ES2232775T3 - Procedimiento para la obtencion de una disolucion de hidroxilamina exenta de sales, acuosa. - Google Patents
Procedimiento para la obtencion de una disolucion de hidroxilamina exenta de sales, acuosa.Info
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Abstract
Procedimiento para la obtención de una disolución de hidroxilamina altamente pura, acuosa, mediante destilación de una disolución de hidroxilamina exenta de sales, acuosa, en una columna de platos con al menos dos platos mecánicos, caracterizado porque, entre al menos dos platos de la columna de platos, se encuentran cuerpos de relleno a través de la sección transversal de la columna.
Description
Procedimiento para la obtención de una disolución
de hidroxilamina exenta de sales, acuosa.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para la obtención de una disolución de hidroxilamina
altamente pura, acuosa, mediante destilación de una disolución de
hidroxilamina exenta de sales, acuosa, en una columna de platos con
al menos dos platos mecánicos, caracterizado porque entre al menos
dos platos de la columna de platos se encuentran cuerpos de relleno
a través de la sección transversal de la columna.
Las disoluciones de hidroxilamina altamente
puras, concentradas, acuosas, se emplean, entre otras, en la
industria electrónica, por ejemplo en combinación con otras
substancias, para la limpieza de placas de circuitos impresos o
plaquetas de silicio. Para la aplicación en la industria electrónica
se requieren habitualmente concentraciones de impurezas, en especial
iones metálicos, muy por debajo de 1 ppm, los denominados valores de
"Electronic grade". En este caso aumentan los requisitos en la
pureza de disoluciones acuosas de hidroxilamina.
Las disoluciones de hidroxilamina altamente
puras, concentradas, acuosas, se obtienen habitualmente a partir de
disoluciones de hidroxilamina exentas de sales, acuosas.
A escala industrial se obtiene hidroxilamina como
sal de hidroxilamonio, habitualmente como sulfato de hidroxilamonio.
Para la obtención de disoluciones de hidroxilamina exentas de sales,
acuosas, se mezcla una disolución acuosa de una sal de
hidroxilamonio con una base, y se separa de la mezcla una disolución
acuosa de hidroxilamina, habitualmente mediante destilación, a modo
de ejemplo según la US-A-5,472,679,
la WO 97/22551, la WO 98/57886, la WO 97/22550, la WO 99/07637. En
este caso se obtienen habitualmente disoluciones de hidroxilamina
diluidas, exentas de sales, acuosas.
A partir de tales disoluciones de hidroxilamina
diluidas, exentas de sales, acuosas, se obtienen disoluciones de
hidroxilamina altamente puras, concentradas, acuosas, habitualmente
mediante nueva destilación, a modo de ejemplo según la
US-A-5,472,679, la WO 97/22551, la
WO 98/57886, la WO 97/22550, la WO 99/07637.
La EP 188 387 A2 da a conocer una columna
empaquetada para el fraccionado, en la que, no obstante, por encima
y por debajo de los conductos de alimentación y puntos de extracción
están previstos platos mecánicos, para suavizar, mediante su mayor
pérdida de presión y la mayor cantidad de líquido en estos platos,
las oscilaciones que, en caso contrario, actúan posiblemente sobre
la empaquetadura mediante alimentación o extracción del contenido de
la columna. Esta columna se recomienda en especial si la corriente
de substancias a fraccionar se conduce a la columna en forma
subenfriada o sobrecalentada. K. Sattler (ed.): Thermische
Trennverfahren, 3 edición, Wiley-VCH, Weinheim 2001,
páginas 242-249, da una sinopsis sobre diversas
columnas de cuerpos de relleno y empaquetaduras. D.W. Green (ed.):
Perry's Chemical Engineer's Handbook, McGraw-Hill,
New York 1997, páginas 14-21 a
14-61, da una sinopsis sobre instalaciones de
contacto de gas-líquido, como por ejemplo platos de
columnas y columnas de platos, así como empaquetaduras, cuerpos de
relleno y columnas empaquetadas y de cuerpos de relleno.
La US 6 235 162 da a conocer un procedimiento de
dos etapas, para la purificación de disoluciones de hidroxilamina,
en el que, en una primera etapa, se expulsan componentes fácilmente
volátiles (como disolventes orgánicos, amoníaco, nitrógeno u otros
gases) de la disolución a través de una columna empaquetada. En una
segunda etapa subsiguiente se somete a una destilación sencilla la
disolución de hidroxilamina remanente en la instalación, liberada de
componentes fácilmente volátiles, y se libera de este modo de
componentes no volátiles.
La destilación de disoluciones acuosas que
contienen hidroxilamina, incluso a escala de laboratorio, se
clasifica como una operación especialmente peligrosa: véase
Roth-Weller: Gefährliche Chemische
Reaktionen, Stoffinformationen Hydroxylamin, página 3, 1984, 2, editorial Eco-med.
Reaktionen, Stoffinformationen Hydroxylamin, página 3, 1984, 2, editorial Eco-med.
Por consiguiente, la citada destilación requiere
un gasto técnico elevado y una gran demanda de tiempo.
Además, las disoluciones de hidroxilamina
altamente puras, concentradas, acuosas, a pesar de la segunda
destilación, contienen impurezas a partir de la obtención, como
sulfato sódico u otros compuestos metálicos, en cantidades
inoportunamente elevadas.
Por lo tanto, la presente invención tomaba como
base la tarea de poner a disposición un procedimiento para la
obtención de disoluciones de hidroxilamina altamente puras,
concentradas, acuosas, mediante destilación, en el que se obtienen
disoluciones de hidroxilamina altamente puras, concentradas,
acuosas, con pocas impurezas, sin aumento del gasto técnico, la
demanda de tiempo o un riesgo de seguri-
dad.
dad.
En el sentido de la presente invención se
entiende por altamente puro contenidos en iones metálicos por debajo
de 1 ppm, y contenidos en hidroxilamina de más de un 20% en peso de
hidroxilamina, referido a la disolución.
Por consiguiente, se encontró el procedimiento
definido al inicio.
En el procedimiento según la invención se emplea
una disolución de hidroxilamina exenta de sales, acuosa. La
obtención de tales disoluciones es conocida en sí, y se puede
efectuar, a modo de ejemplo, conforme a los procedimientos según la
US-A-5,472,679, la WO 97/22551, la
WO 98/57886, la DE 1954775.8 o la WO 99/07637.
Tales disoluciones de hidroxilamina exentas de
sales, acuosas, presentan generalmente un contenido en hidroxilamina
de 10 a 300, preferentemente 80 a 150 g/litro, y un contenido en
impurezas, como sulfato sódico o iones metálicos, en el intervalo
de 0,005 a 25 ppm.
Según la invención, se destila una disolución de
hidroxilamina exenta de sales, acuosa, en una columna de platos con
al menos 10 platos teóricos.
Como platos entran en consideración platos de
corriente transversal, como platos perforados, platos de válvulas,
platos de burbujas y platos de túnel, o platos Dualflow,
preferentemente platos perforados. La distancia de platos entre sí
se situará en el intervalo de 200 a 900 mm, preferentemente 300 a
600
mm.
mm.
La columna y los platos se pueden elaborar a
partir de materiales no metálicos, como vidrio, cerámica, materiales
sintéticos. De este modo se excluye la descomposición iniciada por
iones metálicos. No obstante, sorprendentemente se ha mostrado que
las columnas se pueden elaborar también a partir de materiales
metálicos especiales, como platino, plata o circonio, sin que se
pueda observar una descomposición de hidroxilamina
significativamente elevada.
Ventajosamente se emplea un evaporador molecular
por gravedad para calentamiento de la cola de la columna,
naturalmente, también se pueden emplear otros calefactores de cola
habituales, como evaporadores de circulación natural o forzada,
cambiadores de calor de placas, etc.
La proporción de reflujo en la pieza de
rectificación se puede regular ventajosamente de modo que se sitúe
en el intervalo de 0,2 a 2.
Según la invención, por encima de al menos un
plato de la columna de platos se encuentran cuerpos de relleno
clásicos a través de la sección transversal de la columna, como
anillos Raschig, molinetes, sillas de montar, cuerpos de relleno
modernos de rendimiento elevado, como el anillo Hiflow, (firma
Rauschert (Steinwiesen, Alemania)), anillos
Super-Raschig (firma Raschig (Ludwigshafen,
Alemania)), minianillos en cascada (firma
Koch-Glitsch (Wichita, USA)), anillos IMTP (firma
Norton (Akron, USA) o anillos
Nutter (firma Sulzer Chemtech (Wintherthur, Suiza)) o empaquetaduras estructuradas, como Mellapak, Mellapak Plus, o empaquetaduras de tejido, preferentemente cuerpos de relleno modernos de rendimiento elevado.
Nutter (firma Sulzer Chemtech (Wintherthur, Suiza)) o empaquetaduras estructuradas, como Mellapak, Mellapak Plus, o empaquetaduras de tejido, preferentemente cuerpos de relleno modernos de rendimiento elevado.
Los cuerpos de relleno deberán ser inertes frente
a la disolución a destilar, a modo de ejemplo de materiales
sintéticos o materiales metálicos especiales, preferentemente a
partir de materiales sintéticos perfluorados (por ejemplo TFM, PFA,
teflón).
La altura de carga de los cuerpos de relleno
entre los platos ascenderá a 50 hasta 300 mm, preferentemente 100 mm
a 200 mm. La distancia entre la carga de cuerpos de relleno y el
plato, por encima del cual está instalada la carga de cuerpos de
relleno, se sitúa entre 0 y 600 mm, preferentemente de 100 mm a 300
mm. La distancia entre la carga de cuerpos de relleno y el plato por
debajo del cual está instalada la carga de cuerpos de relleno, se
sitúa en 0 a 300 mm, preferentemente 30 a 100 mm.
Antes de la aplicación del procedimiento según la
invención puede ser ventajoso añadir un estabilizador. Los
estabilizadores apropiados son conocidos en sí, y adquiribles
comercialmente.
La disolución de hidroxilamina se puede alimentar
ventajosamente a la altura de aproximadamente un tercio del número
de platos teóricos de la columna de platos. A través de la cabeza se
obtiene agua sensiblemente exenta de hidroxilamina, y en la cola se
obtiene una disolución de hidroxilamina cuya concentración es
dependiente de las condiciones de destilación.
En la columna de destilación se trabaja en
general con una presión en el intervalo de 1 a 200 kPa (0,01 a 2
bar), preferentemente 5 a 120 kPa (0,05 a 1,2 bar), de modo
especialmente preferente 30 a 110 kPa (0,3 a 1,1 bar), refiriéndose
la presión respectivamente a la presión en la cabeza/cola de la
columna. Cuanto más altamente concentrada sea la hidroxilamina,
tanto más cuidadosamente se deberá destilar (presión reducida y
temperatura elevada). La destilación se puede efectuar continua o
discontinuamente.
Las temperaturas que dominan en la columna de
destilación se ajustan a la presión, a la que se acciona la columna
de destilación. Estas se sitúan generalmente en el intervalo de 10 a
160ºC, preferentemente 60 a 110ºC.
El agua extraída a través de la cabeza de la
columna de destilación, o bien el vapor, se puede devolver de nuevo
directamente, o tras compresión o sobrecalentamiento, como vapor de
destilación a la cola de la columna empleada en el procedimiento
según la invención, o alimentar como agua residual a la elaboración
de aguas residuales.
En caso dado, por encima del plato de
alimentación se puede instalar un dispositivo para la separación de
gotitas arrastradas, a modo de ejemplo un separador de gotas.
La disolución de hidroxilamina concentrada,
acuosa, que presenta preferentemente un contenido en hidroxilamina
de más de un 20, preferentemente más de un 40, y en especial más de
un 50% en peso de hidroxilamina, y menos de 1 ppm, en especial menos
de 0,1 ppm de iones metálicos (en especial de la obtención o los
materiales empleados para la obtención y producción), se obtiene en
general como producto de cola.
La disolución de hidroxilamina altamente pura,
acuosa, obtenida conforme al procedimiento según la invención,
presenta una pureza más elevada que una disolución obtenida según
procedimientos de destilación conocidos. Por lo demás, la pérdida en
hidroxilamina a través del agua a esclusar es más reducida. Además,
el tiempo de residencia de la mezcla de destilación en la columna es
más corto y, por consiguiente, la carga térmica es más reducida que
en procedimientos conocidos. Además se aumenta la capacidad de la
columna con el mismo tamaño de columna y el mismo mantenimiento de
columna. Si la columna contiene un separador de gotas, este se
descarga frente a un procedimiento conocido.
Ejemplo comparativo
1
En una columna de platos con 33 platos y un
diámetro de 1,3 metros se introdujo una disolución de un 8,9% en
peso de hidroxilamina (base libre) en agua en el octavo plato desde
abajo, en una cantidad de 2,2 t/h.
En el caso de una cantidad de reflujo de 0,9 t/h
y una alimentación de 10 kg/h de estabilizador, se extrajo en la
cabeza una cantidad de 1,9 t/h de agua con un contenido en
hidroxilamina de 1.500 ppm en peso.
En la cola se extrajeron 350 kg/h de una
disolución de un 50% en peso de hidroxilamina en agua.
La pérdida de presión a través de la columna
ascendía a 100 mbar, la alimentación de energía en el evaporador de
cola ascendía a 2,8 t/h.
Se procedió como en el ejemplo comparativo 1, con
la excepción de que, en los platos, se encontraba respectivamente
una carga de 150 mm de altura, constituida por anillos Hiflow 38/1
(firma Rauschert, Steinwiesen, Alemania).
Se obtuvieron los resultados como en el ejemplo
comparativo 1, con la excepción de que el agua obtenida como
producto de cabeza contenía solo 1.000 ppm en peso.
Se procedió como en el ejemplo 1, con la
excepción de que la alimentación ascendía a 3,4 t/h.
En el caso de una cantidad de reflujo de 1,4 t/h
y una alimentación de 15 kg/h de estabilizador, se extrajo en la
cabeza una cantidad de 2,9 t/h de agua con un contenido en
hidroxilamina de 1.000 ppm en peso.
En la cola se extrajeron 540 kg/h de una
disolución de un 50% en peso de hidroxilamina en agua.
La pérdida de presión a través de la columna
ascendía a 130 mbar, la alimentación de energía en el evaporador de
cola ascendía a 4,3 t/h.
Claims (5)
1. Procedimiento para la obtención de una
disolución de hidroxilamina altamente pura, acuosa, mediante
destilación de una disolución de hidroxilamina exenta de sales,
acuosa, en una columna de platos con al menos dos platos mecánicos,
caracterizado porque, entre al menos dos platos de la columna
de platos, se encuentran cuerpos de relleno a través de la sección
transversal de la columna.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
presentando la columna de platos 10 a 50 platos mecánicos.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2,
empleándose como cuerpos de relleno cuerpos de relleno clásicos,
cuerpos de relleno de rendimiento elevado o empaquetaduras
estructura-
das.
das.
4. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a
3, situándose la temperatura en la columna de platos en el intervalo
de 10ºC a 160ºC.
5. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a
4, empleándose como columnas de platos una columna de platos de
circulación transversal o una columna de platos Dualflow.
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