发明公开
为了解决上述问题,本发明人做了广泛而深入地研究。结果,首先他们发现了一种蒸馏装置,其包括蒸馏塔、真空发生器和真空发生器的排气导管,该排气导管通过一压力控制阀与介于蒸馏塔和真空发生器之间的连接导管相连,并且发现通过使用蒸馏装置调节要引入的排气的量来控制蒸馏塔的压力。
第二,他们已经发现蒸馏设备,其具有塔主体和再沸器,塔主体的塔底部液体通过引入管式部件引入到再沸器,引入管式部件与塔主体的侧面相连。在这样的发明中,用于将塔底部液体引入到再沸器的管式部件横向相连。由于塔底部液体中含有的聚合物和阻聚剂以垂直方向倾斜向下流动,它们几乎不混入引入管式部件。为此,按照本发明,通过引入管式部件流入再沸器的聚合物和阻聚剂的量变少,于是阻止了再沸器中的堵塞。
在本发明中,优选引入管式部件是水平的或在引入管式部件的上游端附近(即在引入管式部件与塔主体、其罐部分或排出管式部件相连的位置附近)沿下游侧上行。由此,流入引入管式部件的聚合物和阻聚剂的量变得更少,于是更确定地阻止了再沸器中的堵塞。
第三,他们已经发现一种多孔塔板,其中不仅配备了许多从塔板的上面穿透到其背面的孔,而且在孔下端的***提供了从塔板的背面垂下的环绕突起壁。
第四,他们已经发现具有大塔直径的蒸馏的无堰多孔塔板的孔排列很均匀,沿着孔边缘滴落的流速增加,且合适量的氧在塔内共同存在。
第五,他们已经发现使用含有(甲基)丙烯酸的废水制备阻聚剂溶液,其中废水是在(甲基)丙烯酸的初步提纯步骤和/或提纯步骤的真空源中产生的,然后将其加入到收集步骤或后续步骤中。
基于上述知识完成了本发明。
具体地,本发明的第一方面涉及一种蒸馏装置,用于使粗制的容易聚合化合物在真空条件下经过蒸馏以便将其提纯,蒸馏装置的特征在于,其包括蒸馏塔、真空发生器和和真空发生器的排气导管,该排气导管通过压力控制阀与介于蒸馏塔和真空发生器之间的连接导管相连。
本发明的第二方面涉及一种提纯容易聚合化合物的方法,使粗制的容易聚合化合物在真空条件下经过蒸馏以便将其提纯,所述方法的特征在于使用一种蒸馏装置,该装置包括蒸馏塔、真空发生器和和真空发生器的排气导管,该排气导管通过压力控制阀与介于蒸馏塔和真空发生器之间的连接导管相连,并且根据蒸馏塔的压力控制压力控制阀的动作,借此控制要引入排气的量以便控制蒸馏塔的压力。
本发明的第三方面涉及用于处理容易聚合化合物的塔设备,其具有塔主体和再沸器,塔主体的塔底部液体通过引入管式部件引入到再沸器,塔设备的特征在于引入管式部件与塔主体的侧面相连。
本发明的第四方面涉及通过使用蒸馏塔蒸馏(甲基)丙烯酸溶液来蒸馏(甲基)丙烯酸的方法,其中至少一部分塔板是无堰多孔塔板,所述方法的特征在于,无堰多孔塔板的孔定位于倾斜格的各个交叉点上,该倾斜格包含平行且等间隔排列的第一组线,和倾斜于第一组线且平行等间隔排列的第二组线;关于局部开孔率(B/A),即是由被倾斜格包围的平行四边形构成的区域开孔面积的总和B与区域的面积A之比,和所有开孔的总面积
u与塔截面积S之比u/S,且(u/S)/(B/A)之比是0.67或更大;沿着孔边缘滴落的流速是0.035m3/m·h或更大;蒸馏塔的塔直径是1.2m或更大;塔内气体中的氧浓度是0.008-0.1mol%。
本发明的第五方面涉及通过以下各个步骤生产(甲基)丙烯酸的方法,所述步骤包括:使通过汽相催化氧化反应获得的含(甲基)丙烯酸的反应产物气体与含水吸收液体接触,以便将气体中的(甲基)丙烯酸吸收到吸收液体中的收集步骤;从所得(甲基)丙烯酸溶液中除去吸收液体和杂质以获得粗(甲基)丙烯酰的初步提纯步骤;和通过包括真空蒸馏(甲基)丙烯酸的蒸馏提纯,从粗(甲基)丙烯酸中获得提纯的(甲基)丙烯酰的提纯步骤,所述方法的特征在于,使用在初步提纯步骤和/或提纯步骤中的在真空源中产生的含(甲基)丙烯酸的废水制备阻聚剂溶液,然后将其加入到收集步骤或后续步骤中。
第六方面涉及蒸馏塔用多孔塔板,其特征在于配备了许多从塔板的上面穿透到其背面的孔,而且在孔下端的***提供了从塔板的背面垂下的环绕突起壁。
第七方面涉及通过使用包括一个多孔塔板的蒸馏塔,生产(甲基)丙烯酸的方法,该多孔塔板装有许多从塔板的上面穿透到其背面的孔,和在孔下端的***从塔板的背面垂下的环绕突起壁。
更具体地,本发明的第1项涉及一种用于使粗制的容易聚合化合物经过真空条件下的蒸馏提纯的蒸馏装置,其包括蒸馏塔和真空发生器以及真空发生器的排气导管,该排气导管通过一压力控制阀与介于蒸馏塔和真空发生器之间的连接导管相连。
本发明的第2项涉及上述第1项所述的装置,其为用于处理容易聚合化合物的蒸馏装置,其中所述装置具有蒸馏塔主体和再沸器,塔主体的塔底部液体通过引入管式部件引入到再沸器中,引入管式部件与塔主体的侧面相连。
本发明的第3项涉及上述第1或2项所述的装置,其中使用一种多孔塔板,该塔板具有许多从塔板的上面穿透到其背面的孔,并在孔下端的***具有从塔板的背面垂下的环绕突起壁。
本发明的第4项涉及上述第1-3项中任一项所述的装置,其中真空发生器是蒸汽驱动式喷射器,且容易聚合化合物是(甲基)丙烯酸。
本发明的第5项涉及一种提纯容易聚合化合物的方法,通过使粗制的容易聚合化合物经过真空条件下的蒸馏以将其提纯,所述方法包括使用含蒸馏塔、真空发生器和真空发生器的排气导管的蒸馏装置,该排气导管通过一压力控制阀与介于蒸馏塔和真空发生器之间的连接导管相连,并且根据蒸馏塔的压力控制压力控制阀的动作,借此控制要引入的排气的量以便控制蒸馏塔的压力。
本发明的第6项涉及上述第5中项所述的方法,其为使用蒸馏塔提纯(甲基)丙烯酸的方法,其中至少一部分塔板是无堰多孔塔板,其中无堰多孔塔板的孔定位于一倾斜格的各个交叉点上,该倾斜格包含平行且等间隔排列的第一组线,和倾斜于第一组线且平行等间隔排列的第二组线;关于局部开孔率(B/A),即由被倾斜格包围的平行四边形构成的区域开孔面积的总和B与区域的面积A之比,和所有开孔的总面积
u与塔截面积S之比u/S,(u/S)/(B/A)之比是0.67或更大;沿着孔边缘滴落的流速是0.035m3/m·h或更大;蒸馏塔的塔直径是1.2m或更大;塔内气体中的氧浓度是0.008-0.1mol%。
本发明的第7项涉及上述第5或6项中所述的方法,包括以下的步骤:收集步骤,是从通过汽相催化氧化反应获得的反应产物气体中将(甲基)丙烯酸吸收到含水吸收液体中;初步提纯步骤,是从所得(甲基)丙烯酸溶液中除去吸收液体和杂质以获得粗(甲基)丙烯酸;和包括蒸馏(甲基)丙烯酸的提纯步骤,其中使用在初步提纯步骤和/或提纯步骤中所提供的蒸馏装置的真空源中产生的含(甲基)丙烯酸的废水制备阻聚剂溶液,然后将其加入到收集步骤或后续步骤中。
本发明的第8项涉及用于处理容易聚合化合物的塔设备,其具有塔主体和再沸器,塔主体的塔底部液体通过引入管式部件引入到再沸器中,用于容易聚合化合物的塔设备的特征在于,引入管式部件与塔主体的侧面相连。
本发明的第9项涉及上述第8项中所述的塔设备,其中塔主体在其下端装有向下伸出的罐部件,且引入管式部件与罐部件的侧面相连。
本发明的第10项涉及上述第8项中所述的塔设备,其中用于排出塔底部液体的管式部件从塔主体的下端向下伸出,且引入管式部件与排出管式部件的侧面相连
本发明的第11项涉及上述第10项中所述的塔设备,其中排出管式部件的管径
a与引入管式部件的管径
b之比(a/b)是0.5或更大。
本发明的第12项涉及上述第8-11项中任一项所述的塔设备,其中引入管式部件的上游端附近是水平的或沿下游侧上行。
本发明的第13项涉及一种蒸馏(甲基)丙烯酸的方法,通过使用蒸馏塔蒸馏(甲基)丙烯酸溶液,其中至少一部分塔板是无堰多孔塔板,其中无堰多孔塔板的孔定位于一倾斜格的各个交叉点上,该倾斜格包含平行且等间隔排列的第一组线,和倾斜于第一组线且平行等间隔排列的第二组线;关于局部开孔率(B/A),即由被倾斜格包围的平行四边形构成的区域开孔面积的总和B与区域的面积A之比,和所有开孔的总面积
u与塔截面积S之比u/S,(u/S)/(B/A)之比是0.67或更大;沿着孔边缘滴落的流速是0.035m3/m·h或更大;蒸馏塔的塔直径是1.2m或更大;塔内气体中的氧浓度是0.008-0.1mol%。
本发明的第14项涉及上述第13项中所述的方法,其中开孔是直径为10-30mm的环,且当第一组线的间隔被定义为p1,第二组线的间隔被定义为p2,第一组线与第二组线的内角被定义为θ时,满足关系式(1≤p2/p1≤2)和{cos-1(p2/2p1)≤θ≤π/2}(其中θ≥π/4)。
本发明的第15项涉及上述第13或14项中所述的方法,其中(B/A)的值是0.17-0.28,且(u/S)/(B/A)的值是0.67-0.90。
本发明的第16项涉及一种生产(甲基)丙烯酸的方法,该方法通过下述各个步骤,即包括收集步骤,使通过汽相催化氧化反应获得的含(甲基)丙烯酸的反应产物气体与含水吸收液体接触,以便将气体中的(甲基)丙烯酸吸收入吸收液体中;初步提纯步骤,从所得(甲基)丙烯酸溶液中除去吸收液体和杂质以获得粗(甲基)丙烯酸;和提纯步骤,通过包括真空蒸馏(甲基)丙烯酸的提纯,从粗(甲基)丙烯酸中获得提纯的(甲基)丙烯酸,所述方法的特征在于,使用在初步提纯步骤和/或提纯步骤中,在真空源中产生的含(甲基)丙烯酸的废水制备阻聚剂溶液,然后将其加入到收集步骤或后续步骤中。
本发明的第17项涉及上述第16项中所述的方法,其中在真空蒸馏塔的真空源中产生的废水,被用作在提纯步骤中的真空源中产生的含(甲基)丙烯酸的废水,所述真空蒸馏塔用于蒸馏通过真空蒸馏而提纯的(甲基)丙烯酸。
本发明的第18项涉及上述第16或17项中所述的方法,其中真空源是蒸汽喷射器。
本发明的第19项涉及一种用于蒸馏塔的多孔塔板,其具有许多从塔板的上面穿透到其背面的孔,并在孔下端的***具有从塔板的背面垂下的环绕突起壁。
本发明的第20项涉及一种通过使用包括一多孔塔板的蒸馏塔生产(甲基)丙烯酸的方法,所述多孔塔板装配有许多从塔板的上面穿透到其背面的孔,和在孔下端的***从塔板的背面垂下的环绕突起壁。
完成本发明的最佳方式
本发明涉及一种用于蒸馏和提纯容易聚合化合物的改进的蒸馏装置,和使用该装置所进行的容易聚合化合物的提纯方法。其特征在于一种蒸馏装置,用于使粗制的容易聚合化合物在真空条件下经过蒸馏,以便生产提纯的容易聚合化合物,该装置的特征在于包括蒸馏塔、真空发生器和真空发生器的排气导管,该排气导管通过压力控制阀与介于蒸馏塔和真空发生器之间的连接导管相连;且在提纯容易聚合化合物的方法中,其特征在于通过使用蒸馏装置,并根据蒸馏塔的压力控制压力控制阀的动作,于是控制要引入排气的量以便控制蒸馏塔的压力。
作为本发明主题的容易聚合化合物的代表性例子包括(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯酸酯。附带地说,这里所指(甲基)丙烯酸指的是丙烯酸或甲基丙烯酸,而且有时表示(甲基)丙烯酸。丙烯酸酯的例子包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸2-乙基己基酯、丙烯酸2-羟乙酯、丙烯酸2-羟丙酯和丙烯酸甲氧基乙酯。甲基丙烯酸酯的例子包括其类似的化合物。
作为生产丙烯酸的步骤,例如列举如下的(1)-(3)。
(1)生产包括氧化步骤,使丙烷、丙烯和/或丙烯醛经过催化汽相氧化;收集步骤,使来自氧化步骤的含丙烯酸的气体与水接触,以收集呈丙烯酸水溶液形式的丙烯酸;萃取步骤,使用合适的萃取溶剂从丙烯酸水溶液中萃取丙烯酸;和后续提纯步骤,将丙烯酸与溶剂分离,然后提纯粗丙烯酸;且还进一步包括一个步骤,其中将含有丙烯酸酯Michael加合物和每一步骤都使用的阻聚剂的高沸点液体作为原料加入到分解反应塔中,以回收有用成分,将有用成分加入到任一收集步骤及其后续步骤中。
(2)生产包括氧化步骤,是使丙烷、丙烯和/或丙烯醛经过催化汽相氧化,以生产丙烯酸;收集步骤,是使含丙烯酸气体与水接触,以收集呈丙烯酸水溶液形式的丙烯酸;共沸分离步骤,是在共沸溶剂存在下、在共沸分离塔中蒸馏丙烯酸水溶液,并且从塔底部排出粗丙烯酸;用于除去乙酸的乙酸分离步骤;和用于除去高沸点杂质的提纯步骤;且还进一步包括一个步骤,其中将含有提纯后的丙烯酸酯Michael加合物和这些生产步骤中使用的阻聚剂的高沸点液体作为原料加入到分解反应塔中,以回收有用成分,将有用成分加入到任一收集步骤及其后续步骤中。
(3)生产包括氧化步骤,使丙烷、丙烯和/或丙烯醛经过催化汽相氧化,以生产丙烯酸;一个收集步骤和分离步骤,使含丙烯酸的气体与有机溶剂接触,以收集呈丙烯酸有机溶剂溶液形式的丙烯酸,并同时除去水、乙酸等;和从丙烯酸有机溶剂溶液中排出的粗乙酸的分离步骤;且还进一步包括一个步骤,其中是将含有这些生产步骤中所用的阻聚剂、有机溶剂和丙烯酸酯Michael加合物的高沸点液体作为原料加入到分解反应塔中,以回收有用成分,将有用成分加入到任一收集步骤及其后续步骤和部分有机溶剂的提纯步骤中。
生产丙烯酸酯的步骤例如包括,酯化反应步骤,在作为催化剂的有机酸或阳离子交换树脂等存在下,使丙烯酸和醇反应;和进行作为单元操作的萃取、蒸发和蒸馏的提纯步骤,用于浓缩在反应中获得的粗丙烯酸溶液。根据酯化反应中丙烯酸与醇的原料比,酯化反应中所用的催化剂的种类,或各种原料、反应副产物和丙烯酸酯等的物理性能,适当选择每一单元操作。通过各个单元操作在丙烯酸酯的提纯塔中获得产物。将提纯塔的塔底部液体以高沸点液体的形式加入到分解反应中,该高沸点液体含有主要由丙烯酸酯、β-丙烯酰氧基丙酸酯、β-烷氧基丙酸酯和β-羟基丙酸酯构成的Michael加合物,还含有生产步骤中所用的聚合阻聚剂,或使其返回到生产过程中,于是回收有用成分。
根据醇的种类,存在高沸点液体,其含有作为主成分的丙烯酸、丙烯酸二聚体(下文称为“二聚体”)、丙烯酸三聚体(下文称为“三聚体”)、β-烷氧基丙酸和β-烷氧基丙酸酯,这些在除了丙烯酸酯产物的提纯塔塔底部以外的各生产步骤的任一步骤中获得,还含有生产步骤中所用的阻聚剂,且此类高沸点液体以含有Michael加合物的高沸点液体形式加入到分解反应塔中,以回收有用成分,并将该有用成分加入到反应步骤或提纯步骤中。
关于这里所指的丙烯酸或丙烯酸酯的Michael加合物,在生产丙烯酸的情况中,Michael加合物包括丙烯酸二聚体(下文称为“二聚体”)、丙烯酸三聚体(下文称为“三聚体”)和丙烯酸四聚体(下文称为“四聚体”)。在生产丙烯酸酯的情况中,Michael加合物包括丙烯酸与上述丙烯酸酯的Michael加合物,丙烯酸酯诸如是具有2-8个碳原子的烷基酯或环烷基酯,其具体的例子包括β-烷氧基丙酸酯、二聚体、三聚体、四聚体、三聚体的酯、四聚体的酯、β-羟基丙酸和β-羟基丙酸酯。
作为本发明的蒸馏塔,使用化工厂常用的那些。
塔板和填充物放置于蒸馏塔的塔内。具体地,塔板的例子包括装有下水管的泡罩塔板、多孔塔板、浮阀塔板、超精制塔板(Superfrac trays)和极量精制塔板(Max-Frac trays)和无下水管二重塔板。
填充物的例子包括常规填充物诸如由Sluzer Brothers Ltd.生产的Sulzerpack,由Sumitomo Heavy Industries,Ltd.生产的Sumitomo SulzerPacking,由Sumitomo Heavy Industries,Ltd.生产的Melapack,由Glitsch生产的Gempak,由Montz生产的Montzpack,由Tokyo Special Wire Netting Co.,Ltd.生产的Good Roll Packing,由NGK Insulators,Ltd.生产的HoneycombPack,由Nagaoka Corporation生产的Inpulse Packing,和由MitsubishiChemical Engineering Corporation生产的MC Pack;和非常规填充物诸如由Norton Company生产的Intalox Saddle,由Nittetsu Chemical Engineering Ltd.生产的Tellerette,由BASF AG生产的pall ring,由Mass Transfer Ltd.生产的Cascade Mini-Ring,和由JGC Corporation生产的Flexiring。
不应该解释为本发明仅限于此。而且,塔板和填充物能够按共同使用的方式以一种或多种结合形式使用。
在本发明中,用于加热附于每一塔的塔底部液体的热交换器被定义为再沸器。一般地,虽然再沸器被粗分类为其被放置于塔内的情况和被放置于塔外的情况,但是本发明的情况是放置于塔外。
对于再沸器的样式没有特别地限制。具体地,它包括垂直固定管式、侧向固定管式、U-型管式、套管式、螺旋板式、角块式、板式和薄膜蒸发器式。
根据要处理的容易聚合化合物及其温度条件,选择每一塔中各种喷嘴、塔主体、再沸器、管等的材料等级,但是对于本发明没有特别地限制。例如,在代表性的容易聚合物质的(甲基)丙烯酸或(甲基)丙烯酸酯的生产中,常常使用不锈钢,但是本发明并不仅限于此。例如,使用SUS304、SUS304L、SUS316、SUS316L、SUS317、SUS317L、SUS327和Hastelloy。从耐腐蚀性的角度看,可根据液体物理性能选择这些材料。
下面将参照附图详细描述本发明。图1是一个说明图,示出在本发明生产方法中使用的蒸馏装置的一个实例;图2是一个说明图,示出在本发明生产方法中使用的蒸馏装置的另一实例;图3是一个说明图,示出在本发明生产方法中使用的蒸馏装置的再一实例。附带地说,在图例中,蒸汽驱动型喷射器被用作真空发生器。
本发明的方法是在真空条件下蒸馏粗容易聚合化合物以便将其提纯的方法。粗制的容易聚合化合物是在上述生产工艺中以粗产物获得的物质。
虽然对于粗(甲基)丙烯酸的纯度没有特别地限制,但是其优选是85wt%或更高、更优选90wt%或更高。在该粗(甲基)丙烯酸中含有的杂质的例子包括(甲基)丙烯酸的二聚体和其他高沸点组分。
如附图中所示,冷凝器(2)和回流罐(3)装于蒸馏塔(1)上。在图1和2中所示的蒸馏装置的情况中,配备一个冷凝器(2),且该冷凝器完成对来自于蒸馏塔(1)塔顶部的馏出气体的必需冷却。另一方面,在图3中所示的蒸馏装置的情况中,配备两个冷凝器(2)和(21),其中汽相通过导管(99)相互连接,且高温侧的冷凝器(2)完成对来自于蒸馏塔(1)塔顶部的馏出气体的必需的冷却,而低温侧的冷凝器(21)完成对没能被冷凝器(2)冷凝的馏出物气体的冷却。按照这样的水再冷却***,有可能减少冷凝器的冷冻负荷。
将来自于蒸馏塔(1)塔顶部的馏出物气体通过导管(91)引入到冷凝器(2)中并冷凝。将所得冷凝物引入到回流罐(3)中。将回流罐(3)中的冷凝物通过导管(92)分成两份,其中一份以回流液体的形式循环入蒸馏塔(1),剩余部分取出作为产物。
使附于蒸馏塔(1)的回流罐(3)的汽相通过导管(93)与喷射器(4)相连,喷射器使蒸馏塔(1)保持在预定的真空状态。
喷射器(4)在其下游装有冷凝器(5)和液封罐(6)。通过导管(94)引入驱动喷射器(4)的蒸汽。从喷射器(4)排出的蒸汽通过导管(95)被引入到冷凝器(5)中并冷凝。所得冷凝物通过导管(96)被引入到液封罐(6)中。导管(96)的末端定位于液封罐(6)的液体中,于是实现液封。来自于液封罐(6)蒸汽相的排气通过导管(98)被引入到焚烧炉(没有图示)中并进行处理。
在本发明中,使用一种蒸馏装置,其包含喷射器(4)的排气导管(97),该排气导管(97)通过一个压力控制阀(8)与介于蒸馏塔(1)和喷射器(4)之间的连接导管(93)相连。在使用蒸汽驱动式喷射器的图示蒸馏装置的情况中,喷射器(4)的排气导管(97)的底端与冷凝器(5)的汽相相连。即从冷凝器(5)的汽相中取出喷射器的排气。
附带地说,如附图中所示,用于排出含氧气体(阻聚气体)的分支排气导管(97b)与排气导管(97)相连,该含氧气体被引入到蒸馏塔(1)的再沸器(未图示)中。
基于来自压力控制器(PC)(81)的信号,具体地进行压力控制阀(8)的操作。在图1中所示的蒸馏装置中,压力控制器(81)的检测管(82)与在冷凝器(2)进口侧的导管(91)相连,在图2和3中所示的蒸馏装置的情况中,压力控制器(81)的检测管(82)与回流罐(3)的蒸汽相相连。
在本发明中,优选使压力控制器(81)的检测管(82)与位于冷凝器(2)的出口侧的导管(91)或回流罐(3)的汽相相连,且尤其优选与回流罐(3)的汽相相连。按照这样的结构,就能够阻止由于容易聚合化合物冷凝物的聚合而造成的检测管(82)本身的堵塞。
同时,在本发明中,如附图所示,优选在介于蒸馏塔(1)和喷射器(4)之间的连接导管(93)中提供一个止回阀(7)。止回阀(7)阻止在驱动停止时由于喷射器(4)的故障而导致的液封罐(6)中液体回流入回流罐(3)。在此情况下,优选水平放置其中装有止回阀(7)的连接导管(93)。按照这样的结构,阻止了容易聚合化合物冷凝物的停留。结果,阻止了由于容易聚合化合物冷凝物的聚合而造成的止回阀(7)中的堵塞。
在本发明中,使用由此构造的蒸馏装置,根据蒸馏塔(1)的压力来控制压力控制阀(8)的动作,以调节要引入排气的量,于是将蒸馏塔(1)的压力控制在一个固定的范围内。因此,在压力控制阀(8)中,通过来自喷射器(4)的排气流动阻止容易聚合化合物冷凝物的停留,于是阻止了由于聚合反应所造成的堵塞。同时,因为使用了来自于喷射器(4)的含有容易聚合化合物的排气,所以阻止了容易聚合化合物的损失。另外,在液封罐(6)中回收来自于喷射器(4)的排气中的可聚合化合物。附带地说,根据粗制的容易聚合化合物的蒸馏条件,适当选择要控制的蒸馏塔(1)的压力。
在本发明中,作为真空发生器,除了图1-3中所示的蒸汽驱动式喷射器(4),也能够使用液体驱动式喷射器和液环式真空泵。在使用液体驱动式喷射器的情况中,冷凝器(5)是不必要的,且来自于液封罐(6)的汽相中的排气被用作真空发生器的排气。同时,在使用液环式真空泵的情况中,使用来自用于回收和循环驱动液体(水)的密封罐的汽相中的排气。
按照如上所述的本发明,在真空条件下蒸馏粗制的容易聚合化合物以便将其提纯的方法中,做出了改进使得不仅能够阻止压力控制阀的堵塞,而且能够容易地回收真空发生器的排气中携带的容易聚合化合物,同时本发明的工业价值是显著的。
另外,在本发明中,通过使用具有蒸馏塔主体和再沸器的结构,其中塔主体的塔底部液体通过引入管式部件引入到再沸器中,引入管式部件与塔主体的侧面相连,阻止了再沸器的堵塞,于是增强了在长时间段内稳定地连续操作塔设备的效果。
下面将参照附图描述本发明。图4、5和6每一个都是在塔下部附近的纵剖面图,该塔表示与实施方案有关的容易聚合化合物的塔设备;图7和8分别是蒸馏装置的***图和使用塔设备的分解反应装置的***图。
在图4、5和6的塔设备中,塔主体101的塔底部液体通过作为引入管式部件的引入喷嘴103和导管104被引入到再沸器105中,加热后又通过导管106和喷嘴107返回到塔主体101。喷嘴107从塔主体101上伸出。喷嘴103和107的伸出方向中的末端分别装有法兰103a和107a,装在导管104和106中的法兰104a和106a分别与法兰103a和107a相连。
在图4和6中,作为排出管式部件的排出喷嘴102从塔主体101的底部反射部分的末端垂直方向向下伸出。在图5中,排出喷嘴102从罐部件110的下端的垂直方向向下伸出。排出导管111的法兰111a与装在排出喷嘴102下端的法兰102a相连。
在图4的塔设备中,引入喷嘴103从塔主体101的下侧面侧横向伸出。在图5的塔设备中,塔主体101在其下端部分装有向下伸出的罐部件110,引入喷嘴103从罐部件110的侧面伸出。在图6的塔设备中,引入喷嘴103从排出喷嘴102的侧面伸出。
在任一塔设备中,“排出管式部件上游端附近”由引入喷嘴103构成。该引入喷嘴103水平或朝下游侧向上设置。即,引入喷嘴103具有角(仰角)θ为0°或更大,且优选与下游侧(朝再沸器105的方向)水平线成0-85°。
引入喷嘴103的长度优选是0.05倍或更多、例如0.08-3倍引入喷嘴103的管径(内径,与下文同)。当该比例小于0.05时,喷嘴的构成很困难。另一方面,当其超过3时,从塔主体伸出的部分变大,因而从构造的角度看,这也不是优选的。
附带地说,在图6的实施方案中,排出喷嘴102的管径
a与引入喷嘴103的管径
b之比(a/b)优选是0.5或更大,且尤其优选0.5-2。当(a/b)小于0.5时,塔底部液体中的固体易于有些容易地被引入到引入喷嘴3中。
在任一实施方案中,因为引入喷嘴103被水平或向上安装,因此塔主体101、罐部件110或排出喷嘴102中含有的聚合物和阻聚剂几乎无法进入引入喷嘴3中。因此,阻止了再沸器105内这些累积物引起的堵塞。
图7是使用图4的塔设备的丙烯酸的蒸馏装置,且塔主体101被用作蒸馏塔。
粗丙烯酸被引入到该蒸馏塔101中并蒸馏,一部分塔底部液体被顺序地循环入排出喷嘴102、引入喷嘴103、导管104、再沸器105、导管106和喷嘴107中。同时,通过排出喷嘴102、导管111、泵112和导管113将塔底部液体作为残留物取出。
塔顶部的馏出物通过导管119和进行冷凝的冷凝器120被引入到回流罐121中。回流罐121中的部分丙烯酸通过泵122和导管123回流入塔顶部。剩余的丙烯酸通过导管123的分支导管124以提纯的丙烯酸形式被取出。回流罐121中的气体通过排出气冷凝器125被再次冷却,冷凝的丙烯酸回流入回流罐121中,气态组分以排出气形式通过真空设备126被取出。
虽然在图7中使用图6的塔设备,但是显然可以使用图4或图5的塔设备。在此情况下,构造与图7中的相同,只是喷嘴103的位置变成图4或5中的情况。在任一情况中,塔底部温度优选是60-120,且尤其优选70-100,压力优选是1-50kPa,且尤其优选2-20kPa。
在图8中,塔主体101是在丙烯酸或丙烯酸酯生产步骤中产生的高沸点物质的分解反应塔,高沸点物质被引入到反应塔101中并用于分解反应。部分塔底部液体通过排出喷嘴102、引入喷嘴103、导管104、泵140、再沸器105、导管106和喷嘴107回流入反应塔101中。同时,塔底部液体通过排出喷嘴102、导管111、泵112和导管113被取出。
气态分解产物通过导管129和塔顶部气体冷却热交换器130从塔顶部被引入到液体罐131中。液体罐131中的液体通过泵132和导管133取出作为回收液体。附带地说,部分塔底部液体通过从导管133分支出的导管134回流入热交换器130。液体罐131中的气体被排出气冷却热交换器135冷却,冷凝物返回入液体罐,未冷凝气体通过导管136取出。
虽然在图8中使用图6的塔设备,但是也可以使用图4或图5的塔设备。在此情况下,构造与图8中的相同,只是喷嘴103的位置变成图4或5中的情况。在任一情况中,分解反应温度优选是110-250,而且尤其优选120-230,分解反应时间优选是0.5-50小时(当分解温度太低时,分解反应时间是10-50小时,而当分解温度太高时,分解反应时间是0.5-10小时),压力可以是减压或大气压。
如附图中所示,在本发明中,泵可以装在引入管式部件的中部或装在再沸器的上游侧。
在本发明中,通过使用用于蒸馏塔的多孔塔板,该多孔塔板的特征在于不仅配备了许多从塔板的上面穿透到其背面的孔,而且在孔下端的***配备有从塔板的背面垂下的环绕突起壁,有效地阻止了在塔板背面形成聚合物,且增强了在长时间段内稳定地连续操作蒸馏塔的效果。
下面将参照附图描述用于蒸馏塔的多孔塔板和按照本发明的(甲基)丙烯酸的生产方法。
图9是蒸馏塔的示意图;图10是多孔塔板的平面图;图11是图10的III-III箭头中孔的每一具体实施方案的剖视图。在图9中,201是蒸馏塔,多孔塔板202装在蒸馏塔201中相隔一定距离的多个层级中。203是含有(甲基)丙烯酸的溶液的储液进料管,且该储液进料管203的安装位置是当液体浓度适当的情况下,在蒸馏塔201中连续加入路线上储液的位置。
241是蒸汽入口管,蒸汽入口管的一端与蒸馏塔201下部的侧面相连,其另一端与再沸器204相连。同时,242是排液管,排液管的一端与蒸馏塔201的底部位置相连,其另一端与再沸器204相连。引入到排液管242的部分液体通过再沸器204的加热而被汽化,引入到蒸汽入口管241,再从蒸馏塔201的下部返回到塔中。同时,部分液体被引入到与排液管242的路线相连的底部管243中,并从体系中取出。251是排汽管,排汽管251的一端与蒸馏塔201的塔顶部相连,其另一端与冷凝器205相连。在冷凝器205中冷凝的部分液体被引入到回流管252,并从蒸馏塔201的塔顶部附近再返回到塔中,且部分液体被引入到馏出物管253中,并从体系中取出。
在图10中,202是多孔塔板,提供了许多从多孔塔板202的上面穿透到其背面的孔221。孔221具有如图11(A)-图11(C)中所示的各种截面形状。
即图11(A)的一个例子与一种结构有关,其中装在多孔塔板202中的孔221的孔径从上面到背面逐渐减小,在孔221下端的***配备有从塔板202的背面垂下的环绕突起壁222,环绕突起壁222的末端与孔221内壁的末端一致。
因此,多孔塔板202的上面捕集的液体顺畅地流入孔221中,流入孔221的液体从孔221的末端流下。
那么通过环绕突起壁222阻止了流经孔221的液体进入多孔塔板202的背面周围,于是所有液体都流下。
图11(B)的例子与一种结构有关,其中孔221的孔径从多孔塔板202的上面逐渐减小,又朝着塔板202的背面逐渐增大,在孔221下端的***提供了从塔板202的背面垂下的环绕突起壁222。
因此,多孔塔板202的上面捕集的液体顺畅地流入孔221中,流入孔221的液体以有珠滴形状流下,在某种程度上从孔221的末端扩散。
另一方面,在蒸馏塔201内上升的蒸汽从孔221的下端顺畅地流入孔221,孔221的孔径逐渐增大,蒸汽从多孔塔板202的上面向上排出。
那么通过环绕突起壁222也阻止了流经孔221的液体进入多孔塔板202的背面周围,于是所有液体都流下去。
图11(C)的一个例子与一种结构有关,其中孔221的孔径从多孔塔板202的上面到背面都相同,在孔221下端的***提供了从塔板202的背面垂下的环绕突起壁222。
那么通过环绕突起壁222也阻止了流经孔221的液体进入多孔塔板202的背面周围,于是所有液体都流下。
在具有如此形状的孔中,在从塔板的上面使用冲床、钻床等镗孔221以制备多孔塔板202时,通过有效利用多孔塔板202背面上的孔221边缘周围中不可避免产生的翘曲,形成环绕突起壁222。因此能够便宜地制备多孔塔板202。
当使用蒸馏塔生产(甲基)丙烯酸时,其中具有如图11所示的特殊形状的多孔塔板202装在预定数目的层级中,因为液体不进入多孔塔板202背面的周围,因此不形成聚合物,且蒸馏塔能够在长时间段内连续操作。
上述化合物是主要组分,且含有工艺中以各种方式存在的溶剂和反应副产物的情况也是本发明的主题。
在本发明中,通过使用如在蒸馏塔中装备的多孔塔板的特殊结构,多孔塔板上面捕集的容易聚合的液体流经装在多孔塔板中的孔时,全部液体向下流动,而不会导致部分液体进入多孔塔板背面的周围。
本发明完全没有通常发生的,其中流经此类多孔塔板的孔的部分溶液进入塔板背面周围而形成聚合物的现象。
因此在本发明中,在使用蒸馏塔生产(甲基)丙烯酸时,有可能在长时间段内进行稳定地操作,而同时有效阻止可能发生的聚合物的形成。
在本发明的方法中,至少一部分塔板是无堰多孔塔板;无堰多孔塔板的孔定位于一倾斜格的各个交叉点上,该倾斜格包含平行且等间隔排列的第一组线,和倾斜于第一组线且平行等间隔排列的第二组线;关于局部开孔率(B/A),即由被倾斜格包围的平行四边形构成的区域开孔面积的总和B与区域的面积A之比,和所有开孔的总面积
u与塔截面积S之比u/S,且(u/S)/(B/A)之比是0.67或更大;沿着孔边缘滴落的流速是0.035m3/m·h或更大;蒸馏塔的塔直径是1.2m或更大;塔内气体中的氧浓度是0.008-0.1mol%。因此,有可能在长时间段内稳定地蒸馏(甲基)丙烯酸,而不会导致由于(甲基)丙烯酸的聚合所引起的蒸馏塔堵塞。
下面将参照附图描述本发明的上述实施方案。
图12是表示本发明的(甲基)丙烯酸蒸馏方法的***图;图13是一部分无堰多孔塔板的放大平面图。
如图12中所示,从丙烯酸生产步骤中得到的粗丙烯酸溶液被引入到蒸馏塔301中,其中无堰多孔塔板310水平装于多个层级中,并将其蒸馏,一部分塔底部液体被顺序地循环入导管302、再沸器303和导管304中。同时,塔底部液体通过与导管303相连的导管305作为塔底物取出。
塔顶部的馏出液通过导管320和进行冷凝的冷凝器321被引入到回流罐322。回流罐322中的部分丙烯酸通过导管323返回到塔顶部。剩余的丙烯酸作为提纯的丙烯酸通过导管324取出。回流罐322中的气体在排气冷凝器(未图示)中被再次冷却,冷凝的丙烯酸又返回到回流罐322中,气态组分作为排出气通过真空设备取出。
如图13中所示,无堰多孔塔板装有许多开孔315。每一开孔315的中心定位于倾斜格313的每一交叉点上,该倾斜格包含平行且等间隔排列的第一组线311,和倾斜于第一组线且平行等间隔排列的第二组线312。
如后面所述,开孔315优选是环形的,且其孔径优选是10-30mm。第一组线311中的间隔p1合适地是35-140mm,第二组线312中的间隔p2合适地满足关系式(1≤p2/p1≤2)。第一组线311与第二组线312的交角θ合适地满足关系式(π/4≤θ≤π/2)和{cos-1(p2/p1)≤θ}。当开孔315以等间隔排列时,来自每一开孔315的液体均匀滴落,于是阻止了偏流,且阻止了由于偏流造成的聚合反应的产生。
以比(百分比)[B/A×100%]定义的局部开孔率,即由被第一组线311和第二组线312围成的平行四边形构成的区域开孔面积总和B与区域的面积A之比,是17%或更大,优选17-28%,所述平行四边形是包含图13的阵点e、
f、
g和
h的平行四边形。附带地说,按照简单算术运算,A等于(p1·p2/sinθ),B等于(π·d2/4)。同时,对于全部塔板而言,所有开孔的总面积
u是(π/4·d2×n)(n:孔的总数),且当塔的内径被定义为D时,塔截面积S表示成(π/4·D2)。同时,当(B/A)/(u/S)的比值设定为0.67或更大时,塔中的液体流速均匀,于是阻止了聚合反应。
相对于边缘的每单位长度(m)和单位时间(h),沿着每一开孔315的边缘滴落下来的液体的量合适地是0.035m3/m·h或更多,且尤其合适地是0.04-0.25m3/m·h。当液体的量小于0.035m3/m·h时,在孔的周围出现聚合物的聚集,于是发生堵塞,并且增加了蒸馏塔的压差。
为了使从孔周围流下时的流速没有差异,需要孔径都相等。在使用具有不同孔径的孔的情况下,孔径越小,孔周围的液体流速越低。因此,从作为基点的该孔附近开始,由于聚合反应导致的堵塞易于发生,于是在由于堵塞而使其孔径变得更小的孔附近加速堵塞。
关于孔的形状,需要这样的环形,其中相对于确定孔面积的孔周长最长,且从孔周围流下的液体流速不偏流。当孔径
d大时,相对于确定孔面积的孔周长变小,且每单位长度沿着孔周围落下的液体的量变大。然而当孔径太大时,稳定操作变得困难,因而孔径合适地是不大于30mm。同时当孔径
d太小时,则变得难以确保每单位长度的液体流速,因而孔径合适地是10mm或更大。
在塔径小的情况下,优选多孔塔板由放置于塔内周的支撑环(未图示)支撑着。当塔径大时,为了保持机械强度,除了支撑环外,优选由支撑杆(未图示)支撑无堰多孔塔板。关于支撑环和支撑杆的形状、构造和排列等,没有特别地限制。然而为了使被支撑环和支撑杆覆盖的孔15的数目尽可能少,优选支撑环和支撑杆的平面可视面积尽可能小。附带地说,为了使这些面积小而同时保持机械强度,例如存在一个增加塔板厚度的方法。为了使其容易设置或更换多孔塔板,可将无堰多孔塔板分解成若干片。
从气体速率的角度看,塔板的间隔优选是0.3m或更大。然而为了使塔不会变得过高,塔板的间隔优选不大于0.75m。
优选从塔底部加入分子氧,使得塔内气体中的氧浓度是0.008-0.1mol%。公知的是其中电子自旋呈三重态的基态氧作为自由基俘获剂来说是优异的。由于氧以气体形式加入,因此其均匀分散于整个蒸馏塔中。当塔内气体中氧浓度低于0.008mol%时,阻止聚合反应的效果下降。另一方面,当塔内氧浓度超过0.1mol%时,塔内有可能加速堵塞。一般认为,除了自由基俘获,分子氧与溶液中的有机物质反应形成过氧化物,于是由于过氧化物而形成自由基。
虽然在上述实施方案中,所有多孔塔板都是由无堰多孔塔板制成,但是仅仅一部分多孔塔板可由无堰多孔塔板制成。
按照本发明的工艺,使用在蒸馏装置的真空源中产生的含(甲基)丙烯酸的废水来制备阻聚剂溶液,然后将其加入到收集步骤或其后续步骤中,其中该蒸馏装置是在从(甲基)丙烯酸溶液中除去吸收液体和杂质以获得粗(甲基)丙烯酸的初步提纯步骤和/或蒸馏(甲基)丙烯酸的提纯步骤中配备的,其中所述(甲基)丙烯酸溶液是在氧化反应产物混合物的收集步骤中获得的。由此,降低初步提纯步骤中提纯负担的效果得到增强。
粗(甲基)丙烯酸在后续提纯步骤中被进一步提纯,以获得具有所需等级的(甲基)丙烯酸。关于提纯方法存在几种建议。在任一方法中,以塔顶部馏出物形式获得通过真空蒸馏而被提纯的(甲基)丙烯酸。在提纯步骤中,可以根据工艺,通过该真空蒸馏以外的其他真空蒸馏,以中间塔顶部馏出物形式有可能获得(甲基)丙烯酸。作为这些真空蒸馏的真空源,一般使用蒸汽喷射器和液环式真空泵。目前,没能被蒸馏塔的冷凝器冷凝的(甲基)丙烯酸,即相当于冷凝温度下的蒸汽压的(甲基)丙烯酸流入如此的真空源中。因此,(甲基)丙烯酸溶解于来自真空源的废水诸如从蒸汽喷射器的冷凝器排出的废水中。然而该废水实质上不含有作为(甲基)丙烯酸的杂质的物质。
在本发明中,该废水被用作溶解阻聚剂的溶剂。由此,不仅废水中的(甲基)丙烯酸能够以产物的形式被回收,而且提纯***的负担不曾增加。
作为能够在这里使用的阻聚剂,列举下面的化合物,但是碳酸铜或氢氧化铜是优选的。碳酸铜或氢氧化铜不溶于水中,但是易溶于来自于真空源的废水中。据认为,碳酸铜或氢氧化铜与溶解的(甲基)丙烯酸反应形成(甲基)丙烯酸盐。要加入到废水中的铜化合物的量是任意的,但是其通常是1ppm(wt)-10wt%。附带地说,也能够使用诸如在用于除去乙酸和其他低沸点成分的低沸点蒸馏塔的真空源中产生的废水,代替由提纯步骤的真空源、初步提纯步骤的真空源所得的含有(甲基)丙烯酸的废水。然而因为除了(甲基)丙烯酸,乙酸也被溶解于该废水中,(甲基)丙烯酸的浓度通常很低,优选使用如上所述提纯步骤的真空源的废水。
将阻聚剂溶液加入到主要收集反应产物气体的吸收液体中,该阻聚剂溶液是过使用由真空源所得含有(甲基)丙烯酸的废水而制备。由此通过向提纯***中加入真空源的废水中的(甲基)丙烯酸,有可能提高(甲基)丙烯酸的产率。
下面将描述本发明的附带问题。
在作为容易聚合化合物的丙烯酸或丙烯酸酯的生产中,使用阻聚剂的目的是为了在如上所述的生产过程中阻止聚合物的产生。
阻聚剂的具体例子包括丙烯酸铜、二硫代氨基甲酸铜、酚化合物和吩噻嗪化合物。二硫代氨基甲酸铜的例子包括二烷基二硫代氨基甲酸铜诸如二甲基二硫代氨基甲酸铜、二乙基二硫代氨基甲酸铜、二丙基二硫代氨基甲酸铜和二丁基二硫代氨基甲酸铜;环亚烷基二硫代氨基甲酸铜诸如亚乙基二硫代氨基甲酸铜、四亚甲基二硫代氨基甲酸铜、五亚甲基二硫代氨基甲酸铜和六亚甲基二硫代氨基甲酸铜;和环氧二亚烷基二硫代氨基甲酸铜诸如氧二亚乙基二硫代氨基甲酸铜。酚化合物的例子包括氢醌、甲氧基醌(methoquinone)、吡咯棓酚(pyrrogallol)、儿茶酚、间苯二酚、苯酚和甲酚。吩噻嗪化合物的例子包括吩噻嗪、双-(α-甲基苄基)吩噻嗪、3,7-二辛基吩噻嗪和双-(α-二甲基苄基)吩噻嗪。
也能够使用N-氧基化合物诸如叔丁基硝基氧化物(nitroxide)、2,2,6,6-四甲基-4-羟基哌啶-1-氧基、2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基和4,4′,4″-三(2,2,6,6-四甲基哌啶子基氧基)亚磷酸盐。优选使用便宜的碳酸铜或氢氧化铜。
根据工艺可能含有除上述那些之外的物质,但是显然它们的种类不会影响本发明。
本发明中所说的蒸馏塔是一般用于化工厂的那些。即其装有蒸发器和再沸器,且如果需要,还由冷凝蒸发气体的冷却热交换器、储存冷凝物的罐、运送冷凝物的泵等构成。在本发明中没有任何限制。
实施例
参考实施例1和2是用来具体解释,通过使用具有塔主体和再沸器的容易聚合化合物用蒸馏装置,其中塔主体的塔底部液体通过引入管式部件引入到再沸器中,引入管式部件与塔主体的侧面相连,从而能够阻止再沸器的堵塞,且塔设备能够在长时间段内稳定地连续操作。
参考实施例1:
使用图8的分解反应装置进行高沸点液体的分解反应。
作为分解反应装置,喷嘴102和103的管径
a和
b分别是155.2mm(6B尺寸),且(a/b)等于1。导管141的管径是106.3mm(4B尺寸)。分解反应器具有塔直径为1,000mm,塔长度为2,800mm,且由Hastelloy C制成。
高沸点液体具有由下面构成的配方:21wt%的丙烯酸丁酯、65wt%的β-丁氧基丙酸丁酯、4wt%的丙烯酰氧基丙酸丁酯、2wt%的β-羟基丙酸丁酯、3wt%的氢醌、2wt%的甲氧基醌和3wt%的其他物质,并以580kg/h的速率加料。
对于反应条件,是在100kPa的反应压力、190的分解温度、停留时间为1小时的条件下,同时以与供液10wt%的重量比加入作为分解反应催化剂的1wt%的硫酸水溶液,进行分解反应。
以200.1kg/h的速率从塔底部获得作为反应残留物的分解反应产物,并从塔底部排出,其中该分解反应产物由8.7wt%的丙烯酸丁酯、62.5wt%的β-丁氧基丙酸丁酯、2wt%的丙烯酰氧基丙酸丁酯、0.3wt%的β-羟基丙酸丁酯、8.7wt%的氢醌、5.8wt%的甲氧基醌、0.8wt%的丁醇、2.9wt%的硫酸和9wt%的其他物质构成。
再沸器是垂直固定管式热交换器。加入到再沸器中的供液的量是通过放置于泵140出口处的流量计测试的,其起始值是32,000kg/h。塔底部液体流经再沸器的管侧面。
在上述条件下,在将引入喷嘴103的仰角θ设定为45°的情况下,在连续操作3个月后,停止操作,检查再沸器。结果没有发生积聚,进入再沸器的供液的量稳定,在操作过程中没有观测到堵塞。
在将引入喷嘴103的仰角θ设定为0°(水平)的情况下,在连续操作3个月后,停止操作,检查再沸器。结果在操作过程中既没有观测到积聚也没有观测到堵塞。
在将引入喷嘴103从塔主体101最下部的垂直方向向下伸出的情况下,在操作2个月后,进入再沸器的供液的量开始逐渐下降。不久,停止分解反应塔的操作。作为检测内部的结果,证实了再沸器管的堵塞。
通过将高沸点液体的配方修改为如下组成:即45.3wt%的丙烯酸、10wt%的马来酸、42.4wt%的丙烯酸二聚体(丙烯酰氧基丙酸)、1.3wt%的氢醌和1wt%的吩噻嗪,并将反应压力改变为72kPa,进行高沸点液体的分解反应,以便以130.5kg/h的速率从塔底部获得作为反应残留物的具有下面组成的分解反应产物:8wt%的丙烯酸、14wt%的马来酸、67.2wt%的丙烯酸二聚体(丙烯酰氧基丙酸)、5.8wt%的氢醌、4.4wt%的吩噻嗪和0.6wt%的低聚物和聚合物。
在上述条件下,在将引入喷嘴103的仰角θ设定为45°的情况下,在连续操作3个月后,停止操作,检查再沸器。结果没有发生积聚,进入再沸器的供液的量稳定,在操作过程中没有观测到堵塞。
在将引入喷嘴103从塔主体101最下部的垂直方向向下伸出的情况下,在操作1个月后,进入再沸器的供液的量开始逐渐下降。不久,停止分解反应塔的操作。作为检测内部的结果,证实了再沸器管的堵塞。
参考实施例2:
在如图7中所示的蒸馏装置中,使用由不锈钢(SUS316)制得且内径为1,100mm、长度为20,000mm并具有设置于其中的21块多孔塔板(二重塔板)的蒸馏塔,进行粗丙烯酸的蒸馏。排出喷嘴102和引入喷嘴103的管径分别是155.2mm(6B尺寸),将泵装在导管104的路线上。导管104具有与在引入喷嘴103中相同的尺寸。作为粗丙烯酸单体,在90下以1,300kg/h的速率加入含有98.5wt%的丙烯酸、0.3wt%的马来酸和0.3wt%的丙烯酸二聚体的混合物。
同时,从含有阻聚剂的液体罐中分别以34kg/h和31kg/h的速率,加入具有8wt%溶解于其中的甲氧基醌(methoquinone)的丙烯酸溶液和具有1wt%溶解于其中的吩噻嗪的丙烯酸溶液,在塔顶压力为2.8kPa和塔底压力为7.9kPa、塔顶温度为53和塔底温度为75的条件下,进行操作,借此从塔顶获得纯度为99.8wt%或更高的高纯度丙烯酸。
再沸器是垂直固定管式热交换器。加入到再沸器中供液的量通过放置于导管104的泵出口处的流量计测试,其起始值是68,000kg/h。塔底部液体流经再沸器的管侧面。
在将引入喷嘴103的仰角θ设定为0°(水平)的情况下,在连续操作6个月后,停止操作,检查再沸器。结果没有发生积聚,加入再沸器的供液的量稳定,在操作过程中没有观测到堵塞。
在将引入喷嘴103在塔主体101的最下部的垂直方向向下伸出的情况下,在操作4个月后,进入再沸器的供液的量开始逐渐下降。停止分解反应塔的操作。作为检测内部的结果,证实了再沸器管的堵塞。
如上述参考实施例1和2中所示,在任一分解反应装置和蒸馏装置中,通过使用具有塔主体和再沸器的用于容易聚合化合物的蒸馏装置,其中塔柱主体的塔底部液体通过引入管式部件引入到再沸器,引入管式部件与塔主体的侧面相连,就能够阻止塔底部液体中的聚合物和阻聚剂流入再沸器,并阻止再沸器的堵塞。由此有可能在长时间段内稳定地连续操作塔设备。
参考实施例3:
使用图12中所示的蒸馏塔,以下面的方式进行丙烯酸溶液的提纯方法。
<粗丙烯酸溶液的制备步骤>
将丙烯与空气和由水、氮气和二氧化碳组成的惰性气体混合,并使丙烯与分子氧在氧化钼基固体催化剂存在下在第一反应区反应,获得丙烯醛。随后,使丙烯醛与分子氧在氧化钼基固体催化剂存在下在第二反应区反应,获得含有丙烯酸的反应气体。此外,用乙酸水溶液收集反应气体,获得丙烯酸水溶液。使所得溶液经过蒸馏和提纯,获得含有97wt%的丙烯酸、2.3wt%的丙烯酸二聚体和0.4wt%的马来酸的粗丙烯酸溶液。
<蒸馏塔>
作为标准的蒸馏塔具有塔直径为1,600mm并在其中具有10层级无堰多孔塔板,其中塔板间隔是450mm。多孔塔板的孔径d都是28mm,p1和p2分别等于50.2mm,θ等于π/3,每一块塔板的孔的数目是492,(B/A)/(u/S)的值是0.71。
<提纯条件>
作为标准的提纯条件,以3,800kg/h的速率将丙烯酸溶液加入到上述蒸馏塔的塔底部,在塔顶压力为6.7kPa、塔顶温度为70、回流速率为3,850kg/h和从塔顶的排出速率为3,050kg/h的条件下,连续进行操作1个月。从塔顶加入阻聚剂使得回流液体中含有100ppm(重量)的氢醌和30ppm(重量)的吩噻嗪。从塔底加入用氮气稀释3倍的空气,使得塔顶气体中的氧浓度为0.01mol%。
通过改变上述蒸馏塔和/或上述提纯条件,进行操作。下面的变化点是从作为标准的上述蒸馏塔和提纯条件进行的变化。
在上述提纯条件下,沿着开孔边缘流下的液体的量是0.089m3/m·h,在操作过程中没有观测到塔内压差的变化[(塔顶压力)-(塔底压力)]。随后,将回流速率降到1,600kg/h,再进行连续操作1个月。在此期间,沿着开孔边缘流下的液体的量是0.037m3/m·h,在操作过程中没有观测到塔内压差的变化。
对于上述提纯条件,将回流速率设定为1,100kg/h,并进行操作。在此期间,沿着开孔边缘流下的液体的量是0.025m3/m·h,在1个月的操作过程中观测到塔内压差增加0.8kPa。
对于上述蒸馏塔,将从底部起塔板的四个层级变为一个,其中孔径是20mm,p1和p2分别等于36.3mm,θ等于π/3,每一块塔板上孔的数目是964;对于提纯条件,将回流速率设定为3,300kg/h。(B/A)/(u/S)的值是0.73。在一个月的连续操作过程中,对于塔底塔板来说,沿着开孔边缘流下的液体的量是0.054m3/m·h,在操作过程中没有观测到塔内压差的变化。
对于上述蒸馏塔,将从底部起塔板的四个层级变为一个,其中孔径是20mm,p1和p2分别等于36.3mm,θ等于π/3,每一块塔板上孔的数目是964;对于提纯条件,将回流速率设定为1,600kg/h,连续操作的时间设定为10天。在操作过程中,对于塔底塔板来说,沿着开孔边缘流下的液体的量是0.026m3/m·h,塔内压差增加了2kPa。
对于上述蒸馏塔,将从底部起塔板的四个层级变为一个,其中孔径是12mm,p1和p2分别等于21.6mm,θ等于π/3,每一块塔板上孔的数目是2,664;对于提纯条件,将回流速率设定为3,850kg/h。(B/A)/(u/S)的值是0.71。在一个月的连续操作过程中,对于塔底塔板来说,沿着开孔边缘流下的液体的量是0.038m3/m·h,在操作过程中观测到塔内压差稍有增加(小于0.2kPa)。
对于上述蒸馏塔,将从底部起塔板的四个层级变为一个,其中孔径是12mm,p1和p2等于21.6mm,θ等于π/3,每一块塔板上孔的数目是2,664;对于提纯条件,将回流速率设定为2,200kg/h,连续操作的时间设定为6天。在操作过程中,对于塔底塔板来说,沿着开孔边缘流下的液体的量是0.022m3/m·h,塔内压差增加了2kPa。
对于上述蒸馏塔,将从底部起塔板的四个层级变为一个,其中孔径d是28mm,p1和p2分别等于39.8mm,θ等于π/3,每一块塔板上孔的数目是812;对于提纯条件,将回流速率设定为3,300kg/h。(B/A)/(u/S)的值是0.74。在一个月的连续操作过程中,对于塔底塔板来说,沿着开孔边缘流下的液体的量是0.046m3/m·h,没有观测到塔内压差的变化。
对于上述蒸馏塔,将从底部起塔板的四个层级变为一个,其中孔径d是28mm,p1和p2分别等于39.8mm,θ等于π/3,每一块塔板上孔的数目是812;对于提纯条件,将回流速率设定为1,600kg/h。在一个月的连续操作过程中,对于塔底塔板来说,沿着开孔边缘流下的液体的量是0.022m3/m·h,观测到塔内压差增加了11kPa。
对于上述蒸馏塔,将从底部起塔板四个层级变为一个,其中孔径是20mm,p1和p2分别等于28.5mm,θ等于π/3,每一块塔板上孔的数目是1,604;对于提纯条件,将回流速率设定为3,850kg/h。(B/A)/(u/S)的值是0.75。在一个月的连续操作过程中,对于塔底塔板来说,沿着开孔边缘流下的液体的量是0.038m3/m·h,观测到塔内压差增加了0.3kPa。
对于上述蒸馏塔,将从底部起塔板四个层级变为一个,其中孔径是20mm,p1和p2分别等于28.5mm,θ等于π/3,每一块塔板上孔的数目是1,604;对于提纯条件,将回流速率设定为1,600kg/h,并将操作时间设定为3周。在操作过程中,对于塔底塔板来说,沿着开孔边缘流下的液体的量是0.016m3/m·h,塔内压差增加了2kPa。
对于上述提纯条件,从塔底加入用氮气稀释3倍的空气,使得塔顶气体中的氧浓度为0.005mol%,将回流速率设定为2.200kg/h,操作时间设定为2周。在连续操作过程中,对于塔底塔板来说,沿着开孔边缘流下的液体的量是0.051m3/m·h,塔内压差增加了1.6kPa。
对于上述提纯条件,从塔底加入空气,使得塔顶气体中的氧浓度为0.12mol%,将回流速率设定为2.200kg/h,操作时间设定为2周。在连续操作过程中,塔内压差增加了0.7kPa。
对于上述蒸馏塔,将从底部起塔板的四个层级变为一个,其中孔径d是28mm,p1和p2分别等于45.8mm,θ等于π/3,每一块塔板上孔的数目是488;对于提纯条件,将回流速率设定为2,200kg/h,操作时间设定为2周。(B/A)/(u/S)的值是0.59。在连续操作过程中,对于塔底塔板来说,沿着开孔边缘流下的液体的量是0.051m3/m·h,塔内压差增加了0.3kPa。
从以上所述可以明显看出,通过使用本发明特殊的蒸馏塔和提纯条件,能够在长时间段内稳定地进行(甲基)丙烯酸的蒸馏而不会导致由于聚合反应所造成的堵塞的效果变得更加理想。
参考实施例4:
将从含有丙烯酸的反应产物气体中获得提纯的丙烯酸的情况作为一个例子,其中所述含丙烯酸的反应产物气体,是通过使用如图14中所示的一种装置进行丙烯的汽相催化氧化反应而获得的,图14所示的装置包括收集塔(A)、脱水塔(B)、低沸点物质去除塔(C)、提纯塔(D)和热分解塔(E),下面将更具体地进行描述,当使用在初步提纯步骤和/或提纯步骤的真空源中产生的含(甲基)丙烯酸的废水制备阻聚剂溶液,并将其加入到收集步骤或其后续步骤中时,能够降低初步提纯步骤中的提纯负担。
将反应产物气体加入到收集塔(A)中,气体中相对于1kg丙烯酸的约0.6kg水从塔顶流下,借此在其中吸收丙烯酸。基于1升水含有约1.7kg丙烯酸的丙烯酸溶液从收集塔(A)中排出,并加入到脱水塔(B)。同时,将阻聚剂溶液加入到收集塔以便使阻聚剂的浓度保持在一个固定水平。在脱水塔(B)中,使用共沸剂进行共沸蒸馏;从塔顶出来的气体在冷凝器中冷凝;冷凝物经过析相作用;水从***中排出;共沸剂返回到塔中。然后将脱水塔的塔底液体加入到低沸点物质去除塔(C)中,并在真空下进行蒸馏,借此基本上蒸馏出了全部的具有沸点低于乙酸的成分和其他丙烯酸。优选该蒸馏通常在丙烯酸尽可能不蒸馏的少许减压下进行。将低沸点物质去除塔(C)的塔底液体加入到提纯塔(D)中,从而在20-30mmHg的塔顶压力下进行蒸馏的通过真空蒸馏而提纯的丙烯酸。蒸汽喷射器被用作提纯塔(D)的真空源。
将提纯塔(D)的塔底液体加入到热分解塔(E),将从塔顶蒸馏出的含丙烯酸的低沸点馏分加入到低沸点物质去除塔(C),于是从***中排出高沸点组分。在按照上述工艺以10,000kg/Hr的产量生产提纯的丙烯酸的情况中,当阻聚剂溶液以400kg/Hr的速率加入到收集塔(A)中时,则相对于反应产物气体中的丙烯酸而言,提纯的丙烯酸的产率是96.6%,其中所说的阻聚剂溶液,是通过在作为提纯塔(D)真空源的蒸汽喷射器的冷凝水(丙烯酸浓度:10wt%)中,溶解6,000ppm(重量)碳酸铜或乙酸锰和5wt%氢醌配制的。
各别情况,在阻聚剂溶液以400kg/Hr的速率加入的情况中,提纯的丙烯酸的产率是96.1%,所说的阻聚剂溶液是通过在作为脱水塔的塔顶部得到的废水(乙酸浓度:10wt%)中,溶解6,000ppm(重量)碳酸铜或乙酸锰和5wt%氢醌配制的。
当参照其具体实施方案并详细描述了本发明时,对于本领域熟练人员来说显然的是,在不脱离本发明的实质和范围的情况下,能够做出各种改变和改进。
本申请是基于在2001年8月22日申请的日本专利申请(日本专利申请2001-251067)、2001年11月27日申请的日本专利申请(日本专利申请2001-360436)、2001年12月4日申请的日本专利申请(日本专利申请2001-370271)、2001年12月27日申请的日本专利申请(日本专利申请2001-397463)和2002年1月11日申请的日本专利申请(日本专利申请2002-004318),并将其所述内容都引入本文供参考。