JPH0364184B2

JPH0364184B2 -

Info

Publication number: JPH0364184B2
Application number: JP12239082A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Fuchigami
Original assignee: Kuraray Co Ltd
Current assignee: Kuraray Co Ltd
Priority date: 1982-07-12
Filing date: 1982-07-12
Publication date: 1991-10-04
Also published as: JPS5912749A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は反応蒸留塔に関する。

反応蒸留塔は蒸留法において反応原料を反応さ
せながら、反応生成物を連続的に反応系外に取り
出す反応方法である。この方法をエステル化反
応、エステル交換反応などの逆反応を伴う反応に
用いると、生成物が反応の系外に除去されるため
逆反応が無視できるようになり正反応の反応率を
反応の平衡定数にかかわらず100％とすることが
出来るという特徴を有している。

従来、反応蒸留法は硫酸やパラトルエンスルホ
ン酸などの均一系触媒の存在下棚段塔または充填
塔中で行なわれているが、この方法には以下に従
べるようの欠点がある。

１塔内に滞留しうる液の容積が液の全容積に対
して５％程度にしかならないために反応装置が
大型化する。このことは反応速度が遅い反応ほ
ど顕著になる。

２反応に用いられる触媒が腐食性を有するた
め、反応装置に特殊な材室を使用する必要があ
る。

このような欠点を解決するためにイオン交換樹
脂を反応蒸留塔に充填することが提案されてい
る。しかしながら、入手可能なイオン交換樹脂は
その形状が0.5〜1.0mmのビーズに限定されるの
で、これをそのまま充填したのでは蒸気が上昇す
るに十分な空間が存在せず、蒸留操作が不可能と
なる。そのため、これらの提案にはイオン交換樹
脂の蒸留塔への充填方法に関する工夫が含まれ
る。その例としては、棚段塔のダウンカマー内に
イオン交換樹脂の球状粒子を充填した装置（米国
特許第3634534号明細書参照）、蒸留塔の各段の外
側にイオン交換樹脂層を各々付帯させてそこへ各
段のダウンカマー流を通過させるようにした装置
（特公昭46−3041号公報参照）イオン交換樹脂充
填層とラシヒリング充填層とを塔内に交互に設置
し、該イオン交換樹脂層にのみ流下液が流れるよ
うにした装置（米国特許第3880939号明細書参照）
などが知られている。しかしながら、これらの提
案では、装置の構造が複雑となるばかりでなく、
反応と蒸留が装置内の別々の場所で行なわれるこ
とになるので、反応の場で反応生成物の一つが蒸
発することによつて反応が促進されるという反応
蒸留法の効果は半減する。

これに対し、イオン交換樹脂ビーズをポリエチ
レンなどの熱可塑性樹脂と焼結させて成形し、成
形物を塔に充填して反応を行なうことが提案され
ている（特公昭50−24272号公報参照）。かかる提
案の方法は、蒸留分離のための気液接触表面自身
が同時に触媒能を有するために蒸留と反応の場が
一致しており、この点で一段と改良がなされてい
る。しかしながら、塔充填材の成形には大変手間
がかかること、機械的強度が大なる成形物を得る
には触媒性能をある程度犠牲にしなければならな
いことなど実用面で問題がある。

一方金属性あるいは樹脂製の針金、棒、筒状
体、波状板などの支持部材に直径100ミクロン以
下のイオン交換繊維またはイオン交換繊維からな
る糸、紐、織物、編物、網、フエルトなどの繊維
組成物を被覆したものを充填物として用いること
が提案されている（特開昭57−7259号公報）。か
かる提案の方法は、塔充填材の表面を被覆してい
るイオン交換繊維の表面がビーズ状イオン交換樹
脂に比べてケタ違いに大きために大きな反応速度
が得られる点で前記特公昭50−24272号公報に提
案の方法よりもさらに改良されているが、充填材
成形上の問題点は依然として未解決である。

本発明者はこれら従来技術の欠点を解消すべく
鋭意検討した結果、本発明に到達したものであ
る。すなわち本発明によれば、イオン交換繊維よ
りなるシート状物１と垂直軸に対して一定の角度
を有するリブを設けた金属製もしくは樹脂製の網
２を交互に配設するかまたは前記シート状物１と
前記網２との間にさらに垂直軸に対して一定の角
度を有するリブを設けた金属製もしくは樹脂製の
網２′を前記隣接する網２とのリブの方向が交叉
するように介在させた充填要素を、そのリブの方
向を互いにずらして層状に積み重ね、塔内に設置
したことを特徴とする反応蒸留塔が提供される。
このような反応蒸留塔においては、液体は該シー
ト状物中および該網の表面を流下し、かつ気体は
該シート状物と該網のリブとで形成される流路を
上昇する。

本発明の反応蒸留塔に充填される充填要素は、
いわゆる規則充填体に属するものであつて、気液
接触のための表面が規則的な配列をしている。該
充填要素は塔径方向の大きさを塔の直径に合致さ
せ、一要素当りの高さを10〜30cmとして、その複
数個を塔内に上下に積み重ねて配置される。この
単位要素は該シート状物と該網との塔軸方向の交
互積層板とするか、又は両者を重ね合せたのちロ
ール巻きにすることにより容易に組立てることが
できるので、前記提案の方法における充填成形上
の困難が解消される。

該充填要素においてイオン交換繊維としては硬
化不溶融性フエノール樹脂をスルホン化したも
の、アクリル系樹脂にスルホン酸基を導入したも
の、芳香族モノビニル系重合体をスルホン化した
もの、ジビニルベンゼンの如き架橋剤を共重合し
たアクリル酸系樹脂などを繊維状にしたもの、あ
るいはポリビニルアルコール系繊維を脱水炭化処
理後スルホン化したものなどが挙げられるが、こ
れらに限定されるものではない。これらイオン交
換繊維はシート状に成形してシート、織布、フエ
ルトなどの形で用いられる。イオン交換繊維から
なるシート状物の目付は一般に150〜600ｇ／m²の
範囲から選ばれる。

網には金属製または樹脂製の材質が用いられ、
その具体例としてステンレス鋼、アルミニウム金
属、チタン金属、ニツケル合金、銅合金、ポリエ
チレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、フエノール樹
脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエス
テル樹脂、塩化ビニルじ樹脂などが挙げることが
できる。網目の大きさは、通常、24〜200メツシ
ユの間から選ばれる。網はリブを有しており、こ
れにより気体状物質がイオン交換繊維よりなるシ
ート状物と該リブとで形成される流路を上昇する
ことになる。リブは垂直軸（塔軸）に対して一定
の、好ましくは30〜60゜の角度をなすように傾斜
させることが必要である。リブの角度が30゜未満
の場合には蒸留分離効率が低下し、またリブの角
度が60゜を越えると圧損失が大きくなる。リブは
鋸歯状、波状断面などの形状で構成することがで
きる。リブのピツチおよびリブの山の高さはシー
ト状物の目付、反応塔の直径などによつて変化す
るので一律に規定することは出来ないが、いずれ
も普通１〜10mmの間から選ばれる。

イオン交換繊維よりなるシート状物に隣接して
網を配設することにより反応蒸留塔充填要素が構
成される。かかる充填要素を塔に充填した反応蒸
留塔を用いて蒸留を行うことにより、液体はイオ
ン交換繊維よりなるシート状物中および網の表面
を流下し、気体は前記シート状物と網のリブとで
形成される流路を上昇して該シート状物および該
網の表面の液膜と十分接触することとなる。イオ
ン交換繊維よりなるシート状物はその繊維構造体
の微細構造による毛管現象によつて多量の液体を
その中に保持すると同時に、ビーズに比べてケタ
違いに大きい繊維表面積の上に存在するイオン交
換基によつて速やかに反応が進行し、反応液は該
シート状物の表面または該網の表面に移動してそ
こで気体と接触することによつて低沸の生成物が
効率的に気体分離される。その結果、単位容積当
り極めて大きな反応速度が得られると同時に、小
さな塔内圧損（気体の流通抵抗）の下で良好な分
離効果が達成されるという効果がもたらされる。

次に本発明の反応蒸留塔充填要素とそれを塔内
に充填する方法の具体例について図面を用いて詳
細に説明する。

第１図はイオン交換繊維よりなるシート状物と
網を層状に重ねた充填要素を上下に重ねて塔内に
充填した様子を示したものであり、上下の充填要
素は90°だけ互にずらして配設されている。第２
図は第１図のＡ−A′線における断面図、第３図
は第１図のＢ−B′線における断面図であり、第
１〜３図の１はシート状物、２は網を示す。これ
らの図には明示し難いが、網のリブの角度は塔軸
に対して一定の角度を有しており、かつシート状
物を隔てて隣接する網のリブの角度を交叉してい
る。

第４図はロール巻状に組立てられた充填要素の
水平断面図であり、１はシート状物、２は網を示
す。この網も塔軸に対して一定の角度をもつリブ
を有している。第５図はロール巻型充填要素３個
を、そのリブの方向を互いにずらして交叉させ、
層状に積み重ねた概略図であり、本発明の反応蒸
留塔においては、このような状態にて塔内に設置
される。

第６図は前記シート状物１と金属製もしくは樹
脂製の網２との間にさらにリブを設けた金属製も
しくは樹脂製の網２′を該網２のリブの方向が交
叉するように（網２と網２′におけるリブの傾き
の方向が逆になるように）介在させた充填要素の
断面図である。

次に実施例により本発明を具体的に説明する
が、本発明はこれにより何ら限定されるものでは
ない。

実施例目付が300ｇ／m²で巾が15cmの、帯状のフエノ
ールーホルムアルデヒド樹脂系繊維のフエルト
（日本カイノール社製カイノールＳ−104）940ｇ
をＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド中に浸し、Ｎ，
Ｎ−ジメチルアセトアミドの沸点（165℃）で60
分間処理して膨潤させた。内容物を室温まで冷却
したのち濃硫酸を徐々に加え、窒素雰囲気下165
℃で４時間処理した。内容物を再び室温まで冷却
したのち水洗して硫酸を除去した。得られたスル
ホン化繊維を重量は1480ｇで、硫酸含量は7.0％、
塩分解カチオン含量は2.2ミリ当量／ｇであつた。

一方、巾が15cmで80メツシユのステンレス製
（SUS−304）金網をプレスして帯の長さ方向に
対して60°の角度でピツチ２mm、山の角度90°のリ
ブをつけた。

金網の上にスルホン化したフエルトをのせ、ロ
ール巻きにし、グラスウールのなわで縛つて直径
75ミリの充填材とした。この充填材14個を直径80
mm、高さ3500mmのパイレツクスガラス製の塔の中
間部（2100mm）に充填した。塔の下部100mmおよ
び上部400mmの部分には15mm×50メツシユのマク
マホンパツキングを充填した。塔の下端を
1.5KWのマントルヒーター付きの内容５の４
ツ口フラスコに連結し、上端にタイマー付きの還
流器を設置した。

上記反応装置を用いて酢酸とメタノールとの反
応を行なつた。

酢酸仕込口を塔上端から400mmの位置に、メタ
ノール仕込口を塔下端から1000mmの位置に設け、
各口の仕込タンクと定量ポンプを介して連結し
た。フラスコ内に酢酸2.70Kg、水0.27Kg、酢酸メ
チル1.10Kgを仕込み、加熱して塔頂を酢酸メチル
−水の共沸温度（56℃）で全還流とした。酢酸を
24Kg／時、メタノールを3.2Kg／時で仕込みなが
ら塔頂から酢酸メチルが還流比1.0で7.4Kg／時留
出するようにマントルヒーターを調節した。さら
にフラスコの液面が一定になるようにフラスコ内
容物をポンプで抜き取つた。反応開始後４時間で
運転は安定し、フラスコ内容物の抜き取り量は
19.8Kg／時で酢酸濃度は91.0％であつた。また留
出した酢酸メチルの純度は99.8％であつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は積層板型の充填要素を３個塔内に積み
重ねて充填した様子を示す概念図で、１はイオン
交換繊維からなるシート状物、２はリブ付網であ
る。第２図は、第１図のＡ−A′線における断面
図、第３図は、第１図のＢ−B′線における断面
図である。第４図はロール巻型の充填要素の塔径
方向における断面図である。第５図はロール巻型
充填要素の概略図である。第６図はシート状物１
と金属製もしくは樹脂製の網２との間にさらにリ
ブを設けた金属製もしくは樹脂製の網２′を該網
２とリブの方向が交叉するように介在させた充填
要素の断面図である。

Claims

【特許請求の範囲】

１イオン交換繊維よりなるシート状物１と垂直
軸に対して一定の角度を有するリブを設けた金属
製もしくは樹脂製の網２を交互に配設するかまた
は前記シート状物１と前記網２との間にさらに垂
直軸に対して一定の角度を有するリブを設けた金
属製もしくは樹脂製の網２′を前記隣接する網２
とのリブの方向が交叉するように介在させた充填
要素を、そのリブの方向を互いにずらして層状に
積み重ね、塔内に設置したことを特徴とする反応
蒸留塔。