BR112013003890B1

BR112013003890B1 - Processo para aperfeiçoar taxa de filtração de purga de ácido tereftálico

Info

Publication number: BR112013003890B1
Application number: BR112013003890-0A
Authority: BR
Inventors: Kenny Randolph Parker; Larry Wayne Blair
Original assignee: Grupo Petrotemex, S.A. De C.V.
Priority date: 2010-08-20
Filing date: 2011-08-11
Publication date: 2019-03-26
Also published as: MX339543B; US20120043197A1; UA110800C2; TWI551584B; MY157417A; BR112013003890A2; CA2807941C; PL2606023T3; EA201390262A1; KR20130090896A; EP2606023A1; CN103168020B; KR101946657B1; TW201219366A; CA2807941A1; US8466312B2; JP2013537548A; JP5869571B2; ES2559821T3; PT2606023E

Abstract

processo para aperfeiçoar taxa de filtração de purga de ácido tereftálico. o processo se refere ao aperfeiçoamento da taxa de filtração de purga de ácido tereftálico através do controle do % de água na suspensão de alimentação do filtro e à recuperação de um catalisador metálico a partir de uma corrente de purga do oxidante produzida na síntese do ácido carboxílico, de um modo típico ácido tereftálico, ao mesmo tempo em que é utilizada a filtração por pressão.

Description

“PROCESSO PARA APERFEIÇOAR TAXA DE FILTRAÇÃO DE PURGA DE ÁCIDO TEREFTÁLICO”

CAMPO DA INVENÇÃO [1] Este pedido reivindica a prioridade para o Pedido U.S. de Número de Série 12/860.131, depositado em 20 de agosto de 2010, cujo conteúdo total do mesmo é incorporado a este, a título referencial.

[2] Esta invenção se refere ao aperfeiçoamento da taxa de filtração de purga de ácido tereftálico através do controle do % de água na suspensão de alimentação do filtro e à recuperação de um catalisador metálico a partir de uma corrente de purga de oxidante, produzida na síntese de ácido carboxílico, de um modo típico ácido tereftálico, ao mesmo tempo em que é utilizada a filtração por pressão.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO [3] O ácido tereftálico é produzido comercialmente através da oxidação de paraxileno na presença de um catalisador, tal que, por exemplo, Co, Mn, Br e um solvente. O ácido tereftálico usado na produção de fibras de poliéster, filmes e resinas, precisa ser adicionalmente tratado, para que sejam removidas as impurezas, formadas como um resultado da oxidação de paraxileno.

[4] O ácido tereftálico (TPA) é um intermediário na produção de poliésteres para plásticos e para aplicações de fibra. Os processos comerciais para a manufatura de TPA são baseados, com frequência, na oxidação catalisada por metal pesado de p-xileno, de um modo geral com um promotor de brometo em um solvente de ácido acético. Devido à solubilidade limitada de TPA em ácido acético sob condições de oxidação práticas, uma suspensão de cristais de TPA é usualmente formada no reator de oxidação. De um modo típico, a suspensão do oxidante de TPA é removida a partir do reator e os sólidos de TPA são separados a partir do licor mãe do oxidante usando técnicas de separação de sólido-líquido convencionais. O licor mãe do

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2/21 oxidante, que contém a maior parte do catalisador e do promotor usados no processo, é reciclado ao reator de oxidação. A parte do catalisador e do promotor, a corrente de licor mãe do oxidante também contém TPA dissolvido e muitos subprodutos e impurezas. Estes subprodutos e impurezas são originados, de um modo parcial, a partir de impurezas secundárias, presentes na corrente de alimentação de p-xileno. Outras impurezas são ainda originadas, devido à oxidação incompleta de p-xileno, resultando em produtos parcialmente oxidados. Ainda outros subprodutos resultam a partir de reações colaterais competitivas, formadas como um resultado da oxidação de p-xileno para ácido tereftálico. As patentes, que expõem a produção do ácido tereftálico, tais que as patentes U.S. # 4.158.738 e # 3.996.271 são incorporadas a este, a título referencial, em sua totalidade, na extensão em que elas não entrem em contradição com o que é aqui mencionado.

[5] Os sólidos de TPA são submetidos a uma separação de sólidolíquido, em que o solvente fresco é utilizado para deslocar uma porção principal do componente líquido do licor mãe do oxidante. Muitas das impurezas na corrente de licor mãe do oxidante, que são recicladas, são relativamente inertes à oxidação adicional. Tais impurezas incluem, por exemplo, o ácido isoftálico, ácido ftálico e o ácido trimetílico. As impurezas, que podem ser submetidas à oxidação adicional, estão também presentes, tais que, por exemplo, 4-carboxibenzaldeído, ácido p-toluico e p-tolualdeído. As impurezas inertes da oxidação tendem a ser acumuladas no licor mãe do oxidante quando do reciclo. A concentração destas impurezas inertes irá aumentar o licor mãe do oxidante até que seja alcançado um equilíbrio, pelo que a taxa de remoção de cada impureza através do produto de TPA é equilibrada com a taxa de formação e com a taxa de adição do processo de oxidação. O nível normal de impurezas no TPA bruto comercial o toma inadequado para o uso direto na maior parte das aplicações de polímero.

[6] De um modo convencional, o TPA bruto foi purificado, ou

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3/21 através de conversão de um éster dimetílico, ou através de dissolução em água, com a subsequente hidrogenação, por meio de catalisadores de hidrogenação convencionais. Mais recentemente, os tratamentos oxidativos secundários foram usados para produzir TPA de grau polimérico. É desejável minimizar a concentração de impurezas no licor mãe e, deste modo, facilitar a purificação subsequente de TPA. Em alguns casos, não é possível produzir um TPA de grau polimérico, purificado, a não ser que algum meio para a remoção de impurezas a partir da corrente de licor mãe do oxidante seja utilizado.

[7] Uma técnica para a remoção de impurezas de uma corrente de reciclo comumente usada na indústria de processamento químico é a de extrair ou “purgar” alguma porção da corrente de reciclo. De um modo típico, a corrente de purga é simplesmente descartada ou, se economicamente justificado, submetida a vários tratamentos, de um modo a remover as impurezas indesejadas, ao mesmo tempo em que os componentes valiosos são recuperados. Um exemplo é a U.S. # 4.939.297 aqui incorporada, a título referencial, em sua totalidade, na extensão em que ela não entre em contradição com o que é aqui mencionado. A quantidade de purga requerida para o controle de impurezas depende do processo; no entanto, uma quantidade de purga igual a de 10-40% da corrente de licor mãe do oxidante total é, de um modo usual, suficiente para produzir o TPA adequado como a carga de alimentação para a manufatura de polímero comercial. Na produção de TPA, a percentagem de purga da purga da corrente do licor mãe do oxidante, necessária para manter as concentrações de impureza aceitáveis, acoplada com o valor econômico do catalisador metálico e com os componentes do solvente na corrente de purga do oxidante, toma o simples descarte da corrente de purga do oxidante economicamente não atraente. Deste modo, existe uma necessidade quanto a um processo, que recupere, de um modo essencial, todos os catalisadores metálicos valiosos e o ácido acético contido na corrente de purga do oxidante, ao mesmo tempo em que é

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4/21 removida uma porção principal das impurezas presentes na corrente de purga do oxidante. O catalisador metálico pode ser recuperado em qualquer forma ativa, adequada para a reutilização através do reciclo direto ao estágio de oxidação de p-xileno.

[8] Um número de patentes ensina um processo de ácido tereftálico, que compreende um processo de purga, que compreende a concentração, a filtração, seguidas pela extração.

[9] A concentração evaporativa de uma alimentação de purga, que compreende o ácido acético e a água, resulta em uma suspensão de purga superconcentrada com um % em peso mais baixo do teor de água em relação à purga alimentada, devido ao fato de que a água possui um ponto de ebulição mais baixo do que o ácido acético. Por exemplo, uma alimentação de suspensão de purga, que compreende cerca de 94% em peso (percentual em peso) de ácido acético e cerca de 6% em peso de água, irá compreender apenas cerca de 2,5% em peso de água após a ebulição, distante de cerca de 92% em peso da massa da alimentação da suspensão de purga.

[10] Foi descoberto que a taxa de filtração da referida suspensão de purga superconcentrada em um processo de purga de ácido tereftálico pode variar grandemente, dependendo do percentual em peso de água na referida suspensão de purga superconcentrada. A variabilidade na taxa de filtração da suspensão de purga superconcentrada é um atributo da suspensão e não está relacionada à distribuição de tamanho de partícula dos sólidos na suspensão. Nesta exposição, existem modalidades da invenção que expõem métodos para o controle do percentual em peso de água na suspensão de purga superconcentrada, que melhoram a taxa de filtração da referida suspensão de purga superconcentrada.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [11] Esta invenção se refere à remoção de impurezas e à recuperação de um catalisador metálico a partir de uma corrente de purga de

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5/21 oxidante, produzida na síntese de ácidos carboxílicos, de um modo típico do ácido tereftálico, o processo compreendendo:

(a) submeter a corrente de purga do oxidante, formada em um processo de ácido tereftálico, que compreende um ácido carboxílico, um catalisador metálico, impurezas, água e um solvente compreendendo ácido acético, à evaporação em uma primeira zona de evaporador para produzir uma primeira corrente de vapor e uma corrente de purga concentrada; e (b) adicionar água à corrente de purga concentrada, em uma primeira zona de misturação para produzir uma corrente de purga concentrada rica em água;

(c) submeter a corrente de purga concentrada rica em água à evaporação em uma segunda zona do evaporador para produzir uma segunda corrente rica em solvente e uma suspensão de purga concentrada intermediária; e (d) submeter a suspensão de purga concentrada intermediária à evaporação em uma terceira zona de evaporador para produzir uma terceira corrente rica em solvente e uma suspensão de purga superconcentrada, em que a terceira zona do evaporador compreende um evaporador operado em uma temperatura de cerca de 20°C a cerca de 70°C;

em que a suspensão de purga superconcentrada possui um teor de água de cerca de 5 % em peso a cerca de 25% em peso;

(e) filtrar a referida suspensão de purga superconcentrada em uma zona de separação de sólido-líquido para formar uma torta de filtro e um licor mãe;

(f) lavar a torta do filtro com uma alimentação de lavagem na zona de separação de sólido-líquido para formar uma torta de filtro lavada e um filtrado de lavagem; em que pelo menos 80% do catalisador metálico a partir da suspensão de purga superconcentrada são recuperados através da referida zona de separação ao interior do referido licor mãe do licor de

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6/21 lavagem cumulativamente; e (g) opcionalmente desidratar a torta de filtro lavada na referida zona de separação de líquido-sólido para formar uma torta de filtro desidratada.

(h) combinar a água com um licor mãe, de um modo a que o catalisador metálico seja recuperado, e então submeter uma mistura aquosa assim formada à extração com um solvente de extração para produzir uma corrente de extrato e uma corrente de refinado compreendendo um catalisador metálico.

[12] Estas modalidades e outras modalidades tomar-se-ão mais evidentes para aqueles de habilidade ordinária na arte, após a leitura desta exposição.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [13] A Figura 1 ilustra uma modalidade da invenção, caracterizada por um método para remover impurezas de uma corrente de purga de oxidante formada em um processo de ácido tereftálico, que compreende ácido acético, água, um catalisador metálico, e impurezas de oxidação através de (a) evaporar uma porção de uma corrente de purga do oxidante em uma primeira zona de evaporador para produzir uma corrente de purga concentrada e uma primeira corrente de vapor, que compreende ácido acético e água (b) adicionar água, de um modo controlado, à corrente de purga concentrada em uma primeira zona de misturação para produzir uma corrente de purga concentrada rica em água (c) evaporar uma porção da corrente de purga concentrada rica em água em uma segunda zona do evaporador para formar uma corrente de purga concentrada intermediária e uma segunda corrente de vapor, que compreende ácido acético e água; (d) evaporar uma porção da corrente de suspensão de purga concentrada intermediária em uma terceira zona de evaporador para formar uma corrente de suspensão de purga superconcentrada com um teor de água em uma faixa de 5,8% a 24,4 % e uma

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7/21 terceira corrente de vapor, que compreende ácido acético e água; (e) separar os sólidos a partir da corrente de suspensão de purga superconcentrada e submeter os sólidos a uma alimentação de lavagem em uma zona de separação de sólido-líquido para formar uma corrente de licor mãe, uma corrente de licor de lavagem, e uma corrente de torta úmida lavada; (f) misturar, em uma segunda zona de misturação, água com a corrente de licor mãe e, opcionalmente, uma porção da corrente de licor de lavagem para formar uma mistura aquosa; e (g) adicionar um solvente de extração à mistura aquosa em uma zona de extração para formar uma corrente de extrato e uma corrente de refinado; e (h) alimentar a corrente de extrato a uma coluna de destilação para formar uma corrente de reciclo e uma corrente de suspensão.

[14] A Figura 2 ilustra diferentes modalidades da invenção, em que a taxa de filtração da suspensão de purga superconcentrada varia grandemente, dependendo do % de água na corrente.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO [15] Neste relatório e nas reivindicações que se seguem, será feita referência a um número de termos que deverão ser definidos para possuir os significados que se seguem:

[16] Como usado no relatório e nas reivindicações apensas, as formas singulares “um”, “uma” e “os” incluem os referentes plurais, a não ser que o contexto o dite claramente de um outro modo. Deste modo, por exemplo, a referência a um reator de tubulação inclui um ou mais reatores de tubulação.

[17] As faixas podem ser aqui expressadas como “cerca de” um valor particular, e/ou “cerca de” um outro valor particular. Quando uma tal faixa é expressada, uma outra modalidade inclui a partir daquele valor particular e/ou de um outro valor particular. De um modo similar, quando os valores são expressados como aproximações, através do uso do antecedente “cerca de”, deverá ser entendido que aquele valor particular constitui uma outra modalidade. Deverá ser ainda entendido que os pontos terminais de cada

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8/21 faixa são significativos, tanto em relação ao outro ponto terminal, como independentemente do outro ponto terminal.

[18] “Opcional” ou “opcionalmente” significa que o evento ou as circunstâncias subsequentemente descritos podem ou não, ocorrer, e que a descrição inclui casos, em que o evento ou a circunstância ocorre, e casos em que não ocorre. Por exemplo, a frase “opcionalmente aquecido” significa que o material pode, ou não, ter sido aquecido e que aquela frase inclui ambos os processos aquecido e não aquecido.

[19] Apesar do fato de que as faixas e os parâmetros numéricos, que expõem o amplo escopo da invenção, sejam aproximações, os valores numéricos, expostos nos exemplos específicos, são relatados de um modo tão preciso quanto possível. Qualquer valor numérico, no entanto, contém inerentemente certos erros, que resultam necessariamente a partir do desvio padrão encontrado em suas respectivas medições de teste.

[20] Tal como usado no relatório e nas reivindicações apensas, o uso de “percentual” ou de “%” se refere a um percentual em peso.

[21] Em uma modalidade desta invenção, um processo para remover impurezas de um subproduto de oxidação de uma corrente de purga de oxidante 101, é provido, tal como mostrado na Figura 1. O processo compreende os estágios que se seguem.

[22] O estágio (a) compreende submeter uma corrente de purga de oxidante 101 à evaporação em uma primeira zona de evaporação 120 para produzir uma primeira corrente de vapor 121 e uma corrente de purga concentrada 122.

[23] A corrente de purga do oxidante 101 é extraída de um processo de síntese oxidativo de ácido carboxílico, que compreende ácido tereftálico. Um método para gerar a corrente de purga de oxidante 101 é o de filtrar a suspensão de oxidante do ácido tereftálico e coletar uma porção do licor mãe, que deixa o filtro, e então conduzi-la ao processo de purga. Ainda um outro

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9/21 método para gerar uma corrente de purga de oxidante 101 é o de conduzir uma mecha de solvente em uma suspensão de oxidação de ácido tereftálico, deslocando uma porção do licor mãe de oxidação e conduzindo-o ao processo de purga. O licor mãe de oxidação, obtido de um processo de ácido tereftálico, pode ser resfriado a uma temperatura em uma faixa de 90°C a 45°C e conduzido a um filtro de pressão de clarificação, tal que um filtro de vela, de um modo a que quaisquer sólidos presentes sejam removidos, antes que sejam conduzidos ao primeiro evaporador no processo de purga.

[24] A corrente de purga do oxidante 101 serve como a corrente de alimentação para o presente processo de purga de ácido tereftálico. A corrente de purga do oxidante 101 compreende ácido carboxílico, água, um solvente, o catalisador metálico e impurezas. As impurezas compreendem brometos orgânicos, metais de corrosão, subprodutos de oxidação de p-xileno, e as impurezas derivadas como um resultado de impurezas no p-xileno. Os brometos orgânicos podem ser usados como promotores na reação de oxidação. Os exemplos de metais de corrosão são os compostos de ferro e de cromo, que inibem, reduzem ou destroem inteiramente a atividade do catalisador metálico. A parte do catalisador e do promotor, a corrente de licor mãe do oxidante também contém subprodutos e impurezas. Estes subprodutos e impurezas são originados, de um modo parcial, a partir de impurezas secundárias, presentes na corrente de alimentação de p-xileno. Outras impurezas são originadas devido à oxidação incompleta de p-xileno, que resulta em produtos parcialmente oxidados. Ainda outros subprodutos resultam a partir de reações colaterais competitivas na oxidação de p-xileno para ácido tereftálico.

[25] Os ácidos carboxílicos incluem os ácidos carboxílicos aromáticos, produzidos através da oxidação controlada de um substrato orgânico. Tais ácidos carboxílicos aromáticos incluem os compostos com pelo menos um grupo de ácido carboxílico ligado a um átomo de carbono, que é

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10/21 parte de um anel aromático, de um modo preferido tendo pelo menos 6 átomos de carbono, e de um modo ainda mais preferido tendo apenas átomos de carbono. Exemplos adequados de tais anéis aromáticos incluem, mas não estão limitados a, benzeno, bifenila, terfenila, naftaleno, e outros anéis aromáticos fundidos à base de carbono. Exemplos de ácidos carboxílicos incluem, mas não estão limitados a, ácido tereftálico, ácido benzóico, ácido p-toluico, ácido isoftálico, ácido trimetílico, ácido naftaleno dicarboxílico, ácido 2,5-difeniltereftálico e as misturas dos mesmos.

[26] Os solventes adequados incluem, mas não estão limitados a, ácidos monocarboxílicos alifáticos, de um modo preferido contendo de 2 a 6 átomos de carbono, ou ácido benzóico e misturas dos mesmos, e misturas destes compostos com a água. De um modo preferido, o ácido acético é misturado com a água, em uma razão de cerca de 5:1 a cerca de 25:1, de um modo preferido entre cerca de 8:1 e cerca de 20:1, e de um modo ainda mais preferido dentre cerca de 11:1 e 20:1. Em todo o relatório, o ácido acético será referido como ao solvente. No entanto, deve ser apreciado que outros solventes adequados, tais que aqueles aqui previamente descritos, podem ser também utilizados.

[27] No primeiro estágio do presente processo, a corrente de purga do oxidante 101 é concentrada através de um meio convencional em uma primeira zona de evaporador 120, que compreende um evaporador para produzir uma primeira corrente de vapor 121 e uma suspensão de purga concentrada 122. O evaporador é operado em condições atmosféricas ou ligeiramente superatmosféricas, de um modo geral de cerca de 1 atmosfera a cerca de 10 atmosferas. A corrente de vapor 121 compreende uma maior parte de água e de solvente, e a corrente de purga concentrada 122 compreende o restante da água e do solvente não removidos a partir da corrente de purga do oxidante 101. A evaporação remove cerca de 50 % em peso a cerca de 85% em peso da massa de solvente presente na corrente de purga do oxidante 101.

[28] O estágio (b) submete a corrente de purga concentrada 122 e a

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11/21 corrente 131, que compreende água, à zona de mistura 130 para produzir uma corrente de purga concentrada rica em água 132. A corrente de purga concentrada rica em água 132 é enriquecida em água, pelo fato de que o % em peso de água na corrente de purga concentrada rica em água 132 é maior do que na corrente de purga concentrada 122. Qualquer equipamento conhecido na arte para a misturação de duas correntes líquidas pode ser utilizado, incluindo a misturação de duas correntes em uma tubulação equipada com um misturador estático interno. Em uma modalidade da invenção, a taxa de alimentação (massa/tempo) da corrente 131 adicionada na zona de mistura 130 é manipulada para controlar o percentual em peso de água contido na corrente de suspensão de purga superconcentrada a jusante 152 de cerca de 5,0 porcento em peso, (percentual em peso) a 25 % em peso de água. Uma outra faixa para controlar o teor de água da corrente 152 é de cerca de 8,0 % em peso de água a cerca de 23,0 % em peso de água. Ainda uma outra faixa para controlar o teor de água da corrente 152 é de cerca de 11,0 % em peso de água a cerca de 21,0 % em peso de água. Ainda uma outra faixa para controlar o teor de água da corrente 152 é de cerca de 13,0 % em peso a cerca de 19,0 % em peso de água. O conduto entre o primeiro evaporador 120 e a zona de mistura 130 deve ser mantido em uma temperatura de, ou acima de 90 °C, de um modo a evitar com que os sólidos deixem a solução no conduto.

[29] O estágio (c) submete a corrente de purga concentrada 132, rica em água, à evaporação em uma segunda zona do evaporador 140 para produzir uma segunda corrente de vapor 141 e uma corrente de suspensão de purga concentrada intermediária 142. O conduto entre a zona de mistura 130 e o segundo evaporador 140 deve ser mantido em uma temperatura de, ou acima de 80°C, para que seja minimizada a quantidade de sólidos que saem da solução no conduto. A segunda zona do evaporador 140 compreende pelo menos um evaporador, operado em condições de vácuo. A evaporação pode ser conduzida em uma temperatura de cerca de 20°C a cerca de 90°C; ainda

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12/21 uma outra faixa é de cerca de 30°C a cerca de 80°C. Em ainda uma modalidade da invenção, uma porção de até 100% da corrente de vapor 141 pode ser condensada e retomada ao segundo evaporador 140. Isto proporciona um período de tempo de residência no segundo evaporador 140 para o crescimento do tamanho da partícula dos sólidos no segundo evaporador 140, sem que a suspensão seja concentrada. Isto também permite o desacoplamento da temperatura da suspensão no segundo evaporador 140 e do nível de vácuo no segundo evaporador.

[30] O estágio (d) submete a corrente de suspensão de purga concentrada intermediária 142 à evaporação em uma terceira zona de evaporador 150 para produzir uma terceira corrente de vapor 151 e uma corrente de suspensão de purga superconcentrada 152. A terceira zona do evaporador 150 compreende pelo menos um evaporador, operado em condições de vácuo. A evaporação pode ser conduzida em uma temperatura de cerca de 20°C a cerca de 70°C; uma outra faixa é de cerca de 30°C a cerca de 60°C. A combinação dos evaporadores 120, 140 e 150 é operada para concentrar a corrente de purga do oxidante 101 a uma condição, em que cerca de 75% em peso a cerca de 97% em peso da massa da corrente 101 seja removida através de evaporação. Uma outra faixa para a operação da combinação dos evaporadores 120, 140 e 150, para concentrar a corrente de purga do oxidante, tal como representado pela corrente 101, a uma condição em que cerca de 85% em peso a cerca de 94% em peso da massa da corrente 101 são removidos através de evaporação. No entanto, ainda uma outra faixa para a operação da combinação dos evaporadores 120, 140 e 150, para concentrar a corrente de purga do oxidante, tal como representado pela corrente 101, a uma condição em que cerca de 87 % em peso a cerca de 93% em peso da massa da corrente 101 sejam removidos através de evaporação.

[31] Em uma modalidade da presente invenção, a condição da suspensão de purga superconcentrada 152 pode ser como uma mistura de

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13/21 sólido-líquido, com solvente apenas suficiente para prover a capacidade de bombeamento.

[32] O estágio (e) compreende filtrar uma suspensão de purga superconcentrada 152 em uma zona de filtração 160 para formar uma torta de filtro 164 e um licor mãe 163; e [33] O estágio (f) lava a referida torta de filtro 164 com uma alimentação de lavagem 166 em uma zona de lavagem 161 para formar uma torta lavada 165 e um licor de lavagem 167; e, de um modo opcional, desidratar a referida torta lavada 165 em uma zona de desidratação opcional 162 com uma alimentação de gás 168, para que seja formada uma torta desidratada 169. Em uma modalidade da presente invenção, a corrente de lavagem 166 compreende água.

[34] Em uma modalidade da invenção, a zona de filtração 160 compreende pelo menos um dispositivo de separação de sólido-líquido. Em ainda uma outra modalidade da invenção, a zona de filtração 160 e a zona de lavagem 161 e, de um modo opcional, a zona de desidratação 162 podem ser executadas em um dispositivo de separação de sólido-líquido, ou em múltiplos dispositivos em uma zona de separação de sólido-líquido 200. Exemplos de tais dispositivos incluem, mas não estão limitados a, filtros de pressão contínuos, filtros a vácuo contínuos, filtros de pressão de batelada, centrífugas, e os dispositivos similares. Em ainda uma outra modalidade da invenção, a zona de separação de sólido-líquido e a zona de lavagem e a zona de desidratação opcional podem ser executadas em um único dispositivo. Exemplos de tais dispositivos incluem, mas não estão limitados a, filtros de pressão contínua, filtros a vácuo contínuos, filtros de pressão de batelada, centrífugas, e os dispositivos similares.

[35] Em uma modalidade da invenção, a zona de separação de líquido 200 compreende pelo menos um dispositivo de separação de sólidolíquido. Em ainda uma outra modalidade da invenção, a zona de separação de

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14/21 sólido-líquido e a zona de lavagem podem ser executadas em um dispositivo de separação de sólido-líquido. Exemplos de tais dispositivos incluem, mas não estão limitados a, filtros de pressão contínua, filtros a vácuo contínuos, filtros de pressão de batelada, centrífugas, e os dispositivos similares. Em ainda uma outra modalidade da invenção, a zona de separação de sólido-líquido e a zona de lavagem e a zona de desidratação opcional podem ser executadas em um único dispositivo. Exemplos de tais dispositivos incluem, mas não estão limitados a, filtros de pressão contínua, filtros a vácuo contínuos, filtros de pressão de batelada, centrífugas, e os dispositivos similares.

[36] Um filtro de pressão adequado, que pode ser adaptado aos requerimentos do presente processo inventado, é um BHS-FEST™, filtro de pressão de tambor rotativo, embora ainda outros filtros de pressão, que podem executar a operação requerida, possam ser usados. Exemplos de outros dispositivos, que podem ser usados na zona de separação de sólido-líquido 200, incluem, mas não estão limitados a: filtros de correia a vácuo, prensas de filtro, centrífugas, filtros de folha de pressão, filtros de tambor de pressão, e filtros de tambor a vácuo. O filtro de pressão pode ser operado, em temperatura e em pressão suficientes para que sejam obtidos pelo menos 80% em peso de recuperação do catalisador metálico, a partir do soluto do licor mãe 163. De um modo preferido, o filtro de pressão pode ser operado em uma temperatura de cerca de 25°C a cerca de 80°C, e sob uma pressão de 2 bar a 6 bar man..

[37] O estágio (g) compreende misturar na segunda zona de misturação 170 uma corrente de água 171 com a corrente de licor mãe 163 e, de um modo opcional, uma porção de corrente de licor de lavagem 167, para que seja formada uma mistura aquosa 172. Em ainda uma modalidade da invenção, a zona de misturação 170 compreende um misturador convencional. Se necessário, a água 171 pode ser adicionada à zona de misturação 170, em uma quantidade suficiente para dissolver o catalisador metálico na corrente da mistura aquosa 172.

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15/21 [38] A corrente de água 171 é adicionada à zona de misturação 170, em uma quantidade suficiente para que o catalisador seja dissolvido, resultando em uma mistura aquosa 172, em que a razão de ácido acético para a água está situada em uma faixa de cerca de 0,7:1 a 1,4:1, de um modo preferido de cerca de 0,8:1 a 1,3:1, e de um modo ainda mais preferido de cerca de 0,9 a 1,2:1. É desejável manter a mistura 172 aquosa circulando com um circuito de circulação externo. Uma pequena quantidade do solvente de extração 181, de um modo geral de cerca de 1 a cerca de 10% em peso, de um modo preferido de menos do que 5 % em peso, pode ser adicionada à zona de misturação 170, de um modo a aumentar a manipulação da suspensão por meio da redução da aderência dos sólidos às partes laterais dos vasos. Isto é representado pela seta tracejada a partir da corrente 181 na Figura 1. É desejável, mas não necessário, submeter a mistura aquosa 172, antes da extração, a um tratamento térmico, a de cerca de 60°C a cerca de 95°C, uma outra faixa é de cerca de 80°C a cerca de 90°C, durante de cerca de 0,5 a cerca de 4 horas, e de um modo preferido de cerca de 1 a cerca de 2 horas. Através deste tratamento, os brometos orgânicos são reagidos, de um modo a fornecer brometos inorgânicos, que são, de um modo preferido, retidos na corrente de refinado 183. A quantidade de compostos contendo bromo, purgados a partir do sistema, junto com as impurezas indesejadas, é, deste modo, minimizada. O tratamento térmico conserva os brometos e simplifica o descarte de impurezas orgânicas.

[39] O estágio (h) compreende contatar um solvente de extração 181 com a mistura aquosa 172 em uma zona de extração 180 para formar uma corrente de extrato 182 e a corrente de refinado 183.

[40] A mistura aquosa 172 é alimentada a uma zona de extração 180, em que a mistura aquosa 172 e o solvente de extração 181 são contatados na zona de extração 180. A mistura aquosa 172 e o solvente de extração 181 são misturados para formar uma corrente de extrato 182, que compreende solvente, água, impurezas orgânicas, e solvente de extração, que forma uma

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16/21 fase mais leve, e a corrente de refinado 183 compreendendo um catalisador metálico, metais de corrosão, e água. A corrente de extrato 182 é extraída como uma corrente aérea e a corrente de refinado 183 é extraída a partir do fundo do extrator na zona de extração 180. Nesta invenção, uma modalidade da zona de extração 180 é um extrator de estágio único.

[41] O solvente de extração 181, usado no extrator, deveria ser substancialmente imiscível em água para minimizar a quantidade de solvente orgânico dissolvida na fração aquosa. De um modo adicional, o solvente de extração 181 é, de um modo preferido, um agente azeotrópico, que serve para auxiliar à recuperação do solvente a partir do extrato orgânico. Os solventes, que foram comprovados ser particularmente úteis são os acetatos de alquila Cia C6, de um modo particular, o acetato de n-propila, acetato de isopropila, acetato de isobutila, acetato de sec-butila, acetato de etila e acetato de nbutila, embora outros solventes orgânicos substancialmente imiscíveis em água, tendo uma densidade apropriada e um ponto de ebulição suficientemente baixo possam ser também usados, tais que o p-xileno. O acetato de n-propila e o acetato de isopropila são particularmente preferidos, devido à sua miscibilidade em água relativamente baixa e ao excelente comportamento azeotrópico.

[42] A extração pode ser efetuada usando razões de solvente de cerca de 1-4 partes, em peso, de solvente de extração por parte de mistura aquosa. Embora a extração possa ser operada em temperatura e pressão ambientes, o aquecimento do solvente e do extrator a de cerca de 30°C a cerca de 70°C, uma outra faixa de cerca de 40°C a cerca de 60°C pode ser usada. Embora a corrente de extrato 109 compreenda pequenas quantidades do catalisador metálico e dos metais de corrosão, essencialmente todo o catalisador metálico e a maior parte dos metais de corrosão estão contidos na fase mais pesada, a corrente de refinado 183.

[43] O estágio (i) compreende separar a corrente de extrato 182 em

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17/21 uma zona de separação 190, para que seja formada uma corrente de impurezas orgânicas de alto ponto de ebulição 192 e uma corrente de solvente de extração recuperada 191.

[44] A corrente de extrato 182 compreende solvente orgânico e impurezas orgânicas. A corrente de extrato 182 pode ainda compreender ácido acético e água, muitas vezes em quantidades menores. A corrente de extrato 182 pode ser destilada em uma zona de separação 190, que compreende um equipamento de destilação convencional. O equipamento de destilação convencional inclui, por exemplo, uma coluna de destilação.

[45] A maior parte das impurezas orgânicas são extraídas pelo solvente orgânico na zona de extração 180. Isto ocorre devido ao fato de que as impurezas orgânicas apresentam um alto grau de solubilidade para o solvente orgânico e em uma menor extensão, para o ácido acético. Através da destilação da fase mais leve a partir do extrator, o solvente orgânico é evaporado, permitindo com que as impurezas orgânicas sejam concentradas na coluna sob o fluxo.

[46] A corrente de solvente de extração recuperada 191 pode ser reciclada ao extrator na zona de extração 180. A corrente de impurezas orgânicas de alto ponto de ebulição 192 é removida, como uma suspensão, a partir da base da coluna de destilação para o descarte.

[47] Em uma modalidade da invenção, as zonas de evaporador 120, 140 e 150 são operadas de um modo contínuo, em oposição à operação em batelada. Em ainda uma modalidade da invenção, todas as operações unitárias (zonas 120 a 190) são operadas em um modo contínuo, em oposição a uma operação de batelada.

Exemplos:

[48] Esta invenção pode ser adicionalmente ilustrada através dos exemplos que se seguem de outras modalidades da mesma, embora possa ser entendido que estes exemplos são incluídos meramente para propósitos de

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18/21 ilustração e que não têm a intenção de limitar o escopo da invenção, a não se que indicado especificamente de um outro modo.

[49] Os dados para os Exemplos 1 a 9, expostos na Tabela 1 e na Figura 2, foram gerados em um laboratório. Um objetivo destes exemplos é o de ilustrar a relação entre o % de água na corrente de suspensão de purga superconcentrada 152 e a taxa de filtração da corrente de suspensão de purga superconcentrada 152 em um filtro de pressão. Constitui também um objetivo destes exemplos, ilustrar como gerar uma corrente de suspensão de purga superconcentrada 152 com uma faixa de teores de água. O % de água na corrente de suspensão de purga superconcentrada 152 está situado em uma faixa de 2,5% a 25% e a taxa de filtração da corrente da suspensão de purga superconcentrada 152 está situada em uma faixa de 30 kg de filtrado/minuto por metro quadrado para 1110 kg de filtrado/minuto por metro quadrado, respectivamente.

[50] Para cada experimento laboratorial, a alimentação de purga do oxidante 101 foi obtida de uma planta comercial compreendendo cerca de 6% de água e 94% de ácido acético. 75% da massa da alimentação de purga do oxidante foi removida através de evaporação a 120°C em uma primeira zona de evaporador, resultando em uma corrente de purga concentrada 122, que compreende cerca de 4,6 % de água.

[51] Nos Experimentos 1 e 2, a corrente de purga concentrada 122 foi submetida à concentração evaporativa adicional, em uma temperatura final de cerca de 55 °C, resultando em uma suspensão de purga superconcentrada 152, que compreende água de cerca de 2,5% e uma perda total evaporativa de cerca de 92% da alimentação de purga do oxidante original. A suspensão de purga superconcentrada resultante foi filtrada em um filtro de pressão em escala laboratorial, operado em uma pressão de 3 bar man., com uma área de filtração de 20 cm², lavada com água, e desidratada com N2. A taxa de filtração foi calculada pela divisão da massa de líquido total (licor mãe + licor

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19/21 de lavagem) pela área de filtração de 20 cm² e a soma do período de tempo de filtração e do período de tempo de lavagem. Por exemplo, a taxa de filtração para o Experimento 1 é = (507 gramas/20cm ²/(345 segundos + 165 segundos) = 0,0947 gramas/cm² segundo ou 29, 8 kg/metro² minuto.

[52] Nos experimentos 3 a 9, a corrente de purga concentrada a 120°C 122 foi misturada, de um modo contínuo, em uma zona de misturação, com quantidades variáveis de água em temperatura ambiente e então submetida à concentração evaporativa adicional, em uma temperatura final de cerca de 55°C, resultando em uma corrente de purga superconcentrada 152, que compreende água em uma faixa de cerca de 8 porcento em peso (% e/p) a 25% em peso. Cerca de 92 % em peso da massa original da alimentação de purga do oxidante é perdida durante a concentração evaporativa. A corrente de purga superconcentrada resultante 152 foi filtrada em um filtro de escala laboratorial, operado em uma pressão de 3 bar man. com uma área de filtração de 20 cm², lavada com água, e desidratada com N₂.

[53] E instrutivo comparar os Experimentos 1 e 5 para observar como a adição de água à corrente de purga concentrada 122 apresenta um impacto significativo sobre a taxa de filtração da respectiva corrente de purga superconcentrada resultante 152. Em ambos os exemplos, cerca de 92 % da alimentação de purga do oxidante entram em ebulição. No exemplo 1, não é adicionada água à corrente de purga concentrada 122, resultando em uma alimentação da corrente de purga superconcentrada 152 ao filtro contendo 2,5 % de água e em uma taxa de filtração de cerca de 30 kg/metro² minuto. No exemplo 5, água suficiente é adicionada à corrente de purga concentrada 122, de um modo a que o % de água na corrente de purga superconcentrada a jusante 152, alimentada ao filtro, contenha 14% de água, e que a taxa de filtração desta suspensão de corrente de purga superconcentrada 152 seja de 1.059 kg/metro² minuto. Fica claro que, através da adição de água à corrente de purga superconcentrada 122 no Exemplo 5, a taxa de filtração da corrente

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20/21 de purga superconcentrada a jusante resultante 152 é aumentada de 30 kg/metro² minuto para 1.059 kg/metro² minuto. Isto constitui um aumento de 3.520 % na taxa de filtração.

[54] A adição de água, tal como ensinado acima, não é simplesmente um efeito de diluição, mas impacta o crescimento de cristal dos sólidos durante a concentração evaporativa, resultando em menos partículas pequenas na alimentação da suspensão para o filtro. É bem conhecido na arte que a presença de pequenas partículas, de um modo particular de, ou abaixo, de 10 mícrons, possui um efeito negativo sobre uma taxa de filtração de suspensão. A adição de água à suspensão de purga concentrada 122, tal como acima ensinado, possui um impacto positivo sobre a taxa de filtração da suspensão de purga superconcentrada a jusante, alimentada ao filtro, através do decréscimo do % em peso de partículas menores do que 10 mícrons na referida suspensão de purga superconcentrada. Se água for adicionada à suspensão de purga superconcentrada 152 antes da filtração, nenhum aperfeiçoamento material na taxa de filtração é realizado. A adição de água precisa ocorrer em um ponto no processo de purga anterior à zona de concentração evaporativa final. Por exemplo, o estágio de adição de água pode ocorrer após a primeira zona de concentração evaporativa, em um processo de purga com duas zonas de concentração evaporativas. A adição de água pode ocorrer também antes da primeira zona do evaporador, mas isto não é desejável, devido aos altos custos associados com a concentração evaporativa antes da zona de filtração 200.

[55] Fica claro a partir dos dados plotados na Figura 2 abaixo, que é desejável controlar o % de água contido na alimentação da corrente da suspensão de purga superconcentrada 152 para o filtro de 5,8% a 24,4% de água. Uma faixa mais preferível para controlar o teor de água da corrente 152 é de 7,9 % de água a 22,8% de água. Ainda uma faixa mais preferível para controlar o teor de água da corrente 152 é de 10,5 % de água a 20,4 % de água. A

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21/21 faixa mais preferida para controlar o teor de água da corrente 152 é de 12,5% de água a 18,9% de água. Fica também claro que a localização física do processo de purga, em que a água é adicionada para que seja alcançado este aperfeiçoamento na taxa de filtração da corrente 152 estará localizada antes da última zona de evaporação no processo de purga.

Tabela 1

Dados de Filtração Experimentais para a Suspensão de Purga Superconcentrada (SCPS)

Exp. #	% de Água na alimentação de SCPS para o Filtro (% em peso)	Dados da Zona de Filtração	Dados da Zona de Lavagem	Dados de Fluxo de Líquido Total
Massa da Alimentação de SCPS (g)	Tempo de Filtração (segundos)	Massa do Licor Mãe (g)	Massa de Lavagem (g)	Tempo de Lavagem (segundos)	Massa De Filtrado de Lavagem (g)	Licor Mãe Combinado com o Filtrado de Lavagem
Massa (g)	gramas (segundos)	kg
min. m²
1	2,5%	400,3	345,0	350,0	150	165	157,7	507,7	1,00	30
2	2,5%	400,5	30,0	103,4	180	654	429,9	533,3	0,78	23
3	7,7%	400,8	16,0	306,4	76,00	9,1	132,6	439,0	17,49	525
4	11%	400,2	13,0	321,8	98,03	6,1	150,4	472,2	24,75	742
5	14%	400,3	8,3	309,3	98,00	5,2	167,4	476,7	35,31	1059
6	14%	400,1	8,6	303,1	98,00	5,7	173,4	476,5	33,32	1000
7	18%	400,2	8,0	313,1	140	5,9	201,4	514,5	37,01	1110
8	20%	400,4	18,3	351,2	65,00	5,2	101,5	452,7	19,26	578
9	25%	400,0	27,0	323,7	116,7	13,6	168,2	491,9	12,12	363

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Processo para aperfeiçoar taxa de filtração de purga de ácido tereftálico, caracterizado pelo fato de que compreende:

(a) submeter uma corrente de purga de oxidante formada em um processo de ácido tereftálico à evaporação em uma primeira zona de evaporador para produzir uma corrente de vapor e uma corrente de purga concentrada; em que a referida corrente de purga do oxidante compreende um ácido carboxílico, um catalisador metálico, impurezas, água e um solvente, em que o referido solvente compreende ácido acético, e (b) adicionar água à referida corrente de purga concentrada em uma zona de misturação para produzir uma corrente de purga concentrada rica em água;

(c) submeter a referida corrente de purga concentrada rica em água à evaporação em uma segunda zona de evaporador para produzir uma corrente rica em solvente e uma corrente de suspensão de purga concentrado intermediário; e (d) submeter a referida suspensão de purga concentrada intermediária à evaporação em uma terceira zona de evaporador, em que a referida terceira zona do evaporador compreende um evaporador operado em uma temperatura de 20°C a 70°C para produzir uma suspensão de purga superconcentrada, a qual possui um teor de água de 5,0 % em peso a 25,0 % em peso, (e) filtrar a referida suspensão de purga superconcentrada em uma zona de separação de sólido-líquido para formar uma torta de filtro e um licor mãe;

(f) lavar a referida torta de filtro com uma alimentação de lavagem na referida zona de separação de sólido-líquido para formar uma torta de filtro lavada e um filtrado de lavagem.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado

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2/4 pelo fato de que pelo menos 80% do referido catalisador metálico a partir da referida suspensão de purga superconcentrada são recuperados através da referida zona de separação ao interior do referido licor mãe e do referido filtrado de lavagem cumulativamente;
3. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que 75 % em peso a 95% em peso, da referida massa da corrente de purga do oxidante são removidos através da evaporação a partir da referida corrente de purga do oxidante nos estágios (a), (c), e (d) combinados.
4. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma porção da referida torta de filtro lavada é conduzida ao produto de ácido tereftálico a jusante da zona de oxidação.
5. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que em que a referida suspensão de purga superconcentrada possui um teor de água de 8 % em peso a 23 %.
6. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a referida suspensão de purga superconcentrada possui um teor de água de 11 % em peso a 21 %.
7. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a referida suspensão de purga superconcentrada possui um teor de água de 13 % em peso a 19%.
8. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o referido dispositivo de separação de sólido-líquido é um dispositivo de filtração por pressão, que opera em uma temperatura dentre 25°Ca90°C.
9. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma porção do licor mãe formado no estágio (e) é conduzida de volta a uma zona de oxidação do processo de ácido tereftálico.
10. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o referido dispositivo de filtração por pressão é um filtro de

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3/4 tambor por pressão rotativo.
11. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a temperatura da referida corrente de purga concentrada, conduzida a partir da referida primeira zona de evaporação para a referida zona de misturação, é mantida acima de 80°C.
12. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o período de tempo de residência na referida segunda zona de evaporação está situado em uma faixa de 30 minutos a 180 minutos.
13. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o referido licor mãe é conduzido a uma zona de extração para gerar uma corrente aquosa e uma corrente orgânica.
14. Processo de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a referida corrente orgânica é conduzida a uma coluna de destilação para recuperar o solvente de extração e uma corrente de lama de rejeito, compreendendo impurezas de subproduto de oxidação.
15. Processo de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a taxa de filtração da suspensão de purga superconcentrada na referida zona de separação de sólido-líquido é mais alta para a faixa de teor de água da referida suspensão de purga superconcentrada em uma faixa de 8% a 23%, do que em qualquer concentração de água fora desta faixa.
16. Processo de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a taxa de filtração da referida suspensão de purga superconcentrada na referida zona de separação de líquido-sólido é mais alta para a faixa de teor de água da referida suspensão de purga superconcentrada em uma faixa de 11% a21% do que em qualquer concentração de água fora desta faixa.
17. Processo de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a taxa de filtração da suspensão de purga superconcentrada na referida zona de separação de sólido-líquido é mais alta para a faixa de teor

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4/4 de água da referida suspensão de purga superconcentrada em uma faixa de 13% a 19%, do que em qualquer concentração de água fora desta faixa.
18. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o solvente é o ácido acético misturado com água em uma razão de 8:1 a 20:1.
19. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o solvente é o ácido acético misturado com água em uma razão entre 11:1 e 20:1.
20. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a massa de água adicionada na primeira zona de mistura é manipulada para controlar o % de água contido na corrente da suspensão de purga superconcentrada a jusante de 5 % a 25% de água.
21. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a massa de água adicionada na zona de misturação é manipulada para controlar o % de água contido na corrente de suspensão de purga superconcentrada a jusante de 10% a 20% de água.
22. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a massa de água adicionada na zona de misturação é manipulada para controlar o percentual de água contido na corrente de suspensão de purga superconcentrada a jusante de 13% a 18% de água.
23. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a massa de água adicionada na zona de misturação é manipulada para controlar o % de água contido na corrente de suspensão de purga superconcentrada a jusante de 8 % a 23 % de água.

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