专利名称：循环式干燥装置和循环式干燥方法
技术领域：
本发明涉及在加热器和干燥器之间一边使气体循环，一边利用在加热器中加热的气体使干燥器中的干燥对象物干燥的循环式干燥装置和循环式干燥方法，更具体地说，涉及以低的成本、安全而且不增加环境负担地干燥含有挥发成分的干燥对象物的循环式干燥装置和循环式干燥方法。
所谓开放循环方式是指将在干燥对象物的干燥中使用的加热气体排放到大气中的方式。因此，在开放循环方式中，由于将高温气体排放到大气中，能量损失大。另外，由于将含在干燥对象物中的单体及溶剂等挥发成分原样排放到大气中，因而存在环境负担大之类的问题。在将排放气体排放到大气中时，设置用于降低挥发成分浓度的排放气体处理装置等，并且在实施保护环境措施时，在干燥使用的气体量相当大时，排放气体处理装置既庞大又昂贵。另外，即使在气体量不多的情况下，含在排放气体中的挥发成分的浓度很低，但对于那样的气体的排放气体处理装置通常都是昂贵的。
封闭循环方式，即循环式干燥法，由于将排放气体作为加热气体重新利用，与开放循环方式相比，是有利于节能的干燥法。另外，在理论上，做成与大气隔绝、完全封闭，作到在运行中不将挥发成分等排放到大气中是可能的。但在工业上要做成完全封闭也有困难之处。
另一方面，作为由干燥对象物以粉末形式回收固形成分的干燥方法，将干燥对象物分离为介质液体和固形成分之后，公知的干燥法除了使固形成分同热风接触进行干燥的气流干燥法和流动干燥法外，还有将干燥对象物直接喷雾到加热气体中进行干燥的喷雾干燥法等。
将干燥对象物直接喷雾到加热气体中的喷雾干燥法可由干燥对象物直接得到干燥粉末，从简化工序，降低设备成本及运行管理等方面看，在工业上都是有利的方法。因此，将封闭循环方式和喷雾干燥法组合的干燥方法至今也有许多发明。
在封闭循环方式中，在加热气体的加热器和利用被加热的气体将干燥对象物干燥的干燥器之间循环的气体(下面，称为“循环气体”)中含有单体等挥发成分。气体状态的挥发成分的最小着火能量一般都非常小，在循环气体中的挥发成分的浓度处于爆炸范围时，由于静电等也易于引起爆炸。因此，在干燥对象物的干燥中，不用说应采取绝对防静电措施，在明确单体等挥发成分的爆炸范围的下限浓度之后，还必须控制循环气体中的挥发成分的浓度。或者，在明确单体等挥发成分的爆炸范围的下限浓度之后，也有通过控制循环气体中的氧浓度来避开爆炸范围的方法。
另一方面，当通过干燥得到的粉末的性状容易引起粉尘爆炸时，若控制循环气体中的粉尘浓度则可避免粉尘爆炸。然而，例如，许多情况是袋滤器等粉末收集装置的粉尘浓度局部处于粉尘爆炸浓度范围，因此控制粉尘浓度也是困难的。因此，在容易引起粉尘爆炸的固形成分的情况下，采取使循环气体中的氧浓度降低的方法是非常有效的。
此外，通过干燥得到的粉末即使在一定温度条件下，由于氧的存在而氧化等致使品质变劣时，也必须控制循环气体中的氧浓度。
作为可抑制循环气体中的氧浓度的干燥方法，在日本特开昭47-7125号公报中公开了使用使燃料燃烧的气体作为加热气体，在干燥中使用后作为排放气体的一部分进入再循环的方法。这时，由于将燃烧气体原样作为用于干燥的加热气体使用，则加热气体中的氧浓度降低。而且，使其再循环的排放气体的量为50-80％的量，但并未进一步涉及含在排放气体中的挥发成分等的处理。因此，有时排放气体中的挥发成分的浓度达到爆炸范围。再有，当将排放气体的20-50％排放到大气中时，有成为环境负担问题的可能性。另外，作为保护环境采取的措施所必须的排放气体处理装置，当要处理的气体量大时，该装置既大型又昂贵。
在特开平8-511335号公报中公开了作为循环气体使过热水蒸汽循环的干燥方法。若使用使过热水蒸汽循环的干燥方法，由于过热水蒸汽这种介质的特性，可以做成完全近乎于封闭方式，不排出排放气体(或者控制排放气体)，而且可避免与氧化有关的故障及火灾或者爆炸的危险。然而，含在干燥对象物中的单体等挥发成分不溶于水时，则循环气体中的挥发成分的浓度被浓缩直到达到饱和蒸汽压。这时，挥发成分将不能蒸发而随固形成分排出。这往往在品质方面成为极严重的问题。再有，使用这种干燥方法，由于要排出一部分循环气体，则由该排出的气体中取出与在干燥机中蒸发的全部水分等量的冷凝水。因此，在冷凝器和冷却装置方面需要投入，就大量生产的设备而言，其成本也增大。另外，为了使循环气体在循环管路内不结露而采取的措施也要增加成本。
如上所述，使用开放循环方式的干燥对象物的干燥方法，由于将干燥所需要的气体排放到大气中，能量损失大。而且，往往增加环境负担。这时，需要采取环保措施，当气体的量大时，排放气体处理装置必然增大成本。
即使是封闭循环方式、即循环式的喷雾干燥法，在必须使用对循环气体中的挥发成分进行处理的装置时，由于对全部气体进行处理时气体量大，装置的费用也增大。而且，将循环气体做成低氧浓度时，当气体量大时，惰性气体的成本或者惰性气体发生装置的建设费用也增大。
另外，即使是使用过热水蒸汽、采用循环式的干燥法时，必须将挥发成分的浓度控制到一定值以下，对于大规模处理，也担心对挥发成分的浓度的控制及防结露措施增大成本。
本发明的循环式干燥装置是在加热器和干燥器之间一边使气体循环，一边利用在加热器中加热的气体干燥在干燥器内的含有挥发成分的干燥对象物，其特征在于该装置具有将加热器和干燥器之间循环的气体的一部分引出的分支管路，将含在引出气体中的挥发成分进行分解或者回收的气体处理装置，以及将由气体处理装置排出的气体返回到在加热器和干燥器之间循环的气体中的供给管路。
另外，在本发明的循环干燥装置中，优选设置用于从在加热器和干燥器之间循环的气体中除去水分的冷凝器。
而且，上述气体处理装置希望是使含在气体中的挥发成分燃烧的燃烧装置。
上述干燥器最好是喷雾干燥器。
另外，在本发明的循环式干燥装置中，优选设置在由气体处理装置排出的气体和在加热器和干燥器之间循环的气体之间进行热交换的热交换器。
再有，本发明的循环式干燥方法是在加热器和干燥器之间一边使气体循环，一边利用在加热器中加热的气体干燥在干燥器内含有挥发成分的干燥对象物，其特征在于，包括以下过程将在加热器和干燥器之间循环的气体的一部分引出，对含在被引出气体中的挥发成分用气体处理装置进行分解或者回收，将由气体处理装置排出的气体返回到在加热器和干燥器之间循环的气体中。
另外，在本发明的循环式干燥方法中，优选由在加热器和干燥器之间循环的气体中除去水分。
而且，在本发明的循环式干燥方法中，希望在气体处理装置中使含在气体中的挥发成分燃烧。
在本发明的循环式干燥方法中，希望将干燥对象物喷雾到在干燥器内被加热的气体中进行干燥。
另外，在本发明的循环式干燥方法中，优选在由气体处理装置排出的气体和在加热器和干燥器之间循环的气体之间进行热交换。
而且，在本发明的循环式干燥方法中，优选将含在加热器和干燥器之间循环的气体中的挥发成分的浓度控制在挥发成分的爆炸范围的下限浓度以下。
在本发明的循环式干燥方法中，优选将含在加热器和干燥器之间循环的气体中的氧浓度控制在12体积％以下。
而且，本发明的循环式干燥方法，在干燥对象物是聚合物乳液时特别有效。
图2是表示在实施例中使用的循环式干燥装置的简要结构图。
图3是表示在比较例1中使用的循环式干燥装置的简要结构图。
图4是表示在比较例2中使用的循环式干燥装置的简要结构图。
图1是表示本发明的循环式干燥装置的一个例子的简要结构图。该循环式干燥装置的简要结构是具有加热气体的加热器11，利用在加热器中加热的循环气体干燥从干燥对象物供给管供给的干燥对象物的干燥器12。从干燥器12的底部的气体排出口13排出的循环气体中收集、分离含在其中的固形成分的收集器14，冷却在收集器14中固形成分已被分离的循环气体，冷凝、分离循环气体中的水分的冷凝器15，将含在从冷凝器15返回到加热器11的途中引出的循环气体的一部分中的挥发成分进行分解和回收的气体处理装置16，连接这些加热器11、干燥器12、收集器14、冷凝器15和气体处理装置16的各管路。
此处，上述管路由以下管路构成将在加热器11中加热的循环气体供给干燥器12的加热气体管路21，将从干燥器12的气体排出口13排出的循环气体供给收集器14的排出气体管路22，将在收集器14中固形成分已被分离的循环气体供给冷凝器15的过滤气体管路23，将在冷凝器15中冷却的循环气体返回到加热器11中的冷却气体管路24，从冷却气体管路24引出循环气体的一部分、供给气体处理装置16的分支管路25，将从气体处理装置16排出的处理气体返回到加热气体管路21的循环气体中的供给管路26；在过滤气体管路23、冷却气体管路24和分支管路25的途中分别设置送风机27、送风机28和送风机29。
此处，所谓本发明的循环气体是指在加热器11中被加热，在干燥器12中使干燥对象物干燥，利用收集器14与固形成分分离，被冷凝器15冷却，去除冷凝的水分后再返回到加热器11中的气体。
另外，对本发明的循环气体的组成没有特别限定。但是，作为气体处理装置使用后述的燃烧装置时，由于对循环气体供给低氧浓度的燃烧气体，则使循环气体中的氧浓度比空气中的氧浓度更低。
加热器11是为使循环气体中的干燥对象物干燥而提供必须的热能的装置。作为加热器11可使用电加热器；利用过热蒸汽等的冷凝潜热的间接式加热器；使用以LPG(液化石油气)及LNG(液化天然气)等为代表的气体燃料，或者以煤油及柴油等为代表的液体燃料燃烧的直焰式加热器等。另外，也可以利用直焰式加热器和间接式加热器两者。
另外，在循环式干燥装置的情况下，有时由于循环气体中的水分量大而使水分在装置中冷凝，给设备的稳定运行带来故障。在这种情况下，希望在适当的位置分散设置加热器以防止水分的冷凝。
干燥器12是利用一定的干燥热风温度的循环气体来使干燥对象物干燥，使其含水率降低到规定水平的装置，它具有筒状的直筒部，连接于直筒部的下端的倒圆锥部，在锥部的前端设置的固形成分取出口17，设置在构成底部的锥部的气体排出口13。此处，所谓干燥热风温度是指在干燥器12中为使干燥对象物干燥的循环气体在干燥器12的入口的温度。
作为干燥器12可以使用使预先脱水的干燥对象物干燥的流动干燥方式及气流干燥方式的干燥器、利用喷雾干燥方式的干燥器。本发明中，希望采用可从干燥对象物直接得到固形成分的粉末的喷雾干燥方式的干燥器。
此处，所谓喷雾干燥方式的干燥器是指将以分散在水中的状态存在的干燥对象物微粒化、喷雾到干燥器的内部，通过使微粒化的干燥对象物与加热气体直接接触，从而使干燥对象物干燥的干燥器。作为微粒化的方法，可以使用一般公知的旋转盘式微粒化法及压力双流体喷嘴等喷嘴喷雾式微粒化法等。
收集器14是利用设置在内部的过滤器旋风分离器、袋滤器等气固分离器，或者它们的组合，分离、回收含在循环气体中的固形成分的装置，其具有筒状的直筒部、连接在直筒部的下端的倒圆锥状的锥部和设置在锥部前端的固形成分取出口18。
另外，由于收集器14中的粉尘浓度容易增高，将氮气等惰性气体的供给装置设置在收集器14中，从而可以使收集器14中的氧浓度降低。冷凝器15是将由于干燥对象物的干燥而增加的循环气体中的水分，通过冷却到该循环气体所具有的露点以下而冷凝，并将冷凝的水分取出的装置。作为冷凝器15，可使用一般公知的以多管式热交换器或带散热片的多管式热交换器等为代表的间接式热交换器，以湿洗器为代表的直接式热交换器。
冷凝器15设计成使得其中的冷凝水量等于输入循环气体中的水量，即，从干燥对象物蒸发的水分量加上气体处理装置16中由于燃料的燃烧所产生的水分量之和。
冷凝器15的出口的循环气体的温度，从防止装置内结露的意义上以尽可能低为好，但用于冷却的冷却水等的温度低于常温，有时反而致使成本增加。另外，在节能方面，为了有效利用循环气体的热能，冷凝器15的出口的循环气体的温度较高为好。
作为冷凝器15使用的直接式热交换器是使温度为循环气体所具有的露点以下的冷却水直接与气体接触使其冷却的方式。而且，输送温度在露点以下的冷却水的冷却装置(图示略)如果是利用从冷凝器15回收的冷却水和与循环气体分离的冷凝水的再冷却塔，则可使冷却水在再冷却塔和冷凝器15之间循环，从而有利于在工业上降低成本。即，冷凝器15的出口的循环气体的温度如果设定为能有效利用再冷却塔的温度，即30--60℃，则在工业上是更有利的。
另外，当使用再冷却塔时，在冷凝器15中被冷却水吸收的循环气体中的挥发成分散播到大气中，往往使环境负担加大。在这样的情况下，直接式热交换器的冷却水优选通过封闭回路在直接式热交换器与再冷却塔之间循环，将被再冷却塔冷却的冷却水供给直接式热交换器，使循环气体冷却、冷凝。
气体处理装置16是将由循环气体中引出的一部分气体(以下，称为“引出气体”)中除水以外的挥发成分，例如未反应的单体、有机溶剂等分解或者回收的装置。作为这样的气体处理装置16，可以使用例如，使气体中的挥发成分燃烧的燃烧装置，用以活性碳及沸石等为代表的吸附剂吸附气体中的挥发成分的吸附处理装置等。其中，优选使用燃烧装置，因为它可以在使引出气体中的挥发成分热分解的同时，可以对引出气体除臭并降低引出气体中的氧浓度。
此处，所谓除臭是指尽可能分解处理挥发成分，使其变成水蒸汽及碳酸气等无臭、无害的物质。
燃烧装置通过使引出气体与高温部接触而使气体中的挥发成分热分解并除臭；该高温部通过使LNG(液化天燃气)或LPG(液化石油气)等气体燃料或者煤油及柴油等液体燃料燃烧而产生高温。根据挥发成分的种类的不同，可使用直焰式燃烧装置，蓄热式燃烧装置，催化剂式燃烧装置，接触式燃烧装置等。为了降低设备成本，优选直焰式燃烧装置。当由于燃料等的不完全燃烧产生烟灰成为问题时，优选使用LPG或LNG等气体燃料的燃烧装置。
在美国的洛杉矶市的大气污染防止法64条中，决定在燃烧处理臭气气体时，无论臭气气体的种类如何，都必须满足臭气气体在650℃以上的区域的滞留时间在0.3秒以上。因此，在使用直焰式燃烧装置时，希望将燃烧气体(处理气体)的出口温度设定在650℃。另外，当燃烧气体的出口温度超过1000℃时，由于空气中的氮和氧反应生成热的NOx，燃烧气体的出口温度希望在1000℃以下。
此处，所谓燃烧气体是指从燃烧装置产生的气体，是对由循环气体引出的一部分气体进行热分解、除臭处理得到的气体和燃料燃烧的气体组成的气体。
从燃烧装置(气体处理装置16)排出的燃烧气体(处理气体)的出口温度虽希望在650℃以上，但当把燃烧气体直接再供给到循环气体中时，作为供给管路26的材质，必须是能耐高温的特殊材质，需要费用较大。而且，当燃烧气体和循环气体的温差大时，有时也需要用于混合的装置。
因此，最好设置在燃烧气体和循环气体的全部或者循环气体的一部分之间进行热交换的热交换器。通过设置热交换器，可以回收燃烧气体的热量，使燃烧气体的温度降低。另外，通过使燃烧气体的温度降低，作为供给管路26的材质可使用廉价的材料，并且还能使燃烧气体和循环气体的混合简单。再有，由于能将燃烧气体的热量的一部分利用来加热循环气体，也有利于节能。
另外，从气体处理装置返回到循环气体中的处理气体量与从循环气体中引出的引出气体量相当。因此，气体处理装置的大小，即处理能力应根据引出气体的量决定，以便必须使循环气体中的氧浓度和挥发成分的浓度保持较低水平。下面，对使用图示例子的循环式干燥装置的循环式干燥方法进行说明。
循环气体由送风机28送到加热器11进行加热，再送到干燥器12。在干燥器12中，通过使干燥对象物与循环气体直接接触，使干燥对象物的水分蒸发。从干燥对象物得到的固形成分的一部分由设置在干燥器12的底部的固形成分取出口17排出。未从固形成分取出口17排出的剩余的固形成分(粉末)，与含有水蒸汽的循环气体一起从气体排出口13排出干燥器12之外，用装有旋风分离器、袋滤器等的收集器14从循环气体中分离、回收。固形成分已被分离的循环气体用送风机27送到冷凝器15。送到冷凝器15中的循环气体冷却到适当的温度，循环气体中的水分冷凝而作为冷凝水取出。
从冷凝器15排出的循环气体用送风机28送到加热器11，送到加热器11中的循环气体在加热器中加热再送到干燥器12。
另外，当循环气体中的挥发成分的浓度上升时，或者当循环气体中的氧浓度上升时，循环气体的一部分利用送风机29作为引出气体送到气体处理装置16。
送到气体处理装置16中的引出气体在气体处理装置16中将含在引出气体中的挥发成分分解或者回收做成处理气体后，再返回到循环气体中。通过将挥发成分降低的处理气体供给到循环气体中，可使循环气体中的挥发成分的浓度保持较低水平。
另外，作为气体处理装置使用燃烧装置时，燃烧气体的量仅仅是供给燃烧装置的燃料和空气的量，与引出气体的量相比也有所增加，该增加部分通过由供给管路26分支的放出管路30排放到大气中。
由循环气体中引出的引出气体的量由设置在各管路中的风量计(图示略)测定的循环气体中的挥发成分浓度或氧浓度决定。
这时，由于从循环气体中引出的引出气体量和从气体处理装置16再供给到循环气体中的处理气体量相等，因此，通过控制引出的引出气体量或者再供给处理气体量两者的任何一方，则可控制从循环气体中引出的引出气体量。在图示例子中，引出气体量通过控制设置在分支管路25中的送风机29的送风量进行控制。
从循环气体中引出的引出气体量，具体的就是循环气体中的挥发成分的浓度的控制最好使其保持在挥发成分的爆炸范围的下限浓度以下。即，通常，由于单体及有机溶剂等挥发成分的最小着火能都非常低，容易因静电而引起着火，从安全方面考虑，优选将含在循环气体中的挥发成分的浓度保持在挥发成分的爆炸范围的下限浓度以下，更优选将其保持在挥发成分和爆炸范围的下限浓度的1/4浓度以下。
此处，所谓挥发成分的爆炸范围是指循环气体中的挥发成分引起爆炸的(体积)浓度范围。所谓爆炸范围的下限浓度是指爆炸范围内的最稀的浓度。在空气中的爆炸范围和爆炸范围的下限浓度记载在挥发成分的MSDS等中。例如，在空气中的爆炸范围的下限浓度，苯乙烯是1.1体积％，甲基丙烯酸甲酯是2.1体积％，丙烯酸甲酯是2.8体积％，丙烯酸丁酯是1.5体积％，甲基丙烯酸丁酯是2.0体积％，甲基丙烯酸异丁酯是2.0体积％，丙烯腈是3.0体积％。作为挥发成分，当多种单体或有机溶剂含在循环气体中时，挥发成分的爆炸范围的下限浓度可采用空气中的爆炸下限浓度最低浓度的挥发成分的值。
另外，从循环气体中引出的引出气体的量，具体的就是循环气体中的氧浓度优选控制到使其保持在12体积％以下。即，根据企业安全技术指南及静电安全指南，除少数例外，大多数有机化合物及有机粉尘的爆炸极限的下限氧浓度在8-12体积％，因此，为了防止粉尘爆炸，含在循环气体中的氧浓度优选保持在12体积％以下。另外，根据企业安全技术指南及静电安全指南，防止粉尘爆炸时的管理氧浓度的指标规定控制在5体积％以下，因此，含在循环气体中的氧浓度优选控制在5体积％以下。
另外，当考虑到从送风机的轴封部等，存在由外部混入空气的位置的情况时，为保持循环气体中的氧浓度较低，必须对循环气体继续供给氧浓度降低的燃烧气体。
再有，为了有效地降低循环气体中的氧浓度，送入燃烧装置的空气量优选为小于理论上为使燃料燃烧所必须的空气量的2倍的量，更优选为小于1.3倍的量。
再供给到循环气体的处理气体的量和从循环气体中引出的引出气体的量，对于决定气体处理装置16的大小是非常重要的。供给气体处理装置16的引出气体的量相对于送入干燥器12中的循环气体量优选为30体积％以下。为处理该量以上的气体量，气体处理装置16过大而不经济。使用小型的气体处理装置时，供给气体处理装置的引出气体量相对于送入干燥器12中的循环气体量优选为10体积％以下。
本发明的干燥对象物只要是与加热气体直接接触、使其干燥的通常的干燥对象物均可，无特别限定。尤其是，作为本发明的干燥对象物，当用喷雾干燥方式的干燥器作为干燥器12时，将固形成分分散在水中的粉浆是适宜的。对于将固形成分分散到水中的方法没有特别限定。作为粉浆，含有未反应的单体等挥发成分的聚合物乳液是适宜的。
聚合物乳液只要是用一般公知的乳化聚合法及无皂乳化聚合法制造的乳液均可，没有特别限定。
作为聚合物，可列举例如单独聚合芳香族乙烯系单体、氰基化乙烯系单体、乙烯系不饱和羧酸系单体、不饱和羧酸烷基酯系单体、卤化乙烯系单体、马来酰亚胺系单体等得到的聚合物，或者两种以上共聚接种聚合，或者接枝聚合得到的聚合物，或者以上复合得到的聚合物等。
另外，聚合物乳液既可以是单独1种，也可以是多种乳液的混合物。
所谓本发明的挥发成分是指含在粉浆等干燥对象物中的除水以外的有机化合物等的挥发成分.作为有机化合物有聚合后作为残留的单体含有的苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、丙烯腈、丁二烯等，或者在干燥热风温度下挥发的上术有机合物的二聚物和三聚物或三聚物以上的多聚物，以及引发剂的残渣，含在单体、原料中的杂质、有机溶剂等。
在本发明的循环式干燥装置和循环式干燥方法中，由于是将循环气体的一部分引出，对含在该引出气体中的挥发成分进行分解或回收处理，再将该处理气体的一部分作为低挥发成分浓度的气体返回到循环气体中，因此不必全部处理循环气体中的挥发成分，可使气体处理装置小型化，能以低成本降低循环气体中的挥发成分的浓度。另外，由于将处理气体的一部分返回到循环气体中，可以抑制排放到大气中的排放气体的量，减小因排放气体对环境的污染。这样，本发明的循环式干燥装置和循环式干燥方法，从成本和保护环境方面看在工业上都是非常有利的。
另外，气体处理装置若为使含在气体中的挥发成分燃烧的燃烧装置，则在减少挥发成分的同时，由于将减少了氧的处理气体返回到循环气体中，可以使循环气体中的氧浓度保持较低。这样，通过利用由气体处理装置产生的燃烧气体，既不用重新供给氮等惰性气体，也不用设置新的低氧浓度气体的发生装置，能以低成本防止粉尘爆炸和氧化等品质变劣。另外，由于将气体处理装置(气体的无臭化、无害化)和低氧浓度气体发生装置两者共用，可利用小型的燃烧式排气处理装置。因此，非常经济，在工业上是有利的。再有，排放到系统外的排放气体中的挥发成分经无臭、无害化处理，也不增加环境负担。
本发明的循环式干燥装置和干燥方法并不限定于图示的例子及其使用法，只要是如下述的装置和方法，可以是各种形式。它们在加热器和干燥器之间使气体循环，利用在加热器中加热的气体干燥在干燥器内含有挥发成分的干燥对象物的循环式干燥装置和循环式干燥方法，将循环气体的一部分引出，对含在该引出气体中的挥发成分进行分解处理或者回收处理，进而将该处理气体的一部分作为低挥发成分浓度的气体返回到循环气体中。
例如，引出循环气体的一部分的位置，不限定于如图示例子的冷凝器15和加热器11之间的位置，也可以是其它的位置。但是，当使引出气体中的挥发成分燃烧时，由于希望在气体中尽可能不含固形成分，引出循环气体的一部分的位置，如图示例子，以在冷凝器15和加热器11之间的位置为最佳。另外，将处理气体(燃烧气体)返回到循环气体中的位置也不限定于如图示例子的加热器11和干燥器12之间的位置，也可以是其它的位置。但是，由于能够利用燃烧气体的热加热循环气体，使处理气体(燃烧气体)返回到循环气体中的位置，如图示例子，以加热器11和干燥器12之间的位置为最佳。另外，在冷凝器15和加热器11之间也可以设置预备加热器，该预备加热器兼具有除去含在由冷凝器15排出的循环气体中的伴生重雾和预备加热循环气体的功能。
图2的循环式干燥装置是在图1的循环式干燥装置中添加了以下设备在供给管路26中流动的燃烧气体(处理气体)和在后述的热交换管路中流动的循环气体的一部分之间进行热交换的热交换器31，兼用于除去含在从冷凝器15排出的循环气体中的伴生重雾和预热循环气体的预备加热器32，冷却用于冷却冷凝器15用的冷却水的冷介质(水)的再冷却塔33，在冷凝器15用的冷却水和来自再冷却塔的冷介质之间进行热交换的冷却水用热交换器34。
另外，在图2的循环式干燥装置中，还设置有从冷却气体管路24中引出与燃烧气体进行热交换用的循环气体、通过热交换器31与供给管路汇合的热交换管路41，从冷却气体管路24引出循环气体、供给设置在干燥器12中的压力双流体喷嘴辅助气体的辅助气体管路42，使冷却水在冷凝器15和冷却水用热交换器34之间循环的冷介质循环管路44，供给收集器14氮气的氮气供给管45；在热交换器41、辅助气体管路42、冷却水循环管路43、冷介质循环管路44和干燥对象物供给管路20的途中，分别还设置有送风机46、送风机47、送液泵48、送液泵49和送液泵50。
作为加热器11，使用利用过热蒸汽的冷凝潜热的带散热片的多管热交换蒸汽加热器和电加热器。
作为干燥器12，使用直筒部内径为3.5米、直筒部高度为4米、锥部高度为2.8米的干燥器，作为喷雾装置使用压力双流体喷嘴。
作为收集器14，使用具有过滤面积为49米2的袋滤器的收集器。另外，压缩循环气体用作脉冲气体，其流量为21kg/hr。
作为冷凝器15，使用具有填充了填充剂的柱的湿洗塔。
作为气体处理装置，使用气体处理部容积为5.0升的直焰燃烧式排放气体处理装置。作为燃料使用LPG。另外，在出口温度为760℃的条件下运行。
作为热交换器，使用带散热片的多管热交换器。
作为预备加热器，使用将用于使重雾蒸发的带散热片的多管热交换蒸汽加热器和用于分离重雾的不锈钢烧结的过滤器组合使用的预热器。
作为再冷却塔33，使用15冷吨的再冷却塔。
作为冷却水用热交换器34，使用散热面积为15米2的片式热交换器。
聚合物乳液A使58.1质量份甲基丙烯酸甲酯、21.4质量份甲基丙烯酸正丁酯、18.3质量份甲基丙烯酸异丁酯、1.1质量份甲基丙烯酸和1.1质量份2-乙基已基甲基丙烯酸酯进行无皂乳化聚合，得到聚合物乳液A。该乳液中残留单体为甲基丙烯酸甲酯1000ppm。固形成分率(质量％)为50质量％。以110公斤/小时的流量将该聚合物乳液A送入干燥器12，使其干燥以回收乳液中的聚合物。下面，对具体的运行条件进行说明。
用加热器11将循环气体(干气体为1563公斤/小时，水蒸汽为76公斤/小时)加热到180℃，导入干燥器12。以110公斤/小时的流量将聚合物乳液A喷雾到干燥器12内，从固形成分取出口17和收集器14回收聚合物粉末合计为55.0公斤/小时。得到的聚合物粉末的含水率(质量％)为0.5质量％，聚合物粉末中残留的单体浓度分别在1ppm以下。将在收集器14中固形成分已被分离的循环气体用送风机27送到冷凝器15，从冷凝器15的下部导入冷凝器15内。冷凝器15的冷却水的喷雾量为500m3/h，所喷雾的冷却水的温度通过再冷却塔33的冷介质的温度进行调整，使得冷凝器15出口的循环气体的温度为40℃。用该冷却水使与在干燥器12中蒸发了的水分量相等的水分量从循环气体中冷凝出来。循环气体中的未反应的单体被该喷雾的冷却水吸收，该单体在冷却水封闭回路中循环期间被浓缩。
从冷凝器15排出的循环气体中残留的单体浓度(体积浓度)，甲基丙烯酸甲酯为2610ppm，它是甲基丙烯酸酯的爆炸范围下限浓度2.1体积％的浓度的约1/8。这时，冷凝器15的冷却水中的单体浓度(质量浓度)甲基丙烯酸甲酯为970ppm。将由冷凝器15出来的循环气体供给预备加热器32，由循环气体中除去与飞沫伴生的重雾，加热循环气体使其达到可防止结露的温度，即，50℃。将用预备加热器32加热的循环气体的一部分(干气体114公斤/小时，水蒸汽6公斤/小时)作为压力双流体喷雾喷嘴的辅助气体供给干燥器12。
将除去辅助气体外循环气体管路中的循环气体量定为100体积％，供给气体处理装置16的分支管路25者为0.5体积％，供给热交换器31的热交换管路41者为5.0体积％，供给加热器11者为94.5％体积％的循环气体。将供给分支管路25的引出气体用送风机29供给气体处理装置16。供给气体处理装置16的引出气体的单体，通过燃烧进行氧化分解，使单体浓度分别减少到1ppm以下。将气体处理装置16的燃烧气体的出口温度控制在760℃，将其平均滞留的时间控制在1秒钟。这时的LPG使用量约为50克/小时，将LPG燃烧时在理论上所必须的空气量的1.2倍的空气供给作为燃烧用空气。
将从气体处理装置16排出的燃烧气体直接供给热交换器31。对供给热交换器31的燃烧气体，用送风机46供给热交换器31的循环气体回收废热使其达到220℃。被热交换器31回收废热的燃烧气体的一部分由供给管路26通过分支的排放管路30排放到大气中，其它部分经供给管路26，作为氧浓度为3.2体积％的低氧浓度气体和加热气体返回到加热气体管路21的循环气体中。由排放管路30排放的气体的单体浓度分别在1ppm以下。
用送风机28供给的循环气体再次返回加热器11，与来自供给管路26的燃烧气体在加热气体管路21中汇合，被送到干燥器12。
这时的干燥器12入口的气体温度、露点、风量；干燥器12出口的气体温度、露点；干燥器12入口的循环气体中的氧浓度；冷凝器15入口的气体温度；冷凝器15出口的气体温度、露点；冷凝器15的冷却水的喷雾量、温度、冷凝水量；预备加热器32入口的气体温度；预备加热器出口的气体温度、露点；分支管路25的气体风量、气体中的挥发成分的浓度；排放管路30的气体中的挥发成分的浓度及总LPG的使用量示于表1。
如上所述，即使使用小型，廉价的气体处理装置，也可在氧浓度为3.2体积％的循环气体下对粉尘爆炸安全地运行，而且排放到大气中的排放气体中的单体浓度也可达到1ppm以下。另外，由于将由气体处理装置产生的燃烧气体作为低氧浓度气体利用，因而完全不需要为产生低氧浓度气体的运行费用。
聚合物乳液B在218.75质量份(固形成分32质量％)的聚丁二烯乳液中，使13.2质量份的甲基丙烯酸甲酯、14.4质量份苯乙烯和2.4质量份丙烯酸乙酯进行接枝聚合，得到聚合物乳液B(接枝聚合物中的聚丁二烯含量为70％)。该乳液中的残留单体甲基丙烯酸甲酯为1000ppm，苯乙烯为1000ppm。固形成分率(质量％)为40％。以82.5公斤/小时的流量将该聚合物乳液B送入干燥器12进行干燥，回收乳液中的聚合物。下面，对具体的运行条件进行说明。利用加热器11将循环气体(干的气体1563公斤/小时，水蒸汽76公斤/小时)加热到180℃，导入干燥器12。以82.2公斤/小时的流量将聚合物乳液B喷雾到干燥器12的内部，从固形成分取出口17和收集器14回收聚合物粉末合计为37.5公斤/小时。
此时的干燥器12入口的气体温度、露点、风量；干燥器12出口的气体温度、露点；干燥器入口的循环气体中的氧浓度；冷凝器15入口的气体温度；冷凝器15出口的气体温度、露点；冷凝器15的冷却水的喷雾量、温度、冷凝水量；预备加热器32入口的气体温度；预备加热器32出口的气体温度、露点；分支管路25的气体风量、气体中的挥发成分的浓度；排放管路30的气体中的挥发成分的浓度及总LPG使用量示于表1。
由聚合物乳液B得到的聚合物是聚丁二烯系的聚合物，它在空气中干燥时有因自氧化反应而燃烧的可能性。通常在空气中进行干燥运行时，由于必须有爆炸抑制装置等为保证安全的附加设备而致使成本增加，但在本实施例中通过将循环气体中的氧浓度控制在3.2体积％，不必采取特别的安全措施就能安全地运行，而且也不增加环境负担。比较例1使用图3所示循环式干燥装置，对聚合物乳液A进行干燥，回收聚合物粉末。
图3的循环式干燥装置与图2的循环式干燥装置的不同之点在于1、作为低氧浓度气体发生装置51设置LPG还原燃烧炉，将该低氧浓度气体经低氧浓度气体管路61在加热器11的前面供给冷却气体管路24；2、省略气体处理装置16，将全部引出气体经排放管路30排放到大气中。
使用聚合物乳液A，在与实施例1相同的条件下进行运行。此时的干燥器12入口的气体温度、露点、风量；干燥器12的出口的气体温度、露点；干燥器12入口的循环气体中的氧浓度；冷凝剂15的冷却水的喷雾量、温度、冷凝水量；预备加热器32入口的气体温度；预备加热器32出口的气体温度、露点；分支管路25的气体风量、气体中的挥发成分的浓度；排放管路30的气体中的挥发成分的浓度及总LPG使用量示于表1。
低氧浓度气体发生装置51的LPG使用量为48克/小时。该结果表明，干燥器12入口的循环气体中的氧浓度低，对粉尘爆炸能保证安全运行，但来自分支管路25的气体中的挥发成分都排放到大气中，增加了环境负担。比较例2使用图4的循环式干燥装置，干燥器12入口温度、干燥器12出口温度、乳液的送液量以与比较例1相同的条件进行运行。
图4的循环式干燥装置与图3的循环式干燥装置的不同之点在于1、设置空气供给装置53来代替低氧浓度气体发生装置51，将空气经空气供给管路62在加热器11的前面供给冷却气体管路24；2、设置气体处理装置，在热交换器52中，以供给气体处理装置16的引出气体和空气对由气体处理装置排出的燃烧气体回收废热后，将全部燃烧气体经排放管路30排放到大气中。
此时的干燥器12入口的气体温度、露点、风量；干燥器12出口的气体温度、露点；干燥器12入口的循环气体中的氧浓度；冷凝器15入口的气体温度；冷凝器15出口的气体温度、露点；冷凝器15的冷却水的喷雾量、温度、冷凝水量；预备加热器32入口的气体温度；预备加热器32出口的气体温度、露点；分支管路25的气体风量、气体中的挥发成分的浓度；排放管路30的气体中的挥发成分的浓度及总LPG使用量示于表1。
由于没有低氧气体发生装置，循环气体中的氧浓度为21％。残留单体等的挥发成分为爆炸下限浓度的约1/8；没有爆炸的危险性，但在袋滤器等粉尘浓度局部较高之处，具有粉尘爆炸的危险性。因此，有必要在干燥器12及收集器14等处设置与聚合物粉末的Kst值相吻合的爆炸薄弱环节及爆炸抑制装置。
表1
根据以上结果可以看出，实施例1的循环式干燥装置的设备投资是最低的，而且使用实施例1的循环式干燥装置，可将其运行费用降低。另外，即使是实施例2的聚丁二烯系的聚合物之类的自氧化性聚合物，也能用安全而又低廉的装置进行干燥。
如上所述，由于本发明的循环式干燥装置具有将在加热器和干燥器之间循环的气体的一部分引出的分支管路，将含在引出气体中的挥发成分进行分解或者回收的气体处理装置，将从气体处理装置排出的气体返回到在加热器和干燥器之间循环的气体中的供给管路，因此，能以低成本降低循环系统内的挥发成分的浓度，减少因排放气体对环境的污染，在工业上是非常有利的。
另外，上述气体处理装置若为使含在气体中的挥发成分燃烧的燃烧装置，在降低循环系统内的挥发成分的浓度的同时，还能以低成本降低氧浓度，并通过使挥发成分燃烧而实现使其无臭、无毒，则进一步减小因排放气体对环境的污染，在工业上是非常有利的。
而且，当由气体处理装置排出气体时，如果在与加热器和干燥器之间的循环气体之间设置进行热交换的热交换器，就能利用由气体处理装置排出的气体的热来加热在加热器和干燥器之间循环的气体，更有利于降低成本。
另外，由于本发明的循环式干燥方法是将在加热器和干燥器之间循环的气体的一部分引出，在气体处理装置中对含在引出气体中的挥发成分进行分解或者回收，将由气体处理装置排出的气体返回到在加热器和干燥器之间循环的气体中的方法，因而能以低成本降低循环系统内的挥发成分的浓度，减少因排放气体对环境的污染，在工业上是非常有利的。
另外，在本发明的循环式干燥方法中，若在气体处理装置中使含在气体中的挥发成分燃烧，则在降低循环系统内的挥发成分的浓度的同时，还能以低成本降低氧浓度，并通过使挥发成分燃烧而使挥发成分实现无臭、无毒，并进一步减小因排放气体对环境的污染，在工业上更有利。
而且，在本发明的循环式干燥方法中，如果在由气体处理装置排出的气体和在加热器和干燥器之间循环的气体之间进行热交换，就能利用由气体处理装置排出的气体的热来加热在加热器和干燥器之间循环的气体，在工业上是更有利的。
权利要求
1.一种循环式干燥装置，在加热器和干燥器之间一边使气体循环，一边利用在加热器中被加热的气体来干燥包含干燥器中的挥发成分的干燥对象物，其特征在于，具有将在加热器和干燥器之间循环的气体的一部分引出的分支管路，将含在引出气体中的挥发成分进行分解或者回收的气体处理装置，将从气体处理装置中排出的气体返回到在加热器和干燥器之间循环的气体中的供给管路。
2.根据权利要求1所述的循环式干燥装置，其特征在于设置为从在加热器和干燥器之间循环的气体中除去水分的冷凝器。
3.根据权利要求1或2所述的循环式干燥装置，其特征在于上述气体处理装置是使含在气体中的挥发成分燃烧的燃烧装置。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的循环式干燥装置，其特征在于上述干燥器是喷雾干燥式的干燥器。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的循环式干燥装置，其特征在于在从气体处理装置排出的气体和在加热器和干燥器之间循环的气体之间设置进行热交换的热交换器。
6.一种循环式干燥方法，在加热器和干燥器之间一边使气体循环，一边利用在加热器中被加热的气体干燥包含干燥器中的挥发成分的干燥对象物的循环式干燥方法中，其特征在于将在加热器和干燥器之间循环的气体的一部分引出，将含在引出气体中的挥发成分用气体处理装置进行分解或者回收，将从气体处理装置中排出的气体返回到在加热器和干燥器之间循环的气体中。
7.根据权利要求6所述的循环式干燥方法，其特征在于从在加热器和干燥器之间循环的气体中除去水分。
8.根据权利要求6或7所述的循环式干燥方法，其特征在于在气体处理装置中使含在气体中的挥发成分燃烧。
9.根据权利要求6-8中的任一项所述的循环式干燥方法，其特征在于在干燥器内对被加热的气体喷雾干燥对象物以使其干燥。
10.根据权利要求6-9中的任一项所述的循环式干燥方法，其特征在于在从气体处理装置排出的气体和在加热器和干燥器之间循环的气体之间进行热交换。
11.根据权利要求6-10中的任一项所述的循环式干燥方法，其特征在于将含在加热器和干燥器之间循环的气体中的挥发成分的浓度控制在挥发成分的爆炸范围的下限浓度以下。
12.根据权利要求6-11中的任一项所述的循环式干燥方法，其特征在于将含在加热器和干燥器之间循环的气体中的氧浓度控制在小于12体积％。
13.根据权利要求6-12中的任一项所述的循环式干燥方法，其特征在于干燥对象物为聚合物乳液。
全文摘要
本发明涉及一边使气体在加热器和干燥器之间循环，一边利用在加热器中的被加热的气体使干燥器内的干燥对象物干燥的循环式干燥装置和干燥方法。能以低成本降低循环系统内的挥发成分的浓度和氧浓度，并减小因排放气体对环境的污染。在加热器(11)和干燥器(12)之间一边使气体循环，一边利用在加热器(11)中被加热的气体干燥包含干燥器(12)中的挥发成分的干燥对象物的循环式干燥装置具有将在加热器(11)和干燥器(12)之间循环的气体的一部分引出的分支管路(25)、将含在引出气体中的挥发成分进行分解或者回收的气体处理装置(16)，将由气体处理装置(16)排出的气体返回到在加热器(11)和干燥器(12)之间循环的气体中的供给管路(26)。
文档编号F26B3/02GK1439857SQ0310264
公开日2003年9月3日 申请日期2003年2月14日 优先权日2002年2月18日
发明者白水大辅, 川部贞治, 鸟谷明弘 申请人:三菱丽阳株式会社