La mayoría de los polioles de poliéter para poliuretano se fabrican añadiendo óxido de propileno u óxido de etileno a un alcohol iniciador como la glicerina o el propilenglicol, con KOH o NaOH como catalizador. A continuación se elimina el catalizador: se neutraliza con ácido o se une a un adsorbente de silicato de magnesio, y los sólidos se filtran de un líquido caliente y viscoso. Los catalizadores DMC de alta actividad evitan este paso en algunos grados, pero los polioles catalizados con KOH, los grados con terminación EO, el PEG y el PPG siguen necesitándolo. La etapa de filtración determina con qué eficacia se retienen los sólidos, cuánto poliol sale con la torta y cómo se maneja la torta después.
¿Por qué la eliminación del catalizador de los polioles de poliéter es una tarea de filtración exigente?
Los sólidos pueden ser finos, el líquido es viscoso y la torta retiene producto. Según cómo se realice la neutralización, las sales de potasio formadas con ácido sulfúrico o fosfórico pueden precipitar como partículas muy finas. El silicato de magnesio añadido para captar el catalizador debe retenerse por completo, ya que cualquier paso de sólidos arrastra potasio al filtrado. La viscosidad obliga a filtrar a temperatura elevada, y el proceso se realiza bajo nitrógeno para evitar la oxidación y la formación de color.
Los caudales alcanzables dependen de la viscosidad, el contenido de sólidos, la adición de ayuda filtrante y la distribución granulométrica. DrM ha filtrado polioles con caudales de 60 a 1.500 L/m²·h. La torta que se forma está húmeda de poliol y puede ser pegajosa, según la temperatura y la viscosidad en la descarga. En algunos casos documentados con otros tipos de filtro, la torta se adhirió al recipiente y tuvo que retirarse a mano. El poliol que queda en la torta es producto perdido y aumenta el coste de eliminación.
Producción de polioles de poliéter con catalizador KOH: las dos vías de eliminación del catalizador terminan en la filtración.
¿Cómo separa un filtro de vela las sales y el silicato de magnesio del poliol?
Un filtro de vela retiene los sólidos sobre telas sintéticas dentro de un recipiente a presión y los descarga mediante soplado inverso con gas. En el filtro de vela FUNDABAC®, el poliol se bombea al recipiente y atraviesa las velas recubiertas de tela, mientras los sólidos forman una torta en el exterior. En una etapa de prefiltración, el filtrado se recircula hasta confirmar la especificación de pureza, bien con un turbidímetro en la salida del filtrado o mediante análisis de laboratorio en cada ciclo, y después se envía al proceso.
Las telas sintéticas tienen un tamaño de poro mucho menor que las mallas metálicas de algunos filtros a presión, por lo que normalmente no se necesita una capa de precapa. El silicato de magnesio es relativamente grueso y actúa por sí mismo como ayuda filtrante, de modo que el poliol tratado con él suele filtrarse sin ayuda filtrante añadida. La filtración sin ayuda filtrante también ha dado buenos resultados en ensayos tras la neutralización ácida.
Tras la filtración, la torta se seca con nitrógeno hasta un 70 % de materia seca. Un pulso de gas inverso expande la tela y libera la torta por la salida inferior. Como la torta se seca dentro del filtro, la descarga es completa, sin la limpieza manual necesaria cuando una torta húmeda y pegajosa se adhiere al filtro. Si se requiere, la torta puede descargarse en un recipiente cerrado.
¿Cómo reduce la filtración del volumen residual las pérdidas de poliol entre lotes y grados?
La filtración del volumen residual (heel volume filtration) filtra el líquido que queda por debajo de las velas, de modo que todo el lote pasa a través de la torta. Al final de la filtración, el volumen residual se bombea de nuevo a través de boquillas pulverizadoras en la parte superior del recipiente y se filtra sobre toda la superficie de las velas. Este paso patentado se diferencia de los diseños en los que solo una pequeña parte de la superficie filtrante está disponible para el volumen residual, como las placas recuperadoras de los filtros de placas horizontales con descarga centrífuga. Para los productores que fabrican varios grados de poliol por campañas, esto importa en cada cambio de producto: cada lote se filtra por completo, sin arrastrar un gran volumen residual de un grado al siguiente.
¿Cómo se compara el FUNDABAC® con los filtros prensa y los filtros de placas horizontales?
| Parámetro | FUNDABAC® | Filtro prensa | Filtro de placas horizontales |
|---|---|---|---|
| Operación cerrada bajo nitrógeno | Durante la filtración y el secado | Se abre para la descarga | Sí |
| Descarga de la torta | Soplado inverso con gas, torta seca | Manual; la torta de poliol puede pegarse | Centrífuga, placas giratorias |
| Filtración del volumen residual | Toda la superficie filtrante (patentada) | No aplica | Limitada, mediante placa recuperadora |
| Medios filtrantes típicos | Tela sintética, normalmente sin precapa | Tela, a menudo con ayuda filtrante | Mallas metálicas, normalmente con precapa |
| Piezas móviles en el recipiente | Ninguna | Mecanismo de desplazamiento de placas | Eje giratorio y sello |
| Automatización | Totalmente automática | Descarga con mucha mano de obra | Automatizada |
El FUNDABAC® no tiene piezas giratorias ni sellos de eje dentro del recipiente. La principal pieza de desgaste es la tela filtrante sintética, que suele sustituirse cada 6 a 18 meses, según la frecuencia de producción y el cuidado de la tela durante las paradas. Los medios filtrantes están disponibles en PP, PVDF, PTFE, PPS, PEEK, PE y acero inoxidable 316L. Los diseños estándar operan hasta 180 °C y los diseños especiales hasta 350 °C.
¿Dónde se utiliza el FUNDABAC® en la producción de polioles y cómo se dimensiona un filtro?
DrM ha suministrado más de 110 filtros FUNDABAC® para la producción de polioles y poliglicoles en 18 países de Europa, Asia y América, tanto para polioles de poliuretano como para PEG y PPG. Las unidades industriales alcanzan más de 100 m² de superficie filtrante.
El tamaño del filtro y la demanda de ayuda filtrante dependen del proceso. Dependen, entre otros factores, de la viscosidad, el tamaño del lote, el tiempo de reacción y la carga de sólidos, y como la mayoría de las plantas de polioles operan por lotes, el tamaño del lote influye mucho en el tamaño de filtro necesario. DrM realiza ensayos con la suspensión real, desde la escala de laboratorio con 0,012 m², pasando por filtros piloto, hasta sistemas industriales de hasta 300 m², con los mismos principios de funcionamiento en cada escala.
Donde los polioles todavía se fabrican con catalizadores alcalinos, la eliminación del catalizador es tanto un problema de filtración como de química. La química de neutralización o de adsorción fija el potasio residual alcanzable. El filtro determina con qué eficacia se retienen los sólidos, cuánto poliol sale con la torta y en qué estado se descarga la torta.
Puntos clave
- Los polioles de poliéter catalizados con KOH requieren la eliminación por filtración de las sales de neutralización o del adsorbente de silicato de magnesio.
- Los filtros de vela con tela sintética filtran normalmente el poliol sin precapa, a menudo sin ayuda filtrante añadida.
- El soplado inverso con gas descarga la torta de poliol con hasta un 70 % de materia seca tras el secado en el filtro.
- La filtración del volumen residual procesa el lote completo y limita las pérdidas de poliol y el arrastre entre grados.
- Más de 110 filtros FUNDABAC® operan en la producción de polioles y poliglicoles en 18 países.
Preguntas frecuentes
¿Necesitan filtración los polioles fabricados con catalizadores DMC?
No siempre. Los catalizadores DMC de alta actividad se usan en concentraciones tan bajas que el catalizador a menudo puede permanecer en el poliol, y no se necesita ninguna etapa de eliminación. Los polioles fabricados con KOH o NaOH, incluidos muchos grados con terminación EO, el PEG y el PPG, siguen requiriendo neutralización o tratamiento con adsorbente seguido de filtración.
¿Determina el filtro el potasio residual en el poliol?
No. La química de neutralización o de adsorción determina cuánto potasio se elimina del poliol. La función del filtro es retener por completo las sales o el adsorbente resultantes, para que ningún sólido arrastre potasio al filtrado. La calidad del filtrado se confirma normalmente con un turbidímetro o mediante análisis de laboratorio en cada ciclo.
¿Debe filtrarse el poliol antes o después de la desorción del agua?
Existen ambas disposiciones. En un diagrama de proceso habitual, la filtración sigue a la neutralización o al tratamiento con adsorbente y a una separación de fases opcional, y el agua y los volátiles se eliminan después. El contenido de agua influye en la filtrabilidad y en lo pegajosa que resulta la torta, por lo que la mejor posición del filtro se confirma mediante ensayos con el proceso real.
¿Qué ocurre con la torta filtrante tras la descarga?
La torta se seca con nitrógeno en el filtro y se descarga con hasta un 70 % de materia seca y un bajo contenido residual de poliol. Con esta sequedad la torta no se pega y la descarga es completa. Lavar la torta para recuperar más poliol es poco habitual, porque requiere etapas adicionales para separar el poliol del líquido de lavado.
¿Qué información se necesita para dimensionar un filtro de poliol?
Los datos clave son la viscosidad del poliol a la temperatura de filtración, el tamaño del lote, el tipo y la carga de sólidos, y el tiempo de ciclo disponible entre lotes. Como la filtrabilidad depende de cómo se realice la etapa de neutralización o de adsorción, DrM dimensiona los filtros a partir de ensayos con la suspensión real, desde la escala de laboratorio hasta filtros piloto.
