含易聚合成分物質的精製方法及其設備的製作方法
2023-09-09 19:47:35 3
專利名稱：含易聚合成分物質的精製方法及其設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種含易聚合成分物質的精製方法及其設備。更具體地說，涉及尤其精製甲基丙烯酸及/或甲基丙烯酸酯同時防止該酸及/或酯特別在汽相中發生聚合的一種方法及其所用的設備。
這種含易聚合雜質成分的甲基丙烯酸，迄今均已按下述方法進行精製。
在帶冷凝器及再沸器的蒸餾塔中，經(相互)連接管將冷凝器連接在該蒸餾塔頂，經(相互)連接管將再沸器置於該蒸餾塔的近底部。這裡，將進料諸如含雜質的甲基丙烯酸輸送至該蒸餾塔，並在其中進行蒸餾。從甲基丙烯酸蒸餾出的蒸汽經連接管線進入冷凝器，使之冷凝，其一部分冷凝液返回該蒸餾塔，另一部分則回收作為餾出物D，或再使之進行下一步處理。同時，將蒸餾塔底含甲基丙烯酸的液體輸送至再沸器中，使之再沸，從而使含甲基丙烯酸的蒸汽經連接管線返回蒸餾塔。
眾所周知，甲基丙烯酸及/或甲基丙烯酸酯在諸如精製的生產過程中非常易於聚合，乃至常使生產設備完全停止運轉。在甲基丙烯酸及/或甲基丙烯酸酯的生產過程中，以添加聚合抑制劑如氫醌或吩噻嗪的措施，防止提純過程中液相聚合，已是公認的一種措施。
US3,988,213披露一種方法，採用帶夾套的蒸餾塔，防止乙烯基化合物蒸汽的縮合或聚合。
此外，US3,717,552披露一種蒸餾塔，採用在盤式蒸餾塔的塔壁附近形成開口的方法，使塔壁本身潤溼，可防止乙烯基單體聚合。
但是，要完全地防止易聚合成分在蒸餾或在汽相中蒸汽冷凝或反覆冷凝過程中發生聚合，迄今還沒有達到。
本發明目的在於，提供一種精製含易聚合成分物質如甲基丙烯酸及/或甲基丙烯酸酯的方法，以有效防止該受處理成分在蒸餾塔與換熱器間連接管線的汽相中聚合，從而可有效完成精製過程，以及提供用於該方法的設備。
本發明人經研究並由此發現，在蒸餾甲基丙烯酸及/或甲基丙烯酸酯中，以蒸餾塔支撐直立管殼式換熱器和使其相互連接的蒸汽管線與蒸餾塔的直立殼體部分分開，或將冷凝器直接支撐於蒸餾塔頂或將再沸器置於該蒸餾塔的底部，以減少其汽相容積，可防止被蒸餾化合物的聚合。從而完成本發明。
特別是，按照本發明的第一要點，它提供一種利用配備換熱器的蒸餾塔精製及分離含易聚合成分的物質的方法，該方法特徵在於，設定蒸餾塔與換熱器間連接管中的蒸汽線速每秒不低於5米，其停留時間不超過3秒。
按照本發明的第二要點，它可提供一種利用配備換熱器的蒸餾塔精製含易聚合成分的物質的設備，該設備特徵在於，利用冷凝器作為換熱器，並使該冷凝器直接支撐於該蒸餾塔的頂部。
再有，按照本發明的第三要點，它可提供一種利用配備換熱器的蒸餾塔精製含易聚合成分的物質的設備，該設備特徵在於，利用再沸器作為換熱器，並使該再沸器直接裝在該蒸餾塔內的下部，其中再沸器加熱管列之上的蒸汽導管伸進該塔的汽相部分，該加熱管列之外裝有降液管。
如上所述，在利用配備換熱器的蒸餾塔精製及分離含易聚合成分的物質中，本發明通過設定蒸餾塔與換熱器間連接管線中蒸汽的線速每秒不低於5米及停留時間不超過3秒的措施，能夠有效防止含易聚合成分的物質蒸汽的聚合。
此外，利用本發明精製含易聚合成分的物質的設備，可有效地防止含易聚合成分的物質的蒸汽聚合。
通過下述對優選實施方案的描述，本發明上述和其它的目的、特徵及優點都會變得更為明顯。
圖1為說明本發明所用配備換熱器的蒸餾塔的實施例示意流程。
圖2為說明本發明所用蒸餾塔實施例的剖面圖，該塔下段內裝再沸器，塔上段配備冷凝器。
圖3為圖2部分的另一實施方案的部分剖面圖，示出蒸餾塔與冷凝器間(相互)連接管線。
圖4為圖2部分的另一實施方案的部分正面圖，示出在蒸餾塔與冷凝器間的液體管線。
圖5為圖2部分的另一實施方案說明降液管的部分正面圖。
圖6為說明本發明所用的其頂部直接裝冷凝器，下部配再沸器的蒸餾塔實施例的剖面圖，及圖7為圖6部分的另一實施方案的部分剖面圖，示出蒸餾塔與再沸器間(相互)連接管線。
對本發明所用的易聚合成分無特殊限制，但要求是易聚合的，可列舉可聚合乙烯基化合物作為實例。此處所用術語「可聚合乙烯基化合物」包括甲基丙烯腈、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸羥乙基酯、甲基丙烯酸羥丙基酯、甲基丙烯酸縮水甘油酯、甲基丙烯酸甲酯、及甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸N，N-二甲基氨基乙酯，及其混合物。
本發明所用術語「含易聚合成分的物質」指的是一種混合物，優選一種混合的溶液，包括上述易聚合成分及在合成或生成該易聚合成分過程中所產生的副產物。例如，對於丙烯酸或丙烯酸酯的情況，該術語指的是一種丙烯酸及丙烯酸酯的溶液(例如，可參閱JP-A-09-227,445)，其中含有在催化氣相氧化獲取丙烯酸時生成的副產物如醋酸、丙酸、丙烯腈、馬來酸、水及甲醛。而對甲基丙烯酸及甲基丙烯酸酯的情況，該術語指的是一種甲基丙烯酸及甲基丙烯酸酯的溶液(例如，可參閱JP-B-03-24,459)，其中含催化氣相氧化獲取甲基丙烯酸時而生成的副產物如甲基丙烯腈、丙烯酸、醋酸。
對本發明所用蒸餾塔無特別限制，但它應是能有效用於蒸餾含易聚合成分的物質。蒸餾塔的實例可包括一段塔及多段塔或塔柱，如填料塔、板式塔(盤式塔)、溼壁塔及噴淋塔。從防止聚合及塔效率觀點來看，在上述類型的蒸餾塔中，板式塔(多段塔盤的塔柱)，被證明是特別有利的。對蒸餾條件也無特別限制，只要求條件適宜於蒸餾含易聚合成分的物質的目的。從在塔頂使用冷卻水角度來看，塔頂溫度宜在40℃以上的範圍，但另一方面，從處理該含易聚合成分的物質角度看，可在100℃以下的範圍。塔底溫度，從易聚合成分的聚合來看，可在低於150℃的範圍，優選60-100℃，因此按照上述溫度，可以確定塔壓力，回流比為1.2-2.0倍於最小回流比。
本發明所考慮的管-殼式換熱器是用於冷卻從蒸餾塔頂流出的蒸汽及在塔底產生蒸汽。普通類型的管殼式換熱器可用於本發明之目的。用於本發明的術語「管殼式換熱器」指的是冷凝器及再沸器。通常，管殼式換熱器的結構為，筒形殼內裝有一捆許多的細長薄壁傳熱管，通過接觸傳熱管內外壁的流體實現彼此的熱交換，各流體分別從入口引入。一般，設置擋板目的在於使殼側流體最有效地相對於傳熱管進行流動，提高傳熱效率以及固緊傳熱管的位置。從防止聚合角度來看，採用工藝流體走管內的直立管式換熱器最為有利，也包括其它類型換熱器。冷凝器的操作條件與塔的操作條件相當。再沸器的操作條件與該塔的操作條件也相當。
嚴格地說，本發明對蒸餾塔與換熱器間連接管線中或相應的連接管線中的蒸汽線速設定在不低於5米/秒的水平，優選在5-60米秒的範圍，尤其在20-60米/秒的範圍，同時，對連接管線中蒸汽的停留時間設定在不超過3秒(0秒除外)的水平，優選不超過2秒(0秒除外)。這裡所用術語「蒸汽」指易聚合成分的蒸汽，換句話說，汽化易聚合成分，而且該蒸汽中可含諸如氮氣的氣體。該蒸汽的線速是在蒸餾塔處於定常態操作條件下加以測定的，而不包括蒸餾初始及終止步驟下的條件。蒸汽線速指的是，在蒸餾塔與換熱器以連接管線相互連通時，在連接管進口至出口間蒸汽所達到的線速值。當然，蒸餾塔接口至連接管線的距離和換熱器接口至連接管線的距離，要根據本發明所要求達到的接口拆卸條件，儘可能地使之減小。若蒸汽線速低於5米/秒，則黏附於管壁的含易聚合成分的物質肉眼可見。反之，若蒸汽線速超過60米/秒，則過高的速度會帶來增加壓力損失及溫升顯著的缺點。若蒸汽的停留時間超過3秒，過長的時間會導致含易聚合成分的物質黏附於管壁更明顯的缺點。
本發明所考慮的蒸汽線速按下述公式確定線速(m/s)＝蒸汽流量(kg/s)/(蒸汽密度(kg/m3)×連接管線的截面積(m2)。
本發明所考慮的蒸汽線速按下述公式確定停留時間＝G/(H×I)。
其中G表示連接管線管內容積(m3)，H為連接管線內蒸汽線速(m/s)，I為連接管線的管截面積(m2)。
在本發明中，在蒸餾塔與換熱器之間蒸汽跨越距離優選基本為0。這裡所謂「基本為0」指的是要將換熱器裝於蒸餾塔上，也就是說避免採用其它構件或部件作為蒸餾塔與換熱器間的相互連接管線。當換熱器用作為冷凝器時，該措詞指該冷凝器是直接裝在蒸餾塔的頂部。當換熱器用作為再沸器時，該措詞就指將該再沸器直接裝在該蒸餾塔直殼的下部，優選最下部。
藉助塔下部法蘭直接裝於塔內的再沸器是由以下部分所組成其側邊有傳熱介質進出口且上部及下部均被緊密封的筒形容器；許多支傳熱管，安裝於該筒形容器的上端及下端之間，並分別裝配於其垂直的穿透孔中；在該筒形容器的上方裝有一蒸汽導管，使蒸汽出口大致位於該蒸餾塔的中心線的部位；在蒸汽出口之上或上方設置一鬆動蓋，及在加熱管之外裝有一降液管，連通該筒形容器上部及下部。
此外，按照蒸汽分布好及防止其產生溝流的觀點來看，為增強防止聚合作用的另一種方法是，優選使迎著蒸汽流向的、由塔至換熱器管板間連接管的內徑基本保持與換熱器管殼的內徑一致。在此句中，所謂「基本」指按橫截面差計的蒸汽線速不影響對聚合的抑制作用。當然，在這種情況下，最主要的是滿足蒸汽線速及停留時間的條件。
現在，參照附圖對本發明描述於下。
圖1是裝有冷凝器及再沸器的蒸餾塔正面圖。冷凝器由於連接支撐於蒸餾塔直殼上段，減少了連接管線中蒸汽容積，縮短了連接管線內輸送物質的停留時間。再沸器由於連接支撐於蒸餾塔直殼的下部，減少了該連接管線中的蒸汽容積。這裡，可採用直立換熱器作為冷凝器，以直立換熱器作為再沸器，並以普遍所接受的板式塔作為蒸餾塔。在圖1中，將蒸餾塔1出口至冷凝器入口5間的距離減至最短，使連接管線9的汽相容積儘可能地減小。為此，將連接管線9至冷凝器5(管殼式換熱器)置於蒸餾塔直殼外靠近頂部，並支撐於蒸餾塔1上(圖1省略了對蒸餾塔1上固定冷凝器的支撐的說明)。儘管對連接部件或互連管線在形狀上(諸如曲率半徑、彎曲角及偏轉角等因素)沒有特別限制，但優選縮短連接距離，以增強連接效果。具體地說，最好用90°(斜面)彎/肘接頭或短管/變徑管來連接蒸餾塔和冷凝器。可採用任何已知的方法，對連接管線與蒸餾塔或與冷凝器進行連接，如焊接或以法蘭螺栓螺母固定。將含易聚合成分的物質F諸如含雜質的甲基丙烯酸輸送至蒸餾塔1中，蒸餾甲基丙烯酸。由於從蒸餾塔1頂至冷凝器5的連接管線的長度比迄今常用的短，所以可減少連接管線9中含易聚合成分的蒸汽如甲基丙烯酸的聚合。當然，連接管線9中的蒸汽線速必須不小於5米/秒和停留時間不超過3秒。將冷凝器5中經已知冷卻劑如水或冷卻液間接冷卻後的甲基丙烯酸液體用作為回流液R或餾出物D。
再沸器7裝在蒸餾塔1的下部，以連接管線6相互連接。用減小再沸器7出口與蒸餾塔1入口之間的距離至最低的辦法，儘可能減少連接管線6內的蒸汽容積。為此，將再沸器7出口連接至靠近蒸餾塔1底部的直殼上(圖1省略了將再沸器固定在蒸餾塔上的支撐說明)。儘管對連接部件或連接管線在形狀上(諸如曲率半徑、彎曲角及偏轉角等因素)沒有特別限制，但優選的是，縮短連接距離，以增強連接效果。具體的說，最好用90°(斜面)彎/肘接頭或短管/變徑管對蒸餾塔與再沸器進行連接。使蒸餾塔1底部易於聚合的成分如甲基丙烯酸液體流過連接管線2，進入再沸器7。再沸器7中經液體再沸形成的蒸汽通過連接管線6，進入蒸餾塔1汽相部分。在連接管線6中，因為蒸汽的線速不低於5米/秒，停留時間不超過3秒，從而阻止或減輕了該蒸汽的聚合。然後，經連接管線2(B)排放再沸器的塔底物流。可採用任何已知的方法，將連接管線與蒸餾塔或與再沸器連接起來，如通過焊接或法蘭螺栓螺母固定。一般，上述蒸餾塔可採用任何結構的部件支撐(未示出)。
圖2為說明裝配冷凝器及再沸器的蒸餾塔的剖面圖，冷凝器及再沸器二者中均裝有許多傳熱管。冷凝器由於連接支撐於蒸餾塔直殼上部，減小了連接管線的汽相容積，縮短了該成分通過的停留時間，並將自然循環型再沸器裝於蒸餾塔直殼下部。這裡，對冷凝器及蒸餾塔並無特殊限制，但採用眾所周知的設備，諸如直立式換熱器及板式蒸餾塔。在此圖中，圖1中有的類似構件或部件均用類似的參照編號表示。參照圖2，用縮短蒸餾塔1出口至冷凝器5入口的間距至最短的方法，儘可能降低連接管線9的汽相容積。為此，將連接管線9至冷凝器5(管殼式換熱器)引出蒸餾塔直殼靠近頂部，並以蒸餾塔1來支撐(圖2省略了將冷凝器支撐於蒸餾塔上的支撐說明)。儘管對連接部件在形狀上(諸如曲率半徑、彎曲角及偏轉角等因素)沒有特別限制，但優選要縮短連接距離，以增強連接的效果。具體的說，最好用90°(斜面)彎/肘接頭或短管/變徑管將蒸餾塔與冷凝器連接起來。該連接管線與蒸餾塔或與冷凝器的連接，可採用任何已知的方法實現，如焊接或通過法蘭螺栓螺母固定。將含易聚合成分的物質F，諸如含雜質的甲基丙烯酸，輸送至蒸餾塔1中，進行甲基丙烯酸的蒸餾。可減少在連接管線9中含易聚合成分的蒸汽如甲基丙烯酸的聚合，因為從蒸餾塔1頂至冷凝器5的連接管線的長度比迄今常用的短。當然，連接管線9中的蒸汽線速必須不小於5米/秒，停留時間不超過3秒。經冷凝器5用已知冷卻劑如水或冷卻液間接冷卻後的甲基丙烯酸液體可用作回流液R或餾出物D。
再沸器直接安裝於蒸餾塔1內的下部。當蒸餾塔為板式蒸餾塔時，它只能裝在該板式蒸餾塔的最低段以下。上述直接安裝於蒸餾塔下部的再沸器優選由筒形容器8構成，在其橫側有傳熱介質進口14及出口15，且其上部和下部均密封緊密；將許多傳熱管或加熱管11置於該筒形容器8上下端之間，並分別插入其直立鑽孔中；在該筒形容器上方設有一蒸汽導管12，使蒸汽出口17通向蒸餾塔的汽相部分，在蒸汽出口17上面或上方設置一鬆動蓋16，及在加熱管11以外設有一降液管13，使該筒形容器8的上部及下部相連接。
將含易聚合成分的物質F如含雜質的甲基丙烯酸，輸送至蒸餾塔1中，對甲基丙烯酸進行蒸餾。將蒸餾塔1底的含甲基丙烯酸的液體輸送至再沸器加熱管11。這裡，再沸器上隔板以上表面的液體流經降液管13，在加熱管11內呈沸騰狀態上升，形成自然循環。由於蒸汽導管12通向蒸餾塔的汽相部分，不僅可能縮短蒸發區，緩解管內聚合，而且還使循環液量增加，縮短了液體停留時間，抑制了甲基丙烯酸的局部溫升，從而阻止了可聚合成分的聚合。由於沸騰形成的蒸汽上升，穿過蒸汽導管12，進入蒸餾塔1，受到正常蒸餾處理。再沸器加熱管11出口基本由汽液混合物相本身所構成。由於設置了鬆動蓋16及蒸汽導管12，就可能防止蒸餾塔的液體直接進入加熱管11，並減少或消除了再沸器加熱管上表面液體滯留通路的阻力。經傳熱介質入口14引入傳熱介質如水蒸汽，實現上述沸騰加熱，而經換熱後的傳熱介質經出口15放出。然後，塔底物流經出口19(B)放出。由於再沸器是直接安裝於蒸餾塔1中，也由於為匯集再沸器加熱管產生的蒸汽，設置了蒸汽導管12，可使蒸汽線速設定在不低於5米/秒及停留時間不超過3秒的水平，從而可減少再沸器與蒸餾塔1之間的易聚合成分諸如甲基丙烯酸的聚合。
此外，參照編號20是多細孔的塔板，參照編號21為冷卻劑如水的入口，參照編號22為其出口。
圖3為圖2中蒸餾塔與冷凝器間的連接管線另一實施方案的部分剖面圖。在圖3中，(相互)連接管線39如斜接彎頭，是裝在具有塔盤20的蒸餾塔31與具有冷卻劑出口32的冷凝器35之間的，通過法蘭用螺栓螺母固定連接。從改善蒸汽分布及防止其溝流的觀點來看，從塔柱31至冷凝器35管板34，連接管線39的內徑基本上是與冷凝器35殼體內徑徑一致的。
圖4為在冷凝器45和圖2蒸餾塔的R位置之間管線的另一實施方案的部分正面圖。在圖4中，在該管線上裝有一臺泵40，並通過法蘭用螺栓螺母固定。
圖5為圖2降液管的另一實施方案的部分正面圖。在圖5中，降液管53被安裝在帶熱介質再沸器58的蒸餾塔與管線52之間，通過法蘭用螺栓螺母固定，該再沸器上設有傳熱介質入口54及出口55。
上述方法可有效防止含易聚合成分的物質如甲基丙烯酸在連接管線中的聚合。
圖6為一蒸餾塔實施方案的剖面圖，其結構為頂部直接裝有冷凝器，下部橫側連有再沸器，冷凝器及再沸器內都裝有許多傳熱管。這裡，對冷凝器及蒸餾塔無特殊限制，但使用眾所周知的設備，諸如直立式換熱器及板式蒸餾塔。對蒸餾塔與冷凝器可採用眾所周知的部件進行連接，如焊接或通過法蘭用螺栓螺母固定。在本發明的圖中，與圖1所示相似的構件和部件均用類似參照編號表示。參照圖6，直立管殼式換熱器5是直接安裝在蒸餾塔1的頂部3上的。將含易聚合成分的物質F，如含雜質的甲基丙烯酸，輸送至蒸餾塔1，對甲基丙烯酸進行蒸餾。在蒸餾塔1中，易於聚合成分如甲基丙烯酸的蒸汽進入冷凝器5。對進入冷凝器5的易於聚合成分如甲基丙烯酸的蒸汽，採用眾所周知的冷卻劑如水或冷卻液進行間接冷卻，使之冷凝。冷凝所得液體收集於蒸餾塔1上部的集液盤4中，作為蒸餾塔1的回流液R加以回收，並在需要D時進一步加以處理。在集液盤4與冷凝器5之間放一塊帶許多細孔的板，以避免冷凝液直接穿過集液盤4的開口，而進入蒸餾塔1。該板在內壁之間只蓋在集液盤4的開口上。由於冷凝器5直接安裝於蒸餾塔1頂部3，蒸汽線速又按要求被設定不低於5米/秒及停留時間不超過3秒，所以可減少易聚合成分如甲基丙烯酸的蒸汽在蒸餾塔與冷凝器5之間的聚合。
此外，利用(相互)連接管線，將再沸器7安裝於蒸餾塔1的下邊側。這裡，對再沸器無特殊限制，但可採用任何已有技術眾所周知的設備。用減小再沸器7出口至蒸餾塔1入口之間的距離至最短的辦法，儘可能減少連接管線6的汽相容積。為此，將再沸器7出口連接至蒸餾塔1直殼上靠近底部(圖6省略了在蒸餾塔上固定再沸器的支撐的說明)。儘管對連接部件或連接管在形狀上(諸如曲率半徑、彎曲角及偏轉角等因素)沒有特別限制，但優選縮短連接距離，以增強效果。具體的說，最好用90°(斜面)彎/肘接頭或短管/變徑管連接蒸餾塔1與冷凝器5。可採用任何眾所周知的方法，將蒸餾塔1至再沸器7與連接管線6連接起來，如焊接、通過法蘭螺栓螺母固定。使蒸餾塔1底部的易聚合成分如甲基丙烯酸液體流經連接管線2，進入再沸器7。再沸器7中由再沸液體所形成的蒸汽流經連接管線6，進入蒸餾塔1的汽相部分。在連接管線6中，阻止或減輕了該蒸汽的聚合，因為該蒸汽的線速不低於5米/秒，停留時間不超過3秒的水平。再沸器7的塔底物流經連接管線2(B)放出。
此外，參照編號20為多細孔的塔板，參照編號14為加熱介質入口，參照編號15為其出口，參照編號21為冷卻劑如水的入口，參照編號22為其出口。
圖7為圖6中蒸餾塔與再沸器之間(相互)連接管線的另一實施方案的部分剖面圖。在圖7中，(相互)連接管線76諸如斜接彎頭是安裝在有塔盤20的蒸餾塔71與有傳熱介質入口74的再沸器77之間的，通過法蘭螺栓螺母固定。從蒸汽分布好及防止產生溝流的觀點來看，從塔柱71至再沸器77的管板78，連接管線76的內徑基本是與再沸器殼體的內徑一致的。
如上所述，該連接管線中含易聚合成分的物質如甲基丙烯酸的聚合可以得到有效防止。按照上述同樣的方法，也可有效地防止含易聚合成分的物質如甲基丙烯酸酯的聚合。
至於對將冷凝器安裝於蒸餾塔上部直殼上和將再沸器安裝於該蒸餾塔內部的下段直殼上的原因、將冷凝器安裝於蒸餾塔上段直殼上和將再沸器直接安裝於蒸餾塔下部的原因、以及將冷凝器直接安裝於蒸餾塔頂部和將再沸器直接安裝於蒸餾塔下段直殼的原因，均已作了說明。勿須以這些原因對本發明加以限制。這些冷凝器及再沸器可以單個使用，或任意組合地加以使用。
按照上述結構，有可能縮短蒸餾塔與換熱器間路徑的距離至基本接近於零，或設定在蒸餾塔與換熱器之間的連接管線中蒸汽線速不低於5米/秒及停留時間不超過3秒的水平。因此，甚至在連續長期蒸餾含丙烯酸、醋酸、丙酸、丙烯腈、馬來酸及/或甲醛的液體混合物時，由於停留時間的緣故，在通過該液體混合物的連接管件上實際證實沒有出現聚合物黏附的跡象。實施例現在參照實施例對本發明更具體描述於下。但是，本發明並非受下述實施例的限制。實施例1採用經測定內徑為1100mm的蒸餾塔精製丙烯酸，塔中裝有50塊不鏽鋼(SUS316)篩板。此蒸餾連續進行一周，加料液體為98％(重量)的丙烯酸及2％(重量)的醋酸，蒸餾條件為塔頂壓力53.3hPa(40mmHg)(絕)、塔頂溫度63℃、塔底壓力120hPa(90mmHg)(絕)、塔底溫度84℃及回流比為7。(在連續操作結束時，塔底產物中丙烯酸達99.95％)。冷凝器(直立管殼式換熱器)通過蒸汽管線與蒸餾塔相連接，並以靠近蒸餾塔頂部的直殼上的結構(未示出)和以法蘭連接管加以支撐。在此例中，蒸汽管線中的蒸汽線速達20m/s，停留時間為0.1秒。(停留時間按前述公式確定停留時間＝G/(H×I)＝2.1/(20×1.1)＝0.1)。塔頂至冷凝器間的壓力損失在蒸餾過程中保持不變。打開蒸餾塔，肉眼觀測內部，蒸餾塔頂至冷凝器間的管表面上沒有聚合物黏附的跡象。
此外，再沸器通過蒸汽管線與蒸餾塔相連接，並以用靠近塔底部的直殼及法蘭連接管的結構加以支撐。這裡，蒸汽管線通向蒸餾塔的汽相部分。在該蒸汽管線中，蒸汽線速達約40m/s，停留時間為0.1秒(G/(H×I)＝1.2/(40×0.3)＝0.1)。打開該塔，肉眼觀察其內部，再沸器蒸汽管線內沒有聚合物黏附的跡象。對照例1按照實施例1的下述程序同時引出通過塔頂的塔頂蒸汽，利用安裝在一種結構上的冷凝器(塔頂蒸汽停留時間為3.5秒)和固定在一種結構上的再沸器(停留時間為3.2秒)進行蒸餾。(這些停留時間用上述公式確定；冷凝器中的停留時間＝(G/(H×I)＝77/(20×1.1)＝3.5和再沸器中的停留時間＝38/(40×0.3)＝3.2)。
在蒸餾過程中，塔頂至冷凝器間的壓力損失在一周之內達2mmHg。停止操作後，打開蒸餾塔，肉眼觀測其內部證實，從蒸餾塔頂至冷凝器管板的連接管線中約有100升聚合物生成。塔底壓力損失未增大。打開塔用肉眼觀察其內部證實，在再沸器蒸汽管線內有約130升的聚合物生成。實施例2(將再沸器直接安裝於蒸餾塔內的下部的實例)採用經測定內徑為1400mm的蒸餾塔精製丙烯酸，塔中裝有10塊不鏽鋼篩板。蒸餾連續進行三周，加料液體為99％(重量)的丙烯酸及1％(重量)的包括二聚物或丙烯酸雜質，其蒸餾條件為塔頂壓力46.7hPa(35mmHg)(絕)、塔頂溫度63℃及回流比為0.3。(在連續操作結束時，經分析其頂部丙烯酸達99.95％)。
再沸器為自然循環型，在加熱管外部設有降液管，還有直接安裝於蒸餾塔內的蒸汽導管，導管開口通向該塔汽相部分。在打開蒸餾塔後，肉眼觀測其內部，證實無聚合物黏附的跡象。實施例3(將冷凝器直接裝於蒸餾塔頂部的實例)將冷凝器通過法蘭安裝在蒸餾塔頂並按照實施例1的程序進行蒸餾。蒸餾持續進行兩周。(在運轉結束時，經分析其塔底丙烯酸達99.95％)。打開蒸餾塔，肉眼檢測其內部，證實蒸餾塔頂部及冷凝器內無聚合物黏附的跡象。實施例4採用經測定內徑為1200mm的蒸餾塔精製丙烯酸2-乙基己基酯，塔中裝有20塊不鏽鋼篩板。
蒸餾連續進行三周，加料液體為98.5％(重量)的丙烯酸2-乙基己基酯及1.5％(重量)的高沸點雜質，蒸餾條件為塔頂壓力26.7hPa(20mmHg)(絕)、塔頂溫度107℃及回流比為0.4。冷凝器(直立管殼式換熱器)通過蒸汽管線與蒸餾塔相連接，並通過一種結構(未示出)將其支撐在靠近蒸餾塔頂部的直殼和法蘭連接管線上，該塔內徑與冷凝器的一致。在此例中，蒸汽管線中蒸汽線速為22m/s，停留時間達0.09秒。(停留時間用上述公式確定停留時間＝G/(H×I)＝0.39/(22×0.2)＝0.09)。塔頂至冷凝器間的壓力損失在蒸餾過程中保持不變。打開蒸餾塔，肉眼檢測其內部，蒸餾塔頂至冷凝器的管表面上未見聚合物黏附。
此外，將再沸器用蒸汽管線與蒸餾塔相連接，並利用靠近塔底部的直殼及法蘭連接管線的一種結構加以支撐(未式出)，其中蒸汽管線的內徑與再沸器的一致。這裡，該蒸汽管線伸進蒸餾塔的汽相部分。在該蒸汽管線中，蒸汽線速達約11m/s，停留時間為0.06秒(G/(H×I)＝0.11/(11×0.16)＝0.06)。打開該塔，肉眼觀察其內部，再沸器的蒸汽管線內無聚合物黏附跡象。
權利要求
1.一種在配備換熱器的蒸餾塔中蒸餾及分離含易聚合成分的物質的方法，其特徵在於將蒸餾塔與換熱器間至少一條的連接管線中的蒸汽線速設定不低於5米/秒和該連接管線中的蒸汽停留時間不超過3秒的水平。
2.按照權利要求1的方法，其特徵在於該換熱器是直立管殼式換熱器，並支撐於蒸餾塔上。
3.按照權利要求1或2的方法，其特徵在於連接該換熱器的蒸汽連接管線安裝於該蒸餾塔的直殼部分上。
4.按照權利要求1-3中任一項的方法，其特徵在於該換熱器包括至少冷凝器及再沸器兩部分。
5.按照權利要求1-4中任一項的方法，其特徵在於該換熱器屬於冷凝器，直接安裝於該蒸餾塔的頂部。
6.按照權利要求1-5中任一項的方法，其特徵在於該換熱器屬於再沸器，該再沸器直接安裝於該蒸餾塔內的下部，其中設在再沸器加熱管列之上的蒸汽導管通向該塔汽相部分，加熱管列之外設有降液管。
7.按照權利要求1的方法，其特徵在於對著蒸汽流的連接管的內徑與該換熱器殼體內徑一致。
8.按照權利要求1-7中任一項的方法，其特徵在於該易聚合成分是甲基丙烯酸及/或甲基丙烯酸酯。
9.一種在配備換熱器的蒸餾塔中對含易聚合成分的物質進行精製的設備，其特徵在於用作冷凝器的換熱器，而該冷凝器直接安裝於蒸餾塔的頂部。
10.一種在配備換熱器的蒸餾塔中對含易聚合成分的物質進行精製的設備，其特徵在於用作再沸器的換熱器，而該再沸器直接安裝於蒸餾塔內的下部，其中設在再沸器加熱管列之上的蒸汽導管通向該塔的汽相部分，而在加熱管列之外設有降液管。
全文摘要
公開了一種精製易聚合成分同時防止含易聚合成分的物質發生聚合的方法及用於此方法的設備。用於精製和分離該含易聚合成分的物質的該方法及設備,採用了配備換熱器的蒸餾塔,並設定蒸餾塔與換熱器間連接管內的蒸汽線速不低於5米/秒和蒸汽停留時間不超過3秒水平。
文檔編號C07C57/07GK1269351SQ00104968
公開日2000年10月11日 申請日期2000年4月5日 優先權日1999年4月5日
發明者西村武, 松本行弘 申請人:株式會社日本觸媒