TW202116716A - 由甲醛和丙醛製備甲基丙烯醛之方法及用於該目的之製備設備 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種在至少基於酸和鹼之均相觸媒混合物的存在下由甲醛和丙醛製備甲基丙烯醛之方法和一種用於該製備之製備設備。為使離開反應器之反應混合物可以良好的能量平衡方式進行良好後處理並可以最大簡單性之裝置實施該方法，提出令液態反應混合物在膨脹箱中於壓力下膨脹並分離成呈氣相形式之第一膨脹混合物和呈液相形式之第二膨脹混合物，該第一膨脹混合物係在第一冷凝器中冷凝，將該第二膨脹混合物引入第一蒸餾塔中並於其中分離成位於頂部呈氣相形式之第一蒸餾混合物和位於底部呈液相形式之第二蒸餾混合物，該第一蒸餾混合物同樣地在該第一冷凝器中冷凝。亦提出一種可藉其進行根據本發明方法之製備設備。

Description

由甲醛和丙醛製備甲基丙烯醛之方法及用於該目的之製備設備

本發明係關於一種在至少基於酸和鹼之均相觸媒混合物的存在下由甲醛和丙醛製備甲基丙烯醛之方法和一種用於該製備之製備設備。

該反應通常係在相對高溫下進行以實現較高反應速率，並因此使該甲醛和丙醛反應物更快轉化成甲基丙烯醛。然而，若仍含有該觸媒混合物之反應混合物長時間保持在相對高溫度下，則增加副產物之形成和/或二甲基丙烯醛之形成，其係不樂見的。此係因為對該最終甲基丙烯醛產物之純度的要求越高，則排出該副產物或該二甲基丙烯醛所需之複雜性越高。

(1) 先前技術中所提出的途徑係將仍含有該觸媒混合物之反應混合物儘快送至蒸餾塔中，於該蒸餾塔排出該觸媒混合物。此途徑係(例如)藉由DE 3213681 A1所教示。DE 3213681 A1描述一種在管式反應器中於高壓下液相中並且在均相觸媒混合物的存在下由甲醛和丙醛製備甲基丙烯醛之方法。使該反應混合物膨脹至標準壓力並導入第一蒸餾塔中。含有甲基丙烯醛和水之氣流係由該第一蒸餾塔之頂部排出。水和觸媒混合物係收集於該底部。因此該均相觸媒混合物係在該第一蒸餾塔中排出。另外，DE 3213681 A1提出僅以小量觸媒混合物即可獲得良好反應結果之反應器操作。依此方式，因此從一開始即使用較少觸媒混合物。 (2) 為處理所排出含有該均相觸媒混合物之水相，DE 3213681 A1提出多個變化例。在第一變化例中，完全丟棄該底部物。在第二變化例中，丟棄一部分該底部物並使剩餘物流回該反應器中。在第三變化例中，將該底部物送至第二蒸餾塔中，藉其使水由蒸餾塔頂排出。因此，在源自該第二蒸餾塔之底部物中該觸媒混合物的濃度相應地高於源自該第一蒸餾塔之底部物中者。使源自該第二蒸餾塔之底部物流回該反應器中。在第四變化例中，僅一部分源自該第二蒸餾塔之底部物係流回該反應器中並丟棄該剩餘物。 (3) 相較於該第三和第四變化例，該第一和第二變化例在能量上更為有利並且在裝置方面明顯更簡單。然而，比該第三和第四變化例損失更多觸媒混合物：因為在該第一變化例中丟棄全部底部物，並且在第二變化例中無法將大量的水隨意地流回該反應器中，因此可再循環之觸媒混合物的量較少。然而，在源自該第一蒸餾塔之底部物中觸媒混合物的含量太高，以致該底部物無法作為廢水而釋入公共用水處理設備時，該第二、第三和第四變化例係適合用於降低問題廢水量。在該第二變化例中，此係藉使一部分源自該第一蒸餾塔之底部物再循環至該反應器中而實現，在該第三變化例中，該蒸餾排出水可使源自該第二蒸餾塔之所有底部物流回該反應器中，因此無問題廢水產生，並且在該第四變化例中，相較於該第二變化例，該蒸餾排出水並使源自該第二蒸餾塔之底部物部分再循環至該反應器係進一步降低該問題廢水量。 (4) 源自該第一蒸餾塔之頂部流係在冷凝器中冷凝。該冷凝液係在液-液相分離器中分離成主要含有甲基丙烯醛之液態有機相和液態水相。將該有機相收集於收集容器中作為產物。將該水相導回至該第一蒸餾塔中。

(1) WO 2016/042000 A1亦提出一種將仍含有該觸媒混合物之反應混合物極快速地送入蒸餾塔中之方法，於該蒸餾塔排出該觸媒混合物。甲基丙烯醛係在管式反應器中於高壓下液相中並且在均相觸媒混合物的存在下由甲醛和丙醛製得。使該反應混合物膨脹並導入第一蒸餾塔中。由第一蒸餾塔之頂部排出含有甲基丙烯醛和水之氣態頂部流。水和觸媒混合物係累積在源自該第一蒸餾塔之底部物中。因此在該第一蒸餾塔中排出該均相觸媒混合物。 (2) 關於所排出含有該均相觸媒混合物之相的處理，WO 2016/042000 A1提出除了流回該第一蒸餾塔的部分外，使源自該第一蒸餾塔之底部物至少部分流回該反應器中。將未流回該反應器之部分送至後處理或處理。該後處理可在第二蒸餾塔或膜分離階段中進行。 (3) 令源自該第一蒸餾塔之頂部流冷凝。將該冷凝液導入液-液相分離器中，其中液態有機相與液態水相係彼此分離。該有機相包含高濃度之甲基丙烯醛，而使其以產物流形式排出。該水相係全部或部分流回該第一蒸餾塔中。

(1) EP 2829531 A1為另一公開案，其提出一種將仍含有該觸媒混合物之反應混合物儘快送至蒸餾塔中，於該蒸餾塔排出該觸媒混合物之方法。甲基丙烯醛係在管式反應器中於高壓下液相中並且在均相觸媒混合物的存在下由甲醛和丙醛所製得。使該反應混合物膨脹並導入蒸餾塔中。由該蒸餾塔之頂部排出含有甲基丙烯醛和水之氣態頂部流。水和觸媒混合物係累積在該蒸餾塔之底部物中。因此在該蒸餾塔中排出該均相觸媒混合物。 (2) 為進一步處理所排出含有該均相觸媒混合物之水相，EP 2829531 A1提出該底部流之一部分係流回該反應器，並將另一部分送至藉由膜分離階段進行之後處理。使源自該膜分離階段富含該觸媒混合物之滲餘物至少部分再循環至該反應器中。將該滲餘物未再循環的部分送至處理。將該滲透物以該受低污染之水相形式分別送至處理。 (3) 亦可提供兩個膜分離階段，而不是一個膜分離階段。 (4) 令源自該蒸餾塔之頂部流冷凝。將該冷凝液導入液-液相分離器中，其中液態有機相與液態水相係彼此分離。該有機相包含高濃度之甲基丙烯醛，而使其以產物流形式排出。使該水相流回該蒸餾塔中。

(1) 先前技術中所提出之另一途徑係顯著冷卻該反應混合物以明顯減少副反應及/或二甲基丙烯醛之形成。此獲得進一步後處理該反應混合物的時間。在EP 2829531 A1中提出此途徑作為替代方法。令該反應混合物冷卻，伴隨相應的膨脹，並將其導入該蒸餾塔上游之液-液相分離器中。在該液-液相分離器中，使含有高比例之甲基丙烯醛的液態有機相與含有該均相觸媒混合物之液態水相分離。此分離操作需要一段時間，並由於該反應混合物之顯著冷卻，因此可利用此段時間。 (2) 該水相之排出不僅使大部分之該觸媒混合物與該有機相分離。由於僅將該有機相導入該蒸餾塔中，因此亦將較少的水引入該蒸餾塔中。此表示，首先從一開始就將純度較高之混合物引入該蒸餾塔，導致源自該蒸餾塔之頂部流更乾淨。其次，亦將較小量引入該第一蒸餾塔中，因此其中必須加熱相應較小量，該蒸餾塔亦可具有較小設計。 (3) 關於源自該蒸餾塔之底部物，EP 2829531 A1在此情況下提出在第一變化例中使其流回該液-液相分離器，在第二變化例中將其導入該膜分離階段，亦將至少一部分源自該液-液相分離器之水相導入其中，在第三變化例中使其流回該反應器中，就如在第四變化例中亦可導入一部分源自該液-液相分離器之水相，或將其送至處理。

(1) WO 2018/217961 A1為另一公開案，其提出顯著冷卻該反應混合物以明顯減少副反應及/或二甲基丙烯醛之形成的途徑。其揭示一種在均相觸媒混合物的存在下由甲醛和丙醛製備甲基丙烯醛之方法，其中該反應係在液相中高壓以及高於100℃之溫度下，例如在150℃-220℃之溫度下進行。令該含有均相觸媒混合物之反應混合物顯著冷卻，即冷卻至15℃以下，較佳係5℃以下。該冷卻亦實現壓力相應降低。將該冷的反應混合物導入第一液-液相分離器中，其中含有高比例之甲基丙烯醛的液態有機相與含有均相觸媒混合物之液態水相彼此分離。 (2) 將該水相導入第一蒸餾塔中，並且將該有機相導入第二蒸餾塔中。由於預先分離水相與有機相，因此不僅大部分之該觸媒混合物與該有機相分離。亦從一開始就將純度較高之混合物提供給該第一和第二蒸餾塔，此導致源自該第一和第二蒸餾塔之頂部流和底部流更乾淨。 (3) 令水性側流另外由該第一蒸餾塔排出以降低該第一蒸餾塔之底部物中的水含量，此舉增加該第一蒸餾塔之底部物中該觸媒混合物的濃度。由於無法使大量的水隨意流回該反應器，因此增加可流回該反應器之觸媒量，並降低必須丟棄之問題廢水量。 (4) 使一部分源自該第一蒸餾塔之底部物流回該反應器，排出另一部分，並令該剩餘部分流回該第一蒸餾塔中。 (5) 令源自該第一蒸餾塔之頂部流冷凝並導入第二液-液相分離器中，其中使液態有機相與液態水相彼此分離。為洗掉源自該第一蒸餾塔之頂部流中所存在的甲醇，將額外的水提供給該第二液-液相分離器。排放出該液態水相。同樣地將源自該第二液-液相分離器之液態有機相導入第二蒸餾塔中。令源自該第二蒸餾塔之頂部流冷凝並導入該第一液-液相分離器中。除了將一部分導回該第二蒸餾塔之外，將源自該第二蒸餾塔主要含有甲基丙烯醛之底部物導入第三蒸餾塔中。無用的有機組分係經由源自該第三蒸餾塔之底部物排出。令源自該第三蒸餾塔之頂部流冷凝並包含高純度之甲基丙烯醛。

WO 2018/127963 A1揭示一種在均相觸媒混合物的存在下由甲醛和丙醛製備甲基丙烯醛之方法，其係不同於由WO 2018/217961 A1已知之方法，特別在於源自該第一蒸餾塔之頂部流在冷凝後並未導入第二液-液相分離器，而係以第二產物流形式排出。

WO 2018/217964 A1揭示一種在均相觸媒混合物的存在下由甲醛和丙醛製備甲基丙烯醛之方法，其係不同於由WO 2018/127963 A1已知之方法，特別在於 - 源自該第二蒸餾塔之頂部流並未部分再循環至與該第一和第二蒸餾塔上游連接之該液-液相分離器，而以該第一產物流的形式完全排放出，以及 - 源自該第二蒸餾塔之底部物並未導入第三蒸餾塔中，而以廢物流的形式排放出。

(1) WO 2015/065610 A1亦提出顯著冷卻該反應混合物以明顯減少副反應及/或二甲基丙烯醛之形成的途徑。其揭示一種在均相觸媒混合物的存在下由甲醛和丙醛製備甲基丙烯醛之方法，其係不同於由WO 2018/127963 A1已知之方法，特別在於 - 源自該第一蒸餾塔之頂部流並未以該第二產物流的形式排出，而是在冷凝後部分導入該第一蒸餾塔和該液-液相分離器中，其中該分離器係與該第一和第二蒸餾塔上游連接並採用傾析器的形式， - 源自該第二蒸餾塔之底部物並未導入第三蒸餾塔中，而係以產物流的形式直接排出，以及 - 一部分源自該第二蒸餾塔之冷凝頂部流係流回該第二蒸餾塔中。 (2) 該方法可以下列方式發展：將一部分源自該第二蒸餾塔之冷凝頂部流導入單獨傾析器中，並將此傾析器所排出之液態有機相導入該第二蒸餾塔中及/或添加至源自該第二蒸餾塔之底部流中。亦可以下列方式發展：將一部分源自該第一蒸餾塔之冷凝頂部流導入另一單獨傾析器中，並將此傾析器所排出之液態有機相導入該第二蒸餾塔中，並將此傾析器所排出之液態水相導入該第一蒸餾塔中。

本發明目的係提供一種在至少基於酸和鹼之觸媒的存在下由甲醛和丙醛製備甲基丙烯醛之方法，藉其可以良好的能量平衡方式進行離開該反應器的反應混合物之有效後處理，並且在裝置方面可以最大簡單性實施。本發明另一目的係提供一種相應製備設備。

該方法目的係根據本發明藉由具有請求項1之特徵的方法實現。離開該反應器之反應混合物為液體並處於壓力下。此液態反應混合物之膨脹導致該反應混合物一部分進入氣相，產生該第一膨脹混合物(即該反應混合物因該膨脹已轉化成氣相的部分)和第二膨脹混合物(即該反應混合物保留在該液相中的部分)。在該第一膨脹混合物中該甲基丙烯醛的含量係高於該第二膨脹混合物中者。因此，該壓力的釋放已為獲得具有較高甲基丙烯醛含量之混合物的步驟。該第一膨脹混合物和該第二膨脹混合物係在該膨脹箱中彼此分離。

該壓力之釋放係伴隨冷卻。因此，此冷卻不需要任何額外的能量消耗或裝置複雜性。此外，儘管該冷卻與壓力的降低有關聯，但相應於該壓力降低之能量仍保留在該系統中。

僅必須將該第二膨脹混合物導入該第一蒸餾塔中並加熱之以進行該蒸餾操作。將該第一膨脹混合物直接導入該第一冷凝器中，並於其中與源自該第一蒸餾塔之頂部的該第一蒸餾混合物一起冷凝。

較佳地，該反應混合物在執行步驟S3之前即具有選自範圍從100至210℃之溫度，較佳係選自範圍從130至180℃之溫度，並處於選自範圍從15至100巴(絕對壓力)之壓力，較佳係在選自範圍從22至50巴(絕對壓力)之壓力下，其中該壓力係經選擇而使該反應器(1)中之反應混合物在該所選溫度下保持液態。在範圍從100至210℃之溫度和範圍從15至100巴(絕對壓力)之壓力下，由於該膨脹可產生相當大比例之第一膨脹混合物。在範圍從130至180℃之溫度和範圍從22至50巴(絕對壓力)之壓力下，由於該膨脹可產生相當大比例之第一膨脹混合物，此比例係與所施加之壓縮能量和熱能呈良好關係。

有利地，可將源自該第一冷凝器之冷凝物導入第一相分離器中，並在該第一相分離器中分離成第一分離混合物和第二分離混合物，其中該第一分離混合物係呈含有甲基丙烯醛之有機相形式，而該第二分離混合物係呈水相形式。依此方式，以簡單且有效的方式使該水相並因此大量的水與該可含有高比例之甲基丙烯醛的有機相分離。

較佳地，可將該第二分離混合物導入第二蒸餾塔中並於其中至少分離成第三蒸餾混合物和第四蒸餾混合物，其中該第三蒸餾混合物係位於該第二蒸餾塔之頂部呈氣相形式，而該第四蒸餾混合物係存在於該第二蒸餾塔之底部並包含水。依此方式，可引出塔頂該第二分離混合物中所存在之大部分的甲基丙烯醛。由於該觸媒混合物亦收集於該第一蒸餾塔之底部，並且該第二分離混合物中該觸媒混合物之存在量相應地小，因此在該第二蒸餾塔中可獲得僅受問題物質少量污染之底部物液體，就其處理而言是有利的。

更佳地，可將該第三蒸餾混合物由該第二蒸餾塔之頂部移出並引入該第一冷凝器中。因此，該第三蒸餾混合物不需要專用的冷凝器和相分離器，並且降低這方面之裝置複雜性。在該第一冷凝器中，使該第三蒸餾混合物轉化成其冷凝液，將其導入該第一相分離器中。

在本發明有利的具體實施態樣中，可將該第三蒸餾混合物引入第二冷凝器中並於其中冷凝，並且可將冷凝物由該第二冷凝器排出並將其引入該第一相分離器中。該第二冷凝器可獨立於該第一冷凝器地冷凝該第三蒸餾混合物。此外，該第二冷凝器可用於將該第三蒸餾混合物至少部分再循環至該第二蒸餾塔中。

特別有利地，可將第三蒸餾混合物引入第二冷凝器中並於其中冷凝，並且可將冷凝物由該第二冷凝器排出並引入第二相分離器中，並且可在該第二相分離器中將其分離成第三分離混合物和第四分離混合物，其中該第三分離混合物係呈含有甲基丙烯醛之有機相形式，而該第四分離混合物係呈水相形式。由於藉由該第二相分離器所進行之分離，可利用該第三分離混合物作為經有效甲基丙烯醛後處理之產物流與該第一分離混合物分離，或者將其與該第一分離混合物組合以獲得經有效甲基丙烯醛後處理之一般產物流。換言之，不須將該第三分離混合物引入該第一相分離器中。此外，藉由該第二冷凝器和該第二相分離器，特別可使一部分之該第三蒸餾混合物流回該第二蒸餾塔中，即該第四分離混合物，並因此在該第二蒸餾塔中進行特別有效的分離，特別是甲基丙烯醛與水之有效分離。

更佳地，將第三蒸餾混合物引入第一蒸餾塔中。依此方式，將該第三蒸餾混合物送至藉由該第一蒸餾塔和該第一相分離器所進行之該後處理中。

有利地，將第三蒸餾混合物引入該膨脹箱中。依此方式，該第三蒸餾混合物係循著經由該膨脹箱之路徑送至藉由該第一蒸餾塔和該第一相分離器所進行之該後處理中。

在有利的變化例中，可將第二分離混合物引入該第一蒸餾塔中。此將第二分離混合物再循環至該第一蒸餾塔可改善該第一蒸餾混合物的純度，即藉由所提之再循環可增加該第一蒸餾混合物中欲自塔頂排出之物質的比例。此外，再循環之該第二分離混合物可用於抵消該第一蒸餾塔中由塔頂夾帶而出的液滴。

該裝置目的係根據本發明藉由具有請求項11之特徵的製備設備實現。離開該反應器之該反應混合物為液體並處於壓力下。若其膨脹，該反應混合物之一部分係進入該氣相，產生該第一膨脹混合物，而該反應混合物之一部分係保留在該液相中，產生該第二膨脹混合物。該第一膨脹混合物之該甲基丙烯醛含量係高於該第二膨脹混合物之該甲基丙烯醛的含量。因此，該壓力之釋放為獲得具有較高甲基丙烯醛含量之混合物的步驟。該膨脹箱可使第一膨脹混合物與該第二膨脹混合物彼此分離，並因此可將其分別送入進一步後處理步驟中。

該膨脹係伴隨冷卻。因此，此冷卻不需要任何額外的裝置複雜性或能量消耗。此外，儘管該冷卻與壓力降低有關聯，但相應於該壓力降低之能量仍保留在該系統中。

僅必須將該第二膨脹混合物導入該第一蒸餾塔中並加熱之以進行該蒸餾操作。將該第一膨脹混合物直接導入該第一冷凝器中，並於其中與源自該第一蒸餾塔之頂部的該第一蒸餾混合物一起冷凝。為此目的，該第一蒸餾塔係流體連接至該膨脹箱之第二出口，並且該第一冷凝器係流體連接至該膨脹箱之第一出口和該第一蒸餾塔之頂部。

較佳地，該製備設備可具有第一相分離器，該第一相分離器係流體連接至該第一冷凝器，並且藉其可使該第一冷凝器所提供之冷凝液中所存在之有機相的第一分離混合物與該第一冷凝器所提供之冷凝液中所存在之水相的第二分離混合物分離，其中該第一相分離器可具有用於排出第一分離混合物之第一出口和用於排出第二分離混合物之第二出口。藉由此配置，可以簡單且有效的方式將水相並因此大量的水與可含有高比例之甲基丙烯醛的有機相分離。

特別有利地，該製備設備可具有第二蒸餾塔及相分離器排出導管裝置，該第二蒸餾塔具有頂部和底部，並且藉其可將第二分離混合物至少分離成呈氣相形式之含甲基丙烯醛的第三蒸餾混合物和呈液相形式之含水第四蒸餾混合物，其中該相分離器排出導管裝置係將該第二蒸餾塔連接至該第一相分離器之第二出口，並且可將源自該第一相分離器之第二出口的第二分離混合物導入該第二蒸餾塔中。藉由該第二個蒸餾塔，仍可將該第二分離混合物(存於塔頂所引出之該第三蒸餾混合物中)中所存在之相當大部分的甲基丙烯醛排出。由於該第二分離混合物中觸媒混合物之存在量相應較小，因此可獲得收集於該第二蒸餾塔之底部並僅受有問題物質少量污染之殘留物，就其處理而言是有利的。

更佳地，蒸餾塔排出導管裝置可將該第二蒸餾塔之頂部流體連接至該第一冷凝器，並且第三蒸餾混合物可經由該蒸餾塔排出導管裝置由該第二蒸餾塔之頂部導入該第一冷凝器中。由於此配置，可使第三蒸餾混合物在該第一冷凝器中冷凝。因此，不需要單獨冷凝器而使該第三蒸餾混合物冷凝，並且降低這方面的裝置複雜性。在該第一冷凝器中，將第三蒸餾混合物轉化成其冷凝物，可將其導入該第一相分離器中。

有利地，該製備設備可具有第二冷凝器和蒸餾塔排出導管裝置，其中該蒸餾塔排出導管裝置係將該第二蒸餾塔之頂部流體連接至該第二冷凝器，其中第三蒸餾混合物可經由該蒸餾塔排出導管裝置由該第二蒸餾塔之頂部導入該第二冷凝器中，並於該第二冷凝器中冷凝，並且其中該第二冷凝器係流體連接至該第一相分離器，藉其可將源自該第二冷凝器之冷凝液由該第二冷凝器進一步導入該第一相分離器中。該第二冷凝器可獨立於該第一冷凝器地冷凝該第三蒸餾混合物。此外，該第二冷凝器可用於將該第三蒸餾混合物至少部分再循環至該第二蒸餾塔中。

較佳地，該製備設備可具有第二冷凝器、蒸餾塔排出導管裝置和第二相分離器，其中該蒸餾塔排出導管裝置係將該第二蒸餾塔之頂部流體連接至該第二冷凝器，其中第三蒸餾混合物可經由該蒸餾塔排出導管裝置由該第二蒸餾塔之頂部導入該第二冷凝器中並於該第二冷凝器中冷凝，以及該第二相分離器係流體連接至該第二冷凝器，藉其可將源自該第二冷凝器之冷凝液由該第二冷凝器進一步導入該第二相分離器中，藉其可使該第二冷凝器所提供之冷凝液中所存在之有機相的第三分離混合物與該第二冷凝器所提供之冷凝液中所存在之水相的第四分離混合物分離，其中該第二相分離器具有用於排出第三分離混合物之第一出口和用於排出第四分離混合物之第二出口。由於可藉由該第二相分離器進行之分離，可利用該第三分離混合物作為經有效甲基丙烯醛後處理之產物流與該第一分離混合物分離，或者將其與該第三分離混合物組合以獲得經有效甲基丙烯醛後處理之一般產物流。換言之，不須將該第三分離混合物引入該第一相分離器中。此外，藉由該第二冷凝器和該第二相分離器，特別可使一部分之該第三蒸餾混合物流回該第二蒸餾塔中，即該第四分離混合物，並因此在該第二蒸餾塔中進行特別有效的分離，特別是甲基丙烯醛與水之有效分離。

特別有利地，蒸餾塔排出導管裝置可將該第二蒸餾塔之頂部流體連接至該第一蒸餾塔，並且第三蒸餾混合物可經由該蒸餾塔排出導管裝置由該第二蒸餾塔之頂部導入該第一蒸餾塔中。因此，可將第三蒸餾混合物送至藉由該第一蒸餾塔和該第一相分離器進行之該後處理。

較佳地，蒸餾塔排出導管裝置可將該第二蒸餾塔之頂部流體連接至該膨脹箱，並且第三蒸餾混合物可經由該蒸餾塔排出導管裝置由該第二蒸餾塔之頂部導入該膨脹箱中。藉由此配置，可使該第三蒸餾混合物循著經由該膨脹箱之路徑送至藉由該第一蒸餾塔和該第一相分離器所進行之該後處理中。

在有利的具體實施態樣中，可提供將該第一蒸餾塔連接至該第一相分離器之第二出口的相分離器排出導管裝置，藉其可將第二分離混合物由該第一相分離器之第二出口導入該第一蒸餾塔中。因此，可將第二分離混合物再循環至該第一蒸餾塔中，其可改善該第一蒸餾混合物的純度，即藉由所提之再循環可增加該第一蒸餾混合物中欲由該第一蒸餾塔塔頂排出之物質的比例。此外，再循環之該第二分離混合物可用於抵消該第一蒸餾塔中由塔頂夾帶而出的液滴。

更佳地，該製備設備可用於製備甲基丙烯醛，特別是用於在至少基於酸和鹼之均相觸媒混合物的存在下由甲醛和丙醛製備甲基丙烯醛。

[具體實施態樣]

參考圖1。其中所說明之本發明第一具體實施態樣的製備設備100具有反應器1，其中反應可在液相中高壓下進行，其中甲基丙烯醛係在水的存在下以及在至少基於酸和鹼之均相觸媒的存在下由甲醛和丙醛予以形成。反應器排出導管裝置2係將該反應器1流體連接至膨脹閥3，藉其可將反應混合物由該反應器1經由該反應器排出導管裝置2導入該膨脹閥3中。該膨脹閥3可使反應混合物在源自該反應器1之高壓下膨脹至較低壓力，並且該膨脹閥3可同時調節該反應器1之壓力。亦可將該膨脹閥3描述為保壓和膨脹閥。

該膨脹閥3係流體連接至該製備設備100之膨脹箱5，特別係經由膨脹閥排出導管裝置4流體連接之。該膨脹箱5可用於分離第一膨脹混合物和第二膨脹混合物，其中該第一膨脹混合物為該反應混合物因反應混合物之膨脹而進入該氣相的部份，而該第二膨脹混合物為該反應混合物中在該反應混合物膨脹之後保留在該液相的部份。儘管該膨脹箱5不必具有鼓的形狀，亦可將其稱為膨脹鼓或膨脹箱(flashbox)。

該膨脹箱5具有用於排出第一膨脹混合物之第一出口6和用於排出第二膨脹混合物之第二出口7。

該製備設備100亦具有第一冷凝器9。該膨脹箱5之第一出口6係經由第一膨脹箱排出導管裝置8流體連接至該第一冷凝器9，第一膨脹混合物可藉其由該膨脹箱5導入該第一冷凝器9中。該第一冷凝器9可用於冷凝第一膨脹混合物。

該製備設備100亦具有第一蒸餾塔11，該蒸餾塔具有頂部12和底部13。該膨脹箱5之第二出口7係經由第二膨脹箱排出導管裝置10流體連接至該第一蒸餾塔11，可使第二膨脹混合物經由該第二膨脹箱排出導管裝置10由該膨脹箱5導入該第一蒸餾塔11中。該第一蒸餾塔11可用於將第二膨脹混合物分離成呈氣相形式並含有甲基丙烯醛之第一蒸餾混合物和呈液相形式並含有水及觸媒之第二蒸餾混合物。

藉由第一蒸餾塔排出導管裝置14，該第一蒸餾塔11之頂部12係流體連接至該第一冷凝器9。該第一蒸餾塔排出導管裝置14可將第一蒸餾混合物由該第一蒸餾塔11之頂部12導入該第一冷凝器9中。所提供之該第一蒸餾混合物可在該第一冷凝器9中冷凝。

該第一膨脹箱排出導管裝置8和該第一蒸餾塔排出導管裝置14係分別連接至該第一冷凝器9之專用入口。

該第一蒸餾塔11之底部13係藉由第二蒸餾塔排出導管裝置15流體連接至該反應器1。該第二蒸餾塔排出導管裝置15可將第二蒸餾混合物由該第一蒸餾塔11導入該反應器1中。

該製備設備100亦具有第一相分離器18。該第一相分離器18係經由冷凝器排出導管裝置17流體連接至該第一冷凝器9之冷凝液出口16。該冷凝器排出導管裝置17可將源自該第一冷凝器9之冷凝液由該第一冷凝器9導入該第一相分離器18中。該第一相分離器18可將源自該第一冷凝器9之冷凝液中所存在之有機相的第一分離混合物與源自該第一冷凝器9之冷凝液中所存在之水相的第二分離混合物分離。該第一相分離器18具有用於排出第一分離混合物之第一出口19和用於排出第二分離混合物之第二出口20。藉由流體連接至該第一相分離器18之第一出口19的該第一相分離器排出導管裝置21，可由該第一相分離器18排出第一分離混合物。藉由流體連接至該第二出口20之第二相分離器排出導管裝置22，可由該第一相分離器18排出第二分離混合物。

該製備設備100亦具有第二蒸餾塔23，該蒸餾塔23具有頂部24和底部25。該第二相分離器排出導管裝置22係將該第一相分離器18之第二出口20流體連接至該第二蒸餾塔23。該第二相分離器排出導管裝置22可將第二分離混合物由該第一相分離器18之第二出口導入該第二蒸餾塔23中。該第二蒸餾塔23可將第二分離混合物至少分離成呈氣相形式之含甲基丙烯醛的第三蒸餾混合物和呈液相形式之含水第四蒸餾混合物。

第三蒸餾塔排出導管裝置26係流體連接至該第二蒸餾塔23之頂部24。該第三蒸餾塔排出導管裝置26係將該第二蒸餾塔23之頂部24流體連接至該第一冷凝器9，可使第三蒸餾混合物經由該第三蒸餾塔排出導管裝置26由該第二蒸餾塔23之頂部24導入該第一冷凝器9中。

該第三蒸餾塔排出導管裝置26係連接至該第一冷凝器9之專用入口。

藉由流體連接至該第二蒸餾塔23之底部25的第四蒸餾塔排出導管裝置27，可由該第二蒸餾塔23排出第四蒸餾混合物。

該製備設備100具有流體連接至該第一蒸餾塔11之底部13的膜設備28。該膜設備28係藉由該第二蒸餾塔排出導管裝置15流體連接至該第一蒸餾塔11之底部13，可使第二蒸餾混合物經由該第二蒸餾塔排出導管裝置15由該第一蒸餾塔11之底部13導入該膜設備28中。

該第二蒸餾塔排出導管裝置15亦可由該製備設備100排出第二分離混合物。

圖1所示之具體實施態樣的第二蒸餾塔排出導管裝置15具有第一部分29、第二部分30、第三部分31和第四部分32。該第一部分29係先流體連接至該第一蒸餾塔11之底部13，其次連接至該第二部分30、該第三部分31和該第四部分32。

(1) 該第二部分30係流體連接至該反應器1，藉其可將第二蒸餾混合物由該第一蒸餾塔11之底部13經由該第二蒸餾塔排出導管裝置15之第一部分和第二部分29、30導入該反應器1中。 (2) 藉由該第二蒸餾塔排出導管裝置15之第一部分和第三部分29、31，可由該製備設備100排出第二蒸餾混合物。該第四部分32係流體連接至該膜設備28，藉其第二蒸餾混合物可經由該第二蒸餾塔排出導管裝置15之第一部分和第四部分29、32由該第一蒸餾塔11之底部13導入該膜設備28中。

該膜設備28可保留至少一部分饋入該膜設備28之該第二蒸餾混合物中所存在的觸媒。該膜設備28具有用於排出含有該保留觸媒之滲餘物混合物的第一出口33和用於排出滲透物混合物之第二出口34。該第一出口33係流體連接至第一膜設備排出導管裝置35，藉其可將滲餘物混合物由該膜設備28經由該膜設備28之第一出口33排出。

(1) 在圖1所示之工作實施例中，該第一膜設備排出導管裝置35具有第一部分36、第二部分37和第三部分38。該第一部分36係先流體連接至該膜設備28之第一出口33，其次連接至該第一膜設備排出導管裝置35之該第二部分37和該第三部分38。該第一膜設備排出導管裝置35之該第二部分37係流體連接至該第二蒸餾塔排出導管裝置15之第二部分30，藉其可將滲餘物混合物由該膜設備28經由其第一出口33以及該第一膜設備排出導管裝置35之第一部分和第二部分36、37導入該第二蒸餾塔排出導管裝置15之第二部分30中，並經由後者進一步導入該反應器1中。 (2) 該第一膜設備排出導管裝置35之第一部分和第三部分36、38可將滲餘物混合物由該製備設備100排出。

第二膜設備排出導管裝置39係流體連接至該膜設備28之第二出口34，可將滲透物混合物由該膜設備28之第二出口34經由該第二膜設備排出導管裝置39從該製備設備100中排放出。

在圖1所示之本發明具體實施態樣中，甲醛源40係經由甲醛進料裝置41流體連接至該第二蒸餾塔排出導管裝置15，藉其可將甲醛經由該甲醛進料裝置41導入該第二蒸餾塔排出導管裝置15中，並經由後者進一步導入該反應器1中。丙醛源42係經由丙醛進料裝置43流體連接至該第二蒸餾塔排出導管裝置15，藉其可將丙醛由該丙醛源42經由該丙醛進料裝置43導入該第二蒸餾塔排出導管裝置15中，並經由後者進一步導入該反應器1中。鹼源44係經由鹼進料裝置45流體連接至該第二蒸餾塔排出導管裝置15，藉其可將一或多種鹼經由該鹼進料裝置45導入該第二蒸餾塔排出導管裝置15中，並經由後者進一步導入該反應器1中。酸源46係經由酸進料裝置47流體連接至該第二蒸餾塔排出導管裝置15，藉其可將一或多種酸經由該酸進料裝置47導入該第二蒸餾塔排出導管裝置15中，並經由後者進一步導入該反應器1中。

該製備設備100可用於(例如)進行下文所述在水和至少基於酸和鹼之均相觸媒的存在下由甲醛和丙醛製備甲基丙烯醛之方法。

甲醛、丙醛、水和均相觸媒係經由該第二蒸餾塔排出導管裝置15之第二部分30引入該反應器1中。在此新鮮甲醛係由該甲醛源40經由該甲醛進料裝置41引入該第二蒸餾塔排出導管裝置15之第二部分30中，而新鮮丙醛由該丙醛源42經由該丙醛進料裝置43，一或多種新鮮鹼由該鹼源44經由該鹼進料裝置45，以及一或多種新鮮酸由該酸源46經由該酸進料裝置47引入該第二蒸餾塔排出導管裝置15之第二部分30中。該甲醛、該一或多種酸以及該一或多種鹼係分別於水溶液中，即此等水溶液引入水。該一或多種酸與該一或多種鹼接合為該均相觸媒。

合適的甲醛水溶液為(例如)彼等具有30重量%至55重量%之甲醛含量(按該甲醛溶液之總質量計)和較佳(例如)0.3重量%至10重量%之低甲醇含量(按該甲醛溶液之總質量計)者。

丙醛可以高度濃縮形式獲得。例如，可獲得殘留水含量為0.1重量%至2.5重量%(按該丙醛原料混合物之總質量計)和丙酸含量為0.01重量%至1重量%(按該丙醛原料混合物之總質量計)之丙醛原料混合物。

在該反應器輸入中較佳係甲醛比丙醛稍微過量。在該反應器入口處丙醛相對於甲醛的莫耳比特佳係選在0.90至0.99之範圍內，最佳係0.95至0.98。依此方式，首先可以低甲醛消耗量實現良好轉化率。其次，亦同時保護該觸媒。此係因過高之甲醛含量促使二甲胺轉化成三甲胺。

合適的酸特別為無機酸、有機單羧酸、有機二羧酸和有機多羧酸。原則上亦可使用其他有機酸，但基於成本理由通常不使用之。較佳係使用有機單羧酸。

所用之無機酸可為(例如)硫酸及/或磷酸。

在該有機單羧酸中，較佳係脂族有機單羧酸。在該脂族單羧酸中，較佳係彼等具有兩個至十個碳原子者，特別是彼等具有兩個、三個或四個碳原子者。

(1) 在該脂族二羧酸和多羧酸中，較佳係彼等具有兩個至十個碳原子者，特別是彼等具有兩個、四個、五個或六個碳原子者。 (2) 該有機二羧酸和該有機多羧酸可為芳族、芳脂族和脂族羧酸，較佳係脂族二羧酸和多羧酸。

例如，可使用乙酸、丙酸、甲氧基乙酸、正丁酸、異丁酸、草酸、丁二酸、酒石酸、戊二酸、己二酸、順丁烯二酸或反丁烯二酸，較佳係乙酸。

亦可使用兩種或多種酸之混合物。

(1) 合適的鹼特別為有機鹼，較佳係胺。 (2) 在該等胺中，較佳係二級胺，特別是彼等具有式R¹ R² NH者，其中R¹ 和R² - 為相同或不同，並且 - 可分別代表： •具有一個至十個碳原子，較佳係一個至八個碳原子，更佳係一個至四個碳原子之烷基，其中該碳原子亦可經醚、羥基或二級或三級胺基取代，較佳係經此等基團中之一個或兩個取代， •具有七個至十二個碳原子之芳烷基， •具有五個至七個碳原子之環烷基， •與雜環(較佳係五至七元環)之相鄰氮原子一起，該雜環亦可包含另一氮原子及/或氧原子，並可經羥烷基或具有一個至四個碳原子之烷基取代。

可使用一或多種鹼。

所用之胺可為(例如)：二甲胺、二乙胺、甲基乙胺、甲基丙胺、二丙胺、二丁胺、二異丙胺、二異丁胺、甲基異丙胺、甲基異丁胺、甲基二級丁胺、甲基(2-甲基戊基)胺、甲基(2-乙基己基)胺、吡咯啶、哌啶、𠰌啉、N-甲基哌𠯤、N-羥乙基哌𠯤、哌𠯤、六亞甲基亞胺、二乙醇胺、甲基乙醇胺、甲基環己胺、甲基環戊胺或二環己胺。

亦可使用兩種或多種鹼之混合物。

若使用胺之混合物，該等胺較佳係經選擇而使所用胺中之至少一者不具羥基。更佳地，按所用胺之重量計，在該反應器中具有至少一個羥基之胺的比例不超過50重量%，較佳係不超過30重量%，更佳係不超過10重量%。

在該反應器中一或多種酸按丙醛計之比例(總計)較佳係在0.1至20莫耳%之範圍內，更佳係在0.5至10莫耳%之範圍內，最佳係在1至5莫耳%之範圍內。若該反應器中酸量太小並因此觸媒量太少，則必須將該反應器建造得很大，並且運轉十分猛烈。若酸量過大並因此觸媒量過多，則該反應器將變得很燙。

(1) 建議在該反應器中相較於該鹼具有稍多之酸。由於該Mannich反應需要質子，故此是有利的。酸亦可與鹼結合。若(例如)所選擇之酸為乙酸並且所選擇之鹼為二甲胺，則該乙酸與該揮發性二甲胺結合。此防止二甲胺以揮發性組分形式進入該第一蒸餾塔11之頂部。 (2) 若(例如)所選擇之酸為乙酸並且該鹼為二甲胺，則在該反應器入口處乙酸相對於二甲胺之莫耳比極適合在2.0至1.1之範圍內，特佳係乙酸相對於二甲胺之莫耳比為1.1。

(1) 在該反應器入口處一或多種鹼按丙醛計之比例(總計)較佳係在0.1至20莫耳%之範圍內(按該反應器入口處丙醛之莫耳數計)，更佳係在0.5至15莫耳%之範圍內(按該反應器入口處丙醛之莫耳數計)，最佳係在1至10莫耳%之範圍內(按該反應器入口處丙醛之莫耳數計)。若一或多種鹼之使用量太小，則該反應不具選擇性，並且該反應器必須在較高溫度下操作。若一或多種鹼之使用量過大，則該反應的進行逐漸變得不經濟，並發現該廢水受到甚至更高度的污染。 (2) 若該所用之鹼為(例如)二甲胺，則在該反應器入口處二甲胺相對於丙醛之莫耳比較佳係在0.08至0.12之範圍內，更佳係0.08至0.1。

酸相對於鹼之化學計量比率較佳係大於1以具有足夠的酸度以分裂該Mannich鹼，特別係使用可有效與該酸結合之揮發性鹼時，以可使其有效地轉移至該第一蒸餾塔之底部13並可由該處將其排出。

(1) 在該反應器1中，Mannich反應係在該液相中發生，其中甲醛和丙醛係在水的存在下以及在該均相觸媒的存在下轉化成甲基丙烯醛。 (2) 該反應器1之反應區出口處的反應溫度係經選擇而使其較佳係在100℃至210℃之範圍內，更佳係在110℃至200℃之範圍內，甚至更佳係在120℃至190℃之範圍內，極特佳係在130℃至180℃之範圍內。因此可實現高轉化率和良好產率。 (3) 該反應器1的壓力係至少選擇在高得足使該反應混合物在該反應器1中保持在液體形式。藉由此等規定，設定該反應器1之合適壓力，該壓力較佳係在15至100巴之範圍內，更佳係在18至80巴之範圍內，甚至更佳係在22至50巴之範圍內，極特佳係在25至40巴之範圍內。該壓力為絕對壓力。

即使在該液態反應混合物離開該反應器1之反應區之後，仍可相當程度上進行該Mannich反應以及其他進一步反應(例如甲基丙烯醛轉化成二甲基丙烯醛或甲基丙烯醛低聚合反應)，特別係當該反應混合物仍在該反應區內處於該壓力下時，並且基本上仍具有其離開該反應區時的溫度。在本發明上下文中，該反應滯留時間係理解為表示從該等反應物進入該反應器1之反應區至該反應混合物在該膨脹閥3中開始膨脹時之間所經過的平均時間。在該反應區中之停留時間較佳係在0.001分鐘至25分鐘之範圍內，更佳係在0.001分鐘至10分鐘之範圍內，甚至更佳係在0.1 秒至300 秒之範圍內，極特佳係在1 秒至50 秒之範圍內，甚至更佳係在5 秒至20 秒之範圍內。因此可以良好產率有效地限制副反應和進一步反應。

該反應混合物包含甲基丙烯醛和伴隨組分水、未轉化甲醛、未轉化丙醛和觸媒。亦可包含下列另外伴隨組分中之一或多者： - 甲醇(若該新鮮甲醛水溶液中有甲醇存在)， - 二甲基丙烯醛， - 三甲胺，若使用二甲胺作為鹼， - 高沸物，特別是高沸點醛醇化產物， - 低聚合物，特別是甲基丙烯醛之低聚合物， - 穩定劑(例如Tempol)， - 丙醛之二聚物。

(1) 該反應混合物係藉由該反應器移出導管裝置2導至該膨脹閥3中，並藉由該膨脹閥3使其膨脹至所需壓力，例如膨脹至範圍從500 毫巴(絕對壓力)至標準壓力之壓力。該壓力釋放導致至少一部分之該反應混合物由該液相轉化成該氣相，產生第一膨脹混合物，即該反應混合物因該膨脹而轉化成該氣相的部份。該反應混合物在該膨脹後保留在該液相中的部份為第二膨脹混合物。 (2) 由於該甲基丙烯醛-水共沸液的沸點係低於水，並因此比水更容易蒸發，該第一膨脹混合物所包含之甲基丙烯醛的比例比該第二膨脹混合物中者更高。在此，其極可能超過90重量%之該反應混合物中所存在的甲基丙烯醛全進入該第一膨脹混合物中。換言之，藉由該膨脹閥3所進行之膨脹已是純化甲基丙烯醛之第一步驟。 (3) 該壓力降低和一部分之該反應混合物轉化成該氣相導致該反應混合物轉化成該氣相之部分(第一膨脹混合物)和該反應混合物保留在該液相中之部分(第二膨脹混合物)的溫度降低。因此，此冷卻作用不需要其他冷卻。 (4) 該方法較佳係以下列方式進行：該第一和第二膨脹混合物在該膨脹後的溫度係在約60至120℃之範圍內，該溫度較佳係在約70至110℃之範圍內，該溫度更佳係在約80至90℃之範圍內。已發現在此等溫度範圍內，該無用副反應和進一步反應可能發生的程度並無所想般關鍵。更特別地，該第一和第二膨脹混合物可保留在該指定溫度範圍內數分鐘，較佳係0.1至15分鐘，更佳係1至5分鐘，甚至更佳係0.5至3分鐘。對於無用副反應和進一步反應而言，此等時間為可接受性良好之停留時間。 (5) 該第一膨脹混合物在該膨脹箱5中之停留時間較佳係低於該第二膨脹混合物之停留時間。

若提供給該膨脹閥3之反應混合物係(例如)處於165℃之溫度和35巴之壓力(絕對壓力)下，並且該組成物按其總質量計係包含63.51重量%之水和29.04重量%之甲基丙烯醛，則迅速膨脹至0.85巴(絕對壓力)可導致該第一和第二膨脹混合物之溫度為78.9℃(參見根據本發明之第一實驗實施例)。

該膨脹閥排出導管裝置4係將該第一膨脹混合物和該第二膨脹混合物導入該膨脹箱5中。在該膨脹箱5中，該第一膨脹混合物和該第二膨脹混合物彼此分離。

該第一膨脹混合物係經由該膨脹箱5之第一出口6和該第一膨脹箱排出導管裝置8導入該第一冷凝器9中。該第二膨脹混合物係經由該膨脹箱5之第二出口7和該第二膨脹箱排出導管裝置10導入該第一蒸餾塔11中。

較佳地，操作該膨脹箱5而使其中存在填充程度良好之第二膨脹混合物，而該第二膨脹混合物在該膨脹箱5中的停留時間係明顯高於該第一膨脹混合物之停留時間。

該第一膨脹混合物係在該第一冷凝器9中冷凝。

在該第一蒸餾塔11中，將該第二膨脹混合物分離成第一蒸餾混合物和第二蒸餾混合物，該第一蒸餾混合物係位於該第一蒸餾塔11之頂部12呈氣相形式，而該第二蒸餾混合物係位於該第一蒸餾塔11之底部13呈液相形式。該第一蒸餾混合物具有重量比例高於該第二蒸餾混合物之甲基丙烯醛。該第一蒸餾混合物亦包含未轉化丙醛和未轉化甲醛。該第二蒸餾混合物具有重量比例高於該第一蒸餾混合物之水。此外，相較於該第一蒸餾混合物，該第二蒸餾混合物至少包含較大部分藉由該第二膨脹混合物所提供之觸媒。該第二蒸餾混合物亦包含未轉化甲醛。

可配置該第一蒸餾塔11中之程序以實際上使藉由該第二膨脹混合物所提供之所有觸媒皆存在於該第一蒸餾塔11之底部13。

(1) 該第一蒸餾塔11可(例如)在標準壓力下操作，而使其底部13的溫度略高於100℃。略微增加超過100℃(對標準壓力而言)的原因係該底部13中所存在之觸媒含量，因此該第二蒸餾混合物之沸騰溫度相應提高。 (2) 在標準壓力下該第一蒸餾塔11之頂部12的溫度可選在68至98℃之範圍內，較佳係選在80至90℃之範圍內。此表示進入該頂部12的水係比該頂部12於較低溫度時更多。

該第一蒸餾混合物係經由該第一蒸餾塔排出導管裝置14導入該第一冷凝器9中並同樣於其中冷凝。源自該第一冷凝器9之冷凝液包含含有甲基丙烯醛之有機相(第一分離混合物)和水相(第二分離混合物)。

源自該第一冷凝器9之冷凝液係經由其冷凝液出口16和該冷凝器排出導管裝置17導入該第一相分離器18中。該有機相和水相(即第一和第二分離混合物)於其中彼此分離。該有機相(即該第一分離混合物)係經由該第一相分離器18之第一出口19和該第一相分離器排出導管裝置21排出，進入(例如)槽或另一加工設備中，例如用於製備甲基丙烯酸甲酯之設備中。該水相(即該第二分離混合物)係經由該第一相分離器18之第二出口20和該第二相分離器排出導管裝置22導入該第二蒸餾塔23中。按該第二分離混合物之總質量計，在該第二分離混合物中之水含量極可能為75重量%或更高。按該第二分離混合物之總質量計，在該第二分離混合物中該甲基丙烯醛含量極可能係在2重量%至10重量%之範圍內。按該第二分離混合物之總質量計，在該第二分離混合物中該甲醇含量極可能係在1重量%至10重量%之範圍內。該第二分離混合物亦可包含甲醛。顯然地，該第二分離混合物之所有組分總和共佔該第二分離混合物之總質量的100重量%。

由於在此本發明具體實施態樣中該第二分離混合物係導入該第二蒸餾塔23中，而非導入該第一蒸餾塔11，因此進入該第一蒸餾塔11的水較少。因此，在該第一蒸餾11之底部13中該觸媒的濃度係高於將該第二分離混合物引入該第一蒸餾塔11中時。由於可流回該反應器1之水量有限，因此可流回該反應器1之該第二蒸餾混合物的量亦因其中所存在之水量而受限。由於在本發明具體實施態樣中該第二蒸餾混合物包含相對高比例之觸媒，因此相對大部分之此觸媒可流回該反應器1中。因此可節省新鮮觸媒。

由於提供給該第一蒸餾塔11的水較少，因此亦獲得較少量之第二蒸餾混合物。因此，若欲丟棄第二蒸餾混合物，則必須丟棄較少量之第二蒸餾混合物。

該第二分離混合物係在該第二蒸餾塔23中分離成第三蒸餾混合物和第四蒸餾混合物，其中該第三蒸餾混合物係位於該第二蒸餾塔23之頂部24呈氣相形式並包含甲基丙烯醛，而該第四蒸餾混合物係位於該第二蒸餾塔23之底部25呈液相形式並包含水。由於大部分觸媒係進入該第一蒸餾塔11之底部13，相應進入該第二蒸餾塔23之底部25的觸媒較少。因此，該第四蒸餾混合物在其環境性質方面的問題比該第二蒸餾混合物少。由於可操作該第一蒸餾塔11而使幾乎所有該第二膨脹混合物中所存在之觸媒收集於該第一蒸餾塔11之底部13，並且由於另外亦可以良好效率防止該膨脹箱5中之第二膨脹混合物的液滴經由其該第一出口6離開之，可獲得僅包含少量或幾乎無任何觸媒之第四蒸餾混合物。因此，可獲得第四蒸餾混合物，該混合物對該觸媒而言造成輕微或幾乎無任何環境污染，並且就此可容易地(例如)藉由將其釋放至公共用水處理設備而丟棄之。

(1) 該第二蒸餾塔23可(例如)在標準壓力下操作而使其底部25的溫度在約100至102℃之範圍內以促使該低沸物(例如甲醇和甲基丙烯醛)通過進入該第二蒸餾塔之頂部24。 (2) 在標準壓力下該第二蒸餾塔之頂部24的溫度可選在65至99℃之範圍內，較佳係選在70至95℃之範圍內。此舉促進有效耗盡該廢水中之低沸物。

(1) 例如，可獲得第三蒸餾混合物，該第三蒸餾混合物按其總質量計包含超過30重量%之甲基丙烯醛和超過40重量%之水。其特別可包含甲醇作為另外組分。 (2) 在此可獲得(例如)第四蒸餾混合物，該第四蒸餾混合物按其總質量計包含超過98重量%之水和小於1重量%之甲醇，並且實質上已不含甲基丙烯醛。

該第三蒸餾混合物係經由該第三蒸餾塔排出導管裝置26由該第二蒸餾塔23之頂部24導入該第一冷凝器9中並於其中冷凝。

該第四蒸餾混合物係經由該第四蒸餾塔排出導管裝置27由該第二蒸餾塔23之底部25從該製備設備排放出。可將其收集在槽中或送至另一加工設備，例如用於製備甲基丙烯酸甲酯之製備設備，其中該第四蒸餾混合物中所存在之甲基丙烯醛是用於製備甲基丙烯酸甲酯之反應物。

該第二蒸餾混合物係經由該第二蒸餾塔排出導管裝置15之第一部分引導。隨後， - 將該第二蒸餾混合物欲引導至該反應器1的部分導入該第二蒸餾塔排出導管裝置15之第二部分30，並因此導至該反應器1中， - 將該第二蒸餾混合物欲導出該製備設備100的部分導入該第二蒸餾塔排出導管裝置15之第三部分31中，以及 - 將該第二蒸餾混合物欲導入該膜設備28的部分導入該第二蒸餾塔排出導管裝置15之第四部分32。

在該膜設備28中，保留至少一部分該第二蒸餾混合物中所存在之觸媒(滲餘物混合物)。因此，該滲餘物混合物所具有之觸媒濃度係高於該第二蒸餾混合物。源自該膜設備28之滲透物混合物具有相應較低比例之觸媒。因此，就該滲透物混合物之觸媒含量而言，該滲透物混合物對環境的污染比該滲餘物混合物小。藉由相應有效的膜設備可獲得具有足夠低之觸媒濃度的滲透物混合物，而該滲透物混合物可(例如)藉由將其釋放至公共用水處理設備而無任何其觸媒濃度問題地丟棄。

較佳膜設備係逆滲透膜設備。

(1) 該滲餘物混合物係經由該膜設備28之第一出口33導入該第一膜設備排出導管裝置35之第一部分36。該滲餘物混合物欲導入該反應器1的部分係經由該第一膜設備排出導管裝置35之第二部分37導入該第二蒸餾塔排出導管裝置15之第二部分30。該滲餘物混合物欲引出該製備設備100的部分係自該製備設備100經由該第一膜設備排出導管裝置35之第三部分38排放出。 (2) 該滲透物混合物係經由該膜設備28之第二出口34和該第二膜設備排出導管裝置39從該製備設備100中排出。

若該滲透物混合物包含足夠少量之觸媒，則至少就其觸媒含量而言，可將其釋放至該公共用水處理設備中以處理之。

若該目的係丟棄該第二蒸餾混合物中所存在之觸媒、三甲胺及/或無用的高沸物，則處理滲餘物混合物是比經由該第二蒸餾塔排出導管裝置15之第三部分31直接處理第二蒸餾混合物更有利，因為按相同量之觸媒、三甲胺及/或無用高沸物計，該滲餘物混合物所含的水較少。若(例如)除了焚化之外，欲進行該處理，則處理滲餘物混合物所需的能源較少，由於相較於欲藉由添加第二蒸餾混合物至焚化處焚燒相同量之觸媒、三甲胺及/或無用高沸物，蒸發所附隨之水量較少。

經由第二蒸餾混合物及/或滲餘物混合物再循環至該反應器1，二甲胺轉化成三甲胺係以二甲胺含量為代價增加該第二蒸餾混合物中之三甲胺含量。二甲胺之降低量過大係有利於三甲胺，相應地使該反應器1之甲基丙烯醛的產率變差，或必需相應增加該反應溫度以有效抵消該反應器1中該甲基丙烯醛產率的下降。然而，反應溫度太高促使無用副產物之形成。特別可藉由經由該第二蒸餾塔排出導管裝置15之第三部分31排出第二蒸餾混合物及/或經由該第一膜設備排出導管裝置35之第三部分38排出滲餘物混合物降低三甲胺流回該反應器1的量。因此損失之觸媒可藉由提供該反應器1新鮮觸媒而獲得補償。

可饋入該反應器1之水量有限。若所得該第二蒸餾混合物中所存在之水量係高於可或應再循環至該反應器1的水量，因此並非所獲得之所有該第二蒸餾混合物皆可或應再循環至該反應器1中，並非所獲得該第二蒸餾混合物中所存在之所有觸媒皆可重複使用。可流回該反應器1之所獲得第二蒸餾混合物中觸媒的存在量可藉由降低該第二蒸餾混合物流回該反應器1之量並增加該滲餘物混合物引入該反應器1中之量而增加。

由該第二蒸餾塔排出導管裝置15之第一部分29及/或該膜設備排出導管裝置35之第二部分37引入該第二蒸餾塔排出導管裝置15之第二部分30的一或多種混合物係特別將未轉化甲醛、水和觸媒流回該反應器1中。

藉由將適量之一或多種酸和一或多種鹼由該酸源46和鹼源44導入該反應器1中可將新鮮觸媒提供給該反應器1。

該甲醛和丙醛反應物係由該甲醛源30和該丙醛源42饋入該反應器1中。

參考圖2。其中以流程圖示意說明之本發明第二具體實施態樣的本發明製備設備200僅部分不同於本發明第一具體實施態樣的製備設備100。下文僅提出差異。

對比於本發明第一具體實施態樣之製備設備100，該第二具體實施態樣之製備設備200另外具有第二冷凝器51。提供第三蒸餾塔排出導管裝置50，對比於本發明第一具體實施態樣之該第三蒸餾塔排出導管裝置26，該第三蒸餾塔排出導管裝置50並未將該第二蒸餾塔23之頂部24流體連接至該第一冷凝器9，而是流體連接至該第二冷凝器51，可將第三蒸餾混合物由該第二蒸餾塔23之頂部24經由本發明第二具體實施態樣之第三蒸餾塔排出導管裝置50導入該第二冷凝器51中。該第三蒸餾混合物可在該第二冷凝器51中冷凝。該第二冷凝器51具有冷凝液出口52，該冷凝液出口52係藉由第二冷凝器排出導管裝置53流體連接至該第一相分離器18，可將源自該第二冷凝器51之冷凝液經由該第二冷凝器排出導管裝置53由該第二冷凝器51導入該第一相分離器18中。

該第二冷凝器51可獨立於該第一冷凝器9地冷凝該第三蒸餾混合物。由於該第二冷凝器51係流體連接至該第一相分離器18，因此該第一相分離器18亦可用於進一步後處理源自該第二冷凝器51之冷凝液。換言之，不需要第二相分離器。

參考圖3。其中以流程圖示意說明之本發明第三具體實施態樣的製備設備300僅部分不同於本發明第二具體實施態樣之製備設備200。下文僅說明差異。

對比於圖2所示之本發明第二具體實施態樣的製備設備200，本發明第三具體實施態樣之製備設備300另外具有第二相分離器61，該第二冷凝器51之冷凝液中所存在的有機相(第三分離混合物)可藉其與該第二冷凝器51之冷凝液中所存在的水相(第四分離混合物)分離。在此提供第二冷凝器排出導管裝置60，其將該第二冷凝器51之冷凝液出口52流體連接至該第二相分離器61，而非該第一相分離器18，藉其可將源自該第二冷凝器51之冷凝液由該第二冷凝器51經由該第二冷凝器排出導管裝置60導入該第二相分離器61中。該第二相分離器61具有用於排出所分離出之有機相(即用於排出第三分離混合物)的第一出口62，以及用於排出該水相(即用於排出第四分離混合物)之第二出口63。該第二相分離器61之第一出口62係藉由第三相分離器排出導管裝置64流體連接至該第一相分離器排出導管裝置21，藉其可將第三分離混合物經由該第三相分離器排出導管裝置64引入該第一相分離器排出導管裝置21中，並可與第一分離混合物經由第一相分離器排出導管裝置21之下流側上鄰接該排放部位的部分一起排出。

將源自該第二冷凝器51之冷凝液導入該第二相分離器61中。第三和第四分離混合物係於其中分離，其中該第三分離混合物含有比該第四分離混合物更多之甲基丙烯醛，而該第四分離混合物含有比該第三分離混合物更多的水。正如該第一分離混合物，該第三分離混合物具有相當大的甲基丙烯醛含量，並且可用於進一步加工，例如用於製備甲基甲基丙烯醛。

在本發明第三具體實施態樣中，引導該第三分離混合物通過該第三相分離器排出導管裝置64，並通過該第一相分離器排出導管裝置21之下流側上鄰接該排放部位的部分。換言之，在本發明第三具體實施態樣中，組合第一和第三分離混合物。

該第二相分離器61之第二出口63係藉由第四相分離器排出導管裝置65流體連接至該第二蒸餾塔23，可將第四分離混合物經由該第四相分離器排出導管裝置65由該第二相分離器61導入該第二蒸餾塔23中。經由將第四分離混合物引入該第二蒸餾塔23中，可使該第四分離混合物中所存在之甲基丙烯醛與該第四分離混合物中所存在之水分離。

參考圖4。圖4所示意說明之本發明第四具體實施態樣僅部分不同於圖1所示之本發明第一具體實施態樣。下文僅說明本發明第四具體實施態樣與本發明第一具體實施態樣的差異。

在本發明第四具體實施態樣之製備設備400中，提供第三蒸餾塔排出導管裝置70，其係將該第二蒸餾塔23之頂部24流體連接至本發明第四具體實施態樣之第一蒸餾塔11，而非流體連接至該第一冷凝器9，可使第三蒸餾混合物由該第二蒸餾塔23之頂部24經由該第三蒸餾塔排出導管裝置70導入該第一蒸餾塔11中。經由將第三蒸餾混合物引入該第一蒸餾塔11中，將該第三蒸餾混合物提供至適當進一步後處理。該第三蒸餾混合物亦包含水。然而，組合輸入水至該第一蒸餾塔11中係可控制的，並且遠小於若將第二分離混合物引入該第一蒸餾塔11時。因此有效保持將該第二分離混合物引入該第二蒸餾塔23中，而非該第一蒸餾塔11所實現的優點。

參考圖5。本發明第五具體實施態樣僅部分不同於本發明第四具體實施態樣。下文僅提出差異。

對比於本發明第四具體實施態樣之製備設備400，在本發明第五具體實施態樣之製備設備500中，提供第三蒸餾塔排出導管裝置80，其將該第三蒸餾塔23之頂部24連接至該膨脹箱5，而非連接至該第一蒸餾塔11。此第三蒸餾塔排出導管裝置80可將第三蒸餾混合物由該第二蒸餾塔23之頂部24導入該膨脹箱5中。經由將第三蒸餾混合物引入該膨脹箱5中，將該第三蒸餾混合物提供至該適當進一步後處理。更特別地，由於該第三蒸餾混合物為氣態，其與該第一膨脹混合物經由該第一膨脹箱排出導管裝置8一起流入該第一冷凝器9中並於其中冷凝。作為該第一冷凝器9之冷凝液的一部分，所冷凝的第三蒸餾混合物係經由該第一冷凝器排出導管裝置17導入該第一相分離器18中，並於其中進行分離程序。

其他可個別或以任何所需組合實施之可能變化例係描述於下文中。

第一、第二、第三、第四和第五具體實施態樣中之多者或全部彼此組合之製備設備是可能存在的。

個別或所有蒸餾塔可具有再沸器迴路，各別底部物混合物係經由該再沸器迴路引導並於其中加熱。

(1) 個別或所有蒸餾塔可具有單獨冷凝器迴路，藉其可冷凝頂部物混合物並將其反饋至所提及蒸餾塔中，其中該單獨冷凝器迴路具有專用冷凝器。 (2) 亦可利用該第一冷凝器9以冷凝源自該第一蒸餾塔之頂部物混合物。換言之，在此情況下不需要單獨冷凝器。另外可利用該相應第二冷凝器51以冷凝源自本發明第二及/或第三具體實施態樣之該第二蒸餾塔的頂部物混合物，換言之，在此情況下亦不需要單獨冷凝器。

個別或所有蒸餾塔可分別具有液滴保留單元，藉其可防止液滴經由所提及蒸餾塔之頂部離開該蒸餾塔。該液滴保留單元可採用(例如)細篩目篩形式、所謂的除霧器形式或液體釋放單元形式，藉由該液體釋放單元使液體在該蒸餾塔內沿著所提及蒸餾塔之底部方向釋放，其中此液體收集上升的液滴，該等液滴的液體然後藉其沿著該底部的方向移動。該液滴保留單元提高所提及蒸餾塔的分離效率。

該第二蒸餾塔23可為填充塔或板式塔或其混合形式。

個別或所有蒸餾塔可包含隨機填料及/或結構化填料。

該冷凝器9、51中之一或多者可具有通風裝置，經由該通風裝置可排出源自一或多個反應之尾氣。

(1) 該冷凝器9、51中之一或多者可呈多段形式，例如呈兩段形式。在該兩段形式的情況下，可藉由該第一冷凝器段 (例如)實現冷卻至約30至40℃，並可藉由該第二冷凝器段(例如)冷卻至約3至10℃，較佳係至4℃。多段操作可節省冷卻用鹽水。 (2) 若使用多段冷凝器，可將一部分之該冷凝液再循環至該第一冷凝段中，並添加抗聚合作用之穩定劑。

該冷凝器9、51中之一或多者可具有氣相排出單元，藉其可將所提及冷凝器中所存在之任何氣相由此冷凝器排出。

第二分離混合物可與抗聚合作用(例如甲基丙烯醛及/或二甲胺之聚合作用)的試劑混合。可將此經改質之第二分離混合物引入一或多個冷凝器中以抗其中之聚合作用。

可將引入該反應器1之物質預熱至(例如)約130℃之溫度。

該反應器1可採用管式反應器形式。

(1) 由該鹼源44引入該反應器1中之一或多種鹼、源自該酸源46之一或多種酸及/或再循環流的預熱可比由該甲醛源40和該丙醛源42引入該反應器中之該新鮮甲醛和該新鮮丙醛更顯著，其中該再循環流係源自該第二蒸餾塔排出導管裝置15之第一部分29及/或該第一膜設備排出導管裝置35之第二部分37經由該第二蒸餾塔排出導管裝置15之第二部分30引入該反應器1中。在此可加熱該一或多種酸、該一或多種鹼及/或所述再循環流而使僅在將其與該新鮮甲醛和該新鮮丙醛混合之後方可達到所需預混合溫度。依此方式，該新鮮甲醛和該新鮮丙醛係保持在低於該所需預混合溫度的溫度下更長時間。 (2) 亦可預熱該所提再循環材料。

可由自該第一蒸餾塔11之底部13所排出的該第二蒸餾混合物移除熱，並且可將熱至少部分用於預熱至少一部分引入該反應器1的物質。

(1) 個別或所有膨脹箱5可具有液滴保留單元，藉其可防止第二膨脹混合物之液滴經由該膨脹箱5之第一出口6與第一膨脹混合物一起離開該膨脹箱5。該液滴保留單元可採用(例如)細篩目篩形式。該液滴保留單元提高該膨脹箱5之分離效率。因此，亦降低經由該膨脹箱之第一出口6離開的觸媒量。 (2) 該膨脹箱5之液滴保留單元可採用“除霧器”形式。

該膨脹箱5可具有噴霧單元，藉其可從下方以液體噴灑該液滴保留單元以提高該液滴保留單元的效果。該液體可(例如)為第二膨脹混合物或含有抗甲基丙烯醛及/或二甲胺之聚合作用之試劑的液體。

必要時，(例如)可將穩定劑添加至該第一冷凝器9及/或該第二蒸餾塔排出導管裝置15之第二部分30中。

在本發明第一至第五具體實施態樣中，如圖1至圖5所示般，該膨脹閥3係配置在該膨脹箱5外側。然而，亦可將該膨脹閥3配置在該膨脹箱5內或將其整合入其牆中。在此情況下，亦可能有可能省略膨脹閥排出導管裝置之構型存在。

在本發明第一至第五具體實施態樣中，該第一膨脹箱排出導管裝置8和該第一蒸餾塔排出導管裝置14係分別引入該第一冷凝器9中。然而，亦可組合該第一膨脹箱排出導管裝置8與該第一蒸餾塔排出導管裝置14並以組合形式連接至該第一冷凝器9之共同入口，即流體連接至此共同入口。

在本發明第一具體實施態樣中，該第三蒸餾塔排出導管裝置26係分別引入該第一冷凝器中。然而，亦可組合該第三蒸餾塔排出導管裝置26與該第一蒸餾塔排出導管裝置14並以組合形式連接至該第一冷凝器9之共同入口，即流體連接至此共同入口。

(1) 在本發明第一至第五具體實施態樣中，提供第二蒸餾塔排出導管裝置15。然而，亦可提供兩個單獨第二蒸餾塔排出導管裝置，其中 (2) 一者具有本發明第一至第五具體實施態樣之第二蒸餾塔排出導管裝置15的第一部分和第二部分以及視情況選用的第三部分29、30、31，並因此將該第一蒸餾塔11之底部13特別流體連接至該反應器1，而另一者係將該第一蒸餾塔11之底部13流體連接至該膜設備28。

在本發明第二和第三具體實施態樣中，該第三蒸餾塔排出導管裝置50僅將該第二蒸餾塔23之頂部24連接至該第二冷凝器51。亦可提供將該第二蒸餾塔23之頂部24流體連接至該第一冷凝器9和該第二冷凝器51的第三蒸餾塔排出導管裝置。

在本發明第三具體實施態樣中，組合第一和第三分離混合物。然而，亦可提供該第三相分離器排出導管裝置而使其不流體連接至該第一相分離器排出導管裝置21，而是流體連接至槽或與其分開之另一加工設備。

該膜設備28經常是視情況選用並可省略的。

該膜設備28可為單段或多段形式。

該膜設備較佳係三段逆滲透膜設備，其第一段係在80至120巴(絕對壓力)之壓力範圍內操作，其第二段係在20至80巴(絕對壓力)之壓力範圍內操作，並且其第三段係在20至40巴(絕對壓力)之壓力範圍內操作。當所用的鹼為二甲胺並且所用的酸為乙酸時，可藉由逆滲透膜設備之操作保留超過99%之該第二蒸餾混合物中所存在的二甲胺，約80%之該第二種溶液中所存在的乙酸以及約70%至80%之該第二蒸餾混合物中所存在的甲醛。

該膜設備28可配置有冷卻裝置，藉其可調節該工作溫度，特別是該膜設備之工作溫度。

在本發明第一至第五具體實施態樣中，該甲醛進料裝置41、該丙醛進料裝置43、該鹼進料裝置45和該酸進料裝置47係流體連接至該第二蒸餾塔排出導管裝置15之第二部分30。或可將該甲醛進料裝置41、該丙醛進料裝置43、該鹼進料裝置45及/或該酸進料裝置47直接流體連接至該反應器1，藉其可將甲醛、丙醛、一或多種鹼及/或一或多種酸直接引入該反應器1中。

在本發明第一至五具體實施態樣中，新鮮甲醛、新鮮丙醛、一或多種新鮮的酸和一或多種新鮮的鹼係由單獨來源提供。亦可 - 預混合新鮮甲醛和新鮮丙醛，或由適當來源提供甲醛與丙醛之混合物及/或 - 預混合一或多種新鮮的酸和一或多種新鮮的鹼，或由適當來源提供一或多種酸與一或多種鹼之混合物。

若一或多種酸與一或多種鹼無預混合，可在將一或多種鹼導入該第二蒸餾塔排出導管裝置15之第二部分30之前，先將一或多種酸導入該第二蒸餾塔排出導管裝置15之第二部分30中。藉由此順序可更容易中和局部過量之鹼。

該第一相分離器18可(例如)經由相分離器排出導管裝置流體連接至該第一蒸餾塔11，其中該相分離器排出導管裝置係將該第一相分離器18之第二出口20流體連接至該第一蒸餾塔11，第二分離混合物可經由此相分離器排出導管裝置由該第一相分離器18之第二出口20導入該第一蒸餾塔11中。

該第二相分離器61(若存在)可(例如)經由相分離器排出導管裝置流體連接至該第一蒸餾塔11，其中該相分離器排出導管裝置係將該第二相分離器61之第二出口63流體連接至該第一蒸餾塔11，第四分離混合物可經由此相分離器排出導管裝置由該第一相分離器61之第二出口63導入該第一蒸餾塔11中。

可省略該第二蒸餾塔23。在此情況下，該第二相分離器排出導管裝置係將該第一相分離器18流體連接至該第一蒸餾塔11，第二分離混合物可經由該第二相分離器排出導管裝置由該第一相分離器18之第二出口20導入該第一蒸餾塔11中。若亦提供第二相分離器，則該第四相分離器排出導管裝置可將該第二相分離器61之第二出口63流體連接至該第一蒸餾塔11，第四分離混合物可經由該第四相分離器排出導管裝置由該第二相分離器61之第二出口63導入該第一蒸餾塔11中。

第一本發明實驗實施例

除了下文根據本發明第一具體實施態樣所列舉之變化例之外，使用獲自Aspen Technologies, Inc之Aspen Plus V8.8 模擬程式模擬根據本發明第一製備設備之本發明操作，儘管有此等變化例，但在下文中仍使用本發明第一具體實施態樣之元件符號(reference numeral)： - 該製備設備不具膜設備。 - 該甲醛進料裝置和該丙醛進料裝置係組合形成甲醛-丙醛進料裝置，該甲醛-丙醛進料裝置係通向該第二蒸餾塔排出導管裝置15之第二部分30。 - 該第一冷凝器9具有氣相排出單元，該氣相排出單元係流體連接至用於焚化該氣相之焚化設備。 - 該第一冷凝器9具有安置在其第一出口6上游呈“除霧器”形式之液滴保留單元。 - 該第一冷凝器9具有收集入口，該收集入口係組合該第一膨脹混合物、該第一蒸餾混合物和第三蒸餾混合物之進料流。 - 該第一冷凝器9係呈兩段形式。

(1) 再循環流係由該第一蒸餾塔11之底部13沿著該反應器1的方向流過該第二蒸餾塔排出導管裝置15之第二部分30。乙酸水溶液係由該酸源44經由該酸進料裝置45引入該第二蒸餾塔排出導管裝置15之第二部分30。二甲胺水溶液係由該鹼源46經由該鹼進料裝置47引入該第二蒸餾塔排出導管裝置15之第二部分30。將所得混合物預熱至130℃。 (2) 源自該甲醛源40之甲醛水溶液係經由該甲醛進料裝置41引入該甲醛-丙醛進料裝置中，並且丙醛水溶液係自該丙醛源42經由該丙醛進料裝置43引入該甲醛-丙醛進料裝置中。將所得甲醛與丙醛溶液之混合物預熱至130℃，並將其引入該第二蒸餾塔排出導管裝置15之第二部分30。 (3) 將現存於該第二蒸餾塔排出導管裝置15之第二部分30的混合物引入該反應器1中，在此本發明實驗實施例中，該反應器1係採用管式反應器形式。

在反應器1中的停留時間為9.5 秒，並且在該反應器中的壓力為35巴(絕對壓力)。實現幾乎完全轉化。離開該反應器之反應混合物的溫度為165℃。在該膨脹箱5中，該反應混合物係膨脹至0.85巴(絕對壓力)。

該第一冷凝器9之第一段係以冷卻水冷卻，而該第二段係以冷卻用鹽水在4℃的溫度下冷卻。

該第一冷凝器中所存在之氣相係經由該氣相排出單元送至焚化中。

下表1描述第一本發明實驗實施例中之質量流率、壓力、溫度和某些流之組成。在表1中， - “A流”表示：通過該鹼進料裝置47之二甲胺溶液流， - “B流”表示：通過該酸進料裝置45之乙酸溶液流， - “C流”表示：通過該丙醛進料裝置43之丙醛溶液流， - “D流”表示：通過該甲醛進料裝置41之甲醛溶液流， - “E流”表示：進入反應器1之流， - “F流”表示：通過該反應器排出導管裝置2之反應混合物流， - “G流”表示：通過該第一膨脹箱排出導管裝置8之第一膨脹混合物流， - “H流”表示：通過該第二膨脹箱排出導管裝置10之第二膨脹混合物流， - “I流”表示：通過該第一蒸餾塔排出導管裝置14之第一蒸餾混合物流， - “J流”表示：通過該第二蒸餾塔排出導管裝置15之第一部分29的第二蒸餾混合物流， - “K流”表示：由該第二蒸餾塔排出導管裝置15之第一部分29流入該第二蒸餾塔排出導管裝置15之第二部分30的第二蒸餾混合物流， - “L流”表示：由該第二蒸餾塔排出導管裝置15之第一部分29流入該第二蒸餾塔排出導管裝置15之第三部分31並送至處理的第二蒸餾混合物流， - “M流”表示：通過該第一冷凝器9之收集入口之流， - “N流”表示：通過該第一相分離器排出導管裝置21之第一分離混合物流， - “O流”表示：通過該第二相分離器排出導管裝置22之第二分離混合物流， - “P流”表示：通過該第三蒸餾塔排出導管裝置26之第三蒸餾混合物流， - “Q流”表示：通過該第四蒸餾塔排出導管裝置27之第四蒸餾混合物流， - 單位“%”代表按該所提及流之總質量計的重量%，以及 - 小數位數表示該等數值之準確性。

由表1顯而易見，該第一膨脹混合物流(G流)具有77.06重量%之高甲基丙烯醛含量，相反地，該第二膨脹混合物流(H流)具有1.54重量%之低甲基丙烯醛含量。因此，該膨脹箱之分離性能高。

此外，由表1顯而易見，該第一膨脹混合物流(G流)具有16136 公斤/小時之質量流率。將此大質量流率導入該第一冷凝器9中。因此，不需要藉由該第一蒸餾塔11加工之。

此外，由表1顯而易見，該第一膨脹混合物流(G流)之甲基丙烯醛含量可高於該第一蒸餾混合物流(I流)中者，其在第一本發明實驗實施例中為75.10重量%。

第二本發明實驗實施例

使用獲自Aspen Technologies, Inc之Aspen Plus V8.8 模擬根據本發明第二製備設備之本發明操作。對比於第一本發明實驗實施例，該第二本發明實驗實施例之製備設備不具第二蒸餾塔，並且該第二相分離器排出導管裝置係流體連接該第一蒸餾塔。因此，該第二本發明實驗實施例之製備方法係不同於該第一本發明實驗實施例之製備方法。儘管有此等修改，但下文仍使用本發明第一具體實施態樣之元件符號。

下表2描述該第二本發明實驗實施例之質量流率、壓力、溫度和某些流之組成。在表2中， - “A流”表示：通過該鹼進料裝置47之二甲胺溶液流， - “B流”表示：通過該酸進料裝置45之乙酸溶液流， - “C流”表示：通過該丙醛進料裝置43之丙醛溶液流， - “D流”表示：通過該甲醛進料裝置41之甲醛溶液流， - “E流”表示：進入反應器1之流， - “F流”表示：通過該反應器排出導管裝置2之反應混合物流， - “G流”表示：通過該第一膨脹箱排出導管裝置8之第一膨脹混合物流， - “H流”表示：通過該第二膨脹箱排出導管裝置10之第二膨脹混合物流， - “I流”表示：通過該第一蒸餾塔排出導管裝置14之第一蒸餾混合物流， - “J流”表示：通過該第二蒸餾塔排出導管裝置15之第一部分29的第二蒸餾混合物流， - “K流”表示：由該第二蒸餾塔排出導管裝置15之第一部分29流入該第二蒸餾塔排出導管裝置15之第二部分30的第二蒸餾混合物流， - “L流”表示：由該第二蒸餾塔排出導管裝置15之第一部分29流入該第二蒸餾塔排出導管裝置15之第三部分31中並送至處理的第二蒸餾混合物流， - “M流”表示：通過該第一冷凝器9之收集入口之流， - “N流”表示：通過該第一相分離器排出導管裝置21之第一分離混合物流， - “O流”表示：通過該第二相分離器排出導管裝置22之第二分離混合物流， - 單位“%”代表按所提及流之總質量計的重量%，以及 - 小數位數表示該等數值之準確性。

由表2顯而易見，該第一膨脹混合物流(G流)具有77.59重量%之高甲基丙烯醛含量，相反地，該第二膨脹混合物流(H流)具有1.54重量%之低甲基丙烯醛含量。因此，在該第二本發明實驗實施例中該膨脹箱之分離性能亦高。

此外，由表2顯而易見，該第一膨脹混合物流(G流)具有16044 公斤/小時之質量流率。將此大質量流率導入該第一冷凝器9中。因此，不需要藉由該第一蒸餾塔11加工之。

此外，由表2顯而易見，該第一膨脹混合物流(G流)之甲基丙烯醛含量實際上明顯高於該第一蒸餾混合物流(I流)中者，其在第二本發明實驗實施中為57.50重量%。

1:反應器 2:反應器排出導管裝置 3:膨脹閥 4:膨脹閥排出導管裝置 5:膨脹箱 6:第一出口 7:第二出口 8:第一膨脹閥排出導管裝置 9:第一冷凝器 10:第二膨脹閥排出導管裝置 11:第一蒸餾塔 12:第一蒸餾塔之頂部 13:第一蒸餾塔之底部 14:第一蒸餾塔排出導管裝置 15:第二蒸餾塔排出導管裝置 16:冷凝液出口 17:冷凝器排出導管裝置 18:第一相分離器 19:第一出口 20:第二出口 21:第一相分離器排出導管裝置 22:第二相分離器排出導管裝置 23:第二蒸餾塔 24:第二蒸餾塔之頂部 25:第二蒸餾塔之底部 26:第三蒸餾塔排出導管裝置 27:第四蒸餾塔排出導管裝置 28:膜設備 29:第一部分 30:第二部分 31:第三部分 32:第四部分 33:第一出口 34:第二出口 35:第一膜設備排出導管裝置 36:第一部分 37:第二部分 38:第三部分 39:第二膜設備排出導管裝置 40:甲醛源 41:甲醛進料裝置 42:丙醛源 43:丙醛進料裝置 44:鹼源 45:鹼進料裝置 46:酸源 47:酸進料裝置 50:第三蒸餾塔排出導管裝置 51:第二冷凝器 52:冷凝液出口 53:第二冷凝器排出導管裝置 60:第二冷凝器排出導管裝置 61:第二相分離器 62:第一出口 63:第二出口 64:第三相分離器排出導管裝置 65:第四相分離器排出導管裝置 70:第三蒸餾塔排出導管裝置 80:第三蒸餾塔排出導管裝置 100:製造設備 200:製造設備 300:製造設備 400:製造設備 500:製造設備

該等圖顯示一些可能的本發明具體實施態樣。在該等圖中： [圖1]     顯示藉由示意流程圖說明之本發明第一具體實施態樣， [圖2]     顯示藉由示意流程圖說明之本發明第二具體實施態樣， [圖3]     顯示藉由示意流程圖說明之本發明第三具體實施態樣， [圖4]     顯示藉由示意流程圖說明之本發明第四具體實施態樣，以及 [圖5]     顯示藉由示意流程圖說明之本發明第五具體實施態樣。

在圖1至5之示意流程圖中，該等箭頭指示在進行所提及方法期間各別介質之流動方向。若省略該等箭頭，則圖1至5將為本發明第一至第五具體實施態樣之製備設備的示意圖。

1:反應器

2:反應器排出導管裝置

3:膨脹閥

4:膨脹閥排出導管裝置

5:膨脹箱

6:第一出口

7:第二出口

8:第一膨脹閥排出導管裝置

9:第一冷凝器

10:第二膨脹閥排出導管裝置

11:第一蒸餾塔

12:第一蒸餾塔之頂部

13:第一蒸餾塔之底部

14:第一蒸餾塔排出導管裝置

15:第二蒸餾塔排出導管裝置

16:冷凝液出口

17:冷凝器排出導管裝置

18:第一相分離器

19:第一出口

20:第二出口

21:第一相分離器排出導管裝置

22:第二相分離器排出導管裝置

23:第二蒸餾塔

24:第二蒸餾塔之頂部

25:第二蒸餾塔之底部

26:第三蒸餾塔排出導管裝置

27:第四蒸餾塔排出導管裝置

28:膜設備

29:第一部分

30:第二部分

31:第三部分

32:第四部分

33:第一出口

34:第二出口

35:第一膜設備排出導管裝置

36:第一部分

37:第二部分

38:第三部分

39:第二膜設備排出導管裝置

40:甲醛源

41:甲醛進料裝置

42:丙醛源

43:丙醛進料裝置

44:鹼源

45:鹼進料裝置

46:酸源

47:酸進料裝置

100:製造設備

Claims (20)

1. 一種在至少基於酸和鹼之均相觸媒混合物的存在下由甲醛和丙醛製備甲基丙烯醛之方法，其中該方法包括下列步驟： - 步驟S1：將甲醛、丙醛和均相觸媒混合物引入反應器(1)中， - 步驟S2：在該反應器(1)中於高壓下產生液態反應混合物，其中該反應混合物不僅包含甲基丙烯醛，而且包含伴隨組分，例如水、觸媒混合物、未轉化甲醛和未轉化丙醛， - 步驟S3：令該液態反應混合物膨脹，其產生第一膨脹混合物和第二膨脹混合物，其中該第一膨脹混合物為該反應混合物因該膨脹而進入氣相之部份，而該第二膨脹混合物係該反應混合物保留在該液相中之部份， - 步驟S4：在膨脹箱(5)中分離該第一膨脹混合物和該第二膨脹混合物， - 步驟S5：將該第一膨脹混合物引入第一冷凝器(9)中，並令該第一膨脹混合物在該第一冷凝器(9)中冷凝， - 步驟S6：將該第二膨脹混合物引入第一蒸餾塔(11)中並將所引入之該第二膨脹混合物至少分離成第一蒸餾混合物和第二蒸餾混合物，其中該第一蒸餾混合物係位於該第一蒸餾塔(11)之頂部(12)呈氣相形式並包含甲基丙烯醛，而該第二蒸餾混合物係位於該第一蒸餾塔(11)之底部(13)呈液相形式並包含水和觸媒混合物，以及 - 步驟S7：將由該第一蒸餾塔(11)之頂部(12)排出的第一蒸餾混合物引入該第一冷凝器(9)中並在該第一冷凝器(9)中冷凝所排出之該第一蒸餾混合物。
2. 如請求項1之方法，其中該反應混合物在馬上要執行步驟S3之前具有選自範圍從100至210℃之溫度，較佳係選自範圍從130至180℃之溫度，並在選自範圍從15至100巴(絕對壓力)之壓力下，較佳係在選自範圍從22至50巴(絕對壓力)之壓力下，其中該壓力係經選擇而使該反應器(1)中之反應混合物在該所選溫度下保持液態。
3. 如請求項1或2之方法，其中將源自該第一冷凝器(9)之冷凝液引入第一相分離器(18)中，並在該第一相分離器(18)中分離成第一分離混合物和第二分離混合物，其中該第一分離混合物係呈含有甲基丙烯醛之有機相形式，而該第二分離混合物係呈水相形式。
4. 如請求項3之方法，其中將該第二分離混合物引入第二蒸餾塔(23)中，並於其中至少分離成第三蒸餾混合物和第四蒸餾混合物，其中該第三蒸餾混合物係位於該第二蒸餾塔(23)之頂部(24)呈氣相形式並包含甲基丙烯醛，而該第四蒸餾混合物係位於該第二蒸餾塔(23)之底部(25)呈液相形式並包含水。
5. 如請求項4之方法，其中由該第二蒸餾塔(23)之頂部(24)排出第三蒸餾混合物並將其引入該第一冷凝器(9)中。
6. 如請求項4或5之方法，其中將第三蒸餾混合物引入第二冷凝器(51)中並於其中冷凝，並由該第二冷凝器(51)排出冷凝液並將其引入該第一相分離器(18)中。
7. 如請求項4至6中任一項之方法，其中將第三蒸餾混合物引入第二冷凝器(51)中並於其中冷凝，再由該第二冷凝器(51)排出冷凝液並將其引入第二相分離器(61)中，在該第二相分離器(61)中分離成第三分離混合物和第四分離混合物，其中該第三分離混合物係呈含有甲基丙烯醛之有機相形式，而該第四分離混合物係呈水相形式。
8. 如請求項4或7中任一項之方法，其中將第三蒸餾混合物引入該第一蒸餾塔(11)中。
9. 如請求項4至8中任一項之方法，其中將第三蒸餾混合物引入該膨脹箱(5)中。
10. 如先前請求項中任一項之方法，其中將第二分離混合物引入該第一蒸餾塔(11)中。
11. 一種在至少基於酸和鹼之均相觸媒混合物的存在下由反應物甲醛和丙醛製備甲基丙烯醛之製備設備(100, 200, 300, 400, 500)，特別是一種用於進行如請求項1至10中任一項之方法的製備設備(100, 200, 300, 400, 500)，其中該製備設備(100, 200, 300, 400, 500)具有： -反應器(1)，其中反應可在液相中於高壓下進行，其中甲基丙烯醛係在該均相觸媒的存在下由甲醛和丙醛所形成， - 膨脹箱(5)，藉其可使第一膨脹混合物與第二膨脹混合物彼此分離，其中該第一膨脹混合物為該反應混合物因該反應混合物膨脹而進入氣相的部分，而該第二膨脹混合物為在該反應混合物膨脹後該反應混合物保留在液相中的部分，其中該膨脹箱(5)具有用於排出第一膨脹混合物之第一出口(6)和用於排出第二膨脹混合物之第二出口(7)， - 第一蒸餾塔(11)，其係流體連接至該膨脹箱(5)之第二出口(7)並具有頂部(12)和底部(13)，其中該第一蒸餾塔(11)可將第二膨脹混合物至少分離成呈氣相形式並含有甲基丙烯醛之第一蒸餾混合物和呈液相形式並含有水和觸媒混合物之第二蒸餾混合物，以及 - 第一冷凝器(9)，其係流體連接至該膨脹箱(5)之第一出口(6)與該第一蒸餾塔(11)之頂部(12)，並且藉其可冷凝所提供之第一膨脹混合物和所提供之第一蒸餾混合物。
12. 如請求項11之製備設備，其中該製備設備具有第一相分離器(18)，該分離器(18)係流體連接至該第一冷凝器(9)，且藉其可使該第一冷凝器(9)所提供之冷凝液中所存在之有機相的第一分離混合物與該第一冷凝器(9)所提供之冷凝液中所存在之水相的第二分離混合物分離，其中該第一相分離器(18)具有用於排出第一分離混合物之第一出口(19)和用於排出第二分離混合物之第二出口(20)。
13. 如請求項12之製備設備，其中該製備設備具有第二蒸餾塔(23)及相分離器排出導管裝置(22)，其中該蒸餾塔(23)具有頂部(24)和底部(25)，且藉其可將第二分離混合物至少分離成呈氣相形式之含甲基丙烯醛的第三蒸餾混合物和呈液相形式之含水第四蒸餾混合物，其中該相分離器排出導管裝置(22)係將該第二蒸餾塔(23)連接至該第一相分離器(18)之第二出口(20)，並且可將源自該第一相分離器(18)之第二出口(20)的第二分離混合物導入該第二蒸餾塔(23)中。
14. 如請求項13之製備設備，其中蒸餾塔排出導管裝置(26)係將該第二蒸餾塔(23)之頂部(24)流體連接至該第一冷凝器(9)，並且第三蒸餾混合物可經由該蒸餾塔排出導管裝置(26)由該第二蒸餾塔(23)之頂部(24)導入該第一冷凝器(9)中。
15. 如請求項13或14之製備設備，其中該製備設備具有第二冷凝器(51)和蒸餾塔排出導管裝置(50)，其中該蒸餾塔排出導管裝置(50)係將該第二蒸餾塔(23)之頂部(24)流體連接至該第二冷凝器(51)，其中第三蒸餾混合物可經由該蒸餾塔排出導管裝置(50)由該第二蒸餾塔(23)之頂部(24)導入該第二冷凝器(51)中，並可於該第二冷凝器(51)中冷凝，並且其中該第二冷凝器(51)係流體連接至該第一相分離器(18)，藉之可將源自該第二冷凝器(51)之冷凝液由該第二冷凝器(51)進一步導入該第一相分離器(18)中。
16. 如請求項13至15中任一項之製備設備，其中該製備設備具有： - 第二冷凝器(51)， - 蒸餾塔排出導管裝置(50)，其係將該第二蒸餾塔(23)之頂部(24)流體連接至該第二冷凝器(51)，其中第三蒸餾混合物可經由該蒸餾塔排出導管裝置(50)由該第二蒸餾塔(23)之頂部(24)導入該第二冷凝器(51)中並於該第二冷凝器(51)中冷凝，以及 - 第二相分離器(61)，其係流體連接至該第二冷凝器(51)，藉之可將源自該第二冷凝器(51)之冷凝液由該第二冷凝器(51)進一步導入該第二相分離器(61)中，藉其可使該第二冷凝器(51)所提供之冷凝液中所存在之有機相的第三分離混合物與該第二冷凝器(51)所提供之冷凝液中所存在之水相的第四分離混合物分離，其中該第二相分離器(61)具有用於排出第三分離混合物之第一出口(62)和用於排出第四分離混合物之第二出口(63)。
17. 如請求項13至16中任一項之製備設備，其中蒸餾塔排出導管裝置(70)係將該第二蒸餾塔(23)之頂部(24)流體連接至該第一蒸餾塔(11)，並且第三蒸餾混合物可經由該蒸餾塔排出導管裝置(70)由該第二蒸餾塔(23)之頂部(24)導入該第一蒸餾塔(11)中。
18. 如請求項13至17中任一項之製備設備，其中蒸餾塔排出導管裝置(80)係將該第二蒸餾塔(11)之頂部(24)流體連接至該膨脹箱(5)，並且第三蒸餾混合物可經由該蒸餾塔排出導管裝置(80)由該第二蒸餾塔(23)之頂部(24)導入該膨脹箱(5)中。
19. 如請求項13至18中任一項之製備設備，其中提供將該第一蒸餾塔連接至該第一相分離器之第二出口的相分離器排出導管裝置，藉之可將第二分離混合物由該第一相分離器之第二出口導入該第一蒸餾塔中。
20. 一種如請求項13至19中任一項之製備設備的用途，該製備設備係用於製備甲基丙烯醛，特別是用於在至少基於酸和鹼之均相觸媒混合物的存在下由甲醛和丙醛製備甲基丙烯醛。

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