Introducción a los procesos químicos ópticos: proceso de producción continua de torres

El proceso de torre continua es actualmente uno de los métodos de producción más avanzados para la preparación de isocianatos orgánicos. Este proceso se caracteriza por un bajo consumo de fosgeno, alto rendimiento, gran capacidad de producción, calidad estable del producto y potencial de automatización y producción a gran escala.

En el proceso de producción continua de la torre, el equipo clave incluye la torre de fosgenación, la torre de extracción y el evaporador de película delgada. La relación altura-diámetro de la torre de fosgenación oscila entre 5 y 30:1, idealmente entre 5 y 10:1. La torre está repleta de anillos Raschig o placas de contacto para mejorar el contacto gas-líquido. La distribución de temperatura en la torre de fosgenación aumenta gradualmente de 40°C en la parte superior para 180°C en la parte inferior. La temperatura del fondo depende del punto de ebullición del disolvente: para el clorobenceno, es 130°C; para el o-diclorobenceno, es 180°C. Generalmente, la temperatura de la torre se divide en dos secciones: la parte superior a 40-100°C y la parte inferior a 100-180°C. La temperatura de la torre de extracción se controla por debajo del punto de ebullición del disolvente, con amoníaco seco o gas metano introducido en el fondo para eliminar el HCl y  COCl ₂ del material de reacción de la torre de fosgenación. El evaporador de película delgada, que puede ser vertical, horizontal, de película descendente o de película ascendente, sirve para evaporar al vacío el disolvente y las sustancias de bajo punto de ebullición.

El flujo del proceso de producción continua de la torre se muestra en el siguiente diagrama.

Nuevo proceso de fosgenación continua en torre para la producción de poliisocianatos

Las ventajas de este proceso son las siguientes.:

1  La solución de poliamina clorobenceno ingresa directamente a la torre para reaccionar, lo que elimina la necesidad de equipos de sal de poliamina y supera los problemas de alta viscosidad y dificultad de transporte de la suspensión de cloruro de poliamonio.

2. El flujo de material en la torre de fosgenación es continuo y convectivo, lo que ayuda a eliminar rápidamente el gas HCl generado en la reacción, aprovechando al máximo el fosgeno sin necesidad de fosgeno adicional.

3. El uso de un evaporador de película delgada tipo raspador da como resultado un tiempo de exposición corto a altas temperaturas, lo que produce menos polímeros y garantiza una baja viscosidad del producto.

4. Toda la tubería del proceso está sellada con un secador en la salida, evitando que la humedad ingrese al sistema y cause corrosión en el equipo o reticulación y polimerización del producto.

5. Todos los puntos de control del proceso están centralizados, lo que permite la producción automatizada.

Las condiciones del proceso son las siguientes.:

1. Concentración de solución de poliamina clorobenceno: 5% - 20%;

2. Relación molar fosgeno/amina: 1,1 - 1,2;

3. Presión: atmosférica o ligeramente superior;

4. Tiempo de residencia en la torre de fosgenación: menos de 2 horas;

5. Distribución de temperatura: temperatura superior de la torre 40-50°C; temperatura media de la torre 100-110°C; temperatura inferior de la torre 120-130°C;

6. Disolvente: clorobenceno, contenido de agua. <100 mg/kg.

El proceso es básicamente el siguiente: la solución de poliamina orgánica se dosifica y bombea desde la parte superior de la torre, mientras que el fosgeno entra por la parte inferior. La cantidad de fosgeno utilizada es la cantidad teórica necesaria para la amina orgánica o un exceso del 10-20%. El gas HCl y el fosgeno residual generados en la torre de fosgenación se descargan después de condensar y reciclar el clorobenceno en la parte superior de la torre, y los productos de reacción fluyen desde la parte inferior hasta un tanque de almacenamiento intermedio. El producto de reacción crudo, que contiene trazas de HCl y COCl, se mide y se bombea a la parte superior de la torre de extracción, introduciéndose gas nitrógeno seco desde la parte inferior para eliminar el HCl y el fosgeno a 130-180°C. El disolvente de isocianato del fondo de la torre de extracción se evapora al vacío para eliminar el disolvente. El disolvente se condensa y se recicla. El producto del fondo del evaporador de película fina al vacío es isocianato crudo o PAPI. Para el MDI de alta pureza, se requiere una destilación adicional.