(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内挿物を支持または補強するサポートビームを有し、易重合性物質を処理する易重合性物質処理装置であって、
内挿物は、蒸留塔または吸収塔の内部に設けられたトレイ、充填物、ディストリビュータのいずれかであり、
サポートビームは、内挿物が取り付けられる内挿物取付部と、折り返し部とを有し、折り返し部の少なくとも一部は、端部に向かって下になるように傾斜しており、水平方向と前記折り返し部とによって形成される傾斜角αが、０°＜α＜９０°である、易重合性物質処理装置。
【請求項２】
折り返し部の上面と下面とが平行である、請求項１に記載の易重合性物質処理装置。
【請求項３】
内挿物取付部と折り返し部とは連結部によって連結されている、請求項１または２に記載の易重合性物質処理装置。
【請求項４】
易重合性物質が、（メタ）アクロレイン、（メタ）アクリル酸、（メタ）アクリル酸エステルから選ばれる少なくとも１種である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の易重合性物質処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、易重合性物質処理装置用サポートビームおよび易重合性物質処理装置に関する。なお、本出願は、日本国特許出願２００３年第００７１４０号を基礎としており、その内容をここに組み込むものとする。
【背景技術】  易重合性物質の蒸留、吸収等の単位操作を行う易重合性物質処理装置（例えば、蒸留塔、吸収塔）の内部には、理論段数を増やして処理効率を高めるために、例えば、トレイ、充填物、ディストリビュータなどの内挿物が設置されている。トレイは、少なくとも一部の上面が水平にされているとともに、上面と下面とを貫通する貫通孔が形成されたものであり、通常、サポートビームに取り付けられている。
ここで、サポートビームとは、内挿物を支持または補強する梁のことであって、内挿物が取り付けられる内挿物取付部と、内挿物取付部が折り返された折り返し部とを有する長尺の部材のことである。そして、サポートビームは、末端が易重合性物質処理装置の内壁あるいは内壁に取り付けられたサポートリングに固定されて易重合性物質処理装置内に設置されている。
このサポートビームにおいて、折り返し部は、内挿物取付部を支持または補強するために設けられたものである。すなわち、折り返し部を有することによって、トレイの質量にも十分耐えられるようになる上に、サポートビームを易重合性物質処理装置に固定する際の固定面積を大きくすることができる。また、サポートビームが折り返し部で折り返されることで、易重合性物質の気液の流れを妨げない。
図７は、易重合性物質処理装置内の内挿物および従来のサポートビームを示す断面図である。このサポートビーム３０は、内挿物３１が取り付けられた内挿物取付部３２と、内挿物取付部３２が１８０°折り返された折り返し部３３と、内挿物取付部３２および折り返し部３３と直交し、これらの長さ方向に沿った一方の端部同士を連結した連結部３４とを有している。すなわち、このサポートビームは、長さ方向に対して直交方向に切断したときの断面がコの字状にされている。なお、このような断面コの字状サポートビームは市販されており、容易に入手可能である。また、このような断面コの字状サポートビームは、内挿物取付部３２と折り返し部３３とを、その長さ方向に沿った両方の端部同士で連結したもの（断面ロの字状サポートビーム）に比べて、ボルトおよびナットによる内挿物との結合が容易である。
なお、工業的に使用されるサポートビームの形状としては、機械設計便覧編集委員会編  第３版  機械設計便覧（丸善），３３１頁，表６−１に示されているように、通常、断面コの字状サポートビームの折り返し部は、連結部に対して垂直に、すなわち水平になるよう接続されている。
しかしながら、従来のサポートビームを具備した処理装置で易重合性物質を処理した場合、サポートビームの折り返し部の上面に易重合性物質の液が付着することがあった。ここで、折り返し部の上面は水平であるため、易重合性物質の液が付着すると、そこから落下しにくく、長時間滞留した。易重合性物質処理装置の内部は加熱されるから、長時間滞留した場合には、易重合性物質の液が蓄熱して温度が上昇するため、易重合性物質が重合して重合物を形成し、その重合物を起点としてさらに重合が進行することで重合物が次第に肥大化した。
ところで、易重合性物質処理装置内の内挿物に易重合性物質の気液流路となる貫通孔が形成されている場合、重合物が肥大化してその貫通孔を閉塞してしまうことがあった。このように、内挿物の貫通孔が閉塞した場合には、内挿物としての機能が低下するので、最終的には易重合性物質の処理効率を低下させることがあった。
そこで、一般的には、易重合性物質の重合を防止するために重合防止剤を注入したり、あるいは、その注入量を増量したりして対処している。しかしながら、サポートビームの折り返し部上面のような液が滞留し易い箇所での重合を防止させるには、多量の重合防止剤を注入する必要があり、経済的ではなかった。
なお、図７に示した例では、内挿物とサポートビームとが別々の部材であったが、図８に示すように、内挿物とサポートビームとが一体の部材３５である場合もある。この場合にも、折り返し部３３の上面が水平であるため、図７に示した例と同じ問題を有していた。
本発明は、前記事情を鑑みてなされたものであり、目的は易重合性物質の重合を経済的に防止する易重合性物質処理装置用サポートビームおよび易重合性物質処理装置を提供することにある。
【発明の開示】
本発明の易重合性物質用処理装置用サポートビームは、易重合性物質を処理する易重合性物質用処理装置内に設けられた内挿物を支持または補強するサポートビームであって、
内挿物が取り付けられる内挿物取付部と、内挿物取付部が折り返された折り返し部とを有し、折り返し部の少なくとも一部は、端部に向かって下になるように傾斜している。
本発明の易重合性物質処理装置は、易重合性物質用処理装置内に設けられた内挿物と、これを支持または補強するサポートビームを具備し、前記サポートビームは内挿物が取り付けられる内挿物取付部と、内挿物取付部が折り返された折り返し部とを有し、折り返し部の少なくとも一部は、端部に向かって下になるように傾斜している。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の易重合性物質処理装置用サポートビームの一実施形態例を示す斜視図である。
図２は、本発明の易重合性物質処理装置用サポートビームの一実施形態例およびトレイを示す断面図である。
図３は、本発明の易重合性物質処理装置用サポートビームの他の実施形態例およびトレイを示す断面図である。
図４は、本発明の易重合性物質処理装置用サポートビームの他の実施形態例およびトレイを示す断面図である。
図５は、本発明の易重合性物質処理装置用サポートビームの他の実施形態例およびトレイを示す断面図である。
図６は、本発明の易重合性物質処理装置用サポートビームの他の実施形態例およびトレイを示す断面図である。
図７は、従来の易重合性物質処理装置用サポートビームの一例を示す断面図およびトレイである。
図８は、従来の易重合性物質処理装置用サポートビームの他の例およびトレイを示す断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】  本発明は、易重合性物質を処理する易重合性物質処理装置内に設けられるトレイ、充填物、ディストリビュータなどの内挿物を支持または補強する易重合性物質処理装置用サポートビームに関する。さらには、このサポートビームを具備する易重合性物質処理装置に関する。
本発明の易重合性物質処理装置用サポートビーム（以下、サポートビームという）および易重合性物質処理装置（以下、処理装置という）の一実施形態例について図１および図２を参照して説明する。なお、図２は、サポートビームを長さ方向に対して直交方向に切断すると同時にサポートビームに支持されたトレイを切断したときの断面図である。
この実施形態例の処理装置は、易重合性物質を蒸留する有底円筒状の蒸留塔であって、その内部には、内挿物であるトレイ１１と、このトレイ１１を支持するサポートビーム１２とが備えられている。
サポートビーム１２は、トレイ１１が取り付けられるトレイ取付部１３（内挿物取付部）と、トレイ取付部１３が折り返された折り返し部１４と、トレイ取付部１３および折り返し部１４とをそれらの長さ方向に沿った一方の端部同士で連結する連結部１５とを有している。
トレイ取付部１３においては、その上面にトレイ１１が取り付けられている。ここで、トレイ１１は、通常、ボルトおよびナットなどの締結部材、溶接などによってトレイ取付部１３に取り付けられる。
折り返し部１４は、端部に向かって下になるように傾斜している。ここで、水平方向Ｈと折り返し部１４との角度を傾斜角αとした場合、傾斜角αは０°＜α＜９０°であり、好ましくは５°＜α＜６０°、より好ましくは１０°≦α≦４５°、さらに好ましくは１０°＜α＜３０°である。傾斜角αが０°では、上面に付着した易重合性物質の液が滞留しやすくなり、９０°以上であると処理装置内の気液の流れを妨害するおそれがある。なお本願発明では連結部が無い場合でも、好ましい角度は上記と同様である。
サポートビーム１２の材質としては、通常は易重合性物質に対して耐食性を有する金属が使用される。例えば、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６に代表されるステンレス鋼、チタン、ジルコニウム、タンタルなどが挙げられる。また、その他として、プロピレン等の樹脂を使用してもよい。しかしながら本願の形状を有していれば、サポートビームの材質は場合に応じて任意に選択してよい。
サポートビーム１２の寸法としては、処理装置の大きさ、トレイの質量などにもよるが、長さＬが０．１〜５ｍであり、好ましくは０．３〜４ｍであり、より好ましくは０．５〜３ｍである。トレイ取付部１３の幅Ｗ１は０．０１〜０．３ｍであり、好ましくは０．０３〜０．２ｍであり、より好ましくは０．０５〜０．１５ｍである。なお、サポートビームとトレイが後に述べるように一体化している場合はこの限りでない。折り返し部１４の幅Ｗ２は０．０１〜０．３ｍ、好ましくは０．０３〜０．２ｍ、より好ましくは０．０５〜０．１５ｍである。厚さは任意に選択可能であるが、好ましくは０．５〜５ｍｍ、より好ましくは１〜３ｍｍである。連結部の長さは、０．０１〜０．３ｍ、好ましくは０．０３〜０．２ｍ、より好ましくは０．０５〜０．１５ｍである。
サポートビーム１２を蒸留塔に固定するには、蒸留塔内壁に直接固定したり、蒸留塔の内壁に沿うように設置された環状のサポートリングに取り付けて固定したりすることができる。その際、固定方法としては特に制限はないが、溶接による固定、締結部材（ボルトおよびナット）による固定などが挙げられる。
また、折り返し部１４が連続する二つ以上の部分から構成されても良い。また、角度が同じでも異なっていても良い、二つ以上の傾斜部分から構成されてもよい。上記の場合、それぞれの合計の幅長さの合計をＷ２とする。また後者の場合は、それぞれの合計の角度を、傾斜角αとする。
サポートビーム１２に取り付けられるトレイ１１は金属製の平板であって、表裏を貫通する多数の貫通孔（図示せず）が形成されたものである。そして、このトレイ１１は、その上面に付着した易重合性物質の液が流れ落ちないように、上面が水平で、かつ貫通孔が鉛直方向に向くように配置されてサポートビームのトレイ取付部１３に取り付けられる。
蒸留塔におけるトレイ１１の枚数は、易重合性物質の種類・濃度や生産性を考慮して決定されるが、例えば、１〜１００枚、好ましくは５〜７０枚である。
蒸留塔で蒸留される易重合性物質としては、熱などにより重合しやすいものであれば特に制限されず、例えば、（メタ）アクロレインなどの不飽和アルデヒド、（メタ）アクリル酸などの不飽和カルボン酸、（メタ）アクリル酸メチル、（メタ）アクリル酸エチル、（メタ）アクリル酸ブチル、（メタ）アクリル酸２−エチルヘキシル、（メタ）アクリル酸ヒドロキシエチル、（メタ）アクリル酸ヒドロキシプロピル、（メタ）アクリル酸ジメチルアミノエチルエステル、（メタ）アクリル酸ジエチルアミノエチルエステルなどの（メタ）アクリル酸エステル、アクリロニトリル、スチレン、酢酸ビニルなどのビニル基含有化合物、ブタジエン、イソプレン、クロロプレンなどのジオレフィン化合物が挙げられる。これらの易重合性物質は１種であってもよいし、２種以上の混合物であってもよい。これらの中でも、易重合性物質が、（メタ）アクロレイン、（メタ）アクリル酸および（メタ）アクリル酸エステルから選ばれる少なくとも１種である場合には、本発明はとりわけ効果が発揮される。
上述した実施形態例では、サポートビーム１２の折り返し部１４が端部に向かって下になるように傾斜しているので、折り返し部１４の表面に付着した易重合性物質の液は重力にしたがって下方に移動し、最終的にはサポートビーム１３から落下する。したがって、サポートビーム１２の折り返し部１４表面に長期間滞留することがないので、重合物の形成が防止される。すなわち、重合防止剤の添加量を増やさずに、サポートビーム１２の形状を変えることで重合物の形成を防止するので、経済的である。
なお、本発明は上述した実施形態例に限定されない。例えば、上述した実施形態例の処理装置は、易重合性物質を蒸留するための蒸留塔であったが、易重合性物質を吸収するための吸収塔であってもよい。また、処理装置の形状も円筒形以外の形状であってもよい。
また、サポートビームについては、図３に示すように、折り返し部２１が部分的に傾斜していてもよい。すなわち、折り返し部２１は二つ以上の部位からなっていてもよい。このように部分的に傾斜しているサポートビーム１６は、図７に示すような、既存のサポートビームの加工によって作製できる。なおこの場合、折り返し部２１の傾斜している部分と傾斜していない部分（トレイ取り付け部と平行している部分）を合わせた長さを、上記Ｗ２とする。折り返し部２１の傾斜している部分と傾斜していない部分の配分は任意であるが、傾斜していない部分１に対して傾斜している部分が１０以上であることが好ましく、さらには２０以上であることが好ましい。また、傾斜している部分が二つ以上連続して結合していても良いが、その場合それぞれの合計の角度を、上記傾斜角αとする。傾斜しない部分がこの間に挟まれてもよい。
また、図４に示すように、連結部の全ての部分がトレイ取付部１３に対して直交していなくてもよい。すなわち連結部２２は二つ以上の部位からなっていてもよく、連結部２２が途中で屈曲していてもよい。連結部２２は、トレイ取付部１３に対して直交する部分と傾斜する部分を有している。このような形状のサポートビーム１７では、表面張力による連結部での易重合性物質の滞留を防止できる。なお連結部２２の屈曲部の数は任意であるが、屈曲部を設ける場合は、１つ以上５つ以下が好ましい。なお本発明では、連結部２２は、必ずしもトレイ取付部１３に対して直交する部分を有している必要はなく、たとえばトレイ取付部１３とそれに連結する連結部２２の部分が形成する角度は１°以上８０°以下であり、好ましくは５°以上７０°以下であり、よりこのましくは１０°以上４５°以下である。
さらに、上述した実施形態例では、サポートビームとトレイとが別の部材であったが、図５または図６に示すように、サポートビーム１２とトレイ１１とが一体化されていてもよい。なお、図５のサポートビーム／トレイ一体化物２３は、トレイと図２に示したサポートビーム１２とが一体化したものであり、図６のサポートビーム／トレイ一体化物２４は、トレイ１１と図３に示したサポートビーム１６とが一体化したものである。このようにサポートビームとトレイとが一体化されていれば、処理装置の内部の構造が簡略化される。
また本発明のサポートビームは面と面を連結する部分が曲面で形成されていてもよい。
【実施例】以下に、本発明を、実施例によってさらに詳細に説明する。
【実施例】  蒸留塔（処理装置）の内部に、トレイ２５枚と、各トレイを補強するサポートビームとを設けた。ここで、サポートビームとしては、図５に示すような、トレイが一体になっており、折り返し部１４の傾斜角αが２０°のものを用いた。
そして、この蒸留塔を用いてメタクリル酸メチルを蒸留した。蒸留の際には、蒸留中のサポートビームおよびトレイの周囲のメタクリル酸メチル濃度を９９質量％、温度を６０〜７０℃とした。蒸留開始から１年後に内部を開放して点検したところ、サポートビームおよびトレイの周囲に重合物は見られなかった。このとき、蒸留塔供給液に対する質量比で０．０００１となる量の重合防止剤を蒸留塔に供給した。
（比較例）
サポートビームとして、図８に示すように、トレイが一体になっており、サポートビームの折り返し部３３が水平であるものを用いたこと以外は実施例と同様にしてメタクリル酸メチルを蒸留した。蒸留開始から１年後に内部を開放して点検したところ、折り返し部３３の上面に重合物が形成しており、その重合物が肥大化したものが、気液の流路となるトレイの貫通孔の一部を閉塞させていた。さらには、重合物の一部がその下のトレイに落下して貫通孔を塞いでいた。そのため、蒸留の効率が低く、実施例に比べて経済性が低かった。
【産業上の利用可能性】  本発明によれば、サポートビームの形状に特徴を有しており、サポートビームの折り返し部表面に長期間滞留することがないので、重合防止剤の添加量を増やすことなく、重合物の形成を防止できる。すなわち、重合物の形成を経済的に防止できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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