WO2015177026A1 - Method for the continuous dehydration of 3-hydroxypropanoic acid to form acrylic acid - Google Patents

Method for the continuous dehydration of 3-hydroxypropanoic acid to form acrylic acid Download PDF

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WO2015177026A1
WO2015177026A1 PCT/EP2015/060635 EP2015060635W WO2015177026A1 WO 2015177026 A1 WO2015177026 A1 WO 2015177026A1 EP 2015060635 W EP2015060635 W EP 2015060635W WO 2015177026 A1 WO2015177026 A1 WO 2015177026A1
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WO
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acrylic acid
acid
water
hydroxypropionic acid
weight
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PCT/EP2015/060635
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Tim BLASCHKE
Ortmund Lang
Nicolai Tonio Woerz
Marco Hartmann
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Basf Se
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    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C51/00Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
    • C07C51/347Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by reactions not involving formation of carboxyl groups
    • C07C51/377Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by reactions not involving formation of carboxyl groups by splitting-off hydrogen or functional groups; by hydrogenolysis of functional groups
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C51/00Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
    • C07C51/42Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives
    • C07C51/43Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives by change of the physical state, e.g. crystallisation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C51/00Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
    • C07C51/42Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives
    • C07C51/43Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives by change of the physical state, e.g. crystallisation
    • C07C51/44Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives by change of the physical state, e.g. crystallisation by distillation
    • C07C51/46Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives by change of the physical state, e.g. crystallisation by distillation by azeotropic distillation

Definitions

  • the invention relates to a process for the dehydration of aqueous 3-hydroxypropionic acid to acrylic acid, wherein in a first step, a low-water mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid is produced and in a second step, the low-water mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid is reacted in the liquid phase to aqueous acrylic acid.
  • Acrylic acid because of its very reactive double bond as well as its carboxylic acid group, is a valuable monomer for making polymers, e.g. water-absorbing polymer particles, binders for aqueous emulsion paints and adhesives dispersed in aqueous solvent.
  • Water-absorbing polymer particles are used in the manufacture of diapers, tampons, sanitary napkins and other sanitary articles, but also as water-retaining agents in agricultural horticulture.
  • the water-absorbing polymer particles are also referred to as superabsorbers.
  • Acrylic acid is produced on an industrial scale almost exclusively from fossil raw materials. This is considered to be disadvantageous by the consumers of the hygiene articles. There is therefore a need to produce the water-absorbing polymer particles used in the hygiene articles from renewable raw materials.
  • One possible route is the fermentative production of 3-hydroxypropionic acid and its conversion to acrylic acid.
  • the production of 3-hydroxypropionic acid by fermentation is described, for example, in WO 2012/074818 A2.
  • the dehydration of 3-hydroxypropionic acid in the gas phase is mentioned in US 7,538,247.
  • DE 1 668 609 A1 describes the workup of dilute aqueous solutions of acrylic and / or hydracrylic acid.
  • the object of the present invention was to provide an improved process for the production of acrylic acid based on renewable raw materials.
  • the object was achieved by a process for the continuous dehydration of aqueous 3-hydroxypropionic acid to acrylic acid, characterized in that in a first step i) from the aqueous 3-hydroxypropionic acid, a portion of the water is distilled off at a pressure of less than 900 mbar , Wherein the pH during the distillation is greater than 1.5, and part of the monomeric 3-hydroxypropionic acid undergoes dehydration to convert into oligomeric 3-hydroxypropionic acid during the distillation, and in a second step ii) the aqueous mixture obtained in step i) from monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid in the liquid phase at a pressure of less than 900 mbar to acrylic acid is reacted.
  • the pressure is the pressure in the reactor or in a distillation, the pressure in the distillation bottoms.
  • the pH during step i) is preferably at least 1.7, more preferably at least 1.9, most preferably at least 2.0. Too low pH increases oligomer formation and shifts the ratio of monomeric 3-hydroxypropionic acid to oligomeric 3-hydroxypropionic acid. Too high a proportion of long-chain oligomers increases the viscosity and deteriorates the heat transfer. Thus, usually no compounds catalyzing the oligomerization, in particular no strong acids, such as sulfuric acid, organic sulfonic acids and phosphoric acid added.
  • the aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid obtained in step i) preferably contains from 5 to 50% by weight of water, more preferably from 10 to 40% by weight of water, most preferably from 15 to 35% by weight of water.
  • the aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid obtained in step i) preferably contains from 10 to 60% by weight of monomers
  • 3-hydroxypropionic acid more preferably from 20 to 50% by weight of monomeric 3-hydroxypropionic acid, most preferably from 25 to 45% by weight of monomeric 3-hydroxypropionic acid.
  • the water content in step i) is preferably reduced by at least 5% by weight, more preferably by at least 10% by weight, most preferably by at least 15% by weight.
  • the value by which the water content has been reduced is the difference between the water content of the aqueous 3-hydroxypropionic acid (starting material) used in step i) and the water content of the aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid obtained in step i) (product ).
  • the content of monomeric 3-hydroxypropionic acid in step i) is preferably reduced by at least 5% by weight, more preferably by at least 15% by weight, most preferably by at least 25% by weight.
  • the value by which the content of monomeric 3-hydroxypropionic acid was reduced is the difference between the content of monomeric 3-hydroxypropionic acid of the aqueous 3-hydroxypropionic acid (starting material) used in step i) and the content of monomeric 3-hydroxypropionic acid in step i) obtained aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid (product).
  • the water content can be determined by the usual methods, for example by Karl Fischer titration.
  • the temperature during the reaction in step i) is preferably less than 100.degree. C., more preferably less than 90.degree. C., most preferably less than 80.degree. Too high temperatures in step i) favor the undesired dehydration of monomeric 3-hydroxypropionic acid to acrylic acid.
  • the pressure in the reaction in step i) is preferably from 10 to 300 mbar, particularly preferably from 20 to 200 mbar, very particularly preferably from 40 to 150 mbar. Lower pressures in step i) allow gentle removal of the water from the liquid phase. Too low pressures are uneconomical.
  • the distillative separation of water from aqueous acrylic acid is expensive or associated with high acrylic acid losses.
  • the present invention is based on the finding that the water contained in the aqueous 3-hydroxypropionic acid is better separated off before dehydration. Due to the larger boiling point difference, water can be separated better from aqueous 3-hydroxypropionic acid than from aqueous acrylic acid.
  • monomeric 3-hydroxypropionic can react during the separation of water to oligomeric 3-hydroxypropionic acid, with additional water produced. This additional water can be separated off immediately in step i).
  • the resulting oligomeric 3-hydroxypropionic acid can likewise be converted into acrylic acid in step ii) (retro-Michael addition).
  • acrylic acid in step ii) retro-Michael addition
  • no more water is released in the cleavage of oligomeric 3-hydroxypropionic acid.
  • a high proportion of oligomeric 3-hydroxypropionic acid in step ii) thus results in a lower water content of the aqueous acrylic acid obtained in step ii).
  • a relatively high proportion of oligomeric 3-hydroxypropionic acid and thus a low proportion of monomeric 3-hydroxypropionic acid are therefore desirable and can be achieved, for example, by a correspondingly long residence time in step i).
  • Prevention of oligomeric 3-hydroxypropionic acid, as required in WO 2012/091 1 14 A1, is therefore detrimental to the process according to the invention.
  • the water is separated in step i) by means of a rectification column (rectification column 1).
  • the liquid phase in step ii) advantageously contains a high-boiling organic solvent.
  • the high-boiling organic solvent dilutes the acrylic acid formed in the liquid phase and high-boiling by-products (high boilers).
  • the aqueous acrylic acid formed in the reaction in step ii) is preferably removed by distillation.
  • Particularly suitable for this purpose are rectification columns (rectification column 2). By selecting the separation stages and the reflux ratio, the content of 3-hydroxypropionic acid in the distillate can be kept low.
  • the aqueous acrylic acid obtained in step ii) can be separated by distillation into a high-acrylic phase (crude acrylic acid) and a water-rich phase (acid water).
  • a entraining agent can be used. Suitable entraining agents are low-boiling hydrophobic organic solvents. Also suitable for the distillative separation are also rectification columns (rectification column 3).
  • the rectification column 2 and the rectification column 3 are combined to form a single rectification column 4.
  • the separation of the aqueous acrylic acid from the liquid phase in step ii) and the separation of the aqueous acrylic acid into a high-acrylic phase and a high-water phase in step iii) in the rectification column 4 are carried out, the separation of the aqueous acrylic acid from the liquid Phase takes place below a side draw in the rectification column 4, the separation of the aqueous acrylic acid is carried out above the side draw and the acrylic acid-rich phase (crude acrylic acid) is taken off liquid side draw.
  • the crude acrylic acid can be further purified by crystallization.
  • Oligomeric 3-hydroxypropionic acid is the product of at least two molecules
  • 3-hydroxy propionic acid The molecules are interconnected by esterification of the carboxyl group of one molecule with the hydroxyl group of the other molecule.
  • Oligomeric acrylic acid is the product of at least two molecules of acrylic acid.
  • the molecules are interconnected by Michael addition of the carboxyl group of one molecule with the ethylenic double bond of the other molecule.
  • WO 02/090312 A1 discloses.
  • the temperature in the reaction is preferably less than 100 ° C, more preferably less than 90 ° C, most preferably less than 80 ° C performed. Too high temperatures in step i) favor the undesired dehydration of monomeric 3-hydroxypropionic acid to acrylic acid.
  • the pressure in the reaction is preferably from 10 to 300 mbar, particularly preferably from 20 to 200 mbar, very particularly preferably from 40 to 150 mbar. Lower pressures in step i) allow gentle removal of the water from the liquid phase. Too low pressures are uneconomical.
  • the heat can be supplied via internal and / or external heat exchanger of conventional design and / or double wall heating (as a heat carrier water vapor is advantageously used). Preferably, it takes place via external circulation evaporator with natural or forced circulation. External circulation evaporators with forced circulation are particularly preferably used. Such evaporators are described in EP 0 854 129 A1. The use of several evaporators, connected in series or in parallel, is possible.
  • the resulting aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid preferably contains from 1 to 35% by weight of water, more preferably from 3 to 25% by weight of water, most preferably from 5 to 15% by weight of water ,
  • the water content is preferably lowered by at least 5% by weight, more preferably by at least 10% by weight, most preferably by at least 15% by weight.
  • the value by which the water content was lowered is the difference between the water content of the aqueous 3-hydroxypropionic acid used (educt) and the water content of the resulting aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid (product).
  • the water content can be determined by the usual methods, for example by Karl Fischer titration.
  • the content of monomeric 3-hydroxypropionic acid is preferably reduced by at least 5% by weight, more preferably by at least 15% by weight, most preferably by at least 25% by weight.
  • the value by which the content of monomeric 3-hydroxypropionic acid was reduced is the difference between the content of monomeric 3-hydroxypropionic acid of the aqueous 3-hydroxypropionic acid used (educt) and the content of monomeric 3-hydroxypropionic acid of the obtained aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid (product).
  • the content of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid can be determined by means of HPLC.
  • the signals of the first four oligomers, i. to the pentamer, using the calibration factor of the monomeric 3-hydroxypropionic acid and the sum formed can be determined by means of HPLC.
  • Monomeric acrylic acid and oligomeric acrylic acid can be determined analogously.
  • the water is advantageously separated off by means of a rectification column 1.
  • the rectification column 1 is of a type known per se and has the usual installations. In principle, all standard installations are suitable as column internals, for example trays, packings and / or fillings. Among the soils, bubble-cap trays, sieve trays, valve trays, Thormann trays and / or dual-flow trays are preferred, among the trays are those with rings, spirals, calipers, Raschig, Intos or Pall rings, Berl or Intalox saddles or Braided preferred.
  • the feed into the rectification column 1 is expediently carried out in its lower region.
  • the feed temperature is preferably from 20 to 100 ° C, more preferably from 30 to 80 ° C, most preferably from 40 to 60 ° C.
  • Dual-flow trays below the feed (output part) and Thormann trays above the feed (enrichment part) are particularly preferred.
  • 2 to 5 theoretical plates below the feed and 2 to 15 theoretical plates above the feed of the rectification column 1 are sufficient.
  • the rectification is usually carried out in such a way that the bottom pressure required for the reaction sets in.
  • the top pressure results from the sump pressure, the number and type of column internals and the fluid dynamic requirements of the rectification.
  • the rectification column 1 is usually made of austenitic steel, preferably of the material 1.4571 (according to DIN EN 10020).
  • the cooling of the water separated off at the top of the rectification column 1 can be effected indirectly, for example by heat exchangers which are known per se to the person skilled in the art and are not subject to any particular restriction, or directly, for example by a quench.
  • heat exchangers which are known per se to the person skilled in the art and are not subject to any particular restriction, or directly, for example by a quench.
  • already condensed water is cooled by means of a suitable heat exchanger and sprayed the cooled liquid above the sampling point in the vapor. This spraying may be done in a separate apparatus or in the rectification unit itself.
  • the extraction point of the water is advantageously designed as a catch bottom. Built-in components that improve the mixing of the cooled water with the vapor can increase the effect of direct cooling.
  • the resulting aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid is removed continuously from the bottom of the distillation and converted to acrylic acid.
  • the reaction of the aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid to acrylic acid is carried out in the liquid phase at a temperature of preferably from 130 to 220 ° C, more preferably from 150 to 200 ° C, most preferably from 160 to 190 ° C, performed.
  • the pressure is preferably from 25 to 750 mbar, particularly preferably from 50 to 500 mbar, very particularly preferably from 100 to 300 mbar.
  • the liquid phase contains less monomeric acrylic acid and in the case of distillative removal of the resulting acrylic acid, the undesirable formation of oligomeric acrylic acid in the condensate is suppressed.
  • the heat can be supplied via internal and / or external heat exchanger of conventional design and / or double wall heating (as a heat carrier water vapor is advantageously used). Preferably, it takes place via external circulation evaporator with natural or forced circulation. External circulation evaporators with forced circulation are particularly preferably used. Such evaporators are described in EP 0 854 129 A1. The use of several evaporators, connected in series or in parallel, is possible.
  • the liquid phase preferably contains a polymerization inhibitor 1. Suitable polymerization inhibitors 1 are phenothiazine, hydroquinone and / or hydroquinone monomethyl ether. Very particular preference is given to phenothiazine and hydroquinone monomethyl ether.
  • the liquid phase preferably contains from 0.001 to 5% by weight, particularly preferably from 0.01 to 2% by weight, very particularly preferably from 0.1 to 1% by weight, of the polymerization inhibitor 1.
  • an oxygen-containing gas is additionally used for polymerization inhibition.
  • Particularly suitable for this purpose are air / nitrogen mixtures having an oxygen content of 6% by volume (lean air). If an oxygen-containing gas is used for polymerization inhibition, this is preferably fed below the evaporator.
  • the liquid phase preferably contains from 20 to 95% by weight, more preferably from 40 to 85% by weight, most preferably from 50 to 80% by weight of the high-boiling organic solvent.
  • the boiling point of the high-boiling organic solvent is 1013 mbar in the range of preferably 200 to 350 ° C, more preferably from 250 to 320 ° C, most preferably from 280 to 300 ° C.
  • Suitable high-boiling organic solvents are, for example, dimethyl phthalate, diethyl phthalate, dimethyl isophthalate, diethyl isophthalate, dimethyl terephthalate, diethyl terephthalate, alkanoic acids, such as nonanoic acid and decanoic acid, biphenyl and / or diphenyl ether.
  • 3-hydroxypropionic acid can be catalyzed base or acid.
  • Suitable basic catalysts are high boiling tertiary amines such as pentamethyldiethylenetriamine.
  • Suitable acidic catalysts are high boiling inorganic or organic acids such as phosphoric acid and dodecylbenzenesulfonic acid.
  • High-boiling means here a boiling point at 1013 mbar of preferably at least 160 ° C, more preferably at least 180 ° C, most preferably at least 190 ° C. If a catalyst is used, the amount of catalyst in the liquid phase is preferably from 1 to 60 wt .-%, particularly preferably from 2 to 40 wt .-%, most preferably from 5 to 20 wt .-%.
  • aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid aqueous acrylic acid is preferably removed by distillation, more preferably by means of a rectification column (rectification column 2).
  • the polymerization inhibitor 1 is at least partially metered via the reflux.
  • the rectification column 2 is of a known type and has the usual installations. In principle, all standard installations are suitable as column internals, for example trays, packings and / or fillings. Among the soils, bubble-cap trays, sieve trays, valve trays, Thormann trays and / or dual-flow trays are preferred. Among the trays are those with rings, spirals, calipers, Raschig, Intos or Pall rings, Berl or Intalox Saddling or braiding preferred. Particularly preferred are dual-flow trays.
  • the rectification is usually carried out at reduced pressure.
  • the top pressure is preferably from 50 to 900 mbar, more preferably from 200 to 600 mbar, most preferably from 300 to 400 mbar. If the top pressure is too high, the aqueous acrylic acid is unnecessarily thermally stressed, and if the top pressure is too low, the process becomes technically too expensive.
  • the sump pressure results from the head pressure, the number and type of column internals as well as the fluid dynamic requirements of the rectification.
  • the rectification column 2 is usually made of austenitic steel, preferably of the material 1.4571 (according to DIN EN 10020).
  • the cooling of the aqueous acrylic acid separated off at the top of the rectification column 2 can be effected indirectly, for example by heat exchangers which are known per se to the person skilled in the art and are not subject to any particular restriction, or directly, for example by a quench. Preferably, it is done by direct cooling.
  • already condensed aqueous acrylic acid is cooled by means of a suitable heat exchanger and the cooled liquid is sprayed above the take-off point in the vapor. This spraying may be done in a separate apparatus or in the rectification unit itself.
  • the removal point of the aqueous acrylic acid is advantageously designed as a capture bottom.
  • the effect of direct cooling can be increased.
  • all common installations are suitable for this, for example floors, packings and / or fillings.
  • the trays bubble-cap trays, sieve trays, valve trays, Thormann trays and / or dual-flow trays are preferred.
  • the beds those with rings, coils, calipers, Raschig, Intos or Pall rings, Berl or Intalox saddles or braids are preferred. Particularly preferred are dual-flow trays.
  • the direct Condensation of the aqueous acrylic acid can also be carried out in several stages, with upward decreasing temperature.
  • the cooling is carried out by direct cooling.
  • the condensed distillate of the rectification column 2 can be separated by means of a phase separator.
  • the organic phase can be recycled to the rectification column 2, for example into the bottom of the rectification column 2.
  • the aqueous phase can also be partially recycled to the rectification column 2, for example as reflux and for the direct cooling of the vapor.
  • the bottom residue of the rectification column 2 can be discharged and fed to a residue distillation or a residue splitting.
  • the bottom residue is preferably passed through a solids separator (cyclone) and optionally supplemented by fresh inert organic solvent 1.
  • the resulting aqueous acrylic acid can be separated by distillation into a high-acrylic phase (crude acrylic acid) and a water-rich phase (acid water).
  • the heat can be supplied via internal and / or external heat exchanger of conventional design and / or double wall heating (as a heat carrier water vapor is advantageously used). Preferably, it takes place via external circulation evaporator with natural or forced circulation. External circulation evaporators with forced circulation are particularly preferably used. Such evaporators are described in EP 0 854 129 A1. The use of several evaporators, connected in series or in parallel, is possible.
  • the aqueous acrylic acid preferably contains a polymerization inhibitor 2. Suitable polymerization inhibitors 2 are phenothiazine, hydroquinone and / or hydroquinone monomethyl ether. Very particular preference is given to phenothiazine and hydroquinone monomethyl ether.
  • the liquid phase preferably contains from 0.001 to 5% by weight, particularly preferably from 0.01 to 2% by weight, very particularly preferably from 0.1 to 1% by weight, of the polymerization inhibitor 2.
  • containing gas used for polymerization inhibition are air / nitrogen mixtures having an oxygen content of 6% by volume (lean air). If an oxygen-containing gas is used for polymerization inhibition, this is preferably fed below the evaporator.
  • the separated acrylic acid-rich phase (crude acrylic acid) is advantageously added to a polymerization inhibitor 3.
  • Suitable polymerization inhibitors 3 are phenothiazine, hydroquinone and / or hydroquinone monomethyl ether. Very particular preference is given to phenothiazine and hydroquinone monomethyl ether.
  • an entraining agent may be added.
  • Suitable entraining agents are low boiling hydrophobic organic solvents having a solubility in water at 23 ° C of preferably less than 5 grams per 100 milliliters of water, more preferably less than 1 gram per 100 milliliters of water, most preferably less than 0.2 grams per gram 100 ml of water, and a boiling point at 1013 mbar in the range of preferably 60 to 160 ° C, more preferably from 70 to 130 ° C, most preferably from 75 to 1 15 ° C.
  • Suitable hydrophobic organic solvents are, for example, aliphatic hydrocarbons, such as hexane, heptane, dodecane, cyclohexane, methylcyclohexane, isooctane and hydrogenated triisobutylene, aromatic hydrocarbons, such as benzene, toluene, xylene and ethylbenzene, ketones, such as methyl isobutyl ketone, ethers, such as methyl tert .-Butyl ether, or mixtures thereof.
  • aliphatic hydrocarbons such as hexane, heptane, dodecane, cyclohexane, methylcyclohexane, isooctane and hydrogenated triisobutylene
  • aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene and ethylbenzene
  • ketones such as methyl isobutyl
  • a rectification column 3 For distillative separation of the aqueous acrylic acid, a high-acrylic acid phase (crude acrylic acid) and a water-rich phase (acid water), a rectification column 3 is preferably used.
  • the polymerization inhibitor 2 is at least partially metered via the reflux.
  • the rectification column 3 is of a known type and has the usual installations. In principle, all standard installations are suitable as column internals, for example trays, packings and / or fillings. Among the soils, bubble-cap trays, sieve trays, valve trays, Thormann trays and / or dual-flow trays are preferred, among the trays are those with rings, spirals, calipers, Raschig, Intos or Pall rings, Berl or Intalox saddles or Braided preferred. Particularly preferred are dual-flow trays.
  • the rectification is usually carried out at reduced pressure.
  • the top pressure is preferably from 50 to 600 mbar, more preferably from 150 to 400 mbar, most preferably from 200 to 300 mbar. If the top pressure is too high, the aqueous acrylic acid is unnecessarily thermally stressed, and if the top pressure is too low, the process becomes technically too expensive.
  • the bottom pressure results from the top pressure, the number and type of column internals and the fluid dynamic requirements of the rectification.
  • the rectification column 3 is usually made of austenitic steel, preferably of the material 1.4571 (according to DIN EN 10020).
  • the cooling of the water-rich phase (acid water) separated off at the top of the rectification column 3 can be effected indirectly, for example by heat exchangers which are known per se to the person skilled in the art and are not subject to any particular restriction, or directly, for example by a quench. Preferably, it is done by direct cooling.
  • already condensed water-rich phase sour water
  • the cooled liquid is sprayed in the vapor above the take-off point. This spraying may be done in a separate apparatus or in the rectification unit itself.
  • the removal point of the water-rich phase is advantageously designed as a catch bottom.
  • the effect of direct cooling can be increased.
  • all common installations are suitable for this, for example floors, packings and / or fillings.
  • the trays bubble-cap trays, sieve trays, valve trays, Thormann trays and / or dual-flow trays are preferred.
  • the beds those with rings, coils, calipers, Raschig, Intos or Pall rings, Berl or Intalox saddles or braids are preferred. Particularly preferred are dual-flow trays.
  • the direct condensation of the water-rich phase can also be carried out in several stages, with upward decreasing temperature.
  • the cooling is carried out by direct cooling.
  • a portion of the water-rich phase (acid water) condensed at the top of the rectification column 3 can be used as reflux, the remainder of the water-rich phase (sour water) is discharged and fed to the extraction of acidic acid from an acid water extraction.
  • the condensed distillate of the rectification column 3 is separated by means of a phase separator.
  • the organic phase can be recycled to the rectification column 3, for example as reflux.
  • the acrylic acid-rich phase (crude acrylic acid) withdrawn from the bottom of the rectification column 3 can be used directly for the preparation of water-absorbing polymer particles.
  • the acrylic acid-rich phase (crude acrylic acid) is further purified by crystallization.
  • the mother liquor obtained in the crystallization can be recycled to the rectification column 3, preferably below the take-off point for the high-acrylic acid phase (crude acrylic acid).
  • the acrylic acid-rich phase (crude acrylic acid) can be purified by layer crystallization, as described, for example, in EP 0 616 998 A1, or by suspension crystallization, as described in DE 100 39 025 A1.
  • the suspension crystallization is preferred.
  • the combination nation of a suspension crystallization with a washing column, as described in WO 2003/041832 A1, is particularly preferred.
  • the rectification column 4 combines the tasks of the rectification columns 2 and 3 in a single rectification column. In this case, the section below the side draw corresponds to the rectification column 2 and the section above the side draw corresponds to the rectification column 3.
  • Hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid is the feed of the rectification column 4th
  • the feed into the rectification column 4 is expediently carried out in its lower region. Preferably, it takes place below the first bottom of the rectification column 4.
  • the feed temperature is preferably from 25 to 150 ° C, more preferably from 40 to 100 ° C, most preferably from 50 to 70 ° C.
  • the heat supply in the bottom of the rectification column 4 via internal and / or external heat exchanger heat transfer is again preferably water vapor) of conventional design and / or double wall heating.
  • heat transfer is again preferably water vapor
  • external circulation evaporator with forced circulation are described in EP 0 854 129 A1.
  • the use of several evaporators, connected in series or in parallel, is possible.
  • 2 to 4 evaporators are operated in parallel.
  • the bottom residue of the rectification column 4 can be discharged and fed to a residue distillation or a residue splitting.
  • the bottom residue is preferably passed through a solids separator (cyclone) and optionally supplemented by fresh high-boiling organic solvent.
  • a solids separator cyclone
  • the acrylic acid-rich phase (crude acrylic acid) is removed.
  • the removal of the acrylic acid-rich phase takes place usual way and is subject to no restriction.
  • the extraction is suitable via a collecting base, wherein the entire return is collected and one part is discharged and the other part is used as a return below the catch bottom, or via a floor with integrated extraction facility, preferably via a dual-flow floor with integrated drainage. zugsdorfkeit.
  • the withdrawn acrylic acid-rich phase (crude acrylic acid) is cooled by means of a heat exchanger (for example, surface waters are suitable as the coolant).
  • a heat exchanger for example, surface waters are suitable as the coolant.
  • the heat exchangers are known per se to the person skilled in the art and are not subject to any particular restriction.
  • the withdrawn acrylic acid-rich phase (crude acrylic acid) is discharged and partially used as a solvent for the polymerization inhibitor 2.
  • the cooling of the water-rich phase (acid water) separated off at the top of the rectification column 4 can be effected indirectly, for example by heat exchangers which are known per se to the person skilled in the art and are not subject to any particular restriction, or directly, for example by a quench. Preferably, it is done by direct cooling.
  • already condensed water-rich phase sour water
  • the cooled liquid is sprayed in the vapor above the take-off point. This spraying may be done in a separate apparatus or in the rectification unit itself.
  • the removal point of the water-rich phase is advantageously designed as a catch bottom.
  • the effect of direct cooling can be increased.
  • all common installations are suitable for this, for example floors, packings and / or fillings.
  • the trays bubble-cap trays, sieve trays, valve trays, Thormann trays and / or dual-flow trays are preferred.
  • the beds those with rings, coils, calipers, Raschig, Intos or Pall rings, Berl or Intalox saddles or braids are preferred. Particularly preferred are dual-flow trays.
  • the direct condensation of the water-rich phase can also be carried out in several stages, with upward decreasing temperature.
  • the cooling is carried out by direct cooling.
  • a part of the condensed at the top of the rectification column 4 water-rich phase (sour water) can be used as reflux, the remainder of the water-rich phase (acid water) is discharged and fed to the recovery of acrylic acid to a sour water extraction.
  • the condensed distillate of the rectification column 4 is separated by means of a phase separator.
  • the organic phase can be recycled to the rectification column 4, for example as reflux.
  • a dividing wall column is used as the rectification column 4.
  • a dividing wall column has a vertical dividing wall which divides the cross section of a part of the column into two sections. The reflux is distributed to the two column sections.
  • the inlet and the side outlet of the dividing wall column are located on different sides of the partition wall.
  • the crude acrylic acid withdrawn from the rectification column 4 can be used directly for the preparation of water-absorbing polymer particles.
  • the crude acrylic acid is further purified by crystallization.
  • the mother liquor obtained in the crystallization can be recycled to the rectification column 4, preferably below the take-off point for the crude acrylic acid.
  • the crude acrylic acid can be purified by layer crystallization, as described, for example, in EP 0 616 998 A1, or by suspension crystallization, as described in DE 100 39 025 A1.
  • the suspension crystallization is preferred.
  • the combination of a suspension crystallization with a wash column, as described in WO 2003/041832 A1, is particularly preferred.
  • the acrylic acid thus prepared can be used directly as a monomer for the preparation of polymers, e.g. water-absorbing polymer particles, but also for the production of acrylic acid esters, e.g. Methyl acrylate, ethyl acrylate, n-butyl acrylate and 2-ethylhexyl acrylate.
  • polymers e.g. water-absorbing polymer particles
  • acrylic acid esters e.g. Methyl acrylate, ethyl acrylate, n-butyl acrylate and 2-ethylhexyl acrylate.
  • Water-absorbing polymer particles are obtained by polymerization of a monomer solution or suspension comprising a) at least one ethylenically unsaturated, acid group-carrying monomer which may be at least partially neutralized, in particular partially neutralized acrylic acid
  • the monomers a) are preferably water-soluble, ie the solubility in water at 23 ° C. is typically at least 1 g / 100 g of water, preferably at least 5 g / 100 g of water, more preferably at least 25 g / 100 g of water, most preferably at least 35 g / 100 g of water.
  • Suitable monomers a) are, for example, ethylenically unsaturated carboxylic acids, such as acrylic acid, methacrylic acid, and itaconic acid. Further suitable monomers a) are, for example, ethylenically unsaturated sulfonic acids, such as styrenesulfonic acid and 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid (AMPS).
  • ethylenically unsaturated carboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, and itaconic acid.
  • ethylenically unsaturated sulfonic acids such as styrenesulfonic acid and 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid (AMPS).
  • the proportion of acrylic acid and / or salts thereof in the total amount of monomers a) is preferably at least 50 mol%, particularly preferably at least 90 mol%, very particularly preferably at least 95 mol%.
  • Suitable crosslinkers b) are compounds having at least two groups suitable for crosslinking. Such groups are, for example, ethylenically unsaturated groups which can be radically copolymerized into the polymer chain, and functional groups which can form covalent bonds with the acid groups of the monomer a). Furthermore, polyvalent metal salts which can form coordinative bonds with at least two acid groups of the monomer a) are also suitable as crosslinking agents b).
  • Crosslinkers b) are preferably compounds having at least two polymerizable groups which can be incorporated in the polymer network in free-radically polymerized form.
  • Suitable crosslinkers b) are, for example, ethylene glycol dimethacrylate, diethylene glycol diacrylate, polyethylene glycol diacrylate, allyl methacrylate, trimethylolpropane triacrylate, triallylamine, tetraallylammonium chloride, tetraallyloxyethane, as described in EP 0 530 438 A1, di- and triacrylates, as in EP 0 547 847 A1, EP 0 559 476 A1, EP 0 632 068 A1, WO 93/21237 A1, WO 2003/104299 A1, WO 2003/104300 A1, WO 2003/104301 A1 and DE 103 31 450 A1, mixed acrylates which, in addition to acrylate groups, contain further ethylenically unsaturated Groups, as described in DE 103 31 456
  • Preferred crosslinkers b) are pentaerythritol triallyl ether, tetraallyloxyethane, methylenebismethacrylamide, 15-tuply ethoxylated trimethylolpropane triacrylate, polyethylene glycol diacrylate, trimethylolpropane triacrylate and triallylamine.
  • Very particularly preferred crosslinkers b) are the polyethyleneglyoxylated and / or propoxylated glycerols esterified with acrylic acid or methacrylic acid to form diioder triacrylates, as described, for example, in WO 2003/104301 A1. Particularly advantageous are di- and / or triacrylates of 3- to 10-fold ethoxylated glycerol. Very particularly preferred are Di- or triacrylates of 1 to 5 times ethoxylated and / or propoxylated glycerol. Most preferred are the triacrylates of 3 to 5 times ethoxylated and / or propoxylated glycerol, in particular the triacrylate of 3-times ethoxylated glycerol.
  • the amount of crosslinker b) is preferably from 0.05 to 1, 5 wt .-%, particularly preferably 0.1 to 1 wt .-%, most preferably 0.2 to 0.5 wt .-%, each based on Monomer a).
  • the centrifuge retention capacity CRC
  • initiators c) it is possible to use all compounds which generate free radicals under the polymerization conditions, for example thermal initiators, redox initiators, photoinitiators.
  • Suitable redox initiators are sodium peroxodisulfate / ascorbic acid, hydrogen peroxide / ascorbic acid, sodium peroxodisulfate, sodium bisulfite and hydrogen peroxide / sodium bisulfite.
  • mixtures of thermal initiators and redox initiators are used, such as sodium peroxodisulfate / hydrogen peroxide / ascorbic acid.
  • the reducing component used is preferably a mixture of the sodium salt of 2-hydroxy-2-sulfinatoacetic acid, the disodium salt of 2-hydroxy-2-sulfonatoacetic acid and sodium bisulfite.
  • Such mixtures are available as Brüggolite® FF6 and Brüggolite® FF7 (Brüggemann Chemicals, Heilbronn, Germany).
  • acrylamide, methacrylamide, hydroxyethyl acrylate, hydroxyethyl methacrylate, dimethylaminoethyl methacrylate, dimethylaminoethyl acrylate, dimethylaminopropyl acrylate, diethylaminopropyl acrylate, dimethylaminoethyl methacrylate, diethylaminoethyl methacrylate are ethylenically unsaturated monomers d) which are copolymerizable with the ethylenically unsaturated acid group-carrying monomers a).
  • water-soluble polymers e it is possible to use polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, starch, starch derivatives, modified cellulose, such as methylcellulose or hydroxyethylcellulose, gelatin, polyglycols or polyacrylic acids, preferably starch, starch derivatives and modified cellulose.
  • an aqueous monomer solution is used.
  • the water content of the monomer solution is preferably from 40 to 75% by weight, more preferably from 45 to
  • the monomer solution before the polymerization by inerting, ie, flowing through with an inert gas, preferably nitrogen or carbon dioxide, are freed of dissolved oxygen.
  • the oxygen content of the monomer solution before the polymerization is preferably reduced to less than 1 ppm by weight, more preferably to less than 0.5 ppm by weight, most preferably to less than 0.1 ppm by weight.
  • Suitable reactors are, for example, kneading reactors or belt reactors.
  • the polymer gel formed during the polymerization of an aqueous monomer solution or suspension is comminuted continuously by, for example, counter-rotating stirring shafts, as described in WO 2001/038402 A1.
  • the polymerization on the belt is described, for example, in DE 38 25 366 A1 and US Pat. No. 6,241,928.
  • a polymer gel is formed, which must be comminuted in a further process step, for example in an extruder or kneader.
  • the comminuted polymer gel obtained by means of a kneader may additionally be extruded.
  • the acid groups of the polymer gels obtained are usually partially neutralized.
  • the neutralization is preferably carried out at the stage of the monomers. This is usually done by mixing the neutralizing agent as an aqueous solution or preferably as a solid.
  • the degree of neutralization is preferably from 25 to 95 mol%, particularly preferably from 30 to 80 mol%, very particularly preferably from 40 to 75 mol%, wherein the customary neutralizing agents can be used, preferably alkali metal hydroxides, alkali metal oxides, alkali metal carbonates or Alkalimetallhydrogenkarbonate and mixtures thereof. Instead of alkali metal salts and ammonium salts can be used.
  • Sodium and potassium are particularly preferred as alkali metals, but most preferred are sodium hydroxide, sodium carbonate or sodium bicarbonate and mixtures thereof. But it is also possible to carry out the neutralization after the polymerization at the stage of Polymergeis formed during the polymerization. Furthermore, it is possible to neutralize up to 40 mol%, preferably 10 to 30 mol%, particularly preferably 15 to 25 mol%, of the acid groups before the polymerization by adding a part of the neutralizing agent already to the monomer solution and the desired final degree of neutralization only after the polymerization is adjusted at the stage of Polymergeis.
  • the polymer gel is preferably mechanical comminuted, for example by means of an extruder, wherein the neutralizing agent can be sprayed on, sprinkled or poured and then mixed thoroughly.
  • the gel mass obtained can be extruded several times for homogenization.
  • the polymer gel is then preferably dried with a belt dryer until the residual moisture content is preferably 0.5 to 15 wt .-%, particularly preferably 1 to 10 wt .-%, most preferably 2 to 8 wt .-%, wherein the residual moisture content according to EDA-NA recommended test method No. WSP 230.2-05 "Mass Loss Upon Heating".
  • the dried polymer gel has too low a glass transition temperature T g and is difficult to process further. If the residual moisture content is too low, the dried polymer gel is too brittle and in the subsequent comminution steps undesirably large quantities of polymer particles with too small particle size ("fines") are produced. , more preferably from 35 to 70% by weight, most preferably from 40 to 60% by weight.
  • a fluidized bed dryer or a paddle dryer can be used for drying.
  • the dried polymer gel is then ground and classified, wherein for grinding usually one- or multi-stage roller mills, preferably two- or three-stage roller mills, pin mills, hammer mills or vibratory mills, can be used.
  • the average particle size of the polymer fraction separated as a product fraction is preferably at least 200 ⁇ m, more preferably from 250 to 600 ⁇ m, very particularly from 300 to 500 ⁇ m.
  • the mean particle size of the product fraction can be determined by means of the EDANA recommended test method No. WSP 220.2-05 "Particle Size Distribution", in which the mass fractions of the sieve fractions are cumulatively applied and the average particle size is determined graphically.
  • the mean particle size here is the value of the mesh size, which results for accumulated 50 wt .-%.
  • the proportion of particles having a particle size of greater than 150 ⁇ m is preferably at least 90% by weight, particularly preferably at least 95% by weight, very particularly preferably at least 98% by weight.
  • Too small polymer particles are therefore usually separated and recycled to the process. This preferably takes place before, during or immediately after the polymerization, ie before the drying of the polymer gel.
  • the too small polymer particles can be moistened with water and / or aqueous surfactant before or during the recycling. It is also possible to separate small polymer particles in later process steps, for example after surface postcrosslinking or another coating step. In this case, the recycled too small polymer particles are surface postcrosslinked or otherwise coated, for example with fumed silica.
  • the too small polymer particles are preferably added during the last third of the polymerization.
  • the polymer particles which are too small are added very late, for example only in an apparatus downstream of the polymerization reactor, for example an extruder, then the polymer particles which are too small can only be incorporated into the resulting polymer gel with difficulty. Insufficiently incorporated too small polymer particles, however, dissolve again during the grinding of the dried polymer gel, are therefore separated again during classification and increase the amount of recycled too small polymer particles.
  • the proportion of particles having a particle size of at most 850 ⁇ m is preferably at least 90% by weight, particularly preferably at least 95% by weight, very particularly preferably at least 98% by weight.
  • the proportion of particles having a particle size of at most 600 ⁇ m is preferably at least 90% by weight, more preferably at least 95% by weight, most preferably at least 98% by weight.
  • Polymer particles with too large particle size reduce the swelling rate. Therefore, the proportion of polymer particles too large should also be low.
  • Suitable surface postcrosslinkers are compounds containing groups that can form covalent bonds with at least two carboxylate groups of the polymer particles.
  • Suitable compounds are, for example, polyfunctional amines, polyfunctional amidoamines, polyfunctional epoxides, as described in EP 0 083 022 A2, EP 0 543 303 A1 and EP 0 937 736 A2, di- or polyfunctional alcohols, as described in DE 33 14 019 A1, DE 35 23 617 A1 and EP 0 450 922 A2, or ⁇ -hydroxyalkylamides, as described in DE 102 04 938 A1 and US Pat. No. 6,239,230.
  • Preferred surface postcrosslinkers are ethylene carbonate, ethylene glycol diglycidyl ether, reaction products of polyamides with epichlorohydrin and mixtures of propylene glycol and 1,4-butanediol.
  • Very particularly preferred surface postcrosslinkers are 2-hydroxyethyl-2-oxazolidinone, 2-oxazolidinone and 1, 3-propanediol.
  • the amount of surface postcrosslinker is preferably 0.001 to 5 wt .-%, more preferably 0.02 to 2 wt .-%, most preferably 0.05 to 1 wt .-%, each based on the polymer particles.
  • polyvalent cations are applied to the particle surface in addition to the surface postcrosslinkers before, during or after the surface postcrosslinking.
  • the polyvalent cations which can be used in the process according to the invention are, for example, divalent cations, such as the cations of zinc, magnesium, calcium, iron and strontium, trivalent cations, such as the cations of aluminum, iron, chromium, rare earths and manganese, tetravalent cations, such as the cations of Titanium and zirconium.
  • divalent cations such as the cations of zinc, magnesium, calcium, iron and strontium
  • trivalent cations such as the cations of aluminum, iron, chromium, rare earths and manganese
  • tetravalent cations such as the cations of Titanium and zirconium.
  • chloride, bromide, sulfate, hydrogen sulfate, carbonate, bicarbonate, nitrate, phosphate, hydrogen phosphate, dihydrogen phosphate and carboxylate, such as acetate, citrate and lactate, are possible lent.
  • salts with different counterions for example basic aluminum salts, such as aluminum monoacetate or aluminum monolactate.
  • Aluminum sulfate, aluminum monoacetate and aluminum lactate are preferred.
  • polyamines can also be used as polyvalent cations.
  • the amount of polyvalent cation used is, for example, from 0.001 to 1% by weight, preferably from 0.005 to 0.5% by weight, more preferably from 0.02 to 0.2% by weight. in each case based on the polymer particles.
  • the surface postcrosslinking is usually carried out so that a solution of the surface postcrosslinker is sprayed onto the dried polymer particles. Subsequent to the spraying, the surface postcrosslinker-coated polymer Particles thermally dried, wherein the surface postcrosslinking reaction can take place both before and during drying.
  • the spraying of a solution of the surface postcrosslinker is preferably carried out in mixers with moving mixing tools, such as screw mixers, disk mixers and paddle mixers.
  • moving mixing tools such as screw mixers, disk mixers and paddle mixers.
  • horizontal mixers such as paddle mixers
  • vertical mixers very particularly preferred are vertical mixers.
  • the distinction between horizontal mixer and vertical mixer is made by the storage of the mixing shaft, i.
  • Horizontal mixers have a horizontally mounted mixing shaft and vertical mixers have a vertically mounted mixing shaft.
  • Suitable mixers are, for example, Horizontal Pflugschar® mixers (Gebr.
  • the surface postcrosslinkers are typically used as an aqueous solution.
  • the penetration depth of the surface postcrosslinker into the polymer particles can be adjusted by the content of nonaqueous solvent or total solvent amount. If only water is used as the solvent, it is advantageous to add a surfactant. As a result, the wetting behavior is improved and the tendency to clog is reduced.
  • solvent mixtures for example isopropanol / water, 1,3-propanediol / water and propylene glycol / water, the mixing mass ratio preferably being from 20:80 to 40:60.
  • the thermal drying is preferably carried out in contact dryers, more preferably paddle dryers, very particularly preferably disk dryers.
  • Suitable dryers include Hosokawa Bepex® Horizontal Paddle Dryer (Hosokawa Micron GmbH, Leingart, Germany), Hosokawa Bepex® Disc Dryer (Hosokawa Micron GmbH, Leingart, Germany), Holo-Flite® dryers (Metso Minerals Industries, Inc., Danville, USA ) and Nara
  • Paddle Dryer (NARA Machinery Europe, Frechen, Germany). Moreover, fluidized bed dryers can also be used.
  • the drying can take place in the mixer itself, by heating the jacket or blowing hot air.
  • a downstream dryer such as a hopper dryer, a rotary kiln or a heatable screw. Particularly advantageous is mixed and dried in a fluidized bed dryer.
  • Preferred drying temperatures are in the range 100 to 250 ° C, preferably 120 to 220 ° C, more preferably 130 to 210 ° C, most preferably 150 to 200 ° C.
  • the preferred residence time at this temperature in the reaction mixer or dryer is preferably at least 10 minutes, more preferably at least 20 minutes, most preferably at least 30 minutes, and usually at most 60 minutes.
  • the water-absorbing polymer particles are cooled after the thermal drying.
  • the cooling is preferably carried out in contact coolers, particularly preferably blade coolers, very particularly preferably disk coolers.
  • Suitable coolers are, for example, Hosokawa Bepex® Horizontal Paddle Coolers (Hosokawa Micron GmbH, Leingart, Germany), Hosokawa Bepex® Disc Coolers (Hosokawa Micron GmbH, Leingart, Germany), Holo-Flite® coolers (Metso Minerals Industries, Inc., Danville, USA ) and Nara Paddle Cooler (NARA Machinery Europe, Frechen, Germany).
  • fluidized bed coolers can also be used.
  • the water-absorbing polymer particles to 20 to 150 ° C, preferably 30 to 120 ° C, more preferably 40 to 100 ° C, most preferably 50 to 80 ° C, cooled.
  • the surface-postcrosslinked polymer particles can be classified again, wherein too small and / or too large polymer particles are separated and recycled to the process.
  • the surface-postcrosslinked polymer particles can be coated or post-moistened for further improvement of the properties.
  • the post-wetting is preferably carried out at 30 to 80 ° C, more preferably at 35 to 70 ° C, most preferably at 40 to 60 ° C. If the temperatures are too low, the water-absorbing polymer particles tend to clump together and at higher temperatures water is already noticeably evaporating.
  • the amount of water used for the rewetting is preferably from 1 to 10 wt .-%, particularly preferably from 2 to 8 wt .-%, most preferably from 3 to 5 wt .-%, each based on the water-absorbing polymer lymerpumble.
  • the post-humidification is carried out in the cooler after the thermal drying.
  • Suitable coatings for improving the swelling rate and the permeability are, for example, inorganic inert substances, such as water-insoluble metal salts, organic polymers, cationic polymers and di- or polyvalent metal cations.
  • Suitable coatings for dust binding are, for example, polyols.
  • Suitable coatings against the unwanted caking tendency of the polymer particles are, for example, fumed silica, such as Aerosil® 200, and surfactants, such as Span® 20.
  • Eluent A is a mixture of 1000 ml of water and 1 ml
  • 0.5 molar sulfuric acid 0.5 molar sulfuric acid.
  • four initial weights about 280 mg, 180 mg, 90 mg and 60 mg
  • the calibration range is 0.1 to 280 mg / 50ml.
  • To calibrate the acrylic acid at least two initial weights are diluted to at least six concentrations.
  • the calibration range is 0.01 to 0.9 mg / 50ml.
  • a separation column of the type Prontosil 120-3-C18 AQ 3 ⁇ , 150 ⁇ 4, 6 mm (BISCHOFF Analysentechnik GmbH, Leonberg, Germany) is used.
  • the temperature is 25 ° C
  • the injection volume is 50 ⁇
  • the flow rate is 1, 5 ml / min
  • the duration is 15 minutes.
  • the UV detector is set to 205 nm. From start to 8 minutes, 100% by weight of eluent A, from 8 to 11.5 minutes, will be a mixture of 40% by weight of eluent A and 60% by weight of eluent B, from 11.5 to the end 100% by weight of eluent A used.
  • Eluent B is acetonitrile.
  • oligomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric acrylic acid are determined by ion exclusion chromatography with refractive index detection.
  • the components to be analyzed are separated from the sample matrix by means of solid phase extraction.
  • a bakerband SiOH 6 ml, 1000 mg SPE cartridge (JTBaker, Avantor Performance Materials, Inc., Center Valley, PA, USA) is used.
  • the SPE cartridge is activated with 6 ml of methanol and rinsed twice with 6 ml of eluent each time.
  • the SPE cartridge should never run dry.
  • the sample is then pipetted onto the SPE cartridge and rinsed ten times with 1 ml of eluent in a 10 ml volumetric flask.
  • the amount of sample used in sump samples is 65 ⁇ , in head samples 85 ⁇ and in extract samples 75 ⁇ .
  • the samples do not contain a hydrophobic solvent (high-boiling organic solvent, entrainment agent), these samples can be sprayed on without extraction by dissolving 85 ⁇ directly in 10 ml eluent.
  • the eluant used is 0.1% by volume aqueous phosphoric acid.
  • two separation columns of the type Shodex RSpak KC-81 1, 300x8 mm (SHOWA DENKO KK Shodex (Separation & HPLC) Group, Kawasaki, Japan) are used in series. The temperature is 40 ° C, the injection volume is 100 ⁇ , the flow rate is 1, 0 ml / min and the running time is 45 minutes.
  • the eluent used is 0.1% strength by weight aqueous phosphoric acid.
  • the autosampler is cooled to 15 ° C.
  • 1.0 g of sample is dissolved or suspended in 10 ml of demineralized water at 25.degree. After 10 minutes, the pH of the aqueous phase is measured at 25 ° C by means of a pH electrode.
  • Example 1 1,500 g of an approximately 30% strength by weight aqueous 3-hydroxypropionic acid were initially introduced into a 21 three-necked flask with double jacket and distillation head, water was distilled off at 100 mbar for 3 hours and the remaining residue was distilled at 40 mbar. The double jacket was heated by means of heat transfer oil. The pH during the distillation was in the range of 2 to 3. The composition of distillate and distillation residue was analyzed. Tab. 1: Composition of the distillate
  • the reaction of monomeric 3-hydroxypropionic acid to oligomeric 3-hydroxypropionic acid is carried out in a forced circulation flash evaporator reactor and rectification column 1.
  • the reactor used is a glass container with a double jacket.
  • the amount of liquid in the reactor is about 2500 g.
  • the reactor is at the same time the bottom of the rectification column. 1
  • the forced circulation expansion evaporator consists of a pump, a heat exchanger and a pressure maintenance valve.
  • the contents of the reactor are circulated by means of the pump via the heat exchanger and the pressure maintenance valve.
  • the rectification column 1 used is a 10-bottomed bubble-cap colony with an internal diameter of 50 mm.
  • the rectification column 1 is electrically accompanied by heating.
  • aqueous 3-hydroxypropionic acid As feed, 1000 g / h of aqueous 3-hydroxypropionic acid are conveyed to the bottom of the bubble-cap colony.
  • the aqueous 3-hydroxypropionic acid has the following composition:
  • the forced circulation flash evaporator conveys the reactor contents in a circle. Before the pressure-maintaining valve, the pressure is 2.0 bar and the temperature is 175 ° C.
  • the pressure at the top of the rectification column 1 is 100 mbar.
  • the vapor is condensed by means of a cooler and partially recycled as reflux into the rectification column 1 and partially discharged. There are discharged 298.8 g / h of condensate.
  • the condensate has the following composition:
  • the reactor used is a glass container with a double jacket.
  • the amount of liquid in the reactor is about 2500 g.
  • the reactor is at the same time the bottom of the rectification column. 1
  • the forced circulation expansion evaporator consists of a pump, a heat exchanger and a pressure maintenance valve.
  • the contents of the reactor are circulated by means of the pump via the heat exchanger and the pressure maintenance valve.
  • the rectification column 1 used is a 10-bottomed bubble-cap colony with an internal diameter of 50 mm.
  • the rectification column 1 is electrically accompanied by heating.
  • aqueous 3-hydroxypropionic acid As feed, 1000 g / h of aqueous 3-hydroxypropionic acid are conveyed to the bottom of the bubble-cap colony.
  • the aqueous 3-hydroxypropionic acid has the following composition: 40.2% by weight of water,
  • the forced circulation evaporator evaporates the reactor contents in a circle. Before the pressure-maintaining valve, the pressure is 2.0 bar and the temperature is 175 ° C.
  • the pressure at the top of the rectification column 1 is 100 mbar.
  • the vapor is condensed by means of a cooler and partially recycled as reflux into the rectification column 1 and partially discharged. There are discharged 314.9 g / h of condensate.
  • the condensate has the following composition:
  • reaction of an aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid to acrylic acid is carried out in a reactor with forced circulation desulphurisation apparatus and attached rectification column 4.
  • the reactor used is a 51 glass container with a double jacket.
  • the amount of liquid in the reactor is about 4000 g.
  • the temperature in the reactor is 174 ° C.
  • the pressure in the reactor is 360 mbar.
  • the reactor is at the same time the bottom of the rectification column 4.
  • the forced circulation expansion evaporator consists of a pump, a heat exchanger and a pressure maintenance valve.
  • the contents of the reactor are circulated by means of the pump via the heat exchanger and the pressure maintenance valve.
  • the feed of aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid and high-boiling solvent is metered into the circuit before the heat exchanger.
  • 9 l / h of an air / nitrogen mixture with an oxygen content of 6% by volume (lean air) are metered into the circuit.
  • aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid and 35 g / h of high-boiling solvent are used as feed.
  • the aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid has the following composition: 29.5% by weight of water,
  • the high-boiling solvent additionally contained 0.1% by weight of phenothiazine and 0.5% by weight of hydroquinone monomethyl ether.
  • the reactor is removed 54 g / h residue.
  • the rectification column 4 has an inner diameter of 50 mm and is electrically accompanied by heating.
  • the rectification column has a total of 80 trays and a side take-off, with 20 dual-flow trays below the side take-off and 60 bubble trays above the side take-off.
  • a glass container with a helical stirrer is used for suspension crystallization.
  • the heat of crystallization is dissipated via a cooled double jacket.
  • the temperature of the crystal suspension in the glass container is 7.9 ° C.
  • the crystal suspension produced in the crystallization is discontinuously separated by means of a centrifuge at 2000 U / min and a spin time of 1 min in crystals and mother liquor.
  • the crystals are washed with pure acrylic acid and melted.
  • the mother liquor is heated to 70 ° C and completely dosed to the 10th bottom of the rectification column 4.
  • the vapor obtained at the top of the rectification column 4 is cooled to 20 ° C. in a heat exchanger and condensed (sour water).
  • sour water 7000 g / h are sprayed in the vapor upstream of the heat exchanger, metered 184 g / h to the 80th bottom of the rectification column 4 and discharged 83 g / h.
  • the sour water has the following composition:
  • the exhaust gas is passed through another heat exchanger (aftercooler).
  • reaction of an aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid to acrylic acid is carried out in a reactor with forced circulation desulphurisation apparatus and attached rectification column 4.
  • An entrainer is added at the top of the rectification column.
  • the reactor used is a 51 glass container with a double jacket.
  • the amount of liquid in the reactor is about 4000 g.
  • the temperature in the reactor is 167 ° C.
  • the pressure in the reactor is 230 mbar.
  • the reactor is at the same time the bottom of the rectification column 4.
  • the forced circulation expansion evaporator consists of a pump, a heat exchanger and a pressure maintenance valve.
  • the contents of the reactor are circulated by means of the pump via the heat exchanger and the pressure maintenance valve.
  • the feed of an aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid and at high boiling point agent is metered into the circuit in front of the heat exchanger.
  • 13 l / h of an air / nitrogen mixture with an oxygen content of 6% by volume (lean air) are metered into the circuit.
  • aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid and 35 g / h of high-boiling solvent are used as feed.
  • the aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid has the following composition:
  • the high-boiling solvent additionally contained 0.1% by weight of phenothiazine and 0.5% by weight of hydroquinone monomethyl ether.
  • the reactor is removed 53 g / h residue.
  • the rectification column 4 has an inner diameter of 50 mm and is electrically accompanied by heating.
  • the rectification column has a total of 60 trays and a side take-off, with 20 dual-flow trays below the side take-off and 40 bubble trays above the side take-off.
  • the side print between the 20th and 21st Soil is a catch bottom.
  • a glass container with a helical stirrer is used for suspension crystallization.
  • the heat of crystallization is dissipated via a cooled double jacket.
  • the temperature of the crystal suspension in the glass container is 7.9 ° C.
  • the crystal suspension produced in the crystallization is discontinuously separated by means of a centrifuge at 2000 U / min and a spin time of 1 min in crystals and mother liquor.
  • the crystals are washed with pure acrylic acid and melted.
  • the mother liquor is heated to 70 ° C and completely dosed to the 10th bottom of the rectification column 4.
  • two 51 double-walled glass containers are used as a buffer between the continuous rectification and the discontinuous suspension crystallization.
  • the vapor obtained at the top of the rectification column 4 is cooled to 20 ° C. in a heat exchanger, condensed and collected in a phase separator.
  • entrainer toluene is used. 5 g / h of toluene are metered into the organic phase to compensate for losses of entrainer.
  • the aqueous phase (sour water) is discharged.
  • the sour water has the following composition:

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Abstract

The invention relates to a method for dehydrating aqueous 3-hydroxypropionic acid to form acrylic acid. In a first step of said method, a low-water mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid is produced, and in a second step, the low-water mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid is reacted in a liquid phase to form aqueous acrylic acid.

Description

Verfahren zur kontinuierlichen Dehydratisierung von 3-Hydroxypropionsäure zu Acrylsäure  Process for the continuous dehydration of 3-hydroxypropionic acid to acrylic acid
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dehydratisierung von wässriger 3-Hydroxypropionsäure zu Acrylsäure, wobei in einem ersten Schritt eine wasserarme Mischung aus monomerer 3-Hydroxypropionsäure und oligomerer 3-Hydroxypropionsäure erzeugt wird und in einem zweiten Schritt die wasserarme Mischung aus monomerer 3-Hydroxypropionsäure und oligomerer 3-Hydroxypropionsäure in flüssiger Phase zu wässriger Acrylsäure umgesetzt wird. The invention relates to a process for the dehydration of aqueous 3-hydroxypropionic acid to acrylic acid, wherein in a first step, a low-water mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid is produced and in a second step, the low-water mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid is reacted in the liquid phase to aqueous acrylic acid.
Acrylsäure ist wegen ihrer sehr reaktiven Doppelbindung sowie ihrer Carbonsäure-Gruppe ein wertvolles Monomer zur Herstellung von Polymeren, z.B. wasserabsorbierende Polymerpartikel, Bindemittel für wässrige Dispersionsfarben und in wässrigem Lösungsmittel dispergierte Kleb- Stoffe. Acrylic acid, because of its very reactive double bond as well as its carboxylic acid group, is a valuable monomer for making polymers, e.g. water-absorbing polymer particles, binders for aqueous emulsion paints and adhesives dispersed in aqueous solvent.
Wasserabsorbierende Polymerpartikel werden zur Herstellung von Windeln, Tampons, Damenbinden und anderen Hygieneartikeln, aber auch als wasserzurückhaltende Mittel im landwirtschaftlichen Gartenbau verwendet. Die wasserabsorbierenden Polymerpartikel werden auch als Superabsorber bezeichnet. Water-absorbing polymer particles are used in the manufacture of diapers, tampons, sanitary napkins and other sanitary articles, but also as water-retaining agents in agricultural horticulture. The water-absorbing polymer particles are also referred to as superabsorbers.
Die Herstellung wasserabsorbierender Polymerpartikel wird in der Monographie "Modern Su- perabsorbent Polymer Technology", F.L. Buchholz und AT. Graham, Wiley-VCH, 1998, Seiten 71 bis 103, beschrieben. The preparation of water-absorbing polymer particles is described in the monograph "Modern Superabsorbent Polymer Technology", F.L. Buchholz and AT. Graham, Wiley-VCH, 1998, pages 71-103.
Acrylsäure wird großtechnisch nahezu ausschließlich aus fossilen Rohstoffen hergestellt. Dies wird von den Konsumenten der Hygieneartikel als nachteilig angesehen. Es besteht daher ein Bedarf die in den Hygieneartikeln eingesetzten wasserabsorbierenden Polymerpartikel aus nachwachsenden Rohstoffen zu erzeugen. Acrylic acid is produced on an industrial scale almost exclusively from fossil raw materials. This is considered to be disadvantageous by the consumers of the hygiene articles. There is therefore a need to produce the water-absorbing polymer particles used in the hygiene articles from renewable raw materials.
Ein möglicher Weg ist die fermentative Herstellung von 3-Hydroxypropionsäure und deren Umsetzung zu Acrylsäure. Die Herstellung von 3-Hydroxypropionsäure durch Fermentation wird beispielsweise in WO 2012/074818 A2 beschrieben. Die Dehydratisierung von 3-Hydroxypropionsäure in der Gasphase wird in US 7,538,247 erwähnt. One possible route is the fermentative production of 3-hydroxypropionic acid and its conversion to acrylic acid. The production of 3-hydroxypropionic acid by fermentation is described, for example, in WO 2012/074818 A2. The dehydration of 3-hydroxypropionic acid in the gas phase is mentioned in US 7,538,247.
Die Dehydratisierung von 3-Hydroxypropionsäure in flüssiger Phase wird beispielsweise in WO 2006/092271 A2, WO 2008/023039 A1 , JP 2010-180171 , EP 2 565 21 1 A1 und The dehydration of 3-hydroxypropionic acid in the liquid phase is described, for example, in WO 2006/092271 A2, WO 2008/023039 A1, JP 2010-180171, EP 2 565 21 1 A1 and US Pat
EP 2 565 212 A1 erwähnt. EP 2 565 212 A1.
DE 1 668 609 A1 beschreibt die Aufarbeitung verdünnter wässriger Lösungen der Acryl- und/oder Hydracrylsäure. Aufgabe der vorliegenden Erfindung war die Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens zur Herstellung von Acrylsäure auf Basis nachwachsender Rohstoffe. DE 1 668 609 A1 describes the workup of dilute aqueous solutions of acrylic and / or hydracrylic acid. The object of the present invention was to provide an improved process for the production of acrylic acid based on renewable raw materials.
Gelöst wurde die Aufgabe durch ein Verfahren zur kontinuierlichen Dehydratisierung von wäss- riger 3-Hydroxypropionsäure zu Acrylsäure, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt i) aus der wässrigen 3-Hydroxypropionsäure ein Teil des Wassers bei einem Druck von weniger als 900 mbar abdestilliert wird, wobei der pH-Wert während der Destillation größer 1 ,5 ist und sich ein Teil der monomeren 3-Hydroxypropionsäure während der Destillation unter Wasserabspaltung in oligomere 3-Hydroxypropionsäure umwandelt, und in einem zweiten Schritt ii) die in Schritt i) erhaltene wässrige Mischung aus monomerer 3-Hydroxypropionsäure und oligomerer 3-Hydroxypropionsäure in flüssiger Phase bei einem Druck von weniger als 900 mbar zu Acrylsäure umgesetzt wird. The object was achieved by a process for the continuous dehydration of aqueous 3-hydroxypropionic acid to acrylic acid, characterized in that in a first step i) from the aqueous 3-hydroxypropionic acid, a portion of the water is distilled off at a pressure of less than 900 mbar , Wherein the pH during the distillation is greater than 1.5, and part of the monomeric 3-hydroxypropionic acid undergoes dehydration to convert into oligomeric 3-hydroxypropionic acid during the distillation, and in a second step ii) the aqueous mixture obtained in step i) from monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid in the liquid phase at a pressure of less than 900 mbar to acrylic acid is reacted.
Der Druck ist der Druck im Reaktor bzw. bei einer Destillation der Druck im Destillationssumpf. The pressure is the pressure in the reactor or in a distillation, the pressure in the distillation bottoms.
Der pH-Wert beträgt während Schritt i) vorzugsweise mindestens 1 ,7, besonders bevorzugt mindestens 1 ,9, ganz besonders bevorzugt mindestens 2,0. Zu niedrige pH-Werte erhöhen die Oliogomerenbildung und verschieben das Verhältnis von monomerer 3-Hydroxypropionsäure zu oligomerer 3-Hydroxypropionsäure. Ein zu hoher Anteil an langkettigen Oligomeren erhöht die Viskosität und verschlechtert den Wärmeübergang. Es werden also üblicherweise keine die Oligomerisierung katalysierende Verbindungen, insbesondere keine starken Säuren, wie Schwefelsäure, organische Sulfonsäuren und Phosphorsäure, zugesetzt. The pH during step i) is preferably at least 1.7, more preferably at least 1.9, most preferably at least 2.0. Too low pH increases oligomer formation and shifts the ratio of monomeric 3-hydroxypropionic acid to oligomeric 3-hydroxypropionic acid. Too high a proportion of long-chain oligomers increases the viscosity and deteriorates the heat transfer. Thus, usually no compounds catalyzing the oligomerization, in particular no strong acids, such as sulfuric acid, organic sulfonic acids and phosphoric acid added.
Die in Schritt i) erhaltene wässrige Mischung aus monomerer 3-Hydroxypropionsäure und oli- gomerer 3-Hydroxypropionsäure enthält vorzugsweise von 5 bis 50 Gew.-% Wasser, besonders bevorzugt von 10 bis 40 Gew.-% Wasser, ganz besonders bevorzugt von 15 bis 35 Gew.-% Wasser. The aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid obtained in step i) preferably contains from 5 to 50% by weight of water, more preferably from 10 to 40% by weight of water, most preferably from 15 to 35% by weight of water.
Die in Schritt i) erhaltene wässrige Mischung aus monomerer 3-Hydroxypropionsäure und oli- gomerer 3-Hydroxypropionsäure enthält vorzugsweise von 10 bis 60 Gew.-% monomereThe aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid obtained in step i) preferably contains from 10 to 60% by weight of monomers
3-Hydroxypropionsäure, besonders bevorzugt von 20 bis 50 Gew.-% monomere 3-Hydroxypropionsäure, ganz besonders bevorzugt von 25 bis 45 Gew.-% monomere 3-Hydroxypropionsäure. Der Wassergehalt wird in Schritt i) vorzugsweise um mindestens 5 Gew.-%, besonders bevorzugt um mindestens 10 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt um mindestens 15 Gew.-%, gesenkt. Der Wert um den der Wassergehalt gesenkt wurde ist die Differenz aus dem Wassergehalt der in Schritt i) eingesetzten wässrigen 3-Hydroxypropionsäure (Edukt) und dem Wassergehalt der in Schritt i) erhaltenen wässrigen Mischung aus monomerer 3- Hydroxypropionsäure und oligomerer 3-Hydroxypropionsäure (Produkt). Der Gehalt an monomerer 3-Hydroxypropionsäure wird in Schritt i) vorzugsweise um mindestens 5 Gew.-%, besonders bevorzugt um mindestens 15 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt um mindestens 25 Gew.-%, gesenkt. Der Wert um den der Gehalt an monomerer 3-Hydroxypropionsäure gesenkt wurde ist die Differenz aus dem Gehalt an monomerer 3-Hydroxy- Propionsäure der in Schritt i) eingesetzten wässrigen 3-Hydroxypropionsäure (Edukt) und dem Gehalt an monomerer 3-Hydroxypropionsäure der in Schritt i) erhaltenen wässrigen Mischung aus monomerer 3-Hydroxypropionsäure und oligomerer 3-Hydroxypropionsäure (Produkt). 3-hydroxypropionic acid, more preferably from 20 to 50% by weight of monomeric 3-hydroxypropionic acid, most preferably from 25 to 45% by weight of monomeric 3-hydroxypropionic acid. The water content in step i) is preferably reduced by at least 5% by weight, more preferably by at least 10% by weight, most preferably by at least 15% by weight. The value by which the water content has been reduced is the difference between the water content of the aqueous 3-hydroxypropionic acid (starting material) used in step i) and the water content of the aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid obtained in step i) (product ). The content of monomeric 3-hydroxypropionic acid in step i) is preferably reduced by at least 5% by weight, more preferably by at least 15% by weight, most preferably by at least 25% by weight. The value by which the content of monomeric 3-hydroxypropionic acid was reduced is the difference between the content of monomeric 3-hydroxypropionic acid of the aqueous 3-hydroxypropionic acid (starting material) used in step i) and the content of monomeric 3-hydroxypropionic acid in step i) obtained aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid (product).
Der Wassergehalt kann mit den üblichen Methoden bestimmt werden, beispielsweise mittels Karl-Fischer-Titration. The water content can be determined by the usual methods, for example by Karl Fischer titration.
Die Temperatur bei Umsetzung in Schritt i) beträgt vorzugsweise weniger als 100°C, besonders bevorzugt weniger als 90°C, ganz besonders bevorzugt weniger als 80°C, durchgeführt. Zu hohe Temperaturen begünstigen in Schritt i) die unerwünschte Dehydratisierung von monome- rer 3-Hydroxypropionsäure zu Acrylsäure. The temperature during the reaction in step i) is preferably less than 100.degree. C., more preferably less than 90.degree. C., most preferably less than 80.degree. Too high temperatures in step i) favor the undesired dehydration of monomeric 3-hydroxypropionic acid to acrylic acid.
Der Druck bei der Umsetzung in Schritt i) beträgt vorzugsweise von 10 bis 300 mbar, besonders bevorzugt von 20 bis 200 mbar, ganz besonders bevorzugt von 40 bis 150 mbar. Niedrigere Drücke in Schritt i) ermöglichen eine schonende Entfernung des Wassers aus der flüssigen Phase. Zu niedrige Drücke sind unwirtschaftlich. The pressure in the reaction in step i) is preferably from 10 to 300 mbar, particularly preferably from 20 to 200 mbar, very particularly preferably from 40 to 150 mbar. Lower pressures in step i) allow gentle removal of the water from the liquid phase. Too low pressures are uneconomical.
Die destillative Abtrennung von Wasser aus wässriger Acrylsäure ist aufwendig oder mit hohen Acrylsäureverlusten verbunden. Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das in der wässrigen 3-Hydroxypropionsäure enthaltende Wasser besser vor der Dehydratisie- rung abgetrennt wird. Aufgrund des größeren Siedepunktunterschieds lässt sich Wasser besser aus wässriger 3-Hydroxypropionsäure als aus wässriger Acrylsäure abtrennen. The distillative separation of water from aqueous acrylic acid is expensive or associated with high acrylic acid losses. The present invention is based on the finding that the water contained in the aqueous 3-hydroxypropionic acid is better separated off before dehydration. Due to the larger boiling point difference, water can be separated better from aqueous 3-hydroxypropionic acid than from aqueous acrylic acid.
Außerdem kann sich monomere 3-Hydroxypropionsäure während der Abtrennung von Wasser zu oligomerer 3-Hydroxypropionsäure umsetzen, wobei zusätzlich Wasser entsteht. Dieses zu- sätzliche Wasser kann in Schritt i) gleich mit abgetrennt werden. Die dabei entstandene oligo- mere 3-Hydroxypropionsäure kann in Schritt ii) ebenfalls zu Acrylsäure umgesetzt werden (Ret- ro-Michael-Addition). Im Gegensatz zur Dehydratisierung von monomerer 3-Hydroxypropionsäure wird bei der Spaltung von oligomerer 3-Hydroxypropionsäure kein Wasser mehr freigesetzt. Ein hoher Anteil an oligomerer 3-Hydroxypropionsäure in Schritt ii) führt damit zu einen geringeren Wassergehalt der in Schritt ii) erhaltenen wässrigen Acrylsäure. In addition, monomeric 3-hydroxypropionic can react during the separation of water to oligomeric 3-hydroxypropionic acid, with additional water produced. This additional water can be separated off immediately in step i). The resulting oligomeric 3-hydroxypropionic acid can likewise be converted into acrylic acid in step ii) (retro-Michael addition). In contrast to the dehydration of monomeric 3-hydroxypropionic acid no more water is released in the cleavage of oligomeric 3-hydroxypropionic acid. A high proportion of oligomeric 3-hydroxypropionic acid in step ii) thus results in a lower water content of the aqueous acrylic acid obtained in step ii).
Ein relativ hoher Anteil an oligomerer 3-Hydroxypropionsäure und damit ein niedriger Anteil an monomerer 3-Hydroxypropionsäure sind daher anzustreben und kann beispielsweise durch eine entsprechend lange Verweilzeit in Schritt i) erreicht werden. Eine Vermeidung von oligome- rer 3-Hydroxypropionsäure, wie in WO 2012/091 1 14 A1 gefordert, ist daher für das erfindungsgemäße Verfahren schädlich. Besonders vorteilhaft wird das Wasser in Schritt i) mittels einer Rektifikationskolonne (Rektifikationskolonne 1 ) abgetrennt. A relatively high proportion of oligomeric 3-hydroxypropionic acid and thus a low proportion of monomeric 3-hydroxypropionic acid are therefore desirable and can be achieved, for example, by a correspondingly long residence time in step i). Prevention of oligomeric 3-hydroxypropionic acid, as required in WO 2012/091 1 14 A1, is therefore detrimental to the process according to the invention. Particularly advantageously, the water is separated in step i) by means of a rectification column (rectification column 1).
Die flüssige Phase in Schritt ii) enthält vorteilhaft ein hochsiedendes organisches Lösungsmittel. Das hochsiedende organische Lösungsmittel verdünnt die in der flüssigen Phase gebildete Ac- rylsäure und hochsiedende Nebenprodukte (Schwersieder). The liquid phase in step ii) advantageously contains a high-boiling organic solvent. The high-boiling organic solvent dilutes the acrylic acid formed in the liquid phase and high-boiling by-products (high boilers).
Die bei der Umsetzung in Schritt ii) entstehende wässrige Acrylsäure wird vorzugsweise destil- lativ abgetrennt. Besonders geeignet sind hierfür Rektifikationskolonnen (Rektifikationskolon- ne 2). Über die Auswahl der Trennstufen und des Rücklaufverhältnisses kann der Gehalt an 3-Hydroxypropionsäure im Destillat niedrig gehalten werden. The aqueous acrylic acid formed in the reaction in step ii) is preferably removed by distillation. Particularly suitable for this purpose are rectification columns (rectification column 2). By selecting the separation stages and the reflux ratio, the content of 3-hydroxypropionic acid in the distillate can be kept low.
Die in Schritt ii) erhaltene wässrige Acrylsäure kann destillativ in eine acrylsäurereiche Phase (Rohacrylsäure) und eine wasserreiche Phase (Sauerwasser) aufgetrennt werden. Zur Erleich- terung der Auftrennung kann ein Schleppmittel eingesetzt werden. Geeignete Schleppmittel sind niedrig siedende hydrophobe organische Lösungsmittel. Für die destillative Auftrennung besonders geeignet sind ebenfalls Rektifikationskolonnen (Rektifikationskolonne 3). The aqueous acrylic acid obtained in step ii) can be separated by distillation into a high-acrylic phase (crude acrylic acid) and a water-rich phase (acid water). To facilitate the separation, an entraining agent can be used. Suitable entraining agents are low-boiling hydrophobic organic solvents. Also suitable for the distillative separation are also rectification columns (rectification column 3).
Besonders vorteilhaft werden die Rektifikationskolonne 2 und die Rektifikationskolonne 3 zu einer einzigen Rektifikationskolonne 4 zusammengefasst. Dabei wird die Abtrennung der wäss- rigen Acrylsäure aus der flüssigen Phase in Schritt ii) und die Auftrennung der wässrigen Acrylsäure in eine acrylsäurereiche Phase und eine wasserreiche Phase in Schritt iii) in der Rektifikationskolonne 4 durchgeführt, wobei die Abtrennung der wässrigen Acrylsäure aus der flüssigen Phase unterhalb eines Seitenabzugs in der Rektifikationskolonne 4 erfolgt, die Auftrennung der wässrigen Acrylsäure oberhalb des Seitenabzugs erfolgt und die acrylsäurereiche Phase (Rohacrylsäure) am Seitenabzug flüssig entnommen wird. Particularly advantageously, the rectification column 2 and the rectification column 3 are combined to form a single rectification column 4. The separation of the aqueous acrylic acid from the liquid phase in step ii) and the separation of the aqueous acrylic acid into a high-acrylic phase and a high-water phase in step iii) in the rectification column 4 are carried out, the separation of the aqueous acrylic acid from the liquid Phase takes place below a side draw in the rectification column 4, the separation of the aqueous acrylic acid is carried out above the side draw and the acrylic acid-rich phase (crude acrylic acid) is taken off liquid side draw.
Die Rohacrylsäure kann durch Kristallisation weiter gereinigt werden. Oligomere 3-Hydroxypropionsäure ist das Produkt aus mindestens zwei Molekülen The crude acrylic acid can be further purified by crystallization. Oligomeric 3-hydroxypropionic acid is the product of at least two molecules
3-Hydroxypropionsäure. Dabei werden die Moleküle untereinander durch Veresterung der Car- boxyl-Gruppe des einen Moleküls mit der Hydroxyl-Gruppe des anderen Moleküls miteinander verbunden. Oligomere Acrylsäure ist das Produkt aus mindestens zwei Molekülen Acrylsäure. Dabei werden die Moleküle untereinander durch Michael-Addition der Carboxyl-Gruppe des einen Moleküls mit der ethylenischen Doppelbindung des anderen Moleküls miteinander verbunden.  3-hydroxy propionic acid. The molecules are interconnected by esterification of the carboxyl group of one molecule with the hydroxyl group of the other molecule. Oligomeric acrylic acid is the product of at least two molecules of acrylic acid. The molecules are interconnected by Michael addition of the carboxyl group of one molecule with the ethylenic double bond of the other molecule.
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben: Herstellung der 3-Hydroxypropionsäure The method according to the invention is described below: Preparation of 3-hydroxypropionic acid
In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vorzugsweise durch Fermentation erzeugte wässri- ge 3-Hydroxypropionsäure eingesetzt. Ein derartiges Verfahren wird beispielsweise in In the process according to the invention, preference is given to using aqueous 3-hydroxypropionic acid produced by fermentation. Such a method is described, for example, in
WO 02/090312 A1 offenbart. WO 02/090312 A1 discloses.
Herstellung von Acrylsäure Aus der wässrigen 3-Hydroxypropionsäure wird ein Teil des Wassers abdestilliert, wobei sich ein Teil der monomeren 3-Hydroxypropionsäure unter Wasserabspaltung zu oligomerer 3-Hydroxypropionsäure umsetzt. Preparation of acrylic acid A portion of the water is distilled off from the aqueous 3-hydroxypropionic acid, part of the monomeric 3-hydroxypropionic acid reacting with elimination of water to give oligomeric 3-hydroxypropionic acid.
Die Temperatur bei der Umsetzung beträgt vorzugsweise weniger als 100°C, besonders bevor- zugt weniger als 90°C, ganz besonders bevorzugt weniger als 80°C, durchgeführt. Zu hohe Temperaturen begünstigen in Schritt i) die unerwünschte Dehydratisierung von monomerer 3-Hydroxypropionsäure zu Acrylsäure. The temperature in the reaction is preferably less than 100 ° C, more preferably less than 90 ° C, most preferably less than 80 ° C performed. Too high temperatures in step i) favor the undesired dehydration of monomeric 3-hydroxypropionic acid to acrylic acid.
Der Druck bei der Umsetzung beträgt vorzugsweise von 10 bis 300 mbar, besonders bevorzugt von 20 bis 200 mbar, ganz besonders bevorzugt von 40 bis 150 mbar. Niedrigere Drücke in Schritt i) ermöglichen eine schonende Entfernung des Wassers aus der flüssigen Phase. Zu niedrige Drücke sind unwirtschaftlich. The pressure in the reaction is preferably from 10 to 300 mbar, particularly preferably from 20 to 200 mbar, very particularly preferably from 40 to 150 mbar. Lower pressures in step i) allow gentle removal of the water from the liquid phase. Too low pressures are uneconomical.
Die Wärmezufuhr kann über innen- und/oder außenliegende Wärmetauscher herkömmlicher Bauart und/oder über Doppelwandheizung erfolgen (als Wärmeträger wird vorteilhaft Wasserdampf verwendet). Vorzugsweise erfolgt sie über außenliegende Umlaufverdampfer mit Naturoder Zwangsumlauf. Besonders bevorzugt werden außenliegende Umlaufverdampfer mit Zwangsumlauf eingesetzt. Derartige Verdampfer werden in EP 0 854 129 A1 beschrieben. Der Einsatz mehrerer Verdampfer, in Reihe oder parallel geschaltet, ist möglich. The heat can be supplied via internal and / or external heat exchanger of conventional design and / or double wall heating (as a heat carrier water vapor is advantageously used). Preferably, it takes place via external circulation evaporator with natural or forced circulation. External circulation evaporators with forced circulation are particularly preferably used. Such evaporators are described in EP 0 854 129 A1. The use of several evaporators, connected in series or in parallel, is possible.
Die erhaltene wässrige Mischung aus monomerer 3-Hydroxypropionsäure und oligomerer 3-Hydroxypropionsäure enthält vorzugsweise von 1 bis 35 Gew.-% Wasser, besonders bevorzugt von 3 bis 25 Gew.-% Wasser, ganz besonders bevorzugt von 5 bis 15 Gew.-% Wasser. Der Wassergehalt wird vorzugsweise um mindestens 5 Gew.-%, besonders bevorzugt um mindestens 10 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt um mindestens 15 Gew.-%, gesenkt. Der Wert um den der Wassergehalt gesenkt wurde ist die Differenz aus dem Wassergehalt der eingesetzten wässrigen 3-Hydroxypropionsäure (Edukt) und dem Wassergehalt der erhaltenen wässrigen Mischung aus monomerer 3-Hydroxypropionsäure und oligomerer 3-Hydroxypropionsäure (Produkt). Der Wassergehalt kann mit den üblichen Methoden bestimmt werden, beispielsweise mittels Karl-Fischer-Titration. The resulting aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid preferably contains from 1 to 35% by weight of water, more preferably from 3 to 25% by weight of water, most preferably from 5 to 15% by weight of water , The water content is preferably lowered by at least 5% by weight, more preferably by at least 10% by weight, most preferably by at least 15% by weight. The value by which the water content was lowered is the difference between the water content of the aqueous 3-hydroxypropionic acid used (educt) and the water content of the resulting aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid (product). The water content can be determined by the usual methods, for example by Karl Fischer titration.
Der Gehalt an monomerer 3-Hydroxypropionsäure wird vorzugsweise um mindestens 5 Gew.- %, besonders bevorzugt um mindestens 15 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt um mindestens 25 Gew.-%, gesenkt. Der Wert um den der Gehalt an monomerer 3-Hydroxypropionsäure gesenkt wurde ist die Differenz aus dem Gehalt an monomerer 3-Hydroxypropionsäure der eingesetzten wässrigen 3-Hydroxypropionsäure (Edukt) und dem Gehalt an monomerer 3-Hydroxypropionsäure der erhaltenen wässrigen Mischung aus monomerer 3-Hydroxypropionsäure und oligomerer 3-Hydroxypropionsäure (Produkt). The content of monomeric 3-hydroxypropionic acid is preferably reduced by at least 5% by weight, more preferably by at least 15% by weight, most preferably by at least 25% by weight. The value by which the content of monomeric 3-hydroxypropionic acid was reduced is the difference between the content of monomeric 3-hydroxypropionic acid of the aqueous 3-hydroxypropionic acid used (educt) and the content of monomeric 3-hydroxypropionic acid of the obtained aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid (product).
Der Gehalt an monomerer 3-Hydroxypropionsäure und oligomerer 3-Hydroxypropionsäure kann mittels HPLC bestimmt werden. Zur Bestimmung der oligomeren 3-Hydroxypropionsäure werden die Signale der ersten vier Oligomeren, d.h. bis zum Pentameren, unter Verwendung des Eichfaktors der monomerer 3-Hydroxypropionsäure ausgewertet und die Summe gebildet. The content of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid can be determined by means of HPLC. To determine the oligomeric 3-hydroxypropionic acid, the signals of the first four oligomers, i. to the pentamer, using the calibration factor of the monomeric 3-hydroxypropionic acid and the sum formed.
Monomere Acrylsäure und oligomere Acrylsäure lassen sich analog bestimmen. Monomeric acrylic acid and oligomeric acrylic acid can be determined analogously.
Das Wasser wird vorteilhaft mittels einer Rektifikationskolonne 1 abgetrennt. Die Rektifikations- kolonne 1 ist von an sich bekannter Bauart und weist die üblichen Einbauten auf. Als Kolonneneinbauten kommen prinzipiell alle gängigen Einbauten in Betracht, beispielsweise Böden, Packungen und/oder Schüttungen. Unter den Böden sind Glockenböden, Siebböden, Ventilböden, Thormannböden und/oder Dual-Flow-Böden bevorzugt, unter den Schüttungen sind solche mit Ringen, Wendeln, Sattelkörpern, Raschig-, Intos- oder Pall-Ringen, Berl- oder Intalox-Sätteln oder Geflechten bevorzugt. The water is advantageously separated off by means of a rectification column 1. The rectification column 1 is of a type known per se and has the usual installations. In principle, all standard installations are suitable as column internals, for example trays, packings and / or fillings. Among the soils, bubble-cap trays, sieve trays, valve trays, Thormann trays and / or dual-flow trays are preferred, among the trays are those with rings, spirals, calipers, Raschig, Intos or Pall rings, Berl or Intalox saddles or Braided preferred.
Der Zulauf in die Rektifikationskolonne 1 erfolgt zweckmäßig in ihren unteren Bereich. Die Zulauftemperatur beträgt vorzugsweise von 20 bis 100°C, besonders bevorzugt von 30 bis 80°C, ganz besonders bevorzugt von 40 bis 60°C. Besonders bevorzugt sind Dual-Flow-Böden unter- halb des Zulaufs (Abtriebsteil) und Thormannböden oberhalb des Zulaufs (Verstärkungsteil). In der Regel sind 2 bis 5 theoretische Böden unterhalb des Zulaufs und 2 bis 15 theoretische Böden oberhalb des Zulaufs der Rektifikationskolonne 1 ausreichend. Die Rektifikation wird üblicherweise so durchgeführt, dass sich der für die Umsetzung geforderte Sumpfdruck einstellt. Der Kopfdruck ergibt sich aus dem Sumpfdruck, der Anzahl und der Art der Kolonneneinbauten sowie den fluidynamischen Erfordernissen der Rektifikation. The feed into the rectification column 1 is expediently carried out in its lower region. The feed temperature is preferably from 20 to 100 ° C, more preferably from 30 to 80 ° C, most preferably from 40 to 60 ° C. Dual-flow trays below the feed (output part) and Thormann trays above the feed (enrichment part) are particularly preferred. As a rule, 2 to 5 theoretical plates below the feed and 2 to 15 theoretical plates above the feed of the rectification column 1 are sufficient. The rectification is usually carried out in such a way that the bottom pressure required for the reaction sets in. The top pressure results from the sump pressure, the number and type of column internals and the fluid dynamic requirements of the rectification.
Zur Erhöhung der Verweilzeit und damit zur Steigerung der Umsetzung von monomerer 3-Hydroxypropionsäure zu oligomerer 3-Hydroxypropionsäure ist es vorteilhaft einen Teil der Sumpfflüssigkeit zusammen mit dem Zulauf in den unteren Bereich der Rektifikationskolone 1 zu fördern. Dadurch wird ein Teil der Sumpfflüssigkeit über die Böden unterhalb des Zulaufs (Abtriebsteil) im Kreis gefördert. Die Rektifikationskolonne 1 ist üblicherweise aus austenitischem Stahl gefertigt, vorzugweise aus dem Werkstoff 1.4571 (nach DIN EN 10020). To increase the residence time and thus to increase the conversion of monomeric 3-hydroxypropionic acid to oligomeric 3-hydroxypropionic acid, it is advantageous to promote part of the bottoms liquid together with the feed to the lower region of the rectification column 1. As a result, part of the sump liquid is conveyed in a circle via the trays below the inlet (stripping section). The rectification column 1 is usually made of austenitic steel, preferably of the material 1.4571 (according to DIN EN 10020).
Die Abkühlung des am Kopf der Rektifikationskolonne 1 abgetrennten Wassers kann indirekt, beispielsweise durch Wärmetauscher, die dem Fachmann an sich bekannt sind und keiner besonderen Beschränkung unterliegen, oder direkt, beispielsweise durch einen Quench, erfolgen. Dazu wird bereits kondensiertes Wasser mittels eines geeigneten Wärmetauschers gekühlt und die gekühlte Flüssigkeit oberhalb der Abnahmestelle im Brüden versprüht. Dieses Versprühen kann in einem getrennten Apparat oder in der Rektifikationseinheit selbst erfolgen. Beim Ver- sprühen in der Rektifikationseinheit ist die Entnahmestelle des Wassers vorteilhafterweise als Fangboden ausgebildet. Durch Einbauten, die die Durchmischung des gekühlten Wassers mit dem Brüden verbessern, kann die Wirkung der direkten Kühlung gesteigert werden. Hierzu kommen prinzipiell alle gängigen Einbauten in Betracht, beispielsweise Böden, Packungen und/oder Schüttungen. Unter den Böden sind Glockenböden, Siebböden, Ventilböden, Thor- mannböden und/oder Dual-Flow-Böden bevorzugt. Unter den Schüttungen sind solche mit Ringen, Wendeln, Sattelkörpern, Raschig-, Intos- oder Pall-Ringen, Berl- oder Intalox-Sätteln oder Geflechten bevorzugt. Besonders bevorzugt sind Dual-Flow-Böden. In der Regel sind hier 2 bis 5 theoretische Böden ausreichend. Diese Böden sind bei den bisher erfolgten Angaben zur Anzahl der theoretischen Böden der Rektifikationskolone 1 nicht berücksichtigt. Die direkte Kon- densation des Wassers kann auch mehrstufig ausgeführt sein, mit nach oben abnehmender Temperatur. Vorzugsweise erfolgt die Abkühlung aber durch indirekte Kühlung. The cooling of the water separated off at the top of the rectification column 1 can be effected indirectly, for example by heat exchangers which are known per se to the person skilled in the art and are not subject to any particular restriction, or directly, for example by a quench. For this purpose, already condensed water is cooled by means of a suitable heat exchanger and sprayed the cooled liquid above the sampling point in the vapor. This spraying may be done in a separate apparatus or in the rectification unit itself. When spraying in the rectification unit, the extraction point of the water is advantageously designed as a catch bottom. Built-in components that improve the mixing of the cooled water with the vapor can increase the effect of direct cooling. In principle, all common installations are suitable for this, for example floors, packings and / or fillings. Among the trays, bubble trays, sieve trays, valve trays, Thormann trays and / or dual-flow trays are preferred. Among the beds, those with rings, coils, calipers, Raschig, Intos or Pall rings, Berl or Intalox saddles or braids are preferred. Particularly preferred are dual-flow trays. As a rule, 2 to 5 theoretical plates are sufficient here. These soils are not taken into account in the previous information on the number of theoretical plates of the rectification column 1. The direct condensation of the water can also be carried out in several stages, with the temperature rising to the top. Preferably, however, the cooling takes place by indirect cooling.
Die so erhaltene wässrige Mischung aus monomerer 3-Hydroxypropionsäure und oligomerer 3-Hydroxypropionsäure wird kontinuierlich dem Sumpf der Destillation entnommen und zu Ac- rylsäure umgesetzt. The resulting aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid is removed continuously from the bottom of the distillation and converted to acrylic acid.
Die Umsetzung der wässrigen Mischung aus monomerer 3-Hydroxypropionsäure und oligomerer 3-Hydroxypropionsäure zu Acrylsäure wird in flüssiger Phase bei einer Temperatur von vorzugsweise von 130 bis 220°C, besonders bevorzugt von 150 bis 200°C, ganz besonders bevor- zugt von 160 bis 190°C, durchgeführt. Der Druck beträgt vorzugsweise von 25 bis 750 mbar, besonders bevorzugt von 50 bis 500 mbar, ganz besonders bevorzugt von 100 bis 300 mbar. Bei niedrigem Druck enthält die flüssige Phase weniger monomere Acrylsäure und im Falle einer destillativen Abtrennung der entstehenden Acrylsäure wird die unerwünschte Bildung oligomerer Acrylsäure im Kondensat unterdrückt. The reaction of the aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid to acrylic acid is carried out in the liquid phase at a temperature of preferably from 130 to 220 ° C, more preferably from 150 to 200 ° C, most preferably from 160 to 190 ° C, performed. The pressure is preferably from 25 to 750 mbar, particularly preferably from 50 to 500 mbar, very particularly preferably from 100 to 300 mbar. At low pressure, the liquid phase contains less monomeric acrylic acid and in the case of distillative removal of the resulting acrylic acid, the undesirable formation of oligomeric acrylic acid in the condensate is suppressed.
Die Wärmezufuhr kann über innen- und/oder außenliegende Wärmetauscher herkömmlicher Bauart und/oder über Doppelwandheizung erfolgen (als Wärmeträger wird vorteilhaft Wasserdampf verwendet). Vorzugsweise erfolgt sie über außenliegende Umlaufverdampfer mit Naturoder Zwangsumlauf. Besonders bevorzugt werden außenliegende Umlaufverdampfer mit Zwangsumlauf eingesetzt. Derartige Verdampfer werden in EP 0 854 129 A1 beschrieben. Der Einsatz mehrerer Verdampfer, in Reihe oder parallel geschaltet, ist möglich. Die flüssige Phase enthält vorzugsweise einen Polymerisationsinhibitor 1 . Geeignete Polymerisationsinhibitoren 1 sind Phenothiazin, Hydrochinon und/oder Hydrochinonmonomethylether. Ganz besonders bevorzugt sind Phenothiazin und Hydrochinonmonomethylether. Die flüssige Phase enthält vorzugsweise von 0,001 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt von 0,01 bis 2 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt von 0,1 bis 1 Gew.-% des Polymerisationsinhibitors 1 . Vorteilhaft wird zusätzlich ein Sauerstoff-haltiges Gas zur Polymerisationsinhibierung eingesetzt. Besonders geeignet sind hierzu Luft/Stickstoff-Gemische mit einem Sauerstoffgehalt von 6 Vol.-% (Magerluft). Wird ein Sauerstoff-haltiges Gas zur Polymerisationsinhibierung eingesetzt, so wird dies vorzugsweise unterhalb des Verdampfers zugeführt. The heat can be supplied via internal and / or external heat exchanger of conventional design and / or double wall heating (as a heat carrier water vapor is advantageously used). Preferably, it takes place via external circulation evaporator with natural or forced circulation. External circulation evaporators with forced circulation are particularly preferably used. Such evaporators are described in EP 0 854 129 A1. The use of several evaporators, connected in series or in parallel, is possible. The liquid phase preferably contains a polymerization inhibitor 1. Suitable polymerization inhibitors 1 are phenothiazine, hydroquinone and / or hydroquinone monomethyl ether. Very particular preference is given to phenothiazine and hydroquinone monomethyl ether. The liquid phase preferably contains from 0.001 to 5% by weight, particularly preferably from 0.01 to 2% by weight, very particularly preferably from 0.1 to 1% by weight, of the polymerization inhibitor 1. Advantageously, an oxygen-containing gas is additionally used for polymerization inhibition. Particularly suitable for this purpose are air / nitrogen mixtures having an oxygen content of 6% by volume (lean air). If an oxygen-containing gas is used for polymerization inhibition, this is preferably fed below the evaporator.
Die flüssige Phase enthält vorzugsweise von 20 bis 95 Gew.-%, besonders bevorzugt von 40 bis 85 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt von 50 bis 80 Gew.-% des hochsiedenden organischen Lösungsmittels. Der Siedepunkt des hochsiedenden organischen Lösungsmittels liegt bei 1013 mbar im Bereich von vorzugsweise 200 bis 350°C, besonders bevorzugt von 250 bis 320°C, ganz besonders bevorzugt von 280 bis 300°C. Geeignete hochsiedende organische Lösungsmittel sind beispielsweise Dimethylphthalat, Diethylphthalat, Dimethylisophthalat, Diethylisophthalat, Dime- thylterephthalat, Diethylterephthalat, Alkansäuren, wie Nonansäure und Dekansäure, Biphenyl und/oder Diphenylether. The liquid phase preferably contains from 20 to 95% by weight, more preferably from 40 to 85% by weight, most preferably from 50 to 80% by weight of the high-boiling organic solvent. The boiling point of the high-boiling organic solvent is 1013 mbar in the range of preferably 200 to 350 ° C, more preferably from 250 to 320 ° C, most preferably from 280 to 300 ° C. Suitable high-boiling organic solvents are, for example, dimethyl phthalate, diethyl phthalate, dimethyl isophthalate, diethyl isophthalate, dimethyl terephthalate, diethyl terephthalate, alkanoic acids, such as nonanoic acid and decanoic acid, biphenyl and / or diphenyl ether.
Die Umsetzung der wässrigen Mischung aus 3-Hydroxypropionsäure und oligomerer The reaction of the aqueous mixture of 3-hydroxypropionic acid and oligomeric
3-Hydroxypropionsäure kann basisch oder sauer katalysiert werden. Geeignete basische Katalysatoren sind hochsiedende tertiäre Amine, wie Pentamethyldiethylentriamin. Geeignete saure Katalysatoren sind hochsiedende anorganische oder organische Säuren, wie Phosphorsäure und Dodecylbenzolsulfonsäure. Hochsiedend bedeutet hierbei ein Siedepunkt bei 1013 mbar von vorzugsweise mindestens 160°C, besonders bevorzugt mindestens 180°C, ganz besonders bevorzugt mindestens 190°C. Wird ein Katalysator eingesetzt, so beträgt die Menge an Katalysator in der flüssigen Phase vorzugsweise von 1 bis 60 Gew.-%, besonders bevorzugt von 2 bis 40 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt von 5 bis 20 Gew.-%. 3-hydroxypropionic acid can be catalyzed base or acid. Suitable basic catalysts are high boiling tertiary amines such as pentamethyldiethylenetriamine. Suitable acidic catalysts are high boiling inorganic or organic acids such as phosphoric acid and dodecylbenzenesulfonic acid. High-boiling means here a boiling point at 1013 mbar of preferably at least 160 ° C, more preferably at least 180 ° C, most preferably at least 190 ° C. If a catalyst is used, the amount of catalyst in the liquid phase is preferably from 1 to 60 wt .-%, particularly preferably from 2 to 40 wt .-%, most preferably from 5 to 20 wt .-%.
Die bei der Umsetzung der wässrigen Mischung aus monomerer 3-Hydroxypropionsäure und oligomerer 3-Hydroxypropionsäure entstehende wässrige Acrylsäure wird vorzugsweise destil- lativ abgetrennt, besonders bevorzugt mittels einer Rektifikationskolonne (Rektifikationskolonne 2). The resulting in the implementation of the aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid aqueous acrylic acid is preferably removed by distillation, more preferably by means of a rectification column (rectification column 2).
Bei Verwendung einer Rektifikationskolonne 2 findet die Umsetzung der wässrigen Mischung aus monomerer 3-Hydroxypropionsäure und oligomerer 3-Hydroxypropionsäure zu Acrylsäure im Sumpf der Rektifikationskolonne 2 statt und die wässrige Mischung aus monomerer 3- Hydroxypropionsäure und oligomerer 3-Hydroxypropionsäure ist der Zulauf der Rektifikationskolonne 2. When using a rectification column 2, the reaction of the aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid to acrylic acid takes place in the bottom of the rectification column 2 and the aqueous mixture of monomeric 3 Hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid is the feed of the rectification column 2.
Bei Verwendung einer Rektifikationskolonne 2 wird der Polymerisationsinhibitor 1 zumindest teilweise über den Rücklauf dosiert. When using a rectification column 2, the polymerization inhibitor 1 is at least partially metered via the reflux.
Die Rektifikationskolonne 2 ist von an sich bekannter Bauart und weist die üblichen Einbauten auf. Als Kolonneneinbauten kommen prinzipiell alle gängigen Einbauten in Betracht, beispielsweise Böden, Packungen und/oder Schüttungen. Unter den Böden sind Glockenböden, Sieb- böden, Ventilböden, Thormannböden und/oder Dual-Flow-Böden bevorzugt, unter den Schüttungen sind solche mit Ringen, Wendeln, Sattelkörpern, Raschig-, Intos- oder Pall-Ringen, Berl- oder Intalox-Sätteln oder Geflechten bevorzugt. Besonders bevorzugt sind Dual-Flow-Böden. The rectification column 2 is of a known type and has the usual installations. In principle, all standard installations are suitable as column internals, for example trays, packings and / or fillings. Among the soils, bubble-cap trays, sieve trays, valve trays, Thormann trays and / or dual-flow trays are preferred. Among the trays are those with rings, spirals, calipers, Raschig, Intos or Pall rings, Berl or Intalox Saddling or braiding preferred. Particularly preferred are dual-flow trays.
In der Regel sind 3 bis 10 theoretische Böden in der Rektifikationskolonne 2 ausreichend. Die Rektifikation wird üblicherweise bei vermindertem Druck durchgeführt. Der Kopfdruck beträgt vorzugsweise von 50 bis 900 mbar, besonders bevorzugt von 200 bis 600 mbar, ganz besonders bevorzugt von 300 bis 400 mbar. Bei zu hohem Kopfdruck wird die wässrige Acrylsäure unnötig thermisch belastet und bei zu niedrigem Kopfdruck wird das Verfahren technisch zu aufwendig. Der Sumpfdruck ergibt sich aus dem Kopfdruck, der Anzahl und der Art der Kolon- neneinbauten sowie den fluidynamischen Erfordernissen der Rektifikation. In general, 3 to 10 theoretical plates in the rectification column 2 are sufficient. The rectification is usually carried out at reduced pressure. The top pressure is preferably from 50 to 900 mbar, more preferably from 200 to 600 mbar, most preferably from 300 to 400 mbar. If the top pressure is too high, the aqueous acrylic acid is unnecessarily thermally stressed, and if the top pressure is too low, the process becomes technically too expensive. The sump pressure results from the head pressure, the number and type of column internals as well as the fluid dynamic requirements of the rectification.
Die Rektifikationskolonne 2 ist üblicherweise aus austenitischem Stahl gefertigt, vorzugweise aus dem Werkstoff 1.4571 (nach DIN EN 10020). Die Abkühlung der am Kopf der Rektifikationskolonne 2 abgetrennten wässrigen Acrylsäure kann indirekt, beispielsweise durch Wärmetauscher, die dem Fachmann an sich bekannt sind und keiner besonderen Beschränkung unterliegen, oder direkt, beispielsweise durch einen Quench, erfolgen. Vorzugsweise erfolgt sie durch direkte Kühlung. Dazu wird bereits kondensierte wässrige Acrylsäure mittels eines geeigneten Wärmetauschers gekühlt und die gekühlte Flüssigkeit oberhalb der Abnahmestelle im Brüden versprüht. Dieses Versprühen kann in einem getrennten Apparat oder in der Rektifikationseinheit selbst erfolgen. Beim Versprühen in der Rektifikationseinheit ist die Entnahmestelle der wässrigen Acrylsäure vorteilhafterweise als Fangboden ausgebildet. Durch Einbauten, die die Durchmischung der gekühlten wässrigen Acrylsäure mit dem Brüden verbessern, kann die Wirkung der direkten Kühlung gesteigert werden. Hierzu kommen prinzipiell alle gängigen Einbauten in Betracht, beispielsweise Böden, Packungen und/oder Schüttungen. Unter den Böden sind Glockenböden, Siebböden, Ventilböden, Thormannböden und/oder Dual-Flow-Böden bevorzugt. Unter den Schüttungen sind solche mit Ringen, Wendeln, Sattelkörpern, Raschig-, Intos- oder Pall-Ringen, Berl- oder Intalox-Sätteln oder Geflechten bevorzugt. Besonders bevorzugt sind Dual-Flow-Böden. In der Regel sind hier 2 bis 5 theoretische Böden ausreichend. Diese Böden sind bei den bisher erfolgten Angaben zur Anzahl der theoretischen Böden der Rektifikationskolone 2 nicht berücksichtigt. Die direkte Kondensation der wässrigen Acrylsaure kann auch mehrstufig ausgeführt sein, mit nach oben abnehmender Temperatur. Vorzugsweise erfolgt die Abkühlung durch direkte Kühlung. The rectification column 2 is usually made of austenitic steel, preferably of the material 1.4571 (according to DIN EN 10020). The cooling of the aqueous acrylic acid separated off at the top of the rectification column 2 can be effected indirectly, for example by heat exchangers which are known per se to the person skilled in the art and are not subject to any particular restriction, or directly, for example by a quench. Preferably, it is done by direct cooling. For this purpose, already condensed aqueous acrylic acid is cooled by means of a suitable heat exchanger and the cooled liquid is sprayed above the take-off point in the vapor. This spraying may be done in a separate apparatus or in the rectification unit itself. When spraying in the rectification unit, the removal point of the aqueous acrylic acid is advantageously designed as a capture bottom. By incorporation, which improves the mixing of the cooled aqueous acrylic acid with the vapor, the effect of direct cooling can be increased. In principle, all common installations are suitable for this, for example floors, packings and / or fillings. Among the trays, bubble-cap trays, sieve trays, valve trays, Thormann trays and / or dual-flow trays are preferred. Among the beds, those with rings, coils, calipers, Raschig, Intos or Pall rings, Berl or Intalox saddles or braids are preferred. Particularly preferred are dual-flow trays. As a rule, 2 to 5 theoretical plates are sufficient here. These soils are not taken into account in the previous information on the number of theoretical plates of the rectification column 2. The direct Condensation of the aqueous acrylic acid can also be carried out in several stages, with upward decreasing temperature. Preferably, the cooling is carried out by direct cooling.
Ein Teil der am Kopf der Rektifikationskolonne 2 entnommenen wässrigen Acrylsaure, vor- zugsweise 10 bis 40 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge an Destillat, wird als Rücklauf für die Rektifikationskolonne 2 verwendet, der Rest der wässrigen Acrylsäure wird ausgeschleust. A portion of the aqueous acrylic acid withdrawn at the top of the rectification column 2, preferably from 10 to 40% by weight, based on the total amount of distillate, is used as reflux for the rectification column 2, the remainder of the aqueous acrylic acid being discharged.
Bei Verwendung eines hochsiedenden organischen Lösungsmittels mit geringer Löslichkeit in Wasser kann das kondensierte Destillat der Rektifikationskolonne 2 mittels eines Phasenschei- ders getrennt werden. Die organische Phase kann in die Rektifikationskolonne 2 zurückgeführt werden, beispielsweise in den Sumpf der Rektifikationskolonne 2. Die wässrige Phase kann ebenfalls teilweise in die Rektifikationskolonne 2 zurückgeführt werden, beispielsweise als Rücklauf und zur direkten Kühlung des Brüdens. Der Sumpfrückstand der Rektifikationskolonne 2 kann ausgeschleust und einer Rückstandsdestillation oder einer Rückstandsspaltung zugeführt werden. Der Sumpfrückstand wird vorzugsweise über einen Feststoffabscheider (Zyklon) geführt und ggf. durch frisches inertes organisches Lösungsmittel 1 ergänzt. Die erhaltene wässrige Acrylsäure kann destillativ in eine acrylsäurereiche Phase (Rohacrylsäu- re) und eine wasserreiche Phase (Sauerwasser) aufgetrennt werden. When using a high-boiling organic solvent with low solubility in water, the condensed distillate of the rectification column 2 can be separated by means of a phase separator. The organic phase can be recycled to the rectification column 2, for example into the bottom of the rectification column 2. The aqueous phase can also be partially recycled to the rectification column 2, for example as reflux and for the direct cooling of the vapor. The bottom residue of the rectification column 2 can be discharged and fed to a residue distillation or a residue splitting. The bottom residue is preferably passed through a solids separator (cyclone) and optionally supplemented by fresh inert organic solvent 1. The resulting aqueous acrylic acid can be separated by distillation into a high-acrylic phase (crude acrylic acid) and a water-rich phase (acid water).
Die Wärmezufuhr kann über innen- und/oder außenliegende Wärmetauscher herkömmlicher Bauart und/oder über Doppelwandheizung erfolgen (als Wärmeträger wird vorteilhaft Wasser- dampf verwendet). Vorzugsweise erfolgt sie über außenliegende Umlaufverdampfer mit Naturoder Zwangsumlauf. Besonders bevorzugt werden außenliegende Umlaufverdampfer mit Zwangsumlauf eingesetzt. Derartige Verdampfer werden in EP 0 854 129 A1 beschrieben. Der Einsatz mehrerer Verdampfer, in Reihe oder parallel geschaltet, ist möglich. Die wässrige Acrylsäure enthält vorzugsweise einen Polymerisationsinhibitor 2. Geeignete Polymerisationsinhibitoren 2 sind Phenothiazin, Hydrochinon und/oder Hydrochinonmonomethyl- ether. Ganz besonders bevorzugt sind Phenothiazin und Hydrochinonmonomethylether. Die flüssige Phase enthält vorzugsweise von 0,001 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt von 0,01 bis 2 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt von 0,1 bis 1 Gew.-% des Polymerisationsinhibitors 2. Vorteilhaft wird zusätzlich ein Sauerstoff-haltiges Gas zur Polymerisationsinhibierung eingesetzt. Besonders geeignet sind hierzu Luft/Stickstoff-Gemische mit einem Sauerstoffgehalt von 6 Vol.-% (Magerluft). Wird ein Sauerstoff-haltiges Gas zur Polymerisationsinhibierung eingesetzt, so wird dies vorzugsweise unterhalb des Verdampfers zugeführt. Vorteilhaft wird der abgetrennten acrylsäurereichen Phase (Rohacrylsäure) ein Polymerisationsinhibitor 3 zugesetzt. Geeignete Polymerisationsinhibitoren 3 sind Phenothiazin, Hydrochinon und/oder Hydrochinonmonomethylether. Ganz besonders bevorzugt sind Phenothiazin und Hydrochinonmonomethylether. The heat can be supplied via internal and / or external heat exchanger of conventional design and / or double wall heating (as a heat carrier water vapor is advantageously used). Preferably, it takes place via external circulation evaporator with natural or forced circulation. External circulation evaporators with forced circulation are particularly preferably used. Such evaporators are described in EP 0 854 129 A1. The use of several evaporators, connected in series or in parallel, is possible. The aqueous acrylic acid preferably contains a polymerization inhibitor 2. Suitable polymerization inhibitors 2 are phenothiazine, hydroquinone and / or hydroquinone monomethyl ether. Very particular preference is given to phenothiazine and hydroquinone monomethyl ether. The liquid phase preferably contains from 0.001 to 5% by weight, particularly preferably from 0.01 to 2% by weight, very particularly preferably from 0.1 to 1% by weight, of the polymerization inhibitor 2. containing gas used for polymerization inhibition. Particularly suitable for this purpose are air / nitrogen mixtures having an oxygen content of 6% by volume (lean air). If an oxygen-containing gas is used for polymerization inhibition, this is preferably fed below the evaporator. The separated acrylic acid-rich phase (crude acrylic acid) is advantageously added to a polymerization inhibitor 3. Suitable polymerization inhibitors 3 are phenothiazine, hydroquinone and / or hydroquinone monomethyl ether. Very particular preference is given to phenothiazine and hydroquinone monomethyl ether.
Zur Unterstützung der Auftrennung der wässrigen Acrylsäure in eine acrylsäurereiche Phase (Rohacrylsäure) und eine wasserreiche Phase (Sauerwasser) kann ein Schleppmittel zugesetzt werden. Geeignete Schleppmittel sind niedrig siedende hydrophobe organische Lösungsmittel mit einer Löslichkeit in Wasser bei 23°C von vorzugsweise weniger als 5 g pro 100 ml Wasser, besonders bevorzugt weniger als 1 g pro 100 ml Wasser, ganz besonders bevorzugt von weniger als 0,2 g pro 100 ml Wasser, und einem Siedepunkt bei 1013 mbar im Bereich von vor- zugsweise 60 bis 160°C, besonders bevorzugt von 70 bis 130°C, ganz besonders bevorzugt von 75 bis 1 15°C. Geeignete hydrophobe organische Lösungsmittel sind beispielsweise aliphatische Kohlenwasserstoffe, wie Hexan, Heptan, Dodecan, Cyclohexan, Methylcyclohexan, Isooctan und hydriertes Triisobutylen, aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Benzol, Toluol, Xy- lol und Ethylbenzol, Ketone, wie Methylisobutylketon, Ether, wie Methyl-tert.-butylether, oder Mischungen daraus. To assist in separating the aqueous acrylic acid into a high-acrylic acid phase (crude acrylic acid) and a high-water phase (sour water), an entraining agent may be added. Suitable entraining agents are low boiling hydrophobic organic solvents having a solubility in water at 23 ° C of preferably less than 5 grams per 100 milliliters of water, more preferably less than 1 gram per 100 milliliters of water, most preferably less than 0.2 grams per gram 100 ml of water, and a boiling point at 1013 mbar in the range of preferably 60 to 160 ° C, more preferably from 70 to 130 ° C, most preferably from 75 to 1 15 ° C. Suitable hydrophobic organic solvents are, for example, aliphatic hydrocarbons, such as hexane, heptane, dodecane, cyclohexane, methylcyclohexane, isooctane and hydrogenated triisobutylene, aromatic hydrocarbons, such as benzene, toluene, xylene and ethylbenzene, ketones, such as methyl isobutyl ketone, ethers, such as methyl tert .-Butyl ether, or mixtures thereof.
Zur destillativen Auftrennung der wässrigen Acrylsäure eine acrylsäurereiche Phase (Rohacrylsäure) und eine wasserreiche Phase (Sauerwasser) wird vorzugsweise eine Rektifikationskolonne 3 verwendet. For distillative separation of the aqueous acrylic acid, a high-acrylic acid phase (crude acrylic acid) and a water-rich phase (acid water), a rectification column 3 is preferably used.
Bei Verwendung einer Rektifikationskolonne 3 wird der Polymerisationsinhibitor 2 zumindest teilweise über den Rücklauf dosiert. When using a rectification column 3, the polymerization inhibitor 2 is at least partially metered via the reflux.
Die Rektifikationskolonne 3 ist von an sich bekannter Bauart und weist die üblichen Einbauten auf. Als Kolonneneinbauten kommen prinzipiell alle gängigen Einbauten in Betracht, beispielsweise Böden, Packungen und/oder Schüttungen. Unter den Böden sind Glockenböden, Siebböden, Ventilböden, Thormannböden und/oder Dual-Flow-Böden bevorzugt, unter den Schüttungen sind solche mit Ringen, Wendeln, Sattelkörpern, Raschig-, Intos- oder Pall-Ringen, Berl- oder Intalox-Sätteln oder Geflechten bevorzugt. Besonders bevorzugt sind Dual-Flow-Böden. The rectification column 3 is of a known type and has the usual installations. In principle, all standard installations are suitable as column internals, for example trays, packings and / or fillings. Among the soils, bubble-cap trays, sieve trays, valve trays, Thormann trays and / or dual-flow trays are preferred, among the trays are those with rings, spirals, calipers, Raschig, Intos or Pall rings, Berl or Intalox saddles or Braided preferred. Particularly preferred are dual-flow trays.
In der Regel sind 10 bis 30 theoretische Böden in der Rektifikationskolonne 3 ausreichend. Die Rektifikation wird üblicherweise bei vermindertem Druck durchgeführt. Der Kopfdruck beträgt vorzugsweise von 50 bis 600 mbar, besonders bevorzugt von 150 bis 400 mbar, ganz besonders bevorzugt von 200 bis 300 mbar. Bei zu hohem Kopfdruck wird die wässrige Acrylsäure unnötig thermisch belastet und bei zu niedrigem Kopfdruck wird das Verfahren technisch zu aufwendig. Der Sumpfdruck ergibt sich aus dem Kopfdruck, der Anzahl und der Art der Kolonneneinbauten sowie den fluidynamischen Erfordernissen der Rektifikation. In general, 10 to 30 theoretical plates in the rectification column 3 are sufficient. The rectification is usually carried out at reduced pressure. The top pressure is preferably from 50 to 600 mbar, more preferably from 150 to 400 mbar, most preferably from 200 to 300 mbar. If the top pressure is too high, the aqueous acrylic acid is unnecessarily thermally stressed, and if the top pressure is too low, the process becomes technically too expensive. The bottom pressure results from the top pressure, the number and type of column internals and the fluid dynamic requirements of the rectification.
Die Rektifikationskolonne 3 ist üblicherweise aus austenitischem Stahl gefertigt, vorzugweise aus dem Werkstoff 1.4571 (nach DIN EN 10020). Die Abkühlung der am Kopf der Rektifikationskolonne 3 abgetrennten wasserreichen Phase (Sauerwasser) kann indirekt, beispielsweise durch Wärmetauscher, die dem Fachmann an sich bekannt sind und keiner besonderen Beschränkung unterliegen, oder direkt, beispielsweise durch einen Quench, erfolgen. Vorzugsweise erfolgt sie durch direkte Kühlung. Dazu wird be- reits kondensierte wasserreiche Phase (Sauerwasser) mittels eines geeigneten Wärmetauschers gekühlt und die gekühlte Flüssigkeit oberhalb der Abnahmestelle im Brüden versprüht. Dieses Versprühen kann in einem getrennten Apparat oder in der Rektifikationseinheit selbst erfolgen. Beim Versprühen in der Rektifikationseinheit ist die Entnahmestelle der wasserreichen Phase (Sauerwasser) vorteilhafterweise als Fangboden ausgebildet. Durch Einbauten, die die Durchmischung der gekühlten wasserreichen Phase (Sauerwasser) mit dem Brüden verbessern, kann die Wirkung der direkten Kühlung gesteigert werden. Hierzu kommen prinzipiell alle gängigen Einbauten in Betracht, beispielsweise Böden, Packungen und/oder Schüttungen. Unter den Böden sind Glockenböden, Siebböden, Ventilböden, Thormannböden und/oder Dual- Flow-Böden bevorzugt. Unter den Schüttungen sind solche mit Ringen, Wendeln, Sattelkörpern, Raschig-, Intos- oder Pall-Ringen, Berl- oder Intalox-Sätteln oder Geflechten bevorzugt. Besonders bevorzugt sind Dual-Flow-Böden. In der Regel sind hier 2 bis 5 theoretische Böden ausreichend. Diese Böden sind bei den bisher erfolgten Angaben zur Anzahl der theoretischen Böden der Rektifikationskolone 3 nicht berücksichtigt. Die direkte Kondensation der wasserreichen Phase (Sauerwasser) kann auch mehrstufig ausgeführt sein, mit nach oben abnehmender Temperatur. Vorzugsweise erfolgt die Abkühlung durch direkte Kühlung. The rectification column 3 is usually made of austenitic steel, preferably of the material 1.4571 (according to DIN EN 10020). The cooling of the water-rich phase (acid water) separated off at the top of the rectification column 3 can be effected indirectly, for example by heat exchangers which are known per se to the person skilled in the art and are not subject to any particular restriction, or directly, for example by a quench. Preferably, it is done by direct cooling. For this purpose, already condensed water-rich phase (sour water) is cooled by means of a suitable heat exchanger and the cooled liquid is sprayed in the vapor above the take-off point. This spraying may be done in a separate apparatus or in the rectification unit itself. When spraying in the rectification unit, the removal point of the water-rich phase (sour water) is advantageously designed as a catch bottom. By means of internals, which improve the mixing of the cooled water-rich phase (sour water) with the vapor, the effect of direct cooling can be increased. In principle, all common installations are suitable for this, for example floors, packings and / or fillings. Among the trays, bubble-cap trays, sieve trays, valve trays, Thormann trays and / or dual-flow trays are preferred. Among the beds, those with rings, coils, calipers, Raschig, Intos or Pall rings, Berl or Intalox saddles or braids are preferred. Particularly preferred are dual-flow trays. As a rule, 2 to 5 theoretical plates are sufficient here. These soils are not taken into account in the previous information on the number of theoretical plates of the rectification column 3. The direct condensation of the water-rich phase (sour water) can also be carried out in several stages, with upward decreasing temperature. Preferably, the cooling is carried out by direct cooling.
Ein Teil der am Kopf der Rektifikationskolonne 3 kondensierten wasserreichen Phase (Sauerwasser) kann als Rücklauf verwendet werden, der Rest der wasserreichen Phase (Sauerwasser) wird ausgeschleust und zur Rückgewinnung von Acrylsäure einer Sauerwasserextraktion zugeführt werden. A portion of the water-rich phase (acid water) condensed at the top of the rectification column 3 can be used as reflux, the remainder of the water-rich phase (sour water) is discharged and fed to the extraction of acidic acid from an acid water extraction.
Bei Verwendung eines hydrophoben organischen Lösungsmittels wird das kondensierte Destillat der Rektifikationskolonne 3 mittels eines Phasenscheiders getrennt. Die organische Phase kann in die Rektifikationskolonne 3 zurückgeführt werden, beispielsweise als Rücklauf. When using a hydrophobic organic solvent, the condensed distillate of the rectification column 3 is separated by means of a phase separator. The organic phase can be recycled to the rectification column 3, for example as reflux.
Die dem Sumpf der Rektifikationskolonne 3 entnommene acrylsäurereiche Phase (Rohacryl- säure) kann direkt zur Herstellung wasserabsorbierender Polymerpartikel eingesetzt werden. Vorzugsweise wird die acrylsäurereiche Phase (Rohacrylsäure) durch Kristallisation weiter gereinigt. Die bei der Kristallisation anfallende Mutterlauge kann in die Rektifikationskolonne 3 zurückgeführt werden, vorzugsweise unterhalb der Abnahmestelle für die acrylsäurereiche Phase (Rohacrylsäure). The acrylic acid-rich phase (crude acrylic acid) withdrawn from the bottom of the rectification column 3 can be used directly for the preparation of water-absorbing polymer particles. Preferably, the acrylic acid-rich phase (crude acrylic acid) is further purified by crystallization. The mother liquor obtained in the crystallization can be recycled to the rectification column 3, preferably below the take-off point for the high-acrylic acid phase (crude acrylic acid).
Die acrylsäurereiche Phase (Rohacrylsäure) kann durch Schichtkristallisation, wie beispielsweise in EP 0 616 998 A1 beschrieben, oder durch Suspensionskristallisation, wie in DE 100 39 025 A1 beschrieben, gereinigt werden. Die Suspensionskristallisation ist bevorzugt. Die Kombi- nation einer Suspensionskristalisation mit einer Waschkolone, wie in WO 2003/041832 A1 beschrieben, ist besonders bevorzugt. The acrylic acid-rich phase (crude acrylic acid) can be purified by layer crystallization, as described, for example, in EP 0 616 998 A1, or by suspension crystallization, as described in DE 100 39 025 A1. The suspension crystallization is preferred. The combination nation of a suspension crystallization with a washing column, as described in WO 2003/041832 A1, is particularly preferred.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Ab- trennung der wässrigen Acrylsäure aus der flüssigen Phase und die Auftrennung der wässrigen Acrylsäure in eine acrylsäurereiche Phase (Rohacrylsäure) und eine wasserreiche Phase (Sauerwasser) mittels einer Rektifikationskolonne mit einem Seitenabzug (Rektifikationskolonne 4) durchgeführt. Die Rektifikationskolonne 4 vereinigt die Aufgaben der Rektifikationskolonnen 2 und 3 in einer einzigen Rektifikationskolonne. Dabei entspricht der Abschnitt unterhalb des Sei- tenabzugs der Rektifikationskolonne 2 und der Abschnitt oberhalb des Seitenabzugs der Rektifikationskolonne 3. In a particularly preferred embodiment of the present invention, the separation of the aqueous acrylic acid from the liquid phase and the separation of the aqueous acrylic acid into a high-acrylic acid phase (crude acrylic acid) and a high-acid phase (acid water) by means of a rectification column with a side draw (rectification column 4) carried out. The rectification column 4 combines the tasks of the rectification columns 2 and 3 in a single rectification column. In this case, the section below the side draw corresponds to the rectification column 2 and the section above the side draw corresponds to the rectification column 3.
Bei Verwendung einer Rektifikationskolonne 4 findet die Umsetzung der wässrigen Mischung aus monomerer 3-Hydroxypropionsäure und oligomerer 3-Hydroxypropionsäure zu Acrylsäure im Sumpf der Rektifikationskolonne 4 statt und die wässrige Mischung aus monomerer 3-When using a rectification column 4, the reaction of the aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid to acrylic acid takes place in the bottom of the rectification column 4 and the aqueous mixture of monomeric 3
Hydroxypropionsäure und oligomerer 3-Hydroxypropionsäure ist der Zulauf der Rektifikationskolonne 4. Hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid is the feed of the rectification column 4th
Der Zulauf in die Rektifikationskolonne 4 erfolgt zweckmäßig in ihrem unteren Bereich. Vor- zugsweise erfolgt er unterhalb des ersten Bodens der Rektifikationskolonne 4. Die Zulauftemperatur beträgt vorzugsweise von 25 bis 150°C, besonders bevorzugt von 40 bis 100°C, ganz besonders bevorzugt von 50 bis 70°C. The feed into the rectification column 4 is expediently carried out in its lower region. Preferably, it takes place below the first bottom of the rectification column 4. The feed temperature is preferably from 25 to 150 ° C, more preferably from 40 to 100 ° C, most preferably from 50 to 70 ° C.
Die Wärmezufuhr im Sumpf der Rektifikationskolonne 4 erfolgt über innen- und/oder außenlie- gende Wärmetauscher (Wärmeträger ist wieder vorzugsweise Wasserdampf) herkömmlicher Bauart und/oder über Doppelwandbeheizung. Vorzugsweise erfolgt sie über außenliegende Umlaufverdampfer mit Natur- oder Zwangsumlauf. Besonders bevorzugt sind außenliegende Umlaufverdampfer mit Zwangsumlauf. Derartige Verdampfer werden in EP 0 854 129 A1 beschrieben. Der Einsatz mehrerer Verdampfer, in Reihe oder parallel geschaltet, ist möglich. Vorzugsweise werden 2 bis 4 Verdampfer parallel betrieben. The heat supply in the bottom of the rectification column 4 via internal and / or external heat exchanger (heat transfer is again preferably water vapor) of conventional design and / or double wall heating. Preferably, it takes place via external circulation evaporator with natural or forced circulation. Particularly preferred are external circulation evaporator with forced circulation. Such evaporators are described in EP 0 854 129 A1. The use of several evaporators, connected in series or in parallel, is possible. Preferably, 2 to 4 evaporators are operated in parallel.
Wird ein Sauerstoff-haltiges Gas zur Polymerisationsinhibierung eingesetzt, so wird dies vorzugsweise unterhalb des Verdampfers zugeführt. Der Sumpfrückstand der Rektifikationskolonne 4 kann ausgeschleust und einer Rückstandsdestillation oder einer Rückstandsspaltung zugeführt werden. Der Sumpfrückstand wird vorzugsweise über einen Feststoffabscheider (Zyklon) geführt und ggf. durch frisches hochsiedendes organisches Lösungsmittel ergänzt. Über den Seitenabzug der Rektifikationskolonne 4 wird die acrylsäurereiche Phase (Rohacrylsäure) entnommen. Die Entnahme der acrylsäurereichen Phase (Rohacrylsäure) erfolgt auf übliche Weise und unterliegt keiner Beschränkung. Geeignet ist die Entnahme über einen Fangboden, wobei der gesamte Rücklauf aufgefangen wird und ein Teil ausgeschleust und der andere Teil als Rücklauf unterhalb des Fangbodens verwendet wird, oder über einen Boden mit integrierter Abzugsmöglichkeit, vorzugsweise über einen Dual-Flow-Boden mit integrierter Ab- zugsmöglichkeit. If an oxygen-containing gas is used for polymerization inhibition, this is preferably fed below the evaporator. The bottom residue of the rectification column 4 can be discharged and fed to a residue distillation or a residue splitting. The bottom residue is preferably passed through a solids separator (cyclone) and optionally supplemented by fresh high-boiling organic solvent. About the side of the rectification rectification column 4, the acrylic acid-rich phase (crude acrylic acid) is removed. The removal of the acrylic acid-rich phase (crude acrylic acid) takes place usual way and is subject to no restriction. The extraction is suitable via a collecting base, wherein the entire return is collected and one part is discharged and the other part is used as a return below the catch bottom, or via a floor with integrated extraction facility, preferably via a dual-flow floor with integrated drainage. zugsmöglichkeit.
Die entnommene acrylsäurereiche Phase (Rohacrylsäure) wird mittels eines Wärmetauschers abgekühlt (als Kühlmittel eignen sich z.B. Oberflächenwässer). Der Einsatz mehrerer Wärmetauscher, in Reihe oder parallel geschaltet, ist möglich. Die Wärmetauschern sind dem Fach- mann an sich bekannt und unterliegen keiner besonderen Beschränkung. The withdrawn acrylic acid-rich phase (crude acrylic acid) is cooled by means of a heat exchanger (for example, surface waters are suitable as the coolant). The use of several heat exchangers, connected in series or in parallel, is possible. The heat exchangers are known per se to the person skilled in the art and are not subject to any particular restriction.
Die entnommene acrylsäurereiche Phase (Rohacrylsäure) wird ausgeschleust und teilweise als Lösungsmittel für den Polymerisationsinhibitor 2 verwendet. Die Abkühlung der am Kopf der Rektifikationskolonne 4 abgetrennten wasserreichen Phase (Sauerwasser) kann indirekt, beispielsweise durch Wärmetauscher, die dem Fachmann an sich bekannt sind und keiner besonderen Beschränkung unterliegen, oder direkt, beispielsweise durch einen Quench, erfolgen. Vorzugsweise erfolgt sie durch direkte Kühlung. Dazu wird bereits kondensierte wasserreiche Phase (Sauerwasser) mittels eines geeigneten Wärmetau- schers gekühlt und die gekühlte Flüssigkeit oberhalb der Abnahmestelle im Brüden versprüht. Dieses Versprühen kann in einem getrennten Apparat oder in der Rektifikationseinheit selbst erfolgen. Beim Versprühen in der Rektifikationseinheit ist die Entnahmestelle der wasserreichen Phase (Sauerwasser) vorteilhafterweise als Fangboden ausgebildet. Durch Einbauten, die die Durchmischung der gekühlten wasserreichen Phase (Sauerwasser) mit dem Brüden verbes- sern, kann die Wirkung der direkten Kühlung gesteigert werden. Hierzu kommen prinzipiell alle gängigen Einbauten in Betracht, beispielsweise Böden, Packungen und/oder Schüttungen. Unter den Böden sind Glockenböden, Siebböden, Ventilböden, Thormannböden und/oder Dual- Flow-Böden bevorzugt. Unter den Schüttungen sind solche mit Ringen, Wendeln, Sattelkörpern, Raschig-, Intos- oder Pall-Ringen, Berl- oder Intalox-Sätteln oder Geflechten bevorzugt. Beson- ders bevorzugt sind Dual-Flow-Böden. In der Regel sind hier 2 bis 5 theoretische Böden ausreichend. Diese Böden sind bei den bisher erfolgten Angaben zur Anzahl der theoretischen Böden der Rektifikationskolone 4 nicht berücksichtigt. Die direkte Kondensation der wasserreichen Phase (Sauerwasser) kann auch mehrstufig ausgeführt sein, mit nach oben abnehmender Temperatur. Vorzugsweise erfolgt die Abkühlung durch direkte Kühlung. The withdrawn acrylic acid-rich phase (crude acrylic acid) is discharged and partially used as a solvent for the polymerization inhibitor 2. The cooling of the water-rich phase (acid water) separated off at the top of the rectification column 4 can be effected indirectly, for example by heat exchangers which are known per se to the person skilled in the art and are not subject to any particular restriction, or directly, for example by a quench. Preferably, it is done by direct cooling. For this purpose, already condensed water-rich phase (sour water) is cooled by means of a suitable heat exchanger and the cooled liquid is sprayed in the vapor above the take-off point. This spraying may be done in a separate apparatus or in the rectification unit itself. When spraying in the rectification unit, the removal point of the water-rich phase (sour water) is advantageously designed as a catch bottom. By means of internals, which improve the mixing of the cooled water-rich phase (sour water) with the vapor, the effect of direct cooling can be increased. In principle, all common installations are suitable for this, for example floors, packings and / or fillings. Among the trays, bubble-cap trays, sieve trays, valve trays, Thormann trays and / or dual-flow trays are preferred. Among the beds, those with rings, coils, calipers, Raschig, Intos or Pall rings, Berl or Intalox saddles or braids are preferred. Particularly preferred are dual-flow trays. As a rule, 2 to 5 theoretical plates are sufficient here. These soils are not taken into account in the previous information on the number of theoretical plates of the rectification column 4. The direct condensation of the water-rich phase (sour water) can also be carried out in several stages, with upward decreasing temperature. Preferably, the cooling is carried out by direct cooling.
Ein Teil der am Kopf der Rektifikationskolonne 4 kondensierten wasserreichen Phase (Sauerwasser) kann als Rücklauf verwendet werden, der Rest der wasserreichen Phase (Sauerwasser) wird ausgeschleust und zur Rückgewinnung von Acrylsäure einer Sauerwasserextraktion zugeführt werden. Bei Verwendung eines hydrophoben organischen Lösungsmittels wird das kondensierte Destillat der Rektifikationskolonne 4 mittels eines Phasenscheiders getrennt. Die organische Phase kann in die Rektifikationskolonne 4 zurückgeführt werden, beispielsweise als Rücklauf. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Trennwandkolonne als Rektifikationskolonne 4 eingesetzt. Eine Trennwandkolonne hat eine vertikale Trennwand, die den Querschnitt eines Teils der Kolonne in zwei Abschnitte aufteilt. Der Rücklauf wird auf die beiden Kolonnenabschnitte verteilt. Der Zulauf und der Seitenabzug der Trennwandkolonne befinden sich auf unterschiedlichen Seiten der Trennwand. A part of the condensed at the top of the rectification column 4 water-rich phase (sour water) can be used as reflux, the remainder of the water-rich phase (acid water) is discharged and fed to the recovery of acrylic acid to a sour water extraction. When using a hydrophobic organic solvent, the condensed distillate of the rectification column 4 is separated by means of a phase separator. The organic phase can be recycled to the rectification column 4, for example as reflux. In a preferred embodiment of the present invention, a dividing wall column is used as the rectification column 4. A dividing wall column has a vertical dividing wall which divides the cross section of a part of the column into two sections. The reflux is distributed to the two column sections. The inlet and the side outlet of the dividing wall column are located on different sides of the partition wall.
Die der Rektifikationskolonne 4 entnommene Rohacrylsäure kann direkt zur Herstellung wasserabsorbierender Polymerpartikel eingesetzt werden. Vorzugsweise wird die Rohacrylsäure durch Kristallisation weiter gereinigt. Die bei der Kristallisation anfallende Mutterlauge kann in die Rektifikationskolonne 4 zurückgeführt werden, vorzugsweise unterhalb der Abnahmestelle für die Rohacrylsäure. The crude acrylic acid withdrawn from the rectification column 4 can be used directly for the preparation of water-absorbing polymer particles. Preferably, the crude acrylic acid is further purified by crystallization. The mother liquor obtained in the crystallization can be recycled to the rectification column 4, preferably below the take-off point for the crude acrylic acid.
Die Rohacrylsäure kann durch Schichtkristallisation, wie beispielsweise in EP 0 616 998 A1 beschrieben, oder durch Suspensionskristallisation, wie in DE 100 39 025 A1 beschrieben, gereinigt werden. Die Suspensionskristallisation ist bevorzugt. Die Kombination einer Suspensi- onskristalisation mit einer Waschkolonne, wie in WO 2003/041832 A1 beschrieben, ist besonders bevorzugt. The crude acrylic acid can be purified by layer crystallization, as described, for example, in EP 0 616 998 A1, or by suspension crystallization, as described in DE 100 39 025 A1. The suspension crystallization is preferred. The combination of a suspension crystallization with a wash column, as described in WO 2003/041832 A1, is particularly preferred.
Die so hergestellte Acrylsäure kann direkt als Monomer zur Herstellung von Polymeren, z.B. wasserabsorbierender Polymerpartikel, aber auch zur Herstellung von Acrylsäureestern, z.B. Methylacrylat, Ethylacrylat, n-Butylacrylat und 2-Ethylhexylacrylat, verwendet werden. The acrylic acid thus prepared can be used directly as a monomer for the preparation of polymers, e.g. water-absorbing polymer particles, but also for the production of acrylic acid esters, e.g. Methyl acrylate, ethyl acrylate, n-butyl acrylate and 2-ethylhexyl acrylate.
Herstellung wasserabsorbierender Polymerpartikel Preparation of water-absorbing polymer particles
Wasserabsorbierender Polymerpartikel werden durch Polymerisation einer Monomerlösung oder -Suspension, enthaltend a) mindestens ein ethylenisch ungesättigtes, säuregruppentragendes Monomer, das zumindest teilweise neutralisiert sein kann, insbesondere teilneutralisierte Acrylsäure Water-absorbing polymer particles are obtained by polymerization of a monomer solution or suspension comprising a) at least one ethylenically unsaturated, acid group-carrying monomer which may be at least partially neutralized, in particular partially neutralized acrylic acid
b) mindestens einen Vernetzer, b) at least one crosslinker,
c) mindestens einen Initiator, c) at least one initiator,
d) optional ein oder mehrere mit den unter a) genannten Monomeren copolymerisierbare ethylenisch ungesättigte Monomere und d) optionally one or more copolymerizable with the monomers mentioned under a) ethylenically unsaturated monomers and
e) optional ein oder mehrere wasserlösliche Polymere, hergestellt und sind üblicherweise wasserunlöslich. Die Monomeren a) sind vorzugsweise wasserlöslich, d.h. die Löslichkeit in Wasser bei 23°C beträgt typischerweise mindestens 1 g/100 g Wasser, vorzugsweise mindestens 5 g/100 g Wasser, besonders bevorzugt mindestens 25 g/100 g Wasser, ganz besonders bevorzugt mindestens 35 g/100 g Wasser. e) optionally one or more water-soluble polymers, prepared and are usually water-insoluble. The monomers a) are preferably water-soluble, ie the solubility in water at 23 ° C. is typically at least 1 g / 100 g of water, preferably at least 5 g / 100 g of water, more preferably at least 25 g / 100 g of water, most preferably at least 35 g / 100 g of water.
Geeignete Monomere a) sind beispielsweise ethylenisch ungesättigte Carbonsäuren, wie Acryl- säure, Methacrylsäure, und Itaconsäure. Weitere geeignete Monomere a) sind beispielsweise ethylenisch ungesättigte Sulfonsäuren, wie Styrolsulfonsäure und 2-Acrylamido-2- methylpropansulfonsäure (AMPS). Suitable monomers a) are, for example, ethylenically unsaturated carboxylic acids, such as acrylic acid, methacrylic acid, and itaconic acid. Further suitable monomers a) are, for example, ethylenically unsaturated sulfonic acids, such as styrenesulfonic acid and 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid (AMPS).
Der Anteil an Acrylsäure und/oder deren Salzen an der Gesamtmenge der Monomeren a) beträgt vorzugsweise mindestens 50 mol-%, besonders bevorzugt mindestens 90 mol-%, ganz besonders bevorzugt mindestens 95 mol-%. Geeignete Vernetzer b) sind Verbindungen mit mindestens zwei zur Vernetzung geeigneten Gruppen. Derartige Gruppen sind beispielsweise ethylenisch ungesättigte Gruppen, die in die Polymerkette radikalisch einpolymerisiert werden können, und funktionelle Gruppen, die mit den Säuregruppen des Monomeren a) kovalente Bindungen ausbilden können. Weiterhin sind auch polyvalente Metallsalze, die mit mindestens zwei Säuregruppen des Monomeren a) koordinative Bindungen ausbilden können, als Vernetzer b) geeignet. The proportion of acrylic acid and / or salts thereof in the total amount of monomers a) is preferably at least 50 mol%, particularly preferably at least 90 mol%, very particularly preferably at least 95 mol%. Suitable crosslinkers b) are compounds having at least two groups suitable for crosslinking. Such groups are, for example, ethylenically unsaturated groups which can be radically copolymerized into the polymer chain, and functional groups which can form covalent bonds with the acid groups of the monomer a). Furthermore, polyvalent metal salts which can form coordinative bonds with at least two acid groups of the monomer a) are also suitable as crosslinking agents b).
Vernetzer b) sind vorzugsweise Verbindungen mit mindestens zwei polymerisierbaren Gruppen, die in das Polymernetzwerk radikalisch einpolymerisiert werden können. Geeignete Vernetzer b) sind beispielsweise Ethylenglykoldimethacrylat, Diethylenglykoldiacrylat, Polyethylenglykoldi- acrylat, Allylmethacrylat, Trimethylolpropantriacrylat, Triallylamin, Tetraallylammoniumchlorid, Tetraallyloxyethan, wie in EP 0 530 438 A1 beschrieben, Di- und Triacrylate, wie in EP 0 547 847 A1 , EP 0 559 476 A1 , EP 0 632 068 A1 , WO 93/21237 A1 , WO 2003/104299 A1 , WO 2003/104300 A1 , WO 2003/104301 A1 und DE 103 31 450 A1 beschrieben, gemischte Acryla- te, die neben Acrylatgruppen weitere ethylenisch ungesättigte Gruppen enthalten, wie in DE 103 31 456 A1 und DE 103 55 401 A1 beschrieben, oder Vernetzermischungen, wie beispielsweise in DE 195 43 368 A1 , DE 196 46 484 A1 , WO 90/15830 A1 und WO 2002/032962 A2 beschrieben. Crosslinkers b) are preferably compounds having at least two polymerizable groups which can be incorporated in the polymer network in free-radically polymerized form. Suitable crosslinkers b) are, for example, ethylene glycol dimethacrylate, diethylene glycol diacrylate, polyethylene glycol diacrylate, allyl methacrylate, trimethylolpropane triacrylate, triallylamine, tetraallylammonium chloride, tetraallyloxyethane, as described in EP 0 530 438 A1, di- and triacrylates, as in EP 0 547 847 A1, EP 0 559 476 A1, EP 0 632 068 A1, WO 93/21237 A1, WO 2003/104299 A1, WO 2003/104300 A1, WO 2003/104301 A1 and DE 103 31 450 A1, mixed acrylates which, in addition to acrylate groups, contain further ethylenically unsaturated Groups, as described in DE 103 31 456 A1 and DE 103 55 401 A1, or crosslinker mixtures, as described, for example, in DE 195 43 368 A1, DE 196 46 484 A1, WO 90/15830 A1 and WO 2002/032962 A2.
Bevorzugte Vernetzer b) sind Pentaerythrittriallylether, Tetraallyloxyethan, Methylenbismethac- rylamid, 15-fach ethoxyliertes Trimethylolpropantriacrylat, Polyethylenglykoldiacrylat, Trimethylolpropantriacrylat und Triallylamin. Preferred crosslinkers b) are pentaerythritol triallyl ether, tetraallyloxyethane, methylenebismethacrylamide, 15-tuply ethoxylated trimethylolpropane triacrylate, polyethylene glycol diacrylate, trimethylolpropane triacrylate and triallylamine.
Ganz besonders bevorzugte Vernetzer b) sind die mit Acrylsäure oder Methacrylsäure zu Dioder Triacrylaten veresterten mehrfach ethoxylierten und/oder propoxylierten Glyzerine, wie sie beispielsweise in WO 2003/104301 A1 beschrieben sind. Besonders vorteilhaft sind Di- und/oder Triacrylate des 3- bis 10-fach ethoxylierten Glyzerins. Ganz besonders bevorzugt sind Di- oder Triacrylate des 1 - bis 5-fach ethoxylierten und/oder propoxylierten Glyzerins. Am meisten bevorzugt sind die Triacrylate des 3- bis 5-fach ethoxylierten und/oder propoxylierten Glyzerins, insbesondere das Triacrylat des 3-fach ethoxylierten Glyzerins. Die Menge an Vernetzer b) beträgt vorzugsweise 0,05 bis 1 ,5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,1 bis 1 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 0,2 bis 0,5 Gew.-%, jeweils bezogen auf Monomer a). Mit steigendem Vernetzergehalt sinkt die Zentrifugenretentionskapazität (CRC) und die Absorption unter einem Druck von 21 ,0 g/cm2 durchläuft ein Maximum. Als Initiatoren c) können sämtliche unter den Polymerisationsbedingungen Radikale erzeugende Verbindungen eingesetzt werden, beispielsweise thermische Initiatoren, Redox-Initiatoren, Photoinitiatoren. Geeignete Redox-Initiatoren sind Natriumperoxodisulfat/Ascorbinsäure, Was- serstoffperoxid/Ascorbinsäure, Natriumperoxodisulfat Natriumbisulfit und Wasserstoffper- oxid/Natriumbisulfit. Vorzugsweise werden Mischungen aus thermischen Initiatoren und Redox- Initiatoren eingesetzt, wie Natriumperoxodisulfat/Wasserstoffperoxid/Ascorbinsäure. Als reduzierende Komponente wird aber vorzugsweise ein Gemisch aus dem Natriumsalz der 2- Hydroxy-2-sulfinatoessigsäure, dem Dinatriumsalz der 2-Hydroxy-2-sulfonatoessigsäure und Natriumbisulfit eingesetzt. Derartige Gemische sind als Brüggolite® FF6 und Brüggolite® FF7 (Brüggemann Chemicals; Heilbronn; Deutschland) erhältlich. Very particularly preferred crosslinkers b) are the polyethyleneglyoxylated and / or propoxylated glycerols esterified with acrylic acid or methacrylic acid to form diioder triacrylates, as described, for example, in WO 2003/104301 A1. Particularly advantageous are di- and / or triacrylates of 3- to 10-fold ethoxylated glycerol. Very particularly preferred are Di- or triacrylates of 1 to 5 times ethoxylated and / or propoxylated glycerol. Most preferred are the triacrylates of 3 to 5 times ethoxylated and / or propoxylated glycerol, in particular the triacrylate of 3-times ethoxylated glycerol. The amount of crosslinker b) is preferably from 0.05 to 1, 5 wt .-%, particularly preferably 0.1 to 1 wt .-%, most preferably 0.2 to 0.5 wt .-%, each based on Monomer a). With increasing crosslinker content, the centrifuge retention capacity (CRC) decreases and the absorption under a pressure of 21.0 g / cm 2 passes through a maximum. As initiators c) it is possible to use all compounds which generate free radicals under the polymerization conditions, for example thermal initiators, redox initiators, photoinitiators. Suitable redox initiators are sodium peroxodisulfate / ascorbic acid, hydrogen peroxide / ascorbic acid, sodium peroxodisulfate, sodium bisulfite and hydrogen peroxide / sodium bisulfite. Preferably, mixtures of thermal initiators and redox initiators are used, such as sodium peroxodisulfate / hydrogen peroxide / ascorbic acid. However, the reducing component used is preferably a mixture of the sodium salt of 2-hydroxy-2-sulfinatoacetic acid, the disodium salt of 2-hydroxy-2-sulfonatoacetic acid and sodium bisulfite. Such mixtures are available as Brüggolite® FF6 and Brüggolite® FF7 (Brüggemann Chemicals, Heilbronn, Germany).
Mit den ethylenisch ungesättigten, säuregruppentragenden Monomeren a) copolymerisierbare ethylenisch ungesättigte Monomere d) sind beispielsweise Acrylamid, Methacrylamid, Hydro- xyethylacrylat, Hydroxyethylmethacrylat, Dimethylaminoethylmethacrylat, Dimethylaminoethyl- acrylat, Dimethylaminopropylacrylat, Diethylaminopropylacrylat, Dimethylaminoethylmethacrylat, Diethylaminoethylmethacrylat. For example, acrylamide, methacrylamide, hydroxyethyl acrylate, hydroxyethyl methacrylate, dimethylaminoethyl methacrylate, dimethylaminoethyl acrylate, dimethylaminopropyl acrylate, diethylaminopropyl acrylate, dimethylaminoethyl methacrylate, diethylaminoethyl methacrylate, are ethylenically unsaturated monomers d) which are copolymerizable with the ethylenically unsaturated acid group-carrying monomers a).
Als wasserlösliche Polymere e) können Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon, Stärke, Stärkederivate, modifizierte Cellulose, wie Methylcellulose oder Hydroxyethylcellulose, Gelatine, Polygly- kole oder Polyacrylsäuren, vorzugsweise Stärke, Stärkederivate und modifizierte Cellulose, ein- gesetzt werden. As water-soluble polymers e) it is possible to use polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, starch, starch derivatives, modified cellulose, such as methylcellulose or hydroxyethylcellulose, gelatin, polyglycols or polyacrylic acids, preferably starch, starch derivatives and modified cellulose.
Üblicherweise wird eine wässrige Monomerlösung verwendet. Der Wassergehalt der Monomerlösung beträgt vorzugsweise von 40 bis 75 Gew.-%, besonders bevorzugt von 45 bis Usually, an aqueous monomer solution is used. The water content of the monomer solution is preferably from 40 to 75% by weight, more preferably from 45 to
70 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt von 50 bis 65 Gew.-%. Es ist auch möglich Mono- mersuspensionen, d.h. Monomerlösungen mit überschüssigem Monomer a), beispielsweise Natriumacrylat, einzusetzen. Mit steigendem Wassergehalt steigt der Energieaufwand bei der anschließenden Trocknung und mit sinkendem Wassergehalt kann die Polymerisationswärme nur noch ungenügend abgeführt werden. Die in Acrylsäure üblicherweise eingesetzten Polymerisationsinhibitoren benötigen für eine optimale Wirkung gelösten Sauerstoff. Daher kann die Monomerlösung vor der Polymerisation durch Inertisierung, d.h. Durchströmen mit einem inerten Gas, vorzugsweise Stickstoff oder Kohlendioxid, von gelöstem Sauerstoff befreit werden. Vorzugsweise wird der Sauerstoffgehalt der Monomerlösung vor der Polymerisation auf weniger als 1 Gew.-ppm, besonders bevorzugt auf weniger als 0,5 Gew.-ppm, ganz besonders bevorzugt auf weniger als 0,1 Gew.-ppm, ge- senkt. 70 wt .-%, most preferably from 50 to 65 wt .-%. It is also possible to use monomer suspensions, ie monomer solutions with excess monomer a), for example sodium acrylate. With increasing water content, the energy expenditure increases during the subsequent drying and with decreasing water content, the heat of polymerization can only be dissipated insufficiently. The polymerization inhibitors customarily used in acrylic acid require dissolved oxygen for optimum action. Therefore, the monomer solution before the polymerization by inerting, ie, flowing through with an inert gas, preferably nitrogen or carbon dioxide, are freed of dissolved oxygen. The oxygen content of the monomer solution before the polymerization is preferably reduced to less than 1 ppm by weight, more preferably to less than 0.5 ppm by weight, most preferably to less than 0.1 ppm by weight.
Geeignete Reaktoren sind beispielsweise Knetreaktoren oder Bandreaktoren. Im Kneter wird das bei der Polymerisation einer wässrigen Monomerlösung oder -Suspension entstehende Polymergel durch beispielsweise gegenläufige Rührwellen kontinuierlich zerkleinert, wie in WO 2001/038402 A1 beschrieben. Die Polymerisation auf dem Band wird beispielsweise in DE 38 25 366 A1 und US 6,241 ,928 beschrieben. Bei der Polymerisation in einem Bandreaktor entsteht ein Polymergel, das in einem weiteren Verfahrensschritt zerkleinert werden muss, beispielsweise in einem Extruder oder Kneter. Zur Verbesserung der Trocknungseigenschaften kann das mittels eines Kneters erhaltene zerkleinerte Polymergel zusätzlich extrudiert werden. Suitable reactors are, for example, kneading reactors or belt reactors. In the kneader, the polymer gel formed during the polymerization of an aqueous monomer solution or suspension is comminuted continuously by, for example, counter-rotating stirring shafts, as described in WO 2001/038402 A1. The polymerization on the belt is described, for example, in DE 38 25 366 A1 and US Pat. No. 6,241,928. During the polymerization in a belt reactor, a polymer gel is formed, which must be comminuted in a further process step, for example in an extruder or kneader. In order to improve the drying properties, the comminuted polymer gel obtained by means of a kneader may additionally be extruded.
Es ist aber auch möglich eine wässrige Monomerlösung zu vertropfen und die erzeugten Tropfen in einem erwärmten Trägergasstrom zu polymerisieren. Hierbei können die Verfahrens- schritte Polymerisation und Trocknung zusammengefasst werden, wie in WO 2008/040715 A2, WO 2008/052971 A1 und WO 201 1/026876 A1 beschrieben. However, it is also possible to drip an aqueous monomer solution and to polymerize the drops produced in a heated carrier gas stream. Here, the process steps polymerization and drying can be summarized, as described in WO 2008/040715 A2, WO 2008/052971 A1 and WO 201 1/026876 A1.
Die Säuregruppen der erhaltenen Polymergele sind üblicherweise teilweise neutralisiert. Die Neutralisation wird vorzugsweise auf der Stufe der Monomeren durchgeführt. Dies geschieht üblicherweise durch Einmischung des Neutralisationsmittels als wässrige Lösung oder bevorzugt auch als Feststoff. Der Neutralisationsgrad beträgt vorzugsweise von 25 bis 95 mol-%, besonders bevorzugt von 30 bis 80 mol-%, ganz besonders bevorzugt von 40 bis 75 mol-%, wobei die üblichen Neutralisationsmittel verwendet werden können, vorzugsweise Alkalimetall- hydroxide, Alkalimetalloxide, Alkalimetallkarbonate oder Alkalimetallhydrogenkarbonate sowie deren Mischungen. Statt Alkalimetallsalzen können auch Ammoniumsalze verwendet werden. Natrium und Kalium sind als Alkalimetalle besonders bevorzugt, ganz besonders bevorzugt sind jedoch Natriumhydroxid, Natriumkarbonat oder Natriumhydrogenkarbonat sowie deren Mischungen. Es ist aber auch möglich die Neutralisation nach der Polymerisation auf der Stufe des bei der Polymerisation entstehenden Polymergeis durchzuführen. Weiterhin ist es möglich bis zu 40 mol-%, vorzugsweise 10 bis 30 mol-%, besonders bevorzugt 15 bis 25 mol-%, der Säuregruppen vor der Polymerisation zu neutralisieren indem ein Teil des Neutralisationsmittels bereits der Monomerlösung zugesetzt und der gewünschte Endneutralisationsgrad erst nach der Poly- merisation auf der Stufe des Polymergeis eingestellt wird. Wird das Polymergel zumindest teilweise nach der Polymerisation neutralisiert, so wird das Polymergel vorzugsweise mechanisch zerkleinert, beispielsweise mittels eines Extruders, wobei das Neutralisationsmittel aufgesprüht, übergestreut oder aufgegossen und dann sorgfältig untergemischt werden kann. Dazu kann die erhaltene Gelmasse noch mehrmals zur Homogenisierung extrudiert werden. Das Polymergel wird dann vorzugsweise mit einem Bandtrockner getrocknet bis der Restfeuchtegehalt vorzugsweise 0,5 bis 15 Gew.-%, besonders bevorzugt 1 bis 10 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 2 bis 8 Gew.-%, beträgt, wobei der Restfeuchtegehalt gemäß der von der EDA- NA empfohlenen Testmethode Nr. WSP 230.2-05 "Mass Loss Upon Heating" bestimmt wird. Bei einer zu hohen Restfeuchte weist das getrocknete Polymergel eine zu niedrige Glasüber- gangstemperatur Tg auf und ist nur schwierig weiter zu verarbeiten. Bei einer zu niedrigen Restfeuchte ist das getrocknete Polymergel zu spröde und in den anschließenden Zerkleinerungsschritten fallen unerwünscht große Mengen an Polymerpartikeln mit zu niedriger Partikelgröße („fines") an. Der Feststoffgehalt des Gels beträgt vor der Trocknung vorzugsweise von 25 bis 90 Gew.-%, besonders bevorzugt von 35 bis 70 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt von 40 bis 60 Gew.-%. Wahlweise kann zur Trocknung aber auch ein Wirbelbetttrockner oder ein Schaufeltrockner verwendet werden. The acid groups of the polymer gels obtained are usually partially neutralized. The neutralization is preferably carried out at the stage of the monomers. This is usually done by mixing the neutralizing agent as an aqueous solution or preferably as a solid. The degree of neutralization is preferably from 25 to 95 mol%, particularly preferably from 30 to 80 mol%, very particularly preferably from 40 to 75 mol%, wherein the customary neutralizing agents can be used, preferably alkali metal hydroxides, alkali metal oxides, alkali metal carbonates or Alkalimetallhydrogenkarbonate and mixtures thereof. Instead of alkali metal salts and ammonium salts can be used. Sodium and potassium are particularly preferred as alkali metals, but most preferred are sodium hydroxide, sodium carbonate or sodium bicarbonate and mixtures thereof. But it is also possible to carry out the neutralization after the polymerization at the stage of Polymergeis formed during the polymerization. Furthermore, it is possible to neutralize up to 40 mol%, preferably 10 to 30 mol%, particularly preferably 15 to 25 mol%, of the acid groups before the polymerization by adding a part of the neutralizing agent already to the monomer solution and the desired final degree of neutralization only after the polymerization is adjusted at the stage of Polymergeis. If the polymer gel is at least partially neutralized after the polymerization, the polymer gel is preferably mechanical comminuted, for example by means of an extruder, wherein the neutralizing agent can be sprayed on, sprinkled or poured and then mixed thoroughly. For this purpose, the gel mass obtained can be extruded several times for homogenization. The polymer gel is then preferably dried with a belt dryer until the residual moisture content is preferably 0.5 to 15 wt .-%, particularly preferably 1 to 10 wt .-%, most preferably 2 to 8 wt .-%, wherein the residual moisture content according to EDA-NA recommended test method No. WSP 230.2-05 "Mass Loss Upon Heating". If the residual moisture content is too high, the dried polymer gel has too low a glass transition temperature T g and is difficult to process further. If the residual moisture content is too low, the dried polymer gel is too brittle and in the subsequent comminution steps undesirably large quantities of polymer particles with too small particle size ("fines") are produced. , more preferably from 35 to 70% by weight, most preferably from 40 to 60% by weight. Alternatively, a fluidized bed dryer or a paddle dryer can be used for drying.
Das getrocknete Polymergel wird hiernach gemahlen und klassiert, wobei zur Mahlung üblicherweise ein- oder mehrstufige Walzenstühle, bevorzugt zwei- oder dreistufige Walzenstühle, Stiftmühlen, Hammermühlen oder Schwingmühlen, eingesetzt werden können. The dried polymer gel is then ground and classified, wherein for grinding usually one- or multi-stage roller mills, preferably two- or three-stage roller mills, pin mills, hammer mills or vibratory mills, can be used.
Die mittlere Partikelgröße der als Produktfraktion abgetrennten Polymerpartikel beträgt vorzugsweise mindestens 200 μηη, besonders bevorzugt von 250 bis 600 μηη, ganz besonders von 300 bis 500 μηη. Die mittlere Partikelgröße der Produktfraktion kann mittels der von der EDANA empfohlenen Testmethode Nr. WSP 220.2-05 "Partikel Size Distribution" ermittelt werden, wobei die Massenanteile der Siebfraktionen kumuliert aufgetragen werden und die mittlere Partikelgröße graphisch bestimmt wird. Die mittlere Partikelgröße ist hierbei der Wert der Maschenweite, der sich für kumulierte 50 Gew.-% ergibt. Der Anteil an Partikeln mit einer Partikelgröße von größer 150 μηη beträgt vorzugsweise mindestens 90 Gew.-%, besonders bevorzugt mindesten 95 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt mindestens 98 Gew.-%. The average particle size of the polymer fraction separated as a product fraction is preferably at least 200 μm, more preferably from 250 to 600 μm, very particularly from 300 to 500 μm. The mean particle size of the product fraction can be determined by means of the EDANA recommended test method No. WSP 220.2-05 "Particle Size Distribution", in which the mass fractions of the sieve fractions are cumulatively applied and the average particle size is determined graphically. The mean particle size here is the value of the mesh size, which results for accumulated 50 wt .-%. The proportion of particles having a particle size of greater than 150 μm is preferably at least 90% by weight, particularly preferably at least 95% by weight, very particularly preferably at least 98% by weight.
Polymerpartikel mit zu niedriger Partikelgröße senken die Permeabilität (SFC). Daher sollte der Anteil zu kleiner Polymerpartikel („fines") niedrig sein. Polymer particles with too small particle size lower the permeability (SFC). Therefore, the proportion of too small polymer particles ("fines") should be low.
Zu kleine Polymerpartikel werden daher üblicherweise abgetrennt und in das Verfahren rückgeführt. Dies geschieht vorzugsweise vor, während oder unmittelbar nach der Polymerisation, d.h. vor der Trocknung des Polymergeis. Die zu kleinen Polymerpartikel können vor oder während der Rückführung mit Wasser und/oder wässrigem Tensid angefeuchtet werden. Es ist auch möglich in späteren Verfahrensschritten zu kleine Polymerpartikel abzutrennen, beispielsweise nach der Oberflachennachvernetzung oder einem anderen Beschichtungsschritt. In diesem Fall sind die rückgeführten zu kleinen Polymerpartikel oberflächennachvernetzt bzw. anderweitig beschichtet, beispielsweise mit pyrogener Kieselsäure. Too small polymer particles are therefore usually separated and recycled to the process. This preferably takes place before, during or immediately after the polymerization, ie before the drying of the polymer gel. The too small polymer particles can be moistened with water and / or aqueous surfactant before or during the recycling. It is also possible to separate small polymer particles in later process steps, for example after surface postcrosslinking or another coating step. In this case, the recycled too small polymer particles are surface postcrosslinked or otherwise coated, for example with fumed silica.
Wird zur Polymerisation ein Knetreaktor verwendet, so werden die zu kleinen Polymerpartikel vorzugsweise während des letzten Drittels der Polymerisation zugesetzt. If a kneading reactor is used for the polymerization, the too small polymer particles are preferably added during the last third of the polymerization.
Werden die zu kleinen Polymerpartikel sehr spät zugesetzt, beispielsweise erst in einem dem Polymerisationsreaktor nachgeschalteten Apparat, beispielsweise einem Extruder, so lassen sich die zu kleinen Polymerpartikel nur noch schwer in das erhaltene Polymergel einarbeiten. Unzureichend eingearbeitete zu kleine Polymerpartikel lösen sich aber während der Mahlung wieder von dem getrockneten Polymergel, werden beim Klassieren daher erneut abgetrennt und erhöhen die Menge rückzuführender zu kleiner Polymerpartikel. If the polymer particles which are too small are added very late, for example only in an apparatus downstream of the polymerization reactor, for example an extruder, then the polymer particles which are too small can only be incorporated into the resulting polymer gel with difficulty. Insufficiently incorporated too small polymer particles, however, dissolve again during the grinding of the dried polymer gel, are therefore separated again during classification and increase the amount of recycled too small polymer particles.
Der Anteil an Partikeln mit einer Partikelgröße von höchstens 850 μηη, beträgt vorzugsweise mindestens 90 Gew.-%, besonders bevorzugt mindesten 95 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt mindestens 98 Gew.-%. Der Anteil an Partikeln mit einer Partikelgröße von höchstens 600 μηη, beträgt vorzugsweise mindestens 90 Gew.-%, besonders bevorzugt mindesten 95 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt mindestens 98 Gew.-%. The proportion of particles having a particle size of at most 850 μm, is preferably at least 90% by weight, particularly preferably at least 95% by weight, very particularly preferably at least 98% by weight. The proportion of particles having a particle size of at most 600 μm, is preferably at least 90% by weight, more preferably at least 95% by weight, most preferably at least 98% by weight.
Polymerpartikel mit zu großer Partikelgröße senken die Anquellgeschwindigkeit. Daher sollte der Anteil zu großer Polymerpartikel ebenfalls niedrig sein. Polymer particles with too large particle size reduce the swelling rate. Therefore, the proportion of polymer particles too large should also be low.
Zu große Polymerpartikel werden daher üblicherweise abgetrennt und in die Mahlung des getrockneten Polymergeis rückgeführt. Die Polymerpartikel können zur weiteren Verbesserung der Eigenschaften oberflächennachvernetzt werden. Geeignete Oberflächennachvernetzer sind Verbindungen, die Gruppen enthalten, die mit mindestens zwei Carboxylatgruppen der Polymerpartikel kovalente Bindungen bilden können. Geeignete Verbindungen sind beispielsweise polyfunktionelle Amine, polyfunktionelle Amidoamine, polyfunktionelle Epoxide, wie in EP 0 083 022 A2, EP 0 543 303 A1 und EP 0 937 736 A2 beschrieben, di- oder polyfunktionelle Alkohole, wie in DE 33 14 019 A1 , DE 35 23 617 A1 und EP 0 450 922 A2 beschrieben, oder ß-Hydroxyalkylamide, wie in DE 102 04 938 A1 und US 6,239,230 beschrieben. Too large polymer particles are therefore usually separated and recycled to the grinding of the dried Polymergeis. The polymer particles can be surface postcrosslinked to further improve the properties. Suitable surface postcrosslinkers are compounds containing groups that can form covalent bonds with at least two carboxylate groups of the polymer particles. Suitable compounds are, for example, polyfunctional amines, polyfunctional amidoamines, polyfunctional epoxides, as described in EP 0 083 022 A2, EP 0 543 303 A1 and EP 0 937 736 A2, di- or polyfunctional alcohols, as described in DE 33 14 019 A1, DE 35 23 617 A1 and EP 0 450 922 A2, or β-hydroxyalkylamides, as described in DE 102 04 938 A1 and US Pat. No. 6,239,230.
Des Weiteren sind in DE 40 20 780 C1 zyklische Karbonate, in DE 198 07 502 A1 2- Oxazolidinon und dessen Derivate, wie 2-Hydroxyethyl-2-oxazolidinon, in DE 198 07 992 C1 Bis- und Poly-2-oxazolidinone, in DE 198 54 573 A1 2-Oxotetrahydro-1 ,3-oxazin und dessen Derivate, in DE 198 54 574 A1 N-Acyl-2-Oxazolidinone, in DE 102 04 937 A1 zyklische Harnstoffe, in DE 103 34 584 A1 bizyklische Amidoacetale, in EP 1 199 327 A2 Oxetane und zyklische Harnstoffe und in WO 2003/031482 A1 Morpholin-2,3-dion und dessen Derivate als geeignete Oberflächennachvernetzer beschrieben. Furthermore, in DE 40 20 780 C1 cyclic carbonates, in DE 198 07 502 A1 2- oxazolidinone and its derivatives, such as 2-hydroxyethyl-2-oxazolidinone, in DE 198 07 992 C1 bis- and poly-2-oxazolidinone, in DE 198 54 573 A1 2-Oxotetrahydro-1,3-oxazine and its Derivatives, in DE 198 54 574 A1 N-acyl-2-oxazolidinones, in DE 102 04 937 A1 cyclic ureas, in DE 103 34 584 A1 bicyclic amidoacetals, in EP 1 199 327 A2 oxetanes and cyclic ureas and in WO 2003/031482 A1 morpholine-2,3-dione and its derivatives are described as suitable surface postcrosslinkers.
Bevorzugte Oberflächennachvernetzer sind Ethylenkarbonat, Ethylenglykoldiglycidylether, Umsetzungsprodukte von Polyamiden mit Epichlorhydrin und Gemische aus Propylenglykol und 1 ,4-Butandiol. Ganz besonders bevorzugte Oberflächennachvernetzer sind 2-Hydroxyethyl-2-oxazolidinon, 2- Oxazolidinon und 1 ,3-Propandiol. Preferred surface postcrosslinkers are ethylene carbonate, ethylene glycol diglycidyl ether, reaction products of polyamides with epichlorohydrin and mixtures of propylene glycol and 1,4-butanediol. Very particularly preferred surface postcrosslinkers are 2-hydroxyethyl-2-oxazolidinone, 2-oxazolidinone and 1, 3-propanediol.
Weiterhin können auch Oberflächennachvernetzer eingesetzt werden, die zusätzliche polymeri- sierbare ethylenisch ungesättigte Gruppen enthalten, wie in DE 37 13 601 A1 beschrieben Furthermore, it is also possible to use surface postcrosslinkers which contain additional polymerizable ethylenically unsaturated groups, as described in DE 37 13 601 A1
Die Menge an Oberflächennachvernetzer beträgt vorzugsweise 0,001 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,02 bis 2 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 0,05 bis 1 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Polymerpartikel. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden vor, während oder nach der Oberflächennachvernetzung zusätzlich zu den Oberflächennachvernetzern polyvalente Kationen auf die Partikeloberfläche aufgebracht. The amount of surface postcrosslinker is preferably 0.001 to 5 wt .-%, more preferably 0.02 to 2 wt .-%, most preferably 0.05 to 1 wt .-%, each based on the polymer particles. In a preferred embodiment of the present invention, polyvalent cations are applied to the particle surface in addition to the surface postcrosslinkers before, during or after the surface postcrosslinking.
Die im erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbaren polyvalenten Kationen sind beispielsweise zweiwertige Kationen, wie die Kationen von Zink, Magnesium, Kalzium, Eisen und Strontium, dreiwertige Kationen, wie die Kationen von Aluminium, Eisen, Chrom, Seltenerden und Mangan, vierwertige Kationen, wie die Kationen von Titan und Zirkonium. Als Gegenion sind Hydroxid, Chlorid, Bromid, Sulfat, Hydrogensulfat, Carbonat, Hydrogencarbonat, Nitrat, Phosphat, Hydrogenphosphat, Dihydrogenphosphat und Carboxylat, wie Acetat, Citrat und Lactat, mög- lieh. Es sind auch Salze mit unterschiedlichen Gegenionen möglich, beispielsweise basische Aluminiumsalze, wie Aluminiummonoacetat oder Aluminiummonolaktat. Aluminiumsulfat, Alu- miniummonoacetat und Aluminiumlaktat sind bevorzugt. Außer Metallsalzen können auch Poly- amine als polyvalente Kationen eingesetzt werden. Die Einsatzmenge an polyvalentem Kation beträgt beispielsweise 0,001 bis 1 Gew.-%, vorzugsweise 0,005 bis 0,5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,02 bis 0,2 Gew.-%. jeweils bezogen auf die Polymerpartikel. The polyvalent cations which can be used in the process according to the invention are, for example, divalent cations, such as the cations of zinc, magnesium, calcium, iron and strontium, trivalent cations, such as the cations of aluminum, iron, chromium, rare earths and manganese, tetravalent cations, such as the cations of Titanium and zirconium. As a counterion hydroxide, chloride, bromide, sulfate, hydrogen sulfate, carbonate, bicarbonate, nitrate, phosphate, hydrogen phosphate, dihydrogen phosphate and carboxylate, such as acetate, citrate and lactate, are possible lent. It is also possible to use salts with different counterions, for example basic aluminum salts, such as aluminum monoacetate or aluminum monolactate. Aluminum sulfate, aluminum monoacetate and aluminum lactate are preferred. Apart from metal salts, polyamines can also be used as polyvalent cations. The amount of polyvalent cation used is, for example, from 0.001 to 1% by weight, preferably from 0.005 to 0.5% by weight, more preferably from 0.02 to 0.2% by weight. in each case based on the polymer particles.
Die Oberflächennachvernetzung wird üblicherweise so durchgeführt, dass eine Lösung des Oberflächennachvernetzers auf die getrockneten Polymerpartikel aufgesprüht wird. Im An- schluss an das Aufsprühen werden die mit Oberflächennachvernetzer beschichteten Polymer- Partikel thermisch getrocknet, wobei die Oberflächennachvernetzungsreaktion sowohl vor als auch während der Trocknung stattfinden kann. The surface postcrosslinking is usually carried out so that a solution of the surface postcrosslinker is sprayed onto the dried polymer particles. Subsequent to the spraying, the surface postcrosslinker-coated polymer Particles thermally dried, wherein the surface postcrosslinking reaction can take place both before and during drying.
Das Aufsprühen einer Lösung des Oberflächennachvernetzers wird vorzugsweise in Mischern mit bewegten Mischwerkzeugen, wie Schneckenmischer, Scheibenmischer und Schaufelmischer, durchgeführt. Besonders bevorzugt sind Horizontalmischer, wie Schaufelmischer, ganz besonders bevorzugt sind Vertikalmischer. Die Unterscheidung in Horizontalmischer und Vertikalmischer erfolgt über die Lagerung der Mischwelle, d.h. Horizontalmischer haben eine horizontal gelagerte Mischwelle und Vertikalmischer haben eine vertikal gelagerte Mischwelle. Ge- eignete Mischer sind beispielsweise Horizontale Pflugschar® Mischer (Gebr. Lödige Maschinenbau GmbH; Paderborn; Deutschland), Vrieco-Nauta Continuous Mixer (Hosokawa Micron BV; Doetinchem; Niederlande), Processall Mixmill Mixer (Processall Incorporated; Cincinnati; USA) und Schugi Flexomix® (Hosokawa Micron BV; Doetinchem; Niederlande). Es ist aber auch möglich die Oberflächennachvernetzerlösung in einem Wirbelbett aufzusprühen. The spraying of a solution of the surface postcrosslinker is preferably carried out in mixers with moving mixing tools, such as screw mixers, disk mixers and paddle mixers. Particularly preferred are horizontal mixers, such as paddle mixers, very particularly preferred are vertical mixers. The distinction between horizontal mixer and vertical mixer is made by the storage of the mixing shaft, i. Horizontal mixers have a horizontally mounted mixing shaft and vertical mixers have a vertically mounted mixing shaft. Suitable mixers are, for example, Horizontal Pflugschar® mixers (Gebr. Lödige Maschinenbau GmbH, Paderborn, Germany), Vrieco-Nauta Continuous Mixer (Hosokawa Micron BV, Doetinchem, The Netherlands), Processall Mixmill Mixer (Processall Incorporated, Cincinnati, USA) and Schugi Flexomix® (Hosokawa Micron BV, Doetinchem, The Netherlands). However, it is also possible to spray the surface postcrosslinker solution in a fluidized bed.
Die Oberflächennachvernetzer werden typischerweise als wässrige Lösung eingesetzt. Über den Gehalt an nichtwässrigem Lösungsmittel bzw. Gesamtlösungsmittelmenge kann die Eindringtiefe des Oberflächennachvernetzers in die Polymerpartikel eingestellt werden. Wird ausschließlich Wasser als Lösungsmittel verwendet, so wird vorteilhaft ein Tensid zugesetzt. Dadurch wird das Benetzungsverhalten verbessert und die Verklumpungsneigung vermindert. Vorzugsweise werden aber Lösungsmittelgemische eingesetzt, beispielsweise Isopro- panol/Wasser, 1 ,3-Propandiol/Wasser und Propylenglykol/Wasser, wobei das Mischungsmassenverhältnis vorzugsweise von 20:80 bis 40:60 beträgt. The surface postcrosslinkers are typically used as an aqueous solution. The penetration depth of the surface postcrosslinker into the polymer particles can be adjusted by the content of nonaqueous solvent or total solvent amount. If only water is used as the solvent, it is advantageous to add a surfactant. As a result, the wetting behavior is improved and the tendency to clog is reduced. However, preference is given to using solvent mixtures, for example isopropanol / water, 1,3-propanediol / water and propylene glycol / water, the mixing mass ratio preferably being from 20:80 to 40:60.
Die thermische Trocknung wird vorzugsweise in Kontakttrocknern, besonders bevorzugt Schaufeltrocknern, ganz besonders bevorzugt Scheibentrocknern, durchgeführt. Geeignete Trockner sind beispielsweise Hosokawa Bepex® Horizontal Paddle Dryer (Hosokawa Micron GmbH; Leingarten; Deutschland), Hosokawa Bepex® Disc Dryer (Hosokawa Micron GmbH; Leingarten; Deutschland), Holo-Flite® dryers (Metso Minerals Industries Inc.; Danville; USA) und NaraThe thermal drying is preferably carried out in contact dryers, more preferably paddle dryers, very particularly preferably disk dryers. Suitable dryers include Hosokawa Bepex® Horizontal Paddle Dryer (Hosokawa Micron GmbH, Leingarten, Germany), Hosokawa Bepex® Disc Dryer (Hosokawa Micron GmbH, Leingarten, Germany), Holo-Flite® dryers (Metso Minerals Industries, Inc., Danville, USA ) and Nara
Paddle Dryer (NARA Machinery Europe; Frechen; Deutschland). Überdies können auch Wirbelschichttrockner eingesetzt werden. Paddle Dryer (NARA Machinery Europe, Frechen, Germany). Moreover, fluidized bed dryers can also be used.
Die Trocknung kann im Mischer selbst erfolgen, durch Beheizung des Mantels oder Einblasen von Warmluft. Ebenso geeignet ist ein nachgeschalteter Trockner, wie beispielsweise ein Hordentrockner, ein Drehrohrofen oder eine beheizbare Schnecke. Besonders vorteilhaft wird in einem Wirbelschichttrockner gemischt und getrocknet. The drying can take place in the mixer itself, by heating the jacket or blowing hot air. Also suitable is a downstream dryer, such as a hopper dryer, a rotary kiln or a heatable screw. Particularly advantageous is mixed and dried in a fluidized bed dryer.
Bevorzugte Trocknungstemperaturen liegen im Bereich 100 bis 250°C, bevorzugt 120 bis 220°C, besonders bevorzugt 130 bis 210°C, ganz besonders bevorzugt 150 bis 200°C. Die bevorzugte Verweilzeit bei dieser Temperatur im Reaktionsmischer oder Trockner beträgt vor- zugsweise mindestens 10 Minuten, besonders bevorzugt mindestens 20 Minuten, ganz besonders bevorzugt mindestens 30 Minuten, und üblicherweise höchstens 60 Minuten. Preferred drying temperatures are in the range 100 to 250 ° C, preferably 120 to 220 ° C, more preferably 130 to 210 ° C, most preferably 150 to 200 ° C. The preferred residence time at this temperature in the reaction mixer or dryer is preferably at least 10 minutes, more preferably at least 20 minutes, most preferably at least 30 minutes, and usually at most 60 minutes.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die wasserabsorbie- renden Polymerpartikel nach der thermischen Trocknung gekühlt. Die Kühlung wird vorzugsweise in Kontaktkühlern, besonders bevorzugt Schaufelkühlern, ganz besonders bevorzugt Scheibenkühlern, durchgeführt. Geeignete Kühler sind beispielsweise Hosokawa Bepex® Horizontal Paddle Cooler (Hosokawa Micron GmbH; Leingarten; Deutschland), Hosokawa Bepex® Disc Cooler (Hosokawa Micron GmbH; Leingarten; Deutschland), Holo-Flite® coolers (Metso Minerals Industries Inc.; Danville; USA) und Nara Paddle Cooler (NARA Machinery Europe; Frechen; Deutschland). Überdies können auch Wirbelschichtkühler eingesetzt werden. In a preferred embodiment of the present invention, the water-absorbing polymer particles are cooled after the thermal drying. The cooling is preferably carried out in contact coolers, particularly preferably blade coolers, very particularly preferably disk coolers. Suitable coolers are, for example, Hosokawa Bepex® Horizontal Paddle Coolers (Hosokawa Micron GmbH, Leingarten, Germany), Hosokawa Bepex® Disc Coolers (Hosokawa Micron GmbH, Leingarten, Germany), Holo-Flite® coolers (Metso Minerals Industries, Inc., Danville, USA ) and Nara Paddle Cooler (NARA Machinery Europe, Frechen, Germany). Moreover, fluidized bed coolers can also be used.
Im Kühler werden die wasserabsorbierenden Polymerpartikel auf 20 bis 150°C, vorzugsweise 30 bis 120°C, besonders bevorzugt 40 bis 100°C, ganz besonders bevorzugt 50 bis 80°C, ab- gekühlt. In the cooler, the water-absorbing polymer particles to 20 to 150 ° C, preferably 30 to 120 ° C, more preferably 40 to 100 ° C, most preferably 50 to 80 ° C, cooled.
Anschließend können die oberflächennachvernetzten Polymerpartikel erneut klassiert werden, wobei zu kleine und/oder zu große Polymerpartikel abgetrennt und in das Verfahren rückgeführt werden. Subsequently, the surface-postcrosslinked polymer particles can be classified again, wherein too small and / or too large polymer particles are separated and recycled to the process.
Die oberflächennachvernetzten Polymerpartikel können zur weiteren Verbesserung der Eigenschaften beschichtet oder nachbefeuchtet werden. The surface-postcrosslinked polymer particles can be coated or post-moistened for further improvement of the properties.
Die Nachbefeuchtung wird vorzugsweise bei 30 bis 80°C, besonders bevorzugt bei 35 bis 70°C, ganz besonders bevorzugt bei 40 bis 60°C, durchgeführt. Bei zu niedrigen Temperaturen neigen die wasserabsorbierenden Polymerpartikel zum Verklumpen und bei höheren Temperaturen verdampft bereits merklich Wasser. Die zur Nachbefeuchtung eingesetzte Wassermenge beträgt vorzugsweise von 1 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt von 2 bis 8 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt von 3 bis 5 Gew.-%, jeweils bezogen auf die wasserabsorbierenden Po- lymerpartikel. Durch die Nachbefeuchtung wird die mechanische Stabilität der Polymerpartikel erhöht und deren Neigung zur statischen Aufladung vermindert. Vorteilhaft wird die Nachbefeuchtung im Kühler nach der thermischen Trocknung durchgeführt. The post-wetting is preferably carried out at 30 to 80 ° C, more preferably at 35 to 70 ° C, most preferably at 40 to 60 ° C. If the temperatures are too low, the water-absorbing polymer particles tend to clump together and at higher temperatures water is already noticeably evaporating. The amount of water used for the rewetting is preferably from 1 to 10 wt .-%, particularly preferably from 2 to 8 wt .-%, most preferably from 3 to 5 wt .-%, each based on the water-absorbing polymer lymerpartikel. By rewetting the mechanical stability of the polymer particles is increased and their tendency to static charge reduced. Advantageously, the post-humidification is carried out in the cooler after the thermal drying.
Geeignete Beschichtungen zur Verbesserung der Anquellgeschwindigkeit sowie der Permeabili- tät (SFC) sind beispielsweise anorganische inerte Substanzen, wie wasserunlösliche Metallsalze, organische Polymere, kationische Polymere sowie zwei- oder mehrwertige Metallkationen. Geeignete Beschichtungen zur Staubbindung sind beispielsweise Polyole. Geeignete Beschichtungen gegen die unerwünschte Verbackungsneigung der Polymerpartikel sind beispielsweise pyrogene Kieselsäure, wie Aerosil® 200, und Tenside, wie Span® 20. Suitable coatings for improving the swelling rate and the permeability (SFC) are, for example, inorganic inert substances, such as water-insoluble metal salts, organic polymers, cationic polymers and di- or polyvalent metal cations. Suitable coatings for dust binding are, for example, polyols. Suitable coatings against the unwanted caking tendency of the polymer particles are, for example, fumed silica, such as Aerosil® 200, and surfactants, such as Span® 20.
Methoden Bestimmung des Gehalts an 3-Hydroxoypropionsäure und Acrylsäure methods Determination of the content of 3-hydroxypropionic acid and acrylic acid
Die Gehalte an 3-Hydroxoypropionsäure und Acrylsäure werden durch Umkehrphasenchromatographie mit Ultraviolett-Detektion bestimmt. The contents of 3-hydroxypropionic acid and acrylic acid are determined by reverse phase chromatography with ultraviolet detection.
Zu Probenvorbereitung werden ca. 100 bis 300 mg Probe in einen 50ml Messkolben eigewogen und mit Eluent A aufgefüllt. Eluent A ist eine Mischung aus 1000 ml Wasser und 1 ml For sample preparation approx. 100 to 300 mg sample are weighed into a 50 ml volumetric flask and filled up with eluent A. Eluent A is a mixture of 1000 ml of water and 1 ml
0,5molarer Schwefelsäure. Zur Kalibrierung der 3-Hydroxypropionäure werden vier Einwaagen (ca. 280 mg, 180 mg, 90 mg und 60 mg) verwendet, wobei vor dem Auffüllen des 50ml Messkolbens mit ca. 100 μΙ 25gew.- %iger Schwefelsäure auf einen pH-Wert von 3 bis 4 angesäuert wird (ggf. nachsäuern). Der Kalibrierbereich beträgt 0,1 bis 280 mg/50ml. Zur Kalibrierung der Acrylsäure werden mindestens zwei Einwaagen auf mindestens sechs Konzentrationen verdünnt. Der Kalibrierbereich beträgt 0,01 bis 0,9 mg/50ml. 0.5 molar sulfuric acid. For the calibration of the 3-hydroxypropionic acid, four initial weights (about 280 mg, 180 mg, 90 mg and 60 mg) are used, with about 100 μΙ 25gew.% sulfuric acid to a pH of 3 to 4 is acidified (possibly acidify). The calibration range is 0.1 to 280 mg / 50ml. To calibrate the acrylic acid, at least two initial weights are diluted to at least six concentrations. The calibration range is 0.01 to 0.9 mg / 50ml.
Zur Umkehrphasenchromatographie wird eine Trennsäule vom Typ Prontosil 120-3-C18 AQ 3μηη, 150x4, 6mm (BISCHOFF Analysentechnik und -geräte GmbH, Leonberg, Deutschland) verwendet. Die Temperatur beträgt 25°C das Injektionsvolumen beträgt 50 μΙ, der Durchfluss beträgt 1 ,5 ml/min und die Laufzeit beträgt 15 Minuten. Der UV-Detektor wird auf 205 nm eingestellt. Von Anfang bis 8 Minuten wird 100 Gew.-% Eluent A, von 8 bis 1 1 ,5 Minuten wird eine Mischung aus 40 Gew.-% Eluent A und 60 Gew.-% Eluent B, von 1 1 ,5 bis Ende wird 100 Gew.- % Eluent A verwendet. Eluent B ist Acetonitril. For reversed-phase chromatography, a separation column of the type Prontosil 120-3-C18 AQ 3μηη, 150 × 4, 6 mm (BISCHOFF Analysentechnik GmbH, Leonberg, Germany) is used. The temperature is 25 ° C, the injection volume is 50 μΙ, the flow rate is 1, 5 ml / min and the duration is 15 minutes. The UV detector is set to 205 nm. From start to 8 minutes, 100% by weight of eluent A, from 8 to 11.5 minutes, will be a mixture of 40% by weight of eluent A and 60% by weight of eluent B, from 11.5 to the end 100% by weight of eluent A used. Eluent B is acetonitrile.
Bestimmung des Gehalts an oligomerer 3-Hydroxoypropionsäure und oligomerer Acrylsäure Determination of the content of oligomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric acrylic acid
Die Gehalte an oligomerer 3-Hydroxoypropionsäure und oligomerer Acrylsäure werden durch lonenausschlusschromatographie mit Brechungsindex-Detektion bestimmt. The contents of oligomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric acrylic acid are determined by ion exclusion chromatography with refractive index detection.
Zur Probenvorbereitung werden die zu analysierenden Komponenten mittels einer Festphasenextraktion (solid phase extraction) von der Probenmatrix getrennt. Dazu wird eine SPE- Kartusche vom Typ Bakerband SiOH 6 ml, 1000 mg (J.T.Baker, Avantor Performance Materials, Inc., Center Valley, PA, USA) verwendet. Die SPE-Kartusche wird mit 6 ml Methanol aktiviert und zweimal mit je 6 ml Eluent gespült. Die SPE-Kartusche darf nie trockenlaufen. Anschließend wird die Probe auf die SPE-Kartusche pipettiert und zehnmal mit je 1 ml Eluent in einen 10 ml Messkolben gespült. Die eingesetzte Probenmenge beträgt bei Sumpfproben 65 μΙ, bei Kopfproben 85 μΙ und bei Extraktproben 75 μΙ. Sofern die Proben kein hydrophobes Lösungsmittel (hochsiedendes organisches Lösungsmittel, Schleppmittel) enthalten, können diese Pro- ben ohne Extraktion aufgespritzt werden, dazu werden 85 μΙ direkt in 10 ml Eluent gelöst. Als Eluent wird 0,1 Vol.-%ige wässrige Phosphorsäure verwendet. Zur lonenausschlusschromatographie werden zwei Trennsäulen vom Typ Shodex RSpak KC- 81 1 , 300x8mm (SHOWA DENKO K.K. Shodex (Separation & HPLC) Group, Kawasaki, Japan) hintereinander geschaltet verwendet. Die Temperatur beträgt 40°C, das Injektionsvolumen beträgt 100 μΙ, der Durchfluss beträgt 1 ,0 ml/min und die Laufzeit beträgt 45 Minuten. Als Eluent wird 0,1 gew.-%ige wässriger Phosphorsäure verwendet. Der Autosampier wird auf 15°C gekühlt. For sample preparation, the components to be analyzed are separated from the sample matrix by means of solid phase extraction. For this purpose, a bakerband SiOH 6 ml, 1000 mg SPE cartridge (JTBaker, Avantor Performance Materials, Inc., Center Valley, PA, USA) is used. The SPE cartridge is activated with 6 ml of methanol and rinsed twice with 6 ml of eluent each time. The SPE cartridge should never run dry. The sample is then pipetted onto the SPE cartridge and rinsed ten times with 1 ml of eluent in a 10 ml volumetric flask. The amount of sample used in sump samples is 65 μΙ, in head samples 85 μΙ and in extract samples 75 μΙ. If the samples do not contain a hydrophobic solvent (high-boiling organic solvent, entrainment agent), these samples can be sprayed on without extraction by dissolving 85 μΙ directly in 10 ml eluent. The eluant used is 0.1% by volume aqueous phosphoric acid. For ion exclusion chromatography, two separation columns of the type Shodex RSpak KC-81 1, 300x8 mm (SHOWA DENKO KK Shodex (Separation & HPLC) Group, Kawasaki, Japan) are used in series. The temperature is 40 ° C, the injection volume is 100 μΙ, the flow rate is 1, 0 ml / min and the running time is 45 minutes. The eluent used is 0.1% strength by weight aqueous phosphoric acid. The autosampler is cooled to 15 ° C.
Zur Auswertung wird vor dem Integrieren ein Blindwertabzug gemacht. Dazu wird Eluent injiziert und das so erhaltene Chromatogramm vom Probenchromatogramm abgezogen. Die Auswer- tung erfolgt über Flächenprozent, wobei mittels folgender Formel in Gewichtsprozent umgerechnet wird: For evaluation, a blank value deduction is made before integrating. For this purpose, eluent is injected and the chromatogram thus obtained is subtracted from the sample chromatogram. The evaluation is carried out using area percent, whereby the following formula converts it into percent by weight:
Gewichts %(Oligomer) = ^ew^is ^{Monomer) xFiäcfoen%(Qiig0mer^ % By weight (oligomer) = ^ ew ^ is ^ {monomer) x Fiä c fo en% (Qiig 0mer ^
Flächen%(Monomer) Zur Auswertung der Oligomeren werden jeweils die Gehalte der Dimeren, Trimeren, Tetrameren und Pentameren (d.h. n = 2 bis 5) addiert. Die Retentionszeiten werden durch Injektion von 3- Hydroxypropionsäure und Diacrylsäure kontrolliert.  Area% (monomer) To evaluate the oligomers, the contents of the dimers, trimers, tetramers and pentamers (i.e., n = 2 to 5) are added together. Retention times are controlled by injection of 3-hydroxypropionic acid and diacrylic acid.
Bestimmung des pH-Werts Determination of pH
Zur Bestimmung des pH-Werts werden 1 ,0 g Probe in 10 ml entmineralisiertem Wasser bei 25°C gelöst bzw. suspendiert. Nach 10 Minuten wird der pH-Wert der wässrigen Phase bei 25°C mittels einer pH-Elektrode gemessen. To determine the pH, 1.0 g of sample is dissolved or suspended in 10 ml of demineralized water at 25.degree. After 10 minutes, the pH of the aqueous phase is measured at 25 ° C by means of a pH electrode.
Beispiele Beispiel 1 In einem 21 Dreihalskolben mit Doppelmantel und Destillationsaufsatz wurden 1 .500 g einer ca. 30 gew.-%igen wässrigen 3-Hydroxypropionsäure vorgelegt, 3 Stunden bei 100 mbar Wasser abdestilliert und der verbliebene Rückstand bei 40 mbar destilliert. Der Doppelmantel wurde mittels Wärmeträgeröls erwärmt. Der pH-Wert lag während der Destillation im Bereich von 2 bis 3. Die Zusammensetzung von Destillat und Destillationsrückstand wurde analysiert. Tab. 1 : Zusammensetzung des Destillats EXAMPLES Example 1 1,500 g of an approximately 30% strength by weight aqueous 3-hydroxypropionic acid were initially introduced into a 21 three-necked flask with double jacket and distillation head, water was distilled off at 100 mbar for 3 hours and the remaining residue was distilled at 40 mbar. The double jacket was heated by means of heat transfer oil. The pH during the distillation was in the range of 2 to 3. The composition of distillate and distillation residue was analyzed. Tab. 1: Composition of the distillate
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Tab. 2: Zusammensetzung des Destillationsrückstands Tab. 2: Composition of the distillation residue
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3HPA 3-Hydroxypropionsäure 3HPA 3-hydroxypropionic acid
AS Acrylsaure  AS acrylic acid
Oligo-3HPA oligomere 3-Hydroxypropionsäure  Oligo-3HPA oligomeric 3-hydroxypropionic acid
Oligo-AS oligomere Acrylsaure  Oligo-AS oligomeric acrylic acid
Die Ergebnisse zeigen, dass im Destillationsrückstand zunächst monomere 3-Hydroxypropionsäure in oligomere 3-Hydroxypropionsäure umgewandelt wird. Erst danach entsteht nennenswert Acrylsäure und oligomere Acrylsäure. Vermutlich läuft die Dehydratisierung von 3-Hydroxy- Propionsäure über oligomere 3-Hydroxypropionsäure als Zwischenstufe. Für eine hohe Ausbeute und eine hohe Selektivität muss daher monomere 3-Hydroxypropionsäure in oligomere 3-Hydroxypropionsäure umgewandelt werden. The results show that monomeric 3-hydroxypropionic acid is first converted into oligomeric 3-hydroxypropionic acid in the distillation residue. Only then does acrylic acid and oligomeric acrylic acid develop appreciably. Presumably, dehydration of 3-hydroxypropionic acid proceeds via oligomeric 3-hydroxypropionic acid as an intermediate. For high yield and high selectivity, therefore, monomeric 3-hydroxypropionic acid must be converted to oligomeric 3-hydroxypropionic acid.
Beispiel 2 Example 2
Die Umsetzung von monomerer 3-Hydroxypropionsäure zu oligomerer 3-Hydroxypropionsäure wird in einem Reaktor mit Zwangsumlaufentspannungsverdampfer und aufgesetzter Rektifikationskolonne 1 durchgeführt. Als Reaktor wird ein 31 Glasbehälter mit Doppelmantel eingesetzt. Die Flüssigkeitsmenge im Reaktor beträgt ca. 2500 g. Der Reaktor ist gleichzeitig der Sumpf der Rektifikationskolonne 1 . The reaction of monomeric 3-hydroxypropionic acid to oligomeric 3-hydroxypropionic acid is carried out in a forced circulation flash evaporator reactor and rectification column 1. The reactor used is a glass container with a double jacket. The amount of liquid in the reactor is about 2500 g. The reactor is at the same time the bottom of the rectification column. 1
Der Zwangsumlaufentspannungsverdampfer besteht aus einer Pumpe, einem Wärmetauscher und einem Druckhalteventil. Der Reaktorinhalt wird mittels der Pumpe über den Wärmetauscher und das Druckhalteventil im Kreis gefördert. The forced circulation expansion evaporator consists of a pump, a heat exchanger and a pressure maintenance valve. The contents of the reactor are circulated by means of the pump via the heat exchanger and the pressure maintenance valve.
Als Rektifikationskolonne 1 wird eine 10bödige Glockenbodenkolone mit einem Innendurchmesser von 50 mm eingesetzt. Die Rektifikationskolonne 1 wird elektrisch begleitbeheizt. The rectification column 1 used is a 10-bottomed bubble-cap colony with an internal diameter of 50 mm. The rectification column 1 is electrically accompanied by heating.
Als Zulauf werden 1000 g/h wässrige 3-Hydroxypropionsäure auf den 5. Boden der Glockenbodenkolone gefördert. Die wässrige 3-Hydroxypropionsäure hat die folgende Zusammensetzung: As feed, 1000 g / h of aqueous 3-hydroxypropionic acid are conveyed to the bottom of the bubble-cap colony. The aqueous 3-hydroxypropionic acid has the following composition:
40,2 Gew.-% Wasser, 40.2% by weight of water,
2,1 Gew.-% Acrylsäure, 2.1% by weight of acrylic acid,
0,1 Gew.-% oligomere Acrylsäure,  0.1% by weight of oligomeric acrylic acid,
52,6 Gew.-% 3-Hydroxypropionsäure und  52.6 wt .-% of 3-hydroxypropionic acid and
5,0 Gew.-% oligomere 3-Hydroxypropionsäure Durch den Zwangsumlaufentspannungsverdampfer wird der Reaktorinhalt im Kreis gefördert. Vor dem Druckhalteventil beträgt der Druck 2,0 bar und die Temperatur 175°C.  5.0% by weight of oligomeric 3-hydroxypropionic acid The forced circulation flash evaporator conveys the reactor contents in a circle. Before the pressure-maintaining valve, the pressure is 2.0 bar and the temperature is 175 ° C.
Der Druck am Kopf der Rektifikationskolonne 1 beträgt 100 mbar. Der Brüden wird mittels eines Kühlers kondensiert und teilweise als Rücklauf in die Rektifikationskolonne 1 zurückgeführt und teilweise ausgeschleust. Es werden 298,8 g/h Kondensat ausgeschleust. Das Kondensat hat die folgende Zusammensetzung: The pressure at the top of the rectification column 1 is 100 mbar. The vapor is condensed by means of a cooler and partially recycled as reflux into the rectification column 1 and partially discharged. There are discharged 298.8 g / h of condensate. The condensate has the following composition:
99,1 Gew.-% Wasser, 99.1% by weight of water,
0,9 Gew.-% Acrylsäure und 0.9 wt .-% acrylic acid and
<0,0001 Gew.-% 3-Hydroxypropionsäure <0.0001% by weight of 3-hydroxypropionic acid
Aus dem Reaktor werden 701 ,2 g/h einer wässrigen Mischung von monomerer 3-Hydroxypropionsäure und oligomerer 3-Hydroxypropionsäure ausgeschleust. Die Mischung hat die folgende Zusammensetzung: 701.2 g / h of an aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid are discharged from the reactor. The mixture has the following composition:
20,1 Gew.-% Wasser, 20.1% by weight of water,
0,2 Gew.-% Acrylsäure, 0.2% by weight of acrylic acid,
2,5 Gew.-% oligomere Acrylsäure, 2.5% by weight of oligomeric acrylic acid,
32,4 Gew.-% 3-Hydroxypropionsäure und 32.4 wt .-% of 3-hydroxypropionic acid and
44,8 Gew.-% oligomere 3-Hydroxypropionsäure Beispiel 3 44.8% by weight of oligomeric 3-hydroxypropionic acid Example 3
Die Umsetzung von monomerer 3-Hydroxypropionsäure zu oligomerer 3-Hydroxypropionsäure wird in einem Reaktor mit Zwangsumlaufentspannungsverdampfer und aufgesetzter Rektifikati- onskolonne 1 durchgeführt. The reaction of monomeric 3-hydroxypropionic acid to oligomeric 3-hydroxypropionic acid is carried out in a reactor with forced circulation flash evaporator and attached rectification column 1.
Als Reaktor wird ein 31 Glasbehälter mit Doppelmantel eingesetzt. Die Flüssigkeitsmenge im Reaktor beträgt ca. 2500 g. Der Reaktor ist gleichzeitig der Sumpf der Rektifikationskolonne 1 . Der Zwangsumlaufentspannungsverdampfer besteht aus einer Pumpe, einem Wärmetauscher und einem Druckhalteventil. Der Reaktorinhalt wird mittels der Pumpe über den Wärmetauscher und das Druckhalteventil im Kreis gefördert. The reactor used is a glass container with a double jacket. The amount of liquid in the reactor is about 2500 g. The reactor is at the same time the bottom of the rectification column. 1 The forced circulation expansion evaporator consists of a pump, a heat exchanger and a pressure maintenance valve. The contents of the reactor are circulated by means of the pump via the heat exchanger and the pressure maintenance valve.
Als Rektifikationskolonne 1 wird eine 10bödige Glockenbodenkolone mit einem Innendurch- messer von 50 mm eingesetzt. Die Rektifikationskolonne 1 wird elektrisch begleitbeheizt. The rectification column 1 used is a 10-bottomed bubble-cap colony with an internal diameter of 50 mm. The rectification column 1 is electrically accompanied by heating.
Als Zulauf werden 1000 g/h wässrige 3-Hydroxypropionsäure auf den 5. Boden der Glockenbodenkolone gefördert. Die wässrige 3-Hydroxypropionsäure hat die folgende Zusammensetzung: 40,2 Gew.-% Wasser, As feed, 1000 g / h of aqueous 3-hydroxypropionic acid are conveyed to the bottom of the bubble-cap colony. The aqueous 3-hydroxypropionic acid has the following composition: 40.2% by weight of water,
2,1 Gew.-% Acrylsäure, 2.1% by weight of acrylic acid,
0,1 Gew.-% oligomere Acrylsäure, 0.1% by weight of oligomeric acrylic acid,
52,6 Gew.-% 3-Hydroxypropionsäure und 52.6 wt .-% of 3-hydroxypropionic acid and
5,0 Gew.-% oligomere 3-Hydroxypropionsäure 5.0% by weight of oligomeric 3-hydroxypropionic acid
Durch den Zwangsumlaufentspannungsverdampfer wird der Reaktorinhalt im Kreis gefördert. Vor dem Druckhalteventil beträgt der Druck 2,0 bar und die Temperatur 175°C. The forced circulation evaporator evaporates the reactor contents in a circle. Before the pressure-maintaining valve, the pressure is 2.0 bar and the temperature is 175 ° C.
Es werden 500 g/h des Reaktorinhalts entnommen, mit dem Zulauf gemischt und auf den 5. Boden der Glockenbodenkolone gefördert. 500 g / h of the reactor contents are removed, mixed with the feed and conveyed to the 5th floor of the bubble-cap colony.
Der Druck am Kopf der Rektifikationskolonne 1 beträgt 100 mbar. Der Brüden wird mittels eines Kühlers kondensiert und teilweise als Rücklauf in die Rektifikationskolonne 1 zurückgeführt und teilweise ausgeschleust. Es werden 314,9 g/h Kondensat ausgeschleust. Das Kondensat hat die folgende Zusammensetzung: The pressure at the top of the rectification column 1 is 100 mbar. The vapor is condensed by means of a cooler and partially recycled as reflux into the rectification column 1 and partially discharged. There are discharged 314.9 g / h of condensate. The condensate has the following composition:
99,35 Gew.-% Wasser, 99.35% by weight of water,
0,65 Gew.-% Acrylsäure und  0.65 wt .-% acrylic acid and
<0,0001 Gew.-% 3-Hydroxypropionsäure Aus dem Reaktor werden 685,1 g/h einer wässrigen Mischung aus monomerer 3-Hydroxy- propionsäure und oligomerer 3-Hydroxypropionsäure ausgeschleust. Die Mischung hat die folgende Zusammensetzung: 18,7 Gew.-% Wasser, <0.0001% by weight of 3-hydroxypropionic acid 685.1 g / h of an aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid are discharged from the reactor. The mixture has the following composition: 18.7% by weight of water,
<0,05 Gew.-% Acrylsäure, <0.05% by weight of acrylic acid,
2,9 Gew.-% oligomere Acrylsäure, 2.9% by weight of oligomeric acrylic acid,
28,4 Gew.-% 3-Hydroxypropionsäure und 28.4 wt .-% of 3-hydroxypropionic acid and
50,0 Gew.-% oligomere 3-Hydroxypropionsäure 50.0% by weight of oligomeric 3-hydroxypropionic acid
Beispiel 4 Example 4
Die Umsetzung von einer wässrigen Mischung aus monomerer 3-Hydroxypropionsäure und oligomerer 3-Hydroxypropionsäure zu Acrylsäure wird in einem Reaktor mit Zwangsumlaufent- spannungsverdampfer und aufgesetzter Rektifikationskolonne 4 durchgeführt. The reaction of an aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid to acrylic acid is carried out in a reactor with forced circulation desulphurisation apparatus and attached rectification column 4.
Als Reaktor wird ein 51 Glasbehälter mit Doppelmantel eingesetzt. Die Flüssigkeitsmenge im Reaktor beträgt ca. 4000 g. Die Temperatur in Reaktor beträgt 174°C. Der Druck im Reaktor beträgt 360 mbar. Der Reaktor ist gleichzeitig der Sumpf der Rektifikationskolonne 4. The reactor used is a 51 glass container with a double jacket. The amount of liquid in the reactor is about 4000 g. The temperature in the reactor is 174 ° C. The pressure in the reactor is 360 mbar. The reactor is at the same time the bottom of the rectification column 4.
Der Zwangsumlaufentspannungsverdampfer besteht aus einer Pumpe, einem Wärmetauscher und einem Druckhalteventil. Der Reaktorinhalt wird mittels der Pumpe über den Wärmetauscher und das Druckhalteventil im Kreis gefördert. Der Zulauf an wässriger Mischung aus monomerer 3-Hydroxypropionsäure und oligomerer 3-Hydroxypropionsäure und an hochsiedendem Lösungsmittel wird vor dem Wärmetauscher in den Kreis dosiert. Unterhalb des Wärmetauschers werden 9 l/h eines Luft/Stickstoff-Gemisches mit einem Sauerstoffgehalt von 6 Vol.-% (Magerluft) in den Kreis dosiert. Es werden 250 g/h wässrige Mischung aus monomerer 3-Hydroxypropionsäure und oligomerer 3-Hydroxypropionsäure und 35 g/h hochsiedendes Lösungsmittel als Zulauf eingesetzt. Die wässrige Mischung aus monomerer 3-Hydroxypropionsäure und oligomerer 3-Hydroxypropionsäure hat folgende Zusammensetzung: 29,5 Gew.-% Wasser, The forced circulation expansion evaporator consists of a pump, a heat exchanger and a pressure maintenance valve. The contents of the reactor are circulated by means of the pump via the heat exchanger and the pressure maintenance valve. The feed of aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid and high-boiling solvent is metered into the circuit before the heat exchanger. Below the heat exchanger, 9 l / h of an air / nitrogen mixture with an oxygen content of 6% by volume (lean air) are metered into the circuit. 250 g / h of aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid and 35 g / h of high-boiling solvent are used as feed. The aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid has the following composition: 29.5% by weight of water,
0,7 Gew.-% Acrylsäure,  0.7% by weight of acrylic acid,
0,1 Gew.-% oligomere Acrylsäure  0.1% by weight of oligomeric acrylic acid
39,8 Gew.-% 3-Hydroxypropionsäure.  39.8% by weight of 3-hydroxypropionic acid.
27,3 Gew.-% oligomere 3-Hydroxypropionsäure,  27.3% by weight of oligomeric 3-hydroxypropionic acid,
0,9 Gew.-% 2-Hydroxypropionsäure,  0.9% by weight of 2-hydroxypropionic acid,
0,4 Gew.-% Bernsteinsäure, 0,0015 Gew.-% Formaldehyd, 0.4% by weight of succinic acid, 0.0015% by weight of formaldehyde,
0,001 Gew.-% Acetaldehyd,  0.001% by weight of acetaldehyde,
0,012 Gew.-% Arabitol,  0.012% by weight of arabitol,
0,041 Gew.-% Erythritol,  0.041% by weight of erythritol,
0,7 Gew.-% 2-Hydroxy(iso)valeriansäure,  0.7% by weight of 2-hydroxy (iso) valeric acid,
Glukose, Glukoseester und weitere Schwersieder  Glucose, glucose esters and other high boilers
Als hochsiedendes Lösungsmittel wurde Diethylphthalat eingesetzt. Das hochsiedende Lösungsmittel enthielt zusätzlich 0,1 Gew.-% Phenothiazin und 0,5 Gew.-% Hydrochinonmonome- thylether. Diethyl phthalate was used as the high-boiling solvent. The high-boiling solvent additionally contained 0.1% by weight of phenothiazine and 0.5% by weight of hydroquinone monomethyl ether.
Dem Reaktor werden 54 g/h Rückstand entnommen. The reactor is removed 54 g / h residue.
Die Rektifikationskolonne 4 hat einen Innendurchmesser von 50 mm und wird elektrisch be- gleitbeheizt. Die Rektifikationskolonne hat insgesamt 80 Böden und einen Seitenabzug, wobei sich unterhalb des Seitenabzugs 20 Dual-Flow-Böden und oberhalb des Seitenabzugs 60 Glockenböden befinden. The rectification column 4 has an inner diameter of 50 mm and is electrically accompanied by heating. The rectification column has a total of 80 trays and a side take-off, with 20 dual-flow trays below the side take-off and 60 bubble trays above the side take-off.
Der Seitenabzug zwischen dem 20. Und 21 . Boden ist ein Fangboden. Dort wird die Flüssigkeit vollständig als Rohacrylsäure entnommen und mittels einer Pumpe durch einen Wärmetauscher gefördert, dabei auf 15°C gekühlt und in eine Suspensionskristallisation überführt. Es werden 294 g/h Rohacrylsäure mit folgender Zusammensetzung erhalten: The side print between the 20th and 21st Soil is a catch bottom. There, the liquid is completely removed as crude acrylic acid and conveyed by a pump through a heat exchanger, while cooled to 15 ° C and transferred into a suspension crystallization. 294 g / h of crude acrylic acid having the following composition are obtained:
3,0 Gew.-% Wasser, 3.0% by weight of water,
97,0 Gew.-% Acrylsäure,  97.0% by weight of acrylic acid,
<0,001 Gew.-% 3-Hydroxypropionsäure.  <0.001% by weight of 3-hydroxypropionic acid.
<0,001 Gew.-% Diethylphthalat,  <0.001% by weight of diethyl phthalate,
0,020 Gew.-% Phenothiazin  0.020% by weight of phenothiazine
0,040 Gew.-% Hydrochinonmonomethylether  0.040% by weight of hydroquinone monomethyl ether
<0,001 Gew.-% Ethanol,  <0.001% by weight of ethanol,
0,006 Gew.-% Ethylacrylat,  0.006% by weight of ethyl acrylate,
<0,001 Gew.-% 2-Hydroxypropionsäure,  <0.001% by weight of 2-hydroxypropionic acid,
<0,001 Gew.-% Formaldehyd,  <0.001% by weight of formaldehyde,
<0,001 Gew.-% Acetaldehyd und  <0.001% by weight of acetaldehyde and
<0,001 Gew.-% 2-Hydroxy(iso)valeriansäure  <0.001% by weight of 2-hydroxy (iso) valeric acid
Zur Suspensionskristallisation wird ein 31 Glasbehälter mit Wendelrührer verwendet. Die Kristallisationswärme wird über einen gekühlten Doppelmantel abgeführt. Die Temperatur der Kristallsuspension im Glasbehälter beträgt 7,9°C. Die bei der Kristallisation erzeugte Kristallsuspension wird mittels einer Zentrifuge bei 2000 U/min und einer Schleuderzeit von 1 min diskontinuierlich in Kristalle und Mutterlauge getrennt. Die Kristalle werden mit Reinacrylsäure gewaschen und aufgeschmolzen. Die Mutterlauge wird auf 70°C erwärmt und vollständig auf den 10. Boden der Rektifikationskolonne 4 dosiert. For suspension crystallization, a glass container with a helical stirrer is used. The heat of crystallization is dissipated via a cooled double jacket. The temperature of the crystal suspension in the glass container is 7.9 ° C. The crystal suspension produced in the crystallization is discontinuously separated by means of a centrifuge at 2000 U / min and a spin time of 1 min in crystals and mother liquor. The crystals are washed with pure acrylic acid and melted. The mother liquor is heated to 70 ° C and completely dosed to the 10th bottom of the rectification column 4.
Als Puffer zwischen der kontinuierlichen Rektifikation und der diskontinuierlichen Suspensions- kristallisation werden zwei 51 Glasbehälter mit Doppelmantel eingesetzt. As buffer between the continuous rectification and the discontinuous suspension crystallization, two 51 glass containers with double jacket are used.
Auf den 45. Boden der Rektifikationskolonne 4 werden 10 g/h einer 0,5 gew.-%igen Lösung von Phenothiazin in Rohacrylsäure dosiert und auf den 80. Boden der Rektifikationskolonne 4 werden 5 g/h einer 1 ,0 gew.-%igen Lösung von Hydrochinonmonomethylether in Sauerwasser do- siert. 10 g / h of a 0.5% by weight solution of phenothiazine in crude acrylic acid are metered into the 45th tray of the rectification column 4, and 5 g / h of a 1.0% by weight are added to the 80th tray of the rectification column 4. solution of hydroquinone monomethyl ether in acid water.
Der am Kopf der Rektifikationskolonne 4 anfallende Brüden wird in einem Wärmetauscher auf 20°C gekühlt und kondensiert (Sauerwasser). Von dem Sauerwasser werden 7000 g/h vor dem Wärmetauscher im Brüden versprüht, 184 g/h auf den 80. Boden der Rektifikationskolonne 4 dosiert und 83 g/h ausgeschleust. Das Sauerwasser hat die folgende Zusammensetzung: The vapor obtained at the top of the rectification column 4 is cooled to 20 ° C. in a heat exchanger and condensed (sour water). Of the sour water 7000 g / h are sprayed in the vapor upstream of the heat exchanger, metered 184 g / h to the 80th bottom of the rectification column 4 and discharged 83 g / h. The sour water has the following composition:
95,0 Gew.-% Wasser, 95.0% by weight of water,
5,0 Gew.-% Acrylsäure,  5.0% by weight of acrylic acid,
0,025 Gew.-% Ethanol,  0.025% by weight of ethanol,
0,015 Gew.-% Ethylacrylat,  0.015% by weight of ethyl acrylate,
<0,001 Gew.-% Formaldehyd und  <0.001 wt .-% formaldehyde and
<0,001 Gew.-% Acetaldehyd  <0.001% by weight of acetaldehyde
Das Abgas wird über einen weiteren Wärmetauscher (Nachkühler) geführt. The exhaust gas is passed through another heat exchanger (aftercooler).
Beispiel 5 Example 5
Die Umsetzung von einer wässrigen Mischung aus monomerer 3-Hydroxypropionsäure und oligomerer 3-Hydroxypropionsäure zu Acrylsäure wird in einem Reaktor mit Zwangsumlaufent- spannungsverdampfer und aufgesetzter Rektifikationskolonne 4 durchgeführt. Am Kopf der Rektifikationskolonne wird ein Schleppmittel zugesetzt. The reaction of an aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid to acrylic acid is carried out in a reactor with forced circulation desulphurisation apparatus and attached rectification column 4. An entrainer is added at the top of the rectification column.
Als Reaktor wird ein 51 Glasbehälter mit Doppelmantel eingesetzt. Die Flüssigkeitsmenge im Reaktor beträgt ca. 4000 g. Die Temperatur in Reaktor beträgt 167°C. Der Druck im Reaktor beträgt 230 mbar. Der Reaktor ist gleichzeitig der Sumpf der Rektifikationskolonne 4. The reactor used is a 51 glass container with a double jacket. The amount of liquid in the reactor is about 4000 g. The temperature in the reactor is 167 ° C. The pressure in the reactor is 230 mbar. The reactor is at the same time the bottom of the rectification column 4.
Der Zwangsumlaufentspannungsverdampfer besteht aus einer Pumpe, einem Wärmetauscher und einem Druckhalteventil. Der Reaktorinhalt wird mittels der Pumpe über den Wärmetauscher und das Druckhalteventil im Kreis gefördert. Der Zulauf an wässriger Mischung aus monomerer 3-Hydroxypropionsäure und oligomerer 3-Hydroxypropionsäure und an hochsiedendem Lö- sungsmittel wird vor dem Wärmetauscher in den Kreis dosiert. Unterhalb des Wärmetauschers werden 13 l/h eines Luft/Stickstoff-Gemisches mit einem Sauerstoffgehalt von 6 Vol.-% (Magerluft) in den Kreis dosiert. Es werden 250 g/h wässrige Mischung aus monomerer 3-Hydroxypropionsäure und oligomerer 3-Hydroxypropionsäure und 35 g/h hochsiedendes Lösungsmittel als Zulauf eingesetzt. Die wässrige Mischung aus monomerer 3-Hydroxypropionsäure und oligomerer 3-Hydroxypropionsäure hat folgende Zusammensetzung: The forced circulation expansion evaporator consists of a pump, a heat exchanger and a pressure maintenance valve. The contents of the reactor are circulated by means of the pump via the heat exchanger and the pressure maintenance valve. The feed of an aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid and at high boiling point agent is metered into the circuit in front of the heat exchanger. Below the heat exchanger, 13 l / h of an air / nitrogen mixture with an oxygen content of 6% by volume (lean air) are metered into the circuit. 250 g / h of aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid and 35 g / h of high-boiling solvent are used as feed. The aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid has the following composition:
29,5 Gew.-% Wasser, 29.5% by weight of water,
0,7 Gew.-% Acrylsäure,  0.7% by weight of acrylic acid,
0,1 Gew.-% oligomere Acrylsäure  0.1% by weight of oligomeric acrylic acid
39,8 Gew.-% 3-Hydroxypropionsäure.  39.8% by weight of 3-hydroxypropionic acid.
27,3 Gew.-% oligomere 3-Hydroxypropionsäure,  27.3% by weight of oligomeric 3-hydroxypropionic acid,
0,9 Gew.-% 2-Hydroxypropionsäure,  0.9% by weight of 2-hydroxypropionic acid,
0,4 Gew.-% Bernsteinsäure,  0.4% by weight of succinic acid,
0,0015 Gew.-% Formaldehyd,  0.0015% by weight of formaldehyde,
0,001 Gew.-% Acetaldehyd,  0.001% by weight of acetaldehyde,
0,012 Gew.-% Arabitol,  0.012% by weight of arabitol,
0,041 Gew.-% Erythritol,  0.041% by weight of erythritol,
0,7 Gew.-% 2-Hydroxy(iso)valeriansäure,  0.7% by weight of 2-hydroxy (iso) valeric acid,
Glukose, Glukoseester und weitere Schwersieder  Glucose, glucose esters and other high boilers
Als hochsiedendes Lösungsmittel wurde Diethylphthalat eingesetzt. Das hochsiedende Lö- sungsmittel enthielt zusätzlich 0,1 Gew.-% Phenothiazin und 0,5 Gew.-% Hydrochinonmonome- thylether. Diethyl phthalate was used as the high-boiling solvent. The high-boiling solvent additionally contained 0.1% by weight of phenothiazine and 0.5% by weight of hydroquinone monomethyl ether.
Dem Reaktor werden 53 g/h Rückstand entnommen. Die Rektifikationskolonne 4 hat einen Innendurchmesser von 50 mm und wird elektrisch begleitbeheizt. Die Rektifikationskolonne hat insgesamt 60 Böden und einen Seitenabzug, wobei sich unterhalb des Seitenabzugs 20 Dual-Flow-Böden und oberhalb des Seitenabzugs 40 Glockenböden befinden. Der Seitenabzug zwischen dem 20. Und 21 . Boden ist ein Fangboden. Dort wird die Flüssigkeit vollständig als Rohacrylsäure entnommen und mittels einer Pumpe durch einen Wärmetauscher gefördert, dabei auf 15°C gekühlt und in eine Suspensionskristallisation überführt. Es werden 304 g/h Rohacrylsäure mit folgender Zusammensetzung erhalten: 3,7 Gew.-% Wasser, The reactor is removed 53 g / h residue. The rectification column 4 has an inner diameter of 50 mm and is electrically accompanied by heating. The rectification column has a total of 60 trays and a side take-off, with 20 dual-flow trays below the side take-off and 40 bubble trays above the side take-off. The side print between the 20th and 21st Soil is a catch bottom. There, the liquid is completely removed as crude acrylic acid and conveyed by a pump through a heat exchanger, while cooled to 15 ° C and transferred into a suspension crystallization. There are obtained 304 g / h of crude acrylic acid having the following composition: 3.7% by weight of water,
96,3 Gew.-% Acrylsäure, <0,001 Gew.-% 3-Hydroxypropionsäure. 96.3% by weight of acrylic acid, <0.001% by weight of 3-hydroxypropionic acid.
<0,001 Gew.-% Diethylphthalat,  <0.001% by weight of diethyl phthalate,
0,020 Gew.-% Phenothiazin  0.020% by weight of phenothiazine
0,040 Gew.-% Hydrochinonmonomethylether  0.040% by weight of hydroquinone monomethyl ether
<0,001 Gew.- -% Ethanol,  <0.001% by weight of ethanol,
<0,001 Gew.- -% Ethylacrylat,  <0.001% by weight of ethyl acrylate,
<0,001 Gew.- -% 2-Hydroxypropionsäure,  <0.001% by weight of 2-hydroxypropionic acid,
<0,001 Gew.- -% Formaldehyd,  <0.001% by weight of formaldehyde,
<0,001 Gew.- -% Acetaldehyd,  <0.001% by weight of acetaldehyde,
<0,001 Gew.- -% 2-Hydroxy(iso)valeriansäure und  <0.001% by weight of 2-hydroxy (iso) valeric acid and
<0,001 Gew.- -% Toluol  <0.001% by weight of toluene
Zur Suspensionskristallisation wird ein 31 Glasbehälter mit Wendelrührer verwendet. Die Kristallisationswärme wird über einen gekühlten Doppelmantel abgeführt. Die Temperatur der Kristall- Suspension im Glasbehälter beträgt 7,9°C. Die bei der Kristallisation erzeugte Kristallsuspension wird mittels einer Zentrifuge bei 2000 U/min und einer Schleuderzeit von 1 min diskontinuierlich in Kristalle und Mutterlauge getrennt. Die Kristalle werden mit Reinacrylsäure gewaschen und aufgeschmolzen. Die Mutterlauge wird auf 70°C erwärmt und vollständig auf den 10. Boden der Rektifikationskolonne 4 dosiert. For suspension crystallization, a glass container with a helical stirrer is used. The heat of crystallization is dissipated via a cooled double jacket. The temperature of the crystal suspension in the glass container is 7.9 ° C. The crystal suspension produced in the crystallization is discontinuously separated by means of a centrifuge at 2000 U / min and a spin time of 1 min in crystals and mother liquor. The crystals are washed with pure acrylic acid and melted. The mother liquor is heated to 70 ° C and completely dosed to the 10th bottom of the rectification column 4.
Als Puffer zwischen der kontinuierlichen Rektifikation und der diskontinuierlichen Suspensionskristallisation werden zwei 51 Glasbehälter mit Doppelmantel eingesetzt. As a buffer between the continuous rectification and the discontinuous suspension crystallization, two 51 double-walled glass containers are used.
Auf den 45. Boden der Rektifikationskolonne 4 werden 10 g/h einer 0,5 gew.-%igen Lösung von Phenothiazin in Rohacrylsäure dosiert und auf den 80. Boden der Rektifikationskolonne 4 werden 5 g/h einer 1 ,0 gew.-%igen Lösung von Hydrochinonmonomethylether in Sauerwasser dosiert. 10 g / h of a 0.5% by weight solution of phenothiazine in crude acrylic acid are metered into the 45th tray of the rectification column 4, and 5 g / h of a 1.0% by weight are added to the 80th tray of the rectification column 4. solution of hydroquinone monomethyl ether in sour water.
Der am Kopf der Rektifikationskolonne 4 anfallende Brüden wird in einem Wärmetauscher auf 20°C gekühlt, kondensiert und in einem Phasenscheider gesammelt. Als Schleppmittel wird Toluol eingesetzt. Es werden 5 g/h Toluol in die organische Phase dosiert um Verluste an Schleppmittel auszugleichen. The vapor obtained at the top of the rectification column 4 is cooled to 20 ° C. in a heat exchanger, condensed and collected in a phase separator. As entrainer toluene is used. 5 g / h of toluene are metered into the organic phase to compensate for losses of entrainer.
Von der organischen Phase werden 7000 g/h vor dem Wärmetauscher im Brüden versprüht und 465 g/h auf den 30. Boden der Rektifikationskolonne 4 dosiert. Die wässrige Phase (Sauerwasser) wird ausgeschleust. Das Sauerwasser hat die folgende Zusammensetzung: From the organic phase 7000 g / h are sprayed in the vapor upstream of the heat exchanger and metered 465 g / h to the 30th bottom of the rectification column 4. The aqueous phase (sour water) is discharged. The sour water has the following composition:
99,9 Gew.-% Wasser, 99.9% by weight of water,
0,022 Gew.-% Acrylsäure,  0.022% by weight of acrylic acid,
0,014 Gew.-% Ethanol,  0.014% by weight of ethanol,
0,0030 Gew.-% Ethylacrylat, 0,0013 Gew.-% Formaldehyd, 0.0030% by weight of ethyl acrylate, 0.0013% by weight of formaldehyde,
<0,001 Gew.-% Acetaldehyd und  <0.001% by weight of acetaldehyde and
0,068 Gew.-% Toluol Das Abgas wird über einen weiteren Wärmetauscher (Nachkühler) geführt.  0.068 wt .-% toluene The exhaust gas is passed through another heat exchanger (aftercooler).

Claims

Patentansprüche claims
1 . Verfahren zur kontinuierlichen Dehydratisierung von wässriger 3-Hydroxypropionsäure zu Acrylsäure, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt i) aus der wässrigen 3-Hydroxypropionsäure ein Teil des Wassers bei einem Druck von weniger als 900 mbar abdestilliert wird, wobei der pH-Wert während der Destillation größer 1 ,5 ist und sich ein Teil der monomeren 3-Hydroxypropionsäure während der Destillation unter Wasserabspaltung in oligomere 3-Hydroxypropionsäure umwandelt, und in einem zweiten Schritt ii) die in Schritt i) erhaltene wässrige Mischung aus monomerer 3-Hydroxypropionsäure und oligomerer 3-Hydroxypropionsäure in flüssiger Phase bei einem Druck von weniger als1 . A process for the continuous dehydration of aqueous 3-hydroxypropionic acid to acrylic acid, characterized in that in a first step i) from the aqueous 3-hydroxypropionic acid, a part of the water is distilled off at a pressure of less than 900 mbar, wherein the pH during the Distillation greater than 1, 5 and a part of the monomeric 3-hydroxypropionic acid during the distillation with elimination of water converts into oligomeric 3-hydroxypropionic acid, and in a second step ii) the obtained in step i) aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3rd -Hydroxypropionic acid in the liquid phase at a pressure of less than
900 mbar zu Acrylsäure umgesetzt wird. 900 mbar is converted to acrylic acid.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die in Schritt i) erhaltene wässrige Mischung aus monomerer 3-Hydroxypropionsäure und oligomerer 2. The method according to claim 1, characterized in that the obtained in step i) aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric
3-Hydroxypropionsäure von 15 bis 35 Gew.-% Wasser enthält.  3-hydroxypropionic acid of 15 to 35 wt .-% water.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wassergehalt in Schritt i) um mindestens 15 Gew.-% gesenkt wird. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the water content in step i) is lowered by at least 15 wt .-%.
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an monomerer 3-Hydroxypropionsäure in Schritt i) um mindestens 25 Gew.-% gesenkt wird. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the content of monomeric 3-hydroxypropionic acid in step i) by at least 25 wt .-% is lowered.
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Um- Setzung in Schritt i) bei einer Temperatur von weniger als 70°C durchgeführt wird. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the reaction in step i) is carried out at a temperature of less than 70 ° C.
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung in Schritt i) bei einem Druck von 40 bis 150 mbar durchgeführt wird. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the reaction in step i) is carried out at a pressure of 40 to 150 mbar.
7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt i) das Wasser mittels einer Rektifikationskolonne 1 abgetrennt wird. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that in step i) the water is separated by means of a rectification column 1.
8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in 8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that in
Schritt ii) die flüssige Phase ein hochsiedendes organisches Lösungsmittel enthält.  Step ii) the liquid phase contains a high-boiling organic solvent.
9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in 9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that in
Schritt ii) wässrige Acrylsäure aus der flüssigen Phase destillativ abgetrennt wird.  Step ii) aqueous acrylic acid is separated by distillation from the liquid phase.
10. Verfahren gemäß der Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt ii) die wässri- ge Acrylsäure mittels einer Rektifikationskolonne 2 abgetrennt wird. 10. The method according to claim 9, characterized in that in step ii) the aqueous acrylic acid is separated off by means of a rectification column 2.
1 1 . Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die in Schritt ii) erhaltene wässrige Acrylsaure in einem Schritt iii) destillativ in eine acrylsäure- reiche Phase und eine wasserreiche Phase aufgetrennt wird. 1 1. Method according to one of claims 1 to 10, characterized in that the aqueous acrylic acid obtained in step ii) is separated by distillation in a step iii) in an acrylic acid-rich phase and a water-rich phase.
12. Verfahren gemäß Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt iii) ein Schleppmittel verwendet wird. 12. The method according to claim 1 1, characterized in that in step iii) an entraining agent is used.
Verfahren gemäß Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt iii) die wässrige Acrylsäure mittels einer Rektifikationskolonne 3 aufgetrennt wird. A method according to claim 1 1 or 12, characterized in that in step iii), the aqueous acrylic acid is separated by means of a rectification column 3.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtrennung der wässrigen Acrylsäure aus der flüssigen Phase in Schritt ii) und die Auftrennung der wässrigen Acrylsäure in eine acrylsäurereiche Phase und eine wasserreiche Phase in Schritt iii) in einer Rektifikationskolonne 4 durchgeführt wird, wobei die Abtrennung der wässrigen Acrylsäure aus der flüssigen Phase unterhalb eines Seitenabzugs in der Rektifikationskolonne 4 erfolgt, die Auftrennung der wässrigen Acrylsäure oberhalb des Seitenabzugs erfolgt und die acrylsäurereiche Phase am Seitenabzug flüssig entnommen wird. Process according to one of Claims 1 1 to 13, characterized in that the separation of the aqueous acrylic acid from the liquid phase in step ii) and the separation of the aqueous acrylic acid into a high-acrylic phase and a water-rich phase in step iii) are carried out in a rectification column 4 is, wherein the separation of the aqueous acrylic acid from the liquid phase takes place below a side draw in the rectification column 4, the separation of the aqueous acrylic acid is carried out above the side draw and the acrylic acid-rich phase is removed liquid at the side draw.
Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Rektifikationskolonne 4 eine Trennwandkolonne ist, wobei sich der Zulauf zur Rektifikationskolonne 4 und der Seitenabzug der Rektifikationskolonne 4 auf unterschiedlichen Seiten der Trennwand befinden. 16. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die in Schritt iii) erhaltene acrylsäurereiche Phase durch Kristallisation gereinigt wird. A method according to claim 14, characterized in that the rectification column 4 is a dividing wall column, wherein the feed to the rectification column 4 and the side draw of the rectification column 4 are located on different sides of the dividing wall. 16. The method according to any one of claims 1 to 15, characterized in that the acrylic acid-rich phase obtained in step iii) is purified by crystallization.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008023039A1 (en) * 2006-08-22 2008-02-28 Evonik Stockhausen Gmbh Process for preparing acrylic acid purified by crystallization from hydroxypropionic acid and apparatus therefor
EP2660235A1 (en) * 2010-12-28 2013-11-06 Nippon Shokubai Co., Ltd. Processes for production of acrylic acid and/or ester thereof and polymer of the acrylic acid and/or the ester

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008023039A1 (en) * 2006-08-22 2008-02-28 Evonik Stockhausen Gmbh Process for preparing acrylic acid purified by crystallization from hydroxypropionic acid and apparatus therefor
EP2660235A1 (en) * 2010-12-28 2013-11-06 Nippon Shokubai Co., Ltd. Processes for production of acrylic acid and/or ester thereof and polymer of the acrylic acid and/or the ester

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9809526B2 (en) 2014-05-19 2017-11-07 Basf Se Method for the continuous dehydration of 3-hydroxypropionic acid to form acrylic acid

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