纯化塔的液体分离塔板、纯化塔和纯化方法 本发明涉及一种用于纯化塔的液体分离塔板、纯化塔和纯化方法。更具体地说，本发明涉及用于从纯化塔的中间部分(middle portion)或中间位置(middle level)分离液体的塔板、装有该塔板的纯化塔以及使用该纯化塔纯化易聚合化合物，例如(甲基)丙烯酸的方法。
制备丙烯酸及其酯的方法是：在气相中，使用含有分子氧气体氧化丙烯和／或丙烯醛，用溶剂回收得到的气体反应产物，并在纯化塔中将得到的含有反应产物的溶液纯化，以得到纯化的丙烯酸或其酯(JP-A-9-227445)。
在纯化塔中，如分离的操作，例如为分离中间产物，从塔的中间部分，通常在塔的中间位置将塔中的回流液体分离，并冷却或加热回流液体是常规操作。然后，为了从纯化塔的中间部分分离液体，通常使用由蒸气导管(气体上升管)、覆盖导管地顶罩和液体分离管组成的烟囱状塔板(参见例如，在Henry Z．Kister，“Distillation Operation”(蒸馏操作)第102-116页[McGraw Hill，Inc．1990年出版])。同时装有蒸气导管和液体分离管组成的烟囱状塔板也可用于分离。
在易聚合化合物，例如(甲基)丙烯酸的纯化中，采取的聚合易聚合化合物的措施对于稳定操作纯化塔是重要的。为防止聚合，通常使用加入聚合抑制剂，例如吩噻嗪、氢醌或N-甲醌(methoquinone)的操作。
当装有烟囱状塔板的纯化塔用于纯化易聚合化合物时，但是，尽管使用了聚合抑制剂，化合物的聚合将会在包括蒸气导管和顶罩在内的整个烟囱状塔板内发生，而且聚合物导致了烟囱状塔板堵塞问题，并使其不能长时间稳定操作。所以，在同时装有蒸气导管和液体分离管的烟囱状塔板的情况下，因为向下流动的液体与运动中的蒸气以相对较高的速度逆流接触，该蒸气夹带液体溅沫到纯化塔的上部并降低了纯化塔的分离效果。这种降低可能导致经塔顶得到的纯化的目标产物中杂质含量的增加。
所以，本发明的目的是提供一种新的用于纯化塔的液体分离塔板、使用该塔板的纯化塔以及纯化方法。
本发明的另一目的是提供一种用于从纯化塔的中间部分或中间位置分离液体的塔板、装有该塔板的纯化塔以及使用该纯化塔纯化易聚合的化合物，例如(甲基)丙烯酸的方法。
本发明的再一目的是在易聚合化合物，例如(甲基)丙烯酸的纯化中，提供一种用于有效防止聚合并能够长时间稳定地进行纯化的新颖的液体分离塔板、装有该塔板的纯化塔，以及使用该纯化塔纯化易聚合化合物的方法。
上述目的通过以下项目(1)-(10)实现。
(1)用于纯化塔的液体分离塔板，其包括液体接收板和连通液体接收板的液体分离管，并用以分离液体。
(2)上述(1)的塔板，其中接收板具有漏斗的形状。
(3)上述(1)或(2)的塔板，其中液体接收板在其外缘的上部带有凹槽。
(4)上述(1)-(3)任一中的塔板，其中液体分离管从水平方向向下倾斜的角度为0．5°-80°。
(5)在其内部装有上述(1)-(4)任一中的液体分离板的纯化塔。
(6)上述(5)中的纯化塔，其中液体分离塔板的最大截面积S1为纯化塔的截面积S2的10-90％。
(7)上述(5)或(6)中的纯化塔，其中液体接收板在其下装有至少一个喷嘴，用于用液体喷射液体接收板的下侧。
(8)上述(5)-(7)任一中的纯化塔，其中液体接收板在其上装有至少一个注射管嘴，用于将液体注射入液体接收板的液体表面中。
(9)纯化易聚合化合物的方法，其包括使用上述(5)-(8)任一中的纯化塔进行纯化。
(10)上述(9)的方法，其中易聚合化合物为至少选自(甲基)丙烯酸和其酯中的一个。
在纯化塔中，聚合抑制剂主要存在于液相中，几乎不存在于气相。当气相中的蒸气在纯化塔内部的干燥部分冷凝时，冷凝物因其处于纯化塔中相对高温的缺乏聚合抑制剂的状态而迅速聚合。
在烟囱状塔板中，覆盖蒸气导管的顶罩的下表面(背面)并不总是由冷凝物而保持湿润，因此可能会出现干燥部分。聚合通常发生在顶罩下的干燥部分。
进一步的研究发现，使用没有顶罩的漏斗形塔板代替传统的烟囱状塔板阻止了干燥部分塔板表面，并因此有效防止了聚合的产生。本发明基于此知识而得以完成。
在纯化易聚合化合物，例如(甲基)丙烯酸中，通过采用本发明的液体分离塔板并使用装有该塔板的纯化塔，例如可有效防止在塔板部分发生聚合。所以，易聚合化合物的纯化可长时间稳定进行。在本发明中，因为减少了液体溅沫夹带到纯化塔上部，纯化塔可实现高效分离。
图1为本发明液体分离塔板的一个优选实施方案的截面。
图2为本发明液体分离塔板的另一优选实施方案的截面。
图3为本发明液体分离塔板的再一优选实施方案的截面。
图4为本发明液体分离塔板的再一优选实施方案的截面。
图5为本发明液体分离塔板的再一优选实施方案的截面。
图6为本发明液体分离塔板的再一优选实施方案的截面。
图7为图6所示液体分离塔板的平面图。
图8为本发明液体分离塔板的再一优选实施方案的截面。
图9为本发明液体分离塔板的再一优选实施方案的截面。
图10为本发明液体分离塔板的再一优选实施方案的截面。
图11为本发明液体分离塔板中的液体接收板的一个优选实施方案的部分侧视图，其中接收板在其侧表面部分带有凹槽。
图12为装有液体分离塔板的本发明纯化塔的一个优选实施方案的部分截面。
现在将结合附图解释本发明的优选实施方案。
图1为本发明液体分离塔板的一个优选实施方案的截面。液体分离塔板11由液体接收板12和连通液体接收板底部的液体分离管13组成，用以将液体接收板中的液体从纯化塔中分离出来(未示出)。该液体接收板12的侧面形状(纵向截面的形状)不需特别挑选，仅需要能够容纳纯化塔中的液体(未示出)，并使得液体在液体接收板12的接近上端部分溢出液体接收板，以湿润塔板的下侧表面，并防止下侧表面产生干燥部分。总之，该侧面形状优选为类似于图1所示的漏斗状，且例如液体接收板12的平面图例如为环状。此时，液体分离管13的构造方式为从液体接收板12的最底部按垂直方向延伸，沿其整个长度在中间点开始向下倾斜，并与纯化塔的外部连通(未示出)。
对液体接收板12的平面形状并无特殊限制，只要其能够安装在纯化塔中。其平面形状的一般例子为环形、半环形、椭圆形、正方形和半圆形。在上述其它形状中，使用环形特别有利。
图2-8为液体分离塔板的优选实施方案的截面示意图，其使用了与图1所示的漏斗形液体接收板相同的液体接收板。
特别地，在图2所示的液体分离塔板21中，液体接收板22具有与图1实施方案类似的漏斗状纵向截面，且液体分离管23从液体接收板22的底部倾斜。
在图3所示的液体分离塔板31中，液体接收板32在其较低部分具有含收缩部分的圆柱形。从液体接收板32的底部，液体分离管33下降并在其整个长度一半的位置转向基本水平方向并通向外部。
在图4所示的液体分离塔板41中，液体接收板42的形状类似于图1的实施方案中的漏斗形，且液体分离管43从液体接收板42的底部下降，并在其整个长度一半的位置转向基本水平方向，且与图3的实施方案相似地与外部连通。
在图5所示的液体分离塔板51中，液体接收板52的形状类似于碗状，且液体分离管53类似与图3和图4的液体分离管。
在图6所示的液体分离塔板61是这样构造的：液体接收板62装有类似于图3-图5的液体分离管63，其一侧在其整个长度的一半处从垂直平面倾斜，另一侧从其顶部至底部倾斜(参见图7)。
在图8所示的液体分离塔板71中，液体接收板72的形状类似于开口较小的罐，且液体分离管73与图3至图6所示的类似。然后，液体接收板72在其底部侧面的下方装有至少一个喷嘴74，用以向其底部侧面喷射液体，优选是多个这样的喷嘴以等间距排列，以保证底部侧面湿润。该液体接收板72与液体供应导管75连通。
在图9所示的液体分离塔板81中，液体接收板82的形状类似于开口较小的酒杯，且液体分离管与图3-图8所示的类似。然后液体接收板82在其底部侧面的下方具有至少一个喷嘴84，用以向其底部侧面喷射液体，优选是多个这样的喷嘴以等间距排列，以保证底部侧面湿润。该液体接收板82与液体供应导管85连通。
上述图显示了漏斗型液体接收板的实施方案，漏斗型意味着液体接收板在其底部的至少一部分具有锥形部分。在液体接收板中的液体平缓地向下流动而不贮存，液体的聚合因此得以抑止。
图10显示了碟型液体接收板的实施方案，液体接收板92的形状为圆柱状或方杯状，且液体分离管93与图3-图9所示的类似。液体接收板92在其底部侧面的下方具有至少一个喷嘴94，用以向其底部侧面喷射液体，优选是多个这样的喷嘴以等间距排列，以保证底部侧面湿润。该液体接收板92与液体供应导管95连通。
在图1-图10所示的液体接收板中，图1-图6的特别优选使用，因为液体从接近液体接收板的顶端处溢流而将其底部侧面全部湿润，基本上不会产生干燥的部分。因为它们减少了夹带液体溅沫到纯化塔顶部，所以也使得相应的纯化塔以优良效果进行所希望的分离。
如图8-图10所示，为了保证其底部侧面湿润，液体接收板具有至少一个喷嘴74以喷射液体，或多个这样的喷嘴以等间距排列。作为用于喷射的液体，较为有利的是通过液体分离管将其从液体接收板中分离并将其循环至喷嘴，因为以这种方式使用该液体仅在纯化塔内的物料平衡上具有附加影响。
推荐液体分离管从水平方向以角度(参见图1)为0．5°-80°，优选1°-70°，特别优选2°-40°向下倾斜，以免在纯化塔操作的停顿中，液体存留于液体分离管的表面。如果该角度小于0．5°，将因为液体下降不充分而产生液体易存留的缺点。反之，如果该角度超过80°，这种过量将在事实上导致这样的缺点：在塔的高度方向上需要一定的高度，直至液体被排出，结果气相中的贮存时间延长，所以气体易于在气相中聚合。
本发明的液体分离塔板在其外缘带有凹槽，以促进液体从液体接收板溢流出来，并保持塔板侧面的整个表面湿润。图11为带有凹槽106的液体接收板102的部分纵截面。尽管凹槽与凹槽的宽度以及凹槽的最大深度间的间距通常并不确定，因为它们随着液体接收板的尺寸而变化，但凹槽的间距(相邻凹槽的底部之间的距离)优选为2-100mm，优选5-50mm，凹槽的宽度为2-100mm，优选5-50mm，凹槽的最大深度为2-100mm，优选5-50mm。
顺便说说，这样的凹槽的形状无需特殊的限定，可适当地选自三角形(V型)、正方形和半圆形。
图12显示了装有上述液体分离塔板的本发明纯化塔的截面的说明。具体地说，在带有塔板131的架板式纯化塔130中，带有液体接收板122(其带有与其底部相连的液体分离管123)的液体分离塔板121由液体分离塔板支承板133支承。
至于液体分离塔板的尺寸，其最大截面(例如图3和图8中参考数字S1表示的面积)适合在纯化塔截面(S2)的10-90％，优选20-80％的范围内。即S1／S2的比值(×100)优选在上述范围内。如果比值超过90％，这种过量的缺点是因蒸气流径降低而导致压降增加，以及因蒸气线速度增加而导致夹带液体溅沫。反之，如果比值小于10％，其不足量的缺点是有碍于中间产物混合、冷却、加热和分离的操作充分进行。
在液体分离塔板121中收集的部分液体按照规定的体积从纯化塔中分离，其残留部分通过塔板121的外缘溢流。为了使液体溢流出塔板121，欲抽至外部的液体量定为塔中回流液体量的5-80-％，优选20-70％就够了。溢流液体持续流入下方塔板，同时湿润液体分离塔板121的底部侧面。通过含有聚合抑制剂的回流液体，液体分离塔板121的侧面保持湿润并防止聚合。通过配置了上述凹槽促进了溢流。
为了有效防止聚合，纯化塔可装有喷嘴124，以将从纯化塔分离的部分液体喷射到塔板121的底部侧面。喷嘴与液体供应管125连通。除了喷嘴124之外或在有喷嘴存在的同时，纯化塔还可装有至少一个液体注射管嘴135，以将液体注射到液体分离塔板121的液体表面中。该喷嘴与液体供应导管136连通。通过将液体经该液体注射管嘴135注入，则可使得液体接收板中的液体保持搅拌并防止液体静止和产生聚合。再则，将喷雾嘴用作液体注射管嘴135是有利的。当同时喷射单独的原料液体时，因为促进了塔中的回流液体与进料液体混合而提高了分离效率。
当使用本发明的液体分离塔板时，在易聚合化合物的纯化塔中采用以下操作是有用的。在聚合物产生的体系中，可从塔中排出液体，通过固-液分离器分离聚合物，并仅将液体返回塔中。此外，当塔中回流液体与原料液体的液体组合物显著不同或回流液体具有两个液相时，可通过均匀混合抑制塔中发生聚合。另外，通过将塔中的液体分离、加入聚合抑制剂和反应产物并将其返回塔板，可以抑制聚合并进行反应。
除了使用上述纯化塔之外，用于纯化易聚合化合物的本发明方法可通过常规方法进行。在本说明书中，“纯化”是指蒸馏(精馏)、汽提和吸附，并且“纯化塔”是指蒸馏塔(精馏塔)、汽提塔和吸收器。
本发明的液体分离塔板和纯化塔特别适合用于处理易聚合的化合物。易聚合化合物包括(甲基)丙烯酸和其酯。可提及的该化合物的具体例子为带有1-8个碳原子烷基的烷基酯，例如甲酯、乙酯、正丙酯、异丙酯、正丁酯、正己酯和2-乙基己基酯；环烷基酯，例如环己酯；2-3个碳原子的羟基烷基酯，例如2-羟基乙酯、2-羟基丙酯和3-羟基丙酯；以及烷基或二烷基氨基烷基酯，例如甲基氨基乙酯、乙基氨基乙酯、二甲基氨基乙酯和二乙基氨基乙酯。这些化合物可以单独或以混合物的形式或以含有它们的溶液的形式用于纯化。
下面通过实施例更加详细地描述本发明。
实施例1
满足下列特点并如图1所示的漏斗安装在由不锈钢制造的其内径为1500mm并含有总计50块板的蒸馏塔(SUS304)的第15-16块板之间。
最上端(外缘)直径：1100mm
塔板截面／塔截面(S1／S2)：0．54
外缘中的凹槽：V型凹槽宽度为10mm，间距10，且深度为10mm
分离管的倾斜度(α)：1°
将含有作为杂质的0．8重量％的马来酸的丙烯酸以9吨／小时的进料速率持续供应到上述蒸馏塔中，并在回流比0．6、操作压力35mmHg且操作温度60℃的条件下进行连续蒸馏操作。从漏斗型液体分离塔板来的向外部分离的液体以1吨／小时的速率被分别喷射到塔板的侧面和液体表面上。
在蒸馏的过程中，将吩噻嗪作为聚合抑制剂，以100ppm的浓度加至蒸馏塔的进料液体中。含氧气体以规定量经蒸馏塔底部连续加入其内部。
该装置用于连续蒸馏一个月。此时，发现塔顶的馏出物含有的马来酸杂质浓度为0．1重量％。操作一个月之后目测塔的内部，在漏斗状分离塔板，包括液体分离管附近发现形成的聚合物约为1kg。
实施例2
省略将液体喷射到漏斗状液体分离塔板的侧面，按照实施例1的步骤进行连续蒸馏。
操作一个月之后目测塔的内部，在漏斗状分离塔板，包括液体分离管附近发现形成的聚合物约为1．2kg。
实施例3
使用在外缘上不含凹槽的漏斗状液体分离塔板(其它无变化)，按照实施例1的步骤进行连续蒸馏。
操作一个月之后目测塔的内部，在漏斗状分离塔板，包括液体分离管附近发现形成的聚合物约为1．2kg。
实施例4
使用液体分离管不倾斜(α=0)的漏斗状液体分离塔板(其它无变化)，按照实施例1的步骤进行连续蒸馏。
操作一个月之后目测塔的内部，在漏斗状分离塔板，包括液体分离管附近发现形成的聚合物约为1．1kg。
对比实施例1
使用烟囱状塔板(塔板截面／塔截面=0．56，内径与1100mm内径的漏斗状液体分离塔板相同)，按照实施例的步骤进行连续蒸馏，该塔板以1000mm直径的蒸气导管代替漏斗状分离塔板。
在连续操作一个月之后，发现从塔顶产生的馏出物含有马来酸杂质的浓度为0．2重量％。连续纯化一个月之后目测塔的内部，在烟囱状分离塔板，包括液体分离管附近发现形成的聚合物约为3kg。
实施例1-4和对比实施例1的结果汇总于表1中。
表1
将实施例和对比实施例的结果相比较，显示使用本发明的液体分离塔板可防止聚合，并提高了蒸馏塔中的分离效率。