Introducción a los procesos químicos ópticos: proceso de producción presurizado

Como se mencionó anteriormente, la reacción entre aminas orgánicas y fosgeno para producir isocianatos orgánicos generalmente se desarrolla en dos pasos bajo presión normal.:

R-NH 2 +COCl → R-NHCOOCl+HCl      (1)

R-NHCOCl→R-NCO+HCl                   (2)

De la reacción (1) se puede ver que el volumen de la mezcla gaseosa de fosgeno y HCl no cambia y el aumento de presión no afecta negativamente a la reacción de izquierda a derecha. Sin embargo, la situación en la reacción (2) es diferente; sólo en condiciones normales de presión o vacío, cuando el gas HCl generado se elimina rápidamente, se favorece la descomposición del cloruro de carbamoílo en isocianato.

Sin embargo, al contrario de esto, ya sea la reacción (1) o la reacción (2), cuando la presión operativa está entre 1,0 y 5,0 MPa, se obtendrá un mayor rendimiento de isocianatos. En teoría, un aumento significativo de la presión provocaría la reacción inversa de (2), dificultando la formación de isocianatos. La razón principal por la que el método de alta presión puede aumentar el rendimiento es posiblemente que la solubilidad del fosgeno a altas temperaturas aumenta bajo presión.

Otras características del método presurizado son las siguientes:

1  A alta presión se reduce el problema de separar el exceso de fosgeno del cloruro de hidrógeno. Debido a que el fosgeno se condensa y recupera fácilmente a alta presión, el equipo de recuperación es más pequeño y el cloruro de hidrógeno producido contiene poco o nada de fosgeno, lo que hace que la operación sea más segura.

2  Bajo alta presión, en la reacción del segundo paso, se puede lograr una mayor concentración de isocianatos en el material de reacción, mejorando la eficiencia de la destilación.

3  Se pueden utilizar disolventes de bajo punto de ebullición como diluyentes, lo que permite separar los isocianatos mediante destilación simple, ahorrando así energía.

A continuación se muestra el diagrama de flujo de la producción presurizada de isocianatos. Este proceso logra mejores rendimientos. El fosgeno utilizado debe estar en exceso, generalmente 100% o más de la cantidad teórica (150%-350%); la temperatura de reacción se controla entre 80-115°C; y la presión es de 1,0 a 5,0 MPa.

Proceso de producción presurizado de isocianatos orgánicos

La solución de amina orgánica ingresa a la zona del ciclo de reacción a través de una tubería, y el fosgeno también ingresa a la bomba de circulación de líquido 1 y al separador 2 a través de la tubería y al tanque de equilibrio 3 en proporción (preferiblemente una reacción de circulación de alta velocidad en una zona de reacción compuesta por una tubería horizontal). Decantador cónico, con una tasa de circulación de 20 a 30 veces el volumen total de materiales agregados por unidad de tiempo. Las funciones de los anillos de reacción 1, 2, 3 y 4 también pueden sustituirse por un dispositivo Venturi). La mezcla de la reacción del primer paso sale del separador y luego ingresa al centro de la torre de fosgeno de alta presión 4 a través de una tubería. La presión de funcionamiento de la torre es superior a 1,0 MPa, la temperatura del fondo es 145°C, y la temperatura máxima es 80°C. El gas HCl producido por la reacción se descarga después de la congelación secundaria y la recuperación de fosgeno, y los isocianatos, disolventes y fosgeno generados se envían al centro de la torre de presión atmosférica 8 para su posterior procesamiento a través de la válvula de alivio de presión 6. Los productos de la reacción se conducen a través de tuberías a la sección de desgasificación y destilación.

Por ejemplo, si el volumen total del sistema de reacción es de 15 litros, se alimenta continuamente una solución de toluenodiamina al 12,75 % en isobutirato de isobutilo a una velocidad de 94 kg/h, y el fosgeno líquido se alimenta a una velocidad de 48,6 kg/h. , que es el 150% de la cantidad teórica de fosgeno. La cantidad de líquido que circula en el sistema es 20 veces la cantidad total de líquido que ingresa por unidad de tiempo, la temperatura en la zona de reacción se mantiene a 110°C, y la presión es de 1,5 MPa.

La mezcla de reacción fluye desde la zona de reacción a la torre de fosgeno de alta presión 4 a través de una tubería con una velocidad de 142,6 kg/h. La torre tiene 1,5 m de altura, un diámetro interior de 35 cm y está repleta de anillos Raschig. La temperatura en la torre se mantiene calentando con 33 kg/h de vapor a través del calentador 7, manteniendo la temperatura del fondo a 145°C y la temperatura máxima en 82°C. La presión en la torre es de 1,5 MPa. El HCl producido por la reacción (que contiene 2,5 moles de fosgeno por 100 moles de HCl) se descarga después de la recuperación del fosgeno mediante un 20°C condensador 5 y a -20°Condensador C 5. La composición de los materiales de reacción descargados desde el fondo de la torre 4 es la siguiente:

Diisocianato de tolueno: 16,5 kg/h

Isobutirato de isobutilo: 82 kg/h

Fosgeno: 20,2 kg/h

La Torre 8 opera a presión atmosférica, con una temperatura del fondo de 158°C y una temperatura máxima de aproximadamente 70°C. El tolueno diisocianato y el solvente se descargan a través de tuberías, y luego se obtiene el diisocianato puro mediante procesos generales, con un rendimiento del 96,6%.