202834. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés aromás izocionátok folyamatos előállítására
3 HU 202 834 B 4 energiaigényes művelet. A leírás 4. példája szerint az 1,35 kg/h mennyiségű amin beviteléhez 54001/h folyadékmennyiség recirkuláltatása szükséges, ami egy 1000 t/év kapacitású üzemnél 387 m3/h tömegáramú reakcióelegy visszaforgatást jelentene, egy 20- 50 000 t/év kapacitású üzemnél ennél nagyságrendekkel többet. Ennek energia- és készülékigénye igen magas költségekkel jár. További hátránya ezen eljárásnak, hogy az izocianátos reakcióelegyet légköri nyomású térből nyomás alatti térbe kell visszaforgatni, ami speciális berendezést és jelentős energiabefektetést igényel. Hátránya az eljárásnak az is, hogy a légköri nyomással üzemeltetett készülékben a reakcióelegyből a sósavon kívül a foszgén is eltávozik, így az nem hasznosul a reakcióelegy visszaforgatásával. Végül hátrányt jelent ezen eljárásnál az is, hogy az amin és foszgén bevezetése eltérő helyen történik. így lényegesen kisebb foszgén koncentráció élhető el az amin bevezetés helyén, mintha a két komponens együttesen lenne bevezetve, s ez a mellékreakcióknak kedvez. A szakirodalomból már régóta ismert, hogy az aminra számítva a foszgént legalább 20% feleslegben kell alkalmazni. A legtöbb eljárásnál 50-100% felesleget használnak, miután a 100 "C-ot meghaladó hőmérsékleten az oldószerből a foszgén kiforr, s csak a legalább 50% felesleg biztosítja a folyadék fázisban a mellékreakció visszaszorításához szükséges 1:2 -1:10 foszgén-amin mólarány jelenlétét. A jelen találmányunk kidolgozására irányuló kísérleteink célja olyan folyamatos, szelektív, aromás izocianát előállítási eljárás kidolgozása volt, mely alacsony hőmérsékleten és nyomáson, technikailag egyszerű berendezésben gazdaságosan kivitelezhető, ugyanakkor stabil, külön tisztítási műveletek nélkül feldolgozható aromás izocianát oldatot eredményez. Kísérleteink során megállapítottuk, hogy önmagában a foszgén nagy feleslegének alkalmazásával ez a cél nem érhető el. A foszgén koncentráció extrém mértékre növelése egy adott hőmérsékleten csak a nyomás növelésével oldható meg, ami a berendezést túlzott mértékben bonyolítja. A foszgénfelesleg biztosítása mellett fontos, hogy a reaktorba belépő reakciópartnerek (amin oldat és foszgén) egymásban történő tökéletes elkeveredésével kedvezményezett legyen az izocianát képződési reakció, s az, hogy ezt a keveredést ne extrém nagy turbulens áramlás, ill. az azt létrehozó rendkívül nagy folyadék recírkuláció alkalmazásával biztosítsuk. Kísérleteink során azt találtuk, hogy ha a csőreaktorba keverőfejen át vezetjük be az aromás amin oldat tömegáramához viszonyítva 5-15-szörös mennyiségű nyers reakcióelegyet, az oldószerben abszorbeál látott foszgén felesleget, az aromás amin oldatát és a foszgént, akkor a reaktorban az amin és a foszgén olyan bensőségesen érintkezett egymással, hogy a konkuráló reakciók visszaszorultak. Kísérleteink során megvizsgáltuk, hogy a reaktorba visszatáplált nyers reakcióelegy és az amin oldat tömegáram aránya és a koncentrációjuk hogyan befolyásolja az átalakulás szelektivitását, a mellékreakciókat. Megállapítottuk, hogy ha az amin oldat és a visszatáplált nyers reakcióelegy tömegáram aránya 1 : 5 alá csökken, akkor jelentősen megnövekszik a melléktermékek képződése. Az amin oldat és a nyers reakcióelegy tömegáram arányát 1:15 fölé emelni nem gazdaságos, mert nagy az energiaigénye a nagy mennyiségű anyag mozgatásának, másrészt a berendezések kapacitását csökkenti. A visszatáplált 3-8 tömeg% foszgéntartalmú nyers reakcióelegy legfeljebb 15 tömeg% izocianátot tartalmazhat, ennél magasabb koncentráció mellékreakcióknak kedvez. Az amin oldat előnyösen 12-18 tömeg% amint tartalmaz. Azt találtuk, hogy az amin oldatra vonatkoztatva 5-15-szörös tömegáramú, legfeljebb 15 tömeg% izocianát tartalmú nyers reakcióelegyet kell a keverőfejbe visszatáplálni és a reaktorba bevezetni, hogy a berendezésből olyan tisztaságú izocianát oldatot vehessünk el, amely az oldószertől történő elválasztás nélkül közvetlenül felhasználható karbamid-származékok előállítására. Mivel az oldószert az izocianáttól desztillációval szokták elválasztani, ennek elmaradása jelentős hőenergia megtakarítást eredményez. A találmány szerinti eljárásnál az izocianátot és a foszgént, valamint az amint egyaránt oldó aromás szénhidrogéneket, előnyösen magas forráspontú klórozott szénhidrogéneket alkalmazunk oldószerként pl. klórbenzolt, o-diklór-benzolL A találmány szerinti berendezés csőreaktorból, azzal sorba kapcsolt gáz-folyadék elválasztóból, kondenzátorból, abszorpciós toronyból, gázmentesítőbői és ezeket összekötő csővezetékből áll, ahol a csőreaktor része egy háromutas keverőfej, amely egymásba koncentrikusan elhelyezkedő csövekből, továbbá a belső csőhöz kapcsolódó foszgénvezetékből, a középső csőhöz csatlakozó amin oldat vezetékből és a külső csőhöz kapcsolódó visszatápláló vezetékből áll. Az 1. ábra a berendezés kapcsolási elrendezését mutatja. A 2. ábra a keverőfej metszetét és a 3. ábra felülnézetét mutatja be. A berendezés 9 keverőfejjel ellátott 10 csőreaktorból áll, amely sorba van kapcsolva 11 reakcióelegy vezetéken át a 12 gáz-folyadék elválasztó készülékkel, a 15 gázvezetéken át a 16 kondenzátorai, és a 18 savasgáz vezetéken át a 19 abszorpciós toronnyal. A 12 gáz-folyadék elválasztó készülék sorba van kapcsolva a 14 nyerstermék vezetéken át a 17 gázmentesítő készülékkel. Ez utóbbi készülék 22 gázvezetékkel és 4 izocianát oldat vezetékkel is el van látva. A12 gáz-folyadék elválasztó készülék a 13 visszatápláló vezetéken át a 9 keverőfejhez csatlakozik. A 19 abszorpciós torony, mely 6 sósavgázvezetékkel és 21 oldószervezetékkel van ellátva, az 5 foszgénoldat vezetéken át a 13 visszatápláló vezetékbe csatlakozik. A 16 kondenzátor a 20 kondenz-vezetéken át az 5 foszgénoldat vezetékbe csatlakozik. A 9 keverőfej, mely el van látva 3 foszgénvezetékkel, a 8 amin oldat vezetéken át össze van kötve az 1 oldószer és 2 amin vezetékkel ellátott 7 amin oldó és tároló készülékkel. Adott esetben az anilin-hidroklorid konverzió teljessé tételére a 10 csőreaktor és a 12 gáz-folyadék elválasztó készülék közé utóreaktort építünk be. A találmányunk szerinti berendezés jellemző részét képező háromutas 9 keverőfej három, egymásban koncentrikusan elhelyezett a, b, c csőből áll. A belső „a” cső a 3 foszgén vezetékkel, a középső „b” cső a 8 amin oldat vezetékkel, a külső „c” cső pedig az egyesített 5 foszgén oldat, 20 kondenz- és 13 visszatápláló vezetékkel van összekapcsolva. Eljárásunknál a 7 amin oldó és tároló készülékbe az 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
