ポリエステルの製造装置およびその方法
【課題】オリゴマーを製造する第１の反応器の効率化を図ったポリブチレンテレフタレートの製造装置及びその方法を提供することにある。
【解決手段】本発明のポリブチレンテレフタレートの連続製造装置は少なくとも、縦型円筒状のエステル化反応槽１０と、複数の単位下部ヘッダ管１１１ａ−ｄから構成される下部ヘッダ管と、複数の単位上部ヘッダ管１１３ａ−ｄから構成される上部ヘッダ管と、上下方向に対向する単位下部ヘッダ管１１１ａ−ｄ及び単位上部ヘッダ管１１３ａ−ｄを気相又は液相熱媒を流通可能に接続する複数の連通管であるである伝熱管１１２ａ−ｄと、撹拌翼１２０とを備え、各単位下部ヘッダ管１１１ａ−ｄ及び各単位上部ヘッダ管１１３ａ−ｄには熱媒流出入部が形成されていることを特徴とする第１の反応器１を備える。
【解決手段】本発明のポリブチレンテレフタレートの連続製造装置は少なくとも、縦型円筒状のエステル化反応槽１０と、複数の単位下部ヘッダ管１１１ａ−ｄから構成される下部ヘッダ管と、複数の単位上部ヘッダ管１１３ａ−ｄから構成される上部ヘッダ管と、上下方向に対向する単位下部ヘッダ管１１１ａ−ｄ及び単位上部ヘッダ管１１３ａ−ｄを気相又は液相熱媒を流通可能に接続する複数の連通管であるである伝熱管１１２ａ−ｄと、撹拌翼１２０とを備え、各単位下部ヘッダ管１１１ａ−ｄ及び各単位上部ヘッダ管１１３ａ−ｄには熱媒流出入部が形成されていることを特徴とする第１の反応器１を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンサクシネート、ポリエチレンサクシネート等のポリエステル系高分子の連続製造方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
これらのポリエステルは、ジカルボン酸とグリコールを原料とし、これらの混合物に触媒を添加した後、エステル化工程、重合工程を経て、ポリエステルに合成される。エステル化工程ではジカルボン酸のカルボキシル基２つがそれぞれグリコールとエステル化反応してモノマーを生成し、モノマー同士が縮重合反応により平均重合度１〜１０程度のオリゴマーを生成する。ポリエステル系高分子の一つであるポリブチレンテレフタレート（以下、ＰＢＴと記す）の製造方法及びその装置としては、特開昭６２−１９５０１７号公報（特許文献１）、特開２００６−１１１６４７号公報（特許文献２）に開示された装置が知られている。
【０００３】
特許文献１ではポリエステルの１つであるＰＢＴについての重合方法が記載されている。この中で原料であるグリコール（１、４−ブタンジオール）の熱劣化によるテトラヒドロフラン（以下ＴＨＦと記す）生成を低減する方法について言及がある。本方式によれば、できるだけ高温、低圧、短時間での重合が望ましいと特許文献１には記載されている。しかしながら特許文献１には装置規模が大きい場合において、この反応条件を実現する装置構成への言及はない。
【０００４】
一方、特許文献２には、ジカルボン酸とグリコール類とを含む被処理液をエステル化反応させてオリゴマーを製造する第１の反応器と、該第１の反応器からのオリゴマーを縮重合させて、低重合度のポリマーを製造する第２の反応器と、該第２の反応器からの低重合ポリマーを更に縮重合させて、高重合度のポリマーを製造する第３の反応器とを備えたポリエステル系高分子の連続製造装置が開示されている。前記第１の反応器の主要部は図５aに記載した構造を有している。すなわち、前記第１の反応器１００１はジカルボン酸とグリコール類とを含む被処理液を攪拌すると共に、気相又は液相熱媒の熱により加熱して前記被処理液をエステル化反応させてオリゴマーを製造するものである。第１の反応器１００１は、被処理液が供給される縦型円筒状のエステル化反応槽１０１０と、該エステル化反応槽内の被処理液を攪拌する攪拌手段１１２０と、熱媒を流通すべく、エステル化反応槽１０１０内上部に配置された上部ヘッダ管１１１３、エステル化反応槽１０１０内下部に配置された下部ヘッダ管１１１１、及び上部ヘッダ管１１１３と下部ヘッダ管１１１１に前記熱媒が流通可能に上部ヘッダ管１１１３と下部ヘッダ管１１１１とを接続した複数の連通管である伝熱管１１１２を含む加熱器１１４０と、を少なくとも備える。下部ヘッダ管１１１１は熱媒流出入部である下部熱媒流出入ノズル１１１０を有する。上部ヘッダ管１１１３は熱媒流出入部である上部熱媒流出入ノズル１１１４を有する。特許文献２には、この装置を用いた場合に推奨すべき反応条件としては温度条件は２２０℃〜２５０℃であり、圧力条件は減圧あるいは微加圧条件であると記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開昭６２−１９５０１７号公報
【特許文献２】特開２００６−１１１６４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献２に記載された第１の反応器１００１は、上下ヘッダ管に設置された熱媒流出入部がそれぞれ１つのみであるため、温度むらが発生し易く、上下の各ヘッダ管と伝熱管との接合部分において熱応力破損の可能性があるという課題を有していた。この点を図５ｂに基づいて説明する。図５ｂでは特許文献２の装置における加熱器１１４０のみを平面的に示した模式図である。図５ｂでは簡略化して伝熱管を２本のみ描写する（１１１２ａ及び１１１２ｂ）。例えば下部熱媒流出入ノズル１１１０から熱媒が導入される場合、熱媒が下部ヘッダ管の部位４から、伝熱管１１１２ｂ内を上昇し、上昇中に被処理液と熱媒との熱交換が行われ、上部ヘッダ管の部位３を経て部位１に至り、上部熱媒流出入ノズル１１１４から排出される経路と、熱媒が下部ヘッダ管の部位４から、下部ヘッダ管の部位２を経て、伝熱管１１１２ｂ内を上昇し、上昇中に被処理液と熱媒との熱交換が行われ、上部ヘッダ管の部位１に至り、上部熱媒流出入ノズル１１１４から排出される経路とがある。部位２と部位４との間の距離をLとし、部位１，２，３，４での熱媒の温度をそれぞれＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４とする。この場合、熱媒は下部ヘッダ管を距離L移動する際に熱を放出するためＴ４＞Ｔ２となる。その結果、（Ｔ４−Ｔ３）＞（Ｔ２−Ｔ１）となる。すなわち伝熱管ごとに上部ヘッダ管への接続部分と下部ヘッダ管への接続部分との温度差が異なることになる。温度差が異なれば鉛直方向の熱膨張率は異なるから、鉛直方向の熱膨張に伴う応力が伝熱管ごとに相違することとなる。この相違によって、伝熱管１１１２と、上下のヘッダ管との接続部分に負荷がかかり破損するという可能性があった。Ｔ４とＴ２との差は距離Lが長いほど大きい傾向がある。図５aに示すような特許文献２記載の装置では上下のヘッダ管がそれぞれ円周方向に沿って一体に形成されているため図５ｂの距離Lに相当する距離が長く熱応力破損の可能性が高まるという問題があった。また、このような熱応力破損の可能性は高温条件下で高まるため、反応時間が長くなり、反応副生成物が多く発生するため特許文献２の装置を用いた場合には、反応には不利な低温で反応を進めることを余儀なくされ、反応時間が長くなり、反応副生成物が多く発生するため、生産効率が下がるという問題があった。
【０００７】
また、上記特許文献１に記載された第１の反応器は、上下ヘッダ部に多数の伝熱管を配設しているため、高温運転時においてはヘッダ部の円周方向の熱膨張に起因する熱応力破損の可能性があるという問題があった。同様な課題は、ポリエチレンテレフタレート重合におけるエチレングリコールのジエチレングリコール化、ポリトリメチレンテレフタレート重合における１、３−プロパンジオールのアクロレイン化に対応する際にも発生する。
【０００８】
本発明の目的は、上記課題を解決すべく、ジカルボン酸とグリコール類とを反応させて平均重合度２〜５程度のオリゴマーを製造する第１の反応器において、高温条件下での運転を可能とするポリエステル系高分子の製造装置及びその方法を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、テレフタル酸を主成分とする芳香族ジカルボン酸と１，４−ブタジオールを主成分とするグリコール類とを反応させて平均重合度２〜５程度のオリゴマーを製造する第１の反応器において、温度は２２０℃から２５０℃、望ましくは２４０℃から２５０℃、圧力は２００Ｔｏｒｒから８００Ｔｏｒｒ、望ましくは２００Ｔｏｒｒから４００Ｔｏｒｒでの運転を可能とするポリブチレンテレフタレートの製造装置及びその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記目的を達成すべく検討し、本発明を完成するに至った。
本発明は、ジカルボン酸とグリコール類とを含む被処理液を攪拌すると共に、気相又は液相熱媒の熱により加熱して前記被処理液をエステル化反応させてオリゴマーを製造する第１の反応器を少なくとも備え、該第１の反応器は、前記被処理液が供給される縦型円筒状のエステル化反応槽と、該エステル化反応槽内の被処理液を攪拌する攪拌手段と、前記熱媒を流通すべく、前記エステル化反応槽内上部に配置された上部ヘッダ管、前記エステル化反応槽内下部に配置された下部ヘッダ管、及び前記上部ヘッダ管と前記下部ヘッダ管に前記熱媒が流通可能に前記上部ヘッダ管と前記下部ヘッダ管とを接続した複数の連通管を含む加熱器と、を少なくとも備えた、ポリエステル系高分子の連続製造装置であって、
前記上部ヘッダ管は、前記エステル化反応槽の円周方向に沿って配置された複数の単位上部ヘッダ管から構成され、前記下部ヘッダ管は、前記エステル化反応槽の円周方向に沿って配置された複数の単位下部ヘッダ管から構成され、前記各連通管は、上下方向に対向した前記単位上部ヘッダ管及び前記単位下部ヘッダ管に接続されており、各単位上部ヘッダ管及び各単位下部ヘッダ管には、前記熱媒を流入又は流出させるための熱媒流出入部が形成されていることを特徴とするポリエステル系高分子の連続製造装置を提供する。
【００１１】
本発明はまた前記装置を用いて高温条件下でジカルボン酸とグリコール類とを含む被処理液をエステル化反応させてオリゴマーを製造することを特徴とする、ポリエステル系高分子の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の装置では、第１の反応器において上部及び下部のヘッダ管がそれぞれ複数の単位ヘッダ管に分割されていることにより、上部及び下部のヘッダ管を連通する複数の連通管である複数の伝熱管ごとの温度むらが抑制され、伝熱管の接合部分において加熱時の熱応力破損の危険性が低くなる。そのためエステル化反応において高い加熱温度を確保することができる。その結果、品質の良好なポリエステル系高分子を効率よく連続生産できると同時に、反応副生成物の生成量を低減させ、生産効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明に係るポリエステル系高分子の製造装置及びその方法の実施の形態についてより詳細に説明する。
【００１４】
本発明はジカルボン酸とグリコール類とを含む被処理液を攪拌すると共に、気相又は液相熱媒の熱により加熱して前記被処理液をエステル化反応させてオリゴマーを製造する第１の反応器の構造に特徴を有するポリエステル系高分子の連続製造装置に関する。本発明のポリエステル系高分子の連続製造装置には該第１の反応器のほかに、該第１の反応器からのオリゴマーを縮重合させて、低重合度のポリマーを製造する第２の反応器と、該第２の反応器からの低重合ポリマーを更に縮重合させて高重合度のポリマーを製造する第３の反応器とを更に備えていてもよい。
【００１５】
前記第１の反応器は、前記被処理液が供給される縦型円筒状のエステル化反応槽と、該エステル化反応槽内の被処理液を攪拌する攪拌手段と、前記熱媒を流通すべく、前記エステル化反応槽内上部に配置された上部ヘッダ管、前記エステル化反応槽内下部に配置された下部ヘッダ管、及び前記上部ヘッダ管と前記下部ヘッダ管に前記熱媒が流通可能に前記上部ヘッダ管と前記下部ヘッダ管とを接続した複数の連通管を含む加熱器と、を少なくとも備える。熱媒が各連通管を通過する際にその表面において前記被処理液と前記熱媒との間で熱交換が行われる。すなわち前記各連通管は伝熱管として機能する。本明細書における用語「連通管」はその形態に着目した場合の呼称であり、用語「伝熱管」は「連通管」の機能に着目した場合の呼称である。また本明細書では複数の伝熱管を指して「マルチ伝熱管」と称することがある。
【００１６】
本発明の第一の特徴は、前記上部ヘッダ管が、前記エステル化反応槽の円周方向に沿って配置された複数の単位上部ヘッダ管から構成され、前記下部ヘッダ管が、前記エステル化反応槽の円周方向に沿って配置された複数の単位下部ヘッダ管から構成され、前記各連通管が、上下方向に対向した前記単位上部ヘッダ管及び前記単位下部ヘッダ管に接続されており、且つ、各単位上部ヘッダ管及び各単位下部ヘッダ管には、前記熱媒を流入又は流出させるための熱媒流出入部が少なくとも一つ形成されていることにある。前記エステル化反応槽の円周方向に隣接する単位上部ヘッダ管同士及び前記エステル化反応槽の円周方向に隣接する単位下部ヘッダ管同士の流路は互いに連通していない。このように、上下のヘッダ管を複数の独立した流路を形成する小単位に分割することにより、伝熱管への流入前又は流出後における上下のヘッダ管内での熱媒の移動距離を短くすることができる。すなわち、図５ｂにおける距離Lに相当する距離を短くすることができる。このため、各単位ヘッダ管内での位置による熱媒の温度差は小さくなり、その結果、各伝熱管のヘッダ管への接続位置の相違による温度むらを抑制することができ、伝熱管の鉛直方向の熱膨張に伴う応力による熱破損の危険性を低くすることができる。単位上部ヘッダ管及び単位下部ヘッダ管の数は特に限定されない。各単位上部ヘッダ管及び各単位下部ヘッダ管は、その長手方向が前記エステル化反応槽の円周方向に沿って延伸した形状に形成されていることが好ましい。本特徴を有する第１の反応器を用いることによりジカルボン酸とグリコール類とを含む被処理液をエステル化反応させてオリゴマーを製造する反応を高温条件で行うことが可能となる。
【００１７】
本発明の第二の特徴は、前記複数の単位上部ヘッダ管及び前記複数の単位下部ヘッダ管のうち前記エステル化反応槽の円周方向に隣接するもの同士の間に間隙が形成されていることにある。この特徴を有する第１の反応器の一例を図２及び図４に示す。この特徴により、各単位ヘッダ管のエステル化反応槽の円周方向への熱膨張を前記間隙で吸収することができ、熱破損を回避することができる。
【００１８】
本発明の第三の特徴は、前記複数の単位上部ヘッダ管及び前記複数の単位下部ヘッダ管のうち前記エステル化反応槽の円周方向に隣接するもの同士は接続部材を介して接続されており、且つ、前記接続部材の熱膨張率は、前記複数の単位上部ヘッダ管及び前記複数の単位下部ヘッダ管の熱膨張率と同等であるかより小さいことにある。この特徴を有する第１の反応器の一例を図１１及び図１２に示す。この特徴によっても、各単位ヘッダ管のエステル化反応槽の円周方向への熱膨張を前記接続部材で吸収することができ、熱破損を回避することができる。
【００１９】
本発明の第四の特徴は、前記複数の連通管（伝熱管）が、前記エステル化反応槽の中心軸に沿って、前記エステル化反応槽の中心軸を中心とした複数の同心円の円周上に配置されていることにある。この場合、前記複数の単位上部ヘッダ管及び前記複数の単位下部ヘッダ管はそれぞれ、前記エステル化反応槽の中心軸を中心とした複数の同心円の円周上に配置されていることが好ましく、前記複数の単位上部ヘッダ管と、前記複数の単位下部ヘッダ管とはそれぞれ、前記エステル化反応槽の中心軸を中心とした同一の半径を有する同一の数の同心円の円周上に配置されていることがより好ましい。この特徴を有する第１の反応器の一例を図４及び図１２に示す。この特徴により広い伝熱面積を確保できるため、エステル化工程の伝熱性能が向上する。
【００２０】
本発明の装置における撹拌手段としては、エステル化反応槽内でジカルボン酸とグリコール類とを含む被処理液を攪拌して、該被処理液を該エステル化反応槽内に配置された複数の伝熱管と十分に接触させることができるものであれば特に限定されない。このような撹拌手段としては例えば撹拌翼が挙げられる。撹拌翼は、前記エステル化反応槽の少なくとも一つの水平断面の中央部に配置されていることが好ましく、該撹拌翼は前記エステル化反応槽の中心軸と同一又はほぼ同一の軸を中心に回転するものであることが好ましい。撹拌翼はその直下方向に被処理液の流れを発生させるものであることが好ましい。撹拌翼が前記エステル化反応槽の少なくとも一つの水平断面の中央部に配置されている場合、前記複数の連通管は、前記エステル化反応槽の中心軸に沿って、前記少なくとも一つの水平断面の周辺部に配置されて、前記中央部を包囲していることが好ましい。
【００２１】
本発明はまた、前記の特徴を有する本発明の装置を用いたポリエステル系高分子の製造方法を提供する。本方法の特徴は、ジカルボン酸とグリコール類とを含む被処理液をエステル化反応させてオリゴマーを製造する工程を、前記エステル化反応槽に前記被処理液を供給し、前記エステル化反応槽内部の温度を２２０℃〜２５０℃、前記エステル化反応槽内部の圧力を２００Ｔｏｒｒ〜８００Ｔｏｒｒに設定して運転を行うことにより行うことにある。前記温度としては２４０℃〜２５０℃がより好ましい。前記圧力としては２００Ｔｏｒｒ〜４００Ｔｏｒｒがより好ましい。このような条件での運伝は、従来の反応装置では実現が困難であった。本方法においては、前記ジカルボン酸としてテレフタル酸を主成分とする芳香族ジカルボン酸を用い、前記グリコール類として１，４−ブタンジオールを主成分とするグリコール類を用いることが特に好ましい。
【００２２】
以下に、本発明の装置の具体的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
（装置全体）
図１は、本発明に係るポリエステル系高分子の連続製造装置の一例の全体の構成図である。図１にはまた、該装置を用いたポリエステル系高分子の製造プロセスの一例についても図示されている。一例としてポリエステル系高分子であるＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）を製造する場合について説明する。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、最近ではポリエステルの製造には直接エステル化方法が多く採用されている。図１において、５は、ＰＢＴの原料であるＴＰＡ（テレフタル酸）とＢＤ（１, ４−ブタンジオール）を所定の割合で混合、攪拌する原料調整槽である。原料調整槽５から得られる原料は、原料供給ライン２から原料入口１０５を経てエステル化反応槽１０を備える第１の反応器１へ供給される。この段階で重合反応触媒（ＣＡＴ）や安定剤、品質調整剤などの添加物（ＡＤＤ）を加える場合には、重合反応触媒や添加剤はエステル化反応槽１０へ触媒投入ライン１４から触媒供給口１０８を通して投入することができる。重合反応触媒としては有機チタン、有機錫、有機ジルコニア等の公知の金属化合物が挙げられる。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ＰＢＴの色相及び熱安定性等の品質に大きな影響を及ぼすことが良く知られている。触媒としては現在最も多く工業的に使用されている有機チタ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。この点を改善するために安定剤として燐系安定剤（例えば、リン酸、トリメチルホスフェート、トリフェニルホスフェート等）を併用してもよい。また、別の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もよい。通常のプロセスでは触媒の量はチタン金属換算濃度で２０〜１００ｐｐｍとすることが好ましく、また安定剤の量は必要に応じてリン金属濃度で０〜６００ｐｐｍとすることが好ましい。
【００２３】
（第１の反応器）
図２には、第１の反応器の好適な一実施形態を示す。図２に示す第１の反応器１は、縦型円筒状のエステル化反応槽１０と、エステル化反応槽内下部に、前記エステル化反応槽の円周方向に沿って一重に配置された複数（４つ）の単位下部ヘッダ管１１１ａ−ｄと、エステル化反応槽内上部に、前記エステル化反応槽の円周方向に沿って配置された複数（４つ）の単位上部ヘッダ管１１３ａ−ｄと、上下方向に対向した前記単位上部ヘッダ管１１３ａ−ｄと前記単位下部ヘッダ管１１１ａ−ｄとをそれぞれ気相又は液相熱媒が流通可能に接続する複数の連通管である伝熱管１１２ａ−ｄと、エステル化反応槽の２つの水平断面における中央部に配置された、前記エステル化反応槽の中心軸を中心に回転する、前記供給された被処理液を撹拌するための２つの攪拌翼１２０と、該攪拌翼の撹拌軸１２１とを備えた実施形態を示す。単位下部ヘッダ管１１１ａ−ｄと、単位上部ヘッダ管１１３ａ−ｄと、伝熱管１１２ａ−ｄとから、熱媒を流通するための加熱器１４０が構成される。撹拌翼１２０はその直下方向に処理液の流れを発生させるものであることが好ましい。単位下部ヘッダ管１１１ａ−ｄはそれぞれ伝熱管熱媒を流入又は流出させるための熱媒流出入部である下部熱媒流出入ノズル１１０ａ−ｄ（ただしｂは図示していない）を有する。単位上部ヘッダ管１１３ａ−ｄはそれぞれ伝熱管熱媒を流入又は流出させるための熱媒流出入部である上部熱媒流出入ノズル１１４ａ−ｄ（ただしｂは図示していない）を有する。伝熱管１１２ａ−ｄのそれぞれの寸法は、例えば直径２０ｍｍ程度で、長さが１５０ｃｍ程度であるがこれには限定されない。伝熱管熱媒は気相熱媒又は液相熱媒である。熱媒の温度は２４５℃〜２６０℃程度が好ましい。伝熱管熱媒として液相熱媒を用いる場合、液相熱媒はエステル化反応槽の外部から下部熱媒流出入ノズル１１０ａ−ｄを介して各ノズルが接続された単位下部ヘッダ管１１１ａ−ｄに供給され、該供給された液相熱媒が伝熱管１１２ａ−ｄ内を下部から上部へ流動し、単位上部ヘッダ管１１３ａ−ｄから上部熱媒流出入ノズル１１４ａ−ｄを介してエステル化反応槽の外部に排出される。伝熱管熱媒として油等の気相熱媒（スチームガス）を用いる場合には、気相熱媒がエステル化反応槽の外部から上部熱媒流出入ノズル１１４ａ−ｄを介して各ノズルが接続された単位上部ヘッダ管１１３ａ−ｄに供給され、該供給された気相熱媒がマルチ伝熱管１１２ａ−ｄ内を上部から下部へ流動し、単位下部ヘッダ管１１１ａ−ｄから下部熱媒流出入ノズル１１０ａ−ｄを介してエステル化反応槽の外部に排出される。なお、図２においては上部ヘッダ管及び下部ヘッダ管の円周方向の分割数を４としたが、実施にあたってはこれに限定されるものではない。単位下部ヘッダ管１１１ａ−ｄ及び単位上部ヘッダ管１１３ａ−ｄはそれぞれエステル化反応槽の円周方向の流路長が短いため各単位上部ヘッダ管及び各単位下部ヘッダ管に連結された伝熱管ごとの温度むらが少なく、熱破損の危険性が低い。図２に示す実施形態では、単位下部ヘッダ管１１１ａ−ｄのうちエステル化反応槽の円周方向に隣接するもの同士の間には間隙１１５ａ−ｄ（ただしｂは図示していない）が存在しており、単位上部ヘッダ管１１３ａ−ｄのうちエステル化反応槽の円周方向に隣接するもの同士の間には間隙１１６ａ−ｄ（ただしｂは図示していない）が存在している。本構造をとることにより、単位下部ヘッダ管１１１ａ−ｄのそれぞれのエステル化反応槽の円周方向への熱膨張が間隙１１５ａ−ｄで吸収され、単位上部ヘッダ管１１３ａ−ｄのそれぞれのエステル化反応槽の円周方向への熱膨張が間隙１１６ａ−ｄで吸収されるため、熱破損を回避することができる。
【００２４】
なお、単位下部ヘッダ管１１１ａ−ｄ及び単位上部ヘッダ管１１３ａ−ｄのうちエステル化反応槽の円周方向に隣接するもの同士は、単位下部ヘッダ管１１１ａ−ｄ及び単位上部ヘッダ管１１３ａ−ｄの熱膨張率と同等であるかより小さい熱膨張率を有する接続部材により接続されていてもよい。この実施形態を図１１に示す。図１１において１１５−２ａ−ｄ（ただしｂは図示していない）及び１１６−２ａ−ｄ（ただしｂは図示していない）は単位下部ヘッダ管１１１ａ−ｄ及び単位上部ヘッダ管１１３ａ−ｄの熱膨張率と同等であるかより小さい熱膨張率を有する接続部材を示す。本構造をとることにより、単位下部ヘッダ管１１１ａ−ｄのそれぞれのエステル化反応槽の円周方向への熱膨張が接続部材１１５−２ａ−ｄで吸収され、単位上部ヘッダ管１１３ａ−ｄのそれぞれのエステル化反応槽の円周方向への熱膨張が接続部材１１６−２ａ−ｄで吸収されるため、熱破損を回避することができる。
【００２５】
図３及び図４には、第１の反応器の他の一実施形態を示す。図３及び図４に示す第１の反応器１’の加熱器１４０’は、エステル化反応槽１０内下部において、該エステル化反応槽１０の中心軸を中心とした円周上に配置された４つの単位下部ヘッダ管からなる下部ヘッダ管１１１’と、下部ヘッダ管１１１’を構成する各単位下部ヘッダ管が配置された前記円周と同じ高さ位置で該円周の外側を通る、該円周と中心を同じくする円周上に配置された４つの単位下部ヘッダ管からなる下部ヘッダ管１１１’’と、下部ヘッダ管１１１’’を構成する各単位下部ヘッダ管が配置された前記円周と同じ高さ位置で該円周の外側を通る、該円周と中心を同じくする円周上に配置された４つの単位下部ヘッダ管からなる下部ヘッダ管１１１’’’と、エステル化反応槽１０内上部において、該エステル化反応槽１０の中心軸を中心とした円周上に配置された４つの単位上部ヘッダ管１１３’ａ−ｄからなる上部ヘッダ管１１３’と、単位上部ヘッダ管１１３’ａ−ｄが配置された前記円周と同じ高さ位置で該円周の外側を通る、該円周と中心を同じくする円周上に配置された４つの単位上部ヘッダ管１１３’’ａ−ｄからなる上部ヘッダ管１１３’’と、単位上部ヘッダ管１１３’’ａ−ｄが配置された前記円周と同じ高さ位置で該円周の外側を通る、該円周と中心を同じくする円周上に配置された４つの単位上部ヘッダ管１１３’’’ａ−ｄからなる上部ヘッダ管１１３’’’と、上部ヘッダ管１１３’を構成する各単位上部ヘッダ管１１３’ａ−ｄ及びそれと上下方向に対向して存在する下部ヘッダ管１１１’を構成する単位下部ヘッダ管を連通する複数の連通管であるマルチ伝熱管１１２’と、上部ヘッダ管１１３’’を構成する各単位上部ヘッダ管１１３’’ａ−ｄ及びそれと上下方向に対向して存在する、下部ヘッダ管１１１’’を構成する単位下部ヘッダ管を連通する複数の連通管であるマルチ伝熱管１１２’’と、上部ヘッダ管１１３’’’を構成する各単位上部ヘッダ管１１３’’’ａ−ｄ及びそれと上下方向に対向して存在する、下部ヘッダ管１１１’’’を構成する単位下部ヘッダ管を連通する複数の連通管であるマルチ伝熱管１１２’’’とから構成される。下部ヘッダ管１１１’、１１１’’、１１１’’’を構成する各単位下部ヘッダ管はそれぞれ伝熱管熱媒を流入又は流出させるための熱媒流出入部である下部熱媒流出入ノズル１１０’、１１０’’、１１０’’’（ただし図３の右側、及び図４(ｂ)では図示していない）を有する。上部ヘッダ管１１３’、１１３’’、１１３’’’を構成する各単位上部ヘッダ管はそれぞれ伝熱管熱媒を流入又は流出させるための熱媒流出入部である上部熱媒流出入ノズル１１４’、１１４’’、１１４’’’（ただし図３の右側、及び図４(ｂ) では図示していない）を有する。図３及び図４において、図１と同じ又は対応する番号が付されている構成要素については図２と同様の機能及び構成を有する。図３及び図４では円周上に配置された複数の単位下部ヘッダ管及び単位上部ヘッダ管がそれぞれ３重に配置された例を示すが、これは一例であり、多重度は特に限定されない。図３及び図４では簡略化して描写しているが、この実施形態ではマルチ伝熱管１１２’、１１２’’、１１２’’’の合計本数は数千本とすることができる。図３及び図４に示す実施形態では、伝熱管が多重配置されていることにより処理時間を顕著に短縮することができる。エステル化反応槽１０内において、攪拌駆動源１２２によって駆動される攪拌軸１２１を介して攪拌翼１２０を回転させ、被処理液１０４を撹拌すると、図４（ｂ）に示すように、エステル化反応槽１０内の中央部の被処理液は上部から下部に下降する流れとなり、下部においては図４（a）に示すように外周方向へ流れ、更に図４（ｂ）に示すように、下部から上部に向かってリング状に配列されたマルチ伝熱管１１２’、１１２’’及び１１２’’’の間を通って上昇する流れとなる。その結果、マルチ伝熱管により効率よく被処理液を加熱し、エステル化反応工程で生成する揮発性のガスによる密度変化と温度差による相乗効果によって、反応を進行させる。加熱手段１４０’の熱交換量Ｑは、次の（１）式で表される。
Ｑ＝Ｕ・Ａ・ΔＴ （１）
【００２６】
Ｕは熱通過率［Ｗ／（ｍ２・Ｋ）］、Ａはマルチ伝熱管１１２’、１１２’’及び１１２’’’の合計の伝熱面積（ｍ２）、ΔＴは所定の対数平均温度差（Ｋ）。
【００２７】
このように直径が２０ｍｍ程度の数千本のマルチ伝熱管１１２’、１１２’’及び１１２’’’を多重同心円状に配列することによって伝熱面積を増大させると共に、被処理液の中にマルチ伝熱管１１２’、１１２’’及び１１２’’’を通し、中心に攪拌翼１２０を設けた場合、被処理液がマルチ伝熱管１１２’、１１２’’及び１１２’’’の間を絡むように下部から上部に流れるため熱通過率Ｕを４００程度に大幅に向上させることができる。その結果、上記加熱手段の熱交換量Ｑを大幅に向上させて被処理液の滞留時間を２時間程度に大幅に短縮することが可能となる。
【００２８】
また、個々の伝熱管１１２’、１１２’’及び１１２’’’を、その横断面がエステル化反応槽１０の水平断面において千鳥状になるように配列すればさらに高密度に配列でき、本数増加による伝熱面積Ａの増加および伝熱管の間の間隙の減少による熱通過率Ｕの向上を図ることが可能となる。
【００２９】
図４に示す実施形態では、間隙１１６’ａ−ｄ、１１６’’ａ−ｄ、及び１１６’’’ａ−ｄ、並びに、図示はしていないが下部ヘッダ管１１１’、１１１’’及び１１１’’’を構成する各単位下部ヘッダ管間の間隙により、各単位上部ヘッダ管及び各単位下部ヘッダ管のエステル化反応槽の円周方向への熱膨張が吸収され、熱破損を回避することができる。なお図１２には、図４に示す間隙１１６’ａ−ｄ、１１６’’ａ−ｄ、及び１１６’’’ａ−ｄを、単位上部ヘッダ管１１３’ａ−ｄ、１１３’’ａ−ｄ、及び１１３’’’ａ−ｄの熱膨張率と同等であるかより小さい熱膨張率を有する接続部材１１６’−２ａ−ｄ、１１６’’−２ａ−ｄ、及び１１６’’’−２ａ−ｄに置換した他の実施形態を示す。なお図１２の実施形態では、図示していないが下部ヘッダ管１１１’、１１１’’及び１１１’’’を構成する各単位下部ヘッダ管間の間隙もまた同様に下部ヘッダ管１１１’、１１１’’及び１１１’’’を構成する各単位下部ヘッダ管の熱膨張率と同等であるかより小さい熱膨張率を有する接続部材により置換されている。図１２に示す実施形態ではこれらの接続部材の存在により各単位上部ヘッダ管及び各単位下部ヘッダ管のエステル化反応槽の円周方向への熱膨張が吸収され、熱破損を回避することができる。
【００３０】
次に図３に基づいて、第１の反応器の他の構成要素について説明する。エステル化反応槽１０の外周部には、図３に示すように被処理液を反応温度に保つための熱媒ジャケット１０１が形成されている。熱媒ジャケット１０１には、ジャケット熱媒用上部ノズル１０２とジャケット熱媒用下部ノズル１０３が接続される。１０５は原料入口、１０６はオリゴマー出口である。１０７はＢＤ供給口、１０８は触媒供給口である。１３０は蒸気出口である。
【００３１】
第１の反応器において反応により生成する水は水蒸気として発生し、気化したＢＤ蒸気及び副生するＴＨＦ蒸気と共に気相部１２を形成する。このときの推奨すべき反応温度条件は２２０℃〜２５０℃、望ましくは２４０℃〜２５０℃である。また反応圧力条件は２００Ｔｏｒｒ〜８００Ｔｏｒｒ、望ましくは２００Ｔｏｒｒ〜４００Ｔｏｒｒである。このような高温条件下ではエステル化反応速度が速く、しかも減圧条件に設定することにより反応副生成物を迅速に除去できるため、２時間以下の滞留時間で目標のエステル化率に到達可能となる。このようにエステル化反応速度が向上することによりエステル化反応時間が短縮され、副反応生成物であるＴＨＦ生成量を大幅に低減できる。この時のＴＨＦ生成量は、原料ＴＰＡのモル分率で１５〜２５ｍｏｌ％／ｈ程度である。被処理液中から出た揮発分である気相部１２のガスは、第１の反応器においてエステル化反応槽１０の上方に設けられた蒸留塔（図示せず）により水とＴＨＦ及びＢＤとに分離され、水とＴＨＦは系外に除去され、ＢＤは精製工程等を経て再び系内あるいは原料用として蒸留塔下部よりＢＤ循環ライン４２によりＢＤタンク４０に戻される。循環ＢＤはＢＤタンク４０からＢＤ供給ライン４１により原料調整槽５に供給されるが、ＢＤタンク４０内の循環ＢＤは必要に応じてＢＤ精製処理（図示せず）を行い原料ＢＤの純度を調整する。さらに必要に応じて、初期重合槽（第２の反応器）２０および最終重合槽（第３の反応器）３０に設置される減圧装置の湿式コンデンサ（図示せず）から排出された循環ＢＤをＢＤ循環ライン４３よりＢＤタンク４０に戻し、ＢＤ原単位をさらに向上させる。この場合、新ＢＤは、最終重合槽３０の湿式コンデンサへ新ＢＤ供給ライン４５より供給し、ＢＤ循環ライン４４から第２反応器２０の湿式コンデンサへ供給し、ＢＤ循環ライン４３よりＢＤタンク４０に供給する。
【００３２】
エステル化反応槽１０で所定のエステル化率に到達した被処理液は、連絡管１３を経由して初期重合槽（第２の反応器）２０に供給される。即ち、被処理液は、エステル化反応槽１０で所定のエステル化率に到達したとき、連絡管１３の途中に設けたオリゴマポンプ１５により初期重合槽（第２の反応器）２０に供給される。
【００３３】
（第２の反応器）
次に、第２の反応器（初期重合槽）２０について図１及び図６を用いて簡単に説明する。図１において、初期重合槽２０は堅長円筒状の容器本体の外周が熱媒ジャケット２０２で覆われており、容器本体中央上部に回転軸２０３及び駆動装置２０４が取り付けられている。容器本体内は円筒状の仕切板２０５により２室に分けられており、ドーナツ状の第１室２０６と円筒状の第２室２０７を形成し、それぞれの攪拌室２０６、２０７内を回転して攪拌する攪拌翼２０８及び２０９が１本の共通の半長の回転軸２０３に取り付けられている。さらに、それぞれの攪拌室２０６、２０７内の攪拌翼２０８、２０９の外側には伝熱管２１０、２１１が取り付けられ、この伝熱管２１０、２１１への熱媒入口ノズル２１４、２１３、出口ノズル２１２、２１５が容器本体を貫通して取り付けられている。また、容器本体の第１室２０６の下部には、被処理液の入口ノズル２１６が取り付けられ、容器本体の第２室２０７の下部中央には、被処理液の出口ノズル２１７が取り付けられている。さらに、容器本体の上部に揮発物の出口ノズル２１８が設けられ、配管で凝縮器及び真空引き装置（図示せず）に接続される。
【００３４】
ここで第１室２０６内の攪拌翼２０８は、第２室２０７内の攪拌翼２０９に比べて周速が高いため、攪拌抵抗の小さいスリムな形状となっており、第２室２０７内の攪拌翼２０９は、周速が低いため、攪拌抵抗の大きい幅の広い形状となっている。これにより、同一の回転数でまわる両攪拌翼２０８及び２０９が両攪拌室２０６及び２０７で同程度の攪拌効果を得ることができる。
【００３５】
このような装置において、入口ノズル２１６より連続して供給された被処理液は、まず第１室２０６内に入り、伝熱管２１０で加熱され、攪拌翼２０８で攪拌される間に重縮合反応が進み、生成した１，４−ブタンジオール等の揮発物は蒸発して揮発物の出口ノズル２１８より凝縮器に捕集される。このようにして反応が進んだ被処理液は第１室２０６の上部より仕切板２０５の上端を乗り越えて第２室２０７に入る。被処理液は第２室２０７においても第１室と同様に、伝熱管２１１で加熱され、攪拌翼２０９で攪拌される間にさらに重縮合反応が進み、生成した１，４−ブタンジオール等の揮発物は蒸発して揮発物の出口ノズル２１８より凝縮器に捕集される。
【００３６】
このようにして反応が進んだ被処理液は、第２室２０７の下部より被処理液の出口ノズル２１７を通って次の最終重合機３０へ送られる。このとき、被処理液は初期重合槽２０内の２つの攪拌室２０６、２０７でそれぞれ完全混合状態で効率良く反応が進み、ショートパスすること無く、また第１、２室間では密閉配管内での熱分解も無く、品質の良い重合物を連続して生産することができる。
【００３７】
このような装置でＰＢＴを重合する場合には、平均重合度２から５までのビスヒドロキシブチルテレフタレートを入口ノズル２１６より連続供給して重縮合反応を進め、生成した１，４−ブタンジオール及び水の蒸気を初期重合槽２０内で分離し、初期重合槽２０中央部の出口ノズル２１７より平均重合度２０から７０までの間のＰＢＴの重合物を得ることができる。操作条件は例えば液温度２３０〜２５５℃、圧力０．５〜２０ｋＰａ、攪拌翼の回転数５〜１００回／分の範囲で行われる。
【００３８】
本発明の推奨される実施形態によれば、図６に示すように、初期重合槽２０内を円筒状の仕切板２０５Ａ及び２０５Ｂにより３室に分けて、ドーナツ状の第１室２０６Ａ及び第２室２０６Ｂと円筒状の第３室２０７を形成し、それぞれの攪拌室２０６Ａ、２０６Ｂ及び２０７内を回転して攪拌する攪拌翼２０８Ａ、２０８Ｂ及び２０９が回転軸２０３に取り付けられ、さらにそれぞれの攪拌室２０６Ａ、２０６Ｂ及び２０７内に伝熱管２１０Ａ、２１０Ｂ、２１１が取り付けられて構成される。このように、初期重合槽２０内を完全混合槽３槽と構成することにより、さらに短時間で重合反応を進めることができ、熱劣化が少ない品質の良いＰＢＴの重合物を連続して生産することができる。
【００３９】
初期重合槽（第２の反応器）２０で所定の反応時間を経過した処理液は、連絡管２１を経てプレポリマーポンプ２２により最終重合機（第３の反応器）３０に供給される。
【００４０】
次に、最終重合機３０について具体的に図１、図７、図８及び図９を用いて説明する。最終重合機（第３の反応器）３０は、初期重合機（第２の反応器）２０から得られる平均重合度が２０〜７０の低重合度ポリマー（プレポリマー）である粘度０．１〜４５Ｐａ・ｓ程度のＰＢＴから、一度に平均重合度が１５０〜２００の高重合度ポリマーである粘度５００〜２５００Ｐａ・ｓ程度のＰＢＴ５０を製造できるようにしたことにある。このように処理液の粘度は、０．１〜４５Ｐａ・ｓの低粘度から５００〜２５００Ｐａ・ｓ程度の高粘度の範囲に亘って使用できる高粘度液処理用の攪拌装置をもった反応器を用いなければならない。この反応器として最適な装置としては、特公平８１９２４１号公報に記載の連続攪拌装置（まゆ翼式重合機）をさらに改良し、これを用いて実現できるようにした特許文献２記載の装置が挙げられる。最終重合機（第３の反応器）３０はまゆ形状の攪拌翼（図８に示すように、１枚または複数枚のまゆ形板状部材３１１と該まゆ形板状部材の先端部に、該まゆ形板状部材に直角に取り付けられた掻き取り板３１２とから構成される）３１ａ、３１ｂを９０度の位相差をつけて、所定の間隔で外部動力源３５に駆動される攪拌軸３２ａ、３２ｂに取り付け、この攪拌軸３２ａ、３２ｂを２本９０度の位相差をつけて構成した二軸式の重合装置である。なお、一つのまゆ形状の攪拌翼を、複数枚のまゆ形板状部材３１１とその先端部に取り付けられた掻き取り板３１２とで構成した方が、ポリマーを効率よく攪拌することが可能となる。
【００４１】
このときの反応条件としては、２３０℃〜２５５℃で、圧力は０．６６５ｋＰａ〜０．０６７ｋＰａで反応させる。特にＰＢＴの品質の評価項目の１つであるポリマー酸価の値を出来るだけ低くするには、反応温度を２５０℃以下（２５０℃を含む）にすることが望ましい。従って、最終重合機３０の外周も、図７及び図８に示すように、ポリマーを反応温度に保つために、断面がまゆ形状をした熱媒ジャケット構造３０１になっている。３０１１は熱媒ジャケット３０１に対する熱媒入口、３０１２は該熱媒出口である。３０２はプレポリマー入口、３０３はポリマー出口である。３０４は蒸気出口である。３２１ａ、３２１ｂは攪拌軸３２ａ、３２ｂの各々の軸受である。
【００４２】
そして、低粘度から高粘度の広い範囲に亘って縮重合させるため、プレポリマーの入口３０１に近い数段のまゆ形状の攪拌翼３１ａ、３１ｂについては、図１、図９及び図１０に示すような約下半分に仕切板３３ａ、３３ｂを設け、滞留時間を増やすように構成した。しかし、単に仕切板３３ａ及び３３ｂを設けただけでは、０．１〜４５Ｐａ・ｓ程度の粘度を有する低重合ポリマー（プレポリマー）が仕切板３３ａ及び３３ｂを越えることによって進むことになるので、抵抗が高すぎることになる。そのため、図９（ａ）に示すように、仕切板３３ａ及び３３ｂの底部に穴３３１を設けることによって低重合ポリマー（プレポリマー）が該穴３３１を通して進むことが可能となり、抵抗を幾分低くすることが可能となる。また、図９（ｂ）に示すように、仕切板３３ａ及び３３ｂにスリット３３２を設けることによっても、低重合ポリマー（プレポリマー）が該スリット３３２を通して進むことが可能となり、抵抗を幾分低くすることが可能となる。さらに、好ましい実施形態は、図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、縮重合を促進するために仕切板３３ａ及び３３ｂに熱媒３３４を入口３３５から出口３３６に向って通すことにある。図１０（ｂ）に示す実施形態の場合、スリット３３２を設けるため、熱媒３３４の通路を管３３７によって接続する必要がある。
【００４３】
このように、低重合プレポリマーは、仕切板３３ａ及び３３ｂで仕切られた領域で攪拌されて穴３３１又はスリット３３２及び仕切板３３ａ及び３３ｂを越えて進むことになり、滞留時間が確保されることになり、その後高重合のポリマーを得るための仕切板のない領域のまゆ形状攪拌翼に入れることが可能となる。勿論、入口側のまゆ形状攪拌翼の軸方向の間隔を狭めることによって低粘度のプレポリマーを持ち上げる量を増やして縮重合を増やすことが可能となる。逆に、出口側のまゆ形状攪拌翼の軸方向の間隔を広げることによって高粘度のポリマーに対応させることが可能となる。
【００４４】
即ち、入口３０２より供給された低粘度のプレポリマーは、図８に示すように、お互いの攪拌翼３１ａ、３１ｂが互いに逆方向に中央から外側へ回転する構成のために外側に引き伸ばされながら、順次仕切板３３ａ及び仕切板３３ｂで仕切られた領域毎に滞留しながら、良好な表面更新作用を受け、プレポリマーの内部から揮発成分を蒸発させて反応が促進されて粘度が徐々に上昇する。続いて、粘度が徐々に上昇したポリマーは、図８に示すように、お互いの攪拌翼３１ａ、３１ｂが中央から上方を経由して外側へ回転する構成のために外側に引き伸ばされながら、良好な表面更新作用を受け、プレポリマーの内部から揮発成分を蒸発させて反応が促進されて５００〜２５００Ｐａ・ｓ程度の高粘度を有する高重合度のポリマー５０が出口３０３から排出される。
【００４５】
その結果、最終重合機３０は一台の装置で縮重合が可能となり大幅な装置コストの低減が可能となる。第１〜第３反応器の滞留時間は４〜７．５時間であるが、品質面から、重合工程全体の滞留時間は２から４時間が最適な範囲である。また、滞留時間は必要に応じて、温度と圧力を調整することにより長くすることが可能であり、例えば生産量を減少させる場合に、品質の変動を最小限に保つために実施されることがある。
【００４６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）の連続製造装置（システム）を構成する第１の反応器（エステル化反応を進行させる反応器）において、加熱手段による被処理液への熱交換効率を向上させて滞留時間の短縮を図ることができ、その結果、品質の良好なポリブチレンテレフタレートを効率よく連続生産できる。
【００４７】
また、本実施の形態によれば、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）の連続製造装置（システム）を構成する最終重合機（第３の反応器）を１台の装置で構成でき、装置コストの低減を図り、ポリブチレンテレフタレートの製造原価の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係るＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）の連続製造装置の一例の全体の構成図の構成図である。
【図２】本発明に係る第１の反応器において複数の伝熱管を一重に配設した一実施形態のエステル化反応槽内の構造を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る第１の反応器の他の一実施形態を示す縦断面図である。
【図４】本発明に係る第１の反応器の他の一実施形態について被処理液の流動状態も含めて示す図であり、（ａ）平面図であり、（ｂ）は縦断面図である。
【図５ａ】従来技術（特許文献２）における第１の反応器のエステル化反応槽内の構造を示す斜視図である。
【図５ｂ】従来技術（特許文献２）における第１の反応器における加熱器の熱媒流路の模式図である。
【図６】本発明に係わる第２の反応器（初期重合槽）の一実施形態を示す縦断面図である。
【図７】本発明に係る一台で構成した最終重合機（第３の反応器）の一実施形態を示す図で、（ａ）は平面一部断面図、（ｂ）は正面一部断面図である。
【図８】図７に示す最終重合機（第３の反応器）の一実施形態の側面断面図（仕切板図示省略）である。
【図９】（ａ）（ｂ）は、各々仕切板の実施形態を示す側面図である。
【図１０】（ａ）（ｂ）は、各々仕切板の他の実施形態を示す側面図である。
【図１１】本発明に係る第１の反応器の他の一実施形態を示す縦断面図である。
【図１２】本発明に係る第１の反応器の他の一実施形態について被処理液の流動状態も含めて示す平面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１，１−２，１’，１’−２…第１の反応器、２…原料供給ライン、５…原料調整槽、１０…エステル化反応槽、１０１…熱媒ジャケット、１０２…ジャケット熱媒用上部ノズル、１０３…ジャケット熱媒用下部ノズル、１０４…被処理液、１０５…原料入口、１０６…オリゴマー出口、１０７…ＢＤ供給口、１０８…触媒供給口、１１０，１１０’，１１０’’，１１０’’’…下部熱媒流出入ノズル（熱媒流出入部）、１１１ａ−ｄ…単位下部ヘッダ管、１１１’，１１１’’，１１１’’’…下部ヘッダ管、１１２，１１２’，１１２’’，１１２’’’…伝熱管（連通管）、１１３ａ−ｄ，１１３’ａ−ｄ，１１３’’ａ−ｄ，１１３’’’ａ−ｄ…単位上部ヘッダ管、１１３’，１１３’’，１１３’’’…上部ヘッダ管、１１４，１１４’，１１４’’，１１４’’’…上部熱媒流出入ノズル（熱媒流出入部）、１１５ａ−ｄ，１１６ａ−ｄ，１１６’ａ−ｄ，１１６’’ａ−ｄ，１１６’’’ａ−ｄ…間隙、１１５−２ａ−ｄ，１１６−２ａ−ｄ，１１６’−２ａ−ｄ，１１６’’−２ａ−ｄ，１１６’’’−２ａ−ｄ…接続部材、１２０…攪拌翼、１２１…攪拌軸、１２２…攪拌駆動軸、１４０…加熱器、１３０…蒸気出口、１２…気相部、１３…連絡管、１４…触媒投入ライン、１５…オリゴマポンプ、２０…初期重合槽（第２の反応器）、２０２…熱媒ジャケット、２０３…回転軸、２０４…駆動装置Ｍ、２０５…円筒状の仕切板、２０６…攪拌室（第１室）、２０７…攪拌室（第２室）、２０８…攪拌翼、２０９…攪拌翼、２１０、２１１…伝熱管、２１３，２１４…熱媒入口ノズル、２１２，２１５…熱媒出口ノズル、２１６…被処理液の入口ノズル、２１７…被処理液の出口ノズル、２１８…揮発物の出口ノズル、３０…最終重合機（第３の反応器）、３０１…熱媒ジャケット、３０２…プレポリマー入口、３０３…ポリマー出口、３０４…蒸気出口、３１１…まゆ形板状部材、３１２…掻き取り板、３２１ａ、３２１ｂ…軸受、３１ａ、３１ｂ…まゆ形状の攪拌翼、３２ａ、３２ｂ…攪拌軸、３３ａ、３３ｂ…仕切板、３３１…穴、３３２…スリット、３３４…熱媒、３３５…熱媒入口、３３６…熱媒出口、３３７…管、４０…ＢＤタンク、４３、４４…ＢＤ循環ライン、４５…新ＢＤ供給ライン、５０…ポリマー、１００１…特許文献２における第１の反応器、１０１０…特許文献２におけるエステル化反応槽、１１１０…特許文献２における下部熱媒流出入ノズル、１１１１…特許文献２における下部ヘッダ管、１１１２…特許文献２における伝熱管（連通管）、１１１３…特許文献２における上部ヘッダ管、１１１４…特許文献２における上部熱媒流出入ノズル、１１４０…特許文献２における加熱器。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンサクシネート、ポリエチレンサクシネート等のポリエステル系高分子の連続製造方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
これらのポリエステルは、ジカルボン酸とグリコールを原料とし、これらの混合物に触媒を添加した後、エステル化工程、重合工程を経て、ポリエステルに合成される。エステル化工程ではジカルボン酸のカルボキシル基２つがそれぞれグリコールとエステル化反応してモノマーを生成し、モノマー同士が縮重合反応により平均重合度１〜１０程度のオリゴマーを生成する。ポリエステル系高分子の一つであるポリブチレンテレフタレート（以下、ＰＢＴと記す）の製造方法及びその装置としては、特開昭６２−１９５０１７号公報（特許文献１）、特開２００６−１１１６４７号公報（特許文献２）に開示された装置が知られている。
【０００３】
特許文献１ではポリエステルの１つであるＰＢＴについての重合方法が記載されている。この中で原料であるグリコール（１、４−ブタンジオール）の熱劣化によるテトラヒドロフラン（以下ＴＨＦと記す）生成を低減する方法について言及がある。本方式によれば、できるだけ高温、低圧、短時間での重合が望ましいと特許文献１には記載されている。しかしながら特許文献１には装置規模が大きい場合において、この反応条件を実現する装置構成への言及はない。
【０００４】
一方、特許文献２には、ジカルボン酸とグリコール類とを含む被処理液をエステル化反応させてオリゴマーを製造する第１の反応器と、該第１の反応器からのオリゴマーを縮重合させて、低重合度のポリマーを製造する第２の反応器と、該第２の反応器からの低重合ポリマーを更に縮重合させて、高重合度のポリマーを製造する第３の反応器とを備えたポリエステル系高分子の連続製造装置が開示されている。前記第１の反応器の主要部は図５aに記載した構造を有している。すなわち、前記第１の反応器１００１はジカルボン酸とグリコール類とを含む被処理液を攪拌すると共に、気相又は液相熱媒の熱により加熱して前記被処理液をエステル化反応させてオリゴマーを製造するものである。第１の反応器１００１は、被処理液が供給される縦型円筒状のエステル化反応槽１０１０と、該エステル化反応槽内の被処理液を攪拌する攪拌手段１１２０と、熱媒を流通すべく、エステル化反応槽１０１０内上部に配置された上部ヘッダ管１１１３、エステル化反応槽１０１０内下部に配置された下部ヘッダ管１１１１、及び上部ヘッダ管１１１３と下部ヘッダ管１１１１に前記熱媒が流通可能に上部ヘッダ管１１１３と下部ヘッダ管１１１１とを接続した複数の連通管である伝熱管１１１２を含む加熱器１１４０と、を少なくとも備える。下部ヘッダ管１１１１は熱媒流出入部である下部熱媒流出入ノズル１１１０を有する。上部ヘッダ管１１１３は熱媒流出入部である上部熱媒流出入ノズル１１１４を有する。特許文献２には、この装置を用いた場合に推奨すべき反応条件としては温度条件は２２０℃〜２５０℃であり、圧力条件は減圧あるいは微加圧条件であると記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開昭６２−１９５０１７号公報
【特許文献２】特開２００６−１１１６４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献２に記載された第１の反応器１００１は、上下ヘッダ管に設置された熱媒流出入部がそれぞれ１つのみであるため、温度むらが発生し易く、上下の各ヘッダ管と伝熱管との接合部分において熱応力破損の可能性があるという課題を有していた。この点を図５ｂに基づいて説明する。図５ｂでは特許文献２の装置における加熱器１１４０のみを平面的に示した模式図である。図５ｂでは簡略化して伝熱管を２本のみ描写する（１１１２ａ及び１１１２ｂ）。例えば下部熱媒流出入ノズル１１１０から熱媒が導入される場合、熱媒が下部ヘッダ管の部位４から、伝熱管１１１２ｂ内を上昇し、上昇中に被処理液と熱媒との熱交換が行われ、上部ヘッダ管の部位３を経て部位１に至り、上部熱媒流出入ノズル１１１４から排出される経路と、熱媒が下部ヘッダ管の部位４から、下部ヘッダ管の部位２を経て、伝熱管１１１２ｂ内を上昇し、上昇中に被処理液と熱媒との熱交換が行われ、上部ヘッダ管の部位１に至り、上部熱媒流出入ノズル１１１４から排出される経路とがある。部位２と部位４との間の距離をLとし、部位１，２，３，４での熱媒の温度をそれぞれＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４とする。この場合、熱媒は下部ヘッダ管を距離L移動する際に熱を放出するためＴ４＞Ｔ２となる。その結果、（Ｔ４−Ｔ３）＞（Ｔ２−Ｔ１）となる。すなわち伝熱管ごとに上部ヘッダ管への接続部分と下部ヘッダ管への接続部分との温度差が異なることになる。温度差が異なれば鉛直方向の熱膨張率は異なるから、鉛直方向の熱膨張に伴う応力が伝熱管ごとに相違することとなる。この相違によって、伝熱管１１１２と、上下のヘッダ管との接続部分に負荷がかかり破損するという可能性があった。Ｔ４とＴ２との差は距離Lが長いほど大きい傾向がある。図５aに示すような特許文献２記載の装置では上下のヘッダ管がそれぞれ円周方向に沿って一体に形成されているため図５ｂの距離Lに相当する距離が長く熱応力破損の可能性が高まるという問題があった。また、このような熱応力破損の可能性は高温条件下で高まるため、反応時間が長くなり、反応副生成物が多く発生するため特許文献２の装置を用いた場合には、反応には不利な低温で反応を進めることを余儀なくされ、反応時間が長くなり、反応副生成物が多く発生するため、生産効率が下がるという問題があった。
【０００７】
また、上記特許文献１に記載された第１の反応器は、上下ヘッダ部に多数の伝熱管を配設しているため、高温運転時においてはヘッダ部の円周方向の熱膨張に起因する熱応力破損の可能性があるという問題があった。同様な課題は、ポリエチレンテレフタレート重合におけるエチレングリコールのジエチレングリコール化、ポリトリメチレンテレフタレート重合における１、３−プロパンジオールのアクロレイン化に対応する際にも発生する。
【０００８】
本発明の目的は、上記課題を解決すべく、ジカルボン酸とグリコール類とを反応させて平均重合度２〜５程度のオリゴマーを製造する第１の反応器において、高温条件下での運転を可能とするポリエステル系高分子の製造装置及びその方法を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、テレフタル酸を主成分とする芳香族ジカルボン酸と１，４−ブタジオールを主成分とするグリコール類とを反応させて平均重合度２〜５程度のオリゴマーを製造する第１の反応器において、温度は２２０℃から２５０℃、望ましくは２４０℃から２５０℃、圧力は２００Ｔｏｒｒから８００Ｔｏｒｒ、望ましくは２００Ｔｏｒｒから４００Ｔｏｒｒでの運転を可能とするポリブチレンテレフタレートの製造装置及びその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記目的を達成すべく検討し、本発明を完成するに至った。
本発明は、ジカルボン酸とグリコール類とを含む被処理液を攪拌すると共に、気相又は液相熱媒の熱により加熱して前記被処理液をエステル化反応させてオリゴマーを製造する第１の反応器を少なくとも備え、該第１の反応器は、前記被処理液が供給される縦型円筒状のエステル化反応槽と、該エステル化反応槽内の被処理液を攪拌する攪拌手段と、前記熱媒を流通すべく、前記エステル化反応槽内上部に配置された上部ヘッダ管、前記エステル化反応槽内下部に配置された下部ヘッダ管、及び前記上部ヘッダ管と前記下部ヘッダ管に前記熱媒が流通可能に前記上部ヘッダ管と前記下部ヘッダ管とを接続した複数の連通管を含む加熱器と、を少なくとも備えた、ポリエステル系高分子の連続製造装置であって、
前記上部ヘッダ管は、前記エステル化反応槽の円周方向に沿って配置された複数の単位上部ヘッダ管から構成され、前記下部ヘッダ管は、前記エステル化反応槽の円周方向に沿って配置された複数の単位下部ヘッダ管から構成され、前記各連通管は、上下方向に対向した前記単位上部ヘッダ管及び前記単位下部ヘッダ管に接続されており、各単位上部ヘッダ管及び各単位下部ヘッダ管には、前記熱媒を流入又は流出させるための熱媒流出入部が形成されていることを特徴とするポリエステル系高分子の連続製造装置を提供する。
【００１１】
本発明はまた前記装置を用いて高温条件下でジカルボン酸とグリコール類とを含む被処理液をエステル化反応させてオリゴマーを製造することを特徴とする、ポリエステル系高分子の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の装置では、第１の反応器において上部及び下部のヘッダ管がそれぞれ複数の単位ヘッダ管に分割されていることにより、上部及び下部のヘッダ管を連通する複数の連通管である複数の伝熱管ごとの温度むらが抑制され、伝熱管の接合部分において加熱時の熱応力破損の危険性が低くなる。そのためエステル化反応において高い加熱温度を確保することができる。その結果、品質の良好なポリエステル系高分子を効率よく連続生産できると同時に、反応副生成物の生成量を低減させ、生産効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明に係るポリエステル系高分子の製造装置及びその方法の実施の形態についてより詳細に説明する。
【００１４】
本発明はジカルボン酸とグリコール類とを含む被処理液を攪拌すると共に、気相又は液相熱媒の熱により加熱して前記被処理液をエステル化反応させてオリゴマーを製造する第１の反応器の構造に特徴を有するポリエステル系高分子の連続製造装置に関する。本発明のポリエステル系高分子の連続製造装置には該第１の反応器のほかに、該第１の反応器からのオリゴマーを縮重合させて、低重合度のポリマーを製造する第２の反応器と、該第２の反応器からの低重合ポリマーを更に縮重合させて高重合度のポリマーを製造する第３の反応器とを更に備えていてもよい。
【００１５】
前記第１の反応器は、前記被処理液が供給される縦型円筒状のエステル化反応槽と、該エステル化反応槽内の被処理液を攪拌する攪拌手段と、前記熱媒を流通すべく、前記エステル化反応槽内上部に配置された上部ヘッダ管、前記エステル化反応槽内下部に配置された下部ヘッダ管、及び前記上部ヘッダ管と前記下部ヘッダ管に前記熱媒が流通可能に前記上部ヘッダ管と前記下部ヘッダ管とを接続した複数の連通管を含む加熱器と、を少なくとも備える。熱媒が各連通管を通過する際にその表面において前記被処理液と前記熱媒との間で熱交換が行われる。すなわち前記各連通管は伝熱管として機能する。本明細書における用語「連通管」はその形態に着目した場合の呼称であり、用語「伝熱管」は「連通管」の機能に着目した場合の呼称である。また本明細書では複数の伝熱管を指して「マルチ伝熱管」と称することがある。
【００１６】
本発明の第一の特徴は、前記上部ヘッダ管が、前記エステル化反応槽の円周方向に沿って配置された複数の単位上部ヘッダ管から構成され、前記下部ヘッダ管が、前記エステル化反応槽の円周方向に沿って配置された複数の単位下部ヘッダ管から構成され、前記各連通管が、上下方向に対向した前記単位上部ヘッダ管及び前記単位下部ヘッダ管に接続されており、且つ、各単位上部ヘッダ管及び各単位下部ヘッダ管には、前記熱媒を流入又は流出させるための熱媒流出入部が少なくとも一つ形成されていることにある。前記エステル化反応槽の円周方向に隣接する単位上部ヘッダ管同士及び前記エステル化反応槽の円周方向に隣接する単位下部ヘッダ管同士の流路は互いに連通していない。このように、上下のヘッダ管を複数の独立した流路を形成する小単位に分割することにより、伝熱管への流入前又は流出後における上下のヘッダ管内での熱媒の移動距離を短くすることができる。すなわち、図５ｂにおける距離Lに相当する距離を短くすることができる。このため、各単位ヘッダ管内での位置による熱媒の温度差は小さくなり、その結果、各伝熱管のヘッダ管への接続位置の相違による温度むらを抑制することができ、伝熱管の鉛直方向の熱膨張に伴う応力による熱破損の危険性を低くすることができる。単位上部ヘッダ管及び単位下部ヘッダ管の数は特に限定されない。各単位上部ヘッダ管及び各単位下部ヘッダ管は、その長手方向が前記エステル化反応槽の円周方向に沿って延伸した形状に形成されていることが好ましい。本特徴を有する第１の反応器を用いることによりジカルボン酸とグリコール類とを含む被処理液をエステル化反応させてオリゴマーを製造する反応を高温条件で行うことが可能となる。
【００１７】
本発明の第二の特徴は、前記複数の単位上部ヘッダ管及び前記複数の単位下部ヘッダ管のうち前記エステル化反応槽の円周方向に隣接するもの同士の間に間隙が形成されていることにある。この特徴を有する第１の反応器の一例を図２及び図４に示す。この特徴により、各単位ヘッダ管のエステル化反応槽の円周方向への熱膨張を前記間隙で吸収することができ、熱破損を回避することができる。
【００１８】
本発明の第三の特徴は、前記複数の単位上部ヘッダ管及び前記複数の単位下部ヘッダ管のうち前記エステル化反応槽の円周方向に隣接するもの同士は接続部材を介して接続されており、且つ、前記接続部材の熱膨張率は、前記複数の単位上部ヘッダ管及び前記複数の単位下部ヘッダ管の熱膨張率と同等であるかより小さいことにある。この特徴を有する第１の反応器の一例を図１１及び図１２に示す。この特徴によっても、各単位ヘッダ管のエステル化反応槽の円周方向への熱膨張を前記接続部材で吸収することができ、熱破損を回避することができる。
【００１９】
本発明の第四の特徴は、前記複数の連通管（伝熱管）が、前記エステル化反応槽の中心軸に沿って、前記エステル化反応槽の中心軸を中心とした複数の同心円の円周上に配置されていることにある。この場合、前記複数の単位上部ヘッダ管及び前記複数の単位下部ヘッダ管はそれぞれ、前記エステル化反応槽の中心軸を中心とした複数の同心円の円周上に配置されていることが好ましく、前記複数の単位上部ヘッダ管と、前記複数の単位下部ヘッダ管とはそれぞれ、前記エステル化反応槽の中心軸を中心とした同一の半径を有する同一の数の同心円の円周上に配置されていることがより好ましい。この特徴を有する第１の反応器の一例を図４及び図１２に示す。この特徴により広い伝熱面積を確保できるため、エステル化工程の伝熱性能が向上する。
【００２０】
本発明の装置における撹拌手段としては、エステル化反応槽内でジカルボン酸とグリコール類とを含む被処理液を攪拌して、該被処理液を該エステル化反応槽内に配置された複数の伝熱管と十分に接触させることができるものであれば特に限定されない。このような撹拌手段としては例えば撹拌翼が挙げられる。撹拌翼は、前記エステル化反応槽の少なくとも一つの水平断面の中央部に配置されていることが好ましく、該撹拌翼は前記エステル化反応槽の中心軸と同一又はほぼ同一の軸を中心に回転するものであることが好ましい。撹拌翼はその直下方向に被処理液の流れを発生させるものであることが好ましい。撹拌翼が前記エステル化反応槽の少なくとも一つの水平断面の中央部に配置されている場合、前記複数の連通管は、前記エステル化反応槽の中心軸に沿って、前記少なくとも一つの水平断面の周辺部に配置されて、前記中央部を包囲していることが好ましい。
【００２１】
本発明はまた、前記の特徴を有する本発明の装置を用いたポリエステル系高分子の製造方法を提供する。本方法の特徴は、ジカルボン酸とグリコール類とを含む被処理液をエステル化反応させてオリゴマーを製造する工程を、前記エステル化反応槽に前記被処理液を供給し、前記エステル化反応槽内部の温度を２２０℃〜２５０℃、前記エステル化反応槽内部の圧力を２００Ｔｏｒｒ〜８００Ｔｏｒｒに設定して運転を行うことにより行うことにある。前記温度としては２４０℃〜２５０℃がより好ましい。前記圧力としては２００Ｔｏｒｒ〜４００Ｔｏｒｒがより好ましい。このような条件での運伝は、従来の反応装置では実現が困難であった。本方法においては、前記ジカルボン酸としてテレフタル酸を主成分とする芳香族ジカルボン酸を用い、前記グリコール類として１，４−ブタンジオールを主成分とするグリコール類を用いることが特に好ましい。
【００２２】
以下に、本発明の装置の具体的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
（装置全体）
図１は、本発明に係るポリエステル系高分子の連続製造装置の一例の全体の構成図である。図１にはまた、該装置を用いたポリエステル系高分子の製造プロセスの一例についても図示されている。一例としてポリエステル系高分子であるＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）を製造する場合について説明する。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、最近ではポリエステルの製造には直接エステル化方法が多く採用されている。図１において、５は、ＰＢＴの原料であるＴＰＡ（テレフタル酸）とＢＤ（１, ４−ブタンジオール）を所定の割合で混合、攪拌する原料調整槽である。原料調整槽５から得られる原料は、原料供給ライン２から原料入口１０５を経てエステル化反応槽１０を備える第１の反応器１へ供給される。この段階で重合反応触媒（ＣＡＴ）や安定剤、品質調整剤などの添加物（ＡＤＤ）を加える場合には、重合反応触媒や添加剤はエステル化反応槽１０へ触媒投入ライン１４から触媒供給口１０８を通して投入することができる。重合反応触媒としては有機チタン、有機錫、有機ジルコニア等の公知の金属化合物が挙げられる。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ＰＢＴの色相及び熱安定性等の品質に大きな影響を及ぼすことが良く知られている。触媒としては現在最も多く工業的に使用されている有機チタ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。この点を改善するために安定剤として燐系安定剤（例えば、リン酸、トリメチルホスフェート、トリフェニルホスフェート等）を併用してもよい。また、別の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もよい。通常のプロセスでは触媒の量はチタン金属換算濃度で２０〜１００ｐｐｍとすることが好ましく、また安定剤の量は必要に応じてリン金属濃度で０〜６００ｐｐｍとすることが好ましい。
【００２３】
（第１の反応器）
図２には、第１の反応器の好適な一実施形態を示す。図２に示す第１の反応器１は、縦型円筒状のエステル化反応槽１０と、エステル化反応槽内下部に、前記エステル化反応槽の円周方向に沿って一重に配置された複数（４つ）の単位下部ヘッダ管１１１ａ−ｄと、エステル化反応槽内上部に、前記エステル化反応槽の円周方向に沿って配置された複数（４つ）の単位上部ヘッダ管１１３ａ−ｄと、上下方向に対向した前記単位上部ヘッダ管１１３ａ−ｄと前記単位下部ヘッダ管１１１ａ−ｄとをそれぞれ気相又は液相熱媒が流通可能に接続する複数の連通管である伝熱管１１２ａ−ｄと、エステル化反応槽の２つの水平断面における中央部に配置された、前記エステル化反応槽の中心軸を中心に回転する、前記供給された被処理液を撹拌するための２つの攪拌翼１２０と、該攪拌翼の撹拌軸１２１とを備えた実施形態を示す。単位下部ヘッダ管１１１ａ−ｄと、単位上部ヘッダ管１１３ａ−ｄと、伝熱管１１２ａ−ｄとから、熱媒を流通するための加熱器１４０が構成される。撹拌翼１２０はその直下方向に処理液の流れを発生させるものであることが好ましい。単位下部ヘッダ管１１１ａ−ｄはそれぞれ伝熱管熱媒を流入又は流出させるための熱媒流出入部である下部熱媒流出入ノズル１１０ａ−ｄ（ただしｂは図示していない）を有する。単位上部ヘッダ管１１３ａ−ｄはそれぞれ伝熱管熱媒を流入又は流出させるための熱媒流出入部である上部熱媒流出入ノズル１１４ａ−ｄ（ただしｂは図示していない）を有する。伝熱管１１２ａ−ｄのそれぞれの寸法は、例えば直径２０ｍｍ程度で、長さが１５０ｃｍ程度であるがこれには限定されない。伝熱管熱媒は気相熱媒又は液相熱媒である。熱媒の温度は２４５℃〜２６０℃程度が好ましい。伝熱管熱媒として液相熱媒を用いる場合、液相熱媒はエステル化反応槽の外部から下部熱媒流出入ノズル１１０ａ−ｄを介して各ノズルが接続された単位下部ヘッダ管１１１ａ−ｄに供給され、該供給された液相熱媒が伝熱管１１２ａ−ｄ内を下部から上部へ流動し、単位上部ヘッダ管１１３ａ−ｄから上部熱媒流出入ノズル１１４ａ−ｄを介してエステル化反応槽の外部に排出される。伝熱管熱媒として油等の気相熱媒（スチームガス）を用いる場合には、気相熱媒がエステル化反応槽の外部から上部熱媒流出入ノズル１１４ａ−ｄを介して各ノズルが接続された単位上部ヘッダ管１１３ａ−ｄに供給され、該供給された気相熱媒がマルチ伝熱管１１２ａ−ｄ内を上部から下部へ流動し、単位下部ヘッダ管１１１ａ−ｄから下部熱媒流出入ノズル１１０ａ−ｄを介してエステル化反応槽の外部に排出される。なお、図２においては上部ヘッダ管及び下部ヘッダ管の円周方向の分割数を４としたが、実施にあたってはこれに限定されるものではない。単位下部ヘッダ管１１１ａ−ｄ及び単位上部ヘッダ管１１３ａ−ｄはそれぞれエステル化反応槽の円周方向の流路長が短いため各単位上部ヘッダ管及び各単位下部ヘッダ管に連結された伝熱管ごとの温度むらが少なく、熱破損の危険性が低い。図２に示す実施形態では、単位下部ヘッダ管１１１ａ−ｄのうちエステル化反応槽の円周方向に隣接するもの同士の間には間隙１１５ａ−ｄ（ただしｂは図示していない）が存在しており、単位上部ヘッダ管１１３ａ−ｄのうちエステル化反応槽の円周方向に隣接するもの同士の間には間隙１１６ａ−ｄ（ただしｂは図示していない）が存在している。本構造をとることにより、単位下部ヘッダ管１１１ａ−ｄのそれぞれのエステル化反応槽の円周方向への熱膨張が間隙１１５ａ−ｄで吸収され、単位上部ヘッダ管１１３ａ−ｄのそれぞれのエステル化反応槽の円周方向への熱膨張が間隙１１６ａ−ｄで吸収されるため、熱破損を回避することができる。
【００２４】
なお、単位下部ヘッダ管１１１ａ−ｄ及び単位上部ヘッダ管１１３ａ−ｄのうちエステル化反応槽の円周方向に隣接するもの同士は、単位下部ヘッダ管１１１ａ−ｄ及び単位上部ヘッダ管１１３ａ−ｄの熱膨張率と同等であるかより小さい熱膨張率を有する接続部材により接続されていてもよい。この実施形態を図１１に示す。図１１において１１５−２ａ−ｄ（ただしｂは図示していない）及び１１６−２ａ−ｄ（ただしｂは図示していない）は単位下部ヘッダ管１１１ａ−ｄ及び単位上部ヘッダ管１１３ａ−ｄの熱膨張率と同等であるかより小さい熱膨張率を有する接続部材を示す。本構造をとることにより、単位下部ヘッダ管１１１ａ−ｄのそれぞれのエステル化反応槽の円周方向への熱膨張が接続部材１１５−２ａ−ｄで吸収され、単位上部ヘッダ管１１３ａ−ｄのそれぞれのエステル化反応槽の円周方向への熱膨張が接続部材１１６−２ａ−ｄで吸収されるため、熱破損を回避することができる。
【００２５】
図３及び図４には、第１の反応器の他の一実施形態を示す。図３及び図４に示す第１の反応器１’の加熱器１４０’は、エステル化反応槽１０内下部において、該エステル化反応槽１０の中心軸を中心とした円周上に配置された４つの単位下部ヘッダ管からなる下部ヘッダ管１１１’と、下部ヘッダ管１１１’を構成する各単位下部ヘッダ管が配置された前記円周と同じ高さ位置で該円周の外側を通る、該円周と中心を同じくする円周上に配置された４つの単位下部ヘッダ管からなる下部ヘッダ管１１１’’と、下部ヘッダ管１１１’’を構成する各単位下部ヘッダ管が配置された前記円周と同じ高さ位置で該円周の外側を通る、該円周と中心を同じくする円周上に配置された４つの単位下部ヘッダ管からなる下部ヘッダ管１１１’’’と、エステル化反応槽１０内上部において、該エステル化反応槽１０の中心軸を中心とした円周上に配置された４つの単位上部ヘッダ管１１３’ａ−ｄからなる上部ヘッダ管１１３’と、単位上部ヘッダ管１１３’ａ−ｄが配置された前記円周と同じ高さ位置で該円周の外側を通る、該円周と中心を同じくする円周上に配置された４つの単位上部ヘッダ管１１３’’ａ−ｄからなる上部ヘッダ管１１３’’と、単位上部ヘッダ管１１３’’ａ−ｄが配置された前記円周と同じ高さ位置で該円周の外側を通る、該円周と中心を同じくする円周上に配置された４つの単位上部ヘッダ管１１３’’’ａ−ｄからなる上部ヘッダ管１１３’’’と、上部ヘッダ管１１３’を構成する各単位上部ヘッダ管１１３’ａ−ｄ及びそれと上下方向に対向して存在する下部ヘッダ管１１１’を構成する単位下部ヘッダ管を連通する複数の連通管であるマルチ伝熱管１１２’と、上部ヘッダ管１１３’’を構成する各単位上部ヘッダ管１１３’’ａ−ｄ及びそれと上下方向に対向して存在する、下部ヘッダ管１１１’’を構成する単位下部ヘッダ管を連通する複数の連通管であるマルチ伝熱管１１２’’と、上部ヘッダ管１１３’’’を構成する各単位上部ヘッダ管１１３’’’ａ−ｄ及びそれと上下方向に対向して存在する、下部ヘッダ管１１１’’’を構成する単位下部ヘッダ管を連通する複数の連通管であるマルチ伝熱管１１２’’’とから構成される。下部ヘッダ管１１１’、１１１’’、１１１’’’を構成する各単位下部ヘッダ管はそれぞれ伝熱管熱媒を流入又は流出させるための熱媒流出入部である下部熱媒流出入ノズル１１０’、１１０’’、１１０’’’（ただし図３の右側、及び図４(ｂ)では図示していない）を有する。上部ヘッダ管１１３’、１１３’’、１１３’’’を構成する各単位上部ヘッダ管はそれぞれ伝熱管熱媒を流入又は流出させるための熱媒流出入部である上部熱媒流出入ノズル１１４’、１１４’’、１１４’’’（ただし図３の右側、及び図４(ｂ) では図示していない）を有する。図３及び図４において、図１と同じ又は対応する番号が付されている構成要素については図２と同様の機能及び構成を有する。図３及び図４では円周上に配置された複数の単位下部ヘッダ管及び単位上部ヘッダ管がそれぞれ３重に配置された例を示すが、これは一例であり、多重度は特に限定されない。図３及び図４では簡略化して描写しているが、この実施形態ではマルチ伝熱管１１２’、１１２’’、１１２’’’の合計本数は数千本とすることができる。図３及び図４に示す実施形態では、伝熱管が多重配置されていることにより処理時間を顕著に短縮することができる。エステル化反応槽１０内において、攪拌駆動源１２２によって駆動される攪拌軸１２１を介して攪拌翼１２０を回転させ、被処理液１０４を撹拌すると、図４（ｂ）に示すように、エステル化反応槽１０内の中央部の被処理液は上部から下部に下降する流れとなり、下部においては図４（a）に示すように外周方向へ流れ、更に図４（ｂ）に示すように、下部から上部に向かってリング状に配列されたマルチ伝熱管１１２’、１１２’’及び１１２’’’の間を通って上昇する流れとなる。その結果、マルチ伝熱管により効率よく被処理液を加熱し、エステル化反応工程で生成する揮発性のガスによる密度変化と温度差による相乗効果によって、反応を進行させる。加熱手段１４０’の熱交換量Ｑは、次の（１）式で表される。
Ｑ＝Ｕ・Ａ・ΔＴ （１）
【００２６】
Ｕは熱通過率［Ｗ／（ｍ２・Ｋ）］、Ａはマルチ伝熱管１１２’、１１２’’及び１１２’’’の合計の伝熱面積（ｍ２）、ΔＴは所定の対数平均温度差（Ｋ）。
【００２７】
このように直径が２０ｍｍ程度の数千本のマルチ伝熱管１１２’、１１２’’及び１１２’’’を多重同心円状に配列することによって伝熱面積を増大させると共に、被処理液の中にマルチ伝熱管１１２’、１１２’’及び１１２’’’を通し、中心に攪拌翼１２０を設けた場合、被処理液がマルチ伝熱管１１２’、１１２’’及び１１２’’’の間を絡むように下部から上部に流れるため熱通過率Ｕを４００程度に大幅に向上させることができる。その結果、上記加熱手段の熱交換量Ｑを大幅に向上させて被処理液の滞留時間を２時間程度に大幅に短縮することが可能となる。
【００２８】
また、個々の伝熱管１１２’、１１２’’及び１１２’’’を、その横断面がエステル化反応槽１０の水平断面において千鳥状になるように配列すればさらに高密度に配列でき、本数増加による伝熱面積Ａの増加および伝熱管の間の間隙の減少による熱通過率Ｕの向上を図ることが可能となる。
【００２９】
図４に示す実施形態では、間隙１１６’ａ−ｄ、１１６’’ａ−ｄ、及び１１６’’’ａ−ｄ、並びに、図示はしていないが下部ヘッダ管１１１’、１１１’’及び１１１’’’を構成する各単位下部ヘッダ管間の間隙により、各単位上部ヘッダ管及び各単位下部ヘッダ管のエステル化反応槽の円周方向への熱膨張が吸収され、熱破損を回避することができる。なお図１２には、図４に示す間隙１１６’ａ−ｄ、１１６’’ａ−ｄ、及び１１６’’’ａ−ｄを、単位上部ヘッダ管１１３’ａ−ｄ、１１３’’ａ−ｄ、及び１１３’’’ａ−ｄの熱膨張率と同等であるかより小さい熱膨張率を有する接続部材１１６’−２ａ−ｄ、１１６’’−２ａ−ｄ、及び１１６’’’−２ａ−ｄに置換した他の実施形態を示す。なお図１２の実施形態では、図示していないが下部ヘッダ管１１１’、１１１’’及び１１１’’’を構成する各単位下部ヘッダ管間の間隙もまた同様に下部ヘッダ管１１１’、１１１’’及び１１１’’’を構成する各単位下部ヘッダ管の熱膨張率と同等であるかより小さい熱膨張率を有する接続部材により置換されている。図１２に示す実施形態ではこれらの接続部材の存在により各単位上部ヘッダ管及び各単位下部ヘッダ管のエステル化反応槽の円周方向への熱膨張が吸収され、熱破損を回避することができる。
【００３０】
次に図３に基づいて、第１の反応器の他の構成要素について説明する。エステル化反応槽１０の外周部には、図３に示すように被処理液を反応温度に保つための熱媒ジャケット１０１が形成されている。熱媒ジャケット１０１には、ジャケット熱媒用上部ノズル１０２とジャケット熱媒用下部ノズル１０３が接続される。１０５は原料入口、１０６はオリゴマー出口である。１０７はＢＤ供給口、１０８は触媒供給口である。１３０は蒸気出口である。
【００３１】
第１の反応器において反応により生成する水は水蒸気として発生し、気化したＢＤ蒸気及び副生するＴＨＦ蒸気と共に気相部１２を形成する。このときの推奨すべき反応温度条件は２２０℃〜２５０℃、望ましくは２４０℃〜２５０℃である。また反応圧力条件は２００Ｔｏｒｒ〜８００Ｔｏｒｒ、望ましくは２００Ｔｏｒｒ〜４００Ｔｏｒｒである。このような高温条件下ではエステル化反応速度が速く、しかも減圧条件に設定することにより反応副生成物を迅速に除去できるため、２時間以下の滞留時間で目標のエステル化率に到達可能となる。このようにエステル化反応速度が向上することによりエステル化反応時間が短縮され、副反応生成物であるＴＨＦ生成量を大幅に低減できる。この時のＴＨＦ生成量は、原料ＴＰＡのモル分率で１５〜２５ｍｏｌ％／ｈ程度である。被処理液中から出た揮発分である気相部１２のガスは、第１の反応器においてエステル化反応槽１０の上方に設けられた蒸留塔（図示せず）により水とＴＨＦ及びＢＤとに分離され、水とＴＨＦは系外に除去され、ＢＤは精製工程等を経て再び系内あるいは原料用として蒸留塔下部よりＢＤ循環ライン４２によりＢＤタンク４０に戻される。循環ＢＤはＢＤタンク４０からＢＤ供給ライン４１により原料調整槽５に供給されるが、ＢＤタンク４０内の循環ＢＤは必要に応じてＢＤ精製処理（図示せず）を行い原料ＢＤの純度を調整する。さらに必要に応じて、初期重合槽（第２の反応器）２０および最終重合槽（第３の反応器）３０に設置される減圧装置の湿式コンデンサ（図示せず）から排出された循環ＢＤをＢＤ循環ライン４３よりＢＤタンク４０に戻し、ＢＤ原単位をさらに向上させる。この場合、新ＢＤは、最終重合槽３０の湿式コンデンサへ新ＢＤ供給ライン４５より供給し、ＢＤ循環ライン４４から第２反応器２０の湿式コンデンサへ供給し、ＢＤ循環ライン４３よりＢＤタンク４０に供給する。
【００３２】
エステル化反応槽１０で所定のエステル化率に到達した被処理液は、連絡管１３を経由して初期重合槽（第２の反応器）２０に供給される。即ち、被処理液は、エステル化反応槽１０で所定のエステル化率に到達したとき、連絡管１３の途中に設けたオリゴマポンプ１５により初期重合槽（第２の反応器）２０に供給される。
【００３３】
（第２の反応器）
次に、第２の反応器（初期重合槽）２０について図１及び図６を用いて簡単に説明する。図１において、初期重合槽２０は堅長円筒状の容器本体の外周が熱媒ジャケット２０２で覆われており、容器本体中央上部に回転軸２０３及び駆動装置２０４が取り付けられている。容器本体内は円筒状の仕切板２０５により２室に分けられており、ドーナツ状の第１室２０６と円筒状の第２室２０７を形成し、それぞれの攪拌室２０６、２０７内を回転して攪拌する攪拌翼２０８及び２０９が１本の共通の半長の回転軸２０３に取り付けられている。さらに、それぞれの攪拌室２０６、２０７内の攪拌翼２０８、２０９の外側には伝熱管２１０、２１１が取り付けられ、この伝熱管２１０、２１１への熱媒入口ノズル２１４、２１３、出口ノズル２１２、２１５が容器本体を貫通して取り付けられている。また、容器本体の第１室２０６の下部には、被処理液の入口ノズル２１６が取り付けられ、容器本体の第２室２０７の下部中央には、被処理液の出口ノズル２１７が取り付けられている。さらに、容器本体の上部に揮発物の出口ノズル２１８が設けられ、配管で凝縮器及び真空引き装置（図示せず）に接続される。
【００３４】
ここで第１室２０６内の攪拌翼２０８は、第２室２０７内の攪拌翼２０９に比べて周速が高いため、攪拌抵抗の小さいスリムな形状となっており、第２室２０７内の攪拌翼２０９は、周速が低いため、攪拌抵抗の大きい幅の広い形状となっている。これにより、同一の回転数でまわる両攪拌翼２０８及び２０９が両攪拌室２０６及び２０７で同程度の攪拌効果を得ることができる。
【００３５】
このような装置において、入口ノズル２１６より連続して供給された被処理液は、まず第１室２０６内に入り、伝熱管２１０で加熱され、攪拌翼２０８で攪拌される間に重縮合反応が進み、生成した１，４−ブタンジオール等の揮発物は蒸発して揮発物の出口ノズル２１８より凝縮器に捕集される。このようにして反応が進んだ被処理液は第１室２０６の上部より仕切板２０５の上端を乗り越えて第２室２０７に入る。被処理液は第２室２０７においても第１室と同様に、伝熱管２１１で加熱され、攪拌翼２０９で攪拌される間にさらに重縮合反応が進み、生成した１，４−ブタンジオール等の揮発物は蒸発して揮発物の出口ノズル２１８より凝縮器に捕集される。
【００３６】
このようにして反応が進んだ被処理液は、第２室２０７の下部より被処理液の出口ノズル２１７を通って次の最終重合機３０へ送られる。このとき、被処理液は初期重合槽２０内の２つの攪拌室２０６、２０７でそれぞれ完全混合状態で効率良く反応が進み、ショートパスすること無く、また第１、２室間では密閉配管内での熱分解も無く、品質の良い重合物を連続して生産することができる。
【００３７】
このような装置でＰＢＴを重合する場合には、平均重合度２から５までのビスヒドロキシブチルテレフタレートを入口ノズル２１６より連続供給して重縮合反応を進め、生成した１，４−ブタンジオール及び水の蒸気を初期重合槽２０内で分離し、初期重合槽２０中央部の出口ノズル２１７より平均重合度２０から７０までの間のＰＢＴの重合物を得ることができる。操作条件は例えば液温度２３０〜２５５℃、圧力０．５〜２０ｋＰａ、攪拌翼の回転数５〜１００回／分の範囲で行われる。
【００３８】
本発明の推奨される実施形態によれば、図６に示すように、初期重合槽２０内を円筒状の仕切板２０５Ａ及び２０５Ｂにより３室に分けて、ドーナツ状の第１室２０６Ａ及び第２室２０６Ｂと円筒状の第３室２０７を形成し、それぞれの攪拌室２０６Ａ、２０６Ｂ及び２０７内を回転して攪拌する攪拌翼２０８Ａ、２０８Ｂ及び２０９が回転軸２０３に取り付けられ、さらにそれぞれの攪拌室２０６Ａ、２０６Ｂ及び２０７内に伝熱管２１０Ａ、２１０Ｂ、２１１が取り付けられて構成される。このように、初期重合槽２０内を完全混合槽３槽と構成することにより、さらに短時間で重合反応を進めることができ、熱劣化が少ない品質の良いＰＢＴの重合物を連続して生産することができる。
【００３９】
初期重合槽（第２の反応器）２０で所定の反応時間を経過した処理液は、連絡管２１を経てプレポリマーポンプ２２により最終重合機（第３の反応器）３０に供給される。
【００４０】
次に、最終重合機３０について具体的に図１、図７、図８及び図９を用いて説明する。最終重合機（第３の反応器）３０は、初期重合機（第２の反応器）２０から得られる平均重合度が２０〜７０の低重合度ポリマー（プレポリマー）である粘度０．１〜４５Ｐａ・ｓ程度のＰＢＴから、一度に平均重合度が１５０〜２００の高重合度ポリマーである粘度５００〜２５００Ｐａ・ｓ程度のＰＢＴ５０を製造できるようにしたことにある。このように処理液の粘度は、０．１〜４５Ｐａ・ｓの低粘度から５００〜２５００Ｐａ・ｓ程度の高粘度の範囲に亘って使用できる高粘度液処理用の攪拌装置をもった反応器を用いなければならない。この反応器として最適な装置としては、特公平８１９２４１号公報に記載の連続攪拌装置（まゆ翼式重合機）をさらに改良し、これを用いて実現できるようにした特許文献２記載の装置が挙げられる。最終重合機（第３の反応器）３０はまゆ形状の攪拌翼（図８に示すように、１枚または複数枚のまゆ形板状部材３１１と該まゆ形板状部材の先端部に、該まゆ形板状部材に直角に取り付けられた掻き取り板３１２とから構成される）３１ａ、３１ｂを９０度の位相差をつけて、所定の間隔で外部動力源３５に駆動される攪拌軸３２ａ、３２ｂに取り付け、この攪拌軸３２ａ、３２ｂを２本９０度の位相差をつけて構成した二軸式の重合装置である。なお、一つのまゆ形状の攪拌翼を、複数枚のまゆ形板状部材３１１とその先端部に取り付けられた掻き取り板３１２とで構成した方が、ポリマーを効率よく攪拌することが可能となる。
【００４１】
このときの反応条件としては、２３０℃〜２５５℃で、圧力は０．６６５ｋＰａ〜０．０６７ｋＰａで反応させる。特にＰＢＴの品質の評価項目の１つであるポリマー酸価の値を出来るだけ低くするには、反応温度を２５０℃以下（２５０℃を含む）にすることが望ましい。従って、最終重合機３０の外周も、図７及び図８に示すように、ポリマーを反応温度に保つために、断面がまゆ形状をした熱媒ジャケット構造３０１になっている。３０１１は熱媒ジャケット３０１に対する熱媒入口、３０１２は該熱媒出口である。３０２はプレポリマー入口、３０３はポリマー出口である。３０４は蒸気出口である。３２１ａ、３２１ｂは攪拌軸３２ａ、３２ｂの各々の軸受である。
【００４２】
そして、低粘度から高粘度の広い範囲に亘って縮重合させるため、プレポリマーの入口３０１に近い数段のまゆ形状の攪拌翼３１ａ、３１ｂについては、図１、図９及び図１０に示すような約下半分に仕切板３３ａ、３３ｂを設け、滞留時間を増やすように構成した。しかし、単に仕切板３３ａ及び３３ｂを設けただけでは、０．１〜４５Ｐａ・ｓ程度の粘度を有する低重合ポリマー（プレポリマー）が仕切板３３ａ及び３３ｂを越えることによって進むことになるので、抵抗が高すぎることになる。そのため、図９（ａ）に示すように、仕切板３３ａ及び３３ｂの底部に穴３３１を設けることによって低重合ポリマー（プレポリマー）が該穴３３１を通して進むことが可能となり、抵抗を幾分低くすることが可能となる。また、図９（ｂ）に示すように、仕切板３３ａ及び３３ｂにスリット３３２を設けることによっても、低重合ポリマー（プレポリマー）が該スリット３３２を通して進むことが可能となり、抵抗を幾分低くすることが可能となる。さらに、好ましい実施形態は、図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、縮重合を促進するために仕切板３３ａ及び３３ｂに熱媒３３４を入口３３５から出口３３６に向って通すことにある。図１０（ｂ）に示す実施形態の場合、スリット３３２を設けるため、熱媒３３４の通路を管３３７によって接続する必要がある。
【００４３】
このように、低重合プレポリマーは、仕切板３３ａ及び３３ｂで仕切られた領域で攪拌されて穴３３１又はスリット３３２及び仕切板３３ａ及び３３ｂを越えて進むことになり、滞留時間が確保されることになり、その後高重合のポリマーを得るための仕切板のない領域のまゆ形状攪拌翼に入れることが可能となる。勿論、入口側のまゆ形状攪拌翼の軸方向の間隔を狭めることによって低粘度のプレポリマーを持ち上げる量を増やして縮重合を増やすことが可能となる。逆に、出口側のまゆ形状攪拌翼の軸方向の間隔を広げることによって高粘度のポリマーに対応させることが可能となる。
【００４４】
即ち、入口３０２より供給された低粘度のプレポリマーは、図８に示すように、お互いの攪拌翼３１ａ、３１ｂが互いに逆方向に中央から外側へ回転する構成のために外側に引き伸ばされながら、順次仕切板３３ａ及び仕切板３３ｂで仕切られた領域毎に滞留しながら、良好な表面更新作用を受け、プレポリマーの内部から揮発成分を蒸発させて反応が促進されて粘度が徐々に上昇する。続いて、粘度が徐々に上昇したポリマーは、図８に示すように、お互いの攪拌翼３１ａ、３１ｂが中央から上方を経由して外側へ回転する構成のために外側に引き伸ばされながら、良好な表面更新作用を受け、プレポリマーの内部から揮発成分を蒸発させて反応が促進されて５００〜２５００Ｐａ・ｓ程度の高粘度を有する高重合度のポリマー５０が出口３０３から排出される。
【００４５】
その結果、最終重合機３０は一台の装置で縮重合が可能となり大幅な装置コストの低減が可能となる。第１〜第３反応器の滞留時間は４〜７．５時間であるが、品質面から、重合工程全体の滞留時間は２から４時間が最適な範囲である。また、滞留時間は必要に応じて、温度と圧力を調整することにより長くすることが可能であり、例えば生産量を減少させる場合に、品質の変動を最小限に保つために実施されることがある。
【００４６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）の連続製造装置（システム）を構成する第１の反応器（エステル化反応を進行させる反応器）において、加熱手段による被処理液への熱交換効率を向上させて滞留時間の短縮を図ることができ、その結果、品質の良好なポリブチレンテレフタレートを効率よく連続生産できる。
【００４７】
また、本実施の形態によれば、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）の連続製造装置（システム）を構成する最終重合機（第３の反応器）を１台の装置で構成でき、装置コストの低減を図り、ポリブチレンテレフタレートの製造原価の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係るＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）の連続製造装置の一例の全体の構成図の構成図である。
【図２】本発明に係る第１の反応器において複数の伝熱管を一重に配設した一実施形態のエステル化反応槽内の構造を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る第１の反応器の他の一実施形態を示す縦断面図である。
【図４】本発明に係る第１の反応器の他の一実施形態について被処理液の流動状態も含めて示す図であり、（ａ）平面図であり、（ｂ）は縦断面図である。
【図５ａ】従来技術（特許文献２）における第１の反応器のエステル化反応槽内の構造を示す斜視図である。
【図５ｂ】従来技術（特許文献２）における第１の反応器における加熱器の熱媒流路の模式図である。
【図６】本発明に係わる第２の反応器（初期重合槽）の一実施形態を示す縦断面図である。
【図７】本発明に係る一台で構成した最終重合機（第３の反応器）の一実施形態を示す図で、（ａ）は平面一部断面図、（ｂ）は正面一部断面図である。
【図８】図７に示す最終重合機（第３の反応器）の一実施形態の側面断面図（仕切板図示省略）である。
【図９】（ａ）（ｂ）は、各々仕切板の実施形態を示す側面図である。
【図１０】（ａ）（ｂ）は、各々仕切板の他の実施形態を示す側面図である。
【図１１】本発明に係る第１の反応器の他の一実施形態を示す縦断面図である。
【図１２】本発明に係る第１の反応器の他の一実施形態について被処理液の流動状態も含めて示す平面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１，１−２，１’，１’−２…第１の反応器、２…原料供給ライン、５…原料調整槽、１０…エステル化反応槽、１０１…熱媒ジャケット、１０２…ジャケット熱媒用上部ノズル、１０３…ジャケット熱媒用下部ノズル、１０４…被処理液、１０５…原料入口、１０６…オリゴマー出口、１０７…ＢＤ供給口、１０８…触媒供給口、１１０，１１０’，１１０’’，１１０’’’…下部熱媒流出入ノズル（熱媒流出入部）、１１１ａ−ｄ…単位下部ヘッダ管、１１１’，１１１’’，１１１’’’…下部ヘッダ管、１１２，１１２’，１１２’’，１１２’’’…伝熱管（連通管）、１１３ａ−ｄ，１１３’ａ−ｄ，１１３’’ａ−ｄ，１１３’’’ａ−ｄ…単位上部ヘッダ管、１１３’，１１３’’，１１３’’’…上部ヘッダ管、１１４，１１４’，１１４’’，１１４’’’…上部熱媒流出入ノズル（熱媒流出入部）、１１５ａ−ｄ，１１６ａ−ｄ，１１６’ａ−ｄ，１１６’’ａ−ｄ，１１６’’’ａ−ｄ…間隙、１１５−２ａ−ｄ，１１６−２ａ−ｄ，１１６’−２ａ−ｄ，１１６’’−２ａ−ｄ，１１６’’’−２ａ−ｄ…接続部材、１２０…攪拌翼、１２１…攪拌軸、１２２…攪拌駆動軸、１４０…加熱器、１３０…蒸気出口、１２…気相部、１３…連絡管、１４…触媒投入ライン、１５…オリゴマポンプ、２０…初期重合槽（第２の反応器）、２０２…熱媒ジャケット、２０３…回転軸、２０４…駆動装置Ｍ、２０５…円筒状の仕切板、２０６…攪拌室（第１室）、２０７…攪拌室（第２室）、２０８…攪拌翼、２０９…攪拌翼、２１０、２１１…伝熱管、２１３，２１４…熱媒入口ノズル、２１２，２１５…熱媒出口ノズル、２１６…被処理液の入口ノズル、２１７…被処理液の出口ノズル、２１８…揮発物の出口ノズル、３０…最終重合機（第３の反応器）、３０１…熱媒ジャケット、３０２…プレポリマー入口、３０３…ポリマー出口、３０４…蒸気出口、３１１…まゆ形板状部材、３１２…掻き取り板、３２１ａ、３２１ｂ…軸受、３１ａ、３１ｂ…まゆ形状の攪拌翼、３２ａ、３２ｂ…攪拌軸、３３ａ、３３ｂ…仕切板、３３１…穴、３３２…スリット、３３４…熱媒、３３５…熱媒入口、３３６…熱媒出口、３３７…管、４０…ＢＤタンク、４３、４４…ＢＤ循環ライン、４５…新ＢＤ供給ライン、５０…ポリマー、１００１…特許文献２における第１の反応器、１０１０…特許文献２におけるエステル化反応槽、１１１０…特許文献２における下部熱媒流出入ノズル、１１１１…特許文献２における下部ヘッダ管、１１１２…特許文献２における伝熱管（連通管）、１１１３…特許文献２における上部ヘッダ管、１１１４…特許文献２における上部熱媒流出入ノズル、１１４０…特許文献２における加熱器。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ジカルボン酸とグリコール類とを含む被処理液を攪拌すると共に、気相又は液相熱媒の熱により加熱して前記被処理液をエステル化反応させてオリゴマーを製造する第１の反応器を少なくとも備え、該第１の反応器は、前記被処理液が供給される縦型円筒状のエステル化反応槽と、該エステル化反応槽内の被処理液を攪拌する攪拌手段と、前記熱媒を流通すべく、前記エステル化反応槽内上部に配置された上部ヘッダ管、前記エステル化反応槽内下部に配置された下部ヘッダ管、及び前記上部ヘッダ管と前記下部ヘッダ管に前記熱媒が流通可能に前記上部ヘッダ管と前記下部ヘッダ管とを接続した複数の連通管を含む加熱器と、を少なくとも備えた、ポリエステル系高分子の連続製造装置であって、
前記上部ヘッダ管は、前記エステル化反応槽の円周方向に沿って配置された複数の単位上部ヘッダ管から構成され、前記下部ヘッダ管は、前記エステル化反応槽の円周方向に沿って配置された複数の単位下部ヘッダ管から構成され、前記各連通管は、上下方向に対向した前記単位上部ヘッダ管及び前記単位下部ヘッダ管に接続されており、各単位上部ヘッダ管及び各単位下部ヘッダ管には、前記熱媒を流入又は流出させるための熱媒流出入部が形成されていることを特徴とするポリエステル系高分子の連続製造装置。
【請求項２】
前記複数の単位上部ヘッダ管及び前記複数の単位下部ヘッダ管のうち前記エステル化反応槽の円周方向に隣接するもの同士の間には間隙が形成されていることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記複数の単位上部ヘッダ管及び前記複数の単位下部ヘッダ管のうち前記エステル化反応槽の円周方向に隣接するもの同士は接続部材を介して接続されており、前記接続部材の熱膨張率は、前記複数の単位上部ヘッダ管及び前記複数の単位下部ヘッダ管の熱膨張率と同等であるかより小さいことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記複数の連通管は、前記エステル化反応槽の中心軸に沿って、前記エステル化反応槽の中心軸を中心とした複数の同心円の円周上に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項記載の装置を用いたポリエステル系高分子の製造方法であって、前記エステル化反応槽にジカルボン酸とグリコール類とを含む被処理液を供給し、前記エステル化反応槽内部の温度を２２０℃〜２５０℃、前記エステル化反応槽内部の圧力を２００Ｔｏｒｒ〜８００Ｔｏｒｒに設定して運転を行いオリゴマーを製造する工程を含むことを特徴とするポリエステル系高分子の製造方法。
【請求項６】
前記ジカルボン酸がテレフタル酸を主成分とする芳香族ジカルボン酸であり、前記グリコール類が１，４−ブタンジオールを主成分とするグリコール類であることを特徴とする、請求項５記載の方法。
【請求項１】
ジカルボン酸とグリコール類とを含む被処理液を攪拌すると共に、気相又は液相熱媒の熱により加熱して前記被処理液をエステル化反応させてオリゴマーを製造する第１の反応器を少なくとも備え、該第１の反応器は、前記被処理液が供給される縦型円筒状のエステル化反応槽と、該エステル化反応槽内の被処理液を攪拌する攪拌手段と、前記熱媒を流通すべく、前記エステル化反応槽内上部に配置された上部ヘッダ管、前記エステル化反応槽内下部に配置された下部ヘッダ管、及び前記上部ヘッダ管と前記下部ヘッダ管に前記熱媒が流通可能に前記上部ヘッダ管と前記下部ヘッダ管とを接続した複数の連通管を含む加熱器と、を少なくとも備えた、ポリエステル系高分子の連続製造装置であって、
前記上部ヘッダ管は、前記エステル化反応槽の円周方向に沿って配置された複数の単位上部ヘッダ管から構成され、前記下部ヘッダ管は、前記エステル化反応槽の円周方向に沿って配置された複数の単位下部ヘッダ管から構成され、前記各連通管は、上下方向に対向した前記単位上部ヘッダ管及び前記単位下部ヘッダ管に接続されており、各単位上部ヘッダ管及び各単位下部ヘッダ管には、前記熱媒を流入又は流出させるための熱媒流出入部が形成されていることを特徴とするポリエステル系高分子の連続製造装置。
【請求項２】
前記複数の単位上部ヘッダ管及び前記複数の単位下部ヘッダ管のうち前記エステル化反応槽の円周方向に隣接するもの同士の間には間隙が形成されていることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記複数の単位上部ヘッダ管及び前記複数の単位下部ヘッダ管のうち前記エステル化反応槽の円周方向に隣接するもの同士は接続部材を介して接続されており、前記接続部材の熱膨張率は、前記複数の単位上部ヘッダ管及び前記複数の単位下部ヘッダ管の熱膨張率と同等であるかより小さいことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記複数の連通管は、前記エステル化反応槽の中心軸に沿って、前記エステル化反応槽の中心軸を中心とした複数の同心円の円周上に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項記載の装置を用いたポリエステル系高分子の製造方法であって、前記エステル化反応槽にジカルボン酸とグリコール類とを含む被処理液を供給し、前記エステル化反応槽内部の温度を２２０℃〜２５０℃、前記エステル化反応槽内部の圧力を２００Ｔｏｒｒ〜８００Ｔｏｒｒに設定して運転を行いオリゴマーを製造する工程を含むことを特徴とするポリエステル系高分子の製造方法。
【請求項６】
前記ジカルボン酸がテレフタル酸を主成分とする芳香族ジカルボン酸であり、前記グリコール類が１，４−ブタンジオールを主成分とするグリコール類であることを特徴とする、請求項５記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００９−２４０８７（Ｐ２００９−２４０８７Ａ）
【公開日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１８８７７８（Ｐ２００７−１８８７７８）
【出願日】平成１９年７月１９日（２００７．７．１９）
【出願人】（０００００５４５２）株式会社日立プラントテクノロジー (1,767)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月１９日（２００７．７．１９）
【出願人】（０００００５４５２）株式会社日立プラントテクノロジー (1,767)
【Ｆターム（参考）】
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