ES2964144T3 - Procedimiento para la producción de alcoxilatos - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un proceso para la producción de alcoxilatos haciendo reaccionar al menos un educto monomérico en presencia de un catalizador y un material de partida en al menos un primer reactor (11) equipado con un primer circuito de circulación (10) y luego pasando el producto del primer circuito de circulación (10) a al menos un segundo reactor (22) equipado con un segundo circuito de circulación (25), en donde el primer reactor (11) comprende un volumen menor que el segundo reactor (22) y en donde en En el primer reactor (11) se produce un prepolímero que posteriormente se pasa al segundo reactor (22), en el que se produce el polímero deseado. La presente invención proporciona un proceso mejorado para la producción de alcoxilatos con una alta proporción de crecimiento y sin la necesidad de almacenamiento provisional del prepolímero producido en el primer reactor. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento para la producción de alcoxilatos

El objeto de la presente invención es un procedimiento para la producción de aductos resultantes de la reacción de al menos un material de partida que contiene al menos un átomo de hidrógeno activo o lábil con al menos un educto monomérico tal como un óxido de alquileno, generalmente en el presencia de un catalizador, en al menos un primer reactor y después pasar el producto del primer reactor a al menos un segundo reactor para reacción adicional. En los casos en los que el educto monomérico es miembro de la clase de óxidos de alquileno, los aductos resultantes se conocen como alcoxilatos y el procedimiento de reacción se conoce como alcoxilación.

En la producción por lotes de alcoxilatos (incluidos poliéter polioles), la "relación de crecimiento" se define como el volumen final del lote (que comprende aductos producidos por la reacción de uno o más materiales de partida con uno o más óxidos de alquileno) dividido por el volumen mínimo posible de partida. material, antes de la adición de cualquier óxido de alquileno.

Para cualquier volumen de reacción final dado (tamaño de lote), la relación de crecimiento máxima alcanzable depende, por lo tanto, del volumen mínimo de material de partida que se puede manipular. Para cualquier reactor dado, es deseable un volumen inicial mínimo pequeño ya que facilita la producción de productos con una alta relación de crecimiento.

Normalmente, una configuración de reactor para realizar reacciones de alcoxilación comprende uno o más recipientes de reacción para contener los reactivos y proporcionar tiempo de residencia para que la reacción se complete, uno o más dispositivos de mezcla para poner en contacto íntimo los reactivos entre sí, y uno o más más dispositivos de intercambio de calor para eliminar el calor de reacción.

Un método y una planta según el preámbulo de las reivindicaciones 1 y 16 se conocen por el libro de texto "Chemistry and Technology of Polyols for Polyurethanes" por Mihail lonescu, Rapra Technology Limited, 2005. Según la configuración conocida, se describe un aumento de volumen de aproximadamente 54 a 65 veces desde un mol de glicerol hasta un mol de poliéter poliol. Debido a que la cantidad inicial de iniciador es demasiado baja para agitarse bien, la reacción de polimerización se divide en dos etapas. En el primer paso, se sintetiza un prepoliéter de peso molecular intermedio en un primer reactor, mientras que la síntesis de poliéter de alto peso molecular se realiza de manera similar en una segunda etapa en el mismo reactor o en uno diferente, con la diferencia de que el iniciador en este caso es una parte del prepoliéter sintetizado.

Un sistema de reactor avanzado (el llamado reactor de circuito de chorro) combina funciones de mezcla y eliminación de calor en uno o más circuitos de circulación externos en los que el fluido del recipiente de reacción se transporta a una bomba que proporciona fuerza motriz para hacer circular dicho fluido a través de un dispositivo de intercambio de calor para eliminar el calor, a través de un mezclador de chorro que induce un flujo de gas desde el espacio superior del recipiente de reacción hasta un contacto íntimo con el fluido en circulación, y de regreso al recipiente de reacción. En general, se proporcionarán al menos una bomba, al menos un intercambiador de calor y al menos un mezclador de chorro para cada recipiente de reacción. Las principales ventajas del reactor de circuito de chorro sobre los sistemas de reactor menos avanzados incluyen una mezcla más intensiva de fases gaseosas y líquidas y, por tanto, una mejor transferencia de masa y calor, lo que permite tiempos de reacción más rápidos y un mejor enfriamiento; circulación forzada y remezcla continua de la fase gaseosa del reactor con la fase líquida del reactor, lo que minimiza la acumulación de óxido de alquileno sin reaccionar en el espacio de cabeza del reactor y mejora así la seguridad del reactor y la calidad del producto; y la capacidad de instalar un área de transferencia de calor mucho mayor que la que es posible mediante la conexión directa de serpentines de enfriamiento únicamente a la carcasa del reactor. En algunos casos, se instala un agitador mecánico dentro del recipiente para complementar la acción del mezclador de chorro.

En general, el volumen inicial mínimo se rige por los requisitos de succión de la bomba y el volumen del circuito de circulación externo, incluida la bomba, el intercambiador de calor, el mezclador de chorro y las tuberías asociadas. En particular, el volumen inicial debe ser suficiente para llenar el circuito externo de modo que la aspiración de la bomba reciba continuamente líquido recirculante. Esta limitación es típica de los reactores, que dependen de circuitos de enfriamiento externos para suministrar o eliminar el calor de reacción. En el caso de reactores sin un circuito de enfriamiento externo, el volumen inicial mínimo puede estar gobernado por la capacidad de enfriar y agitar efectivamente el material en el fondo del recipiente del reactor.

Los reactores de circuito de chorro típicos con un único circuito de circulación de líquido externo son capaces de lograr relaciones de crecimiento en el rango de aproximadamente 1: 10 a 1: 20.

Los alcoxilatos de alto peso molecular tales como polietilenglicoles (PEG), metoxipolioxialquilenglicoles (MPEG) y polipropilenglicoles (PPG), así como muchos poliéter polioles y otros productos de polioxialquilenglicol, requieren una relación de crecimiento muy superior a la que se puede lograr en un reactor de circuito de chorro típico o reactor de tanque agitado. Existen varias técnicas para lograr relaciones de crecimiento más altas, que son bien conocidas en la técnica y practicadas en la industria, como sigue:

Se puede producir primero un volumen de 'prepolímero' de peso molecular objetivo inferior al final mediante la reacción de uno o más materiales de partida y uno o más eductos monoméricos en el reactor, una fracción del mismo se retira y la fracción restante se devuelve posteriormente al mismo reactor para la adición de uno o más eductos monoméricos adicionales en cantidad suficiente para alcanzar el peso molecular objetivo final. Este enfoque sufre varios inconvenientes: Se debe preparar un volumen de prepolímero mayor que el necesario para un único lote final. Por lo tanto, el exceso de prepolímero debe eliminarse para eliminar el óxido residual, enfriarse y almacenarse para su uso posterior.

Esto aumenta significativamente el tiempo del lote y requiere capacidad de almacenamiento externo. Se introduce la posibilidad de degradación térmica u oxidativa del prepolímero durante el almacenamiento.

En el caso de un reactor de circuito de chorro (u otro tipo de reactor equipado con un circuito de enfriamiento externo), se pueden instalar uno o más circuitos de circulación externos secundarios que comprenden una bomba, un intercambiador de calor, un mezclador de chorro y las tuberías asociadas, además de un circuito primario. Al menos uno de los circuitos secundarios es pequeño en comparación con el circuito primario (con un volumen inicial correspondientemente pequeño). La reacción se inicia en un circuito secundario pequeño hasta que haya suficiente volumen disponible para permitir que se ponga en servicio el circuito primario grande. Esto a veces se denomina operación de "circuito dual". La operación de circuito dual puede alcanzar una tasa de crecimiento máxima de hasta 60 o incluso más, pero sufre varios inconvenientes.

Durante la operación inicial en el circuito secundario, el circuito primario está inactivo (sin circulación de líquido ni enfriamiento). Por lo tanto, cualquier fuga de educto monomérico (especialmente en el caso de óxido de etileno) en el circuito grande sería muy peligrosa debido al potencial de autorreacción con la posibilidad de sobrecalentamiento local y la consiguiente descomposición.

La posible fuga de óxido de alquileno en el circuito grande inactivo también puede promover la formación de oligómeros de bajo peso molecular (tales como 1,4-dioxano y dioxalano) que son altamente perjudiciales para la calidad del producto.

En el caso de operación de circuito doble para segregar positivamente el circuito primario del circuito secundario durante la operación inicial en el circuito pequeño únicamente, en la industria se practica instalar válvulas de aislamiento de alta integridad en uno o más de los circuitos externos (y opcionalmente para mantener un amortiguador de nitrógeno a alta presión entre dichas válvulas de aislamiento). Estas válvulas son muy caras debido al tamaño de la tubería de circuito grande (que puede tener hasta 450 mm de diámetro o incluso más) y la presión de diseño del sistema (que puede ser de hasta 45 barg o incluso más). Además, las tuberías, válvulas y actuadores adicionales provocan una disposición muy congestionada alrededor del reactor.

El tiempo del lote se extiende considerablemente cuando se opera en modo de circuito dual, ya que la operación inicial en el circuito pequeño secundario es muy lenta en comparación con el circuito principal debido a la velocidad mucho menor de circulación, mezcla y enfriamiento. El documento EP 2285867 B1 describe un procedimiento continuo para preparar poliéter polioles usando un primer reactor que comprende un primer circuito de flujo continuo y un segundo reactor que comprende un segundo circuito de flujo continuo, en el que ambos reactores comprenden cada uno una bomba operable para bombear una corriente de reacción a través del respectivo circuito de flujo continuo. El segundo reactor puede comprender una entrada de producto en comunicación fluida con la salida de producto del primer reactor y al menos una porción de la primera corriente de reacción que contiene un primer producto de reacción se transporta desde el primer circuito de flujo al segundo circuito de flujo. Sin embargo, en este procedimiento conocido por el estado de la técnica ambos reactores con circuitos de flujo continuo presentan cada uno el mismo tamaño de reactor. No hay ninguna sugerencia en este documento para proporcionar dos reactores consecutivos conectados entre sí, en los que un primer reactor tiene un volumen menor que un segundo reactor principal. Además, el documento EP 2285867 B1 enseña un procedimiento continuo en lugar de un procedimiento discontinuo y está restringido a su uso con catalizadores de cianuro dimetálico (DMC). El primer circuito de reacción en este documento no tiene el significado de un recipiente de pretratamiento sino más bien el de una etapa en un reactor multietapa como una cascada CSTR.

El documento US 5159092 A describe un óxido de alquileno que se hace reaccionar en un reactor de circuito con un compuesto orgánico que tiene un átomo de hidrógeno reactivo, estando prevista una circulación de gas y una circulación de líquido alrededor del reactor y se acoplan entre sí a través de una boquilla mezcladora eyectora. Para garantizar la integridad de la reacción y la supresión de la formación de subproductos, es esencial reducir la temperatura de la fase gaseosa de óxido de alquileno a una temperatura inferior a la de la fase líquida, y esto se efectúa alimentando y evaporando óxido de alquileno líquido a través de un anillo de boquilla en la fase gaseosa del reactor y por enfriamiento de la fase gaseosa en las paredes de la unidad.

El documento US 8058388 B2 describe un procedimiento para la alcoxilación con catalizadores DMC en un reactor de circuito con eyector. Convencionalmente, para los procedimientos de alcoxilación, en los que se deben lograr masas molares más altas mediante la adición de mayores cantidades de óxido de alquileno o el uso de óxidos de alquileno menos reactivos como, por ejemplo, óxido de propileno u óxido de butileno, la velocidad de adición está más fuertemente limitada por la cinética de la reacción que por la transferencia de masa. Por lo tanto, las ventajas de una boquilla mezcladora eyectora no se manifiestan plenamente en comparación con las técnicas convencionales, como el reactor agitado o el reactor de circuito con pulverización del líquido en fase gaseosa, en estos casos. Sin embargo, según el documento US 8058388 B2debido al uso de catalizadores DMC, estas reacciones de alcoxilación, que en los catalizadores convencionales están limitadas por una velocidad de reacción demasiado baja, conducen a reacciones determinadas esencialmente por transferencia de masa, de modo que también se puede utilizar un reactor de circuito con eyector en tales alcoxilaciones.

Un objeto de la presente invención es proporcionar un procedimiento mejorado para la producción de alcoxilatos según la definición anterior con una alta relación de crecimiento.

La solución del objeto mencionado anteriormente se define mediante un procedimiento para la producción de alcoxilatos según la definición anterior con las características enumeradas en la reivindicación independiente 1.

Según la presente invención, el primer reactor, provisto de un primer circuito de circulación, comprende un volumen menor que el segundo reactor, provisto de un segundo circuito de circulación, y en el primer reactor se produce un prepolímero que posteriormente se pasa al segundo reactor, en el que se produce el polímero deseado, y en el que al menos el segundo reactor es un reactor de circuito de chorro.

Una combinación diferente de reactores en la que al menos una de dicha combinación de reactores no es un reactor de circuito de chorro no captura las ventajas de la tecnología de reactor de chorro (en particular, la circulación forzada de las fases tanto líquida como gaseosa en la que el mezclador de chorro extrae continuamente gas del espacio de cabeza del reactor y remezcla dicho gas con el líquido circulante), y por lo tanto no puede lograr las altas tasas de transferencia de masa, la alta calidad del producto y los tiempos de lote más cortos que se pueden obtener con la tecnología de reactor de chorro descrita en el presente documento.

La solución de la presente invención se basa en la consideración general de que principalmente sería posible una técnica mediante la cual se produzca un volumen de prepolímero en un primer reactor (o prerreactor) de un volumen de lote final suficiente para satisfacer el volumen inicial de un segundo reactor (o principal). El volumen inicial del prerreactor es menor que el del reactor principal. Después de completar la reacción previa en el primer reactor, el volumen completo de prepolímero se transfiere al segundo reactor donde tiene lugar una reacción adicional para producir un polímero final del peso molecular deseado. La combinación de prerreactor y reactor principal puede alcanzar una relación de crecimiento de hasta 1: 100 o incluso más; puede evitar la necesidad de almacenar el prepolímero externamente; y al dividir la reacción global en producción simultánea de prepolímero en el primer reactor o prerreactor con producción de polímero final en el segundo reactor o reactor principal, es posible una reducción muy considerable en el tiempo total del lote (y un aumento en la productividad del sistema).

El primer reactor según la presente invención puede llevar a cabo opcionalmente varias etapas de pretratamiento antes de la reacción previa, que incluyen, entre otras, calentamiento, catálisis, secado y mezclado del material de partida.

Según la presente invención, al menos el segundo reactor más grande es un reactor de circuito de chorro.

Lo más preferentemente no sólo el reactor más grande en el segundo circuito de circulación es un reactor de circuito de chorro, sino también el reactor más pequeño en el primer circuito de circulación, en el que se prepara el prepolímero, es un reactor de circuito de chorro. Este tipo de procedimiento en el que dos o más reactores discontinuos de los cuales al menos el segundo es un reactor de circuito de chorro, y en el que cada reactor de circuito de chorro contiene al menos un mezclador de chorro en un circuito de circulación, hace posible conseguir relaciones de crecimiento más altas que las anteriores técnicas artísticas divulgadas hasta ahora.

Se puede preferir otra realización de la presente invención en los casos en los que el material de partida es altamente viscoso, o comprende una mezcla de materiales de partida, uno o más de los cuales es sólido a temperatura ambiente o altamente viscoso en condiciones de reacción, tales como, entre otras, sorbitol fundido, o mezclas de sacarosa y/o sorbitol con glicerol solo o en mezclas con otros materiales de partida líquidos. Inicialmente, tales mezclas pueden ser difíciles de bombear a través de un circuito de circulación externo debido al alto contenido de sólidos y/o la alta viscosidad, hasta que haya reaccionado suficiente óxido de alquileno para reducir el contenido de sólidos y/o la viscosidad y, por lo tanto, hacer que la mezcla de reacción sea susceptible de bombeo. Por lo tanto, el primer reactor, más pequeño, puede equiparse opcionalmente con un agitador en lugar del mezclador de chorro, o preferentemente además del mismo, de modo que la masa de reacción inicial pueda mezclarse eficazmente y eliminarse el calor de reacción mediante serpentines de transferencia de calor internos o externos unidos a la recipiente del reactor hasta el momento en que el circuito externo pueda ponerse en servicio.

Según una realización alternativa de la invención, el primer reactor más pequeño, en el que se prepara el prepolímero, puede instalarse en lugar de, o además de, un recipiente de pretratamiento. Tal combinación de un recipiente de pretratamiento separado, más un prerreactor separado para producir prepolímero, más un reactor principal para producir polímero final requiere una inversión algo mayor, pero también puede proporcionar más flexibilidad y una reducción adicional en los tiempos de los lotes.

La invención extiende el concepto de un prerreactor de tanque agitado a un esquema de procedimiento de reactor de chorro para la producción de alcoxilatos y poliéter polioles con una alta relación de crecimiento.

Según la presente invención, el al menos un segundo reactor comprende un volumen que es al menos cuatro veces el volumen del al menos un primer reactor más pequeño.

Según una realización más preferida de la presente invención, el al menos un segundo reactor comprende un volumen que es al menos seis veces, preferentemente al menos ocho veces el volumen del al menos un primer reactor más pequeño.

Según una realización aún más preferida de la presente invención, el al menos un segundo reactor comprende un volumen que es al menos nueve veces, preferentemente aproximadamente diez veces, el volumen del al menos un primer reactor más pequeño.

Mientras que en la tecnología convencional para la producción de alcoxilatos con un diseño de circuito dual en el que se usa un recipiente de pretratamiento separado para calentar, catálisis, secado y mezcla de uno o más materiales de partida, dicho recipiente de pretratamiento suele ser de aproximadamente el mismo tamaño que el reactor principal, mientras que según la presente invención el primer reactor más pequeño en el que opcionalmente se pueden llevar a cabo operaciones de pretratamiento es preferentemente mucho más pequeño que los recipientes de pretratamiento de la técnica anterior.

Según una realización preferida de la presente invención, la reacción en el primer reactor más pequeño se inicia con un volumen inicial mínimo del material de partida correspondiente a entre una quinta parte en volumen y una vigésima parte en volumen, preferentemente correspondiente a entre una octava parte en volumen y una duodécima parte en volumen, más preferentemente entre una novena y una undécima parte del volumen total de prepolímero producido en el primer reactor más pequeño.

El concepto general de la presente invención es hacer reaccionar primero un volumen más pequeño de un material de partida con una fracción únicamente de uno o más de un óxido de alquileno en un primer reactor más pequeño integrado en un primer circuito de circulación en presencia de un catalizador y reciclar la mezcla de reacción en dicho circuito de circulación hasta que todo el óxido de alquileno proporcionado haya reaccionado, preparando así un prepolímero y posteriormente transfiriendo dicho prepolímero a través de al menos una línea al segundo reactor más grande integrado en un segundo circuito de circulación. Dicho segundo reactor más grande sirve como reactor principal en todo el procedimiento. Así, la parte principal (restante) de dicho uno o más de un óxido de alquileno se añade al segundo reactor más grande integrado en el segundo circuito de circulación y se hace reaccionar con el prepolímero dentro del segundo reactor más grande para preparar el producto polimérico final deseado.

Según una realización preferida de la presente invención, la parte principal del volumen de prepolímero producido en el primer reactor más pequeño, preferentemente esencialmente todo el volumen de prepolímero producido en el primer reactor más pequeño a partir de entonces, se transfiere al segundo reactor.

Según una realización preferida de la presente invención, el volumen del prepolímero producido en el primer reactor más pequeño está entre una octava parte en volumen y una duodécima parte en volumen, preferentemente entre una novena parte en volumen y una undécima parte en volumen del volumen total del polímero final se produce en el segundo reactor más grande.

Según una realización preferida de la presente invención, uno o más de un educto monomérico se hace reaccionar en el primer reactor más pequeño y uno o más de un educto monomérico se hace reaccionar en el segundo reactor más grande, en donde el volumen total de eductos que reaccionaron en el primer reactor más pequeño reactor está entre una octava parte en peso y una duodécima parte en peso, preferentemente entre una novena parte en peso y una undécima parte en volumen del volumen total de eductos que reaccionan en el segundo reactor más grande.

Según una realización preferida de la presente invención, en el primer reactor más pequeño se llevan a cabo al menos las siguientes etapas del procedimiento:

Precalentamiento y mezcla de uno o más materiales de partida; añadir el catalizador o mezcla de catalizadores; secar para eliminar la humedad; calentar hasta la temperatura de reacción; añadir uno o más de un educto monomérico; obtener un prepolímero; y luego transferir el prepolímero obtenido al segundo reactor más grande. Se entiende que cuando se usa más de un material de partida, la adición del catalizador se puede llevar a cabo después de que se hayan cargado uno o más de dichos materiales de partida.

Una ventaja del procedimiento según la presente invención es que se logran proporciones de crecimiento más altas en comparación con los procedimientos convencionales conocidos del estado de la técnica. La relación de crecimiento definida como el volumen final del lote dividido por el volumen inicial mínimo de material de partida según la presente invención es al menos 80: 1, preferentemente al menos 90: 1, más preferentemente al menos 100: 1.

Según una realización preferida de la presente invención, los materiales de partida típicos usados para preparar el prepolímero en el primer reactor más pequeño son uno o más de uno seleccionado de grupos de compuestos que contienen al menos un hidrógeno lábil o activo tal como, pero sin limitarse a alcoholes, ácidos, ésteres, dioles, trioles, polioles, aminas, amidas, monosacáridos, disacáridos y polisacáridos, en particular al menos uno seleccionado del grupo que comprende metanol, glicerol, monoetilenglicol, dietilenglicol, monopropilenglicol, dipropilenglicol, trimetilolpropano, etilendiamina, toluenodiamina, sorbitol, manitol, pentaeritritol, dipentaeritritol y sacarosa.

Según una realización preferida de la presente invención, uno o más eductos monoméricos comprenden una o más sustancias extraídas de la clase de éteres cíclicos tales como uno o más óxidos de alquileno, en particular uno o más de óxido de etileno, óxido de propileno, óxido de butileno y tetrahidrofurano.

Según otra realización de la presente invención, la una o más materias primas monoméricas se pueden dosificar a la masa de reacción de forma continua, intermitente, individual, simultánea en cualquier proporción, consecutivamente o en combinación de las mismas.

El procedimiento de la presente invención en general es aplicable a procedimientos de polimerización, que producen una amplia gama de diferentes tipos de alcoxilatos, en donde el procedimiento comprende la reacción de al menos un óxido de alquileno con un material de partida adecuado, es decir, un compuesto, más particularmente con al menos un compuesto mencionado en la lista anterior como material de partida. Según una realización preferida de la presente invención, el producto polimérico es un poliéter poliol.

Normalmente la reacción se lleva a cabo en presencia de al menos un catalizador adecuado, que puede ser, por ejemplo, un catalizador alcalino como, por ejemplo, un compuesto de hidróxido inorgánico como KOH, NaOH o similares.

Opcionalmente, y particularmente en los casos en los que el secado puede ser poco práctico debido a la volatilidad del material de partida o es ventajoso de otro modo excluir en la mayor medida posible el agua, como en la producción de metoxipolioxialquilenglicoles (los llamados MPEG), un sólido (anhidro) como catalizador se puede utilizar alcóxido de metal alcalino o alcóxido de metal alcalinotérreo, por ejemplo, metóxido de sodio o metóxido de potasio. En el caso de iniciadores de amina que son hasta cierto punto autocatalíticos, la reacción se puede iniciar sin agregar un catalizador separado, pero opcionalmente se puede agregar posteriormente un catalizador separado durante la reacción, ya sea en el prerreactor o en el reactor principal grande. También es una realización de la presente invención que opcionalmente se pueda añadir catalizador adicional al segundo recipiente de reacción.

El objeto de la presente invención es además una planta particularmente para llevar a cabo un procedimiento para la producción de alcoxilatos según la descripción anterior, que comprende al menos un primer prerreactor más pequeño equipado con un primer circuito de circulación que comprende al menos una bomba de circulación y un dispositivo de intercambio de calor y al menos un segundo reactor principal equipado con un circuito de circulación que comprende al menos una bomba de circulación y un dispositivo de intercambio de calor conectados de manera que el contenido del primer reactor más pequeño pueda transferirse al segundo reactor más grande y en el que al menos al menos el segundo circuito de circulación comprende una boquilla inyectora de chorro.

Se obtienen ventajas del hecho de que se utiliza al menos un reactor de circuito de chorro, porque los reactores de circuito de chorro son capaces de alcanzar altas velocidades de transferencia de masa. Un circuito de chorro de este tipo comprende generalmente al menos un reactor, integrado en un circuito de circulación, al menos un dispositivo de chorro para inyectar el medio de reacción y al menos un compuesto monomérico en dicho reactor, al menos una bomba para transportar el medio de reacción dentro de dicho circuito de circulación y opcionalmente al menos un dispositivo de enfriamiento, particularmente al menos un intercambiador de calor dentro de dicho circuito de circulación para enfriar el medio de reacción antes de que se recicle al reactor.

Según una realización preferida de la presente invención, la planta comprende al menos una línea que comienza en una rama del primer circuito de circulación aguas abajo de dicha bomba y aguas arriba de dicho calentador/enfriador de dicho primer circuito de circulación, que conecta dicho primer circuito de circulación con dicho segundo reactor más grande en dicho circuito de circulación principal.

Según la presente invención, el reactor principal en dicho segundo circuito de circulación es un reactor de circuito de chorro, lo que significa que al menos un reactor dentro de cada uno de los dos circuitos de circulación de la planta es un reactor del tipo reactor de circuito de chorro, que comprende al menos un dispositivo de chorro para inyectar el medio de reacción y el al menos un educto monomérico en el primer y segundo reactor, respectivamente, comprendiendo dicho segundo circuito de circulación principal al menos un reactor de circuito de chorro, al menos una bomba y al menos un calentador/enfriador en el segundo circuito de circulación. Lo más preferentemente, ambos reactores, concretamente el primer reactor más pequeño en el primer circuito de circulación, así como el segundo reactor más grande en el segundo circuito de circulación, son reactores de circuito de chorro, respectivamente.

En las siguientes realizaciones preferidas de la presente invención se ilustrarán con más detalle haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los que

La figura 1 es una vista esquemática simplificada de una planta ejemplar que comprende un reactor de circuito de chorro más pequeño y más grande según una posible realización de la presente invención;

La figura 2 es un diagrama de bloques que muestra un balance de masa según una realización ejemplar de la presente invención.

A continuación, haciendo referencia a la figura 1, se ilustra una realización preferida de la presente invención. El dibujo está simplificado mostrando sólo aquellos componentes principales de la planta que son de interés para la comprensión de la presente invención. La planta comprende un primer reactor 11 más pequeño que sirve para preparar un prepolímero y que está equipado con un primer circuito 10 de circulación. Dicho primer circuito 10 de circulación comprende un primer reactor 11 más pequeño, una línea 12 de salida que comienza desde el fondo del primer reactor 11 más pequeño para transportar una mezcla de reacción dentro del circuito 10 de circulación por medio de una bomba 13. La bomba 13 transporta la mezcla de reacción dentro del primer circuito 10 de circulación que comprende una conexión 14 derivada desde la cual una primera línea 15 conduce a un intercambiador 16 de calor/enfriador designado para enfriar la mezcla de reacción que se recicla dentro del primer circuito de circulación a través de la línea 12 de salida, bomba 13, línea 15, intercambiador 16 de calory línea 17 de regreso a la parte superior del reactor 11.

Así, mientras la conexión 14 derivada esté abierta a la tubería 15, la mezcla de reacción se recicla dentro de un circuito 10 de circulación cerrado, que es el caso en una primera fase de reacción, en la que se prepara el prepolímero. Un pequeño volumen de un material 20 de partida de, por ejemplo, aproximadamente 0,5 m3 se proporciona al comienzo de la reacción en el primer reactor 11 más pequeño, que puede ser, por ejemplo, aproximadamente una décima parte del volumen total del primer reactor 11 más pequeño. Después se añaden uno o más eductos monoméricos a través de la línea 18 y el prepolímero se prepara dentro del primer reactor 11. Dicho reactor 11 es preferentemente un reactor de circuito de chorro que comprende un dispositivo 19 de inyección con una boquilla de chorro y diseñado para inyectar el educto monomérico y la mezcla de reacción en circulación que fluye en la línea 17 al primer reactor. Una primera fase de reacción comprende precalentar el material 20 de partida (iniciador), agregar el catalizador, secar, calentar a la temperatura de reacción, agregar sucesivamente la cantidad calculada designada de uno o más de un educto monomérico a través de la línea 18, y hacer circular la mezcla de reacción dentro del circuito 10 hasta que todos los eductos monoméricos hayan reaccionado con el prepolímero. A continuación, se cierra la conexión 14 derivada a la línea 15 y se abre una línea 21 alternativa mediante la cual preferentemente se transfiere toda la cantidad del prepolímero obtenido a un segundo reactor 22 más grande que está equipado con un segundo circuito 25 de circulación más grande y que puede considerarse como el reactor principal en el procedimiento según la presente invención. Dentro de dicho segundo circuito 25 de circulación más grande, el prepolímero obtenido en el primer circuito 10 de circulación más pequeño como se describe anteriormente se hace reaccionar para dar el polímero designado final. El volumen del segundo reactor 22 más grande puede ser, por ejemplo, aproximadamente diez veces mayor que el volumen del primer reactor 11 más pequeño. Así, por ejemplo, un volumen de unos 5 m3 de prepolímero preparado en el primer circuito 10 de circulación más pequeño se puede transferir a través de la línea 21 al segundo reactor 22 más grande, que puede tener un volumen total de reactor de, por ejemplo, aproximadamente 50 m3.

El segundo reactor 22 principal más grande, en el que se proporciona el prepolímero 23 que se ha preparado anteriormente en el primer reactor 11 más pequeño, está equipado con el segundo circuito 25 de circulación más grande. El segundo circuito 25 de circulación más grande comprende además una línea 24 que comienza desde el fondo del segundo reactor 22 más grande, una bomba 26 en dicha línea para transportar la mezcla de reacción dentro del segundo circuito 25 de circulación más grande a través de la línea 27 a través de un intercambiador 28 de calor/enfriador para enfriar la mezcla de reacción que luego se recicla a través de la línea 29 a la parte superior del reactor 22 principal.

Se añade sucesivamente una cantidad adicional de uno o más eductos monoméricos a través de la línea 30 a un segundo dispositivo 31 de inyección que comprende una boquilla de chorro y un dispositivo de mezcla para mezclar la mezcla de reacción que fluye dentro de la línea 29 y el compuesto monomérico añadido a través de la línea 30 e inyectar dicha mezcla en la región superior al reactor 22 principal. Por tanto, el segundo circuito 25 de circulación más grande es también un circuito de circulación por chorro en el que se mezclan minuciosamente los componentes de la reacción y se inyectan a través de una boquilla de chorro, preferentemente a alta velocidad y finamente dispersos, en el segundo reactor 22 más grande. Dentro del segundo circuito 25 de circulación, la mezcla de reacción se recicla hasta que todo el volumen proporcionado de prepolímero 23 haya reaccionado con el compuesto o compuestos monoméricos añadidos al compuesto polimérico designado con un peso molecular específico. La reacción se completa después de que se haya añadido la cantidad total de uno o más eductos monoméricos a través de la línea 30. Aquí cabe mencionar que estos uno o más eductos pueden ser los mismos que se han usado antes para la producción del prepolímero en el primer circuito de circulación. Sin embargo, esto no es obligatorio ya que, alternativamente, se pueden añadir diferentes eductos monoméricos en la fase de reacción ejecutada en el segundo circuito de circulación más grande.

A continuación, haciendo referencia al diagrama de bloques de la figura 2, se ilustra con mayor detalle una realización ejemplar de la presente invención. El diagrama de bloques está simplificado y sólo muestra las principales corrientes de masa que son de interés para la comprensión del procedimiento según la presente invención. Por ejemplo, se utilizan aproximadamente 700 kg/lote de glicerol como material 20 de partida en el primer paso del procedimiento en el que se prepara un prepolímero dentro del primer reactor 11 más pequeño. Al glicerol, por ejemplo, se le añaden aproximadamente 90 kg/lote de KOH disuelto en 90 kg/lote de agua como catalizador 32. El material de partida se seca ahora y el agua como residuo del secado al vacío se descarga a través de la línea 33 a un dispositivo 34 de recogida de agua. Por ejemplo, se añaden aproximadamente 4300 kg/lote de óxido de propileno como materia 18 prima monomérica al primer reactor 11 en el primer circuito de circulación más pequeño.

Aproximadamente 5000 kg/lote de prepolímero producido en el primer reactor 11 más pequeño se pasan al segundo reactor 22 de chorro más grande. Se añade una cantidad de 6.700 kg/lote de óxido de etileno y 33.000 kg/lote de óxido de propileno al segundo reactor 22 más grande como compuestos eductos monoméricos adicionales (véase 30). Al hacer reaccionar estas cantidades adicionales de eductos 30 monoméricos con el prepolímero en el segundo reactor 22 más grande, se producen, por ejemplo, aproximadamente 45.000 kg/lote de un producto poliol en el segundo reactor más grande. Este producto de poliol puede someterse a un postratamiento 39 con un agente 35 de neutralización añadido a través de la tubería 36 al reactor 39 de postratamiento. Después de eso, se pueden transportar aproximadamente 45.000 kg/lote de un producto de poliol final a través de la línea 37 a un dispositivo 38 de filtración, en el que se purifica el producto de poliol.

Lista de números de referencia

10 primer circuito de circulación

11 primer reactor más pequeño

12 líneas de salida

13 bomba

14 conexión de ramales

15 línea

16 intercambiador de calor

17 línea

18 línea

19 dispositivo de inyección

20 material de partida

21 línea alternativa

22 segundo reactor más grande

23 prepolímero

24 línea

25 segundo circuito de circulación

26 bomba

27 línea

28 intercambiador de calor/enfriador

29 línea

30 línea

31 dispositivo de inyección

32 catalizador

33 línea

34 dispositivo recolector

35 agente de neutralización

36 línea

37 línea

38 dispositivo de filtración

39 reactor de postratamiento

Claims (18)

REIVINDICACIONES

1. Proceso para la producción de alcoxilatos haciendo reaccionar al menos un educto monomérico en presencia de un catalizador alcalino y al menos un material de partida en al menos un primer reactor (11) y después pasando el producto del primer reactor (11) a al menos un segundo reactor (22) para reacción adicional, en el que el primer reactor (11) está provisto de un primer circuito (10) de circulación externo que comprende una bomba de circulación y un dispositivo de intercambio de calor y comprende un volumen menor que el segundo reactor (22), que está provisto de un segundo circuito (25) de circulación externo que comprende una bomba de circulación y un dispositivo de intercambio de calor, y está conectado al primer reactor (11), y en el que en el primer reactor (11) se produce un prepolímero que posteriormente se pasa al segundo reactor (22), en el que se produce el polímero deseado,caracterizado por queel segundo reactor (22) comprende un volumen, que es al menos cuatro veces el volumen del primer reactor (11), en donde al menos el segundo reactor (22) es un reactor de circuito de chorro que comprende un dispositivo de chorro para inyectar medio de reacción y el al menos un educto monomérico en el segundo reactor (22), en donde una relación de crecimiento definida como un volumen de lote final del segundo reactor (22) dividido por un volumen inicial mínimo de material de partida en el primer reactor (11) es al menos 80: 1.

2. Procedimiento según la reivindicación 1,caracterizado por queel al menos un segundo reactor (22) comprende un volumen que es al menos seis veces, preferentemente al menos ocho veces el volumen del al menos un primer reactor (11) más pequeño.

3. Procedimiento según la reivindicación 2,caracterizado por queel al menos un segundo reactor (22) comprende un volumen que es al menos nueve veces, preferentemente aproximadamente diez veces el volumen del al menos un primer reactor (11) más pequeño.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por queel primer reactor (11) más pequeño comprende un volumen total de reactor de menos de 10 m3, preferentemente de menos de 8 m3, más preferentemente de menos de 6 m3.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por quela reacción en el primer reactor (11) más pequeño se inicia con el volumen inicial mínimo del material de partida correspondiente a entre una quinta parte en volumen y una vigésima parte en volumen, preferentemente correspondiente a entre una octava parte en volumen y una duodécima parte en volumen, más preferentemente entre una novena y una undécima parte del volumen total de prepolímero (23) producido en el primer reactor (11) más pequeño.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por quela parte principal del volumen de prepolímero producido en el primer reactor más pequeño, preferentemente esencialmente todo el volumen de prepolímero (23) producido en el primer reactor (11) más pequeño, se transfiere posteriormente al segundo reactor (22).

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por queel volumen del prepolímero (23) producido en el primer reactor (11) más pequeño está entre una octava parte en volumen y una duodécima parte en volumen, preferentemente entre una novena parte en volumen y una undécima parte en volumen del volumen total del polímero producido en el segundo reactor (22) más grande.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por queuno o más de un educto monomérico se hace reaccionar en el primer reactor (11) más pequeño y uno o más de un educto monomérico se hace reaccionar en el segundo reactor (22) más grande, en donde la masa total de eductos que reaccionan en el primer reactor (11) más pequeño está entre una octava parte en masa y una duodécima parte en masa, preferentemente entre una novena parte en masa y una undécima parte en masa de la masa total de eductos que reaccionan en el segundo reactor (22) más grande.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por queen el primer reactor (11) más pequeño se llevan a cabo al menos las siguientes etapas del procedimiento:

precalentar y mezclar uno o más materiales de partida, agregar el catalizador, secar, calentar a la temperatura de reacción, agregar uno o más de un educto monomérico, obtener un prepolímero y posteriormente el prepolímero (23) obtenido se transfiere al segundo reactor (22) más grande.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por quela tasa de crecimiento es al menos 90: 1, preferentemente al menos 100: 1.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por queel material (20) de partida es al menos uno seleccionado del grupo que comprende alcoholes, ácidos, ésteres, dioles, trioles, polioles, aminas, amidas, monosacáridos, disacáridos y polisacáridos, en particular al menos uno seleccionado del grupo que comprende metanol, glicerol, monoetilenglicol, dietilenglicol, monopropilenglicol, dipropilenglicol, trimetilolpropano, etilendiamina, toluenodiamina, sorbitol, manitol, pentaeritritol, dipentaeritritol y sacarosa.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por queel uno o más de un eductos monoméricos se extraen de la clase de éteres cíclicos que incluyen, entre otros, óxidos de alquileno, en particular uno o más de óxido de etileno, óxido de propileno, óxido de butileno y tetrahidrofurano.

13. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por queel uno o más eductos monoméricos se dosifican a la masa de reacción de forma continua, intermitente, individual, simultánea en cualquier proporción, consecutivamente o en combinación de los mismos.

14. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por queel producto polimérico es un poliéter poliol o un polietilenglicol o un polipropilenglicol o un metoxipolietilenglicol.

15. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por queel primer reactor (11) en el primer circuito (10) de circulación, en el que se prepara el prepolímero, también es un reactor de circuito de chorro.

16. Planta para llevar a cabo un procedimiento para la producción de alcoxilatos según una de las reivindicaciones anteriores, que comprende al menos un primer reactor (11) más pequeño equipado con un primer circuito (10) de circulación externo más pequeño que comprende al menos una bomba (13) y al menos un calentador/enfriador (16), y al menos un segundo reactor (22) principal más grande equipado con un segundo circuito (25) de circulación externo más grande y una línea (21) de conexión entre el primer circuito (10) de circulación y el segundo reactor (22) más grande y/o una línea de conexión entre el primer circuito (10) de circulación y el segundo circuito (25) de circulación más grande que comprende al menos una bomba (26) y al menos un calentador/enfriador (28), en el que dicho primer reactor (11) más pequeño comprende un volumen más pequeño que el segundo reactor (22),caracterizado por queel segundo reactor (22) comprende un volumen que es al menos cuatro veces el volumen del primer reactor (11), y dicho segundo circuito (25) de circulación principal comprende al menos un reactor de circuito de chorro como el segundo reactor (22), que comprende un dispositivo de chorro para inyectar el medio de reacción y el al menos un educto monomérico en el segundo reactor (22), en donde la planta está configurada para una relación de crecimiento definida como un volumen de lote final del segundo reactor (22) dividido por un volumen inicial mínimo de material de partida en el primer reactor (11) de al menos 80: 1.

17. Planta según la reivindicación 16,caracterizado por queel primer circuito (10) de circulación comprende al menos un reactor de circuito (11) de chorro.

18. Planta según la reivindicación 17,caracterizado por quehay al menos una línea (21) que comienza en una conexión (14) derivada del primer circuito (10) de circulación aguas abajo de dicha bomba (13) y aguas arriba de dicho calentador/enfriador (16) de dicho primer circuito (10) de circulación y conectar dicho primer circuito (10) de circulación con dicho segundo reactor (22) más grande en dicho segundo circuito (25) de circulación principal.