ES2290546T3 - Metodo para la produccion de isoforondiamina (ipda, 3-aminometil-3,5,5-trimetilciclohexilamina) que tiene una proporcion alta de isomeros cis/trans. - Google Patents
Metodo para la produccion de isoforondiamina (ipda, 3-aminometil-3,5,5-trimetilciclohexilamina) que tiene una proporcion alta de isomeros cis/trans. Download PDFInfo
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Abstract
Un proceso para preparar 3-aminometil-3, 5, 5-trimetilciclohexilamina (isoforonodiamina, IPDA) sustancialmente pura que tiene una proporción de isómeros cis/trans de por lo menos 73/27, y comprende la siguientes etapas: a) suministrar IPDA crudo que tenga una proporción de isómeros cis/trans de <73/27; b) Purificar y separar el IPDA crudo en una fracción que tenga una proporción de isómero cis/trans de por lo menos 73/27 y una fracción que tenga una proporción de isómeros cis/trans de por lo menos 63/37; c) Isomerizar la fracción de IPDA sustancialmente crudo que tenga una proporción de isómero cis/trans de menos de 63/37 obtenida en la etapa b) a IPDA que tenga una proporción de isómeros cis/trans en el rango de 63/37 a 66/34 en la presencia de H2, NH3 y un catalizar de hidrogenación y reciclar en la etapa a) del proceso.
Description
Método para la producción de isoforondiamina
(IPDA,
3-aminometil-3,5,5-trimetilciclohexilamina)
que tiene una proporción alta de isómeros cis/trans.
La invención se relaciona con procesos para
preparar
3-aminometil-3,5,5-trimetilciclohexilamina
(isoforonodiamina, IPDA) que tiene una proporción de isómeros
cis/trans alta.
El IPDA se utiliza como producto de partida para
preparar isoforono diisocianato (IPDI), un componente de isocianato
para sistemas de poliuretano, como un componente amina para
poliamidas y como un endurecedor para resinas epoxi. El IPDA es
preparado de costumbre de
3-ciano-3,5,5-trimetilciclohexanona
(isoforononitrilo, IPN) al convertir el grupo carbonilo a un grupo
amino y en el grupo nitrilo a un grupo aminometilo en la presencia
de amonio, hidrógeno y catalizadores de hidrogenación habituales. Se
obtiene mezclas de IPDA-cis y
IPDA-trans. Los dos isómeros tienen diferentes
reactividades, que es de significancia para la aplicación técnica
pretendida. De acuerdo a la DE-A 4211454, el uso de
una mezcla de isómero IPDA que consiste de aproximadamente el 40%
de isómero trans y menos del 60% de isómeros cis como un componente
de la reacción en resinas de poliadición en particular resinas
epoxi, ambas alargando la vida de recipiente y reduce la temperatura
de curado máxima. Por el contrario, para lograr una proporción de
reacción muy alta se le da preferencia a las mezclas de isómero
IPDA que tiene un muy alto contenido de isómeros cis (\geq70%). El
IPDA comercialmente obtenible por lo tanto tiene una proporción de
isómeros cis/trans de 75/25.
Varios procesos para lograr una proporción
cis/trans alta o trans/cis alta ya son conocidos en la técnica.
De acuerdo con la DE-A 4343890,
la hidrogenación aminante de IPN a IPDA se efectúa ante emitir una
mezcla de IPN, amonio y un alcohol C_{1}-C_{3}
para que gotee a través de un reactor del hecho de goteo equipado
con un catalizador del hecho fijo de cobalto y/o rutenio en la
presencia de hidrógeno a desde 3 a 8MPa y una temperatura de desde
40 a 150ºC., preferiblemente de 90 a 130ºC., y trabajando
destilativamente la mezcla de reacción para remover el NH_{3},
H_{2}O y los subproductos. Cuando se utiliza un catalizador
soportado con Ru las proporciones de isómero cis/trans altas de
84/16 (rendimiento total de IPDA: 81%) se logran.
La DE-a 4343891 describe un
proceso para preparar IPDA al hacer reaccionar IPN con hidrógeno en
la presencia de amonio y una suspensión o catalizador de
hidrogenación del hecho fijo desde el grupo de cobalto, níquel y
catalizadores de metales nobles a una presión de desde 3 a 20 MPa y
una temperatura de hasta 150ºC., y trabajar destilativamente la
mezcla de reacción. La reacción se lleva a cabo en dos etapas, y los
rangos de temperatura definidos de manera precisa para ser
observados en las etapas individuales. La proporción de isómeros
cis/trans de 80/20 se puede lograr a un rendimiento IPDA total de
91.9%.
En el proceso de la EP-A
0926130, la hidrogenación se lleva a cabo en la presencia de un
ácido sobre los catalizadores que comprenden cobre y/o un metal del
grupo de transición octavo de la tabla periódica. Son utilizados
tanto ácidos Lewis como Bronstedt; dándosele preferencia a utilizar
ácidos 2-etilhexanoico. La adición de acido
incremente la proporción de isómero cis/trans. Las proporciones de
isómeros cis/trans son generalmente \geq70/30 a un rendimiento de
IPDA total de \geq90%.
El proceso de la EP-B 0729937 es
notable porque el proceso se lleva acabo en tres cámaras de reacción
espacialmente separadas que utiliza cobalto, níkel, rutenio y/o
otros catalizadores de metal noble. Corriente arriba del segundo
reactor, la solución de NaOH acuoso se mide, la cual reduce la
formulación de los subproductos cíclicos tales como
1.3.3-trimetil-6azabiciclo [3.2.1]
octano.
En el proceso de la DE-A
10142635.6, que tiene una prioridad de fecha anterior pero que no
fue publicada en la fecha de prioridad de la presente invención, la
IPDA que tiene una proporción de isómero cis/trans de por lo menos
70/30 se obtiene, partiendo del IPN, al utilizar un catalizador de
hidrogenación en la etapa de hidrogenación que tiene un contenido
de metal alcalino de \leq0.03% en peso, calculado como el oxido de
metal alcalino.
Una desventaja de los procesos existentes para
preparar IPDA que tiene un contenido cis alto es la preparación
costosa e inconveniente de los catalizadores utilizados. Además,
estos catalizadores generalmente sufren de envejecimiento lo cual
reduce su actividad catalítica del curso del tiempo. Con el fin de
compensar por esto, la temperatura de reacción se incrementa
usualmente, lo que conduce, sin embargo, al deterioro en la
proporción de isómeros cis/trans y la selectividad y por lo tanto a
un incremento en la formación de subproductos. Además, la mayoría
de los procesos conocidos de la técnica anterior son notables para
un procedimiento de reacción complicado.
Un proceso para preparar isoforonodiamina que
tiene un proporción de isómero trans/cis alta se puede tomar de la
DE-A 4211454. En este proceso, la
trans-isoforonodiamina se prepara de
isoforononitrilo por vía de isoforononitrilo azina. También se
describe que la trans/cis o que la
isoforonodiamina-trans se obtendría al destilar la
mezcla de isómeros cis/trans comercialmente obtenible. Sin embargo,
en razón a que el isómero cis se presenta como el producto
principal, este proceso es antieconómico.
Es un objeto de la presente invención
suministrar un proceso para preparar isoforonodiamina (IPDA) que
tiene un proporción de isómero cis/trans de por lo menos 73/27 lo
que evita las desventajas de la técnica anterior.
Hemos encontrado que este objeto se logra
mediante un proceso para preparar
3-aminometil-3,5,5-trimetilciclohexilamina
sustancialmente pura (isoforonodiamina, IPDA) que tiene una
proporción de isómeros cis/trans de por lo menos 73/27, que
comprende las siguientes etapas:
a) Suministrar un IPDA crudo que tiene una
proporción de isómero cis/trans de <73/27.
b) Purificar y separar el IPDA crudo en una
fracción que tiene una proporción de isómeros cis/trans de por lo
menos 73/27 y una fracción que tiene una proporción de isómeros
cis/trans de menos de 63/37;
c) Isomerizar la fracción del IPDA
sustancialmente puro que tiene una proporción de isómero cis/trans
de menos de 63/37 obtenido en la etapa b) a IPDA que tiene una
proporción de isómeros cis/trans en el rango de desde 63/37 a 66/34
en la presencia de H_{2}, NH_{3} y un catalizador de
hidrogenación y reciclarlo en la etapa a) del proceso.
Partiendo del IPDA que tiene cualquier
proporción de isómeros cis/trans deseada <73/27, el proceso de
acuerdo con la invención le permite al IPDA tener una proporción de
isómeros cis/trans de .gtoreq.73/27 a ser obtenida. El proceso por
lo tanto permanece económico aun cuando se envejezca el catalizador
y el incremento asociado en la temperatura de reacción reduzca el
contenido cis en el IPDA crudo en el curso del tiempo. En razón a
que el proceso de acuerdo con la invención es independiente de tales
influencias, es superior para aquellos procesos que prepara el IPDA
que tiene una proporción de isómero cis/trans alta al utilizar los
catalizadores especiales que son usualmente costosos para preparar
y formar en complejo. Sin embargo, sin importar esto, el proceso de
acuerdo con la invención también se puede combinar con tales
procesos sintéticos más complicados. Es más económico preparar el
IPDA utilizando catalizadores pocos costosos y aceptar las peores
proporciones de isómeros cis/trans del IPDA crudo.
IPDA "sustancialmente puro" es el IPDA en
el cual la fracción de las impurezas es de menos del 2% en peso,
preferiblemente menos 1% en peso, mas preferiblemente menos de 0.3%
en peso.
El proceso de acuerdo con la invención es
preferiblemente utilizado para obtener IPDA que tiene una proporción
de isómeros cis/trans en el rango desde 73/27 a 76/24, mas
preferiblemente que tiene una proporción de isómeros cis/trans en
el rango de 73/27 a 75/25. (Ver también discusión, etapa b).)
Las etapas individuales del proceso se ilustran
ahora.
Etapa
a)
En general, cualquier mezcla de producto,
conocido como IPDA crudo que resulta de un proceso para preparar
IPDA se puede utilizar. "El IPDA crudo" significa que la mezcla
de producto contiene por lo menos 88% del peso de IPDA,
preferiblemente por lo menos 92% en peso de IPDA, mas
preferiblemente por lo menos 95% en peso de IPDA.
En razón a que el IPDA que tiene una proporción
de isómero cis/trans de por lo menos 73/27 va hacer obtenido, es
económicamente solo viable utilizar mezclas de producto que
contengan IPDA que tengan una proporción de isómero cis/trans de
menos de 73/27. En razón a que es posible preparar el IPDA que tenga
una proporción de isómeros cis/trans de menos de 70/30 utilizando
catalizadores de envejecimiento y sin un proceso de operación
complicado, el proceso de acuerdo con la invención es
particularmente económico cuando el IPDA que tiene una proporción
de isómeros cis/trans de menos de 70/30 se utiliza. También es
posible utilizar mezclas de productos que contengan un IPDA que
tenga una proporción de isómeros cis/trans mayor de 73/27, con el
fin de enriquecer aun mas el isómero cis mediante destilación.
Etapa
b)
La mezcla del producto suministrada en la etapa
a) se puede purificar y separa mediante destilación o mediante
cristalización.
El IPDA cis (que tiene una pureza del 98.9%)
tiene un punto de ebullición bajo presión atmosférica de 253.4ºC. El
punto de fusión de 22ºC, aunque el IPDA trans (que tiene una pureza
de 98.4%) tiene un punto de ebullición bajo presión atmosférica de
250.7ºC y un punto de fusión de -34.6ºC. Aunque existe una mayor
diferencia en el punto de fusión de los dos isómeros que entre sus
puntos de ebullición, se le da preferencia a la purificación y
separación mediante la destilación por razones de costo.
Esa purificación y separación del IPDA crudo
mediante la destilación se puede llevar acabo en cualquier columna
de destilación deseada. Se le da preferencia a efectuar la
destilación en por lo menos dos columnas espacialmente separadas.
Se le da preferencia particular a utilizar por lo menos una columna
de pared de división.
La destilación dentro de la mezcla del producto
(IPDA crudo) remueve usualmente el NH_{3}, y también los
componentes de ebullición bajos y altos, por ejemplo los productos
subproducidos en la preparación del IPDA proveniente del IPN, tal
como los productos de eliminación HCN, los subproductos metilados
y/o los productos secundarios incompletamente hidrogenados por vía
de la parte superior o inferior de la columna.
\newpage
Para los propósitos de la invención, los
componentes/impurezas con ebullición baja son componentes/impurezas
que tiene puntos de ebullición mas bajos que el IPDA cis y trans, y
componentes/impurezas con ebullición alta son aquellos que tiene
unos puntos de ebullición mayores que el IPDA cis y trans.
Una separación en una fracción enriquecida con
isómeros cis y una fracción a la que le falta isómeros cis (y por
lo tanto enriquecida en isómero trans) también se efectúa.
La fracción enriquecida en cis del IPDA tiene
una proporción de isómeros cis/trans de por lo menos 73/27,
preferiblemente una proporción de isómeros cis/trans en el rango de
73/27 a 76/24, mas preferiblemente una proporción de isómeros
cis/trans en el rango de 73/27 a 75/25.
La fracción a la que le falta cis del IPDA tiene
una proporción de isómeros cis/trans de menos de 63/37,
preferiblemente \leq60/40, mas preferiblemente \leq58/42. La
fracción enriquecida en isómeros cis es comercialmente deseable. La
fracción a la que le falta isómeros cis puede de manera similar ser
comercialmente utilizada (ver DE-A 4211454).
Cuando se utiliza una columna para la
destilación, esta es generalmente operada a temperaturas de fondo de
150 a 300ºC; preferiblemente de 170 a 250ºC, mas preferiblemente de
170 a 185ºC, y temperaturas superiores de 5 a 100ºC,
preferiblemente de 10 a 90ºC, mas preferiblemente de 15 a 65ºC. La
presión en la columna es generalmente de 10 a 2000 mbar,
preferiblemente de 20 a 200 mbar, mas preferiblemente de 35 a 50
mbar.
Cuando se utilizan dos columnas para la
destilación, la primera columna se opera generalmente a temperaturas
de fondo de 150 a 300ºC, preferiblemente de 170 a 250ºC, mas
preferiblemente de 170 a 195ºC, y temperaturas superiores de 5 a
100ºC, preferiblemente de 10 a 90ºC, mas preferiblemente de 15 a
65ºC. La presión de la primera columna es generalmente de 10 a 1000
mbar, preferiblemente de 30 a 500 mbar, mas preferiblemente de 35 a
200 mbar. La segunda columna es operada generalmente a temperaturas
de fondo de 140 a 300ºC, preferiblemente de 150 a 250ºC, mas
preferiblemente de 160 a 195ºC, y temperaturas superiores de 100 a
250ºC, preferiblemente de 130 a 200ºC, mas preferiblemente de 140 a
170ºC. La presión en la segunda columna es generalmente de 10 a
1000 mbar, preferiblemente de 30 a 300 mbar, mas preferiblemente de
35 a 120 mbar.
El o las columnas generalmente tiene un
desempeño de separación total de por lo menos 20 placas teóricas,
preferiblemente de por lo menos 30 placas teóricas, mas
preferiblemente de por lo menos 40 placas teóricas.
La columnas pueden tener cada una diferentes
internos. Ejemplo de tales internos incluyen empaques aleatorios
tales como anillos Pall y anillos Raschig, empaques de metal con
lamina estructurada tal como Mellapak 250Y.RTM. de Sulzer Ltd
(Winterthur/Suiza), de Montz (Hilden/Alemania) y de
Koch-Glisch (Wilchita, Kans/USA) y empaques de
metal tejido estructurado tal como Sulzer BX.RTM de Sulzer Ltd
(Winterthur/Suiza), de Montz (Hilden/Alemania) y de
Koch-Glisch (Wilchita, Kans/USA).
Etapa
c)
De acuerdo con la invención, la fracción a la
que le falta isómeros cis se recicla en la etapa a) del proceso
después de isomerización. Esta etapa de isomerización, es decir,
pasar el IPDA que tiene cualquier proporción de isómeros cis/trans
deseada sobre un catalizador de hidrogenación en la presencia de
H_{2} y NH_{3} que resulta, sin importar la temperatura, en un
equilibrio termodinámico que tiene una proporción de isómeros
cis/trans en el rango de 63/37 a 66/34, preferiblemente de 64/36 a
66/36, mas preferiblemente de 64/36 a 65/35, es conocido de la
técnica anterior.
La invención por lo tanto suministra de manera
similar un proceso para preparar
3-aminometil-3,5,5-trimetilciclohexilamina
(isoforonodiamina, IPDA) que tiene un proporción de isómeros
cis/trans en el rango de 63/37 a 66/34 al hacer reaccionar IPDA que
tiene una proporción de isómero cis/trans de menos de 63/37 con
H_{2} y NH_{3} sobre un catalizador de hidrogenación.
Aun que la isomerización del IPDA que tiene una
proporción de isómeros cis/trans mayor de 63/37 es posible, no
tendría sentido económico cuando el objetivo primario se incrementa
el contenido cis y la mezcla de isómeros cis/trans.
La isomerización del IPDA que tiene una
proporción de isómeros cis/trans de menos de 63/37 a IPDA que tiene
una proporción de isómeros cis/trans en el rango de 63/37 a 66/34 se
lleva generalmente a cabo a temperaturas desde 70 a 200ºC,
preferiblemente de 80 a 150ºC, mas preferiblemente de 90 a 130ºC; y
presiones desde 10 a 300 bar, preferiblemente desde 50 a 250 bar,
mas preferiblemente de 100 a 240 bar. La duración de una reacción
es dependiente de la temperatura de isomerización y del catalizador
utilizado.
En el proceso de acuerdo con la invención para
isomerizar IPDA, los catalizadores de hidrogenación útiles, son en
principio cualquier catalizador de hidrogenación común,
preferiblemente aquellos que contiene por lo menos un metal de
transición seleccionados del grupo de cobre, plata, oro, hierro,
cobalto, níkel, renio, rutenio, rodio, paladio, osmio, iridio,
platino, cromo, molibdeno y tungsteno, cada uno en forma metálica
(estado de oxidación 0) o en la forma de compuestos, por ejemplo
óxidos, que son reducidos al metal correspondiente bajo las
condiciones de proceso.
\newpage
Entre estos catalizadores de hidrogenación, se
le da particular preferencia aquellos que comprenden por lo menos
un metal de transición seleccionado del grupo de cobre, plata, oro,
hierro, cobalto, níkel, rutenio, rodio, paladio, osmio, iridio y
platino, cada uno en forma metálica (estado de oxidación 0) o en la
forma de compuestos, por ejemplo óxidos, que se reducen al metal
correspondiente bajo las condiciones de proceso.
Se le da preferencia muy particular a los
catalizadores de hidrogenación que comprenden por lo menos un metal
de transición seleccionado del grupo de cobre, cobalto, níkel,
rutenio, iridio, rodio, paladio, y platino, cada uno en forma
metálica (estado de oxidación 0) o en la forma de compuestos, por
ejemplo óxidos, que se reducen el metal correspondiente bajo las
condiciones de proceso.
Mayor preferencia se le da a los catalizadores
de hidrogenación que comprenden un metal de transición seleccionado
del grupo de cobalto y rutenio, cada uno en forma metálica (estado
de oxidación 0) o en la forma de compuestos, por ejemplo óxidos,
que se reducen el metal correspondiente bajo las condiciones de
proceso.
Cuando los metales de transición catalíticamente
activos se aplican a los soportes (seleccionados del grupo de oxido
de aluminio (Al_{2}O_{3}), dióxido de zirconio (ZrO_{2}),
dióxido de titanio (TiO_{2}), compuestos que contiene carbono
y/o oxigeno y silicio, calculado como SiO_{2}), estos
catalizadores generalmente comprenden un total, con base en el peso
total del catalizador, desde 20 a 99.9% en peso, preferiblemente des
de 30 a 99.9% en peso, mas preferiblemente desde 40 a 99.9% en
peso, del soporte, y desde 0.1 a 80% en peso, preferiblemente desde
0.1 a 70% en peso, mas preferiblemente desde 0.1 a 60% en peso, del
metal de transición, calculado como el metal en el estado de
oxidación 0.
Durante la isomerización, la velocidad de
espacio por hora del catalizador desde 0.1 a 2 kg, preferiblemente
de 0.2 a 1.5 kg, mas preferiblemente desde 0.4 a 1 kg, de IPDA que
tiene una proporción de isómeros cis/trans de menos de 63/37 por 1
de catalizador y hora se mantiene.
Se le da preferencia al llevar a cabo la
isomerización amonio liquido. Para cada mol de IPDA que tiene una
proporción de isómeros cis/trans de menos de 63/37, es ventajosos
utilizar un exceso de NH_{3} en la isomerización desde 0.5 a 100
mol, preferiblemente de 2 a 50 mol, mas preferiblemente de 5 a 40
mol.
La isomerización del IPDA se puede llevar acabo
en la presencia de un solvente, por ejemplo alcanoles o éteres
(tetrahidrofurano), aunque también es posible trabajar sin un
disolvente.
La isomerización se puede llevar acabo
continuamente o en tandas. Se le da preferencia a la reacción
continua. Es posible utilizar cualesquiera tanques deseados
agitados resistentes a presión o batería de tanque agitadas. En una
modalidad particularmente preferida son utilizador reactores en los
cuales el IPDA que tiene la proporción de isómeros cis/trans de
menos de 63/37 es continuamente pasado sobre un hecho de catalizador
fijo en la fase líquida o en método de goteo. También es posible
utilizar hornos de eje.
En otra implementación variante del proceso de
isomerización de acuerdo con la invención, la isomerización no se
lleva a cabo en un tanque agitado separado bajo las condiciones
especificadas anteriormente, si no en su lugar el IPDA que tiene la
proporción de isómeros cis/trans de <63/37 hacer isomerizada se
alimenta a cualquier reacción deseada conocida de la técnica
anterior para preparar un IPDA de IPN, H_{2} y NH_{3} en la
presencia de un catalizador de hidrogenación. Ejemplos de los
proceso de preparación IPDA de la técnica anterior son dados en la
introducción.
En las figuras 1 y 2 del dibujo final muestra
esquemas de plantas en los cuales la etapa b) del proceso de
acuerdo con la invención para obtener IPDA que tiene una proporción
de isómeros cis/trans de por lo menos 73/27 se lleva a cabo en dos
columnas, es decir.
La figura 1 es una descripción esquemática de
una planta en la cual la primera columna es una columna de
destilación convencional y la segunda columna es una columna de
pared divisoria.
La figura 2 es una descripción esquemática de
una planta donde la primera columna es una columna de pared
divisoria y la segunda columna es una columna de destilación
convencional.
En una planta de acuerdo con la figura 1, una
mezcla de producto que contiene un IPDA crudo se introduce en una
columna de destilación convencional 7 por vía de una entrada 1 y se
destila allí. Los componentes con ebullición baja se remueven por
vía de la parte superior 14 de la columna trasferida después de
condensación en un condensador 12 a un separador de fase 9 y
separada allí en una fase acuosa orgánica más ligera y una mas
pesada. La fase orgánica más ligera es parcialmente descartada por
vía del despeje 4, parcialmente reciclada en la columna de
destilación 7. La fase acuosa mas pesada es desechada por vía de la
salida 8.
Las temperaturas en la parte superior de la
columna de destilación 7 son generalmente de 20 a 100ºC,
preferiblemente de 30 a 80ºC, y mas preferiblemente de 35 a 65ºC.,
a una presión promedio en la columna de desde 50 a 1000 mbar. Las
temperaturas en la parte inferior de la columna de destilación 7 son
generalmente de 150 a 250ºC, preferiblemente de 170 a 225ºC, mas
preferiblemente de 170 a 190ºC. Se le da preferencia a una presión
promedio en la columna de desde 100 a 500 mbar, se le da particular
preferencia a una presión promedio de desde 110 a 200 mbar. Las
partes inferiores 13 de la columna de destilación 7 son transferidas
continuamente a una columna de pared divisoria 6. En la línea 15,
una rama 16 conduce a un evaporador 11 donde una porción del
efluente inferior se evapora de nuevo y se alimenta de regreso a la
columna 7. Las fracciones enriquecidas con isómeros cis se retiran
de la columna 6 por vía de un retiro de corriente lateral 2, y la
fracción enriquecida en isómero trans se remueve por vía de la
parte superior de la columna de destilación, condensada en una
condensador 12 y luego parcialmente reciclada en la columna 6,
retirada parcialmente por vía de la línea 3. Después de la
isomerización, y el incremento asociado en el contenido cis, la
fracción isomerizada de esta manera se alimenta en la línea 1. Las
impurezas con alto punto de ebullición son removidas por vía de la
parte inferior 13 de la columna de pared de división 6 y se
descargan parcialmente por vía de la línea 5, se retroalimentan
parcialmente a la columna 6 después de evaporación en un evaporador
11.
La columna de pared de división 6 generalmente
se opera a una temperatura desde 100 a 250ºC en la parte superior y
temperaturas desde 150 a 300ºC en la parte inferior y presiones de
10 a 1000 mbar, preferiblemente a temperaturas de 130 a 190ºC en la
parte superior y/o temperaturas desde 170 a 250ºC en la parte
inferior y/o presiones desde 30 a 200 mbar, mas preferiblemente a
temperaturas desde 140 a 160ºC en la parte superior y/o temperaturas
de 170 a 195ºC en la parte inferior o presiones desde 35 a 50
mbar.
Cuando en la etapa b) del proceso de acuerdo con
la invención se lleva acabo en una planta de acuerdo con la figura
2, el IPDA crudo se introduce en una columna de pared divisoria 6
por vía de la alimentación 1. Las impurezas con alto punto de
ebullición obtenidas como los de cantados 13 de la columna son
parcialmente descargados por vía de salida 5, parcialmente
retroalimentados a la columna después de la evaporación en un
evaporador 11, las impurezas con bajo punto de ebullición se
remueven por vía de la parte superior 14 de la columna y
trasferidos después de condensación en un condensador 12 a un
separador de fase 9. La fase orgánica más ligera que se recolecta
es parcialmente descargada por vía de la salida 4, parcialmente
reciclada en la columna de pared de división 6. La fase mas pesada
es descargada por vía de la salida 8.
El IPDA purificado es retirado por vía del
retirado de la corriente lateral 10 de la columna de pared divisoria
6 y transferida a una columna adicional 7 la cual en este caso se
configura como una columna de destilación convencional. Los
componentes de punto de ebullición bajo se remueve por vía de la
parte superior 14 de la columna 7 y después de la condensación en
un condensador 12, parcialmente retroalimentado a la columna 7,
parcialmente introducido hacia la entrada 1, con el fin de
alimentarlos a una separación renovada de la columna 6. Lo mismo
ocurre en los componentes de ebullición más altos, que son removidos
por vía de la parte inferior 13 de la columna 7 y parcialmente
retroalimentados a la columna 7 después de la evaporación en un
evaporador 11, parcialmente agregado a la mezcla del producto en la
entrada 1.
La fracción enriquecida con isómeros cis es
removida por vía del separado de corriente lateral 2, y la fracción
enriquecida con isómero trans por vía del retirado de corriente
lateral 3 y, después de isomerizacion, alimentados hacia la línea
1. El retirado de la corriente lateral para la fracción enriquecida
con isómero cis está por debajo del retirado de corriente lateral
para la fracción enriquecida en isómero trans.
Es particularmente ventajoso llevar acabo la
etapa b) del proceso en una planta de acuerdo con la figura 2 en
razón a que las impurezas con punto de ebullición bajo y alto son
cada uno removidas en dos puntos: los componentes con bajo punto de
ebullición son removidos por vía de la parte superior 14 de la
columna 6 y por vía de la parte superior 14 de la columna 7, aunque
las impurezas con alto punto de ebullición son removidas por vía
del efluente inferior 13 de la columna 6 y por vía del efluente
inferior 13 de la columna 7.
En una planta de acuerdo a la figura 2, la
columna de pared divisoria 6 es generalmente operada a temperatura
desde 5 a 100ºC, preferiblemente desde 10 a 90ºC, mas
preferiblemente de 15 a 50ºC. Las temperaturas en la parte inferior
son generalmente desde 150 a 300ºC, preferiblemente de 170 a 250ºC,
mas preferiblemente de 170 a 195ºC. La presión promedio en la
columna de pared divisoria 6 es de 10 a 1000 mbar, preferiblemente
de 30 a 200 mbar, más preferiblemente 35 a 50 mbar. Las temperaturas
en la parte superior de la columna de destilación 7 son
generalmente desde 130 a 250ºC, preferiblemente desde 140 a 200ºC,
mas preferiblemente de 150 a 170ºC. Las temperaturas en la parte
inferior de la columna de destilación 7 son generalmente de 140 a
250ºC, preferiblemente de 150 a 220ºC, mas preferiblemente de 160 a
190ºC. La presión promedio en la columna de destilación 7 en una
planta de acuerdo a la figura 2 es de 30 a 1000 mbar,
preferiblemente de 50 a 300 mbar, mas preferiblemente de 80 a 120
mbar.
La invención se ilustra adicionalmente ahora en
los ejemplos de implementación que siguen.
Ejemplo comparativo
1
La preparación del IPDA proveniente de IPN y el
posterior trabajo de destilación.
En la hidrogenación aminante de isoforononitrilo
a isoforonodiamina se efectúa en un proceso continuo en tres
reactores conectados en serie a una presión de 250 bar, como se
describe en la EP-B 0729937. El catalizador es
calentado hasta 280ºC, a una taza de calentamiento de 2 K/min bajo
una atmósfera de hidrógeno. Después de mantener esta temperatura
durante 12 h, la temperatura regresa a una temperatura de reacción
particular.
\newpage
El isoforononitrilo (130 ml/h), amonio (600 g/h)
e hidrógeno (300 l/h) pasan a una temperatura desde 80 a 100ºC
mediante el método de fase líquida a través del primer reactor
(reactor de iminación de 200 ml), llenado con gamma
-Al_{2}O_{3} (extruidos 4 mm) como un soporte para el
catalizador. La iminación se efectúa allí. La mezcla de reacción se
conduce en el primer reactor con el catalizador descrito en la
EP-A 0742045. La temperatura allí es de 90ºC. En el
último reactor (130ºC), la posthidrogenación se efectúa sobre el
mismo catalizador. La secuencia es una fase líquida- fase líquida
de goteo. La mezcla del producto es descomprimida en un separador
(composición ver tabla 1) y es destilada en tandas en una columna de
destilación. Detalles de la columna de destilación:
Diámetro de la columna: 30 mm, altura de
empaque: 1.5 m, empaque: Sulzer DX de Sulzer Ltd (Winterthur,
Suiza), 45 placas teóricas, presión de 30 mbar, proporción de
reflujo 10/1.
Primero, la fracción que tiene una proporción de
isómero cis/trans de 60/40 se remueve. El punto de ebullición de la
fracción es 137.5ºC. Luego, la fracción se aísla la cual contiene
75% de IPDA cis y 25% de IPDA trans y tiene un punto de ebullición
de 138.7ºC. Las muestras tomadas son cada una analizadas mediante
cromatografía de gas.
El ejemplo 1 se repitió excepto que 50 ml/h cada
uno de la primera fracción removida (IPDA que tiene una proporción
de isómeros cis/trans de 60/40) se alimentan en la reacción además
de la corriente de IPN (130 ml/h). Las muestras tomadas fueron
analizadas mediante cromatografía de gas. La composición del IPDA
crudo puede ser tomada de la tabla 1.
La remoción de acuerdo con la invención de la
fracción de IPDA a la que le falta el isómero cis y su reciclamiento
en el reactor de síntesis para la isomerización permiten un
rendimiento total de IPDA por ser aun incrementado y la proporción
de los subproductos para ser reducida. Un incremento ligero en la
proporción del compuesto IV no afecta, en razón a que este puede
ser fácilmente removido del IPDA. A pesar de hecho de que la
proporción de isómeros cis/trans se vuelve un poco peor, este
procedimiento es mas económico en total que el uso de los
catalizadores costosos y la observancia de una secuencia de reacción
complicada para preparar el IPDA que tiene un proporción de
isómeros cis/trans en primer lugar, en razón a que el isómero cis se
puede enriquecer mediante el proceso de destilación
posterior.
posterior.
Un auto clave de 300 ml equipado con un agitador
magnético y una canasta catalizadora, 20 ml de un catalizador de
cobalto preparado de acuerdo a la EP-A 0742045 y 40
ml de trans-isoforonodiamina fueron inicialmente
cargados. El auto clave se sello, y se inyectaron 60 ml de amonio
por vía de una ventana de inspección. Se utilizo hidrógeno para
ajustar la presión a 50 bar. Después de calentar a una temperatura
de reacción de 130ºC, la inyección renovada de hidrógeno se utilizo
para ajustar la presión a 250 bar. El auto clave se mantuvo bajo
estas condiciones durante 24 horas. Después del final de los
experimentos, el auto clave se descomprimió durante 6 horas con
agitación y a temperatura ambiente. Con el fin de permitirle al
amonio que estaba a un disuelto escapar. Para el análisis de
cromatografía de gas, fueron tomadas muestras presurizadas. Los
resultados se presentan gráficamente en la figura 3.
El ejemplo 3 se repitió, excepto que la
temperatura de reacción de 110ºC, el nivel de 130ºC se ajustó. Los
resultados se presentan gráficamente en la figura 3
La figura 3 muestra una evaluación gráfica de
los ejemplos 3 y 4 de implementación. El eje y muestra la proporción
del IPDA cis y la mezcla de isómero IPDA cis/trans en % en peso. El
tiempo de reacción en horas es graficado sobre el eje x. el IPDA
cis se representa mediante cuadros llenados, el IPDA trans mediante
círculos llenados.
Partiendo de 100% de IPDA-trans
en peso, se puede ver que la proporción del isómero trans cae
continuamente en el curso del tiempo a un valor aproximado de 35%
en peso, mientras que la proporción del isómero cis se incrementa
continuamente a un valor de aproximado de 65% en peso a una
temperatura de reacción de 130ºC, ya se había logrado un equilibrio
después de 7 horas, aunque el tiempo de reacción se incremento a 23
horas cuando la temperatura de reacción se redujo a 110ºC, una
mezcla de isómero que tenia aproximadamente 45% en peso de cis de
aproximadamente 55% en peso de trans es por lo tanto obtenida
después de 7 horas.
En un auto clave de 300 ml equipado con un
agitador magnético y una canasta de catalizador, 20 ml de un
catalizador de cobalto preparado de acuerdo a la
EP-A 0742045 y 40 ml de IPDA- cis fueron
inicialmente cargados. El auto clave se sello, y 60 ml de amonio se
inyectaron por vía de una ventana de inspección. El hidrógeno se
utilizo para ajustar la presión a 50 bar. Después de un
calentamiento por etapas hasta una temperatura de reacción de
130ºC, el hidrógeno se utilizo para ajustar la presión a 250 bar. El
auto clave se mantuvo bajo estas condiciones durante 24 horas.
Después del final de los experimentos, el auto clave se descomprimió
durante 6 horas con agitación y a una temperatura ambiente. Con el
fin de permitirle al amonio aun estaba disuelto a escapar. Para el
análisis de cromatografía de gas, fueron tomadas muestras
presurizadas. Los resultados se presentan gráficamente en la
fi-
gura 4.
gura 4.
El ejemplo 5 se repitió, excepto que la
temperatura de reacción de 110ºC, el nivel de 130ºC se ajusto. Los
resultados fueron presentados gráficamente en la figura 4.
El ejemplo 5 se repitió, excepto que la
temperatura de reacción de 90ºC, en lugar de 130ºC que ajusto. Los
resultados fueron tomados de la figura 4.
La figura 4 muestra una evaluación gráfica de
implementación ejemplos 5,6 y 7. El tiempo de reacción en horas se
gráfica sobre el eje x. la proporción del IPDA cis en una mezcla de
isómero IPDA cis/trans % en peso es dada sobre el eje y. el
IPDA-cis se representa por cuadros llenos, el
IPDA-trans por círculos llenos.
Partiendo del 100% en peso del
IPDA-cis, se puede ver que la proporción del isómero
cis cae continuamente con el tiempo a un valor aproximadamente de
65% en peso, aunque la proporción del isómero trans se eleva
continuamente a un valor de aproximadamente de 35% en peso.
Dependiendo de la temperatura de reacción, se logra equilibrio con
una rapidez variante. A una temperatura de reacción de 130ºC, ya se
había logrado equilibrio después de 7 horas, aunque la reducción de
la temperatura de reacción a 110ºC resulta en un incremento en el
tiempo de reacción a 22 horas y una reducción adicional en la
temperatura de reacciona 90ºC resulta en que se requieren 3
días.
\newpage
- 1
- Alimentación del IPDA crudo
- 2
- Retiro de la fracción enriquecida en isómero cis
- 3
- Retiro de la fracción enriquecida en isómero trans
- 4
- Retiro de las impurezas con punto de ebullición bajo
- 5
- Retiro de las impurezas con el punto de ebullición alto.
- 6
- Columna de pared divisoria
- 7
- Columna de destilación convencional
- 8
- Retiro de los constituyentes relativamente pesados de la fracción de ebullición baja.
- 9
- Separador de fase
- 10
- Retiro de corriente lateral
- 11
- Evaporador
- 12
- Condensador
- 13
- Parte inferior de la columna
- 14
- Parte superior de la columna
- 15
- Línea
- 16
- Rama.
Claims (7)
1. Un proceso para preparar
3-aminometil-3,5,5-trimetilciclohexilamina
(isoforonodiamina, IPDA) sustancialmente pura que tiene una
proporción de isómeros cis/trans de por lo menos 73/27, y comprende
la siguientes etapas:
a) suministrar IPDA crudo que tenga una
proporción de isómeros cis/trans de <73/27;
b) Purificar y separar el IPDA crudo en una
fracción que tenga una proporción de isómero cis/trans de por lo
menos 73/27 y una fracción que tenga una proporción de isómeros
cis/trans de por lo menos 63/37;
c) Isomerizar la fracción de IPDA
sustancialmente crudo que tenga una proporción de isómero cis/trans
de menos de 63/37 obtenida en la etapa b) a IPDA que tenga una
proporción de isómeros cis/trans en el rango de 63/37 a 66/34 en la
presencia de H2, NH3 y un catalizar de hidrogenación y reciclar en
la etapa a) del proceso.
2. El proceso de acuerdo a la reivindicación 1
en donde el IPDA crudo se purifica y se separa en la etapa b) del
proceso mediante destilación
3. El proceso de acuerdo a la reivindicación 2,
en donde la etapa b) del proceso se lleva acabo en dos columnas de
destilación espacialmente separadas.
4. El proceso de acuerdo a la reivindicación 3,
en donde por lo menos una de las columnas de destilación es una
columna de pared divisoria.
5. El proceso de acuerdo a cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, en donde le IPDA se separa en la etapa b)
del proceso en una fracción que tenga una proporción de isómeros
cis/trans en el rango de 73/27 a 76/24 y una fracción que tenga una
proporción de isómeros cis/trans de menos de 63/37.
6. El proceso de acuerdo a cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, en donde el IPDA crudo que tenga una
proporción de isómeros cis/trans de 70/30 se suministra en la etapa
a) del proceso.
7. El proceso de acuerdo a cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, en donde el catalizador de hidrogenación
utilizado en la etapa c) del proceso es un catalizador que comprende
por lo menos un metal de transición seleccionado del grupo de
cobro, plata, oro, hierro, cobalto, níkel, renio, rutenio, rodio,
paladio, osmio, iridio, platino, cromo, molibdeno y tungsteno,
preferiblemente seleccionado del grupo de cobre, plata, hierro,
cobalto, níkel, rutenio, rodio, paladio, osmio, iridio y platino,
mas preferiblemente seleccionado del grupo de cobre, cobalto, níkel,
rutenio, iridio, rodio, paladio y platino.
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