MX2008012883A

MX2008012883A - Proceso continuo para realizar una reaccion quimica en la que una fase gaseosa se añade a una corriente de carga que comprende una o mas fases solidas que se han disuelto o dispersado en agua.

Info

Publication number: MX2008012883A
Application number: MX2008012883A
Authority: MX
Inventors: Wolfgang Fischer; Rainer Bardon; Chris Dearmitt
Original assignee: Basf Se
Priority date: 2006-04-11
Filing date: 2007-04-03
Publication date: 2008-10-13
Also published as: KR20090006185A; EP2007510A1; US20090323458A1; WO2007118788A1

Abstract

Se propone un proceso continuo para realizar una reacción química en la que se añade una fase gaseosa a una corriente de carga que comprende una o más fases sólidas que se han disuelto o dispersado en agua, que se caracteriza en que: - se usa un aparato de rotor/estator, que tiene un rotor (1) y un estator (2) que,, con sus superficies orientadas una a la otra, forman una zona (3) cortante que está contigua a la zona (4) de mezclado que tiene un orificio (7) que conduce al exterior, una alimentación estando conectada corriente arriba de la zona (3) cortante y una salida que está conectada corriente debajo de la zona (4) de mezclado, - la corriente de carga comprendiendo una o más fases sólidas disueltas o dispersas en agua se añade al aparato de rotor/estator a través de la alimentación (5) hacia la zona (3) cortante, - en la zona (3) cortante, se forma una presión elevada de cuando menos 1 bar, - la fase gaseosa se introduce hacia la zona (4) de mezclado a través de un orificio externo y se mezcla hacia la coriLente de carga bajo la presión elevada de cuando menos 1 bar formada en la zona (3) cortante o con un aumento de presión adicional para obtener una mezcla de reacción, la mezcla siendo alimentada a través de la salida (6) a una zona de retención en la que ocurre la reacción y corriente abajo de la cual está conectada una válvula de regulación de presión, por medio de la cual se regula la presión en la zona (4) de mezclado.

Description

PROCESO CONTINUO PARA REALIZAR UNA REACCIÓN QUÍMICA EN LA QUE UNA FASE GASEOSA SE AÑADE A UNA CORRIENTE DE CARGA QUE COMPRENDE UNA O MÁS FASES SÓLIDAS QUE SE HAN DISUELTO O DISPERSADO EN AGUA La invención se relaciona con un proceso continuo para conducir una reacción química en la que una fase gaseosa se añade a una corriente entrante que comprende una o más fases sólidas dispersas o disueltas en agua. Numerosas reacciones químicas están basadas en la reacción de una o más fases sólidas disueltas o dispersas en agua con una fase gaseosa. La fase gaseosa aquí tiene que ser incorporada mezclando hacia la fase acuosa que comprende una o más fases sólidas, de una manera ideal. Se conocen numerosos aparatos mezcladores para dispersión continua de sólidos en líquidos, un ejemplo siendo los aparatos mezcladores de IKA, Lipp Mischtechnik, o Buckau- olf. Muchas de las modalidades de los aparatos mezcladores de esas compañías no son capaces de generar presiones superiores a 1 bar. Esto se logra, si se requiere, a través de bombas de corriente abajo, lo que implica considerable costo técnico adicional. Para adición de gases en líquidos, los tanques agitados se usan frecuentemente, con sistemas de entrada de gas específicos para burbujero para introducir los gases o con sistemas de tubo en los que hay mezcladores estáticos corriente abajo del sitio de adición de gas. A fin de mejorar la solubilidad de los gases en la fase acuosa, se tienen que llevar a cabo operaciones bajo presión, y esto necesita soluciones técnicamente complicadas, en particular cuando los sólidos que tienen que añadir al mismo tiempo. En la luz de estos, fue un objeto de la invención proporcionar un proceso industrial simple que se pretende para la preparación de una mezcla de reacción, seguida por una reacción, y en el que se añade una fase gaseosa a una corriente entrante que comprende una o más fases sólidas dispersas o disueltas en agua, asegurando excelente mezclado de fase. El objeto se logró a través de un proceso continuo para conducción de una reacción química en la que una fase gaseosa se añade a una corriente entrante que comprende una o más fases sólidas dispersas o disueltas en agua, que comprende : usar un aparato de rotor/estator con un rotor y con un estator, en donde las superficies volteadas una hacia la otra de estos forman una zona de esfuerzo cortante, que es seguida por una zona de mezclado con una abertura de la zona J de mezclado hacia el exterior, y hay una alimentación corriente arriba de la zona de esfuerzo cortante y una salida corriente debajo de la zona de mezclado, añadir la corriente entrante que comprende una o más fases sólidas dispersas o disueltas en agua a la zona de esfuerzo cortante del aparato de rotor/estator a través de la alimentación, generar una presión de calibrador de cuando menos 1 bar en la zona de esfuerzo cortante, incorporar, mediante mezclado, la fase gaseosa hacia la zona mezcladora a través de su abertura hacia el exterior, y hacia la corriente entrante, bajo la presión de calibrador generada en la zona de esfuerzo cortante de cuando menos 1 bar o bajo una presión aumentada adicionalmente, para proporcionar una mezcla de reacción, que se alimenta a través de la salida a una zona de tiempo de residencia en la que ocurre la reacción, y corriente debajo de la cual hay una válvula de control de presión a través de la cual se controla la presión en la zona de mezclado. Los aparatos que se pueden usar generalmente para el proceso inventivo son aquellos en donde, en una zona de esfuerzo cortante, la corriente entrante que comprende una o más fases sólidas dispersas o disueltas en agua se puede llevar a una presión de calibre de cuando menos 1 bar y, en una siguiente zona mezcladora, bajo la presión de calibre generada previamente en la zona de esfuerzo cortante o bajo una presión aumentada adicional, una fase gaseosa se puede añadir, en donde la solubilidad del gas en la fase liquida está marcadamente aumentada, y se logran excelente mezclado y tiempos cortos de reacción. Un aparato de rotor/estator como se describe para dispersión, distribución y homogeneización en DE 197 20 959 y conocido por el nombre Supraton® se puede usar ventajosamente: rotor y estator forman un espacio cortante cónico entre las superficies mutuamente asociadas, con una anchura de espacio que se puede ajustar a través de movimiento axial del rotor y/o estator, y este espacio es seguido por un espacio anular. El aparato tiene un tubo de alimentación axial para alimentación de la mezcla que se va a tratar al espacio cortante y tiene un tubo de salida radial para disipación de la misma desde el espacio anular. Debido a que el rotor y estator tienen geometría cónica, las presiones de calibre superiores a 1 bar se pueden generar a través de este aparato por la acción de la bomba.

Este aparato de rotor/estator se utiliza ventajosamente para producción de mezclas, empezando desde una fase acduosa que comprende una o más fases sólidas y de una fase gaseosa, utilizando el tubo de alimentación axial como alimentación para la fase acuosa que comprende una o más fases sólidas, y utilizando la abertura pretendida como tubo de descarga en el espacio anular alrededor del rotor y estator hacia el exterior como la alimentación para la fase gaseosa. En el espacio anular, la fase gaseosa se incorpora homogéneamente mezclando hacia la fase acuosa que comprende una o más fases sólidas, bajo una presión de calibre de cuando menos 1 bar. La corriente entrante que comprende una d más fases sólidas dispersas o disueltas en agua se puede alimentar ventajosamente al tubo de alimentación axial a través de una fijación de polvo en el lado entrante del aparato de rotor/estator, por ejemplo el aparato suministrado como Vortex® de Buckau- olf. La incorporación ideal mediante mezclado de la fase gaseosa hacia la corriente entrante que comprende una o más fases sólidas dispersas o disueltas en agua ocurre en que el material que sale del espacio cortante es forzado a través de fuerzas centrifugas hacia el espacio anular hacia el que el gas para incorporación mediante mezclado se mide. La presión de calibre deseada en el espacio anular se ajusta a través de una válvula de control de presión corriente abajo del aparato de rotor/estator, aumentando marcadamente de esta manera la solubilidad del gas en la fase liquida, y permitiendo asi el logro de tiempos cortos de reacción. La mezcla de reacción derivada de la corriente entrante y de la fase gaseosa deja el aparato de rotor/estator a través de la tubería de salida radial y entra a una zona de tiempo de residencia en la que ocurre la reacción química; la válvula de control de presión está corriente abajo de esa zona. En otra modalidad preferida, el aparato de rotor7estator en el que se genera una presión de calibre de cuando menos 1 bar en la corriente entrante que comprende una o más fases sólidas dispersas o disueltas en agua puede comprender un elemento funcional que tiene un anillo de dientes, de preferencia respectivamente en el rotor y en el estator, la zona cortante estando formada entre los anillos de dientes orientados uno hacia el otro, a través del espacio entre los dientes de los anillos de dientes. En el espacio anular alrededor del rotor y estator, la fase gaseosa se incorpora homogéneamente mezclándose hacia la fase acuosa que comprende una o más fases sólidas, bajo una presión de calibre de cuando menos 1 bar. En otra modalidad, el aparato de rotor/estator usado puede comprender un sistema propulsor con un estator y con un rotor con dos o más pares de cuchillas, en donde la zona cortante es la región entre los pares de cuchilla de rotor y el estator, en la que una presión de cuando menos 1 bar se genera, y que es seguida por otra región entre cuando menos un par de cuchillas de rotor y el estator como zona mezcladora, y en donde esas superficies orientadas una a la otra de estator y de pares de cuchilla de rotor de preferencia se han estructurado. Los aparatos de este tipo son conocidos a través de por ejemplo un Reflector® de Lipp Mischtechnik GmbH. La mezcla de reacción derivada de la corriente entrante y de la fase gaseosa sale del aparato de rotor/estator a través del tubo de salida radial y entra a una zona de tiempo de residencia en la que ocurre la reacción química; la válvula de control de presión está corriente abajo de esa zona. Esa zona de tiempo de residencia puede ser un reactor tubular. También es posible formar la zona de tiempo de residencia a través de una combinación de reactor tubular y tanque agitado. Un aparato para aislamiento de sólidos de la mezcla de reacción se puede colocar corriente abajo de la válvula de control de presión. La corriente entrante que comprende una o más fases sólidas dispersas o disueltas en agua también puede comprender una o más fases orgánicas. La corriente entrante de preferencia puede comprender una sal de magnesio dispersa o disuelta en agua, y la fase gaseosa que se añade a la corriente entrante de preferencia puede comprender dióxido de carbono gaseoso. El proceso inventivo asegura solubilidad marcadamente mejorada de una fase gaseosa en una corriente entrante acuosa que comprende una o más fases sólidas, y de esta manera asegura régimen de reacción mejorada de la mezcla de reacción consecuentemente preparada. El proceso inventivo permite la preparación de mezclas derivadas de gas y agua y de uno o más sólidos, usando un solo aparato relativamente pequeño, el aparato de rotor/estator. Por lo tanto no hay necesidad de ningún sistema de boquilla o sistema de frita; estos sistemas se pueden bloquear fácilmente por sólidos.

El mezclado ideal, homogéneo y rápido de los socios de reacción se logra, permitiendo de esta manera reacción rápida y bajos tiempos de reacción usando aparato relativamente pequeño y relativamente económico. El proceso inventivo ventajosamente puede lograr conversiones elevadas, sup3eriores a 90% o aún superiores al 95%, en la conducción de las reacciones químicas en las que se añade una fase gaseosa a una corriente entrante que comprende una o más fases sólidas dispersas o disueltas en agua. Se proporciona ilustración adicional de la invención usando un dibujo y ejemplos inventivos. La única figura muestra un diagrama de una modalidad preferida de un aparato de rotor/estator para uso en el proceso inventivo. El aparato de rotor/estator comprende un rotor 1 y un estator 2 con superficies cónicas que están orientadas una a la otra y que forman un espacio 3 cortante. Corriente arriba del espacio 3 cortante se encuentra un tubo 5 de alimentación axial; corriente abajo del espacio 3 cortante se encuentra un tubo 6 de salida radial; y se encuentra un espacio 4 anular rodeando el espacio 3 cortante. El espacio 4 anular tiene una abertura 7 hacia el exterior.

Ejemplo inventivo 1 En un aparato Supraton-Vortex® S 200 de Buckau-Wolf, una corriente acuosa entrante que comprende una fase sólida se produce primero añadiendo 2.2 m3/h de agua desionizada a través de la conexión tangencial al aparato y midiendo 17.6 kg/h dee g(OH)2 (Magnefin® H-10 de martinswerk GmbH) hacia el aparato desde arriba a través de un pesador de banda. Esta corriente entrante acuosa fue succionada hacia el tubo de alimentación axial del tipo de aparato de rotor/estator descrito en DE 197 20 959 y conocido por el nombre comercial Supraton®, y equipado con elementos de cámara funcionales compuestos de anillos de dientes en el rotor y en el estator. 29 kg/h de dióxido de carbono gaseoso se midieron hacia el espacio anular a través de la abertura superior del espacio anular, pretendido como tubo de descarga, después de lo cual el mezclado ideal con la corriente acuosa entrante que comprende hidróxido de magnesio ocurrió en el espacio anular . Una presión de calibre de 1.5 bar se ajustó en el espacio anular por medio de una válvula de control de presión que se había dispuesto al final de una sección de tiempo de residencia que siguió al tubo de salida radial del aparato de rotor/estator . La mezcla de reacción se pasó a través de un tubo de salida radial dispuesto en la parte inferior del espacio anular, hacia una sección de tiempo de residencia, formada de un tanque agitado hidráulicamente agitado de 0.3 m3, corriente abajo del cual había un tubo DN 200 de longitud de r4 metros, y que fue seguido por la válvula de control de presión. „ Había una válvula de muestreo fijada corriente abajo de la válvula de control de presión. A través de la válvula de muestreo, se removió una solución clara de Mg(HC03)2, con 0.10 g/1 de contenido residual de sales de magnesio no disueltas. La conversión del material de partida de hidróxido de magnesio por lo tanto fue 98.8%. Ejemplo inventivo 2 El procedimiento fue como se describió para el ejemplo inventivo 1, pero la sección de tiempo de residencia se modificó como sigue: no se usó reactor agitado, y el tubo DN 200 de longitud de 4 metros se reemplazó por un tubo DN 150 de longitud de 10 metros. En el punto de muestreo, se obtuvo una solución clara con 0.9 g/1 de contenido residual de sales de magnesio no disueltas, correspondiente a conversión del 98.9% de material de partida de hidróxido de magnesio. Ejemplo inventivo 3 El experimento se condujo como» en el primer ejemplo inventivo con la siguiente modificación de la zona de tiempo de residencia: no se usó reactor agitado, pero un tubo DN 200 de longitud de 5 metros de usó, y un mezclador estático para inhibir sedimentación de sólidos se habia instalado a la mitad de este tubo. En el punto de muestreo se obtuvo una solución clara de Mg(HC03)2, con 0.12 g/l de contenido residual de sales de magnesio no disueltas, correspondiente a 98.5% de conversión de hidróxido de magnesio. Ejemplo comparativo 1 El procedimiento fue como en el ejemplo inventivo 1, pero el dióxido de carbono no se añadió al aparato de rotor/estator, sino al tanque agitado de 0.3 m3, siendo introducido mediante burbujeo a través de un tubo perforado fijado a la base del tanque agitado. En el punto de muestreo una solución ligeramente nebulosa se obtuvo con 1.8 g/l de contenido residual de sales de magnesio no disueltas, correspondiente a 77.5% de conversión, basada en el material de partida de hidróxido de magnesio. Ejemplo comparativo 2 El procedimiento fue como en el ejemplo comparativo 1, pero el dióxido de carbono se añadió al tanque agitado de 0.3 m3 a través de una frita fijada dentro de la base. En el punto de muestreo se obtuvo una solución ligeramente nebulosa con 2.1 g/1 de contenido residual de sales de magnesio no disueltas, correspondiente a 73.8% de conversión de material de partida de hidróxido de magnesio.

Claims

REIVINDICACIONES 1.- Un proceso continuo para conducir una reacción química en la que una fase gaseosa se añade a una corriente entrante que comprende una o más fases sólidas dispersas o disueltas en agua, que comprende usar un aparato de rotor/estator con un rotor y con un estator, en donde las superficies volteadas una hacia la otra de estos forman una zona cortante, que es seguida por una zona mezcladora con una abertura en la zona mezcladora hacia el exterior, y se encuentra una alimentación corriente arriba de la zona cortante y una salida corriente abajo de la zona mezcladora, añadir la corriente entrante que comprende una o más fases sólidas dispersas o disueltas en agua a la zona cortante del aparato de rotor/estator a través de la alimentación, generar una presión de calibre de cuando menos 1 bar en la zona cortante, - incorporar, mediante mezclado, la fase gaseosa hacia la zona mezcladora a través de su abertura hacia el exterior, y hacia la corriente entrante, bajo la presión de calibre generada en la zona cortante de cuando menos 1 bar o bajo una presión aumentada adicionalmente, para proporcionar una mezcla de reacción, que se alimenta a través de la salida a una zona de tiempo de residencia en la que ocurre la reacción, y corriente abajo de la cual se encuentra una válvula de control de presión a través de la cual se controla la presión en la zona mezcladora.
2. - El proceso de conformidad con la reivindicación 1, en donde la zona cortante toma la forma de un espacio cortante cónico con anchura de espacio ajustable a través del movimiento axial del rotor y estator, la zona mezcladora toma la forma de un espacio anular, la alimentación toma la forma de un tubo axial, y la salida toma la forma de un tubo radial.
3. - El proceso de conformidad con la reivindicación 1, en donde el aparato de rotor/estator comprende un elemento funcional que tiene cuando menos un anillo de dientes, de preferencia respectivamente en el rotor y en el estator, y en donde la zona cortante toma la forma de un espacio entre los anillos de dientes del rotor y del estator, y es seguido por un espacio anular hacia el que se incorpora la fase gaseosa mediante mezclado bajo una presión de calibre de cuando menos 1 bar.
4. - El proceso de conformidad con la reivindicación 1, en donde el aparato de rotor/estator es un sistema propulsor con un estator y con un rotor con dos o más pares de cuchillas, en donde la zona cortante es la región entre los pares de cuchilla de rotor y el estator, en la que se genera una presión de cuando menos 1 bar, y que es seguida por otra región entre cuando menos un par de cuchillas de rotor y el estator como zona de mezclado, y en donde esas superficies orientadas una a la otra de estator y pares de cuchilla de rotor de preferencia se han estructurado.
5. - El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde la corriente entrante también comprende una o más fases orgánicas.
6. - El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde la adición de la corriente entrante ocurre a través de una fijación de polvo de aparato de rotor/estator.
7.- El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde la zona de tiempo de residencia es un reactor tubular.
8.- El proceso de conformidad con la reivindicación 7, en donde la zona de tiempo de residencia también comprende un tanque agitado.
9. - El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde corriente abajo de la válvula de control de presión, se encuentra un aparato para aislamiento de sólidos.
10. - El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde la corriente entrante comprende una sal de magnesio como fase sólida, y la fase gaseosa comprende dióxido de carbono. RESUMEN DE LA INVENCIÓN Se propone un proceso continuo para realizar una reacción química en la que se añade una fase gaseosa a una corriente de carga que comprende una o más fases sólidas que se han disuelto o dispersado en agua, que se caracteriza en que: - se usa un aparato de rotor/estator, que tiene un rotor (1) y un estator (2) que,, con sus superficies orientadas una a la otra, forman una zona (3) cortante que está contigua a la zona (4) de mezclado que tiene un orificio (7) que conduce al exterior, una alimentación estando conectada corriente arriba de la zona (3) cortante y una salida que está conectada corriente debajo de la zona (4) de mezclado, - la corriente de carga comprendiendo una o más fases sólidas disueltas o dispersas en agua se añade al aparato de rotor/estator a través de la alimentación (5) hacia la zona (3) cortante, - en la zona (3) cortante, se forma una presión elevada de cuando menos 1 bar, - la fase gaseosa se introduce hacia la zona (4) de mezclado a través de un orificio externo y se mezcla hacia la corriente de carga bajo la presión elevada de cuando menos 1 bar formada en la zona (3) cortante o con un aumento de presión adicional para obtener una mezcla de reacción, la mezcla siendo alimentada a través de la salida (6) a una zona de retención en la que ocurre la reacción y corriente abajo de la cual está conectada una válvula de regulación de presión, por medio de la cual se regula la presión en la zona (4) de mezclado.