JPH11508818A - 高い分離効率を必要とする、空気に敏感な及び/又は温度に敏感な物質の混合物から、中真空での精留により純粋な物質を得る方法並びにその方法のために適した塔 - Google Patents

高い分離効率を必要とする、空気に敏感な及び/又は温度に敏感な物質の混合物から、中真空での精留により純粋な物質を得る方法並びにその方法のために適した塔

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JPH11508818A
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Abstract

(57)【要約】 規則的配列構造を有する金属織物充填物を備えており、500以上の滴下箇所/m2を有する液体通路分配器を使用して、この分配器は分配器の直下にある充填物部材(7,8)の織物層に対して90°の角度で配置されており、塔中の液体分配器(6)の下方の2以上の充填物部材(7,8)はわずかな高さを有するにすぎず、塔は実際に空気遮断を保障し、精留の間に塔壁を通して熱損失を起こさないように構成された塔中で、中真空で精製することにより、高い分離効率を必要とする空気に敏感の及び/又は温度に敏感の高沸点物質の混合物から純粋物質を獲得する方法。この特許の対象は、この方法にとって使用可能な充填塔並びにビタミン−E−アセテートの蒸留による高度な精製のためのこの方法及びこの塔の使用である。

Description

【発明の詳細な説明】 高い分離効率を必要とする、空気に敏感な及び/又 は温度に敏感な物質の混合物から、中真空での精留 により純粋な物質を得る方法並びにその方法のため に適した塔 本発明は、高い分離効率を必要とする、空気に敏感な及び/又は温度に敏感な 高沸点物質の混合物から純粋な物質を得る方法、特に低沸点の及び高沸点の不純 物の精製の目的で粗製−ビタミン−E−アセテートを精留する方法、並びにこの 方法に適した塔に関する。 生成物混合物の蒸留による後処理において、いわゆる向流蒸留(精留とも呼ば れる)の場合に、つまり精留塔中で流下する還流及び上昇する蒸気の向流操作を 用いた特別な蒸留方法の場合に、一般に最良の結果が達成される。この場合、通 常は精留塔を用いて作業し、その際、分離すべき混合物は塔の中央部分へ導入さ れ、蒸気は塔を下から上へ通過する過程で易揮発性成分の濃度が増加し、還流は 上から下への過程で難揮発性成分の濃度が増加する。物質移動及び伝熱は、相の 十分な接触時間及び十分に大きな相界面を作り出す塔内へ組み込まれる部材、た とえば段、充填体又は充填物により強化される。流下する還流との関連で、この ような塔の組込部材によって、塔内では抵抗、いわゆ る圧力損失が生じる。この圧力損失は精留すべき化合物の種類及び量の他に、塔 の組込部材の種類に著しく依存する。 高い分離効率を必要とする高沸点物質混合物の分離のために、一般に精留塔が 用いられ、この精留塔は、向流相のために規定された流通領域を備えた規則的な 形状で系統的に構成された充填物を有している、それというのも規則的構造を有 する充填物は充填体と比較してより高い負荷容量(Belastbarkeit)及びより良 好な分離作用により優れており、比圧力損失が少なく並びに必要な充填物容量が わずかであり及びそれにより必要な物質交換及び熱交換の程度が小さいためであ る。従って、充填物は、分離すべき混合物が温度に敏感なために特に塔の圧力損 失の制限があるような全ての真空精留の場合に使用される。特に適した塔充填物 はズルツァー社(Firma Sulzer)のタイプBX及びCYの金属織物充填物(ズル ツァー社の企業パンフレ orption」参照)及び他社、たとえばモンツ社(Montz GmbH)の類似の作用の金 属織物充填物である。 このような塔の図面はたとえば教書(クラウス・ザットラー(Klaus Sattler )著、「Thermische Trennverfahren」、VCH出版(VCH Verlagsges.mbH,Wei nheim(BRD))、1988)の103頁に記載されている。物質混合物の精留に ついての詳細に関し ては、前記のクラウス・ザットラー著の教書の101〜225頁、特に120〜 160頁及び199〜214頁に記載されている。 最高の生成物温度は塔底で生じる。この温度は塔頂圧の他に必要な分離効率に 対して制限された塔組込部材の圧力損失によって決定される。精留塔の場合、0 .5mbarを下回る塔頂圧の低下は塔底温度に著しい影響を及ぼさない。 多数の高沸点混合物にとって熱的負荷容量はわずかであり、前記の規則的配列 構造を有する金属織物充填物の使用にもかかわらず及び要求される分離効率のた めに必要な織物充填物に関する圧力損失による0.5〜1mbarの塔頂圧にも かかわらず、塔底では分離すべき化合物の分解領域を上回る温度が生じてしまう 。このような混合物の蒸留による分離のために、従って今まで一般に高真空領域 (約10-1〜10-5mbar)で作業していた、つまりフラッシュ蒸留又は分子 蒸留が適用される。わずかな比揮発度を有する混合物の場合、このような蒸留で も高い純度は達成されるが、蒸留収率がわずかである。 高い分離効率を必要とする空気に敏感な及び/又は温度に敏感な高沸点物質の 混合物についての例は、合成されたビタミン−E−アセテート(VEA)であり 、これはトリメチルヒドロキノンをフィトール又はイソフィトールと反応させ、 引き続き無水酢酸でエステ ル化することにより工業的に製造され、これはなお少量の有色の低沸点不純物及 び高沸点不純物を含有する。VEAはヒトの食品及び健康維持のために次第に多 量に使用されているため、この製品の純度に関してよりいっそう高い要求がなさ れる。生成物の精製のために工業的規模で一般に著しく有利な精留は、VEAの 場合、高い温度でのその分解性と関連してその高い沸点によって大きな問題があ る。従って、今まではVEAをできる限り低い温度で蒸留するために、主に高真 空での蒸留又は分子蒸留が行われた。 高真空(10-1〜10-5mbar)の適用にもかかわらず、先行技術によると 一般に97.3%(DE2743920参照)、98%(DE4208477及 びJP−B−58011869参照)、98.5%(US3459773参照) 又は98.5〜99%(DE2160103参照)の純度が達成されるにすぎな かった。99%を上回る純度は分子蒸留によってのみ達成され、つまりJP−A 51/14671により99.3%及びJP−A62/226976により99 .5%の純度が達成され、その際、恐らくこうして得られた生成物は今日適用さ れる正確な分析方法を用いた試験において並びに純粋な比較物質においてはより 低い純度が生じているとおもわれる。さらに、このようにして達成可能な蒸留収 率はそれぞれかなり少ない。 しかしながら、高真空下での蒸留は特に分子蒸留は、高い純度の場合にわずか な蒸留収率の欠点の他に、投資コスト並びに継続運転コストに関して著しく費用 がかかり、つまり著しく高価であるため、本発明の課題は、高真空蒸留又は分子 蒸留を必要とせず、つまり作業が0.1〜2mbarの塔頂真空で十分であり、 それにより著しくわずかな費用しかかからない真空発生法が必要なだけであり、 かつ高い蒸留収率が達成される、高い分離効率を必要とする、空気に敏感な及び /又は温度に敏感な高沸点物質を蒸留により分離する方法を開発することである 。 特に、本発明の課題は、規則的配列構造を有する金属織物充填物を備えた塔中 で中真空での精留によっても99%以上の純度を有する無色のVEA及び良好な 蒸留収率を得ることができる、VEAの蒸留による高度な精製方法を見出すこと であった。 本発明の対象は、規則的配列構造を有する金属織物充填物を備えた塔中で中真 空での精留によって、高い分離効率を必要とする空気に敏感な及び/又は温度に 敏感な高沸点物質の混合物から純粋な物質を得る方法において、精留を物質交換 塔中で、次の構成で実施することを特徴とする方法である: a) 塔中で、500以上の滴下箇所/m2、有利に900〜1200の滴下箇 所/m2を有する通路分配器を用いて液体分配を行い、 b) 塔中で、分配器の通路は分配器の直下にある充填物部材の織物層に対して 塔軸を中心に約90°の角度で回転して配置されており、 c) 塔中で、液体分配器の直接の下方にはそれぞれ2個以上の20〜100m mの高さのうちの1つの高さを有する充填物部材があり、この織物層はそれぞれ 塔軸を中心として相互に90°だけ回転されており、 d) この塔は精留の間に実際に塔壁を通して熱交換を起こさないように構成さ れており、 e) 空気に敏感な物質の場合には、塔は実際に空気遮断下で作業できるように 構成されている。 本発明による方法は、充填物の比圧力損失を最小にするために、充填物の個々 の織物層の歯状部の傾斜角が塔軸に対してできる限り小さい織物充填物を用いて 作業する場合に特に有利である。 歯状部の傾斜角は通常のBX−ズルツァー充填物の場合一般に30°にあり、 本発明による方法の場合には織物層の歯状部の塔軸に対する傾斜角は0〜25° 、有利に3〜10°である。織物層の歯状部の塔軸に対する傾斜角は図1に具体 的に示されている。この図において18は織物層の歯状部の塔軸に対する傾斜角 であり、19は織物層である。 本発明による方法がVEAの高度な精製のために特に重要である、つまり空気 に敏感な及び/又は温度に 敏感な高沸点物質の混合物として、有色の低沸点物質及び高沸点の物質で汚染さ れたVEAを精留する場合に特に重要である。 VEAの精製例に関して、装置および方法技術を詳述することで本発明による 方法をさらに詳細に説明する。 運転塔において0.5〜1mbarの塔頂圧は適正な技術的費用で実現可能で ある。VEAは1mbarの圧力で約240℃の沸点を示す。VEAの熱的安定 性の制限により塔底の温度は約260〜270℃に制限される。従って精留塔は 最大で4mbarの塔底圧力で運転しなければならない。このことは塔頂と塔底 の間での約3〜3.5mbarの圧力損失を許容できることを意味する。これを 達成するのは著しく困難である、それというのもVEAの高度の精製のために約 10〜30の段の分離効率が必要であり、通常、1段当たり0.3〜0.5mb arの圧力損失を計算しなければならないためである。本発明による作業領域に おいて圧力損失に関しては測定値は問題にならなかった。 請求項1の特徴a)には500以上の滴下箇所を備えた通路分配器を用いる液 体の分配が記載されている。類似の「毛管分配器」とも呼ばれる円形の分配器は ズルツァー社及びモンツ社により販売されており、たとえば欧州特許第5122 77号明細書に記載されて いる。公知の通路分配器は一般に1m2当たり50〜60の滴下箇所を有する。 通路分配器の本発明による使用は、2つの異なる方法でいわゆる圧力損失を減 少させる。一つは迅速で極端に微細な分配であり、ひいては最終的に分離すべき 混合物の分配のための充填物の良好な利用であり、もう一方は著しくわずかな流 下密度である。BXタイプのズルツァー充填物について液体負荷は、負荷加減と して約0.2m3/m2・hからと示されている。500以上の、有利に900〜 1200の滴下箇所を有する通路分配器を本発明により使用することにより、V EAの場合に液体負荷は本発明による方法において塔頂で0.03〜0.3m3 /m2・hが達成され、塔の回収部においては0.03〜1.0m3/m2・hが 達成される。意想外にこのように低い液体負荷の場合であっても、最適な分離効 率に必要な、金属充填物の完全な濡れを保障できることが見出された。このわず かな流下密度により、塔中のガス負荷、ひいては圧力損失は著しくわずかである 。 しかしながら、最適の分離効率を達成するためには多数の滴下箇所だけでなく 、充填物部材に関する分配器の配置も重要である。 織物充填物の1つの層は、一般に通常170mmの高さの多数の個々の織物層 から構成される。各充填物層は、組込に際してそれぞれ先行の層に関して90° だけ回転してで組み込まれている。分配器は同様に、分配器の直下にある充填物 部材もしくは分配器の直下にある充填物層に関して90°だけ回転して配置され る。 液体はこれらの織物層の1つの織物層上で一定の角度で拡がる。この拡がり角 及び2つの滴下箇所の間隔により決まる到達長さの後で、1つの織物層にわたる 均質な膜が形成される。 この位置で充填物を90°だけ回転させる場合に、充填物の最適の利用、つま り液体の全ての織物層へのできるだけ最短の分配が達成される。 従って、本発明の場合に、液体分配器の下方に、20〜100mm、有利に2 5〜50mm、特に35〜45mmの高さを有する2つ以上の充填物部材が設置 され、これらの織物層は相互にそれぞれ90°だけ回転されている。部材中の充 填物をわずかな高さで区分することで、できる限り最短の分配、ひいては分離の ための充填物の最適な利用を達成することができる。それに対して慣用の充填物 配置の場合には、到達長さが340mmであり、これは2メータの充填物高さの 場合充填物の約17%が完全に本来の分離操作に利用されていないことを意味す る。 特徴e)により、精留塔が実際に空気遮断下で実施される。 実験室の試験では、たとえばVEAの場合、精留の ために必要な高い温度で最小の漏洩ですでに生成物の暗色化が生じることが示さ れ、この暗色化は高い品質の要求から受け入れられない。フランジ及び/又はプ ロセス監視のための機器の開口部の密封のために、新規に開発された特に高品質 の封止材料、たとえばセフィラック社(Firma Cefilac)のヘリコフレックス( フランジの密封のために、ドイツ国特許(DE)第2710859号明細書、ド イツ国特許(DE)第3912478号明細書又はドイツ国特許(DD)440 7728号明細書に記載されているようないわゆる溶 有利に使用される。 すでに示されたように、本発明による中真空精留塔内では少量の物質流が循環 するだけである。従って、各熱損失は即座に激しい、つまり制御不能の塔壁への 凝結を引き起こし、この凝結は塔の分離効率を低下させる。塔壁を通しての熱交 換の回避は、塔の断熱及び保護加熱の組み合わせにより最良に保障することがで きる。 このような保護加熱の技術的実施は実際に次のようにして有利に実現される: 塔ジャケット上の第1の断熱層上に金属板ジャケットを設置する。この金属板ジ ャケットは新たに断熱される。次にこの断熱層上にもう1つの金属板ジャケット 及び加熱装置を設置し、こ れは最終的に外側から断熱される。加熱装置の制御は、塔ジャケットと第1の金 属板ジャケットとの間の温度差が0になるように行われる。 本発明によるVEAの高度の精製ために、精留の際に0.2〜1mbar、有 利に0.5〜1mbarの塔頂圧で、1〜4mbar、有利に1.5〜3.5m bar、特に2〜3mbarmの塔底圧で作業する必要がある。 本発明によるVEAの精留の場合には、充填塔は塔の濃縮部において0.03 〜0.3m3/m2・hの液体負荷で、及び塔の回収部において0.03〜1.0 m3/m2・hの液体負荷で運転される。 有色の低沸点不純物及び高沸点不純物の分離のために一般に2つの塔が必要で あり、VEAの場合も同様に2つの塔が必要である。図2a及び2bは2つの充 填塔中のVEAの精留のための可能な蒸留コンセプトを示している。この図面に おいて 10は粗製ビタミン−E−アセテート用の供給部 20は供給−品質用の排出部 21は供給−品質+残留物用の排出部 4は留出物用の排出部 22は食品もしくは医薬品−品質用の排出部、つまり純度>99% 23は塔底流 24は高沸点物の分離のための精留装置 25は低沸点物の分離のための精留装置 を表す。 しかしながら、いわゆる邪魔板塔と同様の蒸留装置を使用することのできる。 邪魔板塔とは一般に、供給部及び側面取出部が存在する外側の塔ジャケットの内 部で2つの別々の塔充填物の組み合わせと解釈される。 このような邪魔板塔が図2cに図示されている。この図面では10,20,2 1及び22は図2a及び図2bと同じものを表し、26は邪魔板塔を表す。 本発明の対象は、本発明による方法のために装備された充填塔並びに不純物を 含有するVEAを0.1〜2mbarの圧力範囲内で精留により高度に精製する ためのその使用でもある。 本発明の対象は、高い分離効率を必要とする空気に敏感の及び/又は温度に敏 感の高沸点物質の混合物を0.1〜2mbarの塔頂圧で精留するための、規則 的配列構造を有し、相互にそれぞれ90°だけ回転されている金属織物充填物を 備えた回収部及び濃縮部を有する充填塔において、 a) 液体分配器として500以上の滴下箇所/m2、有利に900〜1200 の滴下箇所/m2を有するいわゆる通路分配器を備え、 b) 液体分配器のダクトが塔軸を中心に、分配器の直下にある充填物部材の織 物層に対してほぼ90°の 角度で配置されており、 c) 液体分配器の下側に2以上の20〜100mmの高さを有する充填物部材 を備え、その充填物部材の織物層は塔軸を中心に相互にそれぞれ90°だけ回転 しており、 d) 断熱部及び保護加熱部の組み合わせを備え、この組み合わせにより精留の 間に塔壁を通して熱損失が実際に起こらないことが保障されており、 e) 封止及びフランジが実際に空気遮断を保障するように構成されていること を特徴とする充填塔である。 本発明によるVEAの精留のための使用可能な充填塔は図3に示されている。 この図面において、 1は冷却媒体のための供給部 2は凝縮器 3は冷却媒体のための排出部 4は留出物 5は還流 6は500以上の滴下箇所/m2を有する通路−液体分配器 7は20〜100mmの高さを有する充填物部材 8は約170mmの高さを有する充填物部材 9は保護加熱部 10は粗製−VEA用の供給部 11は液体捕集器 12は側面取出部 13は封止部材 14は加熱媒体用の排出部(出口) 15は流下液膜蒸発器 16は加熱媒体用の供給部(入口) 17は塔底取出部 を表す。 本発明による充填塔及び本発明による方法により、高い分離効率を必要とする 空気に敏感な及び/又は温度に敏感な高沸点物質、たとえば粗製−VEA又はト コフェロールと不純物との混合物を、中真空で、つまり0.2〜2mbar、有 利に0.5〜1mbarの圧力で、圧力損失の少ない織物充填物を用いて、著し く良好な蒸留収率で精留することができる。 図2aの蒸留コンセプトによる粗製ビタミン−E−アセテートの精製方法の例 の記載。 約96%のVEAを有する脱ガスした、合成により製造した粗製ビタミン−E −アセテートを、200〜250℃の温度で、供給部10を通してズルツァーB Xタイプ又はモンツA3タイプの3〜5mの充填物高さを有する第1の精留塔の 中央に導入した。この液体は塔頂及び供給部で新規に開発された高効率−通路分 配器6を用いて塔の横断面にわたり均一に分配された。新規に開発された通路分 配器の下側には20〜10 0mmの高さを有する充填物部材7が存在する。通路分配器6の直下に設置され た充填物部材の織物層は液体分配器の通路に対して90°の角度で回転している 。この塔は保護加熱部9を備えており、断熱で運転した。フランジ及び管片は溶 接リップ封止又は高品質の金属封止を備えている。 塔頂圧は0.5〜1mbarであった。還流比は2〜4であった。塔内で還流 する液体は170〜220℃の温度を有していた。塔底では供給流の5〜20% が取り出された。 第1の塔の塔頂で取り出された200〜250℃の温度を有する生成物は、ズ ルツァーBXタイプ又はモンツA3タイプの3〜5mの充填物高さを有する第2 の精留塔の中央に供給した。この液体は塔頂及び供給部で新たに開発された高効 率の通路分配器を用いて塔の横断面にわたり分配させた。この塔もまた保護加熱 部を備えており、断熱で運転した。フランジ及び管片は溶接リップ封止又は高品 質の金属封止を備えていた。 塔頂圧は約0.5mbarであった。還流比は5〜15であった。塔中に還流 される液体は170〜220℃の温度を有していた。塔頂及び塔底では供給流の 5〜20%が取り出された。第2の塔の蒸発器のすぐ上方の側面取出部で取り出 されたビタミン−E−アセテートはほとんど無色(2よりも小さい色数)であり 、99%より高い純度を有する医薬品−品質を示した。このように純粋な生成物 の収率は理論値の約50%である。 薄層蒸発器中で1〜5mbarの圧力で第1の精留塔の塔底取出物と残留物と を分離した。こうして得られた蒸留物は第2の塔の塔頂生成物及び塔底生成物と 同様に家畜飼料(供給−品質)の目的のビタミン−E−アセテートとして販売す ることができた。この生成物は一般に90〜99%のVEAを含有していた。供 給−品質のVEA及び医薬品−品質のVEAに関する総蒸留収率は95〜98% である。
【手続補正書】特許法第184条の8第1項 【提出日】1997年6月20日 【補正内容】 【図1】 【図2】 【図3】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴルフ カイザー ドイツ連邦共和国 D−67098 バート デュルクハイム アウフ デム ケッペル 23 (72)発明者 ハラルト ラース ドイツ連邦共和国 D−67133 マックス ドルフ ゾールシュトラーセ 105 (72)発明者 パウル グラーフェン ドイツ連邦共和国 D−67273 ヴァイゼ ンハイム ズュートティローラー リング 20 (72)発明者 ベルンハルト ボックシュティーゲル ドイツ連邦共和国 D−67354 レーマー ベルク ファールヴェーク 8 (72)発明者 カイ−ウーヴェ バルデニウス ドイツ連邦共和国 D−67227 フランケ ンタール ウーラントシュトラーセ 4

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1. 規則的配列構造を有する金属織物充填物を備えた塔中で、中真空で精留す ることにより、高い分離効率を必要とする空気に敏感な及び/又は温度に敏感な 高沸点物質の混合物から純粋物質を獲得する方法において、次の特徴: a) 塔中で、液体分配をm2当たり500以上の滴下箇所を有する通路分配 器を用いて行い、 b) 塔中で、液体分配器の通路は、前記分配器の真下にある充填物部材の織 物層に対して塔軸を中心にほぼ90°の角度で回転して配置されており、 c) 塔中で、液体分配器の下側に2以上の、20〜100mmの高さを有す る充填物部材が存在し、これらの充填物部材の織物層はそれぞれ塔軸を中心に9 0°だけ回転して配置されており、 d) 塔は精留の間に実際に塔壁を通して熱交換を起こさないように構成され ており、 e) 空気に敏感な物質の場合に、塔は実際に空気遮断下で作業できるように 構成されている の物質交換塔中で精留を実施することを特徴とする純粋な物質の獲得方法。 2. a)による液体分配をm2当たり900〜1200の滴下箇所を有する通 路分配器を用いて実施する 、請求項1記載の方法。 3. e)による空気遮断を特に高品質の封止材料の使用により又はいわゆる溶 接リップ封止の使用により保障する、請求項1記載の方法。 4. d)において塔の断熱及び保護加熱の組み合わせにより、塔壁を通して実 際に熱損失が生じないことが保障されている、請求項1記載の方法。 5. 高い分離効率を必要とする温度に敏感な及び空気に敏感な高沸点物質とし て、不純物を含有するビタミン−E−アセテートを精留する、請求項1記載の方 法。 6. ビタミン−E−アセテートの精留の際に、0.5〜1mbarの塔頂圧で 及び1〜4mbarの塔底圧で作業する、請求項5記載の方法。 7. ビタミン−E−アセテートの精留の際に、0.03〜0.3m3/m2・h の塔頂での液体負荷で及び0.03〜1.0m3/m2・hの回収部の液体負荷で 運転する、請求項5記載の方法。 8. 高い分離効率を必要とする空気に敏感な及び/又は温度に敏感な高沸点物 質の混合物を0.1〜2mbarの塔頂圧で精留するための、それぞれ相互に9 0°だけ回転されている規則的配列構造を有する金属織物充填物(8)を備えた 回収部及び濃縮部を有する塔において、 a) 液体分配器として500以上の滴下箇所/m2 を有するいわゆる通路分配器(6)を備え、 b) 液体分配器の通路は、この分配器の直下にある充填物部材(7)の織物 層に対して塔軸を中心としてほぼ90°の角度で回転して配置されており、 c) 液体分配器の下側に2以上の、20〜100mmの高さを有する充填物 部材(7)を有し、この充填物部材の織物層はそれぞれ塔軸を中心として相互に 90°だけ回転しており、 d) 断熱部及び保護加熱部(9)からの組み合わせを備ることにより精留の 間に塔壁を通して実際に熱損失を起こさないことが保障されており、及び e) 封止及びフランジは塔中に実際に空気遮断が保障されるように構成され ている、 ことを特徴とする塔。 9. 不純物を有するビタミン−E−アセテートを中真空で精留することにより 高度に精製するための請求項8記載の充填塔の使用。
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