であることで、蒸発器の複数の蒸発管への原料分散性を維持し、原料を安定して蒸発させることができる。
　本発明の実施の形態に係るＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法は、原料として、好ましくは、下記一般式（I）で表されるＮ－（１－アルコキシエチル）カルボン酸アミドを用いる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
（一般式（I）中、Ｒ１は炭素数１～５のアルキル基を表し、Ｒ２は水素原子又は炭素数１～５のアルキル基を表し、Ｒ３は炭素数１～５のアルキル基を表す。）
　Ｎ－（１－アルコキシエチル）カルボン酸アミドは、例えば、Ｎ－（１－メトキシエチル）アセトアミド、Ｎ－（１－メトキシエチル）－Ｎ－メチルアセトアミド、Ｎ－（１－エトキシエチル）アセトアミド、Ｎ－（１－エトキシエチル）－Ｎ－メチルアセトアミド、Ｎ－（１－プロポキシエチル）アセトアミド、Ｎ－（１－イソプロポキシエチル）アセトアミド、Ｎ－（１－ブトキシエチル）アセトアミド、Ｎ－（１－イソブトキシエチル）アセトアミド、Ｎ－（１－メトキシエチル）プロピオンアミド、Ｎ－（１－エトキシエチル）プロピオンアミド、Ｎ－（１－プロポキシエチル）プロピオンアミド、Ｎ－（１－イソプロポキシエチル）プロピオンアミド、Ｎ－（１－ブトキシエチル）プロピオンアミド、Ｎ－（１－イソブトキシエチル）プロピオンアミド、Ｎ－（１－メトキシエチル）イソブチルアミド、Ｎ－（１－エトキシエチル）イソブチルアミド、Ｎ－（１－プロポキシエチル）イソブチルアミド、Ｎ－（１－イソプロポキシエチル）イソブチルアミド、Ｎ－（１－ブトキシエチル）イソブチルアミド、Ｎ－（１－イソブトキシエチル）イソブチルアミド等が挙げられ、好ましくはＮ－（１－メトキシエチル）アセトアミド、Ｎ－（１－イソプロポキシエチル）アセトアミド、Ｎ－（１－メトキシエチル）イソブチルアミド、より好ましくはＮ－（１－メトキシエチル）アセトアミドが挙げられる。
（蒸発工程Ｓ２）
　蒸発工程Ｓ２は、蒸発器で原料を蒸発させ、気化原料とする工程である。
　蒸発工程Ｓ２は、減圧下又は常圧下で行うことができるが、減圧下にて行うことが好ましい。蒸発工程Ｓ２における反応圧力は、具体的には、１～３０ｋＰａで行うことが好ましく、３～２５ｋＰａで行うことがより好ましく、５～２０ｋＰａで行うことがさらに好ましい。
　蒸発工程Ｓ２は、加熱蒸発して気化原料とする温度で行うことを要し、具体的には、１００～２００℃で行うことが好ましく、１１０～１９０℃で行うことがより好ましく、１２０～１８０℃で行うことがさらに好ましい。
（熱分解工程Ｓ３）
　熱分解工程Ｓ３は、気化原料を熱分解反応器に供給し、熱分解する工程である。熱分解反応器に供給する気化原料の流れは、熱分解反応器に流入する流れであれば特に制限はなく、上昇流であってもよく、下降流であってもよい。
　熱分解工程Ｓ３は、減圧下又は常圧下で行うことができるが、減圧下にて行うことが好ましい。熱分解工程Ｓ３における反応圧力は、具体的には、１～３０ｋＰａで行うことが好ましく、３～２５ｋＰａで行うことがより好ましく、５～２０ｋＰａで行うことがさらに好ましい。
　熱分解工程Ｓ３は、熱分解を効率よく行う観点から、２５０～５００℃で行うことが好ましく、３００～４８０℃で行うことがより好ましく、３５０～４５０℃で行うことがさらに好ましい。
　熱分解工程Ｓ３における滞留時間は、熱分解を確実に行う観点から、０．１～１０秒であることが好ましく、０．２～９秒であることがより好ましく、０．３～８秒であることがさらに好ましい。
　熱分解反応器としては、熱分解を効率よく行う観点から、多管式構造であることが好ましい。
　熱分解工程Ｓ３で熱分解された反応物は、冷却されることで液化し、反応液受器に送られる。反応液受器に貯まった反応物は、反応液貯蔵タンクに送られ、貯蔵される。
　以上の工程によって得られるＮ－ビニルカルボン酸アミドは、好ましくは、下記一般式（II）で表されるものであり、好適な原料である一般式（I）で表されるＮ－（１－アルコキシエチル）カルボン酸アミドに対応する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
（一般式（II）中、Ｒ２は水素原子又は炭素数１～５のアルキル基を表し、Ｒ３は炭素数１～５のアルキル基を表す。）
　Ｎ－ビニルカルボン酸アミドは、例えば、Ｎ－ビニルアセトアミド、Ｎ－メチル－Ｎ－ビニルアセトアミド、Ｎ－ビニルプロピオンアミド、Ｎ－メチル－Ｎ－ビニルプロピオンアミド、Ｎ－ビニルイソブチルアミド、Ｎ－メチル－Ｎ－ビニルイソブチルアミド等が挙げられ、好ましくはＮ－ビニルアセトアミドが挙げられる。
　以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実施例に限定されない。
［実施例１］
　直径２５．４ｍｍ、長さ２５００ｍｍの蒸発管（チューブ）を２２本有するシェルアンドチューブ型蒸発器に、図１に示す原料供給器を設置した。原料供給器の制限オリフィスは、孔径０．２５ｍｍで作製した。制限オリフィスの流量係数αを測定し、流量係数αが０．７となるものを２２枚選択し、原料供給器に組み込んだ。
　原料供給器に１６７ｇ／分の速度で５分間、Ｎ－（１－メトキシエチル）アセトアミドを連続供給し流通テストを実施した。
　各蒸発管から回収したＮ－（１－メトキシエチル）アセトアミドの量から、各蒸発管における流量のバラツキを計算したところ平均値に対して、誤差が－１０～＋１９％であり、標準偏差σが２．７であり、変動係数が７．２％であった。
［実施例２］
　実施例１と同様の装置で、原料供給器に８３３ｇ／分の速度で５分間、Ｎ－（１－メトキシエチル）アセトアミドを連続供給し流通テストを実施した。
　各蒸発管から回収したＮ－（１－メトキシエチル）アセトアミドの量から、各蒸発管における流量のバラツキを計算したところ平均値に対して、誤差が－１１～＋１７％であり、標準偏差σが１４．５であり、変動係数が７．７％であった。
［比較例１］
　実施例１と同じシェルアンドチューブ型蒸発器に、図6、7に示す旧型原料供給器を設置した。旧型原料供給器は、図１に示す原料供給器と比して、第１Ｏリング１０及び第３Ｏリング１２が備わっていない点が異なる。旧型原料供給器の制限オリフィスは、孔径０．２５ｍｍで作製した。制限オリフィスの流量係数αを測定し、流量係数αが０．７となるものを２２枚選択し、旧型原料供給器に組み込んだ。
　旧型原料供給器に８３３ｇ／分の速度で５分間、Ｎ－（１－メトキシエチル）アセトアミドを連続供給し流通テストを実施した。
　各蒸発管から回収したＮ－（１－メトキシエチル）アセトアミドの量から、各蒸発管における流量のバラツキを計算したところ平均値に対して、誤差が－７６～＋２５％であり、標準偏差σが４４．１であり、変動係数が２３．３％であった。
［比較例２］
　実施例１と同じシェルアンドチューブ型蒸発器に、ディストリビューター型原料分散装置を設置した。ディストリビューター型原料分散装置は、φ２ｍｍの穴が各蒸発管に合わせて２２か所設けられている。
　ディストリビューター型原料分散装置に８３３ｇ／分の速度で５分間、Ｎ－（１－メトキシエチル）アセトアミドを連続供給し流通テストを実施したが、Ｎ－（１－メトキシエチル）アセトアミドは蒸発管２本からのみ回収され、均一分散供給することができなかった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　本発明の原料供給器を用いることで、ディストリビューター（分散板）方式の性能を維持できる供給速度以下であっても原料の片流れ等が発生することはなかった。つまり、本発明の原料供給器を用いることで、Ｎ－ビニルカルボン酸アミドの製造における低い原料の供給速度であっても、流下液膜式蒸発器の複数の蒸発管に安定した原料分散性で原料を供給することができ、熱分解反応器のハルツによる閉塞問題を抑制し、長期間安定に連続運転することができる。
　本発明の原料供給器を用いた製造方法で得られるＮ－ビニルカルボン酸アミドは、凝集剤、液体吸収剤及び増粘剤等に利用されるＮ－ビニルカルボン酸アミド系ポリマーの製造に用いられる他、多方面の産業上の用途において有用なモノマーである。
１…供給フランジ
１ａ…原料供給口
２…第１フランジ
２ａ…第１孔部
３…第２フランジ
３ａ…第２孔部
３ｂ…大径孔
４…蒸発器
５…ノズル
５ａ…ノズル孔
５ｂ…上流孔部
５ｃ…下流孔部
５ｄ…張出部
６…給液チップ
６ａ…孔部
６ｂ…工具係合部
７…制限オリフィス
７ａ…オリフィス孔
８…蒸発管
９…ガス抜き
１０…第１Ｏリング
１１…第２Ｏリング
１２…第３Ｏリング
２０，２１…固定部材
３０…液拡散子
５０…連通孔
５１…本体部
１００…原料タンク
１０１…原料供給器
１０２…蒸発器
１０３…熱分解反応器
１０４…反応液受器
１０５…反応液貯蔵タンク

Claims (13)

  1. 　液体化合物を原料として流下液膜式蒸発器の複数の蒸発管に分散して供給するための原料供給器であって、
    　前記複数の蒸発管と対向する複数の連通孔を備えた本体部と、
    　前記連通孔の内部に収納された、オリフィス孔を有する制限オリフィスと、
    　前記連通孔の内部であって前記制限オリフィスの上流側に、前記制限オリフィスと対面されて収納されており、前記オリフィス孔と対向する孔部を有する給液チップと、
    　前記給液チップの側面に外嵌されており、前記給液チップの側面と前記連通孔の内面とによって挟持された第１Ｏリングと、
    　内側領域に前記オリフィス孔が存在するように、前記給液チップと前記制限オリフィスとによって挟持された第２Ｏリングとを備える、原料供給器。
  2. 　前記液体化合物がＮ－（１－アルコキシエチル）カルボン酸アミドである、請求項１に記載の原料供給器。
  3. 　前記連通孔の内部であって前記制限オリフィスの下流側に、前記制限オリフィスと対面されて収納されており、前記オリフィス孔と対向するノズル孔を有するノズルと、
    　内側領域に前記オリフィス孔が存在するように、前記ノズルと前記制限オリフィスとによって挟持された第３Ｏリングとを備える、請求項１又は２に記載の原料供給器。
  4. 　前記ノズル孔は、内部に液拡散子を収納する、請求項３に記載の原料供給器。
  5. 　前記ノズル孔は、上流側の上流孔部と、前記上流孔部の下流端と連通しており、前記ノズルの下端に向かって拡径する下流孔部とを有しており、
    　前記上流孔部内に前記液拡散子が収納されている、請求項３又は４に記載の原料供給器。
  6. 　前記本体部は、第１孔部を有する第１フランジと、前記第１フランジの下流側の面と対向しており、前記第１孔部と対向する第２孔部を有する第２フランジとを有しており、
    　前記第１孔部と前記第２孔部によって前記連通孔を構成し、
    　前記第２孔部は、上流側の大径孔と、前記大径孔と連通しており、前記大径孔よりも小径の小径孔とからなっており、
    　前記ノズルの上流側の側部は、外側に張り出した張出部となっており、
    　前記大径孔の下流側の底面に張出部が当接されている、請求項３～５のいずれか１項に記載の原料供給器。
  7. 　請求項１～６のいずれか１項に記載の原料供給器によって、Ｎ－（１－アルコキシエチル）カルボン酸アミドを原料として流下液膜式蒸発器に供給する供給工程と、
    　前記流下液膜式蒸発器で前記原料を蒸発させ、気化原料とする蒸発工程と、
    　前記気化原料を熱分解反応器に供給し、減圧下にて熱分解する熱分解工程とを含むＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
  8. 　前記蒸発工程は、減圧下にて行う、請求項７に記載のＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
  9. 　前記熱分解工程は、減圧下にて行う、請求項７又は８に記載のＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
  10. 　前記原料供給器は、複数の前記蒸発管の各々に、流量の変動係数が１０．０％以下で前記原料を供給する、請求項７～９のいずれか１項に記載のＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
  11. 　前記原料供給器は、複数の前記蒸発管の各々に、流量の誤差が－２０％以上＋３０％以下で前記原料を供給する、請求項７～１０のいずれか１項に記載のＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
  12. 　前記原料供給器は、複数の前記蒸発管の各々に、流速が２．０ｇ／ｍｉｎ以上８０．０ｇ／ｍｉｎ以下で前記原料を供給する、請求項７～１１のいずれか１項に記載のＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
  13. 　前記Ｎ－（１－アルコキシエチル）カルボン酸アミドは、Ｎ－（１－メトキシエチル）アセトアミドである、請求項７～１２のいずれか１項に記載のＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
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