CN1182098C - 用于可聚合有机化合物的精制装置及精制方法 - Google Patents

Abstract

装备一种蒸馏塔，使在塔盘支撑件(如支撑环)的一个部分中形成能使含可聚合有机化合物的液体从塔盘支撑件向下流动的孔，从而避免液体在塔盘支撑件上的实质性滞留。因此，该液体(如粗丙烯酸)能平稳地从塔盘的表面和塔盘支撑件上向下流动，由此造成液体无实质性滞留。其结果是，当液体保留在塔盘表面和塔盘支撑件上并因此被加热而倾向于发生的聚合反应被有效地抑制了，并且可聚合有机化合物得以高效率地精制。

Description

用于可聚合有机化合物的精制装置及精制方法

本发明涉及用于可聚合有机化合物的一种精制装置和一种精制方法。特殊地，本发明涉及一种精制装置和一种精制方法，采用这种精制装置和精制方法，象丙烯酸或甲基丙烯酸这样的可聚合有机化合物(容易聚合的有机化合物)可由蒸馏或其他方法、通过有效避免可聚合有机化合物的聚合来被有效地精制。

通常，精制象丙烯酸或甲基丙烯酸这样的可聚合有机化合物(一种易聚合的有机化合物)，例如在存在聚合抑制剂的情况下，采用蒸馏装置将其蒸馏，从而将其转化为产品，这在工业领域已被广泛使用。

当采用常规的蒸馏装置对可聚合有机化合物进行蒸馏时，该可聚合有机化合物实际上以液体的形式滞留在蒸馏装置的蒸馏装置构件(例如，塔盘支撑件)的表面上。因此，该滞留的液体，即可聚合有机化合物，通过例如热的施加而被聚合了。其结果是形成了聚合物。

因此，在蒸馏装置中，在一个预定的位置提供了一个粗滤器，使得该聚合物从蒸馏装置排出的可聚合有机化合物中除去。除此之外，蒸馏装置的操作处于定期间断的状态，用来拆卸和检查蒸馏装置，以便洗去粘在蒸馏装置内表面的聚合物。

然而，因为在常规蒸馏装置中生成了大量的可聚合有机化合物的聚合物，不得不频繁地清洗粗滤器和蒸馏装置。简而言之，这种常规的蒸馏装置有这样的缺点，即要有效地精制可聚合有机化合物是不可能的。

因此，对精制装置和精制方法就有了这样的要求，即，当通过蒸馏或其他方法对可聚合物有机化合物进行精制时，可聚合有机化合物的聚合反应被有效地避免，从而使得精制能高效率地进行。

本发明的发明人急切地研究了能高效率地精制可聚合有机化合物的精制装置和精制方法。其结果，发现通过对在精制装置内的精制构件上含可聚合有机化合物的液体实质性滞留的控制，该可聚合有机化合物的聚合反应就被有效地抑制了，由此该可聚合有机化合物的精制得以高效率地进行。另外，还发现，为了控制液体的实质性滞留，一个使液体从该构件向下流动的液体通过部件可被设置在该精制装置内部的精制装置构件内。本发明正是基于这样的发现而完成的。

本发明的第一个目的是提供一种精制装置，用该精制装置，当可聚合有机化合物通过蒸馏或其他方法被精制时，可聚合有机化合物的聚合反应被有效地避免了，使得精制得以高效率地进行。

为达到该第一个目的，本发明的一种用于精制可聚合有机化合物的精制装置的特征在于包括：一个液体通过部件，该部件设置在该精制装置内部的精制装置构件内，该液体流经部件使得含该可聚合有机化合物的液体从该构件向下流动，以避免该液体在该构件上的实质性滞留。

采用上述的方案，使得含可聚合有机化合物的液体平稳地经该液体通过部件从该构件向下流动，由此，导致在该构件上没有液体的实质性滞留。其结果是，当液体滞留在该构件表面因而被加热而倾向于发生的聚合反应被有效地抑制了。因此，该液体，即，该可聚合有机化合物的高效率精制得以保证。

本发明的第二个目的是提供一种精制方法，采用这种精制方法，当可聚合有机化合物通过蒸馏或其他方法被精制时，可聚合有机化合物的聚合反应被有效地避免了，从而使得高效率的精制得以进行。

为了达到上述第二个目的，本发明提供了一种用于精制可聚合有机化合物的精制方法，该方法使用了一种精制装置，该精制装置装有一种其中形成了一个液体通过部件的构件，该方法的特征在于包括这样的步骤，即，使含该可聚合有机化合物的液体经该液体通过部件从该构件向下流动，从而避免该液体在该构件上的实质性滞留。

采用上述方法，使得当液体滞留在该构件表面因而被加热而倾向于发生的聚合反应被有效地避免了，其结果是，该液体，即，可聚合有机化合物能被高效率地精制。

为了全面地了解本发明的性质和优点，应参考附图对下面的详细描述进行引证。

附图简要说明如下：

图1是显示安装有蒸馏塔作为本发明精制装置的可聚合有机化合物的生产装置构成的示意图。

图2是显示作为蒸馏塔内蒸馏塔构件的塔盘支撑件的主要部件之构成的侧视图。

图3是显示蒸馏塔内主要部件之构成的剖面图。

图4是显示塔盘支撑件的主要部件构成的平面图。

图5是显示塔盘支撑件的主要部件构成的剖面图。

图6是显示塔盘支撑件的另一个主要部件构成的平面图。

图7是显示塔盘支撑件的再一个主要部件构成的平面图。

本发明的可聚合有机化合物是具有如下特征的有机化合物，即，这些有机化合物易于通过例如施加热量而被聚合。这些可聚合有机化合物的实例包括：不饱和的羧酸，如，丙烯酸、和甲基丙烯酸(以后将这两种统称为(甲基)丙烯酸)；上述不饱和羧酸的烷基酯，如，(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯和(甲基)丙烯酸环己酯；上述不饱和羧酸的羟基烷基酯，如，(甲基)丙烯酸羟乙酯和(甲基)丙烯酸羟丙酯；上述不饱和羧酸的二烷基氨基烷基酯，如，(甲基)丙烯酸二甲基氨基乙酯和(甲基)丙烯酸二乙基氨基乙酯；上述不饱和羧酸的烷氧基烷基酯，如(甲基)丙烯酸甲氧基乙酯和(甲基)丙烯酸乙氧基乙酯；上述不饱和羧酸的缩水甘油酯；含乙烯基的化合物，如，丙烯腈、苯乙烯和乙酸乙烯酯；和二烯属化合物，如丁二烯、异戊二烯和氯丁二烯。但是，在这些可聚合有机化合物中并没有哪个特定的化合物是本发明特别优选的。

本发明的精制方法涉及可聚合有机化合物的(1)蒸馏，(2)扩散，或(3)吸收。这里，蒸馏是指通过利用组分之间蒸气压的差别将液体形态的混合物分离成各个组分。作为蒸馏的具体方法，有简单蒸馏、多级蒸馏、共沸蒸馏、水蒸汽蒸馏等，在本发明中没有哪个特定的方法是特别优选的。扩散是指从溶液中排除(除去)构成溶液(溶解在溶剂中)的至少一种组分，其是通过将溶液与不含这种组分的气体接触来进行的。吸收是指使气态混合物的至少一种组分在一种溶剂中溶解(吸收)。

下面的描述将通过一个实例来解释本发明的精制装置和精制方法，该实例是选择丙烯酸作为可聚合有机化合物，并且通过蒸馏进行精制的情况，同时参考图1-7。

在氧化反应催化剂的存在下，通过如丙烯之类的原料在含氧气体中进行气相氧化反应获得丙烯酸。如图1所示，含丙烯酸的气体在反应器11中生成，并被引入吸收塔12的底部附近。在吸收塔12中，由此反应生成的气体用从塔顶引入的水(溶剂)冷却，并凝结成为丙烯酸水溶液。然后，低沸点组分被从丙烯酸水溶液中除去。其中的低沸点组分被除去的丙烯酸水溶液从吸收塔12的底部移出，引入到溶剂分离塔13的中段附近。在溶剂分离塔13中，粗的丙烯酸从丙烯酸水溶液中分离出来。粗丙烯酸从溶剂分离塔13的底部移出并引入蒸馏塔14的底部附近。作为溶剂的水从溶剂分离塔13的顶部移出。在作为精制装置的蒸馏塔14中，粗丙烯酸得以蒸馏。通过蒸馏精制的丙烯酸从蒸馏塔14中移出而成为成品。注意反应器11、吸收塔12、溶剂分离塔13和蒸馏塔14的操作条件，即，生产设备的操作条件不特别受到限制。

蒸馏塔14，例如，是其中设置了多个塔盘的多级蒸馏塔。这些塔盘固定在蒸馏塔内预定的部位，并由塔盘支撑件支撑。

如图2-5所示，作为精制装置内的构件，塔盘支撑件由支撑环2、突缘3、支撑梁4、垫圈5、夹板6、螺栓7a和螺母7b构成。如图2所示，突缘3通过例如栓接或焊接固定在蒸馏塔内壁14a上。正如图2和3所示的，环状的支撑环2通过例如栓接或焊接固定在突缘3上，使得塔盘1固定在其上。如图2和4所示，棒状的支撑梁4通过例如栓接或焊接固定在突缘3上，使得支撑梁与支撑梁之间互相垂直交叉。支撑梁4有螺栓孔(未示出)，使得塔盘1可通过栓接固定在它的上面。由此，支撑梁4被设置在塔盘1的下面以便支撑塔盘1，从而有助于增进塔盘1的机械强度。

注意，塔盘1通常是由多个互相结合的部件构成的，但为了说明的目的，在图中显示的是一体成形的一种塔盘。除此之外，支撑梁4的数目可以是根据塔盘1的大小和重量而适当确定的，但这不受特定的限制。但是，这个数目优选是复数。

如图5所示，塔盘1通过垫圈5、夹板6、螺栓7a、螺母7b固定在支撑环2上。更特殊地，塔盘1以如下方式固定在支撑环2上：以这样一种状态，其中，支撑环2夹在塔盘1和夹板6之间，螺栓7a至下而上按顺序贯穿夹板6的孔、塔盘1的孔、和垫圈5，然后，螺栓7a用螺母7b固定。

液体通过部件设置在塔盘支撑件的至少一个部分之中，它使液体(如粗丙烯酸)经过该液体通过部件从塔盘1的表面和塔盘支撑件平稳地向下流动，塔盘支撑件的至少一个部分是，选自由支撑环2、突缘3、支撑梁4、垫圈5、夹板6、螺栓7a和螺母7b组成的组中的至少一个，从而使得液体不实质性滞留在塔盘1的表面和塔盘支撑件上。更特殊地，该液体通过部件形成在支撑环2、突缘3、支撑梁4、垫圈5、夹板6、螺栓7a、和螺母7b中的至少一个的水平部分(当被设置于蒸馏塔14内部时基本上是水平的部分)中，使得该液体经过部件垂直地贯穿该水平部分。

例如，在液体通过部件形成在支撑环2中的情况下，作为液体通过部件的液体孔8可以设置在蒸馏塔内壁14a附近的支撑环2的一个部分中，如图5所示。换句话说，该液体孔8可以至少形成在这样一个位置，使得塔盘1不覆盖液体孔8的全部。注意，在液体孔8形成在这样的位置而使得该液体孔8的全部被塔盘1覆盖的情况下，可以在塔盘1中在与液体孔8相对应的位置上形成其大小与液体孔8的大小基本相同的孔。这样，可以使得液体从塔盘1的表面和塔盘支撑件上平稳地向下流动。

设置在支撑环2中的液体孔8的大小和数量没有特别的限制，并且可以根据支撑环2的大小等加以适当地确定。更特殊地，液体孔8的大小和数量可以设置在这样一个范围内，使得液体平稳地从该塔盘支撑件上向下流动而支撑环2用于固定塔盘1所需的机械强度不受损害。应当注意的是，不优选形成特别大的液体孔8，这是因为在这种情况下液体向下流动而没有在塔盘1上进行充分的气-液接触，由此破坏了蒸馏塔14的蒸馏效能。此外，也不优选形成特别小的液体孔8，因为在这种情况下，不能使液体平稳地向下流动，因此而不可能有效地抑制聚合反应。

液体孔8的形状(开孔的形状)没有特殊的限制，该液体孔8可以具有不同的形状，如圆形、半圆形、椭圆形、或多边形。但圆形或半圆形是优选的。

在如图7所示形成多个液体孔8的情况下，对液体孔8的间隔(间距)没有特殊的限制，可以根据支撑环2的大小、液体孔的大小和数目等适当地确定这些间隔。更特殊地，例如，液体孔8可以以这样的间隔设置，即液体平稳地从塔盘支撑件向下流动而支撑环2用于固定塔盘1所需的机械强度不受损害。

更具体地，例如，在环状支撑环2的宽度为20mm-100mm的情况下，液体孔8的直径为3mm-30mm、或优选为5mm-20mm、或更优选为6mm-15mm，可以以25mm-500mm、或优选50mm-400mm、或更优选100mm-200mm的间隔设置。

进一步地，在液体通过部件形成在垫圈5中的情况下，可以在垫圈5中形成一个切口9作为液体通过部件，如图6所示。形成于垫圈5中作为液体通过部件的切口9的大小没有特别的限制，并可以这样设定，即，使液体平稳地从塔盘支撑件上向下流动而垫圈5的功能不受损害。这样，使得液体能够平稳地从塔盘1的表面和塔盘支撑件上向下流动。

进一步地，在液体通过部件形成在例如支撑梁4中的情况下，在该支撑梁4上可以形成作为液体通过部件的液体孔(未示出)。该支撑梁4的液体孔可以被至少形成在这样一个位置，使得塔盘1不覆盖该液体孔的全部。注意，当液体孔形成在其被塔盘1全部覆盖的位置时，则可以在塔盘1上在相应于液体孔的位置形成一个大小于液体孔基本相同的孔。这样，使得液体能够平稳地从塔盘1的表面和塔盘支撑件向下流动。

设置在支撑梁4中的液体孔的大小和数目不受特别的限制，并且可以根据支撑梁4的大小等适当地确定。更特殊地，液体孔的大小和数目可以这样设置，使得液体能平稳地从塔盘支撑件上向下流动，而支撑梁4用于固定塔盘1所要求的机械强度不受损害。

应当注意，不优选形成特别大的液体孔，因为在这种情况下，液体向下流动而没有在塔盘1上进行充分的气-液接触，由此损害了蒸馏塔14的蒸馏效能。此外，也不优选形成特别小的液体孔，因为在这种情况下，液体不能平稳地向下流动，因而不可能有效地抑制聚合反应的发生。

液体孔的形状(开孔的形状)没有特别的限制，液体孔可以是各种形状的，如圆形、半圆形、椭圆形、或多边形。但是，优选圆形或半圆形。

在形成有多个液体孔的情况下，对液体孔的间隔(间距)没有特别的限制，并且，它们可以根据支撑梁4的大小、液体孔的大小和数目等加以适当地确定。更特别地，例如，液体孔可以在这样的间隔下设置，使得液体能够平稳地从塔盘支撑件上向下流动，而不损害支撑梁4用于支撑塔盘1所要求的机械强度。

更具体地，例如，在棒状支撑梁4的宽度为30mm-100mm且用于固定塔盘1的螺栓的孔具有8mm-30mm的直径并互相以50mm-500mm间隔设置时，液体孔可以以3mm-30mm、或优选5mm-20mm、或更优选6mm-15mm的直径、沿着支撑梁4长度方向的中心线设置，其间隔为50mm-500mm、或优选100mm-400mm、或更优选100mm-200mm。

此外，为了在突缘3中形成液体通过部件，在突缘3中形成作为液体通过部件的液体孔(未示出)。特别地，突缘3中的液体孔具有与形成在支撑环2和/或支撑梁4中的液体孔(8)基本相同的大小，并且可以设置在对应于液体孔(8)的位置上。这样，使得液体可以平稳地从塔盘1的表面和塔盘支撑件上向下流动。

应当注意的是，液体通过部件可以形成在塔盘支撑件的至少一个部件中，即，位于选自由支撑环2、突缘3、支撑梁4、垫圈5、夹板6、螺栓7a和螺母7b组成的组中的至少一个中，使得液体平稳地从塔盘1的表面和塔盘支撑件上向下流动。

由此，通过在预定操作条件下使用上述生产装置，可生产出可聚合的有机化合物。这样，可聚合的有机化合物可以能得到高效率的精制，而该可聚合有机化合物的聚合反应被有效地抑制了。用于生产装置的操作条件，特别是用于蒸馏塔14的操作条件没有特别的限定，并且可以根据可聚合有机化合物的性质、含在液体中杂质的类型等加以适当地确定。

如上所述，在作为本发明精制装置的蒸馏塔14中，使液体从塔盘支撑件向下流动的液体通过部件形成在作为该蒸馏塔14之构件的塔盘支撑件中，使得含可聚合有机化合物在塔盘支撑件上的实质性滞留得以避免。另外，如上所述，蒸馏塔14是这样设置的，使得液体通过部分(液体孔和/或开口)形成在塔盘支撑件的水平部分，以使之在垂直方向贯穿该水平部分。而且，如上所述，在蒸馏塔14中，塔盘支撑件至少是由支撑环、突缘、支撑梁、垫圈、和夹板构成。另外，该液体通过部件形成在选自由支撑环、突缘、支撑梁、垫圈、和夹板组成的组中的至少一个元件之中。

基于上述的方案，液体，如粗丙烯酸等能平稳地经液体通过部件从塔盘1的表面和塔盘支撑件上向下流动。因此，液体决不会实质性地滞留在塔盘1的表面和塔盘支撑件上。其结果是，当液体滞留在塔盘1的表面和塔盘支撑件上并被加热时倾向于发生的聚合反应可得到有效的避免，由此保证了液体，即，可聚合有机化合物的高效率精制。

如上所述，本发明用于精制可聚合有机化合物的精制装置的特征在于，包含用于精制可聚合有机化合物而不导致液体在所述构件上的实质性滞留的结构。

另外，本发明用于精制可聚合有机化合物的精制方法采用了一种精制装置，该装置中装有一种其中形成有液体通过部件的构件，该方法包括如下步骤，即，使含可聚合有机化合物的液体通过该液体通过部件从该构件上向下流动，从而避免了液体在该构件上的实质性滞留。

通过上述方法，当液体滞留在该构件上并被加热时倾向于发生的聚合反应能被有效地抑制。因此，该液体，即，可聚合有机化合物得以有效地精制。

注意，在上述的说明中，作为实例的是在选择丙烯酸作为可聚合有机化合物并且通过蒸馏丙烯酸进行精制的情况，但是，本发明的精制装置和精制方法不受上述实例的限制。此外，在上面的描述中，作为实例的是在蒸馏塔14使用的是多级蒸馏塔作为精制装置并且液体通过部件形成在塔盘支撑件中情况，但是在一个以例如填充塔作为精制装置的情况中，液体通过部件形成在作为精制装置内构件的填充材料支承件中。这样，如同在使用了多级蒸馏塔的情况，可聚合有机化合物的聚合反应被有效地避免了，由此保证了该有机化合物的高效率精制。

下面的描述将通过实施例的展示更详细地解释本发明，但这些实施例不用来对本发明构成特定的限制。

实施例1

将作为丙烯的气-液接触氧化反应的结果而得到的含有丙烯酸的反应性气体与水进行接触，获得丙烯酸水溶液。然后，通过从丙烯酸水溶液中分离水得到粗丙烯酸。该粗丙烯酸被蒸馏来进行精制，其结果是获得了作为可聚合有机化合物的丙烯酸。

使用了由不锈钢(SUS316)制成的多级蒸馏塔并且其内径为1800mm，将其作为蒸馏塔(精制装置)。在蒸馏塔内，安装了不锈钢(SUS316)制的50个筛盘。因此，该蒸馏塔具有50级。这些筛盘如上述设置，即，使得它们通过使用塔盘支撑件固定在蒸馏塔的内部。作为每一个塔盘支撑件之一个部件的支撑环的宽度50mm，在每一个支撑环上以200mm为间隔形成28个直径为6mm的圆形孔。在作为支撑件之一个部件的突缘上，也在相应于上述在支撑环上的液体孔的位置形成液体孔，其大小与在支撑环上的液体孔的大小基本一致。另外，一个用于将聚合物从由蒸馏塔移出的丙烯酸中除去的粗滤器设置在蒸馏塔的预定位置上。

如此装备的蒸馏塔在塔顶温度63℃和压力35mmHg、塔底温度100℃和压力120mmHg、回流比为1.4的条件下连续作业。氢醌被用来作为聚合反应的抑制剂。将氢醌加入回流液中使得其在蒸馏塔中与蒸汽的比率是50ppm。进而，以预定的速度通过塔底向蒸馏塔内连续提供含氧气体。

然后，在上述的操作条件下，持续约1个月对粗丙烯酸进行蒸馏。此后，拆卸并检查该蒸馏塔，测定粘在筛盘上的聚合物的量。在连续进行蒸馏的同时也检查了清洗粗滤器以从那里除去聚合物的频率(清洗频率)。结果示于下面的表1之中。

实施例2

在与实施例相同的操作条件下对粗丙烯酸进行了持续约1个月的蒸馏，不同之处在于液体孔的数目比实施例1有所增加，200mm的间隔变成了100mm的间隔。然后，测定了所产生的聚合物的量，同时检查了粗滤器的清洗频率。结果示于下面的表1之中。

对比例1

在与实施例相同的操作条件下对粗丙烯酸进行了持续约1个月的蒸馏，不同之处在于在支撑环上没有形成液体孔。然后，测定了所产生的聚合物的量，同时检查了粗滤器的清洗频率。结果示于下面的表1之中。

                           表1

	液体孔		产生的聚合物的量(kg)	粗滤器清洗频率
					直径(mm)	间隔(mm)
	实施例1	6					200	3	1次/7天
实施例2			6	100	2	1次/7天
	对比例1	-					-	10	1次/1天

很明显，如此描述的本发明可以以很多方式加以变化。这种变化不被认为是不偏离了本发明的精神和范围，而且所有的这种改进对于本领域的人员来说是显然的，这种改进将包含在后附的权利要求的范围内。

Claims (12)

1、一种用于精制可聚合有机化合物的精制装置，所述的精制装置包括：

提供在所述精制装置内的塔盘支撑件或填充材料支撑件中的液体通过部件，所述的液体通过部件使得含可聚合有机化合物的液体从所述的塔盘支撑件或填充材料支撑件向下流动，以避免该液体在所述塔盘支撑件或填充材料支撑件上的滞留。

2、如权利要求1所述的精制装置，其中，所述的液体通过部件形成在所述塔盘支撑件或填充材料支撑件的一个部分中，所述的塔盘支撑件或填充材料支撑件的该部分固定在所述精制装置内并呈水平状态，所述的液体通过部件以垂直方向贯穿该水平部分。

3、如权利要求1或2所述的精制装置，其中，所述的精制装置是蒸馏塔。

4、如权利要求1所述的精制装置，其中，所述的塔盘支撑件至少是由支撑环、突缘、支撑梁、垫圈和夹板构成的。

5、如权利要求4所述的精制装置，其中，所述的液体通过部件形成在选自支撑环、突缘、支撑梁、垫圈和夹板中的至少一个之中。

6、如权利要求5所述的精制装置，其中，所述的液体通过部件形成在支撑环中。

7、如权利要求1或2所述的精制装置，其中，所述的精制装置是填充塔。

8、如权利要求1或2所述的精制装置，其中，所述可聚合有机化合物是不饱和羧酸或该酸的酯。

9、如权利要求8所述的精制装置，其中，所述可聚合有机化合物是丙烯酸。

10、一种通过使用精制装置而精制可聚合有机化合物的精制方法，该精制装置装有其中形成了液体通过部件的塔盘支撑件或填充材料支撑件，所述的精制方法包括如下步骤：

使含所述可聚合有机化合物的液体经所述液体通过部件向下流动，从而避免该液体在所述塔盘支撑件或填充材料支撑件上的滞留。

11、如权利要求10所述的精制方法，其中，所述可聚合有机化合物是不饱和羧酸或该酸的酯。

12、如权利要求11所述的精制方法，其中，所述可聚合有机化合物是丙烯酸。

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