(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）反応液の入口と出口とをその両端部あるいは両端部近傍にそれぞれ有する円筒状の反応槽と、
（Ｂ）該反応槽内部の両端部にそれぞれ対向して設けられた回転自在の端部円板と、
（Ｃ）該端部円板間に配設され、かつその中央部に開口を有する開口円板と、
（Ｄ）端部円板と開口円板の間、及び開口円板同士の間に架設されると共に、反応槽の長手方向に沿って反応槽の内周壁面と近接又は密接して設けられた撹拌羽根と、
（Ｅ）該撹拌羽根より反応液が落下を開始する撹拌羽根の落下縁に沿って、落下する反応液の少なくとも一部と接触可能な位置に、該落下縁に略並行して、複列又は単列に設けられた自由表面形成部材とからなる要素（Ａ）〜（Ｅ）を具備し、更に、反応槽内の気相部を回転上昇中には内周壁面に近接又は密接する側の縁を下向き、これと反対側の落下縁が上向きに、そして、反応槽内の気相部を回転下降中には内周壁面に近接又は密接する側の縁を上向き、これと反対側の落下縁が下向きとなるように、撹拌羽根が傾斜させられている横型反応槽。
【請求項２】
前記の自由表面形成部材が少なくとも２列に設けられた棒状体である請求項１記載の横型反応槽。
【請求項３】
前記の棒状体が丸棒であって、少なくとも撹拌翼の回転中心に最も近い位置に配設された丸棒の径が該丸棒と隣り合う丸棒の径よりも大きくされた請求項２記載の横型反応槽。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリエステル、ポリアミド及びポリカーボネートなどの、反応によって揮発性の低分子物質を副生する縮合性の高分子化合物の合成に使用する横型反応槽に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリエステル、ポリアミド及びポリカーボネートなどの高分子化合物、中でもポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートで代表されるポリエステルはそのすぐれた物理的、化学的性質を有するため、種々の用途に広く用いられている。特に、ポリエステルは、強度や弾性率等の機械特性、耐熱性等に優れているため、衣料用やタイヤコード等の産業用の繊維として、あるいはフィルムやエンジニアリングプラスチックとして広く用いられている。
【０００３】
一般に、このような各種の用途に使用されるポリエステルの製造方法としては、直接重合法又はエステル交換法が用いられる。
【０００４】
ここで、前者の直接重合法は、酸成分とジオール成分とを直接エステル化反応させることによりポリエステル先駆体を形成し、次いで該ポリエステル先駆体を減圧下で重縮合させてポリエステルを製造する方法である。他方、後者のエステル交換法は、酸成分の低級アルキルエステルとジオールとをエステル交換反応させてポリエステル先駆体を形成し、次いで該ポリエステル先駆体を減圧下で重縮合させる方法である。
【０００５】
このようなポリエステルの重合に際しては、従来はバッチ方式によるものが多く用いられていたが、近年においてスケールメリットを生かし、安価にポリエステルを製造するために、連続方式への切り替えが進められてきている。何故ならば、連続方式を採用することによる歩留まりの低下、品質の向上、重合度の均一化、操業性の向上等そのメリットが極めて大きいからである。
【０００６】
一般に、ポリエステルの連続重合による製造方法の多くは、エステル交換反応槽又はエステル化反応槽と、重縮合反応槽とが複数組み合わせれたプロセスにより行われている。例えば、原料をエステル交換反応槽又はエステル化反応槽に供給して単量体を生成し、得られた単量体を初期重縮合反応槽へと供給して減圧下で反応させて低重合体を生成し、さらに重縮合反応槽へ供給して減圧下で中間重合体及び高重合体を生成させる方式が行われている。
【０００７】
このような重縮合反応槽においては、従来より、より速い反応速度を得るための方法が数多く提案され、実用化されてきた。例えば、このような従来の方法の一つとして、ポリエステルの重縮合反応においてグリコール類のような副生物を速やかに分離・除去する目的で反応物を薄層にして反応を行わせる薄膜反応槽を用いたり、あるいは激しい撹拌を行なって反応物の蒸発面積を大きくすることで前記の副生物の蒸発を容易にできる反応槽を用いることが行われている。
【０００８】
ここで、前記の反応槽としては、濡れ壁式やスクリュー方式の縦型反応槽、一軸、二軸方式の横型反応槽が一般に使用されている。さらには、反応物の自由表面積を大きくとることができるように撹拌に配慮した反応槽も多く市販されているが、これらの反応槽では、強烈な撹拌を行なうことが要求されるために、このための設備費が高価となり、多くのエネルギーを消費するという問題を有している。しかも、強烈な撹拌を行なうことに伴なう反作用によって、得られる反応物は重合度斑等が生じ易く、得られるポリエステルの品質が悪くなるという問題を有している。さらには、気相部に長時間滞在したポリマー等の更新が十分に行われないことによる劣化ポリマーが異物として混入することで反応物の品質をも悪化させるという問題を有している。なお、本発明で言う「横型反応槽」とは、「反応槽内に設けられた撹拌羽根の回転軸の中心軸線方向が水平面と略平行となるように設けられた反応槽」を指すものとする。
【０００９】
このような問題を解決するために、特公昭４０−３９６４号公報に提案されているような横型反応槽を用いることによって、撹拌によって反応液を掻き上げ、次いで掻き上げた反応液の大部分を落下させることで絶えず新しい反応物の液膜を形成させ、反応を極めて短時間で遂行させることが行われている。この横型反応槽では、それぞれ撹拌羽根を保持する撹拌軸が槽の両端にのみ設けられており、これによって反応槽内部の中間部から撹拌軸を無くす構造を採っている。さらに、該反応槽には、（１）  大部分の反応槽内周壁面に対して小さな間隙を置いて相対する前記の攪拌羽根と、（２）  該攪拌羽根と一体回転すると共に、２個以上に反応槽の内部を仕切る、その中央部に開口を有する仕切板、とが設けられている。
【００１０】
確かに、該反応槽によれば、反応槽の内周壁面が絶えず新しい反応液で更新されるため、反応液への熱の伝達が良好であること、反応液が長時間に渡って内周壁面に付着しないこと、及び反応槽の内部の中間部に撹拌軸が設けられていないために、撹拌軸のまわりに団子状の反応物の塊が生じるという事態が発生しないという大きな利点を有している。
【００１１】
しかしながら、該反応槽では、撹拌羽根から落下する反応物の液膜の形態には全く配慮が払われておず、落下する液膜の自由表面を制御することに関しては何等の工夫も行われていない。このため、該反応槽では、このような液膜の自由表面の形成能力に限界があって、反応効率を更に高めることは極めて困難である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
以上に述べた諸問題に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、強烈な撹拌を必要とせず、しかも反応中の異物発生を少なくでき、これによって、反応速度あるいは反応効率と製造されるポリエステルの品質を著しく向上させることができる安価な横型反応槽を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決する手段】
ここに、前記の課題を解決する手段として、「（Ａ）反応液の入口と出口とをその両端部あるいは両端部近傍にそれぞれ有する円筒状の反応槽、（Ｂ）該反応槽内部の両端部にそれぞれ対向して設けられた回転自在の端部円板、（Ｃ）該端部円板間に配設され、かつその中央部に開口を有する開口円板、（Ｄ）端部円板と開口円板の間、及び開口円板同士の間に架設されると共に、反応槽の長手方向に沿って反応槽の内周壁面と所定の間隙を置くか或は密接して設けられた撹拌羽根、（Ｅ）該撹拌羽根より反応液が落下を開始する撹拌羽根の落下縁に沿って、落下する反応液の少なくとも一部と接触可能な位置に、該落下縁に略並行して、複列又は単列に設けられた自由表面形成部材を具備し、更に、反応槽内の気相部を回転上昇中には内周壁面に近接又は密接する側の縁を下向き、これと反対側の落下縁が上向きに、そして、反応槽内の気相部を回転下降中には内周壁面に近接又は密接する側の縁を上向き、これと反対側の落下縁が下向きとなるように、撹拌羽根が傾斜させられている横型反応槽」が提供される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の態様について、図面を参照しながら更に詳細に説明する。図１は、本発明を実施するための横型反応槽を例示した側面断面図である。
【００１５】
該図において、１は横型反応槽本体であり、２は反応液入口、３は反応液出口であり、それぞれ図示したように反応槽１の両端部あるいは両端部近傍に設けられている。４、５は反応槽１の両端に設けられた軸である。６は蒸気出口であり反応槽外殻上方に開口し、反応槽内を減圧に保つための吸引口を兼ねている。７は反応槽１の内周壁面であり、必要に応じて該内周壁面７に撹拌翼１０と干渉しないように配慮した突起を設けることもできる。８及び９は端部円板であり軸４及び５と固定されており、軸４及び５を図示しない駆動装置の動力によって駆動することで端部円板８及び９を回転させることができる。１０は内周壁面７の長手方向に近接或は密接して設けられた撹拌羽根、１１及び１２は、該撹拌羽根１０の反応物の落下縁に並行して２列に配設された自由表面形成部材であって、図１の実施例では径が異なる丸棒が例示されている。１３は開口円板であって、該開口円板１３は、撹拌羽根１０と丸棒１１及び１２によって長手方向に所定間隔で連結固定され、かつその中央部に開口を有し、さらには反応槽１の内部を複数の室に仕切る役割を持っている。
【００１６】
なお、前記の自由表面形成部材である丸棒１１及び１２は、撹拌羽根１０より反応液が落下を開始する撹拌羽根の落下縁に沿って、落下する反応液の少なくとも一部と接触可能な位置に、該落下縁に略並行して、複列又は単列に設けられている。また、撹拌羽根及び丸棒と共に回転する該開口円板１３により、反応槽１の内部は長手方向に２つ以上の室に仕切られている。
【００１７】
ここで、撹拌羽根１０は回転して反応槽１内の気相部を上昇中には内周壁面７に近接又は密接する側の縁を下向き、これと反対側の落下縁が上向きとなるように、撹拌翼１０が傾斜させられている。そして、反応槽１内の気相部を下降中には内周壁面７に近接又は密接する側の縁を上向き、これと反対側の落下縁が下向きとなるように、撹拌翼１０を傾斜させることが好ましい。このようにすることで、撹拌羽根１０が反応槽内の気相部を上昇中には反応液を内周壁面７に沿って掻き上げ、下降中には撹拌羽根１０の上を反応液を薄膜状態で流下させることができ、更には撹拌羽根１０から流下した反応液を自由表面形成部材に接触させることができる。なお、該撹拌羽根１０を内周壁面７に密接させる場合においては、更に尾翼を補助的に設けることもでき、この尾翼によって内周壁面７に付着した反応液の更新を促進することもできる。
【００１８】
図２は開口円板１３の正面図である。該図において、１０は回転方向と逆方向に傾斜したプレート状の撹拌羽根であり、反応槽１の円周方向に９０°づつずらせて４枚配設されている。各撹拌羽根１０の延長線上には自由表面形成部材として、撹拌羽根１０の反応液の落下縁に沿って、丸棒１１及び１２が略並行してそれぞれ２列に配設されている。その際、最も撹拌翼の回転中心に近い位置に配設された丸棒１２の径は該回転中心より遠い位置に配設された丸棒１１よりも大きくすることが好ましい。なお、丸棒１１、１２の径が等しいか、或は逆に丸棒１１の径が丸棒１２の径よりも大きい場合は、反応物の液流を多層膜として形成させることが困難となる。何故ならば、このような場合には、大部分の反応液が撹拌羽根１０と丸棒１１との隙間から合体した形で垂れ落ちるようになることが多く、目的とする安定した多層膜のような自由表面を多く持った液流の形成を十分に行うことが困難となるからである。
【００１９】
このように、本発明においては、撹拌翼から垂れ落ちた反応液を更に自由表面形成部材に接触させ、撹拌翼或は自由表面形成部材から多層の液膜あるいは自由表面がなるべく大きくなるように流下させることを一大特徴とする。なお、丸棒の代わりにその横断面が多角形、卵円形、楕円形等の棒状体を用いることもでき、平面板、曲面版等の板状体を用いることもでき、更に該板状体を格子状や網状としたり、穴開き板とすることもできる。このような場合においても、反応液が流下する際に多くの自由表面が形成されるような条件とすることが好ましいことはいうまでもない。したがって、液流が流下する際に合体して自由表面が少なくならないように配慮した自由表面形成部材を用いることは言うまでもない。
【００２０】
ここで、撹拌羽根及び自由表面形成部材の数量、形状、及びサイズ、或は設置する間隔等の条件については、製造条件等によって異なる。ただし、これらの条件においては落下する反応液が自由表面形成部材に接触して多層膜のような自由表面積が大きな液流を形成させながら流下させることが肝要である。また、反応槽入口から出口に向かって、反応液の溶融粘度が変化するため、これに応じてこれらを変えることができることはいうまでもない。
【００２１】
本横型反応槽は、所望の温度に加熱するための加熱手段（図示せず）を有しており、反応装置外殻を電熱熱源により直接行うことも、また製造装置外殻を図１に示すように二重ジャケット構造となし、ジャケット内部に適当なる加熱媒体、例えばダウサム等の熱媒体液あるいは熱媒体蒸気を存在せしめて加熱する方法、反応室中に伝熱面を設置する方法等を適宜採用することができる。前記加熱は開口円板によって仕切られた各反応室毎及び／又はさらに反応室内を分割して各分割領域毎に独立して加熱しうるようにしてもよく、また２つ以上の反応室を一体として加熱することもできる。さらに、必要に応じて本発明の横型反応槽の内部又は別個に設けた熱交換器を有する循環する手段を設けることもできる。なお、反応圧力については、減圧下で行うことができるのは当然のことながら、減圧下に限定することはなく、不活性ガスの雰囲気下で常圧あるいは常圧以上の圧力下でも反応させることができる。
【００２２】
次に本発明の横型反応槽を用いて、ポリエチレンテレフタレートを製造した場合の実験例を示す。なお、該実験例において、「極限粘度」はオルソクロロフェノールを溶媒として３５℃で測定した粘度から求めた値、「％」は重量％である。
【００２３】
重合触媒として三酸化アンチモン０．０４％を含む極限粘度０．３のポリエチレンテレフタレート中間重合体を４３ｋｇ／ｈｒの割合で図１の反応槽の入口２より供給した。反応物は熱媒を封入したジャケットからの加熱によって、入口で２８０℃から出口で２８５℃まで加熱するように制御した。また、反応圧力は図示しないエジェクターにより内部のガスを吸引することで、１．５ｍｍＨｇの真空に保持した。軸４、５の回転数は５ｒｐｍと一定回転となるようモーターで制御し、端部円板８及び９を回転させると共に、該端部円板８及び９に連結固定されている撹拌羽根１０、丸棒１１と１２、及び開口円板１３を回転させた。供給された中間重合体は、撹拌羽根により掻き上げられ、大部分は撹拌羽根及び丸棒より安定した２層の液膜を形成しながら落下させた。また、一部は撹拌羽根と共に回転し外殻内面を絶えず新しいポリマーで更新させた。この撹拌によりエチレングリコールの揮発を促進し、重縮合反応が促進され、主に切り板を構成する開口円板１３の中央開口部からの溢流により次の室へと流れ、約１時間の滞留時間の後に、出口３より極限粘度０．６６のポリエチレンテレフタレート高重合体が得られた。また、撹拌羽根による掻き上げ効果により反応槽の内周壁面７が絶えず新しいポリマーで更新されるため異物の少ないポリエチレンテレフタレートであり、反応速度は従来法と比較して約１．４倍速かった。
【００２４】
【発明の効果】
以上に述べた本発明によれば、反応速度と反応物の品質を、著しく向上させることができる、異物の発生が少ない安価な横型反応槽が提供される。しかも、簡単な構造であって、撹拌翼から落下する反応液を安定した多層膜のような自由表面積が大きな液流を形成させることができ、これによって反応速度を著しく高める効果が得られる。このため、反応層のサイズをコンパクトにすることができるという効果も奏する。したがって、本発明の横型反応槽を使用することによって、異物の発生が少ない高分子化合物の合成ができ、繊維、フィルム、その他成形素材として極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するための横型反応槽を例示した側面断面図である。
【図２】開口円板１３の正面図を示す。
【符号の説明】
１      横型反応槽の外殻
２      反応液入口
３      反応液出口
６      蒸気出口
７      反応槽の内周壁面
８，９  端部円板
１０    撹拌羽根
１１    自由表面形成部材（小径丸棒）
１２    自由表面形成部材（大径丸棒）
１３    開口円板
【図１】
0003602958.tif 000002
【図２】
0003602958.tif 000003