JP2014148540A

JP2014148540A - 晶析装置および晶析物除去方法

Info

Publication number: JP2014148540A
Application number: JP2014099515A
Authority: JP
Inventors: Tomoki Fukui; 友基福井; Daisuke Tomikawa; 大輔富川; Tomomichi Hino; 智道日野; Toru Kuroda; 徹黒田; Takehiro Marumoto; 武弘丸本; Nobuo Momotomi; 宣生百冨
Original assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 2014-05-13
Filing date: 2014-05-13
Publication date: 2014-08-21

Abstract

【課題】晶析槽の冷却面に付着した晶析物を容易に除去できる晶析装置および晶析物除去方法を提供する。
【解決手段】メタクリル酸を含む液（Ａ）を冷却してメタクリル酸の晶析物を含む液（Ｂ）を得る晶析装置であって、冷却面を有する晶析槽１２と、晶析槽１２の冷却面を熱媒体により冷却する冷却手段１４と、熱媒体を冷却する熱媒体冷却手段２２と、熱媒体を加熱する熱媒体加熱手段２４と、熱媒体冷却手段２２で冷却された熱媒体を貯留する冷却用熱媒体貯留槽２０と、熱媒体加熱手段２４で加熱された熱媒体を貯留する加熱用熱媒体貯留槽２６とを具備する晶析装置１０；および、熱媒体加熱手段２４であらかじめ加熱された熱媒体が貯留された加熱用熱媒体貯留槽２６から熱媒体を冷却手段１４に供給することによって晶析槽１２の冷却面に付着した晶析物を融解させる晶析物除去方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、晶析装置および晶析物除去方法に関する。

メタクリル酸の精製を目的に、晶析装置の晶析槽の内部でメタクリル酸溶液を冷却してメタクリル酸を晶析させ、メタクリル酸の結晶を含むスラリーを得ることが行われる（特許文献１）。そして、晶析槽およびその内部の冷却には、晶析槽の外周壁側に設けられたジャケットが用いられる。

しかし、冷却面となる晶析槽の内周壁側においてメタクリル酸が晶析しやすいため、晶析槽の内周壁にメタクリル酸の結晶が付着しやすい。晶析槽の内周壁にメタクリル酸の結晶が付着すると、冷却効率が低下するため、定期的に晶析槽の内周壁に付着したメタクリル酸の結晶を除去する必要がある。

晶析槽の内周壁に付着したメタクリル酸の結晶を除去する方法としては、外気温が高い場合にはジャケットでの冷却を停止し、周囲の環境温度で長時間掛けて融解させる方法；冬季など外気温が低い状況ではジャケットでの冷却を停止した後、ジャケットの外から蒸気を吹きかけて温度を上昇させて融解除去する方法；あるいは抜液後に残った結晶に直接蒸気を吹きかけて融解させる方法等がある。しかし、長時間が必要なことや、危険性が高いことが問題としてあり、生産性の低下にもつながっていた。

特許第３５５９５２３号公報

本発明は、晶析槽の冷却面に付着した晶析物を容易に除去できる晶析装置および晶析物除去方法を提供する。

本発明の晶析装置は、メタクリル酸を含む液（Ａ）を冷却してメタクリル酸の晶析物を含む液（Ｂ）を得る晶析装置であって、冷却面を有する晶析槽と、前記晶析槽の冷却面を熱媒体により冷却する冷却手段と、前記熱媒体を冷却する熱媒体冷却手段と、前記熱媒体を加熱する熱媒体加熱手段と、前記熱媒体冷却手段で冷却された熱媒体を貯留する冷却用熱媒体貯留槽と、前記熱媒体加熱手段で加熱された熱媒体を貯留する加熱用熱媒体貯留槽とを具備することを特徴とする。

本発明の晶析物除去方法は、本発明の晶析装置の晶析槽の冷却面に付着したメタクリル酸の晶析物を除去する方法であって、前記熱媒体冷却手段で−１０〜１０℃にあらかじめ冷却された熱媒体が貯留された前記冷却用熱媒体貯留槽から熱媒体を前記冷却手段に供給することによってメタクリル酸を含む液（Ａ）を冷却してメタクリル酸の晶析物を含む液（Ｂ）を得た後に、前記熱媒体加熱手段で２０〜５０℃にあらかじめ加熱された熱媒体が貯留された前記加熱用熱媒体貯留槽から熱媒体を前記冷却手段に供給することによって晶析槽の冷却面に付着したメタクリル酸の晶析物を融解させることを特徴とする。

本発明の晶析装置によれば、晶析槽の冷却面に付着した晶析物を容易に除去できる。
本発明の晶析物除去方法によれば、晶析槽の冷却面に付着した晶析物を容易に除去できる。

本発明の晶析装置の一例を示す構成図である。

（晶析装置）
図１は、本発明の晶析装置の一例を示す構成図である。原料を含む液（Ａ）を冷却して原料の晶析物を含む液（Ｂ）を得る晶析装置１０は、冷却面を有する晶析槽１２と；晶析槽１２の冷却面を熱媒体により冷却する冷却手段１４と；晶析槽１２の内部を撹拌する撹拌翼１６を有する撹拌機１８と；冷却された熱媒体を貯留する冷却用熱媒体貯留槽２０と；熱媒体を冷却する熱媒体冷却手段２２と；熱媒体を加熱する熱媒体加熱手段２４と；加熱された熱媒体を貯留する加熱用熱媒体貯留槽２６と；原料を含む液（Ａ）を晶析槽１２に供給する原料供給流路２８と；原料の晶析物を含む液（Ｂ）を、晶析槽１２から抜き出す抜出流路３０と；冷却手段１４から排出された熱媒体を再び冷却手段１４に返送する熱媒体循環流路３２と；熱媒体循環流路３２から分岐し、冷却用熱媒体貯留槽２０に熱媒体を回収する冷却用熱媒体回収流路３４と；冷却用熱媒体貯留槽２０の熱媒体を熱媒体冷却手段２２に移送する冷却用熱媒体移送流路３６と；熱媒体冷却手段２２で冷却された熱媒体を冷却用熱媒体貯留槽２０に返送する冷却用熱媒体循環流路３８と；熱媒体冷却手段２２で冷却された熱媒体を熱媒体循環流路３２の途中に供給する冷却用熱媒体供給流路４０と；冷却用熱媒体回収流路３４が分岐する位置よりも下流側、かつ冷却用熱媒体供給流路４０が合流する位置よりも上流側の熱媒体循環流路３２から分岐し、熱媒体加熱手段２４に熱媒体を回収する加熱用熱媒体回収流路４２と；熱媒体加熱手段２４で加熱された熱媒体を加熱用熱媒体貯留槽２６に移送する加熱用熱媒体移送流路４４と；加熱用熱媒体貯留槽２６の熱媒体を熱媒体加熱手段２４に返送する加熱用熱媒体循環流路４６と；加熱用熱媒体循環流路４６から分岐し、加熱された熱媒体を熱媒体循環流路３２の途中に供給する加熱用熱媒体供給流路４８と；原料供給流路２８の途中に設けられた原料供給弁５０と；抜出流路３０の途中に設けられた抜出弁５２と；加熱用熱媒体回収流路４２が分岐する位置よりも下流側、かつ冷却用熱媒体供給流路４０が合流する位置よりも上流側の熱媒体循環流路３２の途中に設けられた第１熱媒体循環弁５４と；冷却用熱媒体供給流路４０が合流する位置よりも下流側、かつ加熱用熱媒体供給流路４８が合流する位置よりも上流側の熱媒体循環流路３２の途中に設けられた第２熱媒体循環弁５６と；冷却用熱媒体循環流路３８の途中に設けられた冷却用熱媒体返送弁５８と；冷却用熱媒体供給流路４０の途中に設けられた冷却用熱媒体供給弁６０と；加熱用熱媒体回収流路４２の途中に設けられた加熱用熱媒体回収弁６２と；加熱用熱媒体循環流路４６の途中に設けられた加熱用熱媒体返送弁６４と；加熱用熱媒体供給流路４８の途中に設けられた加熱用熱媒体供給弁６６と；原料供給弁５０よりも上流側の原料供給流路２８の途中に設けられた原料供給ポンプ６８と；冷却用熱媒体供給流路４０が合流する位置よりも下流側、第２熱媒体循環弁５６よりも上流側の熱媒体循環流路３２の途中に設けられた熱媒体循環ポンプ７０と；冷却用熱媒体移送流路３６の途中に設けられた冷却用熱媒体ポンプ７２と；加熱用熱媒体循環流路４６の途中に設けられた加熱用熱媒体ポンプ７４と；前記各機器の運転、各弁の開閉等を制御する制御手段（図示略）とを具備する。

晶析槽１２としては、単槽型の晶析槽であってもよく、大小の２つの槽が同心円状に配置された二重槽型の晶析槽であってもよい。単槽型の場合は、内周壁が冷却面となる。二重槽型の場合は、外側の槽の内周壁および内側の槽の外周壁が冷却面となる。図示例の晶析槽１２は、単槽型である。
冷却手段１４としては、ジャケット、溶媒の蒸発潜熱を利用する手段等が挙げられる。図示例の冷却手段１４は、ジャケットである。
熱媒体冷却手段２２としては、蒸気圧縮冷凍機、ターボ式蒸気圧縮冷凍機、吸収式冷凍機、アンモニア吸収式冷凍機等が挙げられる。
熱媒体加熱手段２４としては、熱交換器、電気ヒーター等が挙げられる。図示例の熱媒体加熱手段２４は、熱交換器である。
各弁としては、電磁弁、電動弁、エアー駆動弁、手動弁等が挙げられる。

制御手段は、処理部（図示略）とインターフェイス部（図示略）と記憶部（図示略）とを具備する。
インターフェイス部は、前記各機器、各弁等と処理部との間を電気的に接続するものである。
処理部は、記憶部に記憶されたスケジュール、装置内に設けられた各種センサ（図示略）からの情報等に基づいて前記各機器の運転、各弁の開閉を制御するものである。

なお、該処理部は専用のハードウエアにより実現されるものであってもよく、また、該処理部はメモリおよび中央演算装置（ＣＰＵ）によって構成され、処理部の機能を実現するためのプログラムをメモリにロードして実行することによりその機能を実現させるものであってもよい。
また、制御手段には、周辺機器として、入力装置、表示装置等が接続されるものとする。ここで、入力装置とは、ディスプレイタッチパネル、スイッチパネル、キーボード等の入力デバイスのことをいい、表示装置とは、ＣＲＴ、液晶表示装置等のことをいう。

（晶析方法）
つぎに、晶析装置１０を用いた晶析方法について説明する。
晶析装置１０の運転開始前には、すべての弁を閉じた状態とする。なお、この説明は晶析装置の運転方法の一例であり、本発明を限定するものではない。
（ａ）冷却用熱媒体返送弁５８を開き、冷却用熱媒体ポンプ７２を駆動させて、冷却用熱媒体移送流路３６経由で冷却用熱媒体貯留槽２０の熱媒体を熱媒体冷却手段２２に移送し、かつ冷却用熱媒体循環流路３８経由で熱媒体冷却手段２２の熱媒体を冷却用熱媒体貯留槽２０に返送することにより、冷却用熱媒体貯留槽２０と熱媒体冷却手段２２との間で熱媒体を循環させ、熱媒体を所定の温度まであらかじめ冷却しておく。

（ｂ）加熱用熱媒体返送弁６４を開き、加熱用熱媒体ポンプ７４を駆動させて、加熱用熱媒体循環流路４６経由で加熱用熱媒体貯留槽２６の熱媒体を熱媒体加熱手段２４に返送し、かつ加熱用熱媒体移送流路４４経由で熱媒体加熱手段２４の熱媒体を加熱用熱媒体貯留槽２６に移送することにより、加熱用熱媒体貯留槽２６と熱媒体加熱手段２４との間で熱媒体を循環させ、熱媒体を所定の温度まであらかじめ加熱しておく。

（ｃ）第１熱媒体循環弁５４、第２熱媒体循環弁５６および冷却用熱媒体供給弁６０を開き、冷却用熱媒体返送弁５８を閉じ、熱媒体循環ポンプ７０を駆動させて、冷却用熱媒体移送流路３６、熱媒体冷却手段２２および冷却用熱媒体循環流路３８経由で冷却用熱媒体貯留槽２０の冷却された熱媒体を熱媒体循環流路３２の途中に供給し、かつ熱媒体循環流路３２経由で該熱媒体を冷却手段１４と熱媒体循環ポンプ７０との間で循環させる。熱媒体循環流路３２を流れる熱媒体の一部は、冷却用熱媒体回収流路３４経由で冷却用熱媒体貯留槽２０に回収される。

（ｄ）冷却された熱媒体が供給された冷却手段１４によって晶析槽１２の冷却面を所定の温度まで冷却した後、原料供給弁５０を開き、原料供給ポンプ６８を駆動させて、原料供給流路２８経由で原料を含む液（Ａ）を晶析槽１２に、１時間あたりの供給量が所定量となるように連続的に供給する。
晶析槽１２内で、原料を含む液（Ａ）を冷却して原料の晶析物を含む液（Ｂ）を得る。
抜出弁５２を所定のインターバルで開閉させ、抜出流路３０経由で原料の晶析物を含む液（Ｂ）を晶析槽１２から断続的に抜き出し、固液分離装置（図示略）等に移送する。

（ｅ）晶析槽１２の冷却面に晶析物が多く付着した際には、原料供給ポンプ６８を停止し、原料供給弁５０と抜出弁５２を閉じて、晶析槽１２の中に原料の晶析物を含む液（Ｂ）を留まらせる。

（ｆ）晶析槽１２からの原料の晶析物を含む液（Ｂ）を留まらせる操作が完了した後、熱媒体循環ポンプ７０を停止し、冷却用熱媒体返送弁５８を開き、第１熱媒体循環弁５４、第２熱媒体循環弁５６および冷却用熱媒体供給弁６０を閉じて、熱媒体循環流路３２への冷却された熱媒体の供給および冷却手段１４と熱媒体循環ポンプ７０との間での該熱媒体の循環を止め、該熱媒体を冷却用熱媒体貯留槽２０と熱媒体冷却手段２２との間で循環させる。

（ｇ）加熱用熱媒体回収弁６２および加熱用熱媒体供給弁６６を開き、加熱用熱媒体返送弁６４を閉じて、加熱用熱媒体供給流路４８および熱媒体循環流路３２の一部経由で加熱用熱媒体貯留槽２６の加熱された熱媒体を冷却手段１４に供給し、かつ熱媒体循環流路３２の一部、加熱用熱媒体回収流路４２、熱媒体加熱手段２４および加熱用熱媒体移送流路４４経由で該熱媒体を加熱用熱媒体貯留槽２６に回収することにより、加熱用熱媒体貯留槽２６と冷却手段１４との間で、加熱された熱媒体を循環させる。

（ｈ）加熱された熱媒体が供給された冷却手段１４によって晶析槽１２の冷却面を加熱し、晶析槽１２の冷却面に付着した晶析物を融解する。抜出流路３０経由で晶析槽１２から融解した晶析物を抜き出す。

（ｉ）晶析槽１２からの融解した晶析物の抜き出しが完了した後、加熱用熱媒体返送弁６４を開き、加熱用熱媒体回収弁６２および加熱用熱媒体供給弁６６を閉じて、加熱用熱媒体貯留槽２６と冷却手段１４との間での加熱された熱媒体の循環を止め、該熱媒体を加熱用熱媒体貯留槽２６と熱媒体加熱手段２４との間で循環させる。
以降、前記（ｃ）〜（ｉ）の手順を繰り返す。

原料を含む液（Ａ）の原料は、冷却によって晶析するものであれば特に限定はされない。該原料としては、アクリル系モノマー（アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル等）が好ましく、メタクリル酸がより好ましい。

原料を含む液（Ａ）としては、アクリル系モノマー溶液、またはアクリル系モノマーの結晶を含むスラリーが好ましく、メタクリル酸溶液、またはメタクリル酸の結晶を含むスラリーがより好ましい。必要に応じて被処理流体に結晶析出温度を調整するための成分を添加してもよい。例えば被処理流体として粗製（メタ）アクリル酸を用いる場合、第二成分として（メタ）アクリル酸と固溶体を形成しない極性有機物質を添加することにより、結晶析出温度を低下させることができる。極性有機物質の具体例としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等が挙げられる。該第二成分の添加量は１〜３５質量％の範囲内が好ましい。

原料の晶析物を含む液（Ｂ）としては、アクリル系モノマーの結晶を含むスラリーが好ましく、メタクリル酸の結晶を含むスラリーがより好ましい。原料の晶析物を含む液（Ｂ）が原料をも含む場合は、該原料の晶析物を含む液（Ｂ）は、原料を含む液（Ａ）として取り扱ってもよい。

熱媒体としては、エチレングリコール水溶液等が挙げられる。
熱媒体の冷却温度は、原料によって異なる。原料がメタクリル酸の場合の熱媒体の冷却温度は、−１０〜１０℃が好ましい。
熱媒体の加熱温度は、原料によって異なる。原料がメタクリル酸の場合の熱媒体の加熱温度は、２０〜５０℃が好ましく、３０〜４５℃がより好ましい。

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

〔実施例１〕
図１に示す晶析装置１０を用い、前記（ａ）〜（ｉ）の手順にて、粗メタクリル酸の精製を行った。
熱媒体としては、４０質量％のエチレングリコール水溶液を用いた。
冷却用熱媒体貯留槽２０と熱媒体冷却手段２２との間で循環する熱媒体の冷却温度は−１０〜３℃に調整した。
また、加熱用熱媒体貯留槽２６と熱媒体加熱手段２４との間で循環する熱媒体の加熱温度は３８〜４２℃に調整した。

粗メタクリル酸としては、メタクロレインを分子状酸素で接触気相酸化して得られた液体を蒸留して得られたものを用いた。
粗メタクリル酸にメタノールを加え、メタノール濃度が５質量％のメタクリル酸溶液を調製した。

メタクリル酸溶液を第１の晶析槽１２に１９００ｋｇ／時間で連続的に供給し、メタクリル酸溶液を冷却してメタクリル酸を晶析させ、メタクリル酸の結晶を含むスラリーを得た。

メタクリル酸の晶析を行っている間、制御手段により抜出弁５２を開閉させ、抜出流路３０経由でメタクリル酸の結晶を含むスラリーを晶析槽１２から１９００ｋｇ／時間で断続的に抜き出した。

１０００時間連続して粗メタクリル酸の精製を行ったところ、晶析槽１２の冷却面にメタクリル酸の結晶が多く付着していた。

そこで、前記（ｅ）〜（ｉ）の手順にて、冷却手段１４に加熱された熱媒体を供給し、晶析槽１２の冷却面に付着した晶析物を融解させ、晶析槽１２の冷却面に付着した晶析物を除去し、抜出流路３０経由で晶析槽１２から融解した晶析物を抜き出した。
冷却手段１４への加熱された熱媒体の供給開始から、晶析槽１２からの融解した晶析物の抜き出し完了までの時間は、３時間であった。

〔比較例１〕
実施例１と同様にして１０００時間連続して粗メタクリル酸の精製を行ったところ、晶析槽１２の冷却面にメタクリル酸の結晶が多く付着していた。
晶析槽１２の冷却面に付着した晶析物を冷却ジャケットへの冷媒の供給を停止し、外気温２５℃で攪拌を続けることで除去したところ、除去開始から除去完了までの時間は、５０時間であった。

本発明の晶析装置および晶析物除去方法は、メタクリル酸の精製に特に有用である。

１０晶析装置
１２晶析槽
１４冷却手段
２０冷却用熱媒体貯留槽
２２熱媒体冷却手段
２４熱媒体加熱手段
２６加熱用熱媒体貯留槽

Claims

メタクリル酸を含む液（Ａ）を冷却してメタクリル酸の晶析物を含む液（Ｂ）を得る晶析装置であって、
冷却面を有する晶析槽と、
前記晶析槽の冷却面を熱媒体により冷却する冷却手段と、
前記熱媒体を冷却する熱媒体冷却手段と、
前記熱媒体を加熱する熱媒体加熱手段と、
前記熱媒体冷却手段で冷却された熱媒体を貯留する冷却用熱媒体貯留槽と、
前記熱媒体加熱手段で加熱された熱媒体を貯留する加熱用熱媒体貯留槽と
を具備する、晶析装置。
請求項１に記載の晶析装置の晶析槽の冷却面に付着したメタクリル酸の晶析物を除去する方法であって、
前記熱媒体冷却手段で−１０〜１０℃にあらかじめ冷却された熱媒体が貯留された前記冷却用熱媒体貯留槽から熱媒体を前記冷却手段に供給することによってメタクリル酸を含む液（Ａ）を冷却してメタクリル酸の晶析物を含む液（Ｂ）を得た後に、前記熱媒体加熱手段で２０〜５０℃にあらかじめ加熱された熱媒体が貯留された前記加熱用熱媒体貯留槽から熱媒体を前記冷却手段に供給することによって晶析槽の冷却面に付着したメタクリル酸の晶析物を融解させる、晶析物除去方法。