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  • 特許-化合物の製造方法 図1
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-10-18
(45)【発行日】2024-10-28
(54)【発明の名称】化合物の製造方法
(51)【国際特許分類】
   C07C 51/43 20060101AFI20241021BHJP
   C07C 57/04 20060101ALI20241021BHJP
【FI】
C07C51/43
C07C57/04
【請求項の数】 10
(21)【出願番号】P 2022547629
(86)(22)【出願日】2021-09-08
(86)【国際出願番号】 JP2021033037
(87)【国際公開番号】W WO2022054841
(87)【国際公開日】2022-03-17
【審査請求日】2023-03-08
(31)【優先権主張番号】P 2020153287
(32)【優先日】2020-09-11
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000004628
【氏名又は名称】株式会社日本触媒
(74)【代理人】
【識別番号】110000914
【氏名又は名称】弁理士法人WisePlus
(72)【発明者】
【氏名】和田 裕貴
(72)【発明者】
【氏名】迎 真志
(72)【発明者】
【氏名】竹本 安孝
(72)【発明者】
【氏名】酒井 豊文
【審査官】早川 裕之
(56)【参考文献】
【文献】特開2010-059107(JP,A)
【文献】特開平11-123302(JP,A)
【文献】特表2011-514311(JP,A)
【文献】国際公開第2018/216699(WO,A1)
【文献】特開2006-069959(JP,A)
【文献】特開2002-001017(JP,A)
【文献】特表2009-530103(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C07C
CAplus/REGISTRY(STN)
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
化合物の製造方法であって、
該製造方法は、化合物の結晶を含むスラリーを、液圧式洗浄カラムに供給する工程、
該液圧式洗浄カラムから、結晶を含む循環スラリーを抜き出し、抜き出した循環スラリーに含まれる結晶を融解する工程
該融解する工程で得られた融解液を含む循環液の一部を液圧式洗浄カラムに返送する工程であって、返送した循環液の流れは、結晶の移動方向に対して向流となるように返送する工程、及び、
液圧式洗浄カラム内の結晶を含むスラリーを、フィルターを用いて濾過し、該フィルターに接続されるパイプを用いて母液を抜き出す工程を含み、
該化合物は、(メタ)アクリル酸であり、
該返送する工程で返送する循環液のうち、該融解液100質量%に対して30質量%超に相当する量が結晶を洗浄する洗浄液となる
ことを特徴とする化合物の製造方法。
【請求項2】
前記液圧式洗浄カラムに供給される前記スラリーは、その母液中の前記化合物の純度が97質量%以下である
ことを特徴とする請求項1に記載の化合物の製造方法。
【請求項3】
前記液圧式洗浄カラムは、その外壁面が加熱されている
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の化合物の製造方法。
【請求項4】
前記液圧式洗浄カラムは、その外壁面が、前記化合物の融点より少なくとも3℃高い熱媒により加熱されている
ことを特徴とする請求項3に記載の化合物の製造方法。
【請求項5】
前記フィルターの熱伝導率と、前記パイプの熱伝導率が異なる
ことを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載の化合物の製造方法。
【請求項6】
前記製造方法は、化合物含有溶液から化合物の結晶を含むスラリーを得る工程を更に含む
ことを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載の化合物の製造方法。
【請求項7】
前記化合物含有溶液は、(メタ)アクリル酸水溶液又は粗(メタ)アクリル酸溶液である
ことを特徴とする請求項6に記載の化合物の製造方法。
【請求項8】
前記製造方法は、原料から化合物含有溶液を得る工程を更に含む
ことを特徴とする請求項1~7のいずれかに記載の化合物の製造方法。
【請求項9】
前記原料は、プロパン、プロピレン、アクロレイン、イソブテン、メタクロレイン、酢酸、乳酸、イソプロパノール、1,3-プロパンジオール、グリセロール、及び、3-ヒドロキシプロピオン酸からなる群より選択される少なくとも1種である請求項8に記載の化合物の製造方法。
【請求項10】
化合物の精製方法であって、
該精製方法は、化合物の結晶を含むスラリーを、液圧式洗浄カラムに供給する工程、
該液圧式洗浄カラムから、結晶を含む循環スラリーを抜き出し、抜き出した循環スラリーに含まれる結晶を融解する工程
該融解する工程で得られた融解液を含む循環液の一部を液圧式洗浄カラムに返送する工程であって、返送した循環液の流れは、結晶の移動方向に対して向流となるように返送する工程、及び、
液圧式洗浄カラム内の結晶を含むスラリーを、フィルターを用いて濾過し、該フィルターに接続されるパイプを用いて母液を抜き出す工程を含み、
該化合物は、(メタ)アクリル酸であり、
該返送する工程で返送する循環液のうち、該融解液100質量%に対して30質量%超に相当する量が結晶を洗浄する洗浄液となる
ことを特徴とする化合物の精製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、化合物の製造方法に関する。より詳しくは、化合物の製造方法、化合物の精製方法、精製装置、及び、液圧式洗浄カラム用母液抜き出し装置に関する。
【背景技術】
【0002】
化合物、例えば(メタ)アクリル酸等の易重合性化合物は、樹脂の原料等として工業的に広く利用されている。このような中、不純物を低減できる優れた精製技術が種々検討されている。
【0003】
工業上、化合物の精製前の粗製化合物の多くは、連続式の精製工程を経て精製されている。例えば、原料ガスを接触気相酸化反応させて得られたアクリル酸含有ガスを、捕集、晶析精製し、残留母液に含まれるアクリル酸のマイケル付加物を分解して捕集工程に戻すアクリル酸の製造方法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。この方法により、高収率でアクリル酸を製造可能である。
【0004】
上記精製工程では、液圧式洗浄カラム(HWC〔Hydraulic wash column〕)等の洗浄カラムが用いられることがある。従来の洗浄カラムを用いた精製方法が、特許文献2~4、非特許文献1に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開2007-182437号公報
【文献】特表2003-530376号公報
【文献】特表2005-509010号公報
【文献】特表2005-509009号公報
【非特許文献】
【0006】
【文献】Verdoesら、他1名、「High purity products by crystallisation」、Speciality Chemicals Magazine、2009年9月、pp.32-35
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
上記のように、化合物を製造する際に、より優れた精製技術が求められており、不純物の分離効率を優れたものとすることが望まれていた。本発明は上記現状に鑑みてなされたものであり、母液の純度が低く、固液分離性の悪い結晶を含むスラリーであっても、不純物を充分に低減でき、その分離効率を優れたものとする方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明者らは、化合物の製造方法について検討し、化合物の精製において、洗浄効率が高い液圧式洗浄カラムを用いることに着目した。そして、液圧式洗浄カラムから、結晶を含む循環スラリーを抜き出し、該結晶を融解する工程で得られた融解液を含む循環液の一部を、該融解液100質量%に対して30質量%超に相当する量が結晶を洗浄する洗浄液となるように、液圧式洗浄カラムに返送することで、分離効率を優れたものとすることができることを見出し、本発明に到達したものである。
【0009】
すなわち、本発明は、化合物の製造方法であって、該製造方法は、化合物の結晶を含むスラリーを、液圧式洗浄カラムに供給する工程、該液圧式洗浄カラムから、結晶を含む循環スラリーを抜き出し、抜き出した循環スラリーに含まれる結晶を融解する工程、及び、
該融解する工程で得られた融解液を含む循環液の一部を液圧式洗浄カラムに返送する工程を含み、該返送する工程で返送する循環液のうち、該融解液100質量%に対して30質量%超に相当する量が結晶を洗浄する洗浄液となることを特徴とする化合物の製造方法である。
【0010】
なお、上述した特許文献2~4、非特許文献1には、洗浄カラムに関する記載があるが、特許文献2、非特許文献1には、融解する工程で得られた融解液の30質量%超を洗浄液として液圧式洗浄カラムに返送することの開示はなく、洗浄液量を多量とすることで、例えば精製対象となるスラリー中の母液の純度が低い場合でも、不純物の分離効率に優れるという構成と効果との関連性が開示されていない。また、特許文献3、4には、そもそも洗浄液量に関する記載がない。
【発明の効果】
【0011】
本発明の製造方法は、不純物の分離効率に優れる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
図1図1は、本発明の製造方法に係る精製装置を例示する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明を詳細に説明する。
なお、以下において記載する本発明の個々の好ましい特徴を2つ以上組み合わせたものもまた、本発明の好ましい形態である。
【0014】
以下においては、先ず、本発明の化合物の製造方法について記載する。次いで、本発明の化合物の精製方法、本発明の精製装置、本発明の液圧式洗浄カラム用母液抜き出し装置について順に説明する。
【0015】
(本発明の化合物の製造方法)
本発明の化合物の製造方法は、化合物の結晶を含むスラリーを、液圧式洗浄カラムに供給する工程、該液圧式洗浄カラムから、結晶を含む循環スラリーを抜き出し、抜き出した循環スラリーに含まれる結晶を融解する工程、及び、該融解する工程で得られた融解液を含む循環液の一部を液圧式洗浄カラムに返送する工程を含み、該返送する工程で返送する循環液のうち、該融解液100質量%に対して30質量%超に相当する量が結晶を洗浄する洗浄液となる。
上記供給する工程、上記融解する工程、及び、上記返送する工程は、基本的には精製対象に対してこの順で行われるものであるが(例えば、図1に示すように、結晶を含むスラリー11aが、液圧式洗浄カラム1内に、供給ライン11・パイプ4を介して供給された後、液圧式洗浄カラム1の底部の循環スラリーの抜き出し口20から、結晶を含む循環スラリーが抜き出され、循環スラリーの抜き出し口20と融解する設備22とを接続する抜き出しライン21を通って、循環スラリーに含まれる結晶を融解する設備22で融解される。融解する設備22で融解して得られた融解液を含む循環液は、その一部が、融解する設備22と返送口25とを接続する返送ライン24を通って、液圧式洗浄カラム1内に返送される。なお、その他の循環液は、返送ライン24から分岐した製品抜き出しライン23を通って製品23aとして精製装置から抜き出される。)、以下では先ず返送する工程について説明し、次いで、供給する工程、融解する工程、その他の工程について順に説明する。なお、連続式の精製工程では、通常、精製装置全体として見たときに各工程が同時に行われることになる。
本明細書中、「化合物」は、本発明の製造方法で得られる化合物をいい、本発明の製造方法における原料や副生成物、溶媒をいうものではない。「化合物」は、「目的化合物」又は「目的物」と言い換えることができる。本明細書中、「不純物」は、「化合物」以外の成分、例えば、原料や副生成物、溶媒をいう。
【0016】
<返送する工程>
上記返送する工程は、上記融解する工程で得られた融解液を含む循環液の一部を液圧式洗浄カラムに返送し、返送する工程で返送する循環液のうち、該融解液100質量%に対して30質量%超に相当する量が結晶を洗浄する洗浄液となる。本明細書中、融解液100質量%に対する、結晶を洗浄する洗浄液の質量割合を、返送割合ともいう。なお、融解液は循環液に含まれるものとなるので、融解液として分離できるものではない。
【0017】
上記循環液は、上記融解する工程で得られた融解液を含む。すなわち、抜き出した循環スラリー中の結晶が融解されて融解液となることで、懸濁している循環スラリーが懸濁していない循環液となったものである。
上記循環液は、液圧式洗浄カラムから、結晶を含む循環スラリーとして抜き出され、その後、融解する工程で得られた融解液を含む循環液として、その一部が液圧式洗浄カラムに返送されることで、液圧式洗浄カラム内を通過して循環するものであり、言い換えれば、液圧式洗浄カラム内を通過する循環経路を流れるものである。なお、本明細書中、循環経路を流れる循環スラリー中の液状成分のことも循環液という。
【0018】
上記融解する工程で得られた融解液は、液圧式洗浄カラムから抜き出された循環スラリーに含まれる結晶が融解する工程で融解して得られた液を言い、循環スラリーに含まれる循環液(液状成分)であったものを含まない。
ここで、循環スラリーとは、化合物の結晶と循環液の懸濁液であり、循環経路を流れるものである。
【0019】
上記循環経路は、液圧式洗浄カラムを通過して循環する経路であり、具体的には、上記液圧式洗浄カラムにおける循環スラリーの抜き出し口と上記融解する設備とを接続する抜き出しライン、融解する設備と上記液圧式洗浄カラムにおける返送口とを接続する返送ラインからなる循環経路が挙げられる。当該循環経路は、循環スラリー又は融解液を含む循環液が循環する。本明細書中、この循環経路を、メルトループとも言う。
循環経路のうち、循環スラリーが流れる部分は、循環液に液圧式洗浄カラムの結晶が導入されて循環スラリーとなってから、循環スラリーに含まれる結晶が融解されるまでの部分である。例えば、上述したメルトループにおいて、液圧式洗浄カラムの底部における、返送口25から返送された循環液が、液圧式洗浄カラム内で結晶と混ざり合うことで循環スラリーとなり、循環スラリーの抜き出し口20と融解する設備22との間の経路(抜き出しライン21)を流通する。なお、上記循環スラリーに含まれる循環液は、実質的に、返送する工程において液圧式洗浄カラムに返送された循環液のうち、結晶を洗浄する洗浄液とならず、再循環するものからなる。
【0020】
上記洗浄液とは、液圧式洗浄カラムに返送される循環液の一部であって、液圧式洗浄カラムに返送された後、液圧式洗浄カラムの抜き出し口から抜き出されて循環経路を再循環せず、例えば、液圧式洗浄カラムの結晶床の結晶の隙間を通って、結晶の移動方向に対して向流となるように(好ましくは、上向きに)流れ、液圧式洗浄カラム内の結晶を洗浄するものを言う。
なお、上記洗浄液は、上述したように、液圧式洗浄カラムに返送された後、循環経路を再循環せず、循環経路を流れる循環液から除かれるものである。製品も、上記循環経路を流れる循環液から抜き出されて除かれる。一方、液圧式洗浄カラムから、結晶が抜き出され、循環経路を流れる循環液に導入される。循環経路から除かれる分と循環経路に導入される分は連続運転中は釣り合っており、上記洗浄液の量と、抜き出される製品の量の和は、液圧式洗浄カラムから抜き出される結晶の量、すなわち融解する工程で得られる融解液の量に等しい。このことから、上記洗浄液の量は、抜き出した結晶の融解液の量から製品の抜き出し量を差し引いた量でもある。
上記返送する工程における返送割合は、融解する工程に供給した結晶量を、液圧式洗浄カラムに供給したスラリー流量と、サンプリング、比重計測、母液の凝固点等から求まるスラリー濃度から換算し、製品として抜き出す循環液の流量を流量計測設備で測定することで、あるいは液圧式洗浄カラムに供給されるスラリー(以下、供給スラリーとも言う。)の母液、抜き出した母液、抜き出した製品中の不純物濃度から求めることができる。
【0021】
上記返送する工程における返送割合の算出方法を以下に例示する。以下の例示では簡略化のため、当該返送割合の算出において、結晶の純度を100%と仮定した。
液圧式洗浄カラムに供給する、結晶を含むスラリー11aの流量を流量計で計測する。例えば、流量100kg/hとする。
結晶を含むスラリー11aをサンプリングし、結晶融解前の母液の純度94.4%と、結晶融解後の液の純度95.0%を比較し、スラリー濃度を10質量%と算出する。
もしくは、結晶を含むスラリー11aの比重を計測したところ、1.07であったとする。液の比重1.05、結晶の比重1.25であることより、スラリー濃度を10質量%と算出する。
ここでは、結晶を含むスラリー11aと、上記循環スラリーに含まれる結晶量は同じと仮定した。該循環スラリーを用いて、同様の方法で、直接、結晶量を算出してもよい。
よって、上記循環スラリーに含まれる結晶量は、10kg/h(=100kg/h×10質量%)である。
また、製品23aの流量を流量計で6.0kg/hと計測する。
したがって、洗浄液の量は、融解液の量(循環スラリーに含まれる結晶量)から製品の抜き出し量を差し引いた量であり、10-6.0=4.0kg/hである。返送割合は、洗浄液の量を抜き出した結晶の融解液の量で除したものであり、40%(=4.0/10×100%)である。
【0022】
上記返送する工程は、上述したように、上記融解する工程で得られた融解液を含む循環液の一部を液圧式洗浄カラムに返送し、返送する工程で返送する循環液のうち、該融解液100質量%に対して30質量%超に相当する量が結晶を洗浄する洗浄液となる。返送した循環液の流れは、結晶(床)の移動方向に対して向流となるように返送することが好ましく、洗浄液と結晶の比重により、適宜決定すればよい。例えば、結晶の比重が母液の比重より大きい場合は、循環液は上向きに返送することが好ましい。ここで上向きとは、実質的に水平面に対して垂直上向きであることが好ましい。これにより、結晶を効率的に洗浄することができる。
【0023】
上記返送する工程における返送割合は、上記融解する工程で得られた融解液100質量%に対して30質量%超に相当し、31質量%以上に相当することが好ましく、35質量%以上に相当することがより好ましく、40質量%以上に相当することが更に好ましい。
上記返送割合は、80質量%以下に相当することが好ましく、75質量%以下に相当することがより好ましく、70質量%以下に相当することが更に好ましい。
なお、上記返送する工程に伴って、製品が抜き出される製品抜き出し速度は、工業的規模の液圧式洗浄カラムにおいては、5kg/h~4.0×10kg/hである。
【0024】
本発明の製造方法において、上記液圧式洗浄カラムは、その外壁面が加熱されていることが好ましい。
本発明の製造方法では、上記返送する工程において従来よりも多くの洗浄液を返送して用いるため、液圧式洗浄カラムに供給された、フィルターから抜き出される母液の上記化合物の純度が高くなり、これに伴って母液の凝固点が高くなり、凍結による配管の閉塞等が懸念される。特に、後述するようにフィルターを用いて結晶を含むスラリーを濾過する場合は、当該フィルターが凍結により閉塞することが懸念される。また、壁面付近を通過する洗浄液や母液の凍結による結晶床の移動力の低下に伴う処理量の低下等が懸念される。上記液圧式洗浄カラムの外壁面が加熱されていることで、凍結を防止でき、上記化合物を安定的に製造できる。
【0025】
上記液圧式洗浄カラムは、その外壁面が、熱媒により加熱されていることが好ましい。
熱媒としては、特に限定されず、任意の液体又は気体を使用でき、例えば水、不凍液、メタノール水(メタノール水溶液)、ガス等が挙げられる。上記熱媒は、精製する化合物の凝固点等を加味して適宜選択すればよい。
上記熱媒の流量は、熱媒の入口温度と出口温度の差が5℃未満、好ましくは3℃未満、より好ましくは1℃未満となるように適宜設定すればよい。
【0026】
本発明の製造方法において、上記液圧式洗浄カラムは、その外壁面が、上記化合物の融点より少なくとも3℃高い熱媒により加熱されていることが好ましい。
上記熱媒の温度は、上記のように上記化合物の融点よりも3℃以上高いことが好ましいが、5℃以上高いことがより好ましく、7℃以上高いことが更に好ましい。
また上記熱媒の温度は、上記化合物の融点よりも30℃以下高いことが好ましく、20℃以下高いことがより好ましい。言い換えれば、上記熱媒の温度は、通常、上記化合物の融点よりも高いところ、その差は、30℃以下であることが好ましく、20℃以下であることがより好ましい。上記化合物の融点とは、目的とする化合物の融点であって、0~80℃であることが好ましく、1~50℃であることがより好ましく、更に好ましくは3~40℃であり、特に好ましくは5~20℃である。
上記加熱は、熱媒等により液圧式洗浄カラムの一部を加熱して行うものであってもよいが、上記液圧式洗浄カラムの実質的に全体を加熱して行うもの(ジャケット式)であることが好ましい。
ジャケット式で、熱媒が液体の場合は、熱媒をジャケットの下方から供給する方が好ましく、その場合、上記熱媒の温度は入口温度であることが好ましい。
熱媒をジャケットの上方から供給するものであってもよいが、その場合、上記の熱媒温度は出口温度であることが好ましい。
なお、上記液圧式洗浄カラム内は、基本的に加圧下(好ましくは、0.05~1.0MPaの範囲内)で運転される。
【0027】
<供給する工程>
上記供給する工程において、化合物の結晶を含むスラリーを、液圧式洗浄カラムに供給する。該結晶を含むスラリーは、化合物の結晶と母液の懸濁液であり、言い換えると、液圧式洗浄カラムに供給する化合物の結晶を含むスラリーの液部分が母液である。なお、該結晶を含むスラリーは、後述するように、化合物含有溶液(例えば、(メタ)アクリル酸水溶液又は粗(メタ)アクリル酸溶液)において結晶を生成させて得ることができるが、当該化合物含有溶液は、自ら調製したものであってもよく、他所から調達したものであってもよい。なお、ここで言う化合物含有溶液には、粗製化合物も含まれる。
【0028】
上記液圧式洗浄カラムに供給される結晶を含むスラリー中、結晶の質量割合は、1質量%以上であることが好ましく、3質量%以上であることがより好ましく、5質量%以上であることが更に好ましい。
上記結晶の質量割合は、50質量%以下であることが好ましく、40質量%以下であることがより好ましく、30質量%以下であることが更に好ましく、20質量%以下であることが特に好ましい。
なお、本明細書中、単に「液圧式洗浄カラムに供給される結晶を含むスラリー」という場合、当該液圧式洗浄カラムに供給される結晶を含むスラリーとは、液圧式洗浄カラムに供給される直前の結晶を含むスラリーをいう。
【0029】
上記液圧式洗浄カラムに供給される結晶を含むスラリーは、その母液中に上記化合物を含むことが好ましい。上記母液としては、上記化合物、上記化合物の水溶液等が挙げられる。なお、上記母液は、通常、上記化合物、水以外の不純物を含むものである。
本発明の化合物の製造方法において、上記液圧式洗浄カラムに供給される結晶を含むスラリーは、その母液中の上記化合物の純度(質量割合)が97質量%以下であることが好ましい。これにより、本発明の効果が顕著なものとなる。
上記母液中の化合物の質量割合は、96質量%以下であることがより好ましい。
上記母液中の化合物の質量割合は、85質量%以上であることが好ましく、88質量%以上であることがより好ましく、90質量%以上であることが更に好ましい。
【0030】
本発明の製造方法において、上記化合物は、上述したように、融点が0~80℃であることが好ましく、1~50℃であることがより好ましく、更に好ましくは3~40℃であり、特に好ましくは5~20℃である。
また上記融点を有する化合物としては、反応性の二重結合を有する易重合性化合物であることが好ましい。
中でも、本発明の製造方法において、上記化合物は、不飽和カルボン酸であることがより好ましく、(メタ)アクリル酸であることが更に好ましく、アクリル酸であることが特に好ましい。本明細書中、(メタ)アクリル酸は、アクリル酸及び/又はメタクリル酸である。
【0031】
上記母液中、水の質量割合は、0.1質量%以上であることが好ましく、0.5質量%以上であることがより好ましく、1質量%以上であることが更に好ましい。
上記母液中、水の質量割合は、8質量%以下であることが好ましく、6質量%以下であることがより好ましく、4質量%以下であることが更に好ましい。
【0032】
上記母液中、上記化合物、水以外の不純物の質量割合は、本発明の効果が顕著となる観点から、0.1質量%以上であることが好ましく、0.4質量%以上であることがより好ましく、0.8質量%以上であることが更に好ましい。
上記母液中、上記化合物、水以外の不純物の質量割合は、8質量%以下であることが好ましく、6質量%以下であることがより好ましく、4質量%以下であることが更に好ましい。
【0033】
上記化合物が(メタ)アクリル酸である場合、上記化合物、水以外の不純物としては、例えば酢酸、フルフラール等が挙げられる。
この場合、上記母液中、酢酸の質量割合は、本発明の効果が顕著となる観点から、0.1質量%以上であることが好ましく、0.3質量%以上であることがより好ましく、0.7質量%以上であることが更に好ましい。
上記母液中、酢酸の質量割合は、8質量%以下であることが好ましく、6質量%以下であることがより好ましく、4質量%以下であることが更に好ましい。
【0034】
上記化合物が(メタ)アクリル酸である場合、上記母液中、フルフラールの質量割合は、本発明の効果が顕著となる観点から、0.01質量%以上であることがより好ましく、0.05質量%以上であることがより好ましく、0.1質量%以上であることが更に好ましい。
上記母液中、フルフラールの質量割合は、2質量%以下であることが好ましく、1質量%以下であることがより好ましく、0.5質量%以下であることが更に好ましい。
【0035】
上記供給する工程において、結晶を含むスラリーの供給速度は、特に限定されないが、工業的規模の液圧式洗浄カラムにおいては、例えば0.2×10~4.0×10kg/hである。
【0036】
上記供給する工程において、結晶を含むスラリーの供給温度は、上記化合物の融点等に応じて適宜設定することができるが、例えば0~80℃の範囲内で適宜調整することができる。
例えば上記化合物が(メタ)アクリル酸である場合は、結晶を含むスラリーの供給温度は、5~13℃であることが好ましく、6~12℃であることがより好ましい。
上記結晶を含むスラリーの供給温度は、上記液圧式洗浄カラムに供給される直前の結晶を含むスラリー中の母液の温度である。
【0037】
<融解する工程>
上記融解する工程において、液圧式洗浄カラムから、結晶を含む循環スラリーを抜き出し、抜き出した循環スラリーに含まれる結晶を融解する。
結晶は、液圧式洗浄カラムの下部に形成された結晶床由来である。結晶の抜き出しは、後述する、液圧式洗浄カラム内の結晶床から結晶を抜き出す機構を用いて行うことができる。
結晶の抜き出しでは、通常、循環液も共に抜き出されることになり、結晶を含む循環スラリーとして抜き出され、融解する工程に供される。
【0038】
例えば、上記液圧式洗浄カラムから抜き出された結晶を含む循環スラリー中、結晶の質量割合は、0.5質量%以上であることが好ましく、1質量%以上であることがより好ましく、3質量%以上であることが更に好ましく、5質量%以上であることが特に好ましい。
上記結晶の質量割合は、40質量%以下であることが好ましく、30質量%以下であることがより好ましく、20質量%以下であることが更に好ましく、10質量%以下であることが特に好ましい。
なお、本明細書中、上記液圧式洗浄カラムから抜き出された結晶を含む循環スラリー又は結晶とは、液圧式洗浄カラムから抜き出された直後の結晶を含む循環スラリー又は結晶をいい、例えば、循環スラリーの抜き出し口と融解する設備とを接続する抜き出しライン(パイプ)内の、結晶を含む循環スラリー又は結晶をいう。
【0039】
液圧式洗浄カラムから抜き出される結晶を含む循環スラリーの抜き出し速度は、特に限定されないが、工業的規模の液圧式洗浄カラムにおいては、例えば2×10~5×10kg/hである。
【0040】
抜き出した結晶の融解は、加熱器を用いて行うことができる。加熱器としては、結晶を含むスラリーに効率的に熱を伝える構造、例えば、垂直多管式熱交換器、水平多管式熱交換器、二重管式熱交換器、スパイラル熱交換器、プレート熱交換器、電気ヒーター等が挙げられる。当該加熱器は、メルトループ中に設けられ、循環スラリー(融解後は循環液)はメルトループ中に設けられたポンプによって循環する強制循環式であることが好ましい。
【0041】
上記融解する工程における加熱温度は、上記化合物の融点に応じて適宜設定すればよいが、例えば10~100℃の範囲内で適宜調整することができる。
例えば上記化合物が(メタ)アクリル酸である場合は、上記融解する工程における加熱温度は、15℃以上であることが好ましく、18℃以上であることがより好ましい。また、該加熱温度は、50℃以下であることが好ましく、40℃以下であることがより好ましい。
上記融解する工程における加熱温度は、該融解する設備に熱媒を供給して加熱する場合は、該熱媒の温度である。
また上記融解する工程(融解する設備)出口の、融解液を含む循環液の温度を、該融解する工程により得られた融解液を含む循環液(例えば熱交換器等を通過し、その際にスラリー中の結晶が融解して得られた融解液を含む循環液)の融点よりも、1~10℃高い温度に設定することが好ましい。
上記融解する工程における融解時間は、結晶が充分融解される程度に適宜決定すればよい。
【0042】
<母液を抜き出す工程>
本発明の製造方法は、液圧式洗浄カラム内の結晶を含むスラリーを、フィルターを用いて濾過し、該フィルターに接続されるパイプを用いて母液を抜き出す工程を更に含むことが好ましい。また、上記母液を抜き出す工程では、上記洗浄液の一部も母液とともに抜き出すことが好ましい。そのため、抜き出した母液は上記洗浄液の一部を含むことが好ましい。
抜き出した母液は、リサイクルして再利用することができる。抜き出した母液を、例えば液圧式洗浄カラムに供給する結晶を含むスラリーの少なくとも一部として再利用することで、上記化合物の品質を更に向上させることができる。
なお、母液よりも結晶の比重が大きい場合、供給する工程で供給するスラリー中に含まれる母液は、上から下向きに流れ、下から上向きに流れる洗浄液とぶつかり押し返され、フィルターを通して抜き出される。
【0043】
本発明の製造方法において、上記フィルターの熱伝導率と、上記パイプの熱伝導率が異なることが好ましい。
例えば、上記フィルターの熱伝導率が、上記パイプの熱伝導率よりも低いことが好ましい。これにより、比較的低温である、液圧式洗浄カラムの上部に延在しているパイプに接続している上記フィルターが冷やされてしまい、上記フィルターが母液の凍結により閉塞することを充分に防止できる。例えば、本発明の製造方法では、多量の洗浄液を用いるため、フィルターから抜き出す母液の純度が高いものとなり、フィルター付近の母液の凝固点が高くなるところ、当該凝固点が、比較的低温である、フィルターよりも上側の結晶を含むスラリーの温度よりも高くなると、液圧式洗浄カラムの上部に延在しているパイプを介してフィルターが冷やされてしまうことで、母液の凍結によるフィルターの閉塞が懸念されるが、この閉塞を充分に防止できる。
例えば、上記フィルターの熱伝導率が、上記パイプの熱伝導率よりも1W/(m・K)以上低いことが好ましく、5W/(m・K)以上低いことがより好ましく、15W/(m・K)以上低いことが更に好ましい。
また、上記フィルターの熱伝導率が、上記パイプの熱伝導率よりも30W/(m・K)以下低いことが好ましく、25W/(m・K)以下低いことがより好ましく、20W/(m・K)以下低いことが更に好ましい。言い換えれば、上記フィルターの熱伝導率は、通常、上記パイプの熱伝導率よりも低いところ、その差は、30W/(m・K)以下であることが好ましく、25W/(m・K)以下であることがより好ましく、20W/(m・K)以下であることが更に好ましい。
【0044】
上記フィルターの熱伝導率は、20W/(m・K)以下であることが好ましく、10W/(m・K)以下であることがより好ましく、1W/(m・K)以下であることが更に好ましい。
上記フィルターの熱伝導率は、その下限値は特に限定されないが、通常は0.1W/(m・K)以上である。
【0045】
また上記フィルターの材質と、上記パイプの材質が異なることが好ましい。
例えば、上記フィルターは、その材質に特に限定はなく、例えばステンレス等の金属から構成されるもの、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、ポリエーテルケトン(PEK)等の樹脂から構成されるものとすることができ、後者が好ましい。また、上記パイプは、その材質に特に限定はなく、金属又は合金から構成されていることが好ましい。
【0046】
中でも、上記フィルターの熱伝導率に対する、上記パイプの熱伝導率の比が、10~100であることが好ましい。
上記比は、15~80であることがより好ましく、50~75であることが更に好ましい。
これにより、本発明の製造方法において化合物を安定的に得ることができる。
【0047】
上記母液を抜き出す工程において抜き出した母液は、通常、上記化合物を含む。上記母液としては、上記化合物が融解した液、上記化合物の水溶液等が挙げられる。なお、上記母液は、通常、上記化合物、水以外の不純物を含むものである。
なお、上記母液を抜き出す工程において抜き出した母液とは、上記母液を抜き出す工程においてフィルターを通過直後の母液をいう。
【0048】
上記母液を抜き出す工程は、ポンプ等を用いて適宜行うことができる。
【0049】
<結晶を含むスラリーを得る工程>
本発明の製造方法は、化合物含有溶液から化合物の結晶を含むスラリーを得る工程を更に含むことが好ましい。
化合物含有溶液は、化成器により得られた反応生成物である化合物のガスを、例えば吸収塔で捕集して得ることができ、また、捕集して得られたものを精製した粗製化合物も化合物含有溶液に含まれる。化合物含有溶液は、自ら合成して得たものに限定されず、他所から調達されたものであってもよい。
化合物含有溶液に対して、例えば冷却を行い、化合物の結晶を含むスラリーを得ることができる。
【0050】
上記化合物含有溶液は、上記化合物、水以外の不純物を含むものである。
本発明の製造方法において、上記化合物含有溶液は、(メタ)アクリル酸水溶液又は粗(メタ)アクリル酸溶液であることが好ましい。
(メタ)アクリル酸水溶液は、(メタ)アクリル酸が水に溶解した溶液をいう。粗(メタ)アクリル酸溶液は、(メタ)アクリル酸からなる溶液であって、(メタ)アクリル酸製造時の副生成物等の不純物を含むものをいう。
なお、上記不純物としては、例えば、プロピオン酸、酢酸、マレイン酸、安息香酸、アクリル酸ダイマー等の酸類、アクロレイン、フルフラール、ホルムアルデヒド、グリオキサール等のアルデヒド類、メチルイソブチルケトン、トルエン、プロトアネモニン、アセトン等が挙げられる。
本発明の製造方法により、化合物含有溶液に含まれる不純物を充分に除去することができる。
【0051】
<化合物含有溶液を得る工程>
本発明の製造方法において、上記製造方法は、原料から化合物含有溶液を得る工程を更に含むことが好ましい。
【0052】
上記化合物含有溶液を得る工程については、化合物含有溶液が得られる限り特に限定されないが、上記化合物が(メタ)アクリル酸である場合、例えば、特開2007-182437号公報(特許文献1)に記載のアクリル酸の合成工程、アクリル酸の捕集工程等により好適に行うことができる。
本発明の化合物の製造方法において、上記原料は、プロパン、プロピレン、アクロレイン、イソブテン、メタクロレイン、酢酸、乳酸、イソプロパノール、1,3-プロパンジオール、グリセロール、及び、3-ヒドロキシプロピオン酸からなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。また上記(メタ)アクリル酸及び/又は原料は、再生可能な原料から誘導され、バイオベースの(メタ)アクリル酸を生成しても良い。
【0053】
なお、上記化合物含有溶液を得る工程では、基本的に、副生成物等の不純物が生じる。例えば、上記化合物が(メタ)アクリル酸である場合、水やプロピオン酸、酢酸、マレイン酸、安息香酸、アクリル酸ダイマー等の酸類、アクロレイン、フルフラール、ホルムアルデヒド、グリオキサール等のアルデヒド類、メチルイソブチルケトン、トルエン、プロトアネモニン、アセトン等が不純物として生じるが、本発明の製造方法に係る液圧式洗浄カラムによる精製等により、不純物の分離効率を優れたものとして、製品を効率よく得ることができる。
【0054】
(化合物の精製方法)
本発明はまた、化合物の精製方法であって、該精製方法は、化合物の結晶を含むスラリーを、液圧式洗浄カラムに供給する工程、該液圧式洗浄カラムから、結晶を含む循環スラリーを抜き出し、抜き出した循環スラリーに含まれる結晶を融解する工程、及び、該融解する工程で得られた融解液を含む循環液の一部を液圧式洗浄カラムに返送する工程を含み、該返送する工程で返送する循環液のうち、該融解液100質量%に対して30質量%超に相当する量が結晶を洗浄する洗浄液となる化合物の精製方法でもある。
本発明の精製方法により、結晶を含むスラリーを効率よく精製することができる。
本発明の精製方法における好ましい形態は、上述した本発明の製造方法における好ましい形態と同様である。
【0055】
(精製装置)
本発明は更に、結晶を精製する精製装置であって、該精製装置は、結晶を含む循環スラリーの抜き出し口及び抜き出した結晶の融解液を含む循環液の返送口が設けられた液圧式洗浄カラム、結晶を含むスラリーを液圧式洗浄カラムに供給するパイプ、該液圧式洗浄カラム内の結晶を含むスラリーを濾過するフィルター、該フィルターに接続される、母液を抜き出すパイプ、該抜き出し口から抜き出した循環スラリーに含まれる結晶を融解する設備、該結晶を融解する設備で得られる融解液を含む循環液の一部を、その少なくとも一部が結晶を洗浄する洗浄液となるように、液圧式洗浄カラムに返送する機構、及び、該循環液の返送量を制御する機構を含んで構成され、該フィルターの熱伝導率と、該フィルターに接続される、母液を抜き出すパイプの熱伝導率が異なる精製装置でもある。
【0056】
本発明の精製装置は、上記結晶を融解する設備で得られる融解液を含む循環液の一部を、液圧式洗浄カラムに返送する機構(返送機構)を含むことにより、洗浄効率に優れる。
上記返送機構は、上記循環液の一部を、循環液の他の部分と分けて、液圧式洗浄カラムに返送するために用いられる機構であればよく、例えば、上記融解する設備と上記返送口とを接続する返送ラインから分岐して、製品抜き出し口に接続される製品抜き出しラインがある場合に、該分岐路が挙げられる。該分岐路としては、例えばT字路(丁字路)が挙げられる。
上記返送口は、循環液を上向きに返送できるように、液圧式洗浄カラムの底部に設けられたものであることが好ましい。上記返送機構は、例えば、上記分岐路と、液圧式洗浄カラムの底部に設けられた返送口との組合せであってもよい。
【0057】
本発明の精製装置は、上記循環液の返送量を制御する機構を更に含む。
本発明の精製装置は、上記循環液の返送量を制御する機構(制御機構)を更に含むことにより、例えば上記循環液の返送量を調整することができ、必要に応じて不純物の分離効率を優れたものとして、製品を効率よく得ることができる。
上記制御機構としては、例えば、上記返送機構(分岐路)部分のラインに取り付けたバルブ等が挙げられる。
上記制御機構は、循環液の返送量を直接的に制御する機構であってもよく、間接的に制御する機構であってもよい。
上記制御機構が、循環液の返送量を直接的に制御する機構である場合、当該制御機構としては、例えば、図1に示した返送ライン24に取り付けたバルブ(図示せず)が挙げられる。
また上記制御機構が、循環液の返送量を間接的に制御する機構である場合、当該制御機構としては、例えば、製品抜き出し口(図示せず)に接続される製品抜き出しライン23に取り付けたバルブ(図示せず)が挙げられる。製品抜き出しライン23に取り付けたバルブを調整することで、結果的に返送ライン24における循環液の返送量を制御することができる。
なお、製品抜き出しライン23及び返送ライン24の両方にバルブを設置してもよい。
例えば、製品抜き出しライン23や返送ライン24における流量に応じて上記バルブを制御することができる。また、液圧式洗浄カラム内に多点式温度計を設置して、内温に応じて上記バルブを制御することもできる。
【0058】
本発明の精製装置が含む液圧式洗浄カラムは、その大きさは特に限定されないが、例えば、そのカラム内(結晶室内)の内径が30~2000mmであることが好ましい。またその高さが1000~15000mmであることが好ましい。
本発明の液圧式洗浄カラム内の結晶を含むスラリーを濾過するフィルターは、その大きさは特に限定されないが、例えば、その内径が10~30mmであることが好ましい。またその高さが20~300mmであることが好ましい。
上記フィルターは、例えば、円形の孔やスリット(切り込み)、矩形の孔が多数設けられたものが挙げられる。また、その形状は特に限定されないが、パイプと同様の形状、例えば円柱形状等が挙げられる。
フィルターの孔形状が円形である場合、その径は、結晶のサイズにより適宜調整すればよいが、例えば50~500μmであることが好ましい。また、その孔数としては特に限定はなく、例えば圧力損失等に応じて調整すればよい。
【0059】
上記フィルターに接続される、母液を抜き出すパイプは、通常、フィルターの上側に配置される。
上記フィルターに接続される、母液を抜き出すパイプは、特に限定されないが、例えば工業的規模の液圧式洗浄カラムにおいては、液圧式洗浄カラムの断面積1m当たり50~350本のパイプが並列に接続されたものであることが好ましい。
本発明の精製装置において、上記フィルターの熱伝導率と、該フィルターに接続される、母液を抜き出すパイプの熱伝導率が異なることが好ましい。
上記フィルターと、該フィルターに接続される、母液を抜き出すパイプの好ましい形態は、本発明の製造方法において上述した通りである。
例えば、本発明の精製装置において、上記フィルターの熱伝導率に対する、上記フィルターに接続される、母液を抜き出すパイプの熱伝導率の比が、10~100であることが好ましい。
【0060】
本発明の精製装置は、液圧式洗浄カラム内の結晶床から結晶を抜き出す機構を含むことが好ましい。
結晶床から結晶を抜き出す機構は、特に限定されず、特表2005-509009号公報(特許文献4)に記載されるローターブレード又はスクレーパ、欧州特許第1469926号明細書に記載される液動圧による機構等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を使用できる。上記ローターブレード又はスクレーパを用いる場合は、回転数20~60rpmが好ましく、材質としてはステンレス等の金属であることが好ましい。
【0061】
本発明の精製装置は、上記液圧式洗浄カラムの外壁面を加熱する機構を更に含むことが好ましい。
多量の洗浄液を液圧式洗浄カラムに返送する等して、液圧式洗浄カラム内の母液中の上記化合物の純度が高くなり、母液の凝固点が高くなった場合、母液の凍結による配管の閉塞や、フィルターを用いて液圧式洗浄カラム内の結晶を含むスラリーを濾過する場合は、当該フィルターが凍結により閉塞すること等が懸念される。また、壁面付近を通過する洗浄液や母液の凍結による結晶床の移動力の低下に伴う処理量の低下等が懸念される。本発明の精製装置が、上記液圧式洗浄カラムの外壁面を加熱する機構を更に含むことにより、上記液圧式洗浄カラムの外壁面を加熱することができ、これにより凍結を防止でき、安定的に精製装置を使用できる。
上記液圧式洗浄カラムの外壁面を加熱する機構としては、特に限定されないが、熱媒や、蒸気トレース、電気トレース、カラムの環境温度を調整する公知の加熱器が挙げられ、例えば、熱媒等により上記液圧式洗浄カラムの一部を加熱して行うものであってもよいし、上記液圧式洗浄カラムの実質的に全体を加熱して行うもの(ジャケット式)であってもよい。
【0062】
上記加熱する機構が、例えばジャケット式である場合、その材質は、特に限定されず、金属(例えば、SUS、炭素鋼〔Carbon steel〕)製であってもよく、樹脂製であってもよい。
上記ジャケットの外側には、更に、保温材やトレースなどを設置することも可能である。
上記ジャケットの構造は、特に限定されない。
【0063】
上記ジャケット内部には、特に限定されないが、バッフル等、熱伝達を促進する構造が設けられていてもよい。
上記ジャケットの平均厚み(熱媒が流れる部分の空間の幅)は、例えば5~200mmであることが好ましい。
上記ジャケットの液圧式洗浄カラムの壁面を介した熱流束は、100W/m超が好ましく、200W/m超がより好ましく、500W/m超が更に好ましい。
上記ジャケットの液圧式洗浄カラムの壁面を介した熱流束は、その上限値は特に限定されないが、通常は4000W/m以下である。
上記ジャケットの側面壁に、サイトグラス(のぞき窓)やハンドホール(メンテナンス時に内部に手を入れるための穴)を設けてもよい。その場合は、これらをカバーで覆うことができる。サイトグラスやハンドホールを設ける場合、その設置数に限定はない。
【0064】
なお、上述したように、上記熱媒としては、特に限定されず、水、不凍液、メタノール水(メタノール水溶液)、ガス等が挙げられる。上記熱媒は、精製する化合物の凝固点等を考慮して適宜選択すればよい。
上記熱媒の流量は、加熱する機構における熱媒の入口温度と出口温度の差が5℃未満、好ましくは3℃未満、より好ましくは1℃未満となるように適宜設定すればよい。
【0065】
結晶を含むスラリーを液圧式洗浄カラムに供給するパイプや、パイプの先端に接続されていてもよい供給ノズル(スラリー供給口)は、その数は特に限定されず、1つでもよく、複数でもよい(図1では、結晶を含むスラリーを液圧式洗浄カラムに供給するパイプが、1つの場合を示している。)。
上記供給ノズルは、その先端に、スラリーを分散させる分散機構を有していてもよい。
上記液圧式洗浄カラムは、分散室や、中央押しのけ体(特表2005-509010号公報〔特許文献3〕参照。)を更に含んでいてもよい。
【0066】
本発明の精製装置は、上記液圧式洗浄カラム内の結晶を含むスラリーを濾過するフィルターに接続される、ダミーパイプを更に含んでいてもよい。
上記ダミーパイプは、通常、フィルターの下側に配置される。また、上記ダミーパイプは、その材質に特に限定はないが、例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、ポリエーテルケトン(PEK)等の樹脂から構成されるものが好ましい。
上記ダミーパイプを更に含むことにより、フィルターの下部の結晶が積もり難い部分を排除し、その結果、結晶床を均一・強固に生成させることができる。
【0067】
上記液圧式洗浄カラムの本体又は周辺には、温度計(多点式等)、圧力計、界面計(光学式等)等の計装機器類を設けてもよい。
また上記液圧式洗浄カラム自体が、温調されたケーシングの中(大きくは建屋内等)にあってもよい。
また上述したように、本発明の精製装置は、上記返送機構を含むとともに、上記制御機構を更に含む。
上記制御機構としては、例えば、製品抜き出しライン23及び/又は返送ライン24に設けたバルブが挙げられる。更に、結晶を含むスラリー11aを液圧式洗浄カラムに供給する供給ライン11(パイプ4を含む)、製品抜き出しライン23、返送ライン24に流量計を設け、流量に応じて上記バルブを制御することで、流量を適宜調整できる。また、液圧式洗浄カラム内に多点式温度計を設置して、内温に応じて上記バルブを制御することもできる。
【0068】
本発明の精製装置は、更に、製品抜き出し口を含むことが好ましい。例えば、本発明の精製装置は、上記融解する設備と上記返送口とを接続する返送ラインから分岐する製品抜き出しライン、及び、製品抜き出しラインと接続している製品抜き出し口を更に含むことがより好ましい。
【0069】
図1に、本発明の精製装置の一例を示す。結晶を含むスラリー11aは、液圧式洗浄カラム1内に、結晶を含むスラリー11aを液圧式洗浄カラムに供給する供給ライン11(パイプ4を含む)を介して供給され、図示していないが、結晶が液圧式洗浄カラム1の下部に堆積し、結晶床を形成する。液圧式洗浄カラム1内に、該液圧式洗浄カラム内の結晶を含むスラリーを濾過するフィルター2、及び、該フィルターに接続される、母液を抜き出すパイプ3が設けられており、結晶を含むスラリーから母液12を回収・再利用することができる。
また液圧式洗浄カラム1の底部から、液圧式洗浄カラム1の底部を通るメルトループを循環している循環液とともに結晶が抜き出され、結晶を含む循環スラリーとして、循環スラリーの抜き出し口20と融解する設備22とを接続する抜き出しライン21を通って循環スラリーに含まれる結晶を融解する設備22に移送される。融解する設備22で融解して得られた融解液を含む循環液は、その一部が、融解する設備22と返送口25とを接続する返送ライン24を通って、液圧式洗浄カラム1内に返送され、返送された循環液の一部が結晶を洗浄する洗浄液となり、返送された循環液の残りは循環スラリーの抜き出し口20から結晶と共に抜き出されてメルトループを再循環する。また、融解する設備22で融解して得られた融解液を含む循環液の一部は、精製された製品23aとして、返送ライン24から分岐して、製品抜き出し口に接続される製品抜き出しライン23を通って精製装置から抜き出される。
【0070】
(精製装置の使用方法)
本発明は、本発明の精製装置を用いて化合物を精製する工程を含む精製装置の使用方法でもある。
【0071】
(液圧式洗浄カラム用母液抜き出し装置)
本発明は、そして、液圧式洗浄カラムから母液を抜き出す液圧式洗浄カラム用母液抜き出し装置であって、該装置は、液圧式洗浄カラム内の結晶を含むスラリーを濾過するフィルター、及び、該フィルターに接続される、母液を抜き出すパイプを含んで構成され、該フィルターの熱伝導率と、該フィルターに接続される、母液を抜き出すパイプの熱伝導率が異なる液圧式洗浄カラム用母液抜き出し装置でもある。
なお、上記液圧式洗浄カラムから母液を抜き出す液圧式洗浄カラム用母液抜き出し装置は、結晶を含むスラリーから(結晶と)母液を分離する液圧式洗浄カラム用母液抜き出し装置と言い換えることができる。
上記液圧式洗浄カラム内の結晶を含むスラリーを濾過するフィルターと、該フィルターに接続される、母液を抜き出すパイプの好ましい形態は、本発明の製造方法において上述した通りである。
例えば、本発明の液圧式洗浄カラム用母液抜き出し装置において、上記フィルターの熱伝導率に対する、上記フィルターに接続される、母液を抜き出すパイプの熱伝導率の比が、10~100であることが好ましい。
【0072】
(母液抜き出し装置の使用方法)
本発明は、本発明の母液抜き出し装置を使用して化合物を精製する工程を含む母液抜き出し装置の使用方法でもある。
【実施例
【0073】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記の実施例により制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
なお、以下ことわりのない場合、「%」は「質量%」を、「部」は「質量部」をそれぞれ示すものとする。
【0074】
(ガスクロマトグラフィー・液体クロマトグラフィーの測定機器)
ガスクロマトグラフィー:島津製作所社製 GC-2014
液体クロマトグラフィー:島津製作所社製 LC-20AD HPLCユニット
を用いて、酢酸、フルフラールの測定を行った。
【0075】
(アクリル酸水溶液の入手方法)
国際公開第2010/032665号に記載の方法に従って、プロピレンを接触気相酸化してアクリル酸含有ガスを得、得られたアクリル酸含有ガスを吸収塔で処理することにより、アクリル酸水溶液を得た。
【0076】
(供給スラリーの入手方法)
伝熱面積1.4mの晶析槽に、アクリル酸水溶液を供給した。晶析槽の周壁に備えられたジャケットに冷媒を供給し、間接的に冷却することによって、晶析槽の内面に付着した結晶を、晶析槽の内部に備えられたスクレーパで掻き取り、結晶を含むスラリー(供給スラリー)を調整した。
【0077】
(精製装置)
精製装置として、以下の設備を含んで構成される、フィルター2及び母液抜き出しパイプ3の本数が異なる以外は図1で示した精製装置と同様の精製装置を用いた。
液圧式洗浄カラム1:内径60mm、高さ2000mm
フィルター2:内径25mm、長さ(高さ)200mm、本数1本、熱伝導率0.25W/(m・K)、材質PEEK、フィルター部構造250μm径の円形孔
フィルター2に接続される母液を抜き出すパイプ3:内径25mm、長さ1600mm、本数1本、熱伝導率16.3W/(m・K)、材質SUS
母液を抜き出すパイプ3とフィルター2の熱伝導率比:16.3/0.25=65.2
液圧式洗浄カラム1内への循環液返送:返送口25による、カラム底部からの上向き返送
ジャケット構造:装置全体(図示なし)
結晶を含むスラリー11aを液圧式洗浄カラム1内に供給するパイプ4:内径25mm、本数1本
結晶の抜き出しライン等のメルトループライン(抜き出し口20、抜き出しライン21、製品抜き出しライン23、返送ライン24、返送口25)の内径:25mm
融解する設備22:二重管式熱交換器
【0078】
メルトループにおける製品抜き出しライン23に流量制御バルブ(図示せず)を設置した。
【0079】
(精製装置の運転方法)
以下の通り、精製装置の運転を行った。
用意した上記液圧式洗浄カラムに、下記表1に記載の母液濃度のアクリル酸の結晶を含むスラリー(供給スラリー)を、スラリー濃度(結晶濃度)10質量%、スラリー温度10.5℃、流量220kg/hの条件で供給した。液圧式洗浄カラムの運転内圧は0.4MPaに設定し、カラム底部に設けたスクレーパの回転数を30rpmとした。また、ジャケットに熱媒を導入した。
【0080】
カラム底部に設けたスクレーパにより、液圧式洗浄カラム1の抜き出し口20から結晶を循環液とともに抜き出し、循環スラリーとして流量220kg/hで、融解する設備である加熱器(二重管式熱交換器)に送った。
二重管式熱交換器の熱媒温度を30℃に設定し、加熱器の出口の液体(循環液)の温度は20℃であった。上記循環液の一部を製品として製品抜き出しライン23より抜き出しつつ、上記循環液の残りを、表1に記載の返送割合で液圧式洗浄カラムに返送した。なお、返送割合は、融解する工程で得られた融解液を含む循環液を液圧式洗浄カラムに返送した際に、該抜き出した結晶の融解液100質量%に対する、結晶を洗浄する洗浄液の割合を言う。
また、上記液圧式洗浄カラムから母液抜き出しパイプを通じて結晶を含むスラリー(供給スラリー)と製品抜き出しライン23より抜き出す製品の差分の流量の母液を抜き出した。
【0081】
(分離効率の測定)
高速液体クロマトグラフィー及びガスクロマトグラフィーを用いて、製品中及び供給スラリーの母液中のアクリル酸(AA)、不純物としての酢酸及びフルフラールの濃度を測定し、以下の式に従って、酢酸及びフルフラールの分離効率を求めた。
式:(酢酸分離効率)=(供給スラリーの母液中の酢酸濃度)/(製品中の酢酸濃度)
(フルフラール分離効率)=(供給スラリーの母液中のフルフラール濃度)/(製品中のフルフラール濃度)
これらの分離効率は、酢酸及びフルフラールの結晶への取り込まれにくさを表し、数値が大きいほど、分離効率が良いことを表す。
【0082】
<実施例1>
ジャケットの入口温度を23℃に設定し、上述した精製装置及びその運転方法にて製品としてのアクリル酸を得た。製品中の酢酸及びフルフラールの濃度、並びに、酢酸及びフルフラールの分離効率を表1に示す。
【0083】
<実施例2>
供給スラリーの母液濃度及び返送割合を表1に記載のように変更した以外は、実施例1と同様に製品としてのアクリル酸を得た。製品中の酢酸及びフルフラールの濃度、並びに、酢酸及びフルフラールの分離効率を表1に示す。
【0084】
<実施例3、4>
供給スラリーの母液濃度及び返送割合を表1に記載のように変更し、ジャケットの入口温度を24℃に設定した以外は、実施例1と同様に製品としてのアクリル酸を得た。製品中の酢酸及びフルフラールの濃度、並びに、酢酸及びフルフラールの分離効率を表1に示す。
【0085】
<実施例5>
供給スラリーの母液濃度及び返送割合を表1に記載のように変更し、ジャケットの入口温度を25℃に設定した以外は、実施例1と同様に製品としてのアクリル酸を得た。製品中の酢酸及びフルフラールの濃度、並びに、酢酸及びフルフラールの分離効率を表1に示す。
【0086】
<実施例6>
供給スラリーの母液濃度及び返送割合を表1に記載のように変更し、ジャケットの入口温度を27℃に設定した以外は、実施例1と同様に製品としてのアクリル酸を得た。製品中の酢酸及びフルフラールの濃度、並びに、酢酸及びフルフラールの分離効率を表1に示す。
【0087】
<比較例1>
供給スラリーの母液濃度及び返送割合を表1に記載のように変更した以外は、実施例1と同様に製品としてのアクリル酸を得た。製品中の酢酸及びフルフラールの濃度、並びに、酢酸及びフルフラールの分離効率を表1に示す。
【0088】
<比較例2>
供給スラリーの母液濃度及び返送割合を表1に記載のように変更し、ジャケットの入口温度を24℃に設定した以外は、実施例1と同様に製品としてのアクリル酸を得た。製品中の酢酸及びフルフラールの濃度、並びに、酢酸及びフルフラールの分離効率を表1に示す。
【0089】
<比較例3>
供給スラリーの母液濃度及び返送割合を表1に記載のように変更した以外は、実施例1と同様に製品としてのアクリル酸を得た。製品中の酢酸及びフルフラールの濃度、並びに、酢酸及びフルフラールの分離効率を表1に示す。
【0090】
<比較例4>
供給スラリーの母液濃度及び返送割合を表1に記載のように変更し、ジャケットの入口温度を24℃に設定した以外は、実施例1と同様に製品としてのアクリル酸を得た。製品中の酢酸及びフルフラールの濃度、並びに、酢酸及びフルフラールの分離効率を表1に示す。
【0091】
【表1】
【0092】
上記表1の結果から、化合物の製造方法が、化合物の結晶を含むスラリーを、液圧式洗浄カラムに供給する工程、該液圧式洗浄カラムから、結晶を含む循環スラリーを抜き出し、抜き出した循環スラリーに含まれる結晶を融解する工程、及び、該融解する工程で得られた融解液を含む循環液の一部を、該融解液100質量%に対して30質量%超が結晶を洗浄する洗浄液となるように、液圧式洗浄カラムに返送する工程を含むことで、不純物の分離効率に優れ、製品を効率よく得ることができることが分かった。
【符号の説明】
【0093】
1 液圧式洗浄カラム
2 液圧式洗浄カラム内の結晶を含むスラリーを濾過するフィルター
3 フィルターに接続される、母液を抜き出すパイプ
4 結晶を含むスラリーを液圧式洗浄カラムに供給するパイプ
11 (結晶を含むスラリーを液圧式洗浄カラムに供給する)供給ライン
11a 結晶を含むスラリー
12 母液
20 循環スラリーの抜き出し口
21 循環スラリーの抜き出し口と融解する設備とを接続する抜き出しライン
22 融解する設備
23 (製品抜き出し口に接続される)製品抜き出しライン
23a (精製された)製品
24 (融解する設備と上記返送口とを接続する)返送ライン
25 (抜き出した結晶の融解液を含む循環液の)返送口
P ポンプ
図1