Procedimiento de poliéster de bajo coste que usa un reactor tubular.

Procedimiento para la preparación de un poliéster monomérico a partir de una pluralidad de reactantes,

que comprende:

a. suministro de un reactor tubular de esterificación que presenta una entrada, una salida y una superficie interior; y

b. adición de al menos un reactante en el reactor tubular de esterificación en proximidad con la entrada de manera que los reactantes circulen a través del reactor tubular de esterificación, de manera que los reactantes reaccionan entre sí para formar el poliéster monomérico en el reactor tubular de esterificación y el poliéster monomérico sale de la salida del mismo, en el que el al menos un reactante y el poliéster monomérico que circulan a través del reactor tubular de esterificación son cada uno un líquido de esterificación;

en el que el reactor tubular de esterificación se hace funcionar en un régimen de flujo seleccionado entre el grupo que consiste en flujo de burbujas, flujo tapón, flujo estratificado, flujo ondular, flujo bache, flujo disperso y flujo espuma.

Procedimiento de poliéster de bajo coste que usa un reactor tubular

CAMPO DE LA INVENCIÓN

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

CAMPO DE LA INVENCIÓN

Esta invención se refiere en general a procedimientos y aparatos para la producción de poliésteres en los que los procedimientos de esterificación, de policondensación, o tanto de esterificación como de policondensación, se realizan en un reactor tubular, en particular tal como se describe en las reivindicaciones 1 y 11, respectivamente.

A medida que el negocio de producción de poliésteres se vuelve más competitivo, resultan altamente deseables los procedimientos de producción alternativos de bajo coste. Se ha desarrollado una diversidad de procedimientos. En los comienzos se usó una destilación reactiva (patente de Estados Unidos nº 2.905.707) con vapor de etilenglicol ("EG") como reactivo (patente de Estados Unidos nº 2.829.153) . Se han descrito múltiples cámaras agitadas para obtener un control adicional de la reacción (patente de Estados Unidos nº 4.110.316 y documento WO 98/10007) . La patente de Estados Unidos nº 3.054.776 desvela el uso de caídas de presión menores entre los reactores, mientras que la patente de Estados Unidos nº 3.385.881 desvela múltiples etapas de reactor en una sola envoltura de reactor. Estos diseños fueron mejorados para resolver los problemas de arrastre u obstrucción, integración de calor, transferencia de calor, tiempo de reacción, número de reactores, etc., como se desvela en las patentes de Estados Unidos nº 3.118.843; 3.582.244; 3.600.137; 3.644.096; 3.689.461; 3.819.585; 4.235.844; 4.230.818; y 4.289.895.

Desafortunadamente, los reactores y las plantas son extremadamente complejos. Los reactores agitados de policondensación presentan diseños complejos que requieren cálculos detallados y destreza. El reactor tiene que funcionar al vacío y mantener su forma tanto si se calienta como si se enfría de manera que el agitador no arañe las paredes, y se mantiene una tolerancia estrecha para proporcionar una transferencia de masa eficaz. Estos diseños complejos no se pueden construir o instalar rápidamente. Asimismo requieren experiencia para su mantenimiento y funcionamiento.

Los reactores de esterificación o de intercambio estérico cilíndricos convencionales, tales como un reactor continuo de tanque agitado ("CSTR") , presentan muchas partes internas, tales como deflectores, serpentines para el calentamiento, grandes rebosaderos, bandejas, relleno, agitadores y tubos de aspiración, etc. Los reactores de 35 esterificación o de intercambio estérico también pueden ser columnas de destilación reactiva, de separación o de rectificación, con sus bandejas, relleno, tubos de bajada, evaporadores, condensadores, intercambiadores de calor internos, sistemas de reflujo, bombas, etc., internos asociados. Los reactores de policondensación convencionales, que son normalmente dispositivos de seudo-flujo tapón que tratan de mantener un tiempo de residencia medio con una estrecha distribución de tiempos, son normalmente (1) CSTR, normalmente del tipo de reactores de película 40 agitada o de película fina, o (2) dispositivos de destilación reactiva. Tales reactores de condensación convencionales presentan habitualmente medios para potenciar la renovación superficial, normalmente preparando películas finas del polímero. Tales dispositivos de policondensación convencionales contienen bandejas, serpentines calentadores internos, diques, deflectores, películas agitadas, agitadores internos y agitadores grandes con juntas o motores magnéticos, etc. Estos reactores normalmente presentan raspadores u otros dispositivos muy complicados para 45 evitar la obstrucción de los conductos de vapor. Muchos reactores de policondensación también presentan requerimientos de tolerancia muy estrictos y deben mantener su forma en un intervalo de temperaturas. Estos reactores cilíndricos requieren mucho trabajo cualificado, de ingeniería y de elaboración de planos para su construcción. El reactor cilíndrico también presenta una camisa fabricada especialmente que presenta múltiples camisas tubulares parciales y líneas de soldadura que conectan las camisas tubulares entre sí y con el reactor. El 50 reactor cilíndrico presenta componentes externos adicionales, tales como engranajes, agitadores, sistemas de juntas, motores y similares. La complejidad, los materiales y la habilidad extraordinarios requeridos para construir los reactores cilíndricos generan los mayores costes.

En patentes de la técnica anterior se ha desvelado un tubo que está integrado en el procedimiento o equipo. La 55 patente de Estados Unidos nº 3.192.184, por ejemplo, desvela un tubo con deflectores internos dentro del reactor, y la patente de Estados Unidos nº 3.644.483 desvela el uso de un tubo para la adición de masa. Como otros ejemplos, la solicitud de patente WO 96/22.318 y la patente de Estados Unidos nº 5.811.496 desvelan dos reactores tubulares entre los reactores de esterificación y de polimerización, y la patente de Estados Unidos nº 5.786.443 desvela un reactor tubular entre un reactor de esterificación y un calentador, obteniéndose un reactor por etapas. Cada uno de

estos trenes de reactores incorpora un reactor tubular en los otros reactores y equipos complejos.

Aunque se ha propuesto la teoría de que un intercambio estérico o esterificación óptimo se produciría en un continuo de reducción continua de presión y aumento continuo de temperatura (véase la figura 1, Santosh K. Gupta y Anil 5 Kumar, Reaction Engineering of Step Growth Polymerization, The Plenum Chemical Engineering Series, capítulo 8, Plenum Press, 1987) , el coste para realizarlo con equipos convencionales existentes es prohibitivo porque requiere numerosos reactores pequeños, cada uno con sus propios instrumentos y válvulas asociados para el control del nivel, la presión y la temperatura, así como bombas. Así, en los diseños convencionales de las plantas de producción de poliésteres, el número de etapas de reducción de presión (reactores cilíndricos) está minimizado para minimizar el coste. A cambio, si en lugar de ello se aumentara el número de reactores, se minimizaría la caída de presión.

En la técnica existe la demanda de aparatos y procedimientos más sencillos y de menor coste para la producción de poliésteres.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a equipos y procedimientos para la producción de poliésteres. Más específicamente, la presente invención se refiere a reactores tubulares y a equipos y procedimientos asociados para el uso en plantas de producción de poliésteres tanto nuevas como existentes (reajustadas) . Los materiales de partida, o los reactantes, pueden ser materias primas líquidas, gaseosas o sólidas, usándose todos los componentes para el poliéster o modificadores. El reactor tubular de la presente invención presenta muchas ventajas frente a los procedimientos y aparatos convencionales para la producción de poliésteres.

El procedimiento de los reactores tubulares de la presente invención permite al diseñador desacoplar entre sí la transferencia de calor del reactor, el volumen (es decir, el tiempo de residencia) , la agitación y las funciones de desacoplamiento. Con respecto a la transferencia de calor, los reactores tubulares de la presente invención no requieren los serpentines calentadores internos de un reactor continuo de tanque agitado, sino que en lugar de ello pueden usar diversos medios de calentamiento, como un intercambiador de calor o un tubo con camisa. Entre muchas otras limitaciones de los CSTR, la cantidad de serpentines calentadores está limitada debido a la necesidad de mantener la agitación de los líquidos. Demasiados serpentines calentadores no dejan espacio suficiente entre los serpentines para la agitación. Puesto que en un sistema de reactores tubulares la función de transferencia de calor y la función de agitación están desacopladas, el sistema de reactores tubulares de la presente invención no presenta esta y otras limitaciones de los CSTR.

Los reactores tubulares no están limitados al volumen de un recipiente para consideraciones cinéticas, como es el caso de un CSTR; los reactores tubulares usan la longitud del tubo para la cinética, que se puede modificar fácilmente. En cuanto a la transferencia de masa o la agitación, los reactores tubulares no requieren la hélice o el rotor de un CSTR; en su lugar se puede usar una bomba o el flujo gravitacional para remover el líquido.

Finalmente, en lo que respecta al desacoplamiento, que es la separación del gas desde la interfase líquida, un procedimiento en un CSTR controla la interfase líquido/gas mediante el volumen del reactor. Controlar... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la preparación de un poliéster monomérico a partir de una pluralidad de reactantes, que comprende:

a. suministro de un reactor tubular de esterificación que presenta una entrada, una salida y una superficie interior; y

b. adición de al menos un reactante en el reactor tubular de esterificación en proximidad con la entrada de manera que los reactantes circulen a través del reactor tubular de esterificación, de manera que los reactantes reaccionan entre sí para formar el poliéster monomérico en el reactor tubular de esterificación y el poliéster monomérico sale de la salida del mismo, en el que el al menos un reactante y el poliéster monomérico que circulan a través del reactor tubular de esterificación son cada uno un líquido de esterificación;

en el que el reactor tubular de esterificación se hace funcionar en un régimen de flujo seleccionado entre el grupo que consiste en flujo de burbujas, flujo tapón, flujo estratificado, flujo ondular, flujo bache, flujo disperso y flujo espuma.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la entrada está colocada al menos 6, 1 metros en vertical (20 pies en vertical) por debajo de la salida.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, que comprende además la eliminación de los vapores del reactor tubular intermedio entre la entrada y la salida y en proximidad con o adyacente a la salida; o la eliminación de los vapores del reactor tubular intermedio entre la entrada y la salida o en proximidad con o adyacente a la salida.

4. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además la reacción de parte del poliéster monomérico para formar poliéster oligomérico.

5. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además la recirculación de una parte de los reactantes y el líquido monomérico a través del reactor tubular.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, que comprende además la alimentación o el suministro de los reactantes en un bucle de recirculación.

7. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además el calentamiento de los reactantes y los monómeros o el calentamiento de los reactantes o los monómeros que circulan a través del reactor tubular.

8. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el poliéster comprende ácido tereftálico o un éster del mismo.

9. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además la introducción de uno o más aditivos en el reactor tubular entre su entrada y su salida, en el que los aditivos se seleccionan entre un catalizador, colorante, tinta sólida, pigmento, negro de carbono, fibra de vidrio, relleno, modificador de impactos, antioxidante, estabilizador, retardador de llama, auxiliar para el recalentamiento, compuesto reductor de acetaldehído, compuesto de secuestro de oxígeno, compuesto absorbente de UV, aditivo de mejora de barrera, como partículas de plaquetas, óxido de hierro negro, comonómeros y mezclas de los mismos.

10. Procedimiento para la preparación de un poliéster polimérico, que comprende la producción de un poliéster monomérico según un procedimiento tal como se define en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el monómero producido es suministrado a un reactor de policondensación para producir polímero.

11. Aparato para producir un poliéster polimérico, que comprende:

a. un reactor tubular de esterificación que tiene una entrada, una salida y una superficie interior a través de la cual se hacen pasar los reactantes líquidos de esterificación; que comprende además un medio para eliminar los vapores del reactor tubular intermedio en su entrada y su salida y en proximidad con o adyacente a la salida, o en proximidad con o adyacente a la salida, con el fin de controlar el flujo de fase a un régimen de flujo seleccionado entre el grupo que consiste en flujo de burbujas, flujo tapón, flujo estratificado, flujo ondular, flujo bache, flujo disperso y flujo espuma.

b. un reactor tubular de policondensación formado por separado de y en comunicación fluida con el reactor de esterificación, en el que el reactor de policondensación tiene una entrada, una salida y una superficie interior a través de la cual se hace pasar al menos un reactante líquido de policondensación.

12. Aparato según la reivindicación 11, que comprende además un bucle de recirculación que tiene un afluente y un efluente, estando el efluente en comunicación fluida con el reactor tubular de esterificación.

13. Aparato según la reivindicación 11 ó 12, en el que el reactor de policondensación comprende además

al menos un cable conectado a la superficie interior del mismo, en el que los líquidos de policondensación circulan por todo el cable.

14. Aparato según una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, en el que el reactor tubular de esterificación comprende además al menos un cable conectado a la superficie interior del mismo y en el que los 15 líquidos de esterificación circulan por el cable.