(57)【要約】【課題】反応液中での反応により反応生成物を得る際に、ノズルの内壁面に反応生成物が付着するのを抑制することができる反応装置を提供すること。【解決手段】反応液中で反応を行うための反応装置であって、前記反応液が収容され、反応が行われる反応槽と、前記反応槽に収容された前記反応液を撹拌する撹拌翼と、前記反応槽の内部と連通するノズルと、前記撹拌翼の撹拌により、前記反応槽の中を流通する前記反応液が流入して、前記ノズルの内部に導入される導入流路と、前記導入流路を流通して前記ノズルの内部へ流入した前記反応液が前記反応槽の内部に導出される導出流路とを有する、反応装置。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応液中で反応を行うための反応装置であって、
前記反応液が収容され、反応が行われる反応槽と、
前記反応槽に収容された前記反応液を撹拌する撹拌翼と、
前記反応槽の内部と連通するノズルと、
前記撹拌翼の撹拌により、前記反応槽の中を流通する前記反応液が流入して、前記ノズルの内部に導入される導入流路と、
前記導入流路を流通して前記ノズルの内部へ流入した前記反応液が前記反応槽の内部に導出される導出流路と
を有する、反応装置。
【請求項２】
前記ノズルの内部を、前記反応槽の中を流通する前記反応液の流向に対して前後に区画して、前記導入流路および前記導出流路を形成する板バッフルを有する、
請求項１に記載の反応装置。
【請求項３】
前記ノズルの内部を内外に区画して、前記導入流路および前記導出流路を形成する筒状の流路部材を有する、
請求項１に記載の反応装置。
【請求項４】
前記板バッフルは、前記ノズルから前記反応槽の内部に延出した延出部を有し、
前記延出部の面は、前記反応槽の中を流通する前記反応液の流向を、前記導入流路の内部へと変更する向きに配置されている、
請求項２に記載の反応装置。
【請求項５】
前記筒状の流路部材は、前記ノズルから前記反応槽の内部に延出した延出部を有し、
前記延出部は、前記反応槽の中を流通する前記反応液を、前記筒状の流路部材の内側に形成された前記導入流路へ導入する導入口を有する、
請求項３に記載の反応装置。
【請求項６】
前記ノズルの内壁面に開口した側管をさらに有し、
前記側管は、前記導入流路に開口して前記導入流路に導入された前記反応液を前記側管の内部に導入し、
かつ、前記導出流路に開口して前記側管に導入された前記反応液を前記導出流路の内部に導入するように配置されている、
請求項１〜５のいずれか一項に記載の反応装置。
【請求項７】
前記ノズルの内部を、前記反応槽の中を流通する前記反応液の流向に対して前後に区画して、前記導入流路および前記導出流路を形成する板バッフルと、
前記ノズルに接続されたバルブと
を有し、
前記板バッフルの前記反応槽とは反対側の端部は、前記ノズルの軸方向において、前記バルブと前記側管の開口部との間にある、
請求項６に記載の反応装置。
【請求項８】
前記ノズルの内部を前後に区画して、前記導入流路および前記導出流路を形成する板バッフルを有し、
前記板バッフルは、前記側管の開口方向に応じて前記導入流路と前記導出流路とが区画される位置を変更するひねり部を有する、
請求項６または７に記載の反応装置。
【請求項９】
前記ノズルは、前記反応槽の底部に配置されている、
請求項１〜８のいずれか一項に記載の反応装置。
【請求項１０】
前記反応液は、重合液である、
請求項１〜９のいずれか一項に記載の反応装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
重合体は、例えば原料となるモノマーなどを重合液中で重合反応させることによって製造される。このように、反応液中での反応により反応生成物を得るための反応装置は、通常、反応液を収容し、反応を行わせる反応槽と、反応液を撹拌する撹拌翼と、原材料の供給、反応生成物の取出し、反応液の状態観察のための計器類の設置などを行うために反応槽内部と連通するノズルなどの配管を有している。そのような反応装置においては、反応液が接する場所のノズルなどの配管の内壁面には、ゲル状・固体状の反応生成物がスケールとして付着しやすく、ノズルなどの配管を閉塞させやすいという問題があった。
【０００３】
このような問題に対して、特許文献１には、配管内に、特定の有機化合物を含む塗膜を形成することが開示されている。しかしながら、特許文献１の方法では、塗膜中の成分が反応液内に溶出して、着色などの品質異常を引き起こしたり、形成した塗膜の一部が剥がれおちて製品中に混入してコンタミとなったりすることが懸念されている。
【０００４】
また、特許文献２には撹拌翼を工夫して重合装置内の滞留部をなくすことによって付着を抑制することが開示されている。しかしながら、特許文献２の方法では、撹拌翼を工夫することで反応槽内部の付着は抑制できても、ノズルなどの配管の内部へのスケールの付着を抑制することは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２３９１０８号公報
【特許文献２】特開２００３−２３８６０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、反応液中での反応により反応生成物を得る際に、ノズルの内壁面に反応生成物が付着することを抑制できる反応装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の付着・閉塞防止のコンセプトは、少なくともノズルに流れを発生させることである。そこで、反応が行われる反応槽、反応槽に収容された反応液を撹拌する撹拌翼、反応槽内部と連通するノズルに加えて、撹拌翼の撹拌により発生した流れが、ノズル内部に導入される経路と導入経路を流通してノズルの内部に流入した反応液が、反応槽の内部に導出される導入経路を有することにより、ノズル内部に流れを発生させうることを見出した。さらに、ノズルに側管が接続されている場合にも、導入経路に開口して導入経路に導入された反応液を側管の内部に導入し、かつ、導出経路に開口して側管に導入された反応液を導出経路の内部に導入するように配置することで、側管内にも流れを発生させて滞留を防ぎ、ノズル内部の付着・閉塞を防止できることを見出した。
【０００８】
すなわち、上記課題を解決するための本発明の反応装置は、前記反応液が収容され、反応が行われる反応槽と、前記反応槽に収容された前記反応液を撹拌する撹拌翼と、前記反応槽の内部と連通するノズルと、前記撹拌翼の撹拌により、前記反応槽の中を流通する前記反応液が流入して、前記ノズルの内部に導入される導入流路と、前記導入流路を流通して前記ノズルの内部へ流入した前記反応液が前記反応槽の内部に導出される導出流路と
を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、重合液中での重合反応により重合体を得る際に、簡易な方法でノズルの内壁面に反応生成物が付着するのを抑制することができる反応装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施の形態１に係る反応装置の断面図である。
【図２】図２は、図１の反応装置におけるノズル周辺の構成を示す斜視図である。
【図３】図３は、図２の３Ａ−３Ａ線の断面図である。
【図４】図４Ａは、図２の４Ａ−４Ａ線の断面図であり、図４Ｂは、図２の４Ｂ−４Ｂ線の断面図である。
【図５】図５は、実施の形態１に係る反応装置のノズルの内部の仮想重合液の流動状態の解析結果を示す図である。
【図６】図６は、実施の形態１に係る反応装置の側管の内部の仮想重合液の流動状態の解析結果を示す図である。
【図７】図７は、実施の形態１に係る反応装置において、板バッフルの長さを変えたときのノズル内の粒子排出状態を示す解析結果である。
【図８】図８は、実施の形態１に係る反応装置において、板バッフルの側管の軸方向に対する角度を変えたときの、側管内の粒子排出状態を示す解析結果である。
【図９】図９は、変形例に係る板バッフルの構成を示す斜視図である。
【図１０】図１０Ａは、図９の１０Ａ−１０Ａ線の断面図であり、図１０Ｂは、図９の１０Ｂ−１０Ｂ線の断面図である。
【図１１】図１１は、実施の形態２に係る反応装置におけるノズル周辺の構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
［実施の形態１］
図１〜３は、実施の形態１に係る反応装置１００の構成を示す図である。図１は、本実施の形態に係る反応装置１００において、反応槽の中心軸を含む面で切断した断面図である。図２は、図１の反応装置１００におけるノズル１５０の周辺の構成を示す斜視図であり、図３は、図２の３Ａ−３Ａ線の断面図である。なお、本実施の形態では、反応液として重合液を用いる例で説明する。
【００１３】
図１〜３に示されるように、反応装置１００は、反応槽１１０と、撹拌翼１２０と、バッフル１３０と、ノズル１５０と、導入流路１８０と導出流路１９０を形成する板バッフル１６０と、側管１７０とを有する。
【００１４】
反応槽１１０は、重合液を収容し、内部で重合反応を行わせる容器である。反応槽１１０は、例えば円筒状の長胴部と、その一端に配置された略半球状の下鏡部と、他端に開閉可能に配置された略半球状の上鏡部とを有する重合反応用の公知の反応槽でありうる。また、下鏡部および上鏡部の形状は、略半球状でなくてもよく、半楕円球状などであってもよい。反応槽１１０の外周部に、反応槽１１０の内部の温度を調整するためのジャケット（不図示）などをさらに配置してもよい。
【００１５】
なお、重合液は、重合反応により生成されるポリマーの原料となるモノマーやプレポリマー、および必要に応じて分子量調整剤、分岐・架橋剤および相分離剤などの成分と、有機溶媒などの溶媒とを含む溶液である。
【００１６】
撹拌翼１２０は、反応槽１１０の内部に配置され、反応槽１１０の内部に収容された重合液を攪拌する部材である。撹拌翼１２０は、例えばパドル翼およびマックスブレンド翼（「マックスブレンド」は、住友重機械プロセス機器株式会社の登録商標）などの公知の撹拌翼とすることができる。
【００１７】
バッフル１３０は、反応槽１１０の槽壁に配置され、撹拌翼１２０が重合液を攪拌するときに生じる重合液の流通方向を変更する板状部材である。バッフル１３０は、反応槽１１０の内部における、重合液の旋回流の流れを乱して、その流通方向を変更することで、反応槽１１０の内部における循環流の生成を促進する。
【００１８】
ノズル１５０は、反応槽１１０の内部と連通するように接続された配管である。本実施の形態では、ノズル１５０は、反応槽１１０の底部（下鏡部）に接続されており、反応槽１１０の内部から重合液を取り出せるようになっている。ノズル１５０は、後述するバルブ１５１との間に縮径部をさらに有していてもよい。ノズル１５０の下流側には、バルブ１５１が配置されている。
【００１９】
なお、反応槽１１０は、反応槽１１０の内部にモノマーなどの原料を供給するためのノズルなどの配管（不図示）をさらに有していてもよい。それらのノズル（不図示）は、反応槽１１０の上部（上鏡部）に接続されうる。
【００２０】
板バッフル１６０は、ノズル１５０の内部を前後に区画するように配置された板状部材であり、ノズル１５０の内部に導入流路１８０と、導出流路１９０とを形成する（図２および３参照）。本実施の形態では、板バッフル１６０は、ノズル１５０の軸方向（軸Ｌ１の方向）に沿って配置されている（図２参照）。
【００２１】
導入流路１８０は、板バッフル１６０の一方の面とノズル１５０の内壁面とにより形成される流路であり、撹拌翼１２０の撹拌により反応槽１１０の内部を流通する重合液を流通させて、ノズル１５０の内部に導入させる（図２および３参照）。
【００２２】
導出流路１９０は、板バッフル１６０の他方の面とノズル１５０の内壁面とにより形成される流路であり、導入流路１８０を流通してノズル１５０の内部へ導入された重合液を、反応槽１１０の内部に導出させる（図２および３参照）。
【００２３】
このようなノズル１５０の内部に導入される流れと反応槽１１０の内部に導出される流れ（以下、「上下流」ともいう）を安定に形成できるようにする観点では、導入流路１８０および導出流路１９０の内部を流通する重合液に圧力損失が生じないようにすることが好ましい。具体的には、ノズル１５０の軸Ｌ１と直交する断面における、導入流路１８０の断面積Ｓｉと導出流路１９０の断面積Ｓｏの比率は、Ｓｉ：Ｓｏ＝１：２〜２：１であることが好ましく、導入流路１８０の断面積Ｓｉと導出流路１９０の断面積Ｓｏとは略同一であることが好ましい。略同一とは、導入流路１８０の断面積Ｓｉと導出流路１９０の断面積Ｓｏの比（Ｓｉ／Ｓｏ）が１±０．１以下の範囲をいう。
【００２４】
板バッフル１６０は、反応槽１１０の内部を流通する重合液を、ノズル１５０の内部（導入流路１８０の内部）に導入しやすくする観点から、図２および３に示されるように、ノズル１５０から反応槽１１０の内部に延出した延出部１６１を有することが好ましい。
【００２５】
延出部１６１は、撹拌翼１２０による撹拌により反応槽１１０の内部を流通する重合液の流向を、導入流路１８０の内部へ向かう方向に変更させる向きに配置されている。撹拌翼１２０の撹拌により反応槽１１０の内部を流通する重合液の流向とは、図１に示されるような反応槽１１０においては、反応槽１１０の周方向に沿って旋回する流れの向き（撹拌翼１２０の回転方向）である。本実施の形態では、ノズル１５０の軸方向に沿ってみたときに、板バッフル１６０の延出部１６１の面は、反応槽１１０の内部を流通して延出部１６１の面に到達する重合液の流向に対して４５〜１３５°であることが好ましく、略直交することが好ましい（後述の図４Ａ参照）。略直交とは、９０±１０°の範囲をいう。
【００２６】
延出部１６１の反応槽１１０の槽壁からの最大長さ（ノズル１５０の軸方向に沿った長さ）は、ノズル１５０の内部に導入させる重合液の流量や、反応槽１１０の内部のスペースなどに応じて設定されうるが、ノズル１５０の内径の７０〜１００％、またはノズル１５０の内径よりも大きく、かつ延出部１６１の先端部が、撹拌翼１２０から１００ｍｍ以上離れて位置するように設定されることが好ましい。
【００２７】
板バッフル１６０の長さは、前述のような上下流をノズル１５０の内部の奥深くまで形成しやすくする観点では、長いことが好ましい。一方で、板バッフル１５０の長さが長すぎると、板バッフル１５０の下端部（延出部１６１とは反対側の端部）とバルブ１５１との間の隙間が小さくなりすぎて、重合液の流れが滞りやすくなる。したがって、板バッフル１６０の長さは、板バッフル１５０の下端部とバルブ１５１との間の隙間、すなわち、導入流路１８０と導出流路１９０とを接続する接続流路１８５が狭くなりすぎない程度に大きいことが好ましい（図３参照）。
【００２８】
具体的には、板バッフル１６０の下端部は、ノズル１５０の軸方向において、側管１７０の開口部とバルブ１５１との間にあることが好ましく、板バッフル１６０の下端部とバルブ１５１との間に形成される接続流路１８５の断面積Ｓｂが、導入流路１８０の断面積Ｓｉ（または導出流路１９０の断面積Ｓｏ）と同じか、それよりも大きくなるような位置にあることがより好ましい。また、接続流路１８５の断面積Ｓｂとは、板バッフル１６０の面を含む断面において、板バッフル１６０の下端部と、バルブ１５１およびノズル１５０の内壁面との間で囲まれる面積をいう（図３参照）。
【００２９】
板バッフル１６０の側端部とノズル１５０の内壁面との間のクリアランスは、前述のような上下流を十分に形成でき、さらに後述するように側管１７０の内部に渦流を形成できる程度であればよい。
【００３０】
側管１７０は、ノズル１５０の内部と、計測器（不図示）やバルブ１５１などを接続する配管である。それにより、反応槽１１０の内部の圧力を測定したり、反応槽１１０の内部の圧力が過剰に高まった場合に、圧力を反応槽１１０の外部へ逃したりできるように構成されている。
【００３１】
側管１７０は、ノズル１５０の内壁面に開口し、かつ導入流路１８０と導出流路１９０のそれぞれに開口するように配置されている。具体的には、側管１７０は、導入流路１８０に開口し、導入流路１８０に導入された重合液を側管１７０の内部に導入する入口部１７２と、導出流路１９０に開口し、側管１７０に導入された重合液を導出流路１９０の内部に導出させる出口部１７３とを有する（図３参照）。それにより、導入流路１８０に導入された重合液を側管の内部に導入し、かつ、側管１７０の内部に導入された重合液を、導出流路１９０の内部に導出させることができ、後述するような渦流を形成することができる。
【００３２】
入口部１７２の面積Ｓｉ’と出口部１７３の面積Ｓｏ’は、側管１７０の内部に後述するような渦流を形成できるように設定されればよく、具体的には、Ｓｉ’：Ｓｏ’＝１：２〜２：１であることが好ましく、入口部１７２の面積Ｓｉ’と出口部１７３の面積Ｓｏ’とは略同一であることがより好ましい。略同一とは、入口部１７２の面積Ｓｉ’と出口部１７３の面積Ｓｏ’の比（Ｓｉ’／Ｓｏ’）が１±０．１以下の範囲をいう。
【００３３】
図４Ａは、図２の４Ａ−４Ａ線の断面図であり、図４Ｂは、図２の４Ｂ−４Ｂ線の断面図である。図４Ｂに示されるように、側管１７０の軸Ｌ２を含み、かつノズル１５０の軸Ｌ１と直交する断面において、板バッフル１６０は、側管１７０の軸方向と略平行であることが好ましく、側管１７０の軸Ｌ２上にあることがより好ましい。それにより、導入流路１８０から側管１７０の内部に流入する流れと、側管１７０の内部から導出流路１９０へ導出される流れとをより安定に形成しやすく、側管１７０の内部に後述する渦流を十分に形成しやすい。なお、略平行とは、０±１５°以下の範囲をいう。
【００３４】
次に、本実施の形態に係る反応装置１００の作用について、図２および３を参照しながら、板バッフル１６０を有しない従来の反応装置と比較して説明する。
【００３５】
板バッフル１６０を有しない従来の反応装置は、前述のような導入流路１８０や導出流路１９０を有しない。そのため、撹拌翼１２０の撹拌により反応槽１１０の中を流通する重合液の多くは、ノズル１５０の内部に流入しないか、ノズル１５０の内部に流入したとしても、ノズル１５０の内部の奥深くまで流入することなく、ノズル１５０から反応槽１１０の内部に排出されやすい。そのため、ノズル１５０や側管１７０の内部に重合液が滞留しやすく、そのまま反応が進み、反応生成物がノズル１５０の内壁面に付着しやすい。
【００３６】
これに対して、ノズル１５０の内部を前後に区画する板バッフル１６０を有する本実施の形態に係る反応装置１００は、導入流路１８０と導出流路１９０とを有する。そのため、撹拌翼１２０の撹拌により反応槽１１０の内部を流通する重合液が、板バッフル１６０の延出部１６１に当たって、当該重合液の流れの向きが導入流路１８０に流入する向きに変更されて、ノズル１５０の内部に導入される（図２および３の塗りつぶし矢印）。また、ノズル１５０の内部に導入された重合液が導出流路１９０を流通することで、反応槽１１０の内部に導出される（図２および３の塗りつぶし矢印）。それにより、撹拌翼１２０の撹拌により反応槽１１０の中を流通する重合液が、ノズル１５０の内部の奥深くまで流入した後、ノズル１５０から反応槽１１０の内部へ導出される上下流が形成される（図２および３参照）。このように、撹拌翼１２０の撹拌により反応槽１１０の内部を流通する流れを利用して、ノズル１５０の内部に滞留した重合液やその反応生成物を掻き出すことができるため、簡易的な方法で、反応生成物がノズル１５０の内壁面に付着するのを抑制することができる。
【００３７】
また、側管１７０は、導入流路１８０に開口した入口部１７２と、導出流路１９０に開口した出口部１７３とを有する。それにより、導入流路１８０に流入した重合液は、導入流路１８０に開口した入口部１７２を通って側管１７０の内部に流入し、側管１７０の内壁面に沿って旋回しながら側管１７０の端部へ向かう。側管１７０の端部に到達した流れは、向きを変えて側管１７０の内壁面に沿って旋回しながらノズル１５０へ戻り、出口部１７３を通って導出流路１９０の内部に流入する。このように、側管１７０の内部には、導入流路１８０から側管１７０の内壁面に沿って流れる渦流が形成される（図２および３の実線矢印）。それにより、側管１７０の内部に入り込んだ重合液やその反応生成物を、側管１７０の外部に掻き出すことができ、反応生成物が側管１７０の内壁面に付着するのを抑制することができる。
【００３８】
（シミュレーション１）
本実施の形態に係る反応装置１００において、導入流路１８０および導出流路１９０、ならびに側管１７０における重合液の流動状態を、ＣＦＤ（数値流体解析）により解析した。
【００３９】
なお、解析は、以下の条件で行った。
反応槽１１０：１００Ｌ反応器
撹拌翼１２０：２枚パドル翼、２段
撹拌回転数：２００ｒｐｍ
バッフル１３０：円筒バッフル１本
ノズル１５０の位置：反応槽１１０の底面（下鏡部）の中心からノズル１５０の軸Ｌ１までの距離が１２０ｍｍとなる位置
板バッフル１６０の長さ：板バッフル１６０の下端部とノズル１５０の内壁面との間に形成される流路（接続流路１８５）の断面積Ｓｂが、導入流路１８０の断面積Ｓｉおよび導出流路１９０の断面積Ｓｏと同一になる長さ
板バッフル１６０の延出部１６１の面方向：撹拌翼１２０の撹拌により反応槽１１０の中を流通する仮想重合液の流れ方向に対して９０°
板バッフル１６０の延出部１６１の最大長さ：延出部１６１の先端部が撹拌翼１２０から１５０mm離れた位置
側管１７０の入口部１７２と出口部１７３の面積比：Ｓｉ’：Ｓｏ’＝１：１
内容液（仮想重合液）：水
【００４０】
図５は、本実施の形態に係る反応装置１００の導入流路１８０および導出流路１９０の内部における仮想重合液の流動状態の解析結果を示す図である。なお、図５において、色が濃い部分は仮想重合液の流速が大きく、薄い部分は仮想重合液の流速が小さいことを示す。また、仮想重合液の流れの向きを矢印で示す。
【００４１】
図５のノズル１５０の内部において、板バッフル１６０の右側の流路（導入流路）における仮想重合液の流速値は負の値であることから、仮想重合液が下に向かって流れていることがわかる。一方、板バッフル１６０の左側の流路（導出流路）における仮想重合液の流速値は正の値であることから、仮想重合液が上に向かって流れていることがわかる。つまり、板バッフル１６０の延出部１６１に当たって導入流路１８０へ流入し、ノズル１５０の下端部で折り返して導出流路１９０を流通する流れ（上下流）が形成されていることがわかる。さらに、図５に示される解析結果から、導入流路１８０を流通する仮想重合液の平均流速は−０．７６ｍ／ｓ、導出流路１９０を流通する仮想重合液の平均流速は０．７６ｍ／ｓと算出され、安定した上下流が形成されていることもわかる。
【００４２】
図６は、本実施の形態に係る反応装置１００の側管１７０の内部における重合液の流動状態の解析結果を示す断面図である。
【００４３】
図６に示されるように、側管１７０の内部には、導入流路１８０を下降する仮想重合液が、側管１７０の入口部１７２から側管１７０の内部に導入され、側管１７０の内壁面に沿って旋回しながら側管１７０の端部へ向かって流れることがわかる（濃色矢印参照）。そして、側管１７０の端部で折り返された仮想重合液は、側管１７０の内壁面に沿って旋回しながらノズル１５０へ向かって戻り、出口部１７３から導出流路１９０の内部に導出されることがわかる（淡色矢印参照）。それにより、側管１７０の内部に渦流が形成されていることがわかる。
【００４４】
（シミュレーション２）
本実施の形態に係る反応装置１００において、ノズル１５０の軸方向における板バッフル１６０の下端部の位置を以下のように変えたときの、ノズル１５０および側管１７０の内部に溜まった粒子の排出性能を解析した。
条件２−１：板バッフル１６０の下端部の位置が、板バッフル１６０の下端部とノズル１５０の内壁面との間に形成される流路（接続流路１８５）の断面積Ｓｂが、導入流路１８０の断面積Ｓｉおよび導出流路１９０の断面積Ｓｏと同一になる位置
条件２−２：板バッフル１６０の下端部が、側管１７０の軸Ｌ２と同じ高さとなる位置
【００４５】
なお、解析は、内容液として、粒子を水に分散させた分散液（水（粘度１ｃＰ、比重１．０）、粒子（粒径１５０μｍ、比重０．５））を用い、かつ非定常解析、ラグランジェ混相流解析により行った。その他の条件は、シミュレーション１と同様とした。
【００４６】
図７は、経過時間に対して、ノズル１５０および側管１７０の内部に残った粒子割合を示すグラフである。図７のグラフの横軸は、経過時間（秒）を示し、縦軸は、ノズル１５０および側管１７０の内部に残った粒子の割合（残った粒子の合計量／初期状態の粒子の合計量×１００）（％）を示す。
【００４７】
図７に示されるように、板バッフル１６０の下端部の位置が、側管１７０の軸の位置よりも下にある（条件２−１）のほうが、板バッフル１６０の下端部の位置が、側管１７０の軸の位置にある（条件２−２）よりも、ノズル１５０および側管１７０の内部に残る粒子量が少なく、粒子の排出性能が高いことがわかる。これは、板バッフル１６０の下端部の側管１７０の軸の位置よりも下にあるほうが、側管１７０の軸の位置にあるよりも、板バッフル１６０の端部とバルブ１５１との間の隙間が大きくなりすぎず、分散液の流れが滞りにくい（スムーズに流れやすい）ためと考えられる。
【００４８】
（シミュレーション３）
本実施の形態に係る反応装置１００において、側管１７０の軸Ｌ２を含み、かつノズル１５０の軸Ｌ１と直交する断面において、板バッフル１６０の面と側管１７０の開口方向（側管１７０の軸方向）とのなす角度を以下のように変えたときの、ノズル１５０および側管１７０の内部に溜まった粒子の排出性能を解析した。
条件３−１：板バッフル１６０の面と側管１７０の開口方向とのなす角度が４５°
条件３−２：板バッフル１６０の面と側管１７０の開口方向とのなす角度が０°
【００４９】
なお、解析は、シミュレーション２−１と同様の条件で行った。
【００５０】
図８は、経過時間に対して、側管１７０の内部に残った粒子割合を示すグラフである。図８のグラフの横軸は、経過時間（秒）を示し、縦軸は、側管１７０の内部に残った粒子の割合（残った粒子量／初期状態の粒子量×１００）（％）を示す。
【００５１】
図８に示されるように、板バッフル１６０の表面と側管１７０の開口方向（側管１７０の軸方向）とのなす角度が０°（条件３−２）であるほうが、板バッフル１６０の表面と側管１７０の開口方向とのなす角度が４５°（条件３−１）であるよりも、側管１７０の内部に残る粒子量が少なく、粒子の排出性能が高いことがわかる。これは、板バッフル１６０の表面と側管１７０の開口方向（側管１７０の軸方向）とのなす角度が０°（条件３−２）であるほうが、側管１７０の入口部１７２と出口部１７３の面積が均等であり、側管１７０の内部に渦流が形成されやすいからであると考えられる。
【００５２】
なお、本実施の形態では、反応装置１００が側管１７０を有する例を示したが、これに限定されず、側管１７０を有しなくてもよい。
【００５３】
また、本実施の形態では、板バッフル１６０が真っ直ぐな板状である例を示したが、これに限定されない。図９は、板バッフル１６０の変形例を示す斜視図である。図１０Ａは、図９の１０Ａ−１０Ａ線の断面図であり、図１０Ｂは、図９の１０Ｂ−１０Ｂ線の断面図である。
【００５４】
図９および１０に示されるように、板バッフル１６０は、側管１７０の開口方向（側管１７０の軸方向）に応じて、導入流路１８０と導出流路１９０とが区画される位置を変更するひねり部１６３をさらに有していてもよい。
【００５５】
すなわち、撹拌翼１２０の撹拌により反応槽１１０の中を流通する重合液の流向と側管１７０の開口方向（側管１７０の軸方向）とが略平行となる場合において（図９参照）、図２に示されるような、ひねり部１６３を有しない板バッフル１６０を、その延出部１６１の面と反応槽１１０の中を流通する重合液の流向とが略直交するように配置すると（図４Ａ参照）、側管１７０は、導出流路１９０には開口するが、導入流路１８０には開口しないため、側管１７０の内部に渦流を形成できない。
【００５６】
これに対し、図９に示されるようなひねり部１６３を有する板バッフル１６０を、その延出部１６１の面と反応槽１１０の中を流通する重合液の流向とが略直交するように配置すると（図１０Ａ参照）、側管１７０は、導入流路１８０と導出流路１９０の両方に開口するため（図１０Ｂ参照）、側管１７０の内部に渦流を形成することができる。このように、板バッフル１６０がひねり部１６３を有することで、側管１７０の開口方向に応じて、側管１７０の内部に渦流を形成することができる。
【００５７】
［実施の形態２］
図１１は、実施の形態２に係る反応装置２００において、ノズル１５０の周辺の構成を示す斜視図である。本実施の形態に係る反応装置２００は、側管１７０を有さず、かつ板バッフル１６０に代えて筒バッフル２６０を有する点で、実施の形態１に係る反応装置１００と異なる。そこで、実施の形態１に係る反応装置１００と同じ構成要素については同一の符番を付して、その説明を省略する。
【００５８】
図１１に示されるように、反応装置２００は、側管１７０を有さず、かつ板バッフル１６０に代えて筒バッフル２６０（筒状の流路形成部材）を有する以外は、実施の形態１に係る反応装置１００と同様に構成されている。
【００５９】
筒バッフル２６０は、ノズル１５０の内部を内外に区画するように配置され、導入流路２８０および導出流路２９０を形成する筒状の流路部材である。本実施の形態では、筒バッフル２６０は、その軸がノズル１５０の軸Ｌ１と一致するように配置されている。筒バッフル２６０の形状は、ノズル１５０の形状に合わせて設定されればよく、特に限定されないが、本実施の形態では円筒状、具体的には上端部と下端部が開口した円筒状である。
【００６０】
導入流路２８０は、筒バッフル２６０の内側に形成される流路であり、撹拌翼１２０の撹拌により反応槽１１０の中を流通する重合液を導入し、流通させることで、ノズル１５０の内部に導入する（図１１の白抜き矢印参照）。
【００６１】
導出流路２９０は、筒バッフル２６０の外側、具体的には筒バッフル２６０の外周面とノズル１５０の内壁面とにより形成される流路であり、導入流路２８０を流通してノズル１５０の内部に導入された重合液を流通させて、反応槽１１０の内部に導出する（図１１の塗りつぶし矢印参照）。
【００６２】
このような上下流を安定に形成しやすくする観点では、導入流路２８０および導出流路２９０の内部を流通する重合液に圧力損失が生じないようにすることが好ましい。流路内で生じる圧力損失は、重合液の流路の内壁面との接触面積が大きいほど大きくなりやすく、重合液と流路の内壁面との接触面積は、導出流路２９０のほうが、導入流路２８０よりも大きくなりやすい。これらのことから、導入流路２８０の断面積Ｓｉは、導出流路２９０の断面積Ｓｏよりも小さいことが好ましい。具体的には、導入流路２８０の断面積Ｓｉと導出流路２９０の断面積Ｓｏの比率は、Ｓｉ：Ｓｏ＝１：２〜２：１であることが好ましい。
【００６３】
筒バッフル２６０は、撹拌翼１２０による撹拌されて反応槽１１０の中を流通する重合液を、導入流路２８０に導入しやすくする観点から、ノズル１５０から反応槽１１０の内部に延出した延出部２６１と、導入口２６２と、排出口２６３とを有する。
【００６４】
導入口２６２は、延出部２６１に配置され、反応槽１１０の中を流通する重合液を、導入流路２８０に導入するための開口部である。具体的には、導入口２６２は、反応槽１１０の中を流通する重合液が延出部２６１に到達する流向に向かって開口するように配置されている。それにより、導入口２６２から流入した重合液は、当該導入口２６２と対向する筒バッフル２６０の内壁面に当たって、その向きを変えて、導入流路２８０に導入される。
【００６５】
排出口２６３は、筒バッフル２６０の下端部（延出部２６１とは反対側の端部）の開口部であり、導入流路２８０に導入した重合液を、筒バッフル２６０の外部に導出させる。
【００６６】
筒バッフル２６０の長さは、前述のような上下流をノズル１５０の内部の奥深くまで形成しやすくする観点では、筒バッフル２６０の下端部（延出部２６１とは反対側の端部）とバルブ１５１との間の隙間（接続流路２８５）（図１１参照）が小さくなりすぎない程度に長いことが好ましい。具体的には、筒バッフル２６０の下端部とバルブ１５１との間に形成される隙間（接続流路２８５）の断面積Ｓｂは、導入流路２８０の断面積Ｓｉよりも大きく、かつ導出流路２９０の断面積Ｓｏよりも小さいことが好ましい。
【００６７】
次に、本実施の形態に係る反応装置２００の作用について、図１１を参照しながら説明する。
【００６８】
本実施の形態に係る反応装置２００は、筒バッフル２６０の内側に形成された導入流路２８０と、筒バッフル２６０の外側に形成された導出流路２９０とを有する。そのため、撹拌翼１２０の撹拌により反応槽１１０の中を流通する重合液は、筒バッフル２６０の導入口２６２から流入し、筒バッフル２６０の内壁面に当たって導入流路２８０に流入する流れの向きに変更されることで、ノズル１５０の内部に導入される（図１１の白抜き矢印）。また、ノズル１５０の内部に流入した重合液が導出流路２９０を流通することで、反応槽１１０の内部に導出される（図１１の塗りつぶし矢印）。このように、撹拌翼１２０の撹拌により反応槽１１０の中を流通する重合液が、ノズル１５０の内部の奥深くまで入り込んだ後、ノズル１５０から反応槽１１０の内部へ導出される上下流が形成される。このように、撹拌翼１２０の撹拌により反応槽１１０の内部を流通する流れを利用して、ノズル１５０の内部に滞留した重合液やその反応生成物を掻き出すことができるため、簡易な方法で反応生成物がノズル１５０の内壁面に付着するのを抑制することができる。
【００６９】
（実験１）
筒バッフルを有する本実施の形態に係る反応装置と、筒バッフルを有しない比較用の反応装置とにおいて、フッ化ビニリデン（ＶＤＦ）とヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）とを重合反応させた際の、ノズル１５０の内壁面への反応生成物の付着状況を評価した。
【００７０】
なお、本実施の形態に係る反応装置としては、ノズル１５０およびその内部の筒バッフル２６０を反応槽１１０の上部に設けた以外は図１１と同様に構成された反応装置を用いた。
実験条件は、以下の通りとした。
反応槽１１０：１００Ｌ反応器
ノズル１５０の位置：反応槽１１０の底面（下鏡部）の中心からノズル１５０の軸Ｌ１までの距離が１７０ｍｍとなる位置
筒バッフル２６０の延出部２６１の最大長さ：ノズル１５０の内径に対して４００％
内容液：フッ化ビニリデン（ＶＤＦ）とヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）の水分散液
重合時間：１８時間
重合温度：４０℃
【００７１】
比較用の反応装置としては、筒バッフルを有しない以外は前述の反応装置と同様に構成されたものを用いた。そして、重合反応終了後、ノズル１５０の内部を水洗し、ノズル１５０の内壁面への反応生成物の付着状況を目視観察した。
【００７２】
その結果、比較用の反応装置では、ノズル１５０は、反応生成物の付着、固着によって完全閉塞していたのに対し、本実施の形態に係る反応装置では、ノズル１５０の内壁面への反応生成物の付着はほとんどみられなかった。このことから、ノズル１５０の内部に筒バッフル２６０を配置することで（導入流路２８０と導出流路２９０を形成することで）、ノズル１５０の内部における重合液や反応生成物などの滞留が抑制され、ノズル１５０の内壁面への反応生成物の付着または固着を抑制できたことがわかる。
【００７３】
上記実施の形態に係る反応装置１００および２００は、液相で反応を行ういかなる反応、好ましくは重合反応にも適用可能である。重合反応としては、溶媒を使用する重合反応であれば、特に限定されず、一般的に示されている溶液重合、懸濁重合、乳化重合、沈殿重合、分散重合など幅広く使用することができる。重合反応としては、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸メチル、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸メチル、ポリフェニレンスルフィド、ポリアミド、ポリアクリロニトリルなどの重合体を生成する重合反応が挙げられる。そのような重合反応を行う際に、ノズル１５０の内部にモノマーやプレポリマーを含む重合液が流入したまま滞留すると、その場で反応が進行し、反応生成物であるポリマーおよび造粒された粒子などの固体状の反応生成物となってノズル１５０の内壁面に付着しやすい。これに対し、上記実施の形態に係る反応装置１００では、ノズル１５０の内部に、少なくとも前述の上下流を形成しうるので、重合液を滞留させることなく、掻き出すことができるため、反応生成物であるポリマーおよび造粒された粒子の付着などの問題が生じにくい。
【００７４】
なお、上記実施の形態は、本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されるものではない。すなわち、本発明は、その要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【００７５】
例えば、上記実施の形態では、導入流路および導出流路を、板バッフル１６０または筒バッフル２６０をノズル１５０の内部に配置することによって形成する例を示したが、これに限定されず、ノズル１５０の外部に形成されてもよい。例えば、導入流路は、反応槽１１０の内部とノズル１５０の内部とを連通するように、ノズル１５０の外部に形成されてもよい。
【００７６】
また、上記実施の形態では、導入流路および導出流路が、反応槽１１０の底部に接続されたノズル１５０の内部に形成される例を示したが、これに限定されず、反応槽１１０の内部のうち重合液が満たされる位置に接続されたノズルの内部に形成されればよい。例えば、反応槽１１０の内部全体が重合液で満たされる場合、導入流路および導出流路は、反応槽１１０の上部（上鏡部）に接続されたノズル１５０の内部に形成されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明の反応装置は、重合液中での重合反応により重合体を得る際に、簡易な方法でノズルの内壁面に反応生成物であるポリマーおよび造粒された粒子の付着などを抑制することができる。そのため、本発明は、ポリマーの、より高収率での生産を可能とし、当分野の発展に寄与すると期待される。
【符号の説明】
【００７８】
１００、２００  反応装置
１１０  反応槽
１２０  撹拌翼
１３０  バッフル
１５０  ノズル
１５１  バルブ
１６０  板バッフル
１６１、２６１  延出部
１６３  ひねり部
１７０  側管
１７１  破裂板
１７２  入口部
１７３  出口部
１８０、２８０  導入流路
１９０、２９０  導出流路
１８５、２８５  接続流路
２６０  筒バッフル（筒状の流路形成部材）
２６２  導入口
２６３  排出口
【図１】
2020040013.tif 000003
【図２】
2020040013.tif 000004
【図３】
2020040013.tif 000005
【図４】
2020040013.tif 000006
【図５】
2020040013.tif 000007
【図６】
2020040013.tif 000008
【図７】
2020040013.tif 000009
【図８】
2020040013.tif 000010
【図９】
2020040013.tif 000011
【図１０】
2020040013.tif 000012
【図１１】
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