專利名稱：易聚合物質的生產方法和精制設備的制作方法
技術領域：
本發明是關于一種易聚合物質的生產方法和所用的精制設備。更具體地，本發明是關于一種易聚合物質的精制方法和所用的精制設備，以及一種防止易聚合物質在蒸餾塔中發生聚合的方法和所用設備。
由于易聚合物質如丙烯酸和甲基丙烯酸易于聚合，因此在精制時要有阻聚劑存在。
例如，當這種易聚合物質被蒸餾時，它會以液態形式滯留在蒸餾裝置結構組件的內表面，因此不可避免地導致聚合。為防止這一現象出現，必須使從蒸餾裝置流出的液體通過一個過濾器將聚合物分離出來。否則，就須停止蒸餾裝置的運行，然后對裝置內部積累的聚合物進行人工清除。
作為消除上述問題的一種措施，JP-A-10-212,249描述了防止易聚合有機化合物在精制裝置中形成滯留的構思。這一構思是為精餾裝置的塔盤支持件或填料支持件提供液流通孔。
圖1為傳統的用水平卡板將塔盤固定到支持圈的方法。在圖1中，塔盤1用水平卡板7、墊片5、螺帽4和螺栓6固定在支持圈2上。有時支持圈2被固定在蒸餾塔的內壁3上。圖2是圖1中用到的水平卡板7的示意圖。圖2A是水平卡板27的平面圖，圖2B是其正視圖，圖2C是其側視圖。本文所用的術語“水平卡板”，正如從圖2A中可以清楚看到的，是指卡板的水平部分寬度超出螺栓直徑1.5倍。
圖3描述了支持圈上形成的傳統的液流孔，支持圈固定于蒸餾塔的內壁。參照俯視3，滯留在固定于蒸餾塔的內壁33的支持圈32上的液體物質通過液流孔38流下。
借助這一措施，易聚有機化合物可以通過液流孔流出，因此滯留減少，聚合在一定程度上得以減少。然而其效果并不能完全令人滿意。
本發明的目的在于使用一種蒸餾設備對易聚物質進行有效的精制，以解決上述問題；在于提供一種能夠減少聚合的生產易聚合物質的方法和精制設備。
本發明的目的之一是提供一種生產易聚合物質的方法，其特征在于借助一種至少其部份裝有部件的塔以實現必要的精制過程。該部件為(a)直接用螺帽和螺栓固定在支持圈上的塔盤和/或(b)用垂直卡板固定在支持圈上的塔盤。
本發明的另一目的是提供一種生產易聚合物質的方法，其特征在于借助一種蒸餾塔以實現必要的精制過程，這種蒸餾塔在其較低的部位安裝有濺液擋板。
本發明的另一目的是提供一種精制設備，其特征在于至少具有以下(ⅱ)-(ⅲ)幾種特征之一(ⅰ)用垂直卡板固定在支持圈上的塔盤，(ⅱ)在支持圈和塔壁的連接部位形成的至少一個液流孔，(ⅲ)在塔盤和支持圈之間的固定部位形成的液流孔。
根據本發明，液體物質的停留時間可以縮短，因此易聚合物質在蒸餾塔中的聚合得以抑制。
根據本發明，在蒸餾塔中加裝濺液擋板，阻止塔內液體從液面飛濺和進一步上升，可使易聚合物質在蒸餾塔內部的聚合得到抑制。
本發明的以上和其他目的、特點和優點通過以下優選實施方案的描述可以更加清楚。
并入本文并構成說明書一部分的附圖，對本發明的幾個方面進行了例示說明，并與文字描述一起解釋了本發明的原理。在附圖中圖1為用水平卡板將塔盤固定在支持圈上的傳統方法的局部剖面圖。
圖2為圖1中所用水平卡板的示意圖，A為平面圖，B為正視圖，C為側視圖。
圖3為描述傳統的、在固定在蒸餾塔內壁的支持圈上形成的液流孔的圖示。
圖4為描繪安裝在蒸餾塔內部用于支撐塔盤的支持圈的一個實例的局部剖面圖。
圖5為說明用螺栓和螺帽將塔盤固定在支持圈上的一個實例的局部剖面圖，A為正視圖、B為俯視圖、C為仰視圖。
圖6為描述用垂直卡板將塔盤固定在支持圈上的一種方法的圖示。
圖7為描繪圖6中所述的垂直卡板的局部剖面圖，A為平面圖、B為正視圖、C為側視圖。
圖8為描述在蒸餾塔內壁和固定于其上的支持圈之間形成的液流孔的圖示。
圖9為描述另一種在蒸餾塔內壁和固定于其上的支持圈之間形成的液流孔的圖示。
圖10A-10C為描述幾個安裝于蒸餾塔最低部位的濺液擋板的實例的局部剖面圖。
圖11為描述固定塔盤的常規方法的局部剖面圖，A為正視圖、B為俯視圖、C為仰視圖。
下文，將對本發明進行詳細描述。
本發明所精制的易聚合物質通常含有雜質。所進行的去除雜質的精制過程，除要求該物質為易聚合液體外，并無其他特別要求。易聚合物質的實例可以包括不飽和羧酸和/或其酯、含乙烯基的化合物和二烯類化合物。
不飽和羧酸的實例可以包括丙烯酸和甲基丙烯酸(在下文中合稱為“(甲基)丙烯酸”)等。不飽和羧酸酯的例子可以包括(甲基)丙烯酸烷基酯，其中烷基含有1-8碳原子，例如(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丁酯和(甲基)丙烯酸2-乙基己基酯；(甲基)丙烯酸羥烷基酯，其中烷基含有1-3碳原子，例如(甲基)丙烯酸羥乙基酯、(甲基)丙烯酸羥丙基酯；(甲基)丙烯酸二烷基氨基酯，其中二烷基含有2-4碳原子，例如(甲基)丙烯酸二甲基氨基乙基酯和(甲基)丙烯酸二乙基氨基乙基酯；以及(甲基)丙烯酸縮水甘油酯。含乙烯基的化合物的實例可以包括丙烯腈、苯乙烯和醋酸乙烯。二烯類化合物的具體實例可以列舉如下丁二烯、異戊二烯、氯丁二烯。優選的易聚合物質可以列舉(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丁酯和(甲基)丙烯酸2-乙基己基酯。
本發明所用的術語“精制”，是指對上述提到的易聚合物質的蒸餾、汽提和吸收。所用的術語“蒸餾”是指利用組份間蒸汽壓差別將液體混合物分離為各組份的方法。蒸餾的實例可以包括簡單蒸餾、多級蒸餾、共沸蒸餾和蒸汽蒸餾。“汽提”一詞表示這樣一種操作強制不含有待分離組份的氣體與溶液接觸，使溶解于溶液中的一種或多種組份被氣體帶出。“吸收”一詞表示用溶劑吸收氣體混合物中的一種或多種組份的操作。
用于精制或精餾易聚合物質的設備除能夠精制易聚合物質外沒有其他特別的限制。例如，可以將蒸餾塔作為實例。精餾塔的實例可以包括具有多層塔盤即不少于三層、優選3-100層塔盤的蒸餾塔，塔盤按多級形式安裝在蒸餾塔內部。
用于精制的原料除要求含有易聚合物質外對濃度沒有要求。例如，濃度可以不小于60％(重量)，優選為不小于95％(重量)，更優選為不小于98％(重量)。此外，對餾出液或塔底排出液的濃度不作限制，只要滿足精制的需要即可。
對多級蒸餾塔的塔盤不作限制，可以是在各種情況下使用的普通塔盤。特別地從防止聚合的觀點出發，采用雙流塔盤更好。對多孔塔盤的開孔面積率不作限制，但要求處于本技術領域已知范圍之內。特別地考慮到要使易聚合物質易于從塔盤開孔流下并保證塔盤具有必要的強度，優選的塔盤開孔面積率為10-60％。
下面參照一個情況對本發明進行詳細說明，該情況是以丙烯酸代表易聚合物質，采用蒸餾方法進行精制。
例如，當含有丙烯的粗原料氣與含有分子氧的氣體在氧化催化劑存在下進行氣相氧化反應就產生了丙烯酸。含有丙烯酸的反應產物氣體被導入吸收塔，冷卻、冷凝后成為丙烯酸溶液。這種丙烯酸溶液中通常含有雜質如醋酸、丙酸、順丁烯二酸、丙酮、丙烯醛、糠醛和甲醛。這樣獲得的丙烯酸溶液在低沸點物質分離塔中去除其中較丙烯酸沸點低的物質。殘留物質導入溶劑分離塔，分離出粗丙烯酸。粗丙烯酸導入蒸餾塔中進行精制。
通常使用具有多層塔盤的多級蒸餾塔進行蒸餾。這些塔盤用塔板支持組件固定在蒸餾塔的內部。
通常，塔盤支持組件包括用螺栓或通過焊接固定在蒸餾塔內壁上的支持圈、用螺栓或通過焊接固定在蒸餾塔內壁上以加強位于其上方的支持圈的筋板(lug)和至少一根用螺栓或通過焊接連接在該筋板上以便在必要時加強塔盤的支持梁。當支持圈的強度足以支持塔盤時，支持圈可以單獨地用作塔板支持組件。當用到卡板時，通常用一套螺栓固定一個卡板，而每個塔盤用多個卡板固定。當僅用螺栓和螺帽時，多個螺栓和螺帽用以固定一個塔盤。
業已發現，當液流孔位于支持圈和精餾塔內壁的連接部位時，液體可以沿塔內壁表面流下，從而防止在精餾塔內壁表面發生聚合。液流孔的數量、形狀和尺寸在滿足支持圈具有足夠的強度以支持塔盤外可以任意選擇。選擇液流孔的數量應使相鄰液流孔的間隔在10-500mm范圍內，優選的是50-300mm，更優選的是100-200mm。其形狀可任意選擇，如半圓形、正方型和三角形。一般采用半圓形或三角形，因為其易于加工。對其尺寸的要求是只要足以使液體可以快速流下即可。當量直徑用下式表示當量直徑=4×開孔橫斷面積/開孔周長這一尺寸通常在3-50mm范圍內選擇，優選的范圍是5-30mm，更優選的范圍是8-25mm。
JP-A-10-212,249公開了防止由于液體滯留在支持圈上導致聚合的方法，其做法是例如在支持圈等塔盤支持組件的水平表面上開液流孔。但是這種方法對于發生在蒸餾塔塔壁表面上的聚合無效。
采用這種帶有液流孔的支持圈，液體物質的聚合可以得到進一步抑制。
此外，包括塔盤、塔盤支持組件和塔內壁在內的組件表面，在用JIS(日本工業標準)B0601(-1994規定的Ry(表面粗糙度)表示時，其值應不超過12.5，不超過3.2則更好。通過表面處理可以使組件表面粗糙度達到這一要求。
這種表面處理的方法可以有機械拋光如打磨和電拋光。打磨拋光方法用來獲得平面的平整或光滑的表面。就打磨而言，可以進行用固定磨料進行的初步拋光、用半固體或自由磨料進行的中度拋光以及最終拋光。對于打磨磨料，除皮革、布等柔軟材料被用于表面拋光外，含有三聚硅酸鹽、碳化硅、熔融氧化鋁、鍛燒氧化鋁和氧化鉻的油性、非油性或噴射溶劑也可以作為磨料。
電拋光是在熔化金屬時對金屬表面進行拋光的方法。與鐵制或鋼制材料匹配的電拋光液有過氯酸型、硫酸型、磷酸型和硫酸-磷酸型。由于鐵和鋼的結構不僅隨其組成而且隨其熱處理和制造溫度的不同而有很大變化，因此要根據具體材料選擇拋光液。因此通過調節通常用于過氯酸型電解液的乙酸酐加入量、電解溫度、電流密度、電壓、電解時間等可使選擇滿足要求。也可以先將材料進行機械拋光再進行電拋光。
以下，參照附圖對本發明進行描述。在圖中，相同的參考數字代表相同的組件。
圖4為置于蒸餾塔內對塔盤起支持作用的支持圈實例的剖面圖。在圖4中，塔盤41固定在支持圈42上，后者用螺栓或通過焊接這些已知方法固定在精餾塔的內壁43上。支持圈42可被用于本發明。
圖5為用螺栓和螺帽將塔盤固定在支持圈上的實例示意圖。圖5A為局部剖面圖，圖5B為圖5A的俯視圖(可以看到螺栓)，圖5C為圖5A的仰視圖(可以看到螺帽)。在圖5中，塔盤51用螺栓并通過墊片55固定在支持圈52上。支持圈52固定于蒸餾塔內壁53。由于所討論的結構和常規方式相比沒有采用卡板，因而這種結構實質上并不存在在精制過程中造成液體在支持圈上固定塔盤的部位滯留的位點，因而可以防止易聚合物質聚合。因此，這種結構中使用的部件應將其周邊部分上表面的棱角切除或制成圓角，并且在強度容許的條件下盡量減小寬度，以使此處液體的停留時間盡可能縮短。
固定塔盤的螺栓和螺帽數量除保證固定可靠外無其他限制。例如，相鄰螺栓孔之間的距離可在10-500mm范圍內，優選的范圍為50-300mm，更優選的范圍為100-200mm。
而且，在常規結構中，由于螺栓孔和螺栓之間的間隙被螺帽和墊片密封，液體易于滯留在螺栓周圍發生聚合。業已發現，延長塔盤和支持圈上的螺栓開孔，如圖5所示，并且在保證足夠的固定強度條件下減少螺帽和墊片的尺寸，可以在螺栓-螺帽部位形成液流孔58，從而有效地防止聚合。如上所述的液流孔，與在支持圈和蒸餾塔內壁之間的連接部分中形成的液流孔相似，優選的尺寸是使其當量直徑處于3-50mm范圍內，優選的范圍是5-30mm，更優選的范圍是8-25mm。通常，一層塔盤由多塊塔板組成，并且這些組合塔板相互連接或固定在如支持圈或支持梁這樣的塔盤支持組件上。上述液流孔可以裝備在這些固定部位上。
圖6為描述一種用垂直卡板將塔盤固定在支持圈上的方法的圖示。在圖6中，塔盤61用垂直卡板69、墊片65、螺帽64和螺栓66固定到支持圈62上，支持圈62與蒸餾塔內壁63連接。圖7為圖6中所用帶有螺栓76的垂直卡板79的示意圖。圖7A為垂直卡板79的平面圖，圖7B為正視圖，圖7C為側視圖。正如從圖7A可以清楚地看到的，術語“垂直卡板79”在本發明中代表這樣的卡板其寬度與螺栓(螺桿)76的直徑相當。“相當”一詞在這里的意思是，卡板的寬度不小于螺栓(螺桿)直徑的0.5倍，不大于其1.5倍。優選的卡板寬度應等于或小于螺桿直徑，以減小供液體滯留的部分。即使易聚合物質在精制過程中在塔盤與卡板的空隙間保持液態，由于卡板的寬度較通常結構窄，可以使液體流下，減少該處液體停留時間，進而防止物質發生聚合。偶爾，由于為了縮短液體物質停留時間，垂直卡板的寬度幾乎窄到與螺栓寬度相同，因此強度下降，但卡板本身的強度可以通過增加其高度而得到提高。
垂直卡板的數量除要保證塔盤固定可靠外，無其他要求。例如，相鄰垂直卡板之間的距離可以在10-500mm范圍內，優選的范圍是50-300mm，更優選的范圍是100-200mm。
圖8為位于蒸餾塔內壁和固定于其上的支持圈間形成的液流孔的圖示。圖8以俯視方式圖解其結構。支持圈82固定在蒸餾塔內壁83上，在支持圈82上滯留的液體物質通過半圓形的液流孔88沿著蒸餾塔內壁83流下。
圖9為其他形式的位于蒸餾塔內壁和固定于其上的支持圈間的液流孔圖未。圖9以俯視方式圖解其結構，其中支持圈92固定在蒸餾塔內壁93上，在支持圈92上滯留的液體物質通過三角形的液流孔98沿著蒸餾塔內壁93流下。
圖10為安裝在蒸餾塔最底部的濺液擋板實例的示意圖。圖10A為兩層雙流塔盤111和112的實例圖，圖10B為雙盤-環流型擋板113和114，圖10C為兩塊扇形折流板型擋板115和116。這些塔盤可以用通常的方法固定在蒸餾塔內壁上，即將其置于蒸餾塔內壁上安裝的支持物上。通常，濺液擋板，如雙流塔盤，每層是由一至三塊塔板或一對塔板構成。在上述蒸餾塔110內最低處安裝濺液擋板后，能夠截流蒸餾塔內從液體表面濺起的液體，防止位于濺液擋板上方的塔盤上發生聚合。當采用雙流塔盤作為濺液擋板時，適宜的塔盤開孔面積率為30-70％，優選的為35-65％，更優選的為40-60％。當采用盤-環流型和/或折流板型濺液擋板時，每個擋板表面的開孔面積率可以是任意的，包括0，而總的塔板和扇形開孔面積適宜地占蒸餾塔橫截面積的10-90％，優選的為20-80％，而更優選的為30-70％。可以采用任意已知方法將濺液擋板安裝在蒸餾塔內部。從防止在安裝部位發生聚合的角度考慮，圖5、圖6所示的安裝方法證明具有特別的優越性。
將上述圖4-圖10所示的方法進行適宜的組合，可以進一步減少易聚合物質的聚合。
將濺液擋板與帶有液流孔的支持圈和上述塔盤相組合，可以在精制過程中抑制易聚合物質的聚合。
參照以下實施例可以更容易地理解本發明。然而，這些實施例旨在說明本發明，而非對其范圍進行限制。
實施例1蒸餾塔的直徑為1400mm，安裝有10層開孔率分別為23％的雙流塔盤。在蒸餾塔下部，安裝兩層開孔率為40％的雙流塔盤作為濺液擋板。使用該塔對丙烯酸進行精制，操作條件為進料量4000kg/h(丙烯酸純度95％重量，蒸餾塔中部進料)蒸餾量2500kg/h(塔頂出料)回流量2500kg/h(塔頂抽出，塔頂回流)對苯二酚單甲醚進料量1kg/h(聚合阻聚劑，加入回流液中)進氧量10kg/h(塔底進料)塔頂壓力6.0kPa(絕對)塔頂溫度70℃如圖5所示固定雙流塔盤。在塔盤和焊接在塔壁上的支持圈上開有20×40mm的長方形螺栓開孔，用M10(JIS)六角螺栓、專用的方形墊片和專用的50×20mm方形螺帽將塔盤固定在支持圈上，使長方形開孔的長邊與墊片和螺帽的長邊基本成直角。長方形開孔數量為20。在支持圈和塔壁之間的焊接線上，開有20個半徑為20mm的扇形開孔。這樣建造起來的設備在連續運轉2個月后停車。當對裝置內部進行目視檢查時，在蒸餾塔內壁、塔盤上方、塔盤固定件等處未發現任何聚合物粘著的跡象。雖然以聚合物形式出現的雜質在開孔面積率為40％的最低的雙流塔盤底部被觀察到，但是未發現有象開孔阻塞這樣影響操作的情況發生。
實施例2丙烯酸的精制用實施例1的裝置和條件進行。但采用圖6所示的垂直卡板固定塔盤和支持圈。
設備在連續運轉2個月后停車。當對裝置內部進行目視檢查時，發現有聚合物粘著在垂直卡板與塔盤的空隙間，顯然從卡板上落下的聚合物積累在鋪墊在卡板下面的塔盤的外周部分上。這樣積累的聚合物每級約有3kg。盡管有聚合物積累，但2個月的連續操作未受干擾。
對比實施例1丙烯酸的精制用實例1的裝置和條件進行。但采用圖1所示的水平卡板固定塔盤在支持圈上。
裝置計劃進行2個月的連續運行。從運行開始以后，蒸餾塔下部的壓力隨時間的延續而升高。因此，1個月后裝置停止運行。當對裝置內部進行目視檢查時，發現有聚合物粘著在水平卡板與塔盤的空隙間，顯然從卡板上落下的聚合物積累在鋪墊在卡板下面的塔盤的外周部分上。這樣積累的聚合物每級約有50kg。可以清楚地觀察到積累的聚合物會在塔盤上引發進一步的聚合反應。
對比實施例2丙烯酸的精制用實施例1的裝置和條件進行。但取消了位于支持圈和塔內壁之間的焊接線上的液流孔，并以圖11的方式固定塔盤。圖11圖示了塔盤的固定方法。圖11A為局部剖面圖，圖11B為圖11A的俯視圖(視野中包含螺栓)，圖11C為圖11A的仰視圖(視野中包含螺帽)。在圖11中，在支持圈122和塔盤121上開有內徑為11mm的螺栓孔，用M10(JIS)六角螺栓126、六角螺帽124和墊片125將塔盤121固定在支持圈122上。
裝置計劃進行2個月的連續運行。從運行開始以后，蒸餾塔下部的壓力隨時間的延續而升高。因此，1個月后裝置停止了運行。當對裝置內部進行目視檢查時，發現有聚合物粘著在塔壁和塔盤固定螺栓上，還可以發現在塔盤外周部分有聚合物積累。這樣積累的聚合物每級約有10kg。
對比實施例3丙烯酸的精制用實施例1的裝置和條件進行。但拆除了兩塊開孔面積率為40％的雙流塔盤。
裝置計劃進行2個月的連續運行。從運行開始以后，蒸餾塔下部的壓力隨時間的延續而升高。因此，1個月后裝置停止了運行。當對裝置內部進行目視檢查時，發現在最底層開孔面積率為23％的雙流塔盤下面有聚合物粘著，并且可以發現塔盤開孔面積的5％被聚合物阻塞。
權利要求
1．一種易聚合物質的生產方法，其特征為使用一種蒸餾塔進行精制，該蒸餾塔至少部分安裝有(a)用螺栓和螺帽直接固定在支持圈上的塔盤和/或(b)用垂直卡板固定在支持圈上的塔盤。
2．根據權利要求1的方法，其中所述塔盤為雙流塔盤。
3．根據權利要求1或2的方法，進一步包含至少一個液流孔，該液流孔位于支持圈和塔壁之間的連接部分。
4．根據權利要求1-3任一項的方法，進一步包含至少一個液流孔，該液流孔位于塔盤和支持圈之間的固定部位，和/或如果一個塔盤為多個組合塔板形成的塔盤，則液流孔位于每一組分塔板和塔盤塔板之間的固定部位。
5．一種易聚合物質的生產方法，其特征為使用一種蒸餾塔進行精制，該蒸餾塔的較低部位安裝有濺液擋板。
6．根據權利要求5的方法，其中蒸餾塔的塔盤各為雙流塔盤。
7．一種精制設備，其特征是至少具有以下(ⅰ)-(ⅲ)條款中的一項(ⅰ)用垂直卡板固定在支持圈上的塔盤，該支持圈固定于蒸餾塔的內壁上，(ⅱ)在支持圈和蒸餾塔壁之間的連接部位，配置有至少一個液流孔，和(ⅲ)在塔盤和支持圈之間的固定部位，配置有液流孔。
全文摘要
本發明提供了一種防止易聚合物質在用蒸餾塔進行精制過程中可能發生聚合的方法,其中所述塔具有(a)用螺栓和螺帽直接固定在支持圈上的至少一層塔盤,和/或(b)用垂直卡板固定在支持圈的上至少一層塔盤,或者所述塔在其較低部位安裝有濺液擋板。
文檔編號C07C51/44GK1318533SQ0111659
公開日2001年10月24日 申請日期2001年4月13日 優先權日2000年4月14日
發明者光元哲治, 西村武, 中原整, 原槙英文 申請人:株式會社日本觸媒