專利名稱：容易聚合化合物用蒸餾裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及容易聚合化合物的一種蒸餾裝置、生產(chǎn)方法和提純方法。更特別地，本發(fā)明涉及在生產(chǎn)容易聚合化合物、尤其是(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸酯等情況下的一種蒸餾裝置、生產(chǎn)方法、提純方法等，其被用于防止蒸餾裝置的堵塞等，并且在長時(shí)間段內(nèi)持續(xù)穩(wěn)定的生產(chǎn)。
背景技術(shù)：
丙烯酸例如以下面的方法生產(chǎn)。即首先將作為原料的丙烷或丙烯經(jīng)過汽相催化氧化，使所得氧化反應(yīng)混合物吸收于吸收溶劑諸如水中，于是回收丙烯酸溶液。除了丙烯酸外，該溶液含有在汽相催化氧化過程中作為副產(chǎn)物形成的各種雜質(zhì)，諸如乙酸、馬來酸、丙烯醛、糠醛、苯甲醛和丙酮。在初步提純步驟中，從所得丙烯酸溶液中除去吸收溶劑和部分副產(chǎn)物，得到基本上由丙烯酸及其二聚體和其他較重組分構(gòu)成的粗丙烯酸。然后，在提純步驟中，在真空蒸餾塔中提純粗丙烯酸等以回收高純度丙烯酸。
在丙烯酸酯的生產(chǎn)方法中，首先使丙烯酸與醇在酸催化劑存在下反應(yīng)，然后在真空蒸餾塔中提純所得反應(yīng)混合物以回收高純度丙烯酸酯。
在甲基丙烯酸或甲基丙烯酸酯的生產(chǎn)方法中，例如使用異丁烯作為原料，以與上述相同的方法生產(chǎn)甲基丙烯酸或甲基丙烯酸酯。
迄今，雖然在作為實(shí)驗(yàn)設(shè)備的相對小型蒸餾塔中沒有發(fā)生堵塞的問題，但是在作為商用設(shè)備的大型蒸餾塔中可能會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的堵塞。據(jù)認(rèn)為這是由于隨著儀器尺寸的增加，塔內(nèi)的不均勻性增加而引起的。例如，即使當(dāng)蒸餾塔的水平度即每單位長度的梯度是相同的，高度差也會(huì)隨著蒸餾塔的塔直徑成比例地增加。
在想要精確補(bǔ)償由于儀器尺寸的增加而造成的不均勻性增加的情況中，隨著儀器尺寸的增加，實(shí)際完成起來變得非常困難。
在操作容易聚合化合物用的真空蒸餾塔時(shí)，由于冷凝物中的聚合反應(yīng)，壓力控制閥被堵塞，由此產(chǎn)生的問題是無法將蒸餾塔中的真空度控制在一個(gè)不變的范圍內(nèi)。
在蒸餾裝置的塔板中，在含丙烯酸液體流經(jīng)無堰多孔塔板(weir-freeperforated tray)上的孔且流下的情況中(參見JP-A-2000-300903等)，部分液體在孔內(nèi)壁上通過并且進(jìn)入多孔塔板的背面，由此產(chǎn)生的液體成為形成聚合物的因素之一，使得無法進(jìn)行(甲基)丙烯酸的長期連續(xù)生產(chǎn)。
在連續(xù)操作蒸餾塔時(shí)，最大的問題是蒸餾塔內(nèi)部的壓差即塔底部壓力與塔頂部壓力之間的差升高。塔內(nèi)部壓差的升高是由于多孔塔板上的孔徑因聚合物而被縮小，于是液體和氣體都變得幾乎不流動(dòng)。當(dāng)聚合物的累積增加時(shí)，一些孔被完全堵塞。最后液體和氣體都不能充分流動(dòng)，于是蒸餾塔的操作不可避免地停止。
而且，(甲基)丙烯酸等的生產(chǎn)設(shè)備包括塔設(shè)備諸如粗(甲基)丙烯酸的蒸餾塔等，或分解高沸點(diǎn)物質(zhì)以回收(甲基)丙烯酸的分解反應(yīng)塔等。在塔設(shè)備中，提供引入管式部件與塔下端的底面相連，其中一部分塔底部液體被引入到再沸器中并被加熱，然后又返回到塔底部。
按照用于向再沸器中引入塔底部液體的管式部件的常規(guī)連接結(jié)構(gòu)，塔底部液體中含有的聚合物、阻聚劑和其他物質(zhì)容易被加入到引入管式部件中。聚合物和阻聚劑累積在再沸器中，于是可能會(huì)引起堵塞。附帶地說，在容易聚合化合物的生產(chǎn)步驟中加入阻聚劑。聚合物包括上流側(cè)設(shè)備攜帶的聚合物和塔設(shè)備內(nèi)形成的聚合物。
關(guān)于防止堵塞的對策，在引入管式部件中配備強(qiáng)制循環(huán)泵的情況中，已知的是在引入管式部件中配備粗濾器，從而通過過濾分離聚合物與阻聚劑。然而，如果粗濾器的孔隙太大，則過濾分離變得不充分，以致于防止再沸器堵塞的作用也不充分。相反，如果粗濾器的孔隙太小，則常常出現(xiàn)粗濾器堵塞，以致于塔設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)可能變得不穩(wěn)定。附帶地說，在自循環(huán)型再沸器中，不能放置如此的粗濾器，且不能采用防止聚合物和阻聚劑流入再沸器中的措施。
為了防止容易聚合化合物在設(shè)備內(nèi)的聚合，迄今已經(jīng)使用例如下面的對策。即，化學(xué)對策是延遲或阻止丙烯酸與作為自由基的引發(fā)劑的聚合反應(yīng)，其中例如將俘獲自由基的阻聚劑加入到吸收溶劑或在初步提純步驟或提純步驟中，或降低操作溫度以便延遲自由基形成。作為丙烯酸的阻聚劑，氣態(tài)物質(zhì)諸如氧和各種有機(jī)或無機(jī)化合物是已知的。具體地，對氫醌、對甲氧基苯酚、吩噻嗪和其他物質(zhì)是已知的。通常在許多情況中，共同使用氧和有機(jī)或無機(jī)化合物。為了降低操作溫度，降低蒸餾操作的操作壓力。
在將有機(jī)或無機(jī)化合物用作阻聚劑的情況中，一般將這樣的化合物以其溶液的形式使用。例如，JP-A-10-17524描述了使用一種溶液，其通過下述方法制備將銅化合物諸如碳酸銅或氫氧化銅與作為阻聚劑的氫醌溶解于乙酸水溶液中，該水溶液是在初步提純步驟中通過脫水蒸餾從(甲基)丙烯酸溶液中蒸餾出水而獲得。雖然由此方法獲得的阻聚劑溶液具有優(yōu)異的性能，但是牽涉到一個(gè)問題，即在初步提純步驟中要除去的乙酸成分被帶入到體系中，于是增加了初步提純步驟中的提純負(fù)擔(dān)。
物理或機(jī)械對策是阻止由于在配制、流速、停留時(shí)間、溫度等中的局部誤差而發(fā)生的聚合反應(yīng)。例如，其通過改變儀器形狀來縮短液體或氣體的停留或通過降低儀器表面的粗糙度而實(shí)現(xiàn)。
然而如上所述，還是沒有解決在作為商用設(shè)備的大型蒸餾塔中的嚴(yán)重堵塞問題。
本發(fā)明的一個(gè)問題是解決在作為商用設(shè)備的大型蒸餾塔中的嚴(yán)重堵塞問題，和提供一種裝置和一種方法，用于蒸餾和提純?nèi)菀拙酆匣衔铮陂L時(shí)間段內(nèi)保持穩(wěn)定。更詳細(xì)地列舉下面的要點(diǎn)。
本發(fā)明的第一個(gè)問題是提供一種生產(chǎn)純化的容易聚合化合物的方法，其中在蒸餾和提純?nèi)菀拙酆系幕衔镏校龀龅母倪M(jìn)是使得阻止壓力控制閥堵塞，并且能夠容易地回收在真空發(fā)生器的排氣中攜帶的容易聚合化合物。
本發(fā)明的第二個(gè)問題是使能夠通過簡單機(jī)理控制聚合物或阻聚劑流入再沸器，以便使得有可能在長時(shí)間段內(nèi)穩(wěn)定地連續(xù)操作塔設(shè)備。
本發(fā)明的第三個(gè)問題是提供一種多孔塔板和使用該多孔塔板生產(chǎn)(甲基)丙烯酸的方法，該多孔塔板，當(dāng)(甲基)丙烯酸進(jìn)入塔板的背面時(shí)，能夠阻止其發(fā)生聚合反應(yīng)。
本發(fā)明的第四個(gè)問題是提供一種蒸餾(甲基)丙烯酸的方法，其中通過阻止聚合物對無堰多孔塔板孔隙的堵塞并阻止塔內(nèi)壓差的升高，(甲基)丙烯酸溶液能夠在長時(shí)間段內(nèi)被穩(wěn)定地蒸餾。
本發(fā)明的第五個(gè)問題是提供一種生產(chǎn)(甲基)丙烯酸的方法，其中在初步提純步驟中降低提純負(fù)擔(dān)。
發(fā)明公開為了解決上述問題，本發(fā)明人做了廣泛而深入地研究。結(jié)果，首先他們發(fā)現(xiàn)了一種蒸餾裝置，其包括蒸餾塔、真空發(fā)生器和真空發(fā)生器的排氣導(dǎo)管，該排氣導(dǎo)管通過一壓力控制閥與介于蒸餾塔和真空發(fā)生器之間的連接導(dǎo)管相連，并且發(fā)現(xiàn)通過使用蒸餾裝置調(diào)節(jié)要引入的排氣的量來控制蒸餾塔的壓力。
第二，他們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)蒸餾設(shè)備，其具有塔主體和再沸器，塔主體的塔底部液體通過引入管式部件引入到再沸器，引入管式部件與塔主體的側(cè)面相連。在這樣的發(fā)明中，用于將塔底部液體引入到再沸器的管式部件橫向相連。由于塔底部液體中含有的聚合物和阻聚劑以垂直方向傾斜向下流動(dòng)，它們幾乎不混入引入管式部件。為此，按照本發(fā)明，通過引入管式部件流入再沸器的聚合物和阻聚劑的量變少，于是阻止了再沸器中的堵塞。
在本發(fā)明中，優(yōu)選引入管式部件是水平的或在引入管式部件的上游端附近(即在引入管式部件與塔主體、其罐部分或排出管式部件相連的位置附近)沿下游側(cè)上行。由此，流入引入管式部件的聚合物和阻聚劑的量變得更少，于是更確定地阻止了再沸器中的堵塞。
第三，他們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一種多孔塔板，其中不僅配備了許多從塔板的上面穿透到其背面的孔，而且在孔下端的外圍提供了從塔板的背面垂下的環(huán)繞突起壁。
第四，他們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)具有大塔直徑的蒸餾的無堰多孔塔板的孔排列很均勻，沿著孔邊緣滴落的流速增加，且合適量的氧在塔內(nèi)共同存在。
第五，他們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使用含有(甲基)丙烯酸的廢水制備阻聚劑溶液，其中廢水是在(甲基)丙烯酸的初步提純步驟和/或提純步驟的真空源中產(chǎn)生的，然后將其加入到收集步驟或后續(xù)步驟中。
基于上述知識(shí)完成了本發(fā)明。
具體地，本發(fā)明的第一方面涉及一種蒸餾裝置，用于使粗制的容易聚合化合物在真空條件下經(jīng)過蒸餾以便將其提純，蒸餾裝置的特征在于，其包括蒸餾塔、真空發(fā)生器和和真空發(fā)生器的排氣導(dǎo)管，該排氣導(dǎo)管通過壓力控制閥與介于蒸餾塔和真空發(fā)生器之間的連接導(dǎo)管相連。
本發(fā)明的第二方面涉及一種提純?nèi)菀拙酆匣衔锏姆椒?，使粗制的容易聚合化合物在真空條件下經(jīng)過蒸餾以便將其提純，所述方法的特征在于使用一種蒸餾裝置，該裝置包括蒸餾塔、真空發(fā)生器和和真空發(fā)生器的排氣導(dǎo)管，該排氣導(dǎo)管通過壓力控制閥與介于蒸餾塔和真空發(fā)生器之間的連接導(dǎo)管相連，并且根據(jù)蒸餾塔的壓力控制壓力控制閥的動(dòng)作，借此控制要引入排氣的量以便控制蒸餾塔的壓力。
本發(fā)明的第三方面涉及用于處理容易聚合化合物的塔設(shè)備，其具有塔主體和再沸器，塔主體的塔底部液體通過引入管式部件引入到再沸器，塔設(shè)備的特征在于引入管式部件與塔主體的側(cè)面相連。
本發(fā)明的第四方面涉及通過使用蒸餾塔蒸餾(甲基)丙烯酸溶液來蒸餾(甲基)丙烯酸的方法，其中至少一部分塔板是無堰多孔塔板，所述方法的特征在于，無堰多孔塔板的孔定位于傾斜格的各個(gè)交叉點(diǎn)上，該傾斜格包含平行且等間隔排列的第一組線，和傾斜于第一組線且平行等間隔排列的第二組線；關(guān)于局部開孔率(B/A)，即是由被傾斜格包圍的平行四邊形構(gòu)成的區(qū)域開孔面積的總和B與區(qū)域的面積A之比，和所有開孔的總面積u與塔截面積S之比u/S，且(u/S)/(B/A)之比是0.67或更大；沿著孔邊緣滴落的流速是0.035m3/m·h或更大；蒸餾塔的塔直徑是1.2m或更大；塔內(nèi)氣體中的氧濃度是0.008-0.1mol％。
本發(fā)明的第五方面涉及通過以下各個(gè)步驟生產(chǎn)(甲基)丙烯酸的方法，所述步驟包括使通過汽相催化氧化反應(yīng)獲得的含(甲基)丙烯酸的反應(yīng)產(chǎn)物氣體與含水吸收液體接觸，以便將氣體中的(甲基)丙烯酸吸收到吸收液體中的收集步驟；從所得(甲基)丙烯酸溶液中除去吸收液體和雜質(zhì)以獲得粗(甲基)丙烯酰的初步提純步驟；和通過包括真空蒸餾(甲基)丙烯酸的蒸餾提純，從粗(甲基)丙烯酸中獲得提純的(甲基)丙烯酰的提純步驟，所述方法的特征在于，使用在初步提純步驟和/或提純步驟中的在真空源中產(chǎn)生的含(甲基)丙烯酸的廢水制備阻聚劑溶液，然后將其加入到收集步驟或后續(xù)步驟中。
第六方面涉及蒸餾塔用多孔塔板，其特征在于配備了許多從塔板的上面穿透到其背面的孔，而且在孔下端的外圍提供了從塔板的背面垂下的環(huán)繞突起壁。
第七方面涉及通過使用包括一個(gè)多孔塔板的蒸餾塔，生產(chǎn)(甲基)丙烯酸的方法，該多孔塔板裝有許多從塔板的上面穿透到其背面的孔，和在孔下端的外圍從塔板的背面垂下的環(huán)繞突起壁。
附圖簡述

圖1是一個(gè)說明圖，表示在本發(fā)明生產(chǎn)方法中使用的蒸餾裝置的一個(gè)實(shí)例。
圖2是一個(gè)說明圖，表示在本發(fā)明生產(chǎn)方法中使用的蒸餾裝置的另一實(shí)例。
圖3是一個(gè)說明圖，表示在本發(fā)明生產(chǎn)方法中使用的蒸餾裝置的再一實(shí)例。
圖4是本發(fā)明塔設(shè)備下部的縱剖面圖。
圖5是本發(fā)明另一塔設(shè)備下部的縱剖面圖。
圖6是本發(fā)明再一塔設(shè)備下部的縱剖面圖。
圖7是使用本發(fā)明塔設(shè)備的蒸餾裝置的系統(tǒng)圖。
圖8是使用本發(fā)明塔設(shè)備的高沸點(diǎn)物質(zhì)分解反應(yīng)裝置的系統(tǒng)圖。
圖9是蒸餾塔的示意圖。
圖10是多孔塔板的平面圖。
圖11是圖10的III-III箭頭中孔的每一具體方案的剖視圖。
圖12是表示本發(fā)明的(甲基)丙烯酸蒸餾方法的系統(tǒng)圖。
圖13是一部分無堰多孔塔板的放大平面圖。
圖14是丙烯酸生產(chǎn)方法的流程圖的一個(gè)實(shí)例。
附帶地說，關(guān)于附圖中的附注數(shù)字，1是蒸餾塔，2是冷凝器，21是冷凝器，3是回流罐，4是噴射器，5是冷凝器，6是液封罐，7是止回閥，8是壓力控制閥，81是壓力控制器，82是檢測管，97是排氣導(dǎo)管，101是塔主體，102是排放噴嘴，103是進(jìn)料噴嘴，105是再沸器，121是回流罐，131是液體罐，201是蒸餾塔，202是多孔塔板，221是孔，222是環(huán)繞突起壁，203是儲(chǔ)液進(jìn)料管，204是再沸器，241是蒸汽入口管，242是排液出口管，243是底部管，205是冷凝器，251是蒸汽出口管，252是回流管，253是餾出物管，301是蒸餾塔，303是再沸器，310是無堰多孔塔板，311是第一組線，312是第二組線，313是傾斜格，315是開孔，322是回流罐，A是收集塔，B是脫水塔，C是低沸點(diǎn)物質(zhì)去除塔，D是提純塔，E是熱分解塔，401是反應(yīng)產(chǎn)物氣體引入管，402是吸收水引入管，403是阻聚劑溶液引入管，404是餾出液排出管，405是蒸餾的低沸點(diǎn)成分排出管，406是提純的丙烯酸排出管，407是低沸點(diǎn)餾份排出管，和408是重質(zhì)組分排出管。
完成本發(fā)明的最佳方式本發(fā)明涉及一種用于蒸餾和提純?nèi)菀拙酆匣衔锏母倪M(jìn)的蒸餾裝置，和使用該裝置所進(jìn)行的容易聚合化合物的提純方法。其特征在于一種蒸餾裝置，用于使粗制的容易聚合化合物在真空條件下經(jīng)過蒸餾，以便生產(chǎn)提純的容易聚合化合物，該裝置的特征在于包括蒸餾塔、真空發(fā)生器和真空發(fā)生器的排氣導(dǎo)管，該排氣導(dǎo)管通過壓力控制閥與介于蒸餾塔和真空發(fā)生器之間的連接導(dǎo)管相連；且在提純?nèi)菀拙酆匣衔锏姆椒ㄖ?，其特征在于通過使用蒸餾裝置，并根據(jù)蒸餾塔的壓力控制壓力控制閥的動(dòng)作，于是控制要引入排氣的量以便控制蒸餾塔的壓力。
作為本發(fā)明主題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。附帶地說，這里所指(甲基)丙烯酸指的是丙烯酸或甲基丙烯酸，而且有時(shí)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、丙烯酸異丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸2-乙基己基酯、丙烯酸2-羥乙酯、丙烯酸2-羥丙酯和丙烯酸甲氧基乙酯。甲基丙烯酸酯的例子包括其類似的化合物。
作為生產(chǎn)丙烯酸的步驟，例如列舉如下的(1)-(3)。
(1)生產(chǎn)包括氧化步驟，使丙烷、丙烯和/或丙烯醛經(jīng)過催化汽相氧化；收集步驟，使來自氧化步驟的含丙烯酸的氣體與水接觸，以收集呈丙烯酸水溶液形式的丙烯酸；萃取步驟，使用合適的萃取溶劑從丙烯酸水溶液中萃取丙烯酸；和后續(xù)提純步驟，將丙烯酸與溶劑分離，然后提純粗丙烯酸；且還進(jìn)一步包括一個(gè)步驟，其中將含有丙烯酸酯Michael加合物和每一步驟都使用的阻聚劑的高沸點(diǎn)液體作為原料加入到分解反應(yīng)塔中，以回收有用成分，將有用成分加入到任一收集步驟及其后續(xù)步驟中。
(2)生產(chǎn)包括氧化步驟，是使丙烷、丙烯和/或丙烯醛經(jīng)過催化汽相氧化，以生產(chǎn)丙烯酸；收集步驟，是使含丙烯酸氣體與水接觸，以收集呈丙烯酸水溶液形式的丙烯酸；共沸分離步驟，是在共沸溶劑存在下、在共沸分離塔中蒸餾丙烯酸水溶液，并且從塔底部排出粗丙烯酸；用于除去乙酸的乙酸分離步驟；和用于除去高沸點(diǎn)雜質(zhì)的提純步驟；且還進(jìn)一步包括一個(gè)步驟，其中將含有提純后的丙烯酸酯Michael加合物和這些生產(chǎn)步驟中使用的阻聚劑的高沸點(diǎn)液體作為原料加入到分解反應(yīng)塔中，以回收有用成分，將有用成分加入到任一收集步驟及其后續(xù)步驟中。
(3)生產(chǎn)包括氧化步驟，使丙烷、丙烯和/或丙烯醛經(jīng)過催化汽相氧化，以生產(chǎn)丙烯酸；一個(gè)收集步驟和分離步驟，使含丙烯酸的氣體與有機(jī)溶劑接觸，以收集呈丙烯酸有機(jī)溶劑溶液形式的丙烯酸，并同時(shí)除去水、乙酸等；和從丙烯酸有機(jī)溶劑溶液中排出的粗乙酸的分離步驟；且還進(jìn)一步包括一個(gè)步驟，其中是將含有這些生產(chǎn)步驟中所用的阻聚劑、有機(jī)溶劑和丙烯酸酯Michael加合物的高沸點(diǎn)液體作為原料加入到分解反應(yīng)塔中，以回收有用成分，將有用成分加入到任一收集步驟及其后續(xù)步驟和部分有機(jī)溶劑的提純步驟中。
生產(chǎn)丙烯酸酯的步驟例如包括，酯化反應(yīng)步驟，在作為催化劑的有機(jī)酸或陽離子交換樹脂等存在下，使丙烯酸和醇反應(yīng)；和進(jìn)行作為單元操作的萃取、蒸發(fā)和蒸餾的提純步驟，用于濃縮在反應(yīng)中獲得的粗丙烯酸溶液。根據(jù)酯化反應(yīng)中丙烯酸與醇的原料比，酯化反應(yīng)中所用的催化劑的種類，或各種原料、反應(yīng)副產(chǎn)物和丙烯酸酯等的物理性能，適當(dāng)選擇每一單元操作。通過各個(gè)單元操作在丙烯酸酯的提純塔中獲得產(chǎn)物。將提純塔的塔底部液體以高沸點(diǎn)液體的形式加入到分解反應(yīng)中，該高沸點(diǎn)液體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-羥基丙酸酯構(gòu)成的Michael加合物，還含有生產(chǎn)步驟中所用的聚合阻聚劑，或使其返回到生產(chǎn)過程中，于是回收有用成分。
根據(jù)醇的種類，存在高沸點(diǎn)液體，其含有作為主成分的丙烯酸、丙烯酸二聚體(下文稱為“二聚體”)、丙烯酸三聚體(下文稱為“三聚體”)、β-烷氧基丙酸和β-烷氧基丙酸酯，這些在除了丙烯酸酯產(chǎn)物的提純塔塔底部以外的各生產(chǎn)步驟的任一步驟中獲得，還含有生產(chǎn)步驟中所用的阻聚劑，且此類高沸點(diǎn)液體以含有Michael加合物的高沸點(diǎn)液體形式加入到分解反應(yīng)塔中，以回收有用成分，并將該有用成分加入到反應(yīng)步驟或提純步驟中。
關(guān)于這里所指的丙烯酸或丙烯酸酯的Michael加合物，在生產(chǎn)丙烯酸的情況中，Michael加合物包括丙烯酸二聚體(下文稱為“二聚體”)、丙烯酸三聚體(下文稱為“三聚體”)和丙烯酸四聚體(下文稱為“四聚體”)。在生產(chǎn)丙烯酸酯的情況中，Michael加合物包括丙烯酸與上述丙烯酸酯的Michael加合物，丙烯酸酯諸如是具有2-8個(gè)碳原子的烷基酯或環(huán)烷基酯，其具體的例子包括β-烷氧基丙酸酯、二聚體、三聚體、四聚體、三聚體的酯、四聚體的酯、β-羥基丙酸和β-羥基丙酸酯。
作為本發(fā)明的蒸餾塔，使用化工廠常用的那些。
塔板和填充物放置于蒸餾塔的塔內(nèi)。具體地，塔板的例子包括裝有下水管的泡罩塔板、多孔塔板、浮閥塔板、超精制塔板(Superfrac trays)和極量精制塔板(Max-Frac trays)和無下水管二重塔板。
填充物的例子包括常規(guī)填充物諸如由Sluzer Brothers Ltd.生產(chǎn)的Sulzerpack，由Sumitomo Heavy Industries，Ltd.生產(chǎn)的Sumitomo SulzerPacking，由Sumitomo Heavy Industries，Ltd.生產(chǎn)的Melapack，由Glitsch生產(chǎn)的Gempak，由Montz生產(chǎn)的Montzpack，由Tokyo Special Wire Netting Co.，Ltd.生產(chǎn)的Good Roll Packing，由NGK Insulators，Ltd.生產(chǎn)的HoneycombPack，由Nagaoka Corporation生產(chǎn)的Inpulse Packing，和由MitsubishiChemical Engineering Corporation生產(chǎn)的MC Pack；和非常規(guī)填充物諸如由Norton Company生產(chǎn)的Intalox Saddle，由Nittetsu Chemical Engineering Ltd.生產(chǎn)的Tellerette，由BASF AG生產(chǎn)的pall ring，由Mass Transfer Ltd.生產(chǎn)的Cascade Mini-Ring，和由JGC Corporation生產(chǎn)的Flexiring。
不應(yīng)該解釋為本發(fā)明僅限于此。而且，塔板和填充物能夠按共同使用的方式以一種或多種結(jié)合形式使用。
在本發(fā)明中，用于加熱附于每一塔的塔底部液體的熱交換器被定義為再沸器。一般地，雖然再沸器被粗分類為其被放置于塔內(nèi)的情況和被放置于塔外的情況，但是本發(fā)明的情況是放置于塔外。
對于再沸器的樣式?jīng)]有特別地限制。具體地，它包括垂直固定管式、側(cè)向固定管式、U-型管式、套管式、螺旋板式、角塊式、板式和薄膜蒸發(fā)器式。
根據(jù)要處理的容易聚合化合物及其溫度條件，選擇每一塔中各種噴嘴、塔主體、再沸器、管等的材料等級，但是對于本發(fā)明沒有特別地限制。例如，在代表性的容易聚合物質(zhì)的(甲基)丙烯酸或(甲基)丙烯酸酯的生產(chǎn)中，常常使用不銹鋼，但是本發(fā)明并不僅限于此。例如，使用SUS304、SUS304L、SUS316、SUS316L、SUS317、SUS317L、SUS327和Hastelloy。從耐腐蝕性的角度看，可根據(jù)液體物理性能選擇這些材料。
下面將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明。圖1是一個(gè)說明圖，示出在本發(fā)明生產(chǎn)方法中使用的蒸餾裝置的一個(gè)實(shí)例；圖2是一個(gè)說明圖，示出在本發(fā)明生產(chǎn)方法中使用的蒸餾裝置的另一實(shí)例；圖3是一個(gè)說明圖，示出在本發(fā)明生產(chǎn)方法中使用的蒸餾裝置的再一實(shí)例。附帶地說，在圖例中，蒸汽驅(qū)動(dòng)型噴射器被用作真空發(fā)生器。
本發(fā)明的方法是在真空條件下蒸餾粗容易聚合化合物以便將其提純的方法。粗制的容易聚合化合物是在上述生產(chǎn)工藝中以粗產(chǎn)物獲得的物質(zhì)。
雖然對于粗(甲基)丙烯酸的純度沒有特別地限制，但是其優(yōu)選是85wt％或更高、更優(yōu)選90wt％或更高。在該粗(甲基)丙烯酸中含有的雜質(zhì)的例子包括(甲基)丙烯酸的二聚體和其他高沸點(diǎn)組分。
如附圖中所示，冷凝器(2)和回流罐(3)裝于蒸餾塔(1)上。在圖1和2中所示的蒸餾裝置的情況中，配備一個(gè)冷凝器(2)，且該冷凝器完成對來自于蒸餾塔(1)塔頂部的餾出氣體的必需冷卻。另一方面，在圖3中所示的蒸餾裝置的情況中，配備兩個(gè)冷凝器(2)和(21)，其中汽相通過導(dǎo)管(99)相互連接，且高溫側(cè)的冷凝器(2)完成對來自于蒸餾塔(1)塔頂部的餾出氣體的必需的冷卻，而低溫側(cè)的冷凝器(21)完成對沒能被冷凝器(2)冷凝的餾出物氣體的冷卻。按照這樣的水再冷卻系統(tǒng)，有可能減少冷凝器的冷凍負(fù)荷。
將來自于蒸餾塔(1)塔頂部的餾出物氣體通過導(dǎo)管(91)引入到冷凝器(2)中并冷凝。將所得冷凝物引入到回流罐(3)中。將回流罐(3)中的冷凝物通過導(dǎo)管(92)分成兩份，其中一份以回流液體的形式循環(huán)入蒸餾塔(1)，剩余部分取出作為產(chǎn)物。
使附于蒸餾塔(1)的回流罐(3)的汽相通過導(dǎo)管(93)與噴射器(4)相連，噴射器使蒸餾塔(1)保持在預(yù)定的真空狀態(tài)。
噴射器(4)在其下游裝有冷凝器(5)和液封罐(6)。通過導(dǎo)管(94)引入驅(qū)動(dòng)噴射器(4)的蒸汽。從噴射器(4)排出的蒸汽通過導(dǎo)管(95)被引入到冷凝器(5)中并冷凝。所得冷凝物通過導(dǎo)管(96)被引入到液封罐(6)中。導(dǎo)管(96)的末端定位于液封罐(6)的液體中，于是實(shí)現(xiàn)液封。來自于液封罐(6)蒸汽相的排氣通過導(dǎo)管(98)被引入到焚燒爐(沒有圖示)中并進(jìn)行處理。
在本發(fā)明中，使用一種蒸餾裝置，其包含噴射器(4)的排氣導(dǎo)管(97)，該排氣導(dǎo)管(97)通過一個(gè)壓力控制閥(8)與介于蒸餾塔(1)和噴射器(4)之間的連接導(dǎo)管(93)相連。在使用蒸汽驅(qū)動(dòng)式噴射器的圖示蒸餾裝置的情況中，噴射器(4)的排氣導(dǎo)管(97)的底端與冷凝器(5)的汽相相連。即從冷凝器(5)的汽相中取出噴射器的排氣。
附帶地說，如附圖中所示，用于排出含氧氣體(阻聚氣體)的分支排氣導(dǎo)管(97b)與排氣導(dǎo)管(97)相連，該含氧氣體被引入到蒸餾塔(1)的再沸器(未圖示)中。
基于來自壓力控制器(PC)(81)的信號(hào)，具體地進(jìn)行壓力控制閥(8)的操作。在圖1中所示的蒸餾裝置中，壓力控制器(81)的檢測管(82)與在冷凝器(2)進(jìn)口側(cè)的導(dǎo)管(91)相連，在圖2和3中所示的蒸餾裝置的情況中，壓力控制器(81)的檢測管(82)與回流罐(3)的蒸汽相相連。
在本發(fā)明中，優(yōu)選使壓力控制器(81)的檢測管(82)與位于冷凝器(2)的出口側(cè)的導(dǎo)管(91)或回流罐(3)的汽相相連，且尤其優(yōu)選與回流罐(3)的汽相相連。按照這樣的結(jié)構(gòu)，就能夠阻止由于容易聚合化合物冷凝物的聚合而造成的檢測管(82)本身的堵塞。
同時(shí)，在本發(fā)明中，如附圖所示，優(yōu)選在介于蒸餾塔(1)和噴射器(4)之間的連接導(dǎo)管(93)中提供一個(gè)止回閥(7)。止回閥(7)阻止在驅(qū)動(dòng)停止時(shí)由于噴射器(4)的故障而導(dǎo)致的液封罐(6)中液體回流入回流罐(3)。在此情況下，優(yōu)選水平放置其中裝有止回閥(7)的連接導(dǎo)管(93)。按照這樣的結(jié)構(gòu)，阻止了容易聚合化合物冷凝物的停留。結(jié)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閥(7)中的堵塞。
在本發(fā)明中，使用由此構(gòu)造的蒸餾裝置，根據(jù)蒸餾塔(1)的壓力來控制壓力控制閥(8)的動(dòng)作，以調(diào)節(jié)要引入排氣的量，于是將蒸餾塔(1)的壓力控制在一個(gè)固定的范圍內(nèi)。因此，在壓力控制閥(8)中，通過來自噴射器(4)的排氣流動(dòng)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應(yīng)所造成的堵塞。同時(shí)，因?yàn)槭褂昧藖碜杂趪娚淦?4)的含有容易聚合化合物的排氣，所以阻止了容易聚合化合物的損失。另外，在液封罐(6)中回收來自于噴射器(4)的排氣中的可聚合化合物。附帶地說，根據(jù)粗制的容易聚合化合物的蒸餾條件，適當(dāng)選擇要控制的蒸餾塔(1)的壓力。
在本發(fā)明中，作為真空發(fā)生器，除了圖1-3中所示的蒸汽驅(qū)動(dòng)式噴射器(4)，也能夠使用液體驅(qū)動(dòng)式噴射器和液環(huán)式真空泵。在使用液體驅(qū)動(dòng)式噴射器的情況中，冷凝器(5)是不必要的，且來自于液封罐(6)的汽相中的排氣被用作真空發(fā)生器的排氣。同時(shí)，在使用液環(huán)式真空泵的情況中，使用來自用于回收和循環(huán)驅(qū)動(dòng)液體(水)的密封罐的汽相中的排氣。
按照如上所述的本發(fā)明，在真空條件下蒸餾粗制的容易聚合化合物以便將其提純的方法中，做出了改進(jìn)使得不僅能夠阻止壓力控制閥的堵塞，而且能夠容易地回收真空發(fā)生器的排氣中攜帶的容易聚合化合物，同時(shí)本發(fā)明的工業(yè)價(jià)值是顯著的。
另外，在本發(fā)明中，通過使用具有蒸餾塔主體和再沸器的結(jié)構(gòu)，其中塔主體的塔底部液體通過引入管式部件引入到再沸器中，引入管式部件與塔主體的側(cè)面相連，阻止了再沸器的堵塞，于是增強(qiáng)了在長時(shí)間段內(nèi)穩(wěn)定地連續(xù)操作塔設(shè)備的效果。
下面將參照附圖描述本發(fā)明。圖4、5和6每一個(gè)都是在塔下部附近的縱剖面圖，該塔表示與實(shí)施方案有關(guān)的容易聚合化合物的塔設(shè)備；圖7和8分別是蒸餾裝置的系統(tǒng)圖和使用塔設(shè)備的分解反應(yīng)裝置的系統(tǒng)圖。
在圖4、5和6的塔設(shè)備中，塔主體101的塔底部液體通過作為引入管式部件的引入噴嘴103和導(dǎo)管104被引入到再沸器105中，加熱后又通過導(dǎo)管106和噴嘴107返回到塔主體101。噴嘴107從塔主體101上伸出。噴嘴103和107的伸出方向中的末端分別裝有法蘭103a和107a，裝在導(dǎo)管104和106中的法蘭104a和106a分別與法蘭103a和107a相連。
在圖4和6中，作為排出管式部件的排出噴嘴102從塔主體101的底部反射部分的末端垂直方向向下伸出。在圖5中，排出噴嘴102從罐部件110的下端的垂直方向向下伸出。排出導(dǎo)管111的法蘭111a與裝在排出噴嘴102下端的法蘭102a相連。
在圖4的塔設(shè)備中，引入噴嘴103從塔主體101的下側(cè)面?zhèn)葯M向伸出。在圖5的塔設(shè)備中，塔主體101在其下端部分裝有向下伸出的罐部件110，引入噴嘴103從罐部件110的側(cè)面伸出。在圖6的塔設(shè)備中，引入噴嘴103從排出噴嘴102的側(cè)面伸出。
在任一塔設(shè)備中，“排出管式部件上游端附近”由引入噴嘴103構(gòu)成。該引入噴嘴103水平或朝下游側(cè)向上設(shè)置。即，引入噴嘴103具有角(仰角)θ為0°或更大，且優(yōu)選與下游側(cè)(朝再沸器105的方向)水平線成0-85°。
引入噴嘴103的長度優(yōu)選是0.05倍或更多、例如0.08-3倍引入噴嘴103的管徑(內(nèi)徑，與下文同)。當(dāng)該比例小于0.05時(shí)，噴嘴的構(gòu)成很困難。另一方面，當(dāng)其超過3時(shí)，從塔主體伸出的部分變大，因而從構(gòu)造的角度看，這也不是優(yōu)選的。
附帶地說，在圖6的實(shí)施方案中，排出噴嘴102的管徑a與引入噴嘴103的管徑b之比(a/b)優(yōu)選是0.5或更大，且尤其優(yōu)選0.5-2。當(dāng)(a/b)小于0.5時(shí)，塔底部液體中的固體易于有些容易地被引入到引入噴嘴3中。
在任一實(shí)施方案中，因?yàn)橐雵娮?03被水平或向上安裝，因此塔主體101、罐部件110或排出噴嘴102中含有的聚合物和阻聚劑幾乎無法進(jìn)入引入噴嘴3中。因此，阻止了再沸器105內(nèi)這些累積物引起的堵塞。
圖7是使用圖4的塔設(shè)備的丙烯酸的蒸餾裝置，且塔主體101被用作蒸餾塔。
粗丙烯酸被引入到該蒸餾塔101中并蒸餾，一部分塔底部液體被順序地循環(huán)入排出噴嘴102、引入噴嘴103、導(dǎo)管104、再沸器105、導(dǎo)管106和噴嘴107中。同時(shí)，通過排出噴嘴102、導(dǎo)管111、泵112和導(dǎo)管113將塔底部液體作為殘留物取出。
塔頂部的餾出物通過導(dǎo)管119和進(jìn)行冷凝的冷凝器120被引入到回流罐121中?；亓鞴?21中的部分丙烯酸通過泵122和導(dǎo)管123回流入塔頂部。剩余的丙烯酸通過導(dǎo)管123的分支導(dǎo)管124以提純的丙烯酸形式被取出。回流罐121中的氣體通過排出氣冷凝器125被再次冷卻，冷凝的丙烯酸回流入回流罐121中，氣態(tài)組分以排出氣形式通過真空設(shè)備126被取出。
雖然在圖7中使用圖6的塔設(shè)備，但是顯然可以使用圖4或圖5的塔設(shè)備。在此情況下，構(gòu)造與圖7中的相同，只是噴嘴103的位置變成圖4或5中的情況。在任一情況中，塔底部溫度優(yōu)選是60-120℃，且尤其優(yōu)選70-100℃，壓力優(yōu)選是1-50kPa，且尤其優(yōu)選2-20kPa。
在圖8中，塔主體101是在丙烯酸或丙烯酸酯生產(chǎn)步驟中產(chǎn)生的高沸點(diǎn)物質(zhì)的分解反應(yīng)塔，高沸點(diǎn)物質(zhì)被引入到反應(yīng)塔101中并用于分解反應(yīng)。部分塔底部液體通過排出噴嘴102、引入噴嘴103、導(dǎo)管104、泵140、再沸器105、導(dǎo)管106和噴嘴107回流入反應(yīng)塔101中。同時(shí)，塔底部液體通過排出噴嘴102、導(dǎo)管111、泵112和導(dǎo)管113被取出。
氣態(tài)分解產(chǎn)物通過導(dǎo)管129和塔頂部氣體冷卻熱交換器130從塔頂部被引入到液體罐131中。液體罐131中的液體通過泵132和導(dǎo)管133取出作為回收液體。附帶地說，部分塔底部液體通過從導(dǎo)管133分支出的導(dǎo)管134回流入熱交換器130。液體罐131中的氣體被排出氣冷卻熱交換器135冷卻，冷凝物返回入液體罐，未冷凝氣體通過導(dǎo)管136取出。
雖然在圖8中使用圖6的塔設(shè)備，但是也可以使用圖4或圖5的塔設(shè)備。在此情況下，構(gòu)造與圖8中的相同，只是噴嘴103的位置變成圖4或5中的情況。在任一情況中，分解反應(yīng)溫度優(yōu)選是110-250℃，而且尤其優(yōu)選120-230℃，分解反應(yīng)時(shí)間優(yōu)選是0.5-50小時(shí)(當(dāng)分解溫度太低時(shí)，分解反應(yīng)時(shí)間是10-50小時(shí)，而當(dāng)分解溫度太高時(shí)，分解反應(yīng)時(shí)間是0.5-10小時(shí))，壓力可以是減壓或大氣壓。
如附圖中所示，在本發(fā)明中，泵可以裝在引入管式部件的中部或裝在再沸器的上游側(cè)。
在本發(fā)明中，通過使用用于蒸餾塔的多孔塔板，該多孔塔板的特征在于不僅配備了許多從塔板的上面穿透到其背面的孔，而且在孔下端的外圍配備有從塔板的背面垂下的環(huán)繞突起壁，有效地阻止了在塔板背面形成聚合物，且增強(qiáng)了在長時(shí)間段內(nèi)穩(wěn)定地連續(xù)操作蒸餾塔的效果。
下面將參照附圖描述用于蒸餾塔的多孔塔板和按照本發(fā)明的(甲基)丙烯酸的生產(chǎn)方法。
圖9是蒸餾塔的示意圖；圖10是多孔塔板的平面圖；圖11是圖10的III-III箭頭中孔的每一具體實(shí)施方案的剖視圖。在圖9中，201是蒸餾塔，多孔塔板202裝在蒸餾塔201中相隔一定距離的多個(gè)層級中。203是含有(甲基)丙烯酸的溶液的儲(chǔ)液進(jìn)料管，且該儲(chǔ)液進(jìn)料管203的安裝位置是當(dāng)液體濃度適當(dāng)?shù)那闆r下，在蒸餾塔201中連續(xù)加入路線上儲(chǔ)液的位置。
241是蒸汽入口管，蒸汽入口管的一端與蒸餾塔201下部的側(cè)面相連，其另一端與再沸器204相連。同時(shí)，242是排液管，排液管的一端與蒸餾塔201的底部位置相連，其另一端與再沸器204相連。引入到排液管242的部分液體通過再沸器204的加熱而被汽化，引入到蒸汽入口管241，再從蒸餾塔201的下部返回到塔中。同時(shí)，部分液體被引入到與排液管242的路線相連的底部管243中，并從體系中取出。251是排汽管，排汽管251的一端與蒸餾塔201的塔頂部相連，其另一端與冷凝器205相連。在冷凝器205中冷凝的部分液體被引入到回流管252，并從蒸餾塔201的塔頂部附近再返回到塔中，且部分液體被引入到餾出物管253中，并從體系中取出。
在圖10中，202是多孔塔板，提供了許多從多孔塔板202的上面穿透到其背面的孔221?？?21具有如圖11(A)-圖11(C)中所示的各種截面形狀。
即圖11(A)的一個(gè)例子與一種結(jié)構(gòu)有關(guān)，其中裝在多孔塔板202中的孔221的孔徑從上面到背面逐漸減小，在孔221下端的外圍配備有從塔板202的背面垂下的環(huán)繞突起壁222，環(huán)繞突起壁222的末端與孔221內(nèi)壁的末端一致。
因此，多孔塔板202的上面捕集的液體順暢地流入孔221中，流入孔221的液體從孔221的末端流下。
那么通過環(huán)繞突起壁222阻止了流經(jīng)孔221的液體進(jìn)入多孔塔板202的背面周圍，于是所有液體都流下。
圖11(B)的例子與一種結(jié)構(gòu)有關(guān)，其中孔221的孔徑從多孔塔板202的上面逐漸減小，又朝著塔板202的背面逐漸增大，在孔221下端的外圍提供了從塔板202的背面垂下的環(huán)繞突起壁222。
因此，多孔塔板202的上面捕集的液體順暢地流入孔221中，流入孔221的液體以有珠滴形狀流下，在某種程度上從孔221的末端擴(kuò)散。
另一方面，在蒸餾塔201內(nèi)上升的蒸汽從孔221的下端順暢地流入孔221，孔221的孔徑逐漸增大，蒸汽從多孔塔板202的上面向上排出。
那么通過環(huán)繞突起壁222也阻止了流經(jīng)孔221的液體進(jìn)入多孔塔板202的背面周圍，于是所有液體都流下去。
圖11(C)的一個(gè)例子與一種結(jié)構(gòu)有關(guān)，其中孔221的孔徑從多孔塔板202的上面到背面都相同，在孔221下端的外圍提供了從塔板202的背面垂下的環(huán)繞突起壁222。
那么通過環(huán)繞突起壁222也阻止了流經(jīng)孔221的液體進(jìn)入多孔塔板202的背面周圍，于是所有液體都流下。
在具有如此形狀的孔中，在從塔板的上面使用沖床、鉆床等鏜孔221以制備多孔塔板202時(shí)，通過有效利用多孔塔板202背面上的孔221邊緣周圍中不可避免產(chǎn)生的翹曲，形成環(huán)繞突起壁222。因此能夠便宜地制備多孔塔板202。
當(dāng)使用蒸餾塔生產(chǎn)(甲基)丙烯酸時(shí)，其中具有如圖11所示的特殊形狀的多孔塔板202裝在預(yù)定數(shù)目的層級中，因?yàn)橐后w不進(jìn)入多孔塔板202背面的周圍，因此不形成聚合物，且蒸餾塔能夠在長時(shí)間段內(nèi)連續(xù)操作。
上述化合物是主要組分，且含有工藝中以各種方式存在的溶劑和反應(yīng)副產(chǎn)物的情況也是本發(fā)明的主題。
在本發(fā)明中，通過使用如在蒸餾塔中裝備的多孔塔板的特殊結(jié)構(gòu)，多孔塔板上面捕集的容易聚合的液體流經(jīng)裝在多孔塔板中的孔時(shí)，全部液體向下流動(dòng)，而不會(huì)導(dǎo)致部分液體進(jìn)入多孔塔板背面的周圍。
本發(fā)明完全沒有通常發(fā)生的，其中流經(jīng)此類多孔塔板的孔的部分溶液進(jìn)入塔板背面周圍而形成聚合物的現(xiàn)象。
因此在本發(fā)明中，在使用蒸餾塔生產(chǎn)(甲基)丙烯酸時(shí)，有可能在長時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行穩(wěn)定地操作，而同時(shí)有效阻止可能發(fā)生的聚合物的形成。
在本發(fā)明的方法中，至少一部分塔板是無堰多孔塔板；無堰多孔塔板的孔定位于一傾斜格的各個(gè)交叉點(diǎn)上，該傾斜格包含平行且等間隔排列的第一組線，和傾斜于第一組線且平行等間隔排列的第二組線；關(guān)于局部開孔率(B/A)，即由被傾斜格包圍的平行四邊形構(gòu)成的區(qū)域開孔面積的總和B與區(qū)域的面積A之比，和所有開孔的總面積u與塔截面積S之比u/S，且(u/S)/(B/A)之比是0.67或更大；沿著孔邊緣滴落的流速是0.035m3/m·h或更大；蒸餾塔的塔直徑是1.2m或更大；塔內(nèi)氣體中的氧濃度是0.008-0.1mol％。因此，有可能在長時(shí)間段內(nèi)穩(wěn)定地蒸餾(甲基)丙烯酸，而不會(huì)導(dǎo)致由于(甲基)丙烯酸的聚合所引起的蒸餾塔堵塞。
下面將參照附圖描述本發(fā)明的上述實(shí)施方案。
圖12是表示本發(fā)明的(甲基)丙烯酸蒸餾方法的系統(tǒng)圖；圖13是一部分無堰多孔塔板的放大平面圖。
如圖12中所示，從丙烯酸生產(chǎn)步驟中得到的粗丙烯酸溶液被引入到蒸餾塔301中，其中無堰多孔塔板310水平裝于多個(gè)層級中，并將其蒸餾，一部分塔底部液體被順序地循環(huán)入導(dǎo)管302、再沸器303和導(dǎo)管304中。同時(shí)，塔底部液體通過與導(dǎo)管303相連的導(dǎo)管305作為塔底物取出。
塔頂部的餾出液通過導(dǎo)管320和進(jìn)行冷凝的冷凝器321被引入到回流罐322?；亓鞴?22中的部分丙烯酸通過導(dǎo)管323返回到塔頂部。剩余的丙烯酸作為提純的丙烯酸通過導(dǎo)管324取出?；亓鞴?22中的氣體在排氣冷凝器(未圖示)中被再次冷卻，冷凝的丙烯酸又返回到回流罐322中，氣態(tài)組分作為排出氣通過真空設(shè)備取出。
如圖13中所示，無堰多孔塔板裝有許多開孔315。每一開孔315的中心定位于傾斜格313的每一交叉點(diǎn)上，該傾斜格包含平行且等間隔排列的第一組線311，和傾斜于第一組線且平行等間隔排列的第二組線312。
如后面所述，開孔315優(yōu)選是環(huán)形的，且其孔徑優(yōu)選是10-30mm。第一組線311中的間隔p1合適地是35-140mm，第二組線312中的間隔p2合適地滿足關(guān)系式(1≤p2/p1≤2)。第一組線311與第二組線312的交角θ合適地滿足關(guān)系式(π/4≤θ≤π/2)和{cos-1(p2/p1)≤θ}。當(dāng)開孔315以等間隔排列時(shí)，來自每一開孔315的液體均勻滴落，于是阻止了偏流，且阻止了由于偏流造成的聚合反應(yīng)的產(chǎn)生。
以比(百分比)[B/A×100％]定義的局部開孔率，即由被第一組線311和第二組線312圍成的平行四邊形構(gòu)成的區(qū)域開孔面積總和B與區(qū)域的面積A之比，是17％或更大，優(yōu)選17-28％，所述平行四邊形是包含圖13的陣點(diǎn)e、f、g和h的平行四邊形。附帶地說，按照簡單算術(shù)運(yùn)算，A等于(p1·p2/sinθ)，B等于(π·d2/4)。同時(shí)，對于全部塔板而言，所有開孔的總面積u是(π/4·d2×n)(n孔的總數(shù))，且當(dāng)塔的內(nèi)徑被定義為D時(shí)，塔截面積S表示成(π/4·D2)。同時(shí)，當(dāng)(B/A)/(u/S)的比值設(shè)定為0.67或更大時(shí)，塔中的液體流速均勻，于是阻止了聚合反應(yīng)。
相對于邊緣的每單位長度(m)和單位時(shí)間(h)，沿著每一開孔315的邊緣滴落下來的液體的量合適地是0.035m3/m·h或更多，且尤其合適地是0.04-0.25m3/m·h。當(dāng)液體的量小于0.035m3/m·h時(shí)，在孔的周圍出現(xiàn)聚合物的聚集，于是發(fā)生堵塞，并且增加了蒸餾塔的壓差。
為了使從孔周圍流下時(shí)的流速?zèng)]有差異，需要孔徑都相等。在使用具有不同孔徑的孔的情況下，孔徑越小，孔周圍的液體流速越低。因此，從作為基點(diǎn)的該孔附近開始，由于聚合反應(yīng)導(dǎo)致的堵塞易于發(fā)生，于是在由于堵塞而使其孔徑變得更小的孔附近加速堵塞。
關(guān)于孔的形狀，需要這樣的環(huán)形，其中相對于確定孔面積的孔周長最長，且從孔周圍流下的液體流速不偏流。當(dāng)孔徑d大時(shí)，相對于確定孔面積的孔周長變小，且每單位長度沿著孔周圍落下的液體的量變大。然而當(dāng)孔徑太大時(shí)，穩(wěn)定操作變得困難，因而孔徑合適地是不大于30mm。同時(shí)當(dāng)孔徑d太小時(shí)，則變得難以確保每單位長度的液體流速，因而孔徑合適地是10mm或更大。
在塔徑小的情況下，優(yōu)選多孔塔板由放置于塔內(nèi)周的支撐環(huán)(未圖示)支撐著。當(dāng)塔徑大時(shí)，為了保持機(jī)械強(qiáng)度，除了支撐環(huán)外，優(yōu)選由支撐桿(未圖示)支撐無堰多孔塔板。關(guān)于支撐環(huán)和支撐桿的形狀、構(gòu)造和排列等，沒有特別地限制。然而為了使被支撐環(huán)和支撐桿覆蓋的孔15的數(shù)目盡可能少，優(yōu)選支撐環(huán)和支撐桿的平面可視面積盡可能小。附帶地說，為了使這些面積小而同時(shí)保持機(jī)械強(qiáng)度，例如存在一個(gè)增加塔板厚度的方法。為了使其容易設(shè)置或更換多孔塔板，可將無堰多孔塔板分解成若干片。
從氣體速率的角度看，塔板的間隔優(yōu)選是0.3m或更大。然而為了使塔不會(huì)變得過高，塔板的間隔優(yōu)選不大于0.75m。
優(yōu)選從塔底部加入分子氧，使得塔內(nèi)氣體中的氧濃度是0.008-0.1mol％。公知的是其中電子自旋呈三重態(tài)的基態(tài)氧作為自由基俘獲劑來說是優(yōu)異的。由于氧以氣體形式加入，因此其均勻分散于整個(gè)蒸餾塔中。當(dāng)塔內(nèi)氣體中氧濃度低于0.008mol％時(shí)，阻止聚合反應(yīng)的效果下降。另一方面，當(dāng)塔內(nèi)氧濃度超過0.1mol％時(shí)，塔內(nèi)有可能加速堵塞。一般認(rèn)為，除了自由基俘獲，分子氧與溶液中的有機(jī)物質(zhì)反應(yīng)形成過氧化物，于是由于過氧化物而形成自由基。
雖然在上述實(shí)施方案中，所有多孔塔板都是由無堰多孔塔板制成，但是僅僅一部分多孔塔板可由無堰多孔塔板制成。
按照本發(fā)明的工藝，使用在蒸餾裝置的真空源中產(chǎn)生的含(甲基)丙烯酸的廢水來制備阻聚劑溶液，然后將其加入到收集步驟或其后續(xù)步驟中，其中該蒸餾裝置是在從(甲基)丙烯酸溶液中除去吸收液體和雜質(zhì)以獲得粗(甲基)丙烯酸的初步提純步驟和/或蒸餾(甲基)丙烯酸的提純步驟中配備的，其中所述(甲基)丙烯酸溶液是在氧化反應(yīng)產(chǎn)物混合物的收集步驟中獲得的。由此，降低初步提純步驟中提純負(fù)擔(dān)的效果得到增強(qiáng)。
粗(甲基)丙烯酸在后續(xù)提純步驟中被進(jìn)一步提純，以獲得具有所需等級的(甲基)丙烯酸。關(guān)于提純方法存在幾種建議。在任一方法中，以塔頂部餾出物形式獲得通過真空蒸餾而被提純的(甲基)丙烯酸。在提純步驟中，可以根據(jù)工藝，通過該真空蒸餾以外的其他真空蒸餾，以中間塔頂部餾出物形式有可能獲得(甲基)丙烯酸。作為這些真空蒸餾的真空源，一般使用蒸汽噴射器和液環(huán)式真空泵。目前，沒能被蒸餾塔的冷凝器冷凝的(甲基)丙烯酸，即相當(dāng)于冷凝溫度下的蒸汽壓的(甲基)丙烯酸流入如此的真空源中。因此，(甲基)丙烯酸溶解于來自真空源的廢水諸如從蒸汽噴射器的冷凝器排出的廢水中。然而該廢水實(shí)質(zhì)上不含有作為(甲基)丙烯酸的雜質(zhì)的物質(zhì)。
在本發(fā)明中，該廢水被用作溶解阻聚劑的溶劑。由此，不僅廢水中的(甲基)丙烯酸能夠以產(chǎn)物的形式被回收，而且提純系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)不曾增加。
作為能夠在這里使用的阻聚劑，列舉下面的化合物，但是碳酸銅或氫氧化銅是優(yōu)選的。碳酸銅或氫氧化銅不溶于水中，但是易溶于來自于真空源的廢水中。據(jù)認(rèn)為，碳酸銅或氫氧化銅與溶解的(甲基)丙烯酸反應(yīng)形成(甲基)丙烯酸鹽。要加入到廢水中的銅化合物的量是任意的，但是其通常是1ppm(wt)-10wt％。附帶地說，也能夠使用諸如在用于除去乙酸和其他低沸點(diǎn)成分的低沸點(diǎn)蒸餾塔的真空源中產(chǎn)生的廢水，代替由提純步驟的真空源、初步提純步驟的真空源所得的含有(甲基)丙烯酸的廢水。然而因?yàn)槌?甲基)丙烯酸，乙酸也被溶解于該廢水中，(甲基)丙烯酸的濃度通常很低，優(yōu)選使用如上所述提純步驟的真空源的廢水。
將阻聚劑溶液加入到主要收集反應(yīng)產(chǎn)物氣體的吸收液體中，該阻聚劑溶液是過使用由真空源所得含有(甲基)丙烯酸的廢水而制備。由此通過向提純系統(tǒng)中加入真空源的廢水中的(甲基)丙烯酸，有可能提高(甲基)丙烯酸的產(chǎn)率。
下面將描述本發(fā)明的附帶問題。
在作為容易聚合化合物的丙烯酸或丙烯酸酯的生產(chǎn)中，使用阻聚劑的目的是為了在如上所述的生產(chǎn)過程中阻止聚合物的產(chǎn)生。
阻聚劑的具體例子包括丙烯酸銅、二硫代氨基甲酸銅、酚化合物和吩噻嗪化合物。二硫代氨基甲酸銅的例子包括二烷基二硫代氨基甲酸銅諸如二甲基二硫代氨基甲酸銅、二乙基二硫代氨基甲酸銅、二丙基二硫代氨基甲酸銅和二丁基二硫代氨基甲酸銅；環(huán)亞烷基二硫代氨基甲酸銅諸如亞乙基二硫代氨基甲酸銅、四亞甲基二硫代氨基甲酸銅、五亞甲基二硫代氨基甲酸銅和六亞甲基二硫代氨基甲酸銅；和環(huán)氧二亞烷基二硫代氨基甲酸銅諸如氧二亞乙基二硫代氨基甲酸銅。酚化合物的例子包括氫醌、甲氧基醌(methoquinone)、吡咯棓酚(pyrrogallol)、兒茶酚、間苯二酚、苯酚和甲酚。吩噻嗪化合物的例子包括吩噻嗪、雙-(α-甲基芐基)吩噻嗪、3，7-二辛基吩噻嗪和雙-(α-二甲基芐基)吩噻嗪。
也能夠使用N-烴氧基化合物諸如叔丁基硝基氧化物(nitroxide)、2，2，6，6-四甲基-4-羥基哌啶-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)亞磷酸酯。優(yōu)選使用便宜的碳酸銅或氫氧化銅。
根據(jù)工藝可能含有除上述那些之外的物質(zhì)，但是顯然它們的種類不會(huì)影響本發(fā)明。
本發(fā)明中所說的蒸餾塔是一般用于化工廠的那些。即其裝有蒸發(fā)器和再沸器，且如果需要，還由冷凝蒸發(fā)氣體的冷卻熱交換器、儲(chǔ)存冷凝物的罐、運(yùn)送冷凝物的泵等構(gòu)成。在本發(fā)明中沒有任何限制。
實(shí)施例參考實(shí)施例1和2是用來具體解釋，通過使用具有塔主體和再沸器的容易聚合化合物用蒸餾裝置，其中塔主體的塔底部液體通過引入管式部件引入到再沸器中，引入管式部件與塔主體的側(cè)面相連，從而能夠阻止再沸器的堵塞，且塔設(shè)備能夠在長時(shí)間段內(nèi)穩(wěn)定地連續(xù)操作。
參考實(shí)施例1使用圖8的分解反應(yīng)裝置進(jìn)行高沸點(diǎn)液體的分解反應(yīng)。
作為分解反應(yīng)裝置，噴嘴102和103的管徑a和b分別是155.2mm(6B尺寸)，且(a/b)等于1。導(dǎo)管141的管徑是106.3mm(4B尺寸)。分解反應(yīng)器具有塔直徑為1,000mm，塔長度為2,800mm，且由Hastelloy C制成。
高沸點(diǎn)液體具有由下面構(gòu)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-羥基丙酸丁酯、3wt％的氫醌、2wt％的甲氧基醌和3wt％的其他物質(zhì)，并以580kg/h的速率加料。
對于反應(yīng)條件，是在100kPa的反應(yīng)壓力、190℃的分解溫度、停留時(shí)間為1小時(shí)的條件下，同時(shí)以與供液10wt％的重量比加入作為分解反應(yīng)催化劑的1wt％的硫酸水溶液，進(jìn)行分解反應(yīng)。
以200.1kg/h的速率從塔底部獲得作為反應(yīng)殘留物的分解反應(yīng)產(chǎn)物，并從塔底部排出，其中該分解反應(yīng)產(chǎn)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-羥基丙酸丁酯、8.7wt％的氫醌、5.8wt％的甲氧基醌、0.8wt％的丁醇、2.9wt％的硫酸和9wt％的其他物質(zhì)構(gòu)成。
再沸器是垂直固定管式熱交換器。加入到再沸器中的供液的量是通過放置于泵140出口處的流量計(jì)測試的，其起始值是32,000kg/h。塔底部液體流經(jīng)再沸器的管側(cè)面。
在上述條件下，在將引入噴嘴103的仰角θ設(shè)定為45°的情況下，在連續(xù)操作3個(gè)月后，停止操作，檢查再沸器。結(jié)果沒有發(fā)生積聚，進(jìn)入再沸器的供液的量穩(wěn)定，在操作過程中沒有觀測到堵塞。
在將引入噴嘴103的仰角θ設(shè)定為0°(水平)的情況下，在連續(xù)操作3個(gè)月后，停止操作，檢查再沸器。結(jié)果在操作過程中既沒有觀測到積聚也沒有觀測到堵塞。
在將引入噴嘴103從塔主體101最下部的垂直方向向下伸出的情況下，在操作2個(gè)月后，進(jìn)入再沸器的供液的量開始逐漸下降。不久，停止分解反應(yīng)塔的操作。作為檢測內(nèi)部的結(jié)果，證實(shí)了再沸器管的堵塞。
通過將高沸點(diǎn)液體的配方修改為如下組成即45.3wt％的丙烯酸、10wt％的馬來酸、42.4wt％的丙烯酸二聚體(丙烯酰氧基丙酸)、1.3wt％的氫醌和1wt％的吩噻嗪，并將反應(yīng)壓力改變?yōu)?2kPa，進(jìn)行高沸點(diǎn)液體的分解反應(yīng)，以便以130.5kg/h的速率從塔底部獲得作為反應(yīng)殘留物的具有下面組成的分解反應(yīng)產(chǎn)物8wt％的丙烯酸、14wt％的馬來酸、67.2wt％的丙烯酸二聚體(丙烯酰氧基丙酸)、5.8wt％的氫醌、4.4wt％的吩噻嗪和0.6wt％的低聚物和聚合物。
在上述條件下，在將引入噴嘴103的仰角θ設(shè)定為45°的情況下，在連續(xù)操作3個(gè)月后，停止操作，檢查再沸器。結(jié)果沒有發(fā)生積聚，進(jìn)入再沸器的供液的量穩(wěn)定，在操作過程中沒有觀測到堵塞。
在將引入噴嘴103從塔主體101最下部的垂直方向向下伸出的情況下，在操作1個(gè)月后，進(jìn)入再沸器的供液的量開始逐漸下降。不久，停止分解反應(yīng)塔的操作。作為檢測內(nèi)部的結(jié)果，證實(shí)了再沸器管的堵塞。
參考實(shí)施例2在如圖7中所示的蒸餾裝置中，使用由不銹鋼(SUS316)制得且內(nèi)徑為1,100mm、長度為20,000mm并具有設(shè)置于其中的21塊多孔塔板(二重塔板)的蒸餾塔，進(jìn)行粗丙烯酸的蒸餾。排出噴嘴102和引入噴嘴103的管徑分別是155.2mm(6B尺寸)，將泵裝在導(dǎo)管104的路線上。導(dǎo)管104具有與在引入噴嘴103中相同的尺寸。作為粗丙烯酸單體，在90℃下以1,300kg/h的速率加入含有98.5wt％的丙烯酸、0.3wt％的馬來酸和0.3wt％的丙烯酸二聚體的混合物。
同時(shí)，從含有阻聚劑的液體罐中分別以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，在塔頂壓力為2.8kPa和塔底壓力為7.9kPa、塔頂溫度為53℃和塔底溫度為75℃的條件下，進(jìn)行操作，借此從塔頂獲得純度為99.8wt％或更高的高純度丙烯酸。
再沸器是垂直固定管式熱交換器。加入到再沸器中供液的量通過放置于導(dǎo)管104的泵出口處的流量計(jì)測試，其起始值是68,000kg/h。塔底部液體流經(jīng)再沸器的管側(cè)面。
在將引入噴嘴103的仰角θ設(shè)定為0°(水平)的情況下，在連續(xù)操作6個(gè)月后，停止操作，檢查再沸器。結(jié)果沒有發(fā)生積聚，加入再沸器的供液的量穩(wěn)定，在操作過程中沒有觀測到堵塞。
在將引入噴嘴103在塔主體101的最下部的垂直方向向下伸出的情況下，在操作4個(gè)月后，進(jìn)入再沸器的供液的量開始逐漸下降。停止分解反應(yīng)塔的操作。作為檢測內(nèi)部的結(jié)果，證實(shí)了再沸器管的堵塞。
如上述參考實(shí)施例1和2中所示，在任一分解反應(yīng)裝置和蒸餾裝置中，通過使用具有塔主體和再沸器的用于容易聚合化合物的蒸餾裝置，其中塔柱主體的塔底部液體通過引入管式部件引入到再沸器，引入管式部件與塔主體的側(cè)面相連，就能夠阻止塔底部液體中的聚合物和阻聚劑流入再沸器，并阻止再沸器的堵塞。由此有可能在長時(shí)間段內(nèi)穩(wěn)定地連續(xù)操作塔設(shè)備。
參考實(shí)施例3使用圖12中所示的蒸餾塔，以下面的方式進(jìn)行丙烯酸溶液的提純方法。
<粗丙烯酸溶液的制備步驟>
將丙烯與空氣和由水、氮?dú)夂投趸冀M成的惰性氣體混合，并使丙烯與分子氧在氧化鉬基固體催化劑存在下在第一反應(yīng)區(qū)反應(yīng)，獲得丙烯醛。隨后，使丙烯醛與分子氧在氧化鉬基固體催化劑存在下在第二反應(yīng)區(qū)反應(yīng)，獲得含有丙烯酸的反應(yīng)氣體。此外，用乙酸水溶液收集反應(yīng)氣體，獲得丙烯酸水溶液。使所得溶液經(jīng)過蒸餾和提純，獲得含有97wt％的丙烯酸、2.3wt％的丙烯酸二聚體和0.4wt％的馬來酸的粗丙烯酸溶液。
<蒸餾塔>
作為標(biāo)準(zhǔn)的蒸餾塔具有塔直徑為1,600mm并在其中具有10層級無堰多孔塔板，其中塔板間隔是450mm。多孔塔板的孔徑d都是28mm，p1和p2分別等于50.2mm，θ等于π/3，每一塊塔板的孔的數(shù)目是492，(B/A)/(u/S)的值是0.71。
<提純條件>
作為標(biāo)準(zhǔn)的提純條件，以3,800kg/h的速率將丙烯酸溶液加入到上述蒸餾塔的塔底部，在塔頂壓力為6.7kPa、塔頂溫度為70℃、回流速率為3,850kg/h和從塔頂?shù)呐懦鏊俾蕿?,050kg/h的條件下，連續(xù)進(jìn)行操作1個(gè)月。從塔頂加入阻聚劑使得回流液體中含有100ppm(重量)的氫醌和30ppm(重量)的吩噻嗪。從塔底加入用氮?dú)庀♂?倍的空氣，使得塔頂氣體中的氧濃度為0.01mol％。
通過改變上述蒸餾塔和/或上述提純條件，進(jìn)行操作。下面的變化點(diǎn)是從作為標(biāo)準(zhǔn)的上述蒸餾塔和提純條件進(jìn)行的變化。
在上述提純條件下，沿著開孔邊緣流下的液體的量是0.089m3/m·h，在操作過程中沒有觀測到塔內(nèi)壓差的變化[(塔頂壓力)-(塔底壓力)]。隨后，將回流速率降到1,600kg/h，再進(jìn)行連續(xù)操作1個(gè)月。在此期間，沿著開孔邊緣流下的液體的量是0.037m3/m·h，在操作過程中沒有觀測到塔內(nèi)壓差的變化。
對于上述提純條件，將回流速率設(shè)定為1,100kg/h，并進(jìn)行操作。在此期間，沿著開孔邊緣流下的液體的量是0.025m3/m·h，在1個(gè)月的操作過程中觀測到塔內(nèi)壓差增加0.8kPa。
對于上述蒸餾塔，將從底部起塔板的四個(gè)層級變?yōu)橐粋€(gè)，其中孔徑是20mm，p1和p2分別等于36.3mm，θ等于π/3，每一塊塔板上孔的數(shù)目是964；對于提純條件，將回流速率設(shè)定為3,300kg/h。(B/A)/(u/S)的值是0.73。在一個(gè)月的連續(xù)操作過程中，對于塔底塔板來說，沿著開孔邊緣流下的液體的量是0.054m3/m·h，在操作過程中沒有觀測到塔內(nèi)壓差的變化。
對于上述蒸餾塔，將從底部起塔板的四個(gè)層級變?yōu)橐粋€(gè)，其中孔徑是20mm，p1和p2分別等于36.3mm，θ等于π/3，每一塊塔板上孔的數(shù)目是964；對于提純條件，將回流速率設(shè)定為1,600kg/h，連續(xù)操作的時(shí)間設(shè)定為10天。在操作過程中，對于塔底塔板來說，沿著開孔邊緣流下的液體的量是0.026m3/m·h，塔內(nèi)壓差增加了2kPa。
對于上述蒸餾塔，將從底部起塔板的四個(gè)層級變?yōu)橐粋€(gè)，其中孔徑是12mm，p1和p2分別等于21.6mm，θ等于π/3，每一塊塔板上孔的數(shù)目是2,664；對于提純條件，將回流速率設(shè)定為3,850kg/h。(B/A)/(u/S)的值是0.71。在一個(gè)月的連續(xù)操作過程中，對于塔底塔板來說，沿著開孔邊緣流下的液體的量是0.038m3/m·h，在操作過程中觀測到塔內(nèi)壓差稍有增加(小于0.2kPa)。
對于上述蒸餾塔，將從底部起塔板的四個(gè)層級變?yōu)橐粋€(gè)，其中孔徑是12mm，p1和p2等于21.6mm，θ等于π/3，每一塊塔板上孔的數(shù)目是2,664；對于提純條件，將回流速率設(shè)定為2,200kg/h，連續(xù)操作的時(shí)間設(shè)定為6天。在操作過程中，對于塔底塔板來說，沿著開孔邊緣流下的液體的量是0.022m3/m·h，塔內(nèi)壓差增加了2kPa。
對于上述蒸餾塔，將從底部起塔板的四個(gè)層級變?yōu)橐粋€(gè)，其中孔徑d是28mm，p1和p2分別等于39.8mm，θ等于π/3，每一塊塔板上孔的數(shù)目是812；對于提純條件，將回流速率設(shè)定為3,300kg/h。(B/A)/(u/S)的值是0.74。在一個(gè)月的連續(xù)操作過程中，對于塔底塔板來說，沿著開孔邊緣流下的液體的量是0.046m3/m·h，沒有觀測到塔內(nèi)壓差的變化。
對于上述蒸餾塔，將從底部起塔板的四個(gè)層級變?yōu)橐粋€(gè)，其中孔徑d是28mm，p1和p2分別等于39.8mm，θ等于π/3，每一塊塔板上孔的數(shù)目是812；對于提純條件，將回流速率設(shè)定為1,600kg/h。在一個(gè)月的連續(xù)操作過程中，對于塔底塔板來說，沿著開孔邊緣流下的液體的量是0.022m3/m·h，觀測到塔內(nèi)壓差增加了11kPa。
對于上述蒸餾塔，將從底部起塔板四個(gè)層級變?yōu)橐粋€(gè)，其中孔徑是20mm，p1和p2分別等于28.5mm，θ等于π/3，每一塊塔板上孔的數(shù)目是1,604；對于提純條件，將回流速率設(shè)定為3,850kg/h。(B/A)/(u/S)的值是0.75。在一個(gè)月的連續(xù)操作過程中，對于塔底塔板來說，沿著開孔邊緣流下的液體的量是0.038m3/m·h，觀測到塔內(nèi)壓差增加了0.3kPa。
對于上述蒸餾塔，將從底部起塔板四個(gè)層級變?yōu)橐粋€(gè)，其中孔徑是20mm，p1和p2分別等于28.5mm，θ等于π/3，每一塊塔板上孔的數(shù)目是1,604；對于提純條件，將回流速率設(shè)定為1,600kg/h，并將操作時(shí)間設(shè)定為3周。在操作過程中，對于塔底塔板來說，沿著開孔邊緣流下的液體的量是0.016m3/m·h，塔內(nèi)壓差增加了2kPa。
對于上述提純條件，從塔底加入用氮?dú)庀♂?倍的空氣，使得塔頂氣體中的氧濃度為0.005mol％，將回流速率設(shè)定為2.200kg/h，操作時(shí)間設(shè)定為2周。在連續(xù)操作過程中，對于塔底塔板來說，沿著開孔邊緣流下的液體的量是0.051m3/m·h，塔內(nèi)壓差增加了1.6kPa。
對于上述提純條件，從塔底加入空氣，使得塔頂氣體中的氧濃度為0.12mol％，將回流速率設(shè)定為2.200kg/h，操作時(shí)間設(shè)定為2周。在連續(xù)操作過程中，塔內(nèi)壓差增加了0.7kPa。
對于上述蒸餾塔，將從底部起塔板的四個(gè)層級變?yōu)橐粋€(gè)，其中孔徑d是28mm，p1和p2分別等于45.8mm，θ等于π/3，每一塊塔板上孔的數(shù)目是488；對于提純條件，將回流速率設(shè)定為2,200kg/h，操作時(shí)間設(shè)定為2周。(B/A)/(u/S)的值是0.59。在連續(xù)操作過程中，對于塔底塔板來說，沿著開孔邊緣流下的液體的量是0.051m3/m·h，塔內(nèi)壓差增加了0.3kPa。
從以上所述可以明顯看出，通過使用本發(fā)明特殊的蒸餾塔和提純條件，能夠在長時(shí)間段內(nèi)穩(wěn)定地進(jìn)行(甲基)丙烯酸的蒸餾而不會(huì)導(dǎo)致由于聚合反應(yīng)所造成的堵塞的效果變得更加理想。
參考實(shí)施例4將從含有丙烯酸的反應(yīng)產(chǎn)物氣體中獲得提純的丙烯酸的情況作為一個(gè)例子，其中所述含丙烯酸的反應(yīng)產(chǎn)物氣體，是通過使用如圖14中所示的一種裝置進(jìn)行丙烯的汽相催化氧化反應(yīng)而獲得的，圖14所示的裝置包括收集塔(A)、脫水塔(B)、低沸點(diǎn)物質(zhì)去除塔(C)、提純塔(D)和熱分解塔(E)，下面將更具體地進(jìn)行描述，當(dāng)使用在初步提純步驟和/或提純步驟的真空源中產(chǎn)生的含(甲基)丙烯酸的廢水制備阻聚劑溶液，并將其加入到收集步驟或其后續(xù)步驟中時(shí)，能夠降低初步提純步驟中的提純負(fù)擔(dān)。
將反應(yīng)產(chǎn)物氣體加入到收集塔(A)中，氣體中相對于1kg丙烯酸的約0.6kg水從塔頂流下，借此在其中吸收丙烯酸?；?升水含有約1.7kg丙烯酸的丙烯酸溶液從收集塔(A)中排出，并加入到脫水塔(B)。同時(shí)，將阻聚劑溶液加入到收集塔以便使阻聚劑的濃度保持在一個(gè)固定水平。在脫水塔(B)中，使用共沸劑進(jìn)行共沸蒸餾；從塔頂出來的氣體在冷凝器中冷凝；冷凝物經(jīng)過析相作用；水從系統(tǒng)中排出；共沸劑返回到塔中。然后將脫水塔的塔底液體加入到低沸點(diǎn)物質(zhì)去除塔(C)中，并在真空下進(jìn)行蒸餾，借此基本上蒸餾出了全部的具有沸點(diǎn)低于乙酸的成分和其他丙烯酸。優(yōu)選該蒸餾通常在丙烯酸盡可能不蒸餾的少許減壓下進(jìn)行。將低沸點(diǎn)物質(zhì)去除塔(C)的塔底液體加入到提純塔(D)中，從而在20-30mmHg的塔頂壓力下進(jìn)行蒸餾的通過真空蒸餾而提純的丙烯酸。蒸汽噴射器被用作提純塔(D)的真空源。
將提純塔(D)的塔底液體加入到熱分解塔(E)，將從塔頂蒸餾出的含丙烯酸的低沸點(diǎn)餾分加入到低沸點(diǎn)物質(zhì)去除塔(C)，于是從系統(tǒng)中排出高沸點(diǎn)組分。在按照上述工藝以10,000kg/Hr的產(chǎn)量生產(chǎn)提純的丙烯酸的情況中，當(dāng)阻聚劑溶液以400kg/Hr的速率加入到收集塔(A)中時(shí)，則相對于反應(yīng)產(chǎn)物氣體中的丙烯酸而言，提純的丙烯酸的產(chǎn)率是96.6％，其中所說的阻聚劑溶液，是通過在作為提純塔(D)真空源的蒸汽噴射器的冷凝水(丙烯酸濃度10wt％)中，溶解6,000ppm(重量)碳酸銅或乙酸錳和5wt％氫醌配制的。
各別情況，在阻聚劑溶液以400kg/Hr的速率加入的情況中，提純的丙烯酸的產(chǎn)率是96.1％，所說的阻聚劑溶液是通過在作為脫水塔的塔頂部得到的廢水(乙酸濃度10wt％)中，溶解6,000ppm(重量)碳酸銅或乙酸錳和5wt％氫醌配制的。
當(dāng)參照其具體實(shí)施方案并詳細(xì)描述了本發(fā)明時(shí)，對于本領(lǐng)域熟練人員來說顯然的是，在不脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍的情況下，能夠做出各種改變和改進(jìn)。
本申請是基于在2001年8月22日申請的日本專利申請(日本專利申請2001-251067)、2001年11月27日申請的日本專利申請(日本專利申請2001-360436)、2001年12月4日申請的日本專利申請(日本專利申請2001-370271)、2001年12月27日申請的日本專利申請(日本專利申請2001-397463)和2002年1月11日申請的日本專利申請(日本專利申請2002-004318)，并將其所述內(nèi)容都引入本文供參考。
工業(yè)實(shí)用性按照本發(fā)明，在真空條件下蒸餾粗容易聚合化合物以便將其提純的方法中，做出改進(jìn)使得阻止了壓力控制閥的堵塞，并能夠容易地回收真空發(fā)生器的排氣中攜帶的容易聚合化合物。由此本發(fā)明的工業(yè)價(jià)值是顯著的。
另外，按照本發(fā)明，通過使用具有一蒸餾塔主體和一再沸器的結(jié)構(gòu)，其中塔主體的塔底部液體通過引入管式部件引入到再沸器，引入管式部件與塔主體的側(cè)面相連，從而阻止再沸器堵塞和在長時(shí)間段內(nèi)穩(wěn)定地連續(xù)操作塔設(shè)備的效果得以增強(qiáng)。
權(quán)利要求
1.一種用于使粗制的容易聚合化合物經(jīng)過真空條件下的蒸餾提純的蒸餾裝置，其包括蒸餾塔和真空發(fā)生器以及真空發(fā)生器的排氣導(dǎo)管，該排氣導(dǎo)管通過一壓力控制閥與介于蒸餾塔和真空發(fā)生器之間的連接導(dǎo)管相連。
2.權(quán)利要求1的裝置，其為用于處理容易聚合化合物的蒸餾裝置，其中所述裝置具有蒸餾塔主體和再沸器，塔主體的塔底部液體通過引入管式部件引入到再沸器中，引入管式部件與塔主體的側(cè)面相連。
3.權(quán)利要求1或2的裝置，其中使用一種多孔塔板，該塔板具有許多從塔板的上面穿透到其背面的孔，并在孔下端的外圍具有從塔板的背面垂下的環(huán)繞突起壁。
4.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的裝置，其中真空發(fā)生器是蒸汽驅(qū)動(dòng)式噴射器，且容易聚合化合物是(甲基)丙烯酸。
5.一種提純?nèi)菀拙酆匣衔锏姆椒?，通過使粗制的容易聚合化合物經(jīng)過真空條件下的蒸餾以將其提純，所述方法包括使用含蒸餾塔、真空發(fā)生器和真空發(fā)生器的排氣導(dǎo)管的蒸餾裝置，該排氣導(dǎo)管通過一壓力控制閥與介于蒸餾塔和真空發(fā)生器之間的連接導(dǎo)管相連，并且根據(jù)蒸餾塔的壓力控制壓力控制閥的動(dòng)作，借此控制要引入的排氣的量以便控制蒸餾塔的壓力。
6.權(quán)利要求5的方法，其為使用蒸餾塔提純(甲基)丙烯酸的方法，其中至少一部分塔板是無堰多孔塔板，其中無堰多孔塔板的孔定位于一傾斜格的各個(gè)交叉點(diǎn)上，該傾斜格包含平行且等間隔排列的第一組線，和傾斜于第一組線且平行等間隔排列的第二組線；關(guān)于局部開孔率(B/A)，即由被傾斜格包圍的平行四邊形構(gòu)成的區(qū)域開孔面積的總和B與區(qū)域的面積A之比，和所有開孔的總面積u與塔截面積S之比u/S，(u/S)/(B/A)之比是0.67或更大；沿著孔邊緣滴落的流速是0.035m3/m·h或更大；蒸餾塔的塔直徑是1.2m或更大；塔內(nèi)氣體中的氧濃度是0.008-0.1mol％。
7.權(quán)利要求5或6的方法，包括以下的步驟收集步驟，是從通過汽相催化氧化反應(yīng)獲得的反應(yīng)產(chǎn)物氣體中將(甲基)丙烯酸吸收到含水吸收液體中；初步提純步驟，是從所得(甲基)丙烯酸溶液中除去吸收液體和雜質(zhì)以獲得粗(甲基)丙烯酸；和包括蒸餾(甲基)丙烯酸的提純步驟，其中使用在初步提純步驟和/或提純步驟中所提供的蒸餾裝置的真空源中產(chǎn)生的含(甲基)丙烯酸的廢水制備阻聚劑溶液，然后將其加入到收集步驟或后續(xù)步驟中。
8.用于處理容易聚合化合物的塔設(shè)備，其具有塔主體和再沸器，塔主體的塔底部液體通過引入管式部件引入到再沸器中，用于容易聚合化合物的塔設(shè)備的特征在于，引入管式部件與塔主體的側(cè)面相連。
9.權(quán)利要求8的塔設(shè)備，其中塔主體在其下端裝有向下伸出的罐部件，且引入管式部件與罐部件的側(cè)面相連。
10.權(quán)利要求8的塔設(shè)備，其中用于排出塔底部液體的管式部件從塔主體的下端向下伸出，且引入管式部件與排出管式部件的側(cè)面相連。
11.權(quán)利要求10的塔設(shè)備，其中排出管式部件的管徑a與引入管式部件的管徑b之比(a/b)是0.5或更大。
12.權(quán)利要求8-11中任一項(xiàng)的塔設(shè)備，其中引入管式部件的上游端附近是水平的或沿下游側(cè)上行。
13.一種蒸餾(甲基)丙烯酸的方法，通過使用蒸餾塔蒸餾(甲基)丙烯酸溶液，其中至少一部分塔板是無堰多孔塔板，其中無堰多孔塔板的孔定位于一傾斜格的各個(gè)交叉點(diǎn)上，該傾斜格包含平行且等間隔排列的第一組線，和傾斜于第一組線且平行等間隔排列的第二組線；關(guān)于局部開孔率(B/A)，即由被傾斜格包圍的平行四邊形構(gòu)成的區(qū)域開孔面積的總和B與區(qū)域的面積A之比，和所有開孔的總面積u與塔截面積S之比u/S，(u/S)/(B/A)之比是0.67或更大；沿著孔邊緣滴落的流速是0.035m3/m·h或更大；蒸餾塔的塔直徑是1.2m或更大；塔內(nèi)氣體中的氧濃度是0.008-0.1mol％。
14.權(quán)利要求13的方法，其中開孔是直徑為10-30mm的環(huán)，且當(dāng)?shù)谝唤M線的間隔被定義為p1，第二組線的間隔被定義為p2，第一組線與第二組線的內(nèi)角被定義為θ時(shí)，滿足關(guān)系式(1≤p2/p1≤2)和{cos-1(p2/2p1)≤θ≤π/2}(其中θ≥π/4)。
15.權(quán)利要求13或14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。
16.一種生產(chǎn)(甲基)丙烯酸的方法，該方法通過下述各個(gè)步驟，即包括收集步驟，使通過汽相催化氧化反應(yīng)獲得的含(甲基)丙烯酸的反應(yīng)產(chǎn)物氣體與含水吸收液體接觸，以便將氣體中的(甲基)丙烯酸吸收入吸收液體中；初步提純步驟，從所得(甲基)丙烯酸溶液中除去吸收液體和雜質(zhì)以獲得粗(甲基)丙烯酸；和提純步驟，通過包括真空蒸餾(甲基)丙烯酸的提純，從粗(甲基)丙烯酸中獲得提純的(甲基)丙烯酸，所述方法的特征在于，使用在初步提純步驟和/或提純步驟中，在真空源中產(chǎn)生的含(甲基)丙烯酸的廢水制備阻聚劑溶液，然后將其加入到收集步驟或后續(xù)步驟中。
17.權(quán)利要求16的方法，其中在真空蒸餾塔的真空源中產(chǎn)生的廢水，被用作在提純步驟中的真空源中產(chǎn)生的含(甲基)丙烯酸的廢水，所述真空蒸餾塔用于蒸餾通過真空蒸餾而提純的(甲基)丙烯酸。
18.權(quán)利要求16或17的方法，其中真空源是蒸汽噴射器。
19.一種用于蒸餾塔的多孔塔板，其具有許多從塔板的上面穿透到其背面的孔，并在孔下端的外圍具有從塔板的背面垂下的環(huán)繞突起壁。
20.一種通過使用包括一多孔塔板的蒸餾塔生產(chǎn)(甲基)丙烯酸的方法，所述多孔塔板裝配有許多從塔板的上面穿透到其背面的孔，和在孔下端的外圍從塔板的背面垂下的環(huán)繞突起壁。
全文摘要
在一種容易聚合化合物的蒸餾裝置、生產(chǎn)工藝和提純方法中，本發(fā)明的問題是要解決在如商用設(shè)備的大型蒸餾塔中的嚴(yán)重堵塞問題，并提供一種在長時(shí)間段內(nèi)穩(wěn)定地蒸餾和提純?nèi)菀拙酆匣衔锏难b置和方法。本發(fā)明涉及一種裝置，用于使粗制的容易聚合化合物經(jīng)過真空條件下的蒸餾以便將其提純，蒸餾裝置具有蒸餾塔和真空發(fā)生器和真空發(fā)生器的排氣導(dǎo)管，該排氣導(dǎo)管通過壓力控制閥與介于蒸餾塔和真空發(fā)生器之間的連接導(dǎo)管相連；和一種提純?nèi)菀拙酆匣衔锏姆椒?，通過使粗制的容易聚合化合物經(jīng)過真空條件下的蒸餾以便將其提純，所述方法包括使用一種蒸餾裝置，所述蒸餾裝置包括蒸餾塔、真空發(fā)生器和真空發(fā)生器的排氣導(dǎo)管，該排氣導(dǎo)管通過壓力控制閥與介于蒸餾塔和真空發(fā)生器之間的連接導(dǎo)管相連，并且基于蒸餾塔的壓力控制壓力控制閥的動(dòng)作，借此控制要引入排氣的量以便控制蒸餾塔的壓力。
文檔編號(hào)B01D3/22GK1561251SQ0281930
公開日2005年1月5日 申請日期2002年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月22日
發(fā)明者矢田修平, 小川寧之, 鈴木芳郎, 高崎研二, 高橋潔 申請人:三菱化學(xué)株式會(huì)社