(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
芳香族ジカルボン酸とアルキレングリコールとを回分式でエステル化する際に使用する装置であって、エステル化反応槽の上方に蒸留塔を設け、この間を加圧制御のための調圧弁で仕切った反応ガス排出管と、中間部に入口と出口を各々仕切弁で仕切った還流液タンクを設けた還流液返送管とで連結したエステル化反応装置において、前記還流液タンクの仕切弁として開放速度調節式の弁を用いたことを特徴とする回分式エステル化反応装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、芳香族ジカルボン酸とアルキレングリコールとを回分式でエステル化する反応装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ポリエステルは、繊維、フィルム、その他の成形物として広く用いられているが、一般には、芳香族ジカルボン酸とアルキレングリコールとのエステル化反応及びエステル化反応物の重縮合反応によって製造されている。例えば、代表的なポリエステルであるポリエチレンテレフタレートの場合、テレフタル酸とエチレングリコールとをエステル化反応槽に仕込み、常圧ないし加圧下で、１６０〜２６０℃の温度でエステル化を行い、得られたビス（β−ヒドキシエチル）テレフタレート及び又はその低重合体を重縮合触媒の存在下、減圧下で２６０〜２９０℃の温度で重縮合反応することにより製造されている。
【０００３】
同一銘柄のポリエステルを大量に生産する場合には、連続生産方式が適しているが、近年、ポリエステルの用途の多様化に伴い、種々の共重合ポリエステルを少量ずつ生産することが多くなっており、この場合には、回分式生産方式が採用されている。
【０００４】
エステル化反応を行う場合、生成する水等の低沸点物と共に原料のアルキレングリコールの一部を含有した反応ガスは蒸留塔に導かれ、徐々にアルキレングリコールの温度を下げながら上昇し、次いで、コンデンサーに導かれて冷却、凝縮されて低沸点成分は溜出液として反応系外に排出される。この溜出液の一部は、還流液として蒸留塔の頂部に戻され、アルキレングリコールに置換されながら流下し、エステル化反応槽に戻されて再び反応に供される。
【０００５】
このエステル化反応は、一般に反応性を高めるため、反応系を加圧制御して行われる。加圧制御の方法としては、反応系に非凝縮性ガスを吹き込み、その吹き込み量を調節することで反応槽からコンデンサーまで全体を加圧制御する方法と、反応槽と蒸留塔との間に弁を設け、この弁の開度を調節して反応槽だけを加圧制御する方法とがある。
【０００６】
この場合、前者の方法では、エステル化反応の状況に合わせて反応圧力を下げると、蒸留塔内のガス流速が大きく変化してしまい、蒸留塔の効率が低下して多量のアルキレングリコールが溜出液と共に系外に排出されてしまう。一方、後者の方法では、蒸留塔からの還流液を反応槽へ返送するためにポンプ等による加圧返送装置が必要であり、装置コストが上がったり、装置が複雑になって反応終了後の残液量が多く、生産銘柄を変更したとき、その前に生産した銘柄のアルキレングリコールが混入し、均一な品質の製品が得られないという問題があった。
【０００７】
この問題を解決する方法として、特開平９−３０９８６３号公報では、芳香族ジカルボン酸とアルキレングリコールとを回分式でエステル化する反応装置において、エステル化反応槽の上方に蒸留塔を設け、この間を加圧制御のための仕切弁で仕切った反応ガス排出管と、中間に入口と出口を弁で仕切った還流液タンクを設けた還流液返送配管とで連結した回分式エステル化反応装置が提案されている。この装置によれば、アルキレングリコールの排出ロスが少なく、かつ、前銘柄の混入がない均一な製品を得ることができる。
【０００８】
しかし、この装置で用いる弁は開放速度調節機能を有していないため、０．０５ＭＰａ・Ｇ以上の加圧条件下でのエステル化反応に用いた場合、還流液タンクとエステル化反応槽の間、あるいは還流液タンクと蒸留塔の間に設けた弁を開放する際、還流液タンク内においてハンマリング現象が発生し、この振動によって、周辺機器の締め付け部が緩められたり、検出機器が故障するという問題があった。
【０００９】
【本発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題を解決し、芳香族ジカルボン酸とアルキレングリコールとを回分式でエステル化する反応装置において、アルキレングリコールのロスが少なく、かつ、均一な製品を得ることができると共に、安定操業性にも優れた回分式エステル化反応装置を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するもので、その要旨は、芳香族ジカルボン酸とアルキレングリコールとを回分式でエステル化する際に使用する装置であって、エステル化反応槽の上方に蒸留塔を設け、この間を加圧制御のための調圧弁で仕切った反応ガス排出管と、中間部に入口と出口を各々仕切弁で仕切った還流液タンクを設けた還流液返送管とで連結したエステル化反応装置において、前記還流液タンクの仕切弁として開放速度調節式の弁を用いたことを特徴とする回分式エステル化反応装置にある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の回分式エステル化反応装置を用いた反応で使用される芳香族ジカルボン酸としては、テレフタル酸、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸等が、アルキレングリコールとしては、エチレングリコール、１，４−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、１，６−ヘキサメチレングリコール等が挙げられる。
【００１２】
次に、本発明の装置について、図面を参照しながら具体的に説明する。
図１は、本発明の装置の一実施態様を示す概略説明図であり、１はエステル化反応槽、２は原料供給管、３は反応ガス排出管、４は調圧弁、５は蒸留塔、６はコンデンサーへの配管、７はコンデンサー、８は溜出液配管、９は還流液配管、１０は還流液返送管、１１は還流液タンク、１２は開放速度調節式のタンク入口側仕切弁、１３は開放速度調節式のタンク出口側仕切弁、１４は均圧配管、１５は蒸留塔側弁、１６は反応槽側弁を示す。
【００１３】
原料供給配管２からエステル化反応槽１に芳香族ジカルボン酸とアルキレングリコールを仕込んでエステル化反応を開始すると、反応で生成した水と共に原料の一部のアルキレングリコールを含んだ反応ガスがエステル化反応槽１内の圧力を上昇させる。所定の圧力に到達した時点から調圧弁４を開放して所定の圧力を維持するように制御する。この制御で、エステル化反応槽１から排出された反応ガスは、反応ガス排出管３を経て常圧系である蒸留塔５に入り、蒸留によりアルキレングリコールの濃度を次第に低下させながら、大部分が水分となった反応ガスは蒸留塔５の頂部に達し、コンデンサー７に導かれ、ここで凝縮されて液状となった一部は溜出液配管８から廃水処理工程へ排出される。
【００１４】
残りの凝縮液は、還流液として還流液配管９から蒸留塔５の頂部へ送液され、アルキレングリコールの濃度を蒸留によって次第に上げながら流下し、蒸留塔５の底部に達する。次に、蒸留塔５の下部に設けられた還流液タンク１１の上方ののタンク入口側仕切弁（入口弁）１２を全閉から全開までに２秒以上、さらに好ましくは３秒以上を所要する速度で調速しつつ開放することで蒸留塔５の底部の還流液は還流液タンク１１へ穏やかに流入する。次に、タンク入口側仕切弁（入口弁）１２を閉止し、タンク出口側仕切弁（出口弁）１３をタンク入口弁１２の場合と同様に調速しつつ開放すると自重により還流液はエステル化反応槽１へ穏やかに落下して返送され、アルキレングリコールは再び反応に供される。
【００１５】
この時、タンク入口弁１２やタンク出口弁１３を調速することなく２秒以内で開放すると、前者では還流液タンク１１内の蒸気圧が一様に蒸留塔５へ還流液と共に吹き上げ、蒸留塔５下部でハンマリング現象を発生する。また、後者ではエステル化反応槽１の蒸気圧が一様に還流液タンク１１へ流入し、還流液タンク１１内の還流液を吹き上げてハンマリング現象を発生する。このハンマリング現象により還流液タンク１１や蒸留塔５下部が振動を繰り返すため、機器と機器や配管と連結するフランジを締め付けているボルトネジが緩むことで、フランジ部から内液が外部に漏れてしまうとか、圧力や液位等を測定するために設置されている検出器類が故障する事態となる。
【００１６】
なお、タンク入口弁１２やタンク出口弁１３の開放速度調節機構としては、弁の駆動が圧力空気方式の場合には圧力空気供給配管途中に空気流量調節バルブを用い、弁の駆動がモータ方式の場合にはサーボモータを用いる。この他、流量調節用として一般的に利用されている流量コントロール弁を直接タンク入口弁１２やタンク出口弁１３に用いてもよい。
【００１７】
また、還流液量の多い反応に使用する場合は、還流液タンク１１と蒸留塔５及びエステル化反応槽１を結ぶ均圧配管１４を設け、還流液タンク１１に液を受け入れるときは蒸留塔側弁１５を開放し、液を払い出すときはエステル化反応槽側弁１６を開放することで還流液の移動性を高める方法があるが、この場合はタンク入口弁１２を開放する前に２秒以上蒸留塔側弁１５を開放し、タンク出口弁１３を開放する前に２秒以上エステル化反応槽側弁１６を開放することで同様の効果を得ることができる。
【００１８】
【実施例】
次に、本発明を実施例によって具体的に説明する。
なお、溜出液中のエチレングリコール（ＥＧ）とネオペンチルグリコール（ＮＰＧ）の濃度は、島津製作所製ＧＣ−１４Ｂ型ガスクロマトグラフを用いて測定した。また、ポリエステル中のＮＰＧ成分含有量は、ポリエステルを水酸化カリウム水溶液で加熱分解した後、上記ガスクロマトグラフを用いて測定した。
【００１９】
実施例１
図１に示す装置を用い、エステル化反応槽１にテレフタル酸（ＴＰＡ）１０００Ｋｇ、ＥＧ  ２４０Ｋｇ及びＮＰＧ  ４００Ｋｇを仕込み、温度を２６０℃として、調圧弁４で反応圧力を０．４ＭＰａ・Ｇに調節しながら、４時間エステル化反応を行った後、調圧弁４を開放し、圧力を常圧として、さらに４時間エステル化反応を１日３回の割合で１年間行った。
【００２０】
なお、蒸留塔側弁１５とタンク入口弁１２及びエステル化反応槽側弁１６とタンク出口弁１３の開放動作の間隔はいずれも３秒とし、このエステル化反応中、タンク入口弁１２とタンク出口弁１３は、３０秒毎に交互に開閉して還流液タンク１１内の還流液をエステル化反応槽１へ送液した。
溜出液量、溜出液中のＥＧとＮＰＧの濃度を測定した結果と、機器損傷回数を表１に示す。
【００２１】
実施例２
図１の装置において、蒸留塔側弁１５とエステル化反応槽側弁１６は使用せず、また、タンク入口弁１２とタンク出口弁１３の駆動は圧力空気方式であり、各々の圧力空気供給配管途中に空気調節バルブを設けて全閉から全開までの所要時間を２秒とした以外は、実施例１と同様にしてエステル化反応を行った。
その評価結果を表１に示す。
【００２２】
比較例１
蒸留塔側弁１５とタンク入口弁１２及びエステル化反応槽側弁１６とタンク出口弁１３の開放間隔を同時とした以外は、実施例１と同様にしてエステル化反応を行ったが、ハンマリング現象により１年間に６回のフランジ部緩みによる液漏れトラブルと３１回の圧力検出器破損トラブルを発生し、その度に修理のため１〜３日間の休転を要した。
その評価結果を表１に示す。
【００２３】
【表１】
0004336013.tif 000002
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、芳香族ジカルボン酸とアルキレングリコールとを回分式でエステル化する反応装置において、アルキレングリコールのロスが少なく、かつ、均一な製品を安定的に効率よく得ることのできる回分式エステル化反応装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回分式エステル化反応装置の一実施態様を示す概略説明図である。
【符号の説明】
１  エステル化反応槽
２  原料供給管
３  反応ガス排出管
４  調圧弁
５  蒸留塔
７  コンデンサー
８  溜出液配管
９  還流液配管
１０  還流液返送管
１１  還流液タンク
１２  タンク入口側仕切弁（入口弁）
１３  タンク出口側仕切弁（出口弁）
１４  均圧配管
【図１】
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