MXPA06003983A - Reactor tipo torre y uso del mismo para la produccion continua de poliester de alto peso molecular - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un reactor tipo torre y al uso del mismo para producir poliésteres de alto peso molecular tales como por ejemplo, tereftalato de polietileno (PET), tereftalato de polibutileno (PBT), tereftalato de polinaftaleno (PEN), tereftalato de politrimetileno (PTT) y/o poliésteres de otros dioles oácidos dicarboxílicos que incluyen copolímeros de los mismos. Por consiguiente, se refiere a un reactor tipo torre de una sola etapa.

Description

REACTOR TIPO TORRE Y USO DEL MISMO PARA LA PRODUCCIÓN CONTINÚA DE POLIÉSTER DE ALTO PESO MOLECULAR Campo de la Invención La invención se refiere a un reactor tipo torre y al uso del mismo para producir poliésteres de alto peso molecular, tales como por ejemplo, tereftalato de polietileno (PET), tereftalato de polibutileno (PBT) , tereftalato de polinaftaleno (PEN) , tereftalato de politrimetileno (PTT) y/o poliésteres de otros dioles y ácidos dicarboxílicos que incluyen copolímeros de los mismos. Por consiguiente, se refiere a un reactor tipo torre de una sola fase. Antecedentes de la Invención Los métodos para la producción continua de poliésteres se conocen a partir del estado del arte, en el cual se usan sistemas reactores de múltiples etapas que comprenden de tres a cinco distintos recipientes de reacción que se conectan entre sí. En el caso de estos métodos, la formación del poliéster se implementa en una pluralidad de fases de reacción que se configuran generalmente en tanques de agitación, cuyas etapas proceden espacialmente entre sí de manera individual: esterificación, transesterificación, precondensación, policondensación y poliesterificación. Las condiciones de la reacción para la esterificación son por lo tanto, a temperaturas de entre 200 y 280°C y presiones entre Ref.:171763 O y 4 bar, mientras que las condiciones para la transesterificación se realizan normalmente a presiones atmosféricas y también a temperaturas de entre 150 y 240°C, dependiendo de la sustancia inicial, en especial de los dioles. Es deseable, temperaturas y presiones bajas en los métodos para evitar reacciones secundarias no deseadas. Descripción Detallada de la Invención Por tanto, se conoce un método para la producción continúa de tereftalato de polibutileno de alto peso molecular en DE 44 551 Al, dicho método se implementa a presión atmosférica. Es importante que todos los métodos conocidos del. estado del arte cumplan las siguientes condiciones: I) la configuración y control de los dispositivos sean adecuados para evitar reacciones secundarias indeseables . II) la remoción de los subproductos tales como por ejemplo, el agua, metano, THF y acetaldehído sea lo más rápido posible, de manera que el equilibrio de la reacción se . mueva hacia el lado de los productos y en consecuencia, la reacción principal actúe con anterioridad. , - III) el tratamiento sea moderado, es decir, tiempo de permanencia corto con una temperatura de reacción -mínima.- IV) la reducción de la presión . sea coordinada óptimamente o la temperatura respectiva se incremente para obtener el mayor avance posible en la esterif icación/transesterif icación y también, en la pol icondensación/pol ies terif icación . V) la formación de la superficie sea alta para mejorar la cinética de la reacción. Estos objetivos pueden cumplirse solo insatisf actoriamente mediante una pluralidad de tanques de agitación conectados sucesivamente, que se usan normalmente de acuerdo con el estado del arte para estos propósitos . Consjscuentemente, por ejemplo, la -calidad del producto o la cantidad de subproductos no deseados, así como el rendimiento pueden verse afectados de manera negativa como resultado de una suma de desventajas adicionales tales como ,el consumo de energía, requerimientos de mantenimiento y costos de inversión, que perjudiquen ampliamente la eficiencia económica del método. Además, un método para la producción de poliéster de alto peso molecular y un dispositivo para implementar este método se conoce de DE 101 55 419, en donde las zonas de reacción individuales se integran en un solo recipiente de reacción. Partiendo de est.as desventajas en el estado del arte, el objetivo de la presente invención fue proporcionar un reactor cuyas fases de reacción individuales pudieran ser implementadas haciendo posible que el avance de la reacción fuera más rápido y con una producción moderada de los productos de la reacción en relación al estado del arte . Este objetivo se logra mediante el reactor tipo torre genérico con las características distintivas de la reivindicación 1 y también el uso de las mismas con las características de la reivindicación 31. Las reivindicaciones dependientes adicionales revelan desarrollos ventajosos. De' acuerdo a la invención, se proporciona un reactor tipo torre para la producción continua de poliéster de alto peso molecular; qué tiene zonas de reacción para la esterificación y/o transesterificación simultánea y también para la precondensación. Las zonas de reacción individual se combinan así, en un reactor tipo torre que pueden conectarse al menos a un reactor de policondensación en la fase sólida y/o líquida. Por consiguiente, el reactor tipo torre se construye de la siguiente manera: en el tercio superior, el reactor tipo torre se configura en la forma de un hidrociclón con un intercambiador de calor anexado y una línea de suministro de la pasta, la suspensión- y/o la mezcla del material crudo líquido. Por consiguiente," la región inferior del h'idrociclón del reactor tipo torre se configura en la forma de una cascada de flujo descendiente. Esta cascada se conecta vía una tubería de admisión adecuada en la parte inferior del reactor tipo torre que se configura en la forma de una zona de película descendente de una sola fase o múltiples con una reducción en presión preliminar. Este tipo de construcción confiere varias entajajs. _ Así , la_ descarga del producto desde la entrada del - reactor tipo torre completo puede garantizarse por medio del flujo gravimétrico sin- el uso de una bomba. Además, las líneas de presión externas prolongadas para la conducción del monómero en el reactor son superfluas. Las ventajas adicionales se refieren al hecho de que el calentamiento se distribuye a la cubierta superior del reactor contribuyendo a un ahorro * en los costos correspondientes y también a que los vapores de la reacción puedan • usarse parcialmente para el calentamiento del producto de la reacción en el hidrociclón. Asimismo, una - pendiente dé presión uniforme predomina a través del reactor completo. -Esto conduce al hecho de que el espesor del material de la pared puede reducirse. Preferiblemente, el hidrociclón tiene una pieza de conexión de vapor que se conecta a la parte superior del intercambiador de calor del reactor tipo torre. Como resultado, se hace posible dirigir el producto en una circulación natural o forzada vía el intercambiador de calor del hidrociclón. En una modalidad ventajosa, el intercambiador de calor cuenta con una chimenea de gas individual que se encuentra en la parte superior del ciclón. Preferiblemente, la cascada tiene al menos dos, particularmente se prefieren- cuatro -charolas de reacción. Así, un montaje de agitación puede integrarse en al menos una región de cascada para auxiliar el ingreso del diol o los aditivos. Alternativament , los aditivos pueden también añadirse a una tubería de descarga de producto de la penúltima charola vía una lanza de inyección, de manera que se asegure la distribución óptima de la misma en el material del producto. La tubería de presión se configura preferiblemente como una tubería de chaqueta de pared doble que continua en el interior de la primera charola superior como un serpentín de calentamiento. Así, la tubería de presión puede ser equipada con un bomba de alimentación en volumen y elementos de mezclado estáticos o una bomba de mezclado. Preferiblemente, el hidrociclón tiene una entrada para gas en su región cónica. En una modalidad ventajosa, una de las charolas superiores en la región de vapor también tiene una entrada de gas inerte. Los gases de la reacción y/o gases externos se dirigen preferiblemente desde la zona de reacción hasta la zona de reacción a través de la reacción líquida en flujo paralelo por medio de __ líneas de suministro hundidas, de manera que • se produzca una- pendiente en la presión entre las charolas. También, el material de la reacción se suministra centralmente por medio de una tubería hundida en la siguiente charola respectiva. Preferiblemente , la zona de reducción de presión preliminar para la zona de película descendente tiene también la forma de un hidrociclón que soporta un efecto de destello que asegura la separación adecuada de las fases líquida/gaseosa y también una graduación adicional en la fase de presión. El suministro del producto desde la zona, de reducción de presión preliminar hasta ' la zona de .. película descendente se efectúa mediante la configuración adecuada de descarga en la región externa concéntrica de las zonas de película descendentes y el producto que se distribuye uniformemente en los canales vía el campo de la tubería. Se prefiere también, que la zona de película descendente tenga al menos un campo de tubería. Así, se asigna un cilindro de entrada a cada tubo del campo de la tubería, el cual asegura un humedecimiento uniforme en el interior de la tubería, ésta última se equipa con ranuras no axiales traslapadas en _la^ circunferencia, se produce un nivel de relleno constante— que- - se -localiza -arriba -de la serie de tubos debido a la pérdida de presión en las ranuras que tienen un derrame máximo con una corona o complemento dentado, las ranuras se configuran tal que las diferencias en viscosidad provoquen solo cambios despreciables en el nivel de relleno, - es decir, un cambio proporcional en el nivel de relleno para el rendimiento del líquido. Se prefiere también que la longitud de la tubería de película descendente se dimensione tal que se realice un humedecimiento total. Preferiblemente , el diámetro de la tubería de película descendente se elige para que sea mayor que las burbujas de vapor más grandes que presentan en la reacción. Así, los vapores de la reacción se dirigen en flujo paralelo con el producto que fluye descendentement . El campo de tubería de película descendente puede usarse preferiblemente también para la transíerencia de calor. Preferiblemente , el reactor tipo torre completa-está equipado con una chaqueta de calentamiento con un medio de calentamiento orgánico en forma de vapor. Preferiblemente, el reactor tipo torre tiene una válvula. de base en la placa, configurada con una placa especial— como línea de suministro-. - La - línea de suministro de la mezcla cruda está dispuesta centralmente en la base esférica debajo del intercambiador de calor. Esto confiere una ventaja a la válvula de base en la placa que provoca un efecto' de impacto en la placa que hace posible la distribución turbulenta uniforme de la mezcla cruda con la mezcla de la reacción. Pref riblemente, el reactor tipo torre tiene elementos de mezclado estáticos para mejorar el mezclado de la mezcla cruda en la mezcla de la reacción. Debido al relleno parcial o completo de las tuberías intercambiadoras de calor, se mejora el mezclado de la mezcla cruda en la mezcla de la reacción. Como resultado, la reacción puede acelerarse debido al cambio de material superior y debido a que se protege el intercambio de calor mejorado (temperatura de la pared inferior) del producto de la reacción. La mezcla cruda que ingresa en la parte inferior del intercambiador de calor que se sitúa externamente, éxperimenta un mezclado intensivo en la mezcla de la reacción líquida. La proporción de la mezcla de reacción circulante para introducir la mezcla de la reacción se encuentra en el rango- de 100:1 hasta 300-.-1-, -de -manera - que -se asegure bien un mezclado satisfactorio en la dilución cuando se inicie con una mezcla al 100%. Preferiblemente, en particular, se usa un elemento de' mezclado estático tridimensional que produce una multiplicidad de flujos transversales diagonales a través de un flujo axial simultáneo antes de que la mezcla de la reacción ingrese al intercambiador de calor. Así, pueden excluirse problemas tales como la formación de hebras . de la mezcla cruda en la mezcla de la reacción, de manera que se inicie una reacción no homogénea en el intercambiador de calor, que interferiría . con la circulación natural. De esta forma, también puede evitarse la sedimentación de un componente de material crudo, que puede conducir a . una interferencia del proceso en el transcurso del tiempo. Estos problemas de mezclado mecánico pueden eliminarse por medio de elementos de agitación comercial o bombas de mezclado, estos, sin embargo, tienen la desventaja de que un elemento adicional que requiere mantenimiento y energía eléctrica es un componente del reactor y reduce la eficiencia económica del proceso. En ésta conexión, el uso de un elemento^ de _rnej2clado_ estático tridimensional tiene una ventaja- particularmente mejorada. Con esta última, puede efectuarse una distribución radial de la mezcla de reacción y la mezcla cruda con un movimiento ascendente axial simultáneo, es decir, un mezclado intensivo de los componentes y se efectué una reacción uniforme. En una modalidad particularmente preferida, el elemento de mezclado estático tridimensional comprende un montaje transversal, secciones de hojas metálicas perforadas, la inclinación es relativa a los ejes que se ajustan, tal que la pérdida de presión por impacto es solo un poco mm s/m. La proporción de la altura axial para el diámetro del intercambiador de calor se encuentra preferiblemente entre 0.2:1 hasta 0.5:1. Esta relación es importante para interferir tan pequeña como sea posible, con la circulación natural. Para el mezclado, pueden usarse también tipos definidos de cuerpos de relleno. Sin' embargo, éstos aseguran frecuentemente solo el mezclado axial local limitado. Una variante adicional de mezclado se produce por medio de un empaquetamiento de capa plegada, como se usa frecuentemente en las columnas- de destilación. También, pueden obtenerse buenos resultados con respecto al flujo diagonal y transversal, el flujo de fuga o derrame axial y también la pérdida de la presión baja. Preferiblemente, el intercambiador de- -calor tiene dos regiones, una cámara del producto y una cámara de calentamiento, también un dispositivo de separación para la separación horizontal de estas dos regiones, la altura del dispositivo de separación es al menos ID (D = diámetro de los tubos intercambiadores de calor) y las regiones separadas del intercambiador de calor que tienen una compensación de giro de 0 a ID. Preferiblemente, las regiones de intercambiador de calor individuales tienen una división de tubería diferénte. En un desarrollo ventajoso, las cámaras de vapor tienen revestimientos que reducen la adhesión. Para este propósito, pueden usarse por ejemplo, químicos orgánicos e inorgánicos que reducen la adhesión como revestimientos en el proceso de película delgada (hasta 10 µm) en una temperatura de aplicación alta de hasta 350 °C. Con el tratamiento de la superficie, puede obtenerse una reducción en la susceptibilidad de ensuciar los materiales de la reacción del polímero. En una modalidad ventajosa adicional, todas las superficies de intercambio de calor están equipadas en las zonas individuales para transportar calor fluido a temperatura notable en el proceso y una distribución de la cantidad de calor. Con el reactor de acuerdo a la invención, puede implementarse un método para la producción continua de poliésteres de alto peso molecular, basado en la esterificación de ácidos dicarboxílicos y/o transesterificación de esteres de ácido dicarboxílico con dioles en presencia de catalizadores con una formación simultánea de un prepolímero y la policondensación de los mismos en los poliésteres de alto peso molecular. Las siguientes etapas caracterizan así, el curso del método: al) se produce una pasta y/o suspensión de los ácidos dicarboxílicos y del diol, se mantiene una relación molar del diol para el ácido dicarboxílico de 0.8 a 1.8. Al mismo tiempo, la temperatura se mantiene entre 20 y 90°C y la presión de entre 0.1 y 1 bar. a2) Alternativamente a al) un éster de • ácido dicarboxílico puede fusionarse y mezclarse con el diol en una relación molar de diol a éster de ácido dicarboxílico de 1.2 a 1.8 a una temperatura de 145 a 165°C. b) Los productos de al) y/o a2) se suministran continuamente a un reactor tipo torre. En el reactor tipo torre, la esterificación o transesterificación respectivas se efectúan entonces continuamente, simultáneamente y sin interrupción hasta la precondensación, se mantienen las condiciones de la siguiente reacción: bl) Los productos de al) y/o. a2) se someten al tratamiento -de -una-temperatura de 170 hasta 27-0°C y- presiones de 0.3 a 3 bar. Al mismo tiempo, se suministra una cantidad parcial del catalizador y/o catalizadores, mientras se eliminan los vapores de la reacción in situ de la mezcla de la reacción. b2) El producto obtenido - de bl) se transfiere continuamente en . una extensión del tubo y la presión se mantiene así, entre 1. y 10 bar, la temperatura entre 200 y 280°C. En esta etapa de la reacción, se suministra al mismo tiempo de 0.03 a 0.3 moles de diol. b3) El producto, de b2) . se transfiere continuamente en una tercera zona, se mantiene una presión reducida de 0.1 a 2 bar y una temperatura de entre 230 y 280°C. Se suministran de 0.02 a 0.2 moles de diol y una cantidad parcial del catalizador y/o catalizadores en la tercera etapa. b4) el producto de b3) se somete a una reacción adiiconal, la presión se mantiene entre 0.1 y 0.1 bar, y la temperatura entre 240 a 280°C. b5) El agua producto de la reacción de la esterificación o metanol respectivo de la transesterificación, . los subproductos y también el exceso en diol de las etapas bl) y b3) a b5) se remueve y el diol se suminista nuevamente a las etapas del proceso individual después de la limpieza. cl) El prepolímero obtenido de b4) se procesa además en un aparato de policondensación normal a temperaturas de entre 240— -y-—2-90-°C - y —a presiones entre—0.0002 a 0.003 bar continuamente en el polímero. c2) Alternativamente a cl) es posible también solidificar el prepolímero obtenido, para procesarlos en peletizados y someterlo a una condensación posterior en una fase sólida a .temperaturas de entre 160 y 230°C bajo gas inerte. El nuevo método permite el avance ininterrumpido paralelo de la transesterificación/esterificación y también de la precondensación de ésteres y ácidos dicarboxílicos de los mismos con dioles en un solo reactor tipo torre. Como resultado, la integración tecnológica del proceso y mecánica de una pluralidad de las etapas del proceso se hace posible en la primera vez para la síntesis del poliéster.

- Preferiblemente, los subproductos gaseosos producidos' en la etapa bl) y el exceso en diol se separan por medio de un hidrociclón en "statu nascendi" . Existe una gran importancia en la separación rápida de gases de reacción que ebullen fácilmente con respecto a minimizar la formación de los subproductos mediante la auto catálisis acida. El contenido de los subproductos en el material de la reacción se determina en base a las presiones parciales de estos productos, mediante la presión de la reacción aplicada y los niveles del producto estático presentes: la presión total más alta, la formación más _ alta de los subproductos. Por lo tanto, la configuración- del-hidrociclón con el intercambiador de calor situado externamente es decisiva para un tiempo de permanencia corto de los subproductos en el material de la reacción, debido a la circulación termosifón resultante, en el caso del nivel del producto estático que se incrementa y debido a que se asegura una desgasificación inmediata efectiva en el hidrociclón y en el intercambiador de calor. Durante la implementación de una esterificación, se mantiene preferiblemente a una temperatura entre 200 y 270°C y una presión entre 0.3 y 3 bar en l etapa bl) . Si en contraste, se implementa una transesterificación, entonces en la etapa bl) se implementa una temperatura entre 170 y 200°C y una presión de entre 0.3 a 1 bar. En la etapa b2) , durante la implementación de una esterificación, la presión se mantiene preferiblemente entre 2 y 6 bar,, el tiempo de permanencia son entre 1 y 5 minutos y la temperatura preferiblemente. entre 220 y 280°C. y particularmente preferibles entre 230 a 250°C. Si en contraste, se implementa una transesterificación, la presión en la etapa b2) se mantiene preferiblemente en' el rango de entre 2 y 5 bar, el tiempo de permanencia es de entre 1 y 4 minutos, y la temperatura en el rango de entre 200 y ,240°C, particularmente preferiblemente entre 210 y 230 °C. En un desarrollo ventajoso del método, en la etapa b3) , el producto de la reacción .se^suministra continuamente de la etapa b2) que se dirige sobre una cascada -de flujo en descenso, una presión que se encuentra entre 20 a 60 mbar y una temperatura que se incrementa de 5 a 20°C siendo fija para cada charola. Durante la esterificación, se produce una precondensación de 5 a 20 unidades de repetición con una conversión entre 97 y 99.5%. Sin embargo, durante la transesterificación, la conversión se encuentra entre 98.5 y 99.8%. Preferiblemente, además del gas en el proceso normal, un gas inerte seco y/o gas del procesp de supercalentamiento se dirige al menos a la primera charola que está debajo de las superficies del material de reacción. Como resultado, la separación de los subproductos se asiste mediante un "efecto de arrastre o entrampamiento" , es decir, la saturación de los gases. Al mismo tiempo, se favorece el intermezclado interno del material de la reacción. El tiempo de permanencia en las charolas individuales se encuentra preferiblemente en el rango de entre 5 y 15 minutos . . En un desarrollo ventajoso adicional del método-, el suministro del producto se efectúa centralmente en las charolas. Así, el producto descarga al lado externo de las charolas distribuidas uniformemente sobre la pared externa, que sirve para la desgasificación acelerada,' y posteriormente, se dirige^ _al _ mismo _tiempo nuevamente al centro . - - La etapa b4) se configura como una zona de película descendente con una reducción de la presión preliminar y se - implementa preferiblemente a una temperatura de entre 245 y 270°C y un tiempo d permanencia de entre '4 y 30 minutos, y también a una presión de entre 0.01 y 0.05 bar. Se produce así, un precondensado de 10 a 40 unidades repetidas con una conversión del 99.8%. El producto de la reacción se dirige al mismo tiempo después de abandonar una o más zonas de la película descendente, preferiblemente a través de un cono caliente, emprendiendose una separación gas-líquida 'én'' su región central por medio de dispositivos .modificadores .. Preferiblemente, el 1,4-butanodiol, etanodiol o propanodiol se usan como diolés. El método es adecuado-también para el ' dimetanol de ciciohexano. El ácido tereftálicó se usa preferiblemente como ácido dicarboxílico. Durante ' la transesterificación, pref riblemente el tereftalato de dimetilo (DMT) se usa como un éster del ácido dicarboxílico. Se usan preferiblemente como catalizadores conocidos metales tales como el estañó, antimonio, germanio, manganeso, calcio y/o titanio, etc., en particular como compuesto orgánicos de los mismos. Los catalizadores también pueden adaptarse en una sustancia de transporte porosa para desarrollar ion efecto específico. El objeto-de acuerdo a la invención se pretende explicar con más detalle haciendo referencia a las siguientes figuras y ejemplos, sin restringirse a las modalidades. La figura 1 muestra una primer variante de un reactor tipo torre de acuerdo a la invención. La figura 2 muestra una variante secundaria de un reactor tipo torre de acuerdo a la invención. La figura 3 muestra una charola de reacción con un freno 13 de espuma y separación de vapor/líquido. La figura 4 muestra varias modalidades de las tuberías del campo de la tubería, La figura- 5 muestra varias modalidades de las tuberías de entrada cilindrica. La figura 6 muestra una modalidad de la descarga de la zona secundaria de reacción de la película, y La figura 7 muestra una modalidad de la base de la tubería en forma de una tapa. La figura 1 muestra la estructura esquemática de un reactor tipo torre. Una suspensión del ácido carboxílico con el diol o el éster del ácido dicarboxílico fundido y el diol se inyectan bajo presión en el material de la reacción en la región inferior de un intercambiador de calor 5 suspendido en el reactor tipo torre, siendo el resultado, un intermezclado óptimo con el producto de la reacción en ebullición localizado en al parte inferior debido a la configuración adecuada de la pieza 3 de conexión para la inyección.

También, puede alimentarse allí, un catalizador que -es ventajoso para algunas reacciones del poliéster. El intercambiador de calor asegura el calentamiento-de la mezcla para la temperatura de ebullición de la reacción. La ebullición en la mezcla de la reacción pasa vía una tubería de conexión corta que descarga tangencialmente a un hidrociclón 2- para una reacción adicional . Para la descarga del gas de reacción rápida del material de reacción, la parte principal de estos gases se dirige vía un tubo separado, una chimenea para vapor 6 , fuera del intercambiador de calor en la cámara de gas del ciclón. Una desgasificación adicional tiene lugar al continuar la reacción en el hidrociclón 2. El producto reaccionado pasa vía una tubería de conexión corta al pie del ciclón posterior en el intercambiador de calor 5 de manera que se produzca una circulación natural . El gas de la reacción completa se separa antes del material de la reacción en la cámara de vapor del hidrociclón 2. En el caso de productos particularmente sensibles en la producción de PBT tales como por ejemplo, tetrahidrofurano indeseado (THF) se produce mediante la ciclización de butanodiol . La formación se incrementa mediante la presencia de agua que se produce por ejemplo, durante la _._ esterificación. Ventajosamente, puede ser introducido en este caso,— un- proeeso -de— supercalentamiento— o —a-rr-a-st-re de gas insaturado precalentado en la región inferior del ciclón, propiciando que se acelere la eliminación de, en particular agua, metanol, acetaldehído o tetrahidrofurano del material de la reacción. El reactor tiene una tubería de presión para el producto, en la que el diol se mezcla íntimamente con el material de la reacción vía elementos de mezclado estáticos. De acuerdo al producto, puede establecerse una presión de hasta 10 bar vía una válvula que mantiene la presión... Alternativamente, el intermezclado y la presión pueden producirse mediante una bomba de mezclado especial. Introduciendo el -diol bajo presión,, se inicia una conversión espontánea con los grupos carboxilo o metoxi, que procede. en el rango de tiempo de 1 a 5 minutos y termina después de la reducción de la presión a presión atmosférica o sub atmosférica. El tiempo de la reacción se ajusta para que una parte de la tubería de presión este dispuesta en la forma de un serpentín de calentamiento en la charola de la reacción más elevada del reactor tipo torre. La chaqueta de pared doble asegura que el material de la reacción, enfriado por medio de la reducción de presión se traiga nuevamente a la temperatura de reacción. El material de la reacción a presión reducida se conduce ahora a través de una cascada de flujo descendente 7 que — comprende al menos .-2, preferiblement 4 a 5 charolas de reacción fijas con serpentines de calentamiento, en donde el producto fluye centralmente y se sumerge bajo la superficie. En contraste, el gas de la reacción se conduce por separado fuera de la charola situada respectivamente arriba también por medio de tuberías hundidas a través del material de la reacción. Allí, se produce una presión diferencial que actúa preferiblemente como una reducción de presión desde la charola superior hasta la charola inferior. El producto desde la charola secundaria hasta la número "x" corre . respectivamente en la pared externa, que actúa como • • una . cara de evaporación adicional para cada charola en ' un colector con forma cónica, la . descarga se localiza centralmente en • el sitio más profundo del cono. En el colector, se localizan también ' tuberías hundidas que introducen el gas de la reacción en la. siguiente charola. Las charolas se diseñan preferiblemente para un tiempo de permanencia de 5 a 10 minutos, para obtener el avance de la reacción deseada. Para controlar la temperatura de la reacción, preferiblemente un incremento moderado de 2 a 10°C por charola, cada charola se equipa con serpentines de calentamiento . El arreglo resultante propicia que el gas de la reacción se dirija en flujo paralelo con la circulación del producto, el gas burbujee a través,, del material de la reacción, que por una parte,- -asegura- -el —intermezelado- óptimo,—y que -por otra, no logra su saturación limite debido a la disminución de presión con un incremento ' d temperatura .simultaneo y consecuentemente, que continué absorbiendo el gas de la reacción formado recientemente (efecto de arrastre) . U? efecto importante adicional de la cascada de flujo descendente descrito es que los oligómeros del producto de cadenas cortas de baja ebullición que se encuentran presentes inicialmente, se dirijan después al material de la reacción con el gas de la reacción y tomen parte en la reacción. Debido a la introducción del gas en el material de la reacción mediante la formación de una superficie adicional y el contacto con el diol gaseoso, la formación de burbujas promueve adicionalmente la velocidad de la reacción.

Esto no es posible por ejemplo, en el caso de' las cascadas agitadas que dan como resultado que el rendimiento se reduzca y se provoquen interferencias en los condensadores subsecuentes y en los dispositivos de vacío. 5 En la medida que se requiera mezclar dioles o aditivos adicionales, puede disponerse de un agitador 10 espaciado diagonalmente en la última charola, que ayuda al intermezclado de las burbujas de vapor. El material de la reacción se trae subsecuentemente por medio de una línea de suministro adecuado para la reducción de la presión renp ada en un arreglo configurado similar a un hidrociclón, cuyo arreglo está equipado como las charolas previas con serpentines de calentamiento para el control de la temperatura. La separación del gas/líquido se efectúa en .. la superficie, que se asegura mediante deflectores adecuados que descargan el material de la reacción uniformemente sobre el extremo externo dentado de la charola, sin afectar la formación de burbujas de gas en la reacción. El material de la reacción que se descarga en la periferia se recoge en una base de tubería, -también en la periferia-de la misma-, y se distribuye en la base uniformemente con ayuda de los llamados . "canales" . La base de tubería es parte de un paquete 9 de tuberías rectas que sirven simultáneamente para la formación de una película en las caras de la tubería interna y para el intercambio de calor. Un cilindro' 11 de entrada se asigna para cada tubo en • el • paquete (cf. Figura 5) .- Dicho cilindro de entrada se configura con una serie de ranuras traslapadas no axiales con una geometría particularmente alineada en su periferia. La geometría se establece tal que - se mantiene un nivel mínimo para todas las tuberías, para una distribución uniforme de los líquidos; - se presentan solo pequeñas diferencias de niveles pequeños para un espectro de viscosidad específico, - hay cambios en el rendimiento que propician un cambio proporcional. en__e nivel y .la_ cara, interna.de la tubería- para que se humedezca uniformemente- sobre la longitud del tubo completo, - el extremo superior del cilindro 11 de entrada sirve como un derrame de emergencia y está equipado con corona dentada. El diámetro de la tubería se elige tal que sea lo más grande posible para que se presente un burbujeo de gas en la reacción. El vapor de la reacción se dirige en el flujo paralelo con la película del producto que corre descendentemente . La relación entre la longitud de la tubería y el diámetro de la misma debe ser de entre 10 y 25, y la superficie de la tubería de película descendente debe -adaptarse a la humectabilidad del producto.' El • producto emerge como una película y/o hebras en la parte inferior de la tubería de película descendente y se dirige al mismo tiempo por medio de las hojas del colector cónico, que permiten al flujo gaseoso atravesar y suministrar a la segunda zona de la reacción de película descendente en la periferia. Lo último es un principio configurado idénticamente a la primera zona pero que toma en cuenta las viscosidades incrementadas por medio de mediciones correspondientes en los cilindros 11 de entrada, la distribución de las tuberías y la longitud del módulo. En la parte inferior del módulo, se localiza un dispositivo _ ue dirige la fusión al mismo tiempo, que contiene-en su-centro, -un tubo—central para-guiar a los gases de la reacción y al producto. El producto que se descarga del dispositivo, preferiblemente en la pared, se separa del flujo gaseoso mediante un dispositivo 12 de modificación (cf. Fig. 16) en el cual el flujo gaseoso se flexiona y se descarga en la cámara de gas del colector de prepolímeros integrados. El prepolímero recolectado se remueve del colector en la base del reactor después de reposar y de una reacción secundaria de 5 a 10 minutos, que puede someterse a un tratamiento adicional, por ejemplo, una post-condensación en la fase sólida subsecuente o una post-condensación en la fase de fusión. Para los productos específieos, se facilita la posibilidad de dirigir enseguida un flujo parcial del prepolímero en el módulo de la película descendente inferior y de mezclarlo con el preproducto del módulo de película descendente superior de tal suerte que el tiempo de reacción pueda incrementarse ventajosamente de una forma simple. El revestimiento exterior del reactor está equipado con una chaqueta de calentamiento que se proporciona preferiblemente con un vapor que transporta calor sintético como un aislamiento activo para el calentamiento. El perfil de la temperatura requerido para la reacción se produce esencialmente con un aceite que transporta calor líquido en las zonas por medio de caras de calentamiento internas . Los gases de la reacción de las distintas zonas se descargan a través de dispositivos normales tales como condensadores, columnas y sistemas de vacío, el diol con proporciones pequeñas de oligómeros se dirige de vuelta esencialmente en el proceso. La figura 2 muestra una variante adicional del reactor tipo torre que tiene elementos esenciales como los de la figura 1. Sin embargo, en esta variante del reactor tipo torre, una bomba de mezclado especial se usa en lugar de. la válvula que mantiene la presión y los elementos de mezclado estático; También en esta variante, se concede el uso de un agitador espaciado diagonalmente para mezclar aditivos y • dioles adicionales .

La figura 3 muestra una modalidad de la charola de .la reacción con frenos de espuma y un separador vapor-líquido. Las charolas de la reacción representadas aquí tienen un freno 13 de espuma y también un derrame 14 dentado ajustable. El líquido se dirige a través de los -gases de la reacción que se descargan vía la descarga del líquido central (tubo hundido) 15, que sirve para producir una presión diferencial. Simultáneamente, la charola del reactor tiene una abertura .16 de drenaje que se cierra que comprende un orificio perforado con un mecanizado cónico en el cual se introduce un cierre cónico dotado con un elemento de sellado resistente a la temperatura... El accionamiento se efectúa desde el lado externo con ayuda de una barra 17 de sellado a vacío de dos pliegues. Además, las charolas de .reacción tienen tubos 18 de calentamiento. AH La relación ?/Z es preferiblemente entre 2 y 10, la velocidad W de los líquidos se encuentra entre 1 y 5 m/s y Wl entre 0.05 y 0.3 m/s. La figura 4 muestra la distribución de la fusión en las bases de distribución de la periferia con ayuda de los gases 19 en el campo 20 de tubería, que asegura . una desviación en la distribución de al menos el 30%, • es decir, la diferencia de rendimiento entre las dos tuberías con un espacio máximo no mayor que 30%. Para la formación de los canales, se representan tres variantes de diferentes modalidades.

La figura 5 muestra las diferentes modalidades de las tuberías 11 de entrada cilindrica para las tuberías que producen la película, para obtener una descarga de película óptima. Los ángulos dentados del derrame pueden por consiguiente, ser de entre 45 y 90° y la altura del dentado entre 5 y 20 mm. La relación del espaciamiento entre las perforaciones al diámetro d de una perforación F=— se encuentra entre 1.5 y 2.5. De acuerdo al curso de la reacción química y los valores físicos resultantes, la geometría del hueco/orificio se determina mediante una ecuación diferenci l adecuada, una altura de nivel mínimo que se requiere para que se mantenga una distribución óptima. La figura 6 muestra una modalidad de la descarga de la segunda zona de reacción de película en la forma de un dispositivo modificador 21. El producto de esta zona ya tiene una viscosidad de fusión que tiene propiedades para formar fibras y películas. La descarga de tal fusión a partir de una tubería puede adoptar ya la forma de una manguera elástica. En el caso del paso de un gas, como en este caso, la reacción del gas, existe el peligro de que la manguera de la película se rasgue desunidamente y sus partes planas permitan el paso del flujo del gas dentro de los sistemas de vacío y condensación conectados subsecuentemente. Esto conduciría a pérdidas e interferencias operacionales insatisfactorias. De acuerdo a la .invención, este problema se resolvió empaquetando el flujo del polímero, que solo descarga en las hebras a través de la tubería, con una liberación simultánea de las caras del paso del gas con ayuda del dispositivo modificador 21. La figura 7 muestra una variante de la modalidad de la base de la tubería en la forma de una tapa. Para ayudar al suministro uniforme de las tuberías periféricas y tuberías subsecuentes en la superficie superior de la tubería central, la base de la tubería puede tener la configuración de una tapa, por medio de la cual se produce una diferencia de altura dirigida al nivel del fluido. Como resultado, las irregularidades en la distribución surgida en parte debido a las diferencias del material y la pérdida de presión del material se eliminan y se obtiene un suministro uniforme en todas las tuberías de la base. Así, el AH corresponde al decremento en el nivel natural para el caso del flujo exterior, es decir, desde la pared 22 del reactor hasta el interior. Ejemplos 1. La pasta, que se controla por temperatura a 20-90°C, se elabora de reactivos PTA y diol o diol y carboxiéster líquido . con una temperatura de 150°C, para él caso de relaciones molares de entre -0.8 y 1.8 se inyectan dentro de na primera cámara, se mezclan intensivamente con el material de la reacción prepolímero/monómero existentes en el intercambiador de calor con el producto recirculado del hidrociclón y al menos un catalizador. 2. La desgasificación se realiza mediante la remoción de 5 subproductos en un orden de magnitud de entre 30 y 90%, preferiblemente 40 y 60% "in situ" mientras se pasa a través del intercambiador de calor gue dirige vapores de la reacción en el hidrociclón vía un canal de "chimenea" (separación gas/líquido) . 10 3. El . material de la .reacción se desgasifica además en un hidrociclón conectado _a.presiones_. ntre 500_a 3000 hPa. — - -4-. La i-nyección- de- un—gas—transportador en la base del hidrociclón para una remoción mejorada adicional de' subproductos . Cualquier medio - inerte o uno de los subproductos gaseosos purificados (supercalentados) pueden usarse como un gas inerte . 5. La transferencia del material de la reacción a través de una tubería bajo presión y adición simultáneamente de partes del diol para el material en cantidades entre 0.03 a 0.5 mol/mol de ácido o respectivamente, dimetiléster, .. preferiblemente entre 0.1 y 0.3 mol/mol de ácido o respectivamente dimetiléster para obtener una reducción inmediata de los grupos carboxilo o un cambio de los grupos finales éster entre 20-80%, preferiblemente 40-60%', de los grupos que terminan en éster o ácidos presentes en el hidrociclón. 6. Transferencia del material de - la reacción en una primera charola para remover los subproductos formados previamente y para calentar el material de la reacción nuevamente por medio de la chaqueta de calentamiento de la tubería bajo presión en el recipiente. 7. El producto se dirige a través de al menos dos o una pluralidad de charolas de vapor-agitación integradas con un tiempo de permanencia de entre 5 y 15 minutos, la temperatura que se incrementa constantemente en etapas de 1 a 20°C y la presión se reduce constantemente por 5 a 50 hPa por charola. El—vapor- producido- al- -continuar—la reacción se encuentra en estado gaseoso no saturado y se introduce abajo de la superficie líquida de la siguiente charola, mientras el flujo de los productos en el siguiente recipiente de una manera líquida impermeable. Los vapores promueven la remoción- de los productos secundarios de la reacción mediante un mezclado intensivo con el producto primario. Además, el gas del proceso o el gas inerte seco pueden ser reconocidos" en la primera charola para mejorar además el avance de la reacción por medio de la saturación de vapor y gas. El avance obtenido se encuentra entre 10 y 40% para las reácciones simultáneas entre los grupos carboxilo e hidroxilo así como los grupos que terminan en ster. - 8. El producto se transfiere sobre un recipiente instantáneo adicional en el cual la presión que es más pequeña de 1/5 a 1/50 que en el último recipiente de agitación-vapor predomina y la temperatura de la reacción se incrementa de 2 a 20°C. Los poliésteres resultantes tienen una longitud de cadena de 5-20, preferiblemente entre 10 y 15 unidades repetidas con una conversión de más de 99.5%. 9. Al permitir al poliéster fluir a través de al menos un campo de tubería de superficie activa alta en la que cada cantidad parcial del producto se somete uniformemente a la temperatura y superficie, a partir de la cual un prepolímero ..resulta que tiene preferiblemente entre 20 y 35 unidades -repetidas y una- conversión de 99 ; 8%^- Los-gases-de la- reacción supercalentados se dirigieron descendentemente en flujo paralelo con las películas del polímero y absorben cada subproducto gaseoso que se presenta recientemente en las películas del polímero. Este arreglo permite la implementación del método con las condiciones anteriores en un periodo de tiempo de entre 5 y 30,. preferiblemente de 8 y 16 minutos. 10. Para equilibrar la distribución molecular, el producto permanece en el sistema de entre 2 y 10 minutos. 11. El polímero se transfiere en , un reactor de policondensación en el que se obtiene un PD de 80-150. Un reactor adecuado se describe por ejemplo en la US 5,779,986 y en EP 0 719 582. 12. Alternativamente, el producto bombeado después de 2 a 10. minutos puede procesarse en un granulado que puede ser tratado además por calor adicional después en el estado sólido para obtener un polímero con un PD de 90-200. • Tanto los polímeros producidos de acuerdo al punto 1-11 y también al punto 1-10 y al punto 12 se adecúan excelentemente a los procesos formadores de fibras como resinas para aplicaciones en frascos, en particular para "agua destilada" y para formar películas y aplicaciones de material plástico industrial . Son distintivos entre otros, debido a un grado de -amarillamient-o - -mejorado- hasta, de 2.5 puntos medidos de acuerdo a CIELAB (valor b*) y en un grado de blancura mejorada hasta de 5 puntos (valor L*) . Estos análisis indican entre otros que, relativos a los polímeros producidos previamente en equipos y con métodos comunes, esto involucra poliésteres de alta pureza. El dispositivo de acuerdo a la presente invención presenta por lo tanto, una relación con el estado del arte, un nuevo concepto que es progresivo en sus características. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (31)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones.

1. Un reactor tipo torre que comprende zonas de reacción para la esterificación y/o transesterificación simultáneas y también una precondensación, las zonas de reacción individuales se conectan entre sí y se combinan en el reactor tipo torre, caracterizado porque al menos un reactor tipo torre se construye como sigue: en el tercio superior, el reactor tipo torre se configura en la forma de un hidrociclón que se une al intercambiador de calor y tiene una línea de suministro para la pasta, suspensión y/o mezcla del material crudo líquido, la región del reactor tipo torre abajo del hidrociclón se configura en la forma de una cascada de flujo descendente, la cascada se forma vía una tubería en conexión con la parte inferior del reactor tipo torre que se configura en la forma de una zona de película descendente de una sola etapa o múltiples con una reducción de presión preliminar.

2. El reactor tipo torre de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el hidrociclón tiene una pieza en conexión con el vapor que se conecta a un intercambiador de calor de manera tal que el producto se 5 dirija a la circulación forzada o natural vía el intercambiador de calor en el hidrociclón.

3. El reactor tipo torre de conformidad con al menos una de las reivindicaciones 1 ó 2 caracterizado porque el intercambiador de calor tiene una chimenea de gas separada 10 que lleva en la parte superior del ciclón. 4_.

El reactor tipo torre de conformidad con al menos una -- — de —las— reivindicaciones 1 a 3, caracterizado—porque la cascada tiene al menos dos charolas, preferiblemente cuatro charolas de reacción. 15

5. El reactor tipo torre de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque un montaje de agitación para aditivos de mezclado se integra en al menos una región de cascada.

6. El reactor tipo torre de conformidad con la 20 reivindicación 4, caracterizado porque la penúltima cascada tiene una tubería de descarga en la cual está dispuesta una lanza de inyección para el suministro de aditivos.

7. El reactor tipo torre de conformidad con al menos una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la 25 tubería de presión se configura como una tubería de chaqueta de pared doble que se continúa en el interior de la primera cascada superior como un serpentín de calentamiento.

8. El reactor tipo torre de conformidad con al menos una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la tubería de presión está equipada con un portador de volumen y elementos de mezclado estático o con una bomba de mezclado.

9. El reactor tipo torre de conformidad con al menos una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el hidrociclón tiene una entrada de gas en la región cónica.

10. El reactor tipo torre de conformidad con al menos una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque . una de las charolas de reacción en la región de vapor tiene una entrada de gas inert .

11. El reactor tipo torre de conformidad con al menos una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque la zona de reducción de presión preliminar para la parte de película- • descendente tiene la forma de un hidrociclón.

12. El reactor tipo torre de conformidad con al menos una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque la zona de reducción de presión preliminar está equipada con al menos una cámara de reducción de presión adicional .

13. El reactor tipo torre de conformidad con al menos una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque al menos una zona de película descendente tiene un campo de tubería.

14. El reactor tipo torre de conformidad con al menos una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque un cilindro d entrada se asigna en cada tubería de los campos de tubería y asegura el humedecimiento uniforme del interior de las tuberías, las últimas • ' -están- equipadas-con ranuras-no axiales traslapadas en la circunferencia, un nivel de llenado constante arriba de la serie de tuberías se produce debido a la pérdida de presión en la ranura, y que tienen un derrame máximo con una corona dentada, las ranuras están configuradas tal que el efecto de diferencia en viscosidad no cambia en el nivel de llenado, pero de hecho, existe un cambio proporcionl en el nivel de llenado para la circulación del líquido.

15. El reactor tipo torre de conformidad con al menos una de las reivindicaciones 13 ó 14, caracterizado porque el campo - de tuberías tiene canales para la distribución de la fusión.

16. El reactor tipo torre de conformidad con al menos una de las reivindicaciones 13 a 15, caracterizado porque las tuberías tienen una superficie de estiramiento. rolada en frío, la superficie de estiramiento "m" de acuerdo con EN ISO 1127 tiene una rugosidad de la superficie Ra = 0.4 a 0.6 o Rt de 4 a 6 µm.

17. El reactor tipo torre de conformidad con al menos una de las reivindicaciones 13 a 16, caracterizado porque la base de la tubería está configurada en la forma de una tapa.

18. El reactor tipo torre de conformidad con al menos una de las reivindicaciones 13 a 17, caracterizado porque la longitud de las tuberías de la zona de película descendente está dimensionada tal que sus superficies internas tienen tal estructura en la que el humedecimiento total se efectúa como una función de la viscosidad del -producto (L:D > 10 = 25).

19. El reactor tipo torre de conformidad con al menos una de las reivindicaciones 13 a 18, caracterizado porque el diámetro de las tuberías de la zona de película descendente se elige para ser más grande que la mayor burbuja de vapor que se presenta de la reacción y se dirige en flujo paralelo con el producto que fluye descendente.

20. El reactor tipo torre de conformidad con al menos una de las reivindicaciones 1 a 19, caracterizado porque el reactor tipo torre tiene líneas de suministro hundidas para los gases de la reacción y/o para el gas externo desde la charola de la reacción hasta la charola de reacción para conducir en flujo paralelo el liquido de la reacción para producir una inclinación de presión entre cada charola.

21. El reactor tipo torre de conformidad con al menos 5 una de las reivindicaciones 1 a 20, caracterizado porque el reactor tipo torre completo está equipado con una chaqueta de calentamiento con un medio de calentamiento orgánico en forma de vapor.

22. El reactor tipo torre de conformidad con al menos 0 una de las reivindicaciones 1 a 21, caracterizado porque todas las superficies de intercambio en las zonas - individuales- - est-án equipadas para los - transportadores de calor líquido para distribuir la cantidad de calor y temperatura pertinentes del proceso. 5

23. El reactor tipo torre de conformidad con al menos una de las reivindicaciones 1 a 22, caracterizado porque el reactor tipo torre tiene una válvula de base en la placa con la formación que dirige al flujo con el suministro de los materiales crudos que se realiza centralmente desde abajo.

24. El reactor tipo torre de conformidad con al menos una de las reivindicaciones 1 a 23, caracterizado porque el intercambiador de calor tiene elementos de mezclado estáticos para mejorar el mezclado de la mezcla cruda en la mezcla de • • la reacción.

25. El reactor tipo torre de conformidad con al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el intercambio de calor tiene un elemento de mezclado estático tridimensional para producir el flujo transversal diagonal a través del flujo axial simultáneo.

26. El reactor tipo torre de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado porque el elemento de mezclado tridimensional estático tiene secciones de hojas metálicas configuradas diagonalmente y transversalmente con un transportador y estructuras de retención en la dirección del flujo.

27. El reactor tipo torre de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado porque las secciones de metal laminado son perforadas, onduladas y/o dobladas, es decir, plegadas.

28. El reactor tipo torre de conformidad con al menos una de las reivindicaciones 1 a 27, caracterizado porque el intercambiador de calor tiene una cámara de calentamiento y una cámara para el producto, también al menos un dispositivo de separación para la separación horizontal de la cámara de calentamiento y cámara del producto, la altura del dispositivo de separación que corresponde al menos al diámetro de las tuberías intercambiadoras de calor y las regiones intercambiadoras de calor separadas tienen una compensación girada que corresponde a la mayoría de los diámetros de las tuberías intercambiadoras de calor.

29. El reactor tipo torre de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque las- regiones intercambiadoras de calor separadas individualmente tienen una división de tubería dif rente.

30. El reactor tipo torre de conformidad con al menos una de las reivindicaciones 1 a 29, caracterizado porque las cámaras de vapor se revisten de una manera que reduce la adhesión.

31. El uso de un dispositivo de conformidad con al menos una de las reivindicaciones 1 a 30 para la producción continua de_ poliésteres de _alto peso molecular mediante la - ester-i i-cación-de- ácidos—diearboxílieos y/o—transferlficación de ésteres de ácido dicarboxílico con dioles en presencia de catalizadores con la formación de un prepolímero y policondensación del mismo para formar un poliéster de alto peso molecular. -