JP2011025233A - 分離ユニット、分離装置、分離方法およびα，β−不飽和カルボン酸の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液体成分および固体成分を含む混合物から、液体成分を安定に抜き出し可能な分離ユニットを提供する。
【解決手段】本発明の分離ユニットは、内容物を取り出す取出口を有する筒状部材と、上下方向に間隔をおいて前記筒状部材の外周面に接合されている複数の傾斜板とを具備している。前記筒状部材の外周面には、前記複数の傾斜板のうち上下方向に隣接する傾斜板で挟まれた空間と前記筒状部材の内部とを連通する連通口が設けられている。そして、液体成分および固体成分を含む混合物が、前記複数の傾斜板のうち上下方向に隣接する傾斜板で挟まれた空間を通って前記筒状部材の内部に向けて移動する過程で、前記混合物中の前記固体成分が分離されて、前記混合物中の前記液体成分の少なくとも一部を前記取出口から取り出される。
【選択図】図１

Description

本発明は、液相中でのα，β−不飽和カルボン酸の製造方法に関する。また、本発明は、液相中でα，β−不飽和カルボン酸を製造した反応液から、α，β−不飽和カルボン酸を含む液体成分を抜き出すために使用する分離ユニット、分離装置および分離方法に関する。

液相反応においては、固液または気液固などの反応形式が採用されており、この反応は、通常、攪拌槽や気泡塔などの反応装置内で行われる。また、反応後の固液の分離は、沈降分離、遠心分離、フィルターろ過機による分離など種々の方法が知られている。沈降分離の方法としては、例えば、特許文献１に記載の方法が挙げられるが、固体の沈降の程度にもよるが、広い断面積を必要とするため、装置の大型化が避けられない。遠心分離の方法は、シールなどの問題から、高圧系で実施することは難しく、分離する材料の危険性のレベルよっては取り扱えないものもある。フィルターろ過機による分離の方法は、フィルターの詰まりやスケーリング等を起こすのでろ過速度が低下し、逆洗を頻繁に行う必要があり、安定に運転することが難しい。ケークの堆積を減少させ、逆洗頻度を下げる方法として、特許文献２に記載のようなクロスフローフィルタ形式も提案されているが、処理量が多くなると、広い透過面積が必要となるため、建設コストが増加する。

特許文献３には、沈降方式の小型化を目的として、反応器側面に傾斜板を設置する方法が提案されている。この方法は、特許文献４〜６に開示されているような傾斜板沈降装置を応用したものであり、反応器内のスラリーが傾斜板の間を通過する際に固体成分が傾斜板上に沈降するので、液体成分を分離することができる。

特開２００６−２２８３号公報 特開平６−８０６１１号公報 特開平９−２４８４０３号公報 特公昭５５−５９６１号公報 特開平５−２００２０５号公報 特開平６−２９６８０６号公報

しかし、特許文献３に記載の方法では、処理量が大きいときには傾斜板の有効面積を増やすために、傾斜板の奥行きを長くするおよび／または積層数を増やす必要がある。ところが、スラリー濃度が高い場合や、処理するスラリーの量が多い場合には、傾斜板一枚当りの処理量が多くなると、傾斜板に沈降した固体成分が巻き上がってしまうため、それを防止するために、傾斜板を短くする必要があった。結局、傾斜板の有効面積を増やす方法としては、傾斜板の積層数を増やす方法しか採り得ないことになるが、それには反応器自体の大規模な改造が必要であり、また反応器の大型化も避けられない。

本発明は、液体成分および固体成分を含む混合物から、液体成分を安定に抜き出し可能な分離ユニット、分離装置および分離方法を提供することを目的とする。また、本発明は、液相中でα，β−不飽和カルボン酸を製造した反応液から、α，β−不飽和カルボン酸を含む液体成分を安定に抜き出すことができるα，β−不飽和カルボン酸の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、内容物を取り出す取出口を有する筒状部材と、上下方向に間隔をおいて前記筒状部材の外周面に接合されている複数の傾斜板を具備し、
前記筒状部材の外周面には、前記複数の傾斜板のうち上下方向に隣接する傾斜板で挟まれた空間と前記筒状部材の内部とを連通する連通口が設けられており、
液体成分および固体成分を含む混合物が、前記複数の傾斜板のうち上下方向に隣接する傾斜板で挟まれた空間を通って前記筒状部材の内部に向けて移動する過程で、前記混合物中の前記固体成分が分離されて、前記混合物中の前記液体成分の少なくとも一部を前記取出口から取り出すことができることを特徴とする分離ユニットである。

本発明は、上記の分離ユニットを具備し、液体成分および固体成分を含む混合物を供給することで、前記混合物中の前記固体成分が分離されて、前記混合物中の前記液体成分の少なくとも一部を前記取出口から取り出すことができることを特徴とする分離装置である。

本発明は、上記の分離装置に、液体成分および固体成分を含む混合物を供給することで、前記混合物中の前記固体成分を分離して、前記混合物中の前記液体成分の少なくとも一部を前記取出口から取り出すことを特徴とする分離方法である。

本発明は、触媒の存在下、オレフィンまたはα，β−不飽和アルデヒドを液相中で酸化してα，β−不飽和カルボン酸を製造する方法であって、
前記触媒および前記オレフィンまたはα，β−不飽和アルデヒドを反応容器内に投入する工程と、
前記反応容器内の反応液中に酸素含有ガスを供して、前記オレフィンまたはα，β−不飽和アルデヒドを酸化する工程と、
前記反応液を、上記の分離装置内に投入する工程と
前記反応液中の固体成分が分離された、前記α，β−不飽和カルボン酸を含む液体成分の少なくとも一部を前記取出口から取り出す工程と
を有することを特徴とするα，β−不飽和カルボン酸の製造方法である。

本発明によれば、液体成分および固体成分を含む混合物から、液体成分を安定に抜き出すことができる。また、本発明によれば、液相中でα，β−不飽和カルボン酸を製造した反応液から、α，β−不飽和カルボン酸を含む液体成分を安定に抜き出すことができる。

本発明に係る分離装置の内部構造を示す模式的断面図である。 本発明に係る分離ユニットの内部構造を示す模式的断面図である。 本発明に係るα，β−不飽和カルボン酸の製造方法を実施する際に使用可能な装置の概略構成図である。 本発明に係る分離ユニットの外観構造の具体例を示す模式的斜視図である。 本発明に係る分離ユニットにおける傾斜板の表面の形状の具体例を示す模式的斜視図である。 本発明に係る分離ユニットの連通口が形成される位置を示す模式的断面図である。 本発明に係る分離ユニットの内部にろ過フィルターを設置する位置の具体例を示す模式的断面図である。 実施例および比較例で用いた多孔質シリカの粒度分布を示す図である。 実施例２〜４で用いた分離ユニットの傾斜板の形状を示す模式的斜視図である。 比較例１で用いた分離装置の内部構造を示す模式的斜視図である。

＜α，β−不飽和カルボン酸の製造方法＞
本発明に係るα，β−不飽和カルボン酸の製造方法では、まず、触媒の存在下、オレフィンまたはα，β−不飽和アルデヒドを液相中で酸化する。より具体的には、触媒およびオレフィンまたはα，β−不飽和アルデヒドを反応容器内に投入し、その反応容器内の反応液中に酸素含有ガスを供することで、オレフィンまたはα，β−不飽和アルデヒドを酸化する（この反応を液相酸化反応と称する）。

原料として用いることができるオレフィンの具体例としては、プロピレン、イソブチレン、２−ブテン等が挙げられるが、プロピレンまたはイソブチレンの液相酸化反応に好適である。原料として用いることができるα，β−不飽和アルデヒドの具体例としては、アクロレイン、メタクロレイン、クロトンアルデヒド（β−メチルアクロレイン）、シンナムアルデヒド（β−フェニルアクロレイン）等が挙げられるが、アクロレインまたはメタクロレインの液相酸化反応に好適である。オレフィンまたはα，β−不飽和アルデヒドには、不純物として飽和炭化水素および／または低級飽和アルデヒド等が少々含まれていてもよい。

製造されるα，β−不飽和カルボン酸は、原料がオレフィンの場合、オレフィンと同一の炭素骨格を有するα，β−不飽和カルボン酸であり、原料がα，β−不飽和アルデヒドの場合、α，β−不飽和アルデヒドのアルデヒド基がカルボキシル基に変化したα，β−不飽和カルボン酸である。具体的には、原料がプロピレンまたはアクロレインの場合はアクリル酸が得られ、原料がイソブチレンまたはメタクロレインの場合はメタクリル酸が得られる。

液相酸化反応に用いる反応溶媒は特に限定されないが、水、アルコール類、ケトン類、有機酸類、有機酸エステル類、炭化水素類等が使用できる。アルコール類としては、例えば、ターシャリーブタノール、シクロヘキサノール等が挙げられる。ケトン類としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等が挙げられる。有機酸類としては、例えば、酢酸、プロピオン酸、ｎ−酪酸、ｉｓｏ−酪酸、ｎ−吉草酸、ｉｓｏ−吉草酸等が挙げられる。有機酸エステル類としては、例えば、酢酸エチル、プロピオン酸メチル等が挙げられる。炭化水素類としては、例えば、ヘキサン、シクロヘキサン、トルエン等が挙げられる。中でも、炭素数２〜６の有機酸類、炭素数３〜６のケトン類、ターシャリーブタノールが好ましい。溶媒は単独でも、２種以上の混合溶媒でもよい。また、アルコール類、ケトン類、有機酸類および有機酸エステル類からなる群から選ばれる少なくとも１種の化合物を溶媒として使用する場合は、この化合物と水との混合溶媒とすることが好ましい。混合溶媒における水の含有量は特に限定されないが、混合溶媒の質量に対して、２質量％以上が好ましく、５質量％以上がより好ましい。また、７０質量％以下が好ましく、５０質量％以下がより好ましい。混合溶媒は、均一であることが望ましいが、均一な状態で用いても差し支えない。

液相酸化反応を行う反応液中のオレフィンまたはα，β−不飽和アルデヒドの量は、反応容器内に存在する反応溶媒に対して０．１〜５０質量％が好ましく、０．５〜３０質量％がより好ましい。

触媒としては、液相酸化反応に触媒活性を有するものであればよい。また、不均一触媒および均一触媒のいずれも使用可能であるが、不均一触媒が好ましく、貴金属含有触媒がより好ましい。貴金属含有触媒に含まれる貴金属とは、パラジウム、白金、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、金、銀、レニウム、オスミウムを指す。中でもパラジウム、白金、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、金が好ましく、パラジウムが特に好ましい。貴金属を担体に担持させた担持触媒とすることもできるが、非担持触媒でも構わない。

触媒は、液相酸化反応を行う反応液に懸濁させた状態で使用するのが好ましい。反応液中の触媒の量は、液相酸化反応を行う反応容器内に存在する溶液１００質量部に対して、その反応容器内に存在する触媒として０．０１〜５０質量部が好ましく、０．２〜３０質量部がより好ましい。

液相酸化反応時における高温による原料や生成物の重合を防止するために、重合防止剤を使用することが好ましい。重合防止剤の具体例としては、ハイドロキノン、ｐ−メトキシフェノール等のフェノール系化合物；Ｎ，Ｎ’−ジイソプロピル−ｐ−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ’−ジ−２−ナフチル−ｐ−フェニレンジアミン、Ｎ−フェニル−Ｎ’−（１，３−ジメチルブチル）−ｐ−フェニレンジアミン等のアミン系化合物；４−ヒドロキシ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−Ｎ−オキシル、あるいは４−［Ｈ−（ＯＣＨ₂ＣＨ₂）_n−Ｏ］−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−Ｎ−オキシル（ただしｎ＝１〜１８）等のＮ−オキシル系化合物；等が挙げられる。重合防止剤の使用量は、液相酸化反応において原料や生成物の重合を防止するのに必要な量とすればよい。

酸素含有ガスとしては、酸素濃度が２１体積％を超えていることが好ましく、酸素濃度が５０体積％以上、１００体積％以下であることがより好ましい。酸素含有ガスは、酸素製造設備から得られる高濃度の酸素ガスに対し、必要に応じて、窒素、二酸化炭素、水蒸気等のガスを含有させて所定の酸素濃度に調整することができる。

酸素含有ガスは、反応器内の液相部に供給される。酸素含有ガスは、例えば、ガス分散器を用いて液相中に微細な泡状で供給することができる。ガス分散器の具体例としては、例えば、多孔板、ノズル、多孔質板等が挙げられる。酸素含有ガスの空塔速度は、０．２〜３０ｃｍ／ｓが好ましく、０．５〜２５ｃｍ／ｓがより好ましい。酸素含有ガスに含まれる分子状酸素の量は、オレフィンまたはα，β−不飽和アルデヒド１モルに対して、０．１〜３０モルが好ましく、０．３〜２５モルがより好ましく、０．５〜２０モルがさらに好ましい。

液相酸化反応を行う反応器内の圧力は、０．１０〜１０ＭＰａ（ゲージ圧；以下、圧力はゲージ圧表記とする）が好ましく、０．１５〜８ＭＰａがより好ましい。液相酸化反応を行う温度は、用いる反応溶媒および原料によって適宜選択されるが、６０〜２００℃が好ましく、７０〜１５０℃がより好ましい。

液相酸化反応は、回分式、連続式いずれの方法おいても実施することができるが、工業的には連続式の方が好ましい。触媒を反応液中に懸濁させて液相酸化反応をする場合には、液相部と気相部を有する反応容器を備えた気泡塔型反応器、撹拌槽型反応器などが好ましく用いられる。反応容器は必要に応じて、２基以上を多段直列に配置し、反応液が各槽を順次流通するようにして液相酸化反応を実施することもできる。反応液の反応容器内における滞留時間は、触媒の量、反応温度、圧力等により適宜選択できるが、０．１〜１０ｈｒが好ましく、０．２〜８ｈｒがより好ましい。

次いで、上記の反応により得られた反応液からα，β−不飽和カルボン酸を取り出す。より具体的には、反応液を分離装置内に投入することで、反応液中の固体成分が分離されて、α，β−不飽和カルボン酸を含む液体成分の少なくとも一部を取り出す。ここで、分離装置としては、後述する本発明に係る分離装置を用いる。こうすることで、液相中でα，β−不飽和カルボン酸を製造した反応液から、α，β−不飽和カルボン酸を含む液体成分を安定に抜き出すことができる。

図３は、本発明に係るα，β−不飽和カルボン酸の製造方法を実施する際に使用可能な装置の概略構成を示している。

反応容器１０には、供給ライン１が接続されており、この供給ラインから反応容器１０内に反応原料が供給されて、反応容器１０内でオレフィンまたはα，β−不飽和アルデヒドの液相酸化反応が行われる。得られた反応液には、通常は、溶媒や反応生成物等の液体成分と、触媒等の固体成分とが含まれており、さらに分子状酸素等の気体成分も含まれている場合がある。この反応液は、移送ライン１１により、分離装置２０に導入される。ここで、分離装置２０として後述する本発明に係る分離装置を用いる。分離装置２０では、その反応液中に含まれる固体成分が分離されて、α，β−不飽和カルボン酸を含む液体成分の少なくとも一部が、取出ライン２１から取り出される。一方、残余の反応液は、循環ライン２２から反応容器１０へと戻される。

＜分離ユニット、分離装置および分離方法＞
本発明に係る分離装置は、液体成分および固体成分を含む混合物を供給することで、その混合物中の固体成分が分離されて、混合物中の液体成分の少なくとも一部を取り出すことができる装置である。上述のように、α，β−不飽和カルボン酸の製造方法を実施する際に使用可能な装置の一部として好適に使用される。

図１は、本発明に係る分離装置２０の内部構造を示しており、図２は、分離装置２０の内部に設置されている分離ユニット３０の内部構造を示している。

分離装置２０内には、移送ライン１１から反応液５１が供給される。なお、図１では、反応液５１が液体成分と固体成分と気体成分とを含んでいる状態を示している。分離装置２０内に供給された反応液５１は、分離装置２０内の上部に設置されている充填層２５を通過する。その際に、反応液５１中の気体成分５２が除去されて、液体成分および固体成分を含む混合物である反応液スラリー５３となる。

充填層２５には、混合物中の気体成分を除去可能なように、充填材が充填されている。充填材としては、スルーザーパッキングのような規則充填材や、ラシヒリングのような不規則充填材を用いることができる。なお、充填層２５は必ずしも必要ではなく、例えば、気体成分を含まない混合物を供給する場合や、混合物に気体成分を含むが気体成分を除去する必要がない場合には、分離装置２０には充填層２５が設置されていなくてもよい。

分離装置２０内における充填層２５の下方には、分離ユニット３０が設置されている。分離ユニット３０は、内容物を取り出す取出口３６を有する筒状部材３１と、上下方向に間隔をおいて筒状部材３１の外周面に接合されている複数の傾斜板３２とを具備している。筒状部材３１の外周面には、複数の傾斜板３２のうち上下方向に隣接する傾斜板で挟まれた空間と筒状部材３１の内部とを連通する連通口３５が設けられている。なお、分離ユニット３０の詳細な構造については、後述する。

充填層２５を通過することで気体成分が分離され、液体成分および固体成分を含む混合物である反応液スラリー５３の一部は、分離ユニット３０が具備する複数の傾斜板３２のうち上下方向に隣接する傾斜板で挟まれた空間に侵入する。そして、反応液スラリー５３が傾斜板３２に沿って層流状態で上昇する。その際に、反応液スラリー５３中の固体成分５５は、傾斜板３２に衝突して、傾斜板３２上に沈降する。一方、反応液スラリー５３中の固体成分５５が分離された液体成分５４は、層流状態のまま、連通口３５を通って筒状部材３１の内部に侵入する。そして、筒状部材３１の取出口３６に接続された取出ライン２１から、液体成分５４が取り出される。

一方、複数の傾斜板３２のうち上下方向に隣接する傾斜板で挟まれた空間に侵入しなかった反応液スラリー５３、傾斜板３２上に沈降した固体成分５５および筒状部材３１の内部に侵入しなかった液体成分５４が混合した高濃度スラリー５６は、分離装置２０の下方に進んで、循環ライン２２から反応容器１０へと戻される。

＜分離ユニットの構造＞
本発明に係る分離ユニットは、液体成分および固体成分を含む混合物から、固体成分を分離して、液体成分の少なくとも一部を取り出すためのユニットである。図４には、本発に係る分離ユニットの外観構造の具体例を示している。

筒状部材３１は、内部が空洞になっていれば、外周面の形状は任意であり、例えば、円筒形状、三角筒、四角筒等の多角筒形状が挙げられる。多角筒は、正多角筒が好ましい。筒状部材３１の材質としては、例えば、ステンレス、炭素鋼、アルミニウム、セラミックス、樹脂、さらにこれらをライニング加工したもの等が挙げられる。

筒状部材３１の外周面には、複数の傾斜板３２が接合される。傾斜板３２は、筒状部材３１の外周を囲むように接合されていてもよく、筒状部材３１の外周の一部に接合されていてもよい。傾斜板３２の材質としては、例えば、ステンレス、炭素鋼、アルミニウム、セラミックス、樹脂、さらにこれらをライニング加工したもの等が挙げられる。傾斜板３２の表面の形状は任意であり、筒状部材３１の外周面の形状を考慮して、適宜選択することができる。傾斜板３２の枚数は、２枚以上であれば任意であるが、５〜１００，０００枚が好ましく、１，０００〜１０，０００枚がより好ましい。傾斜板３２の枚数は、多いほど分離ユニットの処理能力は高まるものの、分離ユニットが大型になってしまう。このような場合には、分離ユニットを複数設けることにより処理能力を分割することができる。

例えば、筒状部材３１の外周面の形状が円筒形状の場合、傾斜板３２の表面を切頭円錐の側面形状とすることができる。図４（ａ）に示す分離ユニットでは、傾斜板３２の表面が、筒状部材３１と同一の中心軸を有する円錐の頂点を含む部分を、筒状部材３１の外周面と前記円錐の側面との交差面で切り取った切頭円錐の側面形状をなしており、その傾斜板３２の５枚が、互いに平行になるように配列している。

このとき、図４（ａ）に示すように、筒状部材３１の外径をｃ₁、切頭円錐の円錐面における母線の長さをｃ₂としたとき、ｃ₁はｃ₂と同じかｃ₂より長いことが好ましい。ｃ₁およびｃ₂の長さをこのようにすることで、傾斜板に沈降した固体成分が巻き上がってしまうことを効果的に防止することができる。

例えば、筒状部材３１の外周面の形状が多角筒形状の場合、傾斜板３２の表面を多角筒に対応する切頭多角錐の側面形状とすることができる。図４（ｂ）および（ｄ）に示す分離ユニットでは、傾斜板３２の表面が、筒状部材３１と同一の中心軸を有する多角錐の頂点を含む部分を、筒状部材３１の外周面と前記多角錐の側面との交差面で切り取った切頭多角錐の側面形状をなしており、その傾斜板３２の５枚が、互いに平行になるように配列している。なお、図４（ｂ）は、筒状部材３１の外周面が三角筒形状の場合であり、図４（ｄ）は、筒状部材の外周面が四角筒形状の場合である。

このとき、図４（ｂ）および（ｄ）に示すように、切頭多角錐の側面を形成している台形の、上底と下底のうち短い方の辺の長さをｐ₁、その台形の高さをｐ₂としたとき、ｐ₁はｐ₂と同じかｐ₂より長いことが好ましい。ｐ₁およびｐ₂の長さをこのようにすることで、傾斜板に沈降した固体成分が巻き上がってしまうことを効果的に防止することができる。

例えば、筒状部材３１の外周面の形状が多角筒形状の場合、傾斜板３２の表面を正方形または長方形の形状とすることができる。図４（ｃ）、（ｅ）および（ｆ）に示す分離ユニットでは、傾斜板３２の表面が、筒状部材３１と接合されている辺Ｒ₁と、それに垂直な辺Ｒ₂とを有する長方形の形状をなしており、傾斜板３２の表面における辺Ｒ₁が、筒状部材３１の軸方向に垂直な断面における多角形を構成する一つの辺と共通している。そして、その傾斜板３２の５枚が、筒状部材３１の軸方向に垂直な断面における多角形を構成する一つの辺に、それぞれ互いに平行になるように配列している。なお、図４（ｃ）は、筒状部材３１の外周面が三角筒形状の場合であり、図４（ｅ）および（ｆ）は、筒状部材の外周面が四角筒形状の場合である。また、図４（ｅ）では、筒状部材３１の軸方向に垂直な断面における多角形を構成する各辺にそれぞれ傾斜板３２が接合されており、図４（ｆ）では、筒状部材３１の軸方向に垂直な断面における多角形を構成する一つの辺にのみ傾斜板３２が接合されている。

傾斜板３２の表面における辺Ｒ₁は、筒状部材３１の断面における多角形を構成する辺と共通していればよく、この筒状部材３１の断面は、前述のように筒状部材３１の軸方向に垂直な断面でもよく、筒状部材３１の軸方向に対してある角度α（０°＜α＜９０°）をもった平面による断面でもよい（図９（ｃ）および（ｄ））。また、傾斜板３２の表面における辺Ｒ₁は、筒状部材３１の断面における多角形を構成する辺の全部と共通していてもよく、一部のみと共通していてもよい（図９（ａ）および（ｂ））。

このとき、図４（ｃ）、（ｅ）および（ｆ）に示すように、辺Ｒ₁の長さをｒ₁、辺Ｒ₂の長さをｒ₂としたとき、ｒ₁はｒ₂と同じかｒ₂より長いことが好ましい。ｒ₁および₂の長さをこのようにすることで、傾斜板に沈降した固体成分が巻き上がってしまうことを効果的に防止することができる。

また、傾斜板３２の表面を正方形または長方形の形状とした場合には、辺Ｒ₂側から混合液が侵入すると、固体成分が傾斜板３２の表面に沈降せずに筒状部材３１の内部に侵入する可能性がある。そこで、図４（ｃ）、（ｅ）および（ｆ）に示すように、複数の傾斜板における辺Ｒ₂を接合する側板を有することが好ましい。このように、複数の傾斜板における辺Ｒ₂を側板で接合することで、辺Ｒ₂側から混合液が侵入することを防止することができる。

傾斜板には、分離された固体成分を堰き止めるための返しを設けることもできる。例えば、図９（ｃ）に示す構造の場合には、図９（ｄ）に示すように、傾斜板３２は、分離された固体成分を堰き止めるための返し５７を設けることが好ましい。傾斜板３２が返し５７を有することで、傾斜板に沈降した固体成分が巻き上がってしまうことを効果的に防止することができる。

図５は、本発明に係る分離ユニットにおける傾斜板３２の表面の形状の具体例を示している。すなわち、傾斜板３２の表面の形状は、上記した形状以外に、図５（ａ）に示すように波形の形状でもよく、図５（ｃ）に示すように山形の形状でもよい。傾斜板３２の表面の形状は、図５（ｂ）および（ｄ）に示すように互いに異なっていてもよい。複数の傾斜板３２のうち上下方向に隣接する傾斜板で挟まれた空間は、図５（ｅ）および（ｆ）に示すように縦板で仕切られていてもよい。その他、傾斜板３２の形状は、図５（ｇ）に示すようにハニカム構造でもよく、図５（ｈ）に示すように管構造でもよい。

図６は、本発明に係る分離ユニット３０の連通口３５が形成される位置を示している。傾斜板３２の間隔ｈは、混合液が傾斜板３２に沿って層流状態を形成するように適宜選択することができる。連通口３５の高さｈ₀は、層流状態で上昇してきた液体成分が筒状部材３１の内部に侵入するように、例えば０．００１×ｈ≦ｈ₀≦０．１×ｈの範囲から適宜選択することができる。図６における長さｈ₁は、層流状態で上昇してきた液体成分が筒状部材３１の内部に容易に侵入するように、例えば０≦ｈ₁＜０．５×ｈの範囲から適宜選択することができる。図６における長さｈ₂は、固体成分が筒状部材３１の内部に侵入しないように、例えば０．５×ｈ≦ｈ₂＜１×ｈの範囲から適宜選択することができる。結局、長さｈ₀を０．００１×ｈ≦ｈ₀≦０．１×ｈの範囲から選択した場合には、長さｈ₁を０≦ｈ₁≦０．４９９×ｈの範囲から選択し、ｈ₂を０．５×ｈ≦ｈ₂≦０．９９９×ｈの範囲から選択することが好ましい。

固体成分が傾斜板３２上に沈降して、液体成分のみが筒状部材３１の内部に侵入するように傾斜板３２を配置しても、筒状部材３１の内部に固体成分が少量侵入してくる可能性も否定できない。そこで、その固体成分を除去するために、筒状部材３１の内部にろ過フィルターを配置することが好ましい。図７（ａ）は、ろ過フィルター３３が、連通口３５を覆っている状態を示し、図７（ｂ）は、ろ過フィルター３４が、取出口３６を覆っている状態を示している。ろ過フィルターは、複数組み合わせて配置してもよい。

ろ過フィルターが、目詰まりやスケーリング等を起こした場合には、逆洗を行うこともできる。本発明に係るα，β−不飽和カルボン酸の製造方法では、分離装置内で分離されなかった残余の反応液は、循環ライン２２から反応容器１０へと戻されるので、反応原料を用いて逆洗をすれば、運転を止める必要がない。また、本発明に係る分離ユニットを、分離装置から着脱自在な状態にしておけば、分離ユニットの交換も容易である。

＜実施例１＞
図４（ｆ）に示した構造を有する分離ユニットを分離装置に設置した。なお、この分離ユニットは、外周面が四角筒の筒状部材に、幅（ｒ₁）９５ｍｍ×奥行（ｒ₂）５０ｍｍの平板状の傾斜板が板に垂直な方向に１０ｍｍ間隔で１１枚設置された構造を有しており、その傾斜板の傾斜角は６０°である。また、この分離ユニットが有する筒状部材の外周面には、上下に隣接する２枚の傾斜板で挟まれた空間のそれぞれに、直径２ｍｍの整流孔が３個（開口比１％）設けられている。

この分離装置に、市販の多孔質シリカ（粒度分布：図８、細孔容積：０．６８ｃｃ／ｇ）を純水と混合して調製した７質量％スラリーを供給ラインより９Ｌ／ｍｉｎの速度で連続供給した。そして、分離装置上部の取出ラインから１．５Ｌ／ｍｉｎの速度で抜出液を取り出すとともに、分離装置底部の排出ラインから７．５Ｌ／ｍｉｎの速度で排出液を排出することで、固液分離を行った。

捕集率を以下の式：
捕集率（％）＝（７−（抜出液の固体濃度（質量％）））／７×１００
により求めたところ、捕集率は９７．５％であった。結果を表１に示す。

＜実施例２＞
図９（ａ）に示すように、幅（全体）９５ｍｍ×奥行５０ｍｍのＷ字型の傾斜板（図９（ａ）の角度β：９０°）を用いた以外は、実施例１と同様に実施した。捕集率は９９．５％であった。結果を表１に示す。

＜実施例３＞
図９（ｂ）に示すように、幅（全体）９５ｍｍ×奥行５０ｍｍの逆Ｖ字型の傾斜板（図９（ｂ）の角度β：９０°）を用いた以外は、実施例１と同様に実施した。捕集率は９９．０％であった。結果を表１に示す。

＜実施例４＞
図９（ｃ）に示すように、傾斜板を筒状部材の軸方向に対して４５°（図９（ｃ）の角度α）の角度をもって斜めに設置した以外は、実施例１と同様に実施した。捕集率は９８．５％であった。結果を表１に示す。

＜実施例５＞
図９（ｄ）に示すように、傾斜板を筒状部材の軸方向に対して４５°（図９（ｄ）の角度α）の角度をもって斜めに設置し、かつ傾斜板の先端に高さ５ｍｍの返しを設けた以外は、実施例１と同様に実施した。捕集率は９９．５％であった。結果を表１に示す。

＜比較例１＞
分離装置として、図１０に示す構造を有する上流式沈降分離装置を用いた以外は、実施例１と同様に実施した。なお、この分離装置６０を用いた場合、移送ライン６１から供給されたスラリー中の固体成分は、分離装置６０内で沈降して排出ライン６３から排出されるとともに、固体成分が分離された上澄み液が取出ライン６２から取り出される。捕集率は８０．０％であった。結果を表１に示す。

１ 供給ライン
１０ 反応容器
１１ 移送ライン
２０ 分離装置
２１ 取出ライン
２２ 循環ライン
２５ 充填層
３０ 分離ユニット
３１ 筒状部材
３２ 傾斜板
３３ ろ過フィルター
３４ ろ過フィルター
３５ 連通口
３６ 取出口
５１ 反応液
５２ 気体成分
５３ 反応液スラリー
５４ 液体成分
５５ 固体成分
５６ 高濃度スラリー
５７ 返し
６０ 分離装置
６１ 移送ライン
６２ 取出ライン
６３ 排出ライン

Claims (12)

1. 内容物を取り出す取出口を有する筒状部材と、上下方向に間隔をおいて前記筒状部材の外周面に接合されている複数の傾斜板を具備し、
   前記筒状部材の外周面には、前記複数の傾斜板のうち上下方向に隣接する傾斜板で挟まれた空間と前記筒状部材の内部とを連通する連通口が設けられており、
   液体成分および固体成分を含む混合物が、前記複数の傾斜板のうち上下方向に隣接する傾斜板で挟まれた空間を通って前記筒状部材の内部に向けて移動する過程で、前記混合物中の前記固体成分が分離されて、前記混合物中の前記液体成分の少なくとも一部を前記取出口から取り出すことができることを特徴とする分離ユニット。
2. 前記筒状部材の外周面が、円筒形状または多角筒形状をなしている請求項１に記載の分離ユニット。
3. 前記筒状部材の外周面が、円筒形状をなしており、
   前記傾斜板の表面が、前記筒状部材と同一の中心軸を有する円錐の頂点を含む部分を、前記筒状部材の外周面と前記円錐の側面との交差面で切り取った切頭円錐の側面形状をなしている請求項２に記載の分離ユニット。
4. 前記筒状部材の外周面が、多角筒形状をなしており、
   前記傾斜板の表面が、前記筒状部材と同一の中心軸を有する多角錐の頂点を含む部分を、前記筒状部材の外周面と前記多角錐の側面との交差面で切り取った切頭多角錐の側面形状をなしている請求項２に記載の分離ユニット。
5. 前記筒状部材の外周面が、多角筒形状をなしており、
   前記傾斜板の表面が、正方形または長方形の形状であって、その一辺Ｒ₁が、前記筒状部材の断面における多角形を構成する辺の少なくとも一部と共通している請求項２に記載の分離ユニット。
6. 複数の傾斜板間における前記辺Ｒ₁に垂直な辺Ｒ₂を接合する側板を有する請求項５に記載の分離ユニット。
7. 前記筒状部材の内部に、ろ過フィルターが配置されている請求項１〜６のいずれかに記載の分離ユニット。
8. 前記傾斜板が、分離された前記固体成分を堰き止めるための返しを有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の分離ユニット。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の分離ユニットを具備し、
   液体成分および固体成分を含む混合物を供給することで、前記混合物中の前記固体成分が分離されて、前記混合物中の前記液体成分の少なくとも一部を前記取出口から取り出すことができることを特徴とする分離装置。
10. 前記混合物中の気体成分をあらかじめ除去する充填層を具備する請求項９に記載の分離装置。
11. 請求項９または１０に記載の分離装置に、液体成分および固体成分を含む混合物を供給することで、前記混合物中の前記固体成分を分離して、前記混合物中の前記液体成分の少なくとも一部を前記取出口から取り出すことを特徴とする分離方法。
12. 触媒の存在下、オレフィンまたはα，β−不飽和アルデヒドを液相中で酸化してα，β−不飽和カルボン酸を製造する方法であって、
    前記触媒および前記オレフィンまたはα，β−不飽和アルデヒドを反応容器内に投入する工程と、
    前記反応容器内の反応液中に酸素含有ガスを供して、前記オレフィンまたはα，β−不飽和アルデヒドを酸化する工程と、
    前記反応液を、請求項９または１０に記載の分離装置内に投入する工程と
    前記反応液中の固体成分が分離された、前記α，β−不飽和カルボン酸を含む液体成分の少なくとも一部を前記取出口から取り出す工程と
    を有することを特徴とするα，β−不飽和カルボン酸の製造方法。

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