MXPA04012177A - Procedimiento para eliminar agua de una mezcla que contiene agua y cloruro de cinc. - Google Patents
Procedimiento para eliminar agua de una mezcla que contiene agua y cloruro de cinc.Info
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Abstract
Procedimiento para eliminar agua de una mezcla que contiene agua y cloruro de cinc, caracterizado porquedicha mezcla, que contenga agua y cloruro de cinc se mezcla con un diluyente aprotico polar,cuyo punto de ebullicion, en caso de que el diluyente mencionado forme con agua un no-azeotropo, bajo las condiciones de presion de la destilacion subsiguiente mencionada es mas alto que el punto de ebullicion del agua, y que al punto de ebullicion del agua esta presente en forma liquidaoque forma con agua un azeotropo o heteroazeotropo bajo las condiciones de presion y temperatura de la destilacion subsiguiente mencionada,yse destila la mezcla que contiene agua, cloruro de cinc y el diluyente, separandose el agua o el azeotropo o el heteroazeotropo mencionado de esta mezcla, y obteniendose una mezcla exenta de agua, que contiene cloruro de cinc y el diluyente mencionado.
Description
Procedimiento para eliminar agua de una mezcla que contiene agua y cloruro de cinc
Descripción
La presente invención se refiere a un procedimiento para eliminar agua de una mezcla que contiene agua y cloruro de cinc, caracterizado porque
dicha mezcla, que contiene agua y cloruro de cinc se mezcla con un diluyente aprótico polar,
cuyo punto de ebullición, en caso de que el diluyente mencionado forme con agua un no-azeotropo, bajo las condiciones de presión de la destilación subsiguiente mencionada es más alto que el punto de ebullición del agua, y que al punto de ebullición del agua está presente en forma líquida
o
que forma con agua un azeotropo o heteroazeotropo bajo las condiciones de presión y temperatura de la destilación subsiguiente mencionada,
y
se destila la mezcla que contiene agua, cloruro de cinc y el diluyente, separándose el agua o el azeotropo o el heteroazeotropo mencionado de esta mezcla, y obteniéndose una mezcla exenta de agua, que contiene cloruro de cinc y el diluyente mencionado.
Cloruro de cinc anhidro o mezclas anhidras, que contienen un diluyentes líquido y cloruro de cinc, son insumos importantes que se usan, por ejemplo, en la técnica de galvanización en la galvanización de materiales metálicos, o, gracias a las propiedades de ácidos Lewis del cloruro de cinco, como catalizador o componente de catalizador.
Después de tales aplicaciones existe, como se sabe, el problema de cómo recuperar el cloruro de cinc de la mezcla obtenida después de la aplicación en una forma tal, que pueda ser usado nuevamente en una aplicación técnica, generalmente, en forma de cloruro de cinc anhidro o mezclas anhidras, que contienen un diluyente líquido y cloruro de cinc.
En esta recuperación se suelen obtener mezclas, que junto con cloruro de cinco . contienen agua.
Resulta especialmente difícil recuperar de tales mezclas cloruro de cinc anhidro o mezclas anhidras, que contienen un diluyente líquido y cloruro de cinc, a como se sabe de Report of Investigations No. 9347, "Method for Recoveríng Anhydrous ZnCI2 from Aqueous Solutions", B.R. Eichbaum, L.E. Schultze, United States Department of the Interior, Bureau of Mines, 1991, páginas 1-10, ("Rl 9347").
Cuando se concentran soluciones acuosas de cloruro de cinc se obtiene, debido a la alta solubilidad del cloruro de cinc en agua, una lejía madre sumamente viscosa, que es muy difícil de filtrar para separar de ella el cloruro de cinco precipitado.
De Rl 9347, página 4, Tabla 1 se sabe, que cuando se seca cloruro de cinc a 70OC / 60 días o bien a 150DC / 8 días se obtiene junto con el cloruro de cinc productos secundarios desconocidos. Además, los tiempos de secado para la recuperación del cloruro de cinc son demasiado largos y con ello ineconómicos.
Según Rl 9347, página 4, Tabla 2, en el intento de obtener cloruro de cinco por secado por pulverización de una solución de cloruro de cinc a 100DC bajo aire no se obtiene un polvo, sino que una suspensión húmeda.
En la literatura citada en Rl 9347 en la página 2, igual que en Rl 9347 mismo, se propone precipitar cloruro de cinc a partir de una solución acuosa bajo adición de amoníaco o cloruro de amonio, como complejo de cinc-diamina-dicloruro y librar de este complejo el cloruro de cinc.
A como se desprende del Rl 9347, en este proceso no se obtiene un complejo de cinc-diamina-dicloruro puro, sino que un complejo de cinc-diamina-dicloruro impurificado con diferentes compuestos de cinc-oxi o cinc-hidroxi.
Además, el Rl 9347 en la página 8, columna derecha, describe, que no se alcanza librar por completo el cloruro de cinc de este complejo de cinc-diamina-dicloruro a temperaturas de hasta 4000C; a temperatura por encima de 40?G? se obtienen, desventajosamente, mezclas explosivas, debido a la descomposición del amoníaco.
La presente invención tiene por objeto proveer un procedimiento, que permita eliminar agua de una mezcla, que contiene agua y cloruro de cinc, de manera técnicamente sencilla y económica.
Por tanto, se encontró el procedimiento definido al comienzo.
Según el procedimiento de la invención se elimina agua de una mezcla, que contiene agua y cloruro de cinc.
La relación cuantitativa de agua a cloruro de cinc en la mezcla de partida en si no es crítica. Pero a medida que aumenta la cantidad del cloruro de cinc con respecto al agua, la mezcla vuelve crecientemente más viscosa y más complicada de manejar.
Ha demostrado ser ventajosa una proporción del cloruro de cinc en la suma total de cloruro de cinc y agua de por lo menos 0,01 % en peso, preferentemente, por lo menos 0,1 % en peso, muy preferentemente por lo menos 0,25% en peso, especialmente, por lo menos 0,5% en peso.
Ha demostrado ser ventajosa una proporción del cloruro de cinc en la suma total de cloruro de cinc y agua de, como máximo, 60% en peso, preferentemente, como máximo, 35% en peso, muy preferentemente, como máximo, 30% en peso.
La mezcla de partida puede constar de cloruro de cinc y agua.
La mezcla de partida puede contener además de cloruro de cinc y agua también otros componentes, tales como compuestos iónicos o no iónicos orgánicos o inorgánicos, especialmente, aquellos, que son miscibles con o solubles en la mezcla de partida en forma homogénea monofásica.
En una modalidad preferida, se puede adicionar un ácido inorgánicos u orgánico. Preferentemente, se pueden usar aquellos ácidos, que bajo las condiciones de destilación según el procedimiento de la invención presentan un punto de ebullición, que es más bajo que el punto de ebullición del diluyentes aprótico polar. Muy preferentemente, son apropiados los hidrácidos halogenados, tales como HF, HCI, HBr, HJ, especialmente, HCI.
La cantidad del ácido se puede seleccionar, preferentemente, de tal manera que el valor pH de la mezcla, que contiene agua y cloruro de cinc, es por debajo de 7.
La cantidad del ácido se puede seleccionar, preferentemente, de manera que el valor pH de la mezcla, que contiene agua y cloruro de cinc, es por encima de 0, preferentemente, por encima - igual a 1.
Tales mezclas de partida se obtienen, ventajosamente, por extracción de una mezcla de reacción obtenida en la hidrocianuración de pentenonitrilo en presencia de un sistema catalítico, que contiene Ni(0), uno o varios ligandos que contienen fósforo y cloruro de cinc, dando adipodinitrilo, con un agente de extracción que contiene agua, especialmente, agua.
La obtención de una mezcla de reacción de este tipo es en si conocida, por ejemplo, de la US-A-4,705,881. Según la US-A-3,773,809 se puede separar el catalizador de la mezcla de reacción por extracción, por ejemplo, con ciclohexano, permaneciendo el cloruro de cinc en la corriente de producto que contiene la mayor parte del adipodinitrilo. Para la recuperación de adipodinitrilo puro se puede eliminar el cloruro de cinc de manera en si conocida de una corriente de producto de esta índole, haciéndolo reaccionar con amoníaco, tal y como se describe, por ejemplo, en la US-A- 3,766,241.
Ventajosamente, se puede realizar la extracción bajo condiciones, bajo las cuales el agente de extracción y la mezcla de reacción estén presente en dos fases.
Si se usa agua como agente de extracción, entonces han demostrado ser ventajosas unas temperaturas de por lo menos ODC, preferentemente, por lo menos 5DC, especialmente, por lo menos 30DC.
Si se usa agua como agente de extracción, entonces han demostrado ser ventajosas unas temperaturas de, como máximo, 200OC, preferentemente, como máximo, 100DC, especialmente, como máximo, 50DC.
De este modo se regulan presiones de 10"3 a 10 MPa, preferentemente, de 10'2 a 1 MPa, especialmente, de 5*10"2 a 5*10"1 MPa.
La separación de las fases se puede realizar de manera en si conocida, en los aparatos descritos para este fin, tal y como se conocen, por ejemplo, de: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. B3, 5a Ed., VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim, 1988, páginas 6-14 hasta 6-22.
Los aparatos óptimos para la separación de las fases y las condiciones de procedimiento a aplicar se pueden determinar fácilmente mediante algunos ensayos previos sencillos.
Según la invención, se mezcla dicha mezcla, que contiene agua y cloruro de cinc, con un diluyente aprótico polar, cuyo punto de ebullición bajo las condiciones de presión de la subsiguiente destilación mencionada es más alto, que el punto de ebullición del agua, y que a este punto de ebullición del agua está presente en forma líquida. El agua se puede agregar a esta mezcla antes de la destilación o durante la destilación.
Las condiciones de presión para la destilación subsiguiente mencionada en si no son críticas. Sin embargo, han demostrado ser ventajosas las presiones de por lo menos 10"* MPa, preferentemente, por lo menos 10"3 MPa, especialmente, por lo menos 5*10" 3 MPa.
Han demostrado ser ventajosas las presiones de, como máximo, 1 MPa, preferentemente, como máximo, 5*10"1 MPa, especialmente, como máximo, 1 ,5*10"1 MPa.
La temperatura de destilación se regula, entonces, en función de las condiciones de presión y la composición de la mezcla a destilar.
A esta temperatura, el diluyente aprótico polar está presente según la invención en forma líquida. Por el término "diluyente aprótico polar" se entiende en el sentido de la presente invención tanto un diluyente individual como también una mezcla de tales diluyentes, en donde en caso de usar una mezcla, las propiedades físicas mencionadas se refieren a esta mezcla.
Además, el diluyente aprótico polar presenta bajo estas condiciones de temperatura y presión un punto de ebullición, que en caso que el diluyente forma con el agua un no azeotropo, es más alto que él del agua, preferentemente, por lo menos 5DC, especialmente, por lo menos 20DC más alto, y preferentemente, como máximo, 200DC, especialmente, como máximo, 100DC más alto que él del agua.
Diluyentes orgánicos e inorgánicos apróticos, polares son en si conocidos, por ejemplo, de: Jerry March, Advanced Organic Chemistry, 2a Ed., Mc-Graw-Hill, International Student Edition, Hamburg, 8a Impr. (1984), 1977, págs. 331-336; Organikum, 2a Reimpresión de la 15a Edición, VEB Deutscher Verlag der Wissenschaften, Berlín, 1981, págs. 226-227; Streitwieser/Heathcock, Organische Chemie, Verlag Chemie, Weinheim, 1980, p. 172.
Son apropiadas, por ejemplo, las amidas, especialmente, dialquilamidas, tales como dimetilformamida, dimetilacetamida, ?,?,-dimetiletilenurea (DMEU), N,N-dimetilpropilenurea (DMPU), triamida de ácido hexametilenfosfórico (HMPT), cetonas, compuestos de azufre-oxígeno, tales como sulfóxido de dimetilo, ,1-dióxido de tetrahidrotíofeno, aromáticos nitrogenados, tales como nitrobenceno, nitroalcanos, tales como nitrometano, nitroetano, éteres, tal como el éter dietílico del dietilenglicol, por ejemplo, éter dimetílico de dietilenglicol, alquilencarbonatos, p.ej. etilencarbonato, nitriloes, tales como acetonitrilo, propionitrilo, n-butironitrilo, n-valeronitr¡lo, cianociclopropanoo, acrilnitrilo, crotonitrilo, cianuro de alilo, pentenonitrilos.
Tales diluyentes apróticos polares se pueden usar por si solos o como mezclas.
Tales diluyentes apróticos polares pueden contener otros diluyentes, preferentemente, aromáticos, tales como benceno, tolueno, o-xileno, m-xileno, p-xileno, alifáticos, especialmente, cicloalifáticos, tales como ciclohexano, metilciclohexano, o sus mezclas.
En una modalidad preferida, se pueden usar diluyentes que forman con agua un azeotropo o heteroazeotropo. La cantidad en diluyente con respecto a la cantidad en agua en la mezcla en si no es crítica. Ventajosamente, se debería usar más diluyente líquido que las cantidades correspondientes a destilar por los azeotropos, de manera que quede diluyente excesivo como producto de fondo.
Si se usa un diluyente que no forma un azeotropo con agua, entonces la cantidad en diluyente con respecto a la cantidad en agua en la mezcla en si no es crítica.
Ventajosamente, se usan diluyente orgánicos, preferentemente, aquellos con por lo menos un grupo nitrilo, especialmente, un grupo nitrilo.
En una modalidad preferida, se puede usar como nitrilo un nitrilo alifático saturados o un nitrilo alifático olefínicamente insaturado. Aquí son apropiados los nitrilos con 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, especialmente, 4 átomos de carbono, sin contar los grupos nitrilo, preferentemente el grupo nitrilo.
En una modalidad especialmente preferida, se puede usar como diluyente un mononitrilo alifático, olefínicamente insaturado seleccionado del grupo que abarca: 2- cis-pentenonitrilo, 2-trans-pentenonitrilo, 3-cis-pentenonitrilo, 3-trans-pentenonitrilo, 4- pentenonitrilo, E-2-metil-2-butenonitrilo, Z-2-metil-2-butenonitrilo, 2-metil-3-butenonitrilo o sus mezclas.
2-Cis-pentenonitrilo, 2-trans-pentenonitrilo, 3-cis-pentenonitrilo, 3-trans-pentenonitrilo, 4-pentenonitrilo, E-2-metil-2-butenonitrilo, Z-2-metil-2-butenonitrilo, 2-metil-3- butenonitrilo o sus mezclas son conocidos y pueden ser preparados mediante procedimientos en si conocidos, como p.ej. la hidrocianuración de butadieno en presencia de catalizadores, por ejemplo, según la US-A-3,496,215, o por isomerización de 2-metil-3-butenonitrilo según la WO 97/23446 en caso de pentenonitrilos lineales.
Han demostrado ser especialmente favorables aquellas mezclas de los pentenonitrilos mencionados, que contienen 2-cis-pentenonitrilo, 2-trans-pentenonitrilo o sus mezclas en mezcla con 3-cis-pentenonitrilo, 3-trans-pentenonitrilo, 4-pentenonitrilo, E-2-metil-2-butenonitrilo, Z-2-metil-2-butenonitrilo, 2-metil-3-butenonitrilo o sus mezclas. En tales mezcla tiene lugar en la subsiguiente destilación un desenriquecimiento de 2-cis-pentenonitrilo, 2-trans-pentenonitrilo, E-2-metil-2-butenonitrilo, Z-2-metil-2-butenonitrilo, 2-metil-3-butenonitrilo o sus mezclas, ya que estos forman azeotropos con agua, que tienen un punto de ebullición más bajo que los azeotropos de 3-cis- pentenonitrilo, 3-trans-pentenonitrilo, 4-pentenonitrilo o sus mezclas con agua. En esta modalidad se obtiene después de la destilación una mezcla que contiene 3-cis- pentenonitrilo, 3-trans-pentenonitrilo, 4-pentenonitrilo o sus mezclas y cloruro de cinc anhidro como producto del procedimiento de la invención.
Este producto se puede usar, ventajosamente, para la hidrocianuración ulterior en presencia de un catalizador en adipodinitrilo. Un desenriquecimiento de 2-cis- pentenonitrilo, 2-trans-pentenonitrilo, E-2-metil-2-butenonitrilo, Z-2-metil-2- butenonitrilo, 2-metil-3-butenonitrilo es ventajoso aquí en cuanto que estos compuestos son considerablemente más difíciles de hidrocianurar que 3-cis- pentenonitrilo, 3-trans-pentenonitrilo, 4-pentenonitrilo o sus mezclas.
Si como diluyente se usa 2-cis-pentenonitrilo, 2-trans-pentenonitrilo, 3-cis-pentenonitrilo, 3-trans-pentenonitrilo, 4-pentenonitrilo, E-2-metil-2-butenonitrilo, 2.-2-metil-2-butenonitrilo, 2-metil-3-butenonitrilo o sus mezclas, entonces han demostrado ser ventajosas las relaciones cuantitativas de pentenonitrilo a cloruro de cinc de por lo menos 0,5 mol/mol, preferentemente, por lo menos 5 mol/mol, muy preferentemente por lo menos 15 mol/mol.
Si como diluyente se usa 2-cis-pentenonitrilo, 2-trans-pentenoniril, 3-cis-pentenonitrilo, 3-trans-pentenonitrilo, 4-pentenonitrilo, E-2-metil-2-butenonitrilo, Z-2-metil-2-butenonitrilo, 2-metil-3-butenonitrilo o sus mezclas, entonces han demostrado ser ventajosas las relaciones cuantitativas de pentenonitrilo a cloruro de cinc de, como máximo, 10000 mol/mol, preferentemente, como máximo, 5000 mol/mol, muy preferentemente, como máximo, 2000 mol/mol.
Según la invención, se destila la mezcla que contiene agua, cloruro de cinc y el diluyente, separándose el agua de esta mezcla y obteniéndose una mezcla exenta de agua, que contiene cloruro de cinc y el diluyente mencionado.
En el caso de usar pentenonitrilo como diluyente se puede realizar la destilación, ventajosamente, a una presión de, como máximo, 200 kPa, preferentemente, como máximo, 00 kPa, especialmente, como máximo, 50 kPa, muy preferentemente, como máximo, 20 kPa.
En el caso de usar pentenonitrilo como diluyente se puede realizar la destilación, ventajosamente, a una presión de por lo menos 1 kPa, preferentemente, por lo menos 5 kPa, muy preferentemente 10 kPa.
Ventajosamente, se puede realizar la destilación por evaporación en una etapa, preferentemente, por destilación fraccionada en uno o varios, p.ej. dos o tres aparatos de destilación.
Para la destilación se pueden usar los aparatos usuales para este fin, tal y como se decriben, por ejemplo, en: Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, 3a Ed., Vol. 7, John Wiley & Sons, New York, 1979, páginas 870-881, como por ejemplo, columnas de platos perforados, columnas de platos con campana, columnas de rellenos, columnas con escape lateral o columnas con tabiques de separación.
La destilación se puede realizar en forma discontinua.
La destilación se puede realizar en forma continua.
En el sentido de la presente invención, se entiende por cloruro de cinc anhidro uno con un contenido de agua, con respecto a la suma ponderal de cloruro de cinc y agua, de menos de 500 ppm en peso, preferentemente, menos de 50 ppm en peso, y por lo menos igual a 0 ppm en peso.
Ejemplos Los % en peso o ppm en peso indicados en los Ejemplos se refieren, salvo indicación en contrario, al peso total de la mezcla correspondiente.
El contenido en Zn o cloruro de cinc fue determinado según espectroscopia de emisión atómica.
El contenido en cloro fue determinado según el método de Schoeniger.
La concentración en agua fue determinada potenciométricamente por titración según el método de Karl-Fischer.
Ejemplo 1
En una columna de destilación de vacío accionada en continuo con rellenos de tela metálica (tipo CY, Cía. Sulzer Chemtech, diámetro interior ? = 50 mm, altura = 130 cm), con un evaporador de capa delgada como transmisor de calor en el fondo de la columna, un .condensador accionado a 30DC en la cabeza y un recipiente de separación de fases enfriado a OGC en el reflujo, se dosificaron 240 g/h de una solución de 30% en peso de cloruro de cinc en trans-3-pentenonitrilo con un contenido de agua de 0.4% en peso encima del relleno de tela metálica en la columna de destilación. A una presión de p = 100 kPa(absoluto) se obtuvo a 344 K como destilado en en condensador una mezcla bifásica. La fase superior, que constaba substancialmente de trans-3-pentenonitrilo, se recicló continuamente a la cabeza de la columna. La fase inferior constaba substancialmente de agua y fue eliminada continuamente con bomba del recipiente de separación de fases. Por el fondo se separó una solución homogénea de ZnCI2 en trans-3-pentenonitrilo a 348 K. Después de un tiempo de destilación de 17 h, la proporción de agua en la descarga del fondo había disminuido a 76 ppm en peso, después de 41 h a 50 ppm en peso.
Ejemplo 2
4 kg de la descarga del fondo obtenida en el Ejemplo 1 se mezclaron con 1 kg de trans-3-pentenonitrilo y 500 g agua. La mezcla homogénea fue dosificada con una velocidad de dosificación de 206 g/h en la columna de destilación operada como en el Ejemplo 1.
La descarga del fondo contenía tras 24 h de accionamiento continuo 350 ppm en peso de agua, 16.9% en peso de cloro calculado como Cl y 15.5% en peso de Zn, cada vez con respecto al peso total de la solución; de esto se deriva una relación de CI:Zn hallada en el experimento de 2.01.
El análisis cromatográfico de gas por derivatización con MSTFA (2,2,2-trifluoro-N-metil-N-(trimetilsilil)acetamida) no presentó ningunas cantidades detectables de producto de saponificación, ácido 3-pentenoico.
El análisis por cromatografía de permeación de gel en cuanto a productos de degradación no dió ningunas cantidades detectables en producto polímero.
La solución de cloruro de cinc en 3-pentenonitrilo así obtenida puede ser usada en la hidrocianuración de 3-pentenonitrilo en pesencia de catalizadores de fosfito de níquel(O) y no presenta ninguna diferencia de actividad digna de mencionar en comparación con una solución recién preparada de 3-pentenonitrilo y cloruro de cinc anhidro.
Claims (1)
1. Un proceso para la separación de agua a partir de una mezcla que contiene agua y cloruro de zinc, el proceso consiste en: adicionar a la mezcla que contiene agua y cloruro de zinc un diluyente polar, aprótico cuyo punto de ebullición, cuando no se forma un azeótropo entre el diluyente y el agua en las condiciones de presión de la destilación que se menciona más adelante, es mayor que el punto de ebullición del agua y que está en forma liquida a este punto de ebullición del agua ó que forma un azeótropo o heteroazeotropo con el agua en las condiciones de presión y temperatura de la destilación que se menciona más adelante y destilar la mezcla que contiene agua, cloruro de zinc y el_ diluyente con separación del agua o el azeótropo o el heteroazeótropo a partir de esta mezcla, obteniendo una mezcla anhidra que contiene cloruro de zinc y el diluyente, en donde el diluyente polar, aprótico empleado es un nitrilo alifático, con insaturación olefinica, seleccionado del grupo que consiste en: 2-cis-pentenonitrilo, 2-trans-pentenonitrilo, 3-cis-pentenonitrilo, 3-trans-pentenonitrilo, 4-pentenonitrilo, E-2-metil-2-butenonitrilo, Z-2-metil-2-butenonitrilo, 2-metil-3-butenonitrilo, o una mezcla de éstos. El proceso, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el diluyente puede formar un azeótropo o un heteroazeótropo con el agua en las condiciones de la destilación. El proceso, de conformidad con las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque la mezcla que contiene agua y cloruro de zinc tiene un pH de menos de 7. El proceso, de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la mezcla que contiene agua y cloruro de zinc tiene un pH en el intervalo desde 0 hasta menos de 7. El proceso, de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque se adiciona un ácido a la mezcla que contiene agua y cloruro de zinc. El proceso, de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el ácido que se emplea es HC1
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