PROCEDIMIENTO Y UNIDAD DE MEZCLA PARA LA FABRICACIÓN DE ISOCIANATOS MEDIANTE LA FOSGENACIÓN DE AMINAS PRIMARIAS.

Reactor mezclador de tipo rotor-estator que comprende una carcasa (1) sustancialmente rotacionalmente simétrica que está delimitada en la cara frontal por una placa frontal (23) y que contiene una cámara de mezcla (2) con entradas separadas para al menos dos materiales (4,

6) y una salida (13), estando prevista la entrada (26) para el primer material (4) en el eje de rotación (22) de la cámara de mezcla (2) y estando configurada la entrada para el al menos segundo material (6) en forma de una pluralidad de orificios (7) en la placa frontal (23) dispuestos de forma rotacionalmente simétrica con respecto al eje de rotación, estando asociado cada uno de los mismos a un perno (15) que puede desplazarse en dirección axial, caracterizado porque en la placa frontal (23) están dispuestos canales (24) que están orientados hacia el exterior desde la entrada (26) para el primer material en el eje de rotación (22)

La invención se refiere a un procedimiento para la preparación de isocianatos mediante la fosgenación de aminas primarias y a una unidad de mezcla de tipo rotor-estator adecuada para la mezcla de los reactantes fosgeno y amina primaria. La unidad de mezcla de tipo rotor-estator es un reactor mezclador y es adecuada para la mezcla, la iniciación y la realización de una reacción de al menos dos materiales fluidos que pueden presentar diferencias de viscosidad, en particular para la preparación de mono o poliisocianatos mediante la reacción de mono o poliaminas con fosgeno disuelto en un disolvente orgánico.

Los mezcladores de rotor-estator están constituidos en general por al menos un rotor provisto de elementos de mezcla y un estator que circunda al rotor, que está equipado con elementos deflectores de flujo. Los mezcladores de rotor-estator de este tipo son, en general, conocidos. A este respecto, el rotor gira a alta velocidad mientras el estator permanece estacionario. Por medio del movimiento del rotor, el líquido que se encuentra en el espacio anular entre el rotor y el estator se vuelve muy turbulento. En el caso de líquidos no miscibles, mediante el elevado suministro de energía, uno de los dos líquidos se dispersa en forma de partículas finas en el otro. A este respecto, la dispersión generada está tanto más finamente particulada cuanto mayor es la velocidad y, con ello, la energía suministrada. Debido a la alta velocidad del rotor, se suministra durante la mezcla mucha energía al líquido y se transforma en calor. Por lo tanto, con el transcurso del proceso de mezcla se produce un aumento de temperatura de la mezcla líquida.

Se conoce la realización de reacciones rápidas, tales como la preparación de mono o poliisocianatos mediante la reacción de mono o poliaminas con fosgeno, en un reactor mezclador de tipo rotor-estator (y, dado el caso, aparatos de reacción adicionales conectados posteriormente) que está constituido por una carcasa sustancialmente rotacionalmente simétrica, presentando la carcasa una cámara de mezcla sustancialmente rotacionalmente simétrica con entradas separadas para al menos dos materiales y una salida, estando prevista la entrada para el primer material en el eje de la cámara de mezcla y estando configurada la entrada para el al menos segundo material en forma de una pluralidad de orificios dispuestos de forma rotacionalmente simétrica al eje de la cámara de mezcla (documentos EP 291 819 B1, EP 291 820 B1).

Preferentemente, a este respecto, se usan en el estado de la técnica unidades de mezcla en las que cada entrada, que está configurada en forma de un orificio dispuesto de forma rotacionalmente simétrica al eje de la cámara de mezcla, está asociada con un perno desplazable en dirección axial, con el que el orificio puede abrirse en caso de un aumento de presión en la línea de alimentación o periódicamente y, de este modo, liberarse de la eventual presencia de sedimentos (documentos EP 830 894 B1).

También se conoce la realización de reacciones rápidas, tales como la reacción de mono o poliaminas con fosgeno, en unidades de mezcla que están constituidas por una carcasa sustancialmente rotacionalmente simétrica, presentando la carcasa una cámara de mezcla sustancialmente rotacionalmente simétrica con entradas separadas para al menos dos materiales y una salida, estando prevista la entrada para el primer material en el eje de la cámara de mezcla y la entrada para el al menos segundo material se realiza radialmente o lateralmente al eje de la cámara de mezcla y la cámara de mezcla no presenta piezas movibles (documentos EP 322 647 B1, WO 2002/002217 A1).

También se conoce la realización de reacciones rápidas, tales como la reacción de mono o poliaminas con fosgeno, en unidades de mezcla que están constituidas por una carcasa sustancialmente rotacionalmente simétrica, presentando la carcasa una cámara de mezcla sustancialmente rotacionalmente simétrica con entradas separadas para al menos dos materiales y una salida, estando dispuestas al menos ambas entradas radialmente al eje de la cámara de mezcla (documentos DE 10 034 621 A1, US-A 488 6368, DE 42 20 239 02)

La calidad de los mono o poliisocianatos preparados en aparatos de este tipo depende de forma determinante de la calidad y la velocidad de la mezcla de los al menos dos materiales fluidos. A este respecto, tiene un papel decisivo el mantenimiento de una corriente de masa homogénea a través del reactor mezclador, ya que, entonces, puede impedirse una retromezcla del material que ya ha reaccionado entre sí en las corrientes del material añadido que no ha reaccionado.

Como criterio general para la calidad de un aparato de mezcla puede usarse el tiempo de mezcla que puede lograrse con el mismo. El tiempo de mezcla de un dispositivo de mezcla que se usa para iniciar una reacción rápida tal como la preparación de mono o poliisocianatos mediante la reacción de mono o poliaminas con fosgeno disuelto en un disolvente orgánico es habitualmente de 0,0001 s a 5 s, preferentemente de 0,0005 a 4 s, de modo particularmente preferente de 0,001 a 3 s (documento DE 10 2005 014846 A1). Como tiempo de mezcla se entiende el tiempo que transcurre desde el comienzo del proceso de mezcla hasta que el 97,5 % del elemento fluido de la mezcla obtenida ha logrado una ruptura de mezcla, que con relación al valor final teórico de la ruptura de mezcla de la mezcla obtenida cuando se logra el estado de mezcla perfecta se desvía menos del 2,5 % de este valor final de ruptura de mezcla. El concepto de ruptura de mezcla se explica, por ejemplo, en J. Wamatz, U. Maas, R.W. Dibbla: Verbrennung, SpringerVerlag, Berlin Heidelberg Nueva York, 1997,2ª edición, 5. 134.

La calidad de la mezcla y la integridad del impedimento de retromezcla pueden apreciarse de forma concreta usando varios criterios:

Por medio de una mezcla insuficiente, con el transcurso del tiempo, se producen sedimentos dentro de los orificios de entrada para el al menos segundo material hasta producir un bloqueo, de tal modo que la introducción de una corriente de masa igual se ve perturbada a través de todas los orificios. Esto perjudica al comportamiento fluido a través del reactor mezclador de tal modo que se produce una potenciación de la retromezcla.

Como otro criterio para la calidad de la mezcla se puede usar el tamaño y la distribución de tamaños de las partículas de clorhidrato de amina y cloruro de carbamoílo que se forman durante la reacción y cuyo tamaño debe situarse entre nanómetros y micrómetros. Debe impedirse la aparición de cantidades mayores de estos sólidos, ya que puede provocar la formación de partículas de clorhidrato de amina más grandes y aglomeradas, cuya fosgenación, tal como se describe en la bibliografía, es muy lenta (documento WO 2004/056756 A1).

Como otro criterio para la calidad de la mezcla se puede usar también el color o la viscosidad del mono o poliisocianato obtenido, ya que en el caso de una supresión total de todas las reacciones secundarias puede obtenerse un producto incoloro y de baja viscosidad.

Como otro criterio para la calidad de la mezcla se puede usar el contenido en grupos isocianato libres (índice de NCO) en el producto obtenido, ya que el contenido en el caso de una mezcla insuficiente permanece pequeño, y se reduce más en el caso de presencia de retromezcla. El contenido en grupos isocianato libres puede determinarse fácilmente con el mencionado índice de NCO. La determinación del índice NCO se realiza mediante reacción del isocianato con dibutilamina en exceso dando la urea correspondiente y retrovaloración de la amina no usada con solución de ácido clorhídrico. Un índice de NCO alto es preferente para el uso técnico de los mono y poliisocianatos.

En las unidades de mezcla conocidas de tipo rotor-estator se realiza la mezcla de tal modo que el primer material dosificado axialmente fluye hacia fuera debido a la fuerza centrífuga del primer disco del rotor y, a este respecto, choca con el segundo material suministrado y mediante el componente de rotación ambas corrientes de material se mezclan entre sí.

En la fabricación de mono y poliisocianatos mediante reacción de mono o poliaminas con fosgeno disuelto en disolvente orgánico por medio de una unidad de mezcla de tipo rotor-estator, la solución de fosgeno se dosifica preferentemente de forma axial al eje de la cámara de mezcla y la solución de amina a través de los orificios de entrada dispuestos de forma rotacionalmente simétrica. Esto se debe a que la entrada de la solución de amina es más sensible... [Seguir leyendo]

1. Reactor mezclador de tipo rotor-estator que comprende una carcasa (1) sustancialmente rotacionalmente simétrica que está delimitada en la cara frontal por una placa frontal (23) y que contiene una cámara de mezcla (2) con entradas separadas para al menos dos materiales (4,6) y una salida (13), estando prevista la entrada (26) para el primer material (4) en el eje de rotación (22) de la cámara de mezcla (2) y estando configurada la entrada para el al menos segundo material (6) en forma de una pluralidad de orificios (7) en la placa frontal (23) dispuestos de forma rotacionalmente simétrica con respecto al eje de rotación, estando asociado cada uno de los mismos a un perno (15) que puede desplazarse en dirección axial, caracterizado porque en la placa frontal (23) están dispuestos canales

(24) que están orientados hacia el exterior desde la entrada (26) para el primer material en el eje de rotación (22).

2. Reactor mezclador según la reivindicación 1, caracterizado porque los canales de la placa frontal se extienden desde la entrada para el primer material en el eje de rotación en dirección radial hasta el sitio en el que están dispuestos más al exterior los orificios de la placa frontal para el al menos segundo material.

3. Reactor mezclador según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque los canales están cerrados en del 5 al 95 % de su longitud en dirección a la cámara de mezcla.

4. Uso de un reactor mezclador según una de las reivindicaciones 1 a 3 para la mezcla de al menos dos materiales fluidos, suspensiones o soluciones.

5. Uso según la reivindicación 4, caracterizado porque la relación de viscosidades entre el primer material y el al menos segundo material en la entrada al reactor mezclador es inferior a 0,5 o superior a 2.

6. Uso según la reivindicación 4 ó 5, caracterizado porque como primer material se usa fosgeno disuelto en un disolvente y como segundo material una solución de una amina primaria.

7. Procedimiento para la preparación de isocianatos mediante fosgenación de aminas primarias, caracterizado porque las aminas primarias y el fosgeno se mezclan en el reactor mezclador según una de las reivindicaciones 1 a 3 y se hacen reaccionar.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque se usa fosgeno disuelto en un disolvente como primer material y una solución de una amina primaria como segundo material y la relación de viscosidades entre el primer material y el segundo material en la entrada al reactor mezclador es inferior a 0,5.