MX2007012371A - Boquilla mezcladora en espiral y metodo para mezclar dos o mas fluidos y procedimiento para fabricar isocianatos. - Google Patents

Boquilla mezcladora en espiral y metodo para mezclar dos o mas fluidos y procedimiento para fabricar isocianatos.

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MX2007012371A
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flow duct
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Neal Anthony Grob
James Laverne Allbright
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Huntsman Int Llc
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Abstract

Aparato para mezclar al menos un primero y un segundo fluidos, que comprende: (a) una primera boquilla que comprende un primer ducto de flujo que define una primer camara de flujo, y que tiene una primera punta de boquilla que tiene una primera abertura de descarga; y (b) una segunda boquilla que comprende un segundo ducto de flujo que define una segunda camara de flujo, y que tiene una segunda punta de boquilla que tiene una segunda abertura y descarga; donde el primer ducto de flujo y el segundo ducto de flujo estan envueltos en espiral cada uno sobre el otro. La invencion tambien proporciona un procedimiento para mezclar fluidos, especialmente adaptado para la produccion de isocianatos, y que se realiza de manera notable en el aparato de la invencion.

Description

BOQUILLA MEZCLADORA EN ESPIRAL Y MÉTODO PARA MEZCLAR DOS O MÁS FLUIDOS Y PROCEDIMIENTO PARA FABRICAR ISOCIANATOS Esta invención se refiere a un nuevo aparato para mezclar fluidos, especialmente amina y fosgeno, y a un procedimiento para mezclar la amina y el fosgeno para obtener cloruro de carbamoilo e isocianato.
Muchos documentos describen boquillas para mezclar fluidos, especialmente fluidos que reaccionan. Un ejemplo particular se encuentra en la reacción de fosgenación, en la cual el mezclado rápido es un parámetro clave. Por lo tanto, se han propuesto muchos diseños para tales boquillas, la mayoría con chorros coaxiales, que pueden chocar o no.
Sin embargo, aún existe la necesidad de mejorar más la eficiencia de mezclado de las boquillas, especialmente en la reacción de fosgenación.
Un objetivo de esta invención es por lo tanto proporcionar un aparato para mezclar al menos el primero y el segundo fluidos, que comprende: (a) una primera boquilla que comprende un primer ducto de flujo que define una primera cámara de flujo, y que tiene una primera punta de boquilla que tiene una primera abertura de descarga; y (b) una segunda boquilla que comprende un segundo ducto de flujo que define una segunda cámara de flujo, y que tiene una segunda punta de boquilla que tiene una segunda abertura de descarga; donde el primer ducto de flujo y el segundo ducto de flujo están envueltos en espiral cada uno sobre el otro; donde, durante la operación del aparato, el primer fluido fluye en la primera cámara de flujo y al salir a través de la primera abertura de descarga forma un primer chorro de fluido, y el segundo fluido, que fluye en la segunda cámara de flujo, forma en la segunda abertura de descarga un segundo chorro de fluido, chocando entre sí el primero y el segundo chorros de fluido, mezclando así el primero y el segundo fluidos.
La invención proporciona especialmente un aparato sustancialmente redondo para mezclar al menos el primero y el segundo fluidos, que comprende: (a) una primera boquilla que comprende un primer ducto de flujo que define una primera cámara de flujo, y que tiene una primera punta de boquilla que tiene una primera abertura de descarga; y (b) una segunda boquilla que comprende un segundo ducto de flujo que define una segunda cámara de flujo, y que tiene una segunda punta de boquilla que tiene una segunda abertura de descarga; donde el primer ducto de flujo y el segundo ducto de flujo están envueltos en espiral cada uno sobre el otro de acuerdo con una espiral Arquimediana que tiene entre 1 y 20 vueltas, y donde la primera y la segunda boquillas son estrechadas ; donde, durante la operación del aparato, el primer fluido fluye en la primera cámara de flujo y al salir a través de la primera abertura de descarga forma un primer chorro de fluido, y el segundo fluido, que fluye en la segunda cámara de flujo, forma en la segunda abertura de descarga un segundo chorro de fluido, chocando entre sí el primero y el segundo chorros de fluido, mezclando así el primero y el segundo fluidos.
Otro objetivo de esta invención es también proporcionar un procedimiento para mezclar al menos el primero y el segundo fluidos, que comprende los pasos de: (a) formar un primer chorro de fluido, que consiste del primer fluido, en una primera posición de descarga; (b) formar un segundo chorro de fluido, consistente del segundo fluido, en una segunda posición de descarga; y (c) envolver en espiral cada uno de los chorros de fluido sobre el otro de modo que el primero y el segundo chorros de fluido choquen entre sí, mezclando así el primero y el segundo fluidos .
La invención proporciona especialmente un procedimiento para mezclar al menos el primero y el segundo fluidos, que comprende los pasos de: (a) formar un primer chorro de fluido, que consiste del primer fluido, en una primera posición de descarga; (b) formar un segundo chorro de fluido, consistente del segundo fluido, en una segunda posición de descarga; y (c) envolver en espiral cada uno de los chorros de fluido sobre el otro de acuerdo con una espiral Arquimediana que tenga entre 1 y 20 vueltas, de modo que el primero y el segundo chorros de fluido choquen entre sí, mezclando así el primero y el segundo fluidos.
El procedimiento de la invención es especialmente útil para la producción de isocianatos; por lo tanto la invención también proporciona un procedimiento para fabricar isocianatos, que comprende el procedimiento de mezclado de la invención aplicado a la amina y el fosgeno, seguido por el paso de hacer reaccionar la amina y el fosgeno mezclados. Estos procedimientos se realizan de manera notable en el aparato de la invención.
Otros objetivos, representaciones y ventajas serán más aparentes después de referirnos a la siguiente especificación . La invención se basa en el uso de una boquilla parecida a una espiral, de aquí en adelante llamada boquilla en espiral. La geometría específica permite que los flujos delgados choquen entre sí mientras que al mismo tiempo tienen una alta energía de mezclado.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una vista axial, en sección transversal, de un ensamble de boquilla mezcladora de chorro coaxial simple. La Figura 2 es una vista en sección transversal, axial, de un subensamble de boquillas de la invención. La Figura 3 es una vista agrandada del fondo de un subensamble de boquillas de la invención. La Figura 4 es una vista superior agrandada de un subensamble de boquillas de la invención. La Figura 5 es una vista en sección transversal, axial, de una boquilla de la invención. Las Figuras 6A, 6B, 6C y 6D son otras representaciones de la invención; y La Figura 7 es una vista en sección transversal, axial, de otra representación de un subensamble de boquillas de la invención.
Con referencia ahora a la Figura 1, se muestra un ensamble (100) de boquilla mezcladora de chorro coaxial simple que choca, para mezclar dos fluidos. El ensamble (100) de boquilla mezcladora de chorro coaxial simple que choca comprende el ducto de flujo interior (102) y una punta de boquilla (104) del ducto de flujo interior dispuesta coaxialmente en el interior del ducto (101) de flujo exterior y la punta de boquilla (105) del ducto de flujo exterior. La cámara de flujo (120) se define como el espacio por dentro del ducto de flujo interior (102) y la punta de boquilla (104) del ducto de flujo interior. La cámara de flujo (120) tiene dos extremos, el extremo de suministro (130) y el extremo de descarga (110).
El extremo de descarga (110) de la cámara de flujo (120) está formado por el extremo de descarga de la punta de boquilla (104) del ducto de flujo interior y tiene una abertura de descarga de un diámetro dado. La cámara de flujo (121) empieza como el espacio anular entre el ducto de flujo exterior (101) y el ducto de flujo interior (102). La cámara de flujo (121) continúa como el espacio anular entre la punta de boquilla (105) del ducto de flujo exterior y el ducto de flujo interior (102) . La cámara de flujo (121) continúa además como el espacio anular entre la punta de boquilla (105) del ducto de flujo exterior y la punta de boquilla (104) del ducto de flujo interior. La cámara de flujo (121) tiene dos extremos, el extremo de suministro (131) y el extremo de descarga (132). El extremo de descarga (132) de la cámara de flujo (121) está formado por el extremo de descarga de la punta de boquilla (105) del ducto de flujo exterior. El extremo de descarga (110) de la cámara de flujo (120) y el extremo de descarga (132) de la cámara de flujo (121) están sustanclalmente próximos en la dimensión axial. El primer fluido fluye a través de la cámara de flujo (120) y es descargado en el extremo de descarga (110) como el chorro (103) . El diámetro inicial del chorro (103) es sustanclalmente igual al diámetro de la abertura de descarga de la punta de boquilla (104) . El segundo fluido fluye a través de la cámara de flujo (121) y es descargado en el extremo de descarga (132) como el chorro anular (106). El grosor inicial del chorro (106) es sustanclalmente igual a la mitad de la diferencia entre el diámetro de la abertura de descarga de la punta de boquilla (105) menos el diámetro de la punta de boquilla (104) . Los dos chorros coaxiales (103 y 106) chocan y se mezclan cuando salen de las puntas de boquilla (104 y 105) para formar el chorro (107) compuesto. La fuerza conductora principal para el mezclado es la energía cinética y la relación de disipación de la energía turbulenta de los chorros (103 y 106) . Las velocidades de los fluidos se seleccionan por medio de los diseños relativos de las boquillas (104 y 105) . El ángulo al que están estrechadas las puntas de boquilla (104 y 105) (i.e., el ángulo de choque) puede variar, p. ej . , de 30 a 60°.
Este dispositivo, aunque ha sido conocido durante muchos años, aún requiere mejoras en términos de eficiencia del mezclado.
El ensamble de boquilla de la presente invención proporciona por lo tanto un aparato para mezclar al menos el primero y el segundo fluidos, comprendiendo el aparato medios de ensamble de la primera boquilla, para formar un primer chorro (206) de fluido en espiral, que consiste del primer fluido, y medios de ensamble de la segunda boquilla para formar un segundo chorro (207) de fluido en espiral coaxial con, y envuelto alrededor del, primer chorro (106) de fluido en espiral, consistiendo el segundo chorro de fluido en espiral del segundo fluido, de modo que el segundo chorro (107) de fluido en espiral choca con el primer chorro (106) de fluido en espiral, mezclando con ello el primero y el segundo fluidos. Esta parte será opcionalmente llamada el subensamble (201) de las boquillas .
-Sí- Sería posible proporcionar otros ductos para otros fluidos, si esto es necesario.
Con referencia ahora a la Figura 2, se muestra una vista agrandada en sección transversal longitudinal del ensamble de boquilla de la invención. El subensamble (201) de las boquillas está colocado en un bastidor inferior (250) . El ensamble envuelto en forma de espiral comprende el primer ducto (202) y el segundo ducto (203) arreglados como sigue. La primera cámara de flujo (220) está definida como el espacio en el interior del primer ducto de flujo (202) y la primera punta de boquilla (204) del ducto de flujo (que sólo se referencia en el lado izquierdo del dibujo) . La primera cámara de flujo (220) tiene dos extremos, el extremo de suministro (230) (que sólo se referencia en el lado derecho del dibujo) y la abertura de descarga (210) (que sólo se referencia en el lado izquierdo del dibujo) . La abertura de descarga (210) de la primera cámara de flujo (220) se forma con el extremo de descarga de la primera punta de boquilla (204) del primer ducto de flujo y tiene un espacio de descarga de un valor dado. La segunda cámara de flujo (221) está definida como el espacio en el interior del segundo ducto de flujo (203) y la punta de boquilla (205) del segundo ducto de flujo (que sólo se referencia en el lado derecho del dibujo) . La segunda cámara de flujo (221) tiene dos extremos, el extremo de suministro (231) (que sólo se referencia en el lado izquierdo del dibujo) y la abertura de descarga (211) (que sólo se referencia en el lado derecho del dibujo) . El extremo de suministro (231) se muestra en la representación como un extremo muerto, ya que la placa de cubierta (251) forzará al fluido a que fluya desde la entrada lateral (espacio de introducción) . Esto se describirá después con referencia a la Figura 3, la Figura 4 y la Figura 5. La abertura de descarga (211) de la cámara de flujo (221) está formada por el extremo de descarga de la punta de boquilla (205) del segundo ducto de flujo y tiene un espacio de descarga de un valor dado. Se notará que. para la representación que se muestra, los ductos (202 y 203) comparten las paredes comunes (241 y 242) (que se muestran en la Figura 4), excepto por la vuelta más exterior, donde el ducto (203) está formado con el bastidor inferior (250), que por lo tanto coopera para formar el ensamble envuelto en forma de espiral. Este ensamble produce el primero y el segundo chorros (206 y 207), respectivamente, que salen en la primera y la segunda aberturas de descarga respectivamente. Los chorros (206 y 207) chocan y se mezclan cuando salen de las puntas de boquilla (204 y 205) para formar el chorro compuesto (208). El ángulo de estrechamiento más exterior de los ductos de flujo puede vapar, p. e . , de 30 a 60°, preferiblemente de 40 a 50°, típicamente de cerca de 45°. El ángulo de estrechamiento de un ducto de flujo dado en un punto dado se entenderá como el ángulo entre el e e del ensamble y la dirección general del flujo en la salida del ducto dado en el punto dado, antes del choque. Se entenderá que el ducto de flujo tendrá un ángulo de estrechamiento que variará a lo largo de la vía circular del ducto de flujo. Especialmente, el ángulo de estrechamiento puede aumentar desde el centro hacia el exterior del aparato. También se notará que el ángulo de estrechamiento interior del ducto de flujo también puede variar de 0 a 45°, preferiblemente de 0 a 15°.
En la representación tal como se muestra, se notará que la primera cámara de flujo (220) tiene dimensiones sustanclalmente decrecientes a lo largo del primer ducto de flujo hacia la primera abertura de descarga. La relación (espacio del extremo de suministro (203)) a (espacio de abertura de descarga (210)) puede variar desde 1 hasta 10, preferiblemente de 2 a 4.
En la representación como se muestra, se notará que la segunda cámara de flujo (221) también tiene dimensiones sustanclalmente decrecientes a lo largo del segundo ducto de flujo hacia la segunda abertura de descarga .
En la representación tal como se muestra (como se indicará también en la Figura 4), se notará que la segunda cámara de flujo (221) tiene también dimensiones sustancialmente decrecientes desde el exterior hacia el interior de los ductos envueltos en espiral. La relación (espacio del extremo exterior) a (espacio del extremo interior) también puede variar a nivel del suministro o a nivel de la descarga, o en ambos.
Aquí, las diversas dimensiones de las respectivas aberturas de descarga (i.e., ancho o espacio) se eligen de modo que se impartan las velocidades requeridas. Típicamente, la velocidad (superficial) del chorro (206) será de 1.52 - 27.43 m/seg, preferiblemente de 6.1 - 21.34 m/seg. Típicamente, la velocidad (superficial) del chorro (207) será de 1.52 - 21.34 m/se, preferiblemente de 3.05 - 12.19 m/seg. El espacio en la punta de boquilla (204) es típicamente de 0.11 - 0.51 cm, preferiblemente de 0.13 -0.25 cm. El espacio en la punta de boquilla (205) es típicamente de 0.11 - 0.51 cm, preferiblemente de 0.13 -0.25 cm. Estos espacios pueden ser constantes o pueden variar a lo largo de la espiral. El grosor de las paredes, o espacio de separación, es generalmente menor a cada uno de los espacios de las aberturas de descarga, y típicamente será de 0.08 - 0.25 cm, preferiblemente de 0.08 - 0.16 cm.
Si se considera cada abertura de descarga, puede medirse una longitud aproximada para la descarga (considerada como una línea extendida) . Las aberturas de descarga tienen típicamente una longitud L tal que la relación de L n el espacio es de desde 20 hasta 200, preferiblemente de 60 a 150. El espacio de descarga (210) puede ser menor, igual o mayor que el espacio de descarga (211) . El espacio de descarga (211) también puede variar del exterior hacia el interior, y p. ej . , el (211) en el exterior es la mitad del (211) en el interior. El espacio de descarga (210) también puede variar de la misma forma, si se necesita.
Con referencia ahora a la Figura 3, se muestra una vista agrandada del fondo del subensamble de boquillas de la primera representación de la invención, sin el bastidor inferior. Pueden notarse los ductos (202 y 203) que comparten paredes comunes, donde el ducto (202) es el que resulta de la vuelta tipo lazada mientras que el ducto (203) resulta de la envoltura (y finalmente del encierro dentro del bastidor inferior) . El espacio de introducción se identifica como (232) en el dibujo.
Con referencia ahora a la Figura 4, aquí se muestra una vista superior agrandada del subensamble de boquillas de la primera representación de la invención, sin el bastidor inferior. En la Figura 4 pueden verse las paredes (241 y 242), así como el espacio para la introducción del segundo fluido (232), donde la flecha representa la dirección general de inyección del flujo en el segundo ducto (203) . Esto se describirá más con referencia a la Figura 5.
Con referencia ahora a la Figura 5, aquí se muestra una vista agrandada en sección transversal longitudinal del ensamble enrollado en forma de espiral de la invención. El primero y el segundo ductos (202 y 203) aún se representan, así como el bastidor inferior (250) . En la Figura 5 se puede notar una segunda cubierta (251) del fluido para la introducción del segundo fluido. Dado que la cubierta está colocada en la parte superior del segundo ducto (203) que resulta de la envoltura (y finalmente del encierro n el bastidor inferior) , la cubierta (251) también tendrá, en la representación mostrada, una forma que es generalmente enrollada. Cuando se alimenta en el segundo ducto (203) desde el espacio de introducción (232), el segundo fluido fluirá entonces de acuerdo con una dirección (que se identifica en la Figura 4 con la flecha) que será sustancialmente tangencial al eje de la boquilla. Al usar una alimentación tangencial para el segundo fluido, hay un beneficio extra que es lograr un vector de velocidad tangencial, dando como resultado un efecto de remolino y finalmente un mezclado mejorado. El (253a) y el (253b) son dientes.
Como puede derivarse a partir de los dibujos anteriores, el ensamble de boquilla de la invención está enrollado o envuelto en forma de espiral, sobre sí mismo. El término "ductos envueltos en forma de espiral cada uno sobre el otro" pretende cubrir aquellos casos en los que un ducto envolverá al otro en más de una vuelta. Generalmente se considerará, para el propósito de la presente invención, que una curva formará una vuelta si sale una línea recta que interseca a la curva en al menos tres lugares diferentes. Puede contarse el número de curvas contando el número de intersecciones de la línea recta con la curva. Una forma de expresar esto es contar el número de intersecciones como 2n + 1, donde n es el número de vueltas. Aquí la espiral está diseñada para cubrir cualquier curva sustancialmente continua dibujada a cualquier distancia creciente a partir de un punto fijo. Envoltura significa aquí que hay más de una vuelta, dando como resultado un traslape de los ductos. la "vuelta" no necesariamente significa que sea redonda, aunque esta es la representación preferida, y esto también cubre a los ductos cuadrados envueltos en forma de espiral. La asimetría que resulta de este diseño mejora el mezclado de los dos fluidos. El número de vueltas no es crítico, y puede variar entre amplios límites tales como entre 1 y 20 vueltas. En una representación, este número es algo alto, por ejemplo para la primera representación mostrada, que puede ser descrita como la representación de "espiral apretada". Aquí el número de vueltas puede variar entre 3 y 10. En otra representación, este número es bastante bajo, y puede describirse como la representación de la "espiral abierta". El número de vueltas puede variar entonces entre 1.05 y 1.5. También se contempla el caso en el que se envuelven ductos dobles. El primero y el segundo ductos de flujo se envuelven preferiblemente en forma de espiral cada uno sobre el otro de acuerdo con una espiral Arquimediana, y más preferiblemente de acuerdo con la espiral de Arquímedes. Una espiral Arquimediana es una espiral con la ecuación polar r = a?1/y, donde r es la distancia radial, ? es el ángulo polar, y y es una constante que determina qué tan estrechamente "envuelta" está la espiral. Una espiral de Arquímedes es la espiral para la cual y es uno.
La Figura 6 muestra otras representaciones de la invención. La Figura 6A presenta la representación de la "espiral abierta". La Figura 6B presenta la representación de la "espiral cuadrada". La Figura 6C presenta la representación de la "espiral en corazón". La Figura 6D presenta la representación de una "espiral sigmoide". La Figura 5 muestra otra representación de la invención, que comprende un dispositivo de limpieza. En esta representación, un carro (252), montado coaxialmente a lo largo de la boquilla, se proporciona con los dientes (243a, 243b, 243c, etc.). Los dientes se localizan en uno de los ductos, aquí, en el primer ducto (202) . Cuando el carro (252) se desplaza a lo largo del eje de la boquilla usando los medios mecánicos adecuados (no se muestran) , los dientes raspan los sedimentos y depósitos alojados en el primer ducto (202) . Entonces puede obtenerse un ensamble de boquilla no taponada sin tener que detener el procedimiento para remover el ensamble de boquilla taponado o con el flujo restringido.
La Figura 7 muestra otra representación de la invención, que corresponde a una de la Figura 1, en la cual la parte inferior del subensamble de boquillas ha sido modificada en una forma curvada. Esto puede representarse como la supresión de una parte correspondiente a una porción de una esfera (o a cualquier otra forma redondeada) .
Las superficies del ensamble de boquilla de la invención también pueden ser tratadas y/o terminadas con los tratamientos convencionales para superficies, incluyendo coberturas, pulimento, adición de aristas o ranuras, si se necesita.
La invención proporciona varias ventajas sobre los ensambles de boquilla de la técnica anterior. Una ventaja es una ganancia sustancial en la eficiencia del mezclado, comparada con los ensambles de boquilla anteriores. La geometría específica de la boquilla no requiere el choque contra otras superficies, y esto evita la erosión y la alineación costosa.
La presente invención también puede proporcionar el ajuste del subensamble de boquillas (201) (incluyendo la placa de cubierta (251) y los carros asociados, si hay alguno) con respecto del bastidor inferior (250). El movimiento axial del subensamble de boquillas (201) con relación al bastidor inferior (250) se logra por medios mecánicos (no se muestran) para el ajuste de la posición axial del subensamble (201) . Estos medios mecánicos pueden comprender típicamente un eje en el cual está montado el subensamble y medios para el desplazamiento de este eje. Al ajustar el subensamble con respecto del bastidor inferior, pueden entonces variarse las dimensiones del ducto exterior (203) próximo al bastidor inferior (250) y por lo tanto la relación del flujo a través de este ducto. Esto proporcionará medios de ajuste para la reacción que tendrá lugar. Una ventaja de la representación con el subensamble móvil es la capacidad de ajustar en línea el área de la sección transversal para el flujo del chorro extremo exterior. La capacidad de ajuste en línea denota la capacidad de hacer ajustes sin la interferencia indebida en un procedimiento que está en marcha. En los procedimientos a escala comercial, esta capacidad de ajuste en línea permite los ajustes frecuentes de las boquillas para, p. ej . , caída de presión máxima o relación de flujo en el punto de descarga extremo exterior de la boquilla. Otra ventaja es la capacidad de disminución mejorada de los procedimientos comerciales. La capacidad de ajuste puede permitir una variedad más amplia de escalas de operación para algunos procedimientos. Otra ventaja es la capacidad para recorrer el subensamble con relación al bastidor inferior (250) a través de su vía de viaje completa con el ensamble de boquilla instalado. Los ensambles de mezclador a escala comercial pueden taponarse con desechos o depósitos sólidos. El subensamble que puede recorrerse (201) en el bastidor inferior (250) puede raspar los desechos y depósitos alojados en el ducto extremo exterior, en caso de que no haya dientes presentes en esta locación del ducto.
El ensamble de boquilla es simple de fabricar e instalar, donde un procedimiento para su fabricación es el maquinado con descarga de cable eléctrico, que es una tecnología ampliamente disponible. Un procedimiento para fabricar el subensamble de boquillas del aparato de la invención comprenderá típicamente los pasos de: (a) proporcionar una preforma; (b) maquinar por descarga de cable eléctrico la preforma. El bastidor puede fabricarse usando maquinado convencional. Una ventaja adicional es que no hay partes moviéndose o girando de manera continua, lo que evita por lo tanto cualquier desgaste mecánico del sistema .
La invención es especialmente útil para reacciones químicas muy rápidas en las que es crucial el mezclado rápido. Por lo tanto, esta invención es útil como un reactor de prefosgenación para la preparación de isocianatos. En esta modalidad, el fluido que fluye a través de la vía interior es una amina primaria, opcionalmente disuelta en un solvente. En esta representación, el fluido que fluye a través de la vía exterior es fosgeno, opcionalmente disuelto en un solvente. Por lo tanto, la invención es útil para la fabricación de varios isocianatos, y pueden seleccionarse, p. ej . , de entre poliisocianatos aromáticos, alifáticos, cicloalifáticos y aralifáticos.
El ensamble de boquilla permite minimizar el exceso de fosgeno usado en esta reacción, o tener una resistencia más alta de la mezcla, o mayor salida. La resistencia de la mezcla se refiere a la concentración de la amina dentro del solvente y a la mezcla de amina que comprende la alimentación de amina a la boquilla.
Es posible, como en las técnicas conocidas, el reciclar una solución de solvente, fosgeno e isocianato de manera individual o de regreso en combinación dentro del flujo de fosgeno. En una representación, es preferible no reciclar esta solución.
En particular, se producen los poliisocianatos aromáticos tales como diisocianato de difenilo de metileno (MDI) (p. ej . , en la forma de sus isómeros 2,4'-, 2,2'-, y 4,4'- y mezclas de los mismos), y mezclas de diisocianatos de difenilo de metileno (MDI) y oligómeros, lo que se conoce en la técnica como MDI "crudo" o polimérico (poliisocianatos de polifenileno de polimetileno) que tienen una funcionalidad de isocianato mayor a 2, diisocianato de tolueno (TDI) (p. ej . , en la forma de sus isómeros 2,4- y 2,6- y mezclas de los mismos), diisocianato de 1 , 5-naftaleno y 1 , 4-diisocianatobenceno (PPDI). Otros poliisocianatos orgánicos que pueden obtenerse incluyen los diisocianatos alifáticos tales como diisocianato de isoforona (IPDI), 1 , 6-diisocianatohexano y 4,4'-diisocianatodiciclo-hexilmetano (HMDI). Otros isocianatos más que pueden producirse son diisocianatos de xileno, isocianatos de fenilo.
Si se necesita, la geometría del ensamble de boquilla de la invención puede adaptarse al isocianato específico que se va a fabricar. Las pruebas de rutina permitirán a la persona experimentada en la técnica definir los valores óptimos para los espacios y las longitudes, así como las condiciones de operación.
El ensamble de boquilla de la invención puede usarse en un reactor de tanque de agitación continua clásico (con o sin deflectores) .
El ensamble de boquilla puede estar en el espacio de vapor o sumergido. El ensamble de boquilla de la invención puede usarse en todos los equipos existentes con adaptación mínima, ahorrando con ello costos. También, el ensamble de boquilla de la invención puede usarse en cualquier tipo de reactor; por ejemplo, el ensamble de boquilla puede montarse en el fondo de un reactor giratorio equipado con rotores y deflectores o el ensamble de boquilla puede usarse como un dispositivo de inyección en un reactor de tipo rotor/estator.
Las condiciones del procedimiento son las usadas típicamente. La relación molar fosgeno : amina es generalmente en exceso y en la escala de desde 1.1:1 hasta 10:1, preferiblemente de 1.3:1 hasta 5:1. Generalmente se usa un solvente para la amina y el fosgeno. Los solventes de ejemplo son arilo y arilalquilo clorados tales como monclorobenceno (MCB) , o- y p-diclorobenceno, triclorobenceno, y los correspondientes tolueno, xileno, metilbenceno, naftaleno, y muchos otros conocidos en la técnica tales como tolueno, xileno, nitrobenceno, cetonas, y esteres. La fuerza de la mezcla de amina puede ser desde 5 hasta 40% mientras que la concentración de fosgeno puede ser de 0 a 100% por peso. La temperatura del flujo de amina está comprendida generalmente desde 40 hasta 80°C, mientras que la temperatura del flujo de fosgeno está comprendida generalmente desde -20 hasta 0°C. El procedimiento se conduce a una presión (en la zona de mezclado) generalmente desde la atmosférica hasta 100 psig.
También es posible usar uno o más reactores adicionales (esp. CSTR's) para completar la reacción. En el procedimiento para fabricar isocianatos, también es posible usar las unidades típicas para reciclar el solvente y/o el exceso de fosgeno, para remover el HCl y reciclar el HCl a cloro, etc. Las representaciones preferibles mostradas y descritas de la invención son sólo de ejemplo y no son exhaustivas de la competencia de la invención.

Claims (38)

REIVINDICACIONES
1. Aparato para mezclar al menos un primero y un segundo fluidos, que comprende: (a) una primera boquilla que comprende un primer ducto de flujo que define una primera cámara de flujo, y que tiene una primera punta de boquilla que tiene una primera abertura de descarga; y (b) una segunda boquilla que comprende un segundo ducto de flujo que define una segunda cámara de flujo, y que tiene una segunda punta de boquilla que tiene una segunda abertura de descarga; donde el primer ducto de flujo y el segundo ducto de flujo están envueltos en espiral cada uno sobre el otro; donde, durante la operación del aparato, el primer fluido que fluye en la primera cámara de flujo y que sale a través de la primera abertura de descarga, forma un primer chorro de fluido, y el segundo fluido que fluye en la segunda cámara de flujo forma en la segunda abertura de descarga un segundo chorro de fluido, chocando uno con el otro el primero y el segundo chorros de fluido, mezclándose con ello el primero y el segundo fluidos.
2. Aparato de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado en que el primer ducto de flujo y el segundo ducto de flujo están envueltos en espiral cada uno sobre el otro de acuerdo con una espiral Arquimediana.
3. Aparato de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado en que el primer ducto de flujo y el segundo ducto de flujo están envueltos en espiral cada uno sobre el otro de acuerdo con una espiral de Arquímedes.
4. Aparato de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado en que la primera y la segunda boquillas definen el primero y el segundo ductos de flujo que están estrechados .
5. Aparato de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado en que el ángulo de estrechamiento aumenta desde el interior hacia el exterior del aparato.
6. Aparato de acuerdo con la reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizado en que el primer ducto de flujo y el segundo ducto de flujo están envueltos en espiral cada uno sobre el otro, formando de esta manera entre 1 y 20 vueltas.
7. Aparato de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado en que de esa manera se forman entre 1.05 y 1.5 vueltas .
8. Aparato de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado en que de esa manera se forman entre 3 y 10 vueltas.
9. Aparato de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado en que la primera cámara tiene dimensiones sustancialmente decrecientes a lo largo del primer ducto de flujo hacia la primera abertura de descarga.
10. Aparato de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado en que la segunda cámara tiene dimensiones sustancialmente decrecientes a lo largo del segundo ducto de flujo hacia la segunda abertura de descarga.
11. Aparato de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado en que la segunda cámara tiene dimensiones sustancialmente decrecientes desde el exterior hacia el interior de los ductos envueltos en espiral.
12. Aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado en que comprende una cubierta de fluido sobre cualquiera de la primera o la segunda cámaras de flujo, para alimentar tangencialmente el primero o 1 segundo fluidos, respectivamente.
13. Aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado en que es sustancialmente redondo.
14. Aparato sustancialmente redondo para mezclar al menos el primero y el segundo fluidos, que comprende: (a) una primera boquilla que comprende un primer ducto de flujo que define una primera cámara de flujo, y que tiene una primera punta de boquilla que tiene una primera abertura de descarga; y (b) una segunda boquilla que comprende un segundo ducto de flujo que define una segunda cámara de flujo, y que tiene una segunda punta de boquilla que tiene una segunda abertura de descarga; donde el primer ducto de flujo y el segundo ducto de flujo están envueltos en espiral cada uno sobre el otro de acuerdo con una espiral Arquimediana que tiene entre 1 y 20 vueltas, y donde la primera y la segunda boquillas están estrechadas; donde, durante la operación del aparato, el primer fluido que fluye en la primera cámara de flujo y que sale a través de la primera abertura de descarga, forma un primer chorro de fluido, y el segundo fluido, que fluye en la segunda cámara, forma en la segunda abertura de descarga un segundo chorro de fluido, chocando entre sí el primero y el segundo chorros de fluidos, mezclándose de esta manera el primero y el segundo fluidos.
15. Aparato de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado en que la primera y la segunda boquillas definen el primero y el segundo ductos de flujo que son estrechados, con un ángulo de estrechamiento que aumenta desde el interior hacia el exterior del aparato.
16. Aparato de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado en que el primer ducto de fluido y el segundo ducto de fluido están envueltos en espiral cada uno sobre el otro, formando de esta manera entre 1.05 y 1.5 vueltas. .
17. Aparato de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado en que el primer ducto de fluido y el segundo ducto de fluido están envueltos en espiral cada uno sobre el otro, formando de esta manera entre 3 y 10 vueltas.
18. Aparato de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado en que la primera y la segunda cámaras tienen dimensiones sustancialmente decrecientes a lo largo del primero y del segundo ductos de flujo, hacia la primera y la segunda aberturas de descarga, respectivamente.
19. Aparato de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado en que la segunda cámara tiene dimensiones sustancialmente decrecientes desde el exterior hacia el interior de los ductos envueltos en espiral.
20. Aparato de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado en que la primera abertura de descarga y la segunda abertura de descarga están separadas por una pared que tiene un grosor que no excede sustancialmente de la dimensión de cada una de las aberturas de descarga.
21. Aparato de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado en que también comprende una cubierta de fluido en cualquiera de la primera o la segunda cámaras de flujo, para alimentar tangencialmente el primero o el segundo fluidos, respectivamente.
22. Procedimiento para mezclar al menos el primero y el segundo fluidos, que comprende los pasos de: (a) formar un primer chorro de fluido, que consiste del primer fluido, en una primera posición de descarga; (b) formar un segundo chorro de fluido, consistente del segundo fluido, en una segunda posición de descarga; y (c) envolver en espiral cada uno de los chorros de fluido sobre el otro de modo que el primero y el segundo chorros de fluido choquen entre sí, mezclando así el primero y el segundo fluidos.
23. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 22, caracterizado en que el paso de envolver en espiral cada chorro de fluido se realiza de acuerdo con una espiral Arquimediana .
24. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 22, caracterizado en que el paso de envolver en espiral cada chorro de fluido se realiza de acuerdo con una espiral de Arquímedes.
25. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 22, caracterizado en que el paso de envolver en espiral cada chorro de fluido comprende formar entre 1 y 20 vueltas.
26. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 22, caracterizado en que el primer chorro de fluido y el segundo chorro de fluido forman un remolino.
27. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 22, caracterizado en que el primer fluido comprende una amina y el segundo fluido comprende fosgeno, o el primer fluido comprende fosgeno y el segundo fluido comprende una amina.
28. Procedimiento para mezclar al menos el primero y el segundo fluidos, que comprende los pasos de: (a) formar un primer chorro de fluido, que consiste del primer fluido, en una primera posición de descarga; (b) formar un segundo chorro de fluido, consistente del segundo fluido, en una segunda posición de descarga; y (c) envolver en espiral cada uno de los chorros de fluido sobre el otro de acuerdo con una espiral Arquimediana que tenga entre 1 y 20 vueltas, de modo que el primero y el segundo chorros de fluido choquen entre sí, mezclando así el primero y el segundo fluidos.
29. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 28, caracterizado en que la espiral de Arquímedes tiene entre 1.05 y 1.5 vueltas.
30. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 28, caracterizado en que la espiral de Arquímedes tiene entre 3 y 10 vueltas.
31. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 28, caracterizado en que el primer chorro de fluido y el segundo chorro de fluido forman un remolino.
32. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 28, caracterizado en que el primer fluido comprende una amina y el segundo fluido comprende fosgeno, o el primer fluido comprende fosgeno y el segundo fluido comprende una amina.
33. Procedimiento para fabricar isocianatos, que comprende el procedimiento de mezclado de acuerdo con la reivindicación 27, caracterizado en que es seguido por el paso de hacer reaccionar la amina y el fosgeno mezclados.
34. Procedimiento para fabricar isocianatos, que comprende el procedimiento de mezclado de acuerdo con la reivindicación 32, caracterizado en que es seguido por el paso de hacer reaccionar la amina y el fosgeno mezclados.
35. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 33, caracterizado en que es para fabricar un isocianato seleccionado de entre el grupo consistente de diisocianato de difenilo de metileno y variantes poliméricas del mismo, diisocianato de tolueno, diisocianato de 1, 5-naftaleno, 1, 4-diisocianatobenceno, diisocianato de xileno, isocianato de fenilo, diisocianato de isoforona, 1,6-diisocianatohexano y 4 , ' -diisocianatodiciclo-hexilmetano .
36. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 34, caracterizado en que es para fabricar un isocianato seleccionado de entre el grupo consistente de diisocianato de difenilo de metileno y variantes poliméricas del mismo, diisocianato de tolueno, diisocianato de 1, 5-naftaleno, 1, 4-diisocianatobenceno, diisocianato de xileno, isocianato de fenilo, diisocianato de isoforona, 1,6-diisocianatohexano y 4 , 4 ' -diisocianatodiciclo-hexilmetano.
37. Aparato de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado en que también comprende un dispositivo de limpieza que consiste de un carro desplazable que se proporciona con dientes.
38. Aparato de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado en que la parte del cuerpo del subensamble de boquillas ha sido modificada en una forma curvada.
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