丙烯酸類的精製裝置和方法
2023-07-07 16:41:01 4
專利名稱：丙烯酸類的精製裝置和方法
技術領域：
本發明涉及丙烯酸類的精製裝置和方法，更詳細地說，本發明的研究對象是成為各種化學製品的製造原料的丙烯酸或丙烯酸酯的製造過程中，用於得到除去雜質的高純度的精製品的精製裝置；以及使用該精製裝置精製丙烯酸類的方法。
背景技術：
丙烯酸或丙烯酸酯(下面通稱為丙烯酸類)被廣泛用作各種化學製品的製造原料。
在工業化製造丙烯酸類的過程中，為了滿足丙烯酸類的使用目的或質量要求，對製造的丙烯酸類需要進行精製。在丙烯酸類的製造中，作為雜質可能含有由原料生成的馬來酸等副產物或製造過程中生成的二聚物酸等，因而需要除去所述雜質的精製工序。
在丙烯酸類的精製過程中，適合採用蒸餾技術。通過蒸餾進行精製，例如使含有丙烯酸類的液體蒸發，取出包含大量丙烯酸類，少量雜質的蒸汽，使之冷凝，由此精製丙烯酸類。有時也在蒸汽一方得到雜質，液體一方得到目的產物。
為了提高精製效率，製造高質量的丙烯酸類，提高生產性，現有各種技術提案。
特別是由於丙烯酸類是一種容易聚合的物質，存在在精製裝置內生成聚合物附著在裝置內壁上，或者使配管堵塞的問題。為了解決上述問題，提出了多項提案。
例如有一種技術，通過對蒸餾塔串聯地設置多個冷凝器，用於防止在冷凝器下遊一側的裝置內生成聚合物而附著(參照專利文獻1)。
還有一種技術是，對於連結在蒸餾塔上，使蒸餾塔內的液體加熱再沸騰循環的再沸器，通過在連結於蒸餾塔上的連結所設置蒸汽分散裝置，抑制蒸餾塔內的蒸汽的偏流，防止蒸餾塔內的聚合物的生成附著。(參照專利文獻2)專利文獻1特開2001-131116號公報專利文獻2特開2000-254403號公報發明內容為了提高丙烯酸類的生產性，在精製裝置大型化時，裝置內部聚合物的生成附著很多，情況嚴重時，還發生聚合物堵塞內部配管的現象。為了除去附著聚合物的作業，需要頻繁地停止裝置的運行，降低了生產效率。
特別是利用具有配置多個細配管結構的再沸器中，由於細管內面上附著聚合物，細管容易發生堵塞，即使不堵塞，熱交換效率也大幅度地降低，蒸餾裝置整體性能大大地降低。
在如前所述的專利文獻1、2中記載的現有技術中，不能充分防止聚合物的生成和附著。特別是利用大型精製裝置時，即使運行較短時間，聚合物也出現附著，導致性能低下；需要停止運行，除去聚合物的作業。
本發明的目的在於解決丙烯酸類精製中的所述問題，使精製裝置內部的聚合物難以發生附著，進一步提高聚丙烯酸類精製工序的生產性。
本發明涉及的丙烯酸類精製裝置是用於蒸餾精製包含丙烯酸和其酯的丙烯酸類的裝置，設有蒸餾塔、冷凝器、再沸器，其中蒸餾塔是供給包含所述丙烯酸類的液體，從塔頂取出蒸汽，從塔底取出液體；冷凝器是與所述蒸餾塔的塔頂側連接，供給由蒸餾塔取出的蒸汽，使蒸汽冷凝，使一部分冷凝液回流至蒸餾塔，取出剩餘的冷凝液；再沸器是與所述蒸餾塔的塔底側連接，供給蒸餾塔內的液體，使供給的液體加熱沸騰，再返回蒸餾塔。所述再沸器為多個，相對所述蒸餾塔並列地設置著。
本發明涉及的丙烯酸類精製方法是使用上述本發明涉及的精製裝置，蒸餾精製丙烯酸類的方法，該方法包括將所述蒸餾塔內的液體供給至所述多個再沸器中，使由再沸器進行加熱沸騰的蒸汽返回至蒸餾塔的工序。
利用本發明所述的丙烯酸類的精製裝置和方法，通過利用相對蒸餾塔並聯地配置的多個再沸器，使收容在蒸餾塔內的液體再沸騰，與僅利用1個再沸器進行再沸騰處理相比較，不損失再沸騰的處理能力和精製操作的質量性能，可以防止裝置內部聚合物發生附著或者由此伴隨而產生的閉塞。使蒸餾塔內的液體或蒸汽不發生偏流，使內部溫度保持穩定，可以使蒸餾精製處理穩定化，提高效率。
結果，可以延長或省略裝置內部檢查或洗淨操作等的間隔，可以長時間地連續進行高質量地精製操作，對提高丙烯酸類的生產效率或者降低生產成本也有很大貢獻。
附圖的簡單說明
圖1是顯示本發明實施方式的精製裝置的整體結構圖。
圖2是顯示圖1精製裝置的各機器的配置結構的平面圖。
圖3是顯示另外實施形態的精製裝置整體結構圖。
圖4是顯示圖3精製裝置各機器配置結構的平面圖。
符號說明10蒸餾塔12導入管14冷凝液取出管16送出管20冷凝器22蒸汽取出管24液體返回管26熱介質管30再沸器32液體取出管
34蒸汽返回管36熱介質管θ夾角具體實施方式
下面對本發明涉及的丙烯酸類的精製裝置和精製方法進行詳細地說明，本發明的範圍不限於所述說明，在以下示例之外，不違背本發明要求範圍內，可以進行適當地變更。
本發明中所述的丙烯酸類包括丙烯酸、丙烯酸酯。具體地，丙烯酸酯例如有甲基酯、乙基酯、異丙基酯、n-丁基酯、2-乙基己基酯、2-羥基乙基酯、羥基丙基酯、二烷基氨基乙基酯。
所述丙烯酸類的基本製造技術可以使用通常的丙烯酸類的製造技術。根據丙烯酸類的使用目的或質量要求，可以採用通常的丙烯酸類製造技術設定原料或反應條件等。
反應生成的丙烯酸類包含未反應的原料或、反應時添加的添加劑、反應中伴隨的副產物等雜質。為了滿足使用目的和質量要求，除去不需要的雜質，得到高純度的丙烯酸類，可以憑藉發散塔、共沸脫水塔、輕沸物分離塔、高沸物分離塔等，實現精製工序。
精製工序中除去的物質包括反應氣體的捕集溶劑水、高沸點惰性疏水性有機液體(二苯基醚、二苯基等)，雜質馬來酸、二聚酸、醋酸、甲醛、丙烯醛、丙酸、丙酮、糠醛、苯甲醛、原白頭翁素等。通常雜質的含量優選0.01～10重量％。精製工序得到的丙烯酸類的純度優選99.0～99.99重量％。
丙烯酸類的精製裝置可以利用設有蒸餾塔、冷凝器和再沸器的裝置。
蒸餾塔具有供給含丙烯酸類的液體，取得含有目的物丙烯酸類的蒸汽或液體的功能。
可以使用基本上與通常蒸餾裝置中利用的蒸餾塔相同的裝置。
一般的蒸餾塔有塔板塔和填充塔。為了防止蒸餾塔內的聚合物的生成，優選塔板塔。塔板塔中優選使用無堰滲出盤(シ一プトレイ)。
精製丙烯酸類的蒸餾塔的塔內溫度優選設定在120℃以下，特別優選100℃以下。塔內溫度過高，生成聚合物，壓損上升，導致配管閉塞。塔內溫度可以利用根據再沸器的加熱條件或蒸餾塔中設有的加熱裝置進行調整。塔內溫度優選穩定、儘可能少地變動。具體優選將蒸餾塔內相同位置上測定的溫度變動幅設定在0～10℃。特別是在共沸脫水塔的情況下，由於塔內組成變化劇烈，具有相同位置的溫度變動幅度變大的傾向。
蒸餾塔的形狀或大小根據內部結構或處理方法、應該處理的丙烯酸類的量等而變化，通常蒸餾塔的外形優選設定為圓筒狀。蒸餾塔的外形設定圓筒狀時，蒸餾塔的外徑優選0.5～6m，特別優選設定為2～6m。蒸餾塔的高度優選2～40m。蒸餾塔的容量優選設定在0.5～1000m3。
蒸餾塔內設有蒸餾原料丙烯酸類的導入管，或使液體循環在再沸器或冷凝器之間的管路。蒸餾塔和再沸騰之間由從蒸餾塔取出液體，將液體供給至再沸器的液體取出管；和由再沸器使蒸汽返回到蒸餾塔的蒸汽返回管連接著。液體取出管與將液體送至外部的送出管連接。蒸餾塔和冷凝器之間用從蒸餾塔取出蒸汽，供給至冷凝器的蒸汽取出管，和將用冷凝器冷凝的冷凝液返回蒸餾塔的液體返回管連接。液體返回管上連接有取出精製物的精製物取出管。
各配管通常在與蒸餾塔的外周面直交的方向連接。也可以在相對蒸餾塔的外周面傾斜的方向連接。例如，除相對蒸餾塔的外周側面朝向蒸餾塔的中心軸連接之外，也可以朝向稍微偏離中心軸的方向連接。除水平方向或垂直方向之外，也可以朝向上下的斜方向連接。
通過調節相對蒸餾塔的配管連接位置和方向，可以改變出入配管和蒸餾塔之間的液體或蒸汽的流動，使蒸餾塔內的流動均等化，防止發生偏流。
各配管中根據需要可以配置泵、壓力調節閥、流量調節閥、防逆流閥、安全閥、排水管閥等閥類，流量計，溫度計等。
蒸餾塔中也可以設置檢測蒸餾塔內的溫度或壓力的測定器或傳感器等。也可以組裝有調節蒸餾塔內壓力的加壓裝置或減壓裝置。
供給至蒸餾塔的未精製的丙烯酸類的流量優選設定在0.5～100m3/h。
為了防止丙烯酸類的聚合，可以向蒸餾塔中供給阻聚劑。阻聚劑可以使用對苯二酚單甲基醚(甲氧酚)、醋酸錳、二丁基二硫代氨基甲酸銅、N-氧基化合物、對苯二酚、酚噻嗪等其他的公知阻聚劑。所述阻聚劑配合在丙烯酸類、共沸劑、水等中，可以從蒸餾塔的塔頂或塔中供給。從塔底或再沸器下部吹入空氣、氧氣等含分子狀氧氣的氣體也有助於防止聚合。
該再沸器具有連接蒸餾塔的塔底側，供給收容在蒸餾塔中的液體，使供給的液體加熱沸騰，返回至蒸餾塔的功能。
可以使用基本上與通常的蒸餾裝置中利用的再沸器相同的裝置。
再沸器已知有多管式、螺旋式、板式等形式。可以使用任何一種形式。為了防止再沸器內部的聚合物的生成附著，優選多管式。在多管式中也優選豎型管內蒸髮結構。
再沸器中具備使供給液流通的細管、收容細管熱介質流通的胴體，通過細管的管壁在供給液和熱介質之間發揮熱交換作用。
再沸器的尺寸和容量按照適合丙烯酸類的精製處理要求的能力進行設定。本發明中，由於使用多個再沸器，只要設定多個再沸器的綜合能力，使其滿足精製裝置整體要求的處理性能就可以。
再沸器的細管內徑優選設定為10～50mm。特別優選15～35mm。細管長優選1～7m，更優選2～6m。安裝在再沸器中的細管根數優選10～3000根。整體直徑優選設定為0.2～4m。更優選2m以下。在由再沸處理能力設計的胴體直徑大時，將再沸器分割成多個，使各個再沸器的胴體直徑不要過大，可以良好地防止再沸器內的聚合。
導入再沸器的熱介質利用水蒸汽、有機溶劑苯基醚系熱介質等。熱介質的溫度優選80～250℃。水蒸汽的壓力優選0.6MPaG以下，更優選0.4MPaG以下。
再沸器中設有供給處理液的供給口和送出再沸處理的蒸汽的返回口，供給口與蒸餾塔的液體取出管連接，返回口連接到與蒸餾塔相連的蒸汽返回管上。
處理液的流量優選設定為1～3000m3/h。再沸器和蒸餾塔之間的處理液或蒸汽的循環，有利用泵等強制循環和利用處理液的自重或蒸汽的上升力等進行自然循環兩種。通常優選利用運轉能量可以降低的自然循環。
相對1個蒸餾塔，多個再沸器並聯地設置著。所述並聯是指將相同的處理液分開，送至多個再沸器中，利用各個再沸器進行再沸處理。是與將相同的處理液利用1個再沸器處理之後，將該處理後的液體送至另外的再沸器，再處理，與多個再沸器串聯配置相對立的技術概念。
多個再沸器的方式或尺寸形狀、處理能力可以不同，通常組合相同規格的再沸器可以有效地進行處理，再沸器的製造和保守管理方面也容易，適合實際應用。相同規格是指基本形狀尺寸相同的儀器。基本規格相同，對稱結構的儀器，實際上也包含在相同規格內。
再沸器為了處理蒸餾塔內滯留在塔底側的液體，配置在蒸餾塔的塔底側。將多個再沸器均等地分布在蒸餾塔的周圍，或者對稱配置，可以有效地發揮多個再沸器的能力，也容易再沸器的保守管理。具體地由於蒸餾塔在垂直方向延長，故在與蒸餾塔的中心軸直交的水平方向，相對蒸餾塔的中心呈點對稱的位置可以配置多個再沸器。如果是2個再沸器，可以在蒸餾塔的直徑延長線上等距離的位置上分別配置再沸器。
連接多個再沸器和蒸餾塔的液體取出管和蒸汽返回管的配置也優選以蒸餾塔為中心的均等或者對稱設置。
具體地，蒸汽返回管分別設置在每個再沸器1上，與各蒸汽返回管的蒸餾塔的連接位置高低差優選0～1m，可以設定成在水平方向上相對蒸餾塔的中心夾角優選20～180℃。特別優選60℃以上，更優選100℃以上。所述夾角是指鄰接的2根蒸汽返回管從各個連接位置延長到蒸餾塔中心的假想線相夾的角度。夾角越寬可以從多個方向均等地向蒸餾塔的內部送入再沸蒸汽，可防止蒸餾塔內部的處理液或蒸汽發生偏流。再沸器的設置數為2的場合，可取的最大夾角優選180℃。再沸器設置數越增多，最大夾角越小。連接位置高度差小的一方對防止蒸餾塔內部的處理液或蒸汽的偏流有效。
由蒸餾塔供給至再沸器處理液的液體取出管的、在蒸餾塔的安裝位置，只要是可以均等地從蒸餾塔取出處理液，就可以防止蒸餾塔內的處理液發生滯留或溫度偏差等。具體地，和蒸汽返回管相同，減小高度位置差，擴大夾角，設置在蒸餾塔的外周均等或對稱位置是有效的。
可以將液體取出管設置成一端與蒸餾塔的塔底中央連接，另一端分支成多個方向，與各個再沸器連接形成分支的結構。也可以使多個再沸器利用各個液體取出管和蒸餾塔的塔底連接。任何場合都優選將各配管的長度、彎曲、連接高度位置等設置成相同的條件，使其由塔底到再沸器的液體通過壓損不出現偏差。只要是上述結構就可以避免由蒸餾塔取出的處理液偏向特定的再沸器。
對於蒸汽返回管，也和液體取出管相同，優選設置配管的設置條件以實現從各再沸器至蒸餾塔的氣體通過壓損相等。考慮防止配管內的聚合，優選配管極短。優選從再沸器到蒸餾塔以最短距離進行直接連接。蒸汽返回管分別設定在各個再沸器中，可以良好地使蒸餾塔中的氣體分散。
具有與蒸餾塔的塔頂側連接，供給由蒸餾塔取出的蒸汽，使供給蒸汽冷凝，將冷凝的一部分液體回流至蒸餾塔中，取出剩餘的液體的功能。
可以使用基本上與通常的蒸餾裝置中利用的冷凝器相同的裝置。由於再沸器或冷凝器都具有熱交換功能，冷凝器的形式、結構、尺寸形狀等可以採用和所述的再沸器情況相同的條件。
冷凝器也優選使用多管式特別是豎型管內冷凝結構。
對於1個蒸餾塔也可以只設置冷凝器，和所述再沸器相同，也可以設置多個。這時優選相對蒸餾塔並聯配置，可以採用和所述的再沸器相同的配置條件。
冷凝器的熱介質是冷卻由蒸餾塔而來的蒸汽的低溫熱介質或冷卻介質。熱介質可以使用和通常的冷凝器相同的材料。具體例如優選水、乙二醇水溶液。熱介質優選熔點低、粘度低的熱介質材料。乙二醇水溶液優選乙二醇濃度10～50重量％的物質。熱介質的溫度優選設定在0～50℃。
冷凝器的尺寸或容量按照適合丙烯酸類的精製處理要求的能力進行設定。使用多個冷凝器時，只要設定多個冷凝器的綜合能力使其滿足精製裝置整體要求的處理性能就可以。
使用多根冷凝器時，細管或胴體等規格可以設定在和再沸器相同程度的範圍。使用1個冷凝器時，選擇使用更大容量。特別優選設定為胴體直徑為3m以下。胴體直徑過大時，優選使用多個冷凝器。
冷凝器連接有從蒸餾塔輸送蒸汽的蒸汽取出管和將冷凝處理的液體送回蒸餾塔的液體返回管。使用多個冷凝器的場合，可以利用各個蒸汽取出管或液體返回管連接在各個冷凝器和蒸餾塔之間，也可以使連接有多個冷凝器的多個蒸汽取出管或液體返回管在途中合流，和蒸餾塔連接。
蒸汽取出管和液體返回管與蒸餾塔的連接位置分為多個時，和再沸器的場合相同，優選減小高度位置差，設定寬夾角。
由蒸餾塔供給到冷凝器到蒸汽流量可以優選設定在1～100ton/h。冷凝器和蒸餾塔之間的蒸汽或冷凝液的循環可以採用強制循環或自然循環任何一種。
由冷凝器送出的冷凝液一部分回流到蒸餾塔，剩餘可以作為丙烯酸類的精製品取出。也可以送至後段的丙烯酸類的處理裝置中。
除使用本發明的精製裝置之外，可以使用基本上和蒸餾精製丙烯酸類的通常方法相同的技術。
因為再沸器為多個，在由蒸餾塔供給再沸處理的液體到再沸器時，分割成多個再沸器進行供給。這時優選等份地供給到多個再沸器。由此防止蒸餾器和各再沸器中的聚合物生成粘付，有效地進行再沸處理。特別是可以防止由再沸器的返回管返回蒸餾塔的蒸汽在蒸餾塔內產生偏流，使蒸餾塔中良好地進行蒸餾處理。使多個器的再沸器的處理能力均等地發揮，提高綜合處理能力，有效地進行再沸處理。
只要多個再沸器為相同規格，相對蒸餾塔均等或對稱地並聯配置，處理液就容易等分地進行供給。
圖1、2所示的精製裝置以對於1個蒸餾塔，再沸器和冷凝器分別2個並聯地設置著。
如圖1所示，蒸餾塔10設有上下具有長筒狀的罐的塔結構。蒸餾塔10的高度方向上連接有處理液的導入管12。在蒸餾塔10的上部連接有取出蒸餾塔10生成的蒸汽取出管22。蒸餾塔10的塔底中心連接有取出處理液的塔底液取出管32。
塔底液取出管32分支成3個方向。一個方向是輸送液體到外部的送出管16。剩餘的2個方向相對蒸餾塔10呈對稱形地延長，分別與另外的再沸器30連接著。
再沸器
再沸器30具有使從蒸餾塔10取出的液體加熱沸騰，作為熱交換器的功能。再沸器30整體形成大致為圓筒狀的多管式豎型管內蒸髮結構。由再沸器30的下端側供給液體，送出由上端側沸騰的液體或蒸汽。
在再沸器30的下端，連接有蒸餾塔10的塔底液取出管32的一端。塔底液取出管32的另外一端與蒸餾塔10的中心軸C貫通塔底的位置連接著，由蒸餾塔10的連接位置延伸到下方，左右分支，之後與左右的再沸器30連接著。塔底液取出管32的分支位置連接有送出管16。
再沸器30的上端連接有蒸汽返回管34，蒸汽返回管34的另外一端與蒸餾塔10的外周側面連接著。再沸器30中設有使加熱介質循環的熱介質管36，36。
左右再沸器30對稱配置著完全相同規格的再沸器30、30。也就是在相同高的位置上離開蒸餾塔10相同距離，平行地配置著。圖2中所示的平面形狀中，左右一對再沸器30相對蒸餾塔10的中心軸C在直徑方向對稱位置配置著。與再沸器30的上端連接著的蒸汽返回管34使蒸餾塔10的半徑方向朝向中心軸C延伸，與蒸餾塔10的外周面的對稱位置連接著。一對再沸器30，或者蒸汽返回管34的蒸餾塔10安裝位置相對中心軸C形成的夾角θ＝180℃。
冷凝器
在蒸餾塔10的塔頂側的側方向上並聯配置有2個冷凝器20、20。
冷凝器20也使用與再沸器30相同，整體形成大致圓筒形的多管式豎型管內冷凝結構。由冷凝器20的上端側供給蒸汽，由下端側送出冷凝液。在分別的冷凝器20的上端上連接有與蒸餾塔10相連的蒸汽除去管22。蒸汽取出管22在和冷凝器20的連接側分支成2根，途中合流，與蒸餾塔10的外周側面連接著。冷凝器20的下端連接有冷凝液的返回管24，液體返回管24合流，與蒸餾塔10的外周側面連接著。液體返回管24在比合流位置的下遊一側，和通向蒸餾塔10的連接路徑分開，與取出精製液的冷凝液取出管14連接。在冷凝器20中設有使冷卻介質循環的熱介質管26，26。
如圖2所示，冷凝器20的平面配置是在蒸餾塔10的側方向，相對經過蒸餾塔10的中心軸C的直徑線呈線對稱的位置，分別配置冷凝器20。蒸汽取出管22同樣也呈線對稱地配置著。左右蒸汽取出管22合流後沿對稱軸與蒸餾塔10連接著。省略圖示，冷凝液的液體返回管24也可以採用和蒸汽流出管22相同的配置結構。
由導入管12向蒸餾塔10供給另外工序或另外裝置中製造的丙烯酸類未精製液體。
使滯留在蒸餾塔10內部的未精製液體在塔底液取出管32、一對再沸器30和蒸汽返回管34之間回流。利用再沸器30通過向熱介質管36供給加熱介質，使回流的液體加熱沸騰，送回蒸餾塔10。
在蒸餾塔10內，使未精製液的蒸汽上升。根據包含在未精製液中的成分的不同特性，包含在未精製液中的丙烯酸類上升到蒸餾塔10的上部，而雜質只能上升到途中落下。上升至蒸餾塔10上部的蒸汽中丙烯酸類的純度高，雜質含量少。
在蒸餾塔10的上部，送至蒸汽取出管22的蒸汽在冷凝器20中冷凝，送至液體返回管24。送至液體返回管24後的冷凝液為高純度精製的丙烯酸類，一部分冷凝液由冷凝液取出管14取出，形成製品。
剩餘的冷凝液返回至蒸餾塔10，向蒸餾塔10的塔底側移動，返回到滯留在塔底側的處理液中。
通過連續地進行再沸器30中的蒸餾塔10內的處理液的再沸處理和冷凝器20中的精製丙烯酸類的回收，可以連續地將導入管12供給的未精製的丙烯酸類精製處理，回收。
在進行上述精製處理中，在蒸餾塔10、再沸器30、冷凝器20及其連接的配管22、24、32、34等內部，丙烯酸類有時發生聚合。聚丙烯類的聚合容易在含有丙烯酸類的液體或蒸汽冷凝的液體滯留的位置發生。當產生偏向液體或蒸汽流動的流動時，流動滯留部分聚合物容易附著在裝置內壁上。例如在配置多個細管的再沸器30或冷凝器20中，當一部分細管中流動滯留時，也引起聚合物附著在細管內壁，難以流動，細管堵塞。蒸餾塔10的內部產生在液體或蒸汽的流動中產生偏移，在流動容易滯留位置，聚合物對蒸餾塔10的內壁或內部的設置部件產生附著，對蒸餾作用產生障礙。
但是，前述實施方式中，將蒸餾塔10內的液體等份地供給相對蒸餾塔10以對稱結構並列配置的2個再沸器30，使其進行再沸處理。與使用再沸能力相同的1個大容量、大型再沸器30相比，再沸器30內部的聚合物難以產生附著。再沸器30越是大容量、大型化，多根細管之間越容易在液體流速或流量方面產生差異。例如難以避免在再沸器30的中心部分和外周部分產生流動差異。利用加熱介質產生的加熱作用也有可能在中心側和外周側產生差異。利用2個較小型的再沸器30起到和1個大型再沸器30具有相同處理能力的效果，則各個再沸器30內部的液體流動的偏移或偏差小，聚合物的生成附著可能性降低。
冷凝器20也相同，與1個大型冷凝器20相比，2個比較小型的冷凝器20發揮相同的處理能力，由此使冷凝器20內部中的蒸汽或冷凝液的流動適當，聚合物的生成附著可能性降低。
由於從2個再沸器30向蒸餾塔10的蒸汽返回管34的連接位置相對蒸餾塔10對稱地配置著，返回蒸餾塔10的蒸汽的流動在蒸餾塔10的平面方向上均等，難以產生局部的流動偏移。由此也可以防止蒸餾塔10內部的聚合物的生成附著。蒸餾塔10內的蒸餾作用也整體均等，可以起到有效地蒸餾作用。
圖3、4所示的實施方式中，基本的裝置結構和所述實施形態相同，而冷凝器20和蒸餾塔10的配管連接結構不同。
如圖3所示，2個冷凝器20、20以相互獨立的配管路徑和蒸餾塔10連接著。在每個冷凝器20上設有從蒸餾塔10向冷凝器20供給蒸汽的蒸汽取出管22、從冷凝器20向蒸餾塔10返回冷凝液的液體返回管24。在各個液體返回管24的路徑上連接有液體送出管14。圖中有省略，也可以使2根液體送出管14合流，與下一個工序接續。
如圖4所示，平面結構中，2個冷凝器20、20以蒸餾塔10的直徑為對稱軸，呈左右對稱位置配設。各冷凝器20的蒸汽取出管22和液體返回管24從蒸餾塔10的半徑方向延伸到中心C，與蒸餾塔10連接，形成相互夾角θ。圖中為了和再沸器30一起顯示，設定夾角θ為60℃程度的窄夾角，也可以取更寬夾角θ。例如也可以設定和再沸器30相同的夾角θ＝180℃。
實施例下面利用實施例和比較例更加詳細具體地說明本發明，本發明不限於此。
具體地構成本發明的精製裝置，顯示丙烯酸類精製處理結果。
使用基本上具有圖3、4所示的結構的精製裝置。
蒸餾塔
塔徑4m、裝有無堰滲出盤50段，材質SUS316。
冷凝器
使用豎型多管式冷凝器。將2個冷凝器以圖4中的夾角θ＝180℃，既在蒸餾塔10的直徑延長線上進行配置。
細管外徑38.1mm、壁管厚2.11mm、長度3048mm。根數1160根、材質SUS316。
胴體外徑1800mm。
再沸器
使用豎型多管式再沸器。以圖4所示的配置設置2個再沸器。
細管外徑38.1mm、壁管厚2.11mm、長度4000mm。根數894根、材質SUS316。
胴體外徑1600mm。
2個再沸器的夾角θ＝180℃精製操作
將含有未精製的丙烯酸液(含有丙烯酸96.5重量％、丙烯酸二聚物1.9重量份、馬來酸0.4重量份、酚噻嗪200重量份ppm)，以18.7m3/h從導入管12向蒸餾塔10供給。
在蒸餾塔10的塔頂壓力3.3kPa、回流比1.5的處理條件下，進行蒸餾，在塔頂的蒸汽取出管22中得到含有丙烯酸99.9重量％和馬來酸40重量ppm的氣體。與未精製液相比，丙烯酸的純度提高，大部分的丙烯酸二聚物等雜質被除去。
得到的蒸汽分別由口徑1800mm的蒸汽取出管22供給到一對冷凝器20、20中，使其從56℃冷凝到40℃。向冷凝器20的熱介質管26中通入30℃的冷卻水。送至液體返回管的冷凝液一部分返回至蒸餾塔10，剩餘取出到冷凝液取出管14中。
在蒸餾塔10的塔底側，利用自然循環使塔底液從口徑1100mm的塔底取出管32向一對再沸器30、30輸送。一部分塔底液由送出管16提出。利用再沸器30使液體蒸發，從口徑1250mm的蒸汽返回管34返回至蒸餾塔10。再沸器30的熱介質管36中供給0.6MPaG的飽和水蒸汽。從再沸器30的下部供給分子狀氧氣20Nm3/h。分子狀氧氣發揮防止聚合的功能。
在上述運轉條件下，使精製裝置運轉1個月。運轉結束後檢查裝置內部。對於蒸餾塔10、冷凝器20和再沸器30任何一個內部都沒有發現有聚合物。
利用實施例1的精製裝置，如下所述改變冷凝器20和再沸器30。
冷凝器
只設置1個豎型多管式冷凝器。
細管外徑38.1mm、壁管厚2.11mm、長度3048mm。根數2320根、材質SUS316。
胴體外徑2500mm。
和實施例1的冷凝器相比，每1個細管根數多，胴體的直徑也大。冷凝處理能力和實施例1中的2個冷凝器的總和相等。
再沸器
只設置1個豎型多管式再沸器。
細管外徑38.1mm、壁管厚2.11mm、長度4000mm。根數1788根、材質SUS316。
胴體外徑2250mm。
和實施例1的再沸器相比，每1個細管根數多，胴體直徑大。再沸處理能力和實施例1中的2個再沸器的總和相等。
精製操作
使其在和實施例1相同的條件下運轉。從蒸餾塔10的塔頂可以得到含有丙烯酸99.9重量％、馬來酸180重量ppm的蒸汽。精製物和實施例1幾乎沒有大的差異。
而在運轉21天之後，由於蒸餾塔10內的壓力損失上升，停止運轉。檢查蒸餾塔10、冷凝器20和再沸器30的內部，在蒸餾塔10的內部設置的盤上積存聚合物55kg。在冷凝器20的內部上管板上積存2kg。再沸器30中57根細管被聚合物堵塞。
使用如圖1、2所示結構的精製裝置。基本上採用和實施例1相同的規格，但是冷凝器的結構不同。僅說明不同規格的項目。
冷凝器
基本和實施例1相同。不同的規格項目如下所示。
細管長度6096mm、根數2948根。
胴體外徑2800mm。
2個冷凝器和蒸餾塔10的連接結構如圖2所示，使用分支結構的蒸汽取出管22和液體返回管24。
精製操作
使含有未精製丙烯酸的水溶液(含有丙烯酸67.5重量％、醋酸2.2重量％、水28.6重量％；其餘馬來酸、乙醛、丙烯醛等；和對苯二酚200重量份ppm)，以23.0m3/h從導入管12供給到蒸餾塔10的第23段。
在蒸餾塔10的塔頂壓力18.7kPa下進行共沸蒸餾。從塔頂的蒸汽取出管22取出，利用冷凝器20進行冷凝處理的塔頂液分離成2相，共沸劑的甲苯相全部回流到蒸餾塔10。水相作為廢水流出。回流量為60m3/h。在回流液中添加阻聚劑酚噻嗪150重量ppm。
結果得到塔底液為丙烯酸96.2重量％、醋酸300重量ppm組成的精製物。
從蒸餾塔10向冷凝器20導入蒸汽的蒸汽取出管22，在蒸餾塔10側口徑1800mm、與2個冷凝器20、20連接的分支部分的口徑1300mm。使其在冷凝器20內從46℃冷卻到37℃，冷凝。向冷凝器20的熱介質管26內通入30℃的冷卻水。
從蒸餾塔10到再沸器30的塔底液取出管32為口徑1300mm。在沸器中由液體沸騰得到的蒸汽從口徑1250mm的蒸汽返回管34返回到蒸餾塔10。再沸器30和蒸餾塔10之間的液體或蒸汽的循環通過自然循環進行。向再沸器30的熱介質管36中供給0.6MPaG的飽和水蒸汽。從各個再沸器30的下部供給分子狀氧氣100Nm3/h。
在上述條件下，連續運轉1個月。蒸餾塔10的內部溫度穩定。例如29段溫度為93～97℃的範圍。運轉結束後，檢查各裝置內部，在蒸餾塔10、冷凝器20、再沸器30和各配管任何一個內部沒有發現聚合物的附著。
以實施例2為基礎，改變下述裝置規格和操作條件。
蒸餾塔10和冷凝器20及其配置結構和實施例2相同，再沸器30隻使用1個下面規格的裝置。
再沸器
基本上和實施例2相同。不同規格項目如下所示。
細管長度4000mm、根數1788根。
胴體外徑2250mm。
再沸器的處理能力和實施例2中2個再沸器的總和相等。
精製操作
在和實施例2相同的操作條件下進行蒸餾。塔底液得到丙烯酸96.0重量％、醋酸600重量ppm組成的精製物。蒸餾塔10內的溫度變化相當大。例如29段的溫度在83～96℃的範圍內變動。運轉到12小時處，由於塔內的壓力損失增大，使運轉停止。檢查蒸餾塔10、冷凝器20和再沸器30的內部，在蒸餾塔10的盤上發現有130kg的聚合物。在再沸器30中，92根細管由於聚合物的附著而全部堵塞。
以圖3、4所示結構的精製裝置作為基礎，只設置1個冷凝器20。基本上採用和實施例1相同的規格，下面只顯示不同規格項目。
蒸餾塔
利用和實施例1相同的結構，將塔徑改變為2m。
冷凝器
基本和實施例1相同。不同的規格項目如下所示。
細管長度4000mm，根數492根，材質SUS304。
胴體外徑1900mm。
再沸器
基本和實施例1相同。不同的規格項目如下所示。
細管長度4000mm、根數170根，材質SUS304。
胴體外徑700mm。
2個再沸器的夾角θ＝180℃精製操作
以8.0m3/h的流量將未精製的丙烯酸酯液(含有丙烯酸丁酯78.0重量％、叔丁醇18.6重量％、水2.9重量％、酚噻嗪80重量ppm)供給至蒸餾塔10的16段。在塔頂壓力33kPa、回流比3的條件下進行共沸蒸餾。塔底液得到丙烯酸丁酯99.9重量％、叔丁醇50重量ppm組成的精製物。
由蒸餾塔10向冷凝器20的蒸汽取出管22口徑為550mm。利用冷凝器20，使蒸汽從83℃冷卻到40℃，冷凝。向冷凝器20的熱介質管26中通入30℃的冷卻水。
由蒸餾塔10向再沸器30的塔底液取出管32口徑為450mm。蒸汽返回管34口徑為550mm。利用自然循環使蒸餾塔10和再沸器30之間的液體或者蒸汽進行循環。一部分循環液抽出至送出管16。向各個再沸器30的熱介質管36中供給0.6MPaG的飽和水蒸汽，從再沸器30的下部供給空氣4Nm3/h。
在上述條件下使其連續運轉1個月。蒸餾塔10的內部溫度穩定。例如35段溫度為102～104℃的範圍。運轉結束後，檢查各裝置內部，在蒸餾塔10、冷凝器20、再沸器30的任何一個內部幾乎沒有發現聚合物的存在。
以實施例3為基礎，改變下述裝置規格和操作條件。
蒸餾塔10和冷凝器20及其配置結構和實施例3相同，再沸器30隻使用1個下面規格的裝置。
再沸器
基本上和實施例3相同。不同規格項目如下所示。
細管根數340根胴體外徑950mm。
再沸器的處理能力和實施例3中2個再沸器的總和相等。
精製操作
在和實施例3相同的操作條件下進行蒸餾。塔底液得到丙烯酸丁酯99.9重量％、叔丁醇200重量ppm組成的精製物。
蒸餾塔10內的溫度變化相當大。例如35段溫度在99～104℃的範圍內變動。運轉1個月後檢查裝置內部，在蒸餾塔10的盤上發現有6kg的聚合物。在再沸器30中，5根細管由於聚合物的附著而全部堵塞。
(1)在各實施例中任何一個都沒有發現聚合物的附著或內部配管的堵塞等問題，蒸餾塔內的溫度穩定。可以良好地進行丙烯酸類的精製操作。
(2)在利用1個再沸器具有和實施例相同處理能力的各比較例中，可以精製丙烯酸類本身。運轉開始後早期，裝置內部附著聚合物，內部配管閉塞。
蒸餾塔的內部溫度變動大，可以推測蒸餾塔內的液體或蒸汽的流動產生偏移，形成不穩定的流動。結果丙烯酸類的精製操作也不穩定。
(3)丙烯酸精製後的實施例1、2和丙烯酸酯精製的實施例3的任何一種都可以得到良好的結果。判斷本發明對於丙烯酸類中含有的任何物質都有效。
實施例1、2中不僅設定再沸器為多個，而且也使用多個冷凝器。實施例3中設定冷凝器為1個。任何場合也能發揮良好的性能。因而可知需要使用多個再沸器，但對於冷凝器，有時使用1個冷凝器也可以實施本發明。在與實施例1、2相比較處理量小，使用小型裝置的實施例3的場合下，可以推定即使冷凝器為1個，也可以充分地滿足目的要求。
權利要求
1.一種丙烯酸類的精製裝置，該裝置是蒸餾精製包含丙烯酸和其酯的丙烯酸類的裝置，其中設有蒸餾塔、冷凝器、再沸器，蒸餾塔供給含所述丙烯酸類的液體，從塔頂取出蒸汽，從塔底取出液體；冷凝器與所述蒸餾塔的塔頂側連接，供給由蒸餾塔取出的蒸汽，使蒸汽冷凝，使一部分冷凝液回流至蒸餾塔，取出剩餘的冷凝液；再沸器與所述蒸餾塔的塔底側連接，供給蒸餾塔內的液體，使供給的液體加熱沸騰，返回蒸餾塔，所述再沸器為多個，相對於所述蒸餾塔並列地設置著。
2.如權利要求1所述的丙烯酸類的精製裝置，其中所述冷凝器為多個，相對於所述蒸餾塔並列地設置著。
3.如權利要求1或2所述的丙烯酸類的精製裝置，其中所述蒸餾塔形成外徑2～6m的圓筒狀；所述多個再沸器在水平方向相對於蒸餾塔的中心對稱配置；所述蒸餾塔和所述再沸器用由蒸餾塔取出液體向各個再沸器供給液體的液體取出管、和由各個再沸器向蒸餾塔返回蒸汽的蒸汽返回管連接著。
4.一種丙烯酸類的精製方法，是使用權利要求1～3任何一項中所述的精製裝置，蒸餾精製丙烯酸類的方法，其中包含向所述多個再沸器供給所述蒸餾塔內的液體，使由再沸器加熱沸騰的蒸汽返回蒸餾塔的工序。
全文摘要
本發明涉及丙烯酸類的精製裝置和方法。目的是精製丙烯酸類時，使精製裝置內部的聚合物難以產生附著，提高丙烯酸類精製工序的生產性。本發明的蒸餾精製含丙烯酸和其酯的丙烯酸類的裝置設有蒸餾塔10、冷凝器20、再沸器30，其中蒸餾塔10供給含丙烯酸類的液體，從塔頂取出蒸汽，從塔底取出液體；冷凝器20與蒸餾塔10的塔頂側連接，供給由蒸餾塔取出的蒸汽，使蒸汽冷凝，使一部分冷凝液回流至蒸餾塔10，取出剩餘的冷凝液；再沸器30與蒸餾塔10的塔底側連接，供給蒸餾塔10內的液體，使供給的液體加熱沸騰，返回蒸餾塔10。再沸器30為多個，相對蒸餾塔10並列地設置著。
文檔編號C07C51/44GK1532179SQ20041003008
公開日2004年9月29日 申請日期2004年3月18日 優先權日2003年3月18日
發明者松本行弘 申請人:株式會社日本觸媒