JP2004089882A

JP2004089882A - Separation apparatus for mixture, separation method using the same and method for producing aromatic carboxylic acid

Info

Publication number: JP2004089882A
Application number: JP2002255663A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Seiki; 清木　義夫; Kazuto Kobayashi; 小林　一登; Yoshiyuki Takeuchi; 竹内　善幸; Hiroyuki Ozora; 大空　弘幸; Keiichi Akimoto; 秋元　慶一; Noritaka Matsumoto; 松本　典孝
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2004-03-25
Also published as: CN100342951C; CN1688379A

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To miniaturize a columnar container such as distillation column or the like and to reduce the consumption of energy in a separation process. <P>SOLUTION: A part of column top vapor discharged from the top of the distillation column 1 is cooled and liquefied to be returned to the distillation column 1 and the remainder thereof is separated into permeated vapor based on water and non-permeated vapor based on acetic acid using the separation membrane 8a of a separator 8. These permeated vapor and non-permeated vapor are cooled to be recovered as liquids. Further, a liquid mainly comprising acetic acid is recovered from the bottom part of the distillation column 1. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数成分からなる混合物を各成分に分離する混合物の分離装置及び分離方法に係り、特に、蒸留技術と膜分離技術とを利用した混合物の分離装置及び分離方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数成分からなる混合物の分離方法として、蒸留塔を用いた蒸留法が広く利用されている。
しかしながら、蒸留法はエネルギー消費量が大きく、装置も大型になるという問題があることから、近年、蒸留塔と分離膜とを組み合わせた混合物の分離方法が提案されてきている。
例えば特開平７−２２７５１７号公報によれば、この分離方法では、蒸留塔内の水及びエタノールの混合物を加熱することにより、蒸留塔内の上下方向に水及びエタノールの濃度分布を形成させ（この場合、相対的に沸点の低いエタノールが上部側に、相対的に沸点の高い水が下部側に濃縮される）、蒸留塔頂部より発生する塔頂蒸気（エタノール濃度の高い蒸気）を分離膜に導入するようになっている。この分離膜は、水を透過しやすいが、エタノールを透過しにくいという機能を有しており、分離膜を透過しなかった非透過蒸気は、冷却され高純度のエタノールとして回収される。一方、分離膜を透過した透過蒸気については、再度蒸留塔内に戻されるようになっている。
この分離方法によれば、分離膜が分離機能の一部を担うこととなるため、その分、蒸留塔の小型化及びエネルギー消費量の低減を図ることが可能になる。
【０００３】
しかしながら、この分離方法では、透過蒸気が再度蒸留塔内へと戻り循環するため、蒸留塔内を流れる蒸気量及び液量が増加し，蒸留塔が大型化する上，分離膜の必要面積が増加するという技術的課題がみられた。
また、戻された透過蒸気を再度加熱するエネルギーが必要となるため、その分、分離プロセスにおけるエネルギー消費量が増大してしまうという技術的課題もみられた。
また、特開２００１−３２８９５７号公報によれば、芳香族カルボン酸の製造方法において膜分離による反応に不要な酸化生成水及びアルコールの除去方法が提案されている。この方法は蒸留と膜分離を組み合わせることにより、脱水蒸留塔の負荷を低減させて効率よく溶媒である脂肪族カルボン酸の回収することができる。本特許の膜分離工程は有機系材質の逆浸透膜の使用が前提にあるが、一般に有機酸を含む水溶液から水を選択的に分離することが出来る耐酸性の分離膜として利用される有機高分子膜は耐熱性が悪く比較的低温でしか使用できないという欠点を有する。
さらに、特開２００１−３２８９５７号公報におけるアルコールとは系内で副生される酢酸メチル等の脂肪族カルボン酸エステルを加水分解により酢酸を回収する際に副生される反応不要成分であり、水とともに膜分離される。しかしながら、特開昭５３−０８４９３２号公報で開示されたように酢酸メチル等の脂肪族カルボン酸エステルを酸化反応工程にリサイクルすることは脂肪族カルボン酸溶媒の損失を抑制するための有効な手段であるので、脂肪族カルボン酸エステルを加水分解してアルコールを系外排出することは酢酸消費量を悪化させる要因となる。また、本先行技術では膜の非透過成分が再度蒸留塔内へと戻り循環するため、蒸留塔塔頂部における，膜の透過成分が希釈され、結果的に蒸留塔内を流れる蒸気量及び液量が増加して蒸留塔が大型化する上、分離膜の必要面積が増加し、更に戻された非透過成分を再度加熱するエネルギーが必要となるため、エネルギー消費量が増大してしまうという技術的課題もみられた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の技術的課題を解決するためになされたものであって、その目的は、蒸留塔等の塔状容器の小型化を図ると共に、分離プロセスにおけるエネルギー消費量を低減することのできる混合物の分離装置及び分離方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述した特開平７−２２７５１７号公報では、透過蒸気を蒸留塔内に戻す操作を行うため装置の大型化等の課題を生じている。そこで本発明者は透過蒸気を蒸留塔内に戻さない分離手法を検討し，以下の結論を得た。
一般的に分離膜は目的とする透過成分以外の他成分も若干透過させる。例えば上記先行技術では水を透過する分離膜が若干のエタノールを併せて透過している。その結果，透過後の水には４０ｗｔ％以上のエタノールが残存するため，透過後の水を蒸留塔内に戻す必要が生じている。
従って，分離膜透過後のエタノール濃度が，装置使用者の要求値以下であれば透過後の水を蒸留塔内に戻す必要が無くなり，先行技術の課題を解決可能となる。
すなわち、上記先行技術では、塔頂蒸気中のエタノール濃度が高すぎるため（あるいは水濃度が低すぎるため）、透過蒸気中に多量のエタノールが含まれてしまうということである。尚、塔頂蒸気中のエタノール濃度を低くするための一手法として、蒸留塔を高くすることが考えられるが、これでは、本発明の技術的課題を何等解決することはできない。
一方、上述した特開２００１−３２８９５７号公報では、使用される分離膜の耐熱性に問題があり、分離対象の蒸留塔塔頂蒸気を予め冷却する必要が生じている。従って、比較的高温域での耐熱性を有する分離膜であれば冷却する必要がなくなり、効率のよい分離操作が可能になる。
本発明者は、以上の検討結果より、分離膜の要求特性に応じた塔頂蒸気を供給することが重要であるという知見を得、本発明を案出するに至った。
【０００６】
すなわち、本発明による混合物の分離装置は、第一成分と第二成分とを含む混合物が内部に供給される塔状容器と、塔状容器内の混合物を加熱する熱源と、塔状容器頂部から排出された塔頂蒸気を選択的に透過し、第一成分を主成分とする透過蒸気と第二成分を主成分とする非透過蒸気とに分離する分離膜を具備した分離器と、塔頂蒸気の一部を冷却すると共に、冷却により得られた液体を塔状容器上部へと還流させる還流器と、を備えたことを特徴とするものである。
本発明における混合物の分離装置では、塔頂蒸気の一部を還流器により還流させる事で塔頂蒸気中の高沸点成分（第一成分，第二成分のどちらでも良い）濃度を下げられる。従って、分離膜では、高沸点成分の濃度が低くなった塔頂蒸気を分離すればよいので、分離膜透過後の高沸点成分の濃度を要求値以下に下げられる。
【０００７】
ここで、塔状容器としては，内部に棚段又は充填物を有する蒸留塔等が使用可能であるが，本発明の範囲はこれに限定されるものではない。
【０００８】
また、本発明の混合物の分離装置では、凝縮器とポンプとにより、塔頂蒸気の一部を液体として塔状容器中に還流させる還流器を構成することができる。
【０００９】
更に、本発明に係るもう一つの混合物の分離装置は、第一成分と第二成分とを含む液体混合物が上部側から内部に供給される塔状容器と、塔状容器内の液体混合物を加熱する熱源と、塔状容器頂部から排出された塔頂蒸気を選択的に透過し、第一成分を主成分とする第一透過蒸気と第二成分を主成分とする第一非透過蒸気とに分離する第一分離膜を具備した第一分離器と、第一透過蒸気から更に第一成分を選択的に透過させた、第二透過蒸気と、第二非透過蒸気とに分離する第二分離膜を具備した第二分離器と、を備えたことを特徴とするものである。
本発明の混合物の分離装置では、塔状容器の上部側から内部に液体混合物が供給されているので、還流器を介装しなくとも，塔状容器上部側における高沸点成分の濃度及び塔頂蒸気中の高沸点成分の濃度をある程度低くすることができる。そして、この塔頂蒸気を分離膜で第一透過蒸気と第一非透過蒸気とに分離した後、第一透過蒸気を更に第二分離膜で第二透過蒸気と第二非透過蒸気とに分離することにより、第一分離膜を透過してしまう第二成分は、その殆どが第二分離膜で第二非透過蒸気として分離されることとなり、第二透過蒸気として第一成分濃度の高い透過濃縮蒸気を得ることができる。
【００１０】
更にまた、本発明の混合物の分離装置は、第一成分と第二成分とを含む液体混合物が上部側から内部に供給される塔状容器と、塔状容器内の液体混合物を加熱する熱源と、塔状容器頂部から排出された塔頂蒸気を選択的に透過し、第一成分を主成分とする第一透過蒸気と第二成分を主成分とする第一非透過蒸気とに分離する第一分離膜を具備した第一分離器と、第一非透過蒸気から第一成分を選択的に透過させた第二透過蒸気と、第二非透過蒸気とに分離する第二分離膜と、を備えたことを特徴とするものである。
本発明の混合物の分離装置では、塔状容器の上部側から内部に液体混合物が供給されているので、塔状容器上部側における高沸点成分の濃度及び塔頂蒸気中の高沸点成分の濃度をある程度低くすることができる。そして、この塔頂蒸気を第一分離膜で第一透過蒸気と第一非透過蒸気とに分離した後、第一非透過蒸気を第二分離膜で第二透過蒸気と第二非透過蒸気とに分離することにより、第一分離膜を透過しなかった第一成分は、その殆どが第二分離膜で第二透過蒸気として分離されることとなり、第二成分濃度の高い第二非透過蒸気を得ることができる。
【００１１】
本発明は、塔状容器内部に第一成分と第二成分とを含む混合物を供給し、供給された混合物を加熱し、加熱により塔状容器頂部から排出された塔頂蒸気を、第一成分を主成分とする第一蒸気と第二成分を主成分とする第二蒸気とに分離する一方、塔頂蒸気の一部を塔状容器内に還流することを特徴とする混合物の分離方法を提供する。
【００１２】
また本発明は、塔状容器内部に第一成分と第二成分とを含む混合物を供給し、
供給された混合物を加熱し、加熱により塔状容器頂部から排出された塔頂蒸気を、分離膜で第一成分を主成分とする透過蒸気と第二成分を主成分とする非透過蒸気とに分離すると共に、塔頂蒸気の一部を塔状容器内に還流することを特徴とする混合物の分離方法をも提供する。
この混合物の分離方法において、塔状容器が、内部に棚段又は充填物を有する蒸留塔からなり、蒸留塔の後流に蒸留塔塔頂蒸気を導入し、分離膜により混合物を分離する膜分離装置を、直列に２基以上備える事ができる。さらに、直列に備えられた膜分離装置のうち、前流に位置する装置には透過速度の大きい分離膜を使用し、後流に位置する装置には分離性能の高い分離膜を使用することができる。
【００１３】
また本発明は、塔状容器内部に第一成分と第二成分とを含む液体混合物を当該塔状容器の上部から供給し、供給された混合物を加熱し、加熱により塔状容器頂部から排出された塔頂蒸気を、第一成分を主成分とする第一蒸気と第二成分を主成分とする第二蒸気とに分離し、第一蒸気又は第二蒸気を、第一成分を主成分とする第三蒸気と第二成分を主成分とする第四蒸気とに分離することを特徴とする混合物の分離方法を提供する。
【００１４】
本発明の混合物の分離方法は、芳香族カルボン酸の製造方法に適用することができる。従って本発明は、脂肪族カルボン酸を含む反応溶媒中、酸化触媒の存在下、アルキル芳香族化合物を酸素含有ガスで液相酸化反応を行う芳香族カルボン酸の製造方法において、反応生成水を含有する脂肪族カルボン酸液又は蒸気を蒸留塔に供給し、蒸留塔で得られた塔頂蒸気の一部を凝縮して蒸留塔上部に還流するとともに、蒸留塔の塔底では脂肪族カルボン酸を回収し、塔頂蒸気の残りを膜分離装置に導入し、水を主成分とする透過ガスと、脂肪族カルボン酸を主成分とする非透過ガスに分離し、透過ガスの水及び、非透過ガスの脂肪族カルボン酸をそれぞれ回収することを特徴とする芳香族カルボン酸の製造方法を提供する。
【００１５】
さらに本発明は、酢酸を含む反応溶媒中、酸化触媒の存在下、アルキル芳香族化合物を酸素含有ガスで液相酸化反応を行う芳香族カルボン酸の製造方法において、反応生成水及び系内で副生される酢酸メチルを含有する酢酸液又は蒸気を蒸留塔に供給し、蒸留塔で得られた塔頂蒸気の一部を凝縮して蒸留塔上部に還流するとともに、蒸留塔の塔底では酢酸を回収し、塔頂蒸気の残りを膜分離装置に導入し、水を主成分とする透過ガスと、酢酸及び酢酸メチルを主成分とする非透過ガスに分離し、透過ガスの水を回収すると共に、非透過ガスの酢酸及び酢酸メチルを回収して当該酸化反応工程へリサイクルすることを特徴とする芳香族カルボン酸の製造方法を提供する。
以上、本発明の混合物の分離方法の説明において、塔頂蒸気の分離手法として、分離膜を用いた分離器の例を挙げたが、第一成分と第二成分を前述の説明と同様に分離する手法であれば、分離膜を用いた分離器に限定しない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
―実施の形態１―
図１は、本発明が適用された水及び酢酸の混合溶液を分離する分離装置の実施の形態１を示している。
該当する例としては、酢酸を含む反応溶媒中、酸化触媒の存在下、空気を用いて原料パラキシレンの液相酸化反応を行うテレフタル酸の製造方法において、酸化反応により生成する水を除去する工程がある。
本実施の形態において、蒸留塔１は、内部に多数の棚段を備えた棚段塔からなり、上部からは上部供給配管２により酢酸７８ｗｔ％水溶液の液相フィードが供給され、下部からは下部供給配管３により酢酸８７ｗｔ％水溶液及び若干の窒素が気相フィードとして供給されるようになっている。
【００１７】
また、蒸留塔１の上側には、蒸留塔１の頂部からの塔頂蒸気が導入される塔頂蒸気導入配管４が取り付けられ、この塔頂蒸気導入配管４は、第一分岐管５と第二分岐管６とに分岐されるようになっている。本実施の形態では、第一分岐管５及び第二分岐管６への塔頂蒸気の分配比が例えば９：１に設定される。
そして、第一分岐管５の下流側には塔頂蒸気を過熱する過熱器７が取り付けられ、過熱器７の下流側には塔頂蒸気を水蒸気を主成分とする透過蒸気と酢酸蒸気を主成分とする非透過蒸気とに分離する分離膜８ａを備えた分離器８が取り付けられる。
本実施の形態において、分離膜８ａは、例えば特許第２８０８４７９号公報に示される無機材料製の分離膜で構成されており、水あるいは水蒸気を透過しやすく、酢酸あるいは酢酸蒸気を透過しにくい特性を有している。また、この分離膜８ａの水蒸気及び酢酸分離係数αは、例えば水蒸気濃度２０から４０ｗｔ％において２００から５００程度である。（分離係数αは膜透過前の非透過成分モル分率をＸとし，透過後の非透過成分モル分率をＹとした時に，α＝｛（１−Ｙ）／Ｙ｝／｛（１−Ｘ）／Ｘ｝で表される，分離膜の分離性能指標である。）
【００１８】
一方、第二分岐管６には、還流器９が取り付けられている。この還流器９は、分岐された塔頂蒸気を冷却して液化する凝縮器１０と、冷却後の塔頂蒸気を気体と液体とに分離する気液分離器１１と、分離された液体を還流管１２を介して蒸留塔１に還流させる液相ポンプ１３と、気液分離器１１で分離された気体を排出する排出配管１４とを備えている。
【００１９】
また、分離器８には、分離膜８ａを透過した透過蒸気が導入される透過蒸気導入配管１５が取り付けられ、この透過蒸気導入配管１５は、透過蒸気を冷却して液化する凝縮器１６を介して冷却後の透過蒸気を気体と液体とに分離する気液分離器１７に接続されている。この気液分離器１７には、分離された気体を排出する排出配管１８と、分離された液体を排出する排出配管１９とが接続されており、排出配管１８は真空ポンプ２０を介してガス排出配管２１に接続され、排出配管１９は液相ポンプ２２を介して水排出配管２３に接続されている。
【００２０】
一方、分離器８には、分離膜８ａを透過しなかった非透過蒸気が導入される非透過蒸気導入配管２４が取り付けられ、この非透過蒸気導入配管２４は、非透過蒸気を冷却して液化する凝縮器２５を介して冷却後の非透過蒸気を気体と液体とに分離する気液分離器２６に接続されている。この気液分離器２６には、分離された気体を排出する排出配管２７と、分離された液体を排出する液相ポンプ２９とが接続されており、排出配管２７は圧力弁２８を介して真空ポンプ２０及びガス排出配管２１に接続され、液相ポンプ２９は第一酢酸排出配管３０に接続されている。
【００２１】
また、蒸留塔１の底部には、蒸留塔１内最下層に存在する酢酸濃度の高い液体を排出する第二酢酸排出配管３１が取り付けられており、この第二酢酸排出配管３１には、排出された液体の一部を再加熱するリボイラ３２を介して加熱後の液体を蒸留塔１内に戻す循環配管３３が取り付けられている。
【００２２】
次に、本実施の形態に係る分離装置の分離プロセスについて説明する。
まず、蒸留塔１内に、上部供給配管２より液相フィードが、下部供給配管３より気相フィードが供給される。すると、液相フィードは蒸留塔１内部を下降していく一方、気相フィードは蒸留塔１内部を上昇していくこととなるため、この過程で液相フィードと気相フィードとの間で気液接触が行われる。また、蒸留塔１の下部では、第二酢酸排出配管３１で排出された液体の一部がリボイラ３２によって加熱、循環配管３３により蒸留塔１の下部に戻される。
【００２３】
これにより、蒸留塔１の上部側では水の濃度が高くなり、下部側では酢酸の濃度が高くなるという濃度分布が生じる。
そして、蒸留塔１の上部から排出される塔頂蒸気（水の濃度が高い蒸気）は、塔頂蒸気導入配管４に導入され、９：１の割合で第一分岐管５及び第二分岐管６に分配される。
【００２４】
ここで、第二分岐管６に分配された塔頂蒸気は、還流器９によって蒸留塔１内に還流される。還流により塔頂付近の水の濃度は更に高くなり、塔頂蒸気中の酢酸の濃度が低くなっていく。
【００２５】
一方、第一分岐管５側に分配された塔頂蒸気は、過熱器７で過熱された後、分離器８に導入される。尚、過熱器７で塔頂蒸気を過熱するのは、分離膜８ａ到達前に塔頂蒸気が液化するのを防止するためである。
そして、過熱された塔頂蒸気は、分離膜８ａで、水を主成分とする透過蒸気と、酢酸を主成分とする非透過蒸気とに分離される。
ここで、第一分岐管５に分配される塔頂蒸気は、上述したように還流器９の還流動作により徐々に酢酸の濃度が低下した後、略一定（６２ｗｔ％程度）になっているため、分離膜８ａの透過蒸気は酢酸１ｗｔ％以下となる。
【００２６】
これらのうち、透過蒸気は、凝縮器１６により冷却されてその殆どが液体となり、気液分離器１７で混在していた窒素ガス等を取り除いた後、液相ポンプ２２で送液され回収される。
一方、非透過蒸気は、凝縮器２５により冷却されてその殆どが液体となり、気液分離器２６で混在していた窒素ガス等を取り除いた後、液相ポンプ２９で送液され回収される。
尚、気液分離器１７及び気液分離器２６で取り除かれた気体成分は、真空ポンプ２０で吸引され大気に排出される。ここで、気液分離器２６側に圧力弁２８を取り付けているのは、透過蒸気よりも非透過蒸気の方が圧力が高く、気液分離器１７側に逆流するおそれがあるためである。
【００２７】
上述したプロセスによって、透過蒸気から酢酸１ｗｔ％以下の水が得られ、非透過蒸気から酢酸９３ｗｔ％以上の液体が得られる。また、蒸留塔１の下部からは、酢酸９８ｗｔ％以上の液体が得られる。ここで、透過蒸気から得られた液体は、プラント内において有効に利用できる。あるいはプラント外への排水として十分な純度を有するものである。また、非透過蒸気及び蒸留塔１の下部から得られた液体は、プロセス内で使用する溶媒として十分な純度を有するものである。さらに、この蒸留塔１から排出される塔頂蒸気には酸化反応にて副生される酢酸メチルも含有されており、上記分離器８では酢酸メチルは酢酸と共に非透過蒸気として分離される。従って、回収された酢酸メチル含有酢酸は酸化反応工程へリサイクルされることにより酢酸消費量が抑制され有利である。
【００２８】
本実施の形態では、還流器９を設け、塔頂蒸気中の酢酸の濃度を低くすることにより、分離膜８ａの分離性能にあわせて装置使用者の要求値を満たすよう塔頂蒸気の分離を行っており、分離後の液体を蒸留塔１内に戻す必要がなくなる。これにより蒸留塔１の小型化及びエネルギー消費量の低減を図ることができる。
【００２９】
尚、本実施の形態では、蒸留塔１に対し液相フィード及び気相フィードの両者を供給するようにしていたが、どちらか一方でも構わない。
また、本実施の形態では、蒸留塔１を用いて混合溶液を蒸留していたが、小型の分離装置とする場合には、蒸発缶等を用いても差し支えない。
更に、本実施の形態では、分離膜８ａとして、水を透過しやすく、酢酸を透過しにくい性質のものを使用していたが、これに限られるものではなく、逆の性質を有するものとしてもよい。
【００３０】
―実施の形態２―
図２は、本発明が適用された水及び酢酸の混合溶液を分離する分離装置の実施の形態２を示している。
該当する例としては、実施の形態１と同様に、酢酸を含む反応溶媒中、酸化触媒の存在下、空気を用いて原料パラキシレンの液相酸化反応を行うテレフタル酸製造方法において、酸化反応により生成する水を除去する工程がある。
本実施の形態において、蒸留塔４１は、実施の形態１と同様に、内部に多数の棚段を備えた棚段塔からなり、上部からは上部供給配管４２により酢酸７８ｗｔ％の液相フィードが供給され、下部からは下部供給配管４３により酢酸８７ｗｔ％水溶液及び若干の窒素が気相フィードとして供給されるようになっている。
【００３１】
また、蒸留塔４１の上側には、蒸留塔４１の頂部から自然排出された塔頂蒸気が導入される塔頂蒸気導入配管４４が取り付けられている。この塔頂蒸気導入配管４４の下流側には塔頂蒸気を過熱する過熱器４５が接続され、過熱器４５の下流側には、塔頂蒸気を水蒸気を主成分とする第一透過蒸気と酢酸蒸気を主成分とする第一非透過蒸気とに分離する第一分離膜４６ａを備えた第一分離器４６が取り付けられている。
本実施の形態において、第一分離膜４６ａは、実施の形態１で説明した分離膜８ａと同じもので構成されている。
【００３２】
また、第一分離器４６には、第一分離膜４６ａを透過した第一透過蒸気が導入される第一透過蒸気導入配管４７が取り付けられ、この第一透過蒸気導入配管４７は、第一透過蒸気を更に第二透過蒸気と第二非透過蒸気とに分離する第二分離膜４８ａを備えた第二分離器４８が取り付けられている。この第二分離膜４８ａも、第一分離膜４６ａと同じものが用いられる。尚、第一分離器４６と第二分離器４８との間には、必要に応じて第一透過蒸気を過熱するために，図示しない過熱器を取り付けることができる。
【００３３】
一方、第一分離器４６には、第一分離膜４６ａを透過しなかった第一非透過蒸気が導入される第一非透過蒸気導入配管４９が取り付けられ、この第一非透過蒸気導入配管４９は、第一非透過蒸気を冷却して液化する凝縮器５０を介して冷却後の第一非透過蒸気を気体と液体とに分離する気液分離器５１に接続されている。この気液分離器５１には、分離された気体を排出する排出配管５２と、分離された液体を排出する排出配管５３とが接続されており、排出配管５２は圧力弁５４を介して真空ポンプ５５及びガス排出配管５６に接続され、排出配管５３は第一液相ポンプ５７及び第二液相ポンプ５８を介して第一酢酸排出配管７０に接続されている。
【００３４】
また、第二分離器４８には、第二分離膜４８ａを透過しなかった第二非透過蒸気が導入される第二非透過蒸気導入配管５９が取り付けられ、この第二非透過蒸気導入配管５９は、第二非透過蒸気を冷却して液化する凝縮器６０を介して冷却後の第二非透過蒸気を気体と液体とに分離する気液分離器６１に接続されている。この気液分離器６１には、分離された気体を排出する排出配管６２と、分離された液体を排出する排出配管６３とが接続されており、排出配管６２は圧力弁６４を介して上記真空ポンプ５５に接続され、排出配管６３は上記第二液相ポンプ５８に接続されている。
【００３５】
一方、第二分離器４８には、第二分離膜４８ａを透過した第二透過蒸気が導入される第二透過蒸気導入配管６５が取り付けられ、この第二透過蒸気導入配管６５は、第二透過蒸気を冷却して液化する凝縮器６６を介して冷却後の第二透過蒸気を気体と液体とに分離する気液分離器６７に接続されている。この気液分離器６７には、分離された気体を排出する排出配管６８と、分離された液体を排出する排出配管６９とが接続されており、排出配管６８は上記真空ポンプ５５に接続され、排出配管６９は、第三液相ポンプ７１を介して水排出配管７２に接続されている。
【００３６】
また、蒸留塔４１の下部には、蒸留塔４１内最下層に存在する酢酸濃度の高い液体を排出する第二酢酸排出配管７３が取り付けられており、この第二酢酸排出管７３には、排出された液体の一部を再加熱するリボイラ７４を介して加熱後の液体を蒸留塔４１内に戻す循環配管７５が取り付けられている。
【００３７】
次に、本実施の形態に係る分離装置の分離プロセスについて説明する。
まず、蒸留塔４１内に、上部供給配管４２より液相フィードが、下部供給配管４３より気相フィードが供給される。すると、液相フィードは蒸留塔４１内部を下降していく一方、気相フィードは蒸留塔４１内部を上昇していくこととなるため、この過程で液相フィードと気相フィードとの間で気液接触が行われる。また、蒸留塔４１の下部では、第二酢酸排出配管７３で排出された液体の一部がリボイラ７４によって加熱され、循環配管７５により蒸留塔４１の下部に戻される。
【００３８】
これにより、蒸留塔４１の上部側では水の濃度が高くなり、下部側では酢酸の濃度が高くなるという濃度分布が生じる。
そして、蒸留塔４１の上部から排出される塔頂蒸気（水の濃度が高い蒸気）は、塔頂蒸気導入配管４４に導入され、過熱器４５で過熱された後、第一分離器４６に導入される。尚、過熱器４５で塔頂蒸気を過熱するのは、第一分離膜４６ａ到達前に塔頂蒸気が液化するのを防止するためである。
【００３９】
そして、過熱された塔頂蒸気は、第一分離膜４６ａで、水を主成分とする第一透過蒸気と、酢酸を主成分とする第一非透過蒸気とに分離される。
ここで、本実施の形態では、蒸留塔４１の上部側より液相フィードを導入することで、ある程度塔頂蒸気中の水の濃度を上昇させているのであるが、それでも酢酸の濃度は、第一透過蒸気中に所定量（６８ｗｔ％程度）となる。
【００４０】
これらのうち、第一透過蒸気は、第二分離器４８に導入され、水を主成分とする第二透過蒸気と、酢酸を主成分とする第二非透過蒸気とに分離される。
ここで第一透過蒸気は、上述したように酢酸の濃度が５ｗｔ％程度となっているため、第二分離膜４８ａ透過後の蒸気は酢酸１ｗｔ％以下となる。
【００４１】
そして、第二透過蒸気は、凝縮器６６により冷却されてその殆どが液体となり、気液分離器６７で混在していた窒素ガス等を取り除いた後、第三液相ポンプ７１で送液され回収される。
一方、第二非透過蒸気は、凝縮器６０により冷却されてその殆どが液体となり、気液分離器６１で混在していた窒素ガス等を取り除いた後、第二液相ポンプ５８で送液され回収される。
【００４２】
一方、第一分離器４６を透過しなかった第一非透過蒸気は、凝縮器５０により冷却されてその殆どが液体となり、気液分離器５１で混在していた窒素ガス等を取り除いた後、第一液相ポンプ５７及び第二液相ポンプ５８で送液され回収される。
【００４３】
上述したプロセスによって、第二透過蒸気から酢酸１ｗｔ％以下の水が得られ、第一非透過蒸気及び第二非透過蒸気から酢酸９５ｗｔ％の液体が得られる。また、蒸留塔４１の下部からは、酢酸９８ｗｔ％の液体が得られる。ここで、第二透過蒸気から得られた液体は、プラント内において有効に利用できる。あるいはプラント外への排水として十分な純度を有するものである。また、第一、第二非透過蒸気及び蒸留塔４１の下部から得られた液体は、プロセス内で使用する溶媒として十分な純度を有するものである。さらに、この蒸留塔４１から排出される塔頂蒸気には酸化反応にて副生される酢酸メチルも含有されており、上記第一、第二分離器４６、４８では酢酸メチルは酢酸と共に非透過蒸気として分離される。従って、回収された酢酸メチル含有酢酸は酸化反応工程へリサイクルされることにより酢酸消費量が抑制され有利である。
【００４４】
本実施の形態では、第一分離器４６及び第二分離器４８を設け、塔頂蒸気のうち、第一分離膜４６ａを透過した第一透過蒸気を、第二分離膜４８ａで再度分離するようにしたので、第二透過蒸気から得られる液体の純度を高めることができる。また、第一分離膜４６ａを透過しなかった第一非透過蒸気及び第二分離膜４８ａを透過しなかった第二非透過蒸気から得られる液体も、十分な純度を有したものとなる。そして、分離後に得られる液体の純度が高いことから、分離後の液体を蒸留塔４１内に戻す必要がなくなり、蒸留塔４１の小型化及びエネルギー消費量の低減を図ることができる。
【００４５】
尚、本実施の形態では、本実施の形態では、蒸留塔４１に対し液相フィード及び気相フィードの両者を供給するようにしていたが、液相フィードのみとしてもよい。
また、本実施の形態では、蒸留塔４１を用いて混合溶液を蒸留していたが、小型の分離装置とする場合には、蒸発缶等を用いても差し支えない。
更に、本実施の形態では、第一分離膜４６ａ及び第二分離膜４８ａとして、水を透過しやすく、酢酸を透過しにくい性質のものを使用していたが、これに限られるものではなく、逆の性質を有するものとしてもよい。
更にまた、本実施の形態では、第一分離膜４６ａを透過した第一透過蒸気を第二分離膜４８ａで再分離するようにしていたが、これに限られるものではなく、分離膜の性能や混合溶液の濃度等の条件によっては、第一分離膜４６ａを透過しなかった第一非透過蒸気を第二分離膜４８ａで再分離するように構成してもよい。
そして、本実施の形態で説明した分離装置に、実施の形態１で説明した還流器９を設けてもよいことは勿論である。
【００４６】
また、本実施の形態１及び２では、水及び酢酸（有機酸）の混合溶液を分離する例について説明を行ったが、これに限られるものではなく、他の混合溶液、例えば水及び有機溶媒（エタノール，メタクリル酸等）の混合溶液や、水以外の二種類の成分を含む混合溶液を分離する場合にも適用することが可能である。
【００４７】
ここで、図３は、従来の分離装置（特開平７−２２７５１７号公報参照）の概略を示している。
この分離装置は、蒸留塔８１と、この蒸留塔８１の上部から液相フィードを供給する上部供給配管８２と、下部側から気相フィードを供給する下部供給配管８３と、蒸留塔８１頂部から排出される塔頂蒸気が導入される塔頂蒸気導入配管８４と、この塔頂蒸気導入配管８４に導入された塔頂蒸気を圧縮する蒸気圧縮機８５と、圧縮された塔頂蒸気を透過蒸気と非透過蒸気とに分離する分離膜８６ａを備えた分離器８６と、これらのうち透過蒸気を排出する第一排出配管８７と、非透過蒸気を蒸留塔８１の中間部に戻す戻し配管８８と、蒸留塔８１の底部に取り付けられ、蒸留塔８１内最下層に存在する液体を排出する第二排出配管８９と、排出される液体の一部を再加熱するリボイラ９０を介して加熱後の液体を蒸留塔８１内に戻す循環配管９１とを備えている。ここで、蒸気圧縮機８５は、分離膜８６ａの一次側と二次側との間に圧力差を形成させ、しかも、分離膜８６ａで分離された後の非透過蒸気を蒸留塔８１内に循環させるために設けられるものである。
【００４８】
本発明者は、この分離装置において、実施の形態１及び２と同様に、上部供給配管８２により酢酸７８ｗｔ％水溶液の液相フィードを供給し、下部供給配管８３により酢酸８７ｗｔ％水溶液及び微量の窒素を気相フィードとして供給した場合のエネルギー消費量について検討を行った。
その結果、図３の方法におけるエネルギー消費量を１００とした場合，蒸気圧縮機でのエネルギー消費が４５，蒸留塔リボイラでのエネルギー消費が５５になることがわかった。
【００４９】
これに対し、例えば実施の形態１で説明した分離装置では、過熱器７で２．５、リボイラ３２で４０、合計で４２．５のエネルギーしか必要としない。尚、真空ポンプ２０は少量の窒素ガスを引ければよく、また、液相ポンプ２２、２９は液体用のポンプなので、エネルギー消費量は僅かである。
また、実施の形態２で説明した分離装置では、過熱器４５で２．５、リボイラ７４で３０、合計で３２．５のエネルギーしか必要としない。尚、実施の形態１の分離装置と同様に、真空ポンプ５５は少量の窒素ガスを引ければよく、また、第一液相ポンプ５７、第二液相ポンプ５８及び第三液相ポンプ７１は液体用のポンプなので、エネルギー消費量は僅かである。
以上より、実施の形態１及び２に係る分離装置は、従来の分離装置と比較してエネルギー消費量が少なくて済むことが理解される。
また，第一分離膜は第二分離膜よりも酢酸の濃度が高い雰囲気で使用されるため，水蒸気の透過速度が低くなる傾向が見られる。このため第一分離膜は分離性能（分離係数）を少し低くし，水蒸気透過速度を上げる事で，必要な膜面積を少なくできる。反面第二分離膜は第一分離膜の分離性能低下を補えるだけ，分離性能を上げる必要がある。ただし第二分離膜は酢酸濃度が低い雰囲気で使用されるため，分離性能を上げても水蒸気透過速度はあまり下がらず，必要な膜面積はほとんど増加しない。従って第一分離膜には透過速度の大きい分離膜を使用し，第二分離膜には分離性能の高い分離膜をしようする事で，必要膜面積のトータルを小さくできる。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の混合物の分離装置及び分離方法によれば、蒸留塔等の塔状容器の小型化を図ると共に、分離プロセスにおけるエネルギー消費量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された実施の形態１に係る混合溶液の分離装置を示す説明図である。
【図２】本発明が適用された実施の形態２に係る混合溶液の分離装置を示す説明図である。
【図３】従来の混合溶液の分離装置を示す説明図である。
【符号の説明】
１…蒸留塔、２…上部供給配管、３…下部配給配管、７…過熱器、８…分離器、８ａ…分離膜、９…還流器、１０…凝縮器、１１…気液分離器、１３…液相ポンプ、３２…リボイラ、４１…蒸留塔、４２…上部供給配管、４３…下部供給配管、４５…過熱器、４６…第一分離器、４６ａ…第一分離膜、４８…第二分離器、４８ａ…第二分離膜、７４…リボイラ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a mixture separation apparatus and a separation method for separating a mixture composed of a plurality of components into respective components, and more particularly to a mixture separation apparatus and a separation method using a distillation technique and a membrane separation technique.
[0002]
[Prior art]
BACKGROUND ART Conventionally, a distillation method using a distillation column has been widely used as a method for separating a mixture composed of a plurality of components.
However, since the distillation method has a problem that the energy consumption is large and the size of the apparatus is large, a method of separating a mixture using a combination of a distillation column and a separation membrane has recently been proposed.
For example, according to Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-227517, in this separation method, a mixture of water and ethanol in a distillation column is heated to form a concentration distribution of water and ethanol in a vertical direction in the distillation column. In this case, ethanol with a relatively low boiling point is concentrated on the upper side and water with a relatively high boiling point is concentrated on the lower side), and the overhead vapor (vapor with a high ethanol concentration) generated from the top of the distillation column is applied to the separation membrane. It has been introduced. This separation membrane has a function of easily permeating water but hardly permeating ethanol. Non-permeated vapor that has not passed through the separation membrane is cooled and recovered as high-purity ethanol. On the other hand, the permeated vapor that has passed through the separation membrane is returned to the distillation column again.
According to this separation method, since the separation membrane plays a part of the separation function, the size of the distillation column can be reduced and the energy consumption can be reduced accordingly.
[0003]
However, in this separation method, the permeated vapor returns to the distillation column and circulates again, so that the amount of vapor and liquid flowing in the distillation column increases, the distillation column becomes large, and the required area of the separation membrane increases. There was a technical challenge to do so.
In addition, there is also a technical problem that energy for reheating the returned permeated steam is required, and accordingly, energy consumption in the separation process is increased.
Further, JP-A-2001-328957 proposes a method for removing oxidation-produced water and alcohol unnecessary for a reaction by membrane separation in a method for producing an aromatic carboxylic acid. In this method, by combining distillation and membrane separation, the load on the dehydration distillation column can be reduced and the aliphatic carboxylic acid as a solvent can be efficiently recovered. The membrane separation process of this patent is based on the use of a reverse osmosis membrane made of an organic material. However, in general, organic membranes used as acid-resistant separation membranes capable of selectively separating water from an aqueous solution containing an organic acid can be used. Molecular films have the disadvantage that they have poor heat resistance and can be used only at relatively low temperatures.
Further, the alcohol in JP-A-2001-328957 is a reaction-free component which is by-produced when acetic acid is recovered by hydrolysis of an aliphatic carboxylic acid ester such as methyl acetate which is by-produced in the system. Together with the membrane. However, recycling an aliphatic carboxylic acid ester such as methyl acetate to the oxidation reaction step as disclosed in JP-A-53-084932 is an effective means for suppressing loss of the aliphatic carboxylic acid solvent. Therefore, hydrolyzing the aliphatic carboxylic acid ester and discharging the alcohol out of the system is a factor of deteriorating acetic acid consumption. Further, in this prior art, the non-permeated component of the membrane is returned to the distillation column and circulated again, so that the permeated component of the membrane at the top of the distillation column is diluted, and as a result, the amount of vapor and liquid flowing through the distillation column is reduced. Increases the size of the distillation column, increases the required area of the separation membrane, and requires energy to reheat the returned non-permeated component, thereby increasing energy consumption. There were also issues.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made to solve the above technical problems, and an object of the present invention is to reduce the size of a column-shaped vessel such as a distillation column and to reduce energy consumption in a separation process. It is an object of the present invention to provide an apparatus and a method for separating a mixture.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-227517, the operation of returning the permeated vapor to the inside of the distillation column involves a problem such as an increase in the size of the apparatus. Therefore, the present inventors have studied a separation technique that does not return permeated vapor into the distillation column, and have obtained the following conclusions.
In general, the separation membrane slightly transmits components other than the intended permeated component. For example, in the above prior art, a water-permeable separation membrane also transmits some ethanol. As a result, since 40% by weight or more of ethanol remains in the permeated water, it is necessary to return the permeated water to the distillation column.
Therefore, if the ethanol concentration after permeation through the separation membrane is equal to or less than the value required by the user of the apparatus, it is not necessary to return the permeated water into the distillation column, and the problems of the prior art can be solved.
That is, in the above prior art, the ethanol concentration in the overhead vapor is too high (or the water concentration is too low), so that a large amount of ethanol is contained in the permeated vapor. Incidentally, as one method for lowering the ethanol concentration in the overhead vapor, it is conceivable to raise the distillation column, but this cannot solve the technical problem of the present invention at all.
On the other hand, in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-328957, there is a problem in the heat resistance of the separation membrane used, and it becomes necessary to cool the vapor at the top of the distillation column to be separated in advance. Therefore, if the separation membrane has heat resistance in a relatively high temperature range, it is not necessary to cool the separation membrane, and an efficient separation operation can be performed.
The present inventor has found from the above examination results that it is important to supply the overhead vapor in accordance with the required characteristics of the separation membrane, and has devised the present invention.
[0006]
That is, the apparatus for separating a mixture according to the present invention includes a tower-like vessel in which a mixture containing the first component and the second component is supplied, a heat source for heating the mixture in the tower-like vessel, and a top of the tower-like vessel. A separator having a separation membrane for selectively permeating the discharged overhead vapor and separating the permeated vapor mainly composed of the first component and the non-permeated vapor mainly composed of the second component, And a reflux device that cools a part of the vapor and refluxes the liquid obtained by the cooling to the upper part of the tower-shaped vessel.
In the apparatus for separating a mixture according to the present invention, the concentration of high-boiling components (either the first component or the second component) in the overhead vapor can be reduced by recirculating a part of the overhead vapor with a reflux condenser. Therefore, in the separation membrane, it is only necessary to separate the overhead vapor having a low concentration of the high boiling point component, so that the concentration of the high boiling point component after passing through the separation membrane can be reduced to a required value or less.
[0007]
Here, as the columnar vessel, a distillation column or the like having a tray or a packing therein can be used, but the scope of the present invention is not limited to this.
[0008]
Moreover, in the mixture separation device of the present invention, the condenser and the pump can constitute a reflux device for refluxing a part of the overhead vapor as a liquid into the columnar vessel.
[0009]
Further, another apparatus for separating a mixture according to the present invention is a tower-like container into which a liquid mixture containing a first component and a second component is supplied from the upper side, and heats the liquid mixture in the tower-like container. Heat source to selectively permeate the overhead vapor discharged from the top of the tower vessel, into a first permeated vapor mainly composed of the first component and a first non-permeated vapor mainly composed of the second component. A first separator having a first separation membrane to be separated, and a second separation for separating a second component vapor and a second non-permeate vapor, wherein the first component is selectively permeated further from the first permeate vapor. And a second separator having a membrane.
In the mixture separation device of the present invention, since the liquid mixture is supplied to the inside from the upper side of the column-shaped vessel, the concentration of the high-boiling component and the top of the column at the upper side of the column-shaped vessel can be obtained without interposing a refluxer. The concentration of high-boiling components in the steam can be reduced to some extent. Then, after separating the overhead vapor into a first permeate vapor and a first non-permeate vapor by a separation membrane, the first permeate vapor is further separated into a second permeate vapor and a second non-permeate vapor by a second separation membrane. As a result, most of the second component that permeates the first separation membrane is separated by the second separation membrane as the second non-permeate vapor, and the second component has a high permeation rate with the first component concentration as the second permeate vapor. Concentrated steam can be obtained.
[0010]
Still further, the mixture separation device of the present invention is a tower-like container in which a liquid mixture containing a first component and a second component is supplied from the upper side to the inside, and a heat source that heats the liquid mixture in the tower-like container. The first vapor selectively discharged through the top of the tower-shaped vessel and separated into a first permeated vapor mainly composed of the first component and a first non-permeated vapor mainly composed of the second component. A first separator having one separation membrane, a second permeation vapor selectively permeating the first component from the first non-permeation vapor, and a second separation membrane for separating into a second non-permeation vapor, It is characterized by having.
In the mixture separation device of the present invention, since the liquid mixture is supplied to the inside from the upper side of the tower-shaped vessel, the concentration of the high boiling point component in the upper side of the tower-shaped vessel and the concentration of the high boiling point component in the vapor at the top of the tower are determined. Can be reduced to some extent. Then, after separating the overhead vapor into the first permeated vapor and the first non-permeated vapor by the first separation membrane, the first non-permeated vapor is separated into the second permeated vapor and the second non-permeated vapor by the second separation membrane. By the separation, most of the first component that has not passed through the first separation membrane is separated as the second permeated vapor by the second separation membrane, and the second non-permeated vapor having a high second component concentration Can be obtained.
[0011]
The present invention provides a mixture containing the first component and the second component inside the columnar vessel, heats the supplied mixture, and converts the top vapor discharged from the top of the columnar vessel by heating to the first component. While separating into a first vapor having a main component of the second component and a second vapor having a second component as the main component, while refluxing a part of the overhead vapor into the columnar vessel. provide.
[0012]
Further, the present invention provides a mixture containing the first component and the second component inside the tower container,
The supplied mixture is heated, and the top vapor discharged from the top of the columnar vessel by heating is converted into a permeated vapor mainly composed of the first component and a non-permeated vapor mainly composed of the second component in the separation membrane. The present invention also provides a method for separating a mixture, which comprises separating and refluxing a part of the overhead vapor into a tower vessel.
In this method for separating a mixture, the column-shaped vessel is constituted by a distillation column having a plate or a packing therein, and a vapor is introduced into the downstream of the distillation column by introducing a vapor at the top of the distillation column, and the mixture is separated by a separation membrane. Two or more devices can be provided in series. Furthermore, of the membrane separation devices provided in series, a separation membrane having a high permeation rate may be used for a device located in the upstream, and a separation membrane having a high separation performance may be used in a device located in the downstream. it can.
[0013]
The present invention also provides a liquid mixture containing the first component and the second component inside the tower vessel from the top of the tower vessel, heats the supplied mixture, and discharges the mixture from the top of the tower vessel by heating. Is separated into a first vapor mainly composed of the first component and a second vapor mainly composed of the second component, and the first vapor or the second vapor is composed mainly of the first component. A method for separating a mixture, wherein the method separates a third steam into a fourth steam mainly composed of a second component.
[0014]
The method for separating a mixture of the present invention can be applied to a method for producing an aromatic carboxylic acid. Therefore, the present invention relates to a method for producing an aromatic carboxylic acid in which an alkyl aromatic compound is subjected to a liquid phase oxidation reaction with an oxygen-containing gas in a reaction solvent containing an aliphatic carboxylic acid in the presence of an oxidation catalyst, wherein the reaction product contains water. The aliphatic carboxylic acid solution or vapor to be supplied to the distillation column, a part of the overhead vapor obtained in the distillation column is condensed and refluxed to the upper portion of the distillation column, and the aliphatic carboxylic acid is removed at the bottom of the distillation column. Recover and introduce the remainder of the overhead vapor into the membrane separation device, and separate it into a permeated gas mainly composed of water and a non-permeated gas mainly composed of aliphatic carboxylic acid. Provided is a method for producing an aromatic carboxylic acid, which comprises recovering a gaseous aliphatic carboxylic acid.
[0015]
Further, the present invention provides a method for producing an aromatic carboxylic acid in which an alkyl aromatic compound is subjected to a liquid phase oxidation reaction with an oxygen-containing gas in a reaction solvent containing acetic acid in the presence of an oxidation catalyst. The produced acetic acid solution or vapor containing methyl acetate is supplied to the distillation column, and a part of the overhead vapor obtained in the distillation column is condensed and refluxed to the upper portion of the distillation column. And the remainder of the overhead vapor is introduced into a membrane separation device, separated into a permeate gas mainly composed of water and a non-permeate gas mainly composed of acetic acid and methyl acetate, and recovering water of the permeate gas. In addition, there is provided a method for producing an aromatic carboxylic acid, wherein acetic acid and methyl acetate, which are non-permeated gases, are collected and recycled to the oxidation reaction step.
As described above, in the description of the method for separating a mixture according to the present invention, as an example of a method for separating overhead vapor, an example of a separator using a separation membrane has been described, but the first component and the second component are separated in the same manner as described above. The method is not limited to a separator using a separation membrane.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
-Embodiment 1-
FIG. 1 shows a first embodiment of a separation device to which the present invention is applied for separating a mixed solution of water and acetic acid.
As a corresponding example, in a method for producing terephthalic acid in which liquid paraxylene is subjected to a liquid phase oxidation reaction using air in a reaction solvent containing acetic acid in the presence of an oxidation catalyst, a step of removing water generated by the oxidation reaction There is.
In the present embodiment, the distillation column 1 is composed of a plate column having a number of plates inside, and a liquid phase feed of a 78 wt% aqueous solution of acetic acid is supplied from the upper part by an upper supply pipe 2 and a lower part from the lower part. The supply pipe 3 supplies an 87% by weight aqueous solution of acetic acid and a slight amount of nitrogen as a gas phase feed.
[0017]
On the upper side of the distillation column 1, a top vapor introduction pipe 4 into which the top vapor from the top of the distillation column 1 is introduced is attached. It is branched into a two-branch pipe 6. In the present embodiment, the distribution ratio of the overhead vapor to the first branch pipe 5 and the second branch pipe 6 is set to, for example, 9: 1.
At the downstream side of the first branch pipe 5, a superheater 7 for superheating the overhead vapor is mounted, and at the downstream side of the superheater 7, the permeated vapor mainly composed of steam and the acetic acid vapor are mainly used. A separator 8 provided with a separation membrane 8a for separating into non-permeated vapor as a component is attached.
In the present embodiment, the separation membrane 8a is constituted by a separation membrane made of an inorganic material disclosed in, for example, Japanese Patent No. 2808479, and has a property of easily permeating water or water vapor and hardly permeating acetic acid or acetic acid vapor. Have. The water vapor and acetic acid separation coefficient α of the separation membrane 8a is, for example, about 200 to 500 at a water vapor concentration of 20 to 40 wt%. (The separation coefficient α is represented by α = {(1−Y) / Y} / ｛(1−X, where X is the non-permeable component mole fraction before permeation through the membrane, and Y is the non-permeate component mole fraction after permeation. X) / X｝ is a separation performance index of the separation membrane.)
[0018]
On the other hand, a reflux device 9 is attached to the second branch pipe 6. The reflux condenser 9 is a condenser 10 for cooling and liquefying the branched overhead vapor, a gas-liquid separator 11 for separating the cooled overhead vapor into gas and liquid, and refluxing the separated liquid. A liquid phase pump 13 for refluxing to the distillation column 1 through a pipe 12 and a discharge pipe 14 for discharging the gas separated by the gas-liquid separator 11 are provided.
[0019]
The separator 8 is provided with a permeated steam introduction pipe 15 into which the permeated steam permeated through the separation membrane 8a is introduced. The permeated steam introduction pipe 15 is connected via a condenser 16 for cooling and liquefying the permeated steam. It is connected to a gas-liquid separator 17 which separates the permeated vapor after cooling into gas and liquid. A discharge pipe 18 for discharging the separated gas and a discharge pipe 19 for discharging the separated liquid are connected to the gas-liquid separator 17. The discharge pipe 19 is connected to a water discharge pipe 23 via a liquid phase pump 22.
[0020]
On the other hand, a non-permeate steam introduction pipe 24 into which non-permeate vapor that has not permeated the separation membrane 8a is introduced is attached to the separator 8, and the non-permeate vapor introduction pipe 24 cools the non-permeate vapor to liquefy it. Connected to a gas-liquid separator 26 that separates the cooled non-permeated vapor into gas and liquid. A discharge pipe 27 for discharging the separated gas and a liquid phase pump 29 for discharging the separated liquid are connected to the gas-liquid separator 26, and the discharge pipe 27 is evacuated via a pressure valve 28. The liquid phase pump 29 is connected to a pump 20 and a gas discharge pipe 21, and the liquid phase pump 29 is connected to a first acetic acid discharge pipe 30.
[0021]
At the bottom of the distillation column 1, a second acetic acid discharge pipe 31 for discharging a liquid having a high acetic acid concentration existing in the lowermost layer in the distillation column 1 is attached. A circulation pipe 33 for returning the heated liquid to the inside of the distillation column 1 via a reboiler 32 for reheating a part of the heated liquid is attached.
[0022]
Next, a separation process of the separation device according to the present embodiment will be described.
First, a liquid phase feed is supplied from the upper supply pipe 2 and a gas phase feed is supplied from the lower supply pipe 3 into the distillation column 1. Then, the liquid phase feed goes down inside the distillation column 1 while the gas phase feed goes up inside the distillation column 1, and in this process, the gas is fed between the liquid phase feed and the gas phase feed. Liquid contact is made. In the lower part of the distillation column 1, part of the liquid discharged from the second acetic acid discharge pipe 31 is heated by the reboiler 32 and returned to the lower part of the distillation column 1 by the circulation pipe 33.
[0023]
As a result, a concentration distribution occurs in which the concentration of water increases on the upper side of the distillation column 1 and the concentration of acetic acid increases on the lower side.
The top vapor (vapor having a high concentration of water) discharged from the upper part of the distillation column 1 is introduced into the top vapor introduction pipe 4, and the first branch pipe 5 and the second branch pipe are mixed at a ratio of 9: 1. 6 distributed.
[0024]
Here, the overhead vapor distributed to the second branch pipe 6 is returned to the distillation column 1 by the reflux unit 9. Due to the reflux, the concentration of water near the top of the tower further increases, and the concentration of acetic acid in the vapor at the top of the tower decreases.
[0025]
On the other hand, the overhead vapor distributed to the first branch pipe 5 is superheated by the superheater 7 and then introduced into the separator 8. The reason why the overhead vapor is superheated by the superheater 7 is to prevent the overhead vapor from being liquefied before reaching the separation membrane 8a.
The superheated overhead vapor is separated by the separation membrane 8a into a permeated vapor mainly composed of water and a non-permeated vapor mainly composed of acetic acid.
Here, the overhead vapor distributed to the first branch pipe 5 is substantially constant (about 62 wt%) after the concentration of acetic acid is gradually reduced by the reflux operation of the reflux unit 9 as described above. Then, the permeated vapor of the separation membrane 8a becomes 1% by weight or less of acetic acid.
[0026]
Among them, the permeated vapor is cooled by the condenser 16 and almost becomes a liquid. After the nitrogen gas and the like mixed in the gas-liquid separator 17 are removed, the permeated vapor is sent and recovered by the liquid phase pump 22. .
On the other hand, the non-permeated vapor is cooled by the condenser 25 and becomes almost liquid, and after the nitrogen gas and the like mixed in the gas-liquid separator 26 are removed, the vapor is sent and recovered by the liquid phase pump 29.
The gas components removed by the gas-liquid separator 17 and the gas-liquid separator 26 are sucked by the vacuum pump 20 and discharged to the atmosphere. Here, the reason why the pressure valve 28 is attached to the gas-liquid separator 26 is that the pressure of the non-permeated steam is higher than that of the permeated steam, and there is a possibility that the non-permeated steam flows back to the gas-liquid separator 17.
[0027]
By the above-described process, water of 1 wt% or less of acetic acid is obtained from the permeated vapor, and liquid of 93 wt% or more of acetic acid is obtained from the non-permeated vapor. From the lower part of the distillation column 1, a liquid containing 98% by weight or more of acetic acid is obtained. Here, the liquid obtained from the permeated vapor can be effectively used in the plant. Alternatively, it has sufficient purity as wastewater to the outside of the plant. Further, the non-permeated vapor and the liquid obtained from the lower part of the distillation column 1 have sufficient purity as a solvent used in the process. Furthermore, the overhead vapor discharged from the distillation column 1 also contains methyl acetate produced as a by-product of the oxidation reaction. In the separator 8, the methyl acetate is separated together with acetic acid as non-permeated vapor. Therefore, the recovered acetic acid containing methyl acetate is advantageously recycled to the oxidation reaction step, thereby suppressing acetic acid consumption.
[0028]
In the present embodiment, the reflux condenser 9 is provided to lower the concentration of acetic acid in the overhead vapor so that the overhead vapor can be separated so as to satisfy the value required by the apparatus user in accordance with the separation performance of the separation membrane 8a. This eliminates the need to return the separated liquid to the distillation column 1. Thus, the size and the energy consumption of the distillation column 1 can be reduced.
[0029]
In the present embodiment, both the liquid phase feed and the gas phase feed are supplied to the distillation column 1, but either one may be used.
In the present embodiment, the mixed solution is distilled using the distillation column 1. However, when a small separation device is used, an evaporator or the like may be used.
Further, in the present embodiment, the separation membrane 8a has a property of easily permeating water and a property of hardly permeating acetic acid. However, the present invention is not limited to this. Good.
[0030]
-Embodiment 2-
FIG. 2 shows a second embodiment of the separation apparatus to which the present invention is applied for separating a mixed solution of water and acetic acid.
As a corresponding example, as in Embodiment 1, in a terephthalic acid production method for performing a liquid phase oxidation reaction of raw para-xylene using air in a reaction solvent containing acetic acid in the presence of an oxidation catalyst, the oxidation reaction There is a step of removing generated water.
In the present embodiment, the distillation column 41 is, similarly to the first embodiment, composed of a plate column having a number of plates inside, and a liquid phase feed of acetic acid 78 wt% is supplied from the upper part by the upper supply pipe 42. An aqueous solution of 87% by weight of acetic acid and a slight amount of nitrogen are supplied from the lower part by a lower supply pipe 43 as a gaseous phase feed.
[0031]
On the upper side of the distillation column 41, a top vapor introduction pipe 44 into which the top vapor naturally discharged from the top of the distillation column 41 is introduced is attached. A superheater 45 that superheats the overhead vapor is connected downstream of the overhead vapor introduction pipe 44, and a first permeated vapor mainly composed of water vapor and acetic acid are disposed downstream of the superheater 45. A first separator 46 provided with a first separation membrane 46a for separating into a first non-permeate vapor mainly composed of vapor is attached.
In the present embodiment, the first separation film 46a is configured by the same as the separation film 8a described in the first embodiment.
[0032]
Further, the first separator 46 is provided with a first permeated vapor introduction pipe 47 into which the first permeated vapor permeated through the first separation membrane 46a is introduced. A second separator 48 having a second separation membrane 48a for further separating the vapor into a second permeated vapor and a second non-permeated vapor is attached. As the second separation film 48a, the same as the first separation film 46a is used. In addition, a superheater (not shown) can be attached between the first separator 46 and the second separator 48 to superheat the first permeated steam as needed.
[0033]
On the other hand, the first separator 46 is provided with a first non-permeate vapor introduction pipe 49 into which the first non-permeate vapor that has not passed through the first separation membrane 46a is introduced. Is connected to a gas-liquid separator 51 that separates the cooled first non-permeate vapor into gas and liquid via a condenser 50 that cools and liquefies the first non-permeate vapor. A discharge pipe 52 for discharging the separated gas and a discharge pipe 53 for discharging the separated liquid are connected to the gas-liquid separator 51, and the discharge pipe 52 is connected to a vacuum pump via a pressure valve 54. The discharge pipe 53 is connected to a first acetic acid discharge pipe 70 via a first liquid phase pump 57 and a second liquid phase pump 58.
[0034]
The second separator 48 is provided with a second non-permeate vapor introduction pipe 59 into which the second non-permeate vapor that has not permeated the second separation membrane 48a is introduced. Is connected to a gas-liquid separator 61 that separates the cooled second non-permeate vapor into gas and liquid via a condenser 60 that cools and liquefies the second non-permeate vapor. A discharge pipe 62 for discharging the separated gas and a discharge pipe 63 for discharging the separated liquid are connected to the gas-liquid separator 61, and the discharge pipe 62 is connected to the vacuum pipe via a pressure valve 64. The discharge pipe 63 is connected to the pump 55 and the discharge pipe 63 is connected to the second liquid phase pump 58.
[0035]
On the other hand, the second separator 48 is provided with a second permeate vapor introduction pipe 65 into which the second permeate vapor transmitted through the second separation membrane 48a is introduced. It is connected via a condenser 66 for cooling and liquefying the vapor to a gas-liquid separator 67 for separating the cooled second permeated vapor into a gas and a liquid. The gas-liquid separator 67 is connected to a discharge pipe 68 for discharging the separated gas and a discharge pipe 69 for discharging the separated liquid. The discharge pipe 68 is connected to the vacuum pump 55, The discharge pipe 69 is connected to a water discharge pipe 72 via a third liquid phase pump 71.
[0036]
A second acetic acid discharge pipe 73 for discharging a liquid having a high acetic acid concentration existing in the lowermost layer in the distillation column 41 is attached to a lower portion of the distillation column 41. A circulation pipe 75 for returning the heated liquid to the inside of the distillation column 41 via a reboiler 74 for reheating a part of the heated liquid is attached.
[0037]
Next, a separation process of the separation device according to the present embodiment will be described.
First, a liquid phase feed is supplied from the upper supply pipe 42 and a gas phase feed is supplied from the lower supply pipe 43 into the distillation column 41. Then, the liquid phase feed goes down inside the distillation column 41, while the gas phase feed goes up inside the distillation column 41. In this process, the gas is fed between the liquid phase feed and the gas phase feed. Liquid contact is made. In the lower part of the distillation column 41, a part of the liquid discharged from the second acetic acid discharge pipe 73 is heated by the reboiler 74 and returned to the lower part of the distillation column 41 by the circulation pipe 75.
[0038]
As a result, a concentration distribution occurs in which the concentration of water increases on the upper side of the distillation column 41 and the concentration of acetic acid increases on the lower side.
Then, the overhead vapor (vapor having a high concentration of water) discharged from the upper part of the distillation column 41 is introduced into an overhead vapor introduction pipe 44, superheated by a superheater 45, and then introduced into a first separator 46. Is done. The reason why the overhead vapor is superheated by the superheater 45 is to prevent the overhead vapor from being liquefied before reaching the first separation membrane 46a.
[0039]
The superheated overhead vapor is separated by the first separation membrane 46a into a first permeated vapor mainly composed of water and a first non-permeated vapor mainly composed of acetic acid.
Here, in the present embodiment, the concentration of water in the vapor at the top of the column is increased to some extent by introducing a liquid phase feed from the upper side of the distillation column 41. It becomes a predetermined amount (about 68 wt%) in one permeated vapor.
[0040]
Among these, the first permeated vapor is introduced into the second separator 48 and separated into a second permeated vapor mainly composed of water and a second non-permeated vapor mainly composed of acetic acid.
Here, since the concentration of acetic acid in the first permeated vapor is about 5 wt% as described above, the vapor after permeating the second separation membrane 48 a becomes 1 wt% or less of acetic acid.
[0041]
Then, the second permeated vapor is cooled by the condenser 66 and becomes almost liquid, and after removing the nitrogen gas and the like mixed in the gas-liquid separator 67, the second permeated vapor is sent and recovered by the third liquid phase pump 71. Is done.
On the other hand, the second non-permeated vapor is cooled by the condenser 60 and becomes almost liquid, and after the nitrogen gas and the like mixed in the gas-liquid separator 61 are removed, the second non-permeated vapor is sent by the second liquid phase pump 58. Collected.
[0042]
On the other hand, the first non-permeated vapor that has not passed through the first separator 46 is cooled by the condenser 50 and becomes almost liquid, and after removing the nitrogen gas and the like mixed in the gas-liquid separator 51, The liquid is sent and collected by the first liquid phase pump 57 and the second liquid phase pump 58.
[0043]
By the above-described process, water of 1% by weight or less of acetic acid is obtained from the second permeate vapor, and a liquid of 95% by weight of acetic acid is obtained from the first non-permeate vapor and the second non-permeate vapor. From the lower part of the distillation column 41, a liquid of 98% by weight of acetic acid is obtained. Here, the liquid obtained from the second permeated vapor can be effectively used in the plant. Alternatively, it has sufficient purity as wastewater to the outside of the plant. The first and second non-permeated vapors and the liquid obtained from the lower part of the distillation column 41 have a sufficient purity as a solvent used in the process. Further, the overhead vapor discharged from the distillation column 41 also contains methyl acetate produced as a by-product of the oxidation reaction. In the first and second separators 46 and 48, methyl acetate is not permeated together with acetic acid. Separated as vapor. Therefore, the recovered acetic acid containing methyl acetate is advantageously recycled to the oxidation reaction step, thereby suppressing acetic acid consumption.
[0044]
In the present embodiment, the first separator 46 and the second separator 48 are provided, and the first permeated vapor that has passed through the first separation membrane 46a among the top vapors is again separated by the second separation membrane 48a. Therefore, the purity of the liquid obtained from the second permeated vapor can be increased. In addition, liquids obtained from the first non-permeate vapor that has not permeated the first separation membrane 46a and the second non-permeate vapor that has not permeated the second separation membrane 48a also have sufficient purity. Further, since the purity of the liquid obtained after the separation is high, it is not necessary to return the liquid after the separation to the inside of the distillation column 41, so that the size of the distillation column 41 and the energy consumption can be reduced.
[0045]
In the present embodiment, both the liquid phase feed and the gas phase feed are supplied to the distillation column 41 in the present embodiment, but only the liquid phase feed may be used.
In the present embodiment, the mixed solution is distilled using the distillation column 41. However, when a small separation device is used, an evaporator or the like may be used.
Further, in the present embodiment, as the first separation membrane 46a and the second separation membrane 48a, those having a property of easily permeating water and a property of hardly permeating acetic acid are used. However, the present invention is not limited to this. It may have the opposite property.
Furthermore, in the present embodiment, the first permeated vapor that has passed through the first separation membrane 46a is re-separated by the second separation membrane 48a. However, the present invention is not limited to this. Depending on conditions such as the concentration of the mixed solution, the first non-permeate vapor that has not passed through the first separation membrane 46a may be separated again by the second separation membrane 48a.
Then, it goes without saying that the reflux device 9 described in the first embodiment may be provided in the separation device described in the present embodiment.
[0046]
In Embodiments 1 and 2, an example in which a mixed solution of water and acetic acid (organic acid) is separated has been described. However, the present invention is not limited to this, and other mixed solutions such as water and an organic solvent are used. The present invention can also be applied to the case of separating a mixed solution of (ethanol, methacrylic acid, etc.) or a mixed solution containing two types of components other than water.
[0047]
Here, FIG. 3 schematically shows a conventional separation apparatus (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-227517).
The separation apparatus includes a distillation column 81, an upper supply pipe 82 for supplying a liquid phase feed from the upper part of the distillation column 81, a lower supply pipe 83 for supplying a gaseous phase feed from the lower side, and a discharge from the top of the distillation column 81. Overhead vapor introduction pipe 84 into which the overhead vapor to be introduced is introduced, a vapor compressor 85 for compressing the overhead vapor introduced into the overhead vapor introduction pipe 84, and the compressed overhead vapor as permeated steam. A separator 86 having a separation membrane 86a for separating into non-permeate vapor, a first discharge pipe 87 for discharging permeate vapor among them, a return pipe 88 for returning non-permeate vapor to an intermediate portion of the distillation column 81, The liquid after heating is passed through a second discharge pipe 89 attached to the bottom of the distillation column 81 and discharging the liquid existing in the lowermost layer in the distillation column 81 and a reboiler 90 for reheating part of the discharged liquid. Circulation piping to return inside distillation column 81 It is equipped with a 1 and. Here, the vapor compressor 85 forms a pressure difference between the primary side and the secondary side of the separation membrane 86a, and circulates the non-permeated steam separated by the separation membrane 86a into the distillation column 81. This is provided for the purpose.
[0048]
The inventor of the present invention supplies a liquid feed of a 78 wt% aqueous solution of acetic acid through an upper supply pipe 82 and a 87 wt% aqueous solution of acetic acid and a trace amount of nitrogen through a lower supply pipe 83, as in the first and second embodiments. The amount of energy consumed when was supplied as a gas-phase feed was studied.
As a result, when the energy consumption in the method of FIG. 3 was set to 100, it was found that the energy consumption in the steam compressor was 45 and the energy consumption in the distillation tower reboiler was 55.
[0049]
On the other hand, for example, in the separation device described in the first embodiment, only 2.5 energy is required for the superheater 7 and 40 energy is required for the reboiler 32, for a total of 42.5. The vacuum pump 20 only needs to draw a small amount of nitrogen gas, and the liquid phase pumps 22 and 29 are liquid pumps, so that the energy consumption is small.
Further, in the separation apparatus described in the second embodiment, only 2.5 energy is required for the superheater 45 and 30 for the reboiler 74, and a total of 32.5 energy is required. Note that, similarly to the separation device of the first embodiment, the vacuum pump 55 only needs to draw a small amount of nitrogen gas, and the first liquid pump 57, the second liquid pump 58, and the third liquid pump 71 Energy consumption is small because it is a pump for use.
From the above, it is understood that the separation devices according to Embodiments 1 and 2 require less energy consumption than the conventional separation devices.
Further, since the first separation membrane is used in an atmosphere in which the concentration of acetic acid is higher than that of the second separation membrane, there is a tendency that the water vapor transmission rate tends to be low. Therefore, the first separation membrane can reduce the required membrane area by slightly lowering the separation performance (separation coefficient) and increasing the water vapor transmission rate. On the other hand, it is necessary to increase the separation performance of the second separation membrane so as to compensate for the deterioration of the separation performance of the first separation membrane. However, since the second separation membrane is used in an atmosphere having a low acetic acid concentration, even if the separation performance is increased, the water vapor transmission rate does not decrease so much, and the required membrane area hardly increases. Therefore, the total required membrane area can be reduced by using a separation membrane having a high permeation rate for the first separation membrane and a separation membrane having a high separation performance for the second separation membrane.
[0050]
【The invention's effect】
As described above, according to the apparatus and method for separating a mixture of the present invention, it is possible to reduce the size of a column-shaped vessel such as a distillation column and to reduce energy consumption in a separation process.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a mixed solution separation device according to a first embodiment to which the present invention is applied.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a mixed solution separation device according to a second embodiment to which the present invention is applied.
FIG. 3 is an explanatory view showing a conventional mixed solution separation device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Distillation tower, 2 ... Upper supply piping, 3 ... Lower distribution piping, 7 ... Superheater, 8 ... Separator, 8a ... Separation membrane, 9 ... Refluxer, 10 ... Condenser, 11 ... Gas-liquid separator, 13 ... Liquid phase pump, 32 ... Reboiler, 41 ... Distillation tower, 42 ... Upper supply pipe, 43 ... Lower supply pipe, 45 ... Superheater, 46 ... First separator, 46a ... First separation membrane, 48 ... Second separation Vessel, 48a: second separation membrane, 74: reboiler

Claims

A tower-shaped container into which a mixture containing the first component and the second component is supplied,
A heat source for heating the mixture in the tower-shaped container,
A separation membrane that selectively permeates the overhead vapor discharged from the top of the tower-shaped vessel and separates the permeated vapor containing the first component as a main component and the non-permeate vapor containing the second component as a main component. Equipped separator,
A reflux unit that cools a part of the overhead vapor and refluxes the liquid obtained by cooling to the upper part of the tower vessel.
An apparatus for separating a mixture, comprising:

The reflux condenser, a condenser, a pump that pressurizes the liquid liquefied in the condenser and sends the liquid to the upper part of the columnar container,
The apparatus for separating a mixture according to claim 1, further comprising:

The apparatus for separating a mixture according to claim 1 or 2, wherein the tower-shaped vessel comprises a distillation column having a tray or a packing therein.

4. The bottom part of the tower-shaped vessel is provided with a discharge part for discharging a retained liquid mainly containing a component having a high boiling point among the first component and the second component. A device for separating a mixture according to any one of the above.

A liquid container containing the first component and the second component is supplied from the top side to the inside of a tower-like container,
A heat source for heating the liquid mixture in the tower-like container,
The top vapor discharged from the top of the tower vessel is selectively permeated and separated into a first permeated vapor mainly composed of the first component and a first non-permeated vapor mainly composed of the second component. A first separator having a first separation membrane,
A second permeate vapor that selectively permeates the first permeate vapor, has the first component as a main component, and has a first component concentration higher than the first permeate vapor, and a second non-vapor that has the second component as a main component. A second separator having a second separation membrane that separates into permeated vapor;
An apparatus for separating a mixture, comprising:

A liquid container containing the first component and the second component is supplied from the top side to the inside of a tower-like container,
A heat source for heating the liquid mixture in the tower-like container,
The top vapor discharged from the top of the tower vessel is selectively permeated and separated into a first permeated vapor mainly composed of the first component and a first non-permeated vapor mainly composed of the second component. A first separator having a first separation membrane,
The second non-permeate vapor selectively permeates the first non-permeate vapor, the second permeate vapor having the first component as a main component, and the second component having a second component concentration higher than the first non-permeate vapor having the second component as a main component. A second separation membrane for separating into two non-permeate concentrated vapors,
An apparatus for separating a mixture, comprising:

Supply a mixture containing the first component and the second component inside the tower container,
Heating the supplied mixture,
The top vapor discharged from the top of the tower vessel by heating is separated into a first vapor containing the first component as a main component and a second vapor containing the second component as a main component. A method for separating a mixture, wherein a part of the steam is refluxed into the columnar vessel.

Supply a mixture containing the first component and the second component inside the tower container,
Heating the supplied mixture,
The top vapor discharged from the top of the tower vessel by heating is separated into a permeated vapor mainly composed of the first component and a non-permeated vapor mainly composed of the second component by a separation membrane, A method for separating a mixture, wherein a part of the overhead vapor is refluxed into the tower-shaped vessel.

9. The method for separating a mixture according to claim 8, wherein the column-shaped vessel comprises a distillation column having a plate or a packing therein, and a distillation column top vapor is introduced into a downstream of the distillation column to separate the mixture. A method for separating a mixture, comprising two or more membrane separation devices for separating the mixture by a membrane in series.

The method for separating a mixture according to claim 9, wherein, among the membrane separation devices provided in series, a separation membrane having a high permeation speed is used for a device located in the upstream, and a device located in the downstream. A method for separating a mixture characterized by using a separation membrane having high separation performance.

Supply the liquid mixture containing the first component and the second component inside the tower-shaped container from the top of the tower-shaped container,
Heating the supplied liquid mixture,
The top vapor discharged from the top of the tower vessel by heating is separated into a first vapor containing the first component as a main component and a second vapor containing the second component as a main component,
A method for separating a mixture, comprising separating the first steam or the second steam into a third steam mainly containing the first component and a fourth steam mainly containing the second component.

In a reaction solvent containing an aliphatic carboxylic acid, in the presence of an oxidation catalyst, a method for producing an aromatic carboxylic acid in which an alkyl aromatic compound is subjected to a liquid phase oxidation reaction with an oxygen-containing gas,
An aliphatic carboxylic acid solution or vapor containing reaction product water is supplied to a distillation column, and a part of the top vapor obtained in the distillation column is condensed and refluxed to the upper portion of the distillation column, and the column of the distillation column is returned. At the bottom, recover aliphatic carboxylic acid,
The remainder of the overhead vapor is introduced into a membrane separator, and a permeated gas containing water as a main component and a non-permeate gas containing aliphatic carboxylic acid as a main component,
A method for producing an aromatic carboxylic acid, comprising recovering water of the permeated gas and aliphatic carboxylic acid of the non-permeated gas.

In a reaction solvent containing acetic acid, in the presence of an oxidation catalyst, a method for producing an aromatic carboxylic acid in which an alkyl aromatic compound is subjected to a liquid phase oxidation reaction with an oxygen-containing gas,
An acetic acid solution or vapor containing reaction product water and methyl acetate produced as a by-product in the system is supplied to the distillation column, and a part of the top vapor obtained in the distillation column is condensed and refluxed to the upper portion of the distillation column. At the same time, acetic acid is recovered at the bottom of the distillation column,
The remainder of the overhead vapor is introduced into a membrane separation device, and a permeated gas containing water as a main component, and separated into a non-permeate gas containing acetic acid and methyl acetate as main components,
A method for producing an aromatic carboxylic acid, comprising recovering water of the permeate gas and collecting acetic acid and methyl acetate of the non-permeate gas and recycling them to the oxidation reaction step.