CA1103196A - Procede de separation d'acide acrylique a partir de ses solutions dans le phosphate de tri-n-butyle - Google Patents
Procede de separation d'acide acrylique a partir de ses solutions dans le phosphate de tri-n-butyleInfo
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Abstract
L'invention se rapporte à un procédé de séparation et de récupération d'acide acrylique pur et de phosphate de tri-n-butyle pur, à partir de ses solutions dans le phosphate de tri-n-butyle, caractérisé en ce que: (i) l'on vaporise le liquide de départ comprenant une solution d'acide acrylique/phosphate de tri-n-butyle à une température ne dépassant pas 160.degree.C, pour éviter la dégradation du phosphate de tri-n-butyle, on obtient alors (ii) une phase vapeur comprenant sensiblement tout l'acide acrylique et une partie du phosphate de tri-n-butyle et (iii) une phase liquide comprenant essentiellement du phosphate de tri-n-butyle; (iv) on récupère ladite phase liquide (iii); (v) on condense au moins partiellement ladite phase vapeur (ii); et alors (vi) on distille la phase vapeur ainsi condensée (v) à une température ne dépassant pas 160.degree.C et à une pression réduite de manière à éviter la cristallisation de l'acide acrylique, pour obtenir un distillat (vii) comprenant essentiellement de l'acide acrylique pur et un résidu de distillation d'acide acrylique/ tri-n-butyl phosphate (viii), tout en maintenant la quantité d'acide acrylique dans ledit résidu de distillation (viii) entre 1 et 20%.
Description
~3~9~
La présen~e inventiGn a pour objet un procédé de sé-paration d'acide acrylique à partir de ses solutions dans le phosphate de tri-ll-butyle, par une technique particulière de distillation.
On sait que la séparation de l'acide acrylique à
partir de ses milieux réactionnels de fabrication, par exemple à partir du produit brut d'oxydation du propylène et/ou de l'acroléine, pose un problème délicat et de nombreux procédés ont été proposés à cet effet. On connait notamment une tech-nique d'absorption en phase gazeuse ou d'extractio~ en phaseliquide de l'acide acrylique au moyen de divers solvants.
L'acide acrylique est ensuite isolé par distillation ou directe-ment estérifié dans le milieu d'extraction (Brevet fran,cais 1 558 432 du 14 décembre 1967 - Brevet français 1 452 56~ du 5 novembre 1965).
Parmi les solvants déjà préconisés, le phosphate de tri-n-butyle est particulièrement efficace. Mais la sé~aration de l'acide acrylique à partir de ses solutions dans ce solvant se heurte à de nombreuses difficultés. En effet, le phosphate de tributyle se dégrade lorsqu'il est soumis à des températures é~evées, spécialement en présence d'acides et/ou d'eau, de sorte que l'épuisement en aclde acrylique de la solution, par distillation à la pression normale ou sous une pression légère-ment réduite se traduit par une perte non négligea~le de solvant.
D'autre part, pour obtenir un bon rendement d'absorption ou d'ex-traction de l'acide acrylique à l'aide du phosphate de tributyle recyclé après distillation, il est nécessaire que celui-ci ait un titre aussi faible que possible en acide acrylique. Pour éviter la dégradation du solvant et abaisser le plus possible 3~0 la teneur de celui-ci en acide acrylique, on pourrait envisager d'effectuer la clistillation sous vide poussé. Mais, dans ce cas, on rencontre des difficultés de récupération de l'acide .~
acrylique en raison de son point de cristallisation relati~ement élevé (13,5C~ correspondant ~ une pression de vapeur de quel-ques mm de mercure.
I1 a maintenant eté trouvé un procédé qui re- ~
médie aux inconvénients précit~s dans la mesure où il permet de ~:
separer sans difficultes l'acide acrylique, de recueillir le `~
phosphate de tri-n-butyle sensiblement exempt de cet acide et d'eviter la degradation du phosphate. D'autres avantages de ce procédé apparaîtront dans la description qui va suivre.
La présente invention a donc pour objet un procédé de separation et de récupération d'acide acrylique pur et de phosphate de tri-n-butyle pur, à partir de ses solutions dans le phosphate de tri-n-butyle, caractérisé en ce que:
i) l'on vaporise le liquide de départ comprenant une solution ~ :
d'acide acrylique/phosphate de tri-n-butyle à une tempéra- ~:
ture ne dépassant pas 160C, pour éviter la dégradation du phos-phate de tri-n-butyle, on o~tient alors ..
ii) une phase vapeur comprenant sensiblement tout l'acide acry- -~ ~
li~ue et une partie du phosphate de tri-n-butyle et une .:
iii) phase liquide comprenant essentiellement du phosphate de tri-n-butyle;
iv) on récupère ladite phase liquide (iii);
v) on condense au moins partiellement ladite phase vapeur (ii);
et alors vi) on distille la phase vapeur ainsi condensée (v) à une tem-pérature ne dépassant pas 160C et à une pression réduite de maniere à éviter la cristallisation de l'acide acryliqùe, pour obtenir un distillat (vii) comprenant essentiellement de : :
l'acide acrylique pur et un résidu de distillation d'acide acry- ;
lique/tri-n-butyl phoqphate (viii), tout en maintenant la quan-tité d'acide acrylique dans ledit résidu de distillation (viii) (viii) entre 1 et 20%.
` 4 '~ !
33~
La solution de depart peut être d'origine quelconque. Elle peut resulter par exemple de l'absorption de l'acide acrylique par le phosphate de tri-n-butyle a partir du mélange gazeux obtenu var oxydation du propylene et/ou de l'acroléine; comme il est decrit dans le brevet français 1 558 432 déjà cité. ~lle peut également être issue de l'extraction li-quide de solutions aqueuses d'acide acrylique par le phosphate de tri-n-butyle. Elle peut en outre contenir sans inconvé-nient de faibles quantites d'autres acides organiques plus lé-gers que l'acide acrylique, en particulier d'acide acéti~ue, r formé (s) en même temps que l'acide acrylique et entraîné ~s) par le solvant. Comme on le verra plus loin, ces acides peuvent aisément être isolés dans un stade complémentaire, dans le cadre du procédé de l'invention. Par ailleurs, si; au cours des opé~
rations d'absorption ou d'extraction de l'acide acrylique par le phosphate de tributyle, de l'acrolé;ne et/ou de l'eau ont été
entraînees, il est avantageux de debarrasser la solution de ces composés, préalablement a la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, par exemple par chauffage, éventuellement avec in-jection d'un gaz.
La concentration en acide acrylique de la so-lution de départ est indifférente, le procedé de l'invention s'appliquant aussi bien et présentant autant d'interêt dans le cas des solutions concentrees ou diluees d'acide acryliqueO A
titre purement indicatif, on peut dire que la soluti~n initiale -~
peut renfermer de 5 ~ 50% en poids d'acide acrylique.
Suivant le stade operatoire de depart dè la technique selon l'invention, on constitue une phase vapeur com-prenant sensiblement tout l'acide acrylique et une partie du phosphate de tri-n-butyle, par chauffage du liauide initial dans des conditions qui evitentla degradation du phosphate de tributyle.
A
)31~36 A cet egard la limite supérieure de température constitue un facteur essentiel. Il convient de ne pas dépasser notablement 160C, la gamme de températuresla p:Lus avantageuse se situant entre 110C et 150C. La durée du chauffage a également une certaine importance et doit être controlée; les temps de se~
jour sont d'autant plus courts que :Latemperature adop~e est plus elevee; pour la gamme de temperatures précitée, des temps de séjour compris entre environ 30 minutes et 5 secondes conviennent généralement pour l'obtention d'nr~e phase vapeur contenant, se-lon l'invention, la quasi-totalité de l'acide acrylique et une fraction du phosphate de tributyle sans dégradation du solvant en phase liquide ou vapeur.
La pression à appliquer se déduit des autres conditions opératoires; sa-détermination est donc a la ~ortee .:
de l'homme de l'art. A titre indicatif, on peut dire que l'on travaille de préférence a une pression inférieure a la pression atmosphérique, dans une gamme se situant generalement entre 1 et 30 mm de mercure.
En pratique, pour la realisation du stade 20 operatoire de départ, qui peut comprendre un ou plusieurs étages, ~-on a recours aux divers moyens de type connu permettant une vaporisation dans les conditions qui viennent d'être décrites: ;
par exemple, on peut effectuer une serie de vaporisations ins-tantanees en continu, ou utiliser une colonne a plateaux chauf-fants, ou mieux appliquer la technique bien connue du film mince (voir par exemple M. Loncin "Les opérations unitaires de génie chimique" pp. 40~-411), ou encore combiner ces diverses techniques.
Le liquide restant apr~s cette phase de vapo-risation est constitué par du phosphate de tri-n-butyle sensi-blement exempt d'acide acrylique et de tout autre acide orgapi-que léger qui aurait pu être présent da~s le liquide de départ.
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11(~3~96 Llobtention du phosphate de tri~n-but~le épuisé en acide or-ganique, apr~s ce premier stade opératoire~ représente un des importants avantages du procédé selon l'inven-tion. En effet, grâce à cette récuperation rapide d'une fraction importante du solvant, celle-ci est soumise pendant une période minimale à un effet thermique et les meilleures conditions sont remplies pour eviter la degradation du phosphate; de plus, ~e le solvant recup~re n'est pas chargé en acide, il peut etre recyclfi direc-tement aux opérations d'extraction ou d'absorption de l'acide acrylique à partir de solutions ou gaz en contenant, où il donne son rendement maximum d'extraction ou d'absorption.
Suivant un autre stade opératoire caracteris-tique du procede de l'invention, on soumet la phase vapeur formee dans le premier stade, après condensation partielle ou totale, à une distillation permettant de recueillir de l'acide acrylique de haute purete. Les conditions de temperature de cette distillation sont critiques: en effe~, le point d'ébul-lition du liquide ne doit pas dépasser la temperature à laquelle i le phos~hate de tributyle se dégrade sensiblement, c'est-à-dire environ 160C, la gamme de travail la plus avantageuse se si-tuant entre 120 et 150C. Ce resultat ne peut pas être atteint -de manière classique par une réduction suffisante de la pres-sion car l'acide acrylique cristallise dans le condenseur de ~-tête lorsque la pression régnant dans la colonne est abaissee à une valeur inférieure a 5 mm Hg. Suivant un trait fondamental de l'invention, on maintient dans le pied de la colonne une quantite d'acide acrylique au moins suffisante pour pouvoir ef-fectuer la distillation dans les conditions de temperatures recherchees. La quantite d'acide acrylique à maintenir dans la solution peut se situer entre 1 et 20%, de preférence 2 à lQ%
pour la gamme de températures préférée citée plut haut.
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I
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Comme dans le stade~récédent, le temps de séjour revêt une certaine importance; il est également d'autant plus court que la tempé-rature est plus elevée; pour une température de 120 a 150C, il est compris entre 1 heure et 30 secondes. La pression est ajustée en fonction de la température et de la teneur en acide acrylique choisis dans chaque cas particulier et sa détermina-tion est à la portée de llhomme`de l'art. Une gamme de pression comprise entre 5 et 30 mm Hg convient généralement oour l'en- ~
semble des cas. ;
Le liquide sortant au pied de la colonne, composé de phosphate de tri-n-butyle et dlune certaine quantité
dlacide acrylique, est avantageusement recyclé au stade de va- ~ ;~
porisation qui constitue le stade de départ du ~rocédé selon la -présente invention. On concJoit aisément l'intérêt de ce recy- ~
clage grace auquel on peut recueillir, sur 1'ensemble du procédé, ~ -la totalité de l'acide acrylique et du phosphate de tri-n-butyle contenus dans la solution de départ. Un mode de mise en oeuvre ~ -du procédé peut a~ ailleurs constituer à régler le fonctionnement de la colonne de distillation de telle sorte que le liquide sortant au pied de la colonne et recyclé au premier stade ait une concentration du même ordre que celle de la solution de départ. Toutefois ce mode de mise en oeuvre n'est pas impéra-- tif et l'on peut parfaitement travailler avec des solutions initiales et de recyclage ayant des concentrations différentes.
Bien entendu, on ne sort pas du cadre de l'invention en ne recyclant pas au premier stade le liquide sou-tiré du pied de la colonne de distillation, et en utilisant ce liquide dans une autre application. !~ ;
Le procédé selon la pr~sente invention peut comporter un certain nombre de variantesapplicables séparément ou simultanément.
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Selon une premi~re Yariante, si la solution de depart contient, ~ cata d'acide acrylique, dlautres acides organiques légers, notamment de l'acidb ac~tique, on procède dans un stade compl~mentaire, a la distillation de cet acide.
Cette s~paration s'effectue prealablement a la distillation de l'acide acrylique. Les conditions de température et de pres-sion sont a rapprocher de celles de la distillation de l'acide acrylique c'est-à-dire qu'il est neçessaire d'appliquer une température en pied de colonne qui n'entraine pas la dégrada-t'ion du phosphate de tributyle et de ne pas abaisser la pres-sion a un point tel qu'il en résulte une congélation de l'acide acétique. Une ~~ ~~~ ~~~ -~
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11(~3~6 température de l'ordre de 120-150C et une pression de 30 à
100 mm de mercure sont des conditions de travail favorables.
Selon une seconde variante, particulièrement intéres-sante losqu'on applique le procédé à des solutions relativement concentrées en acide acrylique, on :introduit tout ou partie de ;
la solution à traiter, en aval du dispositif de vaporisation, de préférence dans la colonne de distillation elle-même, à un niveau où la concentration en acide acrylique est sensiblement - ;~
identiqùe à celle de la solution d'alimentation. Une partie de l'acide acrylique distille et le liquide restant dans le pied de la colonne est envoyé dans le dispositif de vaporisa- -~
tion. En d'autres termes, l'ensemble du cycle opératoire reste par ailleurs inchangé.
On peut aussi introduire dans le circuit des fluides, par exemple dans le condenseur de tête de la ou des colonnes de ;~
distillation, des inhibiteurs de polymérisation de type connu, comme l'hydroquinone, l'éther méthylique de l'hydroquinone, ou ~ ~
autres. ~ ~-L'invention sera m1eux comprise par la description ci-après d'un mode de mise en oeuvre du procédé, où l'on se ré- ~
fère au schéma de principe de la figure 1 annexéç. Le dispositif ~-de vaporisation 1, par exemple un évaporateur à film mince, est alimenté en solution à traiter par la conduite 2. Au bas du dispositif 1, le phosphate de tri-n-butyle débarrassé de l'acide acrylique et de tout autre acide éventuel est soutiré et envoyé - !~;
par la ligne 3 au stade d'absorption ou d'extraction d'acide acrylique, en amont du procédé selon l'invention. La phase vapeur contenant l'acide acrylique, éventuellement dès acides ~ légers comme-l'acide acétique et une certaine quantité de phos-phate de tri-n-~utyle sort de l'appareil 1 par la conduite 4, puis après condensation partielle ou totale, est introduite dans la colonne 5 où l'acide acétique passe en t8te et est re- -~ .
, ~3~96 cueilli par la canalisation 6. La phase liquide restante s'écoule par la conduite 7 et alimente la colonne de distilla-tion 8 où l'acide acrylique s'échappe par 9 tandis que le liqui-de soutiré au pied de la colonne est recy~lé par la conduite 10 .
~ l'alimentation du dispositif 1. La colonne 5 est facultative et est supprimée si la solution d'alimentation ne contient pas d'acides autres que l'acide acryl:ique. Le procédé selon la présente invention peut être réal:isé en continu ou en discontinu.
L'exemple ci-après illustre l'invention sans toute-fois la limiter.
Exemple:
Dans cet exemple, on se réfère au schéma de la figure 1 annexée. L'évaporateur à film mince (1) est alimenté par la tubulure (2) avec 108.78 parties en poids d'un mélange contenant 6.52% en poids d'acide acrylique 93.30% de. tributylphosphate, 0.01 % d'eau et 0.17 % d'acide acétique. Ce mélange provient pour 82.66 parties d'un système d'absorption d'acide acrylique par le phosphate de tri-n-butyle et pour 26~12 parties d'un re-cyclage par la conduite 10.
L'évaporateur (1) est maintenu, au moyen d'un système approprié, sous une pression de 5 ~n de mercure et à une tempé-rature de 128C. Il se produit une séparation en une fraction liquide et une fraction vapeur.
La fraction liquide soutirée par (3), en bas de l'ap-pareil, représente 76.77 parties contenant 0.1 % poids d'acide acrylique et 99.9 % de tributylphosphate. Ce liquide, après un refroidissement convenable est renvoyé à l'appareil d'extrac-tion d'acide acrylique.
La fraction vapeur, sortant en (4), après condensation partielle ou totale est envoyée dans la colonne ~ distiller (5).
Elle représente 32.01 parties en poids contenant 21.90 % poids d'acide acrylique, 77.46 % de tributylphosphate, 0.59 % d'acide ~3~96 acétique et 0.03 % d'eau.
La colonne (5) fonctionne sous 35 mm de mercure en tête et 42 mm en pied correspondant à des températures respec- ;~
tives de 40C et 120C. La présence du phosphate de tributyle pexmet la séparation en tête par (6) de 0.19 parties en poids d'un effluent contenant 89.47 % en poids d'acide acétique avec 5.26 % d'acide acrylique et 5.26 % d'eau. Le liquide sortant du pied de la colonne en (7) repxésente 31.82 parties en poids contenant 77.94 % de tributylphosphate, 22.00 % d'acide acryli-10 que et 0.06 % d'acide acétique.
Ce produit est envoyé dans la colonne (8) fonction-nant sous 10 mm de mercure en tête et 12 mm en pied. Les tem- ;~
pératures sont respectivement de 40 et 130C.
La fraction de tête (9) de 5.7 parties en poids cor-respond ~ la production d'acide acrylique à une pureté de 99.65 %. L'effluent s'écoulant par 10, composé de 26.12 parties d'un liquide contenant 94.95 % de phosphate de tributyle et 5.05 % d'acide acrylique, est recyclé à l'alimentation de l'a$~a eil 1.
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La présen~e inventiGn a pour objet un procédé de sé-paration d'acide acrylique à partir de ses solutions dans le phosphate de tri-ll-butyle, par une technique particulière de distillation.
On sait que la séparation de l'acide acrylique à
partir de ses milieux réactionnels de fabrication, par exemple à partir du produit brut d'oxydation du propylène et/ou de l'acroléine, pose un problème délicat et de nombreux procédés ont été proposés à cet effet. On connait notamment une tech-nique d'absorption en phase gazeuse ou d'extractio~ en phaseliquide de l'acide acrylique au moyen de divers solvants.
L'acide acrylique est ensuite isolé par distillation ou directe-ment estérifié dans le milieu d'extraction (Brevet fran,cais 1 558 432 du 14 décembre 1967 - Brevet français 1 452 56~ du 5 novembre 1965).
Parmi les solvants déjà préconisés, le phosphate de tri-n-butyle est particulièrement efficace. Mais la sé~aration de l'acide acrylique à partir de ses solutions dans ce solvant se heurte à de nombreuses difficultés. En effet, le phosphate de tributyle se dégrade lorsqu'il est soumis à des températures é~evées, spécialement en présence d'acides et/ou d'eau, de sorte que l'épuisement en aclde acrylique de la solution, par distillation à la pression normale ou sous une pression légère-ment réduite se traduit par une perte non négligea~le de solvant.
D'autre part, pour obtenir un bon rendement d'absorption ou d'ex-traction de l'acide acrylique à l'aide du phosphate de tributyle recyclé après distillation, il est nécessaire que celui-ci ait un titre aussi faible que possible en acide acrylique. Pour éviter la dégradation du solvant et abaisser le plus possible 3~0 la teneur de celui-ci en acide acrylique, on pourrait envisager d'effectuer la clistillation sous vide poussé. Mais, dans ce cas, on rencontre des difficultés de récupération de l'acide .~
acrylique en raison de son point de cristallisation relati~ement élevé (13,5C~ correspondant ~ une pression de vapeur de quel-ques mm de mercure.
I1 a maintenant eté trouvé un procédé qui re- ~
médie aux inconvénients précit~s dans la mesure où il permet de ~:
separer sans difficultes l'acide acrylique, de recueillir le `~
phosphate de tri-n-butyle sensiblement exempt de cet acide et d'eviter la degradation du phosphate. D'autres avantages de ce procédé apparaîtront dans la description qui va suivre.
La présente invention a donc pour objet un procédé de separation et de récupération d'acide acrylique pur et de phosphate de tri-n-butyle pur, à partir de ses solutions dans le phosphate de tri-n-butyle, caractérisé en ce que:
i) l'on vaporise le liquide de départ comprenant une solution ~ :
d'acide acrylique/phosphate de tri-n-butyle à une tempéra- ~:
ture ne dépassant pas 160C, pour éviter la dégradation du phos-phate de tri-n-butyle, on o~tient alors ..
ii) une phase vapeur comprenant sensiblement tout l'acide acry- -~ ~
li~ue et une partie du phosphate de tri-n-butyle et une .:
iii) phase liquide comprenant essentiellement du phosphate de tri-n-butyle;
iv) on récupère ladite phase liquide (iii);
v) on condense au moins partiellement ladite phase vapeur (ii);
et alors vi) on distille la phase vapeur ainsi condensée (v) à une tem-pérature ne dépassant pas 160C et à une pression réduite de maniere à éviter la cristallisation de l'acide acryliqùe, pour obtenir un distillat (vii) comprenant essentiellement de : :
l'acide acrylique pur et un résidu de distillation d'acide acry- ;
lique/tri-n-butyl phoqphate (viii), tout en maintenant la quan-tité d'acide acrylique dans ledit résidu de distillation (viii) (viii) entre 1 et 20%.
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La solution de depart peut être d'origine quelconque. Elle peut resulter par exemple de l'absorption de l'acide acrylique par le phosphate de tri-n-butyle a partir du mélange gazeux obtenu var oxydation du propylene et/ou de l'acroléine; comme il est decrit dans le brevet français 1 558 432 déjà cité. ~lle peut également être issue de l'extraction li-quide de solutions aqueuses d'acide acrylique par le phosphate de tri-n-butyle. Elle peut en outre contenir sans inconvé-nient de faibles quantites d'autres acides organiques plus lé-gers que l'acide acrylique, en particulier d'acide acéti~ue, r formé (s) en même temps que l'acide acrylique et entraîné ~s) par le solvant. Comme on le verra plus loin, ces acides peuvent aisément être isolés dans un stade complémentaire, dans le cadre du procédé de l'invention. Par ailleurs, si; au cours des opé~
rations d'absorption ou d'extraction de l'acide acrylique par le phosphate de tributyle, de l'acrolé;ne et/ou de l'eau ont été
entraînees, il est avantageux de debarrasser la solution de ces composés, préalablement a la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, par exemple par chauffage, éventuellement avec in-jection d'un gaz.
La concentration en acide acrylique de la so-lution de départ est indifférente, le procedé de l'invention s'appliquant aussi bien et présentant autant d'interêt dans le cas des solutions concentrees ou diluees d'acide acryliqueO A
titre purement indicatif, on peut dire que la soluti~n initiale -~
peut renfermer de 5 ~ 50% en poids d'acide acrylique.
Suivant le stade operatoire de depart dè la technique selon l'invention, on constitue une phase vapeur com-prenant sensiblement tout l'acide acrylique et une partie du phosphate de tri-n-butyle, par chauffage du liauide initial dans des conditions qui evitentla degradation du phosphate de tributyle.
A
)31~36 A cet egard la limite supérieure de température constitue un facteur essentiel. Il convient de ne pas dépasser notablement 160C, la gamme de températuresla p:Lus avantageuse se situant entre 110C et 150C. La durée du chauffage a également une certaine importance et doit être controlée; les temps de se~
jour sont d'autant plus courts que :Latemperature adop~e est plus elevee; pour la gamme de temperatures précitée, des temps de séjour compris entre environ 30 minutes et 5 secondes conviennent généralement pour l'obtention d'nr~e phase vapeur contenant, se-lon l'invention, la quasi-totalité de l'acide acrylique et une fraction du phosphate de tributyle sans dégradation du solvant en phase liquide ou vapeur.
La pression à appliquer se déduit des autres conditions opératoires; sa-détermination est donc a la ~ortee .:
de l'homme de l'art. A titre indicatif, on peut dire que l'on travaille de préférence a une pression inférieure a la pression atmosphérique, dans une gamme se situant generalement entre 1 et 30 mm de mercure.
En pratique, pour la realisation du stade 20 operatoire de départ, qui peut comprendre un ou plusieurs étages, ~-on a recours aux divers moyens de type connu permettant une vaporisation dans les conditions qui viennent d'être décrites: ;
par exemple, on peut effectuer une serie de vaporisations ins-tantanees en continu, ou utiliser une colonne a plateaux chauf-fants, ou mieux appliquer la technique bien connue du film mince (voir par exemple M. Loncin "Les opérations unitaires de génie chimique" pp. 40~-411), ou encore combiner ces diverses techniques.
Le liquide restant apr~s cette phase de vapo-risation est constitué par du phosphate de tri-n-butyle sensi-blement exempt d'acide acrylique et de tout autre acide orgapi-que léger qui aurait pu être présent da~s le liquide de départ.
!
11(~3~96 Llobtention du phosphate de tri~n-but~le épuisé en acide or-ganique, apr~s ce premier stade opératoire~ représente un des importants avantages du procédé selon l'inven-tion. En effet, grâce à cette récuperation rapide d'une fraction importante du solvant, celle-ci est soumise pendant une période minimale à un effet thermique et les meilleures conditions sont remplies pour eviter la degradation du phosphate; de plus, ~e le solvant recup~re n'est pas chargé en acide, il peut etre recyclfi direc-tement aux opérations d'extraction ou d'absorption de l'acide acrylique à partir de solutions ou gaz en contenant, où il donne son rendement maximum d'extraction ou d'absorption.
Suivant un autre stade opératoire caracteris-tique du procede de l'invention, on soumet la phase vapeur formee dans le premier stade, après condensation partielle ou totale, à une distillation permettant de recueillir de l'acide acrylique de haute purete. Les conditions de temperature de cette distillation sont critiques: en effe~, le point d'ébul-lition du liquide ne doit pas dépasser la temperature à laquelle i le phos~hate de tributyle se dégrade sensiblement, c'est-à-dire environ 160C, la gamme de travail la plus avantageuse se si-tuant entre 120 et 150C. Ce resultat ne peut pas être atteint -de manière classique par une réduction suffisante de la pres-sion car l'acide acrylique cristallise dans le condenseur de ~-tête lorsque la pression régnant dans la colonne est abaissee à une valeur inférieure a 5 mm Hg. Suivant un trait fondamental de l'invention, on maintient dans le pied de la colonne une quantite d'acide acrylique au moins suffisante pour pouvoir ef-fectuer la distillation dans les conditions de temperatures recherchees. La quantite d'acide acrylique à maintenir dans la solution peut se situer entre 1 et 20%, de preférence 2 à lQ%
pour la gamme de températures préférée citée plut haut.
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. . - ; : . , ~3~9~i ~
Comme dans le stade~récédent, le temps de séjour revêt une certaine importance; il est également d'autant plus court que la tempé-rature est plus elevée; pour une température de 120 a 150C, il est compris entre 1 heure et 30 secondes. La pression est ajustée en fonction de la température et de la teneur en acide acrylique choisis dans chaque cas particulier et sa détermina-tion est à la portée de llhomme`de l'art. Une gamme de pression comprise entre 5 et 30 mm Hg convient généralement oour l'en- ~
semble des cas. ;
Le liquide sortant au pied de la colonne, composé de phosphate de tri-n-butyle et dlune certaine quantité
dlacide acrylique, est avantageusement recyclé au stade de va- ~ ;~
porisation qui constitue le stade de départ du ~rocédé selon la -présente invention. On concJoit aisément l'intérêt de ce recy- ~
clage grace auquel on peut recueillir, sur 1'ensemble du procédé, ~ -la totalité de l'acide acrylique et du phosphate de tri-n-butyle contenus dans la solution de départ. Un mode de mise en oeuvre ~ -du procédé peut a~ ailleurs constituer à régler le fonctionnement de la colonne de distillation de telle sorte que le liquide sortant au pied de la colonne et recyclé au premier stade ait une concentration du même ordre que celle de la solution de départ. Toutefois ce mode de mise en oeuvre n'est pas impéra-- tif et l'on peut parfaitement travailler avec des solutions initiales et de recyclage ayant des concentrations différentes.
Bien entendu, on ne sort pas du cadre de l'invention en ne recyclant pas au premier stade le liquide sou-tiré du pied de la colonne de distillation, et en utilisant ce liquide dans une autre application. !~ ;
Le procédé selon la pr~sente invention peut comporter un certain nombre de variantesapplicables séparément ou simultanément.
'~
.. . . .. . . . ~ . .. . . . .... ... , . , .. ... , . . . ~ .. .... .
Selon une premi~re Yariante, si la solution de depart contient, ~ cata d'acide acrylique, dlautres acides organiques légers, notamment de l'acidb ac~tique, on procède dans un stade compl~mentaire, a la distillation de cet acide.
Cette s~paration s'effectue prealablement a la distillation de l'acide acrylique. Les conditions de température et de pres-sion sont a rapprocher de celles de la distillation de l'acide acrylique c'est-à-dire qu'il est neçessaire d'appliquer une température en pied de colonne qui n'entraine pas la dégrada-t'ion du phosphate de tributyle et de ne pas abaisser la pres-sion a un point tel qu'il en résulte une congélation de l'acide acétique. Une ~~ ~~~ ~~~ -~
, . . . . _ . .. .. . .. . .. .. .
.... .. ..
11(~3~6 température de l'ordre de 120-150C et une pression de 30 à
100 mm de mercure sont des conditions de travail favorables.
Selon une seconde variante, particulièrement intéres-sante losqu'on applique le procédé à des solutions relativement concentrées en acide acrylique, on :introduit tout ou partie de ;
la solution à traiter, en aval du dispositif de vaporisation, de préférence dans la colonne de distillation elle-même, à un niveau où la concentration en acide acrylique est sensiblement - ;~
identiqùe à celle de la solution d'alimentation. Une partie de l'acide acrylique distille et le liquide restant dans le pied de la colonne est envoyé dans le dispositif de vaporisa- -~
tion. En d'autres termes, l'ensemble du cycle opératoire reste par ailleurs inchangé.
On peut aussi introduire dans le circuit des fluides, par exemple dans le condenseur de tête de la ou des colonnes de ;~
distillation, des inhibiteurs de polymérisation de type connu, comme l'hydroquinone, l'éther méthylique de l'hydroquinone, ou ~ ~
autres. ~ ~-L'invention sera m1eux comprise par la description ci-après d'un mode de mise en oeuvre du procédé, où l'on se ré- ~
fère au schéma de principe de la figure 1 annexéç. Le dispositif ~-de vaporisation 1, par exemple un évaporateur à film mince, est alimenté en solution à traiter par la conduite 2. Au bas du dispositif 1, le phosphate de tri-n-butyle débarrassé de l'acide acrylique et de tout autre acide éventuel est soutiré et envoyé - !~;
par la ligne 3 au stade d'absorption ou d'extraction d'acide acrylique, en amont du procédé selon l'invention. La phase vapeur contenant l'acide acrylique, éventuellement dès acides ~ légers comme-l'acide acétique et une certaine quantité de phos-phate de tri-n-~utyle sort de l'appareil 1 par la conduite 4, puis après condensation partielle ou totale, est introduite dans la colonne 5 où l'acide acétique passe en t8te et est re- -~ .
, ~3~96 cueilli par la canalisation 6. La phase liquide restante s'écoule par la conduite 7 et alimente la colonne de distilla-tion 8 où l'acide acrylique s'échappe par 9 tandis que le liqui-de soutiré au pied de la colonne est recy~lé par la conduite 10 .
~ l'alimentation du dispositif 1. La colonne 5 est facultative et est supprimée si la solution d'alimentation ne contient pas d'acides autres que l'acide acryl:ique. Le procédé selon la présente invention peut être réal:isé en continu ou en discontinu.
L'exemple ci-après illustre l'invention sans toute-fois la limiter.
Exemple:
Dans cet exemple, on se réfère au schéma de la figure 1 annexée. L'évaporateur à film mince (1) est alimenté par la tubulure (2) avec 108.78 parties en poids d'un mélange contenant 6.52% en poids d'acide acrylique 93.30% de. tributylphosphate, 0.01 % d'eau et 0.17 % d'acide acétique. Ce mélange provient pour 82.66 parties d'un système d'absorption d'acide acrylique par le phosphate de tri-n-butyle et pour 26~12 parties d'un re-cyclage par la conduite 10.
L'évaporateur (1) est maintenu, au moyen d'un système approprié, sous une pression de 5 ~n de mercure et à une tempé-rature de 128C. Il se produit une séparation en une fraction liquide et une fraction vapeur.
La fraction liquide soutirée par (3), en bas de l'ap-pareil, représente 76.77 parties contenant 0.1 % poids d'acide acrylique et 99.9 % de tributylphosphate. Ce liquide, après un refroidissement convenable est renvoyé à l'appareil d'extrac-tion d'acide acrylique.
La fraction vapeur, sortant en (4), après condensation partielle ou totale est envoyée dans la colonne ~ distiller (5).
Elle représente 32.01 parties en poids contenant 21.90 % poids d'acide acrylique, 77.46 % de tributylphosphate, 0.59 % d'acide ~3~96 acétique et 0.03 % d'eau.
La colonne (5) fonctionne sous 35 mm de mercure en tête et 42 mm en pied correspondant à des températures respec- ;~
tives de 40C et 120C. La présence du phosphate de tributyle pexmet la séparation en tête par (6) de 0.19 parties en poids d'un effluent contenant 89.47 % en poids d'acide acétique avec 5.26 % d'acide acrylique et 5.26 % d'eau. Le liquide sortant du pied de la colonne en (7) repxésente 31.82 parties en poids contenant 77.94 % de tributylphosphate, 22.00 % d'acide acryli-10 que et 0.06 % d'acide acétique.
Ce produit est envoyé dans la colonne (8) fonction-nant sous 10 mm de mercure en tête et 12 mm en pied. Les tem- ;~
pératures sont respectivement de 40 et 130C.
La fraction de tête (9) de 5.7 parties en poids cor-respond ~ la production d'acide acrylique à une pureté de 99.65 %. L'effluent s'écoulant par 10, composé de 26.12 parties d'un liquide contenant 94.95 % de phosphate de tributyle et 5.05 % d'acide acrylique, est recyclé à l'alimentation de l'a$~a eil 1.
~ -' ,~, ~.
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Claims (10)
1. Procédé de séparation et de récupération d'acide acrylique pur et de phosphate de tri-n-butyle pur, à
partir de ses solutions dans le phosphate de tri-n-butyle, ca-ractérisé en ce que:
(i) l'on vaporise le liquide de départ comprenant une solution d'acide acrylique/phosphate de tri-n-butyle à une température ne dépassant pas 160°C, pour éviter la dégradation du phosphate de tri-n-butyle, on obtient alors (ii) une phase vapeur compre-nant sensiblement tout l'acide acrylique et une partie du phos-phate de tri-n-butyle et (iii) une phase liquide comprenant es-sentiellement du phosphate de tri-n-butyle; (iv) on récupère ladite phase liquide (iii); (v) on condense au moins partielle-ment ladite phase vapeur (ii); et alors (vi) on distille la phase vapeur ainsi condensée (v) à une température ne dépassant pas 160°C et à une pression réduite de manière à éviter la cris-tallisation de l'acide acrylique, pour obtenir un distillat (vii) comprenant essentiellement de l'acide acrylique pur et un résidu de distillation d'acide acrylique/tri-n-butyl phosphate (viii), tout en maintenant la quantité d'acide acrylique dans ledit résidu de distillation (viii) entre 1 et 20%.
partir de ses solutions dans le phosphate de tri-n-butyle, ca-ractérisé en ce que:
(i) l'on vaporise le liquide de départ comprenant une solution d'acide acrylique/phosphate de tri-n-butyle à une température ne dépassant pas 160°C, pour éviter la dégradation du phosphate de tri-n-butyle, on obtient alors (ii) une phase vapeur compre-nant sensiblement tout l'acide acrylique et une partie du phos-phate de tri-n-butyle et (iii) une phase liquide comprenant es-sentiellement du phosphate de tri-n-butyle; (iv) on récupère ladite phase liquide (iii); (v) on condense au moins partielle-ment ladite phase vapeur (ii); et alors (vi) on distille la phase vapeur ainsi condensée (v) à une température ne dépassant pas 160°C et à une pression réduite de manière à éviter la cris-tallisation de l'acide acrylique, pour obtenir un distillat (vii) comprenant essentiellement de l'acide acrylique pur et un résidu de distillation d'acide acrylique/tri-n-butyl phosphate (viii), tout en maintenant la quantité d'acide acrylique dans ledit résidu de distillation (viii) entre 1 et 20%.
2. Procédé selon la revendication 1, carac-térisé en ce que l'on recycle ledit résidu de distillation (viii) à la phase vapeur d'acide acrylique/phosphate de tri-n-butyle.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la température de vaporisation est comprise entre environ 110° et 150°C.
4. Procédé selon la revendication 3, carac-térisé en ce que l'on maintient la température de vaporisation pendant environ 5 secondes à 30 minutes et à une pression d'environ 1 à 30 mm Hg.
5. Procédé selon la revendication 1, carac-térisé en ce que l'on effectue ladite vaporisation (i) via un mince film d'évaporation.
6. Procédé selon la revendication 4, carac-térisé en ce que l'on effectue la distillation (vi) à une température comprise entre environ 120° et 150°C, sous une pression d'environ 5 à 30 mm Hg, avec un temps de séjour compris entre environ 30 secondes et une heure.
7. Procédé selon la revendication 6, carac-térisé en ce que le liquide de départ renferme environ 5 à 50%
en poids d'acide acrylique.
en poids d'acide acrylique.
8. Procédé selon la revendication 7, carac-térisé en ce que la quantité d'acide acrylique maintenue dans le résidu de distillation (viii) est comprise entre environ 2 et 10%.
9. Procédé selon la revendication 6, carac-térisé en ce que le liquide de départ renferme un acide organi-que léger formé en même temps que l'acide acrylique.
10. Procédé selon la revendication 9, carac-térisé en ce que ledit acide organique léger est l'acide acétique.
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