DD299528A5 - Verfahren zur konditionierung von 4,4-diphenylmethandiisocyanat - Google Patents

Abstract

Die Erfindung beinhaltet ein Verfahren zur Konditionierung von 4,4-Diphenylmethandiisocyanat. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur oekonomischen kontinuierlichen bedienarmen Herstellung von technisch reiner 4,4-Diphenylmethandiisocyanat-Schmelze. Feststoffteilchen, die sich besonders durch Staubfreiheit auszeichnen. Erfindungsgemaesz loest diese Aufgabe ein Verfahren, welches durch fuenf Stufen charakterisiert ist: Kompressionsstufe fuer die Schmelze; Zerteilungsstufe zur Zerteilung der Schmelze in Strahlen; Abkuehlungsstufe zur Abkuehlung, beginnenden Kristallisation und Aufloesung der Strahlen in Tropfen; Kristallisations- und Agglomerationsstufe zur Bildung runder Feststoffteilchen aus der Schmelze; Klassierstufe zur Abtrennung von Teilchen geforderter Abmessungen und zur Rueckfuehrung der kleineren Teilchen in die Kristallisations- und Agglomerationsstufe. Die festgelegten Parameter fuer das 4,4-Diphenylmethandiisocyanat und fuer Reinststickstoff in allen Stufen fuehren zur Loesung der formulierten technischen Aufgabe.{Konditionierung; 4,4-Diphenylmethandiisocyanat; Kompressionsstufe; Zerteilungsstufe; Abkuehlungsstufe; Kristallisationsstufe; Klassierstufe; Polyurethanausgangsstoff}

Description

Das erfindungsgemäße Verfahren ist in der chemischen Industrie bei der Produktion von technisch reinen 4,4-Diphenylmethandiisocyanat-Feststoffteilchen, einem Ausgangsstoff für Polyurethan anwendbar.

4,4-Diphenylmethandiisocyanat wird nach verschiedenen Verfahren in technisch reiner Form hergestellt. Bekannt ist die Konditionierung dieses Stoffes zu folgenden Handelsformen:

Flüssigware: Transport bei ca. 318 k

Blockware: Abfüllen in Fässer und Erstarren der Schmelze in Kühlzellen

Flcckware: (Schuppen) Abschaben von erstarrtem Produkt von Kühlwalzen

Die schuppenförmige Flockwnre wird aus der 4,4-Diphenylmethandiisocyanat-Schmelze unter Nutzung einer Kühlwalze gewonnen und stellt die bisher einzige vereinzelte feste Form dar. Diese Flockware ist nicht ausreichend schüttfähig. Sie besitzt gegenüber der reinen Feststoffdichto ein geringes Schüttgewicht. Dadurch ist sie für TUL-Prozesse schwierig zu handhaben. Die Toxizität des 4,4-Diphenylmethandiisocyanat in Verbindung mit dem nicht zu vermeidenden Staubgehalt der Flockware führt, insbesondere bei den TUL-Prozessen, zu unerwünschter Emission in die Atmosphäre.

Die Herstellung der Flockware mit Hilfe von Kühlwalzen ist weiterhin mit dem Nachteil verbunden, daß die Schaber mit der erstarrten dünnen4,4-Dlphenylmethandilsocyanatschlcht vom Walzenzylinder Metallteilchen abtrennen, Als Verunreinigungen Im Polyurethan mindern sie dessen Eigenschaften, Insbesondere solche, die beim Einsatz für kostenintensive Präzisionstelle der Mikromechanik entscheidend sind (z.B. die Federkonstante). Verfahrenslösungen für die Herstellung von 4,4-Diphenylmethandiisocyanat-Feststofftellchen, denen die genannten Nachteile nicht anhaften, sind nicht bekannt.

Der Erfindung liegt das Ziel zugrunde, nach einem ökonomischen Verfahren eine kontinuierliche bedienarme Herstellung von technisch reiner 4,4-Dlphenylmethandlisocyanat-Schmelze Feststoffteilchen zu ermöglichen, um im Vergleich zur Flockware einen sehr viel geringeren Gehalt an metallischen Verunreinigungen, eine bessere Fließfähigkeit durch eine größere Packungsdichte und eine Verhinderung der Emission dieses toxischen Stoffes In die Atmosphäre durch Staubfreiheit sowie eine bessere Handhabbarkeit fürTUL-Prozesse durch Reduzierung der Aufwendungen zu erreichen.

Der Erfindung liegt zur Erreichung des Zieles die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von 4,4-Diphenylmethandiisocanat-Feststoffteilchen runder Form aus seiner Schmelze zu entwickeln, welches gegenüber der Atmosphäre durchgehend unter inerten Bedingungen und bei geschlossenem Zyklus der Hilfsstoffe abläuft, und bei dem ein Übergang kleiner Metallteilchen von den Begrenzungen oder Einbauten der Behandlungsräume an die 4,4-Diphenylmethandiisocyanat-Feststoffteilchen minimiert wird. Das ist eine Voraussetzung zum Einsatz der Feststoffteilchen für die Herstellung von kostenaufwendigen Präzisionstellen, z. B. der Mikromechanik. Erfindungsgemäß löst diese Aufgabe ein neues durch folgende 5 Stufen charakterisiertes*Verfahren: Geschmolzenes 4,4-Diphenylmethandiisocyanat wird in einer Kompressionsstufe auf eine Temperatur von 315 bis 322 K eingestellt und mit Reinststickstoff, der gegenüber nachfolgender Zerteilungsstufe unter einem Überdruck von 0,1 MPa bis 1,5MPa steht und einen Anteil von 0,9 ppm bis 1,4 ppm Wasserdampf enthalten darf, beaufschlagt. In der Zerteilungsstufe erfolgt eine Zerteilung der 4,4-D!phenylmethandiisocyanatschmelze in einen Strahl oder In mehrere Strahlen von 0,9mm bis 4,5mm Stärke. Dem Strahl bzw. den Strahlen wird eine Anfangsgeschwindigkeit von 0,6m/s bis 2,1 m/s erteilt. Die Zustandsgrößen der 4,4-Diphenylmethandiisocyanatschmelze In der Zerteilungsstufe sind die gleichen wie in der Kompressionstufe.

In einer Abkühlungsstufe wird im Gegenstrom zu dem Schmelzestrahl bzw. den Schmelzestrahlen Reinststickstoff mit einem Wasserdampfgehalt zwischen 0,9 ppm und 1,4ppm geführt. Beim Eintritt in die Abkühlungsstufe besitzt der Reinststickstoff eine Temperatur von 280 bis 308K und eine Geschwindigkeit von 1,1 m/s bis 4,2m/s. Am Austritt aus der Abkühlungsstufe wird die Geschwindigkeit des Reinststickstoffs auf 0,2 m/s bis 0,8 m/s eingestellt.

Aus der Abkühlungsstufe tritt die 4,4-Diphenylmethandiisocyanatschmelze in eine Kristallisations- und Agglomerationsstufe ein, in der sich 4,4-Diphenylmethandiisocyanat-Teilchen von 0,3mm bis 15 mm Größe, die ständig erneuert werden, Im fluidisierten Zustand befinden. Durch die Kristallisations- und Agglomerationsstufe strömt als Fluldislerungsmedium Relnstetickstoff mit einer Temperatur von 265 bis 290K und einem Wasserdampfgehalt von 0,9 ppm bis 1,4ppm. Die Flächenbelastung des Reinststickstoff in der Kristallisations- und Agglomerationsstufe beträgt 1,2 kg/m² · s bis 5,1 kg/m² · s. Unter diesen Bedingungen wird die aus der Abkühlungsstufe in die Kristallisations· und Agglomerationsstufe eintretende 4,4-Diphenylmethandiisocyanatschmelze kristallisiert und agglomeriert. Zwischen dem Reinststickstoffstrom und dem Schmelzedurchsatz besteht ein Verhältnis von 4 kg/kg s bis 16kg/kg · s.

Der Reinststickstoff In der Kristallisations- und Agglomerationsstufe kann der gleiche wie in der Abkühlungsstufe sein. Zur Erneuerung eines Teiles der 4,4-Diphenylmethandiisocyanat-Teilchen in der Kristallisations- und Agglomerationsstufe können kontinuierlich 4,4-Diphenylmethandiisocyanat-Feststoffteilchen mit Abmessungen von 0,3mm bis 2,5mm zugeführt werden. Der Kristallisations- und Agglomerationsstufe schließt sich eine Klassierstufe an, in der das Agglomerathaufwerk in zwei 4,4- Qiphenylmethandiisocyanat-Feststoffteilchenströme unterteilt wird. Als Zielprodukt wird der eine Feststoffteilchenstrom mit einem Kornbandspektrum zwischen 16 mm und ca. 1 mm abgeführt. Der andere Feststoffteilchenstrom gelangt zurück in die Kristallisations- und Agglomerationsstufe. Die Kristallisations· und Agglomerationsstufe sowie Klassierstufe können teilweise oder vollständig zusammenfallen und damit gleichzeitig sowie parallel betrieben werden. Dabei gelten für den Reinststickstoff die Parameter der Kristallisations- und Agglomerationsstufe. '

Aufgrund der definierten Druck- und Temperaturverhältnisse in der Kompressionsstufe werden In der Zerteilungsstufe vereinzelte 4,4-Diphenylmethandilsocyanat-Schmelzestrahlen gebildet, deren Anfangsgeschwindigkeit In einem bestimmten Bereich festliegt. In Verbindung mit den vorgegebenen Temperatur· und Geschwindigkeitsbereichen des im Gegenstrom zu den Schmelzestrahlen geführten "«tnststlckstoffes in der Abkühlungsstufe sowie mit der begrenzten Stärke der Schmelzestrahlen kühlen sich diese bis in die Näne der Erstarrungstemperatur ab und zerfallen kurz vor ihrem Eintauchen in die Kristallisationsund Agglomerationsstufe In oberflächlich bereits zu kristallisieren beginnende 4,4-Diphenylmethandiisocyanat-Tropfen. Die Kontaktierung dieser abgekühlten und bereits zu kristallisieren beginnenden Tropfen mit dem fluidisierten und ein bestimmtes Kornbandspektrum aufweisendes Haufwerk aus sich ständig erheuernden 4,4-Diphenylrnethandiisocyanat-Teilchen sowie mit dem Reinststickstoffstrom, der als Fluidisierunjsmedium in festgelegten Geschwindigkeits- und Temperaturbereichen eintritt, kommt es zur Kristallisation und Agglomeration. Dazu ist zusätzlich ein bestimmter Bereich des Verhältnisses zwischen den Mengenströmen an Schmelze und Reinststickstoff einzuhalten. Zudem können zur Erneuerung der fluidisierten 4,4-Diphenylmethandilsocyanat-Tellchen ständig kleine Feststoffteilchen des gleichen Stoffes in die Kristallisations- oder Agglomerationsstufe zugeführt werden.

Oer als Fluidisierungsmedium genutzte und der durch die Abkühlungsstufe geführte Stickstoffstrom kann identisch oder es können verschiedene Ströme sein.

Um den kontinuierlich ablaufenden Kris'ellisations- und Agglomerationsprozeß aufrechtzuerhalten, muß aus der Kristallisations- und Agglomerationsstufe ständig ein Teil des Haufwerkes entnommen und in der Klassierstufe in zwei Teilströme klassiert werder. Der mit den größeren Teilchen stellt das Zielprodukt dar, der andere wird in die Kristallisations· und Agglomerationsstufe zurückgeführt. Für den Fall, daß die Kristallisations- und Agglomerationsstufe mit der Klassierstufe zusammenfällt, werden der ersteren durch Klassierung ständig Feststoffteilchen oberhalb einer bestimmten Größe entnommen.

Eine Konditionierung der 4,4-Dlphenylmethandlisocy anatechmelze zu Feststoffteilchen mit runder Form außerhalb der erfindungsgemäßen Toleranzgrenzen führt zur Krustenbildung an den inneren Begrenzungsflächen der Kontaktierungsräume und zum Zusammenbacken der fluidislerten Feststoffteilchenschicht in der Kristallisations· und Agglomerationsstufe. Eine toxische Belastung der Atmosphäre wird beim erfindungsgemäßen Verfahren dadurch verhindert, daß der Stickstoffstrom, welcher die Abkühlungsstufe verläßt, von den mitgeführten 4,4-Dlphenylmethandlisocyanat-Fest8tofftellchen gereinigt, abgekühlt, komprimiert und wieder der Kristallisation· und Agglomerationsstufe sowie der Klasslerstufe zugeführt wird.

Beispiel Das erfindungsgemäße Verfahren soll anhand eines Ausführungsbeispiele» näher erläutert werden. Herzustellen sind stündlich 6?5 kg 4,4-Diphenylmethandil8Ocyanat-Feststoffteilchen runder Form von 5-8 mm Abmessung. In

der Kompressionsstufe wird 4,4-Diphonylmethandli8ocyanatschmelze auf eine Temperatur von 318 K eingestellt. Auf das

Flüssigkeitsniveau wirkt Reinststickstoff, der 1,2 ppm Wasserdampf enthält, mit einem Druck von 0,15 MPa ein. In der Zertellungsstufe bewirkt dieser Vordruck eine Zerteilung der Schmelze in 18 Schmelzestrahlen von 3mm Stärke und

1,2mm/s Anfangsgeschwindigkeit. Die Schmelzestrahlen durchfallen die Abkühlungsstufe, in der ihnen Reinststickstoffentgegenströmt. Beim Eintritt in die Abkühlungsstufe beträgt die Temperatur des Reinststickstoffes 291K und seine

Geschwindigkeit 3,9m/s. Bis zum Austritt aus der Abkühlungsstufo verringert sich die Strömungsgeschwindigkeit des Reinststickstoffes auf 0,7 m/s. Kurz vor ihrem Eintauchen in die Krlstallisations- und Agglomerationsstufe zerfallen die Schmelzestrahlen in Tropfen. Die während der Fallzeit der Schmelzestrahlen erfolgte Abkühlung führt zum Beginn der Kristallisation. Durch die Abkühlungsstufe strömt der gleiche Reinststickstoff, der die Kristallisations- und Agglomerationsstufe

verläßt.

In der Kristallisations· und Agglomerationsstufe werden 4,4-Diphenylmethandiisocyanat-Tqilchen von 0,3 bis 15mm Abmessung durch 11000m³/h Reinststickstoff fluidisiert. Seine Temperatur beim Eintritt in die Kristallisations- und Agglomerationsstufe beträgt 273K, der Gehalt an Wasserdampf 1,2 ppm, die Flächenbelastung 5kg/m² · s und die Geschwindigkeit 3,63m/s. Damit ergibt sich das Verhältnis zwischen dem Reinststickstoff und dem Schmelzedurchsatz zu

22,7 kg/kg. Der Kristallisationsstufe werden stündlich 30 kg 4,4-Diphenylmethandiisocyanat-Feststoffteilchen mit Abmessungenzwischen 0,3 und 3,5mm zugegeben.

Die beim Eintritt in die Kristallisations- und Agglomerationsstufe bereits zu kristallisieren beginnenden abgekühlten Schmelzetropfen kristallisieren vollständig und agglomerieren aneinander. Bei diesem Ausführungsbeispiel fällt die Kristallisations- und Agglomerationsstufe mit der Klassierstufe zusammen. Durch

einen klassierend wirkenden Feststoffteilchenabzug werden alle 4,4-Diphenylmethandiisocyanat-Fest8toffteilchen, deren

Abmessung größer als 5mm Ist, abgeführt. Aus den über 8 mm großen Teilchen gewinnt man über eine Zerkleinerungsstufe die

30kg Teilchen von 0,3 bis 2,5mm Größe, die der Kristallisations· und Agglomerationsstufe stündlich zugeführt werden.

Für den Fall, daß die Klassierstufe von der Kristallisations· und Agglomerationsstufe getrennt ist, strömt durch erstere Reinststickstoff gleicher Parameter wie durch letztere. Aus dem Haufwerk aus Feststoffteilchen werden in der Klassierstufe Teilchen größer als 5 mm abgetrennt sowie abgeführt, und

die kleineren Teilchen gelangen zurück in die Kristallisations- und Agglomerationsstufe. Auch hier werden über eine

Zerkleinerungsstufe die 30kg Teilchen von 0,3 bis 2,5mm Größe gewonnen, die der Kristallisations- und Agglomerationsstufe

stündlich zugeführt werden müssen. Der Stickstoffstrom, der die Abkühlungsstufe verläßt, wird von mitgeführten4,4-Diphenylmethandiisocyanat-Feststoffteilchen gereinigt, abgekühlt, komprimiert und wieder der Kristallisations- und

Agglomerationsstufe sowie der Klassierstufe zugeführt. Erfindungsgemäß werden 4,4-Diphenylmethahdiisocyanat-Feststoffteilchen mit folgenden Parametern hergestellt.

	runde Form	Vergleichswerte Flockware
Form:	5-8 mm 0	Flocken unregelmäßig
Teilchengröße:	00,7 kg/l	unregelmäßig
Schüttdichte:	max. 0,03%	00,3 kg/l
Staubanteil:	gut	mind. 0,5%
Transportverhalten:		hoher Abrieb, Bildung von
(nach Simulation)	Zusammenpackungen

Claims (5)

1. Verfahren zur Konditionierung von M-Diphenylmethandl^ocyanat-Feststoffteilchen, gekennzeichnet dadurch, daß technisch reines 4,4-Diphenylnethandiisocyanat innerhalb von 5 Verfahrensstufen eine Behandlung erfährt, wobei in einer Kompressionsstufe 4,4-Diphenylmethandiisocyanat-Schmelze auf eine Temperatur von 315 bis 322 K eingestellt und mit Reinststickstoff, der gegenüber einer nachfolgenden Zerteilungsstufe unter einem Überdruck von 0,1 MPa bis 1,5MPa steht und einen Anteil von 0,9ppm bis 1,4ppm Wasserdampf enthalten darf, beaufschlagt wird, in der Zerteilungsstufe die unter den gleichen Zustandsgrößen wie in der Kompressionsstufe stehende 4,4-Diphenylmethandiisocyanat-Schmelze in 0,9mm bis 4,5mm starke Schmelzestrahlen, denen eine Anfangsgeschwindigkeit von 0,6m/s bis 2,1 m/s erteilt wird, zerteiltwird, in einer Abkühlungsstufe im Gegenstrom zu den Schmelzestrahlen Reinststickstoff mit einem Wassergehalt von 0,9 ppm bis 1,4ppm geführt wird, der bei seinem Eintritt in die Abkühlungsstufe eine Temperatur von 280 bis 308 K besitzt und dessen Geschwindigkeit beim Eintritt in die Abkühlungsstufe im Bereich zwischen 1,1 m/s und 4,2 m/s sowie beim Austritt aus der Abkühlungsstufe auf 0,2 m/s bis 0,8m/s eingestellt wird, in einer Kristallisations- und Agglomerationsstufe, in der sich 4,4-Diphenylmethandiisocyanat-Teilchen von 0,3 mm bis 15 mm Größe, die ständig erneuert werden, im fluidisierten Zustand befinden, und durch die als Fluidisierungsmedium Reinststickstoff mit einer Temperatur von 265 bis 291K, einem Anteil an Wasserdampf von 0,9 ppm bis 1,4ppm sowie einer Flächenbelastung von 1,2 kg/m² · s bis 5,6 kg/m² · s strömt, die aus der Abkühlungestufe eintretende Schmelze kristallisiert sowie agglomeriert wird, und das Verhältnis zwischen dem Reinststickstoffstrom und dem Schmelzedurchsatz 14kg/kg bis 26kg/kg beträgt, in einer Klassierstufe das Agglomerathaufwerk in zwei 4,4-Diphenylmethandiisocyanat-Feststoffteilchenströme unterteilt wird, der eine Feststoffteilchenstrom mit einem Kornbandspektrum zwischen 15 mm und ca. 1 mm als Zielprodukt abgeführt und der andere Feststoffteilchenstrom in die Kristallisations- und Agglomerationsstufe zurückgeführt wird.

2. Verfahren zur Konditionierung von 4,4-Diphenylmethandiisocyanat-Feststoffteilchen nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß in der Zerteilungsstufe ein einziger Schmelzstrahl von 0,9 mm bis 4,5 mm Stärke gebildet wird.

3. Verfahren zur Konditionierung von 4,4-Diphenylmethandiisocyanat-Feststoffteilchen nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der aus der Kristallisations- und Agglomerationsstufe austretende Reinststickstoffstrom unmittelbar in die Abkühlungsstufe geführt wird.

4. Verfahren zur Konditionierung von 4,4-Diphenylmethandiisocyanat-Feststoffteilchen nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Kristallisations- und Agglomerationsstufe sowie die Klassierstufe teilweise oder vollständig zusammenfallen und damit gleichzeitig sowie parallel betrieben werden, wobei für den Reinststickstoffstrom die Parameter der Kristallisations· und Agglomerationsstufe gelten.

5. Verfahren zur Konditionierung von 4,4-Diphenylmethandiisocyanat-Feststoffteilchen nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Kristallisations· und Agglomerationsstufe kontinuierlich 4,4-Diphenylmethandiisocyanat-Feststoffteilchen mit Abmessungen von 0,3 mm bis 2,5 mm zugeführt werden.