JP2012520347A - 高純度のアクリル酸生産のための分離壁型蒸留塔及びこれを利用した分別蒸留方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、高純度のアクリル酸生産のための分離壁型蒸留塔及びこれを利用した分別蒸留方法に関する。さらに詳細には、凝縮器、再沸器、及び分離壁が設けられた主塔を含む分離壁型蒸留塔において、前記主塔は、塔頂区域、上部供給区域、上部流出区域、下部供給区域、下部流出区域及び塔底区域に区分され、クルドアクリル酸原料（Ｆ）が前記上部供給区域及び前記下部供給区域が当接する供給中間段ＮＲ１に流入され、低沸点成分Ｄは、前記塔頂区域で流出され、高沸点成分Ｂは、前記塔底区域で流出され、中間沸点成分Ｓは、前記上部流出区域及び前記下部流出区域が当接する流出中間段ＮＲ２に流出され、前記中間沸点成分は、アクリル酸であることを特徴とする分離壁型蒸留塔及びこれを利用したアクリル酸分別蒸留方法に関する。本発明の分離壁型蒸留塔は、１基の蒸留塔で２基の蒸留塔の効果を有するので、高純度のアクリル酸を生産するにあたって、従来の工程装置に比べてエネルギー節減効果はもちろん、装置の設備費も低減することができるという効果がある。

Description

本発明は、高純度のアクリル酸生産のための分離壁型蒸留塔及びこれを利用した分別蒸留方法に関する。

原油（Crude Oil）などのような各種原料物質は、通常、様々な化学物質の混合物である場合が多いため、それ自体で産業に用いられることは珍しく、各々の化合物に分離した後に使用されることが普通である。混合物を分離する化学工程のうち代表的なものが蒸留工程である。

通常、蒸留工程は、高沸点成分と低沸点成分を分離するので、分離しようとする混合物の成分個数（ｎ）より１つ少ない個数（ｎ−１）の蒸留塔を使用する。すなわち、従来の蒸留産業現場で、３成分混合物の分離のための工程は、大部分、連続２基の蒸留塔構造を使用している。

３成分混合物の分離のための従来の蒸留工程は、図１に示されている。

従来の工程は、第１塔１１で最も低沸点成分Ｄを分離し、第２塔２１で中間沸点成分Ｓと高沸点成分Ｂを分離する２塔方式である。

従来の２基カラム蒸留方式で、一番目のカラム内のアクリル酸の組成プロファイル(profile)は、図２の通りである。図２に示されたように、一番目のカラムの下部領域で中間沸点成分Ｓの再混合現象が発生することが一般的である。

前述した従来の工程は、製品生産物の組成は、容易に制御することができるが、一番目の蒸留塔内で中間沸点成分の再混合過程が生ずるようになる。これは、蒸留塔での熱力学的効率を低下させる主要な要因となり、エネルギーを不要に追加に消費する結果をもたらす。

このような問題点を改善するために、新しい蒸留構造に対する様々な研究が進行されてきた。熱統合構造によって分離効率を向上させようとする代表的な例として、図３のようなＰｅｔｌｙｕｋ蒸留塔構造を挙げることができる。Ｐｅｔｌｙｕｋ蒸留塔は、予備分離機１２と主分離機２２を熱的に統合された構造で配列することによって、低沸点成分と高沸点成分を１次的に予備分離機で分離した後、予備分離機の塔頂部分と塔底部分が主分離機の供給段に各々流入され、主分離機で低沸点、中間沸点、高沸点成分を各々分離するようになる。このような構造は、Ｐｅｔｌｙｕｋ蒸留塔内の蒸留曲線が平衡蒸留曲線と類似していて、エネルギー効率を高くする。しかし、工程の設計及び運転が容易ではなく、特に、塔内の圧力均衡を合わせにくいという問題点が存在する。

このようなＰｅｔｌｙｕｋ蒸留塔が有する制限点を改善するために、分離壁型蒸留塔（ＤＷＣ：Dividing Wall Column）が提案された。分離壁型蒸留塔は、熱力学的観点からＰｅｔｌｙｕｋ蒸留塔と類似しているが、構造的な観点から、塔内に分離壁を設置することによって、Ｐｅｔｌｙｕｋ蒸留塔の予備分離機を主分離機の内部に統合させた形態である。このような構造は、Ｐｅｔｌｙｕｋ蒸留塔の予備分離機と主分離機との間の圧力均衡の困難とこれによる運転上の困難を自然に解消することによって、運転が容易になり、また、２基の蒸留塔が１つに統合され、投資費用も大幅に節減されることができるという大きい長所を有するようになる。

アクリル酸蒸留と関連した従来技術として、下記特許文献１及び文献２を例示することができる。

特許文献１は、混合物から純粋（メタ）アクリル酸の蒸留分離方法を開示している。すなわち、薄膜蒸発器、凝縮器、及びバッフル手段を含み、薄膜蒸発器と凝縮器を連結する連結手段で構成される蒸留装置を使用して、（メタ）アクリル酸と（メタ）アクリル酸の二量体及びオリゴマーを含み、本質的にアルデヒド及び沸点が（メタ）アクリル酸の沸点より低い成分を含有しない混合物から純粋（メタ）アクリル酸を蒸留分離する方法に関する。

特許文献２は、蒸留による（メタ）アクリル単量体の精製方法を開示している。当該方法は、液相の安定化のために、１つ以上の、酸素導入が要求される重合抑制剤及び／または酸素の存在下に、さらに高い効果を示す抑制剤の存在下で蒸留し、（メタ）アクリル酸単量体を含有する液体から、（メタ）アクリル酸及びそのエステルから選択された（メタ）アクリル単量体を精製する方法において、前記蒸留がＮＯ_２気体の存在下に、０．０２〜３％の酸素／有機蒸気の割合（Ｗ／Ｗ）及び１ｘ１０^−６〜５ｘ１０^−３％（すなわち０．０１〜５０ＰＰＭ）のＮＯ_２／有機蒸気の割合（Ｗ／Ｗ）で行われることを特徴とする。

前記特許文献１及び特許文献２に提示された方法は、いずれも分離壁を含む蒸留塔に関するものではない点から、本発明と大きい差異がある。

ＫＲ１０−１９９６−００４７６０６ ＫＲ１０−２００２−７００６５８４

前述したような分離壁型蒸留塔の長所にもかかわらず、実際産業現場ではほとんど普及されていないことが実情である。その重要な理由の１つとして、Ｐｅｔｌｙｕｋ蒸留塔とは異なって、分離壁型蒸留塔は、設計が定められれば、内部循環フロー量を調節することができないという構造的特性に起因して、運転条件変動に対する柔軟性が低下するという点を挙げることができる。すなわち、蒸留塔の初期設計段階で正確なシミュレーションと構造決定が必要であるという問題点がある。

現在、分離壁型蒸留塔の構造及び制御について様々な研究がなされているが、分離壁型蒸留塔で供給段の位置、分離壁区間設定、中間沸点物質の生産段位置、全体段数、蒸留温度及び蒸留圧力などの蒸留塔の設計構造及び運転条件に対する内容は、非常に制限されている状況である。

特に、分別蒸留しようとする対象化合物の性質によって蒸留塔の段数、供給段の位置などの設計構造及び蒸留温度、圧力などの運転条件が特別に変更されなければならないので、分離壁型蒸留塔の使用を難しくしている。

したがって、本発明は、上記問題点を解決し、使用エネルギーを節減することができると共に、設備費も低減することができるように、アクリル酸精製に適するように設計された分離壁型蒸留塔及びその運転方法を提供しようとする。

本発明は、前述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、本発明による分離壁型蒸留塔は、凝縮器、再沸器、及び分離壁が設けられた主塔を含む分離壁型蒸留塔において、前記主塔は、塔頂区域、上部供給区域、上部流出区域、下部供給区域、下部流出区域及び塔底区域に区分され、クルドアクリル酸原料（Ｆ）が前記上部供給区域及び前記下部供給区域が当接する供給中間段ＮＲ１に流入され、低沸点成分Ｄは前記塔頂区域で流出され、高沸点成分Ｂは前記塔底区域で流出され、中間沸点成分Ｓは、前記上部流出区域及び前記下部流出区域が当接する流出中間段ＮＲ２に流出され、前記中間沸点成分はアクリル酸であることを特徴とする。

また、前記原料（Ｆ）は、アクリル酸含量が９０重量％以上であることを特徴とする分離壁型蒸留塔を提供する。

また、前記塔頂区域、前記上部供給区域、前記上部流出区域、前記下部供給区域、前記下部流出区域及び前記塔底区域に設けられる各々の段数は、蒸留曲線によって算出される理論段数の８０〜１５０％範囲以内であることを特徴とする分離壁型蒸留塔を提供する。

また、前記分離壁の長さは、前記上部供給区域及び前記下部供給区域の全体理論段数によってその長さが決定されることを特徴とする分離壁型蒸留塔を提供する。

また、前記分離壁の長さは、蒸留曲線によって算出される前記塔頂区域、前記上部供給区域、前記下部流出区域及び前記塔底区域の全体理論段数の３０〜８５％範囲以内であることを特徴とする分離壁型蒸留塔を提供する。

また、前記塔頂区域の温度は、４．６６６ｋＰａ圧力の下で５５〜６５℃範囲以内であることを特徴とする分離壁型蒸留塔を提供する。

また、前記塔底区域の温度は、４．６６６ｋＰａ圧力の下で９０〜１００℃範囲以内であることを特徴とする分離壁型蒸留塔を提供する。

また、前記上部流出区域及び前記下部流出区域が当接する位置に設けられ、中間沸点Ｓ成分が流出される前記流出中間段ＮＲ２の温度は、４．６６６ｋＰａ圧力の下で７３〜８３℃範囲以内であることを特徴とする分離壁型蒸留塔を提供する。

また、前記塔頂区域の温度は、圧力が４．６６６ｋＰａではない場合に、下記数式１による下限温度Ｔ_１ａ〜上限温度Ｔ_２ａ範囲以内であることを特徴とする分離壁型蒸留塔を提供する。

［数式１］
下限：Ｔ_１ａ＝２１．５０５２＊Ｐ^{０．２６２８}
上限：Ｔ_２ａ＝２９．３９２８＊Ｐ^{０．２２２２}
（ここで、Ｔ_１ａ及びＴ_２ａは、温度であって、単位は℃であり；Ｐは、圧力であって、単位はｋＰａである；１．３３３≦Ｐ≦１３．３３２、Ｐ≠４．６６６）

また、前記塔底区域の温度は、圧力が４．６６６ｋＰａではない場合に、下記数式２による下限温度Ｔ_１ｂ〜上限温度Ｔ_２ｂ範囲以内であることを特徴とする分離壁型蒸留塔を提供する。

［数式２］
下限：Ｔ_１ｂ＝５６．３０５３＊Ｐ^{０．１２９３}
上限：Ｔ_２ｂ＝６５．６０３５＊Ｐ^{０．１１６３}
（ここで、Ｔ_１ｂ及びＴ_２ｂは、温度であって、単位は℃であり；Ｐは、圧力であって、単位はｋＰａである；１．３３３≦Ｐ≦１３．３３２、Ｐ≠４．６６６）

また、前記上部流出区域及び前記下部流出区域が当接する位置に設けられ、中間沸点Ｓ成分が流出される前記流出中間段ＮＲ２の温度は、圧力が４．６６６ｋＰａではない場合に、下記数式３による下限温度Ｔ_１ｃ〜上限温度Ｔ_２ｃ範囲以内であることを特徴とする分離壁型蒸留塔を提供する。

［数式３］
下限：Ｔ_１ｃ＝４４．８８１４＊Ｐ^{０．１３７６}
上限：Ｔ_２ｃ＝５５．０９８３＊Ｐ^{０．１２１１}
（ここで、Ｔ_１ｃ及びＴ_２ｃは、温度であって、単位は℃であり；Ｐは、圧力であって、単位はｋＰａである；１．３３３≦Ｐ≦１３．３３２、Ｐ≠４．６６６）

また、上記のような分離壁型蒸留塔を利用してアクリル酸を生産することを特徴とするアクリル酸分別蒸留方法を提供する。

本発明の分離壁型蒸留塔は、１基の蒸留塔で２基の蒸留塔の効果を有するので、高純度のアクリル酸を生産するにあたって、従来の工程装置に比べてエネルギー節減効果はもちろん、装置の設備費も低減することができるという効果がある。

３成分混合物の分離のための従来の蒸留工程の概略図である。 従来の蒸留工程で一番目のカラム内の中間沸点成分（アクリル酸）組成プロファイルである。 Ｐｅｔｌｙｕｋ蒸留塔構造を示す概略図である。 本発明の分離壁型蒸留塔構造を示す概略図である。 比較例を示す概略図である。 本発明の実施例を示す概略図である。 本発明分離壁型蒸留塔の主塔内の組成プロファイルである。

以下、本発明について詳しく説明する。
本発明は、凝縮器、再沸器、及び分離壁が設けられた主塔を含む分離壁型蒸留塔において、前記主塔は、塔頂区域、上部供給区域、上部流出区域、下部供給区域、下部流出区域及び塔底区域に区分され、クルドアクリル酸原料（Ｆ）が前記上部供給区域及び前記下部供給区域が当接する供給中間段ＮＲ１に流入され、低沸点成分Ｄは、前記塔頂区域で流出され、高沸点成分Ｂは、前記塔底区域で流出され、中間沸点成分Ｓは、前記上部流出区域及び前記下部流出区域が当接する流出中間段ＮＲ２に流出され、前記中間沸点成分は、アクリル酸であることを特徴とする。

本発明の分離壁型蒸留塔の構造を図４に示した。

本発明の蒸留塔は、凝縮器３１及び再沸器４１を含む。

前記凝縮器は、ガス状態の混合物の気化熱を奪って凝縮させる装置であって、従来の化学工学装置に使用される凝縮器を非制限的に使用することができる。

前記再沸器は、液体状態の混合物に気化熱を提供して気化させる装置であって、従来の化学工学装置に使用される再沸器を非制限的に使用することができる。

前記主塔１は、大きく、６部分の区域に区切られることができる。

前記塔頂区域１００は、分離壁がない主塔の上部領域を言う。

前記上部供給区域２００は、分離壁によって一面が区切られる領域であり、流入物（原料）フローより上部に位置するサブ領域である。

前記上部流出区域３００は、分離壁によって一面が区切られる領域であり、流出物フローより上部に位置するサブ領域である。

前記下部供給区域４００は、分離壁によって一面が区切られる領域であり、流入物フローより下部に位置するサブ領域である。

前記下部流出区域５００は、分離壁によって一面が区切られる領域であり、流出物フローより下部に位置するサブ領域である。

前記塔底区域６００は、分離壁がない主塔の下部領域を言う。

前記主塔は、少なくとも１個の流入点及び少なくとも３個の流出点を有する。

クルドアクリル酸（crude acrylic acid）原料（Ｆ）が前記上部供給区域及び前記下部供給区域が当接する供給中間段ＮＲ１に流入され、低沸点成分Ｄは、前記塔頂区域で流出され、高沸点成分Ｂは、前記塔底区域で流出され、中間沸点成分Ｓは、前記上部流出区域及び前記下部流出区域が当接する流出中間段ＮＲ２に流出される。この際、中間沸点成分Ｓは、アクリル酸である。

ここで、「クルドアクリル酸原料」というのは、主成分がアクリル酸である混合物であって、当該蒸留工程の目的物蒸留対象物を言い、前記「主成分」は、混合物各々の個別成分のうち最も多く含まれた成分を言う。高純度のアクリル酸を得るためには、前記クルドアクリル酸原料のアクリル酸含量が高いほど好ましく、９９重量％以上の高純度のアクリル酸を得るためには、アクリル酸含量が少なくとも９０重量％以上であることが好ましい。

本発明において、前記「中間沸点成分Ｓは、アクリル酸であること」というのは、アクリル酸１００％を意味するものではなく、実質的にアクリル酸であることを言う。「実質的にアクリル酸であること」というのは、その混合物自体を実質的に（substantially）アクリル酸として見なすことができるという意味であって、具体的には、アクリル酸を主成分とし、供給原料に比べてアクリル酸含量がさらに高いことを言う。

分離壁型蒸留工程が従来の連続２基の蒸留工程よりエネルギーが少なく所要される理由は、構造的差異として解釈することができる。分離壁型蒸留塔では、分離壁によって分けられた空間が予備分離機の役目をするので、高沸点成分と低沸点成分の分離によって液体組成が平衡蒸留曲線とほぼ一致するようになり、再混合（remixing）効果が抑制されるようになり、分離のための熱力学的効率が良好になる。

前記上部供給区域及び下部供給区域は、従来工程の予備分離機と類似の役目をする（すなわち、上部供給区域及び下部供給区域を総称して予備分離領域と言える）。予備分離領域に流入される３成分は、低沸点成分と高沸点成分とに分離される。前記予備分離領域で分離された低沸点成分と高沸点成分の一部は、塔頂区域及び塔底区域に流入され、一部は、さらに上部流出区域及び下部流出区域に流入されて再蒸留される。

前記上部流出区域及び下部流出区域は、従来工程の主分離機の役目をする（すなわち、上部流出区域及び下部流出区域を総称して主分離領域と言える）。前記主分離領域の分離壁の上部部分では、主に低沸点成分と中間沸点成分とに分離され、下部部分では、主に中間沸点成分と高沸点成分が分離される。

低沸点成分は、主塔の塔頂区域と凝縮器を通過した後、一部は、低沸点製品Ｄとして生産され、その残りは、液相流量ＬＤとしてさらに主塔の塔頂区域に還流される。高沸点成分は、主塔の塔底区域と再沸器を通過した後、一部は、高沸点製品Ｂとして生産され、その残りは、気相流量ＶＢとしてさらに主塔の塔底区域に還流される。

分離壁がある熱複合蒸留塔システムの設計は、従来の熱複合型蒸留塔の設計を基礎にして最小段の塔設計に基礎を置いている。蒸留塔の効率は、塔内の蒸留段の液体組成分布が平衡蒸留曲線と類似している時に最大となるので、まず、転換類操作で蒸留塔が運転されると仮定して、最小段の蒸留システムを設計した。すなわち、原料供給段での液体組成と原料の組成が同一であると仮定して、上部供給区域及び下部供給区域を設計し、上部流出区域及び下部流出区域は、中間沸点製品の濃度を始まりに、階段式平衡組成設計法によって塔中間から上部に塔内の液体組成を計算し、さらに主分離器の役目をする下部流出区域を中間沸点製品の濃度を始まりに、塔中間から塔底に平衡組成計算法によって階段式で塔内の液体組成を順次計算した。このように得られた液体組成の分布から原料供給段と製品の組成を有する段の数をカウントすれば、予備分離器の役目をする上部供給区域及び下部供給区域、及び主分離器の役目をする上部流出区域及び下部流出区域の段数を各々把握することができる。ここで得られた塔の段数は、理論段数であって、理想的な段数なので、実際塔において段数は、通常の設計基準によって理論段数の８０〜１５０％にすることが好ましい。前記算出された理論段数の８０％未満の場合、予備分離領域で低沸点と高沸点成分の分離がよく行われないことができ、１５０％超過の場合、最小還流比領域なので、エネルギー節減効果がこれ以上増加せず、投資額が増加するので好ましくない。

また、前記主塔の内部に設置される分離壁の長さは、固定された値ではなく、処理対象である原料の種類と成分によって流動的に変わるものである。好ましくは、前記上部供給区域及び下部供給区域の蒸留曲線によって算出された全体理論段数によってその長さを決定する。

このような分離壁型蒸留塔で最適の分離壁区間を設計する時、予備分離領域と主分離領域との液体組成に対する平衡蒸留曲線方法などで分離壁区間を定め、理論段数及び還流量などを求める方法は、多様であるが、本発明では、Ｆｅｎｓｋｅ−Ｕｎｄｅｒｗｏｏｄ式を利用して理論段数を求めた（Ｆｅｎｓｋｅ−Ｕｎｄｅｒｗｏｏｄ式は、当該技術分野における通常の知識を有する者に広く知られた式である）。

前記分離壁の長さは、蒸留曲線によって算出される前記塔頂区域、前記上部供給区域、前記下部流出区域及び前記塔底区域全体の理論段数の３０〜８５％範囲以内であることが好ましい。３０％未満の場合、予備分離領域で低沸点成分の一部が下部に垂れて、主分離器の製品に含まれるおそれがあり、８５％超過の場合、カラム内部で低沸点／中間沸点成分の液相／気相及び中間沸点／高沸点成分の液相／気相の円滑な平衡フローを維持しにくいため、カラム製作上、問題があり得る。

前記主塔の塔頂区域の温度は、４．６６６ｋＰａ圧力の下で５５〜６５℃範囲以内であることが好ましい。５５℃未満の場合には、低沸点成分（Ｌｉｇｈｔ）が予備分離領域下部に垂れることができ、製品純度に影響を及ぼし、６５℃を超過する場合、高沸点成分（Ｈｅａｖｉｅｓ）が予備分離領域上部に上がって、製品純度に影響を及ぼす恐れがある。

前記主塔の塔底区域の温度は４．６６６ｋＰａ圧力の下で９０〜１００℃範囲以内であることが好ましい。９０℃未満の場合には、製品である中間沸点成分（アクリル酸）が下部に落ちて、製品生産量が減少し、１００℃を超過する場合、高沸点成分が製品である中間沸点成分（アクリル酸）と一緒に側流に流出されるおそれがある。

前記上部流出区域及び前記下部流出区域が当接する位置に設けられ、中間沸点Ｓ成分が流出される前記流出中間段ＮＲ２の温度は、４．６６６ｋＰａ圧力の下で７３〜８３℃範囲以内であることが好ましい。７３℃未満の場合には、低沸点成分の除去が容易ではなく、８３℃を超過する場合、高沸点成分の除去が容易ではないため、製品純度に大きい影響を及ぼすことができる。

前記塔頂区域、塔底区域及び主塔の流出中間段ＮＲ２の温度範囲は、４．６６６ｋＰａ（若干減圧状態）を基準にしたものであり、蒸留塔を前記圧力に比べて減圧または加圧運転する場合、前記温度範囲は変わることができる。一般的に、圧力が上昇するほど上限温度及び下限温度も上昇する傾向がある。

特に、前記圧力ではない場合に、前記塔頂区域の温度は、下記数式１を使用して算出された上限及び下限の温度範囲を使用することができる。

［数式１］
下限：Ｔ_１ａ＝２１．５０５２＊Ｐ^{０．２６２８}
上限：Ｔ_２ａ＝２９．３９２８＊Ｐ^{０．２２２２}
（ここで、Ｔ_１ａ及びＴ_２ａは、温度であって、単位は℃であり；Ｐは、圧力であって、単位はｋＰａである；１．３３３≦Ｐ≦１３．３３２、Ｐ≠４．６６６）

また、前記塔底区域が前記圧力ではない場合に、前記塔底区域の温度は、下記数式２を使用して算出された上限及び下限の温度範囲を使用することができる。

［数式２］
下限：Ｔ_１ｂ＝５６．３０５３＊Ｐ^{０．１２９３}
上限：Ｔ_２ｂ＝６５．６０３５＊Ｐ^{０．１１６３}
（ここで、Ｔ_１ｂ及びＴ_２ｂは、温度であって、単位は℃であり；Ｐは、圧力であって、単位はｋＰａである；１．３３３≦Ｐ≦１３．３３２、Ｐ≠４．６６６）

また、前記流出中間段ＮＲ２が前記圧力ではない場合に、前記流出中間段ＮＲ２の温度は、下記数式３を使用して算出された上限及び下限の温度範囲を使用することができる。

［数式３］
下限：Ｔ_１ｃ＝４４．８８１４＊Ｐ^{０．１３７６}
上限：Ｔ_２ｃ＝５５．０９８３＊Ｐ^{０．１２１１}
（ここで、Ｔ_１ｃ及びＴ_２ｃは、温度であって、単位は℃であり；Ｐは、圧力であって、単位はｋＰａである；１．３３３≦Ｐ≦１３．３３２、Ｐ≠４．６６６）

前述したような、圧力による塔頂区域、塔底区域及び流出中間段の温度を反映した本発明の分離壁型蒸留塔の運転条件を例示すれば、下記の通りである。

圧力＝４．６６６ｋＰａ 下限 上限
塔頂区域温度（℃） ５５ ６５
塔底区域温度（℃） ９０ １００
流出中間段温度（℃） ７３ ８３

圧力＝３．３３３ｋＰａ 下限 上限
塔頂区域温度（℃） ５０ ６０
塔底区域温度（℃） ８５ ９５
流出中間段温度（℃） ７０ ８０

圧力＝６．６６６ｋＰａ 下限 上限
塔頂区域温度（℃） ６０ ７０
塔底区域温度（℃） ９３ １０３
流出中間段温度（℃） ７７ ８７

上記のように、本発明による分離壁がある熱複合蒸留塔は、３成分以上の混合物に対する蒸留システムの塔効率改善を目的とし、この蒸留塔は、主塔内に分離壁を設置し、高効率の平衡蒸留の蒸留システムと類似の液組成分布を有する予備分離機及び主分離機の機能をする空間が形成されるようにして、２基の蒸留塔で構成されているものと同様の効果を有する。

一方、本発明は、前述した分離壁型蒸留塔を利用してアクリル酸を生産することを特徴とするアクリル酸分別蒸留方法に関する。

以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。本発明の実施例は、発明の詳細な説明のためのものに過ぎず、これによって権利範囲を制限しようとするものではない。

（実施例）
本発明で提案したシステムの性能を検証するためにＤＷＣを設計製作して運転を実施した。実際運転を通じて要求する製品の組成が得られることを確認した。比較例としては、従来の分離壁無しの２基の蒸留塔を使用し、実施例としては、分離壁がある１基の蒸留塔を使用した。原料のうちアクリル酸の含量は、比較例と実施例においていずれも９２．７重量％にした。

図５及び図６では、比較例及び実施例を各々示した。図５及び図６の番号１〜７は、実施例及び比較例各々の図面に示された個別ストリーム（stream）を示す識別番号である。

図７には、本発明のＤＷＣ内の組成プロファイルを示す。

実施例及び比較例は、表１のような理論段数を有し、実施例において分離壁の長さは、塔頂区域、上部供給区域、下部流出区域及び塔底区域の全体理論段数の８４％に該当する理論段数２１段にした。

実験結果は、下記表２及び表３の通りである。

前記実施例から分かるように、再混合現象除去及び分離効率増加によって高純度のアクリル酸を効率的に得ることができた。製品純度増加によるアクリル酸の追加的な整流リサイクル段階を低減することができ、生産性向上が可能である。投資額の観点からも、従来の蒸留塔（２基のカラム、４基の熱交換機）に比べてＤＷＣ（１基のカラム、２基の熱交換機）が非常に低価である。

エネルギー節減率は、従来に比べて約３７．２％と大きく節減された。

１ 主塔
１１ 第１塔
２１ 第２塔
１２ 予備分離機
２２ 主分離機
３１ 凝縮器
４１ 再沸器
５１ 分離壁
１００ 塔頂区域
２００ 上部供給区域
３００ 上部流出区域
４００ 下部供給区域
５００ 下部流出区域
６００ 塔底区域
ＮＲ１ 供給中間段
ＮＲ２ 流出中間段
Ｆ 原料フィード
Ｂ 高沸点成分
Ｄ 低沸点成分
Ｓ 中間沸点成分
ＡＡ アクリル酸
ＬＤ 還流される液相流量
ＶＢ 還流される気相流量

Claims (12)

1. 凝縮器、再沸器、及び分離壁が設けられた主塔を含む分離壁型蒸留塔において、
   前記主塔は、塔頂区域、上部供給区域、上部流出区域、下部供給区域、下部流出区域及び塔底区域に区分され、
   クルドアクリル酸原料が前記上部供給区域及び前記下部供給区域が当接する供給中間段に流入され、低沸点成分は、前記塔頂区域で流出され、高沸点成分は、前記塔底区域で流出され、中間沸点成分は、前記上部流出区域及び前記下部流出区域が当接する流出中間段に流出され、
   前記中間沸点成分は、アクリル酸であることを特徴とする分離壁型蒸留塔。
2. 前記原料は、アクリル酸含量が９０重量％以上であることを特徴とする請求項１に記載の分離壁型蒸留塔。
3. 前記塔頂区域、前記上部供給区域、前記上部流出区域、前記下部供給区域、前記下部流出区域及び前記塔底区域に設けられる各々の段数は、蒸留曲線によって算出される理論段数の８０〜１５０％範囲以内であることを特徴とする請求項１に記載の分離壁型蒸留塔。
4. 前記分離壁の長さは、前記上部供給区域及び前記下部供給区域の全体理論段数によってその長さが決定されることを特徴とする請求項１に記載の分離壁型蒸留塔。
5. 前記分離壁の長さは、蒸留曲線によって算出される前記塔頂区域、前記上部供給区域、前記下部流出区域及び前記塔底区域の全体理論段数の３０〜８５％範囲以内であることを特徴とする請求項１に記載の分離壁型蒸留塔。
6. 前記塔頂区域の温度は、４．６６６ｋＰａ圧力の下で５５〜６５℃範囲以内であることを特徴とする請求項１に記載の分離壁型蒸留塔。
7. 前記塔底区域の温度は、４．６６６ｋＰａ圧力の下で９０〜１００℃範囲以内であることを特徴とする請求項１に記載の分離壁型蒸留塔。
8. 前記上部流出区域及び前記下部流出区域が当接する位置に設けられ、中間沸点成分が流出される前記流出中間段の温度は、４．６６６ｋＰａ圧力の下で７３〜８３℃範囲以内であることを特徴とする請求項１に記載の分離壁型蒸留塔。
9. 前記塔頂区域の温度は、圧力が４．６６６ｋＰａではない場合に、下記数式１による下限温度Ｔ_１ａ〜上限温度Ｔ_２ａ範囲以内であることを特徴とする請求項１に記載の分離壁型蒸留塔。
   ［数式１］
   下限：Ｔ_１ａ＝２１．５０５２＊Ｐ^{０．２６２８}
   上限：Ｔ_２ａ＝２９．３９２８＊Ｐ^{０．２２２２}
   （ここで、Ｔ_１ａ及びＴ_２ａは、温度であって、単位は℃であり；Ｐは、圧力であって、単位は、ｋＰａである；１．３３３≦Ｐ≦１３．３３２、Ｐ≠４．６６６）
10. 前記塔底区域の温度は、圧力が４．６６６ｋＰａではない場合に、下記数式２による下限温度Ｔ_１ｂ〜上限温度Ｔ_２ｂ範囲以内であることを特徴とする請求項１に記載の分離壁型蒸留塔。
    ［数式２］
    下限：Ｔ_１ｂ＝５６．３０５３＊Ｐ^{０．１２９３}
    上限：Ｔ_２ｂ＝６５．６０３５＊Ｐ^{０．１１６３}
    （ここで、Ｔ_１ｂ及びＴ_２ｂは、温度であって、単位は℃であり；Ｐは、圧力であって、単位はｋＰａである；１．３３３≦Ｐ≦１３．３３２、Ｐ≠４．６６６）
11. 前記上部流出区域及び前記下部流出区域が当接する位置に設けられ、中間沸点成分が流出される前記流出中間段の温度は、圧力が４．６６６ｋＰａではない場合に、下記数式３による下限温度Ｔ_１ｃ〜上限温度Ｔ_２ｃ範囲以内であることを特徴とする請求項１に記載の分離壁型蒸留塔。
    ［数式３］
    下限：Ｔ_１ｃ＝４４．８８１４＊Ｐ^{０．１３７６}
    上限：Ｔ_２ｃ＝５５．０９８３＊Ｐ^{０．１２１１}
    （ここで、Ｔ_１ｃ及びＴ_２ｃは、温度であって、単位は℃であり；Ｐは、圧力であって、単位はｋＰａである；１．３３３≦Ｐ≦１３．３３２、Ｐ≠４．６６６）
12. 請求項１〜１１のいずれかに記載の分離壁型蒸留塔を利用してアクリル酸を生産することを特徴とするアクリル酸分別蒸留方法。