JP2003226703A - 重合反応容器及び塩化ビニル樹脂の製造方法 - Google Patents

重合反応容器及び塩化ビニル樹脂の製造方法

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JP2003226703A
JP2003226703A JP2002029183A JP2002029183A JP2003226703A JP 2003226703 A JP2003226703 A JP 2003226703A JP 2002029183 A JP2002029183 A JP 2002029183A JP 2002029183 A JP2002029183 A JP 2002029183A JP 2003226703 A JP2003226703 A JP 2003226703A
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heat exchanger
polymerization reaction
reflux heat
reflux
reaction vessel
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JP2002029183A
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Kazutoshi Kotani
和利 小谷
Katsuyuki Takagi
勝幸 高木
Akio Okada
暁夫 岡田
Teruyuki Suzuki
輝行 鈴木
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SHIN DAIICHI ENBI KK
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SHIN DAIICHI ENBI KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 還流熱交換器が本来持つ総括伝熱係数に殆ど
近い性能を発揮させ、還流熱交換器を小型化し、冷却能
力を大幅に大きくすることにより、重合反応時間を大幅
に短縮して、生産性を高めることが可能となる重合反応
容器及び該重合反応容器を用いて塩化ビニル系モノマー
の懸濁重合又は乳化重合を行う塩化ビニル樹脂の製造方
法を提供する。 【解決手段】 還流熱交換器を装着した重合反応容器で
あって、該還流熱交換器の下部及び頂部はそれぞれ異な
る配管で重合反応容器に連結されている重合反応容器。
好ましくは、還流熱交換器が竪型かつ多管式の還流熱交
換器であり、還流熱交換器の頂部と重合反応容器の頂部
とを連結した配管内を重合反応容器内の凝縮性モノマー
ガスが通過して還流熱交換器の頂部に導入され、該還流
熱交換器の頂部から下部へ移動しつつ凝縮して重合反応
容器へ還流する重合反応容器。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、還流熱交換器を使
用して凝縮性モノマーを重合する重合反応容器及び該重
合反応容器を用いて塩化ビニル系モノマーの懸濁重合又
は乳化重合を行う塩化ビニル樹脂の製造方法に関する。
更に詳しくは、還流熱交換器の多管内で流下する凝縮液
と上昇する被凝縮液の向流を防ぎ、円滑な凝縮液の流下
を作ることで総括伝熱係数の低下を防ぎ、熱交換器の小
型化及び 冷却能力を大きくできる還流熱交換器を備え
た重合反応容器及び該重合反応容器を用いて塩化ビニル
系モノマーの懸濁重合又は乳化重合を行う塩化ビニル樹
脂の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】本発明は塩化ビニル系モノマーの重合に
は限られないが、例えば懸濁重合にあっては、塩化ビニ
ル系重合体は撹拌しながら塩化ビニル系モノマーを水性
媒体中で油溶性ラジカル開始剤を用いて懸濁重合するこ
とにより製造される。近年、反応時間を短縮することで
生産性を向上させるため、還流熱交換器を重合反応容器
の上部に設置し、反応熱の一部を除熱させる方法がとら
れてきた。
【0003】還流熱交換器の構造は一般的には、竪型、
多管式であり、重合反応容器の気相部に直結あるいは配
管で連結されており、被凝縮ガスと凝縮液とが同一の穴
あるいは接続配管内で、上昇するガス流と下降する凝縮
液とが向流するか、被凝縮ガスだけを上昇させる配管を
竪型・多管式還流熱交換器の下部胴体カバー(チャンネ
ルカバー)に接続し、凝縮した液と向流させないで重合
缶に戻す方法が採られている。しかし、これらの方法で
は、還流熱交換器の管内で被凝縮ガスと凝縮液が向流す
ることは避けられず、多管内で凝縮液による液詰まり
(フラッディング)が起こり断熱面積の減少や総括伝熱
係数の低下を招くので、還流熱交換器内のそれぞれの管
径を大きくするか、管の数を多くするなどの設計が必要
となり、装置の大型化は避けることができなかった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】かかる現状において、
本発明が解決しようとする課題は、還流熱交換器が本来
持つ総括伝熱係数に殆ど近い性能を発揮させ、還流熱交
換器を小型化し、冷却能力を大幅に大きくすることによ
り、重合反応時間を大幅に短縮して、生産性を高めるこ
とが可能となる重合反応容器及び該重合反応容器を用い
て塩化ビニル系モノマーの懸濁重合又は乳化重合を行う
塩化ビニル樹脂の製造方法を提供する点にある。
【0005】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明のうち
第一の発明は、還流熱交換器を装着した重合反応容器で
あって、該還流熱交換器の下部及び頂部はそれぞれ異な
る配管で重合反応容器に連結されている重合反応容器に
係るものである。また、本発明のうち第二の発明は、上
記の重合反応容器を用いて塩化ビニル系モノマーの懸濁
重合又は乳化重合を行う塩化ビニル樹脂の製造方法に係
るものである。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明の還流熱交換器としては、
竪型かつ多管式の還流熱交換器を用いることができる。
この還流熱交換器の頂部と重合反応容器の頂部とは配管
で連結されている(以下この配管をガス導入管とい
う)。本発明の重合反応容器で重合反応を行う場合、こ
のガス導入管内を重合反応容器内の凝縮性モノマーガス
が通過して還流熱交換器の頂部に導入され、該還流熱交
換器の頂部から下部へ移動しつつ凝縮して重合反応容器
へ還流する。
【0007】このような凝縮性のモノマーガスがガス導
入管通過して還流熱交換器で凝縮して重合反応容器へ還
流する循環は、ガス導入管の重合反応容器との連結部分
と還流熱交換器の頂部との差圧が還流熱交換器の頂部と
還流熱交換器の下部の重合反応容器との連結部分との差
圧よりも小である場合に円滑に行われる。この場合のガ
ス導入管路は被凝縮ガスが流れた時に生じる管路差圧が
20KPa以下、好ましくは10KPa以下、あるい
は管長(L)と管径(D)の比L/Dを30〜100に
するのは好ましい形態である。
【0008】本発明の重合反応容器は、上記の条件を充
足するものであればその他の構造、形状等に特に制限は
ない。通常、ステンレス製のたて長の円筒容器であっ
て、重合反応熱を除去するために容器の外部、あるいは
内部に冷却水を通すジャケットを有し、また反応熱を補
助的に除去する、多管式の還流熱交換器を装着して該還
流熱交換器の管内に被凝縮ガスを通し、シェル内には冷
却水を通して除熱する。水性媒体、モノマー及び油溶性
ラジカル開始剤を均一に混合するための撹拌装置と複数
のバッフルを容器の頂部あるいは底部から備えてなる圧
力容器である。
【0009】本発明の重合反応容器は、凝縮性モノマー
であれば使用可能である。例えば、酢酸ビニル、プロピ
オン酸ビニル等のビニルエステル類、メチルビニルエー
テル、エチルビニルエーテル等のアルキルビニルエーテ
ル類、エチレン、プロピレン等のα-オレフィン類等が
挙げられ、塩化ビニルと共重合可能なアクリル酸、アク
リル酸エステル類も使用可能である。
【0010】塩化ビニル系モノマーの懸濁法重合反応容
器として用いる場合、該容器内に塩化ビニル系モノマ
ー、水性媒体及び油溶性ラジカル開始剤等を仕込み、撹
拌を行って重合反応熱を容器ジャケット及び補助冷却器
である還流熱交換器により除熱しながら反応をすすめて
塩化ビニル系重合体を得る。通常の重合条件は反応温度
40℃から75℃、反応時間3時間から10時間であ
る。
【0011】ガス導入管の被凝縮ガス取り出し位置は、
重合缶の頂部半楕円部の中心とするのがよいが、頂部半
楕円部であればどこであってもよい。導入管の途中にガ
スの流れを遮断する弁があってもよい。ガス導入管は二
重管として冷却水を通し、ガス導入管内部に液の薄膜を
作り重合体の付着を防止することもできる。またガス導
入管入口部に付着防止剤を散布するノズルを装備させ、
重合後の洗浄工程で付着防止剤を散布したり、重合中に
脱塩水を間欠あるいは連続的に散水しても重合体の付着
防止に有効である。
【0012】ガス導入管内面の仕上げ精度は電解研磨E
P−6としてもよいが、管製作時の引抜き鋼管状態のま
までもよい。
【0013】本発明のガス導入管の一端を還流熱交換器
の頂部と重合反応容器の気相部とを配管で連結させた還
流熱交換器を備えた重合反応容器は、還流熱交換器の管
内で凝縮したモノマー液と被凝縮ガスの流れを向流させ
ずに一方方向の流れにすることができるので、上昇する
被凝縮ガスが凝縮液の流下しようとするのを妨げること
で生じる凝縮液が管内で詰まることが防止できる。その
結果、還流熱交換器が本来持つ総括伝熱係数に殆ど近い
性能を発揮させることができるようになり、還流熱交換
器を小型化して、冷却能力を大幅な増大、重合反応時間
の大幅な短縮等により、樹脂の生産性を高めることが可
能となった。
【0014】
【実施例】実施例1 還流熱交換器底部と重合缶気相部を内径800φからな
る配管でつなぎ、反応器気相部と還流熱交換器頂部を呼
び径200A(8インチ)、長さ12mのガス導入管で
接続した管径25.4mm、管本数485、伝熱面積
(外径基準)150m2を有した竪型・多管式還流熱交
換器を備えた容積100m3 反応器に塩化ビニルモノマ
ー39m3、脱塩水42.5m3、分散剤750ppm
(対モノマー)及び油溶性開始剤500ppm(対モノマ
ー)を添加して撹拌し、反応温度を57℃に調節しなが
ら反応を進め、重合率25%に到達する前までに反応器
内の非凝縮ガス(主に窒素ガス)を還流熱交換器の頂部
に設けたイナートガスベント弁を一定時間開けて、重合
反応容器及び還流熱交換器から系外へ移動させ,還流熱
交換器の冷却開始に備えた。そして重合率が25%に到
達した頃に還流熱交換器のジャケットに冷却水を通し、
冷却を開始させた。冷却開始30分後には冷却量が80
0,000Kcal/Hrに達し、更に20分後には目
標の1,400,000Kcal/Hrに達した。反応
途中の還流熱交換器の冷却水量は175m3/Hr、入
口水温30℃、出口水温38℃で推移し、反応停止前の
30分まで除熱量1,400,000Kcal/Hrを
継続させ、その後、徐々に負荷熱量を下げて停止させ
た。反応時間は4.5時間で終わった。還流熱交換器の
総括伝熱係数は410Kcal/m2・Hr・degで
あった。
【0015】比較例1 ガス導入管がない 還流熱交換器底部と重合缶気相部を
内径800φ径の配管でつながれた、管径25.4m
m、管本数485、伝熱面積(外径基準)150m2
有した竪型・多管式還流熱交換器を備えた容積100m
3反応器に塩化ビニルモノマー39m3、脱塩水42.5
3、分散剤750ppm(対モノマー)及び油溶性開始
剤500ppm(対モノマー)を添加して撹拌し、反応温
度を57℃に調節しながら反応を進め、重合率25%到
達する前までに反応器内の非凝縮ガス(主に窒素ガス)
を還流熱交換器の頂部に設けたイナートガスベント弁を
一定時間開けて、重合反応容器及び還流熱交換器から系
外へ移動させ,還流熱交換器の冷却開始に備えた。そし
て重合率が25%に到達した頃に還流熱交換器のジャケ
ットに冷却水を通し、冷却を開始させた。冷却開始30
分後には冷却量が800,000Kcal/Hrに達
し、更に20分後に 目標の1,400,000Kcal
/Hrにしようと還流熱交換器ジャケット冷却水量を1
75m3/Hrまで増加させたが、除熱量は900,0
00Kcal/Hrまでしか上昇せず、還流熱交換器の
冷却水量は175m3/Hr、入口水温30℃、出口水
温35.1℃で推移し、反応停止前の30分まで 除熱
量900,000Kcal/Hrと変わらなかった。そ
の後、徐々に負荷熱量を下げて停止させた。反応時間は
4.5時間で終わった。還流熱交換器の総括伝熱係数は
246Kcal/m2・Hr・degであった。
【0016】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明により、還
流熱交換器が本来持つ総括伝熱係数に殆ど近い性能を発
揮させ、還流熱交換器を小型化し、冷却能力を大幅に大
きくすることにより、重合反応時間を大幅に短縮して、
生産性を高めることが可能となる重合反応容器及び該重
合反応容器を用いて塩化ビニル系モノマーの懸濁重合又
は乳化重合を行う塩化ビニル樹脂の製造方法を提供する
ことができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の還流熱交換器を備えた重合反応容器の
例を示す図である。
【符号の説明】
1:イナートガス ベントライン 2:還流熱交換器 頂部カバー 3:ガス導入管 遮断弁 4:ガス導入管 5:還流熱交換器 6:重合缶 還流熱交換器 接続配管 7:還流熱交換器 冷却水配管 8:還流熱交換器 底部カバー 9:重合缶 気相半楕円部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡田 暁夫 千葉県市原市姉崎海岸5の1 住友化学工 業株式会社内 (72)発明者 鈴木 輝行 千葉県市原市姉崎海岸5の1 住友化学工 業株式会社内 Fターム(参考) 4J011 AA01 AB03 AB15 DA01 DA03 DB12 DB14 DB23 DB27 DB36 JA01 JB02 JB07 JB15 KA00 KB00

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 還流熱交換器を装着した重合反応容器で
    あって、該還流熱交換器の下部及び頂部はそれぞれ異な
    る配管で重合反応容器に連結されている重合反応容器。
  2. 【請求項2】 前記還流熱交換器が竪型かつ多管式の還
    流熱交換器である請求項1記載の重合反応容器。
  3. 【請求項3】 前記還流熱交換器の頂部と重合反応容器
    の頂部とを連結した配管内を重合反応容器内の凝縮性モ
    ノマーガスが通過して還流熱交換器の頂部に導入され、
    該還流熱交換器の頂部から下部へ移動しつつ凝縮して重
    合反応容器へ還流する請求項1又は2記載の重合反応容
    器。
  4. 【請求項4】 前記還流熱交換器の頂部と重合反応容器
    の頂部とを連結した配管内の差圧が還流熱交換器の頂部
    と還流熱交換器の下部の重合反応容器との連結部分との
    差圧よりも小である請求項1から3のいずれかに記載さ
    れた重合反応容器。
  5. 【請求項5】 前記還流熱交換器の頂部と重合反応容器
    の頂部とを連結した配管内の差圧が20KPa以下であ
    る請求項4に記載の重合反応容器。
  6. 【請求項6】 請求項1から5のいずれかに記載の重合
    反応容器を用いて塩化ビニル系モノマーの懸濁重合又は
    乳化重合を行う塩化ビニル樹脂の製造方法。
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