DE60021503T3

DE60021503T3 - Destillationsverfahren für leicht polymerisierbare Substanzen enthaltende Lösungen

Info

Publication number: DE60021503T3
Application number: DE60021503T
Authority: DE
Inventors: Yukihiro Himeji-shi Yoneda; Takeshi Himeji-shi Nishimura; Yasuhiro Himeji-shi Shingai; Hajime Himeji-shi Matsumoto
Original assignee: Nippon Shokubai Co Ltd
Current assignee: Nippon Shokubai Co Ltd
Priority date: 1999-11-08
Filing date: 2000-11-07
Publication date: 2010-01-28
Anticipated expiration: 2020-11-08
Also published as: KR20010051479A; CN1210246C; US6596129B1; KR100444331B1; ZA200006116B; JP2001131116A; DE60021503T2; DE60021503D1; EP1097742B1; EP1097742B2; EP1097742A1; CN1295058A

Description

Hintergrund der Erfindung
A. Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Destillationsverfahren für eine leicht polymerisierbare Substanzen, wie (Meth)acrylsäure und (Meth)acrylsäureester, enthaltende Lösung.
B. Technischer Hintergrund
Bei einem Verfahren zur Destillation einer leicht polymerisierbare Substanzen, wie (Meth)acrylsäure und (Meth)acrylsäureester, enthaltenden Lösung wird ein Verfahren, das die Stufe der Zugabe eines Polymerisationsinhibitors und/oder der Zufuhr eines molekularen Sauerstoff enthaltenden Gases mit einer möglichst tiefen Senkung der Temperatur unter einer reduzierten Atmosphäre verwendet, um eine Polymerisation während der Destillation zu unterdrücken.
Ein früheres Destillationsverfahren für eine eine leicht polymerisierbare Substanz enthaltende Lösung wird durch eine Destillierkolonne und einen Kondensator erläutert. Dampf von einer Überkopfkolonne der Destillierkolonne wird aufwärts einer Rohrseite des Kondensators zugeführt und ein durch Kühlwasser kondensiertes Kondensat wird von einer Destillatleitung erhalten (ein Teil des Destillats wird in eine Rückflussleitung eingeführt). Ferner wird Dampf von dem Kondensator in eine Leitung für ein atmosphärisches oder Vakuumsystem durch eine Kondensatorgasauslassleitung eingeführt.
Ein weiteres früheres Destillationsverfahren für eine eine leicht polymerisierbare Substanz enthaltende Lösung wird durch eine Destillierkolonne und einen Kondensator erläutert. Jedoch wird Dampf von einer Überkopfkolonne der Destillierkolonne abwärts einer Rohrseite des Kondensators zugeführt und ein durch Kühlwasser kondensiertes Kondensat wird von einer Destillatleitung erhalten (ein Teil des Destillats wird in eine Rückflussleitung eingeführt). Ferner wird Dampf von dem Kondensator in eine Leitung für ein atmosphärisches oder Vakuumsystem durch eine Kondensatorgasauslassleitung eingeführt.
Jedoch enthält in diesen für das frühere Destillationsverfahren repräsentativen Verfahren Dampf aus dem Kondensator eine leicht polymerisierbare Substanz. Daher ist es unter Umständen unmöglich, stabil zu arbeiten, da polymerisierte Produkte in einer Leitung von einem Kondensator zu einer Ausgabevorrichtung oder einer Vakuumpumpe, in einer Leitung von einem Kondensator zur Atmosphäre oder einer Schadstoffentfernungsvorrichtung, am Auslass einer Ausgabevorrichtung oder in einer Vakuumpumpe gebildet werden, und es häufig notwendig ist, den Betrieb zu stoppen.
US 4 986 884 offenbart die Merkmale des Einleitungsteils von Anspruch 1.
Zusammenfassung der Erfindung
A. Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens, das eine Polymerisation in einer Destilliervorrichtung bei der Destillation einer leicht polymerisierbare Substanzen, wie (Meth)acrylsäure und (Meth)acrylsäureester, enthaltenden Lösung verhindern kann.
B. Offenbarung der Erfindung
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung führten sorgfältige Untersuchungen zur Lösung der im Vorhergehenden genannten Probleme durch.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Destillationsverfahren für eine eine leicht polymerisierbare Substanz enthaltende Lösung gemäß Anspruch 1 bereit.
Diese und andere Aufgaben und die Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Offenbarung vollständiger deutlich.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Ein Destillationsverfahren für eine eine leicht polymerisierbare Substanz enthaltende Lösung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Stufe der Destillation einer eine leicht polymerisierbare Substanz enthaltenden Lösung durch eine Destillierkolonne, die mit einem Kondensator zur Kondensation an einem Dampfauslass der Destillierkolonne ausgestattet ist, wobei mindestens ein Kondensator zur Polymerisationshemmung des Weiteren in Reihe an einer Dampfauslassseite des Kondensators zur Kondensation platziert ist und wobei die leicht polymerisierbare Substanz, die im Dampf von einem stromaufwärtigen Kondensator enthalten ist, durch einen stromabwärtigen Kondensator kondensiert wird.
Ein polymerisierbares Monomer entspricht der in der vorliegenden Erfindung verwendeten leicht polymerisierbaren Substanz, wobei Beispiele hierfür Acrylsäure, Methacrylsäure, Maleinsäureanhydrid, Acrylnitril, Ester derselben oder Derivate derselben umfassen. Die leicht polymerisierbare Substanz kann zusätzlich zu diesen Beispielen ein Gemisch sein, das eine hochsiedende Substanz, ein Lösemittel oder ein Nebenprodukt bei der Herstellung der leicht polymerisierbaren Substanz umfasst. Zu diesen gehören Acrylsäure, ein Acrylsäureester (beispielsweise ein Methylester, Ethylester, Butylester, 2-Ethylhexylester), Methacrylsäure, ein Methacrylsäureester (Methylester, Ethylester, Propylester, Isopropylester, Butylester, Isobutylester, tert-Butylester, Cyclohexylester), Dimethylaminoethyl(meth)acrylat und Hydroxyalkyl(meth)acrylat.
Wenn die Summe der in der vorliegenden Erfindung verwendeten Kondensatoren zwei Einheiten oder mehr in Bezug auf die gesamten Kondensatoren zur Kondensation und die Kondensatoren zur Polymerisationshemmung beträgt, wird, je größer die Zahl der Kondensatoren ist, desto effektiver ein stabiler Betrieb durchgeführt. Daher ist es nicht günstig, wenn es zu viele Kondensatoren sind, da die Anlage und die Rohrleitungen kompliziert werden und die Anlageninvestition erhöht wird. Für den Fall, dass die Summe zwei bis vier Einheiten beträgt, erreicht das Destillationsverfahren das Niveau wirtschaftlich. Für den Fall, dass die Summe zwei Einheiten beträgt, ist es genügend effektiv. Wenn die Summe zwei oder mehr Einheiten für die Gesamtzahl der Kondensatoren zur Kondensation und der Kondensatoren zur Polymerisationshemmung beträgt, kann ein stabiler Betrieb über einen langen Zeitraum durchgeführt werden.
Je kürzer eine mit den jeweiligen Kondensatoren verbundene Rohrleitung ist, desto effektiver wird eine Polymerisation vorzugsweise gehemmt. Ferner ist es günstig, die Rohrleitung mit einem Winkel von nicht weniger als 1° gegenüber einer horizontalen Linie zu neigen, so dass ein Kondensat oder Nebel rasch fließen kann.
In Bezug auf den in der vorliegenden Erfindung verwendeten Kondensator können die stromaufwärtigsten Kondensatoren zur Kondensation entweder allein vorhanden sein oder in Serie oder in einer Reihe angeordnete mehrere Einheiten umfassen. Durch diesen Kondensator zur Kondensation wird möglichst viel Kondensat erhalten. Dann besteht ein Merkmal der vorliegenden Erfindung darin, dass dieser stromaufwärtigste Kondensator zur Kondensation des Weiteren mit mindestens einem Kondensator zur Polymerisationshemmung in Reihe ausgestattet ist.
In der vorliegenden Erfindung wird von den in Reihe platzierten mehreren Kondensatoren von einem flüssigen Teil und einem Dampfteil eines Fluidums am Auslass eines stromaufwärtigen Kondensators der Dampfteil einem stromabwärtigen Kondensator zugeführt. Die Zufuhr des Dampfteils ist in der vorliegenden Erfindung nicht speziell beschränkt, wobei der Dampf ein Mitschleppen umfassen kann oder auch nicht.
In der vorliegenden Erfindung liegt die Kühlmitteleinlasstemperatur des stromaufwärtigsten Kondensators zur Kondensation im Bereich von 3 bis 50°C, die Kühlmitteleinlasstemperatur des stromabwärtigsten Kondensators zur Polymerisationshemmung im Bereich von 0 bis 50°C und die Kühlmitteleinlasstemperatur von mindestens einem Kondensator um 1 bis 25°C niedriger als die Kühlmittelauslasstemperatur desselben.
Für den Fall, dass die Kühlmitteleinlasstemperatur des stromaufwärtigsten Kondensators zur Kondensation mehr als 50°C beträgt, wird die Fläche der Wärmeübertragungsoberfläche des Kondensators groß mit schlechter Wirtschaftlichkeit, und ein Temperaturanstieg verursacht leicht eine Polymerisation. Für den Fall, dass die Kühlmitteleinlasstemperatur des stromaufwärtigsten Kondensators weniger als 3°C beträgt, ist es nötig, mit einer Kühlvorrichtung und dergleichen zu kühlen, und es gibt viele Fälle, in denen die Belastung derselben groß wird mit einer schlechten Wirtschaftlichkeit.
Für den Fall, dass die Kühlmitteleinlasstemperatur des stromabwärtigsten Kondensators zur Polymerisationshemmung mehr als 50°C beträgt, wird viel unkondensierter Dampf am Kondensatorgasauslass erhalten, möglicherweise eine Polyme risation in einer Rohrleitung am Kondensatorgasauslass verursacht und die Größe des Kondensators extrem groß, um den unkondensierten Dampf zu verringern. Je niedriger die Temperatur ist, desto höher ist die Wirkung der vorliegenden Erfindung. Jedoch ist die Wirtschaftlichkeit schlecht, wenn die Temperatur zu niedrig ist. Für den Fall, dass die Kühlmitteleinlasstemperatur des stromabwärtigsten Kühlers weniger als 0°C beträgt, ergeben sich Probleme aufgrund von Gefrieren für den Fall, dass ein Prozessfluidum Wasser, selbst im Falle von Spuren, umfasst. Wenn das Prozessfluidum eine Komponente, die gefrieren kann, umfasst, ist es günstig, Überlegungen anzustellen, dass die Kühlmitteltemperatur nicht zu niedrig wird.
In Bezug auf die mehreren Kondensatoren in Reihe wird für den Fall, dass die Differenz zwischen der Kühlmitteleinlasstemperatur von mindestens einem Kondensator und der Kühlmittelauslasstemperatur desselben weniger als 1°C beträgt, die Durchflussrate des Kühlmittels größer als die benötigte. Für den Fall, dass die Differenz mehr als 25°C beträgt, kann die Durchflussrate des Kühlmittels mit einer geringen Menge eingespart werden und Rohrleitungen und dergleichen werden kompakt. Jedoch können ungleichförmige Bereiche, wie eine Stockung, in dem Kühlmittelstrom in dem Kondensator gebildet werden, die Temperatur der Bereiche lokal steigen, die leicht polymerisierbare Substanz polymerisiert werden, die wesentliche und wirksame Fläche der Wärmeübertragungsoberfläche, die in dem Kondensator wirkt, durch Verstopfung eines inneren Bereichs eines Wärmeübertragungsrohrs mit polymerisierten Produkten verringert werden und Schwierigkeiten während des Betriebs auftreten. Insbesondere ist es günstig, wenn die Kühlmitteleinlasstemperatur des stromaufwärtigsten Kondensators zur Kondensation um 1 bis 25°C niedriger als die Kühlmittelauslasstemperatur desselben ist.
In der vorliegenden Erfindung ist das obige Kühlmittel nicht speziell beschränkt, wenn es eine Flüssigkeit ist, und es kann entsprechend dem Temperaturbereich, bei dem das Kühlmittel verwendet wird, gewählt werden. Ein in einem Herstellungsverfahren verwendetes Prozessfluidum kann kühlen, um Kondensationswärme zurückzugewinnen. Ein organisches Material kann als das Kühlmittel verwendet werden. Jedoch umfassen Beispiele hierfür eine Lösung oder Wasser, da sie eine starke Kühlwirkung als Kühlmittel aufweisen und ohne weiteres verfügbar sind. Beispiele für die Lösung umfassen Kochsalzlösung als Gefrierschutz (eine Calciumchloridlösung und dergleichen) und eine Ethylenglykollösung. Beispiele für das Wasser umfassen entionisiertes Wasser, durch eine Umkehrosmosemembran geschicktes Wasser, Leitungswasser und Meerwasser. Falls notwendig, können eine Behandlung mit Chemikalien, wie ein Desinfektionsmittel, ein Korrosionsschutzmittel und ein Kesselsteinverhütungsmittel, an der Lösung oder dem Wasser durchgeführt werden. Die Temperatur der Lösung oder des Wassers als Kühlmittel, das zum Kühlen des Kondensators verwendet wird und danach eine hohe Temperatur aufweist, wird unter Verwendung eines Kühlturms oder einer Kühlvorrichtung auf eine zum Kühlen des Kondensators notwendige Temperatur zurückgeführt.
Eine Wirkung gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch erhalten werden, wenn die Kühlmitteleinlasstemperatur des stromaufwärtigsten Kondensators zur Kondensation gleich der Kühlmitteleinlasstemperatur des stromabwärtigsten Kondensators zur Polymerisationshemmung ist. Es ist jedoch effektiv, wenn die Kühlmitteleinlasstemperatur des stromabwärtigsten Kondensators niedriger als die Kühlmitteleinlasstemperatur des stromaufwärtigsten Kondensators ist. Der Fall, dass die Kühlmitteleinlasstemperatur des stromabwärtigsten Kondensators höher als die Kühlmitteleinlasstemperatur des stromaufwärtigsten Kondensators ist, ist nicht günstig, da ein nicht zu kondensierender Teil am Auslass des stromaufwärtigen Kondensators zunimmt und Wirkungen der Hemmung einer Polymerisation verringert sind. Es ist günstig, wenn die Kühlmitteltemperatur des stromabwärtigen Kondensators niedriger ist.
Es ist jedoch nicht praktisch, wenn die Kühlmitteltemperatur des stromabwärtigen Kühlers um 40°C oder mehr niedriger ist.
Ferner ist es effektiv, wenn das Kühlmittel durch Rückführen eines Kühlmittels vom Auslass des stromabwärtigen Kondensators zum Einlass des stromaufwärtigsten Kondensators zur Kondensation effektiv genutzt wird. Ferner ist es effektiv, wenn in dem Kühlturm gekühltes Kühlwasser als Kühlmittel des stromaufwärtigsten Kondensators zur Kondensation genutzt wird und Gefrierschutz und Wasser, die durch die Kühlvorrichtung gekühlt sind, als Kühlmittel des stromabwärtigen Kondensators genutzt werden. In diesem Fall sind nicht nur die Wirkungen der Hemmung einer Polymerisation in Leitungen vom Auslass des Kondensatorgases zu einem Abluftvakuumsystem hoch, sondern es besteht auch die Wirkung, dass die Wärmelast der Kühlvorrichtung im Vergleich zu der durch die gesamten Kondensate durch die Kühlvorrichtung drastisch stärker vermindert ist. Daher ist dies wirtschaftlich vorteilhaft. Beispielsweise kann für den Fall, dass das in dem Kühlturm gekühlte Kühlwasser für den stromaufwärtigsten Kondensator zur Kondensation genutzt wird, wobei eine fast den gesamten Kondensaten entsprechende Wärmelast vorliegt, und das durch die Kühlvorrichtung gekühlte Kühlwasser für den stromabwärtigen Kondensator genutzt wird, bewirkt werden, dass der gesamte Dampf effektiv kondensiert wird, und die Wirkung der Hemmung einer Polymerisation in hohem Maße erhalten werden kann, obwohl die Wärmelast der Kühlvorrichtung gering ist.
In der vorliegenden Erfindung ist es umso günstiger, je größer die Kondensatmengen von dem stromaufwärtigsten Kondensator zur Kondensation sind. Der Kondensationsanteil des stromaufwärtigsten Kondensator zur Kondensation beträgt vorzugsweise nicht weniger als 85% der gesamten Kondensate, günstiger nicht weniger als 90%, noch besser nicht weniger als 96%, am besten die gesamten Kondensate. Ferner ist es nicht speziell notwendig, eine Operation durchzuführen, um die Temperatur und die Strömungsrate des Kühlmittels einzustellen, um beispielsweise die Kondensatmengen zu verringern. Die Temperatur und die Strömungsrate des Kühlmittels können möglichst kühl eingestellt werden.
Die Summe der Kondensationsanteile mehrerer Kondensatoren sind idealerweise die gesamten Kondensate. Jedoch beträgt ein praktischer Kondensationsanteil vorzugsweise nicht weniger als 96%, günstiger nicht weniger als 99%, noch besser nicht weniger als 99,9%.
Ein Verfahren der Durchleitung der Kondensate von den Kondensatoren gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Stufe des Gewinnens der Kondensate von den jeweiligen Kondensatoren im gleichen Bereich. Jedoch ist eine (Meth)acrylsäure oder einen Ester derselben enthaltende Lösung leicht polymerisierbar. Daher wird bewirkt, dass das Kondensat von dem stromabwärtigen Kondensator mit dem Kondensat von dem stromaufwärtigen Kondensator zusammengebracht wird und diese im gleichen Bereich gewonnen werden. Das Kondensat vom stromaufwärtigsten Kondensator zur Kondensation enthält wegen des Mitschleppens einer das Stabilisierungsmittel enthaltenden Lösung von der Destillierkolonne viel Stabilisierungsmittel. Daher wird bewirkt, dass das Kondensat von dem stromabwärtigen Kondensator mit dem Kondensat von diesem stromaufwärtigsten Kondensator zur Kondensation möglichst bald zusammengebracht wird und eine Polymerisation in der Kondensatleitung des stromabwärtigen Kondensators gehemmt werden kann. Insbesondere besteht ein bevorzugter Modus darin, dass bewirkt wird, dass ein Kondensat von mindestens einem Kondensat mit Ausnahme des stromaufwärtigsten Kondensators zur Kondensation mit dem stromaufwärtigsten Kondensator zur Kondensation zusammengebracht wird. Die Kondensatoren und Dampfleitungen können mit dem gebildeten Kondensat berieselt werden, indem bewirkt wird, dass sie zusammen mit dem Stabilisierungsmittel fließen, was im Folgenden angegeben ist.
Ferner besteht in der vorliegenden Erfindung ein bevorzugter Modus darin, mindestens einen Teil des Kondensats von dem stromaufwärtigsten Kondensator zur Kondensation in die Destillierkolonne zurückzuführen. Vorzugsweise kann das in dem Kondensat des Kondensators enthaltene Stabilisierungsmittel erneut in die Destillierkolonne zurückgeführt werden und das Stabilisierungsmittel in den Kolonnen und Kondensatoren selbst zirkuliert und erneut verwendet werden.
Das durch den Kondensator kondensierte Kondensat kann in einen Tank gegeben werden.
Das Kondensat von den jeweiligen Kondensatoren kann über getrennte Leitungen in den gleichen Tank gegeben werden, doch wird das Kondensat von den jeweiligen Kondensatoren vorzugsweise auf einmal über Leitungen gesammelt und danach dem Tank zugeführt. Das Kondensat von dem stromaufwärtigsten Kondensator zur Kondensation enthält wegen des Mitschleppens einer das Stabilisierungsmittel enthaltenden Lösung von der Destillierkolonne eine große Menge des obigen Stabilisierungsmittels. Daher kann eine Polymerisation in der Kondensatlinie des stromabwärtigen Kondensators gehemmt werden, da bewirkt wird, dass das Kondensat von den jeweiligen Kondensatoren über die Leitungen und die Verbindung gesammelt wird. Ferner kann ein Poolbereich in einem unteren Kanal des stromaufwärtigsten Kondensators zur Kondensation platziert und das Kondensat von dem stromabwärtigen Kondensator in diesen eingeführt werden. Ferner kann beispielsweise das Flüssigkeitsniveau des Poolbereichs automatisch ermittelt werden und eine Lösung unter Verwendung einer Pumpe ausgetragen werden, um ein gegebenes Niveau beizubehalten. Dann kann ein Teil der Lösung dazu verwendet werden, Rückfluss in der Kolonne herzustellen, ein weiterer Teil als Destillat genutzt werden und der weitere Teil genutzt werden, um im Kondensator eine Berieselung durchzuführen. In diesem Fall wird das Destillat allgemein übertragen, um das festgelegte Niveau des Pools durch Manipulation der Durchflussrate des Destillats zu halten. Da die jeweiligen Kondensate im gleichen Bereich gesammelt werden, werden Rohrleitungen einfach, Anlagen verringert und Systeme auf diese Weise einfach. Daher ist dies im Hinblick auf die Eintragung von Polymerisationsinhibitoren und die Wirtschaftlichkeit der Systeme günstig.
Es ist notwendig, das Stabilisierungsmittel gleichförmig zuzuführen, um die Polymerisation zu hemmen, und beispielsweise eine Teilkühlung der Lösung zu einer niedrigeren Temperatur, die für einen stabilen Betrieb ausreicht, durchzuführen. Daher wird der vertikale Röhrenwärmeaustauscher verwendet. Die Flüssigkeitskühlvorrichtung ist in diesem Fall nicht speziell beschränkt, doch umfassen Beispiele hierfür einen Röhrenwärmeaustauscher, eine Kühlvorrichtung des Spiralplattentyps und eine Kühlvorrichtung des Platten- und Rahmentyps.
Da der Kondensator ein vertikaler Plattenwärmeaustauscher in der vorliegenden Erfindung ist, kann Dampf zu dessen Hülleseite oder Rohrseite geführt werden. Jedoch ist es, wenn der Dampf zu der Hülleseite geführt wird, schwierig, zu waschen, wenn von der Polymerisation stammende Probleme verursacht werden. Ferner wird ein Flüssigkeitsfilm außen an der Rohrseite ungleichmäßig gebildet, wenn eine das Stabilisierungsmittel enthaltende Lösung durch ein Berieselungsverfahren zugegeben wird, und es entsteht ein Bereich mit einer nicht ausreichenden Stabilisierungsmittelkonzentration in dem Kondensat. Daher können von der Polymerisation stammende Probleme entstehen. Andererseits ist es, wenn der Dampf zur Rohrseite geführt wird, leicht, zu waschen, wenn von der Polymerisation stammende Probleme verursacht werden. Ferner ist es günstig, stabil zu arbeiten, da ein Flüssigkeitsfilm gleichförmig gebildet werden kann, wenn eine das Stabilisierungsmittel enthaltende Lösung durch ein Berieselungsverfahren zugegeben wird, wobei das Stabilisierungsmittel auf das Kondensat auch von dem stromaufwärtigsten Kondensator zur Kondensation wirkt und eine Polymerisation des Kondensats schwierig ist.
Da der stromaufwärtigste Kondensator zur Kondensation in der vorliegenden Erfindung ein vertikaler Röhrenwärmeaustauscher ist, kann Dampf im Betrieb aufwärts oder abwärts in Inneren der Rohrseite geführt werden. Wenn der Dampf aufwärts geführt wird und die Dampfdurchflussrate (Last) hoch ist, erfolgt eine Überflutung, da das Kondensat und/oder eine das Stabilisierungsmittel enthaltende Berieselungslösung abwärts geführt wird. Dies ist daher nicht günstig. Ferner ist es nicht günstig, da der Durchflussweg eng wird, wenn partiell eine geringe Polymerisation erfolgt, und die Überflutung erfolgt, so dass der Betrieb nicht fortgesetzt werden kann. Ferner kondensiert, wenn der Dampf aufwärts geführt wird, der größte Teil des Dampfs im unteren Rohrbereich. Daher wird die gebildete Lösung nicht ausreichend gekühlt und die Temperatur des Kondensats höher. Jedoch wird die gebildete Lösung ausreichend gekühlt, wenn der Dampf abwärts geführt wird. Daher ist dies günstig, um die Polymerisation zu hemmen. Daher ist es günstig, dass der Dampf abwärts geführt wird, da der Betriebsbereich breit wird und ein stabiler Betrieb über einen langen Zeitraum durchgeführt werden kann, auch wenn ein Polymer einer geringen Größe selten gebildet wird. Ferner ist dies günstig, um eine Polymerisation in den Kondensatoren und in Leitungen von den Kondensatoren zu einer Austragungs- oder Vakuumpumpe zu hemmen.
In der vorliegenden Erfindung ist es, wie im Vorhergehenden angegeben, günstig, wenn der Dampf abwärts zu einer Rohrseite des stromaufwärtigsten Kondensators zur Kondensation geführt wird. Jedoch ist es günstig, wenn der Dampf aufwärts oder abwärts zu einer Rohrseite eines Kondensators mit Ausnahme des stromaufwärtigsten Kondensators zur Kondensation geführt wird. Ferner ist es ähnlich dem stromaufwärtigsten Kondensator zur Kondensation günstig, wenn der Dampf strom abwärts zur Rohrseite des Kondensators mit Ausnahme des stromaufwärtigsten Kondensators zur Kondensation geführt wird, da die Kondensattemperatur stärker gesenkt werden kann.
In der vorliegenden Erfindung wird eine das Stabilisierungsmittel enthaltende Lösung mindestens einem Kondensator, der aus den mehreren Kondensatoren ausgewählt ist, vorzugsweise dem stromabwärtigen Kondensator durch dessen Berieselungsvorrichtung zugeführt. Diese Berieselungsvorrichtung hat die Wirkung der Hemmung der Polymerisation in den Kondensatoren und Leitungen in sehr starkem Maße. Die das Stabilisierungsmittel enthaltende Lösung kann eine Lösung, die mit dem Kondensat von dem Kondensator und dem Stabilisierungsmittel gemischt ist, oder eine Lösung, die mit anderen Prozessfluida und dem Stabilisierungsmittel gemischt ist, sein. Jedoch ist die erstere bevorzugt. Insbesondere wird eine Lösung, die mit dem Stabilisierungsmittel und einem Kondensat, das durch Zusammengeben des Kondensats von dem stromabwärtigen Kondensator und dem Kondensat von dem stromaufwärtigen Kondensator und Sammeln im gleichen Bereich, wie oben angegeben, erhalten wurde, gemischt ist, verwendet. Wenn der Kondensator nicht berieselt wird, enthält ein durch Kondensation in dem Kondensator erhaltenes neues Kondensat kein Stabilisierungsmittel. Daher ist dies nicht günstig, da die Polymerisation erfolgt.
Je stärker stromabwärts der Kondensator platziert ist, desto niedriger ist der Siedepunkt einer Komponente der Dampfzusammensetzung des Kondensators. Die Komponente mit niedrigem Siedepunkt kann eine leicht polymerisierbare Verunreinigung umfassen. Diese Verunreinigung ist eine der Ursachen der Bildung des polymerisierten Produkts in der Leitung von der Ausstoßvorrichtung und der Vakuumpumpe, an einer Leitung des Auslassbereichs einer Ausstoßvorrichtung von dem Kondensator der Ausstoßvorrichtung zur Atmosphäre oder einer Schädigungsschutzvorrichtung oder in der Vakuumpumpe. Daher wird, wenn die jeweiligen Kondensatoren mit den jeweiligen Kondensaten berieselt werden, der stromabwärtige Kondensator mit einer Lösung berieselt, die viel polymerisierbare Substanz mit niedrigem Siedepunkt enthält. Daher ist es schwierig, die leicht polymerisierbare Substanz als die in dem Dampf enthaltene niedrig siedende Komponente ungeachtet dessen, wie stark die Temperatur gesenkt werden kann, auszuschließen, und dies ist nicht günstig, da das polymerisierte Produkt in der Leitung von der Ausstoßvorrichtung und der Vakuumpumpe, an der Leitung des Auslassbereichs der Ausstoßvorrichtung von dem Kondensator zur Atmosphäre oder der Schädigungsschutzvorrichtung oder in der Vakuumpumpe gebildet werden kann.
Andererseits wird, da das Kondensat von dem stromabwärtigen Kondensator mit einer Leitung für das Kondensat von dem stromaufwärtigen Kondensator zusammengebracht wird, das gebildete Kondensat im gleichen Bereich gesammelt wird und die jeweiligen Kondensatoren mit der gleichen Lösung berieselt werden, bewirkt, dass die jeweiligen Kondensatoren mit einer Lösung mit einer niedrigen Konzentration der niedrig siedenden polymerisierbaren Substanz berieselt werden. Daher ist dies günstig, da die leicht polymerisierbare Substanz als die in dem Dampf enthaltene niedrig siedende Komponente ausgeschlossen werden kann, und es schwierig ist, das polymerisierte Produkt in der Leitung von der Ausstoßvorrichtung und der Vakuumpumpe, an der Leitung des Auslassbereichs der Ausstoßvorrichtung von dem Kondensator zur Atmosphäre oder der Schädigungsschutzvorrichtung oder in der Vakuumpumpe zu bilden.
Beispiele für die in der vorliegenden Erfindung verwendete Destillierkolonne umfassen eine einfache Destillierkolonne und Rektifizierkolonnen, wie eine gepackte Kolonne, eine Glockenbodenkolonne und eine Siebbodenkolonne. Insbesondere ist eine Destillierkolonne, die mehrere Siebböden umfasst, oder eine Destillierkolonne, die Packungselemente umfasst, bevorzugt. Eine Mehrfachsiebbodenkolonne ist im Hinblick auf die Sicherstellung der Reinheit und das Entfernen eines polymerisierten Produkts bevorzugt.
Die Destillierkolonne umfasst einen Aufkocher, dessen Form nicht speziell beschränkt ist, doch umfassen Beispiele für Röhrenwärmeaustauscher einen vertikalen Röhrenthermosiphonaufkocher, einen vertikalen Röhrenrieselfilmaufkocher und einen zwangsdurchlaufaufkocher. Der Zwangsdurchlaufaufkocher, dessen Wärmeübertragungsoberfläche kaum eine Gasphase aufweist, ist im Hinblick auf die Hemmung der Polymerisation bevorzugt. Ferner ist der vertikale Röhrenthermosiphonaufkocher ebenfalls im Hinblick auf die Hemmung der Polymerisation bevorzugt.
Der Destillationstemperaturbereich in der vorliegenden Erfindung ist nicht speziell beschränkt, er liegt jedoch vorzugsweise im Bereich von 30 bis 150°C in Abhängigkeit von der Polymerisierbarkeit der leicht polymerisierbaren Substanz. Es ist notwendig, dass die Kondensat- und Gastemperatur niedriger als die Destillationstemperatur, insbesondere die Kolonnenspitzentemperatur ist. Daher nimmt für den Fall, dass die Kolonnenspitzentemperatur der Destillation weniger als 30°C beträgt, unkondensierter Dampf am Kondensatorgasauslass zu und die Möglichkeit einer Polymerisation wird in der Gasauslassrohrleitung des Kondensators in Betracht gezogen. Ferner ist dies nicht günstig, da die Größe des Kondensators extrem vergrößert wird, um den unkondensierten Dampf zu verringern. Für den Fall, dass die Destillationstemperatur mehr als 150°C beträgt, ist dies nicht günstig, da die leicht polymerisierbare Substanz in der Destillierkolonne des Kondensators häufig polymerisiert wird.
Hierbei umfasst der obige Destillationstemperaturbereich Temperaturbereiche wie die Bodentemperatur in der Destillierkolonne, die Kolonnenspitzentemperatur in der Destil lierkolonne und eine etwa mittlere Temperatur in der Destillierkolonne für den Fall, dass die Kolonne eine gepackte Kolonne oder Bodenkolonne ist.
Der Destillationsdruckbereich in der vorliegenden Erfindung ist nicht speziell beschränkt. Jedoch hängt der Bereich von der Destillationsbetriebstemperatur ab und die Destillation erfolgt unter Dampfdruck bei den Temperaturen der zu destillierenden Substanzgemische. Im praktischen Betrieb wird der Druck kontrolliert, um ihn konstant zu halten und die Temperatur wird kontrolliert, um 30 bis 150°C beizubehalten. Der Betriebsdruck in der vorliegenden Erfindung kann höher als oder nahe oder niedriger als atmosphärischer Druck sein. Insbesondere besteht, wenn Vakuumvorrichtungen, wie eine Vakuumpumpe des Rootstyps, eine Nashpumpe und eine Ausstoßvorrichtung, unter niedriger als atmosphärischem Druck bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden, die Wirkung der Hemmung der Polymerisation in der Vakuumvorrichtung.
In der vorliegenden Erfindung beträgt die Fläche der Wärmeübertragungsoberfläche des stromabwärtigen Kondensators vorzugsweise 1 bis 100% der des stromaufwärtigsten Kondensators zur Kondensation. Für den Fall, dass die Fläche der Wärmeübertragungsoberfläche des stromabwärtigen Kondensators weniger als 1% der des stromaufwärtigsten Kondensators zur Kondensation beträgt, sind die Wirkungen gemäß der vorliegenden Erfindung nicht ausreichend. Ferner können für den Fall, dass sie mehr als 100% beträgt, die Wirkungen gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten werden. Jedoch ist dies nicht günstig, da eine Vergrößerung auf mehr als die Fläche der Wärmeübertragungsoberfläche des stromaufwärtigsten Kondensators zur Kondensation eine extreme Vergrößerung der des stromabwärtigen Kondensators bewirkt und die Anlageninvestition steigert. Die Fläche der Wärmeübertragungsoberfläche beträgt vorzugsweise 1 bis 100%, noch besser 3 bis 50%.
Ferner können, um die Polymerisation in den Dampfleitungen des Kondensatoreinlasses zu hemmen, die folgenden Beispielverfahren verwendet werden: Verfahren, die die Stufe des Erhitzens durch die Verwendung eines Heizvorlaufs oder einer Heizmantelleitung umfassen, um die Kondensation des die Polymerisation verursachenden Dampfes zu verhindern; Verfahren, die die Stufe des Kühlens durch Verwendung eines ausreichenden Kühlvorlaufs oder einer ausreichenden Kühlmantelleitung umfassen; und Verfahren, die die Stufe des Beibehaltens eines Flüssigkeitsfilms des Kondensats, um die Polymerisation zu hemmen, und die Berieselung mit der das Stabilisierungsmittel enthaltenden Lösung, um die Polymerisation zu hemmen, umfassen. In diesem Fall wird die das Stabilisierungsmittel enthaltende Lösung mit dem Kondensat des Kondensators zurückgewonnen.
In der vorliegenden Erfindung sind die Dampfleitungen des Kondensatoreinlasses speziell beschränkt, sie können jedoch mit der das Stabilisierungsmittel enthaltenden Lösung berieselt werden oder nicht. Es gibt Wirkungen auf die Hemmung der Polymerisation ohne eine Berieselung, da der unkondensierte Dampf an dem Kondensatorgasauslass dramatisch abnimmt. Jedoch nehmen die Wirkungen auf die Hemmung der Polymerisation bei einer Berieselung weiter zu.
In Kombination mit der vorliegenden Erfindung kann in Bezug auf die Leitungen von dem Kondensatorgasauslass zu dem Abluftvakuumsystem die Polymerisation durch Erhitzen mit der Mantelleitung oder dem Vorlauf, um eine Kondensation des Dampfes zu verhindern, oder durch Kühlen gehemmt werden. Ferner kann gleichzeitig die Zugabe eines molekularen Sauerstoff enthaltenden Gases zu der Destillierkolonne mit den Polymerisationsinhibitoren zur Hemmung der Polymerisation verwendet werden. Wenn das molekularen Sauerstoff enthaltende Gas zu der Destillierkolonne gegeben wird, ist es günstig, wenn das Gas so zugegeben wird, dass die Durchflussrate, bezogen auf das Gewicht des in dem obigen Gases enthal tenen Sauerstoffs, nicht mehr als 2% der der gesamten Kondensate oder der des Dampfes am Einlass des stromaufwärtigsten Kondensators zur Kondensation beträgt. Im Falle von mehr als 2 Gew.-% ist dies nicht günstig, da das Problem der Polymerisation in den Dampfleitungen hinter dem Kondensator entstehen kann. Die Wirkungen gemäß der vorliegenden Erfindung können ohne das Sauerstoff enthaltende Gas erhalten werden. Jedoch ist dies nicht günstig, da die Polymerisation an Bereichen der Destillierkolonne oder des Aufkochers in diesem Fall auftreten kann. Ferner ist die Position, an der das molekularen Sauerstoff enthaltende Gas zugesetzt wird, nicht speziell beschränkt, doch wird das Gas vorzugsweise einer Lösung in einem Bereich des Aufkochereinlasses oder am Kolonnenboden zugesetzt. Insoweit kann, auch wenn das Problem der Polymerisation auftritt, für den Fall, dass eine Gegenbewegung wie diese allein durchgeführt wird, ein stabiler Betrieb gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden. Wenn das frühere Verfahren und das Verfahren der vorliegenden Erfindung gleichzeitig verwendet werden, können weitere effektive Ergebnisse erhalten werden.
Wie im Vorhergehenden angegeben wurde, ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Hemmung der Polymerisation der leicht polymerisierbaren Substanz bei der Destillation. Jedoch kann der Destillationsvorgang zur Kondensation des gesamten Dampfes effektiv als weitere Wirkung durchgeführt werden und der Rückgewinnungsanteil des gewünschten Produkts erhöht werden. Im Stand der Technik ist, auch wenn ein Versuch zur vollständigen Kondensation der leicht polymerisierbaren Substanz unter Verwendung von nur einem Kondensator mit einer erhöhten Fläche der Wärmeübertragungsoberfläche durchgeführt wurde, nicht nur die gesamte Kondensation unzureichend, sondern es tritt auch das Problem der Polymerisation auf. Es ist nicht nur möglich, die Polymerisation bei dem Destillationsvorgang gemäß der vorliegenden Erfindung zu hemmen, sondern es ist auch möglich, den fast perfekten Vorgang durchzuführen, um den gesamten Dampf zu kondensieren, und die Rückgewinnungsanteile des gewünschten Produkts und Ausgangsmaterials sind erhöht.
Wirkungen und Vorteile der Erfindung
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Hemmung der Polymerisation in der Destillationsvorrichtung, wenn die leicht polymerisierbare Substanzen, wie (Meth)acrylsäure und (Meth)acrylsäureester, enthaltende Lösung destilliert wird.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Im Folgenden wird die folgende Erfindung durch die folgenden Beispiele einiger bevorzugten Ausführungsformen im Vergleich mit nicht erfindungsgemäßen Vergleichsbeispielen genauer erläutert. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die im Folgenden genannten Beispiele beschränkt.
Beispiel 1
Eine Destillationsvorrichtung wurde verwendet und mit einer Destillierkolonne, einem Aufkocher, einem ersten vertikalen Röhrenkondensator, einem zweiten vertikalen Röhrenkondensator und einer Ausstoßvorrichtung bzw. einem Ejektor ausgestattet. Eine Acrylsäure enthaltende Lösung wurde der Destillierkolonne zugeführt, ein Sauerstoff enthaltendes Gas zur Hemmung der Polymerisation wurde zu dem Destillierkolonnenboden gegeben, die Vorrichtung wurde mit einem Kolonnenspitzendruck von 47 hPa betrieben und die Acrylsäure wurde von der Kolonnenspitze zur kontinuierlichen Reinigung abdestilliert. Die Betriebstemperatur am Destillierkolonnenboden beträgt 95°C. Ein Polymerisationsinhibitor wurde zu dem gebildeten Kondensat gegeben und obere Bereiche der Röhrenseiten des ersten und zweiten Kondensators wurden jeweils mit dem gebildeten Gemisch zur Zirkulation berieselt. Die Fläche der Wärmeübertragungsoberfläche des zweiten Kon densators betrug 45% der des ersten Kondensators. Dampf wurde aufwärts in den zweiten Kondensator geführt. Die Kühlwassereinlasstemperatur des zweiten Kondensators betrug 23°C und die Auslasstemperatur desselben betrug 25°C. Eine Flüssigkeit aus dem Kühlwasserauslass des zweiten Kondensators und Kühlwasser wurden gemischt und das gebildete Gemisch wurde dem Kühlwassereinlass des ersten Kondensators zugeführt. Die Kühlwassereinlasstemperatur des ersten Kondensators betrug 24°C und die Auslasstemperatur desselben betrug 36°C. Infolgedessen wurde die Vorrichtung 60 Tage ohne Frage betrieben. Nach dem Anhalten und der Untersuchung der Vorrichtung wurde beobachtet, dass ein polymerisiertes Produkt an Röhren des ersten und zweiten Kondensators und dem zweiten Kondensator nicht haftete. Ferner wurde beobachtet, dass eine extrem kleine Menge des polymerisierten Produkts nur an mit dem zweiten Kondensator und der Ausstoßvorrichtung verbundenen Rohrleitungen haftete.
Beispiel 2
Eine Destillationsvorrichtung wurde verwendet und mit einer Destillierkolonne, einem Aufkocher, einem ersten vertikalen Röhrenkondensator, einem zweiten vertikalen Röhrenkondensator und einer Ausstoßvorrichtung ausgestattet. Eine Methylmethacrylat enthaltende Lösung wurde der Destillierkolonne zugeführt, die Vorrichtung wurde mit einem Kolonnenspitzendruck von 160 hPa betrieben und das Methylmethacrylat wurde zur kontinuierlichen Reinigung von der Kolonnenspitze abdestilliert. Die Betriebstemperatur am Destillierkolonnenboden beträgt 50°C. Ein Polymerisationsinhibitor wurde zu dem gebildeten Kondensat gegeben und obere Bereiche der Röhrenseiten des ersten und zweiten Kondensators wurden jeweils mit dem gebildeten Gemisch zur Zirkulation berieselt. Die Fläche der Wärmeübertragungsoberfläche des zweiten Kondensators betrug 5% der des ersten Kondensators.
Dampf wurde aufwärts in den zweiten Kondensator geführt. Die Kühlwassereinlasstemperatur des zweiten Kondensators betrug 30°C und die Auslasstemperatur desselben betrug 45°C. Die Kühlwassereinlasstemperatur des zweiten Kondensators betrug 2°C und die Auslasstemperatur desselben betrug 4°C. Infolgedessen wurde die Vorrichtung 90 Tage ohne Frage betrieben. Nach dem Anhalten und der Untersuchung der Vorrichtung wurde beobachtet, dass ein polymerisiertes Produkt an Röhren des ersten und zweiten Kondensators, dem zweiten Kondensator und mit dem zweiten Kondensator und der Ausstoßvorrichtung verbundenen Rohrleitungen nicht haftete.
Vergleichsbeispiel 1
Die Acrylsäure wurde kontinuierlich gemäß Beispiel 1 gereinigt, wobei jedoch der zweite Kondensator nicht zwischen den ersten Kondensator und die Ausstoßvorrichtung platziert wurde. Dann betrug die Kühlwassereinlasstemperatur des ersten Kondensators 22°C und die Auslasstemperatur desselben 33°C. Infolgedessen konnte der Kolonnenspitzendruck am 30. Tag nicht bei 47 hPa gehalten werden und er begann zu steigen. Nach dem Anhalten und Untersuchen der Vorrichtung wurde beobachtet, dass ein polymerisiertes Produkt an mit dem ersten Kondensator und der Ausstoßvorrichtung verbundenen Rohrleitungen haftete.
Vergleichsbeispiel 2
Das Methylmethacrylat wurde kontinuierlich gemäß Beispiel 2 gereinigt, wobei jedoch der zweite Kondensator nicht zwischen den ersten Kondensator und die Ausstoßvorrichtung platziert wurde. Infolgedessen konnte der Kolonnenspitzendruck am 50. Tag nicht bei 160 hPa gehalten werden und er begann zu steigen. Nach dem Anhalten und der Untersuchung der Vorrichtung wurde beobachtet, dass ein polymerisiertes Produkt an mit dem ersten Kondensator und der Ausstoßvorrichtung verbundenen Rohrleitungen haftete.

Claims

Destillationsverfahren für eine eine leicht polymerisierbare Substanz enthaltende Lösung, umfassend die Stufe der Destillation einer eine leicht polymerisierbare Substanz enthaltenden Lösung durch eine Destillierkolonne, die mit einem Kondensator zur Kondensation an einem Dampfauslass der Destillierkolonne ausgestattet ist, wobei mindestens ein Kondensator zur Polymerisationshemmung des Weiteren in Reihe an einer Dampfauslassseite des Kondensators zur Kondensation angebracht ist, wobei die leicht polymerisierbare Substanz, die in dem Dampf aus einem vorgeschalteten bzw. stromaufwärtigen Kondensator enthalten ist, durch einen nachgeschalteten bzw. stromabwärtigen Kondensator kondensiert wird, und dadurch gekennzeichnet, dass das Kondensat aus mindestens einem Kondensator mit Ausnahme des stromaufwärtigsten Kondensators zur Kondensation mit dem Kondensat des stromaufwärtigsten Kondensators zur Kondensation in Verbindung gebracht wird; die Kühlmitteleinlasstemperatur des stromaufwärtigsten Kondensators zur Kondensation im Bereich von 3 bis 50°C liegt, die Kühlmitteleinlasstemperatur des stromabwärtigsten Kondensators zur Polymerisationshemmung im Bereich von 0 bis 50°C liegt und die Kühlmitteleinlasstemperatur von mindestens einem Kondensator um 1 bis 25°C niedriger als die Kühlmittelaunlasstemperatur desselben ist; die Kühlmitteleinlasstemperatur des stromabwärtigsten Kondensators zur Polymerisationshemmung um 0 bis 40°C niedriger als die Kühlmitteleinlasstemperatur des stromaufwärtigsten Kondensators zur Kondensation ist; das Verfahren ferner die Stufe der Berieselung mit einer ein Stabilisierungsmittel enthaltenden Lösung in mindestens einem Kondensator, der aus den mehreren Kondensatoren ausgewählt ist, umfasst; und die verwendeten Kondensatoren vertikale Röhrenwärmeaustauscher sind.
Destillationsverfahren nach Anspruch 1, wobei der Kondensationsanteil des stromaufwärtigsten Kondensators zur Kondensation nicht weniger als 85 Gew.-% des gesamten Kondensats beträgt.
Destillationsverfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei der Dampf abwärts zur Rohrseite des stromaufwärtigsten Kondensators zur Kondensation geführt wird.
Destillationsverfahren nach Anspruch 3, wobei der Dampf aufwärts zur Rohrseite der Kondensatoren mit Ausnahme des stromaufwärtigsten Kondensators geführt wird.
Destillationsverfahren nach Anspruch 3, wobei der Dampf abwärts zur Rohrseite aller Kondensatoren geführt wird.
Destillationsverfahren nach Anspruch 1, wobei die Berieselung mit der Lösung das Kondensat von mindestens einem Kondensator, der aus den mehreren Kondensatoren ausgewählt ist, umfasst.
Destillationsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das ferner die Stufe der Rückführung von mindestens einem Teil des Kondensats aus dem stromaufwärtigsten Kondensator zur Kondensation zur Destillierkolonne umfasst.
Destillationsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Lösung in einem Destillationstemperaturbereich von 30 bis 150°C destilliert wird.
Destillationsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Fläche der Wärmeübertragungsoberfläche des stromabwärtigen Kondensators 1 bis 100% der des stromaufwärtigsten Kondensators zur Kondensation beträgt.
Destillationsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die leicht polymerisierbare Substanz (Meth)acrylsäure und/oder (Meth)acrylsäureester ist.