CN116438379A - 通过泵输送含有（甲基）丙烯酸单体的液体 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种通过泵P运输液体F的方法，其中液体F包括至少10％(重量)的(甲基)丙烯酸单体，泵P具有泵空间(3)，所述泵空间(3)包括用于运输液体F的至少一个运输元件(4)，运输元件(4)被连接至驱动轴(6)，以这种方式所述驱动轴(6)能够将扭矩传递至运输元件(4)上，所述驱动轴由泵空间(3)中的至少两个滑动轴承(5)支承，所述滑动轴承(5)由碳化钨制成。
Description
本发明涉及一种通过泵P运输液体F的方法，其中液体F包括至少10％(重量)的(甲基)丙烯酸单体，泵P具有泵空间(3)，所述泵空间(3)包括用于运输液体F的至少一个运输元件(4)，所述运输元件(4)被连接至驱动轴(6)，以这种方式所述驱动轴(6)能够将扭矩传递至运输元件(4)，所述驱动轴由所述泵空间(3)中的至少两个滑动轴承(5)支承，并且所述滑动轴承(5)由碳化钨制成。
在本文中，(甲基)丙烯酸单体的表达被用作“丙烯酸单体和/或甲基丙烯酸单体”的缩写。
丙烯酸单体的表达在本文中被用作丙烯酸、丙烯酸酯和/或丙烯腈的缩写。
甲基丙烯酸单体的表达在本文中被用作甲基丙烯酸、甲基丙烯酸酯和/或甲基丙烯腈的缩写。
特别是，在本文中讨论的(甲基)丙烯酸单体旨在包含以下(甲基)丙烯酸酯：丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸正丁酯、丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯和甲基丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯。
(甲基)丙烯酸单体是用于制备例如被用作粘合剂的聚合物的重要起始化合物。
工业上主要通过将合适的C3/C4前体化合物催化气相氧化来制备(甲基)丙烯酸，特别是丙烯和丙烷(在丙烯酸的情况下)以及异丁烯和异丁烷(在甲基丙烯酸的情况下)。不仅丙烯、丙烷、异丁烯和异丁烷，其他含有3或4个碳原子的化合物(例如异丁醇、正丙醇或异丁醇的甲基醚)都适合作为起始材料。
通常获得一种产物气体混合物(参见例如DE 102 24 341 A)，要通过吸收法、精馏法、萃取法和/或结晶法将(甲基)丙烯酸从该产物气体混合物中分离出来。以类似的方式，(甲基)丙烯腈可通过催化氨氧化上述C3/C4前体化合物，随后从产物气体混合物中分离获得。
(甲基)丙烯酸酯可通过例如(甲基)丙烯酸直接与相应的醇反应获得。然而，在这种情况下，首先获得产物混合物，要通过精馏和/或萃取将(甲基)丙烯酸酯从该产物混合物中分离出来。
尤其与上述分离有关，以近乎纯净形式或以溶液(在本文中一般称为包括(甲基)丙烯酸单体的液体F)输送/运输(甲基)丙烯酸单体有时是必要的。
这里的溶剂可以是水性溶剂或有机溶剂。在本发明的背景下，溶剂的具体类型基本上不重要。要运输的溶液中(甲基)丙烯酸单体的含量可以是≥20％(重量)，或≥40％(重量)，或≥60％(重量)，或≥80％(重量)，或≥90％(重量)，或≥95％(重量)，或≥99％(重量)。
在该运输过程中，必须克服高度差和/或流动阻力。这只能通过向要运输的液体引入能量来实现。这通常通过流动机器(也称为泵)来实现。
Ullmanns
der technischen Chemie，第4版，第3卷，第155至184页，Ver-lag Chemie 1973，描述了一些可用于运输液体的泵。然而，并不是每一种泵都适用于运输含有(甲基)丙烯酸单体(例如，近乎纯净形式或溶液的这种(甲基)丙烯酸单体)的液体F。这是由于(甲基)丙烯酸单体首先从毒理学的角度来看并非完全没有问题，其次是(甲基)丙烯酸单体很容易通过加热发生自由基聚合。
因此，要使用的泵应使得其没有任何意外的液体F流出位置，即泄漏点，该液体F包括至少一种(甲基)丙烯酸单体并且要从预期的入口和出口运输出去。然而，它同时应防止(甲基)丙烯酸单体在机械压力部件(例如驱动轴的轴承)上发生不期望的自由基聚合。
因此，DE 102 28 859A在其图1中建议使用一种运输泵来运输包括至少一种(甲基)丙烯酸单体的液体F，该运输泵包括泵空间(3)、驱动空间(5)以及将泵空间和驱动空间彼此分离的分离空间(4)，其中所述分离空间(4)充满了阻隔介质(barrier medium)，所述驱动轴在所述泵空间(3)内没有轴承(8)，所述分离空间(4)中的阻隔介质的压力大于所述泵空间(3)中的压力并大于所述驱动空间(5)中的压力。
本发明的目的是提供一种新方法，该新方法用于通过运输泵运输包括至少一种(甲基)丙烯酸单体的液体F，同时防止(甲基)丙烯酸单体在机械压力部件(例如驱动轴的轴承)上发生不期望的自由基聚合。
因此，我们找到了一种用于通过泵P运输液体F的方法，其中所述液体F包括至少10％(重量)的(甲基)丙烯酸单体，泵P具有泵空间(3)，泵空间(3)包括用于运输液体F的至少一个运输元件(4)，液体F以进入能量被进给至泵空间(3)中，液体F以流出能量离开泵空间(3)，该流出能量大于进入能量，运输元件(4)被连接至驱动轴(6)，以这种方式所述驱动轴(6)能够将扭矩传递至运输元件(4)，所述驱动轴由泵空间(3)中的至少两个滑动轴承(5)支承，其中所述滑动轴承(5)由碳化钨制成。
括号内的附图标记与本文的图1有关，该图1示出了根据本发明使用的泵P的示意图描述。附图标记(1)和(2)分别表示液体F进入或离开泵P的进入点和流出点。
液体F优选地包括至少60％(重量)，特别优选地至少80％(重量)，非常特别优选地至少90％(重量)的(甲基)丙烯酸单体。
优选的(甲基)丙烯酸单体是丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸4-羟基丁酯和丙烯酸环己酯。
液体的温度优选为10℃至120℃，特别优选为40℃至100℃，非常特别优选为50℃至90℃。
液体F有利地包括聚合抑制剂，例如对苯二酚单甲醚、吩噻嗪、4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧化物、对苯二酚和N,N‘-二仲丁基对苯二胺。液体F中的聚合抑制剂的量优选为0.001％至1％(重量)，特别优选为0.003％至0.3％(重量)，非常特别优选为0.01％至0.1％(重量)。
为了本发明的目的，优选的泵P是离心泵和侧通道泵。
与根据位移原理运行的往复式活塞泵和回转式活塞泵不同，离心泵和侧通道泵是根据动态原理运行的。功以动能的形式从旋转的叶轮(连接至驱动轴的运输元件)传递至要运输的液体F。在叶轮之后，动能主要在定子和/或螺旋壳体中被转换回静压(压力能，能量守恒定律)。原则上，叶轮是一个简单的盘状物，叶片被附接至该盘状物。
叶片形成叶片通道，由于周长的增加，该叶片通道的横截面通常从内到外大幅增加。相同量的待运输液体F——由于可流入叶轮中间——能够通过这些叶片通道被甩出去。因此，与活塞泵相比，待运输液体F在离心泵和侧通道泵的运行期间不断流动。
与开放式叶轮相比，也可以使用封闭式叶轮。叶片通道在这里被中间具有开口的第二盘状物简单覆盖。
叶片的曲率通常就像水滴落在盘状物的中间时，作同速转动的观察者所见到的水滴在旋转的圆形光滑盘状物上的自然路径。这种叶片形状被称为“后弯”叶片。然而，原则上也可以使用稍微前弯的叶片，也可以使用螺旋状叶片，即本质上扭曲、后弯的叶片，其前缘伸入叶轮入口，像船的螺旋桨一样捕获液体F。
离心泵(离心泵空间)包括泵壳和叶轮，该叶轮在泵壳中旋转并配有叶片。液体F通过吸入口轴向进入。它被离心力径向向外转移，并以这种方式被叶轮加速到高速。泵壳的任务是收集来自所有叶片通道的液体F，以便它可以全部通过压力出口被进一步输送。然而，泵壳同时还具有将液体F的动能转换为压力的任务。这一般是通过利用以下事实来实现的：横截面的扩大降低了液体F的速度，并因此带来了压力的增加。为了增加横截面，泵壳的两种结构设计是常见的。在单级泵或最后一级后面的多级离心泵的情况下，经常采用螺旋壳体。这包含了螺旋形式的叶轮。横截面在压力出口的方向上变宽。流过的液体F从而减慢，这意味着同时增加了压力。
特别是在多级泵的情况下，也使用固定定子代替螺旋。定子被安装在泵壳中，并被配置为环形空间。它包围叶轮。导向叶片被布置在定子中，以形成不断向外加宽的通道。在这个实施方案中，液体F没有直接被甩入泵壳，而是首先流过定子的叶片通道。由于在流动方向上的变宽，流速再次减慢，从而增加压力。定子通道的方向通常与叶轮通道的方向相反，并且在定子的内圆周上与被运输液体从叶轮流出速度的方向相对应。定子的另一个任务是，在两级离心泵的情况下，收集液体F并将其引导到第二级的入口。
当然，也可以采用定子和螺旋壳体的组合。这意味着液体F首先被收集在定子中，然后它可以进入螺旋壳体中。
根据叶轮的形状以及由此液体F的流出方向，可以区分为径向泵、半轴泵(也被称为斜轮或螺旋轮)和轴向泵(旋桨泵)。
然而，本发明方法的泵空间也可以配置为多级离心泵，如在Pumpen in derFeuerwehr,Part 1,Einführung in die Hydromechanik,Wirkungsweise derKreiselpumpen,4th edition 1998,Verlag W.Kohlhammer,Berlin中所描述的那样。为了本发明的目的，优选的是单级离心泵。
在侧通道泵空间的情况下，具有开放叶片的狭窄叶轮在壳体内旋转，在该壳体中不仅有叶片，还有侧通道围绕着圆周的主要部分延伸。要运输的液体不进入轴线内，而是通过狭缝从端面进入叶片腔，已经存在于腔内的液体同时被离心力向外驱动。在叶片末端的区域，流在壳体壁上被转移到侧通道，在那里它沿着螺旋状的路径，经过一段距离后重新进入叶轮。对于从吸入口到压力口的液体颗粒来说，取决于生产量，这个过程要重复例如10到50次。在叶片腔中，液体不仅在径向方向上被加速，而且还被加速至轮的周向速度。在这个周向速度和叠加在其上的循环速度下，液体颗粒从叶轮进入侧通道。沿着进一步的螺旋状路径，循环分量因与壁的摩擦仅略微变慢，而周向分量则大大变慢，基本上只是压力增加的结果。由此产生的流的动能损失在叶轮中不时得到补偿。
侧通道泵的效率比离心泵低，但产生的运输压力更大。
驱动轴(6)可以通过磁力耦合器或罐封式马达驱动。
磁力耦合器利用联轴器的两个半部的永久磁体之间的吸引力和排斥力，提供无接触和无滑移的扭矩传输。在联轴器的两个装有磁体的半部之间存在间隙管，该间隙管将产品空间与周围环境分开。
罐封式马达是一种电动马达，其中转子和定子被间隙管分开。该间隙管位于马达的定子和转子之间的间隙中。
在根据本发明使用的泵P中，驱动轴(6)完全位于泵空间(3)内。这样就不需要在驱动轴(6)和泵空间(3)之间设置密封。然而，驱动轴(6)必须使用滑动轴承(5)安装在泵空间(3)内。
在本文中，术语滑动轴承一般是指用于支撑或引导机械部分的机械元件，这些机械部分彼此相对运动，并承受所产生的力并将其传递至壳体、部件或基础上。
在滑动轴承中，彼此相对运动的两个部分彼此相对滑动抵抗由于滑动摩擦产生的阻力。为了在泵业中使用，陶瓷材料经常被用于滑动轴承。
本发明是基于这样的认识：经常被用作滑动轴承的材料的碳化硅会促进不期望的(甲基)丙烯酸单体聚合。另一方面，当使用碳化钨用于此目的时，这种影响不会发生。
碳化钨可以直接由元素制备。在这里，碳原子占据钨的晶格点之间。
实施例
实施例1(不是根据本发明)
通过分子氧对丙烯进行两级催化气相氧化，制备了具有以下成分的气态产物气体混合物：
9.84％(重量)的丙烯酸、
0.4％(重量)的乙酸、
4.4％(重量)的水、
0.11％(重量)的丙烯醛、
0.21％(重量)的甲醛、
0.07％(重量)的顺丁烯二酸酐，以及
丙酸、糠醛、丙烷、丙烯、氮气、氧气和碳氧化物按重量平衡至100％。
这种气态产物气体混合物在喷雾冷却器(直接冷却器，淬灭)中通过喷洒粗丙烯酸(4000I/h)进行冷却(粗丙烯酸的温度为95℃；用于直接冷却的粗丙烯酸包括初始浓度为1.1％(重量)的水和0.1％(重量)的酚噻嗪作为聚合抑制剂)。用于淬灭的粗丙烯酸通过循环泵经由热交换器循环，并不时地回到95℃。
使用MKP 32-160型离心泵(CP-Pumpen AG,Zofingen,Switzerland)作为用于淬灭的循环泵。泵空间和驱动空间被金属壁隔开。泵空间的驱动是经由磁力耦合器实现的。驱动轴使用由碳化硅制成的滑动轴承水平地安装在泵空间中。
包含要分离的丙烯酸的冷却后的气体混合物离开喷雾冷却器，从最下面的托盘下方被进给至精馏塔，该精馏塔配备有27个泡罩塔板，塔顶部处有喷雾冷凝器。塔顶部处的温度为20℃，并且精馏塔底部处的温度为90℃。
在喷雾冷凝器中获得的主要由水组成的冷凝液被排出，并且在加入0.03％(重量)的对苯二酚并在热交换器中冷却后，作为温度为17℃的喷雾液经由喷雾冷凝器返回到最上面的塔盘作为回流。回流比为4。
将精馏塔底部处获得的粗丙烯酸部分排出(430g/h)，部分(250g/h)在加入0.1％(重量)的吩噻嗪以抑制聚合后在塔的第13盘(从底部算起)上再循环到精馏塔，部分(约15I/h)首先通过热交换器输送，然后以100℃的温度再循环到塔的第z盘(从底部算起)以设定塔温。
在塔底部获得的另一部分粗丙烯酸在水平调节下以102℃的温度经由淬灭前的热交换器进给至淬灭，以达到淬灭中液体平衡的目的。
排出的粗制丙烯酸包括97.2％(重量)的丙烯酸、1.6％(重量)的乙酸、0.024％(重量)的丙酸、0.4％(重量)的马来酸、0.005％(重量)的丙烯醛、0.02％(重量)的糠醛和1.2％(重量)的水，以及0.05％(重量)的吩噻嗪和0.03％的对苯二酚。
在不到10小时的运行时间内，离心泵已经由于聚合物的形成而堵塞。
实施例2(根据本发明)
重复实施例1的程序。以由碳化钨制成的滑动轴承代替由碳化硅制成的滑动轴承。该过程可以不间断地运行。
实施例3
将1％(重量)的碳化硅(SiC)或1％(重量)的碳化钨(WC)悬浮在用200ppm的对苯二酚单甲醚(MEHQ)稳定的商用丙烯酸中，在每种情况下都在80℃下储存4小时。测定之前和之后的对苯二酚单甲醚(MEHQ)浓度。
表1：在80℃储存之前和之后的MEHQ含量
在存在碳化硅的情况下，聚合抑制剂很快就被消耗掉了。
实施例4
将1％(重量)的碳化硅(SiC)或1％(重量)的碳化钨(WC)悬浮在用200ppm的对苯二酚单甲醚(MEHQ)稳定的商用丙烯酸中。将0.5ml各自的混合物放入1.8ml的安瓿中，并在120℃的对流干燥箱中储存。
在每个测试系列中，每种混合物都装满三个安瓿并测试，目测评估完成聚合的平均时间。
表2：120℃下的聚合
碳化硅的不稳定性明显比碳化钨强。
Claims (15)
1.一种通过泵P运输液体F的方法，其中液体F包括按重量计至少10％的(甲基)丙烯酸单体，泵P具有泵空间(3)，所述泵空间(3)包括用于运输液体F的至少一个运输元件(4)，液体F以进入能量被进给至泵空间(3)中，液体F以流出能量离开泵空间(3)，该流出能量大于进入能量，运输元件(4)被连接至驱动轴(6)，以这种方式所述驱动轴(6)能够将扭矩传递至运输元件(4)，所述驱动轴由泵空间(3)中的至少两个滑动轴承(5)支承，其中所述滑动轴承(5)由碳化钨制成。
2.根据权利要求1所述的方法，其中液体F包括按重量计至少60％的(甲基)丙烯酸单体。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中液体F包括按重量计至少90％的(甲基)丙烯酸单体。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中(甲基)丙烯酸单体是丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸4-羟基丁酯或丙烯酸环己酯。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中液体F的温度为10℃至120℃。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其中液体F的温度为50℃至90℃。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的方法，其中液体F包括聚合抑制剂。
8.根据权利要求7所述的方法，其中聚合抑制剂是对苯二酚单甲醚、吩噻嗪、4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧化物、对苯二酚或N,N‘-二仲丁基对苯二胺。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的方法，其中液体F包括按重量计0.001％至1％的聚合抑制剂。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的方法，其中液体F包括按重量计0.01％至0.1％的聚合抑制剂。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的方法，其中向驱动轴(6)的力传递是通过磁力耦合器或罐封式马达实现的。
12.一种带有液体F的泵P，其中所述液体F包括按重量计至少10％的(甲基)丙烯酸单体，泵P具有泵空间(3)，泵空间(3)包括用于运输液体F的至少一个运输元件(4)，液体F以进入能量被进给至泵空间(3)中，液体F以流出能量离开泵空间(3)，该流出能量大于进入能量，运输元件(4)被连接至驱动轴(6)，以这种方式所述驱动轴(6)能够将扭矩传递至运输元件(4)，所述驱动轴由泵空间(3)中的至少两个滑动轴承(5)支承，其中所述滑动轴承(5)由碳化钨制成。
13.根据权利要求12所述的泵P，其中向驱动轴(6)的力传递是通过磁力耦合器或罐封式马达实现的。
14.用于运输液体F的泵P的用途，其中液体F包括按重量计至少10％的(甲基)丙烯酸单体，泵P具有泵空间(3)，泵空间(3)包括用于运输液体F的至少一个运输元件(4)，液体F以进入能量被进给至泵空间(3)中，液体F以流出能量离开泵空间(3)，该流出能量大于进入能量，运输元件(4)被连接至驱动轴(6)，以这种方式所述驱动轴(6)能够将扭矩传递至运输元件(4)，所述驱动轴由泵空间(3)中的至少两个滑动轴承(5)支承，其中所述滑动轴承(5)由碳化钨制成。
15.根据权利要求14所述的用途，其中向驱动轴(6)的力传递是通过磁力耦合器或罐封式马达实现的。
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