BR112013030063B1 - Reator de polimerização - Google Patents
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Abstract
proteína de fusão, polinucleotídio, constructo, vetor, célula hospedeira ou organismo, composição farmacêutica ou vacina, uso da proteína de fusão, método para prevenir ou tratar infecção hev ou doenças associadas com infecção hev, método para prevenir ou tratar infecção do vírus influenza e doenças associadas com a infecção do vírus influenza, método para melhorar a imunogenicidade de uma proteína alvo e uso de crm197 ou um fragmento do mesmo. é provido na presente invenção uma toxina da difteria não- tóxica mutante crm197 ou um fragmento da mesma como um adjuvante em um adjuvante em uma proteína de fusão e o uso da mesma para melhorar a imunogenicidade de uma proteína alvo fundida com o mesmo, por exemplo, uma proteína de capsídeo hev, ou uma proteína m2 do vírus influenza ou um fragmento imunogênico do mesmo. também provido é um método para melhorar a imunogenicidade de uma proteína alvo, compreendendo a expressão da proteína do crm197 ou do fragmento do mesmo com a proteína alvo para formar uma proteína de fusão. adicionalmente provida é uma proteína de fusão compreendendo o crm197 ou o fragmento do mesmo e uma proteína alvo, o crm197 ou o fragmento do mesmo melhoram a imunogenicidade da proteína alvo. a presente invenção também provê um ácido nucléico isolado codificante da proteína de fusão, um constructo e um vetor compreendendo o referido ácido nucléico, e uma célula hospedeira compreendendo o ácido nucléico.
Description
REATOR DE POLIMERIZAÇÃO [0001] Um reator de polimerização de baixa temperatura para a produção de borracha butílica por polimerização catalítica de isobutileno com uma pequena quantidade de uma diolefina conjugada, tal como isopreno.
[0002] O reator tubular de passagem única é caracterizado pela eficiência térmica melhorada e eficiência hidráulica melhorada, para permitir produtividade mais elevada, menor consumo de energia e tempo do ciclo do reator mais longo.
CAMPO DE APLICAÇÃO [0003] Esta invenção refere-se a um reator melhorado para a polimerização de suspensão agitada de uma isoolefina na presença de um catalisador Friedel-Crafts, para formar uma suspensão ou suspensão de finas partículas de borracha no meio de reação.
[0004] Um grupo preferido de polímeros de isoolefina são os polímeros do tipo borracha butílica, que são preparados pela copolimerização de aproximadamente 95 a
99,5 mols% de isobutileno com, correspondentemente, aproximadamente 5 a 0,5 mols% de uma diolefina conjugada, tal como isopreno.
[0005] A reação de polimerização pode ser conduzida em qualquer temperatura de polimerização adequada, tal como a faixa de temperatura de aproximadamente -90 a aproximadamente -105°C.
[0006] Um catalisador preferido é o cloreto de alumínio.
[0007] A reação de polimerização é conduzida com agito na suspensão em um diluente de baixo congelamento,
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2/18 tipicamente um halogeneto de alquila, tal como um cloreto de metila.
[0008] A suspensão de borracha dentro da reação possui um teor de borracha de 20 a 35% em peso. As baixas temperaturas necessárias para uma copolimerização satisfatória são mantidas pela troca de calor com um refrigerante adequado, tal como metano líquido ou etileno líquido de vaporização.
ESTADO DA TÉCNICA [0009] O copolímero de isobutileno e isopreno, geralmente conhecidos como borracha butílica (IIR) e borracha halobutílica (HIIR) derivadas da borracha butílica por adição de bromo ou cloro, são extensivamente utilizadas em várias aplicações, sendo o fabricante de pneu o principal.
[0010] Nas técnicas anteriores, várias invenções foram aplicadas ao desenho do reator de polimerização para a produção da borracha butílica.
[0011] O N° de Série Americano 448.575, depositado em 26 de junho de 1942, depois abandonado, e o CA 463453, ambos por John H. Bannon, podem ser considerados entre os primeiros pedidos do conceito de reator tubular de polimerização. Neste reator, um tubo de aspiração fornecido com um agitador está disposto centralmente no reator e uma pluralidade de tubos de retorno está disposta entre o coletor e ao redor do tubo de aspiração central, com meios para circular um refrigerante adequado, desejavelmente o etileno de vaporização, através do espaço entre o coletor e ao redor do tubo de aspiração central, bem como dos tubos de retorno.
[0012] Um reator de retromistura é empregado; tipicamente um sistema de passagem de tubo único, conforme
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3/18 descrito por referência à Patente Americana N°. 2.474.592. Tal reator consiste em um vaso vertical formado por uma parede lateral de fechamento dentro da qual é fornecido um tubo de aspiração axialmente montado, de diâmetro relativamente grande, envolvido por um grande número de tubos com diâmetro pequeno que se estendem para baixo. Uma bomba de fluxo axial, que se estende para dentro do tubo de aspiração, está localizada no fundo do reator para bombear a mistura de reação até o tubo de aspiração. A mistura de reação inclui diluentes, catalisador e reagentes, que são diretamente introduzidos na base do reator, e uma porção da mistura de reação que, após fluir para cima através do tubo de aspiração, é reciclada a partir do topo do reator para dentro através dos tubos que envolvem o tubo de aspiração. As paredes externas do vaso de reação formam um revestimento pelo qual um refrigerante de hidrocarbono líquido é circulado para remover o calor exotérmico da reação através do contato de troca de calor com as paredes externas dos tubos com diâmetro pequeno, e a parede do tubo de aspiração central.
[0013] As Patentes Americanas 2.577.856 e seu pedido de prorrogação parcial Americano 2.636.026 representam uma diferente versão do reator vertical com cuba e tubo, na qual o tubo de aspiração central fornecido com um impulsor é envolvido, ao invés de por vários tubos menores, pelas superfícies anulares concêntricas, continuamente retirando o calor das paredes anulares por transferência de calor indireta com um refrigerante circulando em um ou mais câmeras anulares. A segunda patente descreve um sério problema encontrado em cada reator tubular comercial, devido ao acúmulo de polímero no tubo-lâmina de entrada superior e ligando dos tubos de
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4/18 retorno, especialmente nas suas extremidades de entrada; o problema é geral e persistente nas condições amplamente variantes de operação.
[0014] A Patente Americana 2.999.084 referese ao uso do reator tubular vertical com o tubo de aspiração central, em que a melhoria compreende a injeção da solução de alimentação contendo isobutileno/isopreno em cloreto de metila em uma zona de velocidade do fluxo mais alta imediatamente abaixo da hélice. A patente esclarece que, na experiência comercial, as incrustações de massa são um fator limitativo da importância principal com relação à taxa de produção do polímero de borracha butílica; incrustações inibem a refrigeração adequada e é a razão da operação do reator em operação tendo intervalos dentro da faixa de aproximadamente 10 a 90 horas; limpar o reator antes de resumir a reação de polimerização normalmente requer 10 a 20 horas.
[0015] A patente europeia EP0053585 propõe um tipo diferente de reator de polimerização, adequado para a produção de borracha butílica em uma temperatura que varia de -40 a -110°C. O reator incorpora uma câmera de refrigerante giratória interna, um agitador coaxial e um revestimento de resfriamento externo. As faces interna e externa da câmera giratória são mantidas limpas por raspadeiras giratórias.
[0016] Mesmo se este tipo de reator puder manter as superfícies de troca de calor livres de depósitos de borracha, este tem a desvantagem de possuir uma superfície de troca limitada e, assim, de uma produtividade limitada.
[0017] A patente europeia EP0209253 descreve um reator de polimerização e processo completamente
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5/18 diferente, no qual a mistura de monômeros de isobutileno e isopreno junto com um meio de polimerização, consistindo em uma mistura de hidrocarbonos halogenados e não halogenados, é polimerizada em uma extrusora de rosca com autolimpeza em uma temperatura de -50 a +15°C, ligeiramente mais alta do que a técnica anterior próxima a -100°C. O calor da polimerização é removido pelo resfriamento evaporativo do meio de reação. Mesmo se de interesse acadêmico, esta aplicação, devido à alta temperatura de reação, não pode produzir a borracha butílica
| aceitável | pelo mercado e não foi utilizada industrialmente. [0018] As patentes russas RU1615935 e |
| RU2097122 | propõem um reator aplicável para borracha butílica, |
caracterizado pela disposição da suspensão de polimerização e do meio de resfriamento serem o oposto quando comparado ao reator tubular vertical com tubo de aspiração central convencional: a reação de polimerização ocorre na cuba do vaso, fornecido com um agitador com várias pás centrais, enquanto o etileno refrigerante passa pelos grupos de tubos
| verticais | (quarto nos desenhos da patente), perifericamente |
| dispostos | e colocados na cabeça superior do reator. Uma |
desvantagem desta invenção é a alta disposição assimétrica,
| devido à | posição dos conjuntos do tubo, e a velocidade |
| altamente | não homogênea da suspensão de borracha dentro do |
vaso reator.
[0019] Apesar das disposições alternativas do reator descritas nas patentes mencionadas acima e em outras patentes, conforme relatado na Enciclopédia de Química Industrial de Ullmann, quinta edição, o reator industrial mais utilizado corresponde ao modelo de reator tubular vertical com tubo de aspiração, como proposto no N° de Série Americano
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6/18 original 448.575 e mais bem definido em US2.474.592 e US2.999.084.
[0020] Considerando que este reator foi utilizado comercialmente pela indústria durante muitos anos para realizar estes tipos de reações, o reator é menos eficaz do que seria desejável.
[0021] A agitação eficaz é de particular importância pelo fato de a reação de polimerização ser exotérmica e em que o peso molecular do produto de polímero é adversamente afetado por aumentos na temperatura. Assim, quando o meio de reação não é de uma composição totalmente homogênea, o sobreaquecimento localizado pode ocorrer, o que resulta na formação de materiais poliméricos indesejáveis que aderem tenazmente às superfícies metálicas dentro do vaso de reação. Esse fenômeno, geralmente referido como incrustações de massa, apresentou um problema com relação à produção de borracha butílica.
[0022] Além disso, uma construção gradual e uniforme de depósitos de polímero obstrui as superfícies de transferência de calor dentro do vaso de reação; o polímero adere às superfícies metálicas como uma película contínua. No entanto, as incrustações de polímero apresentam um problema e, em consideração ao tempo de parada para remover as incrustações, a eficiência deste tipo de reator foi limitada, como também relatado na patente americana 2.999.084, mencionada acima.
[0023] Na patente americana N°. 5.417.930, a Exxon descreve um novo modelo de reator tubular de borracha butílica, sem o tubo de aspiração e tendo uma tendência reduzida de incrustações comparada ao tipo convencional mais
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7/18 antigo de reator com tubo de aspiração central, conforme descrito na Patente americana N°. 2.999.084 e em outras patentes.
[0024] O reator contém um sistema de passagem de dois tubos, constituído por um grupo de tubo interno e central, pelo qual uma mistura ou suspensão de monômeros polimerizáveis, diluente e catalisador passa em uma direção e é reciclada através de um conjunto de tubo externo na direção oposta em distribuição de fluxo essencialmente uniforme.
[0025] Os grupos tubulares são mantidos dentro da seção encapada, onde um refrigerante remove o calor exotérmico da reação da mistura de polimerização e mantém a mistura de polimerização em temperatura uniformemente baixa. Uma circulação de fluxo uniforme da suspensão, que ajuda a manter a temperatura baixa uniforme, é fornecida pelo uso de um difusor e sistema de bombeamento de fluxo misturado.
[0026] O modelo proposto é mais complexo do que o reator convencional e ainda sujeito a fatores limitantes.
[0027] De fato, embora possa ser acordado em princípio que a distribuição do fluxo no conjunto do tubo interno será uniforme, tal uniformidade não parece ser atribuída ao que envolve a distribuição do fluxo no conjunto do tubo externo.
[0028] Além disso, a queda de pressão no desenho de passagem de dois tubos será mais alta quando comparada ao desenho de passagem simples convencional.
[0029] Estas e outras considerações mostram que há uma necessidade para um desenho melhorado de um reator
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8/18 com passagem única para a produção da borracha butílica.
SUMÁRIO [0030] A presente invenção refere-se a um desenho melhorado de um reator de passagem única, aqui mostrado na Fig. 1, para a produção de borracha butílica, caracterizado por um desenho superior de eficiência térmica e hidráulica quando comparado ao tipo convencional do reator (Fig. 1a) descrito na Patente americana N°. 2.999.084, que pode ser considerado como a técnica anterior mais próxima.
[0031] As melhorias são obtidas pelas seguintes combinações:
a) uma cabeça superior estendida com defletor de fluido, caracterizado pela forma da cabeça e do defletor ser otimizada para atingir uma velocidade de suspensão muito homogênea nas fileiras de tubos e para reduzir a queda de pressão devido à inversão do fluxo de fluxo ascendente para fluxo descendente na entrada da suspensão nos tubos; o melhor desempenho é obtido aumentando a zona superior 8 e guiando o fluido em sua curva, instalando o defletor de fluido fixado no tubo-lâmina superior;
b) uma cabeça hemisférica inferior com defletores de fluido, colocada entre o impulsor e a própria base e designada para reduzir a queda de pressão devido à inversão do fluxo de fluxo descendente para fluxo ascendente;
c) pás de endireitamento dentro do tubo de aspiração, cuja forma e dimensões são otimizadas para girar os componentes de velocidade radial produzidos pela rotação do impulsor nos componentes de velocidade axial;
em que estas inovações, melhorando substancialmente a homogeneidade da velocidade e reduzindo toda a queda de
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9/18 pressão, permitem uma circulação elevada na bomba inferior e ciclos mais longos do reator.
[0032] Em particular, de acordo com uma característica da presente invenção, as pás de endireitamento são desenhadas como superfícies com uma parte inferior curvada e uma parte radial reta superior, e a parte curvada é construída (tentando ser quase tangente ao campo de velocidade após o impulsor na parte inferior e vertical na parte superior) como uma sequência de segmentos radiais: começando da base e subindo, cada uma tem uma coordenada angular crescente junto com uma coordenada axial crescente.
[0033] Como uma consequência do desenho inovador de um reator de passagem única, conforme descrito acima, os seguintes resultados são obtidos:
A - EFICIÊNCIA TÉRMICA al- Transferência de calor do lado do tubo mais alto (suspensão de borracha), por causa da velocidade da suspensão mais alta e mais homogênea nos tubos.
a2 - Transferência de calor do lado da cuba mais alto (etileno de vaporização), utilizando pás internas.
a3 - Aumento mais lento do fator de incrustações no lado do tubo durante a operação do reator.
B - EFICIÊNCIA HIDRÁULICA b1 - A nova forma da cabeça superior e do defletor de fluido, além de permitir atingir uma velocidade da suspensão muito homogênea nas fileiras de tubos e para reduzir a queda de pressão devido à inversão do fluxo de fluxo ascendente para fluxo descendente na entrada de suspensão nos tubos, reduz também o vórtice na entrada dos tubos e elimina a distribuição de suspensão ruim (velocidade quase zero na parte externa dos
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10/18 tubos) que ocorre nos reatores do desenho antigo.
b2 - A presença de uma cabeça hemisférica inferior com defletores de fluido satisfaz a exigência de um campo de fluxo reto na extremidade do tubo de aspiração, enquanto as zonas de intensidade turbulentas altas permanecem somente após a zona do impulsor.
b3 - As pás de endireitamento no tubo de aspiração evitam o possível movimento pseudo-helicoidal dentro do tubo de aspiração gerado pela rotação do impulsor, permitindo uma eficiência hidráulica elevada.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS [0034] Uma melhor compreensão da invenção será obtida considerando a descrição detalhada abaixo, com referência às seguintes figuras, nas quais:
A figura 1 é uma visualização transversal do reator, de acordo com a presente invenção, para a produção de borracha butílica;
A figura 1a é uma visualização transversal de um reator de polimerização convencional para a mesma produção;
| A | figura | 2 | é | o detalhe do | defletor | superior | |
| formado | da figura | 1; | |||||
| A | figura | 3 | e | o detalhe do | defletor | inferior | |
| formado | da figura | 1; | |||||
| A | figura | 4 | é o detalhe das | pás de | |||
| endireitamento dentro do | tubo | de aspiração | da figura | 1; e | |||
| A | figura | 5 | é o detalhe | das pás | disco e |
rosquinha no lado da cuba da figura 1.
[0035] A referência é feita a um reator de polimerização 1, no qual a suspensão de borracha circula de acordo com as direções do fluxo 9 dentro de quarto fileiras
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11/18 de canos verticais 6 (de cima para baixo) e um tubo de aspiração 2 (de baixo para cima), empurrado por um impulsor giratório 5 colocado na parte inferior do tubo de aspiração. Todas estas partes estão incluídas em um vaso cilíndrico com duas cabeças curvadas.
[0036] O fluido reagente 10 é introduzido do lado inferior próximo ao eixo impulsor, enquanto o escoamento 11 está no topo.
[0037] A vazão volumétrica recirculante é 500 a 600 vezes maior do que a taxa de influxo.
[0038] Na região superior, o fluxo deve inverter sua direção, vindo do tubo de aspiração e indo para as fileiras do tubo. No reator do tubo de aspiração convencional, esta invenção é bem dissipativa, conforme acontece em uma distância curta sem um guia para o fluxo. A direção do fluido na entrada dos canos tem um grande componente radial não alinhado com o eixo dos canos; isso produz uma distribuição não uniforme do fluxo entre os canos, com a velocidade dos canos externos sendo quase o dobro com relação aos tubos internos e uma perda de pressão relevante na entrada dos canos (junto com a zona de inversão).
[0039] Para melhorar os desempenhos do reator, as modificações de forma foram introduzidas para atingir o alvo de reequilíbrio do fluxo entre as fileiras do tubo (tentando atingir uma velocidade de meio homogêneo) e reduzindo a queda de pressão na zona superior.
[0040] Os resultados da otimização mostram que um desempenho melhor pode ser obtido aumentando a altura da zona superior (pois o fluido tem mais espaço para mudar sua direção sem desvios restritos do limite e chegando ao influxo
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12/18 dos canos mais verticais) e guiando o fluido em sua curva, reduzindo os vórtices e dissipação turbulenta através da instalação dos condutores de fluxo formados 15 com um corte transversal em forma de gota inclinada de baixo para cima parcialmente cortado em sua parte inferior fixados no tubolâmina superior 14, conforme mostrado na Fig. 2.
[0041] Como resultados globais, pode ser observado que: como primeiro alvo de uma velocidade média homogênea através dos canos, a distância máxima do valor médio passou de aproximadamente 40% para 5% ou menos; como segundo alvo de uma queda de pressão mais baixa, avaliando o diferencial de pressão total do influxo ao escoamento (que é a energia específica que o impulsor deve dar ao fluido para atingir a vazão da massa do desenho), houve redução de forma muito significativa.
[0042] Referente à otimização da parte inferior do reator, para satisfazer a exigência de um campo de fluxo reto na extremidade do tubo de aspiração, um defletor após o impulsor foi fornecido. O impulsor não apenas imprime um componente de velocidade tangencial (aumentando a magnitude da velocidade e, assim, a dissipação), como também é uma fonte de turbulência intensa, assim, a perda de pressão é definitivamente elevada.
[0043] Os critérios básicos na otimização da parte inferior é fornecer mais espaço ao fluxo para mudar sua direção de descendente para ascendente e guiá-lo para reduzir fluxos caóticos e separações; os melhores resultados foram atingidos utilizando uma simples cabeça semiesférica 4. O defletor 17 possui um corte transversal em forma de gota inclinada de baixo para cima parcialmente cortado em sua parte
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13/18 inferior, enquanto o defletor 18, com uma seção trapezoidal, está localizado ao redor do defletor 17.
[0044] Este objetivo é adicionalmente obtido instalando, nas partes inferiores, defletores formados 17 e
| 18 fixados | no | tubo-lâmina | inferior | 16 (Fig. | 3) e pás | de |
| endireitamento | 7 dentro do | tubo de | aspiração | 2, conforme | ||
| mostrado na | Fig | . 4 . | ||||
| [0045] Como | resultado | destas | inovações, | o |
campo do fluxo na parte inferior é muito mais regular, sem separações, a pressão total é mais uniforme e as zonas de intensidade turbulentas altas permanecem somente após a zona do impulsor; todas estas características levam não apenas a perdas de pressão mais baixa na parte inferior, como também a um aumento considerável do ganho de pressão fornecido pelo impulsor, que é mais bem explorado por causa de uma distribuição de velocidade mais uniforme no lado de sucção.
[0046] Além disso, a eficiência elevada do impulsor permite também uma quantidade reduzida da carga de calor a ser removida pelo refrigerante do reator e, assim, a economia no consumo de energia é dupla.
[0047] A rotação do impulsor induz o componente da velocidade tangencial ao fluxo que, sem qualquer condicionamento, geraria um movimento pseudo-helicoidal dentro do tubo de aspiração (com a vazão da massa principalmente na parte externa devido à força centrífuga).
[0048] Para remover este efeito, as pás de endireitamento 7, introduzidas no tubo de aspiração, conforme mostrado na Fig. 4, foram projetadas como três superfícies (com uma periodicidade de 120°) com uma parte inferior curvada e uma parte superior radial reta. A parte curvada foi
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14/18 construída tentando ser quase tangente ao campo de velocidade após o impulsor na parte inferior e vertical na parte superior.
[0049] Outro aspecto inovador desta invenção se refere à disposição do sistema de resfriamento no lado da cuba 19 do reator tubular 1. Em todas as aplicações industriais dos reatores para fabricar borracha butílica, o calor de polimerização, mais o calor gerado pelo impulsor giratório, é removido por uma circulação de etileno de vaporização através de um tanque de flash, normalmente localizado em uma posição acima da cuba do reator, para ter a cabeça diferencial estática adequada para equilibrar as perdas de pressão, estática e funcional e para permitir uma circulação por termosifão.
[0050] Como uma consequência desta cabeça líquida, o ponto de vaporização inicial desvia consideravelmente do ponto de entrada do revestimento do reator; em outros termos, o etileno líquido 12 que entra na cuba do reator está normalmente em condições de subresfriamento e a parte inferior da reação é para pré-aquecer este líquido até à temperatura real de ebulição.
[0051] Em um reator butílico convencional, o impacto é bastante prejudicial e reduz substancialmente a eficiência e capacidade de transferência de calor; estando toda a área do revestimento disponível para o líquido, a velocidade do etileno líquido resultante é muito baixa e o coeficiente de transferência de calor resultante é muito menor do que o valor esperado nas condições de vaporização.
[0052] Esta desvantagem pode ser superada utilizando pás transversais 8, para forçar o fluxo de acordo
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15/18 com a direção 20 e permitir um aumento da velocidade e do coeficiente de transferência de calor do fluido refrigerante. Em consideração ao grau diferente de vaporização ao longo da altura do reator, sem vaporização na entrada 12 e na parte inferior do reator e vaporização máxima na saída 13, o espaçamento entre as duas pás consecutivas não é fixo e também muda com a altura do reator.
[0053] Pás do tipo segmental, segmental dupla ou disco 21 e rosquinha 22 podem ser utilizadas, sendo o último tipo, conforme mostrado na Fig. 5, o preferido para esta aplicação.
EXEMPLOS
EXEMPLO COMPARATIVO 1 [0054] Um reator do tipo tubo de aspiração tubular convencional para a produção de aproximadamente 2,7 ton/h de borracha butílica com viscosidade Mooney de aproximadamente 51 (ML 1 + 8 a 125 °C) foi sujeitado a uma técnica de Dinâmica de Fluido Computacional (CFD | Computational Fluid Dynamics), utilizando o software comercial da Fluent Inc.
[0055] O reator, aqui representado na Fig. 1a, é um permutador vertical com cuba e tubo, com reação no lado do tubo e etileno de vaporização como meio de resfriamento no lado da cuba, para remover o calor exotérmico de polimerização. O reator inclui um impulsor giratório instalado na base, na parte inferior do tubo de aspiração central. O tubo de aspiração é envolvido por 120 canos verticais, de seis metros de comprimento, dispostos em quatro fileiras concêntricas. A mistura reagente é introduzida do lado inferior, próxima ao eixo impulsor, enquanto o produto
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16/18 da suspensão é retirado a partir de um bocal na cabeça superior. Ambas as cabeças, superior e inferior, são do tipo padrão semielíptico.
[0056] Os resultados das diferentes simulações mostraram diferentes desvantagens deste tipo de reator, conforme segue:
• uma distribuição não uniforme evidente do fluxo entre os canos, com a velocidade dos canos externos sendo quase o dobro com relação aos internos.
• a distribuição dos vetores de velocidade dentro do reator mostra que, na cabeça superior, a suspensão que vem do tubo de aspiração, devido à inversão repentina do fluxo, bate na parede da cabeça semielíptica e o fluxo preferencialmente se aproxima da mesma parede em um movimento de irradiação, do centro à parte externa do reator. Assim, a suspensão chega ao tubo-lâmina superior principalmente a partir da parte externa. Este comportamento implica em duas consequências negativas, conforme segue:
a. a velocidade da suspensão nas fileiras externas é muito mais alta do que nas fileiras centrais, como já descrito;
b. a suspensão de borracha entra nos canos tangencialmente, ao invés de axialmente: este fato cria um grande vórtice na entrada dos canos com uma velocidade não uniforme evidente dentro de cada tubo; aqui a suspensão flui preferencialmente na parte do tubo em direção ao centro do reator, enquanto a parte do tubo em direção à parede externa do reator tem uma velocidade próxima a zero, promovendo, desta forma, o depósito de borracha grudenta.
[0057] Este resultado da análise de dinâmica fluida, resumido na Tabela I, confirma o fenômeno experimental
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17/18 descrito há mais de 50 anos na mencionada patente americana 2.636.026 (ligação dos tubos do reator, especialmente nas suas extremidades de entrada).
TABELA I: REATOR TUBULAR CONVENCIONAL
Velocidade media nos canos, m/s 2,92
Distribuição da velocidade:
| 1a | fileira, | m/s | 2, | 25 |
| 2a | fileira, | m/s | 2, | 00 |
| 3a | fileira, | m/s | 2, | 85 |
| 4a | fileira, | m/s | 4, | 05 |
Queda de pressão total do reator, KPa 29
EXEMPLO 2 [0058] O exemplo 2 representa uma aplicação do reator melhorado de acordo com a presente invenção, conforme representado na Fig. 1.
[0059] O mesmo reator descrito no Exemplo 1 com 120 tubos foi melhorado por:
• uma cabeça superior estendida com defletor de fluido;
• uma cabeça inferior semiesférica com defletores de fluido;
• três pás de endireitamento no tubo de aspiração.
[0060] O efeito combinado das modificações descritas acima permite, mesmo junto com um consumo de energia reduzido do impulsor, uma velocidade média mais elevada, uma distribuição mais uniforme da velocidade em todas as partes do reator e uma queda de pressão reduzida, conforme mostrado na Tabela II:
TABELA II: REATOR TUBULAR MELHORADO Velocidade média nos canos, m/s 3,26
Distribuição da velocidade:
1a fileira, m/s 3,22
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18/18
| 2a | fileira, | m/ s | 3,23 |
| 3a | fileira, | m/ s | 3,22 |
| 4a | fileira, | m/s | 3,37 |
Queda de pressão total do reator, KPa
Legendas das Figuras
Figura 1
T1) Reator Melhorado
Figura 1A
T2) Reator Convencional
Figura 2
T3) Defletor superior formado
Figura 3
T4) Defletores Inferiores formados
Figura 4
T5) Pás de Endireitamento
Figura 5
T6) Pás do Tipo disco e Rosquinha.
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Claims (7)
1. REATOR DE POLIMERIZAÇÃO, do tipo com tubos e cuba com passagem única (1), utilizado para produzir borracha butílica em lama, copolimerizando pelo menos 95% em peso de isobutileno com não mais que 5% em peso de isopreno, em uma concentração de 35% a 45% por vol. em um solvente, cloreto de metilo, na presença de 0,015% a 0,15% por peso de catalizador, cloreto de alumínio e a uma temperatura na faixa de -104°C a -90°C, onde a velocidade nos tubos está na faixa de 2,4 a 4,5 m/s, com a reação no lado do tubo e um meio de resfriamento no lado da cuba (19) para remover o calor da reação, em que: a dita lama circula dentro dos tubos (6) e no tubo de aspiração central (2), impulsionada por um eixo impulsor (5) na parte inferior do tubo de aspiração, para permitir alta velocidade da suspensão de borracha no tubo de aspiração central (2) e em tubos menores de fluxo descendente (6), e a mistura de reação (10) é introduzida a partir do lado inferior próximo do eixo impulsor (5) e do escoamento (11) é no topo, caracterizado por o dito reator compreender:
a) uma cabeça superior estendida (3),contendo um defletor de fluido (15), em que a forma da cabeça e do defletor é dimensionada para atingir uma velocidade da suspensão bastante homogênea nas fileiras dos tubos (6) e para reduzir a queda de pressão devido à inversão do fluxo de fluxo ascendente para fluxo descendente na entrada da suspensão nos tubos (6); o vórtice na entrada dos tubos também é reduzido, enquanto qualquer distribuição de suspensão ruim eliminada;
b) uma cabeça hemisférica inferior (4),tendo um primeiro defletor de fluido (17) e um segundo defletor de fluido (18) dimensionada para reduzir a queda de pressão devido à inversão
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2. REATOR DE POLIMERIZAÇÃO, de acordo com a reivindicação número 1, caracterizado por a cabeça superior estendida (3) ser obtida aumentando a altura da zona superior.
2/3 do fluxo de fluxo descendente para fluxo ascendente; c) três pás de endireitamento (7) no tubo de aspiração (2) com uma periodicidade de 120° e projetadas como superfícies com uma parte curvada inferior e uma parte radial reta superior e a parte curvada é construída como uma sequência de segmentos radiais iniciando-se no fundo até o topo, cada um tendo uma coordenada angular aumentada, acompanhado do aumento das coordenadas axiais, para girar os componentes de velocidade radial produzidos pela rotação do impulsor (5) nos componentes de velocidade axial, permitindo uma eficiência hidráulica elevada, assim, melhorando a homogeneidade da velocidade e reduzindo toda a queda de pressão, e permitindo uma circulação elevada na bomba inferior e ciclos mais longos do reator.
3/3 (8) serem do tipo disco (21) e rosquinha (22) e, portanto, aptas a forçar o fluxo de acordo com a direção (20) e para permitir um aumento da velocidade e do coeficiente de transferência de calor do fluido refrigerante.
3. REATOR DE POLIMERIZAÇÃO, de acordo com a reivindicação número 1, caracterizado por o defletor de fluido (15) ser fixado no tubo-lâmina superior (14) e os defletores inferiores (17, 18) serem fixados no tubo-lâmina inferior (16) .
4. REATOR DE POLIMERIZAÇÃO, de acordo com a reivindicação número 1, caracterizado por compreender, ainda, uma pluralidade de pás transversais (8) no lado do revestimento (19) para a circulação do refrigerante líquido, quer seja etileno ou metano, com bocais únicos ou com uma pluralidade de bocais para a remoção do refrigerante que circula em uma temperatura que varia de -120 a -100°C.
5. REATOR DE POLIMERIZAÇÃO, de acordo com a reivindicação número 4, caracterizado por as pás transversais
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6. REATOR DE POLIMERIZAÇÃO, de acordo com a reivindicação número 4, caracterizado por, em consideração ao grau diferente de vaporização ao longo da altura do reator, sem vaporização na entrada (12) e na parte inferior do reator e com vaporização máxima na saída (13), o espaçamento entre duas pás consecutivas (8) não ser fixado e, também, mudar com a altura do reator.
7. REATOR DE POLIMERIZAÇÃO, de acordo com a reivindicação número 1, caracterizado por os tubos de passagem única estarem localizados em fileiras de 2 a 8 e, preferivelmente, em fileiras de 3 a 5.
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