ES2318675T3 - Procedimiento para la separacion de mezclas liquidas de productos en un evaporador de pelicula. - Google Patents

Procedimiento para la separacion de mezclas liquidas de productos en un evaporador de pelicula. Download PDF

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Abstract

Procedimiento para la separación de una mezcla líquida de productos, que contiene, al menos, un componente fácilmente volátil y, al menos, un componente difícilmente volátil, en un evaporador de película, según el cual (i) se prepara una corriente continua de una mezcla líquida de los productos de partida, (ii) se genera una película líquida a partir de la corriente continua y se pone en contacto con una superficie intercambiadora de calor del evaporador de película, (iii) se evapora en parte la película líquida, con lo que se obtiene una corriente gaseosa, enriquecida en componentes fácilmente volátiles, y una corriente líquida, enriquecida en componentes difícilmente volátiles, donde, (iv) la superficie intercambiadora de calor está recubierta con un material catalíticamente activo, que (v) cataliza una conversión química en la película líquida, mediante la cual se forma, al menos, un componente fácilmente volátil, caracterizado porque el material catalíticamente activo es un material intercambiador de iones o un material compuesto constituido por un polímero poroso o en forma de gel y por una zeolita.

Description

Procedimiento para la separación de mezclas líquidas de productos en un evaporador de película.
La invención se refiere a un procedimiento para la separación de mezclas líquidas de productos en un evaporador de película, especialmente para la separación de mezclas líquidas de polioximetilenglicoles.
El formaldehído es un producto químico industrial importante y se emplea para la fabricación de un gran número de productos industriales y de artículos de consumo. Actualmente se utiliza el formaldehído en más de 50 ramas de la industria, esencialmente en forma de soluciones acuosas o de resinas sintéticas, que contienen formaldehído. Las soluciones acuosas de formaldehído, que pueden ser adquiridas en el comercio, presentan concentraciones totales comprendidas entre un 20 y un 55% en peso de formaldehído en forma de formaldehído monómero, de metilenglicol y de polioximetilenglicoles oligómeros.
El agua, el formaldehído monómero (libre), el metilenglicol y los polioximetilenglicoles oligómeros con diversas longitudes de cadena se presentan conjuntamente en soluciones acuosas en un equilibrio termodinámico, que se caracteriza por una distribución determinada de los polioximetilenglicoles con longitudes diferentes. El término "solución acuosa de formaldehído" se refiere, en este caso, también a las soluciones de formaldehído, que prácticamente no contienen agua libre, sino que contienen agua esencialmente tan sólo en forma de metilenglicol o bien en forma de agua químicamente enlazada en los grupos OH extremos de los polioximetilenglicoles. Esto ocurre, de manera especial, en el caso de las soluciones concentradas de formaldehído. En este caso los polioximetilenglicoles pueden presentar, por ejemplo, entre dos y nueve unidades de óxido de metileno. Así pues, en las soluciones acuosas de formaldehído pueden estar presentes, de manera conjunta, el dioximetilenglicol, el trioximetilenglicol, el tetraoximetilenglicol, el pentaoximetilenglicol, el hexaoximetilenglicol, el heptaoximetilenglicol, el octaoximetilenglicol y el nonaoximetilenglicol. La distribución depende de la concentración. De este modo, el máximo de la distribución en las soluciones diluidas de formaldehído se presenta en los homólogos con longitud de cadena más corta, mientras que se presenta en las soluciones concentradas de formaldehído en los homólogos con longitud de cadena más elevada. Un desplazamiento del equilibrio hacia los polioximetilenglicoles con cadenas largas (elevados pesos moleculares) puede llevarse a cabo mediante la eliminación del agua, por ejemplo mediante simple destilación en un evaporador de película. El establecimiento del equilibrio se lleva a cabo, en este caso, con una velocidad limitada por la condensación intermolecular del metilenglicol y de los polioximetilenglicoles de bajo peso molecular con disociación de agua para dar polioximetilenglicoles de elevado peso molecular.
Por otra parte, las soluciones acuosas de formaldehído contienen, con frecuencia, también componentes secundarios. De este modo, puede estar contenido, por ejemplo, metanol en concentraciones de varios % en peso. Este metanol puede ser perjudicial para las reacciones subsiguientes del formaldehído y, por lo tanto, tiene que ser eliminado casi por completo. Ahora el metilenglicol, en forma de formaldehído hidratado en el caso más sencillo, forma con el metanol, un acetal (metilol), que representa el componente más fácilmente volátil en el conjunto del sistema constituido por el formaldehído, el agua, el semiacetal del metilenglicol y el acetal completo del metilenglicol. Así pues, puede ser eliminado por evaporación el metanol en forma de acetal completo del metilenglicol a partir de la solución acuosa de formaldehído. El establecimiento del equilibrio entre el metilenglicol, el metanol, el semiacetal del metilenglicol y el acetal completo del metilenglicol se lleva a cabo, en este caso, con una velocidad limitada y puede ser acelerada mediante catálisis.
Para determinas síntesis químicas, con empleo de formaldehído, es deseable, así mismo, emplear soluciones de formaldehído con una determinada distribución del peso molecular de los polioximetilenglicoles, que están contenidos en las mismas. De este modo se ha encontrado, por ejemplo, que puede ser transformada una solución de formaldehído directamente en un producto de policondensación para la obtención de homopolímeros o de copolímeros de óxido de metileno, si la proporción en moles entre los polioximetilenglicoles y el formaldehído monómero y el metilenglicol es mayor que 1 : 0,6 y, de manera preferente, mayor que 1 : 0,4. A la hora de la obtención de la metilendi(fenilamina) a partir de anilina y de formaldehído, es deseable aportar el formaldehído en forma de homólogos superiores con el fin de reprimir la formación del producto secundario no deseado constituido por la N-metil-MDA. Para la obtención del trioxano y del tetraoxano, por medio del cierre del anillo, son deseables fracciones de formaldehído con un elevado contenido en trioximetilenglicol y en tetraoximetilenglicol. Por otra parte, es deseable reducir la carga de agua en aquellas síntesis, que requieran el empleo de soluciones acuosas de formaldehído, empleándose soluciones acuosas de formaldehído con una concentración tan elevada como sea posible.
Estas elevadas concentraciones pueden alcanzarse mediante la eliminación continua del agua a partir del sistema, formándose continuamente de nuevo agua durante la condensación de los polioximetilenglicoles, con lo cual crecen las cadenas del polioximetilenglicol. La reacción de condensación puede acelerarse mediante catálisis.
La publicación DE 100 36 602 A divulga un evaporador de película con una pared intercambiadora de calor, que está recubierta con un material catalíticamente activo. El empleo de resinas intercambiadoras de iones y de zeolitas durante la citada conversión es conocida por la publicación US-A-6 015 875. En dicha publicación se propone llevar a cabo la conversión en una columna de destilación y emplear los catalizadores a título de cargas a granel, con lo cual actúan, así mismo, como superficies para el intercambio de productos por destilación.
\newpage
La tarea de la invención consiste en proporcionar un procedimiento sencillo, con el cual puedan obtenerse soluciones de formaldehído, que presenten una elevada concentración en formaldehído y/o que presenten también una distribución específica de los polioximetilenglicoles. La tarea de la invención consiste, así mismo, en proporcionar un procedimiento sencillo, con el cual pueda separarse el metanol casi por completo a partir de una solución acuosa de formaldehído.
La tarea se resuelve por medio de un procedimiento para la separación de una mezcla líquida de productos, que contiene, al menos, un componente fácilmente volátil y, al menos, un componente difícilmente volátil, en un evaporador de película, según el cual
(i)
se prepara una corriente continua de una mezcla líquida de los productos de partida,
(ii)
se genera una película líquida a partir de la corriente continua y se pone en contacto con una superficie intercambiadora de calor del evaporador de película,
(iii)
se evapora en parte la película líquida, con lo que se obtiene una corriente gaseosa, enriquecida en componentes fácilmente volátiles, y una corriente líquida, enriquecida en componentes difícilmente volátiles, donde,
(iv)
la superficie intercambiadora de calor está recubierta con un material catalíticamente activo, que
(v)
cataliza una conversión química en la película líquida, mediante la cual se forma, al menos, un componente fácilmente volátil,
caracterizado porque el material catalíticamente activo es un material intercambiador de iones o un material compuesto constituido por un polímero poroso o en forma de gel y por una zeolita.
\vskip1.000000\baselineskip
La mezcla líquida de productos, que debe ser separada, contiene, al menos, un componente fácilmente volátil y, al menos, un componente difícilmente volátil. Los términos que han sido empleados precedentemente de "fácilmente volátil" y de "difícilmente volátil" no tienen ningún significado absoluto, sino que tienen un significa relativo. En este caso "fácilmente volátil" significa fácilmente volátil con relación al o a los componentes "difícilmente volátiles", y a la inversa. Los puntos de ebullición de los componentes fácilmente volátiles y de los componentes difícilmente volátiles se encuentran en general, en este caso, tan alejados entre sí, que se produce ya, por medio de una simple evaporación, un enriquecimiento significativo de los componentes fácilmente volátiles en la fase gaseosa con relación a la fase líquida.
El o los componentes fácilmente volátiles o bien el o los componentes difícilmente volátiles pueden presentarse ya en la mezcla de productos de partida que se alimenta al evaporador de película, o bien pueden sólo durante la conversión química catalizada. Pueden imaginarse todos los tipos posibles de reacción, en los cuales reaccione un producto difícilmente volátil para dar uno o varios productos fácilmente volátiles o para dar un producto difícilmente volátil y un producto fácilmente volátil, por ejemplo mediante eliminación (unimolecular), fragmentación, transposición o reacciones de degradación, en tanto en cuanto el educto y/o los productos formados presenten en la mezcla de productos correspondiente una diferencia suficiente entre sus volatilidades relativas. Así mismo pueden reaccionar uno o varios productos diferentes (bimolecular) con liberación de un producto fácilmente volátil para dar un producto difícilmente volátil, por ejemplo mediante condensación o mediante oligomerización.
La copulación, de conformidad con la invención, entre la conversión química y la evaporación de los componentes fácilmente volátiles, formados, en un evaporador de película presenta una serie de ventajas.
Mediante la eliminación de los componentes fácilmente volátiles, que se forman durante la conversión química, a partir del equilibrio químico, éste es desplazado hacia el lado de los productos. Mediante el recubrimiento catalítico de la pared intercambiadora de calor se consigue un ajuste rápido del (nuevo) estado de equilibrio.
Así mismo, puede ser deseable una eliminación rápida de los componentes fácilmente volátiles, que se forman durante la conversión, a partir de la mezcla líquida de productos, cuando éstos intervengan en reacciones subsiguientes, por ejemplo con los eductos de la conversión, cuyas reacciones subsiguientes reduzcan la selectividad de la conversión, o cuando estas reacciones subsiguientes conduzcan a la formación de productos secundarios no deseados.
La separación de la mezcla líquida de productos se lleva a cabo en un evaporador de película.
Los evaporadores de película presentan una buena transmisión del calor puesto que es pequeña la relación entre el volumen de la reacción y la superficie intercambiadora de calor. De este modo es posible en la mezcla de la reacción una conducción de la reacción cuasi isoterma y una distribución de las temperaturas uniforme (se evitan los gradientes de temperatura). Esto tiene un efecto especialmente ventajoso cuando se favorezcan mediante el aumento de la temperatura en la mezcla de la reacción, las reacciones paralelas o sucesivas no deseadas.
\newpage
En los evaporadores de película pueden realizarse tiempos de residencia pequeños con distribuciones acotadas del tiempo de residencia, en tanto en cuanto estos evaporadores no se hagan trabajar con una recirculación. Las distribuciones acotadas del tiempo de residencia son ventajosas, ante todo, cuando los productos formados de la conversión química puedan entrar en reacciones subsiguientes no deseadas.
Las formas de construcción adecuadas del evaporador de película, empleado de conformidad con la invención, son, por ejemplo, los evaporadores de película descendente, los evaporadores de capa delgada y los evaporadores de serpentín así como las combinaciones de los aparatos que han sido citados.
En los evaporadores de película, que son empleados de conformidad con la invención, pueden alternarse segmentos de pared recubiertos con segmentos de pared no recubiertos.
El objeto de la invención está constituido, así mismo, por los evaporadores de película propiamente dichos, que presentan una pared intercambiadora de calor, que está recubierta con material catalíticamente activo.
En una forma de realización del procedimiento, de conformidad con la invención
\bullet
\vtcortauna la mezcla líquida de los productos de partida es una solución acuosa de formaldehído,
\bullet
\vtcortauna los componentes fácilmente volátiles son formaldehído libre (CH_{2}O), metilenglicol (HOCH_{2}OH) y agua,
\bullet
\vtcortauna los componentes difícilmente volátiles se eligen entre el grupo constituido por los polioximetilenglicoles (HO(CH_{2}O)_{n}H) con 2 hasta 20 unidades de óxido de metileno (n = 2 - 20),
\bullet
\vtcortauna la conversión química catalizada es la condensación catalizada mediante ácidos o mediante bases del metilenglicol y de los polioximetilenglicoles, reaccionando polioximetilenglicoles de bajo peso molecular para dar polioximetilenglicoles de mayor peso molecular y formándose agua como componente fácilmente volátil.
\vskip1.000000\baselineskip
Mediante la eliminación por evaporación del agua, así como también del metilenglicol y del formaldehído libre, a partir de la solución acuosa de formaldehído, se genera una distribución fuera de equilibrio de los polioximetilenglicoles oligómeros en la solución. Mediante el recubrimiento del material catalíticamente activo sobre la superficie intercambiadora de calor se cataliza la reacción de condensación, que se desarrolla con disociación de una cantidad adicional de agua, con lo cual se desplaza la distribución de los polioximetilenglicoles en la solución en el sentido de la distribución en equilibrio. De este modo se alcanza una distribución de los polioximetilenglicoles en la solución (concentrada) que se encuentra al menos más próxima a la distribución en equilibrio que lo que ocurriría en el caso en que no estuviese presente el material catalíticamente activo. La magnitud de la reacción de condensación puede ser controlada por medio de las velocidades de eliminación por evaporación, de las fuerzas ácidas del catalizador y del tiempo de residencia de la solución en el evaporador.
En otra forma de realización del procedimiento, de conformidad con la invención
\bullet
\vtcortauna la mezcla líquida de las productos de partida es una solución que contiene agua, formaldehído en su forma hidratada (metilenglicol), su semiacetal y su acetal completo con metanol así como el propio metanol,
\bullet
\vtcortauna el componente fácilmente volátil es el acetal completo de metilenglicol/metanol (metilal);
\bullet
\vtcortauna los componentes difícilmente volátiles son los componentes restantes;
\bullet
\vtcortauna la conversión química catalizada consiste en la formación del metilal a partir del metilenglicol o del semiacetal del metilenglicol/metanol y del metanol.
\vskip1.000000\baselineskip
Los catalizadores adecuados son, por ejemplo, catalizadores ácidos. El procedimiento puede ser empleado para la separación de metanol a partir de soluciones acuosas de formaldehído. Sin embargo puede ser empleado, así mismo, para la obtención específica de metilal a partir de formaldehído y de metanol. A partir del metilal puede obtenerse, a su vez, formaldehído altamente enriquecido.
En el caso de la oligomerización del formaldehído, los materiales catalíticamente activos, que son adecuados, están constituidos por materiales con propiedades ácidas o básicas, de manera preferente con propiedades ácidas, por ejemplo láminas constituidas por material ácido intercambiador de iones, tales como los que son empleados, por ejemplo, en forma de membranas selectivas para los iones destinadas a la obtención de NaOH y de HCl a partir de NaCl mediante la denominada "disociación del agua". El material intercambiador de iones es, de manera preferente, un copolímero sulfonado de estireno-divinilbenceno o un polímero perfluorados del tipo Nafion®, que contenga enlazados grupos ácidos. Tales láminas pueden ser pegadas superficialmente sobre la superficie intercambiadora de calor del evaporador de película, pueden ser mantenidas mediante aplicación de vacío, pueden ser fijadas mecánicamente o incluso pueden ser polimerizadas superficialmente sobre la superficie intercambiadora de calor.
Los materiales catalíticamente activos, que son adecuados, con propiedades ácidas son materiales compuestos constituidos por un polímero poroso o en forma de gel y por partículas constituidas por ácidos heterogéneos. Los ácidos heterogéneos preferentes son las zeolitas, especialmente la cabazita, la mazita, la erionita, la ferrierita, la faujasita, la zeolita L, la mordenita, la ofretita, la zeolita en bruto, la ZBM-10, la ZSM-5, la ZSM-12, la MCM-22 y la zeolita beta, además las arcillas, de manera especial la montmorillonita, la muscovita, la caolinita y sus formas activadas por medio de ácidos, los óxidos mixtos ácidos, especialmente el WO_{3}-TiO_{2}, el MoO_{3}-TiO_{2}, el MoO_{3}-ZrO_{2}, el Al_{2}O_{3}-SiO_{2}, el ZrO_{2}-SiO_{2}, el TiO_{2}-SiO_{2}, el TiO_{2}-ZrO_{2} y el ácido nióbico, así mismo los materiales compuestos de SiO_{2}-ácido sulfónico del tipo Deloxan® y carbones activos oxidados, sulfonados.
Así mismo, es posible recubrir la superficie intercambiadora de calor del evaporador de película, de conformidad con la invención, sin pegamento ni agente aglutinante polímero. En este caso ejercen la función aglutinante las capas de cobertura de tipo óxido, sobre las cuales se han enlazado directamente los óxidos ácidos por medio de enlace metal-oxígeno. Los procedimientos adecuados han sido descritos en las publicaciones de J. Yamazaki, K. Tsutsumi, Micropor. Mat. 5 (1995), 245 y siguientes, de O. L. Oudshoorn et al., Chem. Eng. Sci. 54 (1999), página 1413 y siguientes, DE-A 196 07 577 y DE-A 42 16 846. De este modo, sobre la superficie intercambiadora de calor pueden fijarse cristales de tamices moleculares grandes de tipo zeolita o de tipo similar a la zeolita, que presentan un diámetro de partícula comprendido, por ejemplo, entre 3 y 500 \mum, efectuándose un calentamiento previo de las mismas en el momento de la fabricación, hasta la temperatura de reblandecimiento y llevando a cabo un espolvoreado continuo sobre la superficie sometida a un calentamiento previo, de los polvos o de los cristales capaces de desparramarse. Los cristales permanecen adheridos, en este caso, en una capa delgada constituida, por ejemplo, por una hasta 5 capas cristalinas, sobre la superficie reblandecida y se fijan de manera duradera sobre la superficie tras el enfriamiento de la misma. Con fin de generar recubrimientos especialmente duros, la superficie intercambiadora de calor puede ser sometida a un tratamiento previo antes de la aplicación por espolvoreo, además, con un promotor de la
adherencia.
Así mismo, la superficie intercambiadora de calor del evaporador de película puede ser recubierta con elementos macroscópicos tales como cilindros, segmentos cilíndricos o placas constituidas por ácidos heterogéneos. Estos elementos se fabrican mediante prensado, mediante colada o mediante extrusión y se pegan o se sinterizan y, a continuación, se pegan, se atornillan, se remachan o se fijan mecánicamente de otro modo sobre la superficie intercambiadora de calor.
La superficie intercambiadora de calor del evaporador de película, de conformidad con la invención, cuya superficie está recubierta con el material catalíticamente activo, es toda la superficie intercambiadora de calor, disponible, o únicamente una parte de la misma. A modo de ejemplo pueden alternarse segmentos recubiertos y segmentos no recubiertos de la superficie intercambiadora de calor.
En la figura 1 se ha mostrado un evaporador de película, especialmente adecuado, para el procedimiento descrito. En este caso se trata de un evaporador de capa delgada. La alimentación 1, que está constituida por la solución en bruto (mezcla de las materias de partida) y, en caso dado, corriente de reciclo, se envía en primer lugar a un distribuidor de líquidos 2. Éste distribuye la solución en bruto sobre una superficie de evaporación 3. La superficie de evaporación 3 (superficie intercambiadora de calor) tiene, usualmente, forma cilíndrica, sin embargo puede presentar también una forma cónica, al menos en parte. De conformidad con el caso de aplicación, esta superficie de evaporación puede estar constituida, por ejemplo, por vidrio, por metal, por materiales sintéticos o por cerámica y puede presentar bien, por sí misma, propiedades catalíticas o bien puede estar recubierta de manera catalítica o bien puede estar dopada con substancias catalíticamente activas. Esta superficie de evaporación se encuentra en contacto térmico con el lado interno de una camisa de calefacción 4, que se encarga de disipar el calor hacia la superficie de evaporación 3. El distribuidor de líquidos 2 contribuye a que la solución de alimentación sea distribuida homogéneamente sobre la periferia de la superficie de evaporación 3.
A continuación, escobillas giratorias 5 distribuyen la solución, adicionalmente, sobre la superficie de evaporación 3, se encargan de mantener y de favorecer una película de líquido sobre la superficie de evaporación 3 y contribuyen a la intensificación el transporte de calor y de materia en el líquido. Estas escobillas 5 están montadas sobre un rotor, de manera rígida o de manera movible, cuyo rotor es accionado por un dispositivo de arrastre 6. De conformidad con la configuración y con el posicionamiento de las escobillas 5, la película líquida puede configurarse delgada o puede quedar retenida. En este caso, es posible una modificación del tiempo de residencia o bien de la distribución del tiempo de residencia de la solución en el evaporador de película. El tiempo de residencia típico de la solución en el evaporador de película se encuentra comprendido entre un 1 segundo y 10 minutos, de manera preferente entre 2 segundos y 2 minutos.
A través de la alimentación de la camisa de calefacción 7 se conduce un agente de calefacción, por ejemplo vapor de agua, hasta la camisa de calefacción. Éste agente de calefacción, enfriado sobre la superficie de evaporación caliente, por ejemplo, agua condensada en el caso en que el agente de calefacción sea vapor de agua, es retirado a través de la descarga 8 para el agente de calefacción.
Mediante el aporte de calor a la superficie de evaporación 3 se evapora una parte de la solución alimentada al evaporador de película, con lo cual se modifica en cuanto a su composición la parte no evaporada de la solución. Por medio del recubrimiento catalíticamente activo de la superficie de evaporación son catalizadas reacciones químicas de los componentes de la mezcla, que se superponen al proceso de evaporación y que conducen a un rendimiento mayor en el componente deseado.
Los vahos formados (es decir el vapor o bien los gases) llegan hasta un recinto 9 para la separación de las fases y desde allí hasta un separador de gotas 10. Las gotículas de líquido, que son arrastradas con los vahos, se eliminan aquí a partir de la fase gaseosa y son recicladas hasta el líquido (solución). El concentrado 13 se retira de manera adecuada a partir del recinto 9 para la separación de las fases, mientras que los vahos 12 son retirados a partir del separador de gotas 10. Los vahos se conducen hasta un condensador, que no ha sido representado, en el cual se condensan, al menos en parte, para dar un condensado.
La fase gaseosa y la fase líquida pueden enviarse a contracorriente, como se ha mostrado en la figura 1. Sin embargo pueden conducirse también en corrientes paralelas.
Cuando se envíe una solución acuosa de formaldehído al evaporador de película descrito, se enriquecerán los polioximetilenglicoles en el líquido 13, mientras que el condensado de los vahos 12 es pobre en polioximetilenglicoles y es rico en formaldehído y en metilenglicol. De este modo, se forman dos fracciones a partir de los vahos 12, en concreto el concentrado 13 y el condensado (parcial), en las cuales se han enriquecido de manera selectiva determinados componentes de la solución en bruto 1 alimentada originalmente.
En el caso de la obtención del metilal se enriquece éste en los vahos.
El condensador puede estar integrado en el cuerpo de evaporación en una forma de realización especial, con lo cual se produce un tiempo de residencia más corto de los componentes evaporados en la fase vapor así como una forma de construcción más compacta.
Las condiciones de trabajo adecuadas para el evaporador de película son, en general, una temperatura comprendida entre 10ºC y 200ºC, de manera preferente comprendida entre 50ºC y 150ºC, a una presión absoluta comprendida entre 0,5 mbares y 20 bares, de manera preferente comprendida entre 30 mbares y 2 bares.
Además de la realización, representada en la figura 1, de un evaporador de película puede emplearse también un aparato sin influjo mecánico de la película líquida sobre la superficie de evaporación. La superficie de transmisión del calor de este evaporador de película descendente o de este evaporador de corriente descendente puede configurarse en este caso en forma de tubos, de placas o de serpentín (tubo en forma de espiral).
Independientemente de las exigencias concretas del procedimiento, puede ser empleado un evaporador de película en diversas formas de trabajo. La figura 2 muestra una representación esquemática de las posibles formas de trabajo. En este caso, el evaporador de película propiamente dicho se ha designado con 15 y un separador vahos (es decir el recinto para la separación de las fases con separador de gotas) se ha designado con 16. Tanto el evaporador de película 15 así como, también, el separador de vahos 16 pueden desviarse de la forma de construcción especial, como la que ha sido representada en la figura 1, y pueden presentar otras alimentaciones y otras descargas con respecto a la figura 1. En este caso V1, V2 y V3 designan corrientes en forma de vapor, todas las otras corrientes son usualmente
líquidas.
El evaporador de película 15 puede hacerse trabajar según un recorrido único o en una forma de trabajo en circuito cerrado, con relación al líquido saliente, no evaporado. La recirculación U es técnicamente necesaria para un funcionamiento según una forma de trabajo en circuito cerrado.
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(Tabla pasa a página siguiente)
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En la tabla siguiente se han indicado las corrientes activas para las formas de trabajo posibles correspondientes.
1
El evaporador de película puede presentar descargas laterales en puntos adecuados, a través de las cuales pueden tomarse fracciones de líquido con un determinado grado de enriquecimiento. De igual modo, pueden estar conectados en serie varios evaporadores de película para formar una cascada de evaporadores, formando la descarga concentrada, líquida, de un evaporador de películas - en caso dado tras retirada de una corriente lateral - la alimentación del evaporador de película siguiente de la cascada de evaporadores.
Por otra parte, es posible introducir en el evaporador de película un componente gaseoso reactivo, a contracorriente con respecto a la corriente líquida, cuyo componente gaseoso reaccione con uno o con varios componentes de la mezcla líquida de las materias de partida o con uno o con varios de los componentes formados difícilmente volátiles. De este modo, los componentes formados, difícilmente volátiles, pueden intervenir en reacciones subsiguientes con los componentes, que están contenidos en la corriente gaseosa ascendente, en la película líquida en circulación, en la parte inferior del evaporador de película. La superficie intercambiadora de calor puede estar recubierta, en este caso, con un material catalíticamente activo, que catalice estas reacciones subsiguientes de uno o de varios de los componentes formados, difícilmente volátiles. Este material catalíticamente activo puede ser diferente del material catalíticamente activo, que cataliza la formación de los componentes difícilmente volátiles. Así mismo, puede tratarse del mismo material catalíticamente activo. Los materiales catalíticamente activos diferentes pueden encontrarse en segmentos diferentes de la superficie intercambiadora de calor.
A guisa de ejemplo, puede introducirse en el evaporador un educto gaseoso reactivo a contracorriente, con respecto al sentido de flujo de la película líquida sobre la pared intercambiadora de calor, y en corriente paralela, con respecto al agua, al formaldehído y al metilenglicol, a ser evaporados. Este educto gaseoso reactivo reacciona, entonces, con los polioximetilenglicoles para dar productos (difícilmente volátiles), que se descargan por el fondo del evaporador. El evaporador puede presentar entonces, por ejemplo segmentos que estén recubiertos con un material ácido o básico para catalizar la reacción de condensación, y puede presentar segmentos que estén recubiertos con un material catalíticamente activo para catalizar la reacción subsiguiente de los polioximetilenglicoles.
\newpage
Ejemplos de tales reacciones son
\bullet
\vtcortauna la reacción de acetileno con solución de formaldehído en una reacción de Reppe para dar butinodiol, que puede ser hidrogenado ulteriormente para dar butanodiol;
\bullet
\vtcortauna las reacciones de aldolización de formaldehído consigo mismo o con aldehídos superiores para dar alcoholes polivalentes y azúcares, pentaeritrita, trimetilolpropano y neopentilglicol;
\bullet
\vtcortauna la reacción de formaldehído y CO para dar ácido glicólico;
\bullet
\vtcortauna la obtención de substancias quelatinizantes tales como los glicolnitrilos a partir de soluciones de formaldehído;
\bullet
\vtcortauna la reacción de formaldehído con olefinas en una reacción de Prins para dar compuestos alfa-hidroximetilados;
\bullet
\vtcortauna las reacciones de condensación de formaldehído con aminas, tales como la anilina o la toluidina, para dar bases de Schiff, que pueden reaccionar ulteriormente para dar derivados del difenilmetano, tal como la metanodifenildiamina;
\bullet
\vtcortauna la reacción de hidroxilamina con formaldehído para dar oximas;
\bullet
\vtcortauna la reacción de formaldehído con dioles para dar éteres cíclicos, por ejemplo de glicol y formaldehído para dar dioxolano;
\bullet
\vtcortauna la reacción de formaldehído con alcoholes para dar éteres tales como los polioximetilendialquiléteres, de manera preferente el polioximetilendimetiléter.
\vskip1.000000\baselineskip
Este listado no es completo. Los manuales de la química orgánica y de la ingeniería química contienen otras reacciones ejemplificativas. Sin embargo la enumeración debe poner de manifiesto a título de ejemplo el significado industrial del formaldehído como base de síntesis en el sector citado de la química orgánica. Esto se refiere tanto a los productos intermedios de bajo tonelaje en el sector farmacéutico o en el sector fitosanitario tales como, por ejemplo las oximas, así como, también, a los productos que se fabrican con grandes tonelajes, tales como los derivados del difenilmetano y los polioximetilendialquiléteres.
La invención se explica con mayor detalle por medio del ejemplo siguiente.
Ejemplo
Se alimentan por la cabeza de un evaporador de capa delgada de laboratorio, calentado por el exterior con líquido, 500 ml/h de una solución acuosa de formaldehído constituida por un 5% en peso de formaldehído, un 55% en peso de agua así como por un 40% en peso de metanol. La temperatura de la camisa de calefacción del evaporador de capa delgada se ajusta a 100ºC y la presión en el recinto interno se ajusta a 200 mbares. La velocidad de evaporación es de 2,33.
El lado interno del tubo del evaporador está recubierto con una resina intercambiadora de iones fuertemente ácida con una capacidad de 5,2 moles de H^{+}/kg. La escobilla gira a 600 revoluciones/minuto y tiene como cometido distribuir la solución entrante de manera homogénea sobre el lado interno del tubo del evaporador. La longitud barrida del evaporador de capa delgada empleado es de 300 mm, el diámetro interno del tubo del evaporador es de 50 mm. El evaporador propiamente dicho está construido con acero fino de alta calidad.
Sobre la pared interna tiene lugar la conversión catalizada con ácido del formaldehído y del metanol para dar metilal, según la ecuación de reacción
2CH_{3}OH+CH_{2}O \leftrightarrow CH_{3}OCH_{2}OCH_{3}+H_{2}O
El metilal formado es eliminado en continuo por evaporación junto con agua y con metanol, se conduce a través de la cabeza y se condensa en el condensador conectado aguas abajo. La parte del metilal en la fase gaseosa condensada es del 13,0% en peso. El producto de cola contiene únicamente trazas de metilal. La conversión del formaldehído es mayor que el 80%.

Claims (5)

1. Procedimiento para la separación de una mezcla líquida de productos, que contiene, al menos, un componente fácilmente volátil y, al menos, un componente difícilmente volátil, en un evaporador de película, según el cual
(i)
se prepara una corriente continua de una mezcla líquida de los productos de partida,
(ii)
se genera una película líquida a partir de la corriente continua y se pone en contacto con una superficie intercambiadora de calor del evaporador de película,
(iii)
se evapora en parte la película líquida, con lo que se obtiene una corriente gaseosa, enriquecida en componentes fácilmente volátiles, y una corriente líquida, enriquecida en componentes difícilmente volátiles, donde,
(iv)
la superficie intercambiadora de calor está recubierta con un material catalíticamente activo, que
(v)
cataliza una conversión química en la película líquida, mediante la cual se forma, al menos, un componente fácilmente volátil,
caracterizado porque el material catalíticamente activo es un material intercambiador de iones o un material compuesto constituido por un polímero poroso o en forma de gel y por una zeolita.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el evaporador de película está configurado como evaporador de película descendente, como evaporador de película delgada, como evaporador de serpentín o como combinaciones de estos aparatos.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque la superficie intercambiadora de calor presenta segmentos recubiertos y segmentos no recubiertos.
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque se introduce en el evaporador de película un componente gaseoso reactivo a contracorriente con respecto a la corriente líquida, cuyo componente gaseoso reacciona con uno o con varios componentes de la mezcla líquida de las materias de partidas o con uno o con varios de los componentes formados, difícilmente volátiles.
5. Evaporador de película con una pared intercambiadora de calor, recubierta con material catalíticamente activo, caracterizado porque el material catalíticamente activo es un material intercambiador de iones o es un material compuesto constituido por un polímero poroso o en estado de gel y por una zeolita.
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