ES2709757T3 - Mezclador a chorro estático reactivo y método de mezcla durante un proceso de mezcla de amina-fosgeno - Google Patents

Mezclador a chorro estático reactivo y método de mezcla durante un proceso de mezcla de amina-fosgeno Download PDF

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Abstract

Un mezclador a chorro estático, reactivo, que incluye una cámara receptora de fluido (8) para mezclar un primer componente (10), que comprende fosgeno, y un segundo componente (11), que comprende amina, y un primer conducto (3) que se extiende a través de la cámara receptora de fluido, para transportar el primer componente desde una entrada (4) hasta una salida (5), en donde el mezclador a chorro estático, reactivo, comprende lo siguiente: una primera fila de boquillas (15) para el paso del segundo componente, dispuestas radialmente alrededor del primer conducto, entre la entrada (4) y la salida (5), y un sistema de enriquecimiento para subsanar un déficit en el primer componente, en un punto de mezcla en la cámara receptora de fluido, que incluye una segunda fila de boquillas (16) para el paso del primer componente, en donde cada boquilla de la segunda fila de boquillas está ubicada dentro de una boquilla de la primera fila de boquillas (15), para enriquecer una región deficiente de fosgeno; caracterizado por que la cámara receptora de fluido (8) es un cilindro continuo ahuecado por el primer conducto (3), que tiene una pared circunferencial externa (140), entre un área externa de la cámara (7) y un área interna de la cámara (8), en donde la primera fila de boquillas (15) perfora la pared externa (140) para el paso del segundo componente (11), desde el área externa (7) hacia el área interna (8), para la mezcla con el primer componente (10) y en donde la primera (15) y la segunda (16) filas de boquillas son concéntricas, en donde la primera fila de boquillas (15) está conectada a un conducto longitudinal (62), dentro de la pared circunferencial externa (140) de la cámara receptora de fluido (8), y en el que la segunda fila de boquillas (16) es perpendicular a la pared circunferencial externa (140).

Description

DESCRIPCION
Mezclador a chorro estatico reactivo y metodo de mezcla durante un proceso de mezcla de amina-fosgeno
Campo de la descripcion
La presente invencion se refiere a un mezclador estatico, con multiples boquillas y, mas en general, a un mezclador a chorro, estatico, reactivo, y a su metodo de uso para mezclar fosgeno y amina, en el cual se utilizan una o mas filas adicionales de boquillas y/o una cierta forma de boquillas, para enriquecer localmente una porcion del flujo de fosgeno, a fin de limitar la formacion de reacciones secundarias no deseadas en el flujo.
Antecedentes
A grandes rasgos, el campo de los dispositivos de mezcla convencionales puede dividirse en dos areas principales: los mezcladores dinamicos y los mezcladores estaticos. Los mezcladores dinamicos o mecanicos dependen de algun tipo de parte movil para garantizar la mezcla deseada y/o completa de los productos. Los mezcladores estaticos, por lo general, no tienen partes moviles prominentes y, en cambio, para facilitar la mezcla, dependen de los diferenciales de presion dentro de los fluidos que se estan mezclando.
El documento de patente de los EE. UU. numero 2008/0274040 A1 describe un conjunto de inyectores para inyectar un componente adicional en una corriente de componentes que fluye a traves de un conducto del reactor, a lo largo de su eje longitudinal. El conjunto de inyectores puede conectarse entre el extremo corriente abajo de una primera seccion del conducto del reactor y el extremo corriente arriba de una segunda seccion del conducto del reactor, de modo tal que conecte entre sf y en forma fluida la primera y la segunda secciones del conducto del reactor.
El documento de patente de los EE. UU. numero 4.474.477 A describe un aparato de mezcla que tiene una camara de mezcla cilmdrica, alargada, con un extremo de entrada y un extremo de salida, y una camisa cerrada, alargada, que rodea la camara de mezcla y esta separada de ella.
El documento de patente de los EE. UU. numero 6.659.636 B1 describe un metodo y un aparato para introducir un producto qrnmico en un flujo de lfquido, que circula en un conducto de flujo. El metodo y el aparato son aplicables en particular a la adicion homogenea de un producto qrnmico lfquido a un flujo de lfquido.
La invencion actual se dirige principalmente a un mezclador estatico, aunque tambien se la podna aplicar a los mezcladores dinamicos.
Los isocianatos son moleculas caracterizadas por grupos funcionales N = C = O. Los isocianatos mas utilizados son compuestos aromaticos derivados del benceno. Hay dos poliisocianatos que se producen en abundancia comercialmente, a saber, el diisocianato de tolueno (TDI, toluene diisocyanate) y diisocianato de metilendifenilo polimerico (PMDI, polymeric methylenediphenyl-diisocyanate). El PMDI es una mezcla de diisocianato de polimetileno y los isomeros monomericos de diisocianato de metilendifenilo. En ultima instancia, estos isocianatos se hacen reaccionar con polioles para formar poliuretanos. Dos de las principales aplicaciones de poliuretano son las espumas ngidas, destinadas al aislamiento de electrodomesticos y a las partes de automoviles, y las espumas flexibles, para colchones y asientos. La reaccion entre la amina y el fosgeno ocurre normalmente en condiciones en las que hay tanto una transferencia de masa limitada o mezcla controlada, como reacciones controladas cineticamente. Las perdidas de rendimiento y la calidad del producto se ven afectadas por la formacion de urea y los derivados de urea en el proceso de produccion. El fosgeno debe envolver la corriente de amina para minimizar las reacciones secundarias.
La mezcla es importante en la produccion de PMDI y TDI. La calidad del producto PMDI y el rendimiento del TDI dependen de una red de reacciones qmmicas de varias etapas, que incluye una primera etapa en la cual dos corrientes continuas de reactivos se dirigen a un mezclador y donde, debido a la reactividad residual del compuesto producido en una primera etapa del proceso, se producen efectos secundarios o reacciones creadas despues de que ocurre la reaccion primaria y, en ultima instancia, reducen la calidad de la composicion del producto. Por ejemplo, en el caso de la qmmica de la fosgenacion, la metilendi(fenilamina) (MDA o PMDa ), tambien denominada aqrn como amina, se mezcla con COCI2 (fosgeno) para crear una mezcla de acido clortudrico (HCl) y cloruro de carbamilo. La reaccion qrnmica se puede representar de la siguiente manera:
Amina COCI2 -> HCl Cloruro de carbamilo
El cloruro de carbamilo luego se descompone en isocianato. Si bien se desea la produccion de isocianatos, las reacciones secundarias pueden conducir a la creacion de subproductos no deseados. Se cree que algunas de estas reacciones secundarias crean productos tales como clorhidrato de amina, urea, carbodiimidas y uretoniminas. Las uretoniminas se forman a partir de la reaccion de una carbondiimida con un isocianato, y con frecuencia se las llama APA (Addition Product A, Producto de adicion A). Dado que la formacion de subproductos, como la urea y/o las uretoniminas es un efecto no deseado, el aumento de la relacion de fosgeno a PMDa , una dilucion de PMDA en un disolvente o una mezcla mejorada minimiza la formacion de subproductos no deseados y la suciedad. Muchos factores conocidos y desconocidos controlan la calidad de la reaccion principal.
Ademas de la formacion de subproductos, la mezcla inadecuada puede contribuir a la suciedad del mezclador. En consecuencia, los disenos de los mezcladores con una mezcla inadecuada pueden dar como resultado un rendimiento general menor del producto deseado o pueden generar un producto que obstruya o dane el sistema del reactor, lo que redunda en un penodo de inactividad y/o en mayores costos de mantenimiento. La solicitud de patente estadounidense numero 11/658.193 y publicada como US2008/0087348, que tiene una autona de la invencion en comun al menos parcial, se dirige a un mezclador estatico de abertura conica. En esta aplicacion, los mezcladores multi-T incluyen una junta en T y una seccion de tubena recta con boquillas y bridas ciegas para el rapido inicio de la reaccion qmmica. La junta en estos mezcladores estaticos multi-T de la tecnica anterior incluye una camara de mezcla que tiene entradas separadas para al menos dos componentes y una salida. La entrada para uno de los componentes se define a lo largo de un eje longitudinal del mezclador multi-T y la entrada para el o los otros componentes se forma como una pluralidad de boquillas o chorros dispuestos alrededor de la circunferencia de la camara de mezcla y esta orientada de forma normal al eje longitudinal del mezclador multi-T.
En otra referencia, la solicitud de patente estadounidense numero 12/725.262 presentada el 16 de marzo de 2010 y publicada como US2011/0228630 A1, tambien con una autona de la invencion en comun al menos parcial, la longitud del conducto principal corriente abajo de un area de mezcla, se minimiza para limitar la mezcla inadecuada y la creacion de subproductos. En otra referencia, la solicitud de patente estadounidense numero 12/725.266 presentada el 16 de marzo de 2010 y publicada como US2011/0230679 A1, tambien con una autona de la invencion en comun al menos parcial, la mezcla inadecuada se reduce mediante la introduccion de un elemento grna en el conducto principal de un reactor estatico, para crear un flujo uniforme de fosgeno entrante en un anillo de espesor limitado, a fin de que las boquillas circunferenciales puedan esparcir la amina con un area de contacto mayor de fosgeno. Si bien estas referencias ensenan una mezcla mejorada, resulta conveniente realizar otras mejoras para optimizar la mezcla de los materiales componentes.
La figura 1 muestra las concentraciones de fosgeno dentro de una camara receptora de fluido, dentro de un primer conducto cilmdrico, donde se desarrolla un flujo de fosgeno de izquierda a derecha de la figura. La amina se inyecta por chorro en un flujo entrante de un primer componente. A medida que la amina atraviesa el fosgeno y reacciona con el, se producen reacciones principales y secundarias. Un drculo dispuesto a la distancia L ilustra una region en el lado corriente abajo del chorro de amina, donde la concentracion de fosgeno es relativamente baja (cercana a cero). El mapa de temperatura asociado que se muestra como figura 2 ilustra la distribucion de la temperatura dentro de la mezcla debido a las reacciones qmmicas exotermicas generales. Una vez mas, se muestra que el drculo dispuesto a una distancia L1 corriente abajo de la boquilla esta mas lejos que la distancia L de la figura 1, y la temperatura local se incrementa promoviendo la formacion de reacciones secundarias y subproductos asociados. Si bien en las figuras 1­ 2 se muestra una ubicacion de concentracion de fosgeno relativamente baja (L) y de aumento de la temperatura local (L1), un experto en la tecnica reconocera que estos valores son solo indicativos del efecto general y que pueden cambiar, en funcion de una pluralidad de factores que incluyen, entre otros, la viscosidad del fluido, la velocidad del fluido, la temperatura, las concentraciones de los reactivos, la presion, etc.
Lo que se necesita es un mezclador a chorro estatico, reactivo, capaz de limitar los picos de concentracion y temperatura dentro de la corriente principal de fosgeno y amina durante el proceso de mezcla, restringiendo de este modo la produccion de urea u otros subproductos no deseados en el mezclador estatico.
Compendio
La presente invencion se refiere a un mezclador a chorro estatico, reactivo, con una pluralidad de boquillas y, mas en general, a un mezclador y a un metodo de uso del mismo para mezclar fosgeno y amina con chorros de una cierta forma o bien, filas secundarias de boquillas, o una combinacion de ambos, que se utilizan para enriquecer una region deficiente en fosgeno dentro del mezclador a chorro estatico, reactivo. Las configuraciones del flujo secundario enriquecedor incluyen el uso de una hilera de boquillas de fosgeno desplazada o escalonada, colocada corriente abajo del flujo de la primera fila de boquillas de amina, el uso de chorros de amina/fosgeno concentricos, excentricos o desplazados, el uso de boquillas con geometnas diferentes e irregulares, para ayudar a enriquecer el fosgeno en areas espedficas alrededor del flujo principal de amina.
De acuerdo con un primer aspecto de la presente invencion, se proporciona un mezclador a chorro estatico, reactivo, segun la reivindicacion 1, que incluye una camara receptora de fluido (8) para mezclar un primer componente (10) que comprende fosgeno y un segundo componente (11) que comprende amina, y un primer conducto (3) que se extiende a traves de la camara receptora de fluido para transportar el primer componente desde una entrada (4) hasta una salida (5), en donde el mezclador a chorro estatico, reactivo comprende:
una primera fila de boquillas (15) para el paso del segundo componente, dispuestas radialmente alrededor del primer conducto, entre la entrada (4) y la salida (5), y un sistema de enriquecimiento para subsanar un deficit en el primer componente en un punto de mezcla en la camara receptora de fluido, que incluye una segunda fila de boquillas (16) para el paso del primer componente, en donde cada boquilla de la segunda fila de boquillas esta ubicada dentro de una boquilla de la primera fila de boquillas (15), para enriquecer una region deficiente de fosgeno;
caracterizado por que la camara receptora de fluido (8) es un cilindro continuo, ahuecado por el primer conducto (3) que tiene una pared circunferencial externa (140) entre un area externa de la camara (7), y un area interna de la camara (8), en donde la primera fila de boquillas (15) perfora la pared externa (140) para el paso del segundo componente (11) desde el area externa (7) hacia el area interna (8), para la mezcla con el primer componente y en donde la primera (15) y la segunda (16) filas de boquillas son concentricas, en donde la primera fila de boquillas (15) esta conectada a un conducto longitudinal (62) dentro de la pared circunferencial externa (140) de la camara receptora de fluido (8) y en donde la segunda fila de boquillas (16) es perpendicular a la pared circunferencial externa (140).
De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invencion, se proporciona un metodo de mezcla durante un proceso de mezcla de amina-fosgeno segun la reivindicacion 4, utilizando un mezclador a chorro estatico, reactivo, segun se reivindica y que comprende las siguientes etapas:
hacer pasar un primer componente que comprende fosgeno a traves de un primer conducto (3), que se extiende a traves de la camara receptora de fluido (8) de un mezclador a chorro estatico, reactivo, para transportar el primer componente desde una entrada (4) hasta una salida (5), en donde el primer conducto (3) incluye una primera fila de boquillas (15) dispuestas radialmente alrededor del primer conducto (3) entre la entrada (4) y la salida (5), y un sistema de enriquecimiento para subsanar un deficit en el primer componente en un punto de mezcla en la camara receptora de fluido (2), que incluye una segunda fila de boquillas (16), en donde cada boquilla de la segunda fila de boquillas (16) esta ubicada dentro de una boquilla de la primera fila de boquillas (15) para enriquecer una region deficiente en fosgeno,
hacer pasar el primer componente a traves de la segunda fila de boquillas (16);
hacer pasar un segundo componente que comprende amina a traves de la primera fila de boquillas (15) y mezclar el primer y el segundo componentes en el punto de mezcla en la camara receptora de fluido (2) del primer conducto (3).
Breve descripcion de los dibujos
Ciertas realizaciones preferidas se muestran en los dibujos. Las realizaciones que se muestran en las figuras 1 a 6 no estan de acuerdo con la invencion.
La figura 1 es una ilustracion de la distribucion de un segundo componente en un flujo de un primer componente, que muestra un area de deficit de concentracion del primer componente.
La figura 2 es una ilustracion de la distribucion de temperatura en la figura 1.
La figura 3 es una ilustracion de un mezclador estatico con una primera fila de boquillas y una segunda fila de boquillas ubicadas con un desplazamiento por una distancia L2 desde la primera fila de acuerdo con una realizacion de la presente invencion.
La figura 4 es una ilustracion isometrica del mezclador estatico de la figura 3, donde la segunda fila de boquillas esta desplazada por una distancia L2 y esta escalonada respecto de la primera fila, de acuerdo con una realizacion de la presente invencion.
La figura 5 es una ilustracion isometrica del mezclador estatico de la figura 3, donde la segunda fila de boquillas esta desplazada por una distancia L respecto de la primera fila, de acuerdo con otra realizacion de la presente invencion. La figura 6 es una vista en planta de un mezclador a chorro estatico, reactivo, en el que la primera y la segunda filas de boquillas estan conectadas a unos conductos longitudinales dentro de la pared circunferencial externa, de acuerdo con otra realizacion de la presente invencion.
La figura 7 es una vista en planta de un mezclador a chorro estatico, reactivo, con un sistema de enriquecimiento, donde la primera y la segunda filas de boquillas son concentricas y donde la primera fila de boquillas esta conectada a un conducto longitudinal, y la segunda fila de boquillas es perpendicular a la pared circunferencial externa, segun la invencion.
La figura 8 es un diagrama que ilustra un mezclador de boquilla en boquilla, concentricas, desplazadas de la figura 7. La figura 9 es una vista en perspectiva recortada del mezclador a chorro estatico, reactivo, con el sistema de enriquecimiento de la figura 7, segun la invencion.
Descripcion detallada
Algunas de las figuras ilustran entradas de flujo vertical ubicadas en la porcion superior de la pared del mezclador, que entran en un flujo horizontal ubicado debajo de las entradas, desplazandose de izquierda a derecha. Debajo del flujo horizontal puede ilustrarse una pared plana o una lmea. Si bien se muestra una representacion ilustrativa, un experto en la materia entendera que las figuras 1, 2, 3, 6, 7 y 8 ilustran la estructura completa, donde las entradas pueden encontrarse simetricamente alrededor de toda la periferia del mezclador, mientras que en otras figuras, como en la figura 3, la estructura horizontal debajo del flujo es util para ayudar a definir un espacio de flujo y representa una lmea de simetna, otras estructuras, o similares.
En la mayona de los mezcladores de reaccion reactivos estaticos, una corriente de amina, que por lo general contiene disolvente, fluye a traves de las boquillas hacia un flujo cruzado principal de fosgeno. Este “flujo cruzado” puede referirse a una serie de configuraciones diferentes y geometnas asociadas, donde los chorros de amina ingresan a una corriente de fosgeno en angulos, direcciones, velocidades y propiedades de penetracion diferentes. Los chorros de amina crean, ademas, estelas turbulentas corriente abajo respecto del lugarde la introduccion y dan como resultado regiones deficientes en fosgeno y areas calientes, como se muestra en las figuras 1 y 2. Se muestra que varios disenos novedosos de chorros mejoran la distribucion de las aminas dentro del flujo cruzado de fosgeno. Estos disenos enriquecen la region deficiente en fosgeno con fosgeno y reducen la temperatura de la interfaz amina-fosgeno. Se contemplan varias configuraciones, a saber: el uso de multiples filas de boquillas conicas o no conicas, para la introduccion de la corriente de amina o fosgeno; el uso de boquillas con cierta forma, para alterar la distribucion del chorro de amina entrante en el flujo de fosgeno y el uso de boquillas hubridas, “chorro en chorro”, donde el flujo principal de una boquilla esta rodeado por el flujo proveniente de una boquilla secundaria concentrica, excentrica o de forma irregular.
Las figuras 1 y 2 ilustran la distribucion volumetrica y las distribuciones de temperatura de un flujo de un segundo componente dentro de un primer componente, que se desplaza en una camara receptora de fluido para la mezcla. Lo que se muestra es como a una distancia fija, que se indica como L en la figura 1, existe un deficit de fosgeno; cerca de esta region es donde se puede anadir una segunda fila de boquillas para mitigar este deficit. La figura 2 muestra que la temperatura aumenta corriente abajo de un chorro de amina a una distancia L|. Un objeto de esta invencion consiste en introducir un chorro secundario de fosgeno, en un punto L2 distante de una primera boquilla, para enriquecer el fosgeno en una region deficiente en fosgeno.
La figura 3 ilustra con las flechas 10-14 y 17 los flujos de un primer y un segundo componentes, como el fosgeno y la amina, respectivamente, con o sin disolvente, dentro de un mezclador a chorro estatico, reactivo 1, de acuerdo con la presente invencion. Una segunda fila de boquillas 16 se coloca a una distancia de desplazamiento L2 desde una primera fila de boquillas 15 a lo largo del cuerpo principal del mezclador 1. Un primer componente, como el fosgeno o el fosgeno con disolvente, fluye en el mezclador 1 como se ilustra mediante la flecha 10. Un segundo componente, tal como una amina 11 o una amina con disolvente, luego se mezcla con el primer componente como se muestra por la flecha 13 en una primera fila de boquillas 15. Si bien se muestra una boquilla en forma de T, lo que se contempla es el uso de cualquier forma y angulo de boquilla, que incluye, entre otras, boquillas conicas, como se muestra, por ejemplo, en la figura 6, o boquillas que tienen diferentes formas.
En el mezclador 1, como se muestra en una vista en perspectiva en las figuras 4 y 5, una segunda fila de boquillas 16 se coloca corriente abajo de la primera fila de boquillas 15, a una distancia L2 , ya sea en una configuracion escalonada como se muestra en la figura 4, o simplemente desplazada longitudinalmente, como se muestra en la figura 5. Se agrega un segundo flujo del primer componente 12 a la mezcla en 14, a una distancia de desplazamiento por L2, respecto de la primera introduccion del segundo componente, mediante las boquillas 16 para diluir y enfriar el flujo en un area espedfica de concentracion o temperatura dentro de el flujo de mezcla, como se ilustra en las figuras 1 y 2. El fosgeno o una composicion hecha con fosgeno y disolvente se inserta en el mezclador 1. Preferiblemente, en la boquilla 11, se inserta un flujo de amina y se anade un segundo flujo de fosgeno a la mezcla en la boquilla 12 para ayudar a compensar cualquier deficit.
En la figura 4, el segundo flujo del primer componente 12 se anade a la mezcla en 16, o a una distancia de desplazamiento por L2 respecto de la primera introduccion y tambien se escalona a mitad de camino entre dos boquillas 15. Un experto en la tecnica de mezcla entiende que si bien se muestra una distancia L2 fija, lo que se contempla es la ubicacion de boquillas desplazadas 16, en comparacion con un conjunto primario de boquillas 15, por una distancia fija o variable respecto del primer conjunto de boquillas 15, en funcion de las diferentes caractensticas de los componentes para enriquecer un area empobrecida de un primer componente o para diluir un area y crear un flujo que enriquezca localmente la concentracion del primer componente y reduzca la formacion de subproductos no deseados de la reaccion principal. Por ejemplo, si se anade un disolvente o cualquier otro elemento o aditivo, como el fosgeno, al flujo primario del primer componente, el flujo 10 puede aumentar la velocidad, lo que deriva en un cambio en la posicion del area empobrecida y en un aumento de la distancia L. Si la presion del segundo componente aumenta en la boquilla de entrada para el segundo componente, se puede cambiar el flujo y la distancia L tambien puede variar en consecuencia. Por lo tanto, un experto en la tecnica reconocera la necesidad de determinar la distancia L2 efectiva para cada configuracion de mezcla.
Los mezcladores 1, como los que se ilustran en las figuras 4 y 5, pueden estar hechos de un cuerpo cilmdrico, donde el fosgeno fluye longitudinalmente desde un extremo 4 hasta el extremo opuesto 5 de un conducto cilmdrico, largo, tal como se muestra. La amina, como segundo componente, puede insertarse luego, a traves de las boquillas perpendiculares 15, 16, segun se muestra en las figuras 4 y 5. La presente invencion incluye el uso de conductos longitudinales hechos en la pared externa de la carcasa 7 del mezclador 1, como se muestra en las figuras 6, 7, 8 y 9 o sin boquillas perpendiculares o conicas. Por ejemplo, el mezclador 1 de la figura 7 incluye tanto un conducto de flujo longitudinal 62 como un conducto de flujo perpendicular 60. En la figura 6, el mezclador 1 esta hecho de carcasas terminales opuestas 40, 41, que estan enclavadas en una interfaz 44 y donde cada carcasa terminal 40, 41 incluye un conducto secundario 64 y un conducto terciario 63, respectivamente, para el transporte del componente ya sea a la primera fila de boquillas 15 o la segunda fila de boquillas 16.
Si bien se muestran dos tipos de conductos (conducto de boquillas perpendiculares y conducto de boquillas longitudinales) en las diferentes realizaciones ilustradas, se contempla el uso de cualquier tipo y geometna de conducto, en cualquier angulo de ataque, para abastecer a la segunda fila de boquillas con el primer componente.
Tambien se describe aqrn una forma circular de abertura de la salida de la boquilla 16. La descripcion que se encuentra a continuacion es igualmente aplicable a las boquillas de la primera fila 15. Las aberturas, tal como se muestran en la figura 7, pueden ser conicas donde, por ejemplo, la abertura de entrada es mas pequena que la forma de la abertura de salida. Se puede utilizar una variedad de formas diferentes como abertura de entrada o salida, ya sea de la primera fila de boquillas o de la segunda fila de boquillas. La primera fila de boquillas 60 esta situada a modo de chorro en chorro, en una segunda fila de boquillas 62, como se describe en la figura 7, un conducto de flujo longitudinal 62 y un conducto de flujo perpendicular 60. La superficie interna del primer conducto incluye una primera abertura 101 y una segunda abertura 100, como se muestra en la figura 8. La superficie incluye, ademas, la superficie final de la primera boquilla 102.
El inventor ha determinado que el enriquecimiento del primer componente, como el fosgeno, en un punto espedfico es util para reducir los subproductos y/o la formacion de urea. El uso de aberturas internas o aberturas externas diferentes en la primera fila de boquillas 15 o en la segunda fila de boquillas 16, con geometnas variadas, permite la introduccion de distintas cantidades del primer componente o del segundo componente, en una configuracion chorro en chorro. En una realizacion alternativa, se utiliza una sola fila de boquillas 15 para mezclar los componentes, pero al cambiar la forma de la abertura de entrada o de la abertura de salida, el flujo de amina se puede transformar para que la amina se envfe a areas preferidas dentro del flujo de fosgeno. Por ejemplo, una abertura en forma de lagrima situada en la direccion del flujo del fosgeno crea un chorro que penetra mas profundamente en el flujo de fosgeno.
Tambien se describen aqrn diferentes configuraciones posibles, en donde la primera boquilla 15 esta ubicada en la segunda boquilla 16, en una configuracion chorro en chorro y donde ambas boquillas pueden estar desplazadas, o ser concentricas, excentricas o escalonadas entre sf, para crear un area de liberacion de un componente mas voluminosa que del otro. Por ejemplo, la figura 8 muestra una realizacion de las diferentes configuraciones posibles, es decir, donde la segunda boquilla o boquilla interna 16 esta dispuesta de modo que quede desplazada con respecto a la primera boquilla o boquilla externa 15, de manera que la boquilla externa 15 tenga una abertura mas grande 100b en el lado posterior o corriente abajo de la boquilla interna 16, en comparacion con la abertura 100a en el lado frontal o corriente arriba de la boquilla interna 16, y la boquilla interna 16 tiene una pared conica 102 hacia la abertura 101. A un nivel de presion fijo, se suministra una cantidad mas voluminosa de un componente al lado posterior de la boquilla en boquilla 62, como se muestra en la figura 7. Si bien no se muestra un flujo horizontal debajo de la abertura 100a, 100b y 101, un experto en la tecnica reconocera que el flujo como el que se describe en relacion con la figura 7 se contempla para la figura 8.
La presente invencion tambien describe un mezclador a chorro, estatico, reactivo 1, con una camara receptora de fluido 2, para mezclar un primer componente 10 que comprende fosgeno y un segundo componente 11 que comprende amina, y un primer conducto 3, que se extiende a traves de la camara receptora de fluido 1, para transportar el primer componente 10 desde una entrada 4 hasta una salida 5, y que tiene una primera fila de boquillas 15 a lo largo del primer conducto 3, entre la entrada 4 y la salida 5, y un sistema de enriquecimiento, tal como una segunda fila de boquillas 16, para subsanar un deficit en el primer componente 10 en un punto de mezcla L2 en la camara receptora de fluido 1.
La camara receptora de fluido 1 es un cilindro continuo, que se muestra parcialmente en las figuras 6, 7 y 8, que esta ahuecado por el primer conducto 3 y que lo forma, el cual tiene una pared circunferencial externa 140, como se muestra en la figura 9 entre un area externa de la camara 7 y un area interna de la camara 8. La figura 3 ilustra una primera fila de boquillas 15 que perforan en una configuracion perpendicular la pared externa 140, para el paso del segundo componente 11 desde el area externa 7 hasta el area interna 8, para mezclar con el primer componente 10.
Al menos una boquilla de la primera fila de boquillas 15 tiene una forma de abertura seleccionada de un grupo que consiste en un drculo, un ovalo, un triangulo, un rectangulo, un rombo y una forma de lagrima. La boquilla de la primera fila 15 puede tener una forma diferente de abertura, donde la superficie final de la boquilla 102 es circular y la segunda abertura 100 tiene forma de pastilla.
Como se muestra en la figura 6, la pared circunferencial externa incluye un conducto terciario o tercer conducto 63 en la pared 40, en comunicacion con una segunda fila de boquillas 16. Este tercer conducto 63 se puede colocar en una porcion diferente de la pared 40, en la que la segunda fila de boquillas 16 sirve para el paso de una segunda fuente del segundo componente a traves del tercer conducto 63 o para la dilucion del primer componente por un flujo secundario del primer componente. El mezclador 1 puede incluir un conducto secundario 64 y un conducto terciario o tercer conducto 63 en las carcasas terminales opuestas, tal como se muestra en cada lado opuesto de la interfaz 44.
En otra realizacion mas, el mezclador 1 como el que se describio anteriormente se usa para realizar un metodo de mezcla durante un proceso de mezcla de amina-fosgeno, en donde el metodo incluye los pasos de hacer pasar un primer componente 10 a traves de un primer conducto 3, que se extiende a traves de la camara receptora de fluido 2, hacer pasar un segundo componente 11, a traves de la primera fila de boquillas 15, y hacer pasar el primer componente 12 a traves de la segunda fila de boquillas 16, para mezclar rapidamente el primer y el segundo componentes 10, 11 y/o 12 dentro de la recepcion de la camara receptora de fluido 2 del primer conducto 3.
En otro metodo contemplado, las etapas incluyen hacer pasar un primer componente 10 a traves de un primer conducto 3, que se extiende a traves de la camara receptora de fluido 2 de un mezclador a chorro estatico, reactivo 1; hacer pasar el primer componente, tal como fosgeno, a traves de la segunda fila de boquillas 16, como se muestra en las figuras 3-7; hacer pasar un segundo componente 11, a traves de la primera fila de boquillas 15 y permitir que el primer y el segundo componentes 10, 11 o 12 se mezclen rapidamente en la camara receptora de fluido 2 del primer conducto 3.
Ejemplos
Combinacion escalonada; configuracion chorro en chorro. Se realizaron una serie de experimentos piloto en planta, para probar la combinacion de las realizaciones de configuracion chorro en chorro y de chorro escalonado, descritas en este documento. Un mezclador a escala piloto combina una configuracion chorro en chorro, como se ilustra en la figura 9 y la configuracion de chorro escalonado, como se ilustra en la figura 4. El diametro del chorro interno es de 2,1 mm. Cada chorro externo tiene la misma area de descarga que el chorro interno, pero esta desplazado con respecto al eje central del chorro interno en 0,2 mm, hacia la direccion corriente abajo, como se muestra en las figuras 7 y 8. Los chorros estan escalonados en 2 filas, que estan separadas por una distancia de 10 mm en las lmeas centrales. El diametro del conducto es de 11 mm.
Se probaron tres condiciones de flujo. En la prueba 1, el flujo total de fosgeno es de 3,6 kg/s, a 104 °C, y el flujo de amina/disolvente es de 2,4 kg/s a 165 °C. El flujo de fosgeno se divide en 2 corrientes de alimentacion: la corriente principal de fosgeno, el 80 % del flujo total de fosgeno, se dirige a traves del conducto de 11 mm de diametro; la corriente de fosgeno secundaria, el 20 % de flujo de fosgeno total, se dirige a traves de los chorros anulares. Las temperaturas de las corrientes de alimentacion y la division de alimentacion de fosgeno (80:20) se mantienen sin cambios para las otras 2 pruebas. En la prueba 2, los caudales de alimentacion se duplican. En la prueba 3, los caudales en la prueba 2 se mantienen sin cambios, pero el porcentaje de amina en la corriente de alimentacion de amina/disolvente se incrementa a 68 % desde 34 % (en las pruebas 1 y 2).
Con fines comparativos, se repiten las mismas 3 pruebas para el mezclador de escala piloto de referencia, que es igual que el mezclador de chorro en chorro escalonado, excepto que los chorros de amina se reemplazan por chorros conicos, distribuidos de manera uniforme en una sola fila. El diametro interior, el angulo conico y el numero total de chorros son iguales para ambos mezcladores.
La tabla 1 resume los resultados de las pruebas, que se normalizan para la referencia de la prueba 1, a fin de ilustrar los cambios relativos. En terminos de minimizar la concentracion de subproductos, la ventaja del mezclador de chorro en chorro escalonado es coherente en las 3 pruebas. La concentracion de subproductos es un 29 % menor que la del mezclador de referencia en la prueba 1, y se reduce mas todavfa en la prueba 2, aunque a expensas de un incremento significativo en la cafda de presion. La concentracion de subproductos es mas alta en la prueba 3 que en la prueba 1, pero esto es de esperar, debido a un porcentaje de amina significativamente mayor. Las cafdas de presion son casi iguales para los dos mezcladores, en las mismas condiciones de prueba. En la prueba 2, la cafda de presion aumenta debido al aumento en los caudales.
Tabla 1. Comparacion del mezclador chorro en chorro escalonado, con el mezclador de referencia (escala piloto)
Figure imgf000007_0001
Figure imgf000008_0001
Chorros secundarios (no de acuerdo con la invencion). Se llevaron a cabo una serie de experimented en plantas piloto para ilustrar las ventajas de los chorros secundarios en el flujo reactivo de fosgenacion y en la mezcla. Se utilizo una configuracion similar a la que se muestra en la figura 3. El flujo total de fosgeno se divide en dos corrientes: la principal de fosgeno, que fluye a traves de un conducto de una (1) pulgada y la secundaria de fosgeno, que se introduce como un segundo chorro corriente abajo del chorro de amina, aproximadamente a media pulgada, dirigida a traves de una boquilla de 3/16 de pulgada. El caudal total de fosgeno es de 0,11 kg/s, y la temperature de la corriente de fosgeno es de 50 °C. Se introdujo una corriente de amina de 0,04 kg/s (15 % (w) - diamina de tolueno (TDA) o una diamina alifatica (ADA), en disolvente de o-diclorobenceno (ODCB)), a 100 °C en el conducto de una (1) pulgada, en una disposicion de flujo cruzado, similar a la ilustrada en la figura 3. La mezcla reactiva sale a un recipiente, con una presion de 20 bar.
Las tablas 2 y 3 comparan la formacion de subproductos no deseados en el producto, como una funcion del caudal del chorro de fosgeno secundario para dos especies diferentes de aminas (TDA, ADA). Los valores informados estan normalizados con respecto al valor correspondiente a una configuracion con todo el fosgeno circulando a traves del conducto principal. El fosgeno se puede sustituir con un disolvente frte. Se realizo una prueba con solvente frte (ODCB), en lugar del chorro secundario de fosgeno. La temperatura del disolvente frte era de 20 °C, y el caudal fue el 25 % del que se introdujo junto con la amina. Como resultado de ello, la formacion de subproductos se redujo en un 4,5 %.
Tabla 2: comparacion para la fosgenacion de TDA
Figure imgf000008_0002
Tabla 3: comparacion para la fosgenacion de ADA
Figure imgf000008_0003
Se llevo a cabo una prueba con disolvente frte (ODCB), reemplazando el fosgeno en los chorros corriente abajo. La temperatura del disolvente frte es de 20 °C, y el caudal es el 25 % del introducido junto con la amina. Como resultado de ello, la formacion de subproductos se reduce en un 4,5 %.

Claims (6)

REIVINDICACIONES
1. Un mezclador a chorro estatico, reactivo, que incluye una camara receptora de fluido (8) para mezclar un primer componente (10), que comprende fosgeno, y un segundo componente (11), que comprende amina, y un primer conducto (3) que se extiende a traves de la camara receptora de fluido, para transportar el primer componente desde una entrada (4) hasta una salida (5), en donde el mezclador a chorro estatico, reactivo, comprende lo siguiente:
una primera fila de boquillas (15) para el paso del segundo componente, dispuestas radialmente alrededor del primer conducto, entre la entrada (4) y la salida (5), y un sistema de enriquecimiento para subsanar un deficit en el primer componente, en un punto de mezcla en la camara receptora de fluido, que incluye una segunda fila de boquillas (16) para el paso del primer componente, en donde cada boquilla de la segunda fila de boquillas esta ubicada dentro de una boquilla de la primera fila de boquillas (15), para enriquecer una region deficiente de fosgeno;
caracterizado por que la camara receptora de fluido (8) es un cilindro continuo ahuecado por el primer conducto (3), que tiene una pared circunferencial externa (140), entre un area externa de la camara (7) y un area interna de la camara (8), en donde la primera fila de boquillas (15) perfora la pared externa (140) para el paso del segundo componente (11), desde el area externa (7) hacia el area interna (8), para la mezcla con el primer componente (10) y
en donde la primera (15) y la segunda (16) filas de boquillas son concentricas, en donde la primera fila de boquillas (15) esta conectada a un conducto longitudinal (62), dentro de la pared circunferencial externa (140) de la camara receptora de fluido (8), y en el que la segunda fila de boquillas (16) es perpendicular a la pared circunferencial externa (140).
2. El mezclador a chorro estatico, reactivo, segun la reivindicacion 1, en el que la segunda fila de boquillas (16) permite el flujo de una segunda fuente del primer componente o de un fluido refrigerante, a traves de la pared circunferencial externa.
3. El mezclador a chorro estatico, reactivo, segun la reivindicacion 1, en el que al menos una boquilla de la primera fila de boquillas (15) tiene una forma de abertura seleccionada de un grupo que consiste en un cfrculo, un ovalo, un triangulo, un rectangulo, un rombo y una lagrima, y la boquilla asociada alrededor de la boquilla de la primera fila tiene una forma de abertura diferente.
4. Un metodo de mezcla durante un proceso de mezcla de amina-fosgeno, que utiliza un mezclador a chorro estatico, reactivo, segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 y que comprende las siguientes etapas:
pasar un primer componente que comprende fosgeno a traves de un primer conducto (3), que se extiende a traves de la camara receptora de fluido (8) de un mezclador a chorro estatico, reactivo, para transportar el primer componente desde una entrada (4) hasta una salida (5), en donde el primer conducto (3) incluye una primera fila de boquillas (15) dispuestas radialmente alrededor del primer conducto (3), entre la entrada (4) y la salida (5), y un sistema de enriquecimiento para subsanar un deficit en el primer componente en un punto de mezcla en la camara receptora de fluido (2), que incluye una segunda fila de boquillas (16), en donde cada boquilla de la segunda fila de boquillas (16) esta ubicada dentro de una boquilla de la primera fila de boquillas (15), para enriquecer una region deficiente en fosgeno,
hacer pasar el primer componente a traves de la segunda fila de boquillas (16);
hacer pasar un segundo componente que comprende amina a traves de la primera fila de boquillas (15) y
mezclar el primer y el segundo componentes en el punto de mezcla en la camara receptora de fluido (2) del primer conducto (3).
5. El metodo segun la reivindicacion 4, en el que al menos una boquilla tiene una forma de abertura seleccionada de un grupo que consiste en un cfrculo, un ovalo, un triangulo, un rectangulo, un rombo y una lagrima.
6. El metodo segun la reivindicacion 4, en el que al menos una boquilla de la primera fila de boquillas tiene una forma de abertura seleccionada de un grupo que consiste en un cfrculo, un ovalo, un triangulo, un rectangulo, un rombo y una lagrima, y la boquilla asociada alrededor de la boquilla de la primera fila tiene una forma de abertura diferente.
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