ES2205477T3 - Metodo para la produccion continua de poliesteres. - Google Patents
Metodo para la produccion continua de poliesteres.Info
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Abstract
PROCESO PARA LA PRODUCCION CONTINUA DE UN POLIESTER POR MEDIO DE FUSION-POLIMERIZACION CONTINUA DE UNA MATERIA PRIMA QUE CONSISTE EN UN COMPONENTE DE ACIDO DICARBOXILICO COMPUESTO PRINCIPALMENTE DE ACIDO DICARBOXILICO AROMATICO QUE CONTIENE UN ACIDO DICARBOXILICO ALICLICLICO O UN ACIDO DICARBOXILICO ALIFATICO, O SUS DERIVADOS FORMADORES DE ESTERES CON UN COMPUESTO DE DIOL, CARACTERIZADO PORQUE DICHO COMPONENTE DE DIOL COMO DESTILADO EN LA REACCION DE POLICONDENSACION QUE INCLUYE UN MATERIAL ADHERENTE, SE CONDENSA, EL MATERIAL ADHERENTE MENCIONADO SE SEPARA POR CENTRIFUGACION Y EL COMPONENTE DE DIOL RESIDUAL, DESPUES DE LA DESTILACION, SE APORTA A UNA REACCION DE ESTERIFICACION O A UNA REACCION DE INTERCAMBIO DE ESTER.
Description
Método para la producción continua de
poliésteres.
La presente invención se refiere a un método para
una producción continua de un poliéster, a través de la
polimerización en masa fundida de una materia prima que consiste
en un componente ácido dicarboxílico, compuesto principalmente de un
ácido dicarboxílico aromático y que contiene un ácido
dicarboxílico alicíclico o un ácido dicarboxílico alifático o sus
derivados formadores de éster con un componente diol.
Los "Poliésteres" representados por
poli(tereftalato de etileno), poli(tereftalato de
butileno) o poli(naftalato de etileno), se emplean en
diversos usos, puesto que tienen excelentes propiedades químicas y
físicas. Con respecto a los usos, los poliésteres no sólo se
utilizan ampliamente como fibras para la fabricación de ropa y
fibras industriales, tal como cordones para neumáticos,
aplicaciones en las que se utilizan sus excelentes características
mecánicas, tales como resistencia y módulo de elasticidad,
características de resistencia al calor, etc. sino, también,
moldeado y procesado como una película plana o tridimensionalmente
como un producto plástico de ingeniería.
En general, los poliésteres que se emplean en
tales usos diversos, se producen por un método de polimerización
directa o un método de intercambio de éster. En la invención se
describe en primer lugar, el método de polimerización directa. En
este método se produce un precursor de poliéster realizando una
reacción de esterificación directa de un componente de ácido
dicarboxílico, compuesto principalmente de un ácido dicarboxílico
aromático y que contiene un ácido dicarboxílico alicíclico o un
ácido dicarboxílico alifático o sus derivados formadores de éster
con un componente diol, realizando a continuación una
policondensación de los precursores de poliéster antes mencionados,
bajo presión atmosférica o presión reducida. Por contraste, en el
método de intercambio de éster, se someten un éster de alquilo
inferior del componente ácido y el componente diol a la reacción
de intercambio de éster para formar otro precursor de poliéster y a
continuación, se realiza una reacción de policondensación del
precursor bajo presión atmosférica o presión reducida.
En cuanto a las polimerizaciones de poliéster
antes mencionadas, se utiliza convencionalmente en gran parte un
método de procesamiento por lotes, pero con la finalidad de
producir un poliéster de bajo costo y beneficiarse de la calidad
del factor de escala, se ha incentivado el cambio hacia un proceso
continuo puesto que son extremadamente grandes los beneficios al
adoptar el proceso continuo, tales como mejoras en la calidad y
rendimiento del producto, una calidad uniforme, una mejora en la
eficacia de funcionamiento, una reducción del coste de producción,
etc.
En general, la mayoría de los métodos de
producción continua de los poliésteres se realiza utilizando un
proceso que combina cada uno de varios reactores de esterificación
o reactores de intercambio de éster con reactores de
policondensación. Por ejemplo, la formación de un monómero o un
oligómero se realiza cargando las materias primas en el reactor de
intercambio de éster o en el reactor de esterificación,
suministrándose a continuación de manera continua el material formado en el reactor de policondensación inicial, para realizar la reacción bajo una presión reducida con la finalidad de producir un polímero que tiene un bajo peso molecular, suministrándose a continuación el polímero de bajo peso molecular a un reactor de policondensación, bajo una presión reducida para producir un polímero con un peso molecular intermedio y un polímero con un peso molecular alto.
suministrándose a continuación de manera continua el material formado en el reactor de policondensación inicial, para realizar la reacción bajo una presión reducida con la finalidad de producir un polímero que tiene un bajo peso molecular, suministrándose a continuación el polímero de bajo peso molecular a un reactor de policondensación, bajo una presión reducida para producir un polímero con un peso molecular intermedio y un polímero con un peso molecular alto.
En este caso, un componente diol destilado del
reactor de policondensación para poliésteres se condensa en un
intercambiador de calor de tipo tubo o en un condensador de tipo
húmedo, generalmente, con el propósito de un beneficio económico, se
recupera y reutiliza a continuación como parte de las materias
primas. Además, hay un método de recuperación del componente diol
sin destilación y un método de recuperación después de la
destilación, dentro de los métodos de
recuperación/reutilización.
Incidentemente, en el caso de éste primer método,
puesto que el componente diol destilado de los reactores de
policondensación contiene grandes cantidades de agua y materiales
de bajo punto de ebullición como subproductos, utilizar el
componente diol sin destilación trae problemas, tales como efectos
sobre las propiedades químicas del poliéster obtenido, inhibición
de la reacción de intercambio de éster y/o reacción de
policondensación por efecto de impurezas, o la aparición de
dificultades para realizar un funcionamiento estable. Por lo
tanto, es preferible el método de reutilización del componente
diol a través de un proceso de destilación, al método de
recuperación del componente diol directamente sin destilación.
Por otra parte, puesto que en éste último
proceso, se pueden eliminar las sustancias con bajo punto de
ebullición mediante la operación de destilación, se pueden resolver
los problemas del primer proceso. En la invención, en éste último
proceso se necesita una columna de destilación separada, pero no
se necesita una gran instalación de destilación, puesto que hay
una gran diferencia entre los puntos de ebullición de las
sustancias de bajo punto de ebullición producidas y el componente
diol, siendo deseable utilizar, por ejemplo, una columna de
destilación unida simultáneamente al reactor de esterificación o al
reactor de intercambio de éster, para la destilación del componente
diol.
Tal método para producir los poliésteres y
dispositivos, son eficaces en vista de que no se requiere la
instalación de un nuevo dispositivo de destilación como instalación
adicional, logrando reducir el coste operacional y simplificar las
instalaciones. Por ejemplo, como en el documento
JP-A 60-163918 (JPA, significa de
aquí en adelante, "publicación de patente japonesa sin
examinar"), en el que se describe un método para condensar un
gas que consiste, principalmente, en etilenglicol generado de un
reactor de policondensación por un condensador de tipo húmedo, que
suministra el líquido condensado a una columna de destilación
instalada en un reactor de esterificación, para eliminar impurezas
de bajo punto de ebullición y a continuación, devolver el líquido a
un depósito mezclador de suspensión en un método de producción
continua de un poliéster. También, se describe en el documento
JP-1854847 (JP, significa de aquí en adelante,
"patente japonesa"), un dispositivo de polimerización en el
cual, el lado de un orificio de entrada de un sellador líquido,
para una bomba de vacío de tipo sellador líquido, en la bomba de
vacío instalada para hacer que un recipiente de reacción inicial
funcione a vacío, está unido a una tubería donde circula un
líquido de etilenglicol que se utiliza como refrigerante para cada
uno de los condensadores de los recipientes de polimerización en la
última etapa y otro dispositivo de polimerización en el que se
recupera el etilenglicol, uniendo el lado de una orificio de
salida de la bomba de vacío de tipo sellador líquido a una columna
de destilación, unida a un reactor de esterificación o a un
reactor de intercambio de éster con una tubería.
Sin embargo, en la producción de poliésteres, el
componente diol destilado en la etapa de reacción de destilación
contiene impurezas, tales como monómeros y/o oligómeros (monómeros
y/o oligómeros, denominados abreviadamente de aquí en adelante,
"material adherente"), etc. y en caso de que el material
adherente se mezcle en el sistema de vacío en el reactor de
policondensación junto con el componente diol generado en la etapa
de policondensación, se generan problemas puesto que se solidifican
a una baja temperatura. Si el componente diol obtenido por
destilación del reactor de policondensación y recuperado por un
condensador, se suministra a la columna de destilación tal como
está, el material adherente se pega y crece en la columna de
destilación reduciendo su eficacia de separación, induciendo
finalmente a un problema causado por bloqueo, llegando a ser
imposible realizar un funcionamiento de destilación estable. Además,
se induce otro fenómeno de bloqueo similar en la tubería por
suministrar el componente diol a la columna de destilación.
Como medida correspondiente para resolver los
problemas anteriores, se puede citar un método para eliminar el
material adherente de manera anticipada instalando una trampa fría
y así poder descargar mediante este método el material adherente
fuera del sistema. Sin embargo, la cantidad de material adherente
descargado fuera del sistema aumenta según el refuerzo de grado de
vacío, temperatura de reacción y agitación de los reactantes para
aumentar la velocidad de polimerización. El aumento de cantidad
antes mencionado es un problema serio en la etapa de
policondensación inicial.
Así, en el documento JP-763609 se
propuso un dispositivo refrigerante para el material destilado,
equipado con una placa interferente. También, se propuso en el
documento JP-998614 un método para mantener una
válvula para controlar el grado de vacío, o la válvula y la zona
circundante a una temperatura menor o igual a 120ºC y descargar el
material separado por fluidización con agua caliente, glicol
caliente, vapor de agua, vapor de glicol o sus mezclas. Además, se
propuso en el documento
JP-A-49126793 un dispositivo de
policondensación que tiene una camisa entre el reactor de
policondensación y el dispositivo de vacío y está equipado con un
dispositivo eliminador de material extraño equipado con un
deflector y una boquilla pulverizadora para un lavado de su
interior. También, se propuso en el documento
JP-1092979 un método para poner en contacto el
material destilado con un líquido recolector que consiste en
dietilenglicol y/o trietilenglicol, entre el reactor de
policondensación y el dispositivo generador de vacío.
También, en el caso de instalar un filtro en la
trampa fría con la finalidad de eliminar el material adherente
puesto que induce a un aumento de pérdida de presión y un bloqueo
por obstrucción del filtro, es necesario sacar continuamente el
material adherente del sistema. Sin embargo, el material adherente
que se saca del sistema se convierte en una gran pérdida a menos
que se someta a reutilización, pero es difícil recuperar el
material de manera sencilla y a bajo coste y proveer para
reutilización, puesto que el material adherente recogido por la
trampa fría se pega firmemente al filtro, etc.
Tomando en consideración los problemas
anteriores, el objetivo de esta invención es eliminar los
problemas asociados con el bloqueo de las columnas de destilación o
tuberías, causados por el material adherente y permitir un
funcionamiento de destilación estable en la producción continua de
los poliésteres, a través de la polimerización en masa fundida de
una materia prima, que consiste en un componente ácido formado por
ácidos dicarboxílicos compuestos principalmente de un ácido
dicarboxílico aromático y que contiene un ácido dicarboxílico
alicíclico o un ácido dicarboxílico alifático, o el componente
ácido que consiste en sus derivados formadores de éster y un
componente diol. Otro objetivo de esta invención es lograr la
recuperación del componente diol, sin utilizar un dispositivo de
destilación a gran escala y obtener la reducción de los gastos
operacionales y la simplificación de las instalaciones, y además,
proporcionar el método para la producción continua de los
poliésteres, que permita reutilizar el material adherido
separado/recuperado en la medida de lo necesario.
Esta invención es un método para una producción
continua de un poliéster, a través de la polimerización en masa
fundida de manera continua de una materia prima, que consiste en
un componente de ácido dicarboxílico formado por ácidos
dicarboxílicos compuestos principalmente de un ácido dicarboxílico
aromático y que contiene, un ácido dicarboxílico alicíclico o un
ácido dicarboxílico alifático, o sus derivados formadores de éster
con un componente diol, caracterizado porque se condensa dicho
componente diol, que es un material destilado de la reacción de
policondensación y que incluye un material adherente, formado por
monómeros y/o oligómeros, se separa por centrifugación dicho
material adherente y a continuación, se somete el componente diol
residual después de la destilación, a una reacción de
esterificación o a una reacción de intercambio de éster.
La característica más importante de esta
invención es condensar el componente diol como producto destilado
que contiene el material adherente en la reacción de
policondensación y separar por centrifugación el material adherente
en la producción continua de poliéster, a través de la
polimerización en masa fundida de manera continua de los
componentes ácidos antes mencionados con el componente diol,
proporcionando dicho método de producción continua de poliéster.
Así, es posible eliminar de manera eficaz el material adherente
que da lugar al bloqueo en la columna de destilación o en la
tubería y permitir un funcionamiento de destilación estable.
También, puesto que el componente diol residual se destila después
de separar el material adherente por centrifugación y se somete a
la reacción de esterificación o a la reacción de intercambio de
éster, el componente diol se recupera sin utilizar un dispositivo
de destilación a gran escala. Además, puesto que el material
adherente separado que no está pegado a un filtro, etc. se obtiene
sin utilizar una trampa fría, la cual es difícil de reutilizar
debido al pegamiento del material adherente, éste se puede
recuperar y reutilizar de manera sencilla y a bajo coste, siendo
posible lograr la reducción de los gastos operacionales y la
simplificación de las
instalaciones.
instalaciones.
La Figura 1, es un diagrama de flujo de un
proceso simplificado que explica esquemáticamente, el método de
una polimerización continua de poliéster, para realizar la
presente invención.
A continuación se explica la mejor realización de
la invención.
En lo que respecta al "poliéster" que se
produce en la presente invención, éste se obtiene por una reacción
de ácidos dicarboxílicos y/o sus derivados formadores de éster con
dioles. Como ácidos dicarboxílicos que se componen principalmente de
un componente de ácido dicarboxílico aromático y sus derivados
formadores de éster, los cuales constituyen el poliéster, se citan
por ejemplo, ácido tereftálico, ácido isoftálico, ácido ftálico,
ácido 1,4-naftalen-dicarboxílico,
ácido 1,5-naftalen-dicarboxílico,
ácido 2,6-naftalen-dicarboxílico,
ácido 2,7-naftalen-dicarboxílico y/o
sus ésteres de alquilo inferior (el número de átomos de carbono
del grupo alquilo es usualmente 1-4), etc. Además,
se citan como componentes de ácido dicarboxílico alicíclico o sus
derivados formadores de éster, por ejemplo, ácido
ciclohexan-dicarboxílico, etc. y también como
componentes de ácido dicarboxílico alifático, o sus derivados
formadores de éster, se citan ácido adípico, ácido sebásico, ácido
subérico, etc. Como ácidos dicarboxílicos se citan preferiblemente
ácido tereftálico, ácido
2,6-naftalen-dicarboxílico, ácido
isoftálico y/o sus compuestos de dimetil-éster. También, estos
componentes de ácido dicarboxílico aromático, componentes de ácido
dicarboxílico alicíclico y componentes de ácido dicarboxílico
alifático se pueden utilizar de manera individual, o dos o más
tipos simultáneamente.
A continuación, se citan como componentes diol,
etilenglicol, neopentilglicol,
1,2-propano-diol,
1,3-propano-diol,
1,3-butano-diol, 1,
4-butano-diol,
1,5-pentano-diol,
1,6-hexano-diol,
1,2-ciclohexano-diol, 1,
2-ciclohexano-dimetanol,
1,3-ciclohexano-dimetanol,
1,4-ciclohexano-dimetanol,
dietilenglicol, trietilenglicol, polialquilenglicol,
propilenglicol, etc. y entre ellos se utilizan preferiblemente como
componentes principales, etilenglicol,
1,4-butano-diol y dietilenglicol. En
la invención, el término "principal" significa 50% en moles o
más, preferiblemente 80% en moles o más, basado en el componente
diol total. Además, estos componentes diol se pueden utilizar de
manera individual, o dos o más tipos
\hbox{simultáneamente.}
Como poliésteres que consisten en estos ácidos
dicarboxílicos y dioles, se pueden citar preferiblemente
poli(tereftalato de etileno), poli(tereftalato de
butileno) o poli(naftalato de etileno) y sus
copoliésteres.
También, se puede copolimerizar con el poliéster
anterior un compuesto multifuncional que tiene tres o más
funciones, tales como ácido trimetílico, ácido pirometílico,
glicerol, etc. o un compuesto monofuncional, tales como ácido
benzoico, fenil-isocianato, etc.
La producción del poliéster en la presente
invención se puede realizar, bien sea, en presencia o ausencia de
un catalizador, y en el caso de utilizar un catalizador, se puede
utilizar un catalizador comúnmente conocido. Se pueden utilizar, por
ejemplo, un compuesto de antimonio, un compuesto de manganeso, un
compuesto de titanio, un compuesto de estaño, un compuesto de zinc,
un compuesto de magnesio, un compuesto de germanio, etc. No se
limitan específicamente, la posición o el método de suministro del
catalizador. En la medida de lo necesario, uno o más tipos de
resinas termoplásticos comúnmente utilizadas, aditivos, cargas
inorgánicas, cargas orgánicas, etc. se pueden añadir solos o con
el componente diol, o se pueden mezclar directamente en el poliéster
en el extremo de descarga en el reactor de policondensación final,
utilizando un dispositivo de moldeo, una extrusora, un mezclador,
etc. También, es por supuesto posible, que después la peletización
del poliéster, estos materiales se puedan mezclar en el poliéster
volviendo a fundir los pelets. Se pueden citar como otras resinas
termoplásticas una resina base poliéster, resina base poliamida,
resina base poliestireno, policarbonato, poliacetal, etc. También,
se citan como aditivos materiales comúnmente utilizados, tales como
antioxidantes, agente antiestático, agente retardante de llamas, tal
como policarbonato bromado, compuesto epoxi bromado, etc.
coadyuvante retardante de llamas, tales como trióxido de
antimonio, pentóxido de antimonio, etc. plastificante, lubricante,
agente desmoldeante, agente colorante, agente nucleante cristalino,
etc. Se citan como cargas inorgánicas, fibra de vidrio, talco,
mica, copos de vidrio, fibra de carbono, sílice, fibra de alúmina,
fibra de vidrio molido, arcilla, negro de carbono, caolín, óxidos de
metal, tales como óxido de titanio, óxido de hierro, óxido de
antimonio, alúmina, etc. citándose, también, compuestos de metales
alcalinos, tales como compuestos de sodio o potasio, etc. Se citan
como cargas orgánicas fibras de poliéster aromático, fibra de
poliéster de cristales líquidos, etc.
De aquí en adelante, la forma de realización de
la presente invención, se explica en detalle en referencia a la
figura como sigue. La Figura 1, se muestra como un ejemplo del
diagrama de flujo de la producción continua del poliéster para
realizar la presente invención.
En la figura, 1 es un reactor de esterificación o
un reactor de intercambio de éster, 2 es una columna de
destilación unida a un reactor de esterificación o a un reactor de
intercambio de éster, y conectada al reactor de esterificación o al
reactor de intercambio de éster 1, a través de una tubería.
También, 3 muestra un reactor de policondensación inicial, 4
muestra un reactor de policondensación final y, 5 y 6 muestran tubos
suministradores de materia prima. Además, 7, 10 y 11 muestran
tubos de escape, 8 y 9 muestran bombas de engranaje, 12 y 13
muestran condensadores de tipo húmedo, 14 y 15 muestran recipientes
de circulación para un refrigerante circulante, 16 y 17 muestran
bombas de circulación, 18, 19 y 27 muestran dispositivos
refrigerantes, 20, 24 y 26 muestran tuberías de suministro, 22
muestra un dispositivo de separación por centrifugación, 21 muestra
una bomba de suministro para el dispositivo de separación por
centrifugación, 23 muestra un orificio de descarga de material
adherente, 25 muestra una tubería de retorno instalada cuando sea
necesario y 28 muestra un rehervidor. Además, el reactor de
intercambio de éster 1 y cada uno de los reactores 3 y 4, tienen
medios para calentar los reactores a las temperaturas
deseadas
(no se muestra en el diagrama).
(no se muestra en el diagrama).
En el presente ejemplo de realización llevado a
cabo según las consideraciones anteriores, se explica con detalle
el caso de la producción de poli(tereftalato de butileno)
por el método de intercambio de éster. Se suministró tereftalato de
dimetilo como materia prima desde el tubo de suministro 5, y se
suministraron 1,4-butano-diol y
tetrabutóxido de titanio (IV) como catalizador desde el tubo de
suministro 6. La relación molar de
1,4-butano-diol y tereftalato de
dimetilo estaba preferiblemente en el intervalo
1,1-2,0, especialmente 1,3-1,8.
También, se ajustó la temperatura en el reactor
de intercambio de éster a 160-200ºC y se sometieron
las materias primas suministradas por los tubos de suministro 5 y
6 a la reacción de intercambio de éster bajo presión atmosférica.
Durante la reacción, el vapor generado como un producto secundario
que consistía principalmente en metanol destilado se condujo a la
columna de destilación 2, a través del tubo de escape 7. En este
momento el material producto de la reacción era un oligómero que
tenía el grado de polimerización 2-6, con una
cantidad de metanol destilado de 80-95% basada en
una cantidad teórica y se transportó al reactor de policondensación
inicial 3, a través de la bomba de engranaje 8. La reacción de
policondensación se realizó en el reactor de policondensación 3,
luego el contenido del reactor se transportó al reactor de
policondensación 4 y se realizó la reacción de policondensación
final en el reactor de
\hbox{policondensación 4.}
En este ejemplo, no se limitaron particularmente
el número y forma de los reactores de intercambio de éster y de
los reactores de policondensación, pudiéndose utilizar
opcionalmente los más adecuados cuando fuera necesario. Por ejemplo,
con la finalidad de mejorar la velocidad de reacción, se introdujo
un gas inerte, tal como N_{2} o Ar en el reactor. En ese caso,
también se afectó el proceso de separación del material adherente
con el gas inerte, por la utilización del método de la presente
invención.
También, se controlaron las condiciones de
temperatura y presión en cada uno de los reactores 3 y 4, a una
temperatura de 230-255ºC y bajo un grado de vacío de
10-100 Torr en el reactor de policondensación
inicial 3, y a una temperatura de 230-255ºC y
bajo un grado de vacío de 1-5 Torr en el reactor de
policondensación final 4. De esto modo, la bomba de engranaje 9,
sacó el poli(tereftalato de butileno) finalmente obtenido.
Se peletizó el polímero mediante un proceso de granulación,
etc.
Además, cada vapor que consistía en
1,4-butano-diol como principal
componente y que se generó del reactor de policondensación inicial
3 y del reactor de policondensación final 4, se condensó en
condensadores de tipo húmedo 12 y 13, utilizando el 1,
4-butano-diol como un líquido que
circulaba a través de los tubos de escape 10 y 11, haciéndolo
avanzar hasta los recipientes de circulación de
1,4-butano-diol 10 y 15
respectivamente. Además, el vapor generado que consistía
principalmente en 1,4-butano-diol
también contenía impurezas, tales como metanol, tetrahidrofurano,
agua, material adherente, etc. También, las bombas 16 y 17 hicieron
circular cada uno de los
1,4-butano-dioles, como líquidos
circulantes de los condensadores de tipo húmedo 12 y 13, y en cada
uno de los sistemas de circulación, se proporcionaron
respectivamente los dispositivos refrigerantes 18 y 19.
También, se suministró en la medida de lo
necesario 1,4-butano-diol de nueva
aportación al recipiente de circulación de
1,4-butano-diol 15, a través de la
tubería de suministro 20. Los recipientes de circulación de
1,4-butano-diol 14 y 15, estaban
conectados uno con otro a través de una tubería, y el
1,4-butano-diol que contenía las
impurezas se transportó desde el recipiente de circulación 15, al
recipiente de circulación 14, mediante rebose. En ese momento, se
pudo capturar una parte de material adherente en los recipientes
de circulación, pero fue difícil recogerlo lo suficientemente. Sin
embargo, en el caso de no recoger suficientemente el material
adherente, el componente diol que contiene el material adherente
que consiste principalmente en
1,4-butano-diol generado en la
etapa de policondensación, induce serios problemas por un fenómeno
de bloqueo en los tubos de suministro 26 y en la columna de
destilación 2, como se describió anteriormente.
Con la finalidad de resolver los problemas
anteriores, como una característica muy importante de la presente
invención, se suministró el
1,4-butano-diol que contenía las
impurezas al dispositivo de separación por centrifugación 22, de un
recipiente de circulación 14, a través de la bomba 21, eliminando
suficientemente el material adherente.
Además, no se limitó específicamente el tipo de
dispositivo de separación por centrifugación 22, siendo adecuados
un dispositivo de separación centrífugo tipo decantador, un
dispositivo de separación centrífugo tipo placa separadora, etc. y
las condiciones adecuadas de centrifugación se seleccionaron en un
intervalo tal, que permitieron obtener una eficacia de recolección
preferible. También, en cuanto a la posición de instalación del
dispositivo de separación por centrifugación 22, éste se puede
instalar en una etapa anterior para suministrar a la columna de
destilación 2, o en el extremo de descarga de las bombas de
circulación 17 y 21 para eliminar los problemas de bloqueo de la
boquilla de pulverización del condensador de tipo húmedo con el
material adherente y proporciona la ventaja de realizar un
funcionamiento estable. Además, durante la operación de separación
por centrifugación, en caso de temer la formación de burbujas de
aire en el 1,4-butano-diol desde el
cual se elimina el material adherente, es posible llenar el
interior de un dispositivo de separación por centrifugación 22 con
un gas inerte, tal como N_{2} o Ar, o mantener el espacio bajo
una presión reducida.
Además, se proporcionó un orificio de descarga 23
para el material adherente en el dispositivo de separación por
centrifugación 22, y se suministró
1,4-butano-diol de nueva
aportación desde la tubería de suministro 24 y se descargó desde el
dispositivo de separación por centrifugación 22 unido al material
adherente separado. En esta etapa, se puede devolver el material
adherente al reactor de policondensación a través de la tubería de
retorno 25 junto con el
1,4-butano-diol, esperándose una
gran mejora en el rendimiento del polímero. Además, es preferible
calentar el material adherente y/o el
1,4-butano-diol hasta una
temperatura prescrita con anterioridad, antes de devolverlos al
reactor de policondensación.
Como se describió antes, el
1,4-butano-diol residual desde el
cual se eliminó el material adherente, se suministró a la columna
de destilación 2, unida al reactor de intercambio de éster 1, a
través de la tubería de suministro 26 y se destiló. A continuación,
la columna de destilación 2, destiló simultáneamente el vapor como
producto secundario que consiste en metanol como componente
principal y se introdujo desde el reactor de intercambio de éster
1 y el 1,4-butano-diol residual,
desde el cual se eliminó el material adherente. La temperatura en
la parte superior de la columna de destilación 2, se controló
mediante la cantidad que refluye por el dispositivo refrigerante 27,
y la temperatura en la parte inferior se controló mediante el
rehervidor 28. Desde la parte superior se destiló y condensó un
vapor que consiste en metanol como componente principal y que
contiene tetrahidrofurano y agua mediante el dispositivo
refrigerante 27. Por la parte inferior de la columna de
destilación 2, se recuperó el componente diol que consistía en
1,4-butano-diol como componente
principal y se reutilizó al menos como una parte del componente
diol, como materia prima inicial.
Utilizando el método de la presente invención, es
posible evitar problemas del sistema, tal como un bloqueo de la
columna de destilación 2 causado por el material adherente
incluido en el componente diol, que consiste en
1,4-butano-diol como componente
principal y generado en la reacción de
\hbox{policondensación.}
A continuación, se explican de manera concreta
ejemplos de la presente invención, utilizando el diagrama de flujo
del proceso de producción de poliéster por polimerización
continua, que se muestra en la
Figura 1.
Figura 1.
Se obtuvo un oligómero de poli(tereftalato
de butileno) a una tasa de intercambio de éster de 90%,
suministrando de manera continua 103 kg/h de tereftalato de
dimetilo, 76 kg/h de
1,4-butano-diol y 0,09 kg/h de
tetrabutóxido de titanio(IV) a un reactor de intercambio de
éster y se realizó la reacción de intercambio de éster a una
temperatura de 165-190ºC, bajo presión
atmosférica.
A continuación, el oligómero obtenido se
suministró de manera continua a un reactor de policondensación
inicial 3, a través de una bomba 8, para realizar una reacción de
policondensación a una temperatura de 240ºC, bajo un grado de vacío
de 35 Torr. Luego, se suministró de manera continua el polímero de
bajo peso molecular al reactor de policondensación final 4, para
realizar la reacción de policondensación a una temperatura de
240-248ºC, bajo un grado de vacío de 1,5 Torr. A
continuación, se retiró el polímero poli(tereftalato de
butileno) obtenido a través de una bomba de engranaje 9, y se
peletizó mediante un proceso de granulación.
Además, cada vapor generado como subproducto
secundario que consistía en
1,4-butano-diol como componente
principal del reactor de policondensación inicial 3 y del reactor
de policondensación final 4, estaba acompañado por un material
adherente, pero se condensó mayormente en condensadores de tipo
húmedo 12 y 13 utilizando el 1,
4-butano-diol como líquido de
circulación, a través de los tubos de escape 10 y 11, y se
transportó a recipientes de circulación de
1,4-butano-diol 14 y 15
respectivamente.
En este caso, se suministró
1,4-butano-diol de nueva aportación
al recipiente de circulación de
1,4-butano-diol 15, desde la tubería
de suministro 20. Puesto que los recipientes de circulación de
1,4-butano-diol 14 y 15 estaban
conectados por una tubería, se transportó el
1,4-butano-diol que contenía
el
material adherente, desde el recipiente de circulación 15 al recipiente de circulación 14, mediante un
material adherente, desde el recipiente de circulación 15 al recipiente de circulación 14, mediante un
\hbox{rebose.}
Además, se suministró de manera continua
1,4-butano-diol que contenía una
concentración de 4% de material adherente, a un dispositivo de
separación por centrifugación de tipo decantador 22, a un caudal de
45 kg/h desde el recipiente de circulación 14, mediante una bomba
21, y se separó 99,5% en peso de material adherente incluido en el
1,4-butano-diol, a una fuerza
centrífuga de 800G.
Además, en el dispositivo de separación por
centrifugación 22 se proporcionó un orificio de descarga 23 para
el material adherente y se descargó el material adherente fuera
del sistema. También, se suministró
1,4-butano-diol residual desde el
cual se había separado el material adherente, a la columna de
destilación 2, unida al reactor de intercambio de éster 1, a
través de una tubería de suministro 26. La temperatura en la parte
superior de la columna de destilación 2, fue 101ºC y la temperatura
en la parte inferior fue controlada a 190ºC por un rehervidor 28.
Desde la parte superior, se destiló y condensó para licuar, un
vapor que consistía en metanol como componente principal y que
contenía tetrahidrofurano y agua, a través del dispositivo
refrigerante 27 y se descargó fuera del sistema. También, desde la
parte inferior se recuperó
1,4-butano-diol, que contenía una
pequeña cantidad de agua y se reutilizó como una parte de la materia
prima inicial.
Por medio del ejemplo descrito antes, no se
produjo de manera completa el problema de bloqueo causado por
pegamiento del material adherente a la columna de destilación y
tuberías, y fue posible realizar un funcionamiento de manera
estable.
Se suministró
1,4-butano-diol de nueva aportación
a un caudal de 10 kg/h desde el tubo suministrador 24, y se
descargó el material adherente separado junto con
1,4-butano-diol de nueva aportación
desde el orificio de descarga 23 para el material adherente, desde
el dispositivo de separación por centrifugación 22. La producción de
poli(tereftalato de butileno) se llevó a cabo bajo
condiciones similares a las del Ejemplo 1, exceptuando el retorno
del material adherente antes mencionado al reactor de
policondensación inicial 3, a través de la tubería de retorno 25,
que tenía medios de calentamiento. Como resultado, fue posible un
funcionamiento estable sin la aparición del problema de bloqueo
causado por el pegamiento del material adherente a la columna de
destilación y tuberías. También, puesto que se reutilizó el
material adherente sin ser desechado, fue posible mostrar un gran
efecto para mejorar el rendimiento del polímero evitando una
pérdida.
Ejemplo comparativo
1
Con fines de comparación, se realizó la
producción de poli(ftalato de butileno) bajo condiciones
similares a las del Ejemplo 1, excepto que no se realizó la
separación por centrifugación del material adherente, acumulándose
en la columna de destilación materiales adherentes, tales como
monómeros, oligómeros, etc. que indujeron a una elevación de la
presión interna en la columna de destilación e impidieron realizar
un funcionamiento estable.
Se obtuvo un oligómero de poli(tereftalato
de etileno) a una tasa de esterificación de 95%, suministrando de
manera continua 80 kg/h de ácido tereftálico y 60 kg/h de
etilenglicol a un reactor de esterificación 1, después de
prepararlos en forma de una suspensión y realizar la reacción de
esterificación a una temperatura de 285ºC, bajo presión
atmosférica. A continuación, se suministró de manera continua el
oligómero obtenido al reactor de policondensación inicial 3, a
través de la bomba 8, después de añadir trióxido de antimonio para
realizar una reacción de policondensación a una temperatura de
285ºC, bajo un grado de vacío de 20 Torr, para obtener un
poli(tereftalato de etileno) de bajo peso molecular. Luego,
se suministró de manera continua el polímero de bajo peso
molecular obtenido al reactor de policondensación final 4, para
realizar una reacción de policondensación a una temperatura de
285-293ºC y bajo un grado de vacío de 1,5 Torr. A
continuación, el polímero poli(tereftalato de etileno)
obtenido fue directamente transportado por la bomba de engranaje
9, a un proceso de hilado y se hiló.
Además, cada vapor generado como producto
secundario que consistía en etilenglicol como componente principal
del reactor de policondensación inicial 3 y del reactor de
policondensación final 4 iba acompañado por el material adherente,
pero condensado mayormente en condensadores de tipo húmedo 12 y 13,
que utilizaban etilenglicol como líquido de circulación, a través
de tubos de escape 10 y 11, y transportado a recipientes de
circulación del etilenglicol 14 y 15 respectivamente. En este caso
se suministró etilenglicol de nueva aportación al recipiente de
circulación 15, desde la tubería de suministro 20. Puesto que los
recipientes de circulación del etilenglicol 14 y 15, estaban
conectados a través de una tubería, el etilenglicol que contenía el
material adherente se transportó desde el recipiente de circulación
15, al recipiente de circulación 14, mediante rebose. Además, se
suministró de manera continua etilenglicol que contenía una
concentración de 2% de material adherente, a un dispositivo de
separación por centrifugación de tipo placa separadora 22, a un
caudal de 25 kg/h desde el recipiente de circulación 14, a través
de la bomba 21, y se separó 99,8% en peso de material adherente
incluido en el etilenglicol a una fuerza centrífuga de 1.000G.
Además, en el dispositivo de separación por centrifugación 22, se
proporcionó un orificio de descarga 23 para el material adherente
y se descargó el material adherente fuera del sistema. También, se
suministró etilenglicol residual del cual se había separado el
material adherente a una columna de destilación 2, unida al
reactor de esterificación 1, a través de la tubería de suministro
26. La temperatura en la parte superior de la columna de destilación
2, fue 103ºC y la temperatura en la parte inferior fue controlada
a 197ºC por el rehervidor 28. Desde la parte superior, se destiló
y condensó para licuar un vapor, que consistía en agua como
componente principal, a través del dispositivo refrigerante 27 y se
descargó fuera del sistema. También, desde la parte inferior se
recuperó el etilenglicol, que contenía una pequeña cantidad de
agua y se reutilizó como una parte de la materia prima inicial.
Por medio del ejemplo descrito antes, no se
produjo de manera completa el problema de bloqueo causado por
pegamiento del material adherente a la columna de destilación y
tuberías y fue posible realizar un funcionamiento de manera
estable.
Se suministró etilenglicol de nueva aportación a
un caudal de 10 kg/h desde el tubo suministrador 24, y se descargó
el material adherente separado junto con el etilenglicol de nueva
aportación desde el orificio de descarga 23 para el material
adherente, desde el dispositivo de separación por centrifugación
22. La producción de poli(tereftalato de etileno) se llevó
a cabo en condiciones similares a las del Ejemplo 3, excepto por el
retorno del material adherente antes mencionado al reactor de
policondensación inicial 3, a través de la tubería de retorno 25,
que tenía medios de calentamiento. Como resultado fue posible
realizar una destilación estable, sin la aparición del problema de
bloqueo causado por pegamiento del material adherente, a la
columna de destilación y tuberías. También, puesto que se
reutilizó el material adherente sin ser desechado, fue posible
mostrar un gran efecto para mejorar el rendimiento del polímero
evitando una pérdida.
Ejemplo comparativo
2
Con fines de comparación, se realizó la
producción de poli(tereftalato de etileno) bajo condiciones
similares a las del Ejemplo 3, excepto que no se realizó la
separación por centrifugación del material adherente, acumulándose
en la columna de destilación materiales adherentes, tales como
monómeros, oligómeros, etc., que indujeron a una elevación de la
presión interna en la columna de destilación e impidieron realizar
un funcionamiento estable.
Se obtuvo un oligómero de poli(naftalato
de etileno) a una tasa de intercambio de éster de 99,5%,
suministrando de manera continua 100 kg/h de ácido 2,
6-naftalen-dicarboxílico y 51 kg/h
de etilenglicol a un reactor de intercambio de éster 1 y se realizó
la reacción de intercambio de éster a una temperatura de
160-250ºC bajo presión atmosférica, utilizando 0,03
kg/h de sal tetrahidratada de acetato de manganeso como
catalizador de intercambio de éster y luego añadiendo fosfato de
trimetilo. A continuación, se suministró de manera continua el
oligómero obtenido al reactor de policondensación inicial 3, a
través de la bomba 8, después de añadir trióxido de antimonio para
realizar una reacción de policondensación a una temperatura de
280ºC, bajo un grado de vacío de 50 Torr, para obtener un
poli(naftalato de etileno) de bajo peso molecular. Luego, se
suministró de manera continua el polímero de bajo peso molecular
obtenido al reactor de policondensación final 4, para realizar la
reacción de policondensación a una temperatura de
280-290ºC y bajo un grado de vacío de 1,5 Torr. A
continuación, el polímero de poli(naftalato de etileno)
obtenido se retiró mediante la bomba de engranaje 9, se peletizó
por un proceso de granulación y a continuación, se polimerizó a alta
conversión mediante un proceso de polimerización en fase sólida.
Además, cada vapor generado como subproducto secundario que
consistía en etilenglicol como componente principal del reactor de
policondensación inicial 3 y del reactor de policondensación final 4
al cual se unía el material adherente, se condensó mayormente en
condensadores de tipo húmedo 12 y 13, utilizando el etilenglicol
como líquido de circulación, a través de tubos de escape 10 y 11,
y se transportó a recipientes de circulación del etilenglicol 14 y
15 respectivamente. En este caso se suministró etilenglicol de
nueva aportación al recipiente de circulación 15, desde la tubería
de suministro 20. Puesto que los recipientes de circulación del
etilenglicol 14 y 15, estaban conectados a través de una tubería,
el etilenglicol que contenía el material adherente se transportó
desde el recipiente de circulación 15, al recipiente de circulación
14, mediante rebose. Además, se suministró de manera continua
etilenglicol que contenía una concentración de 1,5% en peso de
material adherente en el etilenglicol, a un dispositivo de
separación por centrifugación de tipo decantador 22, a un caudal de
50 kg/h desde el recipiente de circulación 14, a través de la
bomba 21, y se separó 99,5% en peso de material adherente
contenido en el etilenglicol a una fuerza centrífuga de 700G. Luego,
en el dispositivo de separación por centrifugación 22, se
proporcionó un orificio de descarga 23 para el material adherente
y se descargó el material adherente fuera del sistema. También, se
suministró etilenglicol residual del cual se había separado el
material adherente, a una columna de destilación 2, unida al
reactor de intercambio de éster 1, a través de una tubería de
suministro 26. La temperatura en la parte superior de la columna de
destilación 2, fue 101ºC y la temperatura en la parte inferior fue
controlada a 197ºC por un rehervidor 28. Desde la parte superior,
se destiló y condensó para licuar, un vapor que consistía en agua
como componente principal, a través del dispositivo refrigerante 27
y se descargó fuera del sistema. También, desde la parte inferior
se recuperó etilenglicol que contenía una pequeña cantidad de agua
y se reutilizó como una parte de la materia prima inicial.
Por medio del ejemplo descrito antes, no se
produjo de manera completa el problema de bloqueo causado por
pegamiento del material adherente a la columna de destilación y
tuberías y fue posible realizar un funcionamiento de manera
estable.
Se suministró etilenglicol residual desde el cual
se había separado el material adherente, a una columna de
destilación (no se muestra en el diagrama) instalada separadamente,
en lugar de a la columna de destilación 2, unida al reactor de
intercambio de éster 1. La temperatura en la parte superior de la
columna de destilación fue 101ºC y la temperatura en la parte
inferior fue controlada a 197ºC por un rehervidor. Desde la parte
superior, se destiló y condensó para licuar, un vapor que consistía
en agua como componente principal, a través del dispositivo
refrigerante y se descargó fuera del sistema. También, desde la
parte inferior se recuperó el etilenglicol que contenía una pequeña
cantidad de agua y se reutilizó como una parte de la materia prima
inicial. La producción de poli(naftalato de etileno) se
llevó a cabo bajo condiciones similares a las del Ejemplo 5, sin
producirse de manera completa el problema de bloqueo causado por
pegamiento del material adherente a la columna de destilación y
tuberías y fue posible realizar un funcionamiento de manera
estable.
Se suministró etilenglicol de nueva aportación a
un caudal de 10 kg/h desde el tubo suministrador 24, y se descargó
el material adherente separado junto con el etilenglicol de nueva
aportación desde el orificio de descarga 23 para el material
adherente del dispositivo de separación por centrifugación 22. La
producción de poli(naftalato de etileno) se llevó a cabo en
condiciones similares a las del Ejemplo 5, excepto por el retorno
del material adherente al reactor de policondensación inicial 3, a
través de la tubería de retorno 25 que tenía medios de
calentamiento, siendo posible un funcionamiento estable sin la
aparición del problema de bloqueo causado por pegamiento del
material adherente a la columna de destilación y tuberías.
También, puesto que se reutilizó el material adherente sin ser
desechado, fue posible mostrar un gran efecto para mejorar el
rendimiento del polímero evitando una pérdida.
Ejemplo comparativo
3
Con fines de comparación, se realizó la
producción de poli(naftalato de etileno) en condiciones
similares a las del Ejemplo 5, excepto que no se realizó la
separación por centrifugación del material adherente, acumulándose
en la columna de destilación materiales adherentes, tales como
monómeros, oligómeros, etc., que indujeron a una elevación de la
presión interna en la columna de destilación e impidieron realizar
un funcionamiento estable.
Esta invención permite una producción estable de
un poliéster, suministrando un componente diol destilado mediante
una reacción de policondensación a un dispositivo de separación
por centrifugación, en estado de contener un material adherente y
separar el material adherente en la etapa previa de suministro del
componente diol a la columna de destilación, para eliminar el
bloqueo de la columna de destilación causado por el material
adherente. Así, se puede recuperar el componente diol del que se ha
eliminado el material adherente sin realizar una compleja
operación de destilación y también, se puede recuperar el material
adherente retirado de manera fácil y a bajo coste, para su
reutilización. Por lo tanto, esta invención tiene un efecto
extremadamente grande en lograr la reducción de los gastos
operacionales y costes de materias primas, y la simplificación de
las instalaciones, en el método para producir poliéster mediante
la polimerización en masa fundida de manera continua.
Claims (5)
1. Un método para producir continuamente un
poliéster, por polimerización en masa fundida de manera continua
de una materia prima, que consiste en un componente de ácido
dicarboxílico compuesto principalmente, de un ácido dicarboxílico
aromático y que contiene un ácido dicarboxílico alicíclico o un
ácido dicarboxílico alifático, o sus derivados formadores de éster
con un componente diol, caracterizado porque se condensa
dicho componente diol, que es un material destilado de la reacción
de policondensación y que incluye un material adherente formado
por monómeros y/o oligómeros, se separa por centrifugación dicho
material adherente y a continuación, se somete el componente diol
residual, después de destilación, a una reacción de esterificación o
a una reacción de intercambio de éster.
2. Un método para producir continuamente un
poliéster según la reivindicación 1, en el que el componente diol
es cualquiera de etilenglicol,
1,4-butano-diol o
dietilenglicol.
3. Un método para producir continuamente un
poliéster según la reivindicación 1, en el que el dispositivo de
separación por centrifugación es bien, un dispositivo de
separación centrífugo tipo decantador o un dispositivo de separación
centrífugo tipo placa
separadora.
separadora.
4. Un método para producir continuamente un
poliéster según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el
que se suministra el componente diol residual a una columna de
destilación unida a un reactor de esterificación o a un reactor de
intercambio de éster para su destilación.
5. Un método para producir continuamente un
poliéster según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el
que el material adherente separado y recuperado mediante un
dispositivo de separación por centrifugación se somete a una
reacción de policondensación.
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