JP4324273B2 - 無水酢酸蒸留精製設備 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無水酢酸の蒸留精製設備に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
無水酢酸は、酢酸セルロールの製造原料として大量に用いられる他に、医薬品、香料、染料などの化成品の原料として有用な化合物である。このような無水酢酸は、例えばアセトアルデヒド酸化法やケテン法によって製造され、その後、例えば図３に示すような無水酢酸蒸留精製設備を用いて精製されている。
【０００３】
同図において３１は、リボイラー（再沸器）３２が付設された蒸留塔で、この蒸留塔３１の中間部に、例えば酢酸１５重量％、無水酢酸７５重量％を含む原料液Ａが供給される。そして、この蒸留塔３１の底部側における例えば１５０℃程度の加熱領域から、ライン３３を通して蒸発ガスが引き出され、これが精留塔３４に供給される。この精留塔３４からの留出ガスが凝縮器３５で液化されて、例えば９９．５重量％程度の製品無水酢酸Ｂが得られるようになっている。
【０００４】
なお、蒸留塔３１には、その留出ガスを凝縮器３６で液化してこの蒸留塔３１に還流させる還流ライン３７が接続され、また、精留塔３４には、前記凝縮器３５での凝縮液の一部をこの精留塔３４に還流させる還流ライン３８が接続されている。
【０００５】
一方、蒸留塔３１および精留塔３４の各罐出液は、前記したリボイラー３２を通してガス化され、これが蒸留塔３１の底部側に供給されて、上記した無水酢酸の蒸留回収処理が行われるようになっている。このように蒸留塔３１や精留塔３４からの各罐出液をガス化するリボイラー３２は、従来、サーモサイフォン式熱交換器によって構成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の無水酢酸蒸留精製設備では、得られる製品無水酢酸Ｂの色相（ＡＰＨＡ）は８〜１０程度であり、したがって、十分に満足し得る高品質の無水酢酸はこれを得難いという問題を有している。
【０００７】
つまり、前記のようにサーモサイフォン式熱交換器から成るリボイラー３２では、前記罐出液が通過する伝熱管内に、管壁側に対して管中央側の温度が低いような温度勾配が生じることから、管中央側に至るまで所望のガス化温度まで上昇させようとすると、管壁側に沿って流れる罐出液は、より高い温度まで加熱される。すなわち、このようなリボイラー３２を用いて再沸させる処理では、一部がガス化に必要な温度を過度に超える温度まで加熱されるような熱履歴生じるものとなり易い。
【０００８】
また、リボイラー３２で再沸されて蒸留塔３１の底部側に流入したガスは、これに混入している飛沫がこの蒸留塔３１内では十分には分離されずに、この蒸留塔３１の底部側に前記のように接続されているライン３３を通して、次段の精留塔３４に流入する状態ともなり易い。
【０００９】
すなわち、従来の無水酢酸蒸留精製設備では、上記したような熱履歴や飛沫同伴に起因して、高品質の無水酢酸を得難いという問題を生じているのである。
【００１０】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、品質の向上した無水酢酸を回収することが可能な無水酢酸蒸留精製設備を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
そこで請求項１の無水酢酸蒸留精製設備は、酢酸と無水酢酸との混合液が中間部に供給される蒸留塔と、この蒸留塔からの罐出液を再沸してこの蒸留塔に流入させるリボイラーとを備える無水酢酸蒸留精製設備であって、上記リボイラーが自然流下式薄膜蒸発器から成ることを特徴としている。
【００１２】
このように自然流下式薄膜蒸発器でリボイラーを構成することによって、過熱を抑えた再沸処理が可能になる。つまり、このような形式の熱交換器では、蒸留塔からの罐出液は、このリボイラー内での伝熱管の管壁に沿う薄膜状になって流下する。したがって、管中央側の温度が所望の再沸温度より低くても、管壁側が所定の再沸温度になるような加熱状態としておくことで、再沸処理が効率的に行われる。この結果、過度の温度上昇が与えられることなくこのリボイラーでの再沸処理を行うようにすることができるので、前記したような熱履歴に基づく品質の低下が抑えられて、より高品質の無水酢酸を精製回収することができる。
【００１３】
請求項２の無水酢酸蒸留精製設備は、上記蒸留塔の側壁面における上記リボイラーからの再沸ガスが流入する流入口の近傍に、この流入口を通して流入した上記再沸ガスの流れ方向を変化させる流入側バッフルが設けられていることを特徴としている。
【００１４】
この構成によれば、リボイラーから蒸留塔に流入する再沸ガスは、この蒸留塔の流入口を通過後に流入側バッフルによってその流れ方向が変化され、これに伴って、この再沸ガス中に含まれていた飛沫の分離が生じる。この結果、飛沫同伴に起因する品質の低下が抑えられ、これによって、さらに品質の優れた無水酢酸の精製回収を行うことができる。
【００１５】
請求項３の無水酢酸蒸留精製設備は、上記リボイラーの側壁面における再沸ガスが流出する流出口の近傍に、この流出口の上方を覆うと共にこの流出口の手前で再沸ガスが下側から上昇して流出口へ流れ込むように流れ方向を変化させる流出側バッフルが設けられていることを特徴としている。
【００１６】
この構成によれば、リボイラーから再沸ガスが流出口を通して流れ出る際に、その上方が流出側バッフルで覆われているので、この流出口近傍の再沸ガスとその上方から流下する液滴とが交差することがなく、これによって、この再沸ガスへの飛沫の混入が抑えられる。さらに、この再沸ガスは、上記流出側バッフルによって、下側から上昇して上記流出口へ流れ込むような流れ方向の変化が与えられるので、この際に、この再沸ガスに含まれていた飛沫の分離が、この流出口への流入時にも生じることになる。したがって、これによっても飛沫同伴に起因する品質の低下が抑えられ、より高品質の無水酢酸の精製回収が可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の一実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
初めに、本実施形態に係る無水酢酸蒸留精製設備の構成について、図１を参照して説明する。この精製設備には、後述するリボイラー（再沸器）１が付設された蒸留塔２と、精留塔３とが設けられている。なお、これら蒸留塔２および精留塔３の形式については特に制限はなく、例えば、シーブトレイ、バブルキャップトレイ等の棚段塔やインタロックスサドル、ポールリング等の充填塔で構成することが可能である。
【００１８】
蒸留塔２には、その中間部に、後述する無水酢酸と酢酸とを含有する原料液Ａが供給される原料供給管４が接続されている。また、この蒸留塔２には、その頂部側に第１還流ライン５が接続され、この第１還流ライン５には低沸ガス凝縮器６が介設されている。
【００１９】
一方、蒸留塔２の底部側には、上記原料供給管４の接続部位よりも下側の位置に、高沸ガス引出しライン７が接続され、このライン７を通して引き出されたガスが前記精留塔３の底部側に供給されるように構成されている。そして、この精留塔３の頂部に、製品ガス凝縮器８が介設された製品回収ライン９が接続されている。なお、この製品回収ライン９には、製品ガス凝縮器８よりも下流側に、この凝縮器８で凝縮された液の一部を精留塔３の頂部側に還流させる第２還流ライン１０が接続されている。
【００２０】
前記リボイラー１は、自然流下式薄膜蒸発器(Falling Film Evaporator，以下、ＦＦＥという）で構成され、このリボイラー１の塔底と塔頂側とは、ポンプ１１が介設された循環ライン１２によって相互に接続されている。さらに、蒸留塔２および精留塔３の各塔底は、上記循環ライン１２におけるポンプ１１の吸引側に、ライン１３・１４によってそれぞれ接続されている。そして、上記リボイラー１と蒸留塔２との各底部側が、再沸ガス供給ライン１５によって相互に接続されている。
【００２１】
図２には、リボイラー１と蒸留塔２とにおける再沸ガス供給ライン１５によって相互に接続された部位の内部構造を模式的に示している。リボイラー１の胴部壁面（側壁面）１ａには、再沸ガス供給ライン１５が接続された流出口１ｂ近傍の箇所に、この流出口１ｂの上方位置から内側に向かって下方に傾斜する傾斜面１６ａと、その内端から、流出口１ａの形成位置よりも下側まで下方に垂下する垂下面１６ｂとを有する庇形状の流出側バッフル１６が設けられている。
【００２２】
一方、蒸留塔２の胴部壁面（側壁面）２ａにも、再沸ガス供給ライン１５が接続された流入口２ｂ近傍の箇所に、この流入口２ｂの上方位置から内側に向かって略水平に延びる水平面１７ａと、その内端から、流入口２ｂの形成位置よりも下側まで斜めに垂下する垂下面１７ｂとを有する庇形状の流入側バッフル１７が設けられている。
【００２３】
上記構成の無水酢酸蒸留精製設備での無水酢酸の蒸留精製は、例えば酢酸１５％、無水酢酸７５％程度を各々含有する原料液Ａを、原料供給管４を通して蒸留塔２の中間部に供給することによって行われる。このとき、この蒸留塔２内には、塔頂側ほど温度を低くした所定の温度分布状態が形成されており、これによって、原料液Ａが蒸発して生じた蒸発ガス中の成分は、塔頂側で、沸点１１７．８℃の酢酸が、塔底側で、沸点１４０．０℃の無水酢酸がそれぞれリッチな状態となる。前記高沸ガス引出しライン７は、蒸留塔２内における温度が略１５０℃程度の部位に接続されており、したがって、このライン７を通して、蒸留塔２内の底部側から高濃度の無水酢酸ガスが引き出されて、精留塔３に供給される。
【００２４】
そして、この精留塔３では、無水酢酸の沸点に合わせた温度分布が形成されており、この精留塔３で無水酢酸の分留精製が行われて、不純物が除去されたガスがこの精留塔３の塔頂から流出する。この留出ガスを製品ガス凝縮器８で凝縮させることによって、製品無水酢酸Ｂが回収される。
【００２５】
このとき、蒸留塔２の塔頂から流出する酢酸リッチな低沸ガスが、低沸ガス凝縮器６で液化されて第１還流ライン５を通して蒸留塔２に還流させる操作が、また、製品ガス凝縮器８での凝縮液の一部が第２還流ライン１０を通して精留塔３に還流される操作が合わせて行われ、これらの還流比を適度に設定した条件下の製造により、例えば９９．５重量％を超える高純度の製品無水酢酸Ｂが回収される。
【００２６】
一方、上記のような製造過程において、蒸留塔２および精留塔３の各塔底から、罐出液がライン１３・１４を通してポンプ１１に吸引され、循環ライン１２を通してリボイラー１の頂部側に供給される。前記したようにＦＦＥからなるこのリボイラー１の頂部側に供給される罐出液は、図２に示す各伝熱管１８…を通して、これら伝熱管１８…の管壁に沿う薄膜状になって流下し、この間に、各伝熱管１８の間を流れる熱媒から、管壁を通して熱が付与され蒸発する。こうして蒸発した再沸ガスが、流出口１ｂを通して蒸留塔２に供給されて、この蒸留塔２内で、前記原料液Ａと共に前記した無水酢酸の濃縮処理に供される。
【００２７】
ところで、上記リボイラー１内では、蒸留塔２等からの罐出液は、各伝熱管１８…の管壁に沿って薄膜状になって流下することから、管中央側まで所望の再沸温度を超える温度にする必要はなく、管壁側が上記の再沸温度となるような加熱条件に設定しておくことで、罐出液が効率的に再沸される。したがって、上記のようなリボイラー１を用いることで、罐出液はその全体にわたって、過度の温度上昇が生じることなく再沸処理が行われる。
【００２８】
一方、このリボイラー１内で加熱されて発生した再沸ガスは、このリボイラー１内から流出口１ｂを通して蒸留塔２へと流れ出る。このとき、図２に示すように、流出口１ｂ付近では、胴部壁面１ａ近くの伝熱管１８から未蒸発の液が流下するとき、この液は、図中実線矢印ａで示すように、流出側バッフル１６の傾斜面１６ａを伝ってリボイラー１の中心側に向かう方向に流れ方向が変化した後、垂下面１６ｂを伝って下方に流下する。したがって、上記の流出側バッフル１６により、流出口１ｂ近傍には、伝熱管１８からの流下液の通過が無い空間が形成される。
【００２９】
この結果、流出口１ｂを通して流れ出る再沸ガスへの飛沫の混入が抑えられる。つまり、この領域では、速度を加速しながら流出口１ｂに向かう再沸ガスの流れが生じ、この流れに流下液が交差する場合には、この流下液が再沸ガスによって微細化されてこの再沸ガス中に混入し、この再沸ガスと共に流出口１ｂへ吸い込まれる状態となるが、上記では、流出口１ｂ付近の領域では、再沸ガスに流下液が交差しないので、上記のような飛沫の混入が抑えられる。
【００３０】
さらに、上記の流出側バッフル１６は、流出口１ｂよりも下方まで延びる垂下面１６ｂを備え、これによって、再沸ガスが流出口１ｂへと流れ出る際には、図中破線矢印ｂで示すように、この再沸ガスは、下側から上昇した後に流出口１ｂに流れ込むような流れ方向の変化が生じる。このとき、この再沸ガスに含まれていた飛沫の分離が生じ、したがって、これによっても飛沫同伴が抑えられる。
【００３１】
一方、上記のような再沸ガスが再沸ガス供給ライン１５を通して蒸留塔２内に流入する時点でも、この蒸留塔２内に設けられている流入側バッフル１７によって、この再沸ガス中に混入している飛沫の分離が促進される。すなわち、同図破線矢印ｃで示すように、蒸留塔２の胴部壁面２ａに形成されている流入口２ｂを通して、この蒸留塔２内にほぼ水平方向に流入した再沸ガスは、上記流入側バッフル１７の垂下面１７ｂに当たり、また、この間の上方部位は水平面１７ａで覆われていることから、垂下面１７ｂに沿って下方に向かい、そして、垂下面１７ｂの下端位置を越えた後に蒸留塔２内を上方に向かう流れとなって、この蒸留塔２内に供給される。
【００３２】
このように、蒸留塔２内に再沸ガスが流入する際には、この再沸ガスの流れが流入側バッフル１７によって、その流れ方向が水平方向から下方向、次いで上方に向かうように変化される。このような流れ方向の変化に伴って、この再沸ガス中に含まれる飛沫が分離され、図中実線矢印ｄに示すように、分離された飛沫は垂下面１７ｂを伝って下方に流下する。
【００３３】
この結果、上記のような再沸ガス中における無水酢酸成分が、この蒸留塔２から前記高沸ガス引出しライン７を通して精留塔３に送られる場合でも、飛沫同伴が極力低減されたガスとなって精留塔３に送られて、前記した精留が行われることになる。
【００３４】
以上のように、本実施形態においては、リボイラー１をＦＦＥで構成していることにより、前記したように、蒸留塔２や精留塔３等からの罐出液の全体に、過度の温度上昇を生じさせることなく効率的な再沸処理を行うことができ、したがって、その熱履歴はより低温に保持される。また、このリボイラー１における流出口１ｂと蒸留塔２の流入口２ｂとの２箇所で、再沸ガスからの飛沫の分離が好適に行われて飛沫同伴が低減される。
【００３５】
この結果、従来の蒸留精製設備で回収される製品無水酢酸は、その色相（ＡＰＨＡ）が８〜１０程度であったのに対し、本実施形態では、上記のような熱履歴と飛沫同伴とが改善される結果、色相が５〜７程度の高品質の無水酢酸を回収し得るものとなっている。
【００３６】
以上にこの発明の具体的な実施形態について説明したが、この発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更することが可能である。例えば上記形態では、蒸留塔２内の流入側バッフル１７を水平面１７ａと垂下面１７ｂとを有する庇形状に形成した例を挙げたが、例えば上方を覆う水平面１７ａを設けることなく、流入口２ｂから流入する再沸ガスが当たってその流れ方向を変化させる形状であれば、垂直面のみから成るようなその他の任意の形状にこの流入側バッフル１７を構成することが可能である。また上記では、リボイラー１と蒸留塔２との双方にバッフル１６・１７を設けて構成したが、いずれか一方のみに設けた構成とすることも可能である。
【００３７】
また、上記実施形態の説明中、例えば原料液Ａ中の酢酸と無水酢酸との含有率等を示した数値は一例であって、このような具体的な数値に限定されずにその他の条件で製造される無水酢酸の蒸留精製設備に本発明を適用することが可能である。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように、本発明の請求項１の無水酢酸蒸留精製設備においては、蒸留塔に付設されるリボイラーが自然流下式薄膜蒸発器で構成され、これによって、蒸留塔からの罐出液の全体に過度の温度上昇を生じさせることなく、効率的な再沸処理を行うことができる。この結果、より高温まで加熱されるような熱履歴に基づく品質の低下が抑えられ、品質が向上した無水酢酸を精製回収することができる。
【００３９】
請求項２の無水酢酸蒸留精製設備においては、蒸留塔の側壁面における再沸ガスが流入する流入口の近傍に再沸ガスの流れ方向を変化させる流入側バッフルが設けられているので、流れ方向の変化に伴って再沸ガス中に含まれていた飛沫の分離が生じる。この結果、飛沫同伴に起因する品質の低下が抑えられ、これによって、さらに品質の優れた無水酢酸を精製回収することができる。
【００４０】
請求項３の無水酢酸蒸留精製設備においては、リボイラーの側壁面における再沸ガスが流出する流出口の近傍に、流下する液と再沸ガスとの交差を防止し、かつ再沸ガスの流れ方向を変化させる流出側バッフルが設けられている。これにより、再沸ガスへの飛沫の混入が抑えられ、また、同時に飛沫の分離もこの箇所で促進されるので、これによっても飛沫同伴に起因する品質の低下が抑えられ、より高品質の無水酢酸の精製回収が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における無水酢酸蒸留精製設備を示す構成図である。
【図２】上記設備におけるリボイラーと蒸留塔との内部構成を示す要部断面模式図である。
【図３】従来の無水酢酸蒸留精製設備を示す構成図である。
【符号の説明】
Ａ 原料液
Ｂ 製品無水酢酸
１ リボイラー
１ａ 胴部壁面（側壁面）
１ｂ 流出口
２ 蒸留塔
２ａ 胴部壁面（側壁面）
２ｂ 流入口
３ 精留塔
１６ 流出側バッフル
１７ 流入側バッフル

Claims (1)

1. 蒸留塔と、精留塔とが設けられており、酢酸と無水酢酸との混合液が中間部に供給される蒸留塔と、蒸留塔からの罐出液を再沸して蒸留塔に流入させるリボイラーとを備えており、蒸留塔の底部側には、原料供給管の接続部位よりも下側の位置に、高沸ガス引出しラインが接続され、このラインを通して引き出されたガスが前記精留塔の底部側に供給されるように構成され、精留塔の頂部に、製品ガス凝縮器が介設された製品回収ラインが接続されている無水酢酸蒸留精製設備であって、
   （１）リボイラーが自然流下式薄膜蒸発器からかり、かつ
   （２）上記蒸留塔の側壁面には、上記リボイラーからの再沸ガスが流入する流入口の近傍に、この流入口を通して流入した上記再沸ガスの流れ方向を変化させる流入側バッフルが設けられており、かつ
   （３）上記リボイラーの側壁面には、再沸ガスが流出する流出口の近傍に、この流出口の上方を覆うと共にこの流出口の手前で再沸ガスが下側から上昇して流出口へ流れ込むように流れ方向を変化させる流出側バッフルが設けられている
   ことを特徴とする無水酢酸蒸留精製設備。

Images