JPH057702A - 反応器を備えた蒸留装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 平衡反応を平衡時の反応率より高い反応率で
進行させる反応器付き蒸留装置を提供する。 【構成】 加熱装置，蒸留塔，冷却装置，液分配器，反
応器を備えた蒸留装置であって、加熱装置は蒸留塔の下
部に付けられ、蒸留塔々頂からの留出物が冷却後液分配
器を経て一部は蒸留塔に環流され、一部は反応器へ導か
れ、反応液が蒸留塔へ導かれ、生成物が加熱装置に蓄積
される様にした装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、反応器を備えた蒸留装
置に関する。詳しくは、平衡反応を平衡時の反応率より
も高い反応率で進行させる、反応器を備えた蒸留装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、酸性触媒の存在下で原料物質（以
下、反応物という。）を反応させて、目的とする物質
（以下、目的生成物という。）を得る反応が数多く知ら
れている。一般に、酸性触媒存在下の反応は平衡反応で
あるものが多く、そのままでは反応は途中で止まってし
まい、高反応率で目的生成物を得ることはできない。し
たがって高反応率で目的生成物を得るために、平衡反応
を生成物側へ移動させる種々の方法が検討されており、
代表的な方法としては、（１）反応によりえられる生成
物から、副生する物質（以下、副生成物という。）例え
ばエステル化反応における生成水などを蒸留除去する方
法、（２）目的生成物自体を反応系より除去する方法が
知られている。前者の場合、副生成物が最も低沸点物で
あることが必要であり、通常除去助剤としてベンゼンや
ヘキサンなどの共沸溶剤が使用されている。また後者の
例としては、メチラールの合成法（特開平１−２８７０
５１号公報）が知られており、この場合目的生成物であ
るメチラールが最も低沸点物である。しかしながら、生
成物が原料物質よりも高沸点物である場合について、高
反応率で反応を進行させる方法は知られていない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的とすると
ころは、生成物の少なくともひとつが反応物よりも高沸
点物である平衡反応であっても、高反応率で目的生成物
を得ることが可能な蒸留装置に関する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、原料物質より
も生成物の少なくともひとつが高沸点物である反応系に
おいて用いる、加熱装置，蒸留塔，冷却装置，液分配
器，反応器を備えた蒸留装置であって、加熱装置は蒸留
塔下部に付帯し、蒸留塔塔頂部は蒸気流通管によって冷
却装置入側に連結され、冷却装置出側は液分配器の入側
に連結され、液分配器の二つの出側のうちのひとつは蒸
留塔塔頂側部に連結され、液分配器のもう一方の出側は
反応器入側へ連結され、反応器出側は蒸留塔側部へ連結
された蒸留装置であって、反応器内へは反応を進行させ
る固体触媒が充填出来るようになっていることを特徴と
する反応器を備えた蒸留装置にある。

【０００５】以下、本発明を実施例を用いて説明する。
しかしながら、本発明は実施例によってなんら限定され
るものではない。第１図は本発明の１実施例を示す工程
図である。また第２図及び第３図は、それぞれ本発明に
おける加熱装置及び冷却装置周辺の１態様の概要を示す
部分工程図である。

【０００６】まず、加熱装置１内へ反応物を導入し、加
熱を開始する。該加熱装置１は蒸留塔２内温度を所定の
温度に保持するために設置されており、この機能を発揮
できるものであれば装置の種類，計上，能力等について
特に制限されるものではなく、目的に応じて任意に選択
すればよい。また、加熱装置１は第１図に示すように蒸
留塔下部に一体化していても、第２図に示すように蒸留
塔と分離した型であってもいずれでもよい。

【０００７】加熱装置１において気化した反応物は、蒸
留塔２を通り蒸留塔頂部に連結された蒸気流通管を通っ
て、冷却装置３の入側へ導かれる。蒸留塔２は、多段式
蒸留塔であっても、充填式蒸留塔であってもよく、目的
に応じて任意に選択すればよい。冷却装置３へ導入され
た反応物の蒸気は、冷却，液化されて液分配器４へ導入
される。冷却装置３は公知の冷却装置を用いることがで
き、特に制限されるものではない。

【０００８】液分配器４においては、蒸留塔の性能を維
持するのに必要なだけの液を蒸留塔塔頂側部へ導き、残
りの液を反応器５の入側へ導く。液分配器４は液を所定
量に分配できるものであれば特に制限されるものではな
く、目的に応じて任意に選択することができる。

【０００９】反応器５へ導かれた反応物は反応器内で反
応し、反応器５の出口からは反応物と生成物の混合液が
出てくる。反応器５は、固定床反応器でも流動床反応器
でもいずれでもよく、目的に応じて任意に選択すること
ができる。また、反応器５の温度は特に制限されるもの
ではなく反応液の沸点以下で任意に選べばよいが、反応
速度の遅い反応の場合には反応液の沸点に近い温度であ
ることが望ましく、また、反応速度が早く発熱を伴う反
応の場合には反応器を冷却する方が望ましい。この反応
器５内には反応を進行させる固体触媒を充填する。触媒
は、反応を進行させ、かつ、固体である触媒であれば特
に限定されるものではない。たとえば、酸性触媒下で進
行する反応の場合には従来公知の種々の酸性固体触媒を
用いることができ、具体例としては、強酸性イオン交換
樹脂，ゼオライト，活性アルミノシリケート等が挙げら
れる。

【００１０】反応器５を通った反応液は、反応物と生成
物に分離するために蒸留塔の最上段から最下段までのい
ずれかの段へ導かれる。その位置は反応液の物理的性質
および反応液の温度、蒸留塔の分離能力により決定され
るが、特に蒸留塔の中央の段から最上段までのいずれか
へ導入するのが好ましい。反応物は蒸留塔頂を経由して
反応器へ循環され、生成物は反応の進行にともない加熱
装置１内に蓄積される。

【００１１】本発明の蒸留装置は、反応物よりも生成物
の少なくともひとつが高沸点物である平衡反応に対して
使用することができるが、特にアクロレインジメチルア
セタール，アクロレインジエチルアセタール，メタクロ
レインジメチルアセタール，メタクロレインジエチルア
セタール，アセトンジメチルアセタール等の化合物の合
成のように、全ての反応物よりも全ての生成物の方が高
沸点物である平衡反応に対して好ましい結果を与える。

【００１２】本発明の蒸留装置は、第１図のように密閉
系であっても第３図のように調圧装置６をつけてもよ
く、目的に応じて任意に選択することができる。調圧装
置６を使用する場合には、調圧装置入側は、冷却装置出
側から液分配器入側までのいずれかへ連結される。調圧
装置６は公知の装置を用いることができ、特に制限され
るものではない。たとえば、本発明の蒸留装置内を大気
圧に制御する場合には、冷却装置出側から液分配器入側
までのいずれかへ配管を設置し、大気へ解放すればよ
い。

【００１３】以下、実施例を示す。

【実施例１】ガラス製３Ｌフラスコにメタノール１１５
４ｇ（３６モル）、メタクロレイン８４２ｇ（１２モ
ル）、ヒドロキノン２ｇ、炭酸水素ナトリウム２ｇをい
れ、蒸留塔，冷却装置，液分配器，反応器を備えた蒸留
装置にとりつけた。蒸留塔は、内径３５ｍｍ，段間隔３
０ｍｍのガラス製２０段オルダーショウ蒸留塔であり、
冷却装置は冷媒として水道水を用いた３０ｃｍガラス製
ビグリュー管である。液分配器は、振子により液を二分
するような型のもので、電磁石およびタイマーにより液
流量を制御する。反応器はガラス製二重管構造になって
おり、内部には酸性固体触媒として強酸性イオン交換樹
脂（Ａｍｂｅｒｌｉｓｔ−１５，ロームアンドハース社
製）を５０ｍｌ充填し、外部には０℃の冷媒を流した。
また反応器を通った反応液は蒸留塔の中央の段に戻るよ
うに装置を組んだ。その後、油浴を用いてフラスコを加
熱し１２時間反応をおこなった。反応終了後フラスコ内
は二層に分離し、上層はメタクロレインジメチルアセタ
ール１１９２ｇを含む８２％メタクロレインジメチルア
セタール溶液であった。この反応におけるメタクロレイ
ンの反応率は９９％であった。

【００１４】〔比較例１〕ガラス製２Ｌフラスコにメタ
ノール５１４ｇ（１６モル）、メタクロレイン３０９ｇ
（４モル）、ヒドロキノン２ｇ、強酸性イオン交換樹脂
（Ａｍｂｅｒｌｉｓｔ−１５．ロームアンドハース社
製）５０ｍｌをいれ、反応をおこなった。反応は瞬時に
終了し、濾過により触媒を除去したところ、メタクロレ
インジメチルアセタール１９０ｇを含む２３％メタクロ
レインジメチルアセタール溶液を得た。この反応におけ
るメタクロレインの反応率は４１％であった。

【００１５】〔比較例２〕ガラス製２Ｌフラスコにメタ
ノール５１４ｇ（１６モル）、メタクロレイン３０９ｇ
（４モル）、ヒドロキノン２ｇ、強酸性イオン交換樹脂
（Ａｍｂｅｒｌｉｓｔ−１５．ロームアンドハース社
製）５０ｍｌをいれ、蒸留塔，冷却装置，液分配器，留
出タンクを備えた蒸留装置にとりつけた。蒸留塔は、内
径３５ｍｍ，段間隔３０ｍｍのガラス製２０段オルダー
ショウ蒸留塔であり、冷却装置は冷媒として水道水を用
いた３０ｃｍガラス製ビグリュー管である。液分配器
は、振子により液を二分するような型のもので、電磁石
およびタイマーにより液流量を制御する。液分配器の出
側のうち一方は蒸留塔塔頂側部へ、もう一方は留出タン
ク出側へ連結した。その後、油浴を用いてフラスコを加
熱し蒸留をおこなった。その結果、留出液はメタクロレ
イン３０３ｇを含むメタクロレインとメタノールの混合
液であった。またメタクロレインジメチルアセタールは
得られなかった。

【００１６】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の蒸留装置
を用いることにより、生成物が反応物よりも高沸点物で
ある平衡反応であっても平衡時の反応率よりも高い反応
率で生成物を得ることができることから、高生産性装置
として工業的見地からその効果はきわめて大きいもので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置の概略を示す工程図

【図２】加熱装置と蒸留塔が分離した型の装置における
装置下部の概略を示す工程図

【図３】本発明の装置に調圧装置をとりつけた場合の装
置上部の概略を示す工程図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 原料物質よりも生成物の少なくともひと
   つが高沸点物である反応系において用いる、加熱装置，
   蒸留塔，冷却装置，液分配器，反応器を備えた蒸留装置
   であって、加熱装置は蒸留塔下部に付帯し、蒸留塔塔頂
   部は蒸気流通管によって冷却装置入側に連結され、冷却
   装置出側は液分配器の入側に連結され、液分配器の二つ
   の出側のうちのひとつは蒸留塔塔頂側部に連結され、液
   分配器のもう一方の出側は反応器入側へ連結され、反応
   器出側は蒸留塔側部へ連結された蒸留装置であって、反
   応器内へは反応を進行させる固体触媒が充填出来るよう
   になっていることを特徴とする反応器を備えた蒸留装
   置。