Brevet FR2201275A1 — publié le 19740426

la présente invention concerne un procédé de distillation de composés vinyliques, plus particulièrement de composés vinyliques polymérisables choisis dans le groupe constitué par l'acroléine, la métacroléine, l'acide acrylique, l'acide méthacrylique, l'acrylate dthydroxyéthyle, le méthacrylate dthydroxyéthyle, l'acry- late d'hydroxypropyle, le méthacrylate d'hydroxypropyle, l'acrylate de glycidyle et le méthacrylate de glycidyle, la distillation s'effectuant sans que se forment des polymères de ces composés. Parmi les dérivés vinyliques polymérisables connus, les dérivés vinyliques aromatiques, tels que le styrène, les esters d'alcools non saturés, tels que l'acétate de vinyle, les esters d'acides carboxyliques non saturés, tels que l'acrylate de méthyle et le méthacrylate de méthyle, et le chlorure de vinyle sont connus comme des monomères ayant une stabilité relativement grande; il en résulte que ces monomères ne polymérisent pas facilement, même lorsqu'ils sont condensés à partir de 11 état de vapeur. De ce fait, dans la production industrielle de ces dérivés, les opérations de distillation et de purification peuvent être effectuées sans trop prêter attention aux inconvénients pouvant provenir de la polymérisation de ces dérivés. Nais, parmi les dérivés vinyliques polymérisables, ceux appartenant au groupe indiqué plus haut peuvent aisément polymériser. De ce fait, dans la purification de ces dérivés par distillation, il s'effectue une polymérisation partielle, et la colonne de distillation tend à être colmatée par le polymère formé. De ce fait, on a pris l'habitude åusqutici d'effectuer cette distillation en présence d'un inhibiteur de polymérisation, tel que l'bydroquinone et la phénothiazine, pour éviter cet inconvénient. Cependant, du fait que leur tension de vapeur, à la température de distillation, de ces dérivés vinyliques polymérisables est excessivement faible, ces inhibiteurs de polymérisation donnent lieu aux inconvénients décrits ci-après. Que la tension de l'inhibiteur de polymérisation soit excessivement faible à la température de distillation des dérivés vinyliques polymérisables signifie que les dérivés vinyliques liquides condensés sur les plateaux ou sur les corps de remplissage de la colonne de distillation ne contiennent pratiquement pas d'inhibiteurs de polymérisation. Dans cet état, le dérivé vinylique liquide est très instable. Par exemple, lorsqu'il vient en contact avec la surface rugueuse de l'intérieur de la colonne de distillation ou séåourne dans la colonne pendant une longue période, il se polymérise piartiellementO Une fois la polymérisation déclenchée de cette manière, elle continue à une vitesse accélérée et il en résulte un colmatage d'une partie de la colonne de distillation par le polymère formé.De ce fait, il arrive fréquemment que l'on doit arrêter l'opération de distillation. On peut, dans une certaine mesure, réduire ce genre d'inconvénient en prenant des précautions pour que la vitesse de polymérisation reste faible en effectuant l'opération de distillation à une température aussi faible que possible. Cependant, pour autant qu'il est pratiquement impossible d'éviter qu'un tel phénomène ait lieu dans diverses parties à l'intérieur de la colonne de distillation, cette manière de conduire l'opé- ration de distillation ne donne pas la solution du problème. Pour éliminer cet inconvénient qui résulte de l'emploi des inhibiteurs de polymérisation habituels ayant une basse tension de vapeur, on a proposé de conduire la distillation en présence d'un inhibiteur de polymérisation ayant une tension de vapeur élevée,par exemple, des dérivés nitroso organiques et des hydrates d'hydrazine. Cependant, bien que ce type d'inhibiteur de polymérisation soit efficace pour empêcher la polymérisation des dérivés vinyliques lors de l'opération de distillation, il présente l'inconvénient d'etre inévitablement contenu dans les dérivés vinyliques distillés sous forme de produit d'altération. Même ai l'on effectue des opérations compliquées, il est très difficile d'éliminer ces inhibiteurs de polymérisation altérants des dérivés vinyliques ainsi altérés. En outre, même s'il était possible de purifier le dérivé vinylique à un degré tel qu'il ne subsiste qu'une trace de l'inhibiteur de polymérisation, cette trace ou bien serait une entrave à la polymérisation du dérivé vinylique, ou bien provoquerait la décoloration du polymère résultant lors de l'utilisation du dérivé vinylique purifié dans la préparation d'un polymère. On a donc cherché un procédé qui permette la distillation des composés vinyliques spécifiques précités polymérisant facilement, sans présenter les inconvénients indiqués. À cet effet, l'invention prévoit d'effectuer la distillation des composés vinyliques spécifiquzs précités en présence dtinhibiteurs de polymérisation en utilisant une colonne de distillation à plateaux perforés sans tube de descente, c'est à-dire une pluralité de plateaux ayant de nombreuses perforations disposés horizontalement à une certaine distance les uns des autres à l'intérieur de la colonne, et en maintenant la température de la paroi interne de la colonne à une température suffisante pour empêcher la vapeur distillée de se condenser. La présente invention est basée sur 11 hypothèse que les inconvénients précités rencontrés jusqu'ici peuvent être complètement éliminés, même dans les cas où la distillation est effectuée en utilisant un inhibiteur de polymérisation à basse tension de vapeur, tel que l'hydroquinone où la phénothiazine, si l'on contraint le liquide de condensation à enter en contact à tout moment avec la solution contenant l'inhibiteur de polymérisation dans la colonne de distillation. Comme colonne de distillation, on utilise habituellement dans les exploitations industrielles les colonnes à remplissage les colonnes à plateaux de barbotage et les colonnes à plateaux perforés. Dans la présente invention, les raisons suivantes justifient l'emploi d'une colonne à plateaux perforés. Dans une colonne à remplissage, il est impossible de mouiller complètement toutes les parties de la couche de remplissage et il existe naturellement des parties qui ne sont pas mouillées par la solution contenant l'inhibiteur de polymérisation. En conséquence, le dérivé vinylique qui s'est condensé dans ces parties commence à polymériser; il en résulte un colmatage de la colonne par le polymère formé. D'autre part, dans le cas de la colonne à plateaux de barbotage, le c8té interne de la cloche, le fond du plateau et la paroi extérieure du tube de descente ne sont pas mouillés, d'où il résulte que le dérivé vinylique polymérise naturellement à ces endroits. En conséquence, ni la colonne i remplissage, ni la colonne à plateaux de barbotage ne conviennent pour atteindre les buts de l'invention. Au contraire, dans le cas d'une colonne à plateaux perforés sans tube de descente, ctest-à-dire une colonne de distillation constituée par une pluralité de plateaux à nombreuses perforations et disposés horizontalement et à une certaine distance les uns des autres, les faces inférieure et supérieure des plateaux sont toujours mouillé par la solution, et, du fait que la condensation de la vapeur s'effectue des deux côtés de ces plateaux, le risque de polymérisation est beaucoup plus faible. Cependant, on ne peut atteindre les buts de la présente invention en utilisant de façon habituelle cette colonne de dis stillation, La raison en est que, comme il est bien connu dans le cas des colonnes de distillation actuelles, quel que soit leur type, il est impossible d'empêcher complètement la chaleur de rayonner de la face interne depuis le liquide de la colonne en isolant simplement la paroi extérieure de la colonne avec un produit d'isolation, chaque fois que la distillation s'effectue à une température supérieure à la température ambiante . En conséquence, il est impossible d'éviter le phénomène de condensation de vapeur sur la paroi interne de la colonne lors de la distillation. Or, pour atteindre le but de cette invention, il est capital d'éliminer ce phénomène. Pour éliminer ce phénomène, la présente invention propose d'équiper la paroi extérieure de la colonne d'un dispositif chauffant, maintenant ainsi une température suffisante pour empêcher la vapeur distillée de se condenser. De façon générale, les températures des diverses parties de l'intérieur de la colonne varient lorsqu'on y effectue la distillation d'un produit. De ce fait, il est presque impossible d'atteindre un état dans lequel la chaleur reçue et la chaleur émise dans les diverses parties de la paroi interne de la colonne se compensent complètement. Ainsi,pour maintenir dans la présente invention la paroi interne à la température suffisante pour empêcher la vapeur de se condenser, il est nécessaire de chauffer la paroi de la colonne à une température un peu supérieure à la température de la vapeur distillées Dans ce cas, aussi longtemps que la température de la paroi interne n'est pas excessivement supérieure à la température de la vapeur à l'intérieur de la colonne, on ne constatera pratiquement pas de diminution des effets de rectification.De préférence, la température de la paroi interne diffère de la température de la vapeur à l'intérieur de la colonne d'environ 300C. Comme source de chauffage de la paroi extérieure de la colonne de distillation, on peut utiliser tout moyen connu tel que la vapeur, l'électricité, l'air chaud et l'eau chaude. D'autre part, comme procédé pour chauffer la paroi extérieure de la colonne, on peut la diviser en plusieurs sections et chauffer celles-ci en faisant circuler le fluide de chauffage dans des jaquettes extérieures, ou bien on peut chauffer toute la colonne d'une manière analogue. a distillation s'effectue à des températures et à des pressions qui conviennent à la nature du composé vinylique polymérisable à distiller. La distillation peut s'effectuer en continu ou en discontinu. Parmi les composés vinyliques polymérisables auxquels peut s'appliquer le procédé de l'invention, il faut citer les composés suivants : acroléine, métacroléine, acide acrylique, acide méthacrylique, acrylate d'hydroxyéthyle, méthacrylate d'hydroxyéthyle, acrylate d'hydroxypropyle, méthacrylate d'hydroxypro- pyle, acrylate de glycidyle et méthacrylate de glycidyle. Parmi les inhibiteurs de polymérisation pouvant être utilisés dans l'invention, on peut citer les inhibiteurs habituels tels que hydroquinone, phénothiazine, 4-t-butylcatéchol, bleu de méthylène, etc00 Ces inhibiteurs sont, soit ajoutés au composé vinylique brut à distiller, soit ajoutés dans la colonne lors de la distillation. On peut en outre introduire une trace d'oxygène ou d'air dans la colonne, par le fond, lors de la distillation, pour améliorer l'efficacité de ces inhibiteurs de polymérisation. Ainsi, en opérant de la manière décrite ci-dessus et sur la base du principe de la présente invention, il devient possible de distiller les composés vinyliques polymérisables sans qu'il se forme de polymères. Les exemples non limitatifs suivants vont illustrer l'invention. Exemple 1 La colonne de distillation utilisée est équipée d'une ja- quette autour de sa paroi extérieure et de plateaux perforés sans tube de descente, et elle présente les caractéristiques suivantes : nombre d'étages : 15, écartement des plateaux:250 mm, épaisseur des plateaux : 2 mm, diamètre des plateaux : 150 mm, diamètre des trous : 10 mm, On distille un acide acrylique par le procédé à reflux total, tout en réglant la quantité de reflux à 45 kg par heure pour une pression absolue en tête de la colonne-de 40 mm de mercure. On introduit en même temps de l'eau chaude par le fond de la jaquette et on l'évacue par le haut pour réchauffer ainsi la paroi de la colonne. On règle la température de l'eau chaude de telle façon qu'elle soit de 80 C en bas de la jaquette et de 700C en haut. D'autre part, on ajoute de l'acide acrylique frais contenant 2 % en poids d'hydroquinone à l'acide acrylique refluant à un taux de 500 g par heure pendant la distillation, tout en extrayant l'acide acrylique usé du bas de la colonne à un taux de 500 g par heure, maintenant ainsi constant le niveau du liquide en bas de la colonne.Les températures du bas et du haut de la colonne pendant la distillation,sont respectivement,78 C et 66 C, Après avoir continué la distillation totale à reflux pendant 1 200 heures de cette manière, la colonne est démontée et examinées On n'a trouvé aucun polymère dans aucune partie de l'intérieur de la colonne, même après un temps aussi longO Exemple de comparaison 1 Lorsqu'on répète l'exemple I, mais sans faire circuler de l'eau chaude à travers la jaquette, la température du bas de la colonne, qui est 780C au début de l'opération, s'élève à 90 C après 150 heures0 En outre, lors du démontage de la colonne-, on trouve du polymère adhérant à la paroi et aux plateaux perforés, et on constate un colmatage considérable des trous des plateaux par le polymère0 Exemple 2 On utilise une colonne de distillation du même type que dans l'exemple 1, et on distille de l'acide méthacrylique par le procédé à reflux total, tout en réglant la quantité du reflux à 21,1 kg par heure avec une pression absolue en tête de la colonne de 10 mm de mercure. On chauffe en même temps la paroi de la colonne en introduisant de l'eau chaude par le fond de le raquette et en ltévacuant à la partie supérieure de celleci. La température de liteau au fond de la jaquette est 830C et elle est de 680C en haut, D'autre part, on ajoute de l'acide méthacrylique frais contenant 1 % en poids d'hydroquinone à l'acide méthacrylique refluant, à un taux de 500 g par heure pendant la distillation, tout en extrayant l'acide méthacrylique usé du bas de la colonne à un taux de 500 g par heure. Lors de la distillation, les températures du bas et du haut de la colonne sontJrespective- menti efi ex 6000. jja colonne est démontée après 300 heures de fonctionnement continuO tors ae l'examen de l'intérieur, on ne note nulle part de polymère adhtrant. Exemple 3 On utilise une colonne de distillation équipée d'une ja quette autour de sa paroi extérieure et de plateaux perforés sans tube de descente selon les spécifications suivantes : nombre de plateaux : 10, écartement des plateaux : 250 mm; épaisseur des plateaux : 2 mm, diamètre des plateaux :-80 mm, diamètre des trous 5 mm; on y distille de l'acroléine par le procédé à reflux total tout en réglant la quantité de reflux à 45 kg par heure à la pression atmosphérique normale. On introduit en même temps de l'eau chaude par le fond de la jaquette et on l'évacue par le haut. La température de l'eau chaude est de 600C au fond de la jaquette et 55 C à son sommet. D'autre part, on ajoute de llacroléine fraiche contenant 2 X en poids d'hydroquinone, au taux de 500 g par heure à l'acroléine refluant pendant la distillation, tandis qu'on extrait du bas de la colonne l'acroléine usée au taux de 500 g par heure. Les températures du bas et du haut de la colonne sont, pendant la distillation, respectivement 530C et 5200. Après avoir prolongé la distillation à reflux total pendant 300 heures, la colonne est démontée et examinée. On ne constate nulle part à l1intérieur de la colonne de polymère adhérant. Exemple 4 On utilise une colonne de distillation du meme type que dans l'exemple 3 et on distille par le procédé à reflux total de 1' acrylate d'hydroxyéthyle, en réglant la quantité de reflux à 5,5 kg par heure pour une pression absolue en haut de la tour de-5-mm de mercure. On introduit en même temps de l'eau chaude par-le bas de la jaquette et on l'en évacue par le haut. La température de l'eau chaude est de 10000 en bas de la jaquette et 85 C en haut. D'autre part, on ajoute de l'acrylate d'hydroxyéthyle frais contenant 1 % en poids de phénothiazine à 1' acrylate d'hydroxyéthyle refluant, au taux de 500 g par heure pendant la distil- lation, tandis qu'on extrait-8'acrylate d'hydroxyéthyle usé du bas de la colonne, au taux de 500 g par heure et on introduit de l'air dans la colonne au taux de 2 litre normaux par heure par le bas de la colonne. Les températures du haut et du bas de la colonne sont, pendant la distillation, respectivement 9500 et ?4O. Après avoir prolongé la distillation à reflux total pen dat 100 heures, la colonne est démontée. Lors de l'examen de l'intérieur, on ne note nulle part de polymère adhérant. Exemple 5 On utilise une colonne de distillation du même type que dans l'exemple 3 et on distille du méthacrylate de glycidyle par le procédé à reflux total tout en réglant la quantité de reflux à 6 kg par heure pour une pression absolue en tête de la colonne de 5 mm de mercure. On introduit en même temps de liteau chaude par le fond de la jaquette et l'on évacue par le haut. La température de l'eau chaude est 850C au fond de la jaquette et 730C en haut. D'autre part, on ajoute du méthacrylate de glycidyle frais contenant 1 % en poids de phénothiazine au méthacrylate de glycidyle refluant au taux de 500 g par heure pendant la distillation, tandis qu'on extrait le méthacrylate de glycidyle usé du bas de la colonne au taux de 500 g par heure et on introduit de l'air dans la colonne au taux due 2 litres normaux par heure par le bas de la colonne. Les températures du bas et du haut de la colonne sont, pendant la distillation, respectivement 810C et 6500. Après avoir prolongé la distillation à reflux total pendant 100 heures, la colonne est démontée et examinée. On ne note nulle part à l'intérieur de la colonne de polymère adhérant. REVENDICATIONS 1.- Procédé de distillation des composés vinyliques polymérisables choisis dans le groupe constitué par les composés suivants : acroléine, méthacroléine, acide acrylique, acide méthacrylique, acrylate d'hydroxyéthyle, méthacrylate d'hydroxyéthyle, acrylate d'hydroxypropyle, méthacrylate d'hydroxypropyle, acrylate de glycidyle et méthacrylate de glycidyle, caractérisé par le fait qu'on distille le composé vinylique polyméri. sable en présence d'un inhibiteur de polymérisation en utilisant une colonne de distillation à plateaux perforés sans tube de descente et qu'on maintient la température de la paroi interne de la colonne à une température suffisante pour empêcher la vapeur distillée de s'y condenser, grâce à quoi le composé vinylique polymérisable est distillé sans formation de polymère. 2.- Procédé selon la revendication 1, dans lequel la température de la paroi interne de la colonne est maintenue à une valeur supérieure de 300C au maximum à celle de la vapeur distillée 3.- Procédé selon la revendication 1, dans lequel la température de la paroi interne de la colonne est maintenue à une température suffisante pour empêcher la condensation de la vapeur distillée en faisant circuler un fluide de chauffage à travers une jaquette montée autour de la paroi extérieure de la colonne.