JP4744471B2

JP4744471B2 - 高粘度流体分離装置

Info

Publication number: JP4744471B2
Application number: JP2007092653A
Authority: JP
Inventors: 寛長畑
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2027-03-30
Also published as: JP2008246409A

Description

この発明は、スチレン系ポリマー及びノルボルネン系ポリマー等の高粘度物質を製造する際に、製造過程において使われる溶剤、モノマー等を揮発除去して、高粘度物質の濃度を上昇させる溶剤等の揮発性物質の除去装置等に用いるのに適した高粘度流体分離装置に関する。

スチレン系ポリマー及びノルボルネン系ポリマーは、包装材や容器などの包装用やその光学性能を利用した樹脂製品等など用途が拡大しつつある。このスチレン系ポリマー及びノルボルネン系ポリマーの溶液等の高粘度流体の製造過程においては、未反応モノマーや溶剤等の揮発性物質が含有されており、この揮発性物質を除去する必要があり、この除去のために除去装置が用いられている。しかも、十分な光学性能等を発揮するためには、残存溶剤、残存モノマーを十分に除去することが要求されている。

ポリマー溶液から揮発性物質を除去する装置としては、高粘度流体を外部加熱された円筒内壁に掻取羽根により押し広げながら攪拌を行うことで加熱して揮発分を除去する薄膜式蒸発器があるが、構造上の制約から、一基当たりの伝熱面積に限界があり不利であると共に、掻取羽根の駆動装置を必要とするため、ランニングコストやメンテナンスの点から不経済である。一方、本願出願人は、減圧容器と熱交換器とを組み合わせた揮発性物質除去装置を、既に提案している（特許文献１〜３参照）。

特許文献１には、減圧可能な本体と、熱媒体流路と該熱媒体流路と直交する重合体流路とを有するプレートフィン型熱交換器とによりなり、前記熱交換器を前記本体の上方の外部に、重合体の吐出口を内部に開口した状態で固定した重合物中の揮発性物質除去装置が開示されている。また、特許文献２には、減圧可能な本体にプレートフィン型の熱交換器を設け、該熱交換器で重合体と熱媒体とを熱交換させたのち、前記重合体を前記本体内に流出させるようにした重合物中の揮発性物質除去装置において、前記熱交換器を上下方向に延存する熱媒体流路と、該熱媒体流路と直交する重合体流路を設け、前記熱媒体流路の側面に重合体供給室を設け、反対側に重合体流出口を形成するように構成し、前記重合体流出口を前記本体内に開口させるようにした揮発性物質除去装置における熱交換器が開示されている。また、特許文献３には、減圧可能な本体にプレートフィン型の熱交換器を設け、この熱交換器には熱媒体が供給されて排出される管路と、重合体が供給される管路とが別に設けられ、重合体が前記管路より熱交換器に供給され、そして加熱され、更に本体中に前記熱交換器の一方から吐出されるように構成された重合体中より揮発性物質を除去する装置が開示されている。

特公平１−３０８４５号特公平１−３０８４６号特公平１−３０８４７号

例えば、特許文献１に開示されたプレートフィン型の熱交換器が装着された揮発性物質除去装置では、上部に装着された熱交換器によりポリマー溶液と熱媒体との間で熱交換を行ってポリマー溶液を加熱し、加熱されたポリマー溶液を減圧容器に供給して未反応モノマーや溶剤を蒸発させ、蒸発した揮発性物質を減圧容器の上部から、ポリマーを減圧容器の下部から、それぞれ排出させて分離するようにしたものである。

前述したように、ポリマーの用途の拡大と共に、純度の高いポリマーが要求されるようになってきているが、このためには、減圧容器内での溶剤等の蒸発作用を向上させることが必要となる。このためには、熱交換器を通過するポリマーの温度を円滑に上昇させて安定させる必要が生じ、ポリマー溶液は熱交換器の伝熱部に均等に供給される必要がある。

このため、熱交換器へ供給されるポリマー溶液を、分散板を通すことにより、該分散板上で分散させるようにしてある。この分散板は多数の透孔が形成された多孔板により形成されており、ポリマー溶液が透孔を通過する際の抵抗により分散板上に分散させて熱交換器へ供給するようにしたものである。

しかしながら、分散板の取り付け誤差や、高温のポリマー溶液が供給されることによる熱変形等により、分散板が傾いたり、平面状態を維持できずに凹凸状になる場合がある。分散板が傾いた姿勢等となってしまう場合には、該分散板に供給されたポリマー溶液は偏ってしまうことになり、伝熱部への均等な供給ができなくなってしまう。特に、ポリマーの粘度が低い場合には分散板を迅速に通過してしまい、伝熱部の偏った位置にのみ供給されることになって、十分な加熱を行えないおそれがある。また、製造量を増加させるために高粘度流体分離装置が大型化すると、熱交換器の伝熱部が大型化し、分散板も大型化するため、分散板の水平度を維持するためには堅牢な構造となってしまって、高粘度流体分離装置をさらに大型化してしまうおそれがある。

そこで、この発明は、熱交換器へ供給される高粘度流体を分散させるための分散板が傾いたりした場合でも、極力高粘度流体の供給初期において確実に分散させて、極力均等に熱交換器へ供給することができるようにした高粘度流体分離装置を提供することを目的としている。

前記目的を達成するための技術的手段として、この発明に係る高粘度流体分離装置は、減圧容器に装着された熱交換器に高粘度流体を供給する際に、該高粘度流体を分散させるための分散板を備えた高粘度流体分離装置において、前記分散板の高粘度流体を受け入れる受け面に、該受け面を複数部分に区画する区画堰を形成し、前記区画堰で区画された区画部のそれぞれに対向させて、高粘度流体の供給口を配したことを特徴としている。

前記供給管から高粘度流体が前記区画部に供給されると、該区画部内で分散板上に高粘度流体が分散する。分散板が傾いていたり、凹凸があったりした場合でも、区画堰により遮断されているので、隣接する区画部へ流れ込むことがない。このため、区画堰の高さを超える状態まで高粘度流体が供給された区画部に滞留することになる。この状態では、該区画部における分散板の受け面の全域が高粘度流体で覆われた状態となり、各区画部が同様な状態となった以後は、高粘度流体は区画部を越えて滞留することになる。したがって、分散板の全域が高粘度流体で覆われることになる。

また、前記区画堰の高さを、分散板による圧力損失の大きさに応じて、前記区画部の全域を高粘度流体が覆う状態を許容するのに十分なものとすることが好ましい。

すなわち、前記分散板は多孔板により形成されているから、高粘度流体は分散板を通過する際に圧力損失が生じる。他方、高粘度流体は前記熱交換器を通して吸引されているため、圧力損失による抵抗とこの吸引力及び供給ポンプによる押込力とにより、高粘度流体は前記区画部で分散することになる。前記区画部の全域に分散した状態となれば、以後は高粘度流体は吸引力と押込力とを受けて分散板を通過する。この状態となると、前記区画堰は機能しなくなる。したがって、区画堰の高さは、分散板による圧力損失の大きさに応じて、各区画部に供給された高粘度流体が分散して該区画部の全域を覆う状態となるまで高粘度流体の該区画部からの流出を阻止する高さがあれば十分である。

また、請求項２の発明に係る高粘度流体分離装置は、前記区画堰により受け面を４分割したことを特徴としている。

分散板の区画数を４区画としたものである。分割数が多くなれば、各区画部に高粘度流体が分散するまでの時間を短縮することができるが、各区画部に対応させて供給口を配しなければならないから、配管設備が煩雑となってしまう。また、２区画に分割する場合には、分散板が一方に傾いている場合には、各区画部においても一方の側に高粘度流体が滞留してしまうおそれがある。このため、少なくとも４区画とすることにより、いずれの方向に傾いていたとしても、高粘度流体はほぼ確実に分散する。

この発明に係る高粘度流体分離装置によれば、分散板に供給される高粘度流体は各区画部において分散することにより、分散板が傾いていたり、凹凸が生じている場合でも、確実に分散板の全域に高粘度流体を分散させることができる。したがって、熱交換器の伝熱部の全域に、ほぼ均等に高粘度流体を供給することができる。

また、高粘度流体は各区画部で確実に分散するから、区画堰の高さよりも液面が高くなった以後は、分散板の全域にわたって確実に分散させることができる。

また、請求項２の発明に係る高粘度流体分離装置によれば、分散板がいずれの方向に傾いたとしても、ほぼ確実に各区画部において高粘度流体を分散させることができ、したがって、分散板の全域にわたって高粘度流体を分散させて、熱交換器の伝熱部に均等に供給することができる。

以下、図示した好ましい実施の形態に基づいて、この発明に係る高粘度流体分離装置を具体的に説明する。

この実施形態では高粘度流体がポリマー溶液で、分離される揮発性物質が溶剤や未反応モノマー等である場合について説明する。図４は、この熱交換器を搭載した高粘度流体分離装置１のシステムを説明するフロー図で、ポリマー溶液は原料供給管２を通って高粘度流体分離装置１の熱交換器３に供給される。熱交換器３には熱媒体が熱媒体供給管4aを通して供給され、熱媒体回収管4bから回収され、図示しない加熱器を通って加熱された後、熱交換器３に供給されるように循環させてある。

高粘度流体分離装置１の前記熱交換器３の下側には減圧容器５が設けられており、熱交換器３を通って加熱されたポリマー溶液はこの減圧容器５に供給されることになる。この減圧容器５は真空ポンプ６により内部が吸引されて負圧とされており、この吸引管７の途中には気体と液体とを分離するコンデンサ８が設けられ、分離された気体は真空ポンプ６から排気系に回収され、液体はドラム９に貯留される。貯留された液体は回収ポンプ10により回収処理工程へ給送される。

図２は前記高粘度流体分離装置１の概略構造を示す一部断面図である。前述したように、この高粘度流体分離装置１は熱交換器３が減圧容器５の上側に装着された構造とされている。減圧容器５の胴部の外周面はジャケット11で覆われており、減圧容器５の断熱を果たしている。減圧容器５の下側には、図４に示すように、排出ポンプ12が装着されて、減圧容器５の下部に滞留したポリマーが排出される。

前記熱交換器３には、図２及び図３に示すようなプレートフィン型のものが用いられている。プレートフィン型の熱交換器３は、畝状に加工された金属板を複数枚重ねて接着され、畝によって形成された部分を流路として、異なる流体をこの流路が形成された伝熱部に導入して熱交換を行うものである。これらの熱交換器３の外側の面には、前記熱媒体供給管4aと熱媒体回収管4bが設けられている。すなわち、ポリマー溶液との熱交換に供される熱媒体は前記熱媒体供給管4aから供給されて、前記熱媒体回収管4bから排出されることになる。他方、ポリマー溶液は、図３において矢標Piで示す方向から供給され、矢標Poで示す方向に排出される。

図２に示すように、減圧容器５の上部に熱交換部14が設けられており、この熱交換部14に熱交換器３が収容されて装着されている。熱交換部14の上側には、前記原料供給管２が接続されており、ポリマー溶液はこの原料供給管２から熱交換部14に供給される。熱交換部14の上部には多孔板からなる分散板15が配されており、供給されたポリマー溶液はこの分散板15を通過することにより、分散して熱交換器３の伝熱部に均等に供給されるようにしてある。そして、熱交換器３を流通したポリマー溶液は前記減圧容器５に供給されることになる。

図１は前記分散板15の概略構造を示す斜視図である。この分散板15は、底面15aがパンチングメタル等の多数の透孔が形成された多孔板で形成されており、この底面15aの周縁部が側壁15b、15c、15d、15eで囲まれており、これら側壁15b、15c、15d、15eにより囲まれた面が、ポリマー溶液が供給される受け面とされている。また、底面15aの縦横の中央部には、区画堰16a、16bがほぼ直交させて設けられている。したがって、底面15aは側壁15bと区画堰16a、16bとによって４つの区画部17a、17b、17c、17dに区画されている。そして、前記原料供給管２の供給口2aは、これら区画部17a、17b、17c、17dに各別に対応させて設けられており、ポリマー溶液はこれら供給口2aからそれぞれの区画部17a、17b、17c、17dに供給されるようにしてある。また、前記区画堰16a、16bの高さは、分散板15による圧力損失を考慮して、ポリマー溶液の初期分散が果たされるものとする。

以上により構成されたこの発明に係る高粘度流体分離装置の作用を、以下に説明する。

前工程で製造された高粘度流体であるポリマー溶液は、前記原料供給管２から熱交換部14に供給される。このとき、ポリマー溶液は原料供給管２の各供給口2aから、それぞれの供給口2aに対応した前記区画部17a、17b、17c、17dに供給される。供給されたポリマー溶液が、多孔板により形成された分散板15を通過する際には、透孔を通過することによる抵抗を受ける。このため、ポリマー溶液は区画部17a、17b、17c、17dのそれぞれの部分で、区画堰16a、16bの高さに達するまで該区画部17a、17b、17c、17dに滞留しながら、透孔を通過して熱交換器３に供給される。また、分散板15の取り付け状態が傾いていたり、温度等の影響を受けて凹凸が形成されてしまった場合でも、ポリマー溶液が区画部17a、17b、17c、17d内で一方の側に偏ってしまうことがなく、該区画部17a、17b、17c、17dの全域に確実に分散させることができる。そして、滞留したポリマー溶液の液面が前記区画堰16a、16bを越えると、隣接する他の区画部17a、17b、17c、17dにも流入して、分散板15の全域に分散して通過することになる。したがって、分散板15を通過したポリマー溶液は、熱交換器３の全域に渡って前記矢標Pi方向から供給される。このとき、前記減圧容器５の内部は真空ポンプ６により吸引されているため負圧となっており、ポリマー溶液は分散板15から熱交換器３に吸い込まれ、さらに減圧容器５に吸い込まれることになる。

一方、熱交換器３には前記熱媒体供給管4aから熱媒体が供給されている。この熱媒体は、伝熱部を通って前記熱媒体回収管4bから排出されて回収される。この伝熱部を通過する際に、前記ポリマー溶液との間で熱交換が行われて、該ポリマー溶液が加熱される。

熱交換器３を通過して加熱されたポリマー溶液は減圧容器５に供給される。このとき、減圧容器５内の負圧を受けてフラッシュされることになり、ポリマー溶液中の溶剤や未反応モノマー等の揮発性物質が気化して、ポリマーが分離される。気化した揮発性物質は真空ポンプ６の吸引力を受けて前記吸引管７から減圧容器５の外部に排出され、ポリマーは減圧容器５の下部に滞留し、前記排出ポンプ12により排出されて、後処理工程へ給送される。

なお、気化して真空ポンプ６により吸引された揮発性物質は、コンデンサ８により凝縮され、気体分はさらに真空ポンプ６により吸引されて、該真空ポンプ６の吐出口から排気処理工程へ給送される。また、コンデンサ８により凝縮されて分離された揮発性物質は前記ドラム９に貯留され、回収ポンプ10により回収され、調整されたのち再使用される。

以上説明した実施形態では、１基の熱交換器３を設置した構造として説明したが、高粘度流体の処理量に応じた減圧容器５の規模に対応させて、必要に応じて複数基の熱交換器３を装着させて高粘度流体を均一に加熱することができるようにすればよい。

また、分散板15を４つの区画部17a、17b、17c、17dに区画した構造として説明したが、区画数は減圧容器５の規模に応じたものとすればよい。しかし、分散板15が傾いた状態にある場合には、ポリマー溶液は一方の側に偏ってしまうため、２つに区画した構造では、十分に分散させることができない。これに対して、４つに区画してある場合には、傾いた方向がいずれであっても区画堰16a、16bに遮断されるため、確実に分散板15上を分散させることができる。

この発明に係る高粘度流体分離装置によれば、供給された高粘度流体を確実に分散させて熱交換器に供することができるから、高粘度流体の加熱処理の安定化を図り、後続する減圧容器に十分に加熱された粘度流体を供給して、効率よく揮発性物質を除去させることができるので、ポリマーの製造の安定化に寄与する。

この発明に係る高粘度流体分離装置に用いられる分散板の概略構造を示す斜視図である。この発明に係る熱交換器を装着した高粘度流体分離装置の概略構造を示す一部断面図である。熱交換器の概略構造を説明する斜視図である。この発明に係る熱交換器の用途を説明する図で、ポリマー溶液から溶剤等を除去する高粘度流体分離システムを説明するフロー図である。

符号の説明

１高粘度流体分離装置
２原料供給管
３熱交換器
4a 熱媒体供給管
4b 熱媒体回収管
５減圧容器
６真空ポンプ
７吸引管
８コンデンサ
９ドラム
10 回収ポンプ
11 ジャケット
12 排出ポンプ
14 熱交換部
15 分散板
15a 底面
15b、15c、15d、15e 側壁
16a、16b 区画堰
17a、17b、17c、17d 区画部

Claims

減圧容器に装着された熱交換器に高粘度流体を供給する際に、該高粘度流体を分散させるための分散板を備えた高粘度流体分離装置において、
前記分散板の高粘度流体を受け入れる受け面に、該受け面を複数部分に区画する区画堰を形成し、
前記区画堰で区画された区画部のそれぞれに対向させて、高粘度流体の供給口を配したことを特徴とする高粘度流体分離装置。
前記区画堰により受け面を４分割したことを特徴とする請求項１に記載の高粘度流体分離装置。