ES2228053T3 - Proceso continuo de poliamidacion. - Google Patents
Proceso continuo de poliamidacion.Info
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Abstract
¿ Un proceso para producir una poliamida a partir de monómero de ácido dicarboxílico y monómero de diamina, que comprende: mezclar monómero de ácido dicarboxílico fundido y monómero de diamina fundido en cantidades equimolares, produciéndose con ello una mezcla de reacción fundida; dejar fluir la mezcla de reacción a través de al menos un recipiente de reacción desprovisto de ventilación, estando comprendido el tiempo de residencia de la mezcla de reacción en el al menos un recipiente de reacción desprovisto de ventilación entre 0, 01 minutos y 30 minutos, formándose con ello una primera corriente de producto que comprende poliamida y agua de polimerización; y dejar fluir la primera corriente de producto a través de al menos un recipiente provisto de ventilación, con lo cual se elimina el agua de polimerización, formándose con ello una segunda corriente de producto que comprende poliamida.
Description
Proceso continuo de poliamidación.
La presente invención se refiere en general a
procesos para producción de poliamidas a partir de monómeros de
ácidos dicarboxílicos y monómeros de diaminas. Más particularmente,
la invención se refiere a un proceso para producir poliamidas que
no requiere la adición de agua a las sustancias reaccionantes.
Las poliamidas pueden producirse por un proceso
en dos pasos en el cual un ácido dicarboxílico y una diamina se
hacen reaccionar en agua para formar una sal, y después de ello se
calienta la sal para causar la polimerización. Por ejemplo, el
ácido adípico y la hexametileno-diamina pueden
utilizarse para formar nailon 6-6. El agua liberada
por la polimerización, así como el agua añadida con las sustancias
reaccionantes tiene que eliminarse finalmente del producto, por
ejemplo por evaporación. Esto requiere una cantidad importante de
energía así como equipo de proceso adicional. Por esta razón, sería
útil producir poliamidas sin adición de agua a las sustancias
reaccionantes, a fin de reducir el gasto de eliminación del agua
del producto, y para eliminar el producto intermedio (sal),
simplificando con ello el proceso global.
Sin embargo, los intentos de producir poliamidas
directamente a partir de los monómeros sin adición de agua han
tropezado con diversos problemas. La regulación de las cantidades
de los monómeros alimentados a la reacción es crítica, dado que un
exceso de uno u otro afectará desfavorablemente al peso molecular y
por consiguiente a las propiedades físicas del producto. Ha
resultado bastante difícil proporcionar la regulación precisa de las
cantidades de sustancias reaccionantes que se requieren. Otros
problemas con tales procesos de polimerización directa incluyen la
degradación de los monómeros y/o del producto polímero como
resultado de (1) el mantenimiento a temperaturas elevadas durante
periodos de tiempo largos (v.g., varias horas), (2) el contacto de
los monómeros fundidos con el oxígeno, y (3) la exposición a
impurezas de metales traza presentes en los materiales de los
cuales está hecho el equipo.
Existe desde hace mucho tiempo necesidad de
procesos mejorados para fabricar poliamidas directamente a partir
de los monómeros.
Un aspecto de la invención es un proceso para
producir una poliamida a partir de monómero de ácido dicarboxílico
y monómero de diamina. Una realización del proceso incluye los
pasos de:
(a) mezclar monómero de ácido dicarboxílico
fundido y monómero de diamina fundido en cantidades equimolares,
produciéndose con ello una mezcla de reacción fundida;
(b) dejar fluir la mezcla de reacción a través de
al menos un recipiente de reacción desprovisto de ventilación,
estando comprendido el tiempo de residencia de la mezcla de
reacción en el al menos un recipiente de reacción desprovisto de
ventilación entre aproximadamente 0,01 minutos y aproximadamente 30
minutos, formándose con ello una primera corriente de producto que
comprende poliamida y agua de polimerización; y
(c) dejar fluir la primera corriente de producto
a través de al menos un recipiente provisto de ventilación, con lo
cual se elimina el agua de polimerización, formándose con ello una
segunda corriente de
\hbox{producto} que comprende
poliamida.
En otra realización, el proceso incluye los pasos
de:
(a) mezclar monómero de ácido dicarboxílico
fundido y monómero de diamina fundido en cantidades equimolares,
produciéndose con ello una mezcla de reacción fundida; y
(b) dejar fluir la mezcla de reacción a través de
al menos un recipiente de reacción desprovisto de ventilación a una
presión comprendida entre 0 y 3,45 MPa (0-500 psig)
(libras por pulgada cuadrada manométricas), estando comprendido el
tiempo de residencia de la mezcla de reacción en el al menos un
recipiente de reacción desprovisto de ventilación entre 0,01
minutos y 30 minutos, formándose con ello una primera corriente de
producto que comprende poliamida.
En esta realización del proceso, no se requiere
un segundo recipiente, situado aguas abajo del al menos un
recipiente de reacción desprovisto de ventilación, pero puede
utilizarse opcionalmente, para eliminación del agua de
polimerización, para reacción ulterior, o para ambos propósitos.
Este proceso de la presente invención puede
operar continuamente, y no existe necesidad alguna de añadir agua
al ácido dicarboxílico, a la diamina, o a la mezcla de reacción. No
es necesario añadir cantidad alguna de monómero de ácido
dicarboxílico o monómero de diamina adicional después de la
mezcladura.
El ácido dicarboxílico fundido puede producirse
por los pasos de:
eliminar oxígeno del ácido dicarboxílico seco
sometiendo alternativamente el ácido dicarboxílico seco en un
recipiente de presión para eliminación de oxígeno a vacío y a
presión de gas inerte, produciéndose con ello ácido dicarboxílico
sólido que tiene un contenido reducido de oxígeno molecular; y
alimentar el ácido dicarboxílico sólido que tiene
un contenido reducido de oxígeno molecular a un recipiente de
fusión que contiene cierta cantidad de ácido dicarboxílico fundido,
con lo cual el ácido dicarboxílico sólido funde y se produce una
corriente continua de ácido dicarboxílico fundido.
El ácido dicarboxílico sólido puede desplazarse
del recipiente de presión de eliminación de oxígeno al recipiente
de fusión por gravedad. Preferiblemente, aquél se desplaza del
recipiente de presión de eliminación de oxígeno al recipiente de
fusión por una combinación de gravedad y presión de gas inerte en
el recipiente a presión de eliminación de oxígeno. Esta disposición
permite que el tiempo de residencia del monómero de ácido
dicarboxílico en el recipiente de fusión sea menor que 3 horas.
En realizaciones preferidas del proceso, la
temperatura de la mezcla de reacción en el al menos un recipiente
de reacción desprovisto de ventilación está comprendida entre 220 y
300ºC. Preferiblemente, la presión en el al menos un recipiente de
reacción desprovisto de ventilación está comprendida entre 0 y 3,45
MPa (0-500 psig), más preferiblemente entre
0,34-1,72 MPa (50-250 psig), y muy
preferiblemente entre 0,83 y 1,24 MPa (120-180
psig). El tiempo de residencia de la mezcla de reacción en el al
menos un recipiente de reacción desprovisto de ventilación está
comprendido preferiblemente entre 0,01 minutos y 30 minutos, de
modo más preferible entre aproximadamente 0,5 y 30 minutos, y de
modo muy preferible entre aproximadamente 1 y 5 minutos. La primera
corriente de producto que sale del al menos un recipiente de
reacción desprovisto de ventilación contiene típicamente menos de
40% en peso de monómeros sin polimerizar, preferiblemente menos de
10% en peso de monómeros sin polimerizar. El tiempo de residencia
de la mezcla de reacción en el al menos un recipiente de reacción
provisto de ventilación está comprendido preferiblemente entre 1
minuto y 60 minutos.
En una realización de la invención, puede
utilizarse un sistema de recuperación de diamina reactiva. El al
menos un recipiente de reacción provisto de ventilación genera una
corriente de gas residual que comprende vapor de agua y monómero de
diamina vaporizado, y el gas residual se pone en contacto con
monómero de ácido dicarboxílico fundido en una columna de
recuperación, con lo cual al menos una porción del monómero de
diamina vaporizado reacciona con el monómero de ácido dicarboxílico
para formar poliamida. De la columna de recuperación emerge una
corriente líquida de efluente que comprende poliamida y monómero de
ácido dicarboxílico fundido sin reaccionar, y la corriente líquida
de efluente se mezcla subsiguientemente con monómero de diamina
fundido.
Una realización específica de la invención es un
proceso continuo para fabricar nailon 6-6 a partir
de ácido adípico y hexametilenodiamina (HMD), que comprende:
eliminar oxígeno del ácido adípico seco
sometiendo alternativamente el ácido seco en un recipiente de
presión para eliminación de oxígeno a vacío y a presión de gas
inerte, produciéndose con ello ácido adípico sólido que tiene un
contenido reducido de oxígeno molecular;
alimentar el ácido adípico sólido que tiene un
contenido reducido de oxígeno molecular a un recipiente de fusión
que contiene cierta cantidad de ácido adípico fundido, con lo cual
el ácido adípico sólido funde y se produce una corriente continua
de ácido adípico fundido;
fundir HMD;
mezclar ácido adípico fundido y HMD fundida en
cantidades equimolares, creándose con ello una mezcla de
reacción;
hacer fluir la mezcla de reacción a través del al
menos un recipiente de reacción desprovisto de ventilación, estando
comprendido el tiempo de residencia de la mezcla de reacción en el
al menos un recipiente de reacción desprovisto de ventilación entre
aproximadamente 0,01 y aproximadamente 5 minutos, formándose con
ello una mezcla de reacción de nailon 6-6
parcialmente polimerizada;
hacer fluir la mezcla de reacción parcialmente
polimerizada a través de al menos un recipiente de reacción
provisto de ventilación, con lo cual la mezcla de reacción
parcialmente polimerizada se polimeriza adicionalmente,
produciéndose nailon 6-6, y eliminándose el agua de
polimerización.
En esta realización específica, la viscosidad
relativa (RV) de la mezcla de reacción de nailon
6-6 parcialmente polimerizada que sale del
recipiente de reacción desprovisto de ventilación está comprendida
entre 0 y 3, y la viscosidad relativa del nailon
6-6 que sale del recipiente provisto de ventilación
está comprendida entre 3 y 15. La viscosidad relativa, tal como se
utiliza en esta memoria, es la relación de la viscosidad (en
centipoises) a 25ºC de una solución al 8,4% en peso de poliamida en
ácido fórmico de 90% (90% en peso de ácido fórmico y 10% en peso de
agua) a la viscosidad (en centipoises) a 25ºC del ácido fórmico de
90% solo.
El proceso de poliamidación de la presente
invención puede producir su producto final sin necesidad de añadir
agua a las sustancias reaccionantes, y sin el paso intermedio de
formación de sal. Adicionalmente, el proceso de la presente
invención puede operar continuamente y con tiempos de residencia
mucho más cortos para las sustancias reaccionantes fundidas y el
polímero fundido en las porciones de alta temperatura del proceso.
Esto reduce significativamente el consumo de agua, la producción de
agua residual, y el consumo de energía del proceso. Esto elimina
también la necesidad de o reduce el tamaño requerido de algún
equipo de proceso encontrado en los procesos de la técnica anterior,
tal como los evaporadores que se han utilizado para eliminar el
agua de proceso añadida. Adicionalmente, se evita la exposición
térmica excesiva de las sustancias reaccionantes y el producto.
El aspecto de la presente invención con relación
a una columna de recuperación de reactivos para recuperación y
reutilización de hexametilenodiamina u otro monómero de diamina
reduce las emisiones de diamina en las corrientes residuales, y
aumenta la conversión global de la alimentación de diamina en
producto poliamida.
El aspecto de la presente invención en relación
con la fusión continua del ácido dicarboxílico, tal como ácido
adípico, proporciona un método práctico y económico de suministrar
continuamente ácido dicarboxílico fundido para uso en un proceso de
poliamidación o para otros usos. El proceso proporciona ácido
fundido de alta calidad sin alteración del color u otra degradación
térmica. La producción de ácido fundido claro facilita la
producción de poliamida de alta calidad.
La Figura 1 es un diagrama de flujo de proceso
para un proceso de poliamidación de la presente invención.
La Figura 2 es un diagrama de flujo de proceso
para un sistema de recuperación de diamina reactiva que puede
utilizarse en un proceso de poliamidación de la presente
invención.
El proceso de la presente invención puede
utilizarse para producir una diversidad de poliamidas a partir de
monómeros de diácido y diamina. El proceso es particularmente útil
para producir nailon 6-6 a partir de ácido adípico y
hexametilenodiamina.
La Figura 1 muestra un diagrama de flujo de
proceso para una realización del proceso. La hexametilenodiamina
(HMD) fundida se proporciona desde un tanque de almacenamiento 20
de HMD fundida. Existen varios modos adecuados de proporcionar la
HMD fundida. Una de ellas consiste en localizar el equipo del
proceso de poliamidación adyacente a una instalación en la que se
produce HMD, de tal modo que pueda conducirse directamente por
tubería una corriente de HMD fundida al tanque 20. Otro modo sería
proporcionar una solución acuosa de HMD, evaporar el agua, y fundir
la HMD.
Puede aplicarse opcionalmente calor a este tanque
20, por ejemplo mediante una camisa de transmisión de calor
alrededor del tanque 20. La temperatura en este tanque es con
preferencia aproximadamente 70ºC. La HMD fundida se bombea luego a
través de un sistema 22 de dosificación de HMD, que controla con
precisión la cantidad de HMD alimentada al aparato situado aguas
abajo.
El ácido adípico, típicamente en la forma de
cristales secos, se suministra desde un silo de almacenamiento de
ácido adípico, 24. El ácido adípico procedente del silo fluye a un
tanque 26 de eliminación de oxígeno a granel. En este tanque 26 se
elimina el aire. Preferiblemente, la eliminación de aire en el
tanque 26 se realiza por sometimiento a ciclos de vacío con
desplazamiento de nitrógeno en la modalidad de lotes. El vacío
puede inducirse por medio de una bomba de vacío 28. La frecuencia
del sometimiento a ciclos entre vacío y presión de nitrógeno pude
ajustarse para alcanzar el nivel deseado de eliminación de
oxígeno.
Preferiblemente, el tanque 26 eliminador de
oxígeno a granel comprende un recipiente de presión que tiene una
porción de fondo que forma una tolva con un diámetro decreciente
hacia el fondo. Los lados de la porción de tolva del tanque
eliminador de oxígeno a granel forman preferiblemente un ángulo de
al menos 70º con la horizontal con objeto de facilitar el flujo de
salida desde el fondo del tanque.
Los cristales de ácido adípico, exentos en gran
parte de oxígeno molecular, fluyen luego (preferentemente por
gravedad, con ayuda de presión por medio de la presión de nitrógeno
en el tanque eliminador de oxígeno a granel) desde el tanque 26 de
eliminación de oxígeno a granel a un recipiente de fusión de ácido
adípico 30. El recipiente de fusión 30 es preferiblemente un
recipiente encamisado y provisto de agitación continua que opera
ligeramente presurizado con nitrógeno a una temperatura ligeramente
superior al punto de fusión del ácido adípico (es decir, superior a
153ºC). Los cristales de ácido adípico que entran en este
recipiente por su parte superior funden rápidamente en la
superficie del ácido adípico fundido contenido en el mismo. De este
modo, el proceso puede fundir continuamente el ácido adípico.
Preferiblemente, el recipiente de fusión 30 tiene una tobera de
entrada cónica invertida para reducir la resistencia al flujo. Se
prefiere también que el recipiente de fusión 30 esté hecho de una
aleación metálica que contenga poco o nada de impurezas que podrían
afectar desfavorablemente al monómero fundido. Materiales adecuados
son Hastolloy C y acero inoxidable 316.
Puede ser útil incluir medidas adicionales para
eliminación ulterior de oxígeno desde este recipiente de fusión, a
fin de minimizar la posibilidad de degradación térmica. Un modo de
hacer esto consiste en suministrar energía de vibración al ácido
adípico fundido en el recipiente de fusión 30, por ejemplo por
medio de un dispositivo de ultrasonidos. La energía de vibración
puede facilitar el escape del aire arrastrado del ácido fundido,
haciendo que las burbujas de aire se eleven a la superficie del
ácido fundido.
El tiempo de residencia del ácido adípico fundido
en el recipiente de fusión 30 se minimiza preferiblemente para
reducir la exposición térmica de dicha sustancia reaccionante.
Preferiblemente, el tiempo de residencia es menor que tres horas,
estando comprendido más preferiblemente entre aproximadamente 1 y 2
horas. El ácido adípico fundido sale del fondo del recipiente de
fusión 30 y se bombea a un sistema de dosificación de ácido adípico
fundido 32 que controla con precisión la cantidad de ácido adípico
alimentada al aparato situado aguas abajo.
La combinación del tanque 26 eliminador de
oxígeno a granel y el recipiente de fusión de ácido adípico 30
permite la fusión continua de los cristales de ácido adípico sin
degradación térmica o alteración del color.
La corriente de HMD fundida 34 procedente del
sistema de dosificación de HMD 22 y la corriente de ácido adípico
fundido 36 procedente del sistema de dosificación de ácido adípico
32 se ponen en contacto continuamente y se combinan en cantidades
estequiométricas en una unión en Y, 38. Los dos monómeros se ponen
en contacto mutuamente a medida que pasan desde la unión en Y a
través del segmento siguiente 40 de tubería y hasta un mezclador
desprovisto de ventilación 42, que es preferiblemente un mezclador
estático en línea.
En una realización preferida del proceso, la
corriente de ácido adípico fundido 36 se encuentra a una
temperatura de aproximadamente 170ºC y la corriente de HMD fundida
34 se encuentra a aproximadamente 70ºC, y la presión en la unión en
Y 38 es aproximadamente 1,03 MPa (150 psig). El mezclador estático
en línea es preferiblemente un mezclador estático Kenics con 24
elementos. Las paredes de la unión en Y y el mezclador en línea 42
se mantienen de modo preferible a aproximadamente 268ºC. El tiempo
de residencia de los monómeros en el mezclador 42 está comprendido
con preferencia entre aproximadamente 1 y 30 segundos, siendo de
modo más preferible aproximadamente 3 segundos. La masa de reacción
que sale del mezclador 42 pasa a un tubo desprovisto de ventilación,
dejando por ejemplo 10-60 segundos adicionales de
tiempo de reacción a 260ºC y 1,03 MPa (150 psig).
Aunque el proceso de la presente invención puede
operar sin la inclusión de agua en las sustancias reaccionantes, no
se requiere que las sustancias reaccionantes estén enteramente
anhidras. Por ejemplo, la corriente de alimentación de HMD podría
contener tanto como aproximadamente 5% en peso de agua, y la
corriente de ácido adípico podría contener tanto como
aproximadamente 2% en peso de agua, y el proceso funcionaría
todavía adecuadamente. En esta memoria se hace referencia a las
corrientes de sustancias reaccionantes que tienen concentraciones
tan bajas de agua como "esencialmente secas".
Algo de reacción entre la HMD y el ácido adípico
ocurre desde el momento en que los mismos se ponen en contacto
mutuamente en la unión en Y 38, continuando a lo largo del tiempo
en que aquéllos pasan por el cambiador de calor 44. La temperatura
y el tiempo de residencia empleados en esta porción del proceso
pueden seleccionarse para causar una polimerización completa llegado
este punto, o para impedir que ocurra una polimerización completa
llegado este punto. En la última situación, el producto de la
reacción parcial generada por el contacto de los monómeros se
denomina en esta memoria como el "prepolímero". La masa de
prepolímero en la tubería situada aguas abajo del mezclador 42
estará convertida típicamente en un 60-90% en
nailon 6-6. No debe ocurrir atascamiento alguno
debido a que las condiciones empleadas impiden la cristalización de
los productos intermedios de punto fusión bajo. Es importante para
la operación óptima del proceso que la tubería 40 y el mezclador 43
estén desprovistos de ventilación, y que la presión en ellos sea
relativamente baja, por ejemplo comprendida entre 0 y 3,45 MPa
(0-500 psig), de modo muy preferible
aproximadamente 1,03 MPa (150 psig).
En la realización del proceso que se muestra en
la Figura 1, el prepolímero pasa a continuación por un cambiador de
calor 44 entrando luego en un reactor de prepolímero provisto de
ventilación, 46. No es crítico que se utilice en este caso un
cambiador de calor. Cualquier calor requerido podría proporcionarse
en lugar de ello por serpentines internos de calentamiento dentro
del reactor 46, o por una camisa dispuesta alrededor del reactor.
El prepolímero calentado que sale del cambiador de calor 44 entra
preferiblemente en el reactor 46 en un punto situado por debajo de
la superficie del material líquido contenido en el mismo. Una
polimerización ulterior puede ocurrir en este reactor 46, que es
preferiblemente un rector de tanque agitado continuamente. La
corriente de fondos del reactor 48 puede dividirse opcionalmente en
una corriente de reciclo 50 y una segunda corriente 52 que se
encamina al procesamiento ulterior. Si se utiliza reciclo, el
caudal de la corriente de reciclo 50 es preferiblemente al menos 15
veces mayor que el caudal de alimentación de prepolímero nuevo al
reactor 46. El reactor 46 opera de modo preferible lleno
aproximadamente en un 50% de material líquido a fin de proporcionar
una gran superficie de separación vapor/líquido.
Es sumamente deseable en este proceso
proporcionar retromezcladura de los grupos terminales del polímero,
una generación de interfase de superficie alta que facilita la
desvolatilización del material fundido, y altas tasas de transmisión
de calor que pueden aumentar rápidamente la temperatura del
material fundido. Estas ventajas pueden conseguirse, por ejemplo,
por el uso de un reactor de tanque agitado continuamente, o por el
uso de un reactor de flujo en pistón junto con reciclo de la
corriente de producto.
La corriente de cabezas 54 procedente del reactor
46 está constituida por vapores, que incluyen vapor de agua (es
decir agua vaporizada producida por la reacción de
policondensación) y típicamente algo de HMD. Las cabezas 54 pasan a
una columna 56 de recuperación de HMD, a la cual se alimenta también
agua 58. La corriente de condensado 60, que contiene algo de HMD y
agua, se recicla al reactor 46, mientras que el vapor restante es
enfriado por un cambiador de calor 62 y eliminado como parte de una
corriente de gas residual 64.
En una realización del proceso, el prepolímero se
calienta a aproximadamente 260ºC en el cambiador de calor 44, y el
reactor 46 opera a aproximadamente 260ºC y 1,03 MPa (150 psig).
Como ejemplo de caudales relativos adecuados, si el prepolímero
nuevo se alimenta al reactor 46 a una tasa de 45,4 kg (100 libras)
por hora, el caudal de reciclo de fondos del reactor es con
preferencia aproximadamente 907 kg (2000 libras) por hora. Un
reactor 46 que opera en estas condiciones puede producir más de 95%
de conversión de los monómeros en nailon 6-6, con
un 3% en peso de concentración de agua después de 20 min de tiempo
de residencia en el reactor 46.
El material parcialmente polimerizado en la
corriente 52 que sale del reactor 46 se analiza, por ejemplo por
medio de un dispositivo 66 de infrarrojo próximo (NIR). El
dispositivo puede determinar, por ejemplo por espectroscopia en el
infrarrojo próximo, la cantidad relativa de grupos terminales amina
y ácido. Las medidas obtenidas por el dispositivo NIR 66 pueden
utilizarse para controlar el sistema de dosificación de HMD 22 y/o
el sistema de dosificación de ácido adípico 32.
Aunque el material en este punto del proceso está
polimerizado, en algunas realizaciones del proceso el grado de la
polimerización, y por consiguiente el peso molecular y la
viscosidad relativa (RV) del polímero no serán tan altos como se
desea para el producto final. Por esta razón, el material
parcialmente polimerizado puede hacerse pasar a través de un
evaporador súbito 68 para suministrar calor adicional, y luego a un
segundo reactor 70. El propósito del segundo reactor 70 es permitir
una polimerización ulterior y por consiguiente aumentar el peso
molecular y la RV del producto. El producto polímero contenido en
la corriente de fondos 72 del segundo reactor debería tener el peso
molecular deseado para el producto final.
Preferiblemente, la temperatura en el segundo
reactor 70 está comprendida entre aproximadamente 260 y
aproximadamente 280ºC, y la presión es la atmosférica.
El vapor de HMD y el vapor de agua generados en
el segundo reactor 70 se separan en una corriente de cabezas 74 que
entra en un lavador 76. Se alimenta también a este lavador una
corriente de agua 78, con lo que el vapor de agua se condensará y
puede separarse como una corriente de agua residual 80. El vapor
restante sale del lavador 76 en una corriente de cabezas 82 y se
convierte en parte de la corriente de gas residual 64.
El producto polímero puede, o bien enviarse a un
peletizador 84 o encaminarse a través de una tubería de derivación
86. Si se envía al peletizador, los pelets de polímero se pasan
luego a un secador 88. Se utilizan una alimentación de nitrógeno
gaseoso 90, una soplante de nitrógeno 92, y un calentador de
nitrógeno 94 para suministrar nitrógeno gaseoso al recipiente 88,
que seca los pelets de polímero. Los pelets secos que salen por el
fondo del secador 88 pasan a través de un refrigerante 96 de
pulverización de agua y un tamizador 98, y son transportados por
una soplante 100 a un área de almacenamiento de producto 102.
Haciendo nuevamente referencia a la Figura 1, la
HMD contenida en el gas residual 54 procedente del reactor 46 puede
retirarse por separación convencional en una columna de platos
perforados 56. Alternativamente, la HMD puede recuperarse
utilizando una columna reactiva como se muestra en la Figura 2. En
esta realización alternativa, el gas residual 54 procedente del
reactor 46 se descarga a través de un cambiador de calor 200 en el
cual se recalienta el mismo a 260ºC y 0,07 MPa (10 psig). El gas
residual recalentado 202 se inyecta en la reacción inferior de una
columna reactiva 204 de recuperación de HMD. Una corriente de ácido
adípico fundido 206 (que se encuentra con preferencia a
aproximadamente 170ºC) se alimenta a la región superior de la
columna 204, la cual se mantiene con preferencia a aproximadamente
182ºC y aproximadamente 0,056 MPa (8 psig). El ácido adípico
fundido reacciona con la HMD contenida en el gas residual,
produciendo pequeñas cantidades de sal de nailon, mientras se
calienta a 182ºC. La corriente efluente 208 que sale de la columna
204 se bombea al mezclador estático en línea 42, aumentando la
bomba 210 preferiblemente la presión del efluente hasta
aproximadamente 1,36 MPa (200 psig). Por supuesto, la corriente de
HMD fundida 34 se alimenta también al mezclador 42.
El gas residual procedente de la parte superior
de la columna 204 reactiva de recuperación de HMD se alimenta luego
a un lavador 210, donde el mismo se lava con una corriente de agua
212, dando como resultado una corriente de gas residual final 214 y
una corriente de agua residual 216. La corriente de gas residual
218 procedente del segundo reactor 70 puede alimentarse también al
lavador 210.
El uso de una columna reactiva de recuperación de
HMD 204, como se muestra en la Figura 2, puede reducir el consumo
total de agua en el proceso, por eliminación del reflujo externo de
agua al reactor.
Las poliamidas producidas por el proceso, tales
como nailon 6-6, tienen diversos usos bien
conocidos, tales como la transformación en fibras para
alfombras.
La descripción que antecede de realizaciones
específicas de la presente invención no tiene por objeto ser una
lista completa de todas las realizaciones posibles de la invención.
Por ejemplo, aunque las realizaciones detalladas descritas en esta
memoria hacen reaccionar ácido adípico y hexametilenodiamina para
producir nailon 6-6, podrían utilizarse otros
monómeros conocidos por los expertos en este campo para producir
otras poliamidas.
Claims (37)
1. Un proceso para producir una poliamida a
partir de monómero de ácido dicarboxílico y monómero de diamina,
que comprende:
- mezclar monómero de ácido dicarboxílico fundido y monómero de diamina fundido en cantidades equimolares, produciéndose con ello una mezcla de reacción fundi- da;
- dejar fluir la mezcla de reacción a través de al menos un recipiente de reacción desprovisto de ventilación, estando comprendido el tiempo de residencia de la mezcla de reacción en el al menos un recipiente de reacción desprovisto de ventilación entre 0,01 minutos y 30 minutos, formándose con ello una primera corriente de producto que comprende poliamida y agua de polimerización; y
- dejar fluir la primera corriente de producto a través de al menos un recipiente provisto de ventilación, con lo cual se elimina el agua de polimerización, formándose con ello una segunda corriente de producto que comprende poliamida.
2. El proceso de la reivindicación 1, en el cual
la primera corriente de producto comprende adicionalmente monómero
de ácido dicarboxílico y monómero de diamina sin polimerizar, y en
el cual ocurre una polimerización ulterior en el al menos un
recipiente provisto de ventilación.
3. El proceso de la reivindicación 1, en el cual
el ácido dicarboxílico fundido y la diamina fundida están
esencialmente secos.
4. El proceso de la reivindicación 1, en el cual
no se añade cantidad adicional alguna de monómero de ácido
dicarboxílico o monómero de diamina después de la mezcladura del
ácido dicarboxílico fundido y la diamina fundida.
5. El proceso de la reivindicación 1, en el cual
la temperatura de la mezcla de reacción en el al menos un
recipiente de reacción desprovisto de ventilación está comprendida
entre 220 y 300ºC.
6. El proceso de la reivindicación 1, en el cual
la presión en el al menos un recipiente de reacción desprovisto de
ventilación está comprendida entre 0 y 3,45 MPa
(0-500 psig).
7. El proceso de la reivindicación 6, en el cual
la presión en el al menos un recipiente de reacción desprovisto de
ventilación está comprendida entre 0,34 y 1,72 MPa
(50-250 psig).
8. El proceso de la reivindicación 6, en el cual
la presión en el al menos un recipiente de reacción desprovisto de
ventilación está comprendida entre 0,83 y 1,24 MPa
(120-180 psig).
9. El proceso de la reivindicación 1, en el cual
el tiempo de residencia de la primera corriente de producto en el
al menos un recipiente provisto de ventilación está comprendido
entre 1 minuto y 60 minutos.
10. El proceso de la reivindicación 1, en el cual
una porción de la segunda corriente de producto se recicla en o
hacia el al menos un recipiente de reacción provisto de
ventilación.
11. El proceso de la reivindicación 1, en el cual
el monómero de ácido dicarboxílico es ácido adípico, el monómero de
diamina es hexametilenodiamina, y la poliamida es nailon
6-6.
12. El proceso de la reivindicación 1, en el cual
el monómero de ácido dicarboxílico fundido se produce por:
- eliminación de oxígeno del ácido dicarboxílico seco sometiendo alternativamente el ácido dicarboxílico esencialmente seco en un recipiente de presión para eliminación de oxígeno a vacío y a presión de gas inerte, produciéndose con ello ácido dicarboxílico sólido que tiene un contenido reducido de oxígeno molecular;
- alimentación del ácido dicarboxílico sólido que tiene un contenido reducido de oxígeno molecular a un recipiente de fusión que contiene cierta cantidad de ácido dicarboxílico fundido, con lo cual el ácido dicarboxílico sólido funde y se produce una corriente continua de ácido dicarboxílico fundido.
13. El proceso de la reivindicación 12, en el
cual el ácido dicarboxílico sólido se desplaza desde el recipiente
de presión para eliminación de oxígeno al recipiente de fusión por
gravedad.
14. El proceso de la reivindicación 12, en el
cual el ácido dicarboxílico sólido se desplaza desde el recipiente
de presión para eliminación de oxígeno al recipiente de fusión por
una combinación de gravedad y presión de gas inerte en el
recipiente de presión para eliminación de oxígeno .
15. El proceso de la reivindicación 12, en el
cual el tiempo de residencia del monómero de ácido dicarboxílico en
el recipiente de fusión es menor que tres horas.
16. El proceso de la reivindicación 1, en el cual
el al menos un recipiente de reacción desprovisto de ventilación
comprende un mezclador estático en línea.
17. El proceso de la reivindicación 16, en el
cual el tiempo de residencia de la mezcla de reacción en el
mezclador estático en línea está comprendido entre 1 y 30
segundos.
18. El proceso de la reivindicación 1, en el cual
la primera corriente de producto que sale del al menos un
recipiente de reacción desprovisto de ventilación contiene menos de
40% en peso de monómeros no polimerizados.
19. El proceso de la reivindicación 1, en el cual
la primera corriente de producto que sale del al menos un
recipiente de reacción desprovisto de ventilación contiene menos de
10% en peso de monómeros no polimerizados.
20. El proceso de la reivindicación 1, en el cual
el al menos un recipiente de reacción provisto de ventilación
genera una corriente de gas residual que comprende vapor de agua y
monómero de diamina vaporizado, y en el cual el gas residual se
pone en contacto con monómero de ácido dicarboxílico fundido en una
columna de recuperación, con lo cual al menos una porción del
monómero de diamina vaporizado reacciona con el monómero de ácido
dicarboxílico para formar poliamida, y en el cual se genera una
corriente efluente líquida procedente de la columna de
recuperación, que comprende poliamida y monómero de ácido
dicarboxílico fundido sin reaccionar, y en el cual la corriente
efluente líquida se mezcla subsiguientemente con monómero de
diamina fundido.
21. Un proceso para producir una poliamida a
partir de monómero de ácido dicarboxílico y monómero de diamina,
que comprende:
- mezclar monómero de ácido dicarboxílico fundido y monómero de diamina fundido en cantidades equimolares, produciéndose con ello una mezcla de reacción fundida; y
- dejar fluir la mezcla de reacción a través de al menos un recipiente de reacción desprovisto de ventilación a una presión comprendida entre 0 y 3,45 MPa (0-500 psig), estando comprendido el tiempo de residencia de la mezcla de reacción en el al menos un recipiente de reacción desprovisto de ventilación entre 0,01 minutos y 30 minutos, formándose con ello una primera corriente de producto que comprende poliamida.
22. El proceso de la reivindicación 21, en el
cual el ácido dicarboxílico fundido y la diamina fundida están
esencialmente secos.
23. El proceso de la reivindicación 21, en el
cual no se añade cantidad adicional alguna de monómero de ácido
dicarboxílico o monómero de diamina después de la mezcladura del
ácido dicarboxílico fundido y la diamina fundida.
24. El proceso de la reivindicación 21, en el
cual la temperatura de la mezcla de reacción en el al menos un
recipiente de reacción desprovisto de ventilación está comprendida
entre 220 y 300ºC.
25. El proceso de la reivindicación 21, en el
cual la presión en el al menos un recipiente de reacción
desprovisto de ventilación está comprendida entre 0,34 y 1,72 MPa
(50-250 psig).
26. El proceso de la reivindicación 25, en el
cual la presión en el al menos un recipiente de reacción
desprovisto de ventilación está comprendida entre 0,83 y 1,24 MPa
(120-180 psig).
27. El proceso de la reivindicación 21, en el
cual el monómero de ácido dicarboxílico es ácido adípico, el
monómero de diamina es hexametilenodiamina, y la poliamida es
nailon 6-6.
28. El proceso de la reivindicación 21, en el
cual el monómero de ácido dicarboxílico fundido se produce por:
- eliminación de oxígeno del ácido dicarboxílico seco sometiendo alternativamente el ácido dicarboxílico esencialmente seco en un recipiente de presión para eliminación de oxígeno a vacío y a presión de gas inerte, produciéndose con ello ácido dicarboxílico sólido que tiene un contenido reducido de oxígeno molecular; y
- alimentación del ácido dicarboxílico sólido que tiene un contenido reducido de oxígeno molecular a un recipiente de fusión que contiene cierta cantidad de ácido dicarboxílico fundido, con lo cual el ácido dicarboxílico sólido funde y se produce una corriente continua de ácido dicarboxílico fundido.
29. El proceso de la reivindicación 28, en el
cual el ácido dicarboxílico sólido se desplaza desde el recipiente
de presión para eliminación de oxígeno al recipiente de fusión por
gravedad.
30. El proceso de la reivindicación 28, en el
cual el ácido dicarboxílico sólido se desplaza desde el recipiente
de presión para eliminación de oxígeno al recipiente de fusión por
una combinación de gravedad y presión de gas inerte en el
recipiente de presión para eliminación de oxígeno.
31. El proceso de la reivindicación 28, en el
cual el tiempo de residencia del monómero de ácido dicarboxílico en
el recipiente de fusión es menor que tres horas.
32. El proceso de la reivindicación 21, en el
cual el al menos un recipiente de reacción desprovisto de
ventilación comprende un mezclador estático en línea.
33. El proceso de la reivindicación 32, en el
cual el tiempo de residencia de la mezcla de reacción en el
mezclador estático en línea está comprendido entre 1 y 30
segundos.
34. Un proceso para fusión continua de un ácido
dicarboxílico, que comprende:
- eliminar oxígeno del ácido dicarboxílico seco sometiendo alternativamente el ácido seco en un recipiente de presión para eliminación de oxígeno a vacío y a presión de gas inerte, produciéndose con ello ácido dicarboxílico sólido que tiene un contenido reducido de oxígeno molecular;
- alimentar el ácido dicarboxílico sólido que tiene un contenido reducido de oxígeno molecular a un recipiente de fusión que contiene cierta cantidad de ácido dicarboxílico fundido, con lo cual el ácido dicarboxílico sólido funde y se produce una corriente continua de ácido dicarboxílico fundido.
35. Un proceso continuo para fabricar nailon
6-6 a partir de ácido adípico y hexametilenodiamina
(HMD), que comprende:
- eliminar oxígeno del ácido adípico seco sometiendo alternativamente el ácido seco en un recipiente de presión para eliminación de oxígeno a vacío y a presión de gas inerte, produciéndose con ello ácido adípico sólido que tiene un contenido reducido de oxígeno molecular;
- alimentar el ácido adípico sólido que tiene un contenido reducido de oxígeno molecular a un recipiente de fusión que contiene cierta cantidad de ácido adípico fundido, con lo cual el ácido adípico sólido funde y se produce una corriente continua de ácido adípico fundido;
- fundir HMD;
- mezclar ácido adípico fundido y HMD fundida en cantidades equimolares, creándose con ello una mezcla de reacción;
- hacer fluir la mezcla de reacción a través del al menos un recipiente de reacción desprovisto de ventilación, estando comprendido el tiempo de residencia de la mezcla de reacción en el al menos un recipiente de reacción desprovisto de ventilación entre 0,01 y 5 minutos, formándose con ello una mezcla de reacción de nailon 6-6 parcialmente polimerizada; y
- hacer fluir la mezcla de reacción parcialmente polimerizada a través de al menos un recipiente de reacción provisto de ventilación, con lo cual la mezcla de reacción parcialmente polimerizada se polimeriza adicionalmente, produciéndose nailon 6-6, y eliminándose agua de polimerización.
36. El proceso de la reivindicación 35, en el
cual el al menos un recipiente de reacción provisto de ventilación
genera una corriente de gas residual que comprende vapor de agua y
HMD vaporizada, y en el cual el gas residual se pone en contacto
con ácido adípico fundido en una columna de recuperación, con lo
cual al menos una porción de la HMD vaporizada reacciona con el
ácido adípico para formar nailon 6-6, y en el cual
se genera una corriente efluente líquida procedente de la columna
de recuperación que comprende nailon 6-6 y ácido
adípico fundido sin reaccionar, y en el cual la corriente efluente
líquida se mezcla subsiguientemente con HMD fundida.
37. El proceso de la reivindicación 35, en el
cual la viscosidad relativa de la mezcla de reacción de nailon
6-6 parcialmente polimerizada que sale del
recipiente de reacción desprovisto de ventilación está comprendida
entre 0 y 3, y la viscosidad relativa del nailon
6-6 que sale del recipiente de reacción provisto de
ventilación está comprendida entre 3 y 15.
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