JPH11335453A - ポリエチレンテレフタレートの製造方法及び製造装置 - Google Patents

ポリエチレンテレフタレートの製造方法及び製造装置

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JPH11335453A
JPH11335453A JP14690998A JP14690998A JPH11335453A JP H11335453 A JPH11335453 A JP H11335453A JP 14690998 A JP14690998 A JP 14690998A JP 14690998 A JP14690998 A JP 14690998A JP H11335453 A JPH11335453 A JP H11335453A
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JP
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reactor
polyester
producing
polymerization
stirring
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JP14690998A
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English (en)
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Hidekazu Nakamoto
英和 中元
Susumu Harada
原田  進
Yasunari Sase
康成 佐世
Michio Suzuki
宙夫 鈴木
Chikao Oda
親生 小田
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の反応に必要な反応器を最少限とし、反
応に必要な撹拌消費動力を最少とするポリエチレンテレ
フタレートの連続製造方法を得ることである。 【解決手段】ポリエステルの製造装置として、エステル
化反応器、初期重合反応器、最終重合反応器の3缶と
し、エステル化反応器と初期重合反応器には外部撹拌動
力源を持たない反応器とし、最終重合反応器は横形一軸
式の低速回転型の反応器とすることにより達成される。 【効果】必要最小限の反応器構成により、最少のエネル
ギーコストで品質の良い繊維用ポリエステル重合物を効
率良く生産することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ポリエチレンテレ
フタレ−ト、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレ
ンナフタレート等のポリエステル系高分子の連続製造方
法および装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、ポリエチレンテレフタレ−ト等の
重縮合系高分子の製造方法としては原料としてテレフタ
ル酸とエチレングリコールをエステル化のために適当な
割合で混合槽に入れ、ポンプによりエステル化反応槽へ
送る。このエステル化工程は撹拌翼付きの撹拌槽を2か
ら3個直列に配置し、副反応物としてでる水を蒸留塔で
分離する。次に前重合工程として立形撹拌槽や横形の撹
拌槽が複数台設置されさらに最終重合工程として横形の
撹拌槽が設置されている。これらの重合工程の槽には副
反応物として出るエチレングリコールを除去するために
コンデンサーが設置され、減圧雰囲気で運転される。従
来のポリエステル製造工程では反応槽の数が4から6缶
あり、それぞれの反応槽には撹拌翼とその動力源が装備
され、また副反応物を分離除去するための蒸留塔やコン
デンサーが設置されている。さらに重合工程は減圧雰囲
気で運転されるために真空手段はべつの装置によって操
作しなければならず、製造装置の運転には高額の維持費
と装置経費を必要としている。なお、この種の関連技術
としては、WO95/11268号公報がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は高分子量ポリ
エステルの生産のための公知の方法を改善したものであ
り、装置全体の効率を向上し、工場設備のエネルギー節
約により経済的に操作するものである。
【0004】本発明の目的は、上記従来技術を改善し、
必要最小限の反応器構成により、最少のエネルギーで品
質の良い繊維用の重合物を効率良く反応させる連続重縮
合装置及び連続重縮合方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的は、エステル化
工程、前重合工程、最終重合工程をそれぞれ一槽とし、
撹拌動力を必要とする槽は最終重合工程のみとすること
によって達成される。
【0006】
【発明の実施の形態】図1に本発明の一実施例を示す。
図1は本発明のポリエチレンテレフタレートの連続製造
プロセスの装置講成図である。工業的なポリエステルの
製造方法として、直接エステル化法が、経済的に非常に
有利であるので、最近では直接エステル化方法が多く採
用されている。図において1はポリエチレンテレフタレ
ートの原料であるTPA(テレフタル酸)とEG(エチ
レングリコール)を所定の割合で混合、撹拌する原料調
整槽である。製造プロセスの中にはこの段階で重合反応
触媒や安定剤、色調調整剤などの添加物を加える場合が
ある。また、触媒や安定剤の組み合わせにおいては後述
する途中添加装置によりエステル化工程を終了後に投入
する場合もある。重合反応触媒としてはアンチモン、チ
タン、ゲルマニウム、錫、亜鉛、等の金属化合物があげ
られ、使用する触媒の種類や組み合わせにより、反応速
度が異なるだけでなく、生成するポリエステルの色相及
び熱安定性が異なることが良く知られている。さらにこ
れらの反応は触媒の存在化で高温で長時間行われるため
に種々の副反応が伴い、重合物が黄色に着色したり、ジ
エチレングリコール(DEG)の含有量や末端カルボキ
シル基濃度が適正値以上に増加して、ポリエステルの融
点及び強度の低下などの物理的性質が低下したりする。
このような問題点を改良するために新しい触媒の開発が
試みられているが、現在最も多く工業的に使用されてい
るアンチモン化合物、特に三酸価アンチモンが価格や性
能面で優れている。しかし、この触媒を用いても生成し
たポリエステル重合物の着色は避けられない。このため
に安定剤として燐系安定剤(例えばトリメチルホスフェ
ート、トリフェニルホスフェート)を併用して改善して
いる。また、別の製造プロセスにおいては重合触媒や安
定剤の投入位置を工夫して品質を安定させている。通常
のプロセスでは触媒の量は200から400ppmを安
定剤の量は50から200ppmを用いるのが好まし
い。
【0007】以上のように調整された原料はエステル化
反応槽3へ原料を供給する供給ライン2を経由して行
く。エステル化反応槽(第1反応器)3の外周部には処
理液を反応温度に保つためにジャケット構造(図示せ
ず)になっており液の内部には液の加熱手段として多缶
式熱交換機4が設置され外部からの熱源により処理液を
加熱し、自然循環により内部の液を循環しながら反応を
進行させる。ここで最も望ましい反応器の型はエステル
化反応を自己の反応により生成する副反応物の蒸発作用
を利用して反応器内の処理液を自然循環させるカランド
リア型が望ましい。この形の反応器は外部の撹拌動力源
を必要としないため装置構成が単純でしかも撹拌軸の軸
封装置も不要となり反応器の制作コストが安価となる利
点がある。このような反応器の一例として特願平8−2
49769に示す様な装置が望ましい。しかし、本発明
においてこの装置を限定するものではなくプロセス上の
理由から撹拌翼を持った反応器を使用しても差し支えな
い。第1反応器において、反応により生成する水は水蒸
気となり、気化したEG蒸気と気相部5を形成する。こ
のときの推奨すべき反応条件としては温度は240度か
ら280度で加圧条件が望ましい。気相部5のガスはそ
の上流側に設けられた精留塔(図示せず)により水とE
Gとに分離され、水は系外に除去され、EGは再び系内
に戻される。本発明の利点としてエステル化工程を一つ
の反応器で処理することにより精留塔の数を一つにする
ことが可能となり、精留塔の制作経費だけでなく配管や
バルブの数制御装置の数などを削減でき大幅な装置コス
トの低減となる。
【0008】エステル化反応槽3で所定の反応時間経過
した処理液は所定のエステル化率に到達し、連絡管6に
より初期重合槽(第2反応器)7に供給される。連絡管
6には途中添加装置16が設けられる場合がある。この
装置はエステル化反応に寄与しない重合触媒や安定剤、
添加剤等をプロセスに投入するためのもので、この装置
は投入物の種類に応じて複数台設置される。特に繊維用
の用途には色調調整用としてエチレングリコール溶液に
分散させた二酸化チタンを途中添加ライン15より途中
添加装置16を経由して注入する。この時の連絡管6内
の処理液の温度はプロセスラインの許容最低温度(推奨
すべき温度は260℃から270℃)とし、ラインの圧
力も添加したエチレングリコールの蒸気圧以上に設定す
る。プラント全体の熱媒の温度制御に置いても特に連絡
管6のラインの温度管理が可能なように構成する。さら
に、添加後のプロセス液中の分散性を向上させるために
スタティックミキサやラインミキサーを取り付ける場合
もある。この後、処理液は熱交換器8により所定の反応
温度に加熱され重縮合反応を行い重合度を上昇させる。
このときの反応条件としては270度から295度で圧
力は266Paから133Paで重合度20から40程
度まで反応させる。
【0009】本実施例で示した初期重合槽は撹拌翼を持
たない反応器を用いて説明しているがこの反応器を限定
するものではない。しかし、初期重合段階においては反
応は重合反応速度が反応の速度の律束となっている段階
であり反応に必要な熱量を十分に供給すれば反応は順調
に進行していく。この観点から処理液は撹拌翼で不必要
な撹拌作用を受ける必要はなく重縮合反応によって生成
するEGが系外に離脱するだけでよい。このような操作
に最適な反応器としては特願平8−233855に示す
様な装置が望ましい。反応により発生するEGは減圧雰
囲気に保たれた気相部9で気化し、その上流側に設けら
れたコンデンサーで凝縮した後に系外へ排出される。本
発明の利点として初期重合工程を一つの反応器で処理す
ることによりコンデンサーの数を一つにすることが可能
となり、コンデンサーの制作経費だけでなく配管やバル
ブの数制御装置の数などを削減でき大幅な装置コストの
低減となる。初期重合槽(第2反応器)7で所定の反応
時間を経過した処理液は連絡管10により最終重合機
(第3反応器)11に供給される。最終重合機では中心
部に撹拌軸の無い撹拌翼12により良好な表面更新作用
を受けながらさらに重縮合反応を進め重合度を上昇させ
目的の重合度のポリマーを製造する。最終重合機(第3
反応器)として最適な装置としては日本国出願特許、特
願平8−233857に記載の装置が表面更新性能、消
費動力特性が最も優れている。また、処理液の粘度範囲
が広いので従来、2槽に分割したりして処理していたも
のを一台の装置で可能となり大幅な装置コストの低減と
なる。
【0010】以下、本発明の実施例を説明するとエチレ
ングリコールと高純度テレフタル酸のモル比が1.7に
なるように調整したスラリー槽に重合触媒として三酸価
アンチモンを200ppm、安定剤としてトリメチルリ
ン酸を50ppm、色調整剤として二酸化チタンを35
00ppm投入し、生産量80kg/hの処理量で運転
した。この時の各反応器の運転条件はエステル化反応温
度280℃、圧力50kPa、滞留時間2時間、初期重
合の第2反応器の反応温度288℃、圧力2.4kP
a、滞留時間1時間、最終重合の第3反応器の反応温度
280℃、圧力0.13kPa、滞留時間0.9から
1.1時間であった。生産したポリマーの極限粘度は
0.57から0.63(dl/g)、酸価は33から3
0(当量/トン)、色相はハンター法によりポリマーチ
ップを日本電色工業(株)製SE−2000により測定
した結果、L=75.9から77.5,b=1.83か
ら1.21を得た。この結果は従来の5缶法プロセスで
製造したポリマーと同等の品質である。
【0011】以上の装置構成において繊維用のポリエチ
レンテレフタレートを製造すると従来の装置構成と比較
して、反応器の数が減少しているために装置の経費が節
約出来るのと装置数の減少に伴い装置に付随する蒸留塔
やコンデンサーを減少させ、それらを連結する配管や計
装部品やバルブ類を大幅に節約できると共に真空源や熱
媒装置等のユーティリチィ関係費が大幅に低下するので
ランニングコストが安くなる利点がある。
【0012】
【発明の効果】本発明によれば、繊維用のポリエステル
の連続製造設備をエステル化工程、前重合工程、最終重
合工程の3つの反応器とすることにより、装置全体の効
率を向上し、工場設備のエネルギー節約により経済的に
操作するできるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるポリエチレンテレフタレートの連
続製造プロセスの一実施例を示すの装置構成図である。
【符号の説明】
1…原料調整槽、2…原料供給ライン、3…エステル化
反応槽、4…熱交換器、5…気相部、6…連絡管、7…
初期重合槽、8…熱交換器、9…気相部、10…連絡
管、11…最終重合機、12…撹拌翼、13…ポリマ
ー、14…撹拌動力源、15…途中添加投入ライン、1
6…途中添加装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 宙夫 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者 小田 親生 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】芳香族ジカルボン酸またはその誘導体とグ
    リコール類とを反応させて、平均重合度3から7以下の
    オリゴエステルまたはポリエステルを製造する第1反応
    器、該成生物を重縮合させて、平均重合度20から40
    の低重合物を製造する第2反応器、該低重合物をさらに
    重縮合させ、平均重合度90から180まで重縮合させ
    高分子量ポリエステルを製造する第3反応器とを用いて
    ポリエステルを製造する方法において、上記の第1反応
    器と第2反応器のうち少なくとも一つ以上の反応器は外
    部動力源による撹拌機能を持たない反応器で構成される
    製造装置を用いて繊維用のポリエステルを製造すること
    を特徴とするポリエステルの連続製造方法。
  2. 【請求項2】請求項1記載の第3反応器において、反応
    器は横形の円筒状容器本体長手方向の一端下部及び他端
    下部にそれぞれ被処理液の入口及び出口を有し、本体の
    上部に揮発物の出口を持ち、本体内部の長手方向に本体
    の内側に近接して回転する撹拌ロータを設けた装置と
    し、本体内部の撹拌ロータが処理液の粘度に応じて複数
    個の撹拌翼ブロックで構成され、撹拌ロータの中心部に
    回転シャフトを持たない撹袢翼をもった反応器で構成さ
    れる製造装置を用いて繊維用のポリエステルを製造する
    ことを特徴とするポリエステルの連続製造方法。
  3. 【請求項3】芳香族ジカルボン酸またはその誘導体とグ
    リコール類とを反応させて、平均重合度3から7以下の
    オリゴエステルまたはポリエステルを製造する第1反応
    器、該成生物を重縮合させて、平均重合度20から40
    の低重合物を製造する第2反応器、該低重合物をさらに
    重縮合させ、平均重合度90から180まで重縮合させ
    高分子量ポリエステルを製造する第3反応器とを用いて
    ポリエステルを製造する方法において、第3反応器は横
    形の円筒状容器本体長手方向の一端下部及び他端下部に
    それぞれ被処理液の入口及び出口を有し、本体の上部に
    揮発物の出口を持ち、本体内部の長手方向に本体の内側
    に近接して回転する撹拌ロータを設けた装置とし、本体
    内部の撹拌ロータが処理液の粘度に応じて複数個の撹拌
    翼ブロックで構成され、撹拌ロータの中心部に回転シャ
    フトを持たない撹袢翼をもった反応器で構成される製造
    装置を用いて繊維用のポリエステルを製造することを特
    徴とするポリエステルの連続製造方法。
  4. 【請求項4】請求項1、2、および3のいずれか記載の
    ポリエステルの連続製造方法において、原料である芳香
    族ジカルボン酸またはその誘導体とグリコール類とのモ
    ル比が1:1.05〜1:2.0の範囲で供給し、第1
    反応器の温度は240度〜295度、圧力は大気圧から
    3×105Pa、第2反応器の温度は250度〜295
    度、圧力は大気圧から133Pa、第3反応器の温度は
    270度〜295度、圧力は200から13.3Paの
    範囲で運転して繊維用のポリエステルを製造することを
    特徴とするポリエステルの連続製造方法。
  5. 【請求項5】請求項1、2、および3のいずれか記載の
    ポリエステルの連続製造方法において、第3反応器の撹
    袢翼の回転数範囲を0.5rpmから10rpmとして
    繊維用のポリエステルを製造することを特徴とするポリ
    エステルの連続製造方法。
  6. 【請求項6】請求項1、2、および3のいずれか記載の
    ポリエステルの連続製造方法において、第1反応器、第
    2反応器、第3反応器の合計反応時間が3から8時間の
    間で運転して繊維用のポリエステルを製造することを特
    徴とするポリエステルの連続製造方法。
  7. 【請求項7】請求項4記載のポリエステルの連続製造方
    法において、第1反応器と第2反応器の間の配管に二酸
    化チタンを分散したエチレングリコールを添加する際
    に、添加するラインのプロセス温度を全体プロセスの最
    低温度に設定し、プロセスの圧力はエチレングリコール
    の蒸気圧より高く保つように制御し、運転して繊維用の
    ポリエステルを製造することを特徴とするポリエステル
    の連続製造方法。
  8. 【請求項8】芳香族ジカルボン酸またはその誘導体とグ
    リコール類とを反応させて、平均重合度3から7以下の
    オリゴエステルまたはポリエステルを製造する第1反応
    器、該成生物を重縮合させて、平均重合度20から40
    の低重合物を製造する第2反応器、該低重合物をさらに
    重縮合させ、平均重合度90から180まで重縮合させ
    繊維用の高分子量ポリエステルを製造する第3反応器と
    からなり、上記第1反応器と第2反応器のうち少なくと
    も一つ以上の反応器は外部動力源による撹拌機能を持た
    ない反応器で構成されることを特徴とするポリエステル
    の連続製造装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SG93884A1 (en) * 2000-03-09 2003-01-21 Hitachi Ltd Process and apparatus for producing polybutylene terephthalate
JP2004002902A (ja) * 2000-03-09 2004-01-08 Hitachi Ltd ポリブチレンテレフタレートの製造方法及び製造装置
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