BR112016008641B1

BR112016008641B1 - Vaso de hidrólise utilizado em um processo para a amidificação de cianoidrina acetona

Info

Publication number: BR112016008641B1
Application number: BR112016008641-4A
Authority: BR
Inventors: Yves BERNARDIN; Romain BILLON; Xavier Marcarian; Florent VALLET
Original assignee: Arkema France
Priority date: 2013-10-18
Filing date: 2014-10-17
Publication date: 2021-09-08
Also published as: CN105658319B; US10273199B2; CN105658319A; BR112016008641A2; US20160251299A1; EP3057700B1; FR3012143A1; FR3012143B1; WO2015055844A1; EP3057700A1; MX2016004483A

Abstract

vaso de hidrólise utilizado em um processo para a amidificação de cianoidrina acetona. a invenção refere-se a um vaso de hidrólise (200) usado durante a etapa de amidificação de cianoidrina acetona (ach), no processo industrial para a produção de metacrilato de metila (mma) ou ácido metacrílico (maa). o vaso de hidrólise (200) é utilizado para a hidrólise de cianoidrina acetona com ácido sulfúrico para produzir uma mistura compreendendo alfa-sulfatoisobutiramida (sibam). ele compreende pelo menos um sistema de resfriamento (212; 244) na sua área periférica anular interna e é dividido em pelo menos dois estágios, de preferência, três, ao longo da sua parede vertical, cada estágio (s1 a s3) compreendendo uma entrada de alimentação de ach) (201, 202, 203). tal vaso permite o controle de ambas, a homogeneização e a temperatura da mistura, e, portanto, a obtenção de um rendimento elevado para a reação de hidrólise em condições muito seguras.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A invenção atual refere-se a um processo industrial contínuo para a produção de metacrilato de metila (MMA) ou ácido metacrílico (MAA). Ele refere-se mais especialmente a uma etapa de tal processo industrial, que se refere à etapa de amidificação de cianoidrina acetona. A invenção refere-se mais precisamente a um vaso de hidrólise usado durante esta etapa de amidificação para a hidrólise de cianoidrina acetona com ácido sulfúrico para produzir uma amida, que então é convertida termicamente em uma mistura de metacrilamida, que adicionalmente é esterificada para produzir metacrilato de metila (MMA) ou é hidrolizada para produzir ácido metacrílico (MAA).

ESTADO DA TÉCNICA

[0002] Uma quantidade de processos comerciais é utilizada para a preparação de monômero escolhido de ácido metacrílico (também chamado de "MAA" na descrição que se segue) e/ou metacrilato de metila (também chamado "MMA" na descrição que se segue). Um destes processos consiste na preparação de tal monômero a partir de cianoidrina acetona (ACH). Tal processo, por exemplo, é descrito na solicitação de patente US de número 2010/0069662. Neste processo, a cianoidrina acetona ACH é hidrolisada pelo ácido sulfúrico para produzir uma mistura de hidrólise de α-hidroxi-isobutiramida (também chamada de "HIBAM" na descrição que se segue), o seu éster sulfato, α- sulfatoisobutiramida (também chamada de "SIBAM" na descrição que se segue), 2-metacrilamida (também chamada de "MAM" ou "MACRYDE" na descrição que se segue) e ácido metacrílico MAA. A mistura de hidrólise assim produzida é então convertida termicamente em um reator de conversão térmica aquecido, em uma mistura compreendendo 2-metacrilamida MAM e uma pequena quantidade de MAA.

[0003] O documento EP 0999200 apresenta um aparelho e um processo para a produção com rendimento elevado de metacrilato de metila ou ácido metacrílico. O processo compreende um reator craqueador que inclui um aparelho de conversão térmica de fluxo plugado e apresenta também reatores de hidrólise. No entanto, não é mostrado nenhum sistema de resfriamento para a faixa de temperatura requerida.

[0004] MAM pode ser usado para produzir MMA pela reação de esterificação com metanol, ou ele pode ser usado para produzir MAA pela reação de hidrólise com água.

[0005] O metacrilato de metila MMA é utilizado principalmente para produzir polímeros como polimetil metacrilato (também chamado "PMMA") que tem múltiplas aplicações, como por exemplo, automotiva, transporte, aeroespacial, fotovoltaica, informática, telecomunicações, energia eólica, ou construção civil. MMA também pode ser usado para produzir outros metacrilatos por meio de transesterificação.

[0006] O MMA e os mercados de MAA são extremamente sensíveis a custo. Uma ligeira melhora no rendimento do processo pode resultar em uma vantagem significativa de mercado.

[0007] Especialmente, a primeira reação de hidrólise durante a etapa de amidificação tem uma cinética muito rápida, que tipicamente é de alguns segundos, e é muito exotérmica. A reação exotérmica poderá levar à produção de produtos de decomposição, tais como a acetona, CO e mesmo HCN. Se o sistema de mistura e de resfriamento não é eficiente, acontece uma grande decomposição de ACH e ácido sulfúrico com a geração de gás, como CO ou SO2. Se a decomposição não é controlada, a temperatura aumenta facilmente devido à liberação de calor por meio de decomposição, e a pressão aumenta devido à geração de gás no reator. Uma reação de fuga poderá ocorrer se o sistema de mistura ou o sistema de resfriamento apresentarem falhas, o que pode levar a uma ruptura do reator. Assim sendo, os dois pontos principais para a eficiência da reação de hidrólise é uma boa mistura e um bom sistema de resfriamento, que controlam perfeitamente e mantêm a temperatura dentro de um certo intervalo, para evitar a decomposição ou a degradação dos produtos e melhorar a seletividade e o rendimento da reação.

[0008] Geralmente, a reação de hidrólise é produzida em dois reatores em série, cada componente da reação, especificamente, ACH e ácido sulfúrico, são introduzidos através de uma entrada localizada no topo do reator, e é utilizado um eixo de agitação em rotação para que a sua hélice que é localizada no fundo do reator homogeneíze a mistura. A mistura é resfriada por meio de um dispositivo de resfriamento na forma de um sistema de trocador de calor colocado a jusante dos reatores.

[0009] O solicitante descobriu que tais reatores não apresentam uma satisfação plena. Na realidade, a homogeneização e o resfriamento da mistura de componentes não são suficientemente bem controlados, de forma que aparece uma quantidade de produtos de decomposição. Isto é devido ao fato de que a reação é muito rápida, de forma que a mistura não tem tempo suficiente para a homogeneização antes do término da reação. Existem criações de pontos de aquecimento na mistura, que levam à aparição de produtos de decomposição. Assim sendo, o rendimento da reação é baixo e usualmente ela é menor do que 90%.

[0010] Assim sendo, existe a necessidade de melhorar as condições para a reação de hidrólise da etapa de amidificação para aumentar o rendimento da reação.

[0011] Assim sendo, existe a necessidade de se melhorar as condições para a reação de hidrólise da etapa de amidificação para controlar e regular a temperatura dentro do reator de forma que ela seja homogênea, sem pontos de aquecimento, para evitar a decomposição e a degradação em grandes quantidades de produtos não desejados.

PROBLEMA TÉCNICO

[0012] A invenção atual visa evitar pelo menos um dos inconvenientes do estado da técnica. Mais especialmente, a invenção visa propor um vaso de hidrólise melhorado projetado para um melhor controle, tanto da homogeinização como do resfriamento da mistura de componentes, antes do término da reação, para melhorar o rendimento da reação de hidrólise.

BREVE DESCRIÇÃO

[0013] Para este fim, a invenção refere-se a um vaso para a hidrólise de cianoidrina acetona (ACH) pelo ácido sulfúrico (H2SO4) para produzir uma mistura de hidrólise compreendendo α-sulfatoisobutiramida (SIBAM), o referido vaso compreendendo um sistema de agitação para a homogeneização da mistura, o referido vaso sendo caracterizado pelo fato de compreender pelo menos um sistema de resfriamento na sua área periférica anular interna e é dividido pelo menos em dois estágios, ao longo da sua parede vertical, cada estágio compreendendo uma entrada de alimentação de ACH.

[0014] Um vaso de acordo com a invenção com o sistema de resfriamento na sua área periférica anular interna, evita que a troca térmica completa da mistura da hidrólise tenha que ser feita através de áreas periféricas, por meio de uma camisa de resfriamento externa, que é lenta na regulação.

[0015] Assim sendo, o fato de produzir o sistema de resfriamento dentro do vaso e dividir a alimentação de ACH através de duas ou mais conexões de alimentação permite evitar a criação de pontos de calor. Na realidade, o ACH tem tempo para se homogeneizar com ácido sulfúrico antes do término da reação de hidrólise, e o sistema de resfriamento estando dentro do vaso permite o controle da temperatura dentro do vaso e evita a criação de pontos de calor.

[0016] De acordo com um aspecto, a invenção refere-se a uma unidade para a amidificação de cianoidrina acetona (ACH) em uma mistura compreendendo 2- metacrilamida (MACRYDE), a referida unidade compreendendo uma primeira instalação para a hidrólise de cianoidrina acetona (ACH) pelo ácido sulfúrico para produzir uma mistura de hidrólise compreendendo α-sulfatoisobutiramida (SIBAM), meios de aquecimento para o aquecimento da referida mistura de hidrólise em uma temperatura que se situa entre 110 ° C e 165 ° C, e um vaso de conversão térmica para a conversão térmica da referida mistura de hidrólise na referida mistura compreendendo 2-metacrilamida (MACRYDE), a referida unidade sendo caracterizada pelo fato da referida primeira instalação compreender pelo menos um vaso, conforme descrito em acima.

[0017] De preferência, a primeira instalação de hidrólise compreende pelo menos dois vasos em paralelo que funcionam simultaneamente.

[0018] De acordo com outro aspecto, a invenção refere-se a um processo para a amidificação de cianoidrina acetona (ACH) compreendendo uma primeira etapa de hidrólise da cianoidrina acetona por ácido sulfúrico para produzir uma mistura de hidrólise compreendendo α-sulfatoisobutiramida (SIBAM), e uma segunda etapa de conversão térmica da referida mistura de hidrólise em uma mistura compreendendo 2-metacrilamida (MACRYDE), o referido processo sendo caracterizado pelo fato da referida primeira etapa de hidrólise compreender as seguintes etapas: - o vaso de alimentação descrito acima, com H2SO4 por uma entrada do fundo do referido vaso e com ACH por pelo menos duas conexões de entrada de injeção diferentes distribuídas ao longo da parede vertical do vaso, - simultaneamente com a injeção de ACH, a homogeneização da mistura com o sistema de agitação do referido vaso, - o controle da temperatura dentro do vaso, por meio pelo menos de um sistema de resfriamento, a referida temperatura tendo que ser compreendida entre 80 ° C e 110 ° C, de preferência, entre 85 ° C e 100 ° C.

[0019] Finalmente, a invenção refere-se a um processo para a preparação de um monômero escolhido de ácido metacrílico (MAA) e/ou metacrilato de metila (MMA) compreendendo as etapas de: - preparação de cianeto de hidrogênio (HCN) pelo processo de Andrussow, - preparação de cianoidrina acetona (ACH) a partir do cianeto de hidrogênio e acetona, - hidrólise de cianoidrina acetona (ACH) para produzir uma mistura de hidrólise compreendendo α-hidroxi-butiramida, α-sulfatoisobutiramida, 2- metacrilamida e ácido metacrílico, - a conversão térmica da referida mistura de hidrólise em um aparelho de conversão térmica com o tempo de retenção necessário para produzir uma mistura compreendendo 2- metacrilamida, - a reação da mistura obtida compreendendo 2- metacrilamida pelo menos em um reator com um material escolhido de metanol ou água para produzir um monômero escolhido respectivamente de metacrilato de metila (MMA) ou ácido metacrílico (MAA), - referido processo sendo caracterizado pelo fato da etapa (S4) da hidrólise de cianoidrina acetona (ACH) ser feita de acordo com o processo para a amidificação da cianoidrina acetona descrito acima, usando-se o vaso descrito acima.

INTRODUÇÃO DAS FIGURAS

[0020] Outras características e vantagens da invenção ficarão aparentes com a leitura da descrição que se segue, apresentada para fins de ilustração e de exemplos não limitantes, com referência aos desenhos anexos nos quais: • A figura 1 representa um diagrama em bloco esquemático simplificado de uma planta para a preparação de ácido metacrílico e/ou metacrilato de metila, • A figura 2 representa um diagrama em blocos esquemático simplificado de uma porção de planta da figura 1, correspondendo à seção de amidificação da planta, • A figura 3 representa uma vista de seção esquemática de um vaso de hidrólise da invenção, • A figura 4 representa uma vista esquemática de uma instalação compreendendo dois vasos de hidrólise em paralelo e o circuito fechado de água para a alimentação pelo menos de um sistema de resfriamento de cada vaso, • A figura 5 representa uma vista de topo esquemática do vaso de hidrólise da figura 3, • A figura 6 representa uma vista de topo esquemática de uma antepara de separação usada para separar um estágio do outro no vaso da figura 3.

RELATÓRIO

[0021] O vaso de hidrólise descrito na especificação tem uma forma substancialmente cilíndrica, a altura do cilindro definindo o eixo vertical do vaso, perpendicular ao piso sobre o qual ele é colocado, e o diâmetro definindo o eixo horizontal, paralelo com o piso.

[0022] Os termos "topo", "superior" ou "acima" e "abaixo", "fundo", ou "embaixo"são utilizados para definirem uma porção do vaso com relação ao eixo vertical do referido vaso.

[0023] Os termos "a montante" e "a jusante"são definidos em relação à direção de um fluxo escoando através dos dispositivos de uma planta para a produção de um produto final como metacrilato de metila (MMA) ou ácido metacrílico (MAA).

Com relação à síntese do monômero escolhido de ácido metacrílico e/ou os seus ésteres

[0024] A figura 1 mostra um diagrama em blocos esquemático simplificado de uma planta para a produção de ácido metacrílico e/ou os seus ésteres a partir de acetona e cianeto de hidrogênio HCN preparado pelo processo de Andrussow. O processo de Andrussow, por exemplo, é descrito no documento US 1934838.

[0025] Tais monômeros podem ser ainda usados para produzir, por exemplo, polimetilmetacrilato (PMMA) que é um polímero largamente usado em um número de aplicações, como por exemplo, a automotiva, transporte, a aeroespacial, fotovoltaica, informática, telecomunicações, energia eólica, ou construção civil...

Preparação de cianeto de hidrogênio HCN

[0026] Primeiramente (etapas S1 e S2) o HCN é produzido em uma primeira unidade 110, a partir de uma mistura de gás contendo metano, amônia e ar, e eventualmente enriquecido com oxigênio. É preparada uma mistura de gases reagentes (etapa S1), e que é introduzida (etapa S2) em um reator do tipo Andrussow compreendendo gazes de catalisador com base em gazes de platina/ródio. A mistura de gases passa sobre as gazes de catalisador e reage em uma temperatura que se situa entre 750 ° C e 1250 ° C, e de preferência, entre 1000 e 1200 ° C, para formar o HCN. O ar enriquecido com oxigênio permite o aumento da produtividade e reduz o consumo de metano. O HCN produzido é rapidamente resfriado e tratado para evitar a polimerização de HCN. Para este fim, a amônia que não foi reagida é absorvida pela reação com ácido sulfúrico, e o HCN é absorvido e estabilizado em uma coluna de absorção, e então é destilado em uma coluna de destilação para alcançar uma pureza de 99,5% em peso.

Preparação de cianoidrina acetona ACH

[0027] O HCN assim sintetizado é então misturado com acetona (C3H6O), em uma unidade 120 projetada para a produção de cianoidrina acetona ACH (etapa S3). A cianoidrina acetona bruta obtida é então purificada por destilação.

Amidificação de cianoidrina acetona

[0028] Uma terceira unidade 130 da planta é instalada para a amidificação da cianoidrina acetona. Tal amidificação de ACH requer duas etapas S4 e S5 para a produção de 2- metacrilamida (também chamada de "MACRYDE" na descrição que se segue).

[0029] Primeiramente, na etapa S4, o ácido sulfúrico ( H2SO4) é adicionado em excesso em comparação com a cianoidrina acetona ACH. Por exemplo, a relação molar de H2SO4/ACH se situa entre 1,2 e 2, de preferência, entre 1,25 e 1,8, e mais de preferência, entre 1,3 e 1,6.

[0030] Esta primeira reação ocorre em uma reação de hidrólise de ACH pelo ácido sulfúrico, que produz um sal intermediário, chamado SIBAM (para α- sulfatoisobutiramida). Esta reação é a seguinte:

[0031] Esta reação é rápida e exotérmica. A temperatura se situa entre 80 e 110 ° C e a pressão é próxima da pressão atmosférica.

[0032] A segunda reação (etapa S5) é uma reação lenta e endotérmica. Ela ocorre na pressão atmosférica e uma faixa de temperatura entre 110 e 165 ° C, de preferência, entre 125 ° C e 150 ° C, e mais de preferência, entre 130 e 145 ° C. Esta reação é uma reação de cozimento que dura entre três e dezesseis minutos. Esta reação é a seguinte:

[0033] Durante as reações de síntese aparecem muitos outros subprodutos. O lado principal da reação é descrito abaixo.

[0034] A primeira reação de hidrólise de ACH por meio de uma pequena quantidade de água pode criar uma quantidade significativa de HIBAM (α- hidroxiisobutiramida). Tal reação é muito rápida. Ela é a seguinte:

[0035] Na segunda etapa S5, HIBAM também pode criar MACRYDE, mas esta reação é muito lenta. Assim sendo, existe uma grande quantidade de HIBAM não convertida no final da etapa de amidificação S5. A reação é a seguinte:

[0036] A hidrólise de HIBAM poderá criar HIBA (ácido α-hidroxiisobutirico)

[0037] Ao mesmo tempo, uma quantidade significativa de ácido metacrílico MAA é produzida pela hidrólise de SIBAM com água. Esta reação é a seguinte:

[0038] A mistura de MACRYDE e MAA, também chamada de mistura compreendendo 2-metacrilamida, obtida depois da amidificação é então hidrolizada (etapa S7), através da adição de água na mistura de MACRYDE, ou que é esterificada (etapa S6), através da adição de metanol na mistura de MACRYDE, Esterificação

[0039] Os componentes obtidos depois da amidificação, especificamente a metacrilamida e o ácido metacrílico, são esterificados para obter-se metacrilato de metila MMA. A reação de esterificação (etapa S6) é feita pela mistura dos referidos componentes com o metanol (CH3OH).

[0040] As reações principais são estas abaixo:

metacrilamida (MACRYDE) + metanol metacrilato de metila (MMA) + bisulfato de amônio

[0041] Os componentes obtidos depois da amidificação também podem ser hidrolizados pela mistura dos mesmos com água (etapa S7). Tal reação de hidrólise permite obter-se ácido metacrílico de acordo com a seguinte reação:

Purificação de MMA ou MAA obtido

[0042] O metacrilato de metila bruto MMA obtido depois da esterificação (S6) ou o ácido metacrílico bruto MAA obtido depois da hidrólise (S7) é então purificado (etapa S8) por processo clássico conhecido na técnica para remover os compostos residuais.

[0043] O H2SO4 usado da esterificação ou hidrólise poderá ser usado para produzir sulfato de amônio ou poderá ser regenerado para produzir ácido/oleum que podem ser reciclados para o processo.

Em relação à etapa de hidrólise por meio de um vaso de hidrólise

[0044] A figura 2 mostra um diagrama em bloco esquemático simplificado de uma porção de uma planta da figura 1, correspondendo à unidade de amidificação 130 da planta. Esta unidade 130 compreende uma primeira instalação 131 para a hidrólise de cianoidrina acetona ACH por ácido sulfúrico H2SO4, para produzir a mistura de hidrólise compreendendo α-sulfatoisobutiramida (SIBAM) (ver a etapa S4 do processo para a produção de MMA ou de MAA). A mistura de hidrólise assim sintetizada é então convertida termicamente em uma mistura compreendendo 2- metacrilamida (MACRYDE) e uma pequena quantidade de ácido metacrílico (MAA). Para isso, a unidade de amidificação 130 compreende meios de aquecimento 132 para o aquecimento da mistura de hidrólise que compreende SIBAM em uma temperatura que deve ser situada entre 110 ° C e 165 ° C, de preferência, entre 125 ° C e 150 ° C, e mais de preferência, entre 130 ° C e 145 ° C, para assegurar uma conversão ótima da mistura de hidrólise. Tal aquecimento é fornecido por meio de um trocador de calor 132, que funciona com uma corrente de aquecimento. A mistura de hidrólise aquecida é introduzida em um vaso de conversão térmica 133 por um tempo de retenção predeterminado. O vaso de conversão térmica é um vaso confinado dentro do qual é mantida a mistura na temperatura de conversão durante o tempo de retenção predeterminado para ter um rendimento ótimo de conversão. Quando é atingido o tempo de retenção, a mistura compreendendo 2-metacrilamida escoa através pelo menos de uma válvula de saída do vaso de conversão térmica.

[0045] Então a mistura obtida, compreendendo 2-metacrilamida, é rapidamente direcionada para a etapa seguinte de reação (etapas S6 ou S7 na figura 1) do processo para a preparação de um monômero escolhido de ácido metacrílico e/ou metacrilato de metila, para evitar a sua polimerização. Opcionalmente, é possível colocar-se meios de resfriamento imediatamente a jusante do vaso de conversão térmica.

[0046] Cada equipamento desta unidade de amidificação 130, especificamente a instalação de hidrólise 131, os meios de aquecimento 132, e o vaso de conversão térmica 133 é equipado com pelo menos uma descarga ligada a uma rede de recolhimento de descargas 135, para descarregar os gases que se formam devido à decomposição dos componentes das misturas em curso do processo de amidificação.

[0047] Uma unidade de controle referida como 50 na figura 2 permite o controle da temperatura dentro dos equipamentos da unidade de amidificação, das vazões de alimentação, e também da temperatura de resfriamento dos sistemas de resfriamento. Esta unidade de controle é descrita em maiores detalhes em relação ao vaso de hidrólise.

[0048] A figura 3 mostra em maiores detalhes uma vista de seção em corte esquemática A-A (figura 5) ao longo de um eixo vertical X-X de um vaso de hidrólise 200 de acordo com a invenção.

[0049] Este vaso de hidrólise 200 tem um formato substancialmente cilíndrico, cuja altura define um eixo vertical X-X perpendicular ao piso no qual ele está colocado. Assim sendo, o eixo horizontal, paralelo com o piso, é definido pelo diâmetro do cilindro.

[0050] A reação de hidrólise de ACH com ácido sulfúrico para produzir SIBAM é altamente exotérmica e pode provocar pontos quentes. Estes pontos quentes poderão aumentar a velocidade de decomposição em componentes gasosos e assim reduzir o rendimento de SIBAM/ACH. Para evitar estes pontos quentes, o solicitante descobriu que é melhor dividir os pontos de injeção de ACH no ácido sulfúrico. Assim sendo, o vaso compreende pelo menos duas ou mais entradas de ACH. De preferência, ele compreende as entradas 201, 202, 203 distribuídas ao longo de uma parede vertical do vaso.

[0051] Além disso, para se ter mais entradas de ACH, pode ser adicionado um ou mais vasos em paralelo. Mas de preferência, a reação de hidrólise pode ser conduzida em dois vasos 200 em paralelo, funcionando simultaneamente.

[0052] O vaso de hidrólise 200, vantajosamente, é dividido pelo menos em dois estágios (S1, S2,.., Sx), e de preferência, em três estágios S1, S2, S3. Cada estágio compreende uma entrada de alimentação de ACH respectivamente, 201, 202, 203. A quantidade de entradas de alimentação de ACH permite uma homogeneização mais rápida de ACH no ácido sulfúrico, que é injetado através de uma entrada 204 colocada no fundo do vaso 200. Esta homogeneização da mistura é importante para evitar pontos quentes.

[0053] O ácido sulfúrico é alimentado no fundo do vaso e o fluxo total dentro do vaso 200 escoa do fundo para o topo. A mistura de hidrólise contendo SIBAM sai do vaso 200 através de um bico de saída de extravasamento de líquido 205 localizado na parte superior do vaso, especificamente no topo do estágio superior S3. A mistura de hidrólise contendo SIBAM então escoa para os meios de aquecimento e para o vaso de conversão térmica, para a segunda reação de amidificação. Acima do estágio superior S3 e do bico de saída de extravasamento de líquido de líquido 205, existe um espaço S4 designado para a fase gasosa originada da decomposição de ACH durante a reação de hidrólise. Um bico de saída de gás 206 pode ser colocado acima do bico de saída de líquido 205 e ser ligado a uma rede de recolhimento de descargas.

[0054] Um bico de saída de emergência 207 poderá ser adicionado para proteger este reator contra uma reação de fuga e excesso de pressão. O vaso também compreende um equipamento de segurança, como um disco ruptura 225 localizado no topo do vaso, para a descarga do excesso de pressão no caso de uma reação de fuga, e para evitar uma ruptura do vaso. Tal disco de ruptura 225 é esquematizado nas figuras 3 e 5.

[0055] A periferia anular interna do vaso compreende um primeiro sistema de resfriamento feito de um feixe de tubos 212 conforme descrito aqui abaixo. O sistema de resfriamento eito de um feixe de tubos compreende entre 10 e 50.000 tubos, de preferência, entre 16 e 40.000 tubos, e mais de preferência, entre 20 e 30.000 tubos. Uma área central livre 221 do vaso é designada para receber o sistema de agitação 214 e para deixar a mistura escoando para cima na direção do bico de saída de extravasamento de líquido 205. Esta área central 221 mede entre 40% e 80% do diâmetro do vaso. O diâmetro do vaso é a distância entre a periferia anular interna do vaso de cada lado na linha AA na figura 5. A mistura de reação circula entre a área central livre 221, o feixe de tubos 212 dentro do vaso 200 e a periferia anular interna.

[0056] O sistema de agitação compreende um eixo 214 que é fixado sobre um suporte 217 localizado no fundo do vaso 200. O eixo 214 é colocado girando por meio de um motor 219 localizado acima do vaso 200. Uma caixa de engrenagens de redução 218 é também colocada entre o motor e o eixo 214 do sistema de agitação, para controlar a velocidade de rotação do eixo.

[0057] Para cada estágio S1 a S3 do vaso, o sistema de agitação, vantajosamente, contém dois rotores 215, 216. Um primeiro rotor é um rotor de fluxo radial 215, enquanto que o segundo rotor é um rotor de fluxo axial 216. O rotor de fluxo radial 215 assegura uma boa homogeneização entre ACH e o ácido sulfúrico, e assegura uma alta turbulência da mistura viscosa. O rotor de fluxo axial 216 assegura um bom fluxo volumétrico dentro de cada estágio e entre os estágios. Mais de preferência, para cada estágio S1 a S3 do vaso 200, o rotor de fluxo axial 216 é localizado acima do rotor de fluxo radial 215. Por exemplo, o rotor de fluxo radial pode ser, mas não é limitado a, um agitador do tipo turbina, enquanto que o rotor de fluxo axial pode ser, mas não é limitado a um agitador do tipo rotor. Assim sendo, para um vaso que compreende três estágios S1 a S3 e três entradas de ACH 201 a 203, existem pelo menos seis rotores sobre o mesmo eixo 214. Assim sendo, o sistema de agitação assegura uma homogeneização eficiente e uma velocidade de troca de calor eficiente entre a mistura de reação e o primeiro sistema de resfriamento localizado na periferia anular interna do vaso.

[0058] Para cada estágio, as entradas de ACH 201, 202, 203 compreendem adicionalmente um bico de injeção, cuja saída 241, 242, 243 é próxima do eixo 214, i.e., cujas saídas são localizadas na área central 221 do vaso, e mais de preferência, próximas do rotor de fluxo radial 215, e mais de preferência, imediatamente acima do rotor de fluxo radial 215. A injeção de ACH próxima do eixo e de preferência, imediatamente acima do rotor de fluxo radial 215 permite uma homogeneização muito rápida de ACH em ácido sulfúrico, simultaneamente com a sua injeção.

[0059] Para controlar o calor gerado pela reação exotérmica é fornecido pelo menos um sistema de resfriamento dentro do vaso. Um primeiro sistema de resfriamento compreende um feixe de tubos verticais 212, instalado na área anular interna periférica do vaso, os referidos tubos estendendo-se por toda a altura do vaso e compreendendo curvas em U no seu fundo. Este feixe de tubos é atravessado por uma corrente de água de resfriamento. Os tubos são ligados na placa do topo do vaso, que é esquematizada pela sua vista de topo na figura 5. A água de resfriamento dentro do feixe de tubos é um sistema de duas passagens. Existem várias dezenas ou várias centenas de tubos. No topo do vaso, é instalado pelo menos um duto de alimentação 222 para a alimentação do feixe de tubos 212 do primeiro sistema de resfriamento com água de resfriamento e é fornecido pelo menos um duto de recolhimento 223 para recuperar a água aquecida que sai do feixe de tubos 212. De preferência, ele compreende dois dutos de alimentação 222 e dois tubos de recolhimento 223 distribuídos alternativamente sobre a superfície de topo do vaso, conforme ilustrado na figura 5.

[0060] De preferência, para o melhor controle da temperatura da reação e para limitar os pontos quentes dentro do vaso, é fornecido um segundo sistema de resfriamento através da camisa externa 244 do vaso. A camisa cobre toda a superfície externa dos estágios S1 a S3, correspondendo à área de líquido dentro do vaso. Esta camisa 244 é atravessada pela corrente de água de resfriamento, que escoa de uma entrada no fundo 208 para o topo do estágio de líquido superior S3 do vaso 200, onde uma saída 209 recupera a água aquecida em um sistema de condensação.

[0061] O sistema de resfriamento é parte de um circuito fechado de água. Tal circuito fechado, formado com as tubulações 303, 304, é esquematizado na figura 4, no qual são representados dois vasos de hidrólise em paralelo 200a, 200b funcionando simultaneamente. Água tratada ou água desmineralizada, de preferência, é utilizada para evitar incrustações no lado da água devido à formação de depósitos por causa da alta temperatura. A temperatura da água de resfriamento tem que ser mantida acima de 60 ° C e abaixo de 90 ° C. Na realidade, em baixa temperatura, a mistura da reação, e mais especialmente o SIBAM obtido, poderá se cristalizar. Assim sendo, o sistema de resfriamento, de preferência, não é feito com água de resfriamento abaixo de 60 ° C para evitar o depósito de cristais na superfície dos tubos do primeiro sistema de resfriamento ou na camisa do segundo sistema de resfriamento.

[0062] No fundo do circuito, existe pelo menos uma bomba de circulação 309 para a injeção de água dentro do sistema de resfriamento com uma vazão muito elevada. Tipicamente, a vazão tem que ser suficientemente elevada, de forma que a diferença de temperatura entre a água que entra e a que sai do sistema de resfriamento seja menor do que 12 ° C, e de preferência, menor do que 8 ° C, para manter um bom controle de temperatura da água e para evitar a vaporização da água em contato com os pontos quentes. Um trocador de calor 305 é também colocado a jusante dos vasos entre a tubulação de água desmineralizada 303, proveniente dos dutos de recolhimento 223 e a saída 209 do segundo sistema de resfriamento, e a tubulação de água de resfriamento 304 para a alimentação dos sistemas de resfriamento de cada vaso. Assim sendo, o trocador de calor 305 remove o calor da água que sai dos sistemas de resfriamento, antes da sua reinjeção nos referidos sistemas de resfriamento. A referência 303, representada em linhas pontilhadas na figura 4, ilustra a tubulação de água quente que sai dos sistemas de resfriamento, enquanto que a referência 304 representada por linhas tracejadas ilustra as tubulações de água resfriada projetada para alimentar os sistemas de resfriamento. Além disso, é requerido um by-pass 306 do trocador de calor com uma válvula de controle 302, e um sensor de temperatura 301 ligado em um alarme, para evitar uma temperatura muito baixa da água. O resfriamento da água de resfriamento é controlado e depende do calor gerado pela reação exotérmica dentro do vaso. Depois do trocador de calor 305, a água desmineralizada é distribuída para o primeiro e o segundo sistemas de resfriamento 212, 244 de cada vaso 200a, 200b. Os sistemas de resfriamento devem ser equipados com sensores de temperatura e de pressão, para a medição da temperatura e da pressão para cima e para baixo dos sistemas de resfriamento do vaso.

[0063] Graças ao sistema de resfriamento, a temperatura de operação dentro do vaso é bem controlada e mantida entre 80 e 110 ° C, e mais de preferência, entre 85 ° C e 100 ° C. Um sensor de temperatura TA, referido como 220 na figura 3, é colocado vantajosamente em cada estágio S1 a S3 do vaso para o controle da temperatura em cada estágio. Os sensores de temperatura são ligados a um alarme, no caso de um aumento da temperatura.

[0064] A medição da pressão, normalmente é feita por meio de um sensor de pressão, na saída de descarga 206, para controlar a pressão dentro do vaso e para evitar a fuga da reação. A pressão de operação no topo do reator na fase gasosa, de preferência, mas não exclusivamente, é entre 0 barg e 0,5 barg, i.e., entre 0 e 0,5 bar acima da pressão atmosférica.

[0065] Entre cada estágio do vaso 200, existe uma antepara que é referida como 213 na figura 3. Esta antepara permite a separação de cada estágio S1 a S3, um do outro. Esta antepara é representada no esquema da figura 6, onde ele é referido como 230. Ela compreende uma área central livre 231 através da qual a mistura líquida pode escoar para cima dentro do vaso 200 e na qual o sistema de agitação 214 pode ser colocado. Esta antepara também contém os orifícios 233 na sua área anular periférica, distribuídos em quatro áreas 232a a 232d, para a inserção dos tubos do primeiro sistema de resfriamento 212. Assim sendo, cada chicana permite evitar vibração em demasia dos tubos. Duas áreas de orifícios 232a, 232c, opostas uma a outra, são colocadas embaixo dos dutos de alimentação 222 da água de resfriamento, enquanto outras áreas alternativas 232b, 232d são colocadas embaixo dos dutos de recolhimento 223 e são atravessadas pela água de resfriamento, que é recuperada pelos dutos de recolhimento 223 no topo do vaso.

[0066] A reação de hidrólise de cianoidrina acetona é feita com ACH pura. A pureza é maior do que 98% em peso, mais de preferência, maior do que 99% em peso, mais de preferência, maior do que 99,5% em peso. Na realidade, impurezas como água ou acetona poderão gerar subprodutos líquidos, por exemplo, como HIBAM, ou grande quantidade de componentes gasosos.

[0067] A concentração de ácido sulfúrico é maior do que 98% em peso, mais de preferência, maior do que 99%, e mais de preferência, entre 99,5% em peso e 100% em peso. Na realidade, a água poderá provocar uma quantidade maior de HIBAM no final da etapa de amidificação e, portanto, ela provoca uma grande quantidade de metil alfa-hidroxi isobutirato no caso da esterificação a jusante, ou uma grande quantidade de ácido alfa-hidroxi-isobutírico no caso da reação a jusante com água. Assim sendo, a pureza de H2SO4, de preferência, é maior do que 99,5% em peso. A sua pureza tem que ser também menor do que 100% em peso, para evitar outras reações de decomposição e reações de policondensação que poderão ocorrer com tal ácido oxidante forte.

[0068] Quando 1 mol de ACH reage com 1 mol de ácido sulfúrico para formar SIBAM, a mistura da reação se torna altamente viscosa devido ao desaparecimento do ácido sulfúrico livre. Assim sendo, é requerido colocar-se um excesso de ácido sulfúrico em comparação com a ACH. A relação molar mínima H2SO4/ACH é 1,2, de preferência, esta relação é mais de 1,25, e mais de preferência, mais de 1,3. Por outro lado, um grande excesso de ácido sulfúrico provoca uma grande quantidade de ácido gasto para tratamento na etapa de esterificação ou etapa de hidrólise a jusante. Assim sendo, a relação molar máxima H2SO4/ACH tem que ser não maior do que 2 e mais de preferência, não maior do que 1,8, e mais de preferência, não maior do que 1,6.

[0069] Uma unidade de controle, esquematizada com a referência 50 na figura 2, permite o controle das vazões de alimentação dos componentes. Para esse fim, a unidade de controle, vantajosamente, é composta de uma calculadora. As vazões de alimentação de ACH são controladas e medidas, por meio de medidores de vazão e das válvulas 307 (conforme esquematizado na figura 4), e a calculadora ajusta a vazão de alimentação de ácido sulfúrico, dependendo da vazão medida de ACH, para ficar de acordo com um valor estabelecido da relação molar H2SO4/ACH. Uma válvula de alimentação ligada a um medidor de vazão, conforme esquematizado com a referência 308, controlada pela unidade de controle, permite o controle da alimentação de ácido sulfúrico.

[0070] A unidade de controle também permite o controle de temperatura de cada sistema de resfriamento e o controle da temperatura dentro de cada estágio S1 a S3 no vaso 200. Os sensores de temperatura 220 são ligados a um alarme se é medido um aumento de temperatura. A medição da intensidade do motor 219 que aciona o eixo de agitação 214 também é controlada, para detectar o aumento da viscosidade da mistura. Tal medição é ligada a um alarme. Se a intensidade do motor é muito elevada, ela significa que a mistura se torna viscosa em demasia, e que não há ácido sulfúrico suficiente.

[0071] De preferência é introduzido um inibidor solúvel em ácido sulfúrico, como fenotiazina ou outro inibidor de polimerização, para evitar a polimerização da metacrilamida. Ele é misturado com ácido sulfúrico antes da alimentação do vaso com o referido ácido sulfúrico.

[0072] Os materiais do vaso incluem, de preferência, mas não limitados a, uma liga austenitica ou uma liga austeno-ferritica, ligas de incoloy ou de tântalo.

[0073] Algumas partes do vaso podem ser revestidas com material plástico escolhido entre: politetrafluoretileno (PTFE) ou polifluoralcoxila (PFA) ou etileno propileno fluoretado (FEP). Por exemplo, as anteparas 213, 233 ou a área de tubos do feixe de tubos 212, ao redor dos orifícios das anteparas 233, podem ser revestidas com tal material plástico para evitar o desgaste mecânico devido à onda de deformação transversal, proveniente do sistema de agitação 214, entre as anteparas e os tubos.

[0074] O vaso que foi descrito permite o controle, tanto da homogeneização como das temperaturas da mistura e, portanto, a obtenção de um rendimento elevado para a reação de hidrólise em condições muito seguras.

Claims

1. Vaso (200) para a hidrólise de cianoidrina acetona (ACH) por ácido sulfúrico (H2SO4) para produzir uma mistura de hidrólise compreendendo alfa- sulfatoisobutiramida (SIBAM), o referido vaso compreendendo um sistema de agitação (214) para a homogeneização da mistura, o referido vaso sendo caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos um sistema de resfriamento (212) sobre a sua área periférica anular interna e sendo dividido em pelo menos três estágios ao longo da sua parede vertical, cada estágio (S1 a S3) compreendendo uma entrada de alimentação de ACH (201, 202, 203) distribuída ao longo da parede vertical do vaso e em que o sistema de resfriamento (212) compreende um feixe de tubos verticais que compreende entre 10 e 50000 tubos, colocado na área anular interna periférica do vaso, os referidos tubos estendendo-se ao longo da altura do vaso e sendo atravessados por uma corrente de água de resfriamento, em que o sistema de agitação compreende um eixo equipado com dois rotores (215, 216) por estágio (S1 a S3) do vaso e em que entre cada estágio (S1 a S3), um feixe de separação (213, 230), que compreende uma área central livre (231) e orifícios (233) na sua área periférica anular para a inserção de tubos do primeiro sistema de resfriamento (212).

2. Vaso de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender uma entrada de fundo (204) para a alimentação do vaso com ácido sulfúrico pelo fundo.

3. Vaso de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o feixe de tubos vertical compreende entre 16 e 40.000.

4. Vaso de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de compreender, sobre a sua superfície de topo, pelo menos um duto de alimentação de água (222) para a alimentação do feixe de tubos do sistema de resfriamento (212) e pelo menos um duto de recolhimento (223) para recuperar a água que sai do feixe de tubos.

5. Vaso de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de compreender um segundo sistema de resfriamento ao longo de uma camisa externa (244), o referido segundo sistema de resfriamento cobrindo a superfície externa inteira dos estágios (S1 a S3), e sendo atravessada por uma corrente de água de resfriamento que escoa do fundo para o topo.

6. Vaso de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de compreender um bico de saída de extravasamento de líquido (205) localizado no topo do estágio superior, e um bico de saída de gás (206) localizado acima do referido bico de saída de extravasamento de líquido.

7. Vaso de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de compreender uma área central (221) projetada para permitir que a mistura flua para cima na direção do bico de saída de extravasamento (205) e para receber o sistema de agitação (214), a referida área central medindo entre 40% e 80% do diâmetro do vaso.

8. Vaso de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de o primeiro rotor dos dois rotores (215, 216) é um rotor de fluxo radial 215, enquanto que o segundo rotor é um rotor de fluxo axial 216.

9. Vaso de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de um bico (241, 242, 243) ser provido em cada uma das entradas de alimentação de ACH (201, 202, 203), o referido bico permitindo a injeção de ACH na área central (221) do vaso.

10. Vaso de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de o feixe de separação (213, 230), compreende duas áreas de orifícios 232a, 232c, opostas uma a outra, que são colocadas embaixo dos dutos de alimentação 222 da água de resfriamento, enquanto outras áreas alternativas 232b, 232d são colocadas embaixo dos dutos de recolhimento 223.

11. Vaso de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de compreender um disco de ruptura (225) localizado sobre a superfície de topo do vaso (200).

12. Unidade (130) para a amidificação de cianoidrina acetona (ACH) em uma mistura compreendendo 2-metacrilamida (MACRYDE), a referida unidade compreendendo uma primeira instalação (131) para a hidrólise de cianoidrina acetona (ACH) por ácido sulfúrico para produzir uma mistura de hidrólise compreendendo alfa-sulfatoisobutiramida (SIBAM), meios de aquecimento (132) para o aquecimento da referida mistura de hidrólise em uma temperatura compreendida entre 110 e 165 °C, e um vaso de conversão térmica (133) para a conversão térmica da referida mistura de hidrólise na referida mistura compreendendo 2-metacrilamida (MACRYDE), a referida unidade caracterizadapelo fato de a referida primeira instalação compreender pelo menos um vaso (200) conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11.

13. Unidade de acordo com a reivindicação 12, caracterizadapelo fato de a primeira instalação de hidrólise compreender pelo menos dois vasos (200) conforme definidos em qualquer uma das reivindicações 1 a 11, os referidos vasos estando em paralelo e funcionando simultaneamente.

14. Unidade de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 ou 13, caracterizadapelo fato de compreender ainda uma unidade de controle (50) que gerencia o controle da temperatura de cada sistema de resfriamento, o controle da temperatura em cada estágio (S1a S3) do vaso (200), a medição da intensidade de um motor (219) que aciona o sistema de agitação (214), e o controle da vazão de alimentação de ácido sulfúrico, dependendo das vazões de alimentação de ACH, de modo a ter uma relação molar H2SO4/ACH compreendida entre 1,2 de 2, de preferência, entre 1,25 e 1,8, e mais de preferência, entre 1,3 e 1,6.

15. Processo para a amidificação de cianoidrina acetona (ACH) compreendendo uma primeira etapa de hidrólise da cianoidrina acetona por ácido sulfúrico para produzir uma mistura de hidrólise compreendendo alfa- sulfatoisobutiramida (SIBAM), e uma segunda etapa de conversão térmica da referida mistura de hidrólise em uma mistura compreendendo 2-metacrilamida (MACRYDE), o referido processo caracterizadopelo fato de a referida primeira etapa de hidrólise compreender as seguintes etapas: - alimentar o vaso (200) conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11, com H2SO4 por uma entrada de fundo do referido vaso e com ACH por pelo menos duas entradas diferentes de injeção distribuídas ao longo da parede vertical do vaso, - simultaneamente com a injeção de ACH, homogeneizar a mistura com o sistema de agitação (214) do referido vaso (200), - gerenciar a temperatura dentro do vaso, por meio pelo menos de um sistema de resfriamento (212, 244), a referida temperatura devendo estar compreendido entre 80 °C e 110 °C, de preferência, entre 85 °C e 100 °C.

16. Processo para a amidificação de ACH de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de a vazão de alimentação de ácido sulfúrico ser controlada de acordo com a vazão de alimentação de ACH, de modo a manter uma relação molar H2SO4/ACH que se situa entre 1,2 e 2, de preferência, entre 1,25 e 1,8, e mais de preferência, entre 1,3 e 1,6.

17. Processo para a amidificação de ACH, de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 ou 16, caracterizado pelo fato de a pureza de ACH ser maior do que 98% em peso, de preferência, maior do que 99% em peso, e mais preferivelmente, maior do que 99,6% em peso.

18. Processo para a amidificação de ACH, de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 a 17, caracterizado pelo fato de a pureza de ácido sulfúrico se situar entre 98,0% em peso e 100,0% em peso, de preferência, entre 99,0% em peso e 100,0% em peso, e mais preferivelmente, entre 99,6% em peso e 100,0% em peso.

19. Processo para a amidificação de ACH, de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 a 18, caracterizado pelo fato de a pressão dentro do vaso se situar entre 0 e 0,5 barg.

20. Processo para a amidificação de ACH, de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 a 19, caracterizado pelo fato de ser introduzido um inibidor de polimerização com o ácido sulfúrico, de modo a evitar a polimerização da mistura de hidrólise obtida dentro do referido vaso de hidrólise, o referido inibidor sendo solúvel em ácido sulfúrico e, de preferência, sendo fenotiazina.

21. Processo para a preparação de um monômero escolhido de ácido metacrílico (MAA) e/ou metacrilato de metila (MMA) compreendendo as etapas de: - preparar (S1, S2) cianeto de hidrogênio (HCN) pelo processo de Andrussow, - preparar (S3) cianoidrina acetona (ACH) a partir de cianeto de hidrogênio e acetona, - hidrolisar (S4) cianoidrina acetona (ACH) para produzir uma mistura de hidrólise compreendendo alfa-sulfatoisobutiramida (SIBAM), conforme a primeira etapa do processo definido na reivindicação 15, - converter termicamente (S5) a referida mistura de hidrólise em um aparelho de conversão térmica com um tempo de retenção necessário para produzir uma mistura compreendendo 2-metacrilamida, conforme a segunda etapa do processo definido na reivindicação 15, - reagir a mistura obtida compreendendo 2-metacrilamida em pelo menos um reator com um material escolhido de metanol (S6) ou água (S7) para produzir um monômero escolhido respectivamente de metacrilato de metila (MMA) ou ácido metacrílico (MAA), o referido processo sendo caracterizado pelo fato de a etapa (S4) de hidrólise de cianoidrina acetona (ACH) ser feita de acordo com o processo para a amidificação de cianoidrina acetona conforme definido nas reivindicações 15 a 20 usando o vaso conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11.