Introdução ao Processo Químico Óptico – Processo de Uma Etapa em Alta Temperatura

Descrição Geral do Processo:

A reação de aminas primárias orgânicas com fosgênio normalmente adota um método de duas etapas: fosgenação em baixa temperatura e fosgenação em alta temperatura. O objetivo da fosgenação a baixa temperatura é permitir que aminas primárias orgânicas formem sais de amônio (cloridratos) e compostos de carbamoíla a baixas temperaturas (isto é, <70°C), reduzindo reações colaterais. No entanto, o intermediário produzido após a fosgenação a baixa temperatura é uma pasta amarela com alta viscosidade, dificultando o transporte. Além disso, a fosgenação a baixa temperatura é uma reação exotérmica que libera cerca de 155 kJ/mol de calor. Para manter um estado de baixa temperatura, é necessária uma grande quantidade de salmoura resfriada para remover o calor da reação, garantindo o progresso normal da fosgenação em baixa temperatura. Portanto, a desvantagem do processo em duas etapas é o alto consumo de energia e a necessidade de bombas dosadoras para transportar o líquido viscoso.

O processo de fosgenação em uma etapa em alta temperatura elimina o estágio de fosgenação em baixa temperatura, aumentando a velocidade da reação e, assim, encurtando o ciclo de reação. Geralmente, o cloreto de carbamoíla é estável abaixo de 70°C, mas se decompõe em isocianatos e HCl acima de 80°C.:

R-NHCOCl→R-NCO+HCl

Os sais orgânicos de amônio também podem reagir diretamente com o fosgênio acima de 80°C para formar isocianatos orgânicos.:

R-NH2·HCl+COCl2→R-NCO)+3HCl

Neste método, a temperatura de reação deve ser controlada acima de 80°C, normalmente dentro da faixa de 120-200°C, para atingir um alto rendimento. A quantidade necessária de fosgênio é menor do que nos processos convencionais. Se forem utilizados dois reactores ligados em série para a fosgenação, o excesso de fosgénio é mínimo, cerca de 5% a 20%.

Este processo pode ser conduzido continuamente em dois reatores de aço resistentes a ácidos, capazes de aquecer. Os reatores são equipados com agitadores do tipo impulsor, entrada para solução de fosgênio e amina, saída para remoção da mistura reacional e condensador de refluxo para remoção de HCl e fosgênio residual produzido durante a reação.

Processo Específico:

Primeiro, uma concentração de 15% de solução de amina é pré-aquecida a 100°C e alimentada simultaneamente com fosgênio no primeiro reator. A temperatura de reação é controlada entre 120-160°C, com a quantidade de fosgênio correspondendo ao requisito teórico para a amina orgânica. Quando a taxa de conversão atinge 75% a 88%, o material transborda para o segundo reator, mantendo a mesma temperatura e complementando com fosgênio na quantidade de 5% a 20% da necessidade teórica. No segundo reator, quando a taxa de conversão atinge 93% a 96%, a mistura reacional é transferida para um coletor e seca com gás nitrogênio para remover HCl e fosgênio.

O isocianato produzido por este método é de alta pureza. Após destilação a vácuo para remover uma pequena quantidade de impurezas e solvente, a pureza do isocianato pode atingir mais de 99%. O solvente destilado inicial contendo uma pequena quantidade de isocianato é reciclado no primeiro reator, eliminando a necessidade de equipamentos de separação e limpeza. O excesso de fosgênio separado dos dois reatores pode ser reutilizado após a remoção do HCl.

Exemplo de implementação:

Em um reator resistente a ácido de 28,5L com condensador de refluxo e agitador impulsor, pré-aquecido a 160°C com uma solução saturada de ortodiclorobenzenofosgênio, uma solução de 2,6-toluenodiamina pré-aquecida a 100°C é alimentada a 6g/min e fosgênio a 6g/min. 9,6g/min. O material de reação transborda do primeiro reator para o segundo, onde o fosgênio é suplementado a 1,9g/min, mantendo uma temperatura de 160°C. Após a purga com nitrogênio, a destilação a vácuo produz diisocianato de 2,6-tolueno com rendimento de 94% (com base na amina) e pureza de 99%.

Outro processo de produção industrial de isocianatos usando o método de alta temperatura em uma etapa é ilustrado no diagrama abaixo.

Este processo envolve a condução da reação de fosgenação em tubulações a 150°C com circulação de alta velocidade. O líquido de fosgenação passa por desgaseificação em alta temperatura para remover fosgênio residual e HCl, com recuperação de fosgênio feita por absorção pressurizada à temperatura ambiente.

Uma solução a 16% de toluenodiamina e ortodiclorobenzeno é armazenada no tanque 1, alimentada pela bomba dosadora 3 no misturador 7. O fosgênio gasoso e a solução de recuperação de fosgênio (contendo 25% de fosgênio) entram nos misturadores 9 e 10, respectivamente, aquecidos acima de 150°C pelo aquecedor 8, e rapidamente misturados com a solução de diamina em uma tubulação especialmente estruturada a 150°C e 0,1MPa. O gás HCl gerado é descarregado do topo do separador 5, enquanto outros materiais circulam em alta velocidade pela bomba 6, com um número de Reynolds acima de 10 ^ 6 e um volume de circulação 50-100 vezes a quantidade de saída de TDI semiacabado. O líquido de fosgenação sai da zona de reação para a torre de desgaseificação 11 a 150-200°C e 0,1 MPa, com um tempo de residência de 30 minutos a 1 hora. O gás misto de fosgênio, solvente e HCl descarregado do topo da torre de desgaseificação é condensado no condensador 12, com 10% de solvente refluxando para a zona de reação. A parte inferior da torre de desgaseificação libera uma solução de tolueno diisocianato-ortodiclorobenzeno com cloro hidrolisado reduzido a 0,03%.

O gás fosgênio-HCl não condensado do condensador 12 é comprimido a 0,5 MPa pelo compressor 15, entrando na parte inferior da torre de absorção de fosgênio 16 a 20 ℃, com o material interno absorvendo fosgênio e liberando calor, elevando a temperatura inferior para 50 ℃. Para manter a temperatura da torre, circula água de resfriamento de 10°C. O líquido de absorção inferior contendo 25% de fosgênio entra no tanque 17, enquanto o fosgênio não absorvido é reciclado por congelamento a 0-5°C, com HCl descarregado contendo apenas 10 mg/kg de fosgênio, enviado para a seção de produção de ácido clorídrico.